Xây dựng Cao Chuẩn Hóa Capsaicinoid Từ Ớt Trung Đoàn (Capsicum chinense Jacq.)

Nghiên cứu xây dựng quy trình chiết xuất và chuẩn hóa capsaicinoid từ ớt trung đoàn (Capsicum chinense Jacq.). Ứng dụng trong y dược và thực phẩm chức năng.

• Tác giả: Bùi Hoàng Nhi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuấn Hiệp
• Trường học: Trường Đại học Y Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Xây dựng cao chuẩn hóa Capsaicinoid từ ớt Trung Đoàn (Capsicum chinense Jacq.)
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về thực vật
• 1.2. Về thực vật
• 1.3. Thành phần hóa học của quả ớt
• 1.4. Hoạt tính sinh học của Capsaicinoid
• 1.5. Tổng quan về phương pháp chiết xuất
• 1.6. Phương pháp chiết xuất cận tới hạn
• 1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất cận tới hạn
• 1.8. Tổng quan về phương pháp tinh chế
• 1.9. Phương pháp chiết lỏng - lỏng. Phương pháp hấp phụ hạt
• 1.10. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.11. Chiết xuất ớt
• 1.12. Làm giàu thành phần Capsaicinoid
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Nguyên liệu, vật liệu
• 2.3. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.5. Khảo sát quy trình chiết Ớt trung đoàn bằng phương pháp ASE
• 2.6. Khảo sát tinh chế Capsaicinoid bằng phương pháp chiết phân đoạn
• 2.7. Khảo sát tinh chế Capsaicinoid bằng phương pháp hấp phụ hạt
• 2.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2.9. Phương pháp định lượng Capsaicinoid
• 2.10. Phương pháp xây dựng quy trình chiết
• 2.11. Phương pháp xử lý dịch chiết
• 2.12. Phương pháp chiết phân đoạn
• 2.13. Phương pháp hấp phụ hạt
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ
• 3.1. Tối ưu quy trình chiết ASE Capsaicinoid trong Ớt trung đoàn
• 3.2. Khảo sát nhiệt độ chiết xuất
• 3.3. Khảo sát dung môi chiết
• 3.4. Khảo sát dãy thời gian chiết
• 3.5. Khảo sát dãy thể tích chiết
• 3.6. Xây dựng quy trình chiết ASE cho Ớt trung đoàn
• 3.7. Khảo sát điều kiện tinh chế, làm giàu Capsaicinoid trong Ớt trung đoàn
• 3.8. Tinh chế bằng phương pháp chiết phân đoạn
• 3.9. Tinh chế bằng phương pháp hấp phụ hạt nhựa
• 3.10. So sánh giữa 2 phương pháp tinh chế
• 3.11. Ổn định quy trình chiết là là giàu quy mô phòng thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN
• 4.1. Về quá trình chiết xuất Capsaicinoid
• 4.2. Về quá trình tinh chế, làm giàu Capsaicinoid
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng Quan về Ớt Trung Đoàn Capsicum chinense Jacq

Ớt là một loại gia vị phổ biến trên toàn thế giới, đặc biệt ở vùng nhiệt đới. Việt Nam đứng thứ 10 về sản xuất ớt, với giống ớt cay Ớt Trung Đoàn (Capsicum chinense Jacq.) nổi tiếng tại Mường Tè. Giống ớt này được sử dụng rộng rãi trong ẩm thực địa phương và đang được phát triển thành sản phẩm nông nghiệp đặc sản. Ở nhiều nước, ớt còn được dùng trong dược phẩm, cao ớt và Capsaicinoid giúp giảm đau hiệu quả. Các dược phẩm từ ớt đã được đưa vào dược điển nhiều quốc gia. Việc xây dựng cao chuẩn hóa Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn là cần thiết để có cao ớt chất lượng cao, phục vụ sản xuất dược phẩm từ dược liệu này. Theo FAO (2017), diện tích trồng ớt ở Việt Nam là 65.201 ha với sản lượng 95.844 tấn, mang lại giá trị 105 triệu USD.

1.1. Vị trí phân loại và đặc điểm thực vật Ớt Trung Đoàn

Ớt Trung Đoàn có tên khoa học là Capsicum chinense Jacq., thuộc chi Capsicum, họ Cà (Solanaceae). Đây là cây bụi thấp, mọc thẳng, cao từ 0,5 - 1,5m. Thân non có 4 cạnh, lá hình trứng, bề mặt có nếp nhăn. Cụm hoa ở nách lá, mỗi cụm có từ 2 - 4 hoa. Quả có hình dạng, kích thước và màu sắc khác nhau giữa các quần thể. Theo tài liệu nghiên cứu, C. chinense có nguồn gốc từ vùng đất thấp ở phía bắc lưu vực sông Amazon và được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới. Tại Việt Nam, Ớt Trung Đoàn được trồng tại huyện Mường Tè – Lai Châu và là một loại đặc sản của vùng núi này.

1.2. Thành phần hóa học đặc trưng của quả ớt Trung Đoàn

Quả ớt có giá trị dinh dưỡng cao, giàu khoáng chất, acid hữu cơ và chất béo. Tinh dầu ớt chứa Capsaicinoid, chất cay đặc trưng. Capsaicinoid là amid của vanillylamin và các acid béo phân nhánh C9-C11, tạo vị cay và mùi vị độc đáo. Capsaicin và dihydrocapsaicin chiếm 77–98% hàm lượng Capsaicinoid, chịu trách nhiệm về độ cay. Quả ớt còn chứa các sắc tố màu (Carotenoid, chlorophyll) và vitamin (A, E, B, C), cũng như khoáng chất và acid amin. Các chất màu không bền dễ bị biến đổi trong quá trình phát triển của quả cũng như giai đoạn sơ chế, bảo quản sau thu hoạch.

II. Tổng Quan Phương Pháp Chiết Xuất Capsaicinoid từ Ớt

Chiết xuất là bước quan trọng để xây dựng cao chuẩn hóa. Chiết xuất cận tới hạn (chiết dưới áp suất cao) là phương pháp phổ biến, cạnh tranh với các phương pháp khác. Khả năng hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ, nên tăng nhiệt độ giúp giảm lượng dung môi và thời gian chiết. Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ có giới hạn là nhiệt độ sôi của dung môi. Chiết xuất dưới áp suất cao khắc phục điều này, dựa trên nguyên tắc nhiệt độ sôi tăng khi áp suất tăng. Nhiệt độ và áp suất cao làm tăng khả năng hòa tan và khuếch tán, giúp chiết xuất hiệu quả hơn. Theo nghiên cứu, khi nhiệt độ tăng lên 10°C, khả năng hòa tan của dung môi tăng lên gấp rưỡi.

2.1. Ưu điểm của phương pháp chiết xuất cận tới hạn ASE

Chiết xuất dung môi cấp tốc (ASE) là một kỹ thuật chiết xuất sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để tăng tốc quá trình chiết. ASE cho phép chiết xuất nhanh hơn, sử dụng ít dung môi hơn và có thể được sử dụng để chiết xuất một loạt các hợp chất khác nhau. Phương pháp chiết xuất cận tới hạn cũng có tính cạnh tranh với các phương pháp chiết xuất mẫu chất rắn khác. Do khả năng hòa tan của các chất trong dung môi phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất cận tới hạn

Quá trình chiết xuất cận tới hạn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ, áp suất, dung môi và thời gian chiết. Nhiệt độ cao giúp tăng khả năng hòa tan và khuếch tán. Áp suất cao cho phép sử dụng nhiệt độ cao hơn mà không làm dung môi bị bay hơi. Dung môi phù hợp giúp hòa tan Capsaicinoid hiệu quả. Thời gian chiết đủ để Capsaicinoid được giải phóng từ mẫu ớt. Việc tối ưu hóa các yếu tố này giúp tăng hiệu quả chiết xuất.

2.3. Tổng quan về phương pháp tinh chế Capsaicinoid từ dịch chiết

Sau quá trình chiết xuất, dịch chiết thường chứa nhiều tạp chất. Tinh chế Capsaicinoid là quá trình loại bỏ các tạp chất này, làm tăng độ tinh khiết của sản phẩm. Các phương pháp tinh chế bao gồm chiết lỏng-lỏng và hấp phụ hạt. Chiết lỏng-lỏng dựa trên sự phân bố khác nhau của các chất giữa hai pha lỏng không trộn lẫn. Hấp phụ hạt sử dụng vật liệu hấp phụ để giữ lại Capsaicinoid, sau đó rửa giải để thu được sản phẩm tinh khiết.

III. Cách Tối Ưu Quy Trình Chiết Xuất Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn

Nghiên cứu tập trung vào tối ưu quy trình chiết xuất Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn bằng phương pháp ASE. Các yếu tố được khảo sát bao gồm nhiệt độ, dung môi và thời gian chiết. Kết quả cho thấy việc điều chỉnh các yếu tố này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất chiết xuất. Mục tiêu là xây dựng quy trình chiết ASE hiệu quả, thu được dịch chiết giàu Capsaicinoid với ít tạp chất nhất. Các khảo sát được tiến hành để xác định điều kiện chiết tối ưu cho Ớt Trung Đoàn.

3.1. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết xuất đến hàm lượng Capsaicinoid

Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các mức nhiệt độ khác nhau đến hàm lượng Capsaicinoid thu được. Nhiệt độ quá cao có thể làm phân hủy Capsaicinoid, trong khi nhiệt độ quá thấp có thể làm giảm hiệu suất chiết xuất. Kết quả cho thấy có một khoảng nhiệt độ tối ưu cho việc chiết xuất Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn.

3.2. Nghiên cứu lựa chọn dung môi chiết xuất tối ưu cho Capsaicinoid

Dung môi đóng vai trò quan trọng trong việc hòa tan và chiết xuất Capsaicinoid. Các dung môi khác nhau có khả năng hòa tan Capsaicinoid khác nhau. Nghiên cứu so sánh hiệu quả chiết xuất của các dung môi khác nhau, như ethanol, dichloromethane, để tìm ra dung môi tối ưu cho Ớt Trung Đoàn. Sự phân bố của Capsaicinoid trong các dung môi khác nhau cũng được xem xét.

3.3. Tối ưu hóa thời gian chiết xuất để đạt hiệu quả cao nhất

Thời gian chiết xuất ảnh hưởng đến lượng Capsaicinoid được giải phóng từ mẫu ớt. Thời gian chiết quá ngắn có thể không đủ để chiết hết Capsaicinoid, trong khi thời gian chiết quá dài có thể làm tăng chi phí và không cải thiện đáng kể hiệu suất. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết khác nhau và xác định thời gian chiết tối ưu cho Ớt Trung Đoàn.

IV. Phương Pháp Tinh Chế Capsaicinoid Từ Ớt Trung Đoàn Hiệu Quả Nhất

Sau khi chiết xuất, dịch chiết chứa nhiều tạp chất cần loại bỏ để có Capsaicinoid tinh khiết. Nghiên cứu tập trung vào khảo sát và so sánh hai phương pháp tinh chế Capsaicinoid: chiết phân đoạn và hấp phụ hạt. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, và hiệu quả phụ thuộc vào điều kiện thực hiện. Mục tiêu là tìm ra phương pháp tinh chế hiệu quả nhất, cho phép thu được Capsaicinoid với độ tinh khiết cao và hiệu suất thu hồi tốt.

4.1. Tinh chế Capsaicinoid bằng phương pháp chiết phân đoạn

Chiết phân đoạn là phương pháp dựa trên sự phân bố khác nhau của các chất giữa hai pha lỏng không trộn lẫn. Dịch chiết được trộn với một dung môi khác, tạo thành hai pha. Capsaicinoid và các tạp chất sẽ phân bố vào hai pha theo tỷ lệ khác nhau. Bằng cách tách các pha, ta có thể loại bỏ một phần tạp chất và làm giàu Capsaicinoid. Nghiên cứu khảo sát các dung môi và điều kiện chiết phân đoạn khác nhau để tối ưu hiệu quả tinh chế.

4.2. Tinh chế Capsaicinoid bằng phương pháp hấp phụ hạt nhựa

Hấp phụ hạt nhựa là phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ (ví dụ: hạt nhựa) để giữ lại Capsaicinoid. Dịch chiết được cho qua cột chứa vật liệu hấp phụ, Capsaicinoid sẽ bị giữ lại trên cột, trong khi các tạp chất đi qua. Sau đó, Capsaicinoid được rửa giải khỏi cột bằng dung môi phù hợp. Nghiên cứu khảo sát các loại hạt nhựa và điều kiện rửa giải khác nhau để tối ưu hiệu quả tinh chế.

4.3. So sánh hiệu quả của hai phương pháp tinh chế Capsaicinoid

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của hai phương pháp tinh chế: chiết phân đoạn và hấp phụ hạt, dựa trên các tiêu chí như độ tinh khiết, hiệu suất thu hồi và chi phí. Kết quả so sánh cho thấy mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, và phương pháp phù hợp nhất phụ thuộc vào điều kiện cụ thể. Việc lựa chọn phương pháp tinh chế phù hợp giúp tối ưu quy trình sản xuất Capsaicinoid.

V. Ứng Dụng và Hoạt Tính Sinh Học Của Capsaicinoid từ Ớt

Capsaicinoid là nhóm hoạt chất quan trọng với nhiều ứng dụng và hoạt tính sinh học quý báu. Nó được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và nông nghiệp. Các nghiên cứu đã chứng minh Capsaicinoid có tác dụng giảm đau, chống oxy hóa, chống viêm và chống ung thư. Việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm từ Capsaicinoid có tiềm năng lớn trong việc cải thiện sức khỏe và chất lượng cuộc sống.

5.1. Ứng dụng của Capsaicinoid trong ngành dược phẩm

Capsaicinoid được sử dụng trong các sản phẩm giảm đau ngoài da, điều trị các cơn đau mãn tính do viêm xương khớp, viêm khớp dạng thấp, bệnh thần kinh do tiểu đường. Capsaicin có thể liên kết có chọn lọc với thụ thể TRPV1, dẫn đến giảm chức năng thụ thể và giảm đau. Capsaicin đã được phê duyệt để sử dụng trong bệnh thần kinh ngoại vi và đau dây thần kinh sau gáy. Capsaicin cũng có tác dụng chống viêm, ức chế sản xuất prostaglandin và enzym COX-2.

5.2. Tác dụng chống oxy hóa và chống viêm của Capsaicinoid

Capsaicinoid có hoạt tính chống oxy hóa, bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Capsaicin có thể ngăn chặn quá trình peroxy hóa lipid và bảo vệ enzym khỏi các tổn thương oxy hóa. Capsaicin cũng có tác dụng chống viêm, ức chế sản xuất các chất trung gian gây viêm. Nghiên cứu cho thấy Capsaicin có thể tăng cường biểu hiện của interleukin-10 (cytokine chống viêm) và ức chế biểu hiện của interleukin-1 beta và interleukin-8 (cytokine tiền viêm).

5.3. Nghiên cứu về tiềm năng chống ung thư của Capsaicinoid

Nhiều nghiên cứu cho thấy Capsaicinoid có tác dụng chống ung thư mạnh mẽ, bao gồm ung thư dạ dày, ung thư vú, ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư đại trực tràng và ung thư tuyến tụy. Capsaicin có thể điều chỉnh mức độ biểu hiện của các gen và enzym liên quan trong quá trình tăng sinh tế bào ung thư, bắt giữ chu kỳ tế bào, truyền tín hiệu, quá trình apoptosis và di căn. Capsaicin ức chế sự phát triển của khối u và gây ra quá trình apoptosis mà không có tác dụng độc hại.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Chiết Xuất Capsaicinoid Mới

Nghiên cứu đã thành công trong việc khảo sát và tối ưu quy trình chiết xuất và tinh chế Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn (Capsicum chinense Jacq.). Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc sản xuất Capsaicinoid từ nguồn nguyên liệu này. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào đánh giá hoạt tính sinh học của Capsaicinoid chiết xuất từ Ớt Trung Đoàn, cũng như phát triển các sản phẩm ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm chức năng. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để khám phá tiềm năng của Ớt Trung Đoàn và Capsaicinoid.

6.1. Tổng kết các kết quả chính của nghiên cứu

Nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối ưu cho quá trình chiết xuất Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn bằng phương pháp ASE, bao gồm nhiệt độ, dung môi và thời gian chiết. Nghiên cứu cũng so sánh hiệu quả của hai phương pháp tinh chế: chiết phân đoạn và hấp phụ hạt, và đưa ra khuyến nghị về phương pháp phù hợp nhất. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng quy trình sản xuất Capsaicinoid quy mô công nghiệp.

6.2. Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo về Capsaicinoid

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào đánh giá hoạt tính sinh học của Capsaicinoid chiết xuất từ Ớt Trung Đoàn, như tác dụng giảm đau, chống oxy hóa, chống viêm và chống ung thư. Nghiên cứu cũng có thể tập trung vào phát triển các công thức bào chế sử dụng Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn trong các sản phẩm dược phẩm và thực phẩm chức năng. Cần có thêm nghiên cứu về tính an toàn và hiệu quả của Capsaicinoid từ Ớt Trung Đoàn trên người.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Theo thống kê từ Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO, 2017), Việt Nam là quốc gia sản xuất ớt đứng thứ 10 trên thế giới với diện tích canh tác 65.201 ha, sản lượng đạt 95.844 tấn và giá trị thương mại đạt khoảng 105 triệu USD. Trong số các giống ớt bản địa, Ớt trung đoàn (Capsicum chinense Jacq., họ Cà - Solanaceae) được trồng phổ biến tại huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu là nguồn gen đặc sản có hương vị cay nồng và mùi thơm đặc trưng do chứa hàm lượng capsaicinoid cao.

Trên thế giới, capsaicinoid từ quả ớt cay đã được đưa vào Dược điển của châu Âu, Hoa Kỳ cùng nhiều quốc gia khác để sản xuất các chế phẩm thuốc giảm đau, gây tê cục bộ. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu chiết xuất và tiêu chuẩn hóa cao chiết từ nguồn dược liệu Ớt trung đoàn vẫn còn hạn chế. Nhằm nâng cao giá trị sử dụng của nguồn dược liệu đặc sản này và tạo tiền đề cho sản xuất dược phẩm, việc ứng dụng các công nghệ chiết xuất tiên tiến như chiết dung môi cấp tốc (Accelerated Solvent Extraction - ASE) dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao kết hợp kỹ thuật tinh chế làm giàu hoạt chất là rất cần thiết.

Đề tài "Xây dựng cao chuẩn hóa Capsaicinoid từ cây Ớt trung đoàn (Capsicum chinense Jacq.)" xác định 2 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố (nhiệt độ, nồng độ dung môi, thời gian, thể tích dung môi) đến quy trình chiết xuất capsaicinoid từ quả Ớt trung đoàn bằng phương pháp ASE.
2. Khảo sát điều kiện tinh chế, làm giàu thành phần capsaicinoid trong dịch chiết Ớt trung đoàn bằng phương pháp chiết phân đoạn lỏng - lỏng và phương pháp hấp phụ trên hạt nhựa macroporous.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng: Quả Ớt trung đoàn (Capsicum chinense Jacq.) được thu hái tại huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu vào tháng 8/2022, được phơi sấy khô đạt độ ẩm khoảng 6% và nghiền nhỏ thành bột dược liệu.
• Phạm vi thực hiện: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Khoa Công nghệ Chiết xuất - Viện Dược liệu và Trường Đại học Y Dược - Đại học Quốc gia Hà Nội trong năm 2023.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết

• Thành phần hóa học và hoạt tính sinh học: Capsaicinoid là nhóm amid của vanillylamin và các acid béo phân nhánh C9–C11, trong đó capsaicin và dihydrocapsaicin chiếm 77–98% tổng hàm lượng. Nhóm hoạt chất này có độ tan kém trong nước nhưng tan tốt trong các dung môi hữu cơ (ethanol, methanol, dichloromethane, n-hexan...). Các cơ chế tác dụng sinh học chính được ghi nhận gồm: giảm đau qua thụ thể TRPV1, chống oxy hóa (ức chế peroxy hóa lipid, dọn gốc tự do DPPH), chống viêm (ức chế enzym COX-2, iNOS, prostaglandin E2 và điều hòa cytokine IL-10, IL-1β, IL-8), chống ung thư (ức chế tăng sinh, kích hoạt apoptosis, ngăn ngừa hình thành mạch do VEGF), điều hòa chuyển hóa và ức chế các enzym chuyển hóa glucid (α-amylase, α-glucosidase).
• Nguyên lý chiết xuất dung môi cấp tốc (ASE): Kỹ thuật chiết lỏng dưới áp suất cao (tới 150 bar) và nhiệt độ cao (80–200°C) giúp duy trì dung môi ở trạng thái lỏng trên nhiệt độ sôi thường, làm giảm sức căng bề mặt, giảm độ nhớt dung môi, gia tăng tốc độ khuếch tán và phá vỡ liên kết giữa hoạt chất với ma trận mẫu thực vật, từ đó rút ngắn thời gian và giảm lượng dung môi tiêu thụ.
• Nguyên lý tinh chế: Dựa trên định luật phân bố Nernst trong chiết lỏng - lỏng và cơ chế hấp phụ phân tử (tương tác kỵ nước, lực Van der Waals, liên kết hydro) trên khung polymer xốp macroporous có diện tích bề mặt lớn và đường kính lỗ xốp phù hợp.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp định lượng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC):
  • Hệ thống: Shimadzu (Nhật Bản), đầu dò DAD (Diode Array Detector) ở bước sóng 281 nm.
  • Cột sắc ký: XBridge BEH Phenyl Column (Waters Corporation).
  • Pha động: Hỗn hợp dung dịch acid orthophosphoric 0,1% (1,0 mL H3PO4 85% hòa tan trong nước khử ion thành 1000 mL) và acetonitril theo tỷ lệ thể tích 60:40 (v/v).
  • Điều kiện vận hành: Tốc độ dòng 0,7 mL/phút, thể tích tiêm mẫu 20 µL, nhiệt độ phòng, thời gian chạy sắc ký 40 phút.
• Phương pháp khảo sát chiết ASE: Khảo sát đơn yếu tố trên mẫu 2,0 g bột dược liệu bằng máy Dionex ASE 350 (Thermo Scientific - Hoa Kỳ) với các biến số: nhiệt độ (50–200°C), nồng độ ethanol (20–96%), thời gian chiết tĩnh (5–25 phút), thể tích dung môi (60–140 mL).
• Phương pháp tinh chế làm giàu:
  • Chiết phân đoạn lỏng - lỏng: Thử nghiệm trên 2 hệ dung môi n-hexan và dichloromethane (DCM) theo tỷ lệ 1:1 với dịch cao pha loãng (1 g cao đặc/20 mL nước), lắc 3 lần.
  • Hấp phụ trên nhựa macroporous: Đánh giá dung lượng hấp phụ tĩnh ($Q_e$) trên 4 loại hạt (AB-8, HPD100, D101, ADS-7); khảo sát động học hấp phụ theo thời gian (4, 8, 18, 24 giờ); khảo sát nồng độ ethanol rửa giải giải hấp (20%, 40%, 60%, 80%).

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương tổng quan hệ thống hóa vị trí phân loại thực vật, đặc điểm hình thái và phân bố của Capsicum chinense Jacq. Tác giả phân tích cấu trúc hóa học của các capsaicinoid chính (capsaicin, dihydrocapsaicin, nordihydrocapsaicin, homocapsaicin) cùng các nhóm thành phần đi kèm trong quả ớt như sắc tố carotenoid (capsanthin, capsorubin, zeaxanthin), chất béo (15–18%), vitamin và đường đơn. Chương này tổng kết các nghiên cứu dược lý thực nghiệm về tác dụng giảm đau, chống viêm, kháng ung thư, hạ đường huyết và bảo vệ tim mạch của capsaicin. Đồng thời, tác giả tổng quan cơ chế vận hành của thiết bị chiết ASE, cấu trúc - đặc tính các loại nhựa macroporous (SDVB, Acrylic) và điểm luận các nghiên cứu chiết xuất, tinh chế của Trần Anh Khoa (so sánh Soxhlet, ngâm, UAE, MAE, SFE) và Liu (làm giàu capsaicinoid bằng nhựa macroporous).

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trình bày chi tiết nguồn gốc mẫu dược liệu Ớt trung đoàn thu hái tháng 8/2022 tại Mường Tè, Lai Châu. Tác giả liệt kê danh mục hóa chất (EtOH 96%, n-hexan, DCM, Methanol, nước RO), các dòng hạt nhựa (AB-8, D101, HPD100, ADS-7) và hệ thống thiết bị (Dionex ASE 350, HPLC Shimadzu, cân phân tích WBA-320, máy cô quay chân không, tủ sấy Memmert). Chương này mô tả các công thức tính toán hàm lượng hoạt chất, hiệu suất chiết cao, dung lượng hấp phụ ($Q_e$), hiệu suất thu hồi hoạt chất ($H_{th}$) và quy trình phân tích HPLC định lượng capsaicinoid.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ

Tập trung toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được qua các giai đoạn nghiên cứu:

• Tối ưu hóa các thông số chiết ASE: Xác định được điều kiện tối ưu gồm nhiệt độ 175°C, dung môi ethanol 60%, thời gian 10 phút và thể tích dung môi 100 mL trên 2 g dược liệu.
• Khảo sát tinh chế: So sánh phương pháp chiết phân đoạn bằng dung môi hữu cơ với phương pháp hấp phụ hạt nhựa. Nhựa AB-8 cho dung lượng hấp phụ cao nhất (13,64 mg/g), thời gian đạt cân bằng là 18 giờ và dung môi rửa giải tối ưu là ethanol 80%.
• Thẩm định quy trình: Kiểm tra tính lặp lại của quy trình tích hợp qua 3 mẻ thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm, xác định hàm lượng hoạt chất trung bình trong cao tinh chế đạt 15,59 ± 0,66% với độ lệch chuẩn tương đối RSD = 4,24%.

CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN

Tác giả phân tích cơ chế ảnh hưởng của từng thông số nhiệt động trong chiết ASE, lý giải hiện tượng suy giảm hàm lượng capsaicinoid khi vượt quá 175°C hoặc kéo dài thời gian chiết quá 10 phút do sự phân hủy nhiệt của hoạt chất và sự đồng chiết tạp chất phân cực. Đánh giá ưu điểm vượt trội của nhựa AB-8 (khung SDVB phân cực yếu) so với chiết lỏng - lỏng bằng dung môi độc hại (DCM, n-hexan). Tác giả cũng thẳng thắn chỉ ra hạn chế của phương pháp khảo sát đơn biến và đề xuất ứng dụng mô hình tối ưu hóa đa biến bề mặt phản hồi trong tương lai.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Tóm tắt các thông số kỹ thuật cốt lõi đã đạt được của quy trình chiết xuất và tinh chế cao chuẩn hóa capsaicinoid từ Ớt trung đoàn, đồng thời nêu các kiến nghị nhằm phát triển nghiên cứu ở quy mô lớn hơn.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chiết xuất bằng phương pháp ASE

Quá trình khảo sát đơn yếu tố trên mẫu 2,0 g bột Ớt trung đoàn ghi nhận các kết quả định lượng cụ thể:

Yếu tố khảo sát	Mức khảo sát	Hàm lượng hoạt chất (%)	Hiệu suất chiết cao (%)	Điều kiện lựa chọn
Nhiệt độ chiết	50°C	0,84	17,84	175°C (Hàm lượng hoạt chất đạt cực đại 1,83%, hiệu suất chiết 38,81%)
	100°C	1,43	30,33
	150°C	1,64	35,62
	175°C	1,83	38,81
	200°C	1,66	38,26
Nồng độ EtOH	20%	1,25	28,37	EtOH 60% (Hàm lượng hoạt chất 1,83%, hiệu suất chiết 38,73%, tiết kiệm chi phí dung môi)
	40%	1,49	31,92
	60%	1,83	38,73
	80%	1,84	38,97
	96%	1,75	39,04
Thời gian chiết	5 phút	1,59	33,61	10 phút (Hàm lượng hoạt chất đạt đỉnh 1,83%, hiệu suất chiết 38,81%)
	10 phút	1,83	38,81
	15 phút	1,80	39,02
	20 phút	1,70	39,01
	25 phút	1,54	38,99
Thể tích dung môi	60 mL	1,44	30,84	100 mL (Hàm lượng hoạt chất đạt 1,83%, hiệu suất chiết 38,81%, cân đối hiệu quả truyền khối và dung môi)
	80 mL	1,63	34,86
	100 mL	1,83	38,81
	120 mL	1,83	39,35
	140 mL	1,83	39,57

Kết quả tinh chế và làm giàu hoạt chất

Nghiên cứu tiến hành so sánh 2 kỹ thuật tinh chế để làm giàu capsaicinoid từ dịch cao đặc (độ ẩm 15,69%, pha loãng tỷ lệ 1 g cao/20 mL nước):

1. Phương pháp chiết phân đoạn lỏng - lỏng:
   • Dung môi DCM: Hàm lượng hoạt chất sau lắc đạt 9,91%, hiệu suất thu hồi hoạt chất đạt 39,38%.
   • Dung môi n-hexan: Hàm lượng hoạt chất sau lắc đạt 12,81%, hiệu suất thu hồi hoạt chất đạt 54,41%.
2. Phương pháp hấp phụ hạt nhựa macroporous:
   • Sàng lọc chủng loại hạt nhựa: Khảo sát dung lượng hấp phụ tĩnh ($Q_e$) trên 4 loại hạt cho thấy AB-8 đạt 13,64 mg/g; D101 đạt 13,41 mg/g; HPD100 đạt 12,86 mg/g; ADS-7 đạt 12,64 mg/g. Hạt AB-8 (khung polymer SDVB, phân cực yếu) được lựa chọn.
   • Thời gian hấp phụ của hạt AB-8: $Q_e$ tăng nhanh từ 4 giờ (10,70 mg/g) đến 18 giờ (13,49 mg/g) và đạt 13,63 mg/g ở 24 giờ. Mốc 18 giờ được chọn để tối ưu thời gian.
   • Nồng độ cồn rửa giải giải hấp: Rửa giải bằng EtOH 80% cho hiệu quả vượt trội với hàm lượng hoạt chất trong cao giải hấp đạt 15,74% và hiệu suất thu hồi hoạt chất đạt 79,08% (so với EtOH 20% đạt 0,82% và 1,71%; EtOH 40% đạt 3,11% và 11,35%; EtOH 60% đạt 11,02% và 54,93%).

Phương pháp tinh chế	Hàm lượng capsaicinoid sau tinh chế (%)	Hiệu suất thu hồi hoạt chất (%)	Đánh giá kỹ thuật
Chiết lỏng - lỏng (n-hexan)	12,81	54,41	Tiêu tốn nhiều dung môi hữu cơ dễ bay hơi, độc hại
Hấp phụ hạt nhựa (AB-8)	15,74	79,08	Hiệu suất cao, thân thiện môi trường, hạt nhựa tái sinh được, dễ nâng quy mô

Thẩm định tính ổn định của quy trình

Quy trình chiết xuất ASE kết hợp tinh chế bằng hạt nhựa AB-8 được vận hành lặp lại qua 3 mẻ độc lập ở quy mô phòng thí nghiệm:

Mẻ thí nghiệm	Hàm lượng capsaicinoid (%)	Hiệu suất chiết cao (%)
Mẻ 1	16,23	9,01
Mẻ 2	14,91	9,48
Mẻ 3	15,62	9,24
Trung bình ± SD	15,59 ± 0,66	9,36 ± 0,17
RSD (%)	4,24	1,81

Đóng góp của khóa luận

• Thiết lập bộ thông số công nghệ hoàn chỉnh để chiết xuất capsaicinoid từ Ớt trung đoàn bằng phương pháp ASE kết hợp làm giàu bằng hạt nhựa macroporous AB-8.
• Nâng hàm lượng capsaicinoid từ 1,83% trong dịch chiết thô lên 15,59 ± 0,66% trong chế phẩm cao chuẩn hóa cuối cùng, đạt hiệu suất thu hồi hoạt chất 79,08%.
• Chứng minh tính ưu việt của phương pháp hấp phụ hạt nhựa macroporous AB-8 so với chiết phân bố lỏng - lỏng truyền thống về cả hiệu suất thu hồi, độ an toàn và khả năng mở rộng quy mô.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

• Nghiên cứu mới khảo sát thực nghiệm theo phương pháp đơn biến (single-factor optimization), chưa đánh giá được ảnh hưởng tương tác đồng thời giữa các thông số công nghệ (nhiệt độ, thời gian, nồng độ dung môi, thể tích).
• Quy mô nghiên cứu mới dừng lại ở mức phòng thí nghiệm trên khối lượng mẫu 2,0 g bột dược liệu.
• Chưa khảo sát sâu ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý dược liệu khác nhau đến hiệu suất thu hồi hoạt chất.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Ứng dụng các mô hình toán học tối ưu hóa đa biến như phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM), thiết kế tổng hợp trung tâm (CCD) hoặc thiết kế nhân tố phân số để xác định vùng tối ưu toàn cục.
• Nghiên cứu động học quá trình chiết xuất cận tới hạn và động học hấp phụ - giải hấp phụ trên cột động (dynamic adsorption column).
• Mở rộng quy mô thực nghiệm lên cấp độ pilot và bán công nghiệp, tiến tới xây dựng hồ sơ tiêu chuẩn cơ sở cho cao định chuẩn Ớt trung đoàn ứng dụng trong bào chế thuốc giảm đau.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu viên các ngành Dược học, Hóa dược phẩm, Công nghệ Chiết xuất hợp chất thiên nhiên và Công nghệ Thực phẩm.
• Giá trị học thuật và kỹ thuật:
  • Khóa luận cung cấp quy trình định lượng capsaicinoid chuẩn xác bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC-DAD trên cột XBridge BEH Phenyl.
  • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm đối chứng chi tiết về công nghệ chiết xuất cận tới hạn (ASE) và kỹ thuật tinh chế hợp chất tự nhiên bằng hạt nhựa polymer xốp (macroporous resin).
  • Là tài liệu tham khảo trực tiếp cho các đề tài phát triển sản phẩm thuốc bôi ngoài da, miếng dán giảm đau chứa capsaicin hoặc khai thác nguồn dược liệu đặc sản địa phương.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn nhiệt độ chiết ASE là 175°C thay vì nâng lên 200°C?

Trong thực nghiệm chiết ASE, khi tăng nhiệt độ từ 50°C lên 175°C, hàm lượng hoạt chất trong cao tăng mạnh từ 0,84% lên 1,83% và hiệu suất chiết tăng từ 17,84% lên 38,81%. Tuy nhiên, khi tiếp tục nâng lên 200°C, hàm lượng capsaicinoid giảm xuống 1,66% và hiệu suất chiết giảm nhẹ còn 38,26%. Nguyên nhân là do ở mức nhiệt 200°C, các hợp chất capsaicinoid kém bền nhiệt bắt đầu bị phân hủy hóa học và các tạp chất không mong muốn bị đồng chiết nhiều hơn. Do đó, 175°C là điểm nhiệt tối ưu nhất.

2. Hạt nhựa AB-8 có đặc tính kỹ thuật gì nổi bật để được chọn làm chất hấp phụ tối ưu?

Hạt nhựa AB-8 có khung polymer bằng Styren-Divinylbenzen (SDVB), thuộc nhóm phân cực yếu, diện tích bề mặt riêng đạt 480–520 m²/g, đường kính lỗ xốp 130–140 Å và kích thước hạt 300–1250 µm. Cấu trúc lỗ xốp và tính phân cực yếu này tạo ái lực liên kết Van der Waals và kỵ nước phù hợp nhất với khung cấu trúc capsaicinoid, giúp AB-8 đạt dung lượng hấp phụ tĩnh cao nhất ($Q_e = 13,64$ mg/g) trong số 4 loại hạt được thử nghiệm (cao hơn D101 đạt 13,41 mg/g, HPD100 đạt 12,86 mg/g và ADS-7 đạt 12,64 mg/g).

3. Nồng độ ethanol nào cho hiệu quả rửa giải capsaicinoid cao nhất trên hạt AB-8?

Dung môi ethanol 80% cho hiệu quả giải hấp vượt trội nhất với hàm lượng capsaicinoid trong dịch giải hấp đạt 15,74% và hiệu suất thu hồi hoạt chất đạt 79,08%. Ở các nồng độ cồn thấp hơn, khả năng giải hấp rất kém: ethanol 20% chỉ đạt hiệu suất thu hồi 1,71% (hàm lượng 0,82%), ethanol 40% đạt 11,35% (hàm lượng 3,11%) và ethanol 60% đạt 54,93% (hàm lượng 11,02%).

4. Phương pháp hấp phụ hạt nhựa thể hiện ưu điểm gì so với phương pháp chiết phân đoạn bằng n-hexan?

So với chiết lỏng - lỏng bằng n-hexan (cho hàm lượng capsaicinoid 12,81% và hiệu suất thu hồi 54,41%), phương pháp hấp phụ trên hạt nhựa AB-8 cho sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn (hàm lượng đạt 15,74%) và hiệu suất thu hồi vượt trội hơn (79,08%). Ngoài ra, phương pháp hạt nhựa khắc phục được các nhược điểm của chiết lỏng - lỏng như việc sử dụng lượng lớn dung môi hữu cơ độc hại, nguy cơ tạo nhũ tương khó tách pha, đồng thời hạt nhựa có thể tái sinh sử dụng nhiều lần và thuận tiện triển khai ở quy mô công nghiệp.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Bùi Hoàng Nhi đã xây dựng thành công quy trình công nghệ chiết xuất và tinh chế cao chuẩn hóa capsaicinoid từ nguồn dược liệu Ớt trung đoàn (Capsicum chinense Jacq.) tỉnh Lai Châu. Bằng phương pháp chiết xuất dung môi cấp tốc ASE (175°C, ethanol 60%, 10 phút, 100 mL dung môi/2 g mẫu) kết hợp làm giàu trên hạt nhựa macroporous AB-8 (hấp phụ 18 giờ, rửa giải bằng ethanol 80%), nghiên cứu đã thu được sản phẩm cao ớt chuẩn hóa có hàm lượng capsaicinoid đạt 15,59 ± 0,66% với hiệu suất chiết cao 9,36 ± 0,17%. Quy trình thực nghiệm chứng minh được độ lặp lại ổn định (RSD < 5%), mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp chiết xuất dược liệu và phát triển các chế phẩm giảm đau từ ớt cay bản địa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về thực vật Capsicum L., với 43 loài thuộc phân họ Solanoideae, họ Solanaceae) cùng với Lycianthes (Dunal) Hassl, có nguồn gốc từ các vùng ôn đới, cận nhiệt đới và nhiệt đới của châu Mỹ, phát triển từ miền nam Hoa Kỳ đến miền trung Argentina và Brazil, với trung tâm đa dạng chính là dãy Andes [1]. là một chi cây trồng quan trọng với năm loài được thuần hóa chính: C., hiện được trồng rộng rãi trên khắp thế giới và C. pubescens Ruiz & Pav., được trồng chủ yếu ở Nam Mỹ.

Các loài Capsicum là những cây bụi nhỏ, lâu năm bản địa của vùng nhiệt đới Châu Mỹ. Capsicum cho quả có hình bầu dục đến thuôn dài với quả dạng quả mọng rỗng. Quả có nhiều kích cỡ, hình dạng và màu sắc (Hình 1.1) và nổi tiếng với vị cay nồng và nóng [2]. Chi này bao gồm một nhóm khác nhau của ớt ngọt và ớt cay, đã được sử dụng làm gia vị từ những năm trước Công nguyên.

Ngày nay, chúng rất được quan tâm về mặt thương mại và được tiêu thụ bởi một phần tư dân số toàn cầu. xuất hiện trong lịch sử ẩm thực được ghi lại từ rất sớm, có niên đại từ 7000 năm trước Công nguyên. Nhà khảo cổ học RS MacNeish người Mexico đã tìm thấy ớt có niên đại khoảng 7500 TCN. Christopher Columbus và chuyên gia vật lý đi cùng Diego Chanca là những người đầu tiên mô tả Capsicum trong chuyến đi thứ 2 của Columbus vào năm 1493.

Sau đó, ớt đã được phổ biến đến Châu Phi, Ấn Độ, Trung Đông, Viễn Đông, Châu Âu qua các tuyến thương mại hậu Colombia [2]. Về thực vật a. Vị trí phân loại của Ớt trung đoàn Ớt trung đoàn có tên khoa học là: Capsicum chinense Jacq. thuộc chi Capsicum, họ Cà (Solanaceae) có nguồn gốc từ Nam và Trung Mỹ.

Ớt trung đoàn có vị trí phân loại như sau: Giới: Thực vật (Plantae) Ngành: Dương xỉ (Tracheophyta) Lớp: Ngọc Lan (Magnoliopsida) Bộ: Cà (Solanales) Họ: Cà (Solanaceae) Chi: Ớt (Capsicum L.) Loài: Capsicum chinense [3] 3 b. Đặc điểm thực vật Hình 1.1: Capsicum chinense (A - H từ cây hoang dại, I - M từ cây thuần hóa) A: cây; B: chồi hoa; C: hoa trên cuống hoa; D: hoa ở phía trước; E: hoa, bao noãn; F: quả chưa trưởng thành; G: quả có cuống; H: quả trưởng thành; I: cành hoa; J: hoa trên các cuống đơn; K, L: quả chưa trưởng thành; M: quả trưởng thành C. chinense là cây bụi thấp, mọc thẳng, chia làm nhiều nhánh. Cây cao từ 0,5 - 1,5m.

Thân chính có đường kính 0,8 - 1,5cm. Thân non có 4 cạnh, hình vuông, mảnh, màu xanh lục hoặc nâu lục, hơi trong. Vỏ các thân già màu nâu nhạt hoặc xanh 4 nhạt với các sọc màu nâu nhạt, từ bóng đến nhạt dần. Lá hình trứng mọc đối nhau, bề mặt có nếp nhăn đặc trưng, mặt trên màu xanh lục đậm, mặt dưới màu xanh lục nhạt [3].

Cụm hoa ở nách lá, mỗi cụm có từ 2 - 4 hoa, đôi khi có hoa đơn độc. Cuống hoa dài 12 - 20mm, góc cạnh, màu xanh lục, có hoặc không có các đường màu tím; vết sẹo ở cuống dễ thấy, hơi chai sần. Nụ hoa hình elip, màu kem hoặc trắng. Đài hoa hình chén, dài 1 - 2,5mm, rộng 3 - 4mm, màu xanh lục, hình ngũ giác hoặc lục giác, các gân chính nổi rõ.

Tràng hoa có 5 - 6 cánh, dài 6,5 - 8mm, đường kính 10 - 15mm, màu trắng xỉn hoặc màu trắng xanh, đôi khi có các đốm tím phía bên ngoài và bên trong. Hoa ớt có 5 - 6 nhị, dài 1 - 1,3mm, màu trắng hoặc kem tím. Bao phấn màu xanh lam hoặc ánh xanh, rất hiếm khi có màu vàng hoặc trắng lục.