Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất polyphenol trong quả sơn tra (Malus doumeri Bois Chev)

• Tác giả: Le Huy Ky
• Người hướng dẫn: PGS. Đồng Thị Anh Đào
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của polyphenol trong quả sơn tra
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TONG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về quả Sơn tra
• 1.2. Tên gọi, phân loại khoa học
• 1.3. Nguồn gốc và phân bố
• 1.4. Thành phần hóa học
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu và phương tiện
• 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 2.3. Nguyên vật liệu
• 2.4. Dụng cụ, thiết bị
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6. Quy trình trích ly polyphenol trong quả Sơn tra
• 2.7. Quy trình sản xuất bột polyphenol từ quả Sơn tra
• 2.8. Sơ đồ nghiên cứu và bố trí thí nghiệm
• 2.9. Bố trí thí nghiệm
• 2.10. Xử lý số liệu
• 2.11. Khảo sát đặc tính nguyên liệu
• 2.12. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dung môi: cơ chất
• 2.13. Ảnh hưởng của nồng độ ethanol
• 2.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
• 2.15. Ảnh hưởng của pH
• 2.16. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
• 2.17. Ảnh hưởng của tốc độ lắc
• 2.18. Ảnh hưởng của số bậc trích ly
• 2.19. Ảnh hưởng của sóng siêu âm
• 2.20. Ảnh hưởng của việc sử dụng sóng siêu âm đến nhiệt độ trích ly tối ưu
• 2.21. Ảnh hưởng của việc sử dụng sóng siêu âm đến thời gian trích ly tối ưu
• 2.22. Kết quả kiểm tra chất lượng trong bột polyphenol thành phẩm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về quả Sơn tra

Quả Sơn tra, với tên khoa học là Malus doumeri (Bois) Chev, thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae). Loại quả này không chỉ nổi bật với hương vị chua chát mà còn chứa nhiều hợp chất quý giá, đặc biệt là polyphenol. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng polyphenol trong quả Sơn tra có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Quá trình trích ly các hợp chất này từ quả Sơn tra đã được thực hiện để khảo sát hiệu quả của chúng trong việc cải thiện sức khỏe con người. Theo nghiên cứu, việc sử dụng dung môi phù hợp trong quá trình trích ly có thể làm tăng hiệu suất và hoạt tính của các hợp chất này. Quá trình này không chỉ đơn thuần là trích ly mà còn là một bước quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm từ thiên nhiên có lợi cho sức khỏe.

1.1. Thành phần hóa học của quả Sơn tra

Quả Sơn tra chứa nhiều hợp chất phenolic, bao gồm flavonoid và acid phenolic, có tác dụng chống oxy hóa và hỗ trợ sức khỏe. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng polyphenol trong quả Sơn tra có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện sinh trưởng và phương pháp chế biến. Việc xác định thành phần hóa học này là cần thiết để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của chúng trong cơ thể. Các hợp chất như quercetin, catechin và epicatechin đã được xác định là có khả năng chống oxy hóa cao, góp phần vào việc bảo vệ tế bào khỏi các tác động của stress oxy hóa. Sự phong phú của các hợp chất này không chỉ làm cho quả Sơn tra trở thành một thực phẩm bổ dưỡng mà còn là một nguồn tài nguyên quý giá cho ngành dược phẩm.

II. Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa

Hoạt tính chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol trong quả Sơn tra đã được khảo sát thông qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) được sử dụng phổ biến. Kết quả cho thấy, dịch trích ly từ quả Sơn tra có khả năng bắt gốc tự do cao, với giá trị IC50 đáng kể. Việc khảo sát này không chỉ giúp đánh giá hiệu quả của polyphenol mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho việc phát triển các sản phẩm chức năng từ thiên nhiên. Các yếu tố như tỷ lệ dung môi, nhiệt độ và thời gian trích ly đều có ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa của dịch trích. Cụ thể, tỷ lệ dung môi ethanol/nước (60:40) cho thấy hiệu suất trích ly cao nhất, với hoạt tính chống oxy hóa đạt 8,35 x 10* mol.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiệt độ và thời gian trích ly là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol trong dịch trích. Việc sử dụng sóng siêu âm trong quá trình trích ly cũng mang lại hiệu quả tích cực, giúp tăng cường khả năng chống oxy hóa của các hợp chất này. Các thí nghiệm cho thấy, khi sử dụng sóng siêu âm, hàm lượng polyphenol trong dịch trích tăng đáng kể, cho thấy tiềm năng ứng dụng của công nghệ này trong việc tối ưu hóa quy trình trích ly. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm từ quả Sơn tra, không chỉ trong ngành thực phẩm mà còn trong lĩnh vực dược phẩm.

III. Tác động của polyphenol đối với sức khỏe

Các hợp chất polyphenol trong quả Sơn tra không chỉ có tác dụng chống oxy hóa mà còn có nhiều lợi ích sức khỏe khác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chúng có khả năng giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như bệnh tim mạch, tiểu đường và một số loại ung thư. Ngoài ra, polyphenol còn giúp cải thiện chức năng miễn dịch và giảm viêm. Việc hiểu rõ về tác động của các hợp chất này đối với sức khỏe con người không chỉ giúp nâng cao giá trị của quả Sơn tra mà còn mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm chức năng từ thiên nhiên. Thực phẩm chức năng từ quả Sơn tra có thể trở thành một lựa chọn tốt cho những ai tìm kiếm giải pháp tự nhiên để bảo vệ sức khỏe.

3.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Với những lợi ích sức khỏe nổi bật, quả Sơn tra và các hợp chất polyphenol đang được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm. Các sản phẩm từ quả Sơn tra như nước ép, trà và thực phẩm bổ sung không chỉ mang lại hương vị đặc trưng mà còn cung cấp nhiều dưỡng chất có lợi. Việc phát triển các sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Sự kết hợp giữa khoa học và công nghệ trong việc chế biến thực phẩm từ quả Sơn tra sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp thực phẩm, đồng thời nâng cao nhận thức của người tiêu dùng về các sản phẩm tự nhiên.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện nay, việc sử dụng các sản phẩm có hoạt tính sinh học từ thiên nhiên ngày càng được quan tâm rộng rãi do tiềm năng chăm sóc và cải thiện sức khỏe con người. Quả Sơn tra (Malus doumeri (Bois) Chev), một loại quả thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae), đã được sử dụng phổ biến trong y học cổ truyền với nhiều công dụng như hỗ trợ tiêu hóa, kháng khuẩn, bảo vệ tim mạch và chống oxy hóa. Tuy nhiên, các nghiên cứu chuyên sâu về thành phần hóa học và hoạt tính chống oxy hóa của quả Sơn tra tại Việt Nam còn hạn chế, đặc biệt là về hợp chất polyphenol – nhóm hợp chất có vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa stress oxy hóa và các bệnh lý liên quan.

Luận văn thạc sĩ này nhằm mục tiêu trích ly và khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất polyphenol trong quả Sơn tra, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ dung môi, nhiệt độ, pH, thời gian trích ly và sóng siêu âm đến hiệu suất trích ly và hoạt tính của polyphenol. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2014 tại phòng thí nghiệm Công ty Cổ phần Dược Nature Việt Nam, sử dụng nguyên liệu quả Sơn tra thu hái tại xã Nậm Khắt, huyện Mù Cang Chải, tỉnh Yên Bái.

Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học cụ thể về thành phần polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa của quả Sơn tra Việt Nam mà còn góp phần phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng và dược liệu có nguồn gốc tự nhiên, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sức khỏe cộng đồng. Các chỉ số hoạt tính chống oxy hóa được đo bằng phương pháp DPPH cho thấy dịch chiết polyphenol có khả năng bắt gốc tự do cao, với giá trị lên đến 8,35 x 10⁻⁶ mol trong dịch trích và 28,32 x 10⁻⁶ mol trong bột polyphenol thành phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa trong thực vật:

• Lý thuyết về polyphenol thực vật: Polyphenol là nhóm hợp chất phenolic có cấu trúc vòng thơm liên kết với nhóm hydroxyl, bao gồm các nhóm chính như flavonoid, acid hydroxybenzoic, acid hydroxycinnamic, tannin và lignan. Polyphenol có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ nhờ khả năng bắt gốc tự do, ức chế enzyme tạo gốc tự do và ngăn chặn kim loại chuyển tiếp tham gia phản ứng oxy hóa.

• Mô hình hoạt tính chống oxy hóa DPPH: Phương pháp DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) được sử dụng để đánh giá khả năng bắt gốc tự do của các hợp chất polyphenol trong dịch chiết. Hoạt tính chống oxy hóa được biểu diễn qua khả năng giảm nồng độ gốc DPPH tự do.

• Ảnh hưởng của các yếu tố trích ly: Tỷ lệ dung môi ethanol/nước, nhiệt độ, pH, thời gian trích ly và sự hỗ trợ của sóng siêu âm được xem là các biến số quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là quả Sơn tra sấy khô, thái lát mỏng, thu hái tại Yên Bái. Các hóa chất sử dụng gồm ethanol 99,5%, thuốc thử Folin-Ciocalteu, DPPH, acid gallic và các hóa chất chuẩn khác. Thiết bị chính gồm máy đo quang Lambda 25, máy sắc ký lỏng cao áp (HPLC), bể siêu âm 37 kHz, máy đo pH và các dụng cụ phòng thí nghiệm tiêu chuẩn.

• Phương pháp chọn mẫu: Quả Sơn tra được thu mua từ vùng trồng truyền thống, đảm bảo độ đồng nhất về chất lượng. Mẫu được chuẩn bị bằng cách sấy khô, thái lát và bảo quản lạnh trước khi trích ly.

• Quy trình trích ly: Sử dụng dung môi hỗn hợp ethanol và nước với tỷ lệ thay đổi, kết hợp với điều chỉnh nhiệt độ, pH và thời gian trích ly. Sóng siêu âm được áp dụng để tăng hiệu suất trích ly bằng cách phá vỡ cấu trúc tế bào, giúp giải phóng polyphenol.

• Phân tích dữ liệu: Hàm lượng polyphenol tổng được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteu, hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá qua phương pháp DPPH. Các kết quả được xử lý thống kê, so sánh giữa các điều kiện trích ly khác nhau để xác định điều kiện tối ưu.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong 5 tháng, từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2014, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, thí nghiệm trích ly, phân tích mẫu và xử lý số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi ethanol/nước: Tỷ lệ ethanol 60% và nước 40% cho hiệu suất trích ly polyphenol cao nhất, với hàm lượng polyphenol tổng đạt khoảng 28,32 mg GAE/g mẫu. Hoạt tính chống oxy hóa DPPH của dịch trích ly đạt 8,35 x 10⁻⁶ mol, cao hơn đáng kể so với các tỷ lệ khác.

2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly: Nhiệt độ trích ly tối ưu là 60°C, giúp tăng hàm lượng polyphenol lên khoảng 25% so với nhiệt độ thấp hơn. Nhiệt độ cao hơn 70°C làm giảm hoạt tính chống oxy hóa do sự phân hủy polyphenol.

3. Ảnh hưởng của pH dung môi: pH trung tính (khoảng 6-7) là điều kiện tốt nhất để duy trì hoạt tính chống oxy hóa và hàm lượng polyphenol trong dịch trích. pH quá cao hoặc quá thấp làm giảm hiệu quả trích ly do biến đổi cấu trúc polyphenol.

4. Tác động của sóng siêu âm: Sử dụng sóng siêu âm 37 kHz trong quá trình trích ly làm tăng hàm lượng polyphenol trong dịch trích lên khoảng 30% so với phương pháp truyền thống. Hoạt tính chống oxy hóa cũng được cải thiện rõ rệt, thể hiện qua giá trị DPPH tăng từ 6,4 x 10⁻⁶ mol lên 8,35 x 10⁻⁶ mol.

Thảo luận kết quả

Các kết quả cho thấy tỷ lệ dung môi ethanol/nước là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly polyphenol, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về chiết xuất polyphenol từ thực vật. Nhiệt độ trích ly vừa phải giúp tăng khả năng hòa tan polyphenol mà không gây phân hủy các hợp chất nhạy nhiệt. pH trung tính duy trì sự ổn định của polyphenol, tránh hiện tượng biến đổi cấu trúc gây mất hoạt tính.

Việc ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ quá trình trích ly là một bước tiến quan trọng, giúp phá vỡ cấu trúc tế bào quả Sơn tra, tăng cường giải phóng polyphenol và nâng cao hoạt tính chống oxy hóa. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu về chiết xuất polyphenol từ các loại quả và thảo dược khác, khẳng định tính hiệu quả của công nghệ siêu âm trong ngành công nghệ thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hàm lượng polyphenol và hoạt tính DPPH dưới các điều kiện trích ly khác nhau, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của từng yếu tố. Bảng tổng hợp số liệu cũng hỗ trợ việc phân tích và so sánh hiệu quả các phương pháp trích ly.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng tỷ lệ dung môi ethanol/nước 60:40 trong quy trình trích ly polyphenol nhằm tối ưu hóa hàm lượng hoạt chất và hoạt tính chống oxy hóa, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm polyphenol từ quả Sơn tra. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm.

2. Kiểm soát nhiệt độ trích ly ở mức 60°C để đảm bảo hiệu quả trích ly tối ưu mà không làm giảm hoạt tính polyphenol. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất và phòng thí nghiệm nghiên cứu.

3. Sử dụng sóng siêu âm 37 kHz hỗ trợ quá trình trích ly nhằm tăng hiệu suất và giảm thời gian chiết xuất, đồng thời nâng cao hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm. Thời gian áp dụng: trong vòng 6 tháng tới để đánh giá hiệu quả trên quy mô công nghiệp.

4. Điều chỉnh pH dung môi trích ly ở mức trung tính (6-7) để duy trì sự ổn định của polyphenol và hoạt tính sinh học, tránh các biến đổi không mong muốn trong quá trình chiết xuất. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên phòng thí nghiệm và nhà sản xuất.

5. Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục về ứng dụng polyphenol từ quả Sơn tra trong các sản phẩm thực phẩm chức năng và dược liệu, nhằm khai thác tối đa tiềm năng dược lý và kinh tế của nguyên liệu bản địa. Thời gian: dài hạn, phối hợp giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm và Dược liệu: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về trích ly polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa, hỗ trợ phát triển đề tài nghiên cứu và luận văn chuyên ngành.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm từ thảo dược: Thông tin về quy trình trích ly tối ưu và ứng dụng sóng siêu âm giúp cải tiến công nghệ sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Chuyên gia dinh dưỡng và y học cổ truyền: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học về thành phần và tác dụng sinh học của quả Sơn tra, hỗ trợ tư vấn và phát triển sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

4. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp vùng Tây Bắc Việt Nam: Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị kinh tế của quả Sơn tra, thúc đẩy phát triển bền vững ngành nông nghiệp địa phương.

Câu hỏi thường gặp

1. Polyphenol là gì và tại sao quan trọng trong quả Sơn tra?
   Polyphenol là nhóm hợp chất phenolic có khả năng chống oxy hóa mạnh, giúp ngăn ngừa stress oxy hóa và các bệnh mãn tính. Trong quả Sơn tra, polyphenol góp phần tạo nên hoạt tính sinh học quý giá như bảo vệ tim mạch và kháng khuẩn.

2. Tại sao sử dụng hỗn hợp ethanol và nước để trích ly polyphenol?
   Hỗn hợp ethanol và nước có độ phân cực phù hợp giúp hòa tan tốt các hợp chất polyphenol, tăng hiệu suất trích ly so với dung môi đơn lẻ. Tỷ lệ 60:40 được xác định là tối ưu trong nghiên cứu này.

3. Sóng siêu âm hỗ trợ quá trình trích ly như thế nào?
   Sóng siêu âm tạo ra các bọt khí nhỏ trong dung môi, khi vỡ sẽ phá vỡ cấu trúc tế bào, giúp giải phóng polyphenol nhanh hơn và nhiều hơn, đồng thời giảm thời gian trích ly và tăng hoạt tính chống oxy hóa.

4. Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp nào?
   Phương pháp DPPH được sử dụng để đo khả năng bắt gốc tự do của dịch chiết polyphenol, là chỉ số quan trọng phản ánh hiệu quả chống oxy hóa của hợp chất.

5. Nghiên cứu này có thể ứng dụng thực tiễn như thế nào?
   Kết quả nghiên cứu giúp phát triển quy trình sản xuất bột polyphenol từ quả Sơn tra với chất lượng cao, ứng dụng trong thực phẩm chức năng, dược phẩm và mỹ phẩm, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.

Kết luận

• Luận văn đã xác định được điều kiện trích ly tối ưu polyphenol từ quả Sơn tra gồm tỷ lệ dung môi ethanol/nước 60:40, nhiệt độ 60°C, pH trung tính và thời gian trích ly phù hợp.
• Việc sử dụng sóng siêu âm 37 kHz làm tăng đáng kể hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết.
• Hoạt tính chống oxy hóa DPPH của dịch trích và bột polyphenol thành phẩm đạt giá trị cao, chứng minh tiềm năng ứng dụng trong y dược và thực phẩm chức năng.
• Nghiên cứu góp phần làm rõ thành phần hóa học và tác dụng sinh học của quả Sơn tra Việt Nam, bổ sung kiến thức khoa học cho ngành Công nghệ Thực phẩm và Dược liệu.
• Đề xuất áp dụng quy trình trích ly tối ưu và công nghệ sóng siêu âm trong sản xuất, đồng thời khuyến khích nghiên cứu mở rộng ứng dụng polyphenol trong các lĩnh vực chăm sóc sức khỏe.

Hành động tiếp theo là triển khai quy trình sản xuất thử nghiệm trên quy mô công nghiệp và nghiên cứu sâu hơn về tính ổn định cũng như hiệu quả sinh học của sản phẩm polyphenol từ quả Sơn tra. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích hợp tác để phát huy tối đa giá trị của nguồn nguyên liệu quý này.