Nghiên cứu thu nhận fucoxanthin từ rong mơ và ứng dụng làm trà hoà tan hỗ trợ làm giảm mỡ nội tạng

Nakazawa và cộng sự 2009 đã nghiên cứu được dạng đồng phân trans của fucoxanthin có sự hấp thu và tích hợp vào các tế bào chất béo nhanh hơn so với dạng cis.. S ự ổn định của fucoxanthin

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

“Nghiên cứu thu nhận fucoxanthin từ rong mơ và ứng dụng

làm trà hòa tan hỗ trợ làm giảm mỡ nội tạng.”

Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN ĐỨC TIẾN Sinh viên thực hiện : CAO THỊ PHƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

Có được kết quả nghiên cứu này tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu

s ắc đến :

tr ường nông nghiệp thuộc Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ Sau thu

ho ạch, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ, động viên, khuyến

ki ến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp

này

Đồng thời tôi cũng xin được cảm ơn các anh, chị ở Bộ môn Nghiên

c ứu Phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp thuộc Viện Cơ điện nông nghiệp

Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo cùng tập thể

d ạy dỗ, chỉ bảo tận tình trong quãng thời gian 4 năm học tạo trường

bè đã luôn ở bên động viên động viên, chia sẻ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi

M ột lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu trên

Hà N ội, ngày 20 tháng 5 năm 2016

Sinh viên Cao Thị Phương

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1.Giới thiệu về rong mơ 3

1.1.1 Nguồn gốc, phân bố, phân loại, đặc điểm thực vật học 3

1.1.1.1 Nguồn gốc, phân bố 3

1.1.1.2 Phân loại 4

1.1.1.3 Đặc điểm thực vật học 4

1.1.2 Thành phần hóa học 5

1.1.3 Giá trị của rong mơ 6

1.2 Giới thiệu về fucoxanthin 7

1.2.1 Khái niệm, cấu trúc 7

1.2.2 Sự ổn định của fucoxanthin 9

1.2.3 Tác dụng sinh học của fucoxanthin 10

1.2.3.1 Tác dụng chống oxy hóa 11

1.2.3.2 Tác dụng chống viêm 11

1.2.3.3 Tác dụng chống tình trạng thừa cân, béo phì 12

1.2.3.4 Tác dụng chống ung thư 12

1.2.3.5 Tác dụng làm đẹp da, trắng da 12

1.2.3.6 Tác dụng bảo về mạch máu 13

1.3 Nghiên cứu thu nhận fucoxanthin từ rong mơ 13

1.3.1 Ứng dụng sóng siêu âm trong trích ly thu nhận các hoạt chất sinh học từ rong mơ 13

1.3.2 Nghiên cứu công nghệ tinh sạch và thu nhận fucoxanthin từ rong mơ 14

1.4 Ứng dụng của fucoxanthin trong thực phẩm 17

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

2.1 Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 18

2.1.2 Vật liệu nghiên cứu 18

2.1.2.1 Hóa chất 18

2.1.2.2 Thiết bị và dụng cụ 18

2.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 19

2.2 Nội dung nghiên cứu 19

2.3 Phương pháp phân tích đo đạc 19

2.3.1 Xác định hàm lượng fucoxanthin bằng phương pháp đo quang phổ UV-Vis 19

2.3.2 Phương pháp đánh giá hiệu quả tinh sạch 20

2.3.3 Phương pháp xác định độ ẩm theo TCVN 4326: 2001 (ISO 6496: 1999) 21

2.3.4 Phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa (đánh giá DPPH) 21

2.3.5 Phương pháp đánh giá cảm quan 22

2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 23

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nước khử ion: cao trích ly fucoxanthin đến hiệu suất thu hồi và độ tinh sạch của chế phẩm fucoxanthin 23

2.4.2 Nghiên cứu xử lý dầu giàu fucoxanthin bằng NaOH cho tinh chế fucoxanthin 23

2.4.3 Xác định công thức phối chế bột cho tạo trà hòa tan 24

PHẦN 3: KẾT QUẢ 26

3.1 Khảo sát tỷ lệ nước khử ion: cao trích ly fucoxantin cho làm sạch dầu fucoxanthin từ cao trích ly thô 26

3.2 Nghiên cứu xử lý dầu fucoxanthin bằng NaOH cho tinh chế fucoxanthin 27

3.2.1 Xác định lượng NaOH cho xử lý cao trích ly fucoxanthin và thời gian xử lý cao trích ly fucoxanthin 27

3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian xà phòng hóa cao trích ly fucoxanthin đến hiệu suất xà phòng hóa 27

3.3 Nghiên cứu tách fucoxanthin từ hỗn hợp xà phòng giàu fucoxanthin 28 3.3.1 Xác định nồng độ ethanol để tinh sạch fucoxanthin từ hỗn hợp xà phòng giàu fucoxanthin 28

3.3.2 Xác định tỷ lệ dung môi ethanol : hỗn hợp xà phòng giàu cho tinh

sạch fucoxanthin 29

3.3.3 Xác định thời gian tách fucoxanthin từ xà phòng giàu fucoxanthin 32

3.4 Đánh giá tính ổn định chất lượng chế chẩm fucoxanthin 33

3.4.1 Hàm lượng fucoxanthin, độ ẩm, cảm quan của chế phẩm fucoxanthin 33

3.4.2.Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của chế phẩm rong mơ 33

3.5 Đề xuất quy trình thu nhận fucoxanthin 34

3.6 Ứng dụng chế phẩm fucoxanthin cho sản xuất trà hòa tan 36

3.6.1 Xác định cơ chất phù hợp phối chế với chế phẩm fucoxanthin cho trà fucoxanthin hòa tan 36

3.6.2 Xác định công thức phối chế tạo trà hòa tan 37

3.6.3 Xác định các thông số thích hợp trong quá trình sấy tạo sản phẩm trà hòa tan 38

3.6.4 Đề xuất quy trình sản xuất trà fucoxanthin hòa tan từ cao trích ly fucoxanthin 40

3.6.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm 41

PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

4.1 Kết luận 42

4.2 Kiến nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 48

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

DANH MỤC BẢNG BIÊU

B ảng 1.1 Diện tích và mật độ rong mơ vùng biển Việt Nam năm 2010 3

B ảng 3.1 Hàm lượng fucoxanthin, độ ẩm, cảm quan của chế phẩm fucoxanthin 33

B ảng 3.2 Khả năng ức chế gốc tự do DPPH của chế phẩm rong Mơ 33

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hình ảnh về S.muticum 5

Hình 1.2 C ấu trúc phân tử của fucoxanthin 7

Hình 1.3 Các d ạng chuyển hóa của fucoxanthin 8

Hình 1.4 Con đường chuyển hóa sinh học của fucoxanthin 10

Hình 1.5 M ột số chế phẩm và sản phẩm có chứa fucoxanthin 17

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước khử ion: cao trích ly fucoxanthin đến độ tinh s ạch và hiệu suất thu hồi 26

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian xà phòng hóa dầu giàu fucoxanthin đến hi ệu suất xà phòng hóa 28

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi ethanol đến độ tinh sạch và hiệu su ất thu nhận fucoxanthin từ hỗn hợp xà phòng giàu fucoxanthin 28

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi ethanol: hỗn hợp xà phòng dầu giàu fucoxanthin 30

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian tách fucoxanthin từ khô dầu fucoxanthin x ử lý NaOH bằng ethanol đến hiệu suất thu nhận fucoxanthin 32

Hình 3.6 S ơ đồ quy trình công nghệ tinh chế và tạo chế phẩm fucoxanthin 35

Hình 3.7 S ơ đồ quy trình sản xuất trà fucoxanthin hòa tan 40

đó việc tách chiết các hợp chất sinh học từ thực vật đang được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm Hiện nay, có rất nhiều hợp chất được chiết xuất từ thiên nhiên đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong đời sống Không thể không kể đến các hợp chất chống oxy hóa, các chất này có vai trò vô cùng quan trọng trong việc hạn chế hình thành gốc tự do từ đó làm giảm nguy cơ lão hóa, phòng ngừa các bệnh như: ung thư, béo phì, tiểu đường…

Việt Nam là một nước có lợi thế về biển, không chỉ tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác thủy hải sản mà còn thích hợp cho rong mơ phát triển mạnh Rong mơ được xem như một loài thực vật biển quý do giá trị kinh tế

và dinh dưỡng mà nó mang lại rất cao Nó có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng như các muối vô cơ (trong đó có nhiều iod, kali), protein, lipid, alginic, đặc biệt là fucoxanthin chiếm hàm lượng khá cao (1,01mg/g trọng lượng khô) [26] Fucoxanthin là một carotenoid có trong các loài tảo biển nâu ăn được

như Undaria pinnatifida, Sargassum fulvellum, … là một chất chống oxy hóa

tuyệt vời, chống ung thư, chống bện tiểu đường [37]

Mặc dù là chất có hoạt tính sinh học cao, tuy nhiên hiện nay fucoxanthin đang được bán xuất khẩu dưới dạng nguyên liệu thô, giá trị kinh

tế còn thấp, các cơ sở chế biến rong mơ còn hạn chế Việc nghiên cứu thu nhận fucoxanthin từ rong mơ để làm nguyên liệu cho chế biến thực phẩm

Vì vậy, phát triển rộng hơn những nghiên cứu trước, đáp ứng nhu cầu

thực tiễn, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thu nhận

fucoxanthin từ rong mơ và ứng dụng làm trà hòa tan hỗ trợ làm giảm mỡ nội tạng”

− Mục đích của đề tài:

Đưa ra được quy trình tinh chế fucoxanthin từ rong mơ

Đề xuất quy trình ứng dụng chế phẩm fucoxanthin tạo ra cho chế biến trà hòa tan fucoxanthin

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về rong mơ

Rong mơ tên khoa học là Sargassum, là một giống Tảo lớn thuộc ngành

rong Nâu , được các thủy thủ người Bồ Đào Nha tìm thấy trong vùng biển Sargasso.[8]

Rong mơ sống tập trung ở vùng ven biển, tại các vùng có bãi đá ngầm Rong mơ phân bố chủ yếu ở Trung Quốc, Nhật Bản, Philipin, Úc…Ở Việt Nam trong mơ phân bố dọc bờ biển Khu vực miền Trung và phía Nam thì tập trung chủ yếu tại các tỉnh: Quảng Bình, Quảng Nam, Thừa Thiên Huế, Quảng Trị, Đà Nẵng, Vũng Tàu, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Kiên Giang Năng suất ở các vùng tập trung đó có khi lên đến 7kg/m2 mặt nước , bình quân trên dưới 5,5kg/m2, tạo nên nguồn nguyên liệu bền vững cho việc khai thác chế biến và cũng điểm chỉ những môi trường trồng thuận lợi [4]

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 là 43,8 ± 20,2 cây/m2 và sinh lượng trung bình đạt 456 ± 64,2 g khô/m2 [5]

B ảng 1.1 Diện tích và mật độ rong mơ vùng biển Việt Nam năm 2010[3]

Tỉnh Diện tích (m2) Mật độ (kg/m) Mùa vụ sinh trưởng Quảng Nam-Đà

nẵng

Vùng biển Khánh Hòa có diện tích rong lớn nhất , tổng diện thích lên đến 2000.000m2 với mật độ là 5,5kg/m Tiếp theo là vùng biển Ninh Thuận với diện tích 1.500.000m2 , mật độ 7,0kg/m Thấp nhất là vùng biển Bình Định với diện tích 42.750m2, mật độ 2,5kg/m

Chi (genus) Sargassum

Các loài: Sargassum muticum và khoảng 250 loài khác

sẫm đến nhạt, vàng nâu tùy thuộc vào mùa vụ và điều kiện phát triển Các

nhánh của S muticum mọc so le đều đặn trên thân Nó được gắn vào đĩa bám,

có rất nhiều phao nhỏ 2 – 3 mm hình tròn hoặc hình quả lê dạng bóng khí trên thân cây và giúp cho chúng đứng thẳng trong nước hoặc nổi nếu các bộ phận

của cây bị tách khỏi thân gốc S muticum có thể dài từ 75 – 120cm, nhưng

thường đạt tới chiều dài 1,5 – 2m ở vùng biển Thụy Điển, 6 – 7m ở Pháp và lên đến 8,5 m trong vùng biển Na Uy Nhánh bên bị tách ra khỏi thân vào

mùa hè hoặc mùa thu, để lại một thân gốc ngắn qua mùa đông (Wallentinus,

1999) [28]

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng thời gian tăng trưởng của S muticum

khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ nước mà nó đang sinh sống Trong các khu

vực có khí hậu ấm hơn thì S muticum đã được chứng minh là phát triển quanh

năm, nhưng nó vẫn bị mất nhánh (Norton, 1976; Arenas & Frenández, 2000;

Britton-Simmons, 2004) S muticum có cả hai hình thức sinh sản là vô tính và

hữu tính Một nghiên cứu đã chứng minh rằng nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của

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 [6]

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

tổng carbohydrate tan trong nước 29,74%, polysaccharide tan trong nước 21,01%, và chất xơ tổng số 4,83% [34 ]

Kotake-Nara và cộng sự (2005) nghiên cho thấy rong nâu chi

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 ) [35]

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… [6]

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) [6] 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 [36]

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 thay thế

Thành phần hóa học có trong vách tế bào của rong mơ có ý nghĩa rất lớn Alginic acid là một loại polysaccharide có giá trị sử dụng Đây là loại nguyên liệu quan trọng dùng để trích ly keo alginate, dùng trong nhiều ngành công nghiệp, như: công nghiệp giấy, sơn, cao su, phim ảnh, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, hoặc thay thế carbon metyl cellulose (CMC) làm phụ gia cho xi măng dùng cho giếng khoan dầu ở biển, có tác dụng làm tăng thời gian quánh của xi măng, giải quyết sự cố xi măng đông kết sớm gây khó khăn cho quá trình xây dựng các công trình, có độ bền uốn cao hơn đảm bảo độ bền cho công trình Keo alginate còn được ứng dụng sản xuất một số dụng cụ trong 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…

1.2 Giới thiệu về fucoxanthin

Trạng thái vật lý: Fucoxanthin ở dạng tinh thể màu vàng nâu, không hòa tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ ethanol, acetone,

methanol,… Độ hòa tan của fucoxanthin trong dung môi xấp xỉ 10 mg/ml.[16]

Đặc biệt fucoxanthin là một carotenoid allenic đầu tiên được tìm thấy trong rong Nâu Fucoxanthin tồn tại ở cả hai cấu hình cis và trans, trong đó cấu hình dạng trans (chiếm gần 80%) là đồng phân chính của fucoxanthin [18] và hỗn hợp đồng phân dạng cis (13-cis và 9-cis)[19] Cấu hình trans của fucoxanthin ổn định hơn so với dạng cis

Nakazawa và cộng sự (2009) đã nghiên cứu được dạng đồng phân trans của fucoxanthin có sự hấp thu và tích hợp vào các tế bào chất béo nhanh hơn

so với dạng cis Tuy nhiên, đồng phân cis được tìm thấy là có hiệu quả hơn trong việc ức chế các tế bào trên người bị bệnh bạch cầu so với dạng trans Fucoxanthin cũng tồn tại ở dạng khác là fucoxanthinol, được tìm thấy trong các tế bào ruột của người và chuột sau khi tiêu thụ fucoxanthin [17]

1.2.2 S ự ổn định của fucoxanthin

- Khả năng chịu nhiệt của fucoxanthin

Theo một nghiên cứu về sự ổn định của fucoxanthin đối với nhiệt độ,

đã đánh giá trên hai chế phẩm là fucoxanthin-1 và fucoxanthin-P1 ở nhiệt độ 80°C và 100°C trong vòng một giờ Kết quả cho thấy, fucoxanthin-1 tương đối ổn định ở nhiệt độ 80°C Tuy nhiên nó bị biến đổi tại nhiệt độ 100°C trong một giờ Do đó khuyến cáo rằng fucoxanthin-1 nên được xử lý ở nhiệt

độ dưới 100°C Còn fucoxanthin-P1 thì ở nhiệt độ 80°C và 100°C trong một giờ đều ổn định Vì vậy fucoxanthin-P1 có thể được thao tác theo nhiệt độ xử

lý thông thường cho thực phẩm [20]

- Điều kiện pH cho khả năng ổn định của fucoxanthin

Fucoxanthin dễ bị phân hủy do oxy hóa bởi các tác nhận bên ngoài như nhiệt độ, độ pH thấp và ánh sáng do chuyển từ dạng đồng phân trans sang dạng cis kém ổn định

Năm 2010 Hii và cộng sự đã nghiên cứu tính ổn định của fucoxanthin

Họ thấy rằng nếu bảo quản fucoxanthin trong điều kiện ánh sang nhân tạo thì hàm lượng fucoxanthin không đổi trong 3 ngày Tuy nhiên khi bảo quản trong điều kiện bóng tối và có bổ sung acid ascorbic thì hàm lượng fucoxanthin không đổi trong một tuần Cũng theo nghiên cứu này, tác giả bảo quản dịch chiết fucoxanthin trong cùng điều kiện bóng tối nhưng thay đổi độ pH khác nhau (pH3, pH5, pH7, pH9) Kết quả là pH9 trong điều kiện bóng tối là ổn định nhất [21]

1.2.3 Tác d ụng sinh học của fucoxanthin

Vào năm 2002, Surawara và cộng sự đã kiểm tra sự hấp thụ fucoxanthin trong các tế bào Caco-2 Kết quả cho thấy, fucoxanthin và fucoxanthinol với nhóm acetyl thủy phân đã được tìm thấy và được xác định trong các tế bào Caco-2 Người ta cho rằng nhóm acetyl bị thủy phân bởi các hoạt động của enzyme esterolytic tồn tại trong đường tiêu hóa và fucoxanthinol tự do được hấp thụ Sự trao đổi chất của fucoxanthin đã được nghiên cứu trên chuột Mỗi con chuột được cho uống 40 nmol fucoxanthin trong một giờ và sau đó huyết tương của chúng được lấy đi phân tích Mặc

dù không tìm thấy fucoxanthin nhưng chất chuyển hóa của nó là fucoxanthinol và amarouciaxanthin A đã được phát hiện Theo kết quả kiểm tra thì sau khi uống, fucoxanthin bị thủy phân thành fucoxanthinol bởi enzyme lipase từ dịch tụy, enzyme phân hủy các ester trong acid béo như ascholesterol esterase, hoặc esterase từ các tế bào biểu mô ruột non Sau đó fucoxanthin được hấp thụ bởi các tế bào biểu mô đường tiêu hóa, vận chuyển đến gan thông qua dịch bạch huyết và máu, và được chuyển hóa thành amaroucixanthin A [20]

1.2.3.1 Tác d ụng chống oxy hóa

Hoạt động chống oxi hóa là một trong những đặc tính quan trọng của các carotenoid và nhiều tác dụng sinh học của nó có liên quan đến khả năng loại bỏ các dạng oxi hoạt động, đó là một trong những phương thức cho hoạt động chống bệnh tật của nó (Sachindra và cộng sự, 2007) Các nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng fucoxanthin cũng là một tác nhân loại bỏ các gốc tự do

có hiệu quả (Nomura và cộng sự, 1997; Yan và cộng sự, 1999) Các gốc tự do

sử dụng để đánh giá hoạt động chống oxi hóa của fucoxanthin bao gồm DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl), 12-DS (acid 12-doxyl-stearic), (Airanthi và cộng sự, 2011; Zaragoza và cộng sự, 2008; Nishono và cộng sự, 1998) [32]

Sachandra và cộng sự (2007) đã đánh giá các hoạt động chống oxi hóa của fucoxanthin và hai chất chuyển hóa của nó là fucoxanthinol và halocynthiaxanthin trong ống nghiệm liên quan đến việc loại bỏ các gốc tự do (DPPH, H+) và cho rằng fucoxanthin và fucoxanthinol thể hiện những hoạt tính chống oxi hóa cao hơn hoặc tương tự như α-tocopherol, còn halocynthiaxanthin thì thấp hơn [27]

Phản ứng chống viêm là một phản ứng tự vệ chống lại các nhân gây bệnh khác nhau, được đặc trưng bởi việc tập trung một lượng lớn bạch cầu (neutrophiles, monocytes-macrophages, và dưỡng bào) đến khu vực bị viêm, trong đó các tế bào viêm được kích hoạt bởi các chất trung gian viêm và tạo

ra anion superoxide và các gốc nitric oxide và có thể trở thành một quá trình

tự hoại, theo công bố của Zaragoza M.C và cộng sự; Choi S.K và cộng sự năm 2008 [22]

Heo và cộng sự (2008); Kim và cộng sự (2010) đã chứng minh tác dụng ức chế của fucoxanthin trên các cytokine gây viêm và các trung gian trong lipopolysaccharide được kích thích bởi đại thực bào RAW 264.7

interleukin 1β và interleukin 6 thông qua việc ức chế sự kích hoạt tác nhân nguyên tử қB và phản ứng phosphoryl hóa mitogen – được kích hoạt bởi enzyme kinase [22]

Trong báo cáo, Maeda và cộng sự đã chỉ ra rằng các chất béo từ

những con chuột cống Wistar và chuột nhà KK-Ay Nghiên cứu đã khẳng định fucoxanthin và fucoxanthinol đã ức chế sự tích lũy lipid nội bào và làm giảm hoạt tính enzyme glycerol-3-phosphate dehydrogenase trong suốt sự phân hóa thành tế bào mỡ của các tế bào Nghiên cứu của Miyashita cho thấy fucoxanthin ở trong thức ăn khi ăn vào cơ thể giúp tăng UCP1 (protein tách cặp 1) biểu hiện trong các mô mỡ trắng, làm giảm mỡ trắng ở nội tạng, giảm cân Một số nghiên cứu cho thấy rằng dùng thực phẩm bổ sung fucoxanthin làm giảm cân ở phụ nữ béo phì trung bình 4,9 kg trong thời gian 16 tuần Cũng trong các nghiên cứu này, Maeda và cộng sự đã cho thấy fucoxanthin làm giảm đáng kể lượng đường trong máu và mức insulin huyết tương, cũng như lượng nước uống vào của chuột nhà KK-Ay bị tiểu đường, béo phì [22]

Hiệu ứng gây chết tế bào đã được Hosokawa và cộng sự, Nakazawa và cộng sự, Kotake-Nara và cộng sự đề xuất là cơ chế sinh hóa mà fucoxanthin đã gây tác dụng ức chế tế bào ung thư Năm 2001 Kotake và cộng sự đã chỉ ra rằng fucoxanthin làm giảm đáng kể khả năng tồn tại của ba dòng tế bào ung thư tuyến tiền liệt trên người bao gồm PC-3, DU 145 và LNCaP tương ứng 14,9%, 5,0% và 9,8% thông qua cơ chế gây chết tế bào trên các tế bào ung thư Nghiên cứu đã chứng minh rằng fucoxanthin tác động lên cơ chế gây chết tế bào trên các tế bào PC-3 thông qua việc kích hoạt enzyme caspase-3 [22]

Vào năm 2009 Heo và cộng sự ; Urikura và cộng sự, năm 2011đã chỉ

ra rằng việc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tạo ra các dạng oxi hoạt động, phản

ứng viêm được coi là tác nhân gây bệnh chính làm tổn thương các thành phần

tế bào và một số bệnh như nám, ban đỏ và ung thư da Kết quả nghiên cứu này cũng cho thấy fucoxanthin làm giảm đáng kể các loại oxi hoạt động trong

tế bào - được tạo ra bởi sự tiếp xúc với bức xạ tia cực tím Fucoxanthin giúp nâng cao tỷ lệ sống tế bào và ức chế sự tổn thương ở các tế bào đã được xử lý, điều này chỉ ra rằng fucoxanthin có thể bảo vệ da khỏi tác hại gây ra bởi tia cực tím B từ ánh sáng mặt trời Năm 2011, Shimoda và cộng sự đã cho thấy rằng fucoxanthin ức chế hoạt động của tyrosinase, melanogenesis trong khối u

ác tính và tia cực tím B – gây nên sắc tố da [22]

Propionibacterium acnes là một loại vi khuẩn mụn trứng cá luôn xuất

hiện trong các nang lông trên da Vi khuẩn này sử dụng một lượng lớn bã nhờn như là một nguồn dinh dưỡng Trong quá trình phát triển của vi khuẩn này chúng đã sản xuất enzyme lipase làm giảm chất béo trung tính trong bã nhờn Thử nghiệm cho thấy fucoxanthin ức chế sự kích hoạt của enzyme lipase có nguồn gốc từ vi khuẩn mụn trứng cá Kết quả xét nghiệm chỉ ra rằng fucoxanthin có hoạt động chống mụn trứng cá [20]

Năm 2013, Ikeda và cộng sự đã nghiên cứu khả năng bảo về mạch máu não của fucoxanthin trên chuột bạch mắc bệnh cao huyết áp Kết quả, fucoxanthin có khả năng bảo vệ mạch máu não thong qua hoạt động loại bỏ các gốc tự do, chống lại sự chết các tế bào thần kinh ở những con chuột cao huyết áp [23]

1.3 Nghiên cứu thu nhận fucoxanthin từ rong mơ

Hiện nay, việc sử dụng sóng siêu âm để phá vỡ vách bào tử cũng được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghệ trích ly các hoạt chất sinh học nhằm

Hiệu quả trích ly các hợp chất hòa tan tăng lên nhờ sự tạo thành các bọt khí trong dung môi khi sóng truyền qua Dưới tác dụng của sóng, các bọt khí bị kéo nén, sự tăng áp quả và nhiệt độ làm các bọt khí nổ vỡ, tạo lên hiện tượng

“sốc sóng” Khi sự nổ vỡ của các bọt khí ở gần bề mặt pha rắn, xảy ra mất đối xứng sinh ra các tia dung môi có tốc độ cao vào thành tế bào, do đó làm tăng sự xâm nhập của dung môi vào tế bào và làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa pha rắn và lỏng Điều này làm tăng sự chuyển khối và phá vỡ cấu trúc tế bào Sự nổ vỡ của các bọt khí làm tăng sự thoát của các chất nội bào vào dung dịch [8]

Bản chất của quá trình trích ly là dựa vào tính tan của mỗi chất trong dung môi, chính vì vậy để trích ly hiệu quả hợp chất chống oxy hóa từ rong

Mơ cần biết được tính chất của chúng để tìm được dung môi phù hợp nhất Kim và cộng sự đã khai thác fucoxanthin, và nhận thấy bằng cách sử dụng ethanol làm dịch trích ly thì khoảng 95% chúng đã bị trích ly ra [24] Trong số các dung môi điều tra, ethanol cho sản phẩm tốt nhất với hàm lượng fucoxanthin (1,571 mg/g khối lượng mẫu đông khô), trong khi đó n-hexan và nước không có hiệu quả trong khai thác fucoxanthin Từ kết quả nghiên cứu trên ta thấy fucoxanthin là một carotenoid tan tốt trong dung môi ethanol, tan một phần trong acetone, tuy nhiên chúng lại không tan được trong nước do khả năng phân cực kém

Fucoxanthin đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và nhà sản xuất do hoạt tính sinh học mạnh của nó Hiện nay các nước như Nhật Bản,

Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, công nghệ sản xuất chế phẩm fucoxanthin thương mại làm nguyên liệu cho chế biến thực phẩm, mỹ phẩm

đã được chứng minh, làm rõ cơ chế và chức năng, có hiệu quả giảm cân, chống béo phì, hiệu ứng chống viêm và chống oxi hoá trong cơ thể Cùng với những kết quả được chứng minh bằng các thử nghiệm lâm sàng, sản phẩm được lưu hành trên thị trường

Noviendri và cộng sự (2010) đã trích ly và tinh chế thành công fucoxanthin từ hai loài rong nâu biển Malaysia, cụ thể là Sargassum binderi và

được chỉ ra nhờ phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Hàm lượng fucoxanthin, lipid tổng số và thành phần acid béo của rong biển đã cho thấy cả hai mẫu có chứa một lượng đáng kể fucoxanthin và lipid tổng số Hàm lượng

fucoxanthin và lipid tổng số của Sargassum duplicatum tương ứng là (1,01 ± 0,10 và 21,3 ± 0,10 mg/g trọng lượng khô), cao hơn đáng kể so với Sargassum

Một nghiên cứu khác, Kim và cộng sự (2012) đã khai thác fucoxanthin trên loài tảo Isochrysis aff galbana Trong nghiên cứu này, fucoxanthin được

khai thác có hiệu quả bằng các dung môi thử nghiệm như methanol, acetone, ethanol, ethyl acetate Hầu hết fucoxanthin (gần 95%) có thể trích ly được với ethanol chỉ trong vòng 5 phút và chỉ 15% sự biến đổi của fucoxanthin được phát hiện trong quá trình trích ly với ethanol trong 24h Hệ thống dung môi n-hexan: ethanol: nước với tỷ lệ 10: 9: 1 được xác định là tốt nhất cho việc trích

ly fucoxanthin và các chất béo (lipid) từ dịch chiết của Isochrysis aff galbana [24] Cũng trong thời gian này, Kim và cộng sự đã khai thác fucoxanthin trên một đối tượng khác là tảo cát Phaeodactylum tricornutum Trong nghiên cứu

này, tác giả đã thực hiện điều tra tác động của loại dung môi, thời gian, nhiệt độ

và phương pháp trích ly (ngâm, Soxhlet, hỗ trợ siêu âm, áp lực chất lỏng) đến hiệu quả khai thác fucoxanthin Trong số các dung môi điều tra, ethanol cho sản phẩm tốt nhất với hàm lượng fucoxanthin (15,71 mg/g khối lượng mẫu đông khô), trong khi đó n-hexan và nước không có hiệu quả trong khai thác fucoxanthin Hàm lượng fucoxanthin trong dịch chiết từ các phương pháp khai thác khác nhau khá liên tục (15,42 – 16,51 mg/g khối lượng mẫu đông khô) Phương pháp trích ly bằng Soxhlet được thực hiện với ethanol 100% tại 80°C

Dedi Noviendri và cộng sự (2011) đã trích ly fucoxanthin và phân tích acid béo trên 2 đối tượng rong mơ là Sargassum binderi và S duplicatum, sử

dụng dung môi trích ly là acetone-methanol lạnh (7: 3) và sau đó tinh chế rồi đi phân tích hàm lượng bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Kết

quả đã cho thấy hàm lượng fucoxanthin và lipid tổng số của S duplicatum tương

ứng là (1,01 ± 0,10 và 21,3 ± 0,10 mg/g trọng lượng khô), cao hơn so với loài S

Takeshi Mise và cộng sự (2011) đã nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết fucoxanthin trên đối tượng là loài tảo Cladosiphon

1000 µm với 3 loại dung môi là ethanol, methanol và acetone Kết quả cho thấy ở kích thước nguyên liệu 50 µm và dung môi trích ly là methanol cho hiệu quả trích ly cao nhất, sau đó là đến acetone và ethanol [38]

Irwandi Jaswir và cộng sự (2011) đã trích ly fucoxanthin trên loài tảo

làm sạch, tinh chế Kết quả phân tích HPLC cho thấy hàm lượng fucoxanthin đạt 0,43 ± 0,07 mg/g trọng lượng khô và hàm lượng lipit đạt 10,70 ± 0,90 mg/g trọng lượng khô [39]

Patent công bố số US20100152286A1, ngày 17 tháng 6 năm 2008 của nhà sáng chế Liang Li, Yanmei Li công bố [31], nguyên liệu cho sản xuất fucoxanthin chủ yếu là rong biển mầu nâu, gồn có tảo bẹ, tảo cát, rong mơ

(Sargassum fusiforme, Sargassum kjiellmanianum Yendo, Sargassum

với nguyên liệu khác, ở sáng chế này chủ yếu dùng cồn: ethanol, isopropanol, methanol, butanol và isobutanol ở các nồng độ khác nhau từ 30-100 % cồn, cho trích ly ở nhiệt độ 35, 40 và 500C, nguyên liệu trước khi trích ly được nghiền nát trước khi trích ly, sáng chế đã dùng than hoạt tính, bột nhôm, nhựa macroporous và polyamide để thực hiện tách các kim loại nặng, muối asen

và làm giầu fucoxanthin lên, sáng chế đã tạo ra được các chế phẩm có hàm

lượng 0,5; 3; 10; 18 và 33% fucoxanthin, các chế phẩm tạo ra được này đều cho dư lượng kim loại nặng dưới 10 ppm và asen ở dưới mức cho phép, kết quả đều ở dưới 4 ppm Ở sáng chế này cũng đã đưa ra công nghệ tạo vi nang fucoxanthin cho chế biến thực phẩm

1.4 Ứng dụng của fucoxanthin trong thực phẩm

Hiện nay trên thị trường thế giới, chế phẩm fucoxanthin trích ly từ rong Mơ có nguồn gốc chủ yếu ở các nước: Trung Quốc, Nhật bản, Mỹ, Hàn Quốc, Đức,… Một số chế phẩm fucoxanthin được chế biến thành các loại thực phẩm chức năng cải thiện sức khỏe con người và nâng cao giá trị cuộc sống như: trà, siro, nước uống,…

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu

Cao trích ly fucoxanthin độ ẩm 35% (được trích ly từ rong mơ

lệ nguyên liệu/dung môi là 1/5, ở cường độ siêu âm 8w/cm2/ tần số 20kHz, thời gian siêu âm là 3 phút ở nhiệt độ 45 ± 2°C) từ Viện Cơ điện nông nghiệp

và Công nghệ bảo quản sau thu hoạch [12]

Dụng cụ: Giấy lọc, phễu lọc, cốc đong, bình tam giác các loại, bình định mức, đũa thủy tinh, pipet các loại, nhiệt kế

2.1.3 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, Trung Kính – Trung Hòa – Cầu Giấy – Hà Nội

− Thời gian: Từ tháng 12/2015 đến tháng 5/2016

2.2 Nội dung nghiên cứu

− Nghiên cứu công nghệ tinh chế fucoxanthin từ dịch chiết thô:

Nghiên cứu tỉ lệ nước khử ion: cao trích ly fucoxanthin cho làm sạch dầu fucoxanthin từ cao trích ly

Xác định lượng NaOH cho xử lý dầu giàu fucoxanthin

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xà phòng hóa cao trích ly

fucoxantin đến hiệu suất xà phòng hóa

Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung môi ethanol đến độ tinh sạch

và hiệu suất thu nhận fucoxanthin từ hỗn hợp xà phòng giàu

− Đề xuất công thức phối chế và quy trình tạo trà hòa tan fucoxanthin

2.3 Phương pháp phân tích đo đạc

UV-Vis [40]

Xử lý cao trích ly fucoxanthin: pha loãng cao trích ly với hệ số pha loãng thích hợp, lọc qua giấy lọc

trước Sau đó, lấy khoảng 3ml dịch chiết của mẫu dịch chiết đã pha loãng cho vào cuvet và đo trên máy quang phổ ở các bước sóng 470nm, 581nm, 631nm

và 664 nm

Kết quả hàm lượng fucoxanthin trong dịch chiết được tính theo công thức:

C= [A470− 1,239(A631 + A581 − 0,3A664) − 0,0275A664]/141

Công thức xác định hàm lượng fucoxanthin trong nguyên liệu:

X = Trong đó: X – Hàm lượng fucoxanthin trong nguyên liệu (mg/g chất khô)

C – Hàm lượng fucoxanthin trong dịch chiết (g/l)

V – Thể tích dịch chiết (ml)

F – Hệ số pha loãng

m – Khối lượng mẫu (g)

w – Độ ẩm của nguyên liệu (%)

A470, A581, A631, A664 – độ hấp thụ quang tương ứng tại các bước sóng 470nm, 581nm, 631nm, 664nm

Hiệu quả tinh sạch chế phẩm được đánh giá thông quá hiệu suất thu hồi và độ tinh sạch

Hiệu suất thu hồi Y(%): (% ) 1 100

o

T A Y

T A

Trong đó: TA0: tổng chất có trong mẫu khô

TA1: tống chất có trong mẫu sau khi tinh chế

Độ sạch P(%): P C 1 0 0

A

Trong đó: A: hàm lượng mẫu

C: hàm lượng chất của mẫu