Nghiên cứu một số đặc trưng của chế phẩm arabinoxylan tạo ra từ cám gạo

Luận văn thạc sĩ phân tích hus nghiên cứu một số đặc trưng của chế phẩm arabinoxylan tạo ra từ cám gạo, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực

• Tác giả: Ngô Thị Huyền Trang
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Tuấn Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu một số đặc trưng của chế phẩm arabinoxylan tạo ra từ cám gạo
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Arabinoxylan và nguồn nguyên liệu cám gạo
• 1.2. Giới thiệu chung về arabinoxylan
• 1.3. Cấu tạo của arabinoxylan
• 1.4. Chức năng sinh học của arabinoxylan
• 1.5. Nguyên liệu cám gạo chứa arabinoxylan
• 1.6. Enzyme endoxylanase và các phương pháp tách chiết arabinoxylan
• 1.6.1. Giới thiệu chung về enzyme endoxylanase
• 1.6.2. Các phương pháp tách chiết arabinoxylan
• 1.7. Các nghiên cứu định tính và định lượng arabinoxylan
• 1.8. Thủy phân arabinoxylan thành các monosaccharide
• 1.9. Phân tích định tính arabinoxylan
• 1.10. Phân tích định lượng arabinoxylan
• 1.11. Các nghiên cứu tinh sạch và xác định khối lượng phân tử của arabinoxylan
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Thủy phân arabinoxylan thành các monosaccharide
• 2.3. Phân tích định lượng arabinoxylan bằng kit D-xylose và kit Arabinan
• 2.4. Xác định hàm lượng D-xylose có trong arabinoxylan sau khi được thủy phân bằng D-xylose kit
• 2.5. Xác định hàm lượng L-arabinose có trong arabinoxylan sau khi được thủy phân bằng Arabinan kit
• 2.6. Phân tích định tính arabinoxylan bằng phương pháp sắc ký bản mỏng
• 2.7. Tinh sạch và cô đặc mẫu bằng màng lọc có kích thước lỗ xác định
• 2.8. Đánh giá tỷ lệ và kích thước của arabinoxylan bằng phương pháp sắc ký lọc gel
• 2.9. Xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl
• 2.10. Xác định hàm lượng asen
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xây dựng quy trình định tính và định lượng arabinoxylan
• 3.2. Thủy phân arabinoxylan bằng acid và định tính, định lượng arabinoxylan
• 3.3. Thủy phân arabinoxylan bằng enzyme xylanase và định tính, định lượng arabinoxylan
• 3.4. Phân tích một số tính chất của chế phẩm arabinoxylan được tạo ra từ cám gạo
• 3.5. Xác định khối lượng phân tử của chế phẩm arabinoxylan
• 3.6. Xác định độ ẩm của chế phẩm arabinoxylan được tạo ra từ cám gạo
• 3.7. Xác định hàm lượng protein tổng số của chế phẩm arabinoxylan
• 3.8. Xác định hàm lượng asen của chế phẩm arabinoxylan
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chế phẩm arabinoxylan từ cám gạo

Chế phẩm arabinoxylan từ cám gạo đang thu hút sự chú ý trong nghiên cứu thực phẩm chức năng. Arabinoxylan là một loại polysaccharide có nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm khả năng tăng cường hệ miễn dịch và phòng chống ung thư. Nghiên cứu này nhằm mục đích làm rõ các đặc trưng và ứng dụng của chế phẩm này trong thực tiễn.

1.1. Arabinoxylan và nguồn nguyên liệu cám gạo

Arabinoxylan là một polysaccharide chủ yếu có trong thành tế bào của các loại ngũ cốc, đặc biệt là cám gạo. Cám gạo chứa hàm lượng arabinoxylan cao, chiếm khoảng 60% tổng số polysaccharide không phải tinh bột. Việc tách chiết arabinoxylan từ cám gạo không chỉ giúp tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao.

1.2. Đặc điểm cấu trúc của arabinoxylan

Cấu trúc của arabinoxylan bao gồm các đơn vị đường arabinose và xylose. Tỷ lệ giữa hai loại đường này có thể thay đổi tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu. Cấu trúc này quyết định tính chất sinh học và khả năng hòa tan của arabinoxylan, ảnh hưởng đến ứng dụng trong thực phẩm chức năng.

II. Thách thức trong việc nghiên cứu chế phẩm arabinoxylan

Mặc dù arabinoxylan có nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu và sản xuất chế phẩm từ cám gạo vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như quy trình tách chiết, xác định hàm lượng và tính chất của arabinoxylan cần được giải quyết để tối ưu hóa sản phẩm.

2.1. Vấn đề trong quy trình tách chiết arabinoxylan

Quy trình tách chiết arabinoxylan từ cám gạo thường gặp khó khăn trong việc duy trì tính chất sinh học của sản phẩm. Các phương pháp tách chiết hiện tại cần được cải tiến để tăng hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

2.2. Khó khăn trong việc xác định hàm lượng arabinoxylan

Việc xác định hàm lượng arabinoxylan trong chế phẩm là một thách thức lớn. Các phương pháp phân tích hiện tại cần được chuẩn hóa để đảm bảo độ chính xác và tin cậy trong kết quả.

III. Phương pháp tách chiết arabinoxylan hiệu quả từ cám gạo

Để tối ưu hóa quy trình tách chiết arabinoxylan, một số phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp tăng hiệu suất tách chiết mà còn bảo toàn các đặc tính sinh học của arabinoxylan.

3.1. Phương pháp thủy phân bằng enzyme endoxylanase

Sử dụng enzyme endoxylanase để thủy phân arabinoxylan là một phương pháp hiệu quả. Enzyme này giúp cắt đứt các liên kết glycoside, giải phóng các oligomer và đường đơn, từ đó tăng cường khả năng hòa tan và hấp thụ của sản phẩm.

3.2. Phương pháp tách chiết bằng kiềm

Phương pháp tách chiết bằng kiềm cũng được áp dụng để thu hồi arabinoxylan từ cám gạo. Phương pháp này giúp loại bỏ các tạp chất và tăng cường hàm lượng arabinoxylan trong sản phẩm cuối cùng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của chế phẩm arabinoxylan từ cám gạo

Chế phẩm arabinoxylan từ cám gạo có nhiều ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Sản phẩm này không chỉ giúp cải thiện sức khỏe mà còn có thể được sử dụng trong các sản phẩm chức năng.

4.1. Ứng dụng trong thực phẩm chức năng

Chế phẩm arabinoxylan được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm chức năng nhờ vào khả năng tăng cường hệ miễn dịch và phòng chống ung thư. Nghiên cứu cho thấy arabinoxylan có thể kích thích sản xuất cytokine, giúp cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh.

4.2. Ứng dụng trong ngành dược phẩm

Ngoài ứng dụng trong thực phẩm, arabinoxylan còn được nghiên cứu để phát triển các sản phẩm dược phẩm. Các nghiên cứu cho thấy arabinoxylan có khả năng hỗ trợ điều trị một số bệnh lý như viêm gan và ung thư.

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

Nghiên cứu về chế phẩm arabinoxylan từ cám gạo mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực thực phẩm và dược phẩm. Việc tối ưu hóa quy trình tách chiết và ứng dụng sản phẩm sẽ giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng và sức khỏe cho người tiêu dùng.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải tiến quy trình tách chiết và xác định các ứng dụng mới cho arabinoxylan. Điều này không chỉ giúp nâng cao giá trị sản phẩm mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

5.2. Tầm quan trọng của arabinoxylan trong dinh dưỡng

Với những lợi ích sức khỏe rõ ràng, arabinoxylan sẽ tiếp tục là một chủ đề nghiên cứu quan trọng trong dinh dưỡng. Việc phát triển các sản phẩm chứa arabinoxylan từ cám gạo sẽ giúp người tiêu dùng tiếp cận với các sản phẩm dinh dưỡng chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Arabinoxylan và nguồn nguyên liệu cám gạo 1. Giới thiệu chung về arabinoxylan Ở thực vật, các polysaccharide chủ yếu tồn tại ở hai dạng: tinh bột và phi tinh bột, hàm lượng của chúng thay đổi tùy theo loài, loại tế bào và giai đoạn sinh trưởng [15]. Nhóm polysaccharide phi tinh bột bao gồm cellulose, hemicellulose, pectic polysaccharide và được phân loại chủ yếu dựa vào phương pháp được sử dụng để tách chiết polysaccharide đó như khả năng hòa tan của chúng khi được chiết bằng kiềm.

Cellulose là polymer được cấu tạo bởi các đơn vị đường glucose, nối với nhau bởi liên kết β-(1→4) glycoside, gồm các chất không hòa tan được trong kiềm và là nhóm hợp chất hữu cơ nhiều nhất trong tự nhiên. Nhóm hemicellulose bao gồm các hợp chất như xylan, arabinoxylan, β-glucan, galactan, xyloglucan… có khả năng hòa tan trong kiềm. Các pectin bao gồm các gốc acid polygalacturonic có thể là thành phần cấu tạo của arabinan, galactan và arabinogalactan [15]. Cả cellulose và hemicellulose đều có vai trò như các vật liệu để cấu trúc nên thành tế bào thực vật, trong khi thành phần cellulose tạo độ cứng rắn thì hemicellose tạo nên sự dẻo dai cho cấu trúc thành tế bào nhờ các liên kết dọc với các vi sợi cellulose [10].

Các monosaccharide thường có trong thành tế bào ngũ cốc bao gồm các hexose như D- glucose, D-galactose, D-mannose; các đường pentose như L-arabinose, D-xylose và các đường acid như acid D-galacturonic, acid D-glucuronic và các dạng eter 4-O- methyl của chúng [15]. Các xylan là những hemicellulose phổ biến nhất trong tự nhiên và là polysaccharide phi tinh bột có nhiều thứ hai trong cơ thể thực vật chỉ sau cellulose. Các xylan có thể được phân chia thành 3 nhóm [41]: Khóa 2010 - 2012 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngô Thị Huyền Trang  Nhóm Glucurono - arabinoxylan có mặt ở các phần gỗ mềm, mô đang hóa gỗ của các cây thân thảo và cây hàng năm.  Nhóm Arabinoxylan ở hạt các cây ngũ cốc.

 Nhóm Glucuronoxylan ở các phần gỗ cứng. Trong đó, các hợp chất AX ở các cây ngũ cốc thường được tách chiết, tinh sạch và phân tích thử nghiệm hoạt tính sinh học với mục tiêu sản xuất thực phẩm chức năng dùng cho con người. Các cây ngũ cốc là các cây thân thảo thuộc họ Hòa thảo (Poaceae) thường được trồng lấy hạt làm thức ăn cho người và gia súc. Các cây ngũ cốc chính như ngô (Zea mays L.), lúa gạo (Oryza sativa), lúa mì (Triticum spp), đại mạch (Hordeum vulgare)… được trồng rộng rãi khắp thế giới.

Trong đó ngô, lúa mì và lúa gạo chiếm 87% sản lượng các loại hạt được gieo trồng và chiếm 43% lượng thức ăn năm 2003 [68]. Hàm lượng của AX trong hạt ngũ cốc tương đối nhỏ, chiếm từ 1,2% tổng chất khô ở lúa gạo (Oryza sativa) đến khoảng 8,5% ở lúa mạch đen (Secale cereale). Tuy nhiên nhóm hợp chất này lại chiếm một tỷ lệ đáng kể ở thành tế bào của nội nhũ hạt. Cụ thể hàm lượng AX trong thành tế bào hạt thay đổi từ khoảng 20% ở đại mạch (Hordeum vulgare) đến 70% ở lúa mì (Triticum aestivum) (Bảng 1.1) Khóa 2010 - 2012 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngô Thị Huyền Trang Bảng 1.1: Thành phần các hợp chất trong thành tế bào một số hạt ngũ cốc Loại thành Thành phần các hợp chất (%) Tài liệu Hạt tế bào Hợp chất tham Arabinoxylan Cellulose β-Glucan khảo khác Lúa mì Vỏ nội nhũ 65 2 29 4 (Triticum aestivum) Nội nhũ 70 4 20 6 hạt [3] Vỏ nội nhũ 71 2 26 1 Đại mạch (Hordeum vulgare) Nội nhũ hạt 20 2 75 3 Lúa gạo Nội nhũ (Oryza hạt 27 28 20 25 [51] sativa) Ngô Nội nhũ 50 20 17 13 [19] (Zea mays) hạt 1.

Cấu tạo của arabinoxylan Chuỗi chính của arabinoxylan trong ngũ cốc được tạo thành từ hai loại đường 5 cacbon là arabinose và xylose, bao gồm mạch chính chứa các liên kết β- (1→4) liên kết các phân tử β-D-Xylp. Mạch xylan liên kết với α-L-Araf thông qua liên kết 1-2 hoặc 1-3 ở nguyên tử O2 và O3 của phân tử xylosyl [13-15]. Nhóm phụ này thường liên kết 1-3 với β-D-Xylp ở tất cả các loại ngũ cốc, trong khi đó β-D-Xylp liên kết 1-2 với nhóm α-L-Araf thường thấy trong AX tan trong kiềm được chiết từ bột lúa mạch và trong các ngũ cốc khác với một lượng nhỏ. Các phân tử thường liên kết vào mạch chính của AX là arabinose, có thể là các đường hexose, acid hexuronic.

Các chuỗi bên của AX thường là các hợp chất Khóa 2010 - 2012 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngô Thị Huyền Trang phenol (phenolic) và các protein. Đặc điểm đặc trưng trong cấu trúc AX ở hầu hết các loài ngũ cốc đó là tỷ lệ liên kết của các phân tử ở cả hai nguyên tử O2 và O3. Hầu hết các AX trong hạt ngũ cốc đều không tan trong nước do chúng bị neo giữ ở thành tế bào bằng các liên kết chéo giống như liên kết ester không bền vững trong kiềm. Các AX không liên kết với thành tế bào có thể tạo thành dạng dung dịch rất nhớt và vì thế tăng khả năng hấp thụ vào nước cao hơn đến 10 lần.

Khi có mặt các tác nhân oxi hóa như H2O2/peroxide, AX có thể nhanh chóng hình thành mạng lưới gel do có sự tái lập các liên kết chéo. Ngoài ra, khối lượng phân tử của AX rất đa dạng, phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp tách chiết [15]. Ngoài α-L-Araf, mạch chính β-D-Xylp cũng có thể mang thêm acid α-D- glucopyranosyluronic (α-D-GlcA) hoặc dạng 4-O-methyl của nó (4-O-Me-α-D- GlcA) và thay thế nhóm acetyl. Acid ferulic và p-coumaric có thể tạo liên kết ester tại vị trí O-5 ở một vài đơn vị α-L-Araf.

Các nhóm acetyl, acid ferulic và p- coumaric dễ dàng được giải phóng khi chiết bằng kiềm [14, 15, 65]. Các đơn vị cấu trúc chính của AX được minh họa như hình 1.1, và cấu trúc minh họa cho AX được thể hiện ở hình 1.1: Cấu trúc các đơn vị của arabinoxylan Khóa 2010 - 2012 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngô Thị Huyền Trang Hình 1.2: Cấu trúc của arabinoxylan ngũ cốc H nh 1.3: Cấu trúc phân tử arabinoxylan [65] Tỷ lệ arabinose/xylose trong AX của nội nhũ lúa mì thay đổi từ 0,5-0,71, ở cám mì là từ 1,02-1,07, ở nội nhũ của lúa mạch đen là 0,48-0,55, AX ở nội nhũ lúa gạo khi được chiết bằng kiềm có tỷ lệ AX/xylan khoảng 0,8, còn ở cám gạo là 0,93. Ở gạo và cao lương mạch xylan phân nhánh nhiều hơn so với ở lúa mỳ, lúa mạch đen và đại mạch, hơn nữa trong cấu trúc AX ở gạo có thể chứa galactose, acid glucuronic [31]. Khóa 2010 - 2012 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngô Thị Huyền Trang 1.

Chức năng sinh học của arabinoxylan Arabinoxylan là hợp chất có thể kích thích hệ thống miễn dịch mạnh hơn và an toàn hơn bất kỳ hợp chất tự nhiên hoặc tổng hợp khác. Nó làm tăng sản xuất các cytokine tự nhiên của cơ thể - yếu tố hoại tử khối u (TNF) và interferon nội sinh (IFN), điều này không chỉ giúp tiêu diệt một cách trực tiếp các tế bào gây hại và virus mà còn hoạt hóa hệ thống miễn dịch bằng cách làm tăng hoạt động của tế bào lympho - B và T và các tế bào đặc biệt - tế bào giết tự nhiên (tế bào NK) [34]. Các tế bào B tập trung sản xuất các kháng thể, trong khi các tế bào T và NK đi trong cơ thể trực tiếp phá hủy các tế bào bị nhiễm virus hoặc do vi khuẩn, và các tế bào ung thư. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng AX được tạo ra từ ngũ cốc có khả năng gây đáp ứng miễn dịch chống các khối u [49].

Ngoài ra, sử dụng AX trong điều trị có thể làm tăng sinh đại thực bào, tế bào NK và hoạt động đại thực bào, điều này chứng tỏ rằng AX đã thúc đẩy cả đáp ứng miễn dịch đặc hiệu và không đặc hiệu đối với khối u. Đặc biệt, các AX có khối lượng phân tử khoảng 5-300 kDa thể hiện hoạt tính miễn dịch mạnh nhất, được sử dụng khá phổ biến trên thế giới ở dạng thực phẩm chức năng và được khuyến cáo sử dụng cho bệnh nhân nhiễm HIV, viêm gan và ung thư [36, 37]. Nguyên liệu cám gạo chứa arabinoxylan Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường chiếm khoảng 10% chất khô của lúa. Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm.

Cám gạo có màu sáng và mùi thơm đặc trưng. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cám gạo biến động rất lớn, phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật xay xát gạo. Tỷ lệ vỏ trấu sau khi xay xát ảnh hưởng nhiều tới hàm lượng protein, chất béo và chất xơ của cám gạo thành phẩm. Tỷ lệ protein trong cám gạo mịn có thể đạt 12-14%.

Lượng protein thô ở cám gạo cao hơn so với ở bắp hạt (chỉ đạt 8,3%). Hàm lượng chất béo, chất xơ khoảng 13-14% và 7-8% [65], giàu các polysaccharide hemicellulose trong đó AX là thành phần chủ yếu có Khóa 2010 - 2012 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Ngô Thị Huyền Trang trong cấu thành chất xơ của cám gạo, chúng chiếm khoảng 60% tổng số các polysaccharide không phải tinh bột [50, 65]. Ở Việt Nam, cám gạo là một nguyên liệu phổ biến, rẻ tiền, chứa hàm lượng AX cao, vì thế đã trở thành sự lựa chọn tối ưu cho nguyên liệu tách chiết AX trên quy mô lớn.2: Thành phần dinh dưỡng của một số ngũ cốc [65] Cám gạo Cám gạo Cám Chỉ tiêu Bắp Lúa mì Bột mì nguyên dầu trích dầu lúa mì Protein (%) 8 13 15 12 16 16 Năng lượng tiêu 3,5 3,1 2,3 3,4 2,5 3,0 hóa (Kcal/kg) Xơ thô (%) 2,2 8 11 2,5 11 9 Xơ tổng số (%) 9,5 19 27 10,5 44 27 NSP tổng số (%) 9 15 21 9,5 38,2 23,5 Cellulose (%) 2,0 5 7 2,5 11 8 Lignin (%) 0,5 4 6 1 5,8 3,5 Arabinoxylan (%) 3,7 9 11 5,5 21 15 (% không hoà tan) 94 96 97 77 99 97 1. Enzyme endoxylanase và các phương pháp tách chiết arabinoxylan 1.

Giới thiệu chung về enzyme endoxylanase Enzyme endoxylanase thủy phân khung đường xylan của AX một cách ngẫu nhiên, làm giảm mức độ polymer hóa của cơ chất và giải phóng các oligomer, đường xylose, xylobiose. Khóa 2010 - 2012 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.