Nghiên cứu chiết xuất chống oxy hóa từ củ tỏi phan rang (allium sativum l) theo cách tiếp cận công nghệ xanh và thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipit trong cơ thịt cá nục xay

Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi dựa vào hoạt tính khử gốc tự do DPPH của dịch chiết theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman ....

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA SAU ĐẠI HỌC



NGUYỄN THỊ YẾN PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT XUẤT CHẤT CHỐNG OXY HÓA TỪ

CỦ TỎI PHAN RANG (Allium sativum L) THEO CÁCH TIẾP

CẬN CÔNG NGHỆ XANH VÀ THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA LIPIT TRONG CƠ THỊT CÁ NỤC XAY

LUẬN VĂN THẠC SỸ

KHÁNH HÒA - 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA SAU ĐẠI HỌC



NGUYỄN THỊ YẾN PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT XUẤT CHẤT CHỐNG OXY HÓA TỪ

CỦ TỎI PHAN RANG (Allium sativum L) THEO CÁCH TIẾP

CẬN CÔNG NGHỆ XANH VÀ THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA LIPIT TRONG CƠ THỊT CÁ NỤC XAY

Người hướng dẫn khoa học:

TS HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO

Chủ tịch Hội đồng:

PGS.TS VŨ NGỌC BỘI

Khoa sau đại học:

KHÁNH HÒA - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Học viên

Nguyễn Thị Yến Phượng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, trước tiên tôi xin gửi đến Ban Giám hiệu - Trường Đại học Nha Trang, Lãnh đạo Khoa Sau đại học và Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lời cảm ơn và lòng tự hào được học tập tại Trường trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo, đã tận tâm hướng dẫn, động viên và truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức quý báu về khoa học, những kinh nghiệm thực tế cũng như những kỹ năng làm việc trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn thầy: PGS TS Vũ Ngọc Bội - Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm, các Thầy Cô giáo trong Khoa Công nghệ Thực phẩm và tập thể cán bộ trong các phòng thí nghiệm: Công nghệ Sinh học, khu công Nghệ cao, Chế biến Thủy sản - Trung tâm Thí nghiệm Thực hành - Trường Đại học Nha Trang đã nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Xin ghi nhận tình cảm và sự giúp đỡ nhiệt tình của chị Trần Thị Loan, học viên cao học lớp CHCNTP-2014 và các bạn sinh viên trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè

đã tạo điều kiện, động viên cỗ vũ tinh thần để tôi vượt qua mọi khó khăn trong suốt thời gian vừa qua

Khánh Hòa, ngày 26 tháng 04 năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Yến Phượng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC BẢNG VII DANH MỤC HÌNH VIII

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về tỏi 4

1.1.1 Tên gọi và lịch sử 4

1.1.2 Phân loại và thành phần trong tỏi 5

1.1.3 Hợp chất phenol và flavonoid 7

1.1.4 Tình hình nghiên cứu về Tỏi ở Việt Nam và trên thế giới 12

1.1.5 Cách tiếp cận công nghệ xanh 13

1.1.6 Phương pháp tách chiết các hợp chất 24

1.2 Quá trình oxy hóa và chất chống oxy hóa 28

1.2.1 Quá trình oxy hóa 28

1.2.2 Chất chống oxy hóa 28

1.2.3 Một số phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa được áp dụng phổ biến 29 1.3 Quá trình oxy hóa chất béo 32

1.3.1 Phân loại 32

1.3.2 Ảnh hưởng của quá trình oxy hóa chất béo đến chất lượng thực phẩm 33

1.4 Các vấn đề oxy hóa chất béo trong thịt cá 33

1.4.1 Vấn đề oxy hóa chất béo thịt cá 33

1.4.2 Hạn chế oxy hóa chất béo thịt cá 35

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 Nguyên vật liệu, hóa chất và phương pháp phân tích 37

2.1.1 Nguyên vật liệu 37

2.1.2 Hóa chất 38

2.2 Phương pháp nghiên cứu 41

2.2.1 Phương pháp tiếp cận các nội dung của đề tài và sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 41

2.2.2 Phân tích thành phần hóa thực vật nhận diện các hợp chất có hoạt tính chống

oxy hóa từ củ tỏi Phan Rang 43

2.2.3 Thí nghiệm sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi 43

2.2.4 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chiết 49

2.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo quản đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ tỏi 56

2.2.6 Ảnh hưởng của phương pháp làm khô đến hoạt tính chống oxy hóa từ dịch chiết tỏi 57

2.2.7 Nghiên cứu thử nghiệm chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay 60

2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu 61

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 62

3.1 Thành phần hóa thực vật của củ tỏi phan rang 62

3.2 Sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi 62

3.2.1 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi dựa vào hoạt tính khử gốc tự do DPPH của dịch chiết theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 64

3.2.2 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi dựa vào tổng năng lực khử theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 65 3.2.3 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi dựa vào hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng phản ứng Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 67

3.2.4 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi dựa vào hàm lượnghợp chất phenol tổng số theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 70

3.2.5 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi dựa vào hàm lượng flavonoid tổng số theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 71

3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi 73

3.3.1 Ảnh hưởng của chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 73

3.3.2 Xác định nồng độ dung môi chiết Ethanol 78

3.3.3 Xác định tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết 83

3.3.4 Xác định nhiệt độ chiết 86

3.3.5 Xác định thời gian chiết 89

3.3.6 Xác định số lần chiết 92

3.3.7 Đề xuất qui trình chiết xuất ở điều kiện thích hợp để thu dịch chiết giàu hoạt tính chống oxy hóa từ củ tỏi 95

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo quản đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ tỏi 96

3.5 Ảnh hưởng của phương pháp làm khô đến hoạt tính chống oxy hóa từ dịch chiết củ tỏi 100

3.6 Thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay 107

3.6.1 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết từ củ tỏi đến sự biến đổi chỉ số peroxyde trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh 107

3.6.2 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết củ tỏi đến sự biến đổi chỉ số TBARS của các mẫu cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh 108

3.6.3 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết từ củ tỏi đến sự biến đổi hàm lượng TVB-N trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh 110

Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết từ củ tỏi đến sự biến đổi hàm lượng TVB-N trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh được trình bày ở hình 3.44 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

PHỤ LỤC 123

SFE : Super Critical Fluid Extraction

TCA : Acid Trichloracetic

TPC : Total Phenolic Compounds

Ngl/dm: Nguyên liệu/dung môi

IC50 : Nồng độ của mẫu có thể ức chế 50% gốc tự do

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Phân loại khoa học của củ tỏi (Allium sativum) 5

Bảng 1.2 Giá trị dinh dưỡng trong 100g tỏi tươi 6

Bảng 1.3 Phân loại khoa học của cá nục thuôn 34

Bảng 1.4 Thành phần khối lượng (%) của cá nục thuôn 35

Bảng 1.5 Thành phần hóa học (%)của cá nục thuôn 35

Bảng 2.1 Các biến trong ma trận thí nghiệm sàng lọc theo thiết kế Plackett-Burman 44

Bảng 2.2 Ma trận bố trí thí nghiệm sàng lọc các yếu tố ảnh hường đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi theo thiết kế Plackett-Burman 45

Bảng 2.3 Ma trận bố trí các thí nghiệm đầy đủ theo thiết kế Plackett-Burman 46

Bảng 3.1 Thành phần hóa thực vật của củ tỏi Phan Rang 62

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 63

Bảng 3.3 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hoạt tính khử gốc tự do bắt gốc DPPH của dịch chiết từ củ tỏi 65

Bảng 3.4 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hoạt tính chống oxy hóa dựa vào tổng năng lực khử của dịch chiết từ củ tỏi 67

Bảng 3.5 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hoạt tính chống oxy hóa hóa lipid bằng phản ứng Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 của dịch chiết từ củ tỏi 69

Bảng 3.6 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số của dịch chiết từ củ tỏi 71

Bảng 3.7 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng flavonoid tổng số của dịch chiết từ củ tỏi 73

Bảng 3.8 Khối lượng dịch củ tỏi sau làm khô (g) 100

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc của một số hợp chất phenol trong tự nhiên 8

Hình 1.2 Cấu trúc của hợp chất flavonoid trong tự nhiên 11

Hình 1.3 Sơ đồ cơ bản đề xuất sàng lọc các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thiên nhiên 14

Hình 1.4 Những thay đổi trong hệ thống phân cấp phòng chống lãng phí 15

Hình 1.5 Docetaxel thay thế paclitaxel 17

Hình 1.6 (-) - alpha-Bisabolol ( trái ) và artemisinin ( bên phải ) 18

Hình 1.7 Công nghệ tách hoạt chất sinh học từ thực vật (Chemat và cộng sự, 2012) 19

Hình 1.8 Phân tích vòng đời của quá trình khai thác các sản phẩm tự nhiên 23

Hình 1.9 Sơ đồ phản ứng giữa chất chống oxy hóa và gốc tự do DPPH 29

Hình 1.10 Sơ đồ ảnh hưởng của sự oxy hóa chất béo đến chất lượng thực phẩm 33

Hình 2.1 Củ tỏi Phan Rang được dùng trong nghiên cứu này 37

Hình 2.2 Cá nục thuôn (Decapterus macrosoma) dùng trong nghiên cứu này 37

Hình 2.3 Sơ đồ tiếp cận tổng quát các nội dung đề tài 41

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 42

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm phân tích thành phần hóa thực vật nhận diện các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa từ củ tỏi Phan Rang 43

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định điều kiện ảnh hưởng đến quá trình chiết các hợp chất chứa hoạt tính chống oxy hóa trong dịch chiết củ tỏi theo phần mềm mã hóa các biến độc lập 47

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình chiết 49

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ dung môi chiết 50

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết 51

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết 52

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết 53

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định số lần chiết 54

Hình 2.13 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết từ củ tỏi ở ở điều kiện chiết thích hợp 55

Hình 2.14 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến

hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết 56 Hình 2.15 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của phương pháp làm khô đến hoạt tính

chống oxy hóa từ dịch chiết tỏi 58 Hình 2.16 Sơ đồ bố trí thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid trên thịt cá nục xay 60 Hình 3.1 Pareto thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hoạt tính khử

gốc tự do DPPH của dịch chiết từ củ tỏi 64 Hình 3.2 Pareto thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hoạt tính chống oxy

hóa dựa vào tổng năng lực khử của dịch chiết từ củ tỏi 66 Hình 3.3 Pareto thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hoạt tính chống

oxy hóa hóa lipid bằng phản ứng Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 của dịch chiết từ củ tỏi 68 Hình 3.4 Pareto ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số

của dịch chiết từ củ tỏi 70 Hình 3.5 Pareto ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hàm lượng flavonoid tổng

số của dịch chiết từ củ tỏi 72 Hình 3.6 Hoạt tính khử gốc tự do DPPH (a) và tổng năng lực khử (b) của dịch chiết

xuất từ củ tỏi với sự hỗ trợ của sóng siêu âm (SA) và không có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (KSA) Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 74 Hình 3.7 Hàm lượng hợp chất phenol tổng số (a), hàm lượng flavonoid tổng số (b) của

dịch chiết xuất từ củ tỏi với sự hỗ trợ của sóng siêu âm (SA) và không có sự

hỗ trợ của sóng siêu âm (KSA) Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý

nghĩa thống kê (p<0,05) 75

Hình 3.8 Mối tương quan giữa khả năng khử gốc tự do DPPH (a) và tổng năng lực

khử (b) với hàm lượng hợp chất phenol có hỗ trợ siêu âm của dịch chiết củ tỏi 77 Hình 3.9 Mối tương quan giữa hàm lượng flavonoid với khả năng khử gốc tự do

DPPH (a) và tổng năng lực khử (b) của dịch chiết từ củ tỏi 78 Hình 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH

trong dịch chiết củ tỏi Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p< 0,05) 79

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến tổng năng lực khử trong dịch

chiết củ tỏi.Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê

(p<0,05) 80

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến hàm lượng hợp chất phenol

tổng số trong dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau

có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 81 Hình 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số

trong dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 82 Hình 3.14 Ảnh hưởng của tỉ lệ chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch

chiết củ tỏi Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p< 0,05) 83 Hình 3.15 Ảnh hưởng của tỉ lệ chiết đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ tỏi.Các

ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p< 0,05) 84 Hình 3.16 Ảnh hưởng của tỉ lệ chiết đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số trong

dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p<0.05) 85 Hình 3.17 Ảnh hưởng của tỉ lệ chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số trong dịch chiết

củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 85 Hình 3.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch

chiết củ tỏi Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0.05) 87 Hình 3.19 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ tỏi

87 Hình 3.20 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số trong

dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 88 Hình 3.21 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số trong dịch

chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống

kê (p<0,05) 89

Hình 3.22 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong

dịch chiết củ tỏi.Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 90 Hình 3.23 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ

tỏi.Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 90 Hình 3.24 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số

trong dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 91 Hình 3.25 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số trong dịch

chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống

kê (p<0,05) 92 Hình 3.26 Ảnh hưởng của số lần chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch

chiết củ tỏi.Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 93 Hình 3.27 Ảnh hưởng của số lần chiết đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ tỏi Các

ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 93 Hình 3.28 Ảnh hưởng của số lần chiết đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số trong

dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 94 Hình 3.29 Ảnh hưởng của số lần chiết đến hàm lượng flavonoid tổng số trong dịch

chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống

kê (p<0,05) 94 Hình 3.30 Qui trình chiết xuất ở điều kiện thích hợp thích hợp để thu dịch chiết giàu

hoạt tính chống oxy hóa từ củ tỏi 96Hình 3.31 Ảnh hưởng của phương pháp bảo phương pháp bảo quản thường và

phương pháp bảo phương pháp bảo quản lạnh đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch chiết củ tỏi.Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau

có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 98Hình 3.32 Ảnh hưởng của phương pháp bảo quản thường và phương pháp bảo

phương pháp bảo quản lạnh đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 98

Hình 3.33 Ảnh hưởng của phương pháp bảo quản đông đến khả năng khử gốc tự do

DPPH trong dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau

có ý nghĩa thống kê (p <0,05) 98Hình 3.34 Ảnh hưởng của phương pháp bảo quản đông đến tổng năng lực khử trong

dịch chiết củ tỏi Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 100 Hình 3.35 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô với dịch chiết ở điều kiện

thích hợp đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch chiết củ tỏi Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p< 0,05) 102 Hình 3.36 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô với dịch chiết ở điều

kiện thích hợp đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ tỏi Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 102 Hình 3.37 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô với dịch chiết ở điều kiện

thích hợp đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 104 Hình 3.38 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô với dịch chiết ở điều kiện

thích hợp đến hàm lượng flavonoid tổng số Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra

sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p <0,05) 104 Hình 3.39 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô với dịch chiết ở điều kiện

thích hợp đến hoạt tính chống oxy hóa hóa lipid bằng phản ứng Fenton trong

hệ Lipid/FeCl2/H2O2 Chữ cái khác nhau trên cột chỉ ra sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) 105 Hình 3.40 Quy trình đề xuất làm khô dịch chiết tỏi 106 Hình 3.41 Sự biến đổi chỉ số peroxyde trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian trong

quá trình bảo quản lạnh Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p< 0,05) 107 Hình 3.42 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết củ tỏi đến sự biến đổi chỉ số TBARS

trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh Các ký tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 109 Hình 3.43 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết củ tỏi đến hàm lượng TVB-N của các

mẫu cá Nục xay trong quá trình bảo quản lạnh Các ký tự khác nhau thể hiện

sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) 110

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Củ tỏi (Allium sativum L.) chiếm một vị trí nổi bật trong số các loại thực phẩm của con

người, không chỉ như một thứ gia vị, mà còn do tính chất chữa bệnh của nó, với sự hiện diện của các hợp chất có hoạt tính sinh học Hiện nay, tỏi được trồng phổ biến trên 90 quốc gia ở Châu Á, Châu Mỹ, Châu Âu và Châu Đại Dương với tổng sản lượng hàng năm khoảng 17 triệu tấn và năng suất đạt từ 4,4 - 30,0 tấn/ha Tại Việt Nam, tỏi được

du nhập khá lâu và được trồng phổ biến trong cả nước, nhưng tập trung chủ yếu ở các vùng như: Hải Dương, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Lý Sơn-Quảng Ngãi và Phan Rang - Ninh Thuận

Trong thực phẩm, lipid là một trong những thành phần quan trọng và quá trình oxy hóa lipid là nguyên nhân chính dẫn đến quá trình hư hỏng làm giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm Để ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa lipid trong thực phẩm, nhiều giải pháp đã được áp dụng, trong đó sử dụng các chất chống oxy hóa

từ tự nhiên được quan tâm nhiều nhất

Trong những năm gần đây, xu hướng thế giới quan tâm về phát triển bền vững: hoá học sạch, công nghệ xanh Việc khai thác các sản phẩm tự nhiên theo hướng tiếp cận công nghệ xanh nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe người tiêu dùng

Chính vì vậy, đề tài này đã tiến hành:“Nghiên cứu chiết xuất chống oxy hoá từ củ tỏi

Phan Rang (Allium sativum L.) theo cách tiếp cận công nghệ xanh và thử nghiệm khả năng chống oxy hoá lipit trong cơ thịt cá nục xay”

Mục tiêu của đề tài :

(1) Thiết lập quy trình chiết xuất chất chống oxy hoá từ củ tỏi Phan Rang theo hướng tiếp cận của công nghệ xanh

(2) Đánh giá khả năng chống oxy hoá lipid trong cơ thịt cá nục của dịch chiết từ củ tỏi Phan Rang

Phương pháp nghiên cứu:

Sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết các hợp chất chứa hoạt tính chống oxy hóa trong củ tỏi Phan Rang theo thiết kế Plackett-Burman Đem đánh giá hoạt tính khử gốc tự do DPPH, tổng năng lực khử, hàm lượng hợp chất phenol tổng số, hàm lượng flavonoid tổng số và hàm lượng MDA bằng phản ứng Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 Phân tích nhận diện các nhóm hợp chất sinh học có trong củ tỏi Xác định chỉ số TBARS, chỉ số peroxyde và hàm lượng TVB-N trong cơ thịt cá nục để đánh

giá khả năng chống oxy hóa lipid của dịch chiết Áp dụng các phương pháp xử lý số liệu

và đánh giá kết quả đảm bảo yêu cầu khách quan về độ chính xác cho phép với sự hỗ trợ của phần mềm thống kê R phiên bản Ri3863.3.3.0 với sự kiểm định TukeyHSD kiểm tra

sự khác biệt giữa các giá trị trung bình với mức ý nghĩa  = 0,05, phần mềm Design expert 10, Microsoft Excel 2007

Kết quả thu được:

Các hợp chất trong củ tỏi Phan Rang được nhận diện chứa nhiều nhất là nhóm

hợp chất phenol, flavonoid tiếp theo là nhóm hợp chất phytosterol, glycoside, tanin, saponin và alkaloid

Từ các kết quả nghiên cứu sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết các hợp chấ chứa hoạt tính chống oxy hóa trong củ tỏi Phan Rang cho thấy, các nhân tố như dung môi, tỷ lệ chiết, thời gian chiết, đồng hóa, siêu âm, số lần chiết đều ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa cũng như hàm lượng hợp chất phenol và flavonoid tổng số Xác định được điều kiện chiết thích hợp dịch tỏi với thông số là: dung môi chiết

là nước, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 1/10 (g/ml), nhiệt độ chiết là 30oC và thời gian chiết là 15 phút, đồng hóa là 120 giây, số lần chiết là 2, chiết với sự hỗ trợ của sóng siêu âm ở tần số 37 kHz

Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa theo các phương pháp bảo quản cho thấy phương pháp bảo quản đông -20oC thì bảo quản dịch chiết củ tỏi tốt nhất có thể kéo dài vài tháng, tiếp đến bảo quản lạnh 0-4 oC thời gian bảo quản kéo dài hơn ở nhiệt độ bảo quản thường

Đã đánh giá được hoạt tính chống oxy hóa bằng phương pháp làm khô của dịch chiết từ củ tỏi Phan Rang cho thấy khả năng khử gốc tự do DPPH, tổng năng lực khử, hàm lượng hợp chất phenol tổng số, hàm lượng flavonoid và hàm lượng MDA bằng phản ứng fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 tương ứng lần lượt với các phương pháp làm khô như sau: sấy chân không > cô quay chân không > dịch chiết ở điều kiện thích hợp (ĐKTH) > sấy chân không thăng hoa (CKTH)

Khối lượng dịch tỏi sau sấy CKTH, sấy chân không (80 oC) và cô quay chân không (80oC), với thể tích dịch chiết là 50 ml tương ứng là 1,27± 0,05g; 1,53 ± 0,03g và 1,89 ± 0,05g

Bước đầu đã thử nghiệm chống oxy hóa lipid của thịt cá nục bảo quản lạnh bằng cách dùng dịch chiết củ tỏi Thịt cá nục vẫn giữ được chất lượng tươi nguyên trong thời

gian bảo quản lạnh đến 7 ngày và chỉ số biểu hiện khả năng oxy hóa của chất béo thịt cá nục ( -PV, TBARS, TVB-N)- giảm đi đáng kể so với mẫu đối chứng không xử lý dịch chiết

Từ khóa: hoạt tính chống oxy hóa, Allium sativum L., công nghệ xanh, cá nục

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Tỏi có tên khoa học là Allium sativum L., thuộc họ Alliaceae và đặc tính có lợi

của tỏi đã được công nhận trong hơn 5000 năm (Amagase và cộng sự, 2001)

Tỏi thường được sử dụng làm gia vị thực phẩm ở nhiều nền văn hóa khác nhau trên thế giới và tác dụng chữa trị bệnh của nó đã được biết đến từ thời cổ đại Trong y học, tỏi được dùng làm dược liệu ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở các nước thuộc Châu Á Công dụng chữa trị bệnh của tỏi đã được nhà sinh lý học La Mã Dioscoride ghi lại vào thế kỷ thứ nhất trước công nguyên Thời xa xưa người cổ đại Ai cập đã biết dùng tỏi làm 22 vị thuốc quý chữa bệnh đau đầu, suy nhược cơ thể và u thanh quản Theo y học cổ truyền tỏi có vị cay, mùi hắc, tính ẩm, hơi độc (Đỗ Tất Lợi, 2004) Trong lịch sử tỏi được dùng để điều trị cảm lạnh, ho, hen suyễn và những nghiên cứu gần đây cho thấy tỏi có tác dụng làm tăng cường hệ thống miễn dịch (Lawrence, 2011) Ngoài ra tỏi còn có tác dụng chữa được một số bệnh như hạ thấp mức cholesterol trong máu (Yeh, 1994), tiểu cầu tập hợp (Steiner và cộng sự, 1996), hoạt động chống viêm (Baek và cộng sự, 2001) và ức chế sự tổng hợp cholesterol (Piscitelli

và cộng sự, 2002) Tỏi từ lâu được biết đến có khả năng kháng khuẩn (Rees và cộng

sự, 1993 ; Sasaki và cộng sự, 1999 ; Shobana và cộng sự, 2009), kháng nấm (Pai và Platt, 1995), chống ung thư (Unnikrishnan và Kuttan, 1990 ; Kaschula và cộng sự, 2010), chống oxy hóa (Galano và Francisco-Marquez, 2009) và kháng virus (Weber và cộng sự, 1992) Vì vậy, tỏi được coi là một trong những loại thực phẩm phòng ngừa bệnh tốt nhất, nhờ tác động tiềm năng và đa dạng của nó (Amagase, 2006) Nhiều nghiên cứu cho thấy các đặc tính chống oxy hóa của tỏi có liên quan đến các hợp chất phenol và flavonoid có trong tỏi (Miller và cộng sự, 2000) ; (Nuutila và cộng sự,

2003 ; Lawrence, 2011) Chung (2006) báo cáo rằng tỏi và dịch chiết từ đều có chất chống oxy hóa hoạt độngbảo vệ chống lại các tác hại do gốc tự do gây ra trong cơ thể Các dược tính của tỏi có liên quan chặt chẽ với sự hiện diện của hợp chất

phenol (phenol, flavonoid), polysaccharide và protein (Bianchini và Vainio,

2001; Nishimura và cộng sự, 2004) Tỏi có chứa một số hợp chất lưu huỳnh và phenol

có hoạt tính chất chống oxy hóa và kháng khuẩn cao (Corzo-Martinez và cộng sự, 2007; Lanzotti, 2006) Các hợp chất chứa lưu huỳnh đặc trưng trong tỏi là alliin, allicin, acid amin Trong đó, alliin là hợp chất lưu huỳnh đại diện chứa nhiều nhất

trong tỏi tươi và được chuyển hóa sang allicin bởi alliinase khi tỏi nghiền nát (Itakura

và cộng sự, 2001) Hơn nữa, allicin phản ứng thì ngay lập tức bị phân hủy các hợp chất lưu huỳnh khác, chẳng hạn như: sulfide dimethyl, dimethyl disulfide, disulfide dially, dithiine và ajoene (Ali và cộng sự, 2000).Tuy nhiên, tỷ lệ các thành phần bị ảnh hưởng đáng kể bởi các phương pháp chuẩn bị trong sản xuất, kết quả hoạt động dược lý khác nhau (Amagase và cộng sự, 2001; Kasuga và cộng sự, 2001) Tỏi đặc biệt quan trọng trong dinh dưỡng và trong y học, nó có chứa các hợp chất của lưu huỳnh (alliin, allicin, sulfide diallyl, ajoene, lectin…) nước, cellulose, các axit amin, chất béo, dầu etheric, fructosans (carbohydrate), saponosides steroid, acid hữu cơ, các chất khoáng (Mg, Zn, Se, germanium), vitamin (C, A, B), men,… (Kovacevic và cộng sự, 2000)

tác dụng của tỏi là rất đa dạng

Trong công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm, các chất oxy hoá được sử dụng rộng rãi để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Mặc dù, có một số chất chống oxy hóa tổng hợp như Butylated Hydroxyl Anisol (BHA) và Butylated Hydroxyl Toluene (BHT), tuy nhiên người tiêu dùng đang lo ngại về sự an toàn của phụ gia thực phẩm tổng hợp Mối quan tâm này đã làm dấy lên một mối quan tâm lớn trong các chất phụ gia tự nhiên (Pokorny, 1991) Ngoài ra, người tiêu dùng cũng có xu hướng không muốn sử dụng các chất chống oxi hóa tổng hợp, do lo ngại những ảnh hưởng xấu của chúng đến sức khỏe

Lipid là một trong những thành phần quan trọng của thực phẩm, tuy nhiên trong quá trình chế biến và bảo quản, lipid dễ bị phân hủy do các phản ứng oxy hóa Peroxide, các sản phẩm bậc I của quá trình tự oxy hóa, bị phân hủy thành các sản phẩm bậc II như aldehyde, cetone, các acid hữu cơ mạch ngắn, Những hợp chất này giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm như màu vàng hoặc nâu sẫm, mùi ôi khét,

vị đắng Để ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa lipid trong thực phẩm, nhiều giải pháp đã được áp dụng, trong đó sử dụng các chất chống oxy hóa được quan tâm nhiều nhất Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu về chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ tự nhiên, trong đó có tỏi Trong những năm gần đây, xu hướng thế giới quan tâm về phát triển bền vững: hoá học sạch, công nghệ xanh Việc khai thác các sản phẩm tự nhiên theo hướng tiếp cận công nghệ xanh là một khái niệm mới để đáp ứng những thách thức của thế kỷ

21 Nhằm bảo vệ môi trường và người tiêu dùng, trong thời gian đó tăng cường cạnh tranh của các ngành công nghiệp về sinh thái, sáng tạo và kinh tế

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài: “Nghiên cứu chiết xuất chống oxy hoá từ củ

tỏi (Allium sativum L) theo cách tiếp cận công nghệ xanh và thử nghiệm khả năng

chống oxy hoá lipit trong cơ thịt cá nục” là cần thiết

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

(1) Thiết lập quy trình chiết xuất chất chống oxy hoá từ củ tỏi Phan Rang theo hướng tiếp cận của công nghệ xanh

(2) Đánh giá khả năng chống oxy hoá lipid trong cơ thịt cá nục xay của dịch chiết từ

củ tỏi Phan Rang

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

(1) Phân tích hóa thực vật để nhận diện các hợp chất chống oxy hóa có trong củ tỏi Phan Rang

(2) Nghiên cứu sàng lọc ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình chiết và xác định

điều kiện thích hợp để chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa từ củ tỏi Phang Rang

(3) Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian và điều kiện bảo quản đến sự biến đổi hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết từ củ tỏi

(4) Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện làm khô đến hoạt tính chống oxy hóa của cao dịch chiết từ củ tỏi

(5) Thử nghiệm khả năng chống oxy hoá lipit thịt cá nục bằng dịch chiết củ tỏi trong bảo quản lạnh

(6) Thiết lập quy trình chiết xuất chất chống oxy hoá từ củ tỏi theo hướng tiếp cận của công nghệ xanh

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Phát triển phương pháp chiết xuất theo hướng tiếp cận của công nghệ xanh

nhằm tạo ra các chế phẩm sinh học an toàn, làm giảm ô nhiễm môi trường theo xu hướng phát triển bền vững của thế giới

4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

(1) Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần nâng cao giá trị sử dụng của củ tỏi Phan Rang

(2) Ứng dụng dịch chiết từ củ tỏi vào bảo quản thịt cá nục để ngăn ngừa sự oxy hóa lipit và góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm thịt cá nục, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và doanh nghiệp sản xuất sản phẩm thịt cá nục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tỏi

Từ lâu, Phan Rang nổi tiếng là xứ sở của tỏi và tỏi đã trở thành đặc sản của Phan Rang Người trồng tỏi Phan Rang rất tự hào về loại nông sản đặc biệt của mình, vừa là món gia vị độc đáo không thể thiếu trong các món chế biến, vừa là dược liệu trị được nhiều bệnh Tỏi cùng y học dân gian hay những tập quán dân tộc đã thật sự hòa nhập vào nhau; cùng với thiên nhiên-tỏi cũng chịu ảnh hưởng sâu sắc của sự biến hóa trong quá trình chọn lọc tự nhiên nên có rất nhiều loài khác nhau (Heinrich và cộng sự, 2000) Trên thế giới có hơn 600 loại tỏi khác nhau bởi độ lớn, màu sắc, hình dáng của củ, mùi

vị, số lượng tép tỏi trong một củ, vị hăng cay và công dụng trong từng loại tỏi khác nhau (Hồ Huy Cường, 2013)

Các nhà phân loại thực vật học cho rằng sơ khai chỉ có một loài Allium sativum

Loài tỏi này có hai loài phụ: Ophioscorodon (hard-necked garlics) và Sativum necked garlics) Tỏi Ophioscorodon là loại tỏi chính gốc và Sativum là loại tỏi Ophioscorodon đã bị lai hóa bởi do điều kiện thổ nhưỡng gieo trồng khác nhau trong quá trình chọn lọc tự nhiên (Hồ Huy Cường, 2013)

(soft-Theo các nghiên cứu mới nhất đã công bố rằng có 8 nhóm tỏi khác biệt đã được tiến hóa; 6 nhóm thuộc loại hard-necked garlics (tỏi cổ cứng) có tên gọi là Asiatic, Creole, Purple Stripe, Marbled Purple Stripe, Porcelain , Rocambole và 2 nhóm thuộc loài soft-necked garlics (tỏi cổ mềm) là Artichoke và Silverskin

Một nghiên cứu gần đây cho rằng có 17 loài tỏi khác nhau được biến hóa từ 8 nhóm trên Thực tế trên khắp thế giới, có hàng trăm loài tỏi khác nhau đều được phát triển từ 17 loài cơ bản trên Chúng có những đặc tính khác nhau bởi được trồng trong điều kiện thổ nhưỡng khác nhau như: sự phì nhiêu của đất, lượng mưa, nhiệt độ, độ cao so với mực nước biển, thời điểm gieo trồng trong năm và chế độ nghiêm ngặt của nước tưới…

1.1.1 Tên gọi và lịch sử

Tên Việt Nam: Tỏi

Tên tiếng Anh: Garlic, (Leek-chỉ các loại tỏi khác)

Tên khoa học: Allium sativum

Cây tỏi (Allium sativum) có lịch sử sử dụng trên 7.000 năm và đã được sử dụng

cho mục đích ẩm thực và làm thuốc Cây tỏi có nguồn gốc ở Trung Á và sau đó được

phát triển sang Trung Quốc, Cận Ðông, khu vực Ðịa Trung Hải, Trung và Nam Âu, Ai Cập và Mexico…

Theo tài liệu tiếng Phạn cho thấy tỏi được sử dụng làm thuốc khoảng 5.000 năm trước và nó đã được sử dụng ít nhất 3.000 năm trong y học Trung Quốc Người AiCập, Babylon, Hy Lạp và La Mã sử dụng tỏi cho mục đích chữa bệnh Tỏi được sử dụng làm gia vị thiết yếu ở khu vực Ðịa Trung Hải, cũng như một gia vị không thể thiếu ở Châu Á, Châu Phi và Châu Âu Ðồng thời tỏi là đối tượng phục vụ nghiên cứu đầy tiềm năng

1.1.2 Phân loại và thành phần trong tỏi

1.1.2.1 Phân loại:

Cây tỏi (Allium sativum) được phân loại theo bảng 1.1 như sau:

Bảng 1.1 Phân loại khoa học của củ tỏi (Allium sativum)

Phân họ (subfamilia): Hành (Allioideae)

Tông (tribus): Hành (Allieae)

Loài (species): Tỏi (Allium sativum)

1.1.2.2 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Tỏi có chứa 0,1% - 0,36% các hợp chất dầu dễ bay hơi quy định các tính chất dược lý của tỏi (Rogers, 1991) Blackwood và Fulder (1987) báo cáo rằng một củ tỏi trung bình nặng từ 3 đến 6 g và chứa khoảng 1 g carbohydrate (90% trong số đó là sinistrin tinh bột), 0,2 g protein, 0,05 g chất xơ, 0,01 g chất béo và các vitamin A, B1,

B2, B3 và C Vitamin B1 (thiamin) được kết hợp với các chất allicin và dễ dàng hấp thụ vào ruột Tỏi có chứa khoảng 10 loại khác nhau của các loại đường tự nhiên chiếm khoảng một phần tư chất của nó; chúng bao gồm fructose, glucose, inulin và arabinose Và giá trị dinh dưỡng trong 100g củ tỏi tươi được trình bày ở bảng 1.2 dưới đây:

Bảng 1.2 Giá trị dinh dưỡng trong 100g tỏi tươi Theo phân tích của Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ

Tỉ lệ phần trăm theo lượng hấp thụ của người lớn

(Nguồn : Cơ sở dữ liệu USDA)

1.1.3 Hợp chất phenol và flavonoid

Mặc dù hầu hết các hoạt động chống oxy hóa từ các nguồn thực vật được phát hiện từ các hợp chất phenol (Cai và cộng sự, 2004), những ảnh hưởng này không phải lúc nào cũng tương quan với sự hiện diện của một lượng lớn hợp chất phenol Vì vậy,

cả hai hợp chất phenol và flavonoid cần được xem xét cùng nhau Đối với điều này, dịch chiết từ tỏi đã được phân tích hàm lượng hợp chất phenol và flavonoid Các đặc tính chống oxy hóa từ tỏi có liên quan đến các hợp chất phenol và flavonoid có trong tỏi đã được ghi nhận (Miller và cộng sự, 2000;Nuutila và cộng sự, 2003; Lawrence, 2011) Theo nghiên cứu của Bozin và cộng sự (2008) hàm lượng hợp chất phenol thu được tương tương (0,05-0,98 mg gallic acid/g chất khô), hàm lượng flavonoid thu được (4,16-6,99 mg quercetin/g chất khô) Theo Nagella và cộng sự (2014) nghiên cứu về “Thành phần các chất hợp chất phenol và hoạt tính chống oxy hoá của củ tỏi thu thập từ các địa điểm khác nhau của Hàn Quốc” cũng đã xác định hàm lượng hợp chất phenol và flavonoid có trong tỏi Có thể nói hàm lượng hợp chất phenol và flavonoid là những thành phần hóa thực vật quan trọng có chứa trong tỏi

1.1.3.1 Hợp chấtphenol

Định nghĩa và công thức

Phenol là hợp chất có vòng thơm có nhóm hydroxyl gắn trực tiếp vào vòng

benzen hay vòng bezonoid Sự hiện diện của các nhóm hydroxyl ảnh hưởng đến tính chất vật lý của phenol Các nhóm hydroxyl này hình thành liên kết hidro với các hợp chất phenol khác và với nước, do đó phenol có nhiệt độ sôi cao và hòa tan trong nước tốt hơn các hydrocacbon có cùng trọng lượng phân tử (Đái Văn Ban, 2008)

Các hợp chất phenol rất đa dạng về cấu trúc Dựa vào đặc trưng của khung cacbon các hợp chất phenol được chia thành 3 nhóm chính: nhóm hợp chất phenol C6-C1 (acid malic), nhóm hợp chất phenol C6-C3 (acid cafeic) và nhóm hợp chất phenol C6-C3-C6 (catechin và flavonoid) Khả năng phản ứng tạo màu mạnh hay yếu phụ thuộc vào cấu trúc của phenol cũng như nguồn enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa cách hợp chất phenol này Các polyphenol có chứa gốc pyrocatechin hoặc pyrogalic nên chúng có thể tham gia phản ứng oxy hóa-khử, phản ứng cộng và phản ứng ngưng tụ Một số hợp chất phenol phổ biến trong tự nhiên được thể hiện trong Hình1.1

Hình 1.1 Cấu trúc của một số hợp chất phenol trong tự nhiên (Đái Văn Ban, 2008)

 Vai trò của hợp chất phenol với sức khỏe con người

Trong khoảng hai thập niên gần đây, thế giới quan tâm đến gốc tự do và các chất chống oxy hóa Nhiều nghiên cứu khuyến khích việc sử dụng nhiều loại rau quả tươi hàng ngày, sử dụng các chất chống oxy hóa tự nhiên là cách đơn giản và hữu hiệu nhất để tăng cường sức khỏe, ngăn ngừa các bệnh do stress oxy hóa gây ra

- Các hợp chất phenol có khả năng chống oxy hóa mạnh Do đó giúp cơ thể ngăn ngừa các bệnh ung thư, tim mạch, các bệnh về mắt, bệnh lão hóa sớm Tannins có khả năng bình thường hóa hoạt động của hệ vi khuẩn có ích trong ruột, ngăn ngừa quá trình thối rữa, sinh hơi và các rối loạn khác làm cản trở hoạt động của ruột (Đái Duy Ban, 2008)

Các gốc tự do hay được gọi là các chất hoạt động chứa oxy và nitơ (Reactive Oxygen Species – ROS và Reactive Nitrogen Species – RNS) được tạo ra trong quá trình trao đổi chất tùy thuộc vào nồng độ mà chúng có tác động tốt hoặc xấu đến cơ thể (Lại Thị Ngọc Hà và Vũ Thị Thư, 2009 ; Mazza, 2007) Ở nồng độ thấp các ROS, RNS là các tín hiệu làm nhiệm vụ điều hòa phân ly tế bào, kích hoạt các yếu tố phiên mã cho các gen tham gia quá trình miễn dịch kháng viêm, điều hòa biểu hiện các gen mã hóa cho các enzyme chống oxy hóa (Lại Thị Ngọc Hà và Vũ Thị Thư, 2009)

+ Ở nồng độ cao các ROS, RNS oxy hóa các đại phân tử sinh học gây nên đột biến DNA, biến tính protein, oxy hóa lipid (Lại Thị Ngọc Hà và Vũ Thị Thư, 2009) Để chống lại sự bội tăng các gốc tự do sinh ra quá nhiều mà hệ thống “chất chống oxy hóa nội sinh” không đủ sức cân bằng để vô hiệu hóa Các nhà khoa học đặt vấn đề dùng các “chất chống oxy hóa ngoại sinh” với mục đích phòng ngừa nâng cao sức khỏe, chống lão hóa

1.1.3.2 Flavonoid

Định nghĩa và công thức

Flavonoid là dẫn xuất của phenol có hầu hết ở người, động thực vật và vi sinh vật do đưa trực tiếp từ nguồn thức ăn Flavonoid tham gia vào tất cả các quá trình trao đổi chất, sinh tổng hợp và quá trình enzyme Về mặt cấu tạo, flavonoid là các hợp chất phenol có tính acid , đính nhóm hydroxyl tự do ở các vòng

Flavonoid được phân thành 12 loại phân lớp lớn dựa trên cấu trúc hóa học, trong đó có sáu loại là anthocyanidin, flavan-3-ol, flavonol, flavone, flavanone và isoflavone

Cấu trúc phân lớp flavonoid

Cấu trúc của flavan-3-ol monomer (Catechin)

Cấu trúc của Theaflavin Cấu trúc của Anthocyanidin

Cấu trúc của flavonol Cấu trúc của flavone

Hình 1.2 Cấu trúc của hợp chất flavonoid trong tự nhiên

 Vai trò của flavonoid với sức khỏe con người

- Flavonoid có thể hành động để bảo vệ não trong một số cách khác nhau, bao gồm cả việc bảo vệ các tế bào thần kinh dễ bị tổn thương, tăng cường chức năng tế bào thần kinh hiện có hoặc bằng cách kích thích tái tạo tế bào thần kinh Hơn nữa, anthocyanins và isoflavone (Sebolt và Herrera, 2004) có thể có khả năng làm giảm thoái hóa thần kinh trong quá trình bình thường (Ebrahimzadeh và cộng sự, 2008), và bất thường của lão hóa não (Quideau và Feldman, 1996)

Cấu trúc của flavanone Cấu trúc của isoflavone

Cấu trúc của proanthocyanidin dimer

- Flavonoid có tác dụng tích cực đối với việc phòng chống và điều trị nhiều loại ung thư khác nhau, cụ thể là: buồng trứng, ruột kết, phổi, thanh quản, tuyến tiền liệt, tuyến tụy, thực quản, vú, bệnh bạch cầu, ung thư tế bào thận và ung thư biểu mô tế bào gan (Jeng và Hou, 2005; Ramos, 2008)

- Một vài flavonoid có tác dụng ức chế trực tiếp virus HIV như Baicalin trihydroxy-flavon-7-glucuronid) tách ra từ cây Scutelleria baicalensis (Trần Văn Sung

(5,6,7-và cộng sự, 2011)

- Flavonoid có thể ức chế ngưng tập tiểu cầu, nguyên nhân gây xơ vữa động mạch Luteolin, quercetin, kaempferol và dẫn xuất của chúng có hoạt tính ức chế ngưng tập tiểu cầu do nhiều nguyên nhân khác nhau ở thỏ thí nghiệm (Trần Văn Sung

và cộng sự, 2011)

1.1.4 Tình hình nghiên cứu về Tỏi ở Việt Nam và trên thế giới

a Tình hình nghiên cứu trong nước

Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, khuynh hướng quay về với thiên nhiên, tìm tòi và phát triển những phương thuốc truyền thống ngày càng được chú trọng Thảo dược thiên nhiên ngày càng đóng vai trò quan trọng trong phòng, chữa bệnh và nâng cao sức khỏe của nhân dân.Với rất nhiều kinh nghiệm dân gian về các tính chất dược liệu của tỏi, nên không có gì ngạc nhiên khi tỏi được tiếp tục nghiên cứu và tăng thêm hiệu quả chữa bệnh của nó Chúng được nâng cao cùng với sự ra đời của ngành khoa học đời sống và tỏi được sử dụng như một chất trong y tế và thực phẩm bổ sung

Một số công trình nghiên cứu về tỏi được trồng ở Việt Nam đã được công bố như sau:

Đề tài nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất tinh dầu tỏi Lý Sơn bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Đây là đề tài nghiên cứu khoa học của nhóm tác giả Võ Thị Việt Dung, Trịnh Thị Trinh, Phạm Thị Thu Chi Trường Đại học Phạm Văn Đồng, Quãng Ngãi, đề tài nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất tinh dầu tỏi Lý Sơn bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Kết quả thu được điều kiện tốt nhất để chiết xuất tinh dầu tỏi: thời gian ngâm chiết dung môi: 1 giờ; thể tích dung môi nước: 300 ml; nồng độ dung dịch NaCl: 2% (w/v); thời gian chưng cất: 1,5 giờ Mẫu tinh dầu tỏi Lý Sơn sau khi chiết xuất được xác định thành phần hóa học bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ

(GC/MS), thu được: trisulfide (77,29%), disulfide (14,76%), tetrasulfide (6,23%) và monosulfide (1,73%)

Phân lập alliin từ củ tỏi ở quy mô pilot, của nhóm tác giả Đào Đức Thiện, Nguyễn Thanh Tâm, Nguyễn Thị Hoàng Anh, Trần Đức Quân và Trần Văn Sung, Viện hoá học - Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2004 Kết quả đã phân lập được alliin sạch với hiệu suất 0.12% so với tỏi tươi Alliin phân lập được là tinh thể màu trắng

Nghiên cứu thu nhận lectin từ cây tỏi ta (Allium Stativum) và khảo sát khả năng

ứng dụng làm thuốc bảo vệ cho rau cải của Đỗ Ngọc Bảo, 2015

b Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Các nghiên cứu hoạt chất Sulfur và hợp chất phenol có trong tỏi nhằm đáp ứng hoạt động kháng khuẩn, kháng nấm và chống oxy hóa (Benkeblia và cộng sự, 2005) Nghiên cứu sự tăng hoặc giảm các hoạt chất chống oxy hóa từ tỏi do hợp chất phenol chống oxy hóa bị suy giảm hoặc do phản ứng Maillard chống oxy hóa tạo ra các sản phẩm trong quá trình xử lý nhiệt (Yilmaz và Toledo, 2005)

Việc tiếp xúc với nhiệt độ cao góp phần vào việc tạo ra các sản phẩm có hoạt tính chống oxy hóa do phản ứng Maillard (Nicoli và cộng sự,1999; Peralta và cộng

Thành phần hóa học, hoạt động kháng khuẩn và chống oxy hóa thiết yếu của tỏi

Tunisia (Allium sativum) từ chiết xuất dầu và ethanol (Chekki và cộng sự, 2014) Kết

quả nghiên cứu tỏi Tunisia cho thấy độ ẩm, tro và protein đã được xác định là 66%, 1,4% và 5,2% tương ứng Ngoài ra, Fe (5,90 mg/kg), Cu (1,61 mg/kg), Mg (15 mg/kg)

và P (140 mg/kg), các axit béo chính được xác định là axit lauric (49,3%) và axid linoleic (20,4%), diallyl disulfide (49,1%) và diallyl trisulfide (30,38%)

Lee và cộng sự (2016) đã nghiên cứu điều kiện khai thác khác nhau để sản xuất

các hợp chất sulfur hữu cơ, đặc biệt là cycloalliin từ tỏi Allium sativum L Điều kiện

chiết xuất là pH 10, sau khi làm nóng ở 80°C trong 12 h, đã được tìm thấy hàm lượng cycloalliin và hợp chất phenol là cao nhất

1.1.5 Cách tiếp cận công nghệ xanh

Việc phát hiện và phát triển của các hợp chất có hoạt tính sinh học là một lĩnh vực tương đối mới khi so sánh với sự phát hiện của các hợp chất có hoạt tính sinh học

từ các nguồn trên cạn Do đó, trong sự phát triển của lĩnh vực này theo xu hướng mới, thân thiện với môi trường và bền vững

Việc sử dụng các kỹ thuật chiết xuất tiên tiến thân thiện với môi trường cho phép thu được các hợp chất với các quy trình khai thác hiệu quả hơn, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng dung môi độc hại Tùy thuộc vào các kỹ thuật chiết xuất được lựa chọn, cần phải kiểm tra các tham số chiết xuất đa dạng để nghiên cứu mức độ tan trong dung môi, nhiệt độ, áp suất, và các thông số quan trọng khác có thể có ý nghĩa quan trọng đối với kết quả của quá trình chiết xuất Các chất chiết xuất khác nhau, thu được bằng các điều kiện khác nhau, sau đó phải được kiểm tra về hoạt tính sinh học bằng cách thực hiện các phép thử với chức năng hoạt động thích hợp Mục đích chính của bước này là các hợp chất chiết xuất thu được có tính chất hoạt hóa như mong muốn Đặc tính chức năng cần được đánh giá thông qua việc áp dụng nhanh các xét nghiệm in vitro nhằm hướng tới tìm kiếm các tính chất sinh học Đề xuất sàng lọc các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thiên nhiên được trình bày ở Hình 1.3

Hình 1.3 Sơ đồ cơ bản đề xuất sàng lọc các hợp chất có hoạt tính sinh học từ

thiên nhiên (Elena Ibañez và cộng sự, 2012)

Nguồn nguyên liệu tự

Hình 1.4 Những thay đổi trong hệ thống phân cấp phòng chống lãng phí (Ibañez

và cộng sự, 2012)

Hóa học xanh là làm giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng tạo ra các chất độc hại từ các sản phẩm hóa chất, các quá trình, cải thiện tất cả các loại sản phẩm hóa chất, các quá trình bằng cách giảm các tác động đối với sức khỏe con người và môi trường (Hình 1.4.a) công nghệ hóa học xanh bao gồm tất cả các loại của các quá trình hóa học, tổng hợp, xúc tác, điều kiện phản ứng, sự phân ly, phân tích và giám sát

Kỹ thuật xanh là sự phát triển, thương mại hóa các quy trình công nghiệp có tính khả thi về mặt kinh tế, làm giảm nguy cơ gây hại đối với sức khỏe con người và môi trường Cả hai “khái niệm xanh” đều liên quan mật thiết tới sự bền vững (Hình 1.4.b), sẽ không làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên hoặc gây tổn hại cho các chu kỳ tự nhiên nào

Những thách thức đưa ra bởi tính cạnh tranh của thị trường và bảo vệ môi trường toàn cầu hóa mạnh mẽ yêu cầu đổi mới công nghệ Trong bối cảnh này, sự phát triển của công nghệ xanh và việc sử dụng các nguyên liệu tái tạo chiếm một vai trò trung tâm trong quá trình hướng tới thân thiện với môi trường

1.1.5.1 Định nghĩa công nghệ xanh

Một định nghĩa chung: “Công nghệ xanh được dựa trên sự phát hiện và

thiết kế của quá trình khai thác sẽ giảm mức tiêu thụ năng lượng, cho phép sử dụng các dung môi thay thế và các sản phẩm tự nhiên tái tạo, đảm bảo an toàn

trong chiết xuất cho chất lượng sản phẩm cao”(Chemat và cộng sự, 2012)

Ba giải pháp chủ yếu đã được xác định để thiết kế và chứng minh chiết xuất xanh trên phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp để tiếp cận một tiêu thụ tối ưu của các nguyên liệu, dung môi và năng lượng:

(1) Cải thiện và tối ưu hóa các quy trình hiện có;

(2) Sử dụng thiết bị không dành riêng;

(3) Không chỉ đổi mới trong các quy trình và thủ tục mà còn trong việc khám phá các dung môi khác

1.1.5.2 Sáu nguyên tắc của công nghệ xanh

Việc đề ra “sáu nguyên tắc của công nghệ xanh trong chiết xuất sản phẩm

tự nhiên” được xem như là một tiêu chuẩn, điều lệ để thiết lập một nhãn hiệu xanh, sáng tạo là một sự phản ánh để đổi mới của ngành công nghiệp và nghiên cứu của các nhà khoa học không chỉ trong một qui trình mà còn trong tất cả các

khía cạnh chiết xuất rắn-lỏng (Chemat và cộng sự, 2012)

Nguyên tắc 1: Đổi mới bằng cách chọn giống và sử dụng tài nguyên thực vật tái tạo

Nguyên tắc 2: Sử dụng dung môi thay thế chủ yếu là nước hoặc dung môi được chiết xuất có nguồn gốc từ nông nghiệp

Nguyên tắc 3: Giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách phục hồi năng lượng và sử dụng công nghệ tiên tiến

Nguyên tắc 4: Sản xuất đồng sản phẩm thay vì lãng phí, bao gồm các ngành công nghiệp sinh học và nông nghiệp lọc dầu

Nguyên tắc 5: Giảm hoạt động đơn vị có lợi cho quá trình kiểm soát, nhanh chóng và

an toàn

Nguyên tắc 6: Mục tiêu cho một chiết xuất không biến tính và phân hủy sinh học không gây ô nhiễm

1 Nguyên tắc 1: Đổi mới do lựa chọn giống và việc sử dụng tái tạo tài nguyên thực vật

Nhu cầu ngày càng tăng của các sản phẩm tự nhiên và chiết xuất được dẫn đến việc khai thác các nguồn tài nguyên thực vật tự nhiên Một số ví dụ báo cáo

về tuyệt chủng thực vật ; việc bảo tồn đa dạng sinh học là do bắt buộc, thể hiện sự tôn trọng của các thế hệ tương lai Trong khai thác xanh, nguồn lực đầy đủ tái tạo phải được ưu tiên, thâm canh hoặc in-vitro phát triển của các tế bào thực vật và

sinh vật in vitro

Một phần tư các loại thuốc hiện nay được chiết xuất từ thực vật, paclitaxel

chống ung thư (Taxol ®) chiết xuất từ vỏ của thủy tùng tây (Taxus brevifolia) là

ví dụ nổi tiếng nhất Trong những năm 1970 không dưới 30 tấn vỏ cây được thu thập cho các thử nghiệm lâm sàng: 10 kg vỏ khô chỉ sản xuất 1 g taxol sau khi khai thác và tinh chế

Một số lượng lớn các dự án nghiên cứu đã do đó được nhắm vào việc tìm kiếm giải pháp thay thế để tránh chặt cây của các loài bị đe dọa này Từ năm 1980 paclitaxel và docetaxol (Taxotere ® ) được chuẩn bị bởi semisynthesis từ tiền thân tự nhiên, 10 deacetylbaccatine III, được chiết xuất từ cây kim, ngành (tài nguyên tái tạo) của các loài cây thủy tùng khác nhau Hình 1.5 trình bày theo hướng công nghệ xanh để docetaxol thay vì thông thường sử dụng tài nguyên thực vật không tái tạo

Hình 1.5 Docetaxel thay thế paclitaxel

Các quy mô lớn thu hoạch không kiểm soát các nguồn tài nguyên tự nhiên nên mang nguy cơ làm cho các loài trở nên quý hiếm hoặc thậm chí tuyệt

chủng Harpagophytum hay “móng vuốt quỷ” là một trường hợp điển hình; nó

được săn lùng rất nhiều bởi các phòng thí nghiệm dược phẩm để điều trị bệnh

thấp khớp Harpagophytum chỉ mọc ở sa mạc Kalahari (Namibia), và với 600 tấn

xuất khẩu mỗi năm thì khả năng tuyệt chủng là nhiều hơn Sự xuất hiện tự nhiên

của (-) - alpha-Bisabolol (Hình1.6.) là chủ yếu từ cây candeia (Eremanthus

erythropappus(DC) MacLeish) mọc trong rừng nhiệt đới Đại Tây Dương của

Brazil, ở phía nam của nhà nước Minas Gerias Các nguồn cung cấp bền vững của dầu candeia đang bị đe dọa nghiêm trọng SYMRISE, Revlon và Rossman nằm trong số 187 công ty đã tung ra các sản phẩm mỹ phẩm có chứa chất alpha-Bisabolol trong hai thập kỷ qua Trong một động thái để tích hợp tính bền vững vào chiến lược có trách nhiệm với xã hội của mình, SYMRISE gần đây đã quyết định ngừng Bisabolol tự nhiên thu hoạch từ cây candeia Các loài khác, chẳng hạn như gỗ đàn hương và gỗ hồng mộc, cũng đang bị khai thác và có thể bị tuyệt chủng Khi áp dụng một chính sách khai thác xanh, sự lựa chọn phù hợp là sử dụng các nhà máy chỉ canh tác và không lấy thực vật từ môi trường sống tự nhiên của chúng; chỉ các loại cây trồng có kiểm soát có thể góp phần bảo tồn đa dạng sinh học Một nỗ lực lớn trong chọn lọc tự nhiên giống với nồng độ cao hơn nhiều của các thành phần hoạt động

Hình 1.6 (-) - alpha-Bisabolol ( trái ) và artemisinin ( bên phải )

Một ví dụ đề là sản xuất của artemisinin, một chất chống sốt rét phân lập từ cây

ngải hàng năm, Artemisia annua L., có nguồn gốc từ châu Á

Một công nghệ "tách hoạt chất sinh học thực vật" mới đã được phát triển để sản xuất

và khai thác các chất có lợi mà không phá hủy nhà máy Cây được trồng trong nhà kính trong môi trường lỏng và được kích thích bài tiết của các chất qua rễ, trong môi trường nuôi cấy được kích hoạt bởi vật lý, hóa học hoặc sinh học Sau đó các chất này được thu thập bằng cách chiết xuất và tinh chế các phương pháp tiêu chuẩn Quá trình và các nguyên tắc hoạt động này được hướng vào sản xuất thực vật quý hiếm, nhưng việc tổng hợp hóa chất là rất khó khăn và tốn kém (Hình 1.7.) “Nhà máy tách hoạt chất sinh học

thực vật” là một con đường để sản xuất tôn trọng đa dạng sinh học Trong trường hợp này, sản lượng thu hoạch của các chất chuyển hóa thứ cấp nhiều hơn ba lần trong hơn một năm so với chiết xuất từ các nhà máy trồng với diện tích bề mặt bằng đã thu được

Hình 1.7 Công nghệ tách hoạt chất sinh học từ thực vật (Chemat và cộng sự, 2012)

Kết quả tốt cũng đã được thu được với vườn rue (Ruta graveolens), trong đó có

furocoumarins, chất được sử dụng để điều trị eczema và bệnh vẩy nến Trong trường hợp của cây thủy tùng, phương pháp thu hoạch mới này "vắt hoạt chất sinh học từ thực vật", số lượng, sản lượng thu hoạch của paclitaxel lớn hơn nhiều so với các phương pháp thu hoạch truyền thống Nếu chúng ta có thể quản lý để sử dụng kỹ thuật này trên một quy mô lớn, một vài trăm nhà kính sẽ đủ để đáp ứng nhu cầu thế giới đối với paclitaxel trong một năm (Chemat, 2011)

2 Nguyên tắc 2: Sử dụng dung môi thay thế chủ yếu là nước hoặc dung môi được chiết xuất có nguồn gốc từ nông nghiệp

Hầu hết các dung môi hữu cơ đều dễ cháy, dễ bay hơi, thường độc hại, chịu trách nhiệm cho tình trạng ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính Tính an toàn, bảo vệ môi trường và các khía cạnh kinh tế đang buộc ngành công nghiệp chuyển sang

sử dụng dung môi xanh hơn

Trong số các dung môi xanh từ nông nghiệp, dung môi sinh học đóng một vai trò quan trọng cho việc thay thế các dung môi hóa dầu Đó là một nguồn tài nguyên tái tạo được sản xuất từ biomasses như gỗ, tinh bột, dầu thực vật hoặc hoa quả Những dung môi có điện dung môi cao, có thể phân hủy, không độc hại và không cháy, hạn chế là do chi phí, độ nhớt cao, nhiệt độ sôi cao

Ethanol là phổ biến nhất dung môi sinh học, thu được bằng quá trình lên men của vật liệu giàu đường như củ cải đường và ngũ cốc Mặc dù nó là chất dễ cháy

và nổ tiềm ẩn, ethanol được sử dụng trên một quy mô lớn bởi vì nó là dễ dàng có sẵn trong độ tinh khiết cao, giá thành thấp và nó là hoàn toàn phân hủy sinh

học Trong trường hợp này của nông nghiệp, dung môi sinh học, chúng ta cũng có

thể tìm tecpen chiết xuất từ cây thông (αpinen) hoặc trái cây họ cam quýt ( d limonene) Bởi vì phân cực thấp và điện môi rất cao, d -limonene có thể được sử

-dụng để tách chất béo và dầu (Virot và cộng sự, 2008)

Methyl ester của acid béo của dầu thực vật (đậu nành, ca cao và hạt cải dầu) cũng có thể thay thế các dung môi hóa dầu Bên cạnh đó là khả năng phân hủy và không độc hại, methyl este của axit béo không phát thải VOC (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi)

Glycerol, một sản phẩm phụ từ các chuyển vị este dầu thực vật, rất phổ biến trong ngành công nghiệp mỹ phẩm như một dung môi cho ngâm các loại thảo mộc và gia

vị Ví dụ, trong trường hợp của chiết xuất artemisinin, bằng cách sử dụng chất lỏng ion, hợp chất tinh khiết thu được sau khi kết tủa đơn giản (Lapkin, 2006)

Một sự đổi mới gần đây, khai thác xanh đòi hỏi sử dụng cyclodextrins trong giải pháp cho khả năng tạo thành phức hợp Việc chiết xuất với sự hỗ trợ siêu âm từ rễ cỏ

của Polygonum cuspidatum đã được thực hiện và thu được polyphenol có hiệu quả

cao của β-cyclodextrin (1.5%) trong nước Các đặc tính bao gồm chọn lọc cyclodextrins chiết hợp chất phenol đã được phân tích sạch hơn nhiều nếu so với thu được với methanol Nhờ hợp chất phenol đóng gói, chiết xuất này cho thấy phân tán nước tốt, độ ổn định cao và giàu hoạt chất chống oxy hóa (Mantegna, 2012)

Chiết xuất với CO2 siêu tới hạn đã được phát triển từ những năm 1970 và bây giờ đã đạt đến một giai đoạn trưởng thành Sử dụng kỹ thuật đã này thu được nước hoa tinh khiết, nước hoa và các hoạt chất thu được không có dấu vết của dung môi CO2 là một chất khí không mùi không cháy được sản xuất trong việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, bởi quá trình lên men rượu và cũng thông qua hô hấp của con người và động vật Kỹ thuật khai thác CO2 siêu tới hạn sử dụng khí nén ở

áp suất lên tới 300 MPa ở nhiệt độ vừa phải (30-40°C), để thay thế các dung môi hữu cơ như hexane Nó được sử dụng cho các hợp chất phân cực yếu của trọng lượng phân tử thấp như carotenoids, triglycerides, axit béo, hương liệu, Những nhược điểm chính vẫn còn đầu tư ban đầu cao và khó khăn để thực hiện liên tục (Herrero, 2006)

Vi sóng là kỹ thuật khai thác mới được sử dụng để chiết xuất tinh dầu, sắc tố và chất chống oxy hóa Dựa trên nguyên lý tương đối đơn giản, phương pháp này cũng bao gồm việc đặt các nguyên liệu thực vật trong một lò phản ứng vi sóng,

mà không cần thêm bất kỳ dung môi nào hoặc nước Quá trình nung nóng nước tại chỗ bên trong tế bào thực vật và dẫn đến sự phá vỡ của các tuyến chứa oleiferous Các hoạt động nhiệt của lò vi sóng do đó giải phóng dầu và nước được chuyển giao từ bên trong ra bên ngoài của các nguyên liệu thực vật

3 Nguyên tắc 3: Giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách thu hồi năng lượng và

sử dụng công nghệ đổi mới

Chiết xuất bị ảnh hưởng đặc biệt bởi các yếu tố môi trường và kinh tế đòi hỏi phải có một sự giảm lớn về tiêu thụ năng lượng và chất thải sản xuất Có bốn cách

để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng: tối ưu hóa các quy trình hiện có, phục hồi năng lượng giải phóng trong quá trình khai thác, tăng cường hỗ trợ các quy trình hiện

có và một quá trình đổi mới đầy đủ

Chưng cất bằng nước là một phương pháp cổ xưa để chiết xuất tinh dầu Nó được sử dụng trên toàn thế giới vì tính đơn giản nhưng đòi hỏi tiêu thụ năng lượng cao để sưởi ấm và làm mát Nói chung, sưởi ấm kéo dài ở nhiệt độ cao có thể làm giảm chất lượng của dầu thiết yếu của sự hình thành của các sản phẩm phụ không mong muốn

Giảm tiêu thụ năng lượng có thể đạt được bằng cách hồi phục sức nóng giải phóng trong quá trình ngưng tụ hơi nước Một mẫu của thiết bị bay hơi sinh thái

có thể phục hồi lên đến 55% năng lượng được phát triển ở miền Nam nước Pháp cho hơi nước chưng cất của hoa oải hương Việc tiết kiệm tổng thể về năng lượng nhiệt vào khoảng 80% và không có ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm

Siêu âm hỗ trợ chưng cất bằng nước có thể góp phần tăng cường và nâng cao hiệu quả khai thác dầu và làm giảm đáng kể thời gian khai thác và sử dụng năng lượng (Sawamura, 2010) Siêu âm hỗ trợ chưng cất bằng nước đã được sử dụng để chiết xuất tinh dầu của yuzu, một loại trái cây họ cam quýt Nhật Bản Với sản lượng khai thác quá trình này là cao hơn so với các phương pháp thông thường 44%

4 Nguyên tắc 4: Sản xuất đồng sản phẩm thay vì lãng phí bao gồm các ngành công nghiệp sinh học và nông nghiệp lọc dầu

Bên cạnh các sản phẩm khai thác như các thành phần hoặc thu hồi dung môi, một loạt các vật liệu khác được tạo ra trong quá trình công nghiệp: các sản phẩm, đồng sản phẩm, hoặc chất thải:

 Xử lý chất thải của bất kì ngành công nghiệp chỉ có sự lựa chọn duy nhất là loại bỏ bớt phế thải, đốt, hoặc chôn lấp

 Sản phẩm còn lại xuất hiện trong quá trình khai thác Nó có thể được sử dụng trực tiếp hoặc là một thành phần trong một quá trình sản xuất để sản xuất một sản phẩm hoàn chỉnh

Ví dụ, cây hương thảo là một cây thơm cũng được biết đến với đặc tính chống oxy hóa của nó do các hợp chất phenol như carnosol, axit rosmarinic và carnosic Sau khi chưng cất tinh dầu, chất cặn có thể được tái chế để chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa tự nhiên,đó là nhu cầu rất cao của các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm nông nghiệp Chiết xuất hợp chất phenol hương thảo có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp thịt để ức chế quá trình oxy hóa của chất béo kéo dài thời gian bảo quản Sự biến đổi của hạt dầu vào dầu ăn

sẽ tạo ra một khối lượng lớn các sản phẩm phụ, bánh dầu, giàu protein, thường được sử dụng làm thức ăn cho động vật Dầu thô (thường khoảng 3-10% trong bánh dầu) có thể được chuyển đổi thành methyl este của chuyển vị este để sản xuất dầu diesel sinh học

5 Nguyên tắc 5: Giảm hoạt động đơn vị có lợi cho quá trình kiểm soát, nhanh chóng và an toàn

Để có các ngành công nghiệp cạnh tranh liên quan đến việc khai thác các sản phẩm tự nhiên (nước hoa, mỹ phẩm, dược phẩm, thực phẩm và nhiên liệu sinh học) phải kết hợp quá trình tăng cường với các cách thức chiết xuất sạch hơn và

an toàn hơn Quá trình tăng cường bao gồm tất cả sự phát triển của các thiết bị mới, kỹ thuật, hoặc các thủ tục mang lại tiến bộ đáng kể so với các phương pháp sản xuất hiện nay Những thách thức của sự phát triển công nghiệp làm quá trình tăng cường rất nhiều: các đơn vị sản xuất nhỏ gọn hơn và giảm một số lượng hoạt động đơn vị, tiết kiệm năng lượng, nguyên vật liệu, kiểm soát an toàn quá trình, giảm chất thải và theo hướng sinh thái

Dung môi chiết các sản phẩm tự nhiên là không giới hạn trong một hoạt động đơn

vị duy nhất; nó thực sự là một chuỗi các quy trình Ví dụ, để trích xuất β-carotene

từ cà rốt, các bước thực hiện như sau: (1) làm khô chất thực vật ( dung môi như hexane); (2) xay hoặc băm nhỏ thực vật (để tăng diện tích tiếp xúc); (3) chiết xuất; (4) chất lỏng riêng biệt và pha rắn; và (5) bay hơi pha lỏng có chứa β-carotene và tái chế dung môi Và cuối cùng, nó thường là cần thiết để thực hiện quá trình chưng cất phân tử hoặc sấy chân không để loại bỏ các dấu vết còn sót lại của các dung môi không mong muốn theo quy định hiện hành

n-Giảm số lượng các bước trong một chuỗi quá trình dẫn đến việc giảm chi phí

và sử dụng tốt hơn năng lượng Quá trình khai thác bằng chất lỏng siêu tới hạn có lợi thế của việc sử dụng một dung môi làm sạch và cũng có được một chiết xuất bởi một công nghệ có một số lượng tối thiểu của các hoạt động cá nhân Sau khi khai thác, giải phóng áp lực, CO2 bị loại bỏ và tái chế, chiết xuất cô lập

Một ví dụ việc khai thác dầu từ Olibanum, thường được gọi là trầm

hương, tinh dầu này được lấy từ một loại nhựa từ vỏ của một loại cây bụi có nguồn gốc từ khu vực xung quanh Biển Đỏ, ở Somalia và Ả Rập Để thu thập nhựa được thực hiện trong vỏ cây, và giọt nhựa xuất hiện có màu vàng, khô và có mùi rất khó chịu Nhựa được gửi đến Grasse (Pháp), nơi nó được xử lý và chuyển đổi thành dầu Nhựa này có thể được xử lý ngay tại chỗ với thiết bị di động nhanh hơn là gửi nó ở nước ngoài (hàng ngàn cây số)

6 Nguyên tắc 6: Mục tiêu cho một chiết xuất không biến tính và phân hủy sinh học không gây ô nhiễm

Hình 1.8 Phân tích vòng đời của quá trình khai thác các sản phẩm tự nhiên

ĐỒNG SẢN PHẨM

CÂY NÔNG NGHIỆP

TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG ĐẦU VÀO

PHÂN PHÁT

KẾT THÚC CHU KỲ SỐNG

TÁC ĐỘNG KINH TẾ - XÃ HỘI

Việc làm, thu nhập, chất lượng cuộc sống

Rủi ro độc tính của con người

Hiện tượng phú dưỡng

Acid hóa của không khí

Hiệu ứng nhà kính

Tiêu thụ nước, năng lượng, tài

Phát thải vào đất