Độ bền và sự bền hóa carotenoid từ gấc (momordica cochinchinensis (lour ) spreng )

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Tối ưu hóa các thông số của quá trình chiết tách lycopene từ dầu gấc • Khảo sát độ bền của dịch trích carotene từ dầu gấc • Sự bền hóa lycopene bằng kỹ thuật enc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

PHẠM THỊ THANH TUYỀN

ĐỘ BỀN VÀ SỰ BỀN HÓA CAROTENOID TỪ GẤC

(Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng.)

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

- -oOo -

Tp HCM, ngày tháng năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHẠM THỊ THANH TUYỀN

Ngày, tháng, năm sinh : 19-04-1980 Nơi sinh : TIỀN GIANG

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Khoá (Năm trúng tuyển) : K2006

1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐỘ BỀN VÀ SỰ BỀN HÓA CAROTENOID TỪ GẤC

(Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng.)

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

• Tối ưu hóa các thông số của quá trình chiết tách lycopene từ dầu gấc

• Khảo sát độ bền của dịch trích carotene từ dầu gấc

• Sự bền hóa lycopene bằng kỹ thuật encapsule

• Đánh giá hiệu quả của quá trình bền hóa lycopene thông qua một vài đặc tính của sản phẩm như khả năng kháng oxi hóa, tính tan, độ bền màu

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS PHẠM THÀNH QUÂN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

TS PHẠM THÀNH QUÂN

Lời cảm ơn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành:

TS Phạm Thành Quân - thầy hướng dẫn đã cho tôi ý tưởng, động lực và giúp đỡ tận tình trong nghiên cứu, xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ

đã có những nhận xét quý báu cho các kết quả

Ths Nguyễn Thị Lý đã nhiệt tình giúp đỡ tôi tiếp cận các kiến thức chuyên môn

Ths.NCS Trần Văn Thành, Ks Lê Xuân Tiến về những hỗ trợ nhiệt tình trong quá trình làm thí nghiệm cũng như những ý kiến đóng góp

Các thầy cô, anh chị trong bộ môn KT Hữu cơ và công ty dược Roussel Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Các bạn sinh viên đã cùng tôi thực hiện đề tài

Cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn

TÓM TẮT

Trong luận văn này, quá trình phân lập và tinh chế lycopene từ dầu gấc có

trong quả gấc (Momordicacochinchinensis (Lour.) Spreng.) được khảo sát để có

thông tin và cơ sở cho quá trình bền hóa lycopene Ứng dụng kỹ thuật encapsule để bền hóa lycopene bằng β-cyclodextrin (CD) Quá trình này được khảo sát theo các

tỉ lệ mol lycopene/CD (1/400; 1/40;1/4) và thời gian khuấy trộn khác nhau Kết quả thu được, tỉ lệ mol lycopene/CD: 1/400 với thời gian khuấy 2h trong bồn siêu âm đạt hiệu suất quá trình encapsule tốt hơn (65.75%) Đánh giá một số tính chất của sản phẩm (Lyc- CD) cho thấy, độ bền màu của sản phẩm trong quá trình lưu trữ tốt hơn lycopene và độ hòa tan của lycopene trong môi trường nước được cải thiện một cách đáng kể (5.86µg/ml) Tuy nhiên, hoạt tính kháng oxy hóa của lycopene sau khi encapsule kém hơn so với ban đầu

ABSTRACT

In this thesis, isolation and purifying of lycopene from gac (Momordicacochinchinensis (Lour.) Spreng.) were studied to obtain information for stabilizing of lycopene Using β-cyclodextrin (CD) as coating materials for the encapsulation of lycopene was performed considering different molar ratios of lycopene/CD (1/400; 1/40;1/4) and knead time As a result, a molar ratio lycopene/CD: 1/400 was selected as it provided the good complexation yields (65.75%) with time 2h by ultrasonic wave An optimization properties of product:

a good storage stability; solubility in aqueous media were improved distinct (5.86µg/ml) However, lycopene encapsules have weaker antioxidant capacity than lycopene

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i 

TÓM TẮT ii 

ABSTRACT iii 

MỤC LỤC iv 

DANH SÁCH CÁC HÌNH - SƠ ĐỒ - BẢNG - ĐỒ THỊ viii 

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi 

LỜI MỞ ĐẦU ii 

1- TỔNG QUAN 1 

1.1- GIỚI THIỆU DÂY GẤC 1 

1.1.1- Tên gọi 1 

1.1.2- Đặc điểm thực vật 1 

1.1.3- Phân loại 4 

1.1.4- Phân bố và thời vụ 4 

1.1.5- Thành phần hóa học 5 

1.1.6- Tính vị 5 

1.2- HỢP CHẤT CAROTENOID 6 

1.2.1- Giới thiệu chung 6 

1.2.2- Cấu trúc 9 

1.2.3- Phân loại 11 

1.2.4- Tính chất 11 

1.2.5- Vai trò sinh học 12 

1.2.6- Một số ứng dụng của gấc 12 

1.3- CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 13 

1.3.1- Ngoài nước 13 

1.3.2-Trong nước 14 

1.4- LYCOPENE 15 

1.4.1- Giới thiệu 15 

1.4.2- Cấu trúc và hóa học 16 

1.4.3- Tính chất 17 

1.4.4- Tầm quan trọng của Lycopene đối với con người 18 

1.5- CYCLODEXTRIN 18 

1.5.1- Giới thiệu 18 

1.5.2- Tổng hợp Cyclodextrin và cấu trúc 19 

1.5.3- Sự tạo thành phức bao bọc của cyclodextrin 20 

1.5.4- Tính chất 21 

1.5.5- Điều kiện tạo phức 23 

1.5.6- Các phương pháp tạo phức 24 

1.5.7- Ưu điểm của sự tạo phức 25 

1.6- QUÁ TRÌNH ENCAPSULE VÀ ỨNG DỤNG 26 

1.6.1- Thực phẩm 26 

1.6.2- Nông nghiệp 26 

1.6.3- Dược phẩm 26 

1.6.4- Một số quy trình encapsule hóa lycopene đã được nghiên cứu 27 

2- PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 29 

2.1- MỤC TIÊU và NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 29 

2.2- NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 29 

2.2.1- Nguồn gốc nguyên liệu 29 

2.2.2- Hóa chất 29 

2.3- SƠ ĐỒ TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 31 

2.4- QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH CAROTENE TỪ DẦU GẤC 32 

2.5- KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XÀ PHÒNG HÓA 33 

2.5.1- Ảnh hưởng bởi thời gian 34 

2.5.2- Ảnh hưởng bởi lượng NaOH 34 

2.5.3- Ảnh hưởng bởi thể tích ethanol 34 

2.5.4- Ảnh hưởng bởi thể tích ether chiết 34 

2.6- TINH CHẾ LYCOPENE 34 

2.6.1- Sắc ký cột 34 

2.6.2- Sắc ký bản dày điều chế 35 

2.7- THIẾT LẬP ĐƯỜNG CHUẨN CỦA LYCOPENE 36 

2.8- KHẢO SÁT ĐỘ BỀN DỊCH TRÍCH (CAROTENE) 36 

2.9- KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ENCAPSULE 37 

2.10- KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÀU CỦA LYCOPENE TRƯỚC VÀ SAU KHI ENCAPSULE HÓA 39 

2.11- ĐỘ TAN CỦA LYC- CD 40 

2.12- KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA LYCOPENE VÀ LYC-CD 40 

3- KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 41 

3.1- CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH XÀ PHÒNG HÓA 41 

3.1.1- Ảnh hưởng bởi thời gian 41 

3.1.2- Ảnh hưởng bởi lượng NaOH 42 

3.1.3- Ảnh hưởng bởi thể tích ethanol 43 

3.1.4- Ảnh hưởng bởi thể tích ether chiết 44 

3.2- ĐỘ BỀN DỊCH TRÍCH (CAROTENE) 45 

3.3- CHẠY CỘT SẮC KÝ 47 

3.4- THIẾT LẬP ĐƯỜNG CHUẨN CỦA LYCOPENE 48 

3.5- HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH ENCAPSULE 49 

3.6- ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ TÍNH CHẤT SẢN PHẨM 50 

3.6.1- Độ bền nhiệt và độ bền ánh sáng của lycopene và Lyc- CD 51 

3.6.2- Độ tan của Lyc-CD 53 

3.6.3- Hoạt tính kháng oxy hóa của lycopene và Lyc-CD 55 

4- KẾT LUẬN- ĐỀ NGHỊ 56 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 

PHỤ LỤC 

PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN 

PHỤ LỤC 2: Phiếu kiểm nghiệm dầu gấc 60% (VNPOFOOD – Hà Nội.)  

PHỤ LỤC 3: Phổ phân tích LC - MS của lycopene (Viện công nghệ hóa học – Hà Nội.)  

PHỤ LỤC 4: Phổ phân tích hồng ngoại IR ( Viện công nghệ hóa học – Hà Nội )  

DANH SÁCH CÁC HÌNH - SƠ ĐỒ - BẢNG - ĐỒ THỊ

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Dây gấc 2

Hình 1.2 Trái gấc 2

Hình 1.3 Trái gấc chín 3

Hình 1.4 Hoa gấc (A) và Bộ nhị đực của hoa đực (B) 3

Hình 1.5 Quá trình tổng hợp các dạng carotenoid 10

Hình 1.6 Quá trình biến tính carotenoid 12

Hình 1.7 Công thức cấu tạo Lycopene 17

Hình 1.8 Cấu trúc của α, β, γ – cyclodextrin 19

Hình 1.9 Cấu trúc không gian của β-cyclodextrin 20

Hình 1.10 Kích thước và hình dạng hydrophilic/hydrophobic của nguyên tử CD 21

DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1.1 Quá trình tổng hợp carotenoid 7

Sơ đồ 1.2 Quy trình encapsule hóa lycopene bằng phương pháp sấy phun 27

Sơ đồ 1.3 Quy trình encapsule hóa lycopene với CD 28

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tiến hành thực nghiệm 31

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ chiết tách carotenoid từ dầu gấc 32

Sơ đồ 2.3 Quá trình encapsule lycopene bằng β- CD tại nhiệt độ phòng 38

DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các dạng carotenoid quan trọng trong thực tế 8

Bảng 1.2 Tính chất của lycopene 16

Bảng 1.3 Độ hòa tan của CD trong nước ở các nhiệt độ khác nhau 22

Bảng 1.4 Khả năng tạo phức của CD với các phân tử khách khác nhau 23

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát tại điều kiện thích hợp 44 Bảng 3.3 Độ tan bão hòa Lyc-CD trong nước cất ở nhiệt độ thường 53

DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ- BIỂU ĐỒ

Đồ thị 3.1 Đồ thị biểu diễn độ hấp thu A theo thời gian 41

Đồ thị 3.2 Đồ thị biểu diễn độ hấp thu A theo

tỉ lệ thể tích NaOH/ khối lượng gấc 42

Đồ thị 3.3 Đồ thị biểu diễn độ hấp thu A theo

tỉ lệ thể tích ethanol/ khối lượng gấc 43

Đồ thị 3.4 Đồ thị biểu diễn độ hấp thu A theo

tỉ lệ thể tích ether / khối lượng gấc 44

Đồ thị 3.5 Đồ thị biểu diễn phần trăm A còn lại của mẫu lưu trữ

trong tủ lạnh (0-50C), có sục hơi N2 45

Đồ thị 3.6 Đồ thị biểu diễn phần trăm A còn lại của mẫu lưu trữ

trong tối ở nhiệt độ phòng, có sục hơi N2 45

Đồ thị 3.7 Đồ thị biểu diễn phần trăm A còn lại của mẫu lưu trữ

ngoài ánh sáng tự nhiên ở nhiệt độ phòng 46

Đồ thị 3.8 Đồ thị biểu diễn phần trăm A còn lại của mẫu lưu trữ

trong tối ở nhiệt độ phòng 46

Đồ thị 3.9 Độ hấp thu của lycopene theo bước sóng trong n-hexan 48

Đồ thị 3.10 Đường chuẩn của lycopene (tại λmax= 471nm trong n-hexan) 49

Đồ thị 3.11 Đồ thị biểu diễn phần trăm hàm lượng còn lại của mẫu

lưu trữ trong tủ lạnh (0-50C) 51

Đồ thị 3.12 Đồ thị biểu diễn phần trăm hàm lượng còn lại

của mẫu lưu trữ trong tối ở nhiệt độ phòng 51

Đồ thị 3.13 Đồ thị biểu diễn phần trăm hàm lượng còn lại

của mẫu lưu trữ ngoài ánh sáng tự nhiên ở nhiệt độ phòng 52

Đồ thị 3.14 Phổ hấp thu của lycopene (trong n-hexan) 53

Đồ thị 3.15 Phổ hấp thu của Lyc-CD (trong nước) 54

Đồ thị 3.16 Đồ thị so sánh hoạt tính kháng oxy hóa

của lycopene và Lyc-CD 55

Biểu đồ 1.1 Hàm lượng lycopene trong trái cây và thực vật 6 Biểu đồ 3.1 Biểu đồ hiệu suất quá trình encapsule 49

IR Phổ hồng ngoại (Infrared Spectra)

LC-MS Sắc ký lỏng ghép khối phổ (Liquid Chromatography- Mass Spectrometry) UV-Vis Phổ tử ngoại –khả kiến (Ultraviolet and Visible Spectra)

TLC Sắc ký bản mỏng (Thin layer chromatography)

LỜI MỞ ĐẦU

Từ khá lâu, carotenoid đã được khai thác và ứng dụng ở nhiều lĩnh vực, chủ yếu

là thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm Trong những năm gần đây, carotenoid được

tập trung nghiên cứu nhiều theo hướng hợp chất sinh học có hoạt tính kháng oxy

hóa mạnh, có tác dụng ngăn ngừa các dạng ung thư Bởi chúng có khả năng dọn

sạch các gốc tự do và sản phẩm oxy hóa độc hại do các gốc tự do sinh ra Khả năng

kháng oxy hóa của carotenoid có liên quan đến nồng độ oxy, cấu trúc hóa học của

carotenoid cũng như sự hiện diện các chất kháng oxy hóa khác Lycopene- một dạng carotenoid có màu đỏ đậm, có hoạt tính kháng oxy hóa cao

hơn các carotenoid khác, kể cả β-carotene có trong carrot Tuy nhiên, lycopene dễ

bị oxy hóa và đồng phân hóa từ dạng trans sang dạng cis do tác động bởi nhiệt, ánh

sáng, và các tác nhân oxy hóa khác Điều này dẫn đến sự mất dần màu và hoạt tính

sinh học của lycopene Do đó, xu hướng nghiên cứu các phương pháp làm bền màu

carotenoid nói chung và lycopene chiết từ cà chua nói riêng phát triển khá rộng trên

thế giới

Ở Việt nam, nguồn lycopene khá phong phú từ các loại trái cây, rau cỏ, đặc biệt

là từ màng hạt gấc (Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng.)

Như vậy, với đặc tính màu và dược tính của lycopene, việc nghiên cứu độ bền

và sự bền hóa của lycopene chiết từ gấc bằng cách tạo phức bao bọc

(encapsulation) với hợp chất cyclodextrin là cần thiết Từ đó có thêm thông tin về

lưu trữ và áp dụng, thúc đẩy thương mại hóa và tăng hiệu quả sử dụng lycopene

theo hướng có lợi cho sức khỏe con người

TỔNG QUAN

1- TỔNG QUAN:

1.1- GIỚI THIỆU DÂY GẤC:

1.1.1- Tên gọi:[1]

- Tên khoa học: Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng

- Tên Việt: Dây Gấc

- Họ: Cucurbitaceae, bộ: Violales

- Các tên cũ: Muricia cochinchinensis Lour., Momordica macrophylla Gage,

Momordica mixta Roxburgh

- Tên Anh: Spiny bitter-cucumber, Chinese bitter-cucumber, cucumber

Chinese Tên Pháp: Margose à piquants

- Tên Khmer: Makkao

- Tên Trung Quốc: Mộc miết

1.1.2- Đặc điểm thực vật:[1]

- Cây gấc là một loại dây leo trên giàn, dây gấc lâu năm gốc to đường kính đến 15-20 cm Lá mọc so le, chia thùy khía sâu tới ½ phiến lá

- Hoa màu vàng nhạt, hoa đực – hoa cái riêng biệt

- Quả hình bầu dục dài độ 15-20cm, đáy nhọn, vỏ quả có nhiều gai, khi chín màu vàng đỏ đẹp tươi

- Phần ruột phía trong gồm các hạt xếp thành những hàng dọc, được bao bọc bởi lớp thịt gấc (màng gấc) màu đỏ tươi Bóc lớp màng đỏ sẽ thấy hạt hình gần giống con ba ba nhỏ, ngoài có lớp vỏ cứng- mép có răng cưa

Hình 1.1 Dây gấc

Hình 1.2 Trái gấc

Nhiều tài liệu cho thấy gấc xuất phát từ Nam bộ và phân bố khắp châu Á và

Úc và phân bố ở độ cao 0-1500 m Gấc mọc hoang và được trồng khắp nước ta: ở Cao Lãnh- tỉnh Đồng Tháp, Hải Dương,… dọc theo sông Tiền trồng gấc rất tốt b- Thời vụ:

- Cây gấc là cây lưu niên, mỗi năm lụi một lần, nhưng lại đâm chồi từ gốc cũ vào mùa xuân năm sau Mỗi cây có thể ra 30-60 quả hằng năm, trọng lượng quả dao động 0,5-2 kg, có quả nặng tới 3 kg Như thế, mỗi cây gấc có thể cho thu hoạch trung bình 50 kg quả/năm

- Thời vụ tốt nhất để trồng gấc là vào tiết lập xuân trước và sau tháng 1 đến tháng 2 để cuối tháng 2 đầu tháng 3 thời tiết ấm dần gấc sẽ nảy mầm

- Hoa gấc cái sẽ được thụ phấn nhân tạo (kiểu úp nụ ở dưa hấu hay bí rợ) hoặc nhờ ong bướm thụ phấn giúp Mùa hoa gấc từ tháng 4 đến tháng 5 Mùa quả từ tháng 6 đến tháng 2 năm sau

- Có 3 cách trồng: trồng bằng hạt, trồng bằng thân và để gốc tái sinh + Trồng bằng hạt: Chọn hạt già không sâu bệnh, đặt hạt sâu 2 – 3 cm rồi lấp đất phủ rạ tưới nước giữ ẩm

+ Trồng bằng thân: Chọn đoạn thân bánh tẻ cách gốc 2 m, dài 40 – 50 cm khoanh tròn lại đặt vào vồng lắp đất để hở ¼ - 1/5 khoanh dây ủ rạ, thường xuyên tưới nước giữ ẩm

+ Để gốc tái sinh: Sau khi hết thời vụ cắt gốc để lại 10 – 15 cm đến thời vụ chăm sóc xới xáo, bón phân từ các mắt ở gốc gấc sẽ nảy mầm và phát triển thành cây cho năm sau

- Thu hoạch lúc quả đã chín đỏ, có thể dùng ngay hay để vào chỗ mát dùng dần

1.1.5- Thành phần hóa học:[1]

Phần nạc trái (phần cơm trái) để chế dầu gấc Dầu gấc có chứa nhiều β carotene, lycopene, zeaxanthin và β -cryptoxanthin Trong đó lycopene có thể đạt đến 380 microg/g thịt trái

Acid Oleic và acid Linoleic là hai acid béo rất cần thiết cho cơ thể

Ngoài ra, còn chứa vi lượng cần thiết: sắt, đồng, kẽm, kali, coban,…

Dầu gấc có lượng vitamin A cao gấp 15 lần so với carrot, gấp 68 lần so với cà chua

- Màu đỏ cam của gấc cũng rất bền với nhiệt nên hy vọng dùng làm màu thực phẩm tốt, lại giàu tiền sinh tố A (β -carotene)

- Hạt: trong nhân hạt có chất momordin (là một loại chất saponin), 6p100 nước, 2.9p100 chất vô cơ, 55.3p100 chất béo, 16.6p100 chất protid, 2.9p100 đường toàn bộ, 1.8p100 tanin, 2.8p100 cellulose, 11.7p100 chất không xác định được

Ngoài ra còn có các men phosephatase, peroxydase, invectase

1.1.6- Tính vị:

- Màng gấc: dùng để nấu xôi

- Dầu gấc sánh, trong, màu đỏ tím đậm, mùi thơm vị ngọt, béo

Biểu đồ 1.1 Hàm lượng lycopene trong trái cây và thực vật [2]

1.2- HỢP CHẤT CAROTENOID:

1.2.1- Giới thiệu chung:

Carotenoid là một loại chất màu được biết đến dưới dạng các sắc tố vàng, cam, đỏ hay đỏ tía và được phân bố rộng rãi trong động vật và thực vật [3]

Ở thực vật, carotenoid được tìm thấy ở hoa (hướng dương, cúc vàng, vạn thọ, thủy tiên, kim anh, hoa hồng, nghệ tây), ở quả (cà chua, cam, chanh, nho, dứa, dâu, hồng, ớt, bí ngô), ở lá (trà, thuốc lá), ở rễ củ (cà rốt) Năm 1831, Wackenroder phân tách sắc tố cam từ cà rốt (Daucuscarota) và thuật ngữ

‘carotene’ xuất phát từ tiếng Latin của cà rốt là ‘carota’ Và đến năm 1837 Berzelious đã đặt tên cho sắc tố vàng của lá cây mùa thu là ‘xanthophyll’ Tuy nhiên, carotenoid lại có mặt nhiều nhất trong tế bào quang hợp của lá cây và tảo Hàm lượng carotenoid trong lá xanh chiếm khoảng 0.07%- 0.2% chất khô Và nó được tích tụ ở trong lục lạp (lá cây là chính nhưng cũng có ở trái cây chưa chín),

và hiện diện dưới dạng phức chlorophyll- carotenoid –protein, (Goodwin and

chlorophyll nên đến khi chlorophyll bị phân hủy, màu của carotenoid mới xuất hiện

Carotenoid cũng tồn tại rộng rãi ở vi khuẩn, nấm mốc và nấm kỵ quang Ngoài ra, carotenoid còn được tìm thấy dưới dạng dẫn xuất ở động vật như ketocarotenoid trong lông của chim (hồng hạc, hoàng yến), astarxantin trong da hoặc thịt của một số loài cá (cá vàng, cá hồi), tôm và côn trùng, trứng của loài giáp xác Tôm và các sinh vật biển không xương sống khác thường có màu xanh lam, xanh lục hay tía do carotenoid tồn tại dưới dạng phức với protein (carotenoprotein) Đến khi nấu chín, carotenoid được giải phóng và sẽ cho ra màu

đỏ cam vốn có của nó [3]

Sơ đồ 1.1 Quá trình sinh tổng hợp carotenoid [4]

Bảng 1.1 Các dạng carotenoid quan trọng trong thực tế [4]

Carotene

α-Carotene, β-carotene, carotene, γ-carotene, ε-carotene, ζ-carotene

δ-Lycopene, neurosporene Phytofluene, phytoene

Trái cây và rau cải: cà rốt, cà chua, quả của cây tầm xuân (Rosa spp.), trái cọ, khoai lang,…

Cà chua, quả cây tầm xuân Các loại trái cây giàu carotenoid

Xanthophyll

Antheraxanthin

Bixin, norbixin Capsanthin, capsanthin-5,6-epoxide,capsorubin

Crocetin Cucurbitaxanthin A Lactucaxanthin Lutein, violaxanthin, neoxanthin Luteoxanthin, neochrome, auroxanthin

Rubixanthin Zeaxanthin, β -cryptoxanthin, α -cryptoxanthin, cryptoxanthin-5,6-epoxide

Cánh hoa và bao phấn của các hoa có màu vàng, cũng như trong trái cây và rau cải

Hạt điều (Bixa orellana)

Ớt chin

Quả dành dành Hoa nghệ tây (Crocus sativus) Quả bí ngô (Cucurbita maxima)

Lá rau diếp (Lactuca sativa) Trái cây xanh, rau cải và hoa Rau cải và trái cây xử lý bởi acid

và sự lên men Quả cây tầm xuân (Rosa spp.) Hạt, hoa và trái: xoài, đu đủ, hồng vàng

Sản lượng carotenoid tổng hợp trong thiên nhiên ước tính khoảng 108 tấn/ năm (Weedon 1971) (đặc biệt là fucoxantin, lutein, violaxanthin và neoxanthin)

Trong thực vật và động vật carotenoid tồn tại ở các dạng:

- Nhũ tương với chất béo

- Phân tán keo trong môi trường chất béo

- Liên kết với protein

- Ester với acid béo

1.2.2- Cấu trúc:

Carotenoid là các hợp chất mạch thẳng hay vòng chưa bão hòa được cấu tạo từ 8 đơn vị isoprene liên kết với nhau theo kiểu đuôi nối đuôi từ tâm của phân tử và cho cấu trúc đối xứng [5]

Đa số carotenoid thiên nhiên có cấu hình trans Ngoài ra, sự đóng vòng, hydro hóa, dehydro hóa, sự chuyển vị của các liên kết đôi, đồng phân hóa … làm hình thành vô số cấu trúc khác của carotenoid [5]

Hình 1.5 Quá trình tổng hợp các dạng carotenoid [5]

1.2.3- Phân loại:[5]

Hiện nay có khoảng hơn 650 carotenoid đã được nhận diện từ thiên nhiên

và hơn 100 loại được tìm thấy trong trái cây và thực vật (Britton và Hornero- Mésidez 1997)

Carotenoid được chia làm 2 nhóm lớn:

- Carotene: carotenoid chỉ chứa C và H

- Xanthophyll: dẫn xuất chứa oxy của carotene dưới dạng hydroxy (OH),

epoxy, aldehyde (CHO), keto (C=O), carboxy (COOH), carbomethoxy (COOCH3), methoxy (OCH3), acetate (OCOCH3) và lactone

1.2.4- Tính chất:[5]

a- Tính tan:

Hầu hết carotenoid đều không tan trong nước, rất nhạy đối với acid và chất oxy hóa; nhưng lại bền vững với kiềm và hòa tan được trong các dung môi hữu cơ như aceton, alcohol, diethylether, chloroform, ethyl acetate,… Nhưng khi có chứa nhóm thế phân cực mạnh, carotenoid sẽ tan được trong nước Ví dụ: norbixin, sulphate carotenoid và dẫn xuất glycosyl của crocetin (crocin)

b- Phổ hấp thu:

Carotenoid có dải màu phân bố khá rộng từ vàng, cam đến đỏ Màu của carotenoid là do nhóm mang màu (chromophore) quy định, đó là hệ thống liên kết đôi liên hợp C=C (polyene) chứa từ 7 liên kết đôi trở lên Phổ hấp thu ở vùng ánh sáng nhìn thấy và tử ngoại là công cụ quan trọng để xác định carotenoid Bước sóng hấp thu cực đại (λmax ) và hình dạng phổ tùy thuộc vào độ dài của mạch C=C Hầu hết carotenoid có 3 bước sóng hấp thu cực đại Số lượng liên kết đôi liên hợp càng lớn thì giá trị λmax càng tăng

c- Độ bền:

Carotenoid có độ bất bão hòa cao nên dễ bị đồng phân hóa (trans → cis) và oxy hóa bởi nhiệt độ, ánh sáng, acid và enzyme trong cơ thể, dẫn đến sự mất màu carotenoid trong quá trình chế biến và lưu trữ thực phẩm

Hình 1.6 Quá trình biến tính carotenoid [6]

1.2.5- Vai trò sinh học:

Carotenoid có tác dụng bảo vệ vi sinh vật kỵ quang chống lại tác hại của ánh sáng và oxy không khí Trong thực vật, dưới dạng phức với protein, carotenoid có vai trò thu nhận ánh sáng cho chlorophyll trong quá trình quang hợp

và bảo vệ tế bào chống lại các phản ứng oxi hóa nhạy quang bằng cách làm giảm năng lượng hoạt động của chlorophyll triplet hay oxygen singlet Carotenoid cũng được xem là tiền chất của rất nhiều các pigment màu và hương liệu trong tự nhiên Các hương liệu này được tạo thành do quá trình oxy hóa carotenoid C9, C10, C11,

C13 bởi enzyme và ánh sáng Carotenoid (β-carotene) còn là thành phần dinh dưỡng không thể thiếu đối với con người như 1 tiền vitamin A quan trọng

1.2.6- Một số ứng dụng của gấc:

Gấc vừa là cây thực phẩm, vừa là cây thuốc nên có giá trị rất lớn về nhiều mặt

Thực phẩm: Nếu dùng bột gấc (xào trong dầu) thế 1 phần hay hoàn toàn

cho bột cà-ri (trích từ cây Điều Nhuộm) sẽ giúp tăng vit A thêm được nhiều hơn cho thực phẩm Hay trích lấy màu làm màu thực phẩm: nhuộm màu xôi gấc

Hóa mỹ phẩm: Theo Công ty chế biến dầu thực vật và thực phẩm Việt

Nam (VNPOFOOD), doanh nghiệp đầu tiên nghiên cứu về gấc và xuất khẩu dầu gấc cho thị trường Mỹ từ những năm 1999, dầu gấc hoàn toàn có thể thay thế được Sudan trong ngành công nghiệp hóa mỹ phẩm và thực phẩm, khắc phục được những hiểm họa từ hóa chất độc hại gây ra

Y học: thực tế, nghiên cứu tại Mỹ cho thấy các hợp chất của β-carotene,

Lycopene, Alphatocopherol… trong dầu gấc có tác dụng làm vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư nói chung

Hạt gấc tuy có nhiều độc tính, không ăn được nhưng được dùng ngoài để chữa nhiều bệnh: mụn nhọt, ghẻ lở, tràng nhạc, quai bị,…

Rễ gấc dùng trị tê thấp và bệnh trĩ

1.3- CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC:

1.3.1- Ngoài nước:

- Sự quan tâm về độ bền của lycopene (chiết từ cà chua) trong suốt quá trình

chế biến và lưu trữ (Lee & Chen, 2002; Sharma & Le Maguer, 1996; Shi, Maguer, Kakuda, Liptay, & Niekamp, 1999; Shi, Wu, Bryan, & Le Maguer, 2002; Takeoka

và cộng sự, 2001; Zanoni, Pagliarini, Giovanelli, & Lavelli, 2003; Shi và cộng sự, 2007), nói chung kết quả nghiên cứu đều chỉ ra rằng: ánh sáng và nhiệt là 2 nhân

tố chính ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm [7-12]

- Kết quả những nghiên cứu của Vương và cộng sự [13-17] cung cấp các thông

tin sử dụng trái gấc; thừa nhận hoạt tính sinh học của β- carotene và lycopene chiết trực tiếp từ màng hạt gấc và từ dầu gấc là cao; đồng thời đánh giá lại hàm lượng thành phần các chất có trong màng hạt gấc và thịt gấc Song song là các nghiên cứu (Aoki và cộng sự, 2002; Ishida và cộng sự, 2004) cũng theo hướng tương tự [18,19]

- Bên cạnh đó là hàng loạt các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của lycopene và

β- carotene tác dụng hữu ích trong lĩnh vực y học.( Nguyen và cộng sự, 1999; Di Mascio và cộng sự, 1998; Goni và cộng sự, 2006; Scolastici và cộng sự, 2007) [20-21, 33-34]

- Các nghiên cứu gần đây phát triển theo hướng bền hóa lycopene (chiết từ cà

chua) bằng kỹ thuật encapsule với các hợp chất khác nhau Chẳng hạn như:

¾ Bền hóa lycopene với hợp chất cyclodextrin (β-cyclodextrin, hydroxypropyl-β-cyclodextrin , methyl-β-cyclodextrin) tạo phức ở dạng paste Từ

đó, xác định hàm lượng lycopene ở dạng phức tan trong nước [22]

¾ Nghiên cứu microencapsulation của lycopene với Gelatin và sucrose bằng phương pháp sấy phun cho kết quả: có sự ảnh hưởng lớn của các yếu tố như tỉ lệ lycopene/hợp chất bao bọc, tỉ lệ gelatin/sucrose, áp suất, nhiệt độ và độ tinh khiết của lycopene; độ bền của phức tạo thành trong 4 tuần lưu trữ cao hơn so với lycopene [23]

¾ Bền hóa all-trans-lycopene bằng cyclodextrin (β-cyclodextrin, α- cyclodextrin , γ- cyclodextrin) Kết quả nghiên cứu cho thấy, phức lycopene-β-cyclodextrin là bền hơn và đạt hiệu suất 93.8% [24]

¾ Kết quả nghiên cứu về sự bền hóa lycopene bằng Gelatin và Poly (γ-glutamic acid) cho thấy: hiệu suất tạo phức là 76.5% và lycopene ở dạng phức phóng thích nhanh ở pH 5.5 và 7.0; không có lycopene phóng thích ở pH 2.0 và 3.5 [25]

1.3.2-Trong nước:

Ở Việt nam, công trình nghiên cứu của tác giả Nguyễn Công Suất về chế phẩm tinh dầu gấc tạo bước ngoặc lớn cho việc ứng dụng trái gấc một cách hiệu quả hơn Và sản phẩm này đã được xuất khẩu sang thị trường Mỹ từ những năm

1999 Đến năm 2001, từ kết quả của rất nhiều công trình nghiên cứu cấp Nhà nước, quả gấc Việt nam được chế biến thành viên nang dầu gấc với tên gọi VINAGA, đã được cấp phép của Bộ Y Tế và Bộ Khoa học Công nghệ cấp Chứng nhận Hàng Việt nam chất lượng cao phù hợp tiêu chuẩn [26]

Một số công trình nghiên cứu trong những năm gần đây:

- Phạm Quốc Long và cộng sự Thành phần lipid của nhân hạt gấc

(Momordica cochichinensis lous) ở Việt Nam, TC Khoa học: Khoa học tự

nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội), 1998 Nghiên cứu phân lập và xác định thành phần lipid các acid béo v.v nhằm thăm dò khai thác sử dụng tổng

- Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia bảo quản thực phẩm

PDP từ vỏ tôm và chất màu thực phẩm từ quả gấc và ứng dụng vào quá trình sản xuất, chế biến thực phẩm nhóm thịt - Đề tài cấp cơ sở- Viện Cơ học, Viện KH và CN Việt Nam, 2003 Kết quả đã ứng dụng bột PDP và phẩm màu đỏ từ quả gấc vào quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm nhóm thịt ở TP Hồ Chí Minh cho kết quả tốt

- Nghiên cứu nâng cao hiệu suất và chất lượng dầu gấc -Đề tài cấp bộ -Viện

công nghiệp thực phẩm chủ trì- 2005 Nghiên cứu chế độ sấy màng gấc để đảm bảo chất lượng đưa vào ép dầu; Nghiên cứu công nghệ ép tạo ra dầu gấc có hàm lượng β-carotene cao; nghiên cứu sử dụng enzyme để hỗ trợ cho việc trích ly dầu gấc từ màng, bã ép và các điều kiện bảo quản dầu màng gấc

- Tác giả Nguyễn Thị Hồng Minh, Nghiên cứu sản xuất thực phẩm dinh dưỡng giàu chất chống oxy hoá: lycopene, β-carotene, vitamin được bổ sung màng đỏ gấc và lycopene, Viện dinh dưỡng Hà nội, 2007 Xác định hàm lượng một số chất chống oxy hoá có trong màng đỏ gấc Xây dựng công thức bổ sung lycopene từ màng đỏ gấc và bột lycopene vào bánh bông lan Xây dựng qui trình sản xuất bánh bông lan có bổ sung màng đỏ gấc và bột lycopene Đánh giá chất lượng của bánh ngay sau sản xuất và theo dõi chất lượng của bánh trong thời gian bảo quản đến 6 tháng

Trên cơ sở tóm tắt các công trình nghiên cứu nhận thấy: sự nghiên cứu về lycopene ở nước ngoài phát triển khá rộng, nhưng lycopene chủ yếu lấy nguồn từ

cà chua Trông khi đó ở Việt Nam với nguồn gấc dồi dào rất giàu lycopene nhưng các nghiên cứu hợp chất này thực sự còn hạn chế Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu

độ bền và bền hóa carotenoid- chủ yếu là lycopene có trong màng hạt gấc để đưa vào ứng dụng là thiết thực

lần lycopene có trong cà chua) Và lycopene là một trong những carotenoid phổ biến nhất trong cơ thể người

‘Lycopene’ là tên gọi xuất phát từ một loại gia vị của cà chua Solanum

Độ tan trong nước Không tan

Các thông số trên được khảo sát khi mẫu ở trong điều kiện chuẩn (tại 25 °C, 100 kPa)

Hình 1.7 Công thức cấu tạo Lycopene

Nếu lycopene được oxy hóa, các liên kết đôi giữa C = C sẽ bị bẻ gãy dẫn đến phân tử bị phân tách ra thành những phân tử nhỏ hơn đã được nối với oxy nguyên tử Mặc dù, các liên kết C=0 cũng là nhóm mang màu nhưng những phân

tử ngắn hơn không thể hấp thu đủ ánh sáng để làm xuất hiện màu Và nếu lycopene bị khử thì cũng thu được kết quả tương tự; sự khử đó làm phân tử lycopene bão hòa, và suy yếu khả năng hấp thu ánh sáng [5]

Bằng cách tạo thành vòng ở một hay cả hai đầu của phân tử lycopene thì sẽ được các đồng phân α, β, γ- carotene

1.4.3- Tính chất:

Cũng như các carotenoid khác, lycopene không phân cực nên không tan trong nước mà tan trong dầu mỡ, dung môi hữu cơ

Do cấu trúc của lycopene (mạch thẳng) nên dễ bị đồng phân hóa và biến chất dưới tác dụng của ánh sáng và nhiệt [7]

1.4.4- Tầm quan trọng của Lycopene đối với con người:

Vì sự phổ biến của lycopene cũng như khả năng đáp ứng về nhu cầu chất màu

tự nhiên, nên lycopene được cho phép sử dụng như một phẩm màu dạng thuốc nhuộm tạo màu tức thì cho các vật liệu xốp (plastic)

Một trong những nguyên nhân gây ra một số bệnh và gây tình trạng già nua ở người, đó là các gốc tự do

Gốc tự do ngoại sinh được hình thành do các yếu tố ngoại lai như ô nhiễm môi trường, uống rượu, hút thuốc lá,…Do có hoạt tính sinh học mạnh nên các gốc tự

do có thể thực hiện các phản ứng hóa học, phá hủy hệ thống tế bào dẫn đến khả năng sinh bệnh ung thư, nhồi máu cơ tim, lão hóa,…

Thường trong cơ thể của chúng ta tồn tại một chất chống oxy hóa nhằm ngăn cản sự hình thành các gốc tự do, tạo thành một ngưỡng cân bằng rất mong manh Lycopene hoạt động như một chất chống oxy hóa cực mạnh trong cơ thể, chống lại những tác hại của các gốc tự do, khôi phục những tế bào bị tổn hại, tiêu diệt những phân tử thoái hóa, ức chế quá trình oxy hóa của AND,…[ 28]

Qua đó, lycopene có tác dụng trong một số bệnh: ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi, ung thư dạ dày, tim mạch, lão hóa, xơ vữa động mạch,…

1.5- CYCLODEXTRIN:

1.5.1- Giới thiệu:

Cyclodextrin theo như mô tả ban đầu của A Villiers, 1891 có tên gọi là

cellulosine Về sau, Cyclodextrin (hay cycloamyloses) được biết là sự tạo phức

bao bọc với nhiều hợp chất (Bener và Komiyama, 1978; Cramer, 1952; Saenger, 1980; Luttringhaus và cộng sự, 1958) Ngày nay, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, nhựa, hóa chất,… và ngày càng có nhiều lĩnh vực khác sử dụng chúng

Phức bao bọc là những hợp chất phân tử có cấu trúc đặc biệt mà trong đó hợp chất này (phân tử chủ) một phần bao bọc hợp chất kia Hợp chất được bao bọc

1.5.2- Tổng hợp Cyclodextrin và cấu trúc:[29]

Cyclodextrin là các oligosaccharide được sản xuất bởi tác động của các enzyme glycosyltranferase (CGTase) (sinh ra từ Bacillus macerans) và α-amylase lên tinh bột Enzyme này chuyển hóa những mảnh tinh bột đã được thủy phân sơ

bộ thành hỗn hợp α, β, γ - cyclodextrin Và α, β, γ- cyclodextrin chứa 6, 7và 8 gốc glucosyl; theo thứ tự đó, được liên kết với nhau bởi liên kết α-1,4

Cấu trúc và cấu hình của cyclodextrin giải thích đặc tính tạo phức của chúng Lỗ hổng bên trong của phân tử cyclodextrin dạng ống có tính kỵ nước, trong khi đó bề mặt ngoài là ưa nước

Hình 1.8 Cấu trúc của α, β, γ - cyclodextrin [30]

Hình 1.9 Cấu trúc không gian của β-cyclodextrin.[30]

1.5.3- Sự tạo thành phức bao bọc của cyclodextrin:

Sự bao bọc một phân tử khách trong lỗ hổng của CD là sự thế các phân tử nước bởi phân tử khách ít phân cực hơn Sự liên kết với nhau giữa CD và phân tử khách là do lực VanderWaals, tương tác kỵ nước và liên kết hydro

Phân tử nước bên trong lỗ hổng ở vị trí không thuận lợi vì bề mặt lỗ hổng không phân cực Do đó, phân tử nước thoát ra ngoài, phân tử khách từ bỏ lớp vỏ hydrat của nó và thâm nhập vào lỗ hổng của CD, thiết lập được sự tưong tác chặt chẽ giữa không phân cực-không phân cực Nghĩa là phức được bền hóa [35]

Hình 1.11 Kích thước và hình dạng hydrophilic/hydrophobic của nguyên tử CD

1.5.4- Tính chất:

Độ hòa tan của CD trong nước:

Bảng 1.3 Độ hòa tan của CD trong nước ở các nhiệt độ khác nhau [29]

CD không có điểm nóng chảy rõ rệt, nhưng nhiệt độ tăng khoảng 2000C chúng bị phân hủy Độ nhớt của dung dịch CD không đáng kể khi so với nước

CD không có nhóm khử Độ bền của CD trong dung dịch kiềm tương tự như của cellulose Khi chiếu tia γ vào β- và γ -cyclodextrin, sự cắt đứt phân tử chủ yếu xảy ra tại liên kết 1,4- glycosyl: không có glucose tạo thành, sản phẩm chính

là matosehexose, malondialdehyde, acid gluconic, hydro, CO và cacbonic

Nếu dùng acid thủy phân một phần CD sẽ sinh ra glucose và một dãy các maltosesaccharide mạch thẳng

Để cải thiện độ hòa tan của CD, có thể dựa trên sự alkyl hóa, hydroxy alkyl

Độ hòa tan (mg/g nước) Nhiệt độ ( 0 C)

- Hydroxypropyl β - CD

- 2,6-dimethyl β –CD

- 2,3,6 trimethyl β - CD

1.5.5- Điều kiện tạo phức:

- Sự tương hợp về kích thước hình học: Cyclodextrin có khả năng tạo phức với các hợp chất có kích thước tương ứng với kích thước của lỗ hổng Yếu

tố hình học có tính chất quyết định loại phân tử khách thâm nhập vào lỗ hổng của cyclodextrin.(Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Khả năng tạo phức của CD với các phân tử khách khác nhau

Nếu phân tử khách quá lớn để trú ngụ trong một lỗ hổng thì phức của CD

và phân tử khách có thể được tạo thành theo 2:1 và đầu khác của nó có thể tạo phức

Như vậy, tùy thuộc vào tương quan kích thước giữa phân tử khách và phân tử chủ mà phức tạo thành do sự bao toàn thể hay chỉ một phần phân tử khách

và ion hóa mạnh không hoặc có khả năng tạo phức rất yếu

- Môi trường: về nguyên tắc là không sử dụng dung môi cho sự tạo phức

nhằm tránh sự tạo phức bền giữa dung môi và CD

1.5.6- Các phương pháp tạo phức:

Có 3 phương pháp tạo phức CD:

- Điều chế phức trong dung dịch:

Thông thường, để tạo phức tiến hành khuấy hay lắc dung dịch nước của CD với phân tử khách (hay dung dịch của chúng) Quá trình tạo phức có thể có hoặc không có sự hỗ trợ của dung môi hữu cơ thích hợp [35]

Sau khi đạt đến cân bằng, nước có thể loại bằng sự sấy phun hay phương pháp thích hợp khác Nước cái có thể tách bằng cách lọc