Luận án tiến sĩ kỹ thuật hóa học - Nghiên cứu thành phần hóa học và xây dựng quy trình chiết xuất táo mèo (Docynia indica) tại Việt Nam

• Tác giả: Lê Xuân Duy
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Đình Hoàng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu thành phần hóa học và xây dựng quy trình công nghệ chiết xuất để tạo sản phẩm có giá trị từ quả táo mèo (Docynia indica (Wall.) Decne) ở Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về thành phần hóa học và giá trị của quả táo mèo

Quả táo mèo (Docynia indica) thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae) và chi Táo mèo (Docynia). Loại quả này phân bố rộng rãi ở Việt Nam và một số tỉnh trọng điểm có sản lượng cao. Thành phần hóa học của quả táo mèo bao gồm các hợp chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp. Các nghiên cứu trước đây đã phân lập được một số hợp chất có hoạt tính sinh học như flavonoid, saponin và phenolic. Quả táo mèo có tiềm năng tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và ứng dụng trong y học.

1.1. Giới thiệu về cây táo mèo và phân bố

Cây táo mèo là một loài thực vật thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae) và chi Táo mèo (Docynia). Quả táo mèo phân bố rộng rãi ở các tỉnh miền núi phía Bắc của Việt Nam, đặc biệt là ở các tỉnh như Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn. Loại quả này thường mọc hoang và được thu hoạch vào mùa thu.

1.2. Thành phần hóa học cơ bản của quả táo mèo

Thành phần hóa học của quả táo mèo bao gồm các hợp chất chuyển hóa sơ cấp như carbohydrates, protein, lipid và các hợp chất chuyển hóa thứ cấp như flavonoid, saponin, phenolic. Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định giá trị dinh dưỡng và hoạt tính sinh học của quả táo mèo.

II. Phân tích thành phần hóa học và vấn đề chiết xuất

Phân tích thành phần hóa học của quả táo mèo đã chỉ ra sự hiện diện của nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, việc chiết xuất và tách các hợp chất này vẫn còn nhiều thách thức. Các phương pháp chiết xuất truyền thống thường có hạn chế về hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các quy trình công nghệ chiết xuất hiện đại là cần thiết để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao.

2.1. Phương pháp chiết xuất truyền thống và hạn chế

Các phương pháp chiết xuất truyền thống như chiết xuất bằng dung môi hữu cơ, chiết xuất bằng phương pháp Soxhlet thường có hạn chế về hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Các phương pháp này cũng thường gây ô nhiễm môi trường và không an toàn cho người sử dụng.

2.2. Nhu cầu về quy trình công nghệ chiết xuất hiện đại

Để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao từ quả táo mèo, việc nghiên cứu và phát triển các quy trình công nghệ chiết xuất hiện đại là cần thiết. Các phương pháp chiết xuất hiện đại như chiết xuất bằng siêu âm, chiết xuất bằng vi sóng, chiết xuất bằng phương pháp hỗ trợ enzyme có thể giúp cải thiện hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

III. Giải pháp và phương pháp chiết xuất để tạo sản phẩm có giá trị

Để giải quyết các vấn đề về chiết xuất và tạo ra các sản phẩm có giá trị từ quả táo mèo, cần áp dụng các phương pháp chiết xuất hiện đại và quy trình công nghệ tiên tiến. Việc sử dụng các phương pháp chiết xuất hỗ trợ bằng siêu âm, vi sóng, enzyme có thể giúp cải thiện hiệu suất chiết xuất và chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, việc ứng dụng các công nghệ như nanoencapsulation, microencapsulation cũng có thể giúp bảo vệ và nâng cao hoạt tính sinh học của các hợp chất có trong quả táo mèo.

3.1. Áp dụng phương pháp chiết xuất hiện đại

Các phương pháp chiết xuất hiện đại như chiết xuất bằng siêu âm, chiết xuất bằng vi sóng, chiết xuất bằng phương pháp hỗ trợ enzyme đã được chứng minh là có thể giúp cải thiện hiệu suất chiết xuất và chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng các phương pháp này vào quy trình chiết xuất quả táo mèo có thể giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị cao.

3.2. Ứng dụng công nghệ nanoencapsulation microencapsulation

Công nghệ nanoencapsulation, microencapsulation có thể giúp bảo vệ và nâng cao hoạt tính sinh học của các hợp chất có trong quả táo mèo. Việc ứng dụng các công nghệ này vào quy trình sản xuất có thể giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị cao và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y học và ngành thực phẩm.

IV. Kết luận và ứng dụng

Quả táo mèo có tiềm năng tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế và ứng dụng trong y học. Việc nghiên cứu và phát triển các quy trình công nghệ chiết xuất hiện đại có thể giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị cao từ quả táo mèo. Các sản phẩm này có thể được ứng dụng trong y học, ngành thực phẩm và mỹ phẩm.

4.1. Tiềm năng ứng dụng của quả táo mèo

Quả táo mèo có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y học, ngành thực phẩm và mỹ phẩm. Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong quả táo mèo có thể giúp phòng và chữa bệnh, cũng như cải thiện sức khỏe con người.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng sản phẩm

Hướng phát triển và ứng dụng sản phẩm từ quả táo mèo bao gồm việc tạo ra các sản phẩm thực phẩm chức năng, dược phẩm, mỹ phẩm. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các quy trình công nghệ chiết xuất hiện đại sẽ giúp tạo ra các sản phẩm có giá trị cao và có tiềm năng ứng dụng rộng rãi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÊ XUÂN DUY NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT XUẤT ĐỂ TẠO SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ TỪ QUẢ TÁO MÈO (DOCYNIA INDICA (WALL.) DECNE) Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÊ XUÂN DUY NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT XUẤT ĐỂ TẠO SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ TỪ QUẢ TÁO MÈO (DOCYNIA INDICA (WALL.) DECNE) Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số chuyên ngành: 9.01 Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Mạnh Cường Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Vũ Đình Hoàng và PGS. TS Nguyễn Mạnh Cường. Các số liệu và kết quả thu được trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Xuân Duy Ngũ Trường Nhân ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Với sự kính trọng, lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. Nguyễn Mạnh Cường và PGS. Vũ Đình Hoàng là những người thầy đã hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của Ban lãnh đạo Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới tập thể cán bộ Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển sản phẩm thiên nhiên, Phòng Hóa sinh hữu cơ Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên đã giúp đỡ tôi nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS. Young Ho Kim, Khoa Dược, Trường Đại học Chungnam, Hàn Quốc đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện luận án Cuối cùng, tôi xin gửi lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn quan tâm, giúp đỡ, khích lệ và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Lê Xuân Duy iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC . iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC CÁC BẢNG. ix DANH MỤC CÁC HÌNH .xii DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC . xv MỞ ĐẦU . Giới thiệu về cây táo mèo . Vài nét về họ Hoa hồng (Rosaceae) . Vài nét về chi Táo mèo (Docynia) . Phân bố và sản lượng táo mèo ở một số tỉnh trọng điểm nước ta . Thành phần hóa học của táo mèo . Các thành phần hóa học cơ bản. Các hợp chất chuyển hóa thứ cấp được phân lập từ quả táo mèo . Hoạt tính sinh học của táo mèo . Tình hình khai thác, chế biến và sử dụng quả táo mèo . Các sản phẩm chế biến truyền thống . Các sản phẩm chế biến theo công nghệ hiện đại . Định hướng nghiên cứu . Vài nét về nhóm hợp chất phenolic . Đặc điểm chung của các hợp chất phenolic . Phân loại và hoạt tính sinh học các hợp chất phenolic . Chiết xuất phenolic từ thực vật . Giới thiệu về phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) và tối ưu hóa quy trình công nghệ hóa học . 27 CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . Đối tượng nghiên cứu . Phương pháp nghiên cứu . Phương pháp định lượng một số thành phần hóa học . Phương pháp xử lý, chiết xuất và phân lập các thành phần hóa học . Phương pháp xác định tính chất hóa lý và cấu trúc hóa học . Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học . Phương pháp chiết vi sóng, chiết siêu âm, chiết hồi lưu và chiết soxhlet . Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa quy trình công nghệ . 35 CHƯƠNG III. Điều chế cao chiết tổng và các cao chiết phân đoạn . Sơ đồ phân lập các thành phần hóa học từ cao chiết ethyl acetate quả táo mèo . Các hợp chất phân lập được từ phân đoạn E2 . Các hợp chất phân lập được từ phân đoạn E3 . Các hợp chất phân lập được từ phân đoạn E5 . Các hợp chất phân lập được từ phân đoạn E6 . Các hợp chất phân lập được từ phân đoạn E7 . Các hợp chất phân lập được từ phân đoạn E8 . Nghiên cứu hoạt tính sinh học của cao chiết phân đoạn và thành phần hóa học phân lập được. Quy trình chiết xuất phenolic và thiết lập mô hình nghiên cứu. Quy trình chiết bằng phương pháp soxhlet . Quy trình chiết xuất sử dụng vi sóng . Quy trình chiết xuất sử dụng siêu âm . Quy trình chiết xuất hồi lưu . Quy trình sấy phun và thiết kế mô hình nghiên cứu . Tiến hành thí nghiệm . Thiết kế ma trận kế hoạch thực nghiệm . Sơ đồ định hướng nghiên cứu quy trình công nghệ tạo sản phẩm bột cao chiết táo mèo quy mô phòng thí nghiệm. 47 CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . Xác định cấu trúc các hợp chất phân lập được từ quả táo mèo. Hợp chất mới TM17, (3S-Thunberginol C 6-O-β- D-glucopyranoside) . Hợp chất TM15 (chrysin) . Hợp chất TM2 (quercetin). Hợp chất TM5 (hyperin) . Hợp chất TM36 (myricitrin). Hợp chất TM16 (naringenin) . Hợp chất TM10 (astilbin) . Hợp chất TM7 (naringenin-7-O- β-D-glucopyranoside) . Hợp chất TM30 (2R/S)-5,7,3’,5’-tetrahydroxy-flavanone 7-O-β-D glucopyranosie) . Hợp chất TM33 (Phloretin-2’-O-(β-D-xylopyranosyl-(16)-O-β-D glucopyranoside)) . Hợp chất TM8 (phlorizin) . Hợp chất TM37 (2’,6’-dihydroxy-3’,4’- dimethoxychalcone) . Hợp chất TM24 (ursolic acid) . Hợp chất TM23 (23-hydroxy ursolic acid) . Hợp chất TM20 (pomolic acid) . Hợp chất TM22 (euscaphic acid) . Hợp chất TM25 (maslinic acid) . Hợp chất TM12 (gallic acid ) . Hợp chất TM13 (methyl gallate) . Hợp chất TM3 (protocatechuic acid) . Hợp chất TM9 (3-methoxy, 4-hydroxy-benzoic acid) (vanillic acid) . Hợp chất TM6 (4-methyl malate) . Hợp chất TM1 (chlorogenic acid methyl ester) . Hợp chất TM18 (1-O-coumaroyl-β-D-glucopyranose) . Hợp chất TM35 (cis-p-coumaric acid 4-O-β-D-glucopyranoside) . Đánh giá hoạt tính sinh học của cao chiết và các hợp chất phân lập được . Hoạt tính bảo vệ tim mạch (sEH) của cao chiết phân đoạn và các hợp chất phân lập được . Hoạt tính chống oxy hóa của các hợp chất phân lập được . Hoạt tính ức chế tế bào ung thư gan (Hep-G2) và ung thư cổ tử cung (Hela) của các cao chiết phân đoạn . Xây dựng và tối ưu quy trình chiết xuất phenolic từ quả táo mèo quy mô phòng thí nghiệm . Kết quả chiết xuất táo mèo bằng phương pháp chiết soxhlet . Xây dựng và tối ưu hóa quy trình chiết xuất phenolic sử dụng vi sóng quy mô phòng thí nghiệm . Xây dựng và tối ưu hóa quy trình chiết xuất phenolic sử dụng sóng siêu âm quy mô phòng thí nghiệm . Xây dựng và tối ưu hóa quy trình chiết xuất phenolic bằng phương pháp chiết hồi lưu quy mô phòng thí nghiệm . So sánh, đánh giá các phương án công nghệ nghiên cứu. Xây dựng và tối ưu hóa quy trình sấy phun dịch chiết táo mèo quy mô phòng thí nghiệm . Ảnh hưởng của các đơn yếu tố đến hàm mục tiêu của quá trình . Thiết lập mô hình và xây dựng ma trận kế hoạch thực nghiệm . Kiểm tra sự có nghĩa của mô hình . Tối ưu hóa quy trình sấy phun . Kiểm tra lại mô hình tối ưu hóa . Quy trình công nghệ chiết xuất để tạo sản phẩm bột cao chiết táo mèo quy mô phòng thí nghiệm . 137 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . 138  BÀI BÁO QUỐC TẾ . 138  BÀI BÁO TRONG NƯỚC . 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 148 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải Tiếng Anh Carbon -13 Nuclear Magnetic 13 C- NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13C Resonance Spectroscopy CC Sắc ký cột Column Chromatography CTPT Công thức phân tử Molecular formula Distortionless Enhancement DEPT Phổ DEPT by Polarisation Transfer DMSO Dimethyl Sulfoxide Dimethyl Sulfoxide Electron Spray Ionzation- ESI-MS Phổ khối lượng phun mù electron Mass Spectroscopy EtOAc CH3COOC2H5 Ethyl acetate EtOH C2H5OH Ethanol GAE Acid gallic tương đương Gallic acid equivalent Liver hepatocellular Hep-G2 Dòng tế bào ung thư ở gan người carcinoma/Human hepatoma HeLa Ung thư cổ tử cung người Henrietta lacks HTSH Hoạt tính sinh học Bioactivity Proton Nuclear Magnetic 1 H-NMR Phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton Resonance Spectroscopy 1 H-1H- 1 H -1H - Correlation Phổ tương tác proton COSY Spectroscopy Phổ tương tác dị nhân qua nhiều liên kết Heteronuclear Multiple Bond HMBC (HMBC) Correlation Heteronuclear Single HSQC Phổ tương tác dị nhân qua 1 liên kết Quantum Coherence High Resolution Electron Phổ khối phân giải cao ion hóa bằng HR-ESI-MS Spray Ionization Mass phun mù điện tử Spectroscopy viii IR Phổ hồng ngoại Infrared Spectroscopy IC50 Nồng độ ức chế 50% Inhibitory concentration 50% KLPT Khối lượng phân tử Molecular weight MeOH CH3OH Methanol ppm Phần triệu Parts per million QE Quercetin tương đương Quercetin equivalent SC Khả năng trung hòa các gốc tự do Scavenging capacity SC50 Khả năng bắt gốc tự do 50% Scavening capacity sEH Tác dụng bảo vệ tim mạch Soluble epoxide hydrolase STT Số thứ tự Numerical order TLC Sắc ký lớp mỏng Thin Layer Chromatography TLTK Tài liệu tham khảo Reference TFC Hàm lượng flavonoid tổng Total flavonoid content TPC Hàm lượng phenolic tổng Total phenolic content ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Hàm lượng các thành phần hóa học trong quả táo mèo . Danh sách các hợp chất được phân lập từ loài Docynia indica (Wall.) Decne ở trong nước . Danh sách các hợp chất được phân lập từ loài táo mèo Docynia indica (Wall.) Decne trên thế giới. Phân loại các hợp chất phenolic dựa trên bộ khung nguyên tử carbon trong phân tử . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM17 và tài liệu tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM15 và chất tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM2 và chất tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM5 và chất tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM36 và chất tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM16 và chất tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM10 và chất tham khảo . Dữ liệu phổ NMR của hợp chất TM7 và chất tham khảo .