Nghiên Cứu Chiết Xuất và Tinh Chế Steviosid, Rebaudiosid A Từ Cây Cỏ Ngọt Stevia Rebaudiana

Khóa luận nghiên cứu chiết xuất steviosid và rebaudiosid A từ cây cỏ ngọt stevia rebaudiana, ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Kim Đông
• Trường học: Trường Đại học Tây Đô
• Chuyên ngành: Khoa Sinh Học Ứng Dụng
• Đề tài: Chiết Xuất và Tinh Chế Steviosid, Rebaudiosid A Từ Cây Cỏ Ngọt Stevia Rebaudiana
• Loại tài liệu: Đề tài cấp trường
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về chiết xuất steviosid và rebaudiosid A từ cây cỏ ngọt

Cây cỏ ngọt (Stevia rebaudiana) đã trở thành một nguồn nguyên liệu quý giá trong ngành thực phẩm và dược phẩm nhờ vào khả năng tạo ngọt tự nhiên mà không cung cấp năng lượng. Nghiên cứu chiết xuất và tinh chế steviosid và rebaudiosid A từ cây cỏ ngọt không chỉ giúp cung cấp các chất tạo ngọt an toàn mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong việc giảm thiểu lượng đường tiêu thụ. Việc hiểu rõ quy trình chiết xuất và tinh chế là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng và độ tinh khiết của sản phẩm.

1.1. Tầm quan trọng của steviosid và rebaudiosid A trong thực phẩm

Steviosid và rebaudiosid A là hai hợp chất chính trong cây cỏ ngọt, có độ ngọt cao gấp 250-450 lần so với đường mía. Chúng không chỉ giúp giảm lượng calo trong chế độ ăn mà còn có tác dụng tích cực trong việc kiểm soát đường huyết, đặc biệt cho người mắc bệnh tiểu đường.

1.2. Lịch sử nghiên cứu cây cỏ ngọt và ứng dụng của nó

Cây cỏ ngọt đã được nghiên cứu từ những năm 1887 và được sử dụng rộng rãi tại Nhật Bản từ những năm 1970. Sự phát triển của các sản phẩm chiết xuất từ cây cỏ ngọt đã mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

II. Thách thức trong việc chiết xuất steviosid và rebaudiosid A

Mặc dù cây cỏ ngọt mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc chiết xuất và tinh chế steviosid và rebaudiosid A gặp phải một số thách thức. Các yếu tố như tỷ lệ nguyên liệu, nhiệt độ và thời gian chiết xuất đều ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng. Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất là rất quan trọng để đạt được sản phẩm chất lượng cao.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết xuất

Tỷ lệ giữa bột lá cỏ ngọt và nước trong quá trình chiết xuất cần được điều chỉnh hợp lý, thường là từ 1:20 đến 1:25. Nhiệt độ và thời gian chiết xuất cũng cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

2.2. Vấn đề về độ tinh khiết của sản phẩm

Độ tinh khiết của steviosid và rebaudiosid A là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng. Các tạp chất có thể ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu quả của sản phẩm, do đó cần có các phương pháp tinh chế hiệu quả.

III. Phương pháp chiết xuất steviosid và rebaudiosid A hiệu quả

Quy trình chiết xuất steviosid và rebaudiosid A từ cây cỏ ngọt bao gồm nhiều bước quan trọng. Từ việc chuẩn bị nguyên liệu đến các bước chiết xuất, tinh chế và phân lập, mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Sử dụng các dung môi như nước, metanol và etanol là những phương pháp phổ biến trong quy trình này.

3.1. Quy trình chiết xuất bằng nước

Bột lá cỏ ngọt được chiết xuất bằng nước ở nhiệt độ 75°C trong 240 phút hoặc 100°C trong 30 phút. Quy trình này giúp thu được dịch chiết có chứa steviosid và rebaudiosid A với hiệu suất cao.

3.2. Tinh chế và phân lập steviosid và rebaudiosid A

Sau khi chiết xuất, dịch chiết được tinh chế bằng cách sử dụng metanol và etanol để kết tủa steviosid và rebaudiosid A. Tỷ lệ giữa hỗn hợp glycosid thô và dung môi cần được điều chỉnh để đạt được độ tinh khiết cao nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của steviosid và rebaudiosid A

Steviosid và rebaudiosid A không chỉ được sử dụng làm chất tạo ngọt trong thực phẩm mà còn có nhiều ứng dụng trong ngành dược phẩm. Chúng được coi là an toàn cho sức khỏe và có thể thay thế đường trong nhiều sản phẩm, giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh liên quan đến đường huyết và béo phì.

4.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Steviosid và rebaudiosid A được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm như nước giải khát, bánh kẹo và các loại thực phẩm chức năng. Chúng giúp giảm lượng calo mà không làm mất đi vị ngọt.

4.2. Ứng dụng trong ngành dược phẩm

Ngoài việc làm chất tạo ngọt, steviosid còn có tác dụng hạ đường huyết và hỗ trợ điều trị bệnh tiểu đường. Nghiên cứu cho thấy chúng có thể giúp cải thiện tình trạng sức khỏe cho người mắc bệnh này.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chiết xuất và tinh chế steviosid và rebaudiosid A từ cây cỏ ngọt không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Với nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm tự nhiên, việc phát triển quy trình chiết xuất hiệu quả và an toàn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong tương lai.

5.1. Tương lai của sản phẩm chiết xuất từ cỏ ngọt

Với sự gia tăng nhận thức về sức khỏe, sản phẩm chiết xuất từ cỏ ngọt dự kiến sẽ trở thành lựa chọn phổ biến hơn trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Nghiên cứu và phát triển thêm các sản phẩm mới từ cỏ ngọt sẽ là xu hướng trong tương lai.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình chiết xuất và tinh chế, đồng thời đánh giá tác động lâu dài của steviosid và rebaudiosid A đối với sức khỏe con người. Việc này sẽ giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay trên thế giới, con người tiêu thụ một lượng đường rất đáng kể. Tuy nhiên ngoài mặt lợi đường cũng có những mặt trái của nó do cung cấp nhiều năng lượng nên có thể gây béo phì, cho dù liều lượng sử dụng không đáng kể. Vì vậy để tránh béo phì, tiểu đường thì người ta buộc phải dùng đường ít lại hay dùng một chất tạo ngọt khác để thay thế. Hiện nay, trên thị trường đã có rất nhiều sản phẩm hoá học tạo vị ngọt dùng để thay thế đường như saccharin, sodium cyclamate, sucrolose, acefulfame potassium nhưng phổ biến nhất là chất aspartame.

Mặc dù các loại đường này rẻ tiền và tiện dụng nhưng người ta rất e ngại khi sử dụng vì chúng có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người về lâu về dài. Qua một số nghiên cứu cho thấy saccharin gây ung thư bàng quang ở chuột. Vì vậy saccharin đã bị cấm sử dụng ở một số quốc gia. Trước các nguy hại của đường hoá học, tâm lý chung của người tiêu dùng là muốn tìm lại sản phẩm đường tự nhiên ly trích từ thực vật.

Cây Cỏ Ngọt (Stevia rebaudiana Bertoni) là loại thảo dược có nguồn gốc từ Nam Mỹ, lá cây Cỏ Ngọt có chứa các chất ngọt tự nhiên như steviosid (4-13% trên trọng lượng khô), rebaudiosid A (2-4%), rebaudiosid C, rebaudiosid B (1– 2%), rebaudiosid D, rebaudiosid E và dulcosid A (0,4–0,7%) (Kinghorn et al.Trong đó độ ngọt của rebaudiosid A gấp 250 – 450 lần so với đường mía và steviosid khoảng 300 lần so với đường mía (Cramer et al. Chất tạo ngọt chứa trong cây Cỏ Ngọt là loại chất tạo ngọt không sinh năng lượng. Ngoài ra, chất tạo ngọt trong cây Cỏ Ngọt còn điều trị được bệnh tiểu đường, hạ đường huyết (Lailerd et al.,2004), béo phì, sâu răng, tăng huyết áp (Dyrskog et al., 2005), kháng vi khuẩn, kháng nấm, kháng virus, kháng viêm (Ghosh et al. Đặc biệt trong cây Cỏ Ngọt có hai loại chất tạo ngọt steviosid và rebaudiosid A với độ ngọt cao và chiếm hàm lượng lớn nhất.Từ 1 Đề tài cấp trường 2014 – 2015 Trường Đại học Tây Đô những lợi ích to lớn đó đã dẫn đến nhu cầu con người muốn sử dụng sản phẩm chất tạo ngọt tự nhiên, đặc biệt là hai loại chất tạo ngọt steviosid và rebaudiosid A.

Do đó việc ly trích và tinh sạch để có hai loại chất tạo ngọt steviosid và rebaudiosid A với độ sạch cao, an toàn cho thực phẩm và dược phẩm là rất cần thiết. Xuất phát từ thực tế này, “Nghiên cứu chiết xuất và tinh sạch steviosid và rebaudiosid A từ cây Cỏ Ngọt (Stevia rebaudiana) làm chất tạo ngọt trong thực phẩm và dược phẩm” được thực hiện nhằm góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của con người.2 Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng quy trình chiết xuất, tinh sạch 02 hợp chất tự nhiên đặc trưng từ cây Cỏ Ngọt là steviosid và rebaudiosid A làm chất tạo ngọt trong thực phẩm và dược phẩm.3 Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu trên, đề tài đã tiến hành 3 nội dung chính sau đây: - Khảo sát tỷ lệ chiết giữa nước và nguyên liệu trong quá trình ly trích hỗn hợp glucosid thô. - Khảo sát thời gian và nhiệt độ trong quá trình ly trích hỗn hợp glucosid thô. - Phân lập và tinh sạch hai loại chất tạo ngọt steviosid và rebaudiosid A 2 Đề tài cấp trường 2014 – 2015 Trường Đại học Tây Đô CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Lịch sử về cây Cỏ Ngọt Vào năm 1887, MS Bertoni, một nhà thực vật học là người châu Âu đầu tiên nghiên cứu về Cỏ Ngọt.

Sau đó vào năm 1931, nhà hóa học Pháp đã ly trích được steviosid. Steviosid là hợp chất tinh thể màu trắng có độ ngọt rất cao.Từ đó Cỏ Ngọt được sử dụng như một chất làm ngọt ở Anh trong thế chiến II. Nhật Bản đã sử dụng Cỏ Ngọt để thay thế cho saccharin sau khi nó bị cấm sử dụng vào những năm của thập niên 70 và chất ngọt từ Cỏ Ngọt được tiêu thụ tại Nhật Bản với số lượng rất lớn so với bất kỳ quốc gia nào khác. Tại Bắc Mỹ và Châu Âu, Cỏ Ngọt bắt đầu được sử dụng như là sản phẩm thảo dược và có sẵn trên thị trường vào những năm 1970 và 1980.

Cỏ Ngọt đã được chiết xuất và cho phép sử dụng ở Mỹ vào năm 1994.2 Đặc điểm, tính vị và công dụng của cây Cỏ Ngọt 2.1 Thực vật học (Đỗ Huy Bích et al., 2004) Tên khoa học: Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley.2 Cây Cỏ Ngọt 3 Đề tài cấp trường 2014 – 2015 Trường Đại học Tây Đô Họ: Cúc (Asteraceae). Cây thảo nhỏ, sống nhiều năm, cao 0,5 - 0,6 m và có khi cao tới 1m. Thân cứng mọc thẳng, có rãnh dọc và nhiều lông mịn, ít phân nhánh.Lá mọc đối, hình mác hoặc bầu dục, gốc thuôn, đầu tù hoặc hơi nhọn dài 5 -7 cm, rộng 1 - 1 , 5 cm, có 3 gân, 4-6 đôi răng nhọn ở phần nửa về phía đầu lá, hai mặt có lông trắng mịn, nhấm lá thấy có vị ngọt rất đậm, cuống lá rất ngắn. Hoa lưỡng tính, tụ họp thành đầu màu trắng ở ngọn.

Quả bế, không có mào lông, hạt không có nội nhũ. Mùa hoa khoảng tháng 5-9 2.2 Phân bố, sinh thái (Đỗ Huy Bích et al., 2004) Chi Stevia Cav không có một đại diện nào ở vùng châu Á. Cỏ Ngọt đang được trồng phố biến ở Việt Nam hiện nay, được nhập nội từ một nước Nam Mỹ (nguồn gốc ở Paraguay) năm 1988. Cỏ Ngọt là cây ưa ấm và ưa sáng, có thể chịu bóng hoặc ưa bóng vào thời kỳ cây con.

Vốn là cây ở vùng nhiệt đới, Cỏ Ngọt trồng ở Việt Nam sinh trưởng và phát triển tốt vào vụ xuân - hè. Về mùa đông, cây có hiện tượng rụng lá và hơi tàn lụi. Cây ra hoa, quả nhiều hàng năm. Tuy nhiên, người ta thường áp dụng cách nhân giống bằng cắm cành.3 Bộ phận dùng (Đỗ Huy Bích et al., 2004) Phần trên mặt đất của cây Cỏ Ngọt.

Thu hái lúc cây xum xuê.4 Tác dụng dược lý (Đỗ Huy Bích et al.1 Tác dụng hạ đường huyết: thành phần steviosid trong lá cây Cỏ Ngọt có tác dụng làm đường huyết giảm rõ rệt ở thỏ, chuột cống trắng và bệnh nhân mắc bệnh đái tháo đường.2 Tác dụng giãn mạch: steviosid có tác dụng làm giãn tĩnh mạch toàn thân rõ rệt. 4 Đề tài cấp trường 2014 – 2015 Trường Đại học Tây Đô 2.3 Tác dụng trên thận và huyết áp: thành phần steviosid trong lá cây Cỏ Ngọt có tác dụng làm tăng lưu lượng huyết tương qua thận (RPF), tăng tốc độ lọc cầu thận (GFR), hạ huyết áp, tăng bài niệu và tăng thải trừ natri.4 Tác dụng kháng khuẩn Cao lá Cỏ Ngọt có tác dụng đối với Pseudomonas aeruginosa và Proteus vulgaris. Chưa thấy tài liệu công bố về tác dụng trên các vi khuẩn Streptococcus inutans, Lactobacillus plantarum và Lactobacillus casei là những vi khuẩn có liên quan đến quá trình sún răng ở trẻ em, vì hiện nay có dùng steviosid thay thế đường trong chế biến bánh kẹo.5 Liều dùng an toàn ở người Nồng độ steviosid trong một số nước giải khát ở Nhật Bản là 0,005 - 0,007%. Nếu một ngày uống 1 lít thì lượng steviosid đưa vào cơ thể là 0,05 - 0,07g tương ứng với khoảng lg lá Cỏ Ngọt.

Điều đó có thể được chấp nhận vì là liều an toàn, đã được Nhà nước Nhật cho phép.6 Độc tính cấp: Cho chuột uống steviosid với liều 2g/kg không thấy có chuột chết và cũng không thấy có biểu hiện độc sau 2 tuần theo dõi.7 Độc tính bán cấp: Cho chuột cống trắng ăn với liều dùng hàng ngày 0,5g/kg trong 56 ngày, các thông số theo dõi gồm cân nặng, các chỉ tiêu huyết học, các chỉ tiêu hoá sinh và xét nghiệm tổ chức học gan đều bình thường.8 Độc tính trên thận: Thí nghiệm trên chuột cống trắng, liều cao steviosid có thể gây độc với thận, làm tăng urê và creatinin huyết thanh.Tiêm tĩnh mạch cho chuột cống trắng, liều 0,4; 0,8; 1,2; l,6g/kg rồi theo dõi độ thanh thải của một số chất có so sánh với lô đối chứng, thấy từ liều 0,8g/kg trở lên độ thanh thải inulin không thay đổi, chứng tỏ chức năng lọc cầu thận không bị ảnh hưởng. Độ thanh thải của glucose tăng, chứng tỏ chức năng tái hấp thu của ống lượn gần bị suy giảm, 5 Đề tài cấp trường 2014 – 2015 Trường Đại học Tây Đô một phần glucose không được tái hấp thu và đã bị thải trừ qua nước tiểu. Độ thanh thải steviosid cao hơn độ thanh thải inulin, chứng tỏ steviosid còn bị thải trừ qua niêm mạc của ống thận. Ngoài ra, steviosid cũng gây bài niệu tăng thải natri niệu và làm tăng độ thanh thải của para-aminohippuric.

Tiêm dưới da cho chuột cống trắng với liều 1,5g/kg, kết quả thấy những thay đổi giống thí nghiệm trên là tăng nồng độ urê và creatinin trong huyết thanh, thấy glucose trong nước tiểu. Ngoài ra về tổ chức bệnh học, thấy có biến đổi hình thái ở tế bào niêm mạc ống lượn gần. Những tổn thương này là do hoạt động của 2 enzym phosphatase kiềm và gama-glutamyl-transpeptidase tăng lên. Những enzym này khu trú chủ yếu ở điểm bàn chải của tế bào ống lượn gần.9 Khả năng gây đột biến Nhiều thí nghiệm nghiên cứu khả năng gây đột biến trên các chủng Salmonella typhimurium TA 98, TA 100, TA 1535, TA 1538 và TM 677, hoặc trên chủng Escherichia coli WP2 đều xác định cao Cỏ Ngọt không gây đột biến.

Có nghiên cứu cho biết một số chất chuyển hoá của steviosid lại có thể gây đột biến. Mặc dù steviosid không bị chuyển hoá trong cơ thể và thải trừ nguyên vẹn qua nước tiểu. Song người ta lo ngại một số tạp khuẩn vùng màng tràng có thể phân giải được steviosid.5 Tính vị, công năng (Đỗ Huy Bích et al., 2004) Cỏ Ngọt có vị ngọt rất đậm, có ích cho người đái tháo đường và người béo phì, thuốc ít độc.6 Công dụng (Đỗ Huy Bích et al., 2004) Chữa đái tháo đường: Cỏ Ngọt và steviosid có vị ngọt sẽ làm giảm nhu cầu chất đường và chất bột của người bệnh, vì thế sẽ làm giảm đường huyết. Liều dùng theo thử nghiệm ở Braxin là mỗi lần 0,25g steviosid (hoặc 2,5g lá Cỏ 6 Đề tài cấp trường 2014 – 2015 Trường Đại học Tây Đô Ngọt), ngày 4 lần, uống nhiều ngày.

Ngoài ra Cỏ Ngọt và steviosid còn chữa béo phì do có vị ngọt sẽ làm giảm nhu cầu chất đường và chất bột của cơ thể, nên cũng có tác dụng chữa béo phì. Liều dùng 0,5 - lg steviosid chia ra 3 - 4 lần trong ngày, uống nhiều ngày. Lá Cỏ Ngọt hoặc steviosid thường dùng làm chất điều vị cho các loại trà thuốc, trà túi lọc tỷ lệ lá Cỏ Ngọt hoặc steviosid trong đó thường thấp.