Nghiên cứu chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím (allium ascalonicum) theo cách tiếp cận công nghệ xanh và thử nghiệm chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay

Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng hợp chất phenol A và flavonoid tổng số B của dịch chiết xuất từ củ hành tím.... So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô và dịch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA SAU ĐẠI HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA SAU ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO

Chủ tịch Hội đồng:

PGS.TS VŨ NGỌC BỘI

Khoa sau đại học:

KHÁNH HÒA - 2019

LỜI CAM ĐOAN

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

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn, ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô trong khoa Công nghệ thực phẩm, Quý Thầy Cô Trung tâm Thí nghiệm Thực hành, Phòng Đào tạo Sau Đại học - Trường Đại học Nha Trang và các phòng ban chức năng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi

để tôi thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy: PGS.TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo, người Thầy đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc phát triển tư duy khoa học, luôn tận tình chỉ bảo tôi về chuyên môn, hỗ trợ kinh phí để thực hiện các thí nghiệm trong đề tài luận văn và động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập, thực hiện nghiên cứu đề tài luận văn này

Tiếp đến, Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn Nguyễn Thị Yến Phượng, học viên cao học lớp CHCNTP-2014 và các bạn sinh viên trong nhóm thực hiện các đề tài liên quan đã

hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài luận văn này

Cuối cùng, Tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên, cổ vũ và tạo môi trường tinh thần thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu vừa qua

Khánh Hòa, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận văn

Trần Thị Loan

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH x

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về hành tím 4

1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm thực vật học của hành tím 4

1.1.2 Thành phần hóa học của hành tím 6

1.1.3 Công dụng của hành tím 8

1.2 Giới thiệu về cá nục thuôn 9

1.3 Tổng quan về công nghệ xanh 10

1.3.1 Khái niệm công nghệ xanh 10

1.3.2 Các nguyên tắc của công nghệ xanh 11

1.4 Chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 15

1.5 Quá trình oxy hóa chất béo 16

1.5.1 Phân loại và cơ chế oxy hóa lipid 16

1.5.2 Phản ứng oxy hoá lipid có enzyme tham gia 17

1.5.3 Phản ứng oxy hóa lipid phi enzyme 17

1.6 Cơ chế chống oxy hóa của hợp chất polyphenol 19

1.7 Quá trình chiết các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguồn nguyên liệu tự nhiên 20

1.7.1 Cơ sở khoa học của quá trình chiết 20

1.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết 21

1.7.3 Một số phương pháp tách chiết 22

1.7.4 Một số phương pháp tách chiết khác 24

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Nguyên liệu và hóa chất 25

2.1.1 Nguyên liệu 25

2.1.2 Hóa chất 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Phương pháp phân tích 26

2.2.2 Cách tiếp cận và sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát của đề tài nghiên cứu 28

2.2.3 Xác định một số thành phần hóa thực vật 29

2.2.4 Sàng lọc các yếu tố khảo sát ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình chiết 30

2.2.5 Nghiên cứu xác định điều kiện chiết thích hợp 31

2.2.6 Đề xuất quy trình chiết các hoạt chất có hoạt tính oxy hóa từ củ hành tím 38

2.2.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo quản đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành tím 37

2.2.8 Ảnh hưởng của phương pháp làm khô đến hoạt tính chống oxy hóa từ dịch chiết hành tím 39

2.2.9 Nghiên cứu thử nghiệm chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay 41

2.2.10 Phương pháp xử lý số liệu 42

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Thành phần hóa thực vật của củ hành tím 43

3.2 Sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành tím 43

3.2.1 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành dựa vào hoạt tính khử gốc tự do DPPH 46

3.2.2 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành dựa vào tổng năng lực khử 48

3.2.3 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ

củ hành dựa vào hàm lượng hợp chất phenol tổng số 50

3.2.4 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành dựa vào hàm lượng flavonoid tổng số 51

3.2.5 Đánh giá sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành dựa vào hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng phản ứng Fenton 53

3.3 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành tím 55

3.3.1 Ảnh hưởng của dung môi chiết 55

3.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết (NL/DM) 59

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian chiết 62

3.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết 64

3.3.5 Ảnh hưởng của số lần chiết 67

3.3.6 Đề xuất quy trình thu nhận dịch chiết 70

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo quản đến hoạt tính chống oxy hóa dịch chiết từ củ hành 71

3.5 Ảnh hưởng của phương pháp làm khô đến hoạt tính chống oxy hóa từ dịch chiết củ hành tím 74

3.6 Thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay 80

3.6.1 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết từ củ hành đến sự biến đổi chỉ số peroxyde trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh 80

3.6.2 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết củ hành đến sự biến đổi chỉ số TBARS của các mẫu cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh 81

3.6.3 Ảnh hưởng của bổ sung dịch chiết từ củ hành đến sự biến đổi hàm lượng TVB-N trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian bảo quản lạnh 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

SFE : Super Critical Fluid Extraction

TCA : Acid Trichloracetic

TPC : Total Phenolic Compounds

ĐC : Đối chứng

N9% : Mẫu thịt cá nục bổ sung 9% nước cất

H3% : Mẫu thịt cá nục bổ sung 3% dịch chiết hành tím, 6% nước cất H6% : Mẫu thịt cá nục bổ sung 6% dịch chiết hành tím, 3% nước cất H9% : Mẫu thịt cá nục bổ sung 9% dịch chiết hành tím

C9% : Mẫu thịt cá nục bổ sung 9% Vitamin C 400ppm

CKTH : Chân không thăng hoa

ĐKTH : Điều kiện thích hợp

NL/DM: Nguyên liệu/dung môi

ĐH : Đồng hóa

SÂ : Siêu âm

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

E : Ethanol

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Phân loại khoa học của củ hành tím 4

Bảng 1 2 Thành phần hóa học của củ hành 6

Bảng 1 3 Hệ thống phân loại khoa học của cá nục thuôn 9

Bảng 2 1 Các biến trong ma trận thí nghiệm sàng lọc theo thiết kế Plackett-Burman 30

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 hành tím theo thiết kế Plackett-Burman 31

Bảng 3 1 Thành phần hóa thực vật của củ hành tím Phan Rang 43

Bảng 3 2 Kết quả thí nghiệm sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến chiết hoạt chất chống oxy hóa từ củ hành tím theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 44

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 hành tím 47

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 hành 49

Bảng 3 5 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 hành 51

Bảng 3 6 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng flavonoid tổng số của dịch chiết từ củ hành 52

Bảng 3 7 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 hành 54

Bảng 3 8 Khối lượng dịch củ hành tím sau làm khô (g) 74

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Vô hoạt các gốc tự do bởi flavonoid 18

Hình 1.2 Cơ chế tạo phức giữa các flavonoid và các ion kim loại 19

Hình 1.3 Các vùng cấu trúc đảm bảo khả năng chống oxy hóa của phenol 19

Hình 2.1 Củ hành tím (Allium ascalonicum) 25

Hình 2.2 Cá nục thuôn (Decapterus macrosoma) 25

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 hành 46

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 hành 48

Hình 3.3 Pareto ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng hợp chất phenol tổng số của dịch chiết từ củ hành 50

Hình 3.4 Pareto ảnh hưởng của các yếu tố chiết xuất đến hàm lượng flavonoid tổng số của dịch chiết từ củ hành 52

Hình 3.5 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 53

Hình 3 6 Ảnh hưởng của dung môi chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 56

Hình 3.7 Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng hợp chất phenol (A) và flavonoid tổng số (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 58

Hình 3.8 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết (NL/DM) đến khả năng khử gốc tự do DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 60

Hình 3.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng hợp chất phenol (A) và flavonoid tổng số (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 61

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 62

Hình 3.11 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến lượng hợp chất phenol (A) và flavonoid tổng số (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 63

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 65 Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến lượng hợp chất phenol (A) và flavonoid tổng số (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 66 Hình 3.14 Ảnh hưởng của số lần chiết đến khả năng khử gốc tự do DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 68 Hình 3.15 Ảnh hưởng của số lần chiết đến lượng hợp chất phenol (A) và flavonoid tổng số (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 69Hình 3 16 Quy trình thu nhận dịch chiết giàu hoạt tính chống oxy hóa từ củ hành tím 70Hình 3.17 Ảnh hưởng của bảo quản ở nhiệt độ thường và bảo quản lạnh đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch chiết củ hành tím 71Hình 3.18 Ảnh hưởng của bảo quản ở nhiệt độ thường và bảo quản lạnh đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ hành tím 72Hình 3.19 Ảnh hưởng của bảo quản đông đến khả năng khử gốc tự do DPPH trong dịch chiết củ hành tím 72 Hình 3.20 Ảnh hưởng của phương pháp bảo quản đông đến tổng năng lực khử trong dịch chiết củ hành tím 73 Hình 3.21 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô và dịch chiết ở điều kiện thích hợp đến khả năng khử gốc tự do DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 75 Hình 3.22 So sánh ảnh hưởng của các phương pháp làm khô và dịch chiết ở điều kiện thích hợp đến lượng hợp chất phenol (A) và flavonoid tổng số (B) của dịch chiết xuất từ củ hành tím 76 Hình 3.23 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 78 Hình 3.24 Quy trình đề xuất làm khô dịch chiết từ củ hành tím 79Hình 3.25 Sự biến đổi chỉ số peroxyde trong cơ thịt cá nục xay theo thời gian trong quá trình bảo quản lạnh 80

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Hành tím là một trong những loại cây trồng được trồng được trồng nhiều nơi ở nước ta: Vĩnh Châu – tỉnh Sóc Trăng và các nơi khác như huyện đảo Lý Sơn - tỉnh Quảng Ngãi, huyện Ninh Hải- tỉnh Ninh Thuận, huyện Gò Công - tỉnh Tiền Giang, huyện Ba Tri - tỉnh Bến Tre, huyện Duyên Hải - tỉnh Trà Vinh, thành phố Bạc Liêu -

tỉnh Bạc Liêu, … Hành tím được dùng làm gia vị và ứng dụng trong một số bài thuốc

Trong thực phẩm, lipid là một trong những thành phần quan trọng nhưng trong quá trình chế biến và bảo quản, lipid dễ bị phân hủy do các phản ứng oxy hóa, làm giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm Trong thủy sản, lipid là thành phần quan trọng và rất có lợi cho sức khỏe của con người nhất là trong cá biển Sự oxy hóa lipid cũng là một trong những tác nhân gây ra các ảnh hưởng xấu đến phẩm chất của cá thông qua phản ứng tự oxy hóa và phản ứng có sự tham gia của enzyme như lipoxygenase, peroxidase diễn ra trong quá trình bảo quản

Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng nguồn hợp chất chống oxy hóa tự nhiên từ củ hành

để ứng dụng trong bảo quản cá nục là một đề tài nghiên cứu khoa học mang tính thiết thực Đã có nhiều nghiên cứu về củ hành nhưng nghiên cứu theo hướng tiếp cận công nghệ xanh thì còn hạn chế

Công nghệ xanh là một khái niệm mới với con người khi mức độ ô nhiễm toàn cầu ngày càng gia tăng Chính vì vậy, những nghiên cứu chiết xuất các hoạt chất có hoạt tính sinh học an toàn cho người sử dụng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang là xu hướng phát triển của thế giới Tiếp cận phương pháp chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa dựa trên các nguyên tắc của công nghệ xanh đang được quan tâm nhằm phát triển kinh tế bền vững với việc sử dụng những loại dung môi như nước, ethanol, … là các dung môi không độc, rẻ tiền và dễ kiếm Bên cạnh đó, cần áp dụng các thiết bị công nghệ tiên tiến hỗ trợ quá trình tách chiết xuất như đồng hóa, siêu âm, vi sóng, … nhằm tăng hiệu suất chiết Với những thay đổi nhỏ trong nghiên cứu như: lựa chọn dung môi và phương pháp thực hiện phù hợp sẽ góp phần nâng cao hiệu suất chiết từ đó làm giảm thải ra môi trường những hóa chất độc hại

Xuất phát từ những vấn đề thực tế nêu trên đề tài “Nghiên cứu chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím (Allium Ascalonicum) theo cách tiếp cận công nghệ xanh và thử nghiệm chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay” đã được thực hiện

Mục tiêu của đề tài: thiết lập quy trình chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành

tím theo hướng tiếp cận công nghệ xanh và đánh giá khả năng chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục bằng dịch chiết từ củ hành tím

Phương pháp nghiên cứu: bước đầu tiến hành phân tích nhận diện các nhóm hợp chất sinh học có trong củ hành tím Tiếp theo, sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết các hợp chất chứa hoạt tính chống oxy hóa trong củ hành tím theo thiết kế Plackett-Burman Kế tiếp là khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính oxy hóa của dịch chiết dựa trên khả năng 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 Sau khi xác định được các điều kiện thích hợp để chiết xuất dịch chiết từ củ hành tím, dịch chiết được bảo quản ở một số điều kiện khác nhau nhằm khảo sát hoạt tính chống oxy hóa Sau đó dịch chiết được tiến hành thí nghiệm sấy ở các phương pháp khác nhau nhằm so sánh hoạt tính oxy hóa của dịch chiết qua các phương pháp sấy khô để chọn ra phương pháp sấy hiệu quả Cuối cùng, dịch chiết được ứng dụng trong bảo quản cá nục nhằm 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

Các phương pháp xử lý số liệu về kết quả nghiên cứu và thảo luận 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 2010

Kết quả thu được của đề tài: các hợp chất trong củ hành tím được nhận diện chứa nhiều nhất là nhóm hợp chất phenol, flavonoid tiếp theo là nhóm hợp chất phytosterol, glycoside và saponin; Dựa vào kết quả nghiên cứu sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết các hợp chất chứa hoạt tính chống oxy hóa trong củ hành tím cho thấy, các yếu tố như dung môi, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi, thời gian chiết, nhiệt độ chiết, đồng hóa, siêu âm và số lần chiết đều ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết từ củ hành tím; Các yếu tố được khảo sát và chọn ra những điều kiện chiết thích hợp để chiết xuất dịch hành với các thông số là: dung môi chiết là nước, tỉ lệ nguyên liệu/ dung môi là 1/10 (g/ml), thời gian chiết là 15 phút, nhiệt độ chiết là 40oC, số lần chiết là 1 và có hỗ trợ của đồng hóa, siêu âm trong quá trình chiết; 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 hành tím 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 hành tím cho thấy hoạt tính oxy hóa 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 hành tím sau sấy CKTH, sấy chân không (80oC) và cô quay chân không (80oC), với thể tích dịch chiết là 50 ml tương ứng là 1,287± 0,05g; 1,540 ± 0,05g và 1,898 ± 0,05g; Dịch chiết bước đầu đã ứng dụng trong thử nghiệm chống oxy hóa lipid của thịt cá nục bằng phương pháp bảo quản lạnh bằng Kết quả các thử nghiệm cho thấy 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: Củ hành tím, Allium Ascalonicum, công nghệ xanh, hoạt tính chống oxy

hóa, cá nục

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hành tím có tên khoa học là Allium Ascalonicum, từ lâu hành tím đã được biết

đến với vai trò là thực phẩm rất quen thuộc với con người trong việc chế biến các món

ăn của nhiều gia đình Không những thế, hành tím còn chứa rất nhiều hợp chất tự nhiên

có công dụng tốt cho sức khỏe, là một nguồn tự nhiên chứa nhiều flavonoids, đại diện

là các flavonol quercetin và kaempferol Flavonoids được biết đến với khả năng chống oxy hóa, tạo phức với các ion kim loại hóa trị 2, có tác dụng chống lại dị ứng, virus, cao huyết áp, viêm khớp và được báo cáo ngăn ngừa đột biến, ung thư và AIDS Ngoài ra các hợp chất có lưu huỳnh như thiosulfinates tạo ra hương vị đặc trưng của hành củ, có

hiệu quả trong việc tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn thông thường, bao gồm cả Salmonella typhi, Pseudomonas aeriginosa và Escherichia coli

Trong những năm gần đây, an toàn vệ sinh thực phẩm đang trở thành một vấn đề chung của toàn thế giới Nhiều quy định nghiêm cấm hoặc hạn chế sử dụng các chất bảo quản, phụ gia tổng hợp trong bảo quản và chế biến thực phẩm vì chúng gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng Các phụ gia được phép sử dụng trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm khá phong phú nhưng thường được sử dụng rộng rãi để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm là các chất chống oxy hóa tổng hợp như Butylated Hydroxyl Anisol (BHA) và Butylated Hydroxyl Toluene (BHT), … Đây

là những chất chống oxy hóa phổ biến, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là bay hơi

và dễ phân hủy ở nhiệt độ cao Đặc biệt theo TS Nguyễn Thuần Anh, khi cơ thể dung nạp quá nhiều BHA và BHT có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đối với sức khỏe Theo Pokorny (1991) Mối quan tâm này đã làm dấy lên một mối quan tâm lớn trong các chất phụ gia tự nhiên Ngày nay, người tiêu dùng có xu hướng ưa chuộng các loại thực phẩm sử dụng chất bảo quản, phụ gia có nguồn gốc tự nhiên Do đó, nghiên cứu sử dụng các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học để bảo quản, chế biến thực phẩm đã

và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm Đặc biệt là những hoạt chất sinh học ức chế hoạt động enzyme, chống oxy hóa và kháng khuẩn từ các nguồn nguyên liệu ăn được trong tự nhiên Việc nghiên cứu tìm kiếm nguồn hợp chất chống oxy hóa tự nhiên để thay thế các hợp chất tổng hợp từ các nguồn nguyên liệu thực vật góp phần nâng cao giá trị cảm quan của thực phẩm như màu sắc, mùi vị và trạng

thái cơ thịt đồng thời đáp ứng được thị hiếu xu hướng sử dụng thực phẩm của người tiêu dùng

Trong thực phẩm, lipid là một trong những thành phần quan trọng nhưng trong quá trình chế biến và bảo quản, lipid dễ bị phân hủy do các phản ứng oxy hóa, làm giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm Trong thủy sản, lipid

là thành phần quan trọng và rất có lợi cho sức khỏe của con người nhất là trong cá biển Tuy nhiên, chất béo trong cá chứa nhiều acid béo chưa bão hòa do đó rất dễ bị oxy hóa sinh ra các sản phẩm cấp thấp như aldehyde, cetone Cá nục là tên gọi chung

của chi cá nục (Decapterus,là nhóm cá có giá trị dinh dưỡng và kinh tế, được khai

thác thu hoạch phổ biến nhiều nơi trên thế giới để làm thực phẩm hoặc sử dụng để làm cá mồi Ở Việt Nam, cá nục chiếm sản lượng khá lớn, dễ đánh bắt và là nguồn thu nhập cho một số ngư dân ở vùng ven biển Việt Nam Cá nục có chất lượng thơm ngon, hàm lượng lipid khá cao, có thể chế biến thành nhiều món ăn và được nhiều người ưa thích

Vì vậy, sử dụng nguồn hợp chất chống oxy hóa tự nhiên từ củ hành để ứng dụng trong bảo quản cá nục là một đề tài nghiên cứu khoa học mang tính thiết thực Đã có nhiều nghiên cứu về củ hành nhưng nghiên cứu theo hướng tiếp cận công nghệ xanh thì còn hạn chế Trong các nghiên cứu, những loại dung môi thường sử dụng

là hexan, methanol, chloroform, … là những dung môi hữu cơ dễ cháy, dễ bay hơi và độc hại, gây ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính Dung môi sử dụng không

an toàn đối với con người nên không khả thi trong việc ứng dụng vào sản xuất thực phẩm Do đó việc nghiên cứu chiết xuất các hoạt chất có hoạt tính sinh học an toàn cho người sử dụng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang là xu hướng phát triển của thế giới Tiếp cận phương pháp chiết xuất các hoạt chất chống oxy hóa dựa trên các nguyên tắc của công nghệ xanh đang được quan tâm nhằm phát triển kinh tế bền vững với việc sử dụng những loại dung môi như nước, ethanol, … là các dung môi không độc, rẻ tiền và dễ kiếm Bên cạnh đó, cần áp dụng các thiết bị công nghệ tiên tiến hỗ trợ quá trình tách chiết xuất như đồng hóa, siêu âm, vi sóng,

… nhằm tăng hiệu suất chiết

Xuất phát từ những vấn đề thực tế nêu trên đề tài “Nghiên cứu chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím (Allium Ascalonicum) theo cách tiếp cận công nghệ xanh

và thử nghiệm chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục xay” đã được thực hiện

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

(1) Thiết lập quy trình chiết xuất chất chống oxy hóa từ củ hành tím theo hướng tiếp cận công nghệ xanh

(2) Đánh giá khả năng chống oxy hóa lipid trong cơ thịt cá nục bằng dịch chiết từ củ hành tím

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

(1) Phân tích thành phần hóa thực vật để nhận diện các hợp chất chống oxy hóa có trong củ hành tím

(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 hành tím

(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 hành tím

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

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

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Phát triển phương pháp chiết xuất theo hướng tiếp cận áp dụng công nghệ xanh phù hợp với chiến lược phát triển bền vững của thế giới

5 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

(1) Nâng cao giá trị sử dụng của củ hành tím từ đó góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế cho người dân trồng hành

(2) Ứng dụng dịch chiết từ củ hành tím vào bảo quản cá nục xay để ngăn ngừa sự oxy hóa lipid và góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cá nục, đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng

(3) Việc tiếp cận áp dụng các nguyên tắc của công nghệ xanh vào quá trình chiết xuất góp phần giảm gây ô nhiễm môi trường nhằm phát triển công nghệ theo hướng bền vững

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về hành tím

1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm thực vật học của hành tím

Hành Tím thuộc nhóm rau ăn củ, được sử dụng rộng rãi để chế biến thức ăn trong

đời sống hằng ngày Hành tím có tên khoa học là Allium Ascalonicum, từ lâu đã được

biết đến với vai trò là thực phẩm rất quen thuộc với con người trong việc chế biến các món ăn của nhiều gia đình Không những thế trong củ hành tím còn chứa rất nhiều hợp chất tự nhiên có công dụng tốt cho sức khỏe, là một nguồn tự nhiên chứa nhiều flavonoids, đại diện là các flavonol quercetin và kaempferol Flavonoids được biết đến với khả năng chống oxy hóa, tạo phức với các ion kim loại hóa trị 2, có tác dụng chống lại dị ứng, virus, cao huyết áp, viêm khớp và được báo cáo ngăn ngừa đột biến, ung thư

và AIDS Ngoài ra các hợp chất có lưu huỳnh như thiosulfinates tạo ra hương vị đặc trưng của hành củ, có hiệu quả trong việc tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn thông thường,

bao gồm cả Salmonella typhi, Pseudomonas aeriginosa, và Escherichia coli

Ở Việt Nam, Hành Tím được trồng ở thị xã Vĩnh Châu – tỉnh Sóc Trăng và các nơi khác như huyện đảo Lý Sơn - tỉnh Quảng Ngãi, huyện Ninh Hải- tỉnh Ninh Thuận, huyện Gò Công - tỉnh Tiền Giang, huyện Ba Tri - tỉnh Bến Tre, huyện Duyên Hải - tỉnh Trà Vinh và thành phố Bạc Liêu - tỉnh Bạc Liêu,… (Quách Nhị, 2009)

Củ hành tím (Allium ascalonicum) được phân loại theo bảng 1.1 như sau:

Bảng 1 1 Phân loại khoa học của củ hành tím

tích trồng hành tím tập trung nhiều nhất ở thị xã Vĩnh Châu, kế đến là huyện Trần Đề

và Long Phú Canh tác hành tím đã đem lại hiệu quả kinh tế cho người dân

Hành tím có đặc điểm: cây thảo, nhẵn, sống dai Bản chất hình thái củ hành phình

to nên thương gọi là củ hành, có kích thước thay đổi, gồm nhiều vẩy thịt tức là các bẹ

có chứa nhiều chất dinh dưỡng Củ hành có hình dạng hình tròn hơi dẹp, hình bầu dục hoặc hình bầu dục dài, thường có màu đỏ hoặc màu tím than chính thức nằm ở dưới giò mang nhiều rễ nhỏ Lá dài hình trụ, nhọn, rỗng ở giữa Hoa hợp thành tán giả nằm ở đầu một cánh hoa hình ống tròn, phình ở giữa, hoa màu trắng có cuốn dài Cụm hoa hình đầu tròn, gồm nhiều hoa có cuống ngắn; bao hoa có các mảnh hình trái xoan nhọn màu

trắng có sọc xanh; bầu xanh đợt

Đa số các loại giống hành tím có thời gian sinh trưởng 60-65 ngày Lượng giống

để sản xuất hành thương phẩm cần 60-90kg/ 1.000m2, trồng để giữ giống cần 300-400kg/ 1.000m2 Ở Sóc Trăng, mùa vụ trồng giữ giống vào tháng 4-5 âm lịch; mùa vụ trồng hành thương phẩm từ tháng 9-11 âm lịch, thu hoạch từ tháng 11-1 âm lịch; gần giống

như ở Bến Tre là giữa tháng 9-10 âm lịch, thu hoạch tháng 11-12 âm lịch

Cây hành tím được trồng trên nhiều loại đất, thích nghi trong điều kiện đất giồng cao, thịt pha cát, nhất là trồng hành tím lấy củ làm giống đòi hỏi đất trồng phải có tỷ lệ đất cát pha thích hợp để có thể giữ giống được lâu hơn Sóc Trăng do có địa thế thuận lợi (nằm ở cửa sông Hậu và tiếp giáp biển Đông), các giồng cát được phân bổ khắp nơi trong tỉnh, đặc biệt các xã ven biển thị xã Vĩnh Châu và một phần diện tích đất giồng thịt pha cát ở huyện Trần Đề và Long Phú Đây là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển cây hành tím và chất lượng củ Do những đặc trưng thổ nhưởng và kỹ thuật chăm sóc nên củ hành tím Vĩnh Châu tồn trữ được khoảng thời gian dài so với hành trồng ở những nơi khác Đây là địa phương có diện tích lớn nhất tỉnh, có nhiều bí quyết về bảo quản

và chế biến các loại sản phẩm này, đồng thời có truyền thống canh tác cây hành tím lâu đời, với kỹ thuật trồng tương đối cao vì chu kỳ canh tác hành tím ngắn nên có thể trồng nhiều vụ trong năm trong điều kiện có hệ thống tưới tiêu chủ động

Củ hành tím là một trong những mặt hàng đặc sản của tỉnh Sóc Trăng, có chất lượng cao và có khả năng xuất khẩu Đặc biệt, hành tím Vĩnh Châu hiện đang là mặt hàng xuất khẩu có giá trị cao, được các nước trên thế giới rất ưa chuộng Vào thời điểm thu hoạch hành tím, bạn hàng đến mua tại ruộng nông dân với giá biến động theo thị

trường Sản phẩm củ hành tím được tiêu thụ ở Đồng bằng sông Cửu Long, một số tỉnh thành trong cả nước với sản lượng hàng năm từ 20.749 tấn năm 1994; đạt 83.603 tấn ở năm 2004 và khoảng 130.000 tấn vào năm 2012 Hiện nay, năng suất bình quân của củ hành tím là 14-15 tấn/ha, nhưng trong tương lai dự kiến mức năng suất này sẽ đạt 20 tấn/ha (Dương Vĩnh Hảo, 2012)

1.1.2 Thành phần hóa học của hành tím

Hành tím có mùi thơm đặc trưng Trong củ hành tím có 0,015% tinh dầu và lượng tinh dầu cao Tinh dầu củ hành chủ yếu là alliin, ngoài ra còn có plutin Thành phần chủ yếu của tinh dầu hành là Allindisulphit và Allinpropyldisulphit, tinh dầu hành có tính sát trùng mạnh

11 0,4 0,6 0,08 0,01

11

Ngoài các thành phần trên, tinh dầu hành còn chứa Tiopropion andehyt (CH3-CH2CHS) - là chất gây cay và chảy nước mắt Thành phần đường trong hành là mannoza và mantoza, acid hợp chất gồm acid formic, malic, citric, phosphoric (Wetli, Herbert Alexander, 2004)

-1.1.2.1 Sulphur hữu cơ

Allium Fistulosum chứa nhiều hợp chất khác nhau và đã được nghiên cứu trong vòng hơn 100 năm qua Giống như các loài khác trong chi Allium, ví dụ: A sativum L hoặc A ursinum L., Allium Fistulosum đặc trưng bởi hàm lượng cao hợp chất sulphur

hữu cơ Chiếm ưu thế nhiều nhất trong các hợp chất sulphur hữu cơ là các axit amin cysteine và methionine, S-alk(en)yl-cysteine thay thế sulphoxides và α glutamyl peptide (Randle và cộng sự, 1995)

S-Alk(en)yl-substituted cysteine sulphoxides: các amino acid như L-cysteine, L-

cystine và L-methionine chiếm tỷ lệ tương đối thấp trong hành Cho đến nay, bốn S- alk(en)yl-cysteine sulphoxides, gồm (+)-S-methyl-, (+)-S-propyl-, trans-(+)-S-(1-

propenyl)-L-cysteine sulphoxide và cycloalliin, đã được phát hiện trong A cepa L S-

alk(en)yl-L-cysteine sulphoxides được chuyển hóa thành axit sulphenic do tác động của alliinase hoặc khi các mô bị phân hủy (ví dụ như bị cắt hoặc ép) Các hợp chất của lưu huỳnh tạo ra axit sulphenic tạo nên vị hăng cay làm chảy nước mắt và mùi hôi, gây

nên những hương vị đặc trưng của hành α-glutamyl peptide cho đến nay tổng cộng 14

α-glutamyl peptide đã được xác định trong hành và trong số đó có chứa nguyên tử lưu huỳnh α-glutamyl peptide xuất hiện chủ yếu ở hạt giống không hoạt động và củ hành khô, đóng góp vào sự nảy mầm của hạt giống và có vai trò như một chất dự trữ (+)-S- Alk(en)yl-L-cysteine sulphoxides liên kết với chuỗi axit amin α-glutamyl không được chuyển hóa bởi alliinase Sau khi phân cắt bởi peptidases và transpeptidases, alk(en)yl- L-cysteine sulphoxides tự do tạo chất dễ bay hơi trong chiết xuất củ hành Khoảng 90% hợp chất lưu huỳnh hữu cơ tan được tồn tại ở dạng α-glutamyl peptide, các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong chất lượng hương vị của hành tím và hoạt tính dược lực thành phần chiết xuất từ củ hành (Randle và cộng sự, 1999)

1.1.2.2 Saponin

Các saponin được tìm thấy trong hành tím là: sitosterol, oleanolic acid và một ít amyrin Các chất phân lập và xác định cấu trúc từ những năm 1982 (Steinegger và cộng sự, 1999) Trong đó sitosterol có cấu trúc thuộc nhóm steroid còn oleanolic acid và smyrin có cấu trúc triterpenoid

Sitosterol Oleanolic acid

Năm 2004, các nhà khoa học đã lần đầu tiên phân lập được 4 saponin trong hành tím đều có cấu trúc ruscogenin (Wetli; Herbert Alexander, 2004)

Ngoài ra, hành tím còn có các loại sapogenin khác là diosgenin và cepagenin (Lê Thanh Duy, 2012)

1.1.2.3 Flavonoid

Kaempferol Isorhamnetin

Flavonoid chủ yếu trong hành là dẫn chất của quercetin: isoquercetin, quercetin diglucoside, quercetin monoglucoside và quercetin tự do Hành còn chứa kaempferol nhưng hàm lượng rất ít Quercetin monoglucoside và quercetin diglucoside là flavonoid chính chiếm 80% các chất có chứa quercetin Tỷ lệ quercetin monoglucoside và quercetin diglucoside là 1:2,2 (ValentinKoloini và cộng sự, 2009)

1.1.3 Công dụng của hành tím

Allium cepa L đã được trồng và sử dụng hơn 6000 năm qua Con người đã phát

hiện tính chất dược lý của hành tím và sử dụng nó trong y cổ truyền điều trị nhiều rối loạn lớn nhỏ khác nhau

Nước ép hành tím tươi thường được dùng trong y học dân gian của nhiều quốc khác nhau để giảm đau và sưng do ong hay ong bắp cày đốt, có các phản ứng dị ứng trên da

Các tài liệu cổ Ai Cập đề cập đến hành tím có tác dụng chống nhiễm giun, tiêu chảy, các bệnh nhiễm trùng và viêm nhiễm khác (Harborne A,1998)

Tại Bắc Mỹ, thổ dân châu Mỹ sử dụng hành tím để điều trị côn trùng cắn và làm giảm cảm lạnh Nó cũng được dùng trong y học cổ truyền Trung Quốc Homeopaths dùng dịch chiết cồn của hành tím để điều trị một loạt các bệnh bao gồm ho, cảm lạnh, tiêu chảy, liệt mặt, sốt, thoát vị, viêm thanh quản, viêm phổi, và chấn thương

Ở Việt Nam, hành tím được dùng chữa ho, trừ đờm, ra mồ hôi, lợi tiểu, chữa chứng bụng nước do gan cứng, đắp mụn nhọt, phòng chữa các chứng huyết áp cao, táo bón, giảm mỡ trong máu, kéo dài thời gian đông máu nên được dùng phòng ngừa bệnh động mạch vành và chứng xơ cứng động mạch, chống thấp khớp, chống bệnh hoại huyết, sát khuẩn và chống nhiễm khuẩn, gây tiết mồ hôi, trị ho, làm dễ tiêu hoá, cân bằng tuyến, chống xơ cứng, chống chứng huyết khối, kích dục, chống đái đường, trị giun, gây ngủ

nhẹ, trị bệnh ngoài da và hệ lông Bên cạnh đó, hành tím được sử dụng bên ngoài da để làm dịu và tan sưng, sát khuẩn, chống đau, xua muỗi (Lê Thanh Duy, 2012)

Có nhiều bài thuốc từ hành tím trong y học cổ truyền đã khiến một số nhà khoa học ở những năm 20 của thế kỷ trước nghiên cứu dịch chiết từ hành tím hoặc dầu hành trong việc ức chế sự phát triển của giun đường ruột, nấm và vi khuẩn cả in vivo và in vitro Mặc khác, các kỹ thuật sử dụng để chiết xuất và bảo quản rất khác nhau trong các nghiên cứu khác nhau Vì vậy, liều lượng hoặc nồng độ sử dụng là không thể so sánh (Dorsch W, 1996)

Cách dùng: Thông thường nhất là ăn sống, cũng có thể ngâm trong nước nóng (trị cảm cúm) hoặc đun sôi 10-15 phút (trị ỉa chảy, thấp khớp) hoặc ngâm độ một tuần trong rượu trắng (trị vật ký sinh đường ruột) Người ta còn làm thuốc (ngâm hành tím trong cồn 90 độ) làm rượu thuốc 20% Hành tím có thể dùng ngoài dưới dạng thuốc đắp trị thấp khớp, đau đầu, sung huyết não, viêm màng não, bí tiểu tiện, rệp đốt, mụn Đối với dịch chiết của nó có tác dụng tốt cho tim mạch Tinh dầu hành ức chế tổng hợp acid arachidonic, ức chế kết tập tiểu cầu in vitro và in vivo Một phần tác dụng này là do tinh dầu hành ức chế sinh tổng hợp thromboxane Ngoài ra, tinh dầu hành và hành tươi gia tăng sự phân hủy fibrin in vivo ở thỏ và người tình nguyện Hành tím không những có ích cho tim mạch mà còn có lợi trong các bệnh về chuyển hóa như tiểu đường hoặc tăng lipid huyết Trong bệnh tiểu đường, hành tím giảm bớt sự cần thiết phải sử dụng thuốc

hạ đường huyết bằng đường uống Ở bệnh nhân tăng lipid máu, hành tím ngăn chặn sự gia tăng cholesterol và triglycerides trong huyết tương Tuy nhiên, cơ chế của các tác

động trên vẫn chưa được biết một cách chính xác (Wetli, Herbert Alexander, 2004)

1.2 Giới thiệu về cá nục thuôn

Bảng 1 3 Hệ thống phân loại khoa học của cá nục thuôn (Bleeker, 1851)

Cá nục thuôn hay còn gọi là cá nục suôn, cá nục chuối, cá nục vây ngắn Tên tiếng Anh là Layang scad, Round scad, Shortfin scad, Slender Mackerel Scad, Long-bodied

scad; Tên khoa học là Decapterus Lajang (Bleeker, 1851) hoặc Decapterus macrosoma

(Bleeker, 1851)

Cá nục thuôn có thân hình hơi thoi dài và dẹp; mõm tương đối dài và nhọn, chiều dài của mõm lớn hơn đường kính của mắt; vây lưng dài và thấp Cá có chiều dài trung bình từ 25 cm, thường dài từ 17.6 – 35 cm; có khoảng 09 gai vây lưng và khoảng 338 tia vây lưng mềm; 03 gai hậu môn và khoảng 27 – 30 đốt sống Về màu sắc: phần lưng

cá có màu xanh xám, phần bụng màu trắng, các vây cá có màu vàng nhạt; góc trên sau nắp mang cá có một vết đen lớn

Về phân bố: cá nục thuôn phân bố rộng ở Ấn Độ Dương, Thái Bình Dương, Indonesia, Philipin, Trung Quốc, Nhật Bản Chúng thường sống xung quanh rạn san hô

ở độ sâu 20 - 114m, trung bình 30 - 70m Tại Việt Nam, cá nục thuôn phân bố chủ yếu

ở Vịnh Bắc Bộ, vùng biển miền Trung và Đông, Tây Nam Bộ

Cá nục thuôn cũng là nguồn nguyên liệu khai thác quan trọng của ngư dân với mùa vụ khai thác là quanh năm Sản lượng khai thác cao, kích cỡ cá để khai thác là từ 100–230 mm Hình thức khai thác chủ yếu là lưới vây, lưới kéo, vó, mành Sau khi khai thác, cá nục được chế biến thành các dạng sản phẩm đông lạnh tươi, phi lê, chả cá, cá khô, đóng hộp, các sản phẩm phối chế khác, làm mắm

Cá nục có thịt ngon và giàu dinh dưỡng, được nhiều người ưa thích Ở Việt Nam, các loài cá nục có giá trị kinh tế là cá nục sò sống ở tầng mặt và cá nục đỏ, ngoài ra còn

có cá nục thuôn

1.3 Tổng quan về công nghệ xanh

1.3.1 Khái niệm công nghệ xanh

Một định nghĩa chung của công nghệ xanh là sự thay đổi quy trình, sáng chế, thiết kế và ứng dụng công nghệ, giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng, có thể sử dụng các dung môi thay thế, sử dụng các sản phẩm tự nhiên nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả chiết xuất an toàn, giảm hoặc loại bỏ việc sử dụng hóa chất gây ra các chất độc hại

Các nhà nghiên cứu đã đưa ra ba giải pháp chủ yếu về ứng dụng công nghệ xanh trên quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp, cụ thể: cải thiện và tối ưu hóa các quy trình hiện có; ứng dụng công nghệ mới: sử dụng thiết bị hiện đại nâng cao hiệu quả; thay đổi dung môi an toàn trong nghiên cứu và sản xuất

1.3.2 Các nguyên tắc của công nghệ xanh

Công nghệ xanh có sáu nguyên tắc cho các ngành công nghiệp và các nhà khoa học như là một tiêu chuẩn, sự sáng tạo để đổi mới quy trình và công nghệ trong sản xuất, nghiên cứu Cụ thể sáu nguyên tắc:

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 và chủ yếu là nước hoặc dung môi chiết xuất từ thực vật

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 công đoạn sản xuất nhằm thu gọn quy trình hướng đến sản xuất an toàn, dễ kiểm soát và tiết giảm chi phí

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

Các nguyên tắc nêu trên đã được xác định và mô tả chi tiết Bên cạnh những nguyên tắc, các nhà nghiên cứu đã tiến hành nhiều thí nghiệm để theo dõi hiệu quả và những kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng thành công trong công nghiệp cũng như tại các cơ sở

nghiên cứu

1.3.3 Tình hình áp dụng công nghệ xanh

Biến đổi khí hậu hiện đang là thách thức lớn đối với nhân loại, Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất Nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu là các hoạt động của con người: sử dụng hóa chất trong nông nghiệp, công nghiệp hóa chất, xây dựng, phá rừng, … Để chủ động thích nghi và ứng phó với những diễn

biến tiêu cực có thể xảy ra, việc ứng dụng các công nghệ xanh, sạch, thân thiện với môi trường trong tất cả các lĩnh vực đang trở thành một xu thế tất yếu

Hiện nay, trên thế giới có ngày càng nhiều các công trình, ứng dụng có quy mô từ nhỏ đến lớn được quy hoạch, áp dụng công nghệ xanh

Ở Việt Nam, Chính phủ và các cơ quan nghiên cứu khoa học, các nhà đầu tư đều quan tâm đến công nghệ xanh nhằm bảo vệ môi trường Chính phủ Việt Nam đã cho thành lập Trung tâm Tiết kiệm năng lượng (ECC) để hỗ trợ, tư vấn về tiết kiệm năng lượng; các Bộ ngành liên quan cũng đã ban hành các quy chuẩn

Với sự phát triển của xã hội, nhu cầu của con người về các sản phẩm tự nhiên và được chiết xuất từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên ngày càng tăng

* Áp dụng nguyên tắc 1: Đổi mới bằng cách chọn giống và sử dụng tài nguyên

thực vật tái tạo:

Theo nghiên cứu, một phần tư các loại thuốc hiện nay được chiết xuất từ thực vật

và những loại được chiết xuất từ vỏ của thủy tùng Tây (Taxus brevifolia) có tác dụng chống ung thư (Taxol®) được xem là nổi tiếng nhất

Và hiện nay, nguồn lâm sản như gỗ đàn hương và gỗ hồng mộc đang bị khai thác

và có nguy cơ bị tuyệt chủng Trước thử thách đó, nếu việc sử dụng tài nguyên được áp dụng theo hướng công nghệ xanh bằng cách có một chính sách phù hợp là không chỉ khai thác mà phải khuyến khích tăng diện tích trồng rừng sẽ đảm bảo cân bằng sinh thái, góp phần bảo tồn đa dạng sinh học

Một công nghệ "vắt sữa thực vật" mới đã được phát triển để sản xuất và khai thác các chất có lợi mà không phá hủy cây trồng Cây được trồng trong nhà kính ở môi trường thủy canh và bài tiết các chất qua bộ rễ dưới tác động của các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học trong môi trường nuôi cấy

Quá trình này được định hướng áp dụng cho sản xuất các loại cây trồng quý hiếm,

và là những loại cây khó khăn trong việc tách chiết các hoạt chất cũng như quy trình tách chiết tốn kém Đây được xem là một sáng kiến mới góp phần đa dạng sinh học Quá trình này đã được ứng dụng và sử dụng cho tách chiết alkaloids từ cây cà độc dược gai

tù (Chemat, 2011)

* Áp dụng nguyên tắc 2: Sử dụng dung môi thay thế và chủ yếu là nước hoặc

nông - dung môi:

Trong công nghiệp cũng như trong nghiên cứu trước đây sử dụng các dung môi hữu cơ có nhiều rủi ro trong quá trình sản xuất vì hầu hết các dung môi hữu cơ dễ cháy,

dễ bay hơi và thường độc hại, gây tác động ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính Với mục đích sản xuất an toàn, không gây hại môi trường và phù hợp với xu thế phát triển toàn cầu thì xu thế chuyển đổi sử dụng dung môi xanh (dung môi an toàn) đang được các doanh nghiệp, các nhà nghiên cứu quan tâm

Các dung môi có nguồn gốc an toàn và mang tính sinh học đóng một vai trò quan trọng cho việc thay thế các dung môi hóa dầu Chúng có thể là nguồn nguyên liệu tự nhiên và có thể là nguồn tài nguyên tái tạo được sản xuất từ nguyên liệu có nguồn gốc sinh học Những dung môi này có một điện dung môi cao, có thể phân hủy, không độc hại và không cháy góp phần hạn chế và khắc phục nhược điểm của các dung môi hữu

cơ, kèm theo giảm chi phí và có độ an toàn cao

Methyl ester của acid béo có trong dầu thực vật (đậu nành, ca cao và hạt cải dầu) cũng có thể thay thế các dung môi hóa dầu Ưu điểm 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),

hiệu quả đã được các nhà nghiên cứu thử nghiệm so sánh với các dung môi hóa dầu (Virot và cộng sự, 2008)

Glycerol, một sản phẩm phụ từ các chuyển vị este dầu thực vật, hiện rất phổ biến trong ngành công nghiệp mỹ phẩm như một dung môi cho ngâm các loại thảo mộc và gia vị (Lapkin, 2006)

Nước cũng được xem là một dung môi chiết xuất an toàn và chi phí thấp Nước được

sử dụng cho việc hòa tan các chất tự nhiên như protein, đường và axit hữu cơ cũng như đối với các chất vô cơ Dùng nước thay thế một số dung môi ít an toàn, chi phí cao đang

là một xu thế trong sản xuất công nghiệp và nghiên cứu Tính năng vượt trội của nước là nguồn sẵn có, những thao tác dễ dàng, có thể được thực hiện để thay đổi trên một phạm

vi rộng (Teo và cộng sự, 2010)

* Áp dụng nguyên tắc 3: Giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách phục hồi năng

lượng và sử dụng công nghệ tiên tiến:

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 nguyên 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

Với sự hỗ trợ của việc đồng hóa và sử dụng sóng siêu âm 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 Siêu âm 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% (Sawamura, 2010)

* Áp dụng 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:

Cây hương thảo là một cây thơm cũng được biết đến với đặc tính chống oxy hóa của nó do các hợp chất polyphenolic như carnosol, axit rosmarinic và carnosic Sau khi chưng cất tinh dầu, chất cặn có thể được tái chế để trích xuất chất chống oxy hóa tự nhiên đáp ứng nhu cầu rất cao của các ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm Chiết xuất polyphenolic hương thảo có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp thịt để ức chế quá trình oxy hóa của chất béo mục đích giữ được hương thơm và màu sắc đặc trưng của sản phẩm nhưng không ảnh hưởng đến thời gian bảo quả của sản phẩm

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

* Áp dụng nguyên tắc 5: Giảm công đoạn sản xuất nhằm thu gọn quy trình

hướng đến sản xuất an toàn, dễ kiểm soát và tiết giảm chi phí:

Giảm số lượng các bước trong một chuỗi quá trình dẫn đến việc giảm chi phí và sử dụng tốt hơn năng lượng Một trình một giai đoạn sẽ xuất hiện được lý tưởng

Việc khai thác dầu từ olibanum, thường được gọi là trầm hương Tinh dầu này được lấy từ một loại nhựa của một loại cây bụi có nguồn gốc từ khu vực xung quanh Biển Đỏ, ở Somalia và Ả Rập Để thu thập nhựa phải rạch để lấy dịch từ vỏ cây và

chuyển đến Grasse (Pháp), nơi mà nguyên liệu được xử lý, chuyển đổi thành dầu Quá trình vận chuyển này khá xa gây nên tốn kém chi phí, thời gian và có thể giảm chất lượng nguyên liệu Khi áp dụng nguyên tắc 5 của công nghệ xanh, nhựa này có thể được

xử lý ngay tại chỗ với thiết bị di động sẽ hiệu quả hơn là gửi nó ở nước ngoài (Armenta

và cộng sự, 2008)

* Áp dụng nguyên tắc 6: Mục tiêu cho một chiết xuất không biến tính và phân

hủy sinh học không gây ô nhiễm:

Phân tích vòng đời (LCA) được dựa trên khái niệm về phát triển bền vững, cung cấp một phương tiện hiệu quả và có hệ thống đánh giá tác động môi trường của một sản phẩm, một dịch vụ hoặc một quá trình Công cụ đánh giá này được áp dụng cho nhiều loại khác nhau của các tác động môi trường Nó cho phép việc định lượng các tác động tiềm tàng đối với môi trường của một hệ thống bao gồm tất cả các hoạt động liên kết với một sản phẩm hay một dịch vụ, từ việc khai thác nguyên liệu cho đến cuối chế biến cuộc sống (trung tâm xử lý chất thải, đốt rác, tái chế, …) (Mason và cộng sự, 2011)

1.4 Chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound-assisted extraction)

Đây là kỹ thuật chiết thay thế rẻ tiền, đơn giản và hiệu quả Sóng siêu âm thường được

sử dụng để cải thiện việc chiết lipid, protein và các hợp chất phenolic từ thực vật, quá

trình chiết các hợp chất phenol từ Folium eucommiae có sử dụng sóng siêu âm thu được

hiệu quả cao hơn so với khi chiết bằng cách gia nhiệt hoặc bổ sung enzyme hỗ trợ chiết tách Sóng siêu âm có khả năng phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu, do đó giúp cho sự xâm nhập của dung môi vào bên trong tế bào dễ dàng hơn Ngoài ra siêu âm còn có tác dụng khuấy trộn mạnh dung môi làm tăng diện tích tiếp xúc của dung môi và cải thiện đáng kể hiệu suất chiết

* Ưu điểm

- Thiết bị tương đối đơn giản, không quá đắt tiền, bảo quản và vận hành đơn giản

- Chiết được nhiều nhóm chất, dung môi chiết khá đa dạng

- Lượng mẫu lớn (có thể lên đến hàng trăm gam)

- Giảm được nhiệt độ và áp suất (đây là ưu điểm để chiết các hoạt chất không bền với nhiệt)

- Tăng được khối lượng dịch chiết và rút ngắn được thời gian chiết và như vậy kéo theo tiết kiệm được năng lượng đầu vào

* Nhược điểm

- Dung môi khó được làm mới trong quá trình chiết xuất

- Thời gian lọc và rửa dịch chiết kéo dài

- Sự thoái hóa bề mặt của đầu dò theo thời gian sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất chiết

1.5 Quá trình oxy hóa chất béo

Lipid hay còn gọi là chất béo là nhóm chất hữu cơ rất phổ biến trong tế bào động vật và thực vật, có thành phần hóa học và cấu tạo khác nhau nhưng cùng tính chất chung

là không hòa tan trong nước mà hòa tan trong các dung môi hữu cơ (ete, chloroform, ete petrol, toluen,…) Lipid là hợp phần cấu tạo quan trọng của các màng sinh học, là nguồn cung cấp năng lượng (37,6.106 J/kg), nguồn cung cấp các vitamine A, D, E, K

và F cho cơ thể (Lê Ngọc Tú, 2002)

Oxy hóa lipid là một quá trình diễn ra phức tạp, kết quả cho nhiều sản phẩm khác nhau Sản phẩm cấp một chủ yếu của quá trình oxy hóa lipid là hợp chất không mùi hydroperoxyde, tuy nhiên hợp chất này thường không bền nên dễ dàng bị oxy hóa để tạo thành các sản phẩm cấp hai mà chủ yếu là malondialdehyde, alkanes, ketones, esters, rượu, acid và các hydrocarbons Trong đó, các aldehydes được xem là thành phần chính làm cho sản phẩm có mùi ôi thiu (Ladikos và Lougovois, 1990) Các sản phẩm cấp hai của quá trình oxy hóa lipid sẽ tiếp tục bị oxy hóa để tạo thành các sản phẩm cấp ba hoặc liên kết với các thành phần cấu thành nên protein như acid amine, peptid để tạo thành các phức chất mang màu nâu sẫm (Smith và Hole, 1991) Từ đó, làm cho sản phẩm bị biến màu, giảm giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan

1.5.1 Phân loại và cơ chế oxy hóa lipid

Phản ứng oxy hóa lipid trong chế biến và bảo quản sản phẩm giàu lipid chia làm 2 loại:

1 Phản ứng oxy hóa lipid có enzyme tham gia hay còn gọi là oxy hóa sinh học

- Oxy hóa do xúc tác của lipoxydase

- Oxy hóa kiểu β oxy hóa acid béo

- Oxy hóa kiểu α oxy hóa acid béo

2 Phản ứng oxy hóa lipid phi enzyme (tự ôi hóa) hay còn gọi là oxy hóa hóa học

1.5.2 Phản ứng oxy hoá lipid có enzyme tham gia

Chất xúc tác cho quá trình này là lipoxydase Lipoxydase thường là xúc tác oxy hoá mạnh các acid béo không no (có 2, 3 nối đôi trở lên) thành peroxyde và hydroperoxyde Đây là các enzyme có chứa các ion sắt và chúng có khả năng gây xúc tác giữa phân tử oxy với các acid béo không no có chứa các nhóm cis, cis-1,4-pentadiene trong cấu trúc phân tử để tạo thành các hợp chất hydroperoxides

Acid béo Lipoxydase aldehyde, ceton, rượu bậc cao, sản phẩm oxy hoá khác Ngoài ra phản ứng oxy hóa lipid có enzyme tham gia còn có ở hai dạng kiểu α và kiểu β oxy hóa acid béo (Yamamoto, 1991)

1.5.3 Phản ứng oxy hóa lipid phi enzyme

Ảnh hưởng của phản ứng oxy hóa hóa học đến chất lượng của sản phẩm thực phẩm: sản phẩm oxy hoá thường làm vô hoạt enzyme, đặc biệt hệ enzyme tiêu hoá và sản phẩm oxy hoá lipid có khả năng phản ứng cao với protein tạo thành hợp chất bền vững, không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ và cũng không bị thuỷ phân bởi enzyme Quá trình tự ôi hóa là một chuỗi các phản ứng được chia thành ba giai đoạn là giai đoạn bắt đầu, giai đoạn phát triển và giai đoạn kết thúc (Nawar, 1996)

Cơ chế:

Giai đoạn bắt đầu:

Giai đoạn phát triển:

Từ Alcocxyl có thể biến đổi tiếp tạo thành rượu, keton, aldehyde…

Acocxyl tương tác với phân tử lipit mới tạo thành rượu + gốc tự do mới

Acocxyl tương tác với nhau tạo thành rượu, keton

Tương tác của gốc Alcocxyl với gốc alkyl

Hoặc tương tác với giữa gốc alkyl với một hydroperoxyde cũng tạo ra keton

Sự oxy hoá các ceton cũng có thể cho ra các aldehyd và acid

Trong quá trình oxy hoá còn tạo thành các phản ứng trùng hợp cao phân tử

Thời kỳ kết thúc:

Cuối cùng các gốc tự do này tương tác với nhau tạo thành các sản phẩm oxy hóa như keto ester, hydroxyl ester, hydroperoxy ester (Frankel, 1995) và các sản phẩm dễ bay hơi như heptane, octane, pentanal, hexanal, heptal (Gordon, 2001)

1.6 Cơ chế chống oxy hóa của hợp chất polyphenol

Cấu trúc của các hợp chất phenol quyết định cơ chế hoạt động chống oxy hóa Cơ chế chống oxy hóa của các hợp chất phenol như sau: (1) Khử và vô hoạt các gốc tự do nhờ thế oxy hóa khử thấp; (2) Tạo phức với các ion Fe2+ và Cu+; (3) Kìm hãm hoạt động của các enzyme có khả năng tạo ra các gốc tự do như xanthine oxydase Các hợp chất flavonoid (Fl-OH) nhờ thế oxy hóa khử thấp có thể khử các gốc tự do như peroxyl, alkoxyl và hydroxyl bằng cách nhường nguyên tử hydro

Fl-OH + R → Fl-O + RH (Với R là gốc tự do)

Gốc flavonoid tự do (Fl-O) sau đó lại kết hợp với một gốc tự do khác để tạo thành hợp chất bền (Hình 1.1)

Hình 1 1 Vô hoạt các gốc tự do bởi flavonoid (nguồn: Marfak, 2003)

Sắt và đồng là những kim loại đảm nhận những vai trò sinh lý nhất định trong cơ thể như tham gia vận chuyển oxy (hemoglobin), cofactor của nhiều enzyme Tuy nhiên, các kim loại này có thể tham gia phản ứng Fenton và Haber-Wjeiss để tạo nên các gốc tự do Các flavonoid có khả năng tạo phức với các kim loại này và hạn chế tác dụng xấu của chúng (Hình 1.2)

Fe3+ O2 •→ Fe2+ + O2

H2O2 + Fe2+(Cu+) → •OH + OH- + Fe3+(Cu2+)

O2 • + H2O2 → •OH + OH- + O2

Hình 1 2 Cơ chế tạo phức giữa các flavonoid và các ion kim loại

Hoạt động của các xanthine oxydase cũng là một nguồn tạo ra các gốc tự do Khi sự

có mặt của oxy, enzyme này xúc tác sự oxy hóa xanthine thành acid uric, phân tử oxy nhận điện tử và trở thành ion superoxyde

Xanthine + 2O2 + H2O Acid uric + 2O2- + 2H+

Các flavonoid có cấu tạo vòng A giống như vòng purin của xanthine được coi như chất kìm hãm cạnh tranh của xanthine oxydase do đó ngăn ngừa sự tạo ion superoxyde Khả năng chống oxy hóa của các hợp chất phenol phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm cấu tạo của chúng Các bộ phận đảm nhiệm chức năng chống oxy hóa của phenol được giới thiệu ở Hình 1.3 đó là: (1) các nhóm hydroxyl ở dạng ortho của vòng B có khả năng cho điện tử; (2) liên kết đôi giữa C2 và C3 và nhóm ceton ở C4 đảm bảo việc phân bố lại điện tử cho vòng B; (3) các nhóm hydroxyl ở C3 và C5 cùng tạo phức với Ceton ở C4

đảm bảo khả năng tạo phức với kim loại

Hình 1 3 Các vùng cấu trúc đảm bảo khả năng chống oxy hóa của phenol 1.7 Quá trình chiết các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguồn nguyên liệu tự nhiên 1.7.1 Cơ sở khoa học của quá trình chiết

Chiết xuất (hay trích ly) là quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất lỏng khác Chiết là phương pháp dùng một dung môi (đơn hay hỗn hợp)

để tách lấy một chất hay một nhóm chất từ hỗn hợp cần nghiên cứu Chiết là phương pháp được thực hiện nhằm mục đích điều chế hay phân tích Sản phẩm thu được của quá trình chiết là một dung dịch các chất hòa tan trong dung môi Dung dịch này được gọi

là dịch chiết Có 3 quá trình xảy ra đồng thời trong chiết xuất là: sự hòa tan của chất tan vào dung môi, sự khuếch tán của chất tan trong dung môi và sự dịch chuyển của các phân tử chất tan qua vách tế bào thực vật Khi nguyên liệu và dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vào nguyên liệu, sau đó những chất tan trong tế bào nguyên liệu hoà tan vào dung môi, rồi được khuếch tán ra ngoài tế bào Trong chiết xuất hợp chất thiên nhiên sẽ xảy ra một số quá trình sau: khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích (Nguyễn Bin, 2004; Nguyễn Thượng Dong, 2008)

1.7.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết

1.7.2.1 Kích thước nguyên liệu

Mức độ cấu trúc tế bào càng nhỏ thì sự tiếp xúc giữa các chất cần chiết và dung môi càng tăng nên rút ngắn thời gian chiết và chiết triệt để hơn Kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng tăng, hiệu suất chiết tăng Tuy nhiên, cũng chỉ nên nhỏ ở mức nhất định vì quá nhỏ nguyên liệu sẽ dễ bị vón lại, các hạt mịn lắng đọng trên nguyên liệu Mặt khác, nguyên liệu quá nhỏ sẽ làm cho dung môi khó tiếp xúc với nguyên liệu, nguyên liệu có thể bị cuốn vào dịch chiết gây khó khăn cho quá trình xử lý dịch chiết sau chiết

1.7.2.2 Dung môi chiết

Hiệu quả của quá trình chiết xuất phụ thuộc chính vào sự lựa chọn dung môi chiết (Cowan, 1999) Độ phân cực của hợp chất cần chiết là yếu tố quan trọng nhất để chọn dung môi Ái lực phân tử giữa dung môi và chất tan, sự chuyển khối, dùng cùng dung môi, an toàn cho môi trường, sức khỏe con người và khả năng tài chính cũng được xem

xét để chọn dung môi chiết cho phù hợp (Azmir và cộng sự, 2013)

1.7.2.3 Nồng độ của dung môi và tỉ lệ dung môi/nguyên liệu

Nồng độ của dung môi ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán các phân tử chất cần chiết Nếu quá trình khuếch tán các phân tử chất cần chiết càng mạnh thì hiệu suất chiết càng cao Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phải hợp lý để quá trình chiết đạt hiệu suất cao nhất

1.7.2.4 Nhiệt độ chiết

Theo công thức tính hệ số khuếch tán của Eintein, khi nhiệt độ tăng thì hệ số khuếch tán tăng, do đó theo định luật Fick: lượng chất khuếch tán cũng tăng lên Hơn nữa, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt của dung môi giảm, do đó sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình chiết xuất Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng sẽ gây bất lợi cho quá trình chiết xuất trong

các trường hợp sau:

Đối với hợp chất kém bền nhiệt độ cao: nhiệt độ tăng cao sẽ gây phá hủy một số hoạt chất như vitamine, glycoside, alkaloid Đối với tạp: khi nhiệt dộ tăng, không chỉ độ tan của chất tăng, mà độ tăng của tạp cũng tăng theo, khi đó dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp Nhất là đối với một số tạp như gôm, chất nhầy: khi nhiệt độ tăng sẽ bị trương nở, tinh bột bị hồ hóa, độ nhớt của dịch chiết sẽ bị tăng, gây khó khăn cho quá trình chiết xuất, tinh chế Đối với dung môi dễ bay có nhiệt độ sôi thấp: khi tăng nhiệt độ thì dung môi dễ bị hao hụt, khi đó thiết bị phải kín và phải có bộ phận hồi lưu dung môi Đối với một số chất đặc biệt có quá trình hòa tan tỏa nhiệt: khi nhiệt độ tăng, độ tan của chúng lại giảm Do đó, để tăng độ tan thì cần phải làm giảm nhiệt độ Từ những phân tích trên thấy tùy từng trường hợp cụ thể mà lựa chọn nhiệt độ chiết sao cho phù hợp (tùy thuộc vào các yếu tố như nguyên liệu chiết, dung môi, phương pháp chiết)

1.7.2.5 Thời gian chiết

Khi bắt đầu chiết, các chất có khối lượng phân tử nhỏ thường là hoạt chất sẽ được hòa tan và khuếch tán vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn (thường là tạp, nhựa, keo) Do đó nếu thời gian chiết ngắn sẽ không chiết hết hoạt chất trong dược liệu; nếu thời gian chiết quá dài, dịch chiết sẽ lẫn nhiều tạp, gây bất lợi cho quá trình tinh chế và bảo quản Tóm lại, cần lựa chọn thời gian chiết, thành phần dược liệu dung môi, phương pháp chiết phù hợp

1.7.3 Một số phương pháp tách chiết

1.7.3.1 Các phương pháp tách chiết bằng dung môi

Tách chiết bằng dung môi là quá trình tách và phân ly các chất dựa vào quá trình chuyển một chất tan trong một pha lỏng vào trong một pha lỏng khác không hòa tan với nó, nhằm chuyển một lượng nhỏ chất nghiên cứu trong một thể tích lớn dung môi này vào một thể tích nhỏ dung môi khác, nhằm nâng cao nồng độ của chất cần nghiên cứu và được gọi là chiết làm giàu Bên cạnh đó việc chiết thành cao dịch thô là vô cùng quan trọng vì khi đó giữ lại được hoạt chất tốt hơn và dễ dàng cho những công đoạn sau

1.7.3.2 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation)

Phương pháp ngấm kiệt là một trong những phương pháp trích ly được sử dụng phổ biến nhất không đòi hỏi nhiều thao tác cũng như thời gian

Đây là quá trình chiết liên tục, dung môi đã bão hòa hoạt chất sẽ được liên tục thay thế bằng dung môi mới Tuy vậy, ta không thực hiện liên tục mà mẫu được ngâm trong dung môi khoảng 12 giờ, cho dung môi bão hòa chảy ra rồi thay thế bằng dung môi mới

và tiếp tục quá trình trích ly

1.7.3.3 Chiết bằng phương pháp ngâm dầm (Maceration)

Phương pháp ngâm dầm không hiệu quả gì hơn so với phương pháp ngấm kiệt Ngâm nguyên liệu vào trong bình chứa thủy tinh có nắp đậy Rót dung môi phủ lớp mẫu, để ở điều kiện nhiệt độ theo yêu cầu, dung môi sẽ thấm vào nguyên liệu và hòa tan các chất tự nhiên Sau một thời gian dung môi trong bình được đổ ra và rót dung môi mới vào

1.7.3.4 Tách chiết bằng phương pháp chiết hồi lưu

Chiết hồi lưu là một trong những phương pháp chiết truyền thống Sự đun hồi lưu là sự chuyển chất trở lại môi trường phản ứng thông qua hệ thống ngưng

tụ, cơ sở của phương pháp này là sự tách các chất có nhiệt độ sôi khác nhau ra khỏi hỗn hợp của chúng

Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng một lượng ít dung môi mà vẫn có thể chiết kiệt được hoạt chất Sự chiết suất tự động liên tục nên nhanh chóng Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là không chiết xuất được một lượng lớn mẫu nên chỉ thích hợp cho việc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

1.7.3.5 Chiết bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước

Đây là phương pháp đặc biệt để trích ly tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi có trong nguyên liệu Dụng cụ gồm một bình cầu lớn để cung cấp hơi nước, hơi nước sẽ được dẫn sục vào bình chứa có mẫu, hơi nước xuyên thấm qua màng tế bào nguyên liệu

và lôi theo những cấu tử dễ bay hơi, hơi nước tiếp tục bay hơi và ngưng tụ bởi một ống sinh hàn, ta thu được hợp chất tinh dầu Dùng ete dầu hỏa hoặc ether ethylic để trích ly tinh dầu ra khỏi hỗn hợp trên hoặc để yên một thời gian trong bình sẽ có sự phân tách giữa hai pha tinh dầu và nước

1.7.4 Một số phương pháp tách chiết khác

1.7.4.1 Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction)

Chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) được xem như là một phương pháp chiết hữu hiệu để thay thế các phương pháp thông thường sử dụng dung môi hữu cơ (King và cộng sự, 2002) Phương pháp SFE xảy ra nhanh chóng, tự động, có chọn lọc, không gây cháy nổ và tránh việc sử dụng một số lượng lớn các dung môi độc hại Siêu chất lỏng dễ dàng tách các chất cần thiết do dung môi thay đổi thuộc tính nhanh chóng chỉ với các biến đổi áp lực nhẹ Chất lỏng siêu tới hạn (SCF) đang ngày càng thay thế dung môi hữu

cơ như n-hexane, dichloromethane, chloroform và những dung môi khác thường sử dụng trong chiết công nghiệp, lọc, vì quy định và sức ép môi trường về các hợp chất hữu cơ

và khí thải

1.7.4.2 Phương pháp chiết sử dụng sóng siêu âm

Đây là kỹ thuật chiết thay thế rẻ tiền, đơn giản và hiệu quả Sóng siêu âm thường được sử dụng để cải thiện việc chiết lipid, protein và các hợp chất phenolic từ thực vật,

quá trình chiết các hợp chất phenol từ Folium eucommiae có sử dụng sóng siêu âm thu

được hiệu quả cao hơn so với khi chiết bằng cách gia nhiệt hoặc bổ sung enzyme hỗ trợ chiết tách Sóng siêu âm có khả năng phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu, do đó giúp cho sự xâm nhập của dung môi vào bên trong tế bào dễ dàng hơn Ngoài ra siêu âm còn

có tác dụng khuấy trộn mạnh dung môi làm tăng diện tích tiếp xúc của dung môi và cải thiện đáng kể hiệu suất chiết

1.7.4.3 Phương pháp chiết sử dụng năng lượng lò vi sóng

Đây là một mảng lớn chưa được khai thác, mặc dù bằng cách sử dụng lò vi sóng để làm trung gian trong quá trình chiết có thể duy trì các điều kiện nhẹ và đạt được hiệu quả vượt trội khi chiết (Delazar và cộng sự, 2012) Dưới tác dụng của lò vi sóng nước trong thực vật bị nóng lên nhanh chóng, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa dịch chiết vỡ ra, dịch chiết thoát ra ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ ngưng tụ Hiệu suất

có thể bằng hoặc cao hơn những phương pháp khác nhưng thời gian chiết rất ngắn Dịch chiết thu được có mùi tự nhiên Sản phẩm phân hủy trong dịch chiết tự nhiên giảm đi, tiết kiệm thời gian, năng lượng, chi phí Tuy nhiên chỉ áp dụng được cho các nguyên liệu

có tuyến dịch chiết nằm ngay sát bề mặt lá Năng lượng chiếu xạ lớn sẽ làm cho một số cấu phần trong dịch chiết phân hủy

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu và hóa chất

2.1.1 Nguyên liệu

* Củ hành tím (Allium ascalonicum) sử dụng trong nghiên cứu này được

mua tại thôn Thái An, xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận Hành sử dụng làm thí nghiệm được lựa chọn những củ đều, chắc, không bị thối hỏng, đều màu, sờ vào phải khô và chắc tay Sau khi mua về được bảo quản cẩn thận: treo

ở nơi khô ráo, thoáng mát để giữ được chất lượng sản phẩm sử dụng trong suốt quá trình thí nghiệm

Hình 2 1 Củ hành tím (Allium ascalonicum)

* Cá nục thuôn (Decapterus macrosoma) sử dụng trong nghiên cứu này được

mua trực tiếp tại cảng Hòn Rớ, thành phố Nha Trang Nguyên liệu cá được lựa sao cho đồng đều, đảm bảo sự tương đồng trong các thí nghiệm (trung bình khoảng 15 con/kg) Ngay sau khi mua, cá được bảo quản lạnh bằng nước đá trong thùng cách nhiệt rồi vận chuyển về phòng thí nghiệm trường Đại học Nha Trang

Hình 2 2 Cá nục thuôn (Decapterus macrosoma)

2.1.2 Hóa chất

Trong nghiên cứu sử dụng các loại hóa chất đạt tiêu chuẩn dùng cho phân tích hóa học: FeCl2; NaOH; NaH2PO4; Na2HPO4; AlCl3; Na2CO3; acid Gallic; 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH); K3(Fe[CN]6); acid trichloracetic (TCA); thuốc thử Folin Ciocalteu; tween 40; Ethanol; chloroform; methanol, hexane; acid linoleic, …Tùy vào mỗi loại hóa chất sẽ được mua từ các Công ty khác nhau: công ty Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ; công ty Merck, Đức; công ty Wako, Nhật Bản; công ty Labo chemie, Ấn Độ

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp phân tích

2.2.1.1 Xác định hàm lượng hợp chất phenol và flavonoid tổng số

Hàm lượng hợp chất phenol tổng số được bằng phương pháp Folin-Ciocalteu của Singleton và cộng sự (1999) với một vài hiệu chỉnh nhỏ được trình bày cụ thể ở phụ lục

1 Phenol phản ứng với acid phosphomolybdic trong thuốc thử FolinCiocalteau, xuất hiện phức chất có màu xanh trong môi trường kiềm Đo độ hấp thụ của mẫu ở 765 nm bằng máy đo quang phổ UV Căn cứ vào cường độ màu đo được trên máy quang phổ và dựa vào đường chuẩn acid garlic để xác định hàm lượng polyphenol tổng số có trong mẫu Hàm lượng polyphenol tổng của mẫu được thể hiện qua mg đương lượng acid galic trên mỗi gram chất khô (mg GAE/g)

Hàm lượng tổng flavonoid được xác định thông qua phương pháp tạo màu với AlCl3 trong môi trường kiềm - trắc quang của Zhu và cộng sự (2010) với một vài hiệu chỉnh nhỏ được trình bày cụ thể ở phụ lục 1 Độ hấp thụ của dung dịch phản ứng được

đo ở bước sóng 415 nm Dựa vào đường chuẩn quercetin để xác định hàm lượng flavonoid tổng có trong mẫu Các kết quả được thể hiện qua mg đương lượng quercetin (QE) trên mỗi g chất khô mẫu phân tích (mg QE/g)

2.2.1.2 Xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa vào khả năng khử gốc tự do DPPH

Khả năng khử gốc tự do DPPH được xác định theo phương pháp của Fu và Shieh (2002) với một vài hiệu chỉnh nhỏ được trình bày cụ thể ở phụ lục 1

2.2.1.3 Xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa vào tổng năng lực khử

Tổng năng lực khử được xác định theo phương pháp của Oyaizu (1986) với một vài hiệu chỉnh nhỏ được trình bày cụ thể ở phụ lục 1