Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly polyphenol acid chlorogenic và acid rosmarinic từ lá kinh giới elsholtzia ciliata

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích công nghệ thực phẩm nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Đoàn Thị Phương Dung
• Người hướng dẫn: GS. Đống Thị Anh Đào
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của tiền xử lý nguyên liệu đến hiệu suất trích ly polyphenol từ lá kinh giới
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nguyên liệu và các nghiên cứu

Nghiên cứu về tiền xử lý nguyên liệu có vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất trích ly các hợp chất sinh học, đặc biệt là polyphenol từ lá kinh giới (Elsholtzia cilliata). Cây kinh giới chứa nhiều hoạt chất có lợi cho sức khỏe, như acid chlorogenic và acid rosmarinic, do đó việc trích ly chúng có ý nghĩa quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc áp dụng các phương pháp tiền xử lý như sấy, chần, và lạnh đông có thể làm tăng đáng kể hiệu suất trích ly. Theo một nghiên cứu, việc tiền xử lý nguyên liệu giúp tăng cường khả năng phá vỡ tế bào, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly hợp chất. Các phương pháp này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả trích ly mà còn đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Đặc biệt, việc kết hợp các phương pháp tiền xử lý có thể tối ưu hóa hiệu suất trích ly, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

1.1 Đánh giá chất lượng nguyên liệu

Để đạt được hiệu suất trích ly cao, việc đánh giá chất lượng nguyên liệu là rất quan trọng. Lá kinh giới được lựa chọn từ vùng Lâm Đồng, nơi có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho sự phát triển của cây. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lượng polyphenol trong lá kinh giới phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện trồng trọt, thời điểm thu hoạch và phương pháp xử lý. Việc phân tích thành phần hóa học của lá kinh giới giúp xác định được các hợp chất chính, từ đó lựa chọn phương pháp tiền xử lý nguyên liệu phù hợp. Kết quả cho thấy hàm lượng TPC (Total Phenolic Content) và AC (Antioxidant Capacity) có sự biến đổi đáng kể sau khi áp dụng các phương pháp tiền xử lý, điều này khẳng định tầm quan trọng của bước tiền xử lý trong quy trình trích ly.

II. Quy trình công nghệ tiền xử lý nguyên liệu

Quy trình tiền xử lý nguyên liệu bao gồm nhiều bước, mỗi bước có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly khác nhau. Các phương pháp như sấy, chần, và kết hợp lạnh đông được nghiên cứu kỹ lưỡng. Trong đó, phương pháp chần kết hợp lạnh đông đã cho thấy hiệu suất cao nhất trong việc trích ly polyphenol. Cụ thể, việc chần lá kinh giới ở nhiệt độ 80°C trong 90 giây, sau đó lạnh đông trong 24 giờ đã mang lại kết quả khả quan với hàm lượng TPC đạt 16,182 mg GAE/g. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng đúng quy trình tiền xử lý không chỉ tăng hiệu suất trích ly mà còn bảo toàn các chất dinh dưỡng có lợi trong lá kinh giới. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa các thông số như thời gian và nhiệt độ chần có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả trích ly.

2.1 Các phương pháp tiền xử lý

Các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu bao gồm sấy, chần, và hỗ trợ vi sóng. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly khác nhau. Sấy giúp loại bỏ độ ẩm, nhưng có thể làm mất đi một số hoạt chất nhạy cảm với nhiệt. Ngược lại, chần giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly. Phương pháp hỗ trợ vi sóng đang được nghiên cứu vì khả năng tiết kiệm thời gian và năng lượng. Nghiên cứu cho thấy, sự kết hợp giữa chần và lạnh đông có thể tối ưu hóa hiệu suất trích ly, cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới trong tiền xử lý nguyên liệu.

III. Khảo sát ảnh hưởng của thông số các phương pháp tiền xử lý

Khảo sát các thông số trong quá trình tiền xử lý nguyên liệu là cần thiết để xác định điều kiện tối ưu cho hiệu suất trích ly. Các yếu tố như thời gian chần, nhiệt độ sấy, và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đều được xem xét. Kết quả cho thấy, thời gian chần là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc chần trong thời gian quá lâu có thể dẫn đến sự phân hủy của các hợp chất phenolic. Do đó, việc tối ưu hóa các thông số này sẽ giúp nâng cao hiệu suất trích ly và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Các thông số như pH và nồng độ ethanol cũng có tác động đáng kể đến quá trình trích ly, điều này cần được nghiên cứu thêm để có cái nhìn toàn diện hơn về quy trình tiền xử lý.

3.1 Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ

Thời gian và nhiệt độ là hai yếu tố chính trong quá trình tiền xử lý nguyên liệu. Nghiên cứu cho thấy, thời gian chần tối ưu là 90 giây ở 80°C, điều này giúp tối đa hóa hiệu suất trích ly mà không làm giảm chất lượng của các hợp chất phenolic. Tương tự, nhiệt độ sấy cũng cần được điều chỉnh để tránh làm mất đi các hợp chất nhạy cảm với nhiệt. Việc khảo sát này không chỉ giúp xác định điều kiện tối ưu cho trích ly mà còn tạo cơ sở cho việc phát triển các quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

IV. Kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu cho thấy, tiền xử lý nguyên liệu có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly các hợp chất sinh học từ lá kinh giới. Phương pháp chần kết hợp lạnh đông đã chứng minh là phương pháp hiệu quả nhất. Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới cho việc tối ưu hóa hiệu suất trích ly mà còn có thể áp dụng cho các loại nguyên liệu khác trong ngành thực phẩm. Để nâng cao giá trị và chất lượng sản phẩm, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu khác nhau. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phân tích chi tiết hơn về tác động của từng phương pháp và sự kết hợp của chúng để đạt được kết quả tốt nhất trong việc trích ly polyphenol.

4.1 Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất nghiên cứu tiếp theo là khảo sát các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu khác như tác động của enzyme hoặc các phương pháp hóa học để so sánh hiệu quả. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như độ pH, nồng độ ethanol cũng cần được thực hiện để hoàn thiện quy trình trích ly. Những nghiên cứu này sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất trích ly và mở rộng ứng dụng của lá kinh giới trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Thực vật từ lâu đã là nguồn dược liệu chữa bệnh suốt hàng ngàn năm qua, y học cổ truyền đã sử dụng chúng trong phòng và chữa bệnh cho con người. Ứng dụng điều trị của chúng là do sự hiện diện của một loạt các chất chuyển hóa thứ cấp hoặc hoạt chất sinh học như alkaloid, saponin, flavonoid, glycoside và phenol [1] Theo dòng lịch sử, các loài thực vật thuộc họ Lamiaceae được sử dụng rất phong phú trong việc làm hương liệu cho món ăn; bảo quản thực phẩm và sản xuất dược phẩm do chúng chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học có giá trị của chất chống oxy hóa tự nhiên [2]. Các loài thực vật thuộc họ Lamiaceae giúp phòng và chữa nhiều bệnh lý nhờ vào đặc tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng viêm, kháng vi rút và chống ung thư [1], [2], [3]. Các loài thực vật thuộc họ Lamiaceae là một nguồn phong phú các hợp chất phenolic có hoạt tính sinh học đa chiều với các lớp chính là acid phenolic (CGA, RA và flavonoids) [1].

Trong ngành thực phẩm, đa số nguồn thực vật chứa các chất có hoạt tính sinh học tự nhiên của họ Lamiaceae thuộc chi Elsholtzia như húng quế, húng chanh, kinh giới, bạc hà, hương thảo, xô thơm… [1] được sử dụng làm rau ăn tươi. Bên cạnh đó, có nhiều nghiên cứu thu nhận các thành phần có hoạt tính sinh học từ họ Lamiaceae để bổ sung vào thực phẩm với mục đích giúp tăng giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm, kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm [4] Chi Elsholtzia, trong đó có rau thơm, kinh giới với sự đa dạng về chủng loài cũng được nghiên cứu rất nhiều và được ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm [5]. Nhiều phương pháp trích ly thu nhận các hợp chất có hoạt tính sinh học từ các bộ phận của cây kinh giới. Các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu rất quan trọng cần được nghiên cứu kết hợp với phương pháp trích ly, bởi vì đây là giai đoạn tăng mức độ phá vỡ tế bào và tăng bề mặt chiết là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến khả năng trích ly [6].

Do đó, tìm ra các thông số phù hợp trong quá trình tiền xử lý nguyên liệu sẽ giúp đạt hiệu suất trích ly hiệu quả hơn [4], [7], [8], [9], [10], [11], [12]. Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy sự kết hợp nhiều phương pháp tiền xử lý nguyên liệu từ cây kinh giới chưa được quan tâm. Do đó, chúng tôi thực hiện Luận văn với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nguyên liệu 2 đến hiệu suất trích ly TPC, CGA và RA từ lá kinh giới (Elsholtzia ciliata)”. Nhằm nâng cao hiệu suất trích ly hoạt chất bởi ảnh hưởng của sự kết hợp các phương pháp xử lý nguyên liệu lá trước khi trích ly hoạt chất.2 Mục tiêu nghiên cứu Xác định được phương pháp tiền xử lý lá kinh giới mang lại hiệu suất trích ly TPC, CGA và RA cao nhất.3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: lá từ cây kinh giới được trồng hữu cơ tại Lâm Đồng.

Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm B10 - trường Đại học Bách khoa TP. Thời gian thực hiện: từ ngày 04/09/2023 đến ngày 18/12/2023 Nội dung nghiên cứu: Nội dung 1: Phân tích thành phần nguyên liệu lá kinh giới ban đầu Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình sấy lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học Nội dung 3: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình chần lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học Nội dung 4: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học Nội dung 5: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình tác động vi sóng lá kinh giới đến hiệu suất trích ly hoạt chất sinh học Nội dung 6: Khảo sát điều kiện của quá trình trích ly lá kinh giới sau xử lý chần Nội dung 7: Đánh giá hiệu suất trích ly của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu 1.4 Tính mới của đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu lá kinh giới tươi và phương pháp tiền xử lý kết hợp để nâng cao hiệu suất trích ly TPC, CGA, RA. Bên cạnh đó, cũng chưa có nhiều nghiên cứu để so sánh hiệu quả trích ly tổng TPC, CGA, RA với sự kết hợp của các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu khác nhau. Do đó, tính mới trong nghiên cứu này là nhằm đánh giá tác động riêng lẻ và 3 kết hợp của phương pháp xử lý khác nhau trên nguyên liệu lá kinh giới để so sánh và xác định phương pháp tiền xử lý đạt hiệu suất trích ly TPC, CGA và RA cao nhất so với mẫu lá kinh giới tươi chưa qua xử lý.

Đồng thời trong nghiên cứu này cũng thực hiện khảo sát hình thái tế bào lá kinh giới với kính hiển vi điện tử quét (SEM) theo các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu, minh chứng cho hiệu suất trích ly.1 Tổng quan về cây kinh giới 2.1 Giới thiệu chung Cây kinh giới còn có tên gọi khác là khương giới, giả tô, kinh giới rìa, bán biên tô, tiểu kinh giới, bài hương thảo. Tên khoa học là Elsholzia cilliata. Cây kinh giới là một loại cây thân thảo, có mùi thơm, chứa nhiều tinh dầu, thuộc chi Elsholtzia, họ hoa môi Lamiaceae [13], là một họ thực vật có hoa chứa khoảng 236 chi và hơn 6. Cây kinh giới được sử dụng như một loại gia vị có mùi hương, chúng được dùng làm phương thuốc trong y học dân gian như trà thảo mộc; sử dụng làm thực phẩm, gia vị, đồ uống; liệu pháp mùi hương và là nguồn sản xuất mật ong [14].

Ưu điểm của cây kinh giới là rất dễ trồng vì chúng có yêu cầu thấp đối với môi trường trồng trọt, tốc độ tăng trưởng ngắn, thu hoạch vào mùa hè và mùa thu, ưa sáng và ưa ẩm, có thể hơi chịu nóng, thích nghi với đất phù sa và đất thịt. Mùa hoa kinh giới từ tháng 7 đến tháng 10, mùa quả từ tháng 10 đến tháng 12. Theo thống kê, hiện nay tại Việt Nam có khoảng 07 loài kinh giới thuộc chi Elsholtzia, với tên gọi có chứa cụm từ kinh giới gồm Elsholtzia blanda, Elsholtzia commusis, Elsholtzia cilliata, Elsholtzia penduliflora, Elsholtzia rugulosa, Elsholtzia winitiana, Elsholtzia Pilosa: Elsholtzia blanda: còn gọi là kinh giới rừng, kinh giới núi, Tả hoàng dồ (Hmông), Dê sua tùa; phân bố ở Lai Châu, Lào Cai, Hà Giang. Cây mọc tự nhiên ở vùng núi cao.1: cây kinh giới Elsholtzia blanda 5 Kinh giới núi mọc hoang có nhiều chủng hoá học khác nhau: − Chủng cho tinh dầu giàu linalol (>70%) − Chủng cho tinh dầu giàu linalol (50%) và cineol (20%) − Chủng cho tinh dầu giàu α-naginaten (53 - 65%) − Chủng cho tinh dầu giàu α-naginaten (43%) và dehydro elsholtzia keton (14%) − Chủng cho tinh dầu giàu dehydro elsholtzia keton (58%) và α-naginaten (12%) Trong đó chủng giàu linalol có ý nghĩa khai thác tinh dầu.

Ðây có thể là nguồn nguyên liệu cho tinh dầu giàu linalol có giá trị ở Việt Nam. Elsholtzia commusis: còn gọi là kinh giới bông, phân bố ở Lào Cai, Hà Giang. Cây mọc tự nhiên ở các bãi hoang ven đường vùng núi, ở độ cao 1000 – 1600m.2: cây kinh giới Elsholtzia commusis Elsholtzia cilliata: còn gọi là Khương giới, phân bố ở các tỉnh phía Bắc và TP. Hồ Chí Minh; cây cao 40-60 cm; thường sử dụng làm rau gia vị.

Thân vuông, có lông mịn. Lá mọc đối chéo chữ thập, phiến lá hình trứng thuôn, đầu nhọn, mép lá có răng cưa. Hoa nhỏ màu tím nhạt hoặc hồng tía, mọc thành bông ở đầu cành; lá bắc rộng màu lục, không cuống, dài hình ống. Toàn cây có mùi thơm.

Bộ phận dùng, thu hái và chế biến: toàn cây trên mặt đất (Herba Elsholtziae) dùng tươi, phơi hoặc sấy khô; thu hái vào lúc cây đang ra hoa. Thành phần hóa học: Cả cây chứa chủ yếu là tinh dầu (perillen 2,1-3,9%, elsholtzia keton 3,3-19,3%, dehydro-elsholtzia keton 66,1-72,4%…). Hợp chất flavonoid (apigenin, luteolin, dẫn chất methoxy flavon).3: cây kinh giới Elsholtzia cilliata Elsholtzia penduliflora: còn gọi là kinh giới hoa rủ, kinh giới rủ, cao 1-2m, mọc thành bụi nhỏ, thân vuông có lông mềm, phân nhánh nhiều. Lá mọc đối, có cuống ngắn hình mác, gốc và đầu thuôn nhọn, dài 5-15cm, rộng 1-5cm.

Mặt trên phiến lá nhẵn, chỉ có lông ở gân, còn mặt dưới có lông mịn, màu nhạt hơn. Mép khía răng của phiến lá không đều, đôi khi có viền màu tím nhạt. Toàn cây có tinh dầu thơm, được mô tả là tương tự như hương của cây khuynh diệp, cây tràm…; chứa 0,4-0,6%, tinh dầu mùi thơm. Bộ phận chứa tinh dầu chiếm tỷ lệ cao nhất là lá (0,4-0,6%), tiếp theo là hoa (0,28-0,47%), cành (0,16-0,25%).

Hàm lượng tinh dầu cao nhất được ghi nhận vào khoảng tháng 8 đến tháng 9. Trong đó thành phần chủ yếu là cineol, chiếm 75-80% hoặc 56-60%, tùy phương pháp phân tích. Bên cạnh đó, còn ghi nhận một số hoạt chất khác như: α-pinen và β-pinene; α-terpineol; α-phellandrene; Camphen, geranyl acetat, linalool, geraniol, β-caryophylen, β-℃imen, linalyl acetat… Elsholtzia penduliflora được phát hiện ở vùng núi cao từ 1.4: cây kinh giới Elsholtzia penduliflora Elsholtzia rugulosa: Kinh giới sần hay kinh giới nhám; kinh giới gân nổi, E. rugulosa được biết đến tại Trung Quốc như là một loại trà thảo dược để chữa trị cảm lạnh và sốt cũng như là loại cây để cung cấp mật hoa cho ong mật.

Luteolin chiết từ Elsholtzia rugulosa đã được chứng minh là có tác dụng bảo vệ thần kinh trong một mô hình tế bào bệnh Alzheimer. Nó chứa các flavonoit glycoside apigenin 4'- O-alpha-D-glucopyranoside và 5,7,3',4'-tetrahydroxy-5'-C-prenylflavone-7-O-beta- D-glucopyranoside, bên cạnh vài glycoside khác. Nó có tác dụng chống lại vi khuẩn. kháng methicillin là Staphylococcus aureus.

Apigenin và luteolin, các hợp chất có trong loài cây này, có thể giúp chống lại virus cúm H3N2.5: cây kinh giới Elsholtzia rugulosa 8 Elsholtzia winitiana: còn gọi là kinh giới đất, kinh giới dày. Ở nước ta, cây mọc hoang trên các đồi và ở chân núi, nhất là trong các rừng thông, gặp nhiều ở Kontum và Lâm đồng (Đà lạt), ở độ cao trên 800m. Người ta thu hái những cành lá trước khi cây có hoa hoặc đang có ít nụ hoa, phơi khô. Cành lá có tinh dầu thơm như các loài kinh giới khác, hàm lượng tới 1%.

Có tác dụng như kinh giới, làm thuốc tiêu độc, cầm máu.6: cây kinh giới Elsholtzia winitiana Elsholtzia Pilosa: còn gọi là kinh giới lông, phân bố ở Lào Cai (Sa Pa), là loài cỏ nhiều năm, mọc trong môi trường ẩm và sáng, ở độ cao trên 800m.7: cây kinh giới Elsholtzia Pilosa 9 2.2 Cấu tạo, thành phần của cây kinh giới Cấu tạo Kinh giới thuộc loài cây thảo, cao 30 – 50 cm, thân vuông, mọc thẳng.