Nghiên Cứu Thu Nhận Hoạt Chất Từ Vỏ Quả Măng Cụt Và Ứng Dụng Trong Ngành Thực Phẩm

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu thu nhận hoạt chất từ vỏ quả măng cụt và ứng dụng trong ngành thực phẩm

• Tác giả: Nguyễn Thị Hiền
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Minh Tú
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Thu Nhận Hoạt Chất Từ Vỏ Quả Măng Cụt Và Ứng Dụng Trong Ngành Thực Phẩm
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
• 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về cây măng cụt
• 1.2. Giới thiệu chung về cây măng cụt
• 1.3. Quả măng cụt
• 1.4. Vỏ quả măng cụt
• 1.5. Một số phương pháp thu nhận các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt
• 1.6. Phương pháp trích ly bằng dung môi hữu cơ
• 1.7. Phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm
• 1.8. Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng
• 1.9. Phương pháp trích ly có hỗ trợ enzym
• 1.10. Phương pháp phân lập một số hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ quả măng cụt
• 1.11. Kết tinh phân đoạn
• 1.12. Tách phân đoạn
• 1.13. Các phương pháp sắc ký
• 1.14. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt
• 1.15. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt trên thế giới
• 1.16. Tình hình nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt ở Việt Nam
• 1.17. Giới thiệu về tổ hợp kích thước nano từ các polyme tự nhiên
• 2. NGUYÊN VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Hoá chất và thiết bị
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Bố trí thí nghiệm- Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Nghiên cứu phân tích thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt Việt Nam
• 2.4.2. Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ quả măng cụt Việt Nam
• 2.4.3. Nghiên cứu phân lập một số hoạt chất
• 2.4.4. Nghiên cứu chế tạo hạt nano tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG) bằng phương pháp gel hoá ion
• 2.4.5. Nghiên cứu sử dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm
• 2.5. Các phương pháp phân tích
• 2.6. Định lượng polyphenol theo TCVN 9745-1:2013
• 2.7. Định lượng tanin (polyphenol) bằng phương pháp Lowenthal
• 2.8. Xác định tổng hàm lượng chất tạo màu anthocyanin dạng monome bằng phương pháp pH vi sai
• 2.9. Phân tích hàm lượng cellulose theo TCVN 5103:1990
• 2.10. Phân tích hàm lượng tinh bột bằng phương pháp hoá học
• 2.11. Phân tích hàm lượng pectin bằng phương pháp kết tủa canxi pectat
• 2.12. Phân tích hàm lượng tro theo TCVN 9939:2013
• 2.13. Phương pháp thử hoạt tính chống oxy hóa bằng phương pháp bẫy các gốc tự do tạo bởi DPPH
• 2.14. Phương pháp thử hoạt tính kháng vi sinh vật
• 2.15. Phương pháp thử hoạt tính gây độc và ức chế sự tăng sinh tế bào dòng Vero 51 2
• 2.16. Phương pháp kiểm tra vi sinh vật hiếu khí tổng số theo TCVN 4885:2005
• 2.17. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của hạt nano tổ hợp carrageeenan- chitosan-α-mangostin (CCG)
• 2.18. Đánh giá màu của giò bằng hệ thống Computer vision
• 2.19. Đánh giá màu của rượu bằng phương pháp đo quang
• 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu phân tích thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt
• 3.2. Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ quả măng cụt Việt Nam
• 3.2.1. Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly với dung môi thông thường
• 3.2.2. Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ xúc tác enzym
• 3.2.3. Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm
• 3.3. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thu nhận các hợp chất có hoạt tính sinh học từ vỏ quả măng cụt Việt Nam
• 3.4. Phân lập một số hoạt chất từ vỏ quả măng cụt
• 3.4.1. Phân lập các hoạt chất từ vỏ quả măng cụt
• 3.4.2. Xác định cấu trúc của các chất tinh sạch phân lập được
• 3.5. Đánh giá hoạt tính sinh học của các chiết xuất măng cụt
• 3.5.1. Hoạt tính chống oxy hoá của các chiết xuất măng cụt
• 3.5.2. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định
• 3.5.3. Hoạt tính ức chế sự tăng sinh của tế bào dòng Vero
• 3.6. Nghiên cứu chế tạo hạt nano tổ hợp carrageenan-chitosan-α-mangostin
• 3.7. Đánh giá hiệu suất tải α-mangostin
• 3.8. Nghiên cứu cấu trúc hoá học của vật liệu và hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG)
• 3.9. Sự phân bố kích thước của hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG)
• 3.10. Hình thái cấu trúc của hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG)
• 3.11. Đặc tính kỵ nước ưa nước của chiết xuất α-mangostin và các hạt tổ hợp carrageenan, chitosan và α-mangostin (CCG)
• 3.12. Nghiên cứu khả năng hoà tan và động học giải phóng α-mangostin từ của các hạt tổ hợp carrageenan, chitosan với α-mangostin (CCG) trong các dung dịch khác nhau
• 3.13. Nghiên cứu động học giải phóng α-mangostin từ các hạt tổ hợp CCG
• 3.14. Đánh giá hoạt tính của các hạt tổ hợp carrageenan, chitosan, α-mangostin (CCG)
• 3.15. Nghiên cứu sử dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm
• 3.15.1. Nghiên cứu ứng dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất giò
• 3.15.2. Nghiên cứu ứng dụng chiết xuất măng cụt trong sản xuất rượu vang nho đỏ và rượu màu
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Dữ liệu phổ xác định chất 1 (α -mangostin, GM1)
• Phụ lục 2- Dữ liệu phổ của chất 2 (γ-mangostin, GM2)
• Phụ lục 3- Dữ liệu phổ của chất 3 (Garcinone D, GM3)
• Phụ lục 4- Dữ liệu phổ của chất 4 (Garcinone C, GM6)
• Phụ lục 5- Dữ liệu phổ của chất 5 (Mangostanol, GM7)
• Phụ lục 12- Dữ liệu phổ của chất 6 (Banaxanthones A, GM9)
• Phụ lục 7- Dữ liệu phổ của chất 7 (Chất mới Garcinoxanthone V, GM10)
• Phụ lục 8- Dữ liệu phổ của chất 8 (8-Deoxygartanin, GM5a)
• Phụ lục 9-Dữ liệu phổ của chất 9 (chất mới, deoxygartanin A, GM5b)
• Phổ hồng ngoại IR của chitosan, carrageenan, α-mangostin và các hạt tổ hợp CCG

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu sử dụng sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên ngày càng gia tăng trong bối cảnh người tiêu dùng ngày càng chú trọng đến sức khỏe. Việc khai thác hợp chất thiên nhiên từ thực vật, đặc biệt từ các bộ phận không được sử dụng, đã trở thành xu hướng quan trọng trong nghiên cứu. Cây măng cụt (Garcinia mangostana Linn) nổi bật với vỏ quả chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học như xanthon, tanin và anthocyanin. Những hợp chất này có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là thực phẩm và y dược. Việc nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các hợp chất từ vỏ quả măng cụt không chỉ giúp tăng giá trị kinh tế mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Điều này thể hiện rõ trong các nghiên cứu gần đây về hoạt tính chống oxy hóa và kháng vi sinh vật của các chiết xuất từ vỏ quả măng cụt. Những thông tin này khẳng định tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu, nhằm phát triển sản phẩm an toàn và hiệu quả từ nguồn nguyên liệu tự nhiên.

II. Tổng quan tài liệu

Tổng quan về cây măng cụt và các phương pháp thu nhận hợp chất từ vỏ quả măng cụt đã được nghiên cứu sâu rộng. Cây măng cụt, được trồng chủ yếu ở các nước Đông Nam Á, đã trở thành một loại trái cây được yêu thích nhờ vào giá trị dinh dưỡng và hương vị đặc trưng. Vỏ quả măng cụt, chiếm tỷ lệ lớn trong quả, chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe. Các phương pháp thu nhận như trích ly bằng dung môi hữu cơ, hỗ trợ siêu âm, vi sóng và enzym đã được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi các hoạt chất. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc lựa chọn phương pháp thu nhận phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến hoạt tính sinh học của các chiết xuất. Qua đó, có thể thấy rằng việc nghiên cứu tổng quan về cây măng cụt và các phương pháp thu nhận hợp chất là rất cần thiết để phát triển các sản phẩm thực phẩm an toàn và hiệu quả.

III. Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Nguyên vật liệu nghiên cứu bao gồm vỏ quả măng cụt và các hóa chất, thiết bị cần thiết cho quá trình phân tích và thu nhận hợp chất. Nội dung nghiên cứu được bố trí rõ ràng, từ việc phân tích thành phần hóa học đến thu nhận chiết xuất giàu hoạt chất. Các phương pháp nghiên cứu được áp dụng bao gồm trích ly với dung môi thông thường và các phương pháp hiện đại như trích ly có hỗ trợ enzym và siêu âm. Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp không chỉ đảm bảo tính chính xác của kết quả mà còn tối ưu hóa hiệu suất thu hồi các hợp chất có hoạt tính. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm từ vỏ quả măng cụt, nhằm nâng cao giá trị dinh dưỡng và an toàn cho người tiêu dùng.

IV. Kết quả và bàn luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy vỏ quả măng cụt chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao, với khả năng chống oxy hóa và kháng vi sinh vật đáng kể. Các phương pháp thu nhận đã được áp dụng thành công, cho thấy hiệu suất cao trong việc chiết xuất các hợp chất quý từ vỏ quả. Phân lập các hoạt chất như α-mangostin đã mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong ngành thực phẩm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc bổ sung chiết xuất từ vỏ quả măng cụt vào thực phẩm không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn kéo dài thời gian bảo quản. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu, góp phần vào việc phát triển các sản phẩm thực phẩm an toàn và có lợi cho sức khỏe.

V. Kết luận và kiến nghị

Luận án đã khẳng định được tiềm năng của vỏ quả măng cụt trong việc cung cấp các hợp chất có hoạt tính sinh học, mở ra cơ hội ứng dụng trong ngành thực phẩm. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu về liều lượng và mức độ an toàn khi sử dụng các chiết xuất này. Bên cạnh đó, việc phát triển các sản phẩm thực phẩm từ vỏ quả măng cụt cần được chú trọng hơn nữa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về sản phẩm an toàn và hiệu quả. Các kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc mở rộng quy mô sản xuất và thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả của các sản phẩm chế biến từ vỏ quả măng cụt trên thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Nhu cầu khai thác các hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học từ phụ phẩm thực vật nhằm ứng dụng trong chế biến và bảo quản thực phẩm đang nhận được sự quan tâm lớn. Quả măng cụt (Garcinia mangostana Linn) thuộc họ Bứa (Clusiaceae) là cây ăn quả nhiệt đới được trồng phổ biến tại Đông Nam Á và các tỉnh phía Nam Việt Nam. Trong quá trình sử dụng và chế biến quả măng cụt, phần vỏ quả chiếm tỷ lệ từ 68% đến 70% tổng khối lượng quả nhưng hầu như bị loại bỏ thành phế thải nông nghiệp với khối lượng hàng chục nghìn tấn mỗi năm, gây áp lực lên công tác xử lý môi trường.

Về mặt hóa học, vỏ quả măng cụt là nguồn nguyên liệu giàu các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học, tiêu biểu là nhóm polyphenol (bao gồm các dẫn xuất xanthon, tanin ngưng tụ và anthocyanin). Các hoạt chất này sở hữu khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn và kháng nấm. Tuy nhiên, việc khai thác và ứng dụng các hoạt chất từ vỏ quả măng cụt tại Việt Nam đang đối mặt với nhiều khoảng trống nghiên cứu:

• Chưa có bộ dữ liệu toàn diện phân tích và so sánh thành phần hóa học của vỏ quả măng cụt thu hoạch tại các vùng sinh thái trọng điểm khác nhau ở Việt Nam.
• Các quy trình trích ly truyền thống bằng dung môi hữu cơ thường tốn thời gian, hiệu suất chưa cao hoặc tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn; việc ứng dụng các giải pháp hỗ trợ như sóng siêu âm hay xúc tác enzym sử dụng dung môi ethanol thực phẩm chưa được nghiên cứu so sánh đầy đủ về hiệu suất thu hồi và khả năng bảo tồn hoạt tính sinh học.
• Việc phân lập, làm sáng tỏ cấu trúc các hợp chất xanthon tinh sạch từ vỏ quả măng cụt Việt Nam chưa được khảo sát sâu để xác định các cấu trúc mới.
• Các hoạt chất chính như $\alpha$-mangostin có tính kỵ nước cao, độ hòa tan trong môi trường nước rất thấp và liều cao có thể gây độc đối với tế bào thường, làm hạn chế tính sinh khả dụng khi đưa vào sản phẩm thực phẩm.
• Việc ứng dụng chiết xuất vỏ quả măng cụt trong công nghệ thực phẩm tại Việt Nam hầu như mới dừng lại ở dạng dịch chiết thô, thiếu các thử nghiệm về hoạt chất tinh sạch hoặc hệ dẫn nano từ polymer tự nhiên (carrageenan và chitosan) trên các nền sản phẩm thực phẩm cụ thể.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được đánh số cụ thể như sau:

1. Lựa chọn được giải pháp về quy trình cho công nghệ thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học (như polyphenol, tanin, xanthon) từ vỏ quả măng cụt Việt Nam.
2. Xây dựng được cơ sở dữ liệu về hoạt tính của các chiết xuất măng cụt: chiết xuất, các phân đoạn và các hoạt chất phân lập được.
3. Xây dựng được cơ sở dữ liệu về điều chế, hoạt tính và đặc trưng của tổ hợp dạng hạt nano giữa carrageenan, chitosan và chiết xuất $\alpha$-mangostin phân lập từ vỏ quả măng cụt Việt Nam.
4. Khảo sát ứng dụng các chiết xuất thu được từ vỏ quả măng cụt Việt Nam (chiết xuất thô, các phân đoạn, các hoạt chất phân lập) và tổ hợp hạt nano trong chế biến một số sản phẩm thực phẩm (như giò, rượu vang, rượu màu).

Nội dung nghiên cứu thực hiện bao gồm 6 nội dung chính:

1. Nghiên cứu phân tích thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt.
2. Nghiên cứu thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học (polyphenol, tanin, xanthon) từ vỏ quả măng cụt Việt Nam.
3. Nghiên cứu phân lập một số hoạt chất (như $\alpha$-mangostin, $\gamma$-mangostin, mangostanol, garcinone C, D) từ chiết xuất của vỏ quả măng cụt.
4. Nghiên cứu đánh giá hoạt tính, độc tính của các chiết xuất măng cụt: chiết xuất cô đặc, cặn chiết các phân đoạn và các hoạt chất phân lập được.
5. Nghiên cứu điều chế và đánh giá các đặc trưng, hoạt tính của tổ hợp hạt nano carrageenan, chitosan và chiết xuất $\alpha$-mangostin.
6. Khảo sát ứng dụng các chiết xuất của vỏ quả măng cụt Việt Nam trong chế biến một số thực phẩm như giò, rượu vang, rượu màu làm tăng hàm lượng hoạt chất chống oxy hoá, kháng vi sinh vật và tạo màu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng: Vỏ quả măng cụt (Garcinia mangostana Linn) thu thập tại 06 địa phương trồng măng cụt ở Việt Nam gồm: Bến Tre (Cái Mơn), Vĩnh Long (An Bình), Trà Vinh (Cầu Kè), Cần Thơ, Bình Dương (Lái Thiêu) và Lâm Đồng (Bảo Lộc).
• Phạm vi thời gian: Các mẫu nguyên liệu được thu thập trong các vụ thu hoạch từ năm 2018 đến năm 2021, mỗi địa phương thu hái từ 30 đến 50 kg quả ở độ chín ăn được (vỏ màu tím đậm/nâu tím).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan, tác giả đã hệ thống hóa các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến vỏ quả măng cụt, các phương pháp trích ly, phân lập và công nghệ bao gói nano:

1. Nghiên cứu về thành phần hóa học và hoạt tính của các hợp chất từ vỏ quả măng cụt: Tác giả điểm lại các công bố quốc tế xác định vỏ quả măng cụt chứa hơn 85 hợp chất thứ cấp với hơn 68 dẫn xuất xanthon đã được định danh, trong đó $\alpha$-mangostin và $\gamma$-mangostin là hai thành phần chiếm tỷ lệ chủ yếu. Các nghiên cứu của Pedraza-Chaverri và cộng sự, Gutierrez-Orozco và Failla chỉ ra xanthon có hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng viêm và ức chế tế bào ung thư. Nhóm tanin ngưng tụ (chiếm 7% - 14% chất khô) và anthocyanin (cyanidin-3-sophoroside, cyanidin-3-glucoside) cũng được xác định có khả năng bẫy gốc tự do mạnh. Về mặt phân tích, Sakai và cộng sự (1993) đã ứng dụng sắc ký lớp mỏng silica gel 60 $F_{254}$ để nhận diện garcinone E và $\gamma$-mangostin.

2. Nghiên cứu phương pháp trích ly và phân lập hoạt chất: Các phương pháp trích ly rắn - lỏng thông thường sử dụng dung môi hữu cơ (methanol, ethanol, ethyl acetate, nước) được điểm lại cùng các kỹ thuật trích ly hỗ trợ siêu âm (UAE), trích ly hỗ trợ vi sóng (MAE) và trích ly có xúc tác enzym (EAE). Một số nghiên cứu cho thấy siêu âm làm tăng hiệu suất thu hồi anthocyanin và phenolic tổng số từ bột vỏ măng cụt lên lần lượt 45,5% và 8,8% so với ngâm chiết không siêu âm; trích ly vi sóng làm tăng hiệu suất thu hồi $\alpha$-mangostin thêm 3,96%. Việc phân lập các hợp chất xanthon chủ yếu dựa trên sắc ký cột silica gel với hệ dung môi n-hexan - ethyl acetate hoặc dichloromethane - methanol, và sắc ký lọc gel Sephadex LH-20 đối với nhóm tanin.

3. Nghiên cứu tổ hợp kích thước nano từ polymer tự nhiên mang hoạt chất: Để khắc phục nhược điểm độ tan kém của $\alpha$-mangostin, Abdalrahim và cộng sự (2011) đã chế tạo tổ hợp $\alpha$-mangostin với polyvinylpyrrolidone (PVP), nâng độ hòa tan từ 0,2 ± 0,2 $\mu g/mL$ lên 2743 ± 11 $\mu g/mL$. Năm 2015, nhóm tác giả này tiếp tục chế tạo hạt nano chứa 81% $\alpha$-mangostin với Eudragit RL100/RS100. Các nghiên cứu khác sử dụng chất mang như alginate, cellulose, PLGA, PEG-PLA và chitosan. Đặc biệt, nghiên cứu của Ana Grenha và cộng sự (2009) đã phát triển công thức hạt nano từ hai polymer tự nhiên carrageenan và chitosan dựa trên tương tác tĩnh điện polyelectrolyte, mở ra hướng ứng dụng làm chất mang cho các hoạt chất sinh học.

4. Nghiên cứu ứng dụng chiết xuất măng cụt trong thực phẩm: Các tài liệu ghi nhận việc bổ sung chiết xuất ethanol vỏ măng cụt vào sữa bột giúp kéo dài thời gian bảo quản từ 260 ngày lên 733 ngày; bổ sung 200 ppm chiết xuất thô giúp chống oxy hóa dầu hướng dương; sử dụng tanin tinh khiết phân lập từ vỏ măng cụt (hiệu suất thu hồi 27,48% qua cột Sephadex LH-20) để làm đông tụ protein và tăng vị chát se cho rượu vang.

Khoảng trống nghiên cứu luận án giải quyết: Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về măng cụt, tại Việt Nam chưa có công trình nào đánh giá đồng bộ hàm lượng hoạt chất của vỏ quả măng cụt tại 6 vùng trồng trọng điểm; chưa thiết lập quy trình trích ly ethanol xanh kết hợp siêu âm và enzym để so sánh toàn diện về hiệu suất và khả năng bảo tồn hoạt tính; chưa chế tạo hạt nano tổ hợp giữa carrageenan, chitosan với $\alpha$-mangostin chiết xuất từ nguồn nguyên liệu trong nước nhằm khảo sát động học giải phóng theo pH; và chưa khảo sát ứng dụng đồng thời các dạng chiết xuất (cao chiết, hoạt chất tinh sạch, hạt nano) vào các sản phẩm thực phẩm truyền thống như giò lụa và rượu vang/rượu màu.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết trích ly rắn - lỏng: Động học hòa tan và khuếch tán của các cấu tử polyphenol từ mô thực vật ra dung môi pha lỏng.
• Cơ chế tác động hỗ trợ của kỹ thuật siêu âm: Hiện tượng xâm thực bọt khí (cavitation) tạo áp suất cao và lực cắt phá vỡ thành tế bào thực vật, gia tăng tốc độ truyền khối.
• Cơ chế xúc tác enzym: Sử dụng enzym pectinase/hemicellulase (Pectinex Ultra SP-L) để thủy phân liên kết polysaccharide ở vách tế bào thực vật, giải phóng các hợp chất phenolic liên kết.
• Cơ chế tạo hạt nano polyelectrolyte bằng phương pháp gel hóa ion (ionotropic gelation): Tương tác tĩnh điện giữa các nhóm tích điện trái dấu gồm nhóm amin mang điện dương ($-NH_3^+$) của chitosan và nhóm sulphat mang điện âm ($-SO_4^{2-}$) của carrageenan, cùng ion tripolyphosphate ($-P_3O_{10}^{5-}$) từ natri triphosphat (STPP) đóng vai trò liên kết chéo, tạo bẫy cấu trúc bao bọc phân tử $\alpha$-mangostin kỵ nước.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

                             BỘT VỎ QUẢ MĂNG CỤT KHÔ
      Phân tích hóa học        Khảo sát trích ly          Phân lập hoạt chất
     (6 địa phương, TCVN)      (SE, EAE, UAE)             (Cột Silica, Sephadex)
                             Đánh giá hoạt tính sinh học
                             (DPPH, Kháng khuẩn, Vero)
                           Chế tạo hạt nano CCG
                           (Carrageenan - Chitosan - α-Mangostin)
                         Ứng dụng trong thực phẩm
                         (Giò lụa, Rượu vang, Rượu màu)

1. Phương pháp phân tích hóa lý nguyên liệu:

• Độ ẩm: Phương pháp sấy đến khối lượng không đổi.
• Hàm lượng polyphenol tổng số: Phương pháp so màu Folin-Ciocalteu theo TCVN 9745-1:2013.
• Hàm lượng tanin: Phương pháp chuẩn độ pemanganat theo Lowenthal.
• Hàm lượng anthocyanin dạng monome: Phương pháp đo quang phổ pH vi sai (đo ở bước sóng 510 nm và 700 nm tại pH 1,0 và pH 4,5).
• Hàm lượng cellulose (TCVN 5103:1990), pectin (kết tủa canxi pectat), tinh bột (phương pháp hóa học), tro tổng số (TCVN 9939:2013).

2. Phương pháp khảo sát quy trình trích ly:

• Trích ly dung môi thông thường (SE): Khảo sát nồng độ ethanol (30% - 96% v/v), tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (1/10 - 1/40 w/v), nhiệt độ (30°C - 70°C), thời gian (30 - 150 phút).
• Trích ly hỗ trợ enzym (EAE): Khảo sát tỷ lệ chế phẩm enzym Pectinex Ultra SP-L (0,5 - 1,0 mL/100g bột), pH (4 - 7), nhiệt độ xử lý (40°C - 70°C), thời gian xử lý (15 - 90 phút).
• Trích ly hỗ trợ siêu âm (UAE): Khảo sát tần số siêu âm (1/3 công suất cực đại đến cực đại), nhiệt độ siêu âm (30°C - 60°C), thời gian siêu âm (10 - 30 phút).

3. Phương pháp phân lập và xác định cấu trúc hóa học:

• Chiết phân đoạn lỏng - lỏng từ cao tổng với các dung môi có độ phân cực tăng dần: n-hexan, ethyl acetate (EtOAc), n-butanol (n-BuOH) và nước.
• Sắc ký cột (CC): Sắc ký cột thường (silica gel cỡ hạt 0,040 - 0,063 mm), sắc ký cột pha đảo (RP-18), sắc ký lọc gel Sephadex LH-20. Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản mỏng tráng sẵn silica gel 60 $F_{254}$, hiện màu bằng dung dịch $H_2SO_4$ 10% và vanilin/$H_2SO_4$.
• Xác định cấu trúc: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR ($^1H$-NMR 500 MHz, $^{13}C$-NMR 125 MHz, DEPT) trên máy Bruker Avance 500; Phổ khối ESI-MS (Agilent LC-MSD-Trap SL và AMD 402); Phổ khối phân giải cao HR-ESI-MS (FT-ICR-MS Varian); Phổ hồng ngoại FT-IR (Perkin Elmer Spectrum Two); Đo điểm chảy (VEB Analytik Dresden HMK 73/4470); Năng suất quay cực (Jasco P-2000 Polarimeter).

4. Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học và độc tính tế bào:

• Hoạt tính chống oxy hóa: Phương pháp bẫy gốc tự do DPPH (xác định giá trị $IC_{50}$ và năng lực quét gốc tự do $SC%$).
• Hoạt tính kháng vi sinh vật: Phương pháp pha loãng xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) và nồng độ diệt nấm tối thiểu (MFC).
• Thử nghiệm độc tính tế bào thường: Đánh giá tỷ lệ ức chế tăng sinh tế bào ($CI%$) trên dòng tế bào thường thận khỉ xanh Vero.

5. Phương pháp chế tạo và đặc trưng hạt nano CCG:

• Điều chế: Phương pháp gel hóa ion phối hợp carrageenan (CAR), chitosan (CS), chất liên kết chéo natri triphosphat (STPP) và $\alpha$-mangostin (GCM1).
• Phân tích kích thước hạt và thế zeta: Thiết bị Zetasizer SZ-100Z2.
• Hình thái bề mặt hạt: Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM S-4800.
• Đặc tính kỵ nước/ưa nước: Đo góc tiếp xúc giọt nước bằng thiết bị Phoenix-150.
• Khảo sát liên kết hóa học: Phổ hồng ngoại FT-IR (Nicolet iS10).
• Động học giải phóng hoạt chất: Đo độ hấp thụ quang phổ UV-Vis (Libra S80) trong các dung dịch đệm pH 1,2; pH 4,5; pH 6,8 và pH 7,4 (chứa 50% ethanol).

6. Phương pháp khảo sát ứng dụng trong thực phẩm:

• Ứng dụng trong giò lụa: Bổ sung chiết xuất cô đặc, $\alpha$-mangostin và hạt nano CCG; bảo quản ở nhiệt độ < 10°C; phân tích tổng số vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 4885:2005 sau 120 giờ; đánh giá màu sắc bằng hệ thống Computer vision sau 12 giờ.
• Ứng dụng trong rượu vang nho đỏ Ninh Thuận và rượu màu: Bổ sung $\alpha$-mangostin và hạt nano CCG10; theo dõi chỉ số màu sắc qua đo quang phổ hấp thụ và hàm lượng polyphenol sau 10 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan tài liệu

Chương 1 tổng hợp các tài liệu khoa học về cây măng cụt (Garcinia mangostana Linn), đặc điểm phân bố, cấu tạo hình thái và giải phẫu mô học của vỏ quả. Tác giả tổng quan chi tiết thành phần hóa học của vỏ quả măng cụt, khẳng định đây là nguồn sinh khối giàu polyphenol (đạt 5027,7 ± 188,0 mg/kg chất khô), trong đó xanthon chiếm 6,6% - 7,6% khối lượng chất khô với đại diện tiêu biểu là $\alpha$-mangostin (0,02% - 0,2%) và $\gamma$-mangostin (0,016% - 0,07%). Hàm lượng tanin ngưng tụ chiếm từ 7% đến 14%, anthocyanin vỏ ngoài đạt khoảng 4235 mg/kg chất khô (chủ yếu là cyanidin-3-sophoroside và cyanidin-3-glucoside). Vỏ quả cũng chứa 60% - 70% cellulose và 7% - 9% pectin.

Chương này cũng phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp trích ly (SE, UAE, MAE, EAE), các kỹ thuật phân lập sắc ký (sắc ký cột silica gel, Sephadex LH-20, sắc ký lớp mỏng) và tình hình ứng dụng các hoạt chất măng cụt trong y dược, mỹ phẩm và thực phẩm. Đồng thời, chương 1 trình bày cơ sở lý thuyết về tổ hợp kích thước nano từ hai polymer tự nhiên carrageenan và chitosan, phân tích cấu trúc mạch polysaccharide, tính chất tích điện và khả năng ứng dụng làm chất mang cải thiện độ tan cho hoạt chất $\alpha$-mangostin.

Chương 2. Nguyên vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết về nguồn gốc nguyên liệu vỏ quả măng cụt thu thập từ 6 địa phương (Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Bình Dương, Lâm Đồng), quy trình sơ chế thái lát, hong khô tự nhiên đến độ ẩm < 12%, nghiền mịn qua rây lỗ d = 1 mm và bảo quản hút chân không. Chương này liệt kê danh mục hóa chất chuẩn, dung môi phân tích (Merck, Sigma-Aldrich), enzym Pectinex Ultra SP-L (Novozymes) và danh mục 21 trang thiết bị đo đạc phân tích.

Chương 2 mô tả chi tiết sơ đồ bố trí các thí nghiệm:

• Thí nghiệm đơn yếu tố khảo sát trích ly dung môi SE, trích ly có xử lý enzym EAE và trích ly có hỗ trợ siêu âm UAE.
• Sơ đồ phân đoạn cao tổng và phân lập sắc ký từ cặn ethyl acetate.
• Quy trình chế tạo hạt nano tổ hợp CCG bằng phương pháp gel hóa ion với các tỷ lệ polymer khác nhau.
• Quy trình bố trí thử nghiệm sản xuất giò lụa, rượu vang nho đỏ và rượu màu có bổ sung các dạng chiết xuất.
• Toàn bộ các quy trình phân tích tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học (DPPH, MIC/MBC/MFC), thử độc tính tế bào Vero và các kỹ thuật đo phổ nghiệm (NMR, MS, FT-IR, FESEM, Zetasizer, Computer vision).

Chương 3. Kết quả và bàn luận

1. Thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt Việt Nam

Kết quả phân tích thành phần hóa học cơ bản của bột vỏ quả măng cụt khô thu hái tại 6 tỉnh cho thấy không có sự chênh lệch quá lớn giữa các vùng sinh thái:

• Hàm lượng polyphenol tổng số đạt từ 19,29% đến 23,34% tính theo chất khô.
• Hàm lượng tanin tổng số đạt từ 11,54% đến 14,50% tính theo chất khô.
• Các chỉ tiêu độ ẩm (< 12%), anthocyanin, cellulose, pectin, tinh bột và tro tổng số được xác định đồng bộ, khẳng định nguồn vỏ quả măng cụt tại cả 6 địa phương đều có hàm lượng hoạt chất cao, đủ tiêu chuẩn làm nguyên liệu chiết xuất.

2. Đánh giá và lựa chọn phương pháp trích ly

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đối với 3 phương pháp trích ly bằng dung môi ethanol:

• Phương pháp SE: Nồng độ ethanol thích hợp là 45% (v/v), tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/20 (w/v), nhiệt độ 60°C, thời gian 120 phút.
• Phương pháp EAE (Pectinex Ultra SP-L): Lượng enzym xử lý thích hợp là 0,7 mL/100g nguyên liệu, pH 5,0, nhiệt độ 60°C, thời gian xử lý 30 phút, sau đó trích ly bằng ethanol 45% ở 60°C trong 120 phút.
• Phương pháp UAE: Tần số siêu âm cực đại, nhiệt độ 60°C, thời gian siêu âm 20 phút, sau đó trích ly ở 60°C trong 120 phút.

Phương pháp trích ly	Hiệu suất trích ly polyphenol tổng số (%)	Hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết thô $IC_{50}$ ($\mu g/mL$)	Đánh giá tổng hợp
Trích ly thông thường (SE)	78,45	82,15	Hiệu suất trung bình, thời gian kéo dài
Trích ly có hỗ trợ enzym (EAE)	> 90,0	68,30	Hiệu suất cao, nhưng hoạt tính giảm do xử lý nhiệt kéo dài
Trích ly có hỗ trợ siêu âm (UAE)	> 90,0	59,84	Hiệu suất cao, bảo tồn hoạt tính chống oxy hóa tốt nhất

Phương pháp UAE được lựa chọn là giải pháp công nghệ tối ưu để thu nhận dịch chiết giàu hoạt chất từ vỏ quả măng cụt.

3. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất từ cặn ethyl acetate

Từ cặn chiết phân đoạn ethyl acetate của vỏ quả măng cụt, tác giả đã tiến hành sắc ký cột nhiều lần và phân lập được 09 hợp chất sạch:

• 07 hợp chất đã biết: $\alpha$-mangostin (GM1), $\gamma$-mangostin (GM2), garcinone D (GM3), garcinone C (GM6), mangostanol (GM7), bannaxanthones A (GM9) và 8-deoxygartanin (GM5a).
• 02 hợp chất mới lần đầu tiên được phân lập từ vỏ quả măng cụt Việt Nam: Garcinoxanthone V (ký hiệu GM10, công thức phân tử $C_{24}H_{26}O_8$) và Deoxygartanin A (ký hiệu GM5b, công thức phân tử $C_{23}H_{24}O_6$). Cấu trúc hóa học của các chất được chứng minh rõ ràng qua dữ liệu phổ $^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR, DEPT, ESI-MS và HR-ESI-MS.

4. Hoạt tính sinh học và độc tính tế bào

• Hoạt tính chống oxy hóa: Các phân đoạn chiết và hoạt chất tinh sạch đều thể hiện khả năng bẫy gốc tự do DPPH mạnh, trong đó phân đoạn ethyl acetate và các xanthon tinh khiết có giá trị $IC_{50}$ thấp.
• Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm: Các chiết xuất thể hiện hoạt tính ức chế rõ rệt đối với các chủng vi sinh vật kiểm định.
• Độc tính tế bào: Đánh giá trên dòng tế bào thường Vero cho thấy ở nồng độ cao, các phân đoạn xanthon và $\alpha$-mangostin tự do thể hiện độc tính ức chế tăng sinh tế bào, đặt ra yêu cầu phải kiểm soát hàm lượng sử dụng và định hướng bao gói dạng nano để giảm độc tính.

5. Chế tạo và đặc trưng hạt nano tổ hợp CCG

Tác giả đã chế tạo thành công hạt nano tổ hợp giữa carrageenan, chitosan và $\alpha$-mangostin (CCG) bằng phương pháp gel hóa ion:

• Hiệu suất tải $\alpha$-mangostin vào hạt nano đạt mức cao.
• Kích thước hạt và hình thái: Biểu đồ Zetasizer và ảnh chụp FESEM cho thấy hạt có dạng hình cầu, phân bố kích thước đồng đều trong dải nano.
• Cấu trúc liên kết: Phổ FT-IR xác nhận sự hình thành liên kết chéo tĩnh điện giữa nhóm amin (chitosan), nhóm sulphat (carrageenan) và phosphat (STPP).
• Khả năng hòa tan: Đo góc tiếp xúc và độ hấp thụ UV-Vis chứng minh hạt nano CCG làm giảm tính kỵ nước và làm tăng mạnh độ tan của $\alpha$-mangostin trong môi trường nước so với $\alpha$-mangostin tự do.
• Động học giải phóng: Quá trình giải phóng $\alpha$-mangostin từ hạt nano CCG diễn ra chậm, kéo dài và phụ thuộc vào pH dung dịch (khảo sát ở pH 1,2; 4,5; 6,8 và 7,4 có 50% ethanol).
• Hoạt tính và độ an toàn: Hạt nano CCG duy trì tốt hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và làm giảm độc tính đối với tế bào thường dòng Vero so với $\alpha$-mangostin tự do.

6. Khảo sát ứng dụng trong chế biến thực phẩm

• Ứng dụng trong sản xuất giò lụa: Bổ sung chiết xuất măng cụt cô đặc, chiết xuất $\alpha$-mangostin và hạt nano CCG vào công thức giò lụa giúp ức chế sự phát triển của tổng số vi sinh vật hiếu khí sau 120 giờ bảo quản lạnh (< 10°C) so với mẫu đối chứng. Đánh giá màu sắc lát cắt qua hệ thống Computer vision sau 12 giờ bảo quản cho thấy sản phẩm giữ được màu sắc ổn định.
• Ứng dụng trong sản xuất rượu vang nho đỏ và rượu màu: Bổ sung hạt nano CCG10 và $\alpha$-mangostin vào rượu vang nho đỏ Ninh Thuận và rượu màu giúp gia tăng hàm lượng polyphenol chống oxy hóa, cải thiện độ bền màu và tạo màu vàng đặc trưng cho sản phẩm rượu màu sau 10 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn:

1. Về cơ sở khoa học và dữ liệu nguyên liệu: Xây dựng được bộ dữ liệu phân tích định lượng đồng bộ về thành phần hóa học (polyphenol tổng số, tanin, anthocyanin, cellulose, pectin, tinh bột, tro) của vỏ quả măng cụt thu thập tại 6 địa phương (Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Bình Dương, Lâm Đồng). Kết quả chứng minh hàm lượng polyphenol (19,29% - 23,34% chất khô) và tanin (11,54% - 14,50% chất khô) không có sự sai khác lớn giữa các vùng trồng.

2. Về giải pháp công nghệ trích ly: Khảo sát và xác lập quy trình trích ly có hỗ trợ siêu âm (UAE) sử dụng dung môi ethanol 45% thực phẩm là phương pháp tối ưu, cho hiệu suất trích ly polyphenol tổng số đạt trên 90% và bảo tồn hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết thô tốt nhất ($IC_{50} = 59,84\ \mu g/mL$), vượt trội hơn phương pháp ngâm chiết thông thường và phương pháp xử lý enzym Pectinex Ultra SP-L.

3. Về hóa học các hợp chất thiên nhiên: Phân lập và xác định cấu trúc của 09 hợp chất xanthon từ cặn phân đoạn ethyl acetate của vỏ quả măng cụt Việt Nam. Trong đó, có 07 hợp chất đã biết ($\alpha$-mangostin, $\gamma$-mangostin, garcinone D, garcinone C, mangostanol, bannaxanthones A, 8-deoxygartanin) và 02 hợp chất mới lần đầu tiên được phân lập từ vỏ quả măng cụt Việt Nam là Garcinoxanthone V ($C_{24}H_{26}O_8$) và Deoxygartanin A ($C_{23}H_{24}O_6$).

4. Về công nghệ vật liệu nano sinh học: Chế tạo thành công hệ hạt nano tổ hợp CCG từ hai polymer tự nhiên carrageenan và chitosan mang hoạt chất $\alpha$-mangostin bằng phương pháp gel hóa ion. Xác lập đầy đủ dữ liệu về đặc trưng cấu trúc hóa học (FT-IR), hình thái (FESEM), kích thước hạt (Zetasizer), sự cải thiện độ tan và động học giải phóng có kiểm soát theo pH, đồng thời chứng minh hạt nano giúp duy trì hoạt tính sinh học và làm giảm độc tính đối với tế bào thường Vero.

5. Về định hướng ứng dụng thực tiễn: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm bước đầu chứng minh tiềm năng ứng dụng của chiết xuất vỏ măng cụt và hạt nano CCG như một chất phụ gia tự nhiên đa chức năng trong sản xuất thực phẩm: ức chế vi sinh vật hiếu khí trong bảo quản giò lụa, tăng cường hàm lượng polyphenol chống oxy hóa và cải thiện màu sắc cho rượu vang nho đỏ và rượu màu.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất của tác giả:

• Đề xuất hoàn thiện quy trình công nghệ thu nhận hoạt chất từ vỏ măng cụt bằng thiết bị siêu âm ở quy mô thử nghiệm lớn hơn.
• Kiến nghị tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về độc tính bán trường diễn và trường diễn in vivo trên động vật thực nghiệm trước khi đưa chế phẩm vào ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Các khảo sát ứng dụng trên sản phẩm thực phẩm (giò lụa, rượu vang, rượu màu) mới được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với cỡ mẫu nhỏ và thời gian theo dõi ngắn hạn (120 giờ đối với bảo quản lạnh giò lụa; 10 ngày đối với sản phẩm rượu ở nhiệt độ phòng).
• Thử nghiệm đánh giá an toàn sinh học và độc tính mới chỉ dừng lại ở mô hình in vitro trên dòng tế bào thường Vero, chưa tiến hành thử nghiệm độc tính trường diễn và bán trường diễn trên cơ thể động vật sống (in vivo).
• Chưa tiến hành khảo sát và đánh giá chỉ tiêu chi phí năng lượng, cân bằng vật chất cũng như tính kinh tế kỹ thuật của quy trình trích ly siêu âm ở quy mô pilot hoặc công nghiệp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Nghiên cứu mở rộng quy trình trích ly hỗ trợ siêu âm liên tục và quy trình chế tạo hạt nano CCG ở quy mô pilot.
• Thực hiện các thử nghiệm độc tính bán trường diễn và trường diễn in vivo trên động vật thực nghiệm nhằm hoàn thiện cơ sở dữ liệu an toàn thực phẩm.
• Nghiên cứu kéo dài thời gian theo dõi bảo quản thực phẩm, khảo sát biến đổi chất lượng cảm quan và vi sinh toàn diện của các sản phẩm bổ sung chiết xuất măng cụt; mở rộng thử nghiệm ứng dụng hạt nano CCG trong sản xuất màng bao sinh học bảo quản nông sản.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu học thuật có giá trị cho nhiều đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Công nghệ thực phẩm, Hóa học các hợp chất thiên nhiên và Công nghệ sinh học: Tham khảo quy trình công nghệ trích ly hỗ trợ siêu âm, phương pháp phân lập sắc ký và bộ dữ liệu phổ nghiệm (NMR, HR-ESI-MS) của các hợp chất xanthon, đặc biệt là 02 hợp chất mới Garcinoxanthone V và Deoxygartanin A.
• Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Khoa học vật liệu và Dược học: Tham khảo phương pháp chế tạo hạt nano tổ hợp polyelectrolyte từ carrageenan và chitosan bằng kỹ thuật gel hóa ion, các phương pháp đánh giá hình thái FESEM, góc tiếp xúc và mô hình động học giải phóng hoạt chất theo pH.
• Kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp chế biến thực phẩm: Tham khảo quy trình tận dụng phế phụ phẩm vỏ quả măng cụt nhằm thu nhận chất màu, chất chống oxy hóa và chất kháng khuẩn tự nhiên ứng dụng trong chế biến các sản phẩm thịt và đồ uống có cồn.

---

Câu hỏi thường gặp

Câu 1: Hàm lượng polyphenol và tanin tổng số trong vỏ quả măng cụt khô tại 6 tỉnh khảo sát đạt bao nhiêu? Trả lời: Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng polyphenol tổng số dao động từ 19,29% đến 23,34% chất khô, và hàm lượng tanin tổng số dao động từ 11,54% đến 14,50% chất khô. Không có sự sai khác lớn về các chỉ tiêu này giữa 6 địa phương khảo sát (Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Cần Thơ, Bình Dương, Lâm Đồng).

Câu 2: Tại sao phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm (UAE) lại được lựa chọn thay vì trích ly enzym (EAE) hay ngâm chiết thường (SE)? Trả lời: Phương pháp UAE sử dụng dung môi ethanol 45% cho hiệu suất trích ly polyphenol tổng số đạt trên 90% (tương đương EAE và cao hơn SE), đồng thời bảo tồn hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết thô tốt nhất với giá trị $IC_{50}$ bẫy gốc tự do DPPH đạt 59,84 $\mu g/mL$ (thấp hơn mức 68,30 $\mu g/mL$ của EAE và 82,15 $\mu g/mL$ của SE).

Câu 3: Luận án đã phân lập và xác định được bao nhiêu hợp chất từ cặn ethyl acetate của vỏ măng cụt, trong đó có những chất mới nào? Trả lời: Luận án đã phân lập và xác định cấu trúc của 09 hợp chất xanthon, bao gồm 07 chất đã biết ($\alpha$-mangostin, $\gamma$-mangostin, garcinone D, garcinone C, mangostanol, bannaxanthones A, 8-deoxygartanin) và 02 chất mới lần đầu tiên được phân lập từ vỏ quả măng cụt Việt Nam là Garcinoxanthone V ($C_{24}H_{26}O_8$) và Deoxygartanin A ($C_{23}H_{24}O_6$).

Câu 4: Hạt nano tổ hợp CCG mang lại những cải thiện gì cho hoạt chất $\alpha$-mangostin? Trả lời: Hạt nano CCG chế tạo từ carrageenan, chitosan và STPP giúp làm giảm tính kỵ nước, tăng đáng kể độ hòa tan của $\alpha$-mangostin trong nước, tạo cơ chế giải phóng hoạt chất kéo dài có kiểm soát theo pH môi trường, duy trì hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn, đồng thời làm giảm độc tính ức chế tăng sinh đối với tế bào thường dòng Vero so với $\alpha$-mangostin tự do.

Câu 5: Hiệu quả thực tế của việc bổ sung chiết xuất vỏ măng cụt và hạt nano CCG vào sản phẩm giò lụa và rượu là gì? Trả lời: Trong sản phẩm giò lụa, việc bổ sung chiết xuất giúp ức chế sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí sau 120 giờ bảo quản lạnh (< 10°C) và duy trì màu sắc ổn định sau 12 giờ. Trong sản phẩm rượu vang nho đỏ Ninh Thuận và rượu màu, các chế phẩm giúp tăng hàm lượng polyphenol chống oxy hóa, giữ độ bền màu và tạo màu vàng đặc trưng cho rượu màu sau 10 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Thị Hiền đã giải quyết một cách có hệ thống vấn đề tận thu phế phụ phẩm vỏ quả măng cụt Việt Nam để sản xuất các chế phẩm có hoạt tính sinh học ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Nghiên cứu đã xác lập bộ dữ liệu thành phần hóa học tại 6 vùng trồng, tối ưu hóa quy trình trích ly siêu âm với dung môi ethanol thực phẩm đạt hiệu suất polyphenol trên 90%, phân lập 9 hợp chất xanthon (trong đó có 2 chất mới là Garcinoxanthone V và Deoxygartanin A). Đồng thời, tác giả đã chế tạo thành công hệ hạt nano tổ hợp carrageenan - chitosan - $\alpha$-mangostin (CCG) giúp cải thiện độ tan, kiểm soát giải phóng và giảm độc tính tế bào, bước đầu ứng dụng hiệu quả trong bảo quản giò lụa và nâng cao chất lượng rượu vang, rượu màu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về cây măng cụt 1. Giới thiệu chung về cây măng cụt Cây măng cụt có tên khoa học là Garcinia mangostana Linn, thuộc họ Bứa (Clusiaceae), chi Garcinia, loài Garcinia mangostana.

Cây Măng cụt (Hình 1.1) còn có tên khác là Giáng Châu hay cây Măng, Sơn Trúc Tử (Trung Quốc), Mangosteen (Anh – Mỹ), Mangousnier (Pháp), Mangkhut (Thái Lan). Cây, hoa và quả măng cụt (Garcinia mangostana L.) (a)- Cây măng cụt; (b)- Hoa măng cụt; (c)- Quả măng cụt Trên thế giới, cây măng cụt được trồng phổ biến ở các quốc gia Đông Nam Á, tiêu biểu như Thái Lan (74.250 ha); Việt Nam (6. Ngoài ra còn có Philippines (khoảng 2.410 ha); Myanmar, Campuchia, Ấn Độ, Srilanka, Úc (diện tích mỗi nước không quá 1. Sản lượng măng cụt xuất khẩu ước tính năm 2020 trên toàn cầu đạt 230.000 tấn, dự báo tới 2030 đạt 84 triệu tấn xoài, măng cụt và ổi xuất khẩu (riêng măng cụt ước tính chiếm 10% tương đương với 840.

Trong đó, 75% từ các nước khu vực châu Á và Thái Lan là quốc gia cung cấp hàng đầu về quả măng cụt [18]. Ở Việt Nam, loại cây ăn quả này được du nhập vào từ đầu thế kỷ XIX và được trồng chủ yếu ở các tỉnh Nam bộ với tổng diện tích khoảng 7. Trong đó, ở Đông Nam bộ có khoảng hơn 2.500 ha, phân bổ chủ yếu ở các tỉnh: Bình Dương (khoảng 1.200 ha), Đồng Nai (khoảng 800 ha), Bà Rịa Vũng Tàu (khoảng 460 ha) [17] và Lâm Đồng (gần 500 ha) [19], năng suất trung bình đạt khoảng 4 tấn/ha/năm. Khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long là nơi có diện tích trồng măng cụt lớn nhất trong cả nước, một số tỉnh trồng nhiều măng cụt như Bến Tre (1500ha, năm 2016), Trà Ôn -Vĩnh Long 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail., năng suất khoảng 4÷11 tấn/ha/năm tuỳ thuộc và sự chăm sóc và đặc điểm của từng địa phương.

Theo dự án phát triển sản xuất và xuất khẩu rau, hoa, quả tươi của Việt Nam, dự kiến phát triển trồng cây măng cụt ở hai vùng Đồng bằng Sông Cửu Long và Đông Nam bộ đạt khoảng 11,3 nghìn ha, cho sản lượng khoảng 24 nghìn tấn/năm. Ngoài ra, hiện nay nhiều tỉnh miền Nam Trung bộ cũng chú trọng phát triển diện tích trồng măng cụt, như Quảng Nam (đang triển khai đề án phát triển cây măng cụt theo hướng hữu cơ với quy mô 5000 ha; dự tính tới 2025 đạt 500ha, 2030 đạt 1000 ha) [21], Đăk Nông (mục tiêu đến năm 2030 sẽ tạo được vùng nguyên liệu măng cụt khoảng 300ha, sản lượng từ 2. Như vậy, nguồn cung cấp quả măng cụt ở Việt Nam ngày càng được mở rộng, phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng Với đặc điểm thổ nhưỡng, khí hậu ở mỗi vùng miền khác nhau khiến cho thời vụ thu hoạch quả măng cụt cũng khác nhau. Măng cụt trồng tại các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long, hầu hết các tỉnh miền Đông Nam bộ thường cho thu hoạch kéo dài từ tháng 4 tới tháng 8 hàng năm.

Trong khi đó, các tỉnh miền Nam Trung bộ như Quảng Nam, Đăk Nông, … và Lâm Đồng thì thời vụ lại tới muộn hơn, bắt đầu từ tháng 5 cho tới tháng 9 hàng năm. Điều này khiến cho người tiêu dùng Việt Nam có cơ hội sử dụng măng cụt được nhiều hơn. Quả măng cụt Quả măng cụt có dạng hình cầu, đường kính khoảng 4 ÷ 7 cm, mang đài và đầu nhụy tồn tại, vỏ quả khi chín có màu tím đỏ, dai, xốp, bên trong quả chứa 5 ÷ 8 hạt, quanh hạt có lớp áo bọc màu trắng có vị ngọt, thơm và giàu dinh dưỡng. Quả măng cụt Việt Nam có trọng lượng trung bình khoảng 80g, trong đó phần thịt quả ăn được chỉ chiếm khoảng 25 ÷ 30% và 68 ÷ 70% trọng lượng quả là phần vỏ - phần này hiện nay chưa được khai thác hiệu quả và trở thành phế thải của ngành nông nghiệp [3].

Loại quả này có hương vị thơm ngon và giàu giá trị dinh dưỡng, đồng thời nó còn chứa nhiều thành phần hoạt chất quý tốt cho sức khoẻ. Phần thịt quả ăn được thường chiếm 25 ÷ 30% khối lượng quả, cứ 100g thịt quả ăn được thì chứa khoảng 79,2g nước; 0,5g chất đạm; một ít chất béo; 19,8g chất đường và bột; 0,3g chất xơ; 11mg Ca; 17mg P; 0,9mg Fe; 4,2µg vimin A; 66 mg vitamin C. Năng lượng trung bình khoảng 340 kJ/100g. Phần vỏ quả chiếm gần 70% khối lượng quả, bao gồm lớp vỏ ngoài 17% và vỏ trong 48% [22].

Màu sắc của lớp vỏ quả thay đổi từ xanh sang tím đen tuỳ theo độ chín của quả sau thu hái. Trong dân gian, phẩn vỏ quả măng cụt được sử dụng như một loại dược liệu cổ truyền trong điều trị một số bệnh về đường ruột, sát trùng chỉ lỵ, thu liễm săn da [7]. Mặc dù vậy, hàng chục nghìn tấn măng cụt được thu hoạch 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] mỗi năm, xong chủ yếu phục vụ nhu cầu trong nước, với mục đích ăn tươi và chỉ một phần nhỏ đạt tiêu chuẩn xuất khẩu (doanh thu từ xuất khẩu mới chỉ đạt 30,063 triệu USD, 2018) tập trung vào một số thương hiệu măng cụt như Lái Thiêu, Tân Quy và gần đây là măng cụt Cát Tiên [23]. Bên cạnh đó, với đặc tính khó bảo quản của quả măng cụt, lượng quả hư hỏng sau thu hoạch khá lớn (25 ÷ 30%) với nhiều kiểu hư hỏng khác nhau, như thối, dập nát, trầy xước, chảy nhựa, … 1.

Vỏ quả măng cụt Vỏ quả măng cụt có cấu trúc gồm 1 lớp biểu bì bên ngoài có lớp cutin dày, bên trong chứa nhiều lớp tế bào của các loại mô: Mô mềm đạo và mô cứng. Phần vỏ quả sau khi sấy khô, nghiền nhỏ thu được bột màu nâu, không mùi, vị hơi chát, gồm các thành phần: Tế bào mô cứng (số lượng nhiều, có thể đứng độc lập hay dính 2÷3 tế bào với nhau, hình dạng và kích thước thay đổi, vách rất dày, ống trao đổi rõ), sợi vách dày, mảnh mô mềm (gồm các tế bào hình đa giác có thể có chứa các hạt tinh bột hình cầu, kích thước 5÷10µm, nằm riêng lẻ hoặc tụ lại thành đám), mảnh mạch (gồm mạch xoắn, mạch vạch), tinh thể calci oxalate hình cầu gai và khối nhựa màu vàng, vàng nâu, cam. Về thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt, theo những nghiên cứu đã được công bố, hiện nay đã có hơn 85 hợp chất thứ cấp được phân lập từ vỏ quả măng cụt, với tổng hàm lượng polyphenol 5027,7 ± 188,0mg/kg nguyên liệu khô [24], trong đó có khoảng 68 hợp chất nhóm xanthon đã được định danh – là thành phần chính đóng vai trò tạo nên các hoạt tính của các polyphenol măng cụt [11, 25]. Xanthon chiếm 6,6÷7,6% khối lượng chất khô [26, 27] với 3 đại diện phổ biến nhất là α-mangostin (0,02 ÷0,2 %), β-mangostin và γ- mangostin (0,016÷0,07 %) [27]).

Ngoài xanthon còn có nhiều hợp dẫn xuất polyphenol khác như anthocyanin, tanin, … Hàm lượng hợp chất anthocyanin trong vỏ quả măng cụt thay đổi tuỳ thuộc vào độ chín của quả, tập trung ở phần vỏ ngoài (với khoảng 179,49mg cyanidin-3- glucoside (Cyn-3-glu)/100g), các chất tiêu biểu như cyanidin-3-sophoroside, cyanidin-3-glucoside và cyaniding-glucosideX [5, 22]). Nhóm tanin chiếm 7 ÷14% bao gồm chủ yếu là tanin ngưng tụ [28]), điển hình như epicatechin, catechin, v. So sánh với một số nguyên liệu được sử dụng để khai thác polyphenol lá ổi (hàm lượng polyphenol 233,76 mg GAE/g chất khô) [29], tanin chè đen (11,76 ÷15,14%) [30], … cho thấy hàm lượng các chất này trong vỏ quả măng cụt rất dồi dào, vỏ quả măng cụt sẽ là một nguồn nguyên liệu tiềm năng để khai thác các hoạt chất này. Một số hợp chất thứ cấp đã được phân lập từ vỏ quả măng cụt trình bày trong Bảng 1.

Bên cạnh các hợp chất thứ cấp trên, ở vỏ quả măng cụt có chứa khoảng 60 ÷ 70 % cellulose, hơn 80% carbohydrate, 7,5% protein [31] và khoảng 7 -9% pectin [32], … 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mặc dù chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học xong hiện nay với thực trạng sử dụng quả măng cụt, phần vỏ quả này hầu như bị bỏ đi và trở thành phế thải. Hàng năm có tới hàng chục nghìn tấn vỏ quả măng cụt trở thành rác thải sinh hoạt, rác thải của ngành nông nghiệp, tạo sức nặng cho vấn nạn xử lý rác thải môi trường. Khai thác các hợp chất polyphenol (xanthon, tanin, anthocyanin, …) từ nguồn vỏ quả măng cụt phế thải sẽ tận thu được các hoạt chất quý, góp phần giải quyết vẫn nạn ô nhiễm môi trường do nguồn phế liệu này. Một số hoạt chất phân lập từ vỏ quả măng cụt Tên chất, công thức Tài liệu STT Cấu trúc phân tử phân tử tham khảo α-Mangostin, 1 [4, 33-36] C24H26O6 β-Mangostin, 2 C25H28O6 [4, 36, 37] γ-Mangostin, 3 [4, 36, 38] C23H24O6 3-Isomangostin [4, 36, 39] 4 C24H24O6 8-Deoxygartanin, 5 C23H24O5 [40] Garcinone C, 6 C23H26O7 [41] 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Garcinone D, 7 [40, 41] C24H28O7 Mangostanol, 8 [42] C24H26O7 Bannaxanthones A, 9 [43] C23H26O7 Epicatehin, 10 [36, 44, 45] C15H14O6 Cyanidin-3-O- 11 [36] sophoroside Cyanidin-3-O- 12 [5, 36] glucoside 1.

Một số phương pháp thu nhận các hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt Các hợp chất có hoạt tính sinh học thường được tổng hợp với số lượng nhỏ trong tự nhiên và có mặt dưới dạng hỗn hợp trong các chiết xuất, đòi hỏi phải sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để phân tách và làm sạch. Các phương pháp thường được sử dụng để trích ly các hoạt chất ra khỏi tế bào thực vật như trích ly bằng dung môi thông thường, trích ly dưới áp suất, trích ly bằng dung môi siêu tới hạn và hiện nay quá trình trích ly bằng dung môi có sự hỗ trợ của các kỹ thuật hiện đại như vi 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] sóng, siêu âm, áp lực cao, kết hợp với xúc tác của enzym, v. đã được áp dụng nhằm nâng cao được hiệu quả khai thác [46]. Phương pháp trích ly bằng dung môi hữu cơ Phương pháp trích ly bằng dung môi (Solvent extraction, SE) được sử dụng để thu được các hợp chất nhất định từ các nguồn nguyên liệu khác nhau.

Dựa vào khả năng hoà tan khác nhau của một chất trong các dung môi khác nhau để đưa ra phương pháp phân tách chúng. Phương pháp này cho phép chuyển một hay một hỗn hợp các chất nằm trong một chất rắn hay một dung dịch khác vào dung môi, sau đó loại dung môi ra sẽ thu được chúng. Trích ly bằng dung môi bao gồm trích ly rắn lỏng và trích ly lỏng lỏng.