Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột lá dâu tằm có chứa hàm lượng hoạt chất chức năng DNJ

Do vậy việc lựa chọn lá dâu làm nguyên liệu trích ly hợp chất 1- Deoxynojirimycin DNJ và ứng dụng để sản xuất các thực phẩm chức năng dùng cho người bị bệnh tiểu đường là hoàn toàn khả t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN MINH CHÂU

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT LÁ DÂU TẰM CÓ CHỨA HÀM LƯỢNG HOẠT CHẤT CHỨC NĂNG DNJ (1- deoxynojirimycin)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS HOÀNG THỊ LỆ HẰNG

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ khoa học ngành CNTP “ Nghiên cứu

quy trình công nghệ sản xuất bột lá dâu tằm có chứa hàm lượng hoạt chất chức

năng DNJ (1-deoxynojirimycin ) “ là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Những số liệu được sử dụng được chỉ rõ nguồn gốc trích dẫn trong danh mục

tài liệu tham khảo Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công

trình nghiên cứu nào từ trước đến nay

Nguyễn Minh Châu

sự là một tài sản quý báu cho nghiên cứu sau này

- Các thầy cô của lớp Cao Học CNTP2009 đã giảng dạy và cung cấp cho tôi những kiến thức làm nền tảng cho cuốn luận văn này

- Các anh chị, bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã luôn chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức và luôn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn

- Các anh chị em bạn bè lớp Cao Học CNTP2009 Đại Học Bách Khoa Hà Nội

đã cùng tôi hợp tác học tập, trao đổi kinh nghiệm, chia sẻ kiến thức trong suốt quá trình tham gia khoá học

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Thành phần dược tính của lá dâu 10

Bảng 2: Sự thay đổi diện tích dâu tằm theo các năm 13

Bảng 3: Kết quả phân tích hàm lượng alcaloit và DNJ có trong lá dâu tằm 51

Bảng 4: Ảnh hưởng của các phương pháp trích ly đến hàm lượng DNJ có trong dịch chiết lá dâu 55

Bảng 5: Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng DNJ trong dịch chiết lá dâu 57

Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng DNJ thu được trong dịch chiết lá dâu 59

Bảng 7: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu / dung môi đến hàm lượng DNJ có trong dịch chiết lá dâu 60

Bảng 8: Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng DNJ có trong dịch trích ly 61

Bảng 9: Kết quả thí nghiệm theo ma trận DOEHLERT 63

Bảng 10: Độ lệch chuẩn và hệ số tương quan 64

Bảng 11: Giá trị các hệ số hồi quy 64

Bảng 12: Điểm tối ưu của các hàm đáp ứng 65

Bảng 13: Ảnh hưởng của số lần trích ly đến hàm lượng DNJ có trong dịch chiết lá dâu 67

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 1 Hàm lượng alcaloit trong các giống dâu ở ba tỉnh điển hình trong ba vụ theo dõi: xuân, hè, thu 52

Đồ thị 2 Sự biến đổi hàm lượng alcaloit trong lá dâu khô sau 3 tháng tồn trữ 53

Đồ thị 3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của chất mang và nồng độ chất mang tới hàm lượng DNJ có trong bột sấy phun 68

Đồ thị 4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến hiệu suất thu hồi DNJ của quá trình sấy phun ……….70

Đồ thị 5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào đến độ … 70

Đồ thị 6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến hiệu suất thu hồi DNJ 71

Đồ thị 7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu đến độ ẩm sản phẩm

71

DANH MỤC SƠ ĐỒ QUY TRÌNH

Sơ đồ: Quy trình trích ly bột lá dâu tằm có chứa hàm lượng hoạt chất chức năng DNJ 75

MỤC LỤC

PHẦN I MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích và yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích nghiên cứu 2

1.2.2 Yêu cầu 2

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Giới thiệu chung về cây dâu tằm 4

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại 4

2.1.1.1 Nguồn gốc 4

2.1.1.2 Phân loại 4

2.1.2 Đặc tính thực vật của cây dâu tằm 5

2.1.3 Thành phần hóa học và tính chất dược lý của cây lá dâu 8

2.1.3.1 Thành phần hóa học của lá dâu 8

2.1.3.2 Một số dược tính chính của lá dâu 9

2.1.4 Tình hình sản xuất lá dâu tằm 12

2.2 Giới thiệu chung về alcaloit có trong lá dâu tằm 13

2.2.1 Tổng quan về alcaloit 13

2.2.1.1 Khái niệm 13

2.2.1.2 Phân bố 13

2.2.1.3 Tính chất của Alcaloit 13

2.2.2 Các alcaloit có trong lá dâu tằm 15

2.3 Hợp chất DNJ có trong lá dâu tằm 15

2.3.1 Bản chất và cấu trúc hoá học của DNJ(1-deoxynojirimycin) 15

2.3.2 Tác dụng và cơ chế làm giảm đường huyết của DNJ 17

2.3.3 Tính an toàn của DNJ 18

2.3.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới và trong nước 19

2.4 Các phương pháp trích ly alcaloit 21

2.4.1 Các phương pháp trích ly alcaloit đang được sử dụng trên thế giới [1, 3, 9,

10] 21

2.4.1.1 Phương pháp kết tinh 21

2.4.1.2 Phương pháp sắc ký HPLC 21

2.4.1.3 Phương pháp hấp phụ bằng nhựa hấp phụ 22

2.4.1.4 Phương pháp siêu lọc 22

2.4.2 Các phương pháp trích ly alcaloit từ thực vật 23

2.4.2.1 Phương pháp và điều kiện trích ly 23

2.4.2.2 Chọn dung môi chiết xuất 26

2.5 Giới thiệu về sấy và các phương pháp sấy bột được sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm 28

2.5.1 Sấy và thiết bị sấy: 28

2.5.2 Các phương pháp sấy bột được sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm 32

2.5.2.1 Sấy thăng hoa 32

2.5.2.2 Sấy trục 33

2.5.2.3 Sấy phun 34

PHẦN III VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

3.1 Vật liệu, hóa chất và thiết bị 40

3.1.1 Nguyên liệu 40

3.1.2 Hóa chất 40

3.1.3 Thiết bị 40

3.2 Phương pháp nghiên cứu 41

3.2.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu 41

3.2.2 Phương pháp toán học thực nghiệm trong nghiên cứu tìm tối ưu 41

3.2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý 43

3.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm cụ thể cho từng nội dung nghiên cứu43

3.2.4.1 Nghiên cứu lựa chọn giống và độ già thích hợp cho mục đích thu nhận DNJ

44

3.2.4.2 Nghiên cứu phương pháp làm khô nguyên liệu thích hợp 44

3.2.4.3 Nghiên cứu quy trình trích ly lá dâu có hàm lượng DNJ 45

3.2.4.3 Khảo sát các thông số kĩ thuật ảnh hưởng đến quá trình sấy phun bột lá dâu tằm 48

PHẦN IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

4.1 Nghiên cứu lựa chọn giống và độ già nguyên liệu thích hợp cho mục đích thu nhận DNJ 50

4.2 Nghiên cứu phương pháp làm khô nguyên liệu thích hợp 55

4.3 Nghiên cứu quy trình trích ly dịch lá dâu có hàm lượng Alcaloit cao56 4.3.1Nghiên cứu phương pháp trích ly thích hợp 56

4.3.2 Nghiên cứu lựa chọn dung môi thích hợp cho quá trình trích ly 58

4.3.3 Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật thích hợp đến quá trình trích ly 60

4.3.3.1 Nghiên cứu xác định nhiệt độ trích ly thích hợp 60

4.3.3.2 Nghiên cứu xác định tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi thích hợp 61

4.3.3.3 Nghiên cứu xác định thời gian trích ly thích hợp 63

4.3.3.4 Nghiên cứu xác định số lần trích ly thích hợp 68

4.4 Khảo sát các thông số kĩ thuật ảnh hưởng đến quá trình sấy phun bột chiết lá dâu tằm 69

4.4.1 Nghiên cứu xác định chất mang và nồng độ chất mang thích hợp 69

4.4.2 Xác định nhiệt độ sấy thích hợp cho sấy phun bột lá dâu tằm 71

4.4.3 Xác định lưu lượng nhập liệu thích hợp cho sấy phun bột lá dâu tằm 72

4.4.4 Quy trình sản xuất bột lá dâu tằm có chứa hàm lượng DNJ 73

PHẦN V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 5.1 Kết luận 76 5.2 Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

PHẦN I

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Từ xa xưa cây dâu tằm (có tên khoa học Morus alba L.) đã được sử dụng trong

các bài thuốc dân gian của Trung Quốc trong việc chữa và ngăn ngừa bệnh tiểu đường (bệnh “Xiaoke”), tuy nhiên chưa có sự đề cập nào về thành phần có tác dụng chữa bệnh trong lá dâu tằm mà hoàn toàn là theo kinh nghiệm truyền thống [33] Trong những năm gần đây, từ các công trình nghiên cứu chuyên sâu các nhà khoa học Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ đã công bố về thành phần, dược tính và cơ chế hoạt động của các thành phần chức năng có trong lá dâu tằm, các kết quả nghiên cứu

đã cho thấy trong lá dâu chứa một lượng lớn các thành phần dinh dưỡng và các chất

có hoạt tính sinh học, nhất là các hoạt chất có khả năng làm giảm lượng đường máu, huyết áp, mỡ máu và trì hoãn quá trình lão hóa Đặc biệt trong số đó có hoạt chất 1- Deoxynojirimycin (DNJ) là chất có chức năng chế ngự sự tăng đường máu và phòng ngừa bệnh tiểu đường DNJ là một alcaloit với cấu tạo tương tự như D-glucoza trong đó nhóm -NH thay thế cho nguyên tử oxy trong vòng pyranoza, nó

có khả năng ức chế các enzym trong hệ tiêu hóa như α- amylaza và làm thay đổi

sự trao đổi chất glucoza cũng như tình trạng đường máu cao[35] Cho đến nay, lá dâu tằm là một trong những nguồn thực vật được phát hiện có chứa DNJ khá cao[21] Trước thực trạng về số lượng người bị mắc bệnh tiểu đường ngày càng gia tăng thì sự đòi hỏi việc nghiên cứu tìm ra nhiều loại thuốc để điều trị căn bệnh nguy hiểm này cũng đã được đặt ra như là một nhu cầu bức thiết Hiện nay trên thị trường nước ta có khá nhiều loại thực phẩm chức năng chuyên biệt dùng cho người bị bệnh tiểu đường được tổng hợp và trích ly từ thảo dược như: mướp đắng, cam thảo, nấm Linh chi, hoài sơn, lá dâu…có tác dụng làm chậm quá trình giải phóng đường vào máu, ổn định đường huyết, hạn chế biến chứng nguy hiểm Tuy nhiên, các sản phẩm này đều được nhập khẩu từ các thị trường Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Mỹ vv

Trong khi đó, nước ta là một nước có truyền thống với nghề trồng dâu nuôi tằm, hơn nữa cây dâu là loại cây rất dễ trồng, dễ nhân giống, có thể thích nghi với các điều kiện khí hậu ở các vùng miền khác nhau nên có thể trồng thành vùng nguyên liệu và trồng khắp nơi Hiện nay diện tích trồng dâu tằm ở nước ta khoảng gần 20.000 ha với năng suất khá cao khoảng 15-35 tấn/ha với khoảng 165 giống dâu, bao gồm cả dâu địa phương, giống mới lai tạo trong nước và giống nhập nội đang được trồng rộng khắp ở các khu vực trong cả nước[4][16] Đây thực sự là nguồn nguyên liệu phong phú để thu nhận hợp chất DNJ Do vậy việc lựa chọn lá dâu làm nguyên liệu trích ly hợp chất 1- Deoxynojirimycin (DNJ) và ứng dụng để sản xuất các thực phẩm chức năng dùng cho người bị bệnh tiểu đường là hoàn toàn khả thi,

có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, góp phần giảm tỷ lệ sản phẩm nhập khẩu cùng loại đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của cây dâu ngoài việc nuôi tằm

Vì vậy, nghiên cứu trích ly, thu nhận hoạt chất 1- Deoxynojirimcyin (DNJ), đặc biệt là xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất bột lá dâu giàu DNJ để ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng phòng chống bệnh tiểu đường đang được quan tâm, đặc biệt ở các quốc gia Châu Á, nơi có nguồn thực vật và cây dược liệu phong phú như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc Các sản phẩm chức năng này đều được quảng bá tác dụng của nó đến người tiêu dùng dựa trên hàm lượng DNJ công bố trên sản phẩm Từ các lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột lá dâu tằm có chứa hàm lượng hoạt chất chức năng DNJ(1- deoxynojirimycin)”

- Xác định được phương pháp tồn trữ nguyên liệu (lá dâu) phù hợp cho quá trình trích ly DNJ ở quy mô sản xuất

- Xác định phương pháp và các thông số kỹ thuật tối ưu trong quá trình trích ly tách nhằm thu được hàm lượng DNJ cao

- Xác định được các thông số kỹ thuật thích hợp trong quá trình sấy nhằm thu được sản phẩm bột lá dâu tằm có chứa hàm lượng DNJ ≥ 1%

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu chung về cây dâu tằm

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại

Tên gọi chung của cây dâu tằm là Mulberry, chúng có nhiều giống khác

nhau: white Mulberry(Morus alba L.), black Mulberry (M.nigra L.), American Mulberry, red Mulberry(M.rubra L.) Chúng có họ hàng gần với giống Korean Mulberry (Morus autralis) và Himalayan Mulberry (M.laevigata)

Cây dâu có tốc độ sinh trưởng rất nhanh, vừa là cây ôn đới, vừa là cây cận nhiệt đới, nó phát triển rộng rãi trong nhiều khu vực trên thế giới như phần Đông và Đông Nam châu Á, phía Nam châu Âu và Bắc Mỹ, Đông Bắc Nam Mỹ và một phần châu Phi, nhưng đa số phát triển ở vùng châu Á

2.1.1.2 Phân loại

Dâu là tên gọi chung của các loại cây thuộc họ Morus có quả ăn được gần giống với quả mâm xôi Cây dâu có thể cao 10 – 15m nếu không được thu hái thường xuyên Lá mọc so le, hình bầu dục, nguyên hoặc chia 3 thùy, đầu lá nhọn hoặc hơi tù Phía cuống hơi tròn hoặc hơi bằng, mép có răng cưa to Từ cuống lá tỏa

ra 3 gân rõ rệt

Cây dâu là loại cây mọc rất rộng ở nhiều nước châu Âu, châu Á, Bắc Mỹ

và bé Loại dâu này được trồng chủ yếu để nuôi tằm Dâu quả rất giống dâu lá về đặc tính thực vật, chỉ khác là quả nhiều, to và ít hạt hơn Ngoài ra người ta còn phân biệt cây dâu theo 3 loài chính:

- Morus alba L (dâu trắng): Mọc chủ yếu ở châu Á, đặc biệt ở vùng Đông

Nam Á, là giống dâu có quả màu trắng hoặc xung quanh có màu đỏ, lá được sử dụng để chăn nuôi tằm

- Morus nigra L (dâu đen): Mọc chủ yếu ở châu Âu, quả có màu đen

- Morus rubra L (dâu đỏ): Mọc ở vùng Bắc Mỹ, quả có màu đỏ tía

2.1.2 Đặc tính thực vật của cây dâu tằm [18]

Đặc tính của một số giống dâu chủ yếu ở Việt Nam

• Nhóm dâu Bầu, gồm có: Bầu trắng, Bầu tía Hà Bắc, Bầu tía Ba Vì và

Bầu đen Đặc tính chung: thân cao trung bình 2m, vỏ thân nhẵn, màu trắng xám, mầm to hình tam giác tù, lá xanh, nhám dòn dễ hái, năng suất cao phẩm chất tốt, chịu phân và ít sâu bệnh Dâu Bầu đen được trồng chủ yếu ở Bảo Lộc, miền núi phía Bắc như Sơn La, Hà Giang

• Nhóm dâu Đa, gồm có Đa Hà Bắc, Đa Thái Bình và Đa Hà Đông

Đặc tính chung: cây to, vỏ thân màu trắng mốc, độ dài lóng trung bình 1,5 cm, lá to, dày, nháp, dòn dễ hái, năng suất cao, phẩm chất tốt, chịu phân, kháng bệnh tốt Dâu

Đa Hà Bắc là giống dâu được trồng phổ biến nhất ở miền Bắc nước ta

• Nhóm dâu Cỏ: dâu Xẻ, dâu Duối, dâu Ngài, dâu Ô và dâu Tán

Đặc tính chung: cây nhỏ, chiều cao trung bình từ 1,2 – 2 m, cành các cấp ít, nhiều cành tăm, lá mỏng (riêng dâu duối lá dày), năng suất lá thấp nhưng chất lượng cao Năng suất lá phụ thuộc vào mật độ trồng Hai giống dâu Ô và dâu Tán có thân cao

to, thân trắng có bì khổng nổi rõ, cành cấp 1 mọc tập trung, góc độ phân cành nhỏ,

để cây phát triển tự nhiên có thể hình thành từng tầng tán Lá nguyên, giống dâu Tán có lá xẻ thùy, 2 giống này cho năng suất lá cao, phẩm chất tốt và sức chống chịu khỏe

• Giống dâu Ngái: cây to, thâm mềm, độ phân cành thấp, góc độ phân cành lớn, tán lớn và thấp, lá to dày xanh láng, lá khó hái, thích hợp cho nuôi tằm nhỏ, có hàm lượng nước cao

• Nhóm dâu tam bội: là nhóm dâu mới được tạo thành do PGS TS Hà Văn Phúc và cộng sự từ những năm 70 trở lại đây Bằng con đường xử lý Coxixin đã tạo được giống dâu tứ bội thể, qua quá trình chọn lọc và lai tạo với giống dâu nhị bội thành dâu tam bội Tập đoàn giống dâu tam bội khá phong phú, có 4 giống dâu tam bội được nhà nước công nhận đầu tiên là giống dâu số 7, số 11, số 12 và số 34 Tại các tỉnh được khảo sát, giống tam bội trồng bằng hom gồm giống số 7, 11, 12, 28,

36 Đặc tính chung của giống dâu tam bội là thân cao trung bình từ 2,6 – 3,9m, thân cành mềm, xốp hơn giống lưỡng bội Lá rất to và dày (gấp 2 – 3 lần giống dâu nhị bội), lá xanh thẫm, mầm to, gân nổi rõ Năng suất lá rất cao, phẩm chất lá thích hợp cho nuôi tằm tuổi lớn, sức chống chịu kém Trong 4 giống dâu tam bội, giống số 11

và số 34 có khả năng chịu mặn, thích hợp với vùng đất ven biển

• Nhóm dâu nhập nội gồm: Sha nhị luân, Hà số 7, Quế ưu 12, Quế ưu 62 Đặc tính chung: lá to, năng suất cao khoảng 40 - 45 tấn/ha, tỷ lệ bệnh cao, chủ yếu

là bệnh nấm Trong đó, giống Sha nhị luân 109 là giống dâu tốt mới nhập nội, hiện nay được trồng nhiều tại Sơn La, Quảng Ngãi, Bình Định, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ

• Giống dâu VH9: là giống mới lai tạo, lá to, dày, màu xanh đậm, thích ứng được với nhiều loại đất trồng kể cả vùng đồi, trung du, Tây Nguyên, hiện nay trồng

ở 16 tỉnh trên cả nước, tập trung nhiều nhất ở tỉnh Vĩnh Phúc

Quá trình sinh trưởng và phát triển

Tùy thuộc vào điều kiện đất đai màu mỡ, tùy thuộc vào giống, cây dâu phát triển tốt và to lớn dạng tán hay nhỏ thấp dạng bụi Cây dâu là loại cây rụng lá theo

mùa, Morus alba L thường rụng lá vào đầu mùa xuân trong khi Morus nigra L

rụng sau đó 2 tháng

Hoa: Dâu tằm là cây vừa đơn tính, vừa lưỡng tính, chúng thụ phấn cả với

nách lá của nhánh non đang phát triển và trên phần chồi non của nhánh già Chúng thụ phấn nhờ gió và một số phương pháp tự nhiên để hình thành quả mà không cần giao phấn

Quả: Quả dâu thuộc loại quả phức, tất cả các hoa đơn trên chùm hoa sau khi

thụ tinh sẽ phát triển tạo thành chùm quả, các quả đơn cùng gắn trên 1 trục quả tạo thành quả phức, trục hoa rũ xuống, quả phát triển mọng nước Lúc đầu quả có màu xanh sau chuyển sang hồng, khi quả chín có màu tím đen hoặc màu mận chín Có một vài giống khi quả chín có màu kem Màu sắc của quả do sắc tố chứa trong quả quyết định Hình thái của quả dâu khác nhau tùy theo giống, chiều dài quả dao động

từ 7 – 45 mm Trọng lượng quả bình quân từ 1 – 5 mg

Morus alba L

Morus nigra L

2.1.3 Thành phần hóa học và tính chất dược lý của cây dâu tằm

2.1.3.1 Thành phần hóa học của lá dâu[4][6]:

a, Flavon và flavon glycozit

Lá dâu chứa các thành phần rutin, quercetin, izoquercitin và triglucozit

d, Saccarit và các axit amin

Bao gồm sacaroza, fructoza, glucoza và 17 loại axit amin như axit aspartic, axit glutamic Hàm lượng các axit amin 10,1 mg/100g lá dâu khô, axit không thay thế khoảng 3,3 mg/100g lá khô

Morus rubra L

Lá dâu chứa một số vitamin như A, B1 (0,59 mg/100g lá khô), B2 (1,35 mg/100g lá khô), C (31,6 mg/100 g lá khô), axit nicotinic, caroten (7,4 mg/100g lá khô, chất xơ thực phẩm 52,9% trong đó xơ hòa tan là 7,9% Nó rất giàu Ca, K, P, ngoài ra còn gồm các kim loại ở nồng độ vết như kẽm, đồng, boron, mangan, magie, sắt Bên cạnh đó, lá dâu còn chứa nhiều chất Alcaloit đặc biệt quan trọng trong số đó là DNJ (1-deoxynojirimycin)

2.1.3.2 Một số dược tính chính của lá dâu

Tất cả các bộ phận của cây dâu, từ lá, rễ đến quả đều được dùng làm thuốc với những tác dụng chữa bệnh rất khác nhau Ngay cả những loại cây hoặc con có liên quan đến cây dâu tằm như cây ký sinh trên cây dâu (tang ký sinh), tổ bọ ngựa trên cây dâu (tang phiêu tiêu) cũng có những đặc tính dược lý khác nhau.[6]

Trong Y học cổ truyền (YHCT), lá dâu được gọi là tang diệp, cành dâu gọi là tang chi, vỏ trắng rễ dâu gọi là tang bạch bì, quả dâu gọi là tang thầm tử Lá dâu vị ngọt đắng, tính mát, có tác dụng bổ âm, phát tán phong nhiệt, giải cảm, thanh nhiệt lương huyết, mát gan, mát phổi Chủ trị các chứng mắt đỏ, mắt mờ, đau nhức chảy nước mắt , có thể vừa uống, vừa nấu nước để rửa ngoài Lá dâu có tác dụng chữa bệnh đổ mồ hôi trộm ở trẻ em Lá dâu còn có tác dụng dưỡng âm Thường được dùng để chữa tăng huyết áp, mất ngủ, phát ban chẩn, đau mắt đỏ Liều dùng mỗi ngày từ 6-12g Trong Nam dược thần hiệu, Tuệ Tĩnh cũng rất chú trọng đến việc dùng lá dâu chữa bệnh

Theo Dược điển Việt Nam: Lá dâu có các công năng như sau: Sơ tán phong nhiệt, thanh phế nhuận táo, thanh can, minh mục Chủ trị: Cảm mạo thanh nhiệt, phế

nhiệt ho ráo, chóng mặt, nhức đầu hoa mắt, mắt sây sẩm, đau mắt đỏ [4]

Từ rất lâu, lá dâu đã được sử dụng để chữa bệnh viêm phổi, tăng cường sinh lực và làm sáng mắt Các nghiên cứu cổ xưa nhất của người Trung Quốc đã chỉ ra rằng lá dâu có tác dụng làm giảm mỡ máu, cân bằng huyết áp, làm giảm lượng đường máu và tăng cường quá trình trao đổi chất Lá dâu cũng được coi là một loại dược thảo tuyệt vời trong việc làm trắng da, ngăn ngừa quá trình lão hóa và tăng

cường sinh lực Trong sách cổ của Nhật Bản ghi chép về uống trà dưỡng sinh có ghi: Lá dâu có tác dụng cải thiện "bệnh uống nước" (tức bệnh tiểu đường) Từ cổ xưa tại Trung Quốc lá dâu cũng được coi như một loại thuốc gọi là "Thần tiên trà"

để chữa bệnh ho và cao huyết áp cùng nhiều bệnh khác

Trong những nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu đã công bố các công trình nghiên cứu về thành phần, chức năng và cơ chế hoạt động của các thành phần chức năng trong lá dâu Theo các kết quả đó, họ đã thấy rằng lá dâu chứa một lượng lớn các thành phần dinh dưỡng và chất có hoạt tính sinh học, nhất là hoạt chất có khả năng làm giảm lượng đường máu, huyết áp, mỡ máu và trì hoãn quá trình lão hóa Đặc biệt trong số đó là hoạt chất DNJ mà trong các loài thực vật và động vật khác không có, nó có chức năng chế ngự sự tăng đường máu và phòng ngừa bệnh tiểu đường

Bảng 1: Thành phần dược tính của lá dâu

Các tác dụng dược lý chủ yếu của lá dâu:

a, Tác dụng làm giảm đường huyết: Người ta đã làm thí nghiệm để chứng

dường Thí nghiệm cho thấy rằng việc cho chuột bạch ăn lá dâu và chất trích ly lá dâu trước khi phát bệnh sẽ làm cho bệnh phát triển chậm hơn DNJ đã thể hiện rất

rõ khả năng ức chế sự tăng hàm lượng đường máu Có hai cơ chế cho sự giảm

đường máu của các chất Alcaloit trong lá dâu: ức chế hoạt tính α-glycosidaza và

c, Tác dụng làm giảm cholestrol và mỡ máu: Các hợp chất sterol trong lá dâu

có tác dụng ức chế sự hấp thụ cholesterol bên trong thành ruột Các hợp chất flavon trong lá dâu cũng có tác dụng ức chế sự hấp thụ cholesterol cùng với khả năng cải thiện chức năng gan Cho chuột có nồng độ mỡ máu cao ăn lá dâu thì nhận thất nồng độ cholesterol và mỡ trong huyết thanh giảm ở những mức độ khác nhau Qua các nghiên cứu về bệnh học cho thấy lá dâu có khả năng ức chế sự tạo thành mỡ gan

và do vậy làm giảm hàm lượng mỡ trong huyết thanh

d, Tác dụng chống oxy hóa và chống lão hóa: Các nhà nghiên cứu Nhật Bản

đã đưa đến kết luận về tác dụng này dựa trên những quan sát của họ về tác dụng chống oxy hóa của chất trích ly lá dâu đến LDL-cholestrol trên cả thỏ và người Họ thấy rằng chỉ một số chất chứ không phải toàn bộ các chất có trong lá dâu có tác dụng này đó là các chất thuộc nhóm izoflavon như là izoquercitrin, quercetin Đây

là chất chống oxy hóa đã được biết rất rõ và có trong nhiều loại thực phẩm và nhiều nguồn cung cấp dinh dưỡng khác Trong nghiên cứu về tác dụng chống oxy hóa của chất trích ly thì izoquercitrin ở một mức độ nào đó thì kém hoạt tính hơn quercetin

Việc tăng các gốc tự do trong bệnh nhân tiểu đường đã kéo lại gần hơn mối quan hệ về hàm lượng đường máu Và sự thay đổi của sự oxy hóa các gốc tự do, quá trình oxy hóa chất béo đã kéo theo sự phát triển của LPO (lipid peroxide) song song với bệnh tiểu đường LPO trong máu của người bệnh tiểu đường thường bị cao hơn người khỏe mạnh, hoạt động của SOD (super oxide dismutase) thấp hơn tương

ứng Điều này thể hiện rằng chức năng chống oxy hóa trong cơ thể con người bị suy giảm nghiêm trọng Nó có thể sản sinh ra một số lượng lớn các gốc tự do bởi cơ chế oxy hóa tự nhiên giữa glucoza trong máu người bệnh tiểu đường và protein glycosylat, điều này có nghĩa là hoạt động của enzym ức chế chống sự oxy hóa, thí

dụ như vitamin E, GSH, caroten, mật độ giảm dần và bị yếu đi trong việc làm sạch các gốc tự do, điều này có thể làm tăng một cách nguy hiểm sự rối loạn trao đổi chất của người bệnh tiểu đường Các flavonoit chống oxy hóa trong thực vật không chỉ loại bỏ các gốc tự do trong cơ thể con người mà còn loại bỏ các gốc có thể ngăn cản hoạt động của các enzym có lợi cho cơ thể Lá dâu chứa đầy đủ các chất flavon này, ngoài ra còn có hàm lượng caroten cao hơn Dịch trích ly từ lá dâu có tác dụng rõ rệt trong việc làm giảm hàm lượng đường máu, cải thiện sức khỏe của người bệnh tiểu đường[34] Thêm vào đó, với tác dụng làm giảm LPO cùng với hệ SOD tăng lên, chỉ ra rằng tác dụng làm giảm đường máu của chất trích ly từ lá dâu có thể liên quan đến cơ chế ngăn ngừa quá trình oxy hóa Cơ chế của việc làm giảm đường máu còn do các chất thuộc nhóm trong lá dâu ức chế sự tạo thành các gốc tự do và loại bỏ nhanh chóng các gốc tự do này

2.1.4 Tình hình sản xuất lá dâu tằm

Theo FAO trên thế giới hiện có khoảng 30 nước trồng cây dâu tằm, chủ yếu

là các nước thuộc Châu Á (chiếm 60%), trong đó Trung Quốc chiếm gần 60% lượng dâu được sản xuất, Hồ Bắc là một trong những vùng trồng dâu lớn ở Trung Quốc với trên 23.000 ha

Ở Việt Nam, hiện nay (tại thời điểm điều tra 5/2010) nước ta có 31 tỉnh tham gia sản xuất dâu tằm với tổng diện tích dâu là 17.653ha, chiếm 0,17% diện tích đất nông nghiệp[4][16] Tại hai vùng sản xuất trọng điểm là Đồng bằng Sông Hồng và Tây nguyên, các giống dâu địa phương được sử dụng phổ biến trong sản xuất ở mức trên dưới 70% Các giống dâu Tam bội thể mới chọn tạo và các giống dâu Trung quốc nhập nội năng suất cao được trồng nhiều ở các vùng Đông bắc, Tây bắc và Bắc Trung bộ

Bảng 2: Sự thay đổi diện tích dâu tằm theo các năm

Tổng DT

(Nguồn : Tổng cục thống kê và số liệu điều tra)

Năm 1994 là năm diện tích dâu đạt mức cao nhất trong lịch sử là 38.000ha

Do từ trước tới nay nghề trồng dâu ở nước ta luôn gắn với nghề nuôi tằm nên vào cuối năm 1994 đầu năm 1995 do tơ không xuất khẩu được, giá thu mua kén giảm xuống rất thấp nên đã làm cho diện tích dâu giảm rất mạnh, tiếp tục đến năm 2002 giá thu mua kén lại giảm sút và một lần nữa làm cho sản xuất dâu tằm lại thu hẹp đáng kể và dẫn đến diện tích dâu tằm hiện nay chỉ duy trì thường xuyên ở mức khoảng 17.000ha

2.2 Giới thiệu chung về Alcaloit có trong lá dâu tằm

2.2.1 Tổng quan về Alcaloit[9][11]

2.2.1.1 Khái niệm

Alcaloit là những hợp chất hữu cơ có chứa dị vòng nitơ, có phản ứng kiểm, thường gặp trong thực vật và đôi khi trong động vật, thường có hoạt tính sinh lý rất cao đối với cơ thể con người và động vật, nhất là đối với hệ thần kinh Alcaloit cho kết tủa và phản ứng màu với một số thuốc thử gọi là thuốc thử của Alcaloit [2]

* Khối lượng phân tử: khoảng từ 100 – 900

* Thể trạng: Phần lớn Alcaloit trong công thức cấu tạo có oxy thường ở thể rắn ở nhiệt độ thường Các Alcaloit ở thể rắn thường kết tinh được và có điểm chảy

rõ ràng, nhưng cũng có một số Alcaloit không có điểm chảy vì bị phân hủy ở nhiệt

độ trước khi chảy

Những Alcaloit ở thể lỏng bay hơi được và thường bền vững, không bị phân hủy ở nhiệt độ sôi nên được lấy ra khỏi dược liệu bằng bay hơi nước

* Mùi vị: Đa số các Alcaloit không có mùi, có vị đắng và số ít có vị cay

* Màu sắc: Hầu hết các Alcaloit đều không màu hoặc màu trắng, trừ một số ít có màu vàng Ngoài ra có một số Alcaloit ở dạng bazơ không màu nhưng muối của nó với acid lại có màu

* Độ tan: Nói chung các Alcaloit ở dạng bazơ gần như không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ như eter, cloform, benzen, metanol…Một số Alcaloit do có thêm nhóm phân cực như –OH, nên tan được một phần trong nước hoặc trong kiềm (Morphin, Cephalin)

Ngược lại với base, các muối Alcaloit nói chung tan được trong nước và alcol, hầu như không tan trong dung môi hữu cơ ít phân cực

Có một số ngoại lệ như Ephedrin, Colchixin, Ecgovonin các base của chúng tan được trong nước, đồng thời cũng khá tan trong dung môi hữu cơ, còn các muối của chúng thì ngược lại

Dựa vào độ tan khác nhau của Alcaloit dạng bazơ và dạng muối mà người ta

sử dụng dung môi thích hợp để trích ly suất, phân lập và tinh chế Alcaloit

Tính chất hóa học

* Alcaloit nói chung có tính kiềm yếu là do trong phân tử có nitơ Người ta

có thể tính được độ kiềm của các chất và chia thành:

+ Alcaloit có độ kiềm mạnh thì giá trị pKB<3

+ Alcaloit có độ kiềm trung bình thì giá trị pKB: 3-7 (Alcaloit trong họ cà, thuốc phiện)

+ Alcaloit có độ kiềm rất yếu thì giá trị pKB: 10-12 (Alcaloit có nhân purin) Bên cạnh đó cũng có Alcaloit không có tính kiềm như: Ricinin, colchicin, theobromin

* Tác dụng với acid thường tạo muối tan trong nước và kết tinh

Khi ở dạng muối, các Alcaloit bền vững hơn và không bị phân huỷ hoặc chuyển màu trong quá trình bảo quản Người ta sử dụng tính chất tạo muối của các Alcaloit để trích ly suất, tinh chế Alcaloit Các muối Alcaloit được bào chế thành các dạng viên nén, viên nang, thuốc tiêm để làm thuốc và bảo quản lâu hơn

* Các Alcaloit kết hợp với kim loại nặng (Hg, Bi, Pb…) tạo ra các nuối phức

* Các Alcaloit có phản ứng tương tự nhau như đối với một số thuốc thử, gọi tên chung là các thuốc thử Alcaloit Những phản ứng này được chia làm 2 loại:

+ Phản ứng tạo màu

+ Phản ứng tạo tủa

2.2.2 Các Alcaloit có trong lá dâu tằm

Trong thành phần hoá học của lá dâu tằm có chứa một lượng lớn các chất alcaloit, chiếm hàm lượng khoảng 0,52% Trong đó bao gồm rất nhiều các hợp chất alcaloit khác nhau như: β-sitosterol, Stigmasterol, DNJ

Trong số các hợp chất alcaloit có trong lá dâu tằm thì hợp chất DNJ chiếm hàm lượng lớn nhất (chiếm khoảng 60% so với alcaloit tổng số) và đây cũng là hợp chất quan trọng nhất trong việc điều trị và phòng ngừa căn bệnh tiểu đường

2.3 Hợp chất DNJ có trong lá dâu tằm

2.3.1 Bản chất và cấu trúc hoá học của DNJ(1-deoxynojirimycin)

Polyhydroxylat Alcaloit, phổ biến với các tên gọi như iminosugar hay azasugar là một loại hoạt chất đang gây sự chú ý mạnh mẽ đối với khoa học như một tiền chất tiềm năng có thể ứng dụng rộng rãi trong y học, công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm trong vài năm gần đây Thành phần cơ bản của chất này là chuỗi D- glucoza, trong đó vòng pyranoza có phân tử oxy liên kết với nitro Polyhydroxylat Alcaloit có cấu trúc tương tự như monosacarit và có khả năng ức

chế cạnh tranh đối với enzym β- glucosidaza và α- amylaza, do vậy có tác dụng điều trị sự mất cân đối của quá trình trao đổi chất có liên quan đến cacbohydrat, cũng như là một hoạt chất tiềm năng trong việc điều trị nhiều loại bệnh hiểm nghèo như ung thư, tiểu đường, bệnh liên quan đến virus (HIV, HBV )

Hiện nay một lượng đáng kể các polyhydroxylat piperidin đã được biết đến,

cả các chất có nguồn gốc tự nhiên và các chất được tổng hợp Trong số các hợp chất

“giả đường” đó thì DNJ là một Alcaloit tồn tại trong tự nhiên điển hình với hoạt tính sinh học hứa hẹn như ức chế các enzym β- glucosidaza và α- amylaza tiêu hóa

Hợp chất DNJ tự nhiên lần đầu tiên được phân lập từ lá dâu vào năm 1976 Chất DNJ có nguồn gốc tự nhiên này đã thúc đẩy ý tưởng rằng chế độ ăn có DNJ của lá dâu có thể có tác dụng làm giảm sự cao bất thường của đường máu và do đó ngăn ngừa bệnh này[8][27]

- Công thức cấu tạo: C6H13NO4

- Trạng thái: Tồn tại ở pha rắn

- Điểm nóng chảy: 2040C, nhiệt độ sôi: 3610C

- Khả năng hòa tan: DNJ là hợp chất không phân cực nên hòa tan tốt trong nước, trong ethanol (Vì các phân tử ethanol có cấu trúc không phân cực nên

sẽ hòa tan các chất không phân cực)

- Cấu tạo: DNJ là một hợp chất vòng, có cấu tạo giống α - glucose nhưng thay thế bởi một nhóm NH, do đó DNJ có khả năng kết hợp với axit và với bazo

- DNJ có khả năng tạo muối với axit, khi ở dạng muối sẽ hòa tan tốt hơn trong ethanol vì ethanol là một dung môi linh động, có thể hòa tan trong nước với các hợp chất hữu cơ khác: axit acetic, acetone, benzene, cacbon tetraclorua, chloroform, diethyl ether, ethylene glycol, glycerin, nitromethane, pyridine,và toluene

Hình 1 Cấu trúc hóa học của hợp chất DNJ

2.3.2 Tác dụng và cơ chế làm giảm đường huyết của DNJ

Hoạt chất 1- deoxynojirimycin (DNJ) trong thành phần lá dâu tằm là một chất

ức chế mạnh hoạt động của enzym α- glucosaminidaza, ngăn ngừa phản ứng xúc tác của α- glucose hydrolaza, do vậy ngăn cản hoạt động và ức chế sự phân giải tinh bột trong thực phẩm thành đường đơn là glucoza và fructoza Do đó, nó ngăn cản quá trình tạo glucoza tại thành ruột và gan, từ đó làm giảm lượng glucoza đi vào máu,

ức chế sự tăng lên nhanh của đường máu ngay sau khi ăn

Glucosaminidaza tham gia nhiều quá trình sinh học khác nhau, cụ thể là phản ứng phân giải cacbohydrat và sinh tổng hợp glycoprotein DNJ có tác dụng vô hoạt enzym α -glucose hydrolaza trong tất cả các động vật có vú Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng DNJ có khả năng năng làm giảm đường trong máu bằng cách làm giảm khả năng tiêu hóa cacbonhydrat và hấp thụ glucoza DNJ cũng liên kết với α- glycosidaza của maltoza, saccaroza và lactoza trong ruột non, do đó ngăn chặn quá trình chuyển hóa cơ chất thành đường đơn giản và sự hấp thụ đường vào

máu, do vậy hạn chế sự tăng đường máu đột ngột [8][24]

Cơ chất trong khẩu phần ăn như là tinh bột, được chuyển vào dạ dày trong quá trình thủy phân do hoạt động của α -amylaza trong nước bọt, nhưng sẽ có một phần không được hòa trộn với nước bọt nên chỉ có khoảng 70% được thủy phân và chuyển tiếp vào tá tràng Chúng tiếp tục được thủy phân trong bộ phận này do hoạt động của α-amylaza, tạo thành sản phẩm là saccaroza và maltoza, được chuyển tới ruột non Tại ruột non, α- glycosidaza có trên màng ở phần trên ruột non phân giải thành glucoza và fructoza đi vào cơ thể qua thành ruột non do vậy dẫn tới việc tăng lượng glucoza trong máu lên một cách nhanh chóng Khi DNJ được tiêu hóa cùng với thực phẩm, DNJ được chuyển vào ruột non sẽ liên kết với các enzym α- glycosidaza Do hoạt động này của DNJ mà glucoza được chuyển vào máu giảm đi,

làm cho lượng đường máu giảm theo

Cho đến nay, lá dâu tằm là một trong những nguồn thực vật được phát hiện có chứa DNJ khá cao [22] Bên cạnh đó, trong thành phần cao dâu tằm còn chứa nhiều polyphenol mà điển hình là resveratrol Hoạt chất này giúp làm tăng tính nhạy cảm của thụ thể insulin với hormon, do đó làm tăng phân huỷ glucose dư thừa Như vậy, trích ly xuất dâu tằm vừa ức chế tổng hợp mới, vừa làm tăng phân hủy glucose và làm hạ lượng đường trong máu Thêm nữa, các polyphenol còn có tác dụng chống oxy hoá sinh học mạnh, giúp chống lại quá trình peroxit hóa lipid, từ đó giúp ngăn ngừa các rối loạn chuyển hóa lipid – nguy cơ gây biến chứng thành mạch phổ biến

ở bệnh nhân ĐTĐ

Do đặc tính ưu việt của DNJ đối với bệnh tiểu đường, cũng như sự sẵn có của

nó trong các loại thực vật như cây dâu, nên việc nghiên cứu chế biến thực phẩm chức năng từ lá dâu, một loại cây rất nhiều và phổ biến ở mọi nơi trên đất nước ta là rất khả thi, dễ thực hiện

2.3.3 Tính an toàn của DNJ

Theo như nghiên cứu của Miyahara và cộng sự thì khi thử nghiệm sản phẩm

từ lá dâu nồng độ DNJ 0,1% trên chuột thì liều sử dụng có hiệu quả nằm trong khoảng khá rộng từ 0,1- 0,4 g/kg chuột, tương đương với 6-24 g bột trích ly 0,1%

DNJ/ người nặng trung bình 60kg, tức là 6-24 mg DNJ/người nặng trung bình 60

kg

Từ kết quả nghiên cứu này Kimura và cộng sự [25] đã nghiên cứu tạo ra bột trích ly lá dâu có nồng độ DNJ 1,5% và tiến hành thử nghiệm bột trích ly này trên

24 người mạnh khỏe bằng cách cho sử dụng các lượng bột trích ly khác nhau và sau

đó uống 50 g đường sacaroza, hàm lượng đường máu được xác định sau 30, 60, 90,

120, 150 và 180 phút thì kết quả cho thấy liều lượng có hiệu quả đến việc hạn chế

sự tăng đường máu là 0,8-1,2 g bột trích ly có nồng độ DNJ là 1,5% tương ứng với 12-18 mg DNJ

Tuy nhiên tác dụng giảm đường máu khi dùng bột trích ly DNJ có thể sẽ gây

ra thắc mắc là liệu có tác dụng phụ của việc sử dụng lâu dài bột trích ly dẫn tới gây bệnh hạ đường huyết cho người khỏe mạnh không Để kiểm tra điều này tác giả nghiên cứu đã thử nghiệm trên 12 người mạnh khỏe tự nguyện mỗi lần sử dụng 1,2

g bột trích ly lá dâu nồng độ 1,5% trước mỗi bữa ăn (tức là khoảng 3,6 g/ngày) trong 38 ngày thì thấy rằng hàm lượng đường máu của họ luôn ổn định ở giới hạn bình thường, như vậy có thể thấy là bột trích ly lá dâu sử dụng thường xuyên không gây hiện tượng hạ đường huyết Kết quả này cho thấy người mạnh khỏe nếu dùng thường xuyên bột trích ly lá dâu sẽ có dụng phòng bệnh mà không có tác dụng phụ nào, do vậy có thể coi bột trích ly lá dâu như một loại thực phẩm chức năng an toàn Một nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng sản phẩm Trà lá dâu bổ dưỡng Mori trích

ly xuất từ lá dâu do công ty sản xuất phối hợp với trung tâm nghiên cứu ứng dụng thực vật thiên nhiên, trường đại học Y Phương Nam (tên cũ Đại học Y khoa Quân đội số 1) đã đánh giá tác dụng của sản phẩm trên người Kết quả là với liều lượng 20ml/người/ngày, dùng đều đặn trong 3 tháng, còn 3 tháng sau đó thì tùy theo biểu

đồ máu của người dùng thì cho thấy hiệu quả rõ rệt, mức độ đường máu của bệnh nhân trở về mức bình thường là 50,88%

2.3.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới và trong nước

2.3.4.1 Trên thế giới

Hiện nay đã có một số quốc gia nghiên cứu về DNJ trong lá dâu tằm như Nhật Bản, Trung Quốc…, họ đã tạo ra một số sản phẩm từ lá dâu tằm có chứa hoạt chất DNJ, các sản phẩm này đều đã được thử nghiệm lâm sàng trên chuột, thỏ và người Các kết quả mang lại rất khả thi, DNJ không gây tính độc đối với người và đặc biệt hơn nó đã có tác dụng giảm đường huyết trong máu Những sản phẩm tạo ra từ bột

lá dâu tằm có chứa hoạt chất chức năng DNJ có thể được coi là những sản phẩm thực phẩm chức năng an toàn

2.3.4.2 Trong nước

Tại Việt Nam chưa có các nghiên cứu một cách hệ thống về vấn đề trích ly hợp chất DNJ từ lá dâu tằm và dùng để sản xuất các thực phẩm chức năng Năm 2007, Viện Công nghiệp Thực phẩm (chủ trì là TS.Đặng Hồng Ánh) đã thực hiện đề tài

“Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột lá dâu tằm giàu 1- deoxynojirimycin” [18], do

thời gian thực hiện ngắn (01 năm) và kinh phí có hạn nên kết quả mới dừng lại ở quy mô thí nghiệm thăm dò Tuy nhiên đề tài cũng bước đầu xác định được một số thông số công nghệ chính trong quá trình trích ly tách DNJ từ lá dâu tằm và bước đầu đã tạo ra được bột lá dâu tằm có hàm lượng DNJ= 0,5% đồng thời đã thử tác dụng sơ bộ của sản phẩm này trên người Mặc dù vậy, để thiết lập được quy trình công nghệ trích ly DNJ từ lá dâu tằm một cách hoàn thiện mà quy trình này có thể ứng dụng được trong thực tiễn sản xuất cần phải có các nghiên cứu một cách tỉ mỉ

và sâu rộng hơn từ xác định tiêu chuẩn nguyên liệu (lá dâu tằm) đến các phương pháp và thông số tối ưu trong quy trình công nghệ nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, ổn định nhưng đồng thời phải đảm bảo hiệu quả kinh tế Rộng hơn nữa, cần phải ứng dụng được sản phẩm bột lá dâu tằm giàu DNJ này để tạo ra một số sản phẩm chức năng mang tính hàng hóa với mục đích phòng chống, hỗ trợ điều trị cho người bệnh tiểu đường với tiêu chí dễ sử dụng, giá thành hạ nhằm đa dạng hóa các sản phẩm chức năng cho người bệnh tiểu đường trên thị trường Việt Nam, đây đang

là vấn đề quan tâm của các cơ quan chức năng

Ngoài ra, còn có một số công trình khác nghiên cứu về trích ly lá dâu tằm của

“Chiết xuất, xác định hàm lượng polyphenol và đánh giá tác dụng chống Oxy hoá

của các mẫu bột trích ly lá dâu”[12] vào năm 2005 và của TS.BS.Nguyễn Quang

Trung bệnh viện Uông Bí – Quảng Ninh khi thực hiện đề tài “Đánh giá tác dụng

bột chiết lá dâu trên các chỉ số lipid và trạng thái chống oxy hóa trong máu ở chuột nhắt trắng gây rối loạn lipid máu và đái tháo đường thực nghiệm” vào năm 2006

[15], tuy nhiên đây chỉ là những nghiên cứu về dược tính của một thành phần khác trong lá dâu

Trong khi đó Việt Nam là nước có sản lượng dâu tằm tương đối lớn, vì thế việc nghiên cứu trích ly bột trích ly lá dâu có hàm lượng chất hoạt tính sinh học cao ứng dụng làm thực phẩm chức năng là có tiềm năng rất lớn cả về nguyên liệu và khả năng ứng dụng thực tiễn, tạo ra một sản phẩm mới có lợi cho sức khỏe cộng đồng

sử dụng do dễ lẫn tạp nên sản phẩm không đươc tinh sạch

2.4.1.2 Phương pháp sắc ký HPLC

Phương pháp này sử dụng hỗn hợp các thành phần hấp thụ cố định gồm có các phương pháp sắc kí khác nhau

a, Sắc ký trao dổi ion:

Sử dụng khung vật liệu rắn, gồm các nhựa trao đổi ion Một khung mang các điện tích dương, ion đối mang điện tích âm

b, Sắc ký lọc gel (tách gel dextran):

Phương pháp này cho phép phân đoạn một số hỗn hợp alcaloit theo khối lượng phân tử của chúng Có 2 pha trong đó pha tĩnh là các hạt gel xốp chứa đầy trong cột, pha động là dòng dung dịch có chứa alcaloit cần trích ly Khi cho dung dịch có chứa alcaloit đi qua, các phân tử dextran sẽ bị giữ lại trong gel, các phân tử polyhydroxylat alcaloit sẽ theo ra ngoài khi rửa cột Phương pháp này ít được sử

dụng do không làm được trên quy mô công nghiệp, giá thành thì tốn kém

c, Sắc ký ái lực (sắc kí pha đảo ngược):

Dựa vào khả năng liên kết đặc hiệu và thuận nghịch của alcaloit với một phân

tử khác gắn bằng liên kết đồng hóa trị vào một chất mạng không hòa tan chứa trong cột sắc ký Khi cho dung dịch chứa alcaloit đi qua thì chỉ có alcaloit được giữ lại còn các tạp chất khác sẽ bị trôi ra khỏi cột, tiếp đó thì alcaloit sẽ được dung giải ra ngoài bằng các chất dung giải rửa cột

2.4.1.3 Phương pháp hấp phụ bằng nhựa hấp phụ

Nhựa hấp phụ được sử dụng ở đây là nhựa Macroporous Phương pháp này có

từ những năm cuối thế kỷ XX vào những năm 60 Bằng cách cho dịch trích ly qua bình hấp phụ chứa các hạt nhựa Macroporous Hạt nhựa Macroporous là một loại polymer hữu cơ hấp phụ, nó có mạng lưới xốp cấu trúc và có tính chất hấp phụ tốt Phương pháp này có ưu điểm là hấp phụ nhanh và dung giải hấp phụ dễ dàng, khó có thể sử dụng để sản xuất do có nhược điểm lớn là giá thành thực hiện khá cao

2.4.1.4 Phương pháp siêu lọc

Người ta sử dụng màn bán thấm hay màng siêu lọc, tức là chỉ cho những thành phần có tính chất chọn lọc đi qua, ở đây là alcaloit Phương pháp này có độ tinh khiết không cao, lượng alcaloit thu được thấp (nguyên nhân là do alcaloit dễ trao đổi ion với nhựa lọc của màng bán thấm)

2.4.2 Các phương pháp trích ly alcaloit từ thực vật

Trong thành phần của bất cứ loài thực vật nào đều chứa rất nhiều tạp chất, để tách riêng được alcaloit trong lá dâu là một vấn đề hết sức phức tạp Sự trích ly được dựa trên các nguyên tắc hòa tan khác nhau của các phân tử khác nhau, tức là ta

sẽ tạo ra 2 pha Hai pha này tan và không hòa tan vào dung môi trích ly Các phương pháp đều được dựa theo tính chất vật lý riêng biệt và tính chất hóa học của alcaloit

2.4.2.1 Phương pháp và điều kiện trích ly

Dựa vào trạng thái của nguyên liệu và đặc tính của dung môi trích ly, người ta chia trích ly thành 2 loại[3]:

+ Trích ly tĩnh: Nguyên liệu được ngâm trong dung môi trong một thời gian nhất định (cả hai đều không chuyển động) trong suốt quá trình trích ly

+ Trích ly động: Dung môi hoặc nguyên liệu chuyển động hoặc cả hai cùng chuyển động nhờ cánh khuấy làm tăng khả năng tiếp xúc, nhờ đó hiệu suất trích ly cao hơn

Trong quá trình trích ly, tuỳ theo từng loại nguyên liệu có thể gia nhiệt hoặc không gia nhiệt Nếu các chất trong nguyên liệu ít bị biến đổi hoặc biến đổi theo chiều hướng có lợi khi gia nhiệt thì có thể gia nhiệt trong quá trình trích ly để làm tăng khả năng hoà tan của các cấu tử có trong nguyên liệu và dung môi, rút ngắn thời gian trích ly

Dựa vào phương pháp và số bậc trích ly có thể chia trích ly thành trích ly gián đoạn một bậc, nhiều bậc và trích ly liên tục

+ Trích ly một bậc: Toàn bộ quá trình được thực hiện trong một thiết bị trích

ly, nguyên liệu và dung môi chỉ tiếp xúc một lần, phương pháp trích ly này thường cho hiệu suất thấp

+ Trích ly nhiều bậc: Nếu hệ số phân bố không đủ lớn để trích một lần thì phải trích ly thêm nhiều lần Nghĩa là sau khi trích ly một lần, trong dung dịch còn lại một lượng chất tan đáng kể thì thường người ta thêm một lượng dung môi trích ly

mới và trích ly một hay nhiều lần nữa Hiệu suất cao hơn hiệu suất trích ly đơn nhưng tốn dung môi, thời gian và công suất

Một số phương pháp hòa tan trích ly bao gồm:

• Phương pháp ngâm trong dung môi

Nguyên liệu đã làm nhỏ tới độ mịn thích hợp (thường là bột thô) và dung môi được chứa vào vào một bình kín để ở nhiệt độ phòng Ngâm trong thời gian xác định, thỉnh thoảng có khuấy trộn hoặc lắc Sau đó gạn, ép bã lấy dịch trích ly Để lắng 24-36 tiếng ở nhiệt độ phòng để loại tạp chất lơ lửng Gạn, lọc lấy dịch trong

Có thể ngâm đơn giản hoặc ngâm phân đoạn

- Ngâm đơn giản: Ngâm một lần với toàn bộ lượng dung môi

- Ngâm phân đoạn: Chia dung môi ra nhiều phần rồi ngâm làm nhiều lần Sau mỗi lần ngâm, gạn lấy dịch trích ly, ép bã, lại cho dung môi mới vào ngâm và tiếp tục tiến hành như trên Các phần dịch trích ly được tập hợp lại được gọi là dịch trích

ly

Với phương pháp này, cùng lượng dung môi sẽ trích ly được hàm lượng hoạt chất nhiều hơn so với phương pháp ngâm đơn giản

Phương pháp ngâm lạnh dùng cho các dược liệu chứa hoạt chất dễ tan hoặc dễ

bị phân hủy ở nhiệt độ cao

• Phương pháp ngấm kiệt đơn giản

Ngấm kiệt là phương pháp trích ly xuất bằng cách cho dung môi chảy rất chậm qua khối nguyên liệu đựng trong một dụng cụ đặc biệt gọi là bình ngấm kiệt Quá trình trích ly xuất không có khuấy trộn

Ngấm nhỏ giọt bao gồm các giai đoạn sau:

- Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu cần phải khô và được chia nhỏ đến độ mịn thích hợp

- Làm ẩm nguyên liệu: Mục đích của giai đoạn này để nguyên liệu khô hút dung môi và trương nở hoàn toàn trước khi được chuyển vào bình trích ly Nếu nguyên liệu không được làm ẩm từ trước, khi chuyển vào bình trích ly sẽ khó đuổi

hết không khí ra khỏi nguyên liệu, tạo các khoảng trống làm cản trở nguyên liệu tiếp xúc với dung môi, giảm hiệu suất trích ly xuất

- Ngâm trung gian: Bột nguyên liệu đã làm ẩm được cho vào bình từng lớp một, nén nhẹ nhàng và san bằng mặt trên khối bột Nếu bột nguyên liệu được cho không đều sẽ tạo ra các kênh, dung môi chảy theo các kênh đó mà không thấm đều qua toàn bộ khối bột Sau đó mở van dưới đáy bình, thêm dung môi đến khi không khí thoát ra hết và dịch trích ly bắt đầu chảy ra Khóa van lại và thêm tiếp dung môi cho ngập nguyên liệu, để ngâm trong khoảng 24 giờ hoặc lâu hơn tuỳ loại nguyên liệu

- Rút dịch trích ly: Mở khoá cho dịch trích ly chảy từng giọt vào bình hứng Chú ý thường xuyên thêm dung môi để ngập mặt nguyên liệu 2-3cm Tốc độ rút dịch trích ly phụ thuộc vào khối lượng và tính chất nguyên liệu sử dụng Rút dịch trích ly quá nhanh sẽ không trích ly kiệt hoạt chất; rút dịch trích ly quá chậm, thời gian trích

ly kéo dài và hao phí dung môi do bay hơi

Phương pháp này thường dùng để trích ly nguyên liệu có hoạt chất độc mạnh Dung môi trích ly thường là ethanol hoặc ete Phương pháp có ưu điểm tốn ít dung môi và trích ly kiệt được hoạt chất

• Phương pháp ngấm kiệt phân đoạn

Nguyên liệu được chia ra nhiều bình, lượng đều nhau hoặc nhỏ dần Tiến hành trích ly giống như phương pháp ngấm kiệt đơn giản nhưng dịch trích ly lần thứ nhất của bình 1 để riêng, dịch trích ly lần sau dùng làm ẩm và trích ly phần nguyên liệu ở bình 2 Dịch trích ly lần thứ nhất của bình 2 bằng lượng nguyên liệu trong bình để riêng, dịch trích ly lần sau của bình 2 lại dùng làm dung môi trích ly của bình 3, tiếp tục như trên cho đến hết

Phương pháp này có ưu điểm tốn ít dung môi và thu được dịch trích ly đậm đặc, nhưng nhược điểm là không trích ly kiệt được hoạt chất

• Phương pháp trích ly soxhlet

Chuẩn bị nguyên liệu, bọc giấy, bịt kín hai đầu rồi đặt vào trụ trích ly Dùng dung môi trích ly trong một thời gian nhất định Sau khi thực hiện các chu trình trích ly lấy dịch trích ly ra đem cô chân không thu được hoạt chất thô

Công nghệ trích ly alcaloit ( DNJ) từ lá dâu tằm cũng dựa vào nguyên tắc chung của quá trình trích ly Việc chọn loại hình trích ly sao cho hiệu suất cao nhất với chi phí về dung môi, thời gian, thiết bị dễ chế tạo và vận hành là cần thiết

2.4.2.2 Chọn dung môi trích ly

Các alcaloit có thể được trích ly từ nguyên liệu dưới dạng muối hoặc dạng bazơ Trong đó trích ly alcaloit từ nguyên liệu dưới dạng muối sử dụng các dung dịch axit hoặc các dung môi phân cực đã axit hoá, còn trích ly alcaloit từ nguyên liệu dưới dạng bazơ sử dụng các dung môi hữu cơ sau khi đã kiềm hoá nguyên liệu Lựa chọn nồng độ ethanol tùy theo thành phần của nguyên liệu

• Phương pháp trích ly alcaloit dưới dạng bazơ bằng dung môi hữu cơ không phân cực

Ưu điểm: Hiệu suất trích ly các hoạt chất từ nguyên liệu cao do dịch trích ly rút ra sạch, dễ tinh chế loại các tạp đi kèm theo Các dung môi hữu cơ không phân cực thường là các dung môi có khả năng trích ly chọn lọc đối với Alcaloit ở dạng bazơ

Nhược điểm: Dung môi hữu cơ thường là các dung môi đắt tiền Khi sử dụng các dung môi này để trích ly đòi hỏi các thiết bị phức tạp đầu tư cho thiết bị lớn

Phương pháp tiến hành gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Để tăng khả năng trích ly ta phải chia nhỏ nguyên liệu trước khi trích ly nhằm làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa hai pha rắn và lỏng đẩy nhanh quá trình khuếch tán Tuy nhiên nếu ta chia nhỏ nguyên liệu quá dung môi sẽ khó chuyển động qua khối dược liệu và ta rất khó thu được dịch trích ly, do đó tuỳ thuộc vào từng loại dược liệu

ta có thể xay nhỏ khác nhau để vừa đảm bảo đẩy nhanh quá trình khuếch tán vừa dễ

Kiềm hoá và làm trương nở nguyên liệu bằng dung dịch kiềm (thường dùng Ca(OH)2, NH4OH, Na2CO3…) để chuyển alcaloit trong nguyên liệu dạng muối sang dạng bazơ (các Alcaloit tồn tại trong thực vật dưới dạng bazơ và dạng muối)

Giai đoạn 2: Trích ly

Sau khi kiềm hoá, tiến hành trích ly alcaloit bằng dung môi hữư cơ (thường dùng chloroform, dietylether, ethanol) Thu hồi dung môi, thu được alcaloit toàn phần

Giai đoạn 3: Tinh chế

Chuyển các alcaloit ở dạng bazơ sang dạng muối bằng cách hoà tan Alcaloit toàn phần bằng các dung dịch axit loãng như axit sunfuric, axit hydrochloric 5-10% Lọc lấy dung dịch axit Kiềm háo dung dịch axit để chuyển các alcaloit từ dạng muối sang dạng bazơ Để lắng, lọc, thu được kết tủa alcaloit toàn phần thô

Nếu muốn thu được alcaloit tinh sạch hơn có thể trích ly alcaloit từ dung dịch axit đã kiềm hoá bằng dung môi ít phân cực như chloroform hoặc hỗn hợp chloroform + dietylether

Phương pháp này thường được áp dụng trong nghiên cứu cơ bản để trích ly tách và xác định cấu trúc hoá học, định danh các alcaloit chưa biết Sử dụng độ kiềm khác nhau của các alcaloit để tách chúng trong quá trình kiềm hoá dịch trích ly

Phương pháp này sử dụng nhiều dung môi hữu cơ để trích ly xuất Alcaloit trực tiếp từ nguyên liệu, vì vậy ít được sử dụng trong sản xuất

• Phương pháp trích ly alcaloit dưới dạng muối bằng dung môi acid hoặc ethanol (ethanol, methanol)

Ưu điểm: Dung môi rẻ tiền, dễ kiếm, thiết bị trích ly xuất đơn giản, đầu tư ít Nhược điểm: Dịch trích ly rút ra lẫn nhiều tạp chất, khó tinh chế do đó mất mát nhiều trong khâu tinh chế làm cho hiệu suất trích ly thấp

+ Trích ly xuất alcaloit bằng dung dịch axit loãng hoặc ethanol đã axit hoá

Phương pháp tiến hành gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu được xay thô, sau đó được làm ẩm cho trương nở bằng nước

Giai đoạn 2: Trích ly xuất

Tiến hành trích ly alcaloit bằng dung dịch axit loãng như axit sunfuric, axit hydrocloric (hoặc ethanol đã axit hoá) Thu hồi dung môi, thu được alcaloit toàn phần

Giai đoạn 3: Tinh chế

Kiềm hoá để chuyển các alcaloit từ dạng muối sang dạng bazơ Tiến hành trích ly alcaloit bằng dung môi hữu cơ (thường dùng cloroform, dietylether) Thu hồi dung môi, thu được alcaloit thô Tiếp tục tinh chế bằng phương pháp kết tinh, thu được hỗn hợp alcaloit tinh chế, hoặc kết tinh phân đoạn có thể thu được alcaloit chính dưới dạng tinh thể

Phương pháp này được áp dụng nhiều trong sản xuất vì dung môi là các dung dịch axit loãng hoặc ethanol axit hoá có giá thành rẻ và an toàn

+ Trích ly alcaloit bằng ethanol trung tính

Phương pháp tiến hành gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu được xay thô, sau đó được làm ẩm cho trương nở bằng nước Giai đoạn 2: Trích ly

Tiến hành trích ly alcaloit bằng ethanol Thu hồi dung môi, được cao ethanol toàn phần

Giai đoạn 3: Tinh chế

Trích ly alcaloit từ cao ethanol toàn phần bằng dung dịch axit loãng, lọc bỏ tủa, kiềm hoá dịch trích ly axit Để lắng tủa alcaloit, lọc, thu được alcloit toàn phần Tiếp tục tinh chế bằng phương pháp kết tinh

Phương pháp này cũng được áp dụng trong sản xuất (tuỳ theo loại nguyên liệu) nhưng ít hơn phương pháp trên vì dùng ethanol trung tính thường kéo theo nhiều tạp chất, khó khăn cho việc tinh chế sau này

2.5 Giới thiệu sấy và các phương pháp sấy bột được sử dụng trong thực phẩm

và dược phẩm

• Khái niệm: Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi

• Sấy được dùng khi:

- Tăng độ bền của vật liệu

- Tăng giá trị cảm quan của vật liệu

- Tăng khả năng bảo quản

- Giảm công chuyên chở

• Quá trình sấy diễn ra theo ba giai đoạn:

- Giai đoạn đốt nóng vật liệu

- Giai đoạn sấy đẳng tốc

- Giai đoạn sấy giảm tốc

• Dựa vào phương thức cung cấp nhiệt người ta chia thiết bị sấy ra làm ba loại:

• Tiếp xúc trong chất lỏng nóng

Môi chất nóng vừa đóng vai trò chất cung cấp nhiệt và nhận ẩm, vừa là chất ngâm tẩm Môi chất nóng có thể là dầu mỏ hoặc các loại dầu thực vật có nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ của nước ở áp suất khí quyển Vật liệu sấy được ngâm trực tiếp trong môi chất nóng và nhận nhiệt thải ẩm vào môi trường thông qua chính môi chất nóng như các thiết bị sấy đối lưu thông thường

• Tiếp xúc bề mặt

Vật liệu sấy tiếp xúc trực tiếp với một bề mặt đốt nóng và thường cùng chuyển động với các bề mặt này Loại tiếp xúc này có thể chia làm hai loại: loại trục cán và trục rulo

Tóm lại, hệ thống sấy tiếp xúc vật liệu sấy nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ một bề mặt hay một dịch thể được đốt nóng và thải ẩm vào môi trường chung quanh Thiết bị sấy tiếp xúc có cường độ sấy cao và hiệu quả sử dụng năng lượng tương đối cao Tuy nhiên trong sấy tiếp xúc, bề mặt vật sấy nhanh chóng bị đốt nóng tạo ra độ chênh lệch nhiệt độ lớn giữa bề mặt và lớp sâu bên dưới Điều này dễ dẫn tới chất lượng sản phẩm không như ý muốn (cong, vênh, nứt, vỡ, biến màu …)

2.5.1.2 Sấy bức xạ

Sấy bức xạ dùng điện năng thường được dùng để sấy các vật liệu dạng tấm phẳng như giấy, vải hoặc các màn mỏng giống như các chi tiết máy sau khi sơn hoặc phim ảnh sau khi tráng … Ngoài ra sấy bức xạ còn có ưu điểm nữa là tia bức xạ có thể đi sâu vào bên trong vật liệu sấy, điều này dẫn đến quá trình truyền chất trong lòng vật liệu được tăng cường, vật liệu sấy khô đồng đều hơn Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của sấy bức xạ là tiêu tốn quá nhiều điện năng, chi phí đầu tư cao

2.5.1.3 Sấy đối lưu

Trong các thiết bị sấy đối lưu năng lượng vật liệu nhận được bằng phương pháp truyền nhiệt đối lưu, do tác nhân sấy đồng thời là chất mang nhiệt để cung cấp năng lượng cho vật liệu sấy và mang ẩm thoát từ vật liệu sấy vào môi trường Tác nhân sấy trong thiết bị sấy đối lưu thường là không khí hoặc khói lò

• Hệ thống sấy buồng

Thiết bị sấy buồng thường dùng để sấy các loại vật liệu dạng cục, hạt, đến các vật liệu dạng thanh, tấm Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là buồng sấy Trong buồng sấy có bố trí các thiết bị đỡ vật liệu sấy gọi chung là thiết bị chuyển tải Do đó năng suất không lớn

• Hệ thống sấy khí động

Có nhiều dạng hệ thống sấy khí động Thiết bị sấy trong hệ thống sấy khí động