Nghiên cứu quy trình trích ly hoạt chất sinh học Phlorotannin từ rong mơ cho chế biến thực phẩm

Rất có giá trị trong y học, thực phẩm, dược phẩm… Xuất phát từ nhu cầu của xã hội hiện đại, đồng thời tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào, cần có những tìm hiểu, nghiên cứu, tách chi

ĐạI HọC THáI NGUYÊN

khóa luận TốT NGHIệP đại học

Chuyờn ngành : Cụng nghệ Thực phẩm

Thỏi Nguyờn, 2014

ĐạI HọC THáI NGUYÊN

khóa luận TốT NGHIệP đại học

LỜI CẢM ƠN

Để có được kết quả nghiên cứu này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

ThS Nguyễn Đức Tiến - Trưởng Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi

trường nông nghiệp thuộc Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, người đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tận tình và truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong quá trình thôi thực hiện luận văn

ThS.Trần Thị Lý – cô giáo trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm – trường Ðại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ, hỗ trợ về phương diện nghiên cứu, kiến thức và có những góp ý sâu sắc trong thời gian tôi thực hiện ðề tài

Tôi xin gửi lời yêu thương chân thành đến bố mẹ, anh chị đã luôn ở bên

động viên trong suốt thời gian học tập

Cuối cùng, Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè đã động viên, giúp đỡ, chia sẻ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng nãm 2014

Sinh viên

Trần Thiên Khá

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Diện tích rong mơ theo vùng biển các tỉnh 4

Bảng4.1 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly phlorotannin 31

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin 32

Bảng 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin 34

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly phlorotannin 36

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly phlorotannin 38

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của số lần trích ly đến khả năng trích ly phlorotannin 39

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc đến hàm lượng phlorotannin 40

Bảng 4.8 Kết quả đánh giá cảm quan dịch trích ly 42

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Phloroglucinol (i) và phlorotannin [tetrafucol A (ii), fucodiphloroethol B (iii), fucodiphlorethol A (iv), tetrafuhalol A (v), tetraisofuhalol (vi), phlorofucofuroeckol (vii)] và hoạt tính của chúng 12

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly phlorotannin 31Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly

MỤC LỤC

Trang

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu chung về rong mơ 3

2.1.1 Đặc điểm 3

2.1.2 Phân bố 4

2.1.3 Thành phần hóa học có trong rong mơ 4

2.1.4 Vai trò của rong mơ đối với con người 9

2.2 Giới thiệu về các hợp chất chống oxy hóa hiện nay 10

2.3 Giới thiệu về hợp chất Phlorotannin 12

2.3.1 Đặc điểm 12

2.3.2 Cơ chế oxi hóa của phlorotannin 13

2.3.3 Hoạt tính sinh học của phlorotannin 14

2.3.4 Tình hình nghiên cứu phlorotannin trên thế giới 15

2.3.5 Tình hình nghiên cứu phlorotannin ở Việt Nam 17

2.4 Giới thiệu về quá trình trích ly 18

2.4.1 Cơ sở của quá trình trích ly 18

2.4.2 Phạm vi sử dụng của quá trình 19

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly 19

2.5 Giới thiệu về phương pháp thu nhận 21

2.5.1 Phương pháp cô đặc 21

2.5.2 Phương pháp sấy 21

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 23

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23

3.1.2 Hóa chất và thiết bị 23

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 23

3.2 Nội dung nghiên cứu 23

3.3 Phương pháp nghiên cứu 24

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiêm 24

3.3.2 Phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý 28

3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 30

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31

4.1 Kết quả xác định ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly phlorotannin 31

4.2 Kết quả xác định ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin 32

4.3 Kết quả xác định ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly Phlorotannin 34

4.4 Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly phlorotannin 36

4.6 Kết quả xác định ảnh hưởng của số lần trích ly đến khả năng trích ly phlorotannin 39

4.7 Kết quả xác định thông số thích hợp của quá trình cô đặc 40

4.8 Kết quả xác định thông số thông số thích hợp của quá trình ly tâm 42

4.9 Đề xuất quy trình trích ly phlorotannin từ rong Sargassum Polycystom 44

PHẦN 5 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

5.1 Kết luận 47

5.2 Kiến nghị 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Xã hội ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao Con người không chỉ quan tâm đến những vấn đề ăn, mặc, ở đơn giản như trước đây mà còn có những yêu cầu cao hơn Khi đời sống được nâng cao, con người ngày càng quan tâm hơn đến sức khỏe của mình Do đó, những thực phẩm, vật dụng có thể gây hại cho sức khỏe dần bị loại bỏ và

được thay thế bằng các sản phẩm được sản xuất từ các thành phần chiết xuất

từ thiên nhiên Nhu cầu của con người là một trong những yếu tố quan trọng thúc đẩy xã hội phát triển và cũng là động lực thúc đẩy các nhà khoa học, nhà sản xuất tìm tòi, sáng tạo ra nhiều sản phẩm mới

Với sự phát triển của khoa học, con người đã biết cách chiết xuất ra nhiều hợp chất có nguồn gốc tự nhiên có lợi cho sức khỏe con người Trong

đó, việc ứng dụng các thành tựu khoa học vào ngành công nghiệp thực phẩm đóng vai trò quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người

Hiện nay, có rất nhiều hợp chất được chiết xuất từ thiên nhiên đã được ứng dụng rộng rãi vào đời sống Trong số đó không thể không nói đến hợp chất phlorotannin (polyphenol) Thành phần này được sử dụng trong thực phẩm như một loại thực phẩm chức năng nhằm mục đích phòng ngừa bệnh do có tính chất kháng oxi hóa mạnh

Việt Nam có hệ động vật, thực vật vô cùng phong phú đặc trưng cho khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Điều kiện tạo nên sự phong phú và giàu có, ấy chính là vùng biển nhiệt đới rộng với bờ dài hơn 3200km bao bọc hết phía

đông và nam đất nước Một trong những nguồn tài nguyên phong phú và có

giá trị mà vùng biển ban tặng cho chúng ta là rong biển Rong biển là loại thực vật biển quý giá được dùng làm nguyên liệu chế biến thành các sản phẩm

có giá trị trong công nghiệp và thực phẩm Từ lâu, rong biển đã được coi là

đối tượng nghiên cứu của nhiều nước trên thế giới Ở nước ta trữ lượng rong

biển rất lớn, là nguồn tài nguyên biển vô cùng phong phú, rong biển chiếm vị trí quan trọng trong lĩnh vực kinh tế biển Việt Nam Hệ rong biển có nhiều

loài, một trong những loài có nhiều tính năng ưu việt được nhiều nhà nghiên cứu ở nước ta quan tâm tới là loài rong mơ Người ta đã phát hiện ra nhiều thành phần quý có trong rong mơ như: Iod, Alginate, Fuccoidin, hợp chất chống oxi hóa (phlorotannin), các axit béo Rất có giá trị trong y học, thực phẩm, dược phẩm… Xuất phát từ nhu cầu của xã hội hiện đại, đồng thời tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào, cần có những tìm hiểu, nghiên cứu, tách chiết ra các hoạt tính sinh học đặc biệt là phlorotannin để gia tăng giá trị rong mơ Việt Nam

Vì vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu quy trình

trích ly hoạt chất sinh học Phlorotannin từ rong mơ cho chế biến thực phẩm”

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

1.2.1 Mục đích

Nghiên cứu quy trình trích ly hoạt chất sinh học Phlorotannin từ rong

mơ cho chế biến thực phẩm

1.2.2 Yêu cầu

Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý nguyên liệu đến khả năng trích ly

Phlorotannin từ rong mơ

Xác định các thông số của quá trình trích ly Phlorotannin từ rong mơ Lọc, cô dịch trích ly và thu nhận chế phẩm Phlorotannin trích ly

Đưa ra quy trình sản xuất chế phẩm Phlorotannin

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu chung về rong mơ

2.1.1 Đặc điểm

Theo hệ thống phân loại của Agardh, J.G (1889), họ rong mơ

Sargassaceae gồm 3chi: Chi Hormophysa Kuetzing 1843 (rong khế), chi Turbinarina Lamouroux 1828 (rong cùi bắp) và chi Sargassum C.AG 1821

(rong mơ) Chi Sargassum C.AG 1821 (rong mơ) gồm có 5 phân chi:

Phyllottricha J.Ag, Schizophycus J.Ag, Bactrophycus J.Ag, Arthrophycus J.Ag, SargassumJ.Ag Sargassum C.Ag (rong mơ) là tảo lớn thuộc họ rong mơ Sargassaceae của ngành rong nâu, rong có kích thước lớn, dài đến 4m hay có

khi trên 6 – 8m, rong dài hay ngắn tùy loài và tùy điều kiện môi trường Chúng bám vào vật bám nhờ đĩa bám hay hệ thống rễ bò phân nhánh Đĩa bám thường chắc hơn rễ và sóng biển thường đánh đứt rong hơn là nhổ được

đĩa bám Thân rong gồm một trục chính rất ngắn, đa số thường dài trên dưới

1cm, hình trụ, sần sùi Đỉnh của trục chính sẽ phân ra từ 2 cho đến 4 – 5 nhánh chính Hai bên nhánh chính mọc ra nhiều nhánh bên Các nhánh chính

và nhánh bên sẽ tạo ra chiều dài của rong Chiều dài này khác nhau tùy các chi, loài và trong cùng một loài kích thước này cũng thay đổi tùy điều kiện sống, tùy nơi phân bố Trên các nhánh có các cơ quan dinh dưỡng gần giống như lá và các túi chứa đầy không khí gọi là phao Khi rong trưởng thành, trên các nhánh bên sẽ mọc ra các nhánh thụ, ngắn (thường từ tháng 3 đến tháng 6),

có mang nhiều cơ quan sinh sản đực và cái gọi là đế Nhờ có hệ thống phao luôn giữ vị trí thẳng đứng trong môi trường biển Nếu nước cạn và rong khá dài thì phần trên của rong nằm trên mặt nước [5]

Sinh sản hữu tính là cách sinh sản chủ yếu của tất cả các loài rong mơ

để tạo thành các bãi rong Đa số các loài có đế đực và cái trên hai cây khác

nhau (cây khác gốc), một số khác có đế đực và cái cùng cây (cùng gốc) Khi rong đạt kích thước và chiều dài tối đa chúng sẽ mọc ra các nhánh ngắn gọi là nhánh thụ, trên đó chủ yếu mọc ra các cơ quan sinh sản Giao tử đực còn gọi

là tinh trùng sẽ được phóng thích khỏi giao tử phòng đực, bơi lội được Giao

tử cái gọi là trứng hay noãn cầu sẽ được phóng thích khỏi giao tử phòng cái

Sự thụ tinh chỉ xảy ra với các giao tử đã được phóng thích Noãn cầu sau khi thoát ra thường có một lớp nhầy dính chung quanh đế cái Quan sát các noãn cầu này dưới kính hiển vi chúng ta thấy hầu hết chúng đã thụ tinh và bắt đầu phân cắt [5]

2.1.2 Phân bố

Rong mơ phân bố chủ yếu ở Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Úc,… Ở Việt Nam loại thực vật này phân bố rộng, kéo dài từ vùng biển Quảng Ninh

đến Kiên Giang và các hải đảo, tập trung nhiều nhất ở vùng bờ biển của thành

phố Đà Nẵng và các tỉnh Quảng Nam, Bình Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận,

việc khai thác chế biến và cũng điểm chỉ những môi trường nuôi trồng thuận

lợi [20]

Rong mơ là loài chiếm ưu thế nhất ở các khu vực với trữ lượng chiếm 98% tổng trữ lượng của các bãi rong, mật độ cây trung bình 43,8 ±

Bảng 2.1 Diện tích rong mơ theo vùng biển các tỉnh

Các địa danh Diện tích

Năng suất sản lượng

Mùa vụ (tháng)

2.1.3 Thành phần hóa học có trong rong mơ

Màu nâu của rong mơ là kết quả của sắc tố hoàng thể tố fucoxanthin, thành phần chính của rong mơ là các polysaccharide (cellulose, alginate, laminaran, fucoidan…), ngoài ra còn có mannitol, gibberellin, cytokinin… và nhiều loại vitamin Hàm lượng alginic acid trung bình từ 20 – 30% trọng lượng khô Một loại đường khác có giá trị trong rong mơ là mannitol với hàm lượng

từ 7 – 10% trọng lượng khô Hàm lượng protein có từ 5 – 15% Tổng lượng khoáng có từ 20 – 40% trong đó có đầy đủ các nguyên tố khoáng cần thiết cho

cơ thể sinh vật, đặc biệt là iod với hàm lượng từ 0,08 – 0,34% là nguồn dược liệu để chữa bệnh bướu cổ Ngoài ra rong mơ còn chứa các phospho lipid dùng trong y dược và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác [5]

Theo kết quả nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng và hóa học của loài

Sargassum naozhouense (tính theo trọng lượng khô) thì có hàm lượng protein

11,20%; chất khoáng 35,18%; lipid 1,06%; carbohydrate tổng số 47,73%; tổng carbohydrate tan trong nước 29,74%; polysaccharide tan trong nước 21,01%; và chất xơ tổng số 4,83% [17]

Kotake – Nara và cộng sự nghiên cứu cho thấy rong nâu chi

Sargassum và Turbinaria ở vùng nhiệt đới thường có hàm lượng phenol và

tannin tương đối thấp hơn nhiều so với ở vùng ôn đới, do đó 2 chi rong nâu ở vùng nhiệt đới thường là thức ăn cho cá, động vật ăn cỏ (ở vụng nhiệt đới dao động giữa 0 và 1,6% trọng lượng khô, vùng ôn đới dao động từ 3 đến 12% trọng lượng khô) [15]

Rong mơ có khả năng tích lũy hàng loạt các nguyên tố hóa học với hệ

số tập trung cao, nồng độ các nguyên tố này trong tro của chúng có thể gấp hàng vạn hay hàng triệu lần so với trong nước biển Đã tìm thấy khá nhiều nguyên tố hóa học trong rong mơ: Al, Si, Mg, Ca, Sr, Ba, fe, V, Mn, Ti, Co,

Ni, Cr, Sn, Ag, Bi, Cu, Pb, Zn, Ga, Be, Na, K… [5]

trong Alcol, dễ tan trong nước có vị ngọt Hàm lượng từ 14% – 25% trọng lượng rong khô tùy thuộc vào hoàn cảnh địa lý nơi sinh sống

Hàm lượng Mannitol biến động theo thời gian sinh trưởng trong năm của rong khá rõ rệt, tăng dần từ tháng 1, tập trung cao vào mùa hè (tháng 4) rồi sau

đó giảm đi: Theo Kylin và Vedrinski cho thấy hàm lượng Mannitol đạt 25% về

mùa hè rồi bị phân hủy dần trong các tháng mùa đông chỉ còn 4% – 6% Ở Việt Nam, theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học viện Hải Dương học và

Đại học Thủy sản, hàm lượng Mannitol cũng theo quy luật này Hàm lượng

Mannitol của các loài rong ở các vùng biển Quảng Nam – Đà Nẵng, Bình

Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận dao động từ 7% – 15,95% (vào tháng 4 hàng

năm) Trong quá trình bảo quản rong khô có hiện tượng xuất hiện các điểm

đốm trắng trên thân cây rong, đó là hỗn hợp đường Mannitol theo tỷ lệ : Muối

60% – 80%, mannitol 20% – 40% Rong bảo quản không tốt, độ ẩm cao làm cho mannitol bị phá hủy Công dụng của mannitol: Dùng trong y học chữa bệnh cho người già yếu; trong quốc phòng dùng điều chế thuốc nổ theo tỷ lệ hỗn hợp mannitol với hydrogen và nito Ngoài ra mannitol còn dùng điều chế thuốc sát trùng (mannit với kim loại có tác dụng sát trùng cao) Do có khả năng này mà ngày nay một số tác giả cho thấy có khả năng sản xuất thuốc trừ sâu có bản chất sinh học (bảo vệ thực vật) từ rong biển

* Polysaccharide

- Alginic: Alginic là một polysaccharide tập trung ở giữa vách tế bào, là thành phần chủ yếu tạo thành tầng bên ngoài của màng tế bào rong mơ Alginic và các muối của nó có nhiều công dụng trong ngành công nghiệp, y học, nông học và thực phẩm Hàm lượng Alginic trong các loại rong mơ khoảng 2% – 4% so với rong tươi và 13% – 15% so với rong khô Hàm lượng này phụ thuộc vào loài rong và vị trí địa lý môi trường mà rong sinh sống Theo các tài liệu tổng kết của Miyake cho thấy hàm lượng Alginic trong các loài rong mơ có ở các vùng biển Liên Xô cũ là 13% – 40% Theo tài liệu phân tích các chuyên gia Bộ Thủy sản cho thấy hàm lượng Alginic trong các loài rong mơ ở Hải Phòng là 22% – 40%, trong khi đó, rong mơ ở vùng biển Phú Yên – Khánh Hòa có hàm lượng Alginic cao hơn hẳn

- Acid Fucxinic: có tính chất gần giống với acid Alginic Acid Fucxinic tác dụng với acid Sunfuric tạo hợp chất có màu phụ thuộc vào nồng độ acid Sunfuric

Chẳng hạn:

Nhờ có tính chất này mà Fucxinic được ứng dụng vào sản xuất tơ sợi màu, phim ảnh màu Muối của Fucxinic với kim loại gọi là Fucxin Fucxinic tác dụng với Iod cho sản phẩm màu xanh [8]

- Fuccoidin: Là loại muối giữa acid Fuccoidinic với các kim loại hóa trị khác nhau như: Ca, Cu, Zn Fuccoidin có tính chất gần giống với Alginic, nhưng hàm lượng thấp hơn Alginic

Fuccoidin hay Fucoidan là một polysaccharide sulfate hóa dị hợp, trong

đó fucose chiếm từ 18,6% – 60% [22]; sulfate chiếm từ 17,7% – 39,2%; ngoài

ra còn có mặt các thành phần đường khác như: galactose, glucose, mannose, xylose, rhamnose, và acid uronic

- Laminarin: Laminarin là tinh bột của rong mơ Laminarin thường ở dạng bột không màu, không mùi và có hai loại: Loại hòa tan và loại không hòa tan trong nước

Laminarin có hàm lượng từ 10% – 15% trọng lượng rong khô tùy thuộc vào loại rong, vị trí địa lý và môi trường sinh sống của rong mơ Thường thì vào mùa hè hàm lượng Laminarin giảm vì phải tiêu hao cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rong Công dụng của Laminarin là dùng cho thực phẩm và chăn nuôi [6]

Laminarin được hình thành từ các gốc D – glucans kết hợp với nhau bằng các liên kết β – 1,3 và một ít liên kết β – 1,6, gốc đường cuối mạch của một số phân

tử có thể có các gốc manitol (M – series) hoặc vẫn là glucose (G – series) [23]

- Cellulose: Là thành phần tạo nên vỏ cây rong Hàm lượng Cellulose trong rong Nâu nhiều hơn rong Đỏ Công dụng: Dùng cho công nghiệp giấy, trong công nghiệp xây dựng (là phụ gia kết cấu xi măng) [8]

2.1.3.3 Protein

Protein của rong mơ không cao lắm nhưng khá hoàn hảo Do vậy rong

mơ có thể sử dụng làm thực phẩm Protein của rong mơ thường ở dạng kết hợp với Iod tạo Iod hữu cơ như: MonoIodInzodizin, DiIodInzodizin Iod hữu

cơ rất có giá trị trong y học Do vậy rong mơ còn được dùng làm thuốc phòng

chống và chữa bệnh bướu cổ (Basedow)

2.1.3.4 Hợp chất chống oxy hóa

Polyphenol trong rong mơ, được phân loại thành các nhóm khác nhau theo cấu trúc của chúng, bởi sự hiện diện của một số nhóm hydroxyl vòng thơm, chẳng hạn như các flavonoid, acid phenolic và lignans [25] Chúng

được tìm thấy rộng rãi trong giới thực vật như các chất chuyển hóa chịu trách

nhiệm về sắc tố, sinh sản, tăng trưởng và có cơ chế bảo vệ chống lại tác nhân gây bệnh [27] Polyphenol đã được chứng minh hoạt động chống oxy hóa đa chức năng, do vòng phenol của nó hoạt động như bẫy điện tử nhặt rác peroxy, anion và các gốc hydroxyl Phlorotannins là nhóm duy nhất của tannin của rong mơ ở biển, chúng gồm polyme phloroglucinols (1,3,5 – trihydroxybenze), có hàm lượng đạt lên đến 1 – 15% trọng lượng khô của rong mơ [11] Màu nâu với màu đen của Phaephyceae là từ phlorotannins và các sản phẩm quá trình oxy hóa của chúng Phlorotannins là hợp chất rất ưa nước [28] và nó cũng được cho là hợp chất có khả năng chống oxy hóa của rong mơ [9] Các chất trích ly từ tảo nâu đã cho thấy tác dụng bảo vệ chống lại tổn thương tế bào hydro peroxide gây ra bằng cách khử gốc tự do [25] Phlorotannins có tiềm năng ứng dụng trong thành phần của thực phẩm chức năng [24] đã nghiên cứu các hoạt động chống oxy hóa của phlorotannins phân

lập từ Laminarian ở Nhật Bản, cho thấy hoạt động gấp hai lần hiệu quả chống

oxy hóa như catechin, acid ascorbic và α – tocopherol

2.1.4 Vai trò của rong mơ đối với con người

Nguồn lợi mà rong mơ đem lại cho thế giới rất lớn Các sản phẩm truyền thống của nó là mannitol (35000 tấn/năm), alginate (hàng triệu tấn/năm) [5] Trong khoảng chục năm gần đây, các nghiên cứu phát hiện rong

mơ có chứa một số thành phần quan trọng, đó chính là fucoxanthin, phlorotannins, fucoidan,… với những hoạt tính sinh học quý như: Chống ung thư, giảm mỡ nội tạng, chống cục máu đông, kháng khuẩn, kháng virut (kể cả

virut HIV), chống nghẽn tĩnh mạch [10]

Rong mơ được sử dụng đầu tiên ở Nhật Bản và Trung Quốc trong vai trò là nguồn thực phẩm quan trọng Hàm lượng iod trong rong mơ (0,25 – 0,35% khối lượng khô) cao hơn hàm lượng iod của thực vật ở đất liền vài trăm lần Rong mơ được sử dụng như một loại dược thảo chữa bệnh bướu cổ,

nó không chỉ cung cấp iod và các nguyên tố vi lượng cho con người mà còn cung cấp một số vitamin như A, B, C, D, E, K và hầu hết các acid amin không

ngành y (băng gạc, chân tay giả,…) Mannitol là một loại polyol, đồng phân

của sorbitol, loại đường rượu này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Mannitol có tác dụng ngăn ngừa hoặc điều trị nước trong cơ thể dư thừa Mannitol là giải pháp hiệu quả làm giảm áp suất trong mắt, giảm sưng não sau chấn thương đầu, điều trị bệnh giãn mạch vành, trị

ung thư, rất có lợi cho người bị bệnh tiểu đường…

2.2 Giới thiệu về các hợp chất chống oxy hóa hiện nay

Polyphenol phân bố rộng rãi ở thực vật, có hoạt tính chống oxy hóa và

được nghiên cứu rất nhiều Polyphenol được chia thành các nhóm chính là:

Flavonoids, acid phenolic, tannin, vitamin C, Vitamin E, beta – caroten

- Flavonoid [32]: Flavonoid là một trong những nhóm hợp chất phong phú và đa dạng vào bậc nhất trong thiên nhiên, có mặt không những chỉ trong những thực vật bậc cao, mà còn trong một số thực vật bậc thấp, thậm chí còn

có cả trong các loài tảo Hơn một nửa rau quả thông thường có chứa flavonoid Chúng cũng là thành phần hay gặp trong dược liệu có nguồn gốc thực vật Đến nay, flavonoid vẫn là lớp chất được các nhà hoá học các hợp chất tự nhiên quan tâm nghiên cứu, có khoảng trên 11.000 hợp chất flavonoid

đã được biết về cấu trúc Flavonoid không những có giá trị về mặt cảm quan

mà được khai thác, sử dụng trong nhiều lĩnh vực: Thực phẩm, mỹ phẩm và có

ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong y dược Flavonoid có ứng dụng trong y học

để điều trị một số bệnh như: Viêm nhiễm, dị ứng, loét dạ dày và hành tá tràng,

giúp cơ thể điều hoà các quá trình chuyển hoá, chống lão hoá, làm bền thành mạch máu, và giảm lượng cholesterol trong máu Các nhà hoá sinh cho rằng flavonoid là một chất chống oxi hoá lý tưởng Hiện nay nhiều flavonoit được phân lập từ thực vật đã được ứng dụng thành các chế phẩm đặc trị bệnh và sử dụng trong bảo quản thực phẩm, được thế giới công nhận là một trong những lớp chất thiên nhiên có tác dụng làm chậm quá trình lão hoá và đột biến của các tế bào trong cơ thể

- Acid phenolic [12]: Được chia thành hai loại là dẫn xuất của acid benzoic, chẳng hạn như acid gallic, và các dẫn xuất của acidcinnamic, acid caffeic và các acid ferulic Các acid cinnamiac phổ biến hơn Thực phẩm giàu acid phenolic có lợi cho sức khỏe, chúng có khả năng chống oxy hóa, ngăn ngừa tổn thương tế bào do phản ứng oxy hóa các gốc tự do Acid phenolic chiếm khoảng một phần ba của hợp chất phenol trong chế độ ăn uống, có thể

có mặt ở thực vật trong các hình thức tự do và liên kết với các thành phần khác Phenol có thể được liên kết với các thành phần thực vật khác nhau thông qua các liên kết este, ether Các acid hydroxybenzoic gallic, p - hydroxy benzoic, protocatechuic, vanillic syringic acid, phổ biến cấu trúc C6 – C1

Hydroxycinnamic acid là những hợp chất thơm với một chuỗi bên ba – carbon (C6 – C3), caffeic, ferulic, p – coumaric vàcác acid sinapic là phổ biến nhất

- Tannin [12]: Nhóm quan trọng thứ ba của phenolics, có thể được chia thành hydrolysable và tannin cô đặc Nghiên cứu rộng rãi nhất là catechin Các tannin hydrolysable là các dẫn xuất của acid gallic (3, 4, 5 – trihydroxyl acid benzoic) Acid gallic este hóa polyol lõi, và các nhóm alloyl có thể được tiếp tục este hóa hoặc oxidativelycrosslinked để tạo các tannin hydrolysable phức tạp hơn Tannin có tác dụng đa dạng trên các hệ thống sinh học vì chúng

là chất ion hóa kim loại, tạo kết tủa với protein và chất chống oxy hóa sinh học

- Vitamin C: Là chất khử trong cơ thể, đóng vai trò rất quan trọng trong việc ngăn chặn quá trình sản xuất các gốc tự do, bảo vệ acid béo không no của màng tế bào, đồng thời bảo vệ vitamin E là chất chống oxy hóa chính của màng tế bào, ngăn không cho gốc này xâm nhập các phân tử cholesterol Chúng tăng cường sự bền bỉ của mao mạch, đẩy mạnh mau lành vết thương, kích thích sản xuất kháng thể, acetylcholine, ngăn chặn tác dụng có hại của oxygen

- Vitamin E: Được tìm thấy đầu tiên vào năm 1929 bởi Evans và Bishop, là loại vitamin tan trong dầu có mặt trong nhiều loại thực phẩm đặc biệt trong các loại hạt và dầu mỡ Vitamin E được biết đến là chất chống oxy hoá mạnh, có thể ngăn cản những tác động có hại của các chất oxy hoá sinh ra bởi quá trình chuyển hoá trong cơ thể hoặc khi cơ thể bị nhiểm khuẩn Quá trình tích luỹ của các chất chuyển hoá này lâu dần sẽ dẫn đến quá trình lão hoá trong cơ thể hoặc sẽ trở thành yếu tố nguy cơ của các bệnh lý như tim mạch, ung thư Vì thế việc bổ sung chất chống oxy hoá ngoại sinh như vitamin E sẽ góp phần chống lão hoá trong đó có lão hoá da và đẩy lùi nguy

cơ bệnh lý mãn tính

- Beta – caroten: Được khám phá ra cách đây hơn 150 năm từ lớp màu cam ở củ cà rốt, beta – caroten hiện giờ là loại chống oxy hóa được tiêu thụ rất nhiều trên thị trường Chất này cần cho sự tăng trưởng và cho chức năng

của các mô, của xương; tăng cường tính miễn dịch, giảm nguy cơ gây ung thư, giúp thị lực tốt hơn, nó có thể biến đổi thành vitamin A

Các chất chống oxy hóa khác gồm có: Selenium, bioflavonoid và ubiquinon cũng được biết đến với khả năng chống lão hóa, nhưng không phổ biến như vitamine C, E và beta – Caroten

2.3 Giới thiệu về hợp chất Phlorotannin

2.3.1 Đặc điểm

Theo Ragan M A [23] thì phlorotannin được định nghĩa như sau: Chúng là polyme sinh học được hình thành từ gốc phloroglucinol (1,3,5 –trihydroxybenzen) và các gốc này liên kết với nhau bằng nhiều cách khác nhau Chính vì vậy mà chúng tạo nên nhiều cấu trúc khác nhau và đôi lúc có trọng lượng phân tử lên đến 650KDA Cho đến nay, trên thế giới có một số cấu trúc của các hợp chất thuộc nhóm phlorotannin từ rong Mơ đã được xác

định và nhiều dịch chiết thô của chúng đã được khảo sát hoạt tính sinh học

Tuy nhiên, rất ít công trình công bố một cách đầy đủ các cấu trúc của tất cả các dẫn xuất của phloroglucinol trong dịch chiết phlorotannin thô được chiết

từ một loài rong cụ thể và hoạt tính của chúng và các công trình này chỉ được công bố trong 10 trở lại đây

Các nhà khoa học Hàn Quốc cũng đưa ra cấu trúc đầy đủ của các dẫn

xuất của phloroglucinol chiết từ loài rong Ecklonia cava bao gồm:

Hình 2.1 Phloroglucinol (i) và phlorotannin [tetrafucol A (ii),

fucodiphloroethol B (iii), fucodiphlorethol A (iv), tetrafuhalol A (v),

tetraisofuhalol (vi), phlorofucofuroeckol (vii)] và hoạt tính của chúng

2.3.2 Cơ chế oxi hóa của phlorotannin

Trong cơ thể con người thường xuyên diễn ra nhiều hoạt động hoặc xây dựng hoặc phá hủy Có những chất tưởng như là thực phẩm chính của tế bào nhưng đồng thời cũng làm hại tế bào Có những phân tử gây ra tổn thương thì cũng có những chất đề kháng lại hoạt động phá phách này Gốc tự do, oxygen

và chất chống oxi hóa là một ví dụ

Theo các nhà khoa học thì gốc tự do có thể là thủ phạm gây ra tới hơn

60 bệnh, chúng tấn công lên các phân tử protein, lipid, ADN,… dẫn đến các bệnh nan y như thoái hóa thần kinh, ung thư, tim mạch, tiểu đường, … Vì vậy chế độ ăn nhiều hoa quả và ít cholesterol sẽ làm giảm ung thư, kìm hãm và giảm các gốc tự do Các chất chống oxi hóa từ trái cây hoặc sản phẩm chiết xuất giúp bảo vệ, ngăn cản quá trình oxi hóa Để chống lại tác hại lớn do các gốc tự do gây ra, cơ thể con người được trang bị một hệ thống các chất chống oxi hóa Chất chống oxi hóa là các chất có khả năng ngăn ngừa, chống lại và loại bỏ tác dụng độc hại của các gốc tự do trực tiếp hoặc gián tiếp Chất chống oxi hóa có thể phản ứng trực tiếp với gốc tự do hoạt động, tạo ra những gốc mới kém hoạt động hơn, ngăn cản các chuỗi phản ứng dây chuyền do các gốc

tự do khơi mào Chất chống oxi hóa cũng có thể tạo phức gián tiếp với ion kim loại chuyển tiếp ức chế enzyme xúc tác trong phản ứng sinh gốc tự do nhằm ngăn sự hình thành gốc tự do trong cơ thể Polyphenol được coi là chất chống oxi hóa hữu hiệu nhất hiện nay (hữu hiệu gấp 100 lần vitamin C và gấp

25 lần vitamin E) [6]

Sự oxi hóa của các hợp chất polyphenol có ý nghĩa rất lớn trong sự sinh tổng hợp nhiều chất tự nhiên như lecithin, alkaloid và melanin Sự tạo thành các hợp chất này có thể giải thích bằng cơ chế gốc tự do, trong đó ở giai đoạn

đầu của hợp chất monomerphenol xuất hiện các gốc phenol Ở giai đoạn sau,

xảy ra sự ghép đôi các gốc tự do với sự tạo thành mối liên kết C – C hoặc C –

O – C phụ thuộc vào kiểu ghép đôi [6]

Khả năng kháng oxi hóa mạnh của polyphenol được giải thích dựa trên

số lượng lớn các nhóm hydroxyl trong công thức chúng, nó cho ghép tiếp nhận electron một cách dễ dàng (polyphenol là chất nhận các gốc tự do), tức

là chúng có khả năng dập tắt các quá trình tạo ra gốc tự do

2.3.3 Hoạt tính sinh học của phlorotannin

Hoạt tính sinh học của phlorotannin được công bố nhiều nhất là hoạt tính chống oxi hóa Hoạt tính này được nghiên cứu thông qua khảo sát khả năng quét các gốc DPPH (2,2 – diphenyl – 1 – picrylhydrasyl), gốc hydroxyl

các ion hóa trị (II) và oxi hóa lipid của chúng

Các nhà khoa học Mexico đã xác định khả năng quét các gốc DPPH,

được chiết từ một số loài rong Nâu sinh trưởng tại vùng biển nhiệt đới tại

Mexico Họ đã thu các phlorotannin bằng chiết lạnh, sử dụng dung môi là dichloromethanol: Methanol (2:1) trong 20 giờ Kết quả thu được cho thấy tất

cả tổng phlorotannin được chiết từ các loài rong (Lobophora

variegate,Padina gymnospora, Dictyota cervicornis và một số loài rong thuộc

chi Sargassum, chi Turbinaria) đều có hoạt tính chống oxi hóa với giá trị EC50 của gốc DPPH tương ứng là như sau: Lobophora variegate: 0,32 ± 0,01mg/ml; Padina gymnospora: 3,45mg/ml; chi Sargassum: Từ 6,64 – 7,14mg/ml; chi Turbinaria: 8,85mg/ml và chi Dictyota: 6,42mg/ml Ngoài ra tổng phlorotannin chiết từ loài Lopophora variegate còn thể hiện khả năng

và tính khử mạnh [18]

Hoạt tính kháng vi sinh vật của phlorotannin chiết từ loài rong Ecklonia

kurome tại Nhật Bản đã được Koki Nagayama và cộng sự kiểm định [13] Để

thử hoạt tính kháng vi sinh vật của phlorotannin, nhóm tác giả đã sử dụng phương pháp chiết phlorotannin bằng cồn methanol Hỗn hợp thu được sau khi chiết bằng cồn được chiết lại với ethyl acetate và cuối cùng được tách trên sắc ký bản mỏng Tất cả các phân đoạn thu được đều thử hoạt tính trên 25 chủng vi sinh vật kiểm định thuộc 02 nhóm Gr(+) và Gr(-) Kết quả là tất cả các phân đoạn đều thể hiện hoạt tính kháng 25 chủng vi sinh vật đem thử

Trên cơ sở phlorotannin thô chiết từ loài rong Ecklonia cava các nhà

khoa học Hàn Quốc đã xác định được nhiều hoạt tính sinh học khác của chúng Tất cả các dẫn xuất của phloroglucinol phân lập được (tetrafucol A, fucodiphloroethol B, fucodiphlorethol A, tetrafuhalol A, tetraisofuhalol,

phlorofucofuroeckol) đều thể hiện hoạt tính ức chế các enzyme matrix metalloproteinase (MMP), Alphaglucosidase, α – amylase và ức chế quá trình giải phóng histamine [26,19, 21] Kết quả này định hướng cho việc sử dụng chúng để hỗ trợ điều trị các bệnh tiểu đường, thấp khớp, viêm nhiễm kinh niên, chống dị ứng

2.3.4 Tình hình nghiên cứu phlorotannin trên thế giới

Rong biển là nguồn nguyên liệu quý có khả năng giúp cho cơ thể phòng chống được một số loại bệnh Do vậy nhiều nước trên thế giới giành khoản ngân sách khá lớn cho việc nghiên cứu ứng dụng sản xuất thực phẩm từ rong biển Trên thế giới có nhiều nghiên cứu về phlorotannin do có hoạt tính sinh

học cao Năm 2003, Toshiyuki Shibata, Kohki Nagayama, Ryusuke Tanaka,

KunikoYamaguchi và Takashi Nakamura đại học Kyushu Nhật Bản đã đánh

giá hoạt tính chống oxy hóa của phlorotannin từ loài Laminariaceae bằng cách

sử dụng ức chế sự peoxy phospholipid trong hệ thống liposome và xác định các hoạt động khử gốc tự do bằng DPPH Kết quả: Các oligomers của phloroglucinol là eckol; phlorofucofuroeckol A; dieckol and 8,8-bieckol;

phân lập từ tảo Eisenia bicyclis có hoạt tính chống oxy hóa cao và hiệu quả

hơn so với ascorbic và α – tocophenol [13]

Năm 2005, Masaaki Nakai, Norihiko Kageyama, Koichi Nakahara và

Wataru Miki đã sàng lọc phlorotannin từ 25 loài rong nâu ở vùng biển Nhật

Bản bằng cách sử dụng ethanol làm dung môi chiết Kết quả cho thấy loài

Sargassum ringgoldianum cho hoạt tính chống oxy hóa là cao nhất, mạnh gấp

5 hoạt tính của catechin [30]

Năm 2006, Gin Nae Ahn, Kil Nam Kim, Seon Heui Cha, Choon Bok

Song, Jehee Lee, Moon Soo Heo, In Kyu Yeo, Nam Ho Lee, Young Heun Jee

và Jin Soo Kim, đánh giá hoạt động chống oxy hóa của phlorotannin (gồm ba nhóm phloroglucinol, eckol and diecko) từ loài Ecklonia cava bằng phương

Năm 2007, các tác giả Mayalen Zubia, Daniel Robledo, Yolanda

FreilePelegrin đã chiết xuất phlorotannin và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa

của 48 loài tảo biển (17 Chlorophyta, 8 Phaeophyta, 23 Rhodophyta) ở bờ biển Yucantan và Quintana Roo (Mecico) Nhóm tác giả đã sử dụng dichloromethanol: Methanol (2/1) trong 20 giờ Hoạt tính chống oxy hóa

được đo bằng DPPH và xác định hàm lượng theo phương pháp Folin –

Ciocalteu Các kết quả: Tất cả các loài đều biểu hiện hoạt tính chống oxy hóa,

đặc biệt ba loài (Avrainvillea longicaulis, Chondria baileyana và Lobophora

variegate) biểu hiện tiềm năng chống oxy hóa tuyệt vời với quá trình oxy hóa

rất thấp Chỉ số EC50 tương ứng 1,44 ± 0,01; 2,84 ± 0,07 và 0,32 ± 0,01mg/ml tương đương với một số chất chống oxy hóa thương mại như α – tocopherol, ascorbic acid, BHA and BHT [18]

Năm 2008, Riitta Koivikko đã chiết tách hàm lượng phlorotannin từ các

loại tảo nâu Dung môi được sử dụng là nước kết hợp với methanol, ethanol, aceton Kết quả thu được với tỷ lệ nước và aceton là 3:7 thì thu được hàm lượng phlorotannin cao nhất [29]

Cũng trong năm 2008, Jay Robert Rowen đã nghiên cứu về hợp chất polyphenol chiết xuất từ rong biển Ecklonia cava gọi chung là ECE Hai hợp

chất quan trọng là dieckol và phlorofurofucoeckol (PFF) và được gọi là siêu chất chống oxy hóa Kết quả cho thấy khả năng bắt gốc tự do mạnh hơn từ 10

đến 100 lần so với các polyphenol từ thực vật trên cạn, vượt xa resveratrol và

tannin chè Ngoài ra ECE có tác dụng giảm đau dây thần kinh, đau khớp ngăn chặn hoặc đảo ngược sự tiến triển của bệnh hen suyễn mãn tính và bệnh phổi, bảo vệ bức xạ, chống ung thư [31]

Năm 2009, Reum Kim, Min Sup, Ji Young Park,Tai Sun Shin, Kyoung

Eun Park, Na Young Yoon, Jong Soon Kim, Choi Jae Sue đã xác định được

thành phần các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa cao từ loài Ecklonia

solonifera Các cấu trúc của phlorotannin được xác định trên cơ sở phân tích

quang phổ, bao gồm cả NMR và phân tích khối phổ Kết quả chỉ ra rằng phlorofucofuroeckol A, dieckol và dioxinodehydroeckol cho thấy hoạt tính chống oxy hóa cao Trong đó phlorofucofuroeckol A có tiềm năng làm thực phẩm chức năng chống oxy hóa và chống viêm [20]

Năm 2010, Hyun Ryul Goo, Jae Sue, Choi Dong Hee Na đại học Kyungsung, Busan, Hàn Quốc đã định lượng phlorotannin trong tảo Ecklonia

stolonifera Sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao để xác định

đồng thời ba phlorotannin lớn eckol, dieckol, and phlorofucofuroeckol – A

Các điều kiện sắc ký tối ưu: Cột – C18 (250 × 4,6mm) bằng cách sử dụng tách rửa gradient tuyến tính của acetonitrile và nước có chứa axit formic 0,1%

UV 254nm Phlorotannins tách được xác định bởi phổ sắc ký lỏng khối lượng

0,998), độ chính xác (1,4 – 9,5%), và độ chính xác (93,9 – 108,7%) Các giới hạn phát hiện dao động 0,06 – 0,30mg/ml và các giới hạn thấp hơn định lượng dao động 0,2 – 1,0mg/ml Trong số phlorotannins, dieckol là phong phú nhất trong cả ethanol và các chất chiết xuất từ acetate ethyl Ecklonia stolonifera [15]

Năm 2012, Wang T, Jónsdóttir R, Liu H, Gu L, Kristinsson HG,

Raghavan S, Olafsdóttir G đã đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của

phlorotannin từ loài Fucus vesiculosu bằng DPPH Sử dụng phương pháp sắc

ký cột hoặc siêu lọc để tinh chế Kết quả cho thấy hoạt tính của phlorotannin

cao hơn rất nhiều so với acid ascorbic [24]

Hàm lượng phlorotannins tập trung trong rong biển màu nâu có thể khác nhau giữa các loài, bị ảnh hưởng bởi kích thước, độ tuổi, loại mô, độ mặn, mùa, mức độ dinh dưỡng, cường độ ăn thực vật, cường độ ánh sáng và nhiệt độ nước

2.3.5 Tình hình nghiên cứu phlorotannin ở Việt Nam

Hiện nay việc nghiên cứu tách chiết và ứng dụng phlorotannin vào trong thực phẩm tại Việt Nam đã và đang được Viện Nghiên Cứu và ứng dụng Nha Trang tiến hành nghiên cứu:

Năm 2009, Đặng Xuân Cường đã nghiên cứu thành công việc thu nhận dịch chiết kháng khuẩn chứa polyphenol (phlorotannin) từ rong nâu Dictyota

dichotoma Tác giả đã xác định các thông số tối ưu để thu nhận phlorotannin

tổng số từ Dictyota dichotoma có hàm lượng tối đa bằng cách sử dụng

phương pháp Folin – Ciocalteu Đồng thời tử hoạt tính kháng khuẩn trên một

số loại vi khuẩn và đã thu được kết quả cao [1]

Năm 2010 đến nay, nghiên cứu xây dựng quy trình chiết tách và sàng lọc các chất phlorotannin có hoạt tính sinh học từ rong Nâu tại vùng biển

Nam Trung Bộ đang được thực hiện bởi Trần Thị Thanh Vân và cộng sự [2]

Năm 2010 đến nay, thu nhận phlorotannin từ rong mơ (Sargassum) tại

Nha Trang – Khánh Hòa và thử nghiệm sử dụng phlorotannin làm thực phẩm

chức năng chống oxy hóa đang được thực hiện bởi Đặng Xuân Cường dưới sự hướng dẫn chính của TS Vũ Ngọc Bội và TS Trần Thị Thanh Vân [3]

Ngoài ra có một số công bố về chiết tách và nghiên cứu biến động phlorotannin từ rong nâu đã được công bố bởi Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang Sự tích lũy và phân bố phlorotannin chống oxy hóa

trong một số loài rong nâu sargassum Khánh Hòa theo thời gian sinh trưởng

đã được công bố năm 2011 [2]

Năm 2011, Đặng Xuân Cường, Trần Thị Thanh Vân, Vũ Ngọc Bội đã

ứng dụng mô hình đáp ứng bề mặt Box – Behnken trong tối ưu hóa công đọan

chiết phlorotannin từ rong nâu (Sargassum aemulumSonder) Khánh Hòa [2]

Tối ưu hóa quá trình chiết phlorotannin từ rong nâu Sargassum

baccularia ở Khánh Hòa, Việt Nam bằng phương pháp đáp ứng bề mặt được

công bố bởi tài liệu [3, 5] đã công bố các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết

polyphenol từ loài rong Sargassum macculurei

2.4 Giới thiệu về quá trình trích ly

2.4.1 Cơ sở của quá trình trích ly

Phương pháp trích ly là phương pháp thu lấy một hay nhiều chất từ hỗn

hợp đã tách biệt, cô lập và tinh chế các cấu tử có trong hỗn hợp thành những cấu tử riêng

Quá trình trích ly gồm hai giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Dung môi thấm ướt lên bề mặt nguyên liệu, sau đó thấm sâu vào bên trong do quá trình thẩm thấu tạo ra dung dịch chứa các hoạt chất Sau đó dung môi tiếp tục hòa tan các chất trên bề mặt bằng cách đẩy các bọt khí chiếm đầy trong các khe vách trống của tế bào

Giai đoạn 2: Giai đoạn tiếp tục hòa tan các hoạt chất trong cácống mao dẫn của nguyên liệu nhờ vào dung môi đã thấm sâu vào các lớp bên trong…

* Phương pháp trích ly Soxhlet:

Soxhlet dựa trên nguyên tắc hóa hơi (dung môi, thường là dung môi

phân cực => dễ hóa hơi), theo ống dẫn lên gặp hệ thống làm lạnh rồi ngưng tụ

xuống trụ trích ly, hòa tan chất (tan được trong dung môi phân cực) như sắc tố; vitamin nhóm A, D, E, K, Q; lipid; polyphenol Sau đó có ống dẫn bên thành trụ chiết hình chữ U ngược hoạt động theo nguyên tắc trên lệch áp suất

để về bình cầu khi mức trong trụ vượt mức này Vậy nên đây chỉ là cách chiết

chất thô, chưa được tinh khiết Hạn chế: tốn thời gian, qua nhiều công đoạn dẫn đến sai số do cân, đo, đong, đếm Hiện có một số test, phương pháp định lượng nhanh, mức độ chính xác gia tăng

2.4.2 Phạm vi sử dụng của quá trình

Trong công nghệ thực phẩm nhằm mục đích sau:

Khai thác là mục đích chủ yếu Phổ biến là trích ly các nguyên liệu dạng rắn như: hạt dầu, các nguyên liệu tinh dầu như lá, rễ, cây, hoa hoặc quả; trích ly các loại củ như củ cải đường, trích ly mía Cũng với mục đích này có thể phối hợp với quá trình khác để nâng cao hiệu suất thu sản phẩm Ví dụ như phối hợp với quá trình ép trong sản xuất mía đường [4]

Trích ly còn nhằm mục đích chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo, ví dụ như ngâm các loại hạt (các loại đậu, ngô, thóc,…) trước khi chế biến; ngâm các loại củ (sắn, khoai,…) làm yếu các liên kết trong vật liệu, đồng thời trích ly một số phân tử vào dung môi ngâm (ví dụ: Hòa tan HCN khi ngâm củ sắn) [4]

Với mục đích thu nhận sản phẩm như tách penicillin từ dung dịch lên men sản xuất nước chấm bằng phương pháp ủ ẩm trích ly, hoặc trích ly trong quá trình sản xuất cà phê hòa tan, trích ly khi ngâm quả, ngâm tẩm các loại thuốc bổ và thuốc chữa bệnh,… [4]

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly

Thực chất quá trình trích ly là quá trình khuếch tán Vì vậy sự chênh lệch nồng độ giữa hai pha (gradient nồng độ) chính là động lực của quá trình Khi chênh lệch nồng độ lớn, lượng chất trích ly tăng; thời gian trích ly giảm ta

thực hiện bằng cách tăng tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu

Quá trình trích ly polyphenol (phlorotannin) hiện nay được thực hiện bằng các loại dung môi Nguyên tắc của trích ly bằng dung môi dựa trên sự thẩm thấu dung môi vào tế bào, chất cần trích ly hòa tan vào dung môi và khuếch tán ra ngoài tế bào Quá trình trích ly bằng dung môi có ưu điểm là thiết bị đơn giản, có thể xử lý một lượng lớn nguyên liệu và có thể sử dụng ở quy trình liên tục Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly bằng dung môi:

Lựa chọn dung môi trích ly: Dung môi trích ly là dung môi hòa tan

được hợp chất cần trích ly Các polyphenol (phlorotannin) là các hợp chất

phân cực nên chủ yếu sử dụng các dung môi phân cực như: Nước, ethanol, acetone, ethyl acetate…

Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi Cần tăng diện tích này để làm tăng hiệu quả của quá trình Với các nguyên liệu rắn cần tăng diện tích tiếp xúc giữa chúng và dung môi Điều này thực hiện bằng cách nghiền nhỏ, thái nhỏ, băm nhỏ vật liệu Nó còn làm phá vỡ cấu trúc tế bào, thúc đẩy quá trình tiếp xúc triệt để giữa dung môi và vật liệu Tuy nhiên kích thước và hình dạng của vật liệu khi làm nhỏ cũng có giới hạn vì nếu chúng quá mịn sẽ

bị lắng đọng lên lớp nguyên liệu, làm tắc các ống mao dẫn hoặc bị dòng dung môi cuốn vào mixen (hỗn hợp) làm cho dung dịch có nhiều cặn gây phức tạp cho quá trình xử lý tiếp theo [2]

Khuấy trộn: Khuấy trộn giúp tăng cường hiệu quả trích ly, do tăng cường quá trình truyền khối

Tính chất của vật liệu cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly Vật liệu là hỗn hợp lỏng – lỏng hoặc hỗn hợp rắn – lỏng cộng với một dung môi hoặc tập hợp một số loại dung môi Chúng có độ hòa tan khác nhau, nồng độ các chất khác nhau và có tác dụng tương hỗ, khuếch tán vào nhau Như khi trích ly đầu nếu độ ẩm nguyên liệu giảm, tốc độ trích tăng lên, vì độ ẩm tác dụng với protein và các chất háo nước khác ngăn cản sự dịch chuyển của dung môi thấm sâu vào trong nguyên liệu, làm chậm quá trình khuếch tán [4]

Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, phần tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phần tử dung môi Tuy nhiên nhiệt độ là một yếu tố có giới hạn Vì khi nhiệt độ quá cao có thể

xảy ra các phản ứng khác không cần thiết (làm oxi hóa polyphenol cần trích ly), gây khó khăn cho quá trình công nghệ [4] Do đó trong toàn bộ quá trình

Yếu tố thời gian cũng ảnh hưởng đến quá trình trích ly Khi thời gian tăng lên, lượng chất khuếch tán tăng, nhưng thời gian phải có giới hạn Vì khi

đã đạt được mức độ trích ly cao nhất, nếu kéo dài thời gian sẽ không mang lại

hiệu quả kinh tế

2.5 Giới thiệu về phương pháp thu nhận

2.5.1 Phương pháp cô đặc

Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ hàm lượng các chất có trong dịch trích ly Tùy theo tính chất của chất cần cô đặc khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách phần dung môi dễ bay hơi bằng phương pháp nhiệt hay phương pháp làm lạnh kết tinh

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng bay hơi

Phương pháp nhiệt (đun nóng): Dung môi chuyển từ dạng lỏng sang trạng thái dạng hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng của nó bằng áp suất tác dụng lên bề mặt thoáng chất lỏng

Phương pháp lạnh: Khi hạ tháp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi

để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất của chất tan và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp

và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

2.5.2 Phương pháp sấy

Phương pháp sấy nóng: Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương

đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy giảm Mặt khác

do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơi trong các mao quản tăng

và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng

Phương pháp sấy lạnh: Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước của vật liệu sấy với tác nhân sấy, người ta làm giảm áp suất hơi nước trong tác nhân sấy (bằng cách giảm ẩm trong tác nhân sấy và độ ẩm tương đối (φ)) Áp suất của môi trường không khí bên ngoài giảm xuống, độ chênh áp suất của ẩm trong vật sấy vào môi trường xung quanh tăng lên Ẩm chuyển dịch từ trong vật ra môi trường Nhiệt độ môi trường của sấy lạnh thường thấp (có thể thấp hơn nhiệt độ của môi trường

Phương pháp sấy thăng hoa: Phương pháp sấy thăng hoa được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp Chế độ làm việc thấp hơn điểm ba

trong một buồng sấy kín

Phương pháp sấy phun: Sấy phun được sử dụng để sấy khô các chất cô của dung dịch canh trường, các chất kháng sinh động vật, các acid amin, các enzyme, các chất trích ly thu nhận được trên các môi trường dinh dưỡng rắn, các dung dịch chất lắng thu nhận được khi làm lắng enzyme bằng các dung môi vô

cơ hay bằng các muối trung hoà, cũng như các phần cô chất lỏng canh trường

Phương pháp sấy chân không: Phương pháp sấy chân không được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm, các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các chất

Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không đó là sự phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết

bị chân không xuống đến áp suất mà ở đấy nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong

ra bề mặt vật

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là trích ly phlorotannin từ loài Sargassum

Polycystum có độ ẩm 16% được thu mua ở Nha Trang – Khánh Hòa

3.1.2 Hóa chất và thiết bị

3.1.2.1 Hóa chất

Các hóa chất: Ethanol, acetone và nước cất (Việt Nam) đều là hóa chất tinh khiết

Thuốc thử Folin – Ciocalteu (Đức) gồm: Sodium phosphate và

3.1.2.2 Thiết bị và dụng cụ

Thiết bị:

Cân kỹ thuật (Cent – 0 – Gram Balance, OHAUS, Mỹ)

Cân phân tích (Precisa XT 320M, Thụy Sỹ)

Tủ lạnh (Samsung SR – 15NFBA, Nhật Bản)

Máy sấy (Grot DZ 47 – 63, Trung Quốc)

Thiết bị Soxhlet (TC 15, Trung Quốc)

Dụng cụ: Giấy lọc, phễu lọc, cốc đong, bình tam giác các loại, bình định mức, đũa thủy tinh, pipet các loại, nhiệt kế… hiện có tại các phòng thí

nghiệm của Viện cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi

trường nông nghiệp – Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch,

126 phố Trung Kính – Trung Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội

Thời gian: Từ tháng 07/12/ 2013 đến tháng 27/05/2014

3.2 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện xử lý nguyên liệu đến khả năng trích ly hoạt chất sinh học phlorotannin từ rong mơ

Nghiên cứu ảnh hưởng của loại dung môi, tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly hoạt chất sinh học phlorotannin từ rong mơ

Nghiên cứu xác định các thông số ảnh hưởng đến khả năng trích ly hoạt chất sinh học phlorotannin từ rong mơ

Lọc, cô dịch trích ly và thu được chế phẩm phlorotannin từ rong mơ Xây dựng quy trình trích ly hoạt chất sinh học phlorotannin từ rong mơ

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiêm

Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần chú ý:

Rong tránh tiếp xúc với ánh sáng mặt trời do phlorotannin dễ bị phân hủy Thường xuyên kiểm tra nhiệt độ trong quá trình trích ly

Khi thời gian thí nghiệm kéo dài cần thường xuyên kiểm tra các điều kiện còn lại để đảm bảo độ chính xác

3.3.1.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích

Khối lượng mẫu: 10g

Dung môi trích ly: Nước cất

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần

3.3.1.2 Thí nghiệm ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly Phlorotannin

Trong thí nghiệm này tôi khảo sát với 3 loại dung môi với nồng độ dung môi gần như tinh khiết

CT thí nghiệm CT1 CT2 CT3

Cố định các điều kiện trích ly sau:

Khối lượng mẫu: 10g

Kích thước nguyên liệu: Dựa vào kết quả của thí nghiệm mục 3.3.2.1

Tỷ lệ dung môi: 35/1

Thời gian trích ly: 2 giờ

C

Sau khi trích ly đem dịch trích ly đi lọc tách bã bàng giấy lọc tinh 1 lần

rồi xác định hàm lượng Phlorotannin, từ đó xác định dung môi tối ưu

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần

3.3.1.3 Thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly Phlorotannin

Khi xác định được loại dung môi tôi khảo sát tỷ lệ dung môi để lựa chọn tỷ lệ tối ưu nhất Thí nghiệm này tôi khảo sát với các tỷ lệ sau:

Cố định các điều kiện trích ly sau:

Khối lượng mẫu: 10g

Kích thước nguyên liệu: Dựa vào kết quả của thí nghiệm mục 3.3.2.1 Dung môi: Dựa vào kết quả của thí nghiệm mục 3.3.2.2

Thời gian trích ly: 2 giờ

C

Sau khi trích ly đem dịch trích ly đi lọc tách bã bằng giấy lọc tinh 1 lần rồi xác định hàm lượng Phlorotannin, từ đó xác định tỷ lệ tối ưu

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần

3.3.1.4 Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly phlorotannin

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến khả năng hòa tan các chất trong rong nguyên liệu vào môi trường chiết Khi nhiệt độ tăng các phân tử khuếch tán càng mạnh, độ nhớt giảm, lượng chất tan vào môi trường trích ly càng nhiều Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao có thể làm biến tính một số hợp chất có hoạt tính

sinh học hoặc làm hao hụt một lượng chất tan dễ bay hơi khác Nếu nhiệt độ quá thấp, lượng chất tan khuếch tán ra môi trường bị hạn chế Vì vậy tôi tiến

hành thí nghiệm ở các nhiệt độ sau:

Cố định các điều kiện trích ly sau:

Khối lượng mẫu: 10g

Kích thước nguyên liệu: Dựa vào kết quả của thí nghiệm mục 3.3.2.1 Dung môi: Dựa vào kết quả của thí nghiệm mục 3.3.2.2

Tỷ lệ dung môi: Dựa vào kết quả thí nghiệm mục 3.3.2.3

Thời gian: 2 giờ

Sau khi trích ly đem dịch trích ly đi lọc bằng giấy lọc tinh 1 lần rồi xác định hàm lượng Phlorotannin, từ đó xác định nhiệt độ trích ly tối ưu

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần

3.3.1.5 Thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly phlorotannin

Thí nghiệm nhằm xác định thời gian trích ly tối ưu để thu được hàm lượng phlorotannin cao nhất Thời gian trích ly phải hợp lý, nếu kéo dài thời

gian trích ly lượng chất hòa tan dung môi đã hết, đồng thời sẽ ảnh hưởng đến

thời gian thực hiện và chi phí cho toàn bộ quá trình Vì vậy tôi tiến hành thí

nghiệm ở các thời gian sau:

Cố định các điều kiện trích ly sau:

Khối lượng mẫu: 10g

Kích thước nguyên liệu: Dựa vào kết quả thí nghiệm mục 3.3.2.1

Dung môi: Dựa vào kết quả thí nghiệm mục 3.3.2.2

Tỷ lệ dung môi: Dựa vào kết quả thí nghiệm mục 3.3.2.3

Nhiệt độ trích ly: Dựa vào kết quả thí nghiệm mục 3.3.2.4

Sau khi trích ly đem dịch trích ly đi lọc bằng giấy lọc tinh 1 lần rồi xác

định hàm lượng Phlorotannin, từ đó xác định thời gian trích ly tối ưu

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần