Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tách và ứng dụng glucomannan từ cây amorphophallus konjac trong điều trị hạ đường huyết

• Tác giả: Trần Thị Nữ
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Trường Thiện
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tách, Tinh Chế Và Thủy Phân Glucomannan Từ Cây Amorphophallus Konjac K. Koch Ở Lâm Đồng Và Định Hướng Ứng Dụng Hạ Đường Huyết
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GLUCOMANNAN
• 1.1. Nguồn gốc, cấu trúc glucomannan
• 1.2. Tính chất vật lý của glucomannan
• 1.3. Tính chất hóa học của glucomannan
• 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Tách, tinh chế và xác định cấu trúc, tính chất của glucomannan từ cây A.
• 2.2.1. Tách glucomannan từ cây A.
• 2.2.2. Xác định hàm lượng glucomannan trong bột konjac glucomannan
• 2.2.3. Xác định cấu trúc và đặc trưng của glucomannan
• 2.3. Thủy phân glucomannan
• 2.3.1. Thủy phân bằng axit
• 2.3.2. Thủy phân konjac glucomannan bằng enzym
• 2.4. Đánh giá tác dụng hoạt hóa AMPK của LKGM-E trên in vitro
• 2.5. Nghiên cứu hoạt tính hạ đường huyết của LKGM-E trên mô hình in vivo
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu tách, tinh chế và đặc điểm cấu trúc, tính chất của glucomannan trong củ nưa A.
• 3.1.1. Tách và tinh chế glucomannan từ củ Nưa A.
• 3.1.2. Hàm lượng glucomannan trong củ Nưa A.
• 3.1.3. Đặc trưng cấu trúc, tính chất của glucomannan từ củ A.
• 3.1.3.1. Phổ IR của glucomannan
• 3.1.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
• 3.1.3.3. Tính chất nhiệt của KGM
• 3.1.3.4. Khối lượng phân tử của KGM
• 3.1.3.5. Hàm lượng tro và kim loại nặng trong bột KGM
• 3.2. Thủy phân glucomannan bằng xúc tác axit HCl
• 3.2.1. Nghiên cứu điều kiện thích hợp của phản ứng thủy phân xúc tác axit
• 3.2.2. Cấu trúc và tính chất của sản phẩm thủy phân
• 3.2.2.1. Độ tan và hiệu suất thu hồi LKGM-1
• 3.2.2.2. Phổ IR của LKGM-1
• 3.2.2.3. Phổ NMR của LKGM-1
• 3.2.2.4. Tính chất nhiệt của LKGM-1
• 3.2.2.5. Khối lượng trung bình của LKGM-1
• 3.3. Thủy phân konjac glucomannan bằng enzym
• 3.3.1. Định tính khả năng phân huỷ glucomannan của các enzym từ vi khuẩn
• 3.3.2. Xác định điều kiện tối ưu của phản ứng bằng phương pháp bề mặt đáp ứng
• 3.4. Kết quả theo mô hình thực nghiệm
• 3.4.1. Phân tích thống kê
• 3.4.2. Tìm chế độ thủy phân tối ưu
• 3.4.3. Đặc điểm cấu trúc và tính chất của LKGM-E
• 3.4.3.1. Phổ IR của LKGM-E
• 3.4.3.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân của LKGM-E
• 3.4.3.3. Tính chất nhiệt của LKGM-E
• 3.4.3.4. Khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm thủy phân
• 3.4.3.5. Độ tan và hiệu suất thu hồi LKGM-E
• 3.4.4. Hoạt tính hạ đường huyết của LKGM-E
• 3.4.4.1. Hoạt tính hạ đường huyết của LKGM-E trên mô hình in vitro
• 3.4.4.2. Tác dụng ức chế dung nạp glucose huyết của LKGM-E trên mô hình in vivo
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nguồn gốc và cấu trúc glucomannan từ cây konjac Lâm Đồng

Nghiên cứu tập trung vào glucomannan, một polysaccharide mạch thẳng gồm các đơn vị D-mannose và D-glucose liên kết β-(1→4) glycosidic. Độ axetyl hóa (DA) dao động từ 5-10%. Tỷ lệ mannose/glucose phụ thuộc nguồn gốc, thường từ 1.6/1 đến 3.6/1. Glucomannan được tách từ củ cây konjac (Amorphophallus konjac K. Koch), loài có hàm lượng glucomannan cao. Việt Nam, đặc biệt Lâm Đồng, có tiềm năng phát triển nguồn glucomannan tự nhiên này. Khối lượng phân tử lớn (khoảng 1.9 x 10⁶ - 2 x 10⁶ Da) và độ nhớt cao ảnh hưởng đến độ tan trong nước, hạn chế ứng dụng. Cây konjac tại Lâm Đồng là nguồn glucomannan tự nhiên, cần nghiên cứu để khai thác hiệu quả. Đây là nghiên cứu khoa học glucomannan có ý nghĩa về mặt kinh tế, đặc biệt trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm của Lâm Đồng.

1.1 Đặc điểm cấu trúc glucomannan

Cấu trúc glucomannan được mô tả chi tiết, bao gồm các liên kết glycosidic, tỷ lệ mannose/glucose và độ axetyl hóa. Sự khác biệt về cấu trúc giữa glucomannan từ các nguồn khác nhau được nhấn mạnh. Phân tích cấu trúc glucomannan từ cây konjac Lâm Đồng là trọng tâm nghiên cứu. Thành phần glucomannan ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý và hóa học của sản phẩm, do đó việc xác định chính xác thành phần là rất cần thiết. Tính chất glucomannan được quyết định bởi cấu trúc phân tử, bao gồm cả khả năng tạo gel, độ nhớt, và độ tan. Nghiên cứu cần làm rõ sự tương quan giữa cấu trúc và tính chất của glucomannan để tối ưu hóa quá trình chiết xuất và ứng dụng. Nghiên cứu này đóng góp vào hiểu biết tổng thể về glucomannan từ nguồn cây konjac tại Lâm Đồng, nguồn glucomannan tự nhiên.

1.2 Cây konjac và nguồn glucomannan tại Lâm Đồng

Phần này tập trung vào đặc điểm sinh trưởng, phân bố của cây konjac (Amorphophallus konjac K. Koch) tại Lâm Đồng. Hàm lượng glucomannan trong củ konjac Lâm Đồng được phân tích so sánh với các vùng khác. Glucomannan từ cây konjac Lâm Đồng là đối tượng nghiên cứu chính. Tiềm năng glucomannan Lâm Đồng được đánh giá, bao gồm cả sản lượng và chất lượng. Nghiên cứu nông nghiệp Lâm Đồng về cây konjac cần được chú trọng để đảm bảo nguồn cung cấp nguyên liệu bền vững. Việc trồng trọt konjac ở Lâm Đồng có tiềm năng phát triển kinh tế, tạo ra giá trị gia tăng cho nông sản địa phương. Nghiên cứu tập trung vào việc khai thác hiệu quả glucomannan từ konjac trồng tại Lâm Đồng.

II. Tách chiết glucomannan và thủy phân glucomannan

Phần này trình bày các phương pháp tách glucomannan từ củ konjac. Chiết xuất glucomannan được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, được đánh giá về hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Công nghệ tách glucomannan cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao và chi phí thấp. Hiệu suất tách glucomannan là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả của quá trình. Tiếp theo, luận án đề cập đến phương pháp thủy phân glucomannan, bao gồm thủy phân axit glucomannan và thủy phân enzyme glucomannan. Hiệu suất thủy phân glucomannan và công nghệ thủy phân glucomannan cũng cần được tối ưu hóa. Định lượng glucomannan được thực hiện để xác định hàm lượng glucomannan trong sản phẩm sau khi tách và thủy phân. Các phương pháp thủy phân khác nhau cần được so sánh để chọn lựa phương pháp tối ưu. Bột konjac là nguyên liệu ban đầu được sử dụng để tách glucomannan.

2.1 Phương pháp tách glucomannan

Các phương pháp tách glucomannan được mô tả chi tiết, bao gồm các bước tiền xử lý, chiết xuất và tinh chế. Hiệu suất của từng phương pháp được so sánh. Chiết xuất glucomannan được thực hiện bằng các phương pháp khác nhau để tối ưu hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu tập trung vào việc tìm ra phương pháp tách glucomannan hiệu quả nhất từ bột konjac. Tinh chế glucomannan nhằm loại bỏ tạp chất, tăng độ tinh khiết của sản phẩm. Chất lượng sản phẩm glucomannan sau khi tách chiết được đánh giá dựa trên các tiêu chí như độ tinh khiết, hàm lượng, và tính chất vật lý. Việc lựa chọn phương pháp tách glucomannan phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả kinh tế.

2.2 Phương pháp thủy phân glucomannan

Luận án trình bày các phương pháp thủy phân glucomannan, bao gồm thủy phân axit và thủy phân enzyme. Thủy phân axit glucomannan sử dụng axit HCl, còn thủy phân enzyme glucomannan sử dụng các enzyme chuyên biệt. Đặc điểm của xúc tác enzym được nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình thủy phân. Điều kiện phản ứng (nhiệt độ, thời gian, nồng độ) được tối ưu hóa để đạt hiệu suất thủy phân cao nhất. Cấu trúc của sản phẩm thủy phân được phân tích để đánh giá chất lượng. Định tính khả năng phân huỷ glucomannan của các enzyme từ vi khuẩn được nghiên cứu. Việc lựa chọn phương pháp thủy phân phù hợp giúp điều chỉnh khối lượng phân tử của glucomannan, mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

III. Đặc điểm tính chất và ứng dụng của glucomannan và sản phẩm thủy phân

Phần này tập trung vào việc phân tích đặc điểm cấu trúc, tính chất vật lý và hóa học của glucomannan thu được. Đặc trưng cấu trúc glucomannan được xác định bằng các kỹ thuật hiện đại như phổ hồng ngoại (IR), cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), phân tích nhiệt (TGA). Tính chất vật lý glucomannan như độ tan, độ nhớt, khả năng tạo gel được đánh giá. Định tính vật lý glucomannan cho phép hiểu rõ hơn về đặc tính của sản phẩm. Định tính hóa học glucomannan giúp xác định các thành phần cấu tạo chính của sản phẩm. Định lượng glucomannan được thực hiện để đánh giá hàm lượng glucomannan trong sản phẩm thu được. Ứng dụng glucomannan trong thực phẩm và dược phẩm được đề cập. Glucomannan và sức khỏe cũng là một nội dung được quan tâm, đặc biệt là khả năng giảm đường huyết. Thị trường glucomannan và giá trị kinh tế glucomannan cũng được phân tích.

3.1 Đặc điểm cấu trúc và tính chất glucomannan

Đặc điểm của glucomannan được phân tích dựa trên kết quả của các phương pháp phân tích phổ IR, NMR, và TGA. Khối lượng phân tử glucomannan ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và hóa học. Độ tan glucomannan trong nước và các dung môi khác được đánh giá. Độ nhớt glucomannan được xác định và phân tích mối liên hệ với khối lượng phân tử. Khả năng tạo gel glucomannan được nghiên cứu. Glucomannan trong thực phẩm được nghiên cứu về các ứng dụng của nó như chất làm đặc, chất tạo gel, chất ổn định. Hiểu rõ về đặc điểm vật lý glucomannan là rất quan trọng trong việc ứng dụng sản phẩm này trong các ngành công nghiệp khác nhau.

3.2 Ứng dụng của glucomannan và sản phẩm thủy phân

Ứng dụng glucomannan trong công nghiệp thực phẩm được nhấn mạnh, bao gồm các ứng dụng như chất làm đặc, chất tạo gel, và chất ổn định. Glucomannan trong thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm. Ứng dụng glucomannan trong lĩnh vực dược phẩm được đề cập, tập trung vào khả năng giảm đường huyết. Glucomannan và giảm cân cũng là một ứng dụng tiềm năng. Thủy phân glucomannan tạo ra các sản phẩm có khối lượng phân tử nhỏ hơn, mở rộng khả năng ứng dụng. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các sản phẩm thủy phân glucomannan trong việc hạ đường huyết. Thị trường glucomannan và các sản phẩm liên quan được phân tích để đánh giá tiềm năng kinh tế.