Nghiên cứu định lượng stevioside trong cây cỏ ngọt và sản phẩm từ cây cỏ ngọt bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao hplc

Kỹ thuật nhân giống, gieo trồng và chăm sóc đơn giản, đầu tư không nhiều trồng một lần sau 5 -10 năm mới phải trồng lại, việc thu hoạch sản phẩm dễ dàng, sản phẩm là cành lá khô nên có t

sMỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN……….……3

Danh mục các hình……… 4

Danh mục các bảng……….…… 5

Danh mục các từ viết tắt 6

MỞ ĐẦU 7

1.Lý do chọn đề tài 7

2 Nhiệm vụ nghiên cứu 8

3 Đối tượng nghiên cứu 9

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

PHẦN I TỔNG QUAN 10

1.1 Chi Cúc ngọt 10

1.2 Giới thiệu về cây cỏ ngọt 11

1.2.1 Nguồn gốc 11

1.2.2 Đặc điểm thực vật học 15

1.2.3 Thành phần hóa học 16

1.2.4 Ý nghĩa kinh tế 20

1.2.5 Sơ chế các sản phẩm từ cỏ ngọt 20

1.3 Tìm hiểu chung về hợp chất stevioside 22

1.3.1 Tính chất hóa học 22

1.3.2 Tính chất lý học 24

1.3.3 Tính chất cảm quan 24

1.3.4 Mối quan hệ về độ ngọt giữa một số chất steviol glycoside 25

1.3.5 Ứng dụng trong thực phẩm 26

1.3.6 Độ an toàn 29

1.3.7 Nhu cầu và sản phẩm dịch vụ chủ yếu hiện nay trên thị trường 31

1.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC 34

1.4.1 Cơ sở lý thuyết……… 34

1.4.2 Nguyên lý……… 35

1.4.3 Các dạng sắc ký lỏng hiệu năng cao……… 35

1.4.4 Hệ thống HPLC……… 36

1.4.4.1 Hệ thống cung cấp dung môi và bơm cao áp……… 37

1.4.4.2 Hệ thống đưa mẫu vào cột……… 37

1.4.4.3 Cột sắc ký……… 38

1.4.4.4 Detector……… 38

1.4.5 Nguyên tắc chung và trmg bị của phương pháp HPLC 39

PHẦN II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 41

2.1 Phương pháp lấy mẫu 41

2.2 Hóa chất và thiết bị 41

2.2.1 Hóa chất 41

2.2.2 Thiết bị và dụng cụ……… 41

2.3 Chuẩn bị mẫu……… 43

PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……… 46

3.1 Xác định khoảng tuyến tính và định lượng mẫu……… 46

3.2 Đánh giá phương pháp định lượng ……… 52

3.2.1 Đánh giá hiệu suất thu hồi của phương pháp……… 52

3.2.2 Đánh giá độ lặp của phương pháp……….53

PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……… ………… 55

Kết luận……… ….55

Kiến nghị……… … 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… ……56

LỜI CẢM ƠN

Đồ án này được thực hiện tại các phòng thí nghiệm hóa thực phẩm_ Khoa

Hóa Học_ Trường Đại Học Vinh, Trung tâm Kiểm định An Toàn Thực Phẩm và

Môi Trường Trường Đại Học Vinh

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn ThS Lê Thế

Tâm - Khoa Hóa Học- Trường Đại Học vinh đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, tạo

mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án này

Tôi xin chân thành cảm ơn ThS.Chu Thị Thanh Lâm- Khoa Hóa Học- Trường

Đại Học Vinh đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thí

nghiệm, phân tích kết quả

Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô, cán bộ tổ hóa Thực

Phẩm, Khoa Hóa Học, gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành đồ

án này

Nghệ An, tháng 12 năm 2012

Sinh viên

Trần Thị Minh

Danh mục các hình

Hình 1.1: Cây cỏ ngọt……… 11

Hình 1.2: Lá và hoa cây cỏ ngọt……… 15

Hình 1.3: Cấu trúc của Stevioside……… 16

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của các chất taọ ngọt trong cây cỏ ngọt………… 16

Hình 1.5 Sản phẩm chiết xuất từ cây cỏ ngọt……… 21

Hình 1.6: Công thức hóa học của Stevioside, gồm nhóm steviol liên kết với một phân tử β-D-Glucose và một sophorose……… 23

Hình 1.7: Sự liên kết của Steviol và các carbohydrate để tạo thành steviolmonoside, steviolbioside, stevioside và rebaudioside A……… 24

Hình 1.8: Một số sản phẩm chiết xuất từ cây cỏ ngọt có thành phần chính là stevioside …… …… 27

Hình 1.9 : Nước giải khát ứng dụng steviolside……… ….28

Hình 1.10: Sản phẩm kết hợp của stevioside, rebaudioside A và các loại chất làm ngọt khác 28

Hình 1.11: Một số loại trà chứa thành phần cỏ ngọt 29

Hình 1.12: Các loại đường cỏ ngọt hiện nay trên thị trường……… 34

Hình 1.13: Hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Agilent 1100…… 36

Hình1.14: Sơ đồ nguyên lý của máy sắc ký lỏng hiệu năng cao……… 37

Hình 2.1: Các thiết bị được sử dụng trong phòng thí nghiệm……… 43

Hình 2.2: Hình ảnh mẫu cỏ ngọt khô, cỏ ngọt tươi và trà cỏ ngọt………… …45

Hình 3.1: Đường chuẩn biểu thị mối quan hệ giữa diện tích peak và

nồng độ chuẩn Stevioside……… 47

Hình 3.2: Sắc đồ chuẩn stevioside 60 µg/ml……… 47

Hình 3.3: Sắc đồ chuẩn stevioside 100 µg/ml……… …48

Hình 3.4: Sắc đồ chuẩn stevioside 160 µg/ml……… …48

Hình 3.5: Sắc đồ chuẩn stevioside200 µg/ml……… 49

Hình 3.6: Sắc đồ cỏ ngọt khô thêm chuẩn……… …50

Hình 3.7: Sắc đồ cỏ ngọt khô……… 51

Hình 3.8: Sắc đồ trà cỏ ngọt……… 51

Hình 3.9: Sắc đồ cỏ ngọt tươi……… 52

và trà cỏ ngọt……… 50 Bảng 3.3 Kết quả xác định hiệu suất thu hồi của phương pháp 53 Bảng 3.4: Kết quả xác định độ lặp của phương pháp……….53

Danh mục các từ viết tắt

GC-MS: Sắc ký khí khối phổ

UV – VIS: ultraviolet – spectrophotometer

HPLC: Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao

FAO: Food and Agriculture Organization (Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc)

WHO: Would Health Organization (Tổ chức y tế thế giới)

JECFA: Ủy ban chuyên gia quốc tế về phụ gia thực phẩm

ADI: Aceptable Daylinake (Liều lượng tối đa hằng ngày không gây hại)

FDA: Food and Drug Administration (Cục Quản Lý Thực Phẩm & Dược Phẩm Hoa Kỳ)

Htb :hiệu suất thu hồi trung bình

RSD: độ lệch chuẩn tương đối

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đường và các sản phẩm tạo ngọt thường được cho là nguyên nhân gây ra nhiều vấn đề sức khỏe, từ béo phì đến cao huyết áp Đường kính giờ đây ở phương Tây đã đuợc gọi dưới cái tên : “Cái chết trắng” Gọi như thế là bởi vì, trong đường kính trắng có chứa tới 99% là Carbohydrate là thủ phạm hàng đầu gây ra béo phì, và các loại bệnh như cao huyết áp, tiểu đường, tim mạch, đột quỵ

Dĩ nhiên, đường kính trắng xuất hiện ở khắp mọi nơi như bánh kẹo, nước ngọt Để giảm tác hại của đường kính trắng thì người ta đã nghĩ và tìm ra các loại chất tạo ngọt thay thế đường kính trắng mà vẫn bảo đảm an toàn cho sức khỏe Và như thế đường ăn kiêng đã ra đời Đây là loại đường có độ ngọt thấp, chiết xuất tự nhiên

từ thực phẩm, được xem là loại đường chuyên dụng dành cho các bệnh nhân tiểu đường do có chỉ số đường huyết thấp Ngoài ra, loại đường này còn cung cấp năng lượng ít hơn so với đường kính, nên rất thích hợp cho những người ăn kiêng hay cần giảm cân và cả những người quan tâm tới một chế độ ăn lành mạnh để phòng ngừa và quản lý các bệnh béo phì, tiểu đường và xơ vữa động mạch Ưu điểm chính của loại đường này là không gây ra những tác dụng phụ như các loại đường hóa học Trong thiên nhiên có nhiều loại cây chứa đường năng lượng thấp, với độ ngọt cao gấp hàng trăm lần đường mía Chúng được dùng làm chất thay thế đường cho

những người phải kiêng loại thực phẩm này Cỏ ngọt là một loại cây như thế Cây

cỏ ngọt được coi là chất làm ngọt thiên nhiên thay thế cho đường kính tuyệt vời

nhất

Cây cỏ ngọt có hàm lượng chất ngọt steviosid có vị ngọt gấp 300 lần hơn đường thường (saccharose, sucrose), đặc biệt là không tạo calorie và rất ổn định ở nhiệt độ cao 1980

C Trong y học steviosid dùng cho người bị đái tháo đường, xơ cứng động mạch, béo phì, cao huyết áp Trong công nghiệp thực phẩm nó là chất phụ gia điều vị tạo ngọt không sinh năng lượng dùng để sản xuất thực phẩm cho các đối tượng trên Cỏ ngọt ngày càng được sử dụng phổ biến và rộng rãi trên toàn thế giới Nghiên cứu cho thấy có 4 hợp chất chính tạo vị ngọt trong cỏ là: stevioside (5 - 10%), rebaudioside A (2 - 4%), rebaudioside C (1 - 2%) và dulcoside A (0,5- 1%)

Trong những năm gần đây cây cỏ ngọt mới được đưa thử nghiệm ở Việt Nam Tuy loại cây trồng này là hoàn toàn mới đối với nước ta, nhưng do tính thích ứng rộng trên nhiều loại đất và vùng sinh thái khác nhau, nhất là ở các vùng cao nguyên, trung du và miền núi Kỹ thuật nhân giống, gieo trồng và chăm sóc đơn giản, đầu tư không nhiều (trồng một lần sau 5 -10 năm mới phải trồng lại), việc thu hoạch sản phẩm dễ dàng, sản phẩm là cành lá khô nên có thể sử dụng làm nguyên liệu phục vụ trong y học và công nghiệp thực phẩm hoặc trực tiếp làm thành phẩm như các loại trà giải khát, chữa bệnh… Công dụng chủ yếu của cỏ ngọt là sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và y dược học Chất ngọt chủ yếu là steviosid có trong cỏ ngọt chiếm từ 5 - 8% cỏ khô Các chất ngọt trong lá cỏ ngọt có thể sử dụng

ở dạng thô (lá khô) như trà cỏ ngọt (trà Stevia), nấu uống hoặc trộn với trà xanh, trà đen để uống, hoặc được chế biến thành xi rô, bột và tinh thể steviosid, dùng để làm chất thay thế đường, hoặc dùng trong công nghiệp thực phẩm: bánh mứt kẹo, nước hoa quả… Ưu điểm của các chất ngọt từ cỏ ngọt là từ thiên nhiên và có tính bảo quản cao, khó bị mốc meo

Vì vậy việc nghiên cứu xác định thành phần các chất và định lượng các chất trong cây cỏ ngọt nhằm mục đích làm nguyên liệu cho thực phẩm chức năng tăng cường sức khỏe con người, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Trong cây cỏ ngọt thì stevioside là hợp chất được quan tâm nhiều hơn vì nó chứa hàm lượng khá cao nên việc xác định hàm lượng hợp chất này trong cỏ ngọt là rất quan trọng vì nó cho biết hiệu suất thu hồi chất tạo ngọt trong cỏ ngọt và có ý nghĩa to lớn với ngành

công nghiệp thực phẩm và y học Do đó tôi chọn đề tài “Nghiên cứu định lượng

stevioside trong cây cỏ ngọt và sản phẩm từ cây cỏ ngọt bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC” để biết chính xác hơn hàm lượng stevioside trong

nguyên liệu như thế nào?

2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu các tính chất vật lý, hóa học của các chất tạo ngọt trong cây cỏ ngọt

- Nghiên cứu định lượng stevioside bằng phương pháp HPLC

- Nghiên cứu hàm lượng stevioside trong cây cỏ ngọt và trà cỏ ngọt

- Đưa ra một số đề xuất về việc sử dụng stevioside trong khẩu phần ăn hàng ngày

3 Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tƣợng nghiên cứu là dịch chiết từ lá và thân cây cỏ ngọt và sản phẩm chế biến từ cây cỏ ngọt: trà cỏ ngọt

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu là nguồn tham khảo tốt cho những nghiên cứu sâu hơn

về những ứng dụng cụ thể của stevioside thu nhận từ nguồn thân và lá cây cỏ ngọt

để đƣa vào thực tiễn sản xuất thực phẩm chức năng trong đời sống và nâng cao hiệu quả sử dụng của những bộ phận khác của cây cỏ ngọt

PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 Chi Cúc ngọt

Stevia hay chi Cúc ngọt, chi Cỏ ngọt là chi thực vật thuộc họ Asteraceae Chi này gồm khoảng 240 loài cúc có dạng thân sống chủ yếu là thân thảo, cây bụi Các loài chủ yếu nguyên xuất từ vùng nhiệt đới Trung Mỹ và Nam Mỹ Đặc biệt trong chi này có loài Cúc ngọt (Stevia rebaudiana) là loài chứa hàm chất ngọt steviosid mạnh nhất, độ ngọt của loài này mạnh gấp nhiều lần cam thảo[3]

Chất chiết xuất từ đường của chi Cỏ ngọt có tính ngọt mạnh gấp 250-300 lần glucose Người ta cũng thấy rằng hiệu quả đánh kể của việc quá trình điều trị bệnh béo phì và tiểu đường khi sử dụng cỏ ngọt, bởi vì nó không tác động vào hàm lượng đường trong máu Mặc dù có nhiều lợi ích như vậy, nhưng cỏ ngọt chủ yếu được trồng và sử dụng rộng rãi ở các nước châu Á Các loài chi Stevia gồm 240 loài[1] có nguồn gốc vùng Nam Mỹ, Trung Mỹ, Mexico và một vài tiểu bang miền nam Hoa Kỳ[2] Con người chủ yếu sử dụng đường của loài S rebaudiana có nguồn gốc Nam

Mỹ Chủ yếu sử dụng ăn tươi các là hoặc dùng khô trong trà, thực phẩm

Năm 1899, các nhà thực vật học Thụy Sĩ lần đầu tiên đã mô tả vị ngọt một cách chi tiết[3] Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ có tính giới hạn, cho đến năm 1931, hai nhà hóa học Pháp phân tách được các glycosides là hợp chất tạo nên vị ngọt của cây cỏ ngọt[4] Các hợp chất được đặt tên là stevioside và rebaudioside, nó ngọt gấp 250-300 lần sucrose, nhiệt độ ổn định, độ pH ổn định, và không lên men[2]

Tới đầu thập niên 1970, Nhật Bản bắt đầu trồng và sử dụng cỏ ngọt như một chất thay thế các loại chất ngọt saccharin và cyclamate, những chất được cho là nguyên nhân gây ra ung thư Ngày nay thì cỏ ngọt được sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia châu Á khác như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Philippin, Indonesia, Việt Nam, Đài Loan, Thái Lan, Malaysia Cỏ ngọt cũng được sử dụng nhiều hơn ở các nước Nam Mỹ: Urugoay, Peru, Cỏ ngọt có thể được tìm thấy trong tự nhiên ở nhiều dạng môi trường sống, từ đồng bằng cho tới địa hình đồi núi Trong tự nhiên nó có thể sinh sản hữu tính, tuy nhiên nhân giống vô tính là một biện pháp hữu hiệu được con người lựa chọn khi đưa stevia vào sản xuất nông nghiệp

1.2 Giới thiệu về cây cỏ ngọt [2]

Tên khoa học: Stevia Rebaudiana Bertoni

Hình 1.1 Cây cỏ ngọt

Cỏ ngọt trên thế giới

Steviosid ngọt gấp 300 lần đường mía, do đó lượng dùng mỗi lần cho một lần

là không đáng kể nên coi như chất ngọt không năng lượng

Steviosid được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới như Paragoay, Brasil, Nhật Bản, Mỹ, Đức, Hàn Quốc, Nga…

Steviosid được sử dụng trong y học để dùng cho người bệnh đái tháo đường, phòng chống xơ cứng động mạch, chống béo phì, huyết áp cao… Trong công nghiệp thực phẩm, steviosid là chất phụ gia điều vị (tạo vị ngọt không năng lượng)

để sản xuất bánh mứt kẹo, rượu màu và nước giải khát cho các đối tượng ăn kiêng trong các chứng bệnh nêu trên Do đó nhu cầu về nhập khẩu cỏ ngọt của các nước ngày càng cao, là một triển vọng lớn cho nông nghiệp Việt Nam

Công dụng chủ yếu của cỏ ngọt là sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và y dược học Chất ngọt chủ yếu là steviosid có trong cỏ ngọt chiếm từ 5 - 10% cỏ khô Các chất ngọt trong lá cỏ ngọt có thể sử dụng ở dạng thô (lá khô) như trà cỏ ngọt (trà Stevia), nấu uống hoặc trộn với trà xanh, trà đen để uống, hoặc được chế biến thành xi rô, bột và tinh thể steviosid, dùng để làm chất thay thế đường, hoặc dùng trong công nghiệp thực phẩm: bánh mứt kẹo, nước hoa quả… Ưu điểm của các chất ngọt từ cỏ ngọt là từ thiên nhiên và có tính bảo quản cao, khó bị mốc meo

Hiện nay trên thế giới, theo kết quả nghiên cứu về tính an toàn của các chất phụ gia thực phẩm, người ta đã kiến nghị cấm dùng một số chất ngọt có hại cho người như cyclamat và saccharin đang có lẫn trong các loại thực phẩm, rượu và nước ngọt Ở các nước phát triển và thành thị các nước đang phát triển phải hạn chế

sử dụng các chất ngọt có năng lượng cao như đường mía, đường bắp, mật và bột ngũ cốc…, người ta đã đề nghị sử dụng chất ngọt từ cỏ ngọt với mục đích thay thế cho các thức ăn giàu Calori, đáp ứng nhu cầu cho người bị bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, mập phì… Từ năm 1991 ở các nước này dự kiến giảm 30% đường có năng lượng cao bằng các loại chất ngọt thay thế đường có năng lượng thấp, người ta

sử dụng steviosid từ cỏ ngọt để làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm Ngoài ra người ta còn dùng nó để chế biến các loại kem đánh răng, kem làm mềm da, sữa làm mượt tóc…

Hàng năm ở Nhật Bản người ta đã sử dụng tới 45 - 53 tấn steviosid trong công

nghiệp bánh mứt kẹo, nước hoa quả, rượu màu, các món tráng miệng đông lạnh… Còn ở Paragoay, nơi đã sinh ra cây trồng quý giá này, người ta dùng cỏ ngọt pha với trà làm nước giải khát Hiện nay theo các tài liệu đã công bố, 3 nước dùng cỏ ngọt trong công nghiệp thực phẩm nhiều nhất là Nhật Bản, Brasil và Paragoay Âu châu và Mỹ đang trên đà gia tăng dùng cỏ ngọt…

Nhiều nước trên thế giới đang đề nghị thay thế 30% đường mía (saccharose) bằng loại đường steviosid từ cỏ ngọt

Cỏ ngọt ở Việt Nam

Cây cỏ ngọt đầu tiên được đưa vào nước ta đầu thập niên 1980 từ Achentina, sau đó hạt giống được Viện nghiên cứu cây trồng toàn Liên bang Nga mang tên Vavilov (VIR), Liên hiệp sản xuất củ cải đường Ucraina và kiều bào Việt Nam tại Canada gởi về Từ đó, trung tâm giống cây trồng Việt - Nga, Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp thuộc Bộ nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm đã tiến hành nhân giống, thuần hóa, chọn lọc và đã cùng với Viện dược liệu, Công ty dược liệu trung ương 2 TP.HCM, Trung tâm giống cây thuốc Đà Lạt, Xí nghiệp dược phẩm trung ương 2 Hà Nội, Viện dinh dưỡng quốc gia, Phòng thí nghiệm độc tính của Trường đại học tổng hợp Hà Nội, Phòng nuôi cấy mô của Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam và Viện sinh vật Viện khoa học Việt Nam đã tiến hành các thí nghiệm về nhân giống, trồng trọt, chế biến và thử nghiệm độc tính cũng như công dụng… Kết quả nhận được cho thấy cây cỏ ngọt có những khả năng thích ứng trên những vùng sinh thái khác nhau của nước ta như Long An, Sông Bé, Đồng Nai, Lâm Đồng, Đăk Lăk, Hà Nội, Hà Tây, Hòa Bình, Vĩnh Phú, Yên Bái…

Ở nước ta, cỏ ngọt có thể cho năng suất 2 - 3 tấn lá khô/ha/năm Cỏ ngọt không yêu cầu đất đai khắt khe lắm, rất thuận tiện cho việc phát triển kinh tế vườn,

do vậy trồng cỏ ngọt tăng thu nhập cho người sản xuất mà không làm giảm diện tích trồng lương thực Với độ một vài ngàn hecta đất trồng cỏ ngọt, nước ta có thể đáp ứng nhu cầu cỏ ngọt trong nước và xuất khẩu cỏ ngọt sang các nước lân cận, là nguồn thu nhập lớn lao cho kinh tế đất nước

Trong những năm gần đây cây cỏ ngọt mới được đưa thử nghiệm ở Việt Nam Tuy loại cây trồng này là hoàn toàn mới đối với nước ta, nhưng do tính thích ứng rộng trên nhiều loại đất và vùng sinh thái khác nhau, nhất là ở các vùng cao nguyên,

trung du và miền núi Kỹ thuật nhân giống, gieo trồng và chăm sóc đơn giản, đầu tư không nhiều (trồng một lần sau 5 -10 năm mới phải trồng lại), việc thu hoạch sản phẩm dễ dàng, sản phẩm là cành lá khô nên có thể sử dụng làm nguyên liệu phục vụ trong y học và công nghiệp thực phẩm hoặc trực tiếp làm thành phẩm như các loại trà giải khát, chữa bệnh…

Với ý nghĩa kinh tế, tác dụng tốt của cây cỏ ngọt ngày được phát hiện nhiều hơn thay thế dần các loại đường khác trong cuôc sống hàng ngày, mở ra thị trường tiêu thụ ngày càng lớn

Công dụng của cây cỏ ngọt:

- Cỏ ngọt được dùng để pha chế làm tăng độ ngọt mà không làm tăng năng lượng của thực phẩm Ngoài tác dụng điều vị, cỏ ngọt cũng có vai trò lớn trong việc điều hòa đường huyết, lợi tiểu, chống béo phì và giảm cân Chính vì vậy, bệnh nhân tiểu đường cũng có thể sử dụng loại trà này

- Cỏ ngọt được nhiều người biết đến là loại cây có vị ngọt, bùi nên nó có thể cung cấp lượng đường cần thiết trong máu Nó sẽ giúp điều hòa lượng đường trong cơ thể, tránh tình trạng thừa đường gây ra bệnh tiểu đường và thiếu đường sẽ bị hạ đường huyết

- Ngăn ngừa bệnh dạ dày

- Cỏ ngọt chính là một loại thuốc bổ giúp chống lại bệnh các rối loạn dạ dày, giảm đau đớn và tiêu hóa tốt

- Chăm sóc răng miệng

- Cỏ ngọt có tác dụng ngăn ngừa chảy máu chân răng ở những người mắc bệnh viêm lợi vì trong nó có chất kháng khuẩn mạnh, có thể xay nát và vò với nước dùng làm nước xúc miệng hằng ngày

- Chăm sóc da

- Chăm sóc tóc: cỏ ngọt là một loại thảo dược có lợi trong việc điều trị các vấn đề

về gàu và da đầu, giúp bạn luôn có một mái tóc khỏe và bóng mượt

- Một tác dụng kỳ diệu của cỏ ngọt là nó có thể ngăn ngừa mụn trứng cá, giảm tiết

bã nhờn da, chống viêm giúp bạn luôn có một làn da mịn màng và rạng rỡ

Ngoài ra, cỏ ngọt còn được dùng như một mỹ phẩm tự nhiên cho da giúp làm giảm nếp nhăn và tươi sáng hơn

1.2.2 Đặc điểm thực vật học

Cỏ ngọt là cây thân thảo, đa niên, có thân rễ khỏe, mọc cạn từ 0 - 30 cm (tùy thuộc vào độ phì nhiêu, tơi xốp và mực nước ngầm của đất) Rễ của cây cỏ ngọt gieo từ hột ít phát triển hơn rễ từ cành giâm

Cỏ ngọt có dạng thân bụi, chiều cao trung bình khi thu hoạch là 50 - 60 cm, trong điều kiện thâm canh có khi cao tới 80 - 120 cm Phân cành cấp 1 nhiều, chỉ đến khi ra hoa mới phân cành cấp 2, cấp 3 Cành cấp 1 thường xuất hiện ở những nách lá cách mặt đất 10 cm trên thân chính, nhưng khi đốn cành có thể xuất hiện ở trên tất cả các đoạn trên thân

Hình 1.2: Lá và hoa cây cỏ ngọt

Thân và cành cỏ ngọt tròn, có nhiều lông, đường kính thân chỗ to nhất từ 5 - 8

mm, thân già có màu tím nâu, phần non màu xanh, có khả năng ra rễ bất định (dựa vào các đặc điểm này để đặt ra các quy trình kỹ thuật chăm sóc và thu hái thích hợp)

Lá cỏ ngọt mọc đối theo từng cặp hình thập tự, phiến lá hình trứng ngược, có

12 - 16 răng cưa ở mép Lá già dài từ 5 - 7 cm, rộng từ 1,5 - 2 cm, có 3 gân song song và các gân phụ phân nhánh Trên một thân, số lá có thể đạt tới 70 - 90 lá Hoa cỏ ngọt thuộc loại hoa đầu phức hợp, nhỏ, mọc ở đầu cành hay kẽ lá mọc thành hình xim 2 ngã, ở cuống chùm hoa có hai lá chét nhỏ Trái nhỏ màu nâu thẫm

5 cạnh, khi chín dài 2 - 2,5 mm, có lông để gió đưa hột đi xa Cây non gieo từ hột sinh trưởng yếu và chậm Trọng lượng 1.000 hột từ 0,35 - 0,40g

1.2.3 Thành phần hóa học

Từ năm 1908 Resenack, năm 1909 Dieterick đã phân ly được Glucozit từ lá

cỏ ngọt Năm 1931 Bridel và Navieille tìm được Glucozit đó là Steviosid Chất Steviosid thuỷ phân cho 3 phân tử Steviol và Isosteviol Chất Steviol ngọt hơn đường 300 lần

Bằng phương pháp sắc ký bản mỏng và một số phương pháp sắc ký khác người ta đã tìm thấy các chất ngọt có trong lá Stevia rebaudiana Kết quả thu được

11 chất khác nhau từ lá cỏ ngọt, chủ yếu là các chất có hàm lượng, độ ngọt khác nhau và điểm nóng chảy khác nhau

Hình 1.3: Cấu trúc của Stevioside

Steviosid là một diterpen glycosid Hai glycosid chính tạo ra vị ngọt là stevioside và rebaudioside Stevioside chiếm 5 - 10% trọng lượng cành lá khô với 3 phân tử glucose kết hợp với steviol (một diterpen có chức rượu và carboxyl) Những hợp chất tương tự gồm rebaudioside A, B, C, D, E, steviolbioside và dulcoside A Phần lớn đều cho vị ngọt

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của các chất tạo ngọt trong cây cỏ ngọt

Bảng 1.1: Cấu trúc hoá học của các chất chính trong cây cỏ ngọt stevia

Stevioside 1 -glc- 2 -glc -glc Steviolbioside 2 -glc- 2 -glc -H Rebaudioside A 3 Glc- 3 -glc- 2 -glc -glc Rebaudioside B 4 Glc- 3 -glc- 2 -glc -H Rebaudioside C 5 Glc- 3 -glc- 2 -rha -glc Dulcoside A 6 -glc- 2 -rha -glc

Diễn biến khi cơ thể dùng cỏ ngọt

Steviosid uống vào sẽ được thải ra theo phân Phần lớn đều bị phân hóa bởi vi khuẩn ở ruột (manh tràng) thành steviolbiosid, steviol và glucose Sau đó steviol sẽ biến thành các liên hợp trong gan và theo mật vào ruột và thải ra ngoài theo phân Steviosid ngọt gấp 300 lần đường mía, có ưu điểm hơn các chất đường hóa học khác là thiên nhiên từ cây cỏ và không độc, bền ở nhiệt độ cao, không bị thủy phân ở môi trường acid (độ chua của thức ăn) và không bị lên men trong thực phẩm, hay trong quá trình bảo quản

Bảng 1.2 Thành phần hóa học các chất đường trong cây cỏ ngọt

Steviol glycosides R1 R2 Độ ngọt so với

--Glc- Glc(21)

-Glc(31)

200-300

Rebaudioside E

-Glc- Glc(21)

--Glc-

-Glc- Xyl(21)

Nghiên cứu tại Brasil trên thú vật đã công nhận các tính chất giảm đường huyết, hạ huyết áp Năm 1996 một nghiên cứu dùng cao thô cỏ ngọt với liều cao hơn làm cho ngọt thức ăn để thử trên chuột nhắt, thấy có tính giãn mạch ở chuột bình thường cũng như chuột cao huyết áp Nghiên cứu này cũng ghi nhận tính hạ huyết áp và lợi tiểu Một nhóm nghiên cứu khác cũng ở Brasil chứng minh cao nước

cỏ ngọt làm hạ đường huyết và tăng mức dung nạp glucose trong khi thử nghiệm và sau khi nhịn đói qua đêm Một nghiên cứu khác cho thấy các glycosid khác như steviol, isosteviol và glucosilsteviol của cỏ ngọt ngăn chặn phản ứng sinh glucozơ trong cơ thể Có tính chất làm mạnh tim, điều hòa nhịp tim được báo cáo đầu tiên ở nghiên cứu trên loài chuột năm 1978

Tính hạ huyết áp có thể do hoạt động của prostaglandin tạo ra tính lợi tiểu và giãn mạch Một giả thuyết khác, có thể do steviol ức chế tái hấp thu natri ở tiểu quản thận, khiến nước và các chất hòa tan được bài tiết nhiều hơn mà không ảnh hưởng lên mức độ lọc ở cầu thận

Một nghiên cứu lâm sàng về sự dung nạp glucose trên người tình nguyện Mẫu nghiên cứu gồm 22 người, cho thấy dung nạp tốt và không có phản ứng phụ gì

Theo sách “An toàn cây thuốc” của Hiệp hội dược thảo Hoa Kỳ, cây cỏ ngọt (Stevia rebaudiana) được sắp vào Nhóm I, có nghĩa là an toàn nếu dùng một cách đúng đắn

Steviosid không gây độc tính cấp tính ở Chuột, Thỏ, Chuột lang và các loài chim thí nghiệm Hóa chất trong cỏ ngọt được bài tiết không bị thay đổi cấu trúc, nên không gây đột biến, không có nguy cơ gây ung thư và không ảnh hưởng lên thai nhi Trong một nghiên cứu ở chuột đồng với liều cao 2,5 g steviosid/kg chuột mỗi ngày không thấy phản ứng phụ hay độc tính và không tác dụng lên hệ sinh sản Steviosid không thấy gây đột biến ở vi khuẩn thí nghiệm Cho chuột đồng dùng steviosid trong 6 tháng và Chuột nhắt dùng trong 2 năm không thấy ngộ độc hoặc sinh ung thư nào Liều dùng để tạo vị ngọt cho người dùng rất thấp: 1 - 10 viên steviosid (tương đương 60 - 600 mg steviosid hay 1,5 - 15 g lá cỏ ngọt khô) nhưng

đủ cho độ ngọt của 18 - 180 g đường mía mà chỉ cung cấp có 2,4 calori coi như năng lượng không đáng kể và không độc hại nào cả

Ưu điểm: có tính bảo đảm cao, không mốc, đảm bảo tính an toàn của chất phụ

gia thực phẩm Chất ngọt từ cây cỏ ngọt rất có giá trị dùng để thay thế cho các thức

ăn nghèo calo đáp ứng nhu cầu cho người bị bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, béo phì đây là loại đường có năng lượng thấp đang được thế giới ưa dùng trong công nghiệp thực phẩm để thay thế các loại đường có năng lượng cao Ngoài ra còn dùng

để chế biến các loại kem làm mềm da, sữa làm mượt tóc

1.2.5 Sơ chế các sản phẩm từ cỏ ngọt

Steviosid được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm

Hàng năm ở Nhật bản thường sử dụng khoảng 50 tấn Steviosid trong công nghiệp bánh kẹo, nước hoa quả, rượu mầu, các món tráng miệng đông lạnh ở Paragoay nơi sinh ra cây trồng quý giá này thường dùng pha chế chè làm nước giải khát Trên thế giới có 3 nước dùng cỏ ngọt nhiều trong công nghiệp thực phẩm là Nhật Bản, Braxin và Paragoay Ngoài ra Stevia còn được chế biến sữa làm mượt tóc Tại Nhật Bản, Hàn Quốc, các khách sạn đã sử dựng nhiều các chế phẩm từ cỏ ngọt

Cỏ ngọt có thể làm nguyên liệu và các thành phẩm sau:

- Lá khô (làm trà đơn hoặc phối hợp với atisô…); làm xi rô, bột, hoặc chiết xuất steviosid để tẩm vào trà Nhân sâm - Đương quy - Nhân trần…

- Tinh thể hay bột steviosid (để cho vào cà phê, nước giải khát, chè ngọt, bánh mứt kẹo…)

- Với trà Cỏ ngọt bán trên thị trường là những gói cành lá cỏ ngọt khô, có thể dùng để sắc uống với liều 3 - 9 g/ngày Có thể sắc lấy nước đặc hơn để cho vô chè, cháo, cà phê… thay đường

Đường Stevioside có thể thay thế các đường hóa học, đường củ cải, đường mía được sử dụng cho:

- Nước giải khát và nước trái cây

1.3 Tìm hiểu chung về hợp chất steviolside[2]

Steviosid là một chất ngọt không dinh dưỡng chiết xuất từ lá của cây Stevia rebaudiana, thuộc vê họ nhà Cúc và đã được phát hiện lại bởi Bertoni năm 1888 Nó

có nguồn gốc từ Brazil, Venezuela, Colombia, và Paraguay nơi các bộ lạc bản địa Guarani đã sử dụng Stevia hơn 1500 năm để làm ngọt, nếu làm thuốc uống thì có mùi khó chịu Nó là cây thân thảo lâu năm, thông thường sử dụng như một dược thảo làm ngọt tự nhiên Glycosit được tìm thấy giữa các gân lá, độ ngọt có thể gấp

200 lần so với đường ăn Vị ngọt chủ yếu là do hai hợp chất, cụ thể là stevioside (30-10% trọng lượng lá khô) và rebaudioside A (1-3%) Steviosid có một số lợi thế hơn chất ngọt nhân tạo, trong đó nó bền ở nhiệt độ cao (100 ° C) và khoảng pH rộng (3- 9), và không sẫm màu khi nấu ăn Nó được đề nghị để sử dụng trong việc làm ngọt nước giải khát, kem, bánh quy, dưa chua, kẹo cao su, chè, và các sản phẩm chăm sóc da

1.3.1Tính chất hóa học

Stevioside và hợp chất tương tự rebaudioside A là các dạng diterpene

glycoside (diterpene: các đồng đẳng của terpene hay tecpinen C6H16) có chứa 20 nguyên tử Carbon và có 4 nhánh là nhóm methyl được tìm thấy trong lá của cây Stevia rebaudiana

Những chất ngọt này là các glycoside, thường có chung nhóm phi đường là steviol (glycoside là một phân tử gồm một gốc đường liên kết với một nhóm phi đường) Liên kết với nhóm phi đường steviol là các carbohydrate, số lượng các carbohydrate và vị trí các liên kết này giúp phân biệt các chất ngọt steviol glycoside khác nhau, cũng như liên quan đến các tính chất cảm quan riêng của mỗi chất

Phân tử Stevioside gồm nhóm steviol liên kết với một glucose (bằng liên kết β) và phần còn lại là một glucose-glucose disaccharide ( hai phân tử β-D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết 2-1, hay còn được gọi là sophorose)

Nhóm Steviol sophorose

Hình 1.6: Công thức hóa học của Stevioside, gồm nhóm steviol liên kết

với một phân tử β-D-Glucose và một sophorose

Người ta nhận thấy stevioside ngoài vị ngọt còn có hậu vị đắng

Vài dạng chất ngọt tương tự khác đã được nhận biết (có ít nhất tám loại steviol glycoside), tuy nhiên chúng chưa được nghiên cứu rõ và không cho lợi ích thương mại cao bằng stevioside và rebaudioside A

Steviol glycoside có thể được phân tích bằng phương pháp HPLC sử dụng nước/ acetonitrile là chất tách rửa

Hình 1.7: Sự liên kết của Steviol và các carbohydrate để tạo thành steviolmonoside, steviolbioside, stevioside và rebaudioside A

1.3.2 Tính chất lý học

Stevioside là chất tạo ngọt bền vững Một nghiên cứu chi tiết đã kiểm tra tính bền vững của chất tạo ngọt này, cho thấy chúng có tính ổn định khi tiến hành kiểm tra trong acid phosphoric carbonate và trong các loại nước giải khát có chứa acid citric Sau hai tháng cất giữ ở 370C, người ta đã xem xét những sự thay đổi có thể xảy ra, nhưng không có biến đổi nào được ghi nhận đối với các sản phẩm nước giải khát được lưu trữ tại nhiệt độ phòng, kết quả tương tự khi lưu trữ với nhiệt độ thấp hơn trong vòng 5 tháng bằng cách phơi nắng trong 1 tuần thì stevioside hoàn toàn bền vững Đặc biệt stevioside không tạo calorie, không lên men và rất ổn định ở nhiệt độ cao 198oC (388oF ), như không trở nên xậm màu, và cũng không trở thành đường caramel đặc kẹo

1.3.3 Tính chất cảm quan

Lá stevia tươi và bột khô từ loại cây này được xác định là có độ ngọt gấp

10-15 lần so với đường mía Hợp chất tinh chế từ cây stevia, có dạng bột trắng, chứa 85-95% stevioside, ngọt hơn đường mía từ 200-300 lần Cả dạng bột khô từ cây và dạng bột tinh chế đều có một hậu vị đắng nhẹ (do chứa chủ yếu là stevioside), đồng thời cho cảm giác giống tính chất của cam thảo

Mặc dù nhiều cố gắng từ rất sớm để nhân giống và phát triển rộng cây stevia rebaudiana không thành công, nhưng những nỗ lực đáng kể ở Nhật cuối cùng cũng cho kết quả khả quan, ngày nay cây stevia rebaudiana được trồng từ rễ và được trồng thương mại rộng khắp ở nhiều quốc gia, gồm Nhật Bản, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc và Brazil Thành phần của steviol glycoside phụ thuộc vào nguồn cây trồng, nhưng trong đa số các trường hợp, stevioside là dạng chiếm ưu thế hơn Do stevioside có một hậu vị đắng dễ nhận thấy, nên chất làm ngọt này chưa được chấp nhận ở một số thị trường, và trong nhiều năm chỉ phổ biến ở một thị trường vừa phải

1.3.4 Mối quan hệ về độ ngọt giữa một số chất steviol glycoside

Bảng 1.3: Mối quan hệ về độ ngọt giữa một số chất steviol glycoside so với

sucrose

Một vài nghiên cứu đã đánh giá về các đặc tính cảm quan của tất cả các chất ngọt steviol glycoside, những kết quả của một trong những nghiên cứu này được tóm tắt trong bảng trên Mặc dù các chất glycoside chỉ được so sánh tại ngưỡng nồng độ xác định (0,4%, w/v, sucrose), dẫn đến việc giải thích kết quả gặp khó khăn, tuy nhiên có thể nhận thấy rõ ràng là những glycoside (steviolbioside) có ít nhóm phân cực hơn thì cũng có độ ngọt thấp hơn so với các glycoside có hai hay nhiều nhóm phân cực hơn (rebaudioside A và D)

Vì những quy định về sự tách chiết và tinh chế steviol glycoside không yêu cầu việc phân lập những chất cụ thể, nên phần lớn việc sản xuất tạo ra các sản phẩm

là hỗn hợp của các loại steviol glycoside, chứ ít khi chỉ có stevioside hay

rebaudioside A nguyên chất

Hầu hết những tài liệu nghiên cứu về tính chất cảm quan của stevioside và rebaudioside A, như đã được đề cập, khá phức tạp do việc không đảm bảo về độ tinh khiết của mẫu thử Tuy nhiên, những nội dung xuyên suốt các tài liệu nghiên cứu này, đều cho thấy vị của rebaudioside A dễ chịu hơn vị của stevioside Nhìn chung, việc này được cho là do rebaudioside A có vị đắng thấp hơn rất nhiều, ngoài

ra còn có một hậu vị mát dễ chịu Các chứng thực về vị đắng thấp của rebaudioside

A có thể tìm thấy trong các tài liệu của Dubois và các đồng nghiệp Họ đã tiến hành các thí nghiệm thử liều lượng về vị ngọt và đắng của các chất ngọt thương mại có

độ ngọt cao Các dữ liệu của họ cho thấy một cách rõ ràng rebaudioside A không chỉ ngọt hơn stevioside, mà về căn bản còn có một vị đắng thấp hơn rất nhiều tại các nồng độ ngọt theo tiêu chuẩn iso

1.3.5 Ứng dụng trong thực phẩm

Như đã được đề cập, stevioside khá bền vững dưới các điều kiện nhiệt độ, các phương thức chế biến trong các quá trình chế biến thực phẩm, việc này đảm bảo cho các tính chất cảm quan không bị thay đổi, vì vậy stevioside và các hợp chất tương tự là chất ngọt được lựa chọn trong nhiều các sản phẩm thực phẩm và các loại nước giải khát

Sản phẩm stevioside và các hợp chất tương tự, các steviol glycoside, phát triển nhất tại thị trường Nhật Bản và chúng được sử dụng rất đa dạng trong công nghệ sản xuất thực phẩm Khá ngạc nhiên khi biết rằng chúng được sử dụng chính trong các món mặn, stevioside được dùng để làm át đi vị mặn của NaCl Sự sử dụng kết hợp thường gặp trong các loại thực phẩm như các loại rau muối chua, các loại hải sản khô, nước tương và các món ăn từ đậu phụ Stevioside cũng được tìm thấy trong các loại kẹo và kẹo chewing gum, các sản phẩm bánh nướng và ngũ cốc, yoghurt và kem, các loại rượu táo và trà, ngoài ra chúng còn có mặt trong các sản phẩm kem đánh răng và nước súc miệng Stevioside cũng chiếm một thị trường quan trọng tại Nhật trong vai trò các chất làm ngọt ít năng lượng

Hiện tại, stevioside vẫn được dùng nhiều nhất dưới dạng chất tạo ngọt không sinh năng lương Có rất nhiều công ty đã sản xuất ra stevioside và rebaudioside A ở

dạng tinh chất dưới các tên thương phẩm khác nhau và sử dụng như chất làm ngọt không sinh năng lượng Truvia là sản phẩm chứa chủ yếu rebaudioside A, được nghiên cứu sản xuất và phân phối bởi tập đoàn Cargill- tập đoàn hàng đầu của Mỹ trong lĩnh vực nông nghiệp và thực phẩm Hiện nay sản phẩm Truvia của Cargill đang làm bá chủ trên thị trường và chiếm khoảng 6% thị phần chất làm ngọt tại USA

Các sản phẩm của stevioside và rebaudioside A, dưới các tên thương mại khác

nhau, được sản xuất rộng rãi bởi nhiều công ty

Stevioside có thể sử dụng ở dạng rắn (bột) hoặc dạng lỏng

Chúng cũng được kết hợp với các mùi hương khác nhau như mùi chocolate,

mùi dâu (berry), mùi nho… giúp đa dạng hóa sản phẩm

Hình 1.8: Một số sản phẩm chiết xuất từ cây cỏ ngọt có thành phần chính là

stevioside

Ngay sau khi FDA cho phép sử dụng stevia trong các sản phẩm thực phẩm, Coca-cola đã đi tiên phong khi tung ra thị trường sản phẩm nước giải khát sử dụng Stevia là chất làm ngọt Dòng sản phẩm này được đặt tên là Sprite Green, được giới thiệu là một dạng đồ uống ít năng lượng sử dụng chất làm ngọt tự nhiên TRUVIA,

nó đã được ra mắt vào tháng 12/2008 tại New York và Chicago, cùng với hai sản phẩm đồ uống trái cây khác là Odwalla Mojito Mambo và Odwalla Pomegranate Strawberry Sprite Green là sản phẩm hợp tác giữa Cargill và công ty Coca-cola

Hình 1.9 : Nước giải khát ứng dụng steviolside

Ngoài việc sử dụng dưới dạng riêng lẻ, stevioside và rebaudioside A còn

được kết hợp với các loại chất khác nhằm tạo ra các loại phụ gia sử dụng trong thực phẩm Fructevia là tên thương mại của một loại phụ gia làm ngọt với thành phần kết hợp gồm: Fructose, FOS (Fructooligosaccharides, một dạng prebiotic, có thể tìm thấy trong chuối, tỏi, actiso.), rebaudioside A và muối Magnesium Carbonate Sản phẩm được giới thiệu có độ ngọt gấp hai lần so với đường thông thường, không sinh năng lượng và không làm thay đổi đường huyết Sản phẩm sử dụng trong nấu ăn và dùng cho các sản phẩm bánh nướng

Hình 1.10: Sản phẩm kết hợp của stevioside, rebaudioside A và các loại chất

làm ngọt khác