Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của củ riềng ĐH Bách Khoa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu công nghệ hóa học nghiên cứu thành phần hóa học hoạt tính sinh học của tinh dầu và trích ly, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Lan Phi
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Thành Phần Hóa Học Và Hoạt Tính Sinh Học Của Tinh Dầu Củ Riềng (Alpinia Galanga Willd.)
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. RIỀNG NẾP ALPINIA GALANGA WILLD
• 1.1.1. Mô tả cây
• 1.1.2. Phân bố, thu hái và chế biến
• 1.1.3. Tính chất dược lý và công dụng
• 1.2. TINH DẦU RIỀNG
• 1.2.1. Tổng quan về tinh dầu
• 1.2.2. Tính chất hóa lý của tinh dầu riềng
• 1.2.3. Thành phần hóa học của tinh dầu
• 1.3. CÁC HỢP CHẤT PHENOLIC
• 1.3.1. Hợp chất phenolic
• 1.3.2. Hợp chất phenolic trong cây riềng
• 1.4. NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.5. MỘT SỐ VI SINH VẬT GÂY BỆNH
• 1.5.1. Vi khuẩn Gram dương
• 1.5.2. Vi khuẩn Gram âm
• 1.6. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Phương pháp trích ly tinh dầu
• 2.2.2. Phương pháp trích ly bằng dung môi
• 2.2.3. Tạo sản phẩm trà riềng hòa tan
• 2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.3.1. Phương pháp sắc ký khí (GC)
• 2.3.2. Phương pháp sắc ký khí - khối phổ (GC – MS)
• 2.3.3. Phương pháp quét gốc tự do DPPH
• 2.3.4. Phương pháp đục lỗ thạch
• 2.3.5. Phương pháp pha loãng
• 2.3.6. Phương pháp quang phổ Folin – Ciocalteu
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
• 3.1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
• 3.1.1. Thiết bị và dụng cụ
• 3.1.2. Chủng vi khuẩn
• 3.2. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
• 3.2.1. Xác định độ ẩm nguyên liệu bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi
• 3.2.2. Các hợp chất phenolic
• 3.2.3. Sản phẩm trà riềng hòa tan
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN
• 4.1. KHẢO SÁT ĐỘ ẨM CỦA NGUYÊN LIỆU
• 4.2. TINH DẦU RIỀNG
• 4.2.1. Hiệu suất trích ly tinh dầu
• 4.2.2. Phân tích thành phần tinh dầu
• 4.2.3. Hoạt tính sinh học của tinh dầu
• 4.3. TRÍCH LY HỢP CHẤT PHENOLIC
• 4.3.1. Ảnh hưởng của loại dung môi
• 4.3.2. Ảnh hưởng của thời gian
• 4.3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu và dung môi
• 4.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thành phần hóa học của tinh dầu củ riềng Alpina galanga Willd

Nghiên cứu về thành phần hóa học của tinh dầu từ củ riềng Alpina galanga đã chỉ ra rằng tinh dầu này chứa khoảng 30 hợp chất khác nhau, trong đó có những hợp chất chính như 1,8-cineole (chiếm 13,73%-19,52%) và trans-β-farnesene (9,93%-16,52%). Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) đã được áp dụng để phân tích và xác định các thành phần hóa học trong tinh dầu. Kết quả cho thấy sự đa dạng về thành phần hóa học của tinh dầu riềng tùy thuộc vào vùng trồng và phương pháp chiết xuất. Điều này mở ra cơ hội cho việc khai thác và sử dụng tinh dầu trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ thực phẩm đến dược phẩm. Như vậy, việc nghiên cứu thành phần hóa học không chỉ giúp hiểu rõ hơn về công dụng của tinh dầu mà còn có thể ứng dụng trong việc phát triển sản phẩm mới.

1.1. Phương pháp xác định thành phần hóa học

Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) được sử dụng để phân tích tinh dầu riềng. Kỹ thuật này cho phép xác định chính xác các hợp chất có trong tinh dầu, từ đó giúp đánh giá hoạt tính sinh học của các thành phần này. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, tinh dầu từ củ riềng có khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa. Việc xác định thành phần hóa học cũng giúp định hướng cho các nghiên cứu tiếp theo về tác dụng sinh học của các hợp chất trong tinh dầu. Sự đa dạng trong thành phần hóa học của tinh dầu cũng cho thấy tiềm năng ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

II. Hoạt tính sinh học của tinh dầu củ riềng Alpina galanga Willd

Nghiên cứu đã khảo sát hoạt tính sinh học của tinh dầu riềng qua các phương pháp thử nghiệm như khả năng chống oxy hóa và kháng khuẩn. Kết quả cho thấy tinh dầu riềng có khả năng ức chế gốc tự do mạnh mẽ với IC50 là 23,644 µl EO/mL methanol đối với mẫu chưng cất trực tiếp và 18,893 µl EO/mL methanol đối với mẫu chưng cất có sự hỗ trợ vi sóng. Bên cạnh đó, tinh dầu cũng cho thấy hoạt tính kháng khuẩn đối với nhiều chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm, với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) lần lượt là 12,5% cho Staphylococcus aureus và 6,25% cho Bacillus cereus. Những kết quả này khẳng định giá trị của tinh dầu riềng trong việc phát triển các sản phẩm có lợi cho sức khỏe và ứng dụng trong y học.

2.1. Khả năng chống oxy hóa

Khả năng chống oxy hóa của tinh dầu riềng được đánh giá thông qua phương pháp DPPH. Kết quả cho thấy tinh dầu có khả năng ức chế gốc tự do mạnh, điều này cho thấy tiềm năng của nó trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng. Việc sử dụng tinh dầu riềng trong chế biến thực phẩm không chỉ giúp tăng cường hương vị mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng nhờ vào khả năng chống oxy hóa. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng tinh dầu trong ngành thực phẩm và dược phẩm.

2.2. Hoạt tính kháng khuẩn

Nghiên cứu về hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu riềng cho thấy khả năng ức chế các vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là các vi khuẩn Gram dương như Staphylococcus aureus. Kết quả cho thấy nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của tinh dầu đối với các vi khuẩn này khá thấp, cho thấy tiềm năng sử dụng tinh dầu trong các sản phẩm kháng khuẩn tự nhiên. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong việc phát triển sản phẩm chăm sóc sức khỏe mà còn có thể ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm để bảo quản và tăng cường an toàn thực phẩm.

III. Ứng dụng thực tiễn của tinh dầu củ riềng Alpina galanga Willd

Nghiên cứu về tinh dầu củ riềng không chỉ dừng lại ở việc xác định thành phần hóa học và hoạt tính sinh học mà còn mở rộng đến các ứng dụng thực tiễn. Một trong những ứng dụng nổi bật là sản xuất trà hòa tan từ củ riềng, đây là sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và dễ sử dụng. Việc tối ưu hóa quy trình trích ly các hợp chất phenolic từ củ riềng sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm trà, đồng thời tạo ra một nguồn nguyên liệu phong phú cho ngành thực phẩm chức năng. Những sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng mà còn góp phần bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

3.1. Sản xuất trà hòa tan

Quá trình sản xuất trà hòa tan từ củ riềng dựa trên việc tối ưu hóa các yếu tố như loại dung môi, thời gian trích ly và tỷ lệ nguyên liệu. Kết quả cho thấy việc trích ly phenolic từ củ riềng có thể đạt hiệu quả cao khi sử dụng dung môi phù hợp và điều chỉnh thời gian trích ly. Sản phẩm trà hòa tan không chỉ mang lại hương vị thơm ngon mà còn chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe, từ đó đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về sản phẩm tự nhiên và hữu ích.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia nhiệt đới sở hữu khoảng 35 loài thực vật thuộc chi Alpinia, trong đó củ riềng nếp (Alpinia galanga Willd.) là nguồn dược liệu cổ truyền dồi dào với hàm lượng tinh dầu dao động từ 0,04% đến 0,25% khối lượng tươi. Mặc dù sở hữu tiềm năng sinh học vượt trội, củ riềng phần lớn chỉ mới được khai thác ở dạng gia vị thô hoặc nông sản tươi, khiến giá trị thương mại của nguồn tài nguyên này chưa được phát huy tương xứng. Vấn đề cấp thiết đặt ra là cần thiết lập quy trình công nghệ chiết xuất tối ưu nhằm thu hồi tinh dầu chất lượng cao và hoạt chất phenolic, đồng thời đánh giá toàn diện các hoạt tính sinh học để định hướng chế biến sâu.

Mục tiêu cụ thể của luận văn bao gồm: khảo sát và so sánh hiệu quả tách chiết tinh dầu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước trực tiếp và chưng cất có hỗ trợ vi sóng; định danh thành phần hóa học dễ bay hơi; kiểm tra hoạt tính kháng oxy hóa qua chỉ số IC50 và phổ kháng khuẩn trên 4 chủng vi sinh vật gây bệnh điển hình; tối ưu hóa điều kiện trích ly hợp chất polyphenol; thử nghiệm sản xuất chế phẩm trà riềng hòa tan. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 10 năm 2010 đến tháng 11 năm 2012 tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh trên nguồn mẫu củ riềng thu hái tại tỉnh Bình Dương.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc nâng cao giá trị gia tăng của củ riềng lên khoảng 3 đến 5 lần so với bán thô, giảm thiểu 75% thời gian chưng cất nhờ ứng dụng sóng vi ba, đồng thời cung cấp luận cứ khoa học tin cậy để chuyển giao công nghệ sản xuất thực phẩm chức năng phục vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng của lý thuyết chưng cất lôi cuốn hơi nước hỗn hợp hai cấu tử không tan lẫn và động học truyền nhiệt vi sóng trong trích ly hợp chất tự nhiên. Tác động của trường điện từ ở tần số 2450 MHz làm tăng áp suất nội bào, phá vỡ túi tinh dầu và gia tốc quá trình khuếch tán ra bề mặt mà không làm suy thoái nhiệt các cấu tử nhạy cảm. Song song đó, lý thuyết trích ly pha rắn - lỏng giải thích cơ chế hòa tan và dịch chuyển của các polyphenol từ tế bào thực vật vào dung môi qua hai giai đoạn: trương nở tế bào và khuếch tán phân tử.

Mô hình nghiên cứu kết hợp giữa phương pháp thực nghiệm hóa học phân tích hiện đại và đánh giá sinh học in vitro. Các khái niệm trung tâm bao gồm: nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) đại diện cho khả năng kìm hãm khuẩn lực; chỉ số IC50 biểu thị nồng độ chất chống oxy hóa cần thiết để trung hòa 50% gốc tự do DPPH; đương lượng acid gallic (mg GAE/g chất khô) dùng để chuẩn hóa hàm lượng phenolic tổng; cùng các chỉ số hóa lý như chỉ số khúc xạ (1,4780 - 1,4920) và chỉ số ester (khoảng 145,6) của tinh dầu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn nguyên liệu củ riềng tươi thu hoạch lúc 6 đến 8 giờ sáng tại Bình Dương với độ ẩm ban đầu xấp xỉ 85%. Sau khi rửa sạch và thái lát mỏng kích thước 1 cm x 1 cm, mẫu được phơi khô trong bóng râm đến độ ẩm ổn định 12% - 14% và nghiền rây qua kích thước lỗ 710 μm để đồng nhất bề mặt tiếp xúc. Cỡ mẫu cho mỗi mẻ chưng cất là 300 g nguyên liệu với 600 - 1000 mL nước cất, thực hiện lặp lại 3 lần độc lập nhằm đảm bảo độ tin cậy thống kê với sai số kiểm soát dưới 0,5%.

Phương pháp phân tích được lựa chọn gồm:

• Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) trên hệ thống Agilent 5975C với cột ZB-5MS kích thước 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm, nhiệt độ buồng tiêm 250°C, tỷ lệ chia dòng 25:1. Phương pháp này được chọn vì độ nhạy phát hiện đạt mức 1 picogam, cho phép định danh chính xác các cấu tử bay hơi dựa trên thư viện chuẩn quốc tế.
• Phương pháp quét gốc tự do DPPH đo quang ở bước sóng 517 nm và phương pháp quang phổ Folin - Ciocalteu đo ở 765 nm. Đây là các quy chuẩn có độ lặp lại cao để xác định hoạt tính khử và định lượng phenolic tổng.
• Phương pháp đục lỗ thạch với đường kính lỗ 9 mm và phương pháp pha loãng đa nồng độ trên môi trường TSB để xác định chính xác giá trị MIC đối với 2 chủng Gram dương và 2 chủng Gram âm.

Toàn bộ quá trình nghiên cứu diễn ra theo tiến trình 24 tháng, hoàn tất đầy đủ các giai đoạn từ tối ưu hóa phòng thí nghiệm đến chế tạo thử nghiệm bột trà hòa tan bằng thiết bị sấy phun.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, phân tích sắc ký khí khối phổ GC-MS đã định danh thành công gần 30 hợp chất hóa học trong tinh dầu riềng. Hai thành phần chiếm ưu thế vượt trội là 1,8-cineole chiếm tỷ lệ từ 13,73% đến 19,52% và trans-β-farnesene chiếm từ 9,93% đến 16,52% diện tích peak.

Thứ hai, phương pháp chưng cất có hỗ trợ vi sóng ở công suất 900W giúp rút ngắn thời gian xử lý từ 300 phút ở phương pháp truyền thống xuống còn 75 phút (giảm 75% thời gian), đồng thời nâng cao chất lượng tinh dầu khi chỉ số ức chế gốc tự do IC50 đạt 18,893 µl EO/mL methanol, vượt trội hơn mẫu chưng cất trực tiếp có IC50 là 23,644 µl EO/mL methanol.

Thứ ba, khảo sát hoạt tính sinh học cho thấy tinh dầu riềng ức chế vi khuẩn Gram dương mạnh hơn rõ rệt so với vi khuẩn Gram âm. Nồng độ ức chế tối thiểu MIC đối với Bacillus cereus là 6,25% và Staphylococcus aureus là 12,5%, trong khi cả hai chủng Gram âm gồm Pseudomonas aeruginosa và Salmonella typhi đều yêu cầu mức nồng độ cao hơn là 25%.

Thứ tư, điều kiện trích ly phenolic tối ưu được xác lập tại nồng độ dung môi ethanol 60%, nhiệt độ 60°C, tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi 1:10 (g/mL) trong thời gian 45 phút, mang lại hàm lượng phenolic tổng vượt mức 31,49 mg GAE/g chất khô, cao gấp 3,8 lần so với trích ly bằng nước chỉ đạt 8,25 mg GAE/g chất khô.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về hoạt tính kháng khuẩn giữa hai nhóm vi khuẩn xuất phát từ cấu trúc màng sinh học. Vi khuẩn Gram dương chỉ có một lớp peptidoglycan xốp bao quanh, tạo điều kiện cho 1,8-cineole và các hợp chất sesquiterpene thấm sâu và làm biến tính protein màng. Ngược lại, vi khuẩn Gram âm sở hữu màng ngoài giàu lipopolysaccharide phức tạp đóng vai trò như rào cản ngăn chặn các phân tử kỵ nước thâm nhập.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, tinh dầu củ riềng tại Hà Nội chỉ chứa 5,1% 1,8-cineole, trong khi mẫu tại Xiêng Khoảng của Lào đạt tới 67,9%. Nguồn riềng Bình Dương trong nghiên cứu này mang tính cân bằng sinh thái độc đáo với hàm lượng 1,8-cineole xấp xỉ 19,5% và trans-β-farnesene khoảng 16,5%, giúp sản phẩm có hương thơm dịu ấm đặc trưng, không bị nồng gắt.

Các dữ liệu về động học trích ly và mức độ khử gốc tự do có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ hồi quy tuyến tính với hệ số xác định R² trên 0,98 và bảng ma trận nồng độ ức chế, giúp các kỹ sư công nghệ dễ dàng tra cứu và điều chỉnh thông số khi triển khai mở rộng quy mô sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

Để hiện thực hóa các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, luận văn đề xuất 4 giải pháp trọng tâm:

• Thiết kế và chuyển giao hệ thống chưng cất vi sóng liên tục quy mô công nghiệp với công suất 5 - 10 kW, đặt mục tiêu thu hồi tinh dầu đạt hiệu suất trên 0,22% khối lượng tươi trong thời gian dưới 60 phút, thực hiện trong 6 tháng tới bởi Phòng R&D phối hợp cùng xưởng chế tạo máy.
• Chuẩn hóa thông số vận hành tháp sấy phun với nhiệt độ dòng khí vào 160°C - 180°C, khí ra 75°C - 85°C, bổ sung chất trợ sấy maltodextrin tỷ lệ 15% - 20% nhằm kiểm soát độ ẩm sản phẩm bột trà riềng dưới 3% và hạn chế suy giảm phenolic dưới 8%, triển khai trong 9 tháng bởi Kỹ sư Công nghệ thực phẩm.
• Quy hoạch và kiểm soát tiêu chuẩn vùng nguyên liệu củ riềng tại Bình Dương và các tỉnh lân cận theo tiêu chuẩn nông nghiệp sạch, đảm bảo thu hái trong khung giờ 6 - 8 giờ sáng và sơ chế phơi sấy đạt độ ẩm chuẩn 12% - 14%, hoàn thành trong 12 tháng do Doanh nghiệp phối hợp với Hợp tác xã địa phương.
• Mở rộng nghiên cứu hoạt tính kháng viêm và chống phân chia tế bào ung thư của phân đoạn 1'-acetoxychavicol acetate (ACA) phân lập từ củ riềng trên mô hình tế bào, thực hiện trong 18 tháng bởi Viện nghiên cứu Dược liệu và Công nghệ sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là nguồn tài liệu giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư R&D trong ngành thực phẩm chức năng và đồ uống: Tiếp cận đầy đủ công thức phối chế, thông số cô đặc dịch chiết ở tỷ trọng 1,06 - 1,08 g/mL và quy trình sấy phun bột trà riềng hòa tan có hoạt tính sinh học cao.
• Doanh nghiệp sản xuất tinh dầu, mỹ phẩm và hóa chất tự nhiên: Áp dụng công nghệ trích ly vi sóng để tiết kiệm 75% năng lượng, khai thác hàm lượng 1,8-cineole cao vào sản xuất dung dịch súc miệng, xà phòng kháng khuẩn và kem dưỡng ẩm.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên chuyên ngành Công nghệ Hóa học - Thực phẩm: Sử dụng làm tài liệu tham khảo bài bản về phương pháp GC-MS, trích ly polyphenol theo Folin - Ciocalteu và phương pháp đánh giá vi sinh MIC.
• Các nhà khoa học dược liệu và bệnh học lâm sàng: Tham khảo cơ chế ức chế vi khuẩn Gram dương và tiềm năng của dẫn xuất phenylpropanoid trong nghiên cứu phát triển thuốc kháng viêm và hỗ trợ điều trị khớp.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao phương pháp chưng cất vi sóng lại mang lại hoạt tính chống oxy hóa cao hơn phương pháp truyền thống? Chưng cất vi sóng gia nhiệt chọn lọc trực tiếp lên phân tử nước nội bào, giúp rút ngắn thời gian xử lý từ 300 phút xuống 75 phút. Việc giảm phơi nhiễm nhiệt kéo dài bảo toàn tối đa các hợp chất nhạy cảm nhiệt như trans-β-farnesene, giúp chỉ số IC50 đạt 18,893 µl/mL, thể hiện khả năng quét gốc tự do vượt trội so với mức 23,644 µl/mL của chưng cất trực tiếp.

Thành phần hóa học nào giữ vai trò cốt lõi trong hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu riềng? Hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu riềng chủ yếu do 1,8-cineole chiếm 13,73% - 19,52% cùng hiệp đồng tác dụng với các sesquiterpene và dẫn xuất phenolic. Tổ hợp này phá vỡ tính thấm của màng tế bào vi khuẩn, tạo hiệu quả ức chế rõ rệt trên chủng Bacillus cereus ở nồng độ MIC 6,25% và Staphylococcus aureus ở MIC 12,5%.

Dung môi nào thích hợp nhất để trích ly hợp chất polyphenol từ bột riềng? Dung môi ethanol 60% trong nước là lựa chọn tối ưu, cho hàm lượng polyphenol đạt trên 31,49 mg GAE/g chất khô, cao gấp 3,8 lần so với nước cất thông thường chỉ đạt 8,25 mg GAE/g chất khô. Tỷ lệ cồn và nước này vừa đảm bảo độ phân cực thích hợp để hòa tan phenylpropanoid, vừa an toàn tuyệt đối cho chế biến thực phẩm.

Vì sao tinh dầu riềng ức chế vi khuẩn Gram dương nhạy hơn vi khuẩn Gram âm? Vi khuẩn Gram âm như Pseudomonas aeruginosa và Salmonella typhi cùng có giá trị MIC 25% do sở hữu lớp màng ngoài lipopolysaccharide dày ngăn cản các chất kỵ nước. Ngược lại, vi khuẩn Gram dương chỉ có lớp peptidoglycan xốp, giúp tinh dầu dễ dàng khuếch tán vào bên trong gây ức chế sinh trưởng ở nồng độ thấp hơn nhiều từ 6,25% đến 12,5%.

Những thông số kỹ thuật nào cần kiểm soát chặt chẽ khi sản xuất trà riềng hòa tan? Dịch trích ly sau khi lọc cần được cô quay chân không ở nhiệt độ thấp 35°C - 40°C đến khi đạt tỷ trọng 1,06 - 1,08 g/mL nhằm bảo toàn hoạt chất polyphenol. Tiếp theo, quá trình sấy phun cần điều chỉnh nhiệt độ khí vào khoảng 160°C - 190°C để tạo hạt bột mịn đồng nhất với độ ẩm sản phẩm kiểm soát dưới 3%.

Kết luận

• Xác định thành phần hóa học của tinh dầu riềng nếp Bình Dương với gần 30 hợp chất, nổi bật là 1,8-cineole (13,73% - 19,52%) và trans-β-farnesene (9,93% - 16,52%).
• Chứng minh ưu thế vượt trội của phương pháp chưng cất vi sóng 900W giúp giảm 75% thời gian và nâng cao năng lực khử gốc tự do với chỉ số IC50 đạt 18,893 µl/mL.
• Khẳng định phổ kháng khuẩn mạnh trên vi khuẩn Gram dương với nồng độ ức chế MIC đạt 6,25% đối với Bacillus cereus và 12,5% đối với Staphylococcus aureus.
• Thiết lập bộ thông số tối ưu trích ly phenolic bằng ethanol 60% ở 60°C trong 45 phút, thu được hàm lượng 31,49 mg GAE/g chất khô.
• Hoàn thiện quy trình công nghệ tạo chế phẩm trà riềng hòa tan dạng bột mịn, mở ra hướng ứng dụng thương mại rộng rãi trong ngành thực phẩm chức năng.

Đóng góp chính của luận văn là hoàn thiện cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật từ khâu tách chiết hoạt chất đến tạo sản phẩm hoàn chỉnh. Trong giai đoạn 2024 - 2026, các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung thử nghiệm trên dây chuyền công nghiệp liên tục. Các doanh nghiệp và đơn vị nghiên cứu hãy chủ động hợp tác chuyển giao công nghệ để đưa các sản phẩm chế biến sâu từ củ riềng Việt Nam vươn tầm thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 RIỀNG NẾP ALPINIA GALANGA WILLD Riềng hay riềng nếp còn có tên là riềng ấm, hậu khá (Thái). Tên khoa học: Alpinia galanga Willd., thuộc họ Gừng (Zingiberaceae).1 Mô tả cây Riềng là cây thân thảo, sống lâu năm, cao từ 1 – 2 mét. Căn hành mập, mọc bò ngang, hình trụ, có phủ nhiều vảy. Lá mọc so le, hình ngọn giáo, phiến cứng và bóng, có bẹ.

Chùy hoa dài 15 – 30 cm, rộng từ 8 – 10 cm, nhiều hoa, hơi có lông nhung, có nhánh nhiều, sít nhau, trải ra, cuống hoa có lông nhung mọc đứng. Hoa trắng, có vạch hồng, cánh hoa hình giáo tù, cánh môi hình dải xoan ngược, có móng, phiến bầu dục và chia hai thùy ở chóp. Quả mọng hình cầu hay hình trứng, màu đỏ nâu [4,9,11,13]. Mô tả cây Alpinia galanga Willd.2 Phân bố, thu hái và chế biến Các tác giả ở Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia, Viện sinh tháii và Tài nguyên sinh vật thì chi riềng ở Việt Nam gồm 6 loài và theo Võ Văn Chi thì chi này có 9 loài.

Theo Nguyễn Quốc Bình, ở Việt Nam có khoảng 35 loài Alpinia khác nhau. Các loài riềng được sử dụng làm thuốc trong Y học cổ truyền Việt Nam là riềng bẹ Alpinia bracteata Roxb., riềng mép ngắn Alpinia breviligulata Gagnep., riềng tàu Alpinia chinensis (Retz., riềng rừng Alpinia conchigera Griff., riềng nếp Alpinia galanga (L., sẹ Alpinia globosa (Lour., riềng Malacca Alpinia malaccensis (Burm., riềng thuốc Alpinia officinarum Hance., riềng ấm Alpinia zerumbet (Pers.) Burtt et Sm., thảo đậu Alpinia katsumadai Hayt. Riềng là cây trồng phổ biến ở Ấn Độ, Trung Quốc, Lào, Malaysia, Thái Lan, Campuchia. Ở Việt Nam nước ta cây riềng mọc hoang ở khắp nơi, cũng thường được trồng làm thuốc và gia vị, ở nơi ẩm ướt của rừng rậm và rừng thưa.

Bộ phận dùng là củ và quả (thường được gọi là Hồng đậu khấu). Củ riềng được thu hái quanh năm nhưng tốt nhất là vào mùa thu đông, phơi hoặc sấy khô. Theo Võ Văn Chi thì nên thu hái củ riềng vào mùa xuân, rửa sạch, cắt phiến phơi khô và thu hái quả chín vào mùa thu phơi khô để dành [6,13,11,12].3 Tính chất dược lý và công dụng Riềng được sử dụng làm gia vị ở khắp các nước thuộc vùng Đông Nam Á. Dùng làm thuốc mạch tỳ vị, trục phong tà và chữa được các chứng đầy bụng, khó tiêu, đau bụng kiết lỵ.; liều dùng 3 – 5 gram dạng thuốc sắc hoặc tán bột, rượu thuốc uống.

Riềng tươi dã nhỏ, ngâm nước muối và dịch chanh rồi phơi khô hoặc sấy dùng để chữa ho, chống khát nước rất tốt. Theo kinh nghiệm dân gian, những -3- người mắc các bệnh về dạ dày sử dụng Riềng trong chế độ ăn sẽ cải thiện phần nào tình trạng của bệnh. Ngoài ra, nó cũng trị được các chứng buồn nôn, đầy hơi hay thấp khớp dạng thấp. Do đặc tính kháng khuẩn tốt nên Riềng luôn là vị thuốc bổ tốt cho sức khỏe, giúp ngăn ngừa các loại bệnh tật.

Ở Ấn Độ, Riềng được dùng để trị thấp khớp, sốt, bệnh xuất tiết, nhất là xuất tiết khí quản, cũng làm thuốc lợi tiêu hóa, kích thích, kích dục và gây trung tiện. Tinh dầu dùng trị rối loạn đường hô hấp, chủ yếu cho trẻ em [11,13,14].2 TINH DẦU RIỀNG 1.1 Tổng quan về tinh dầu Tinh dầu là một hỗn hợp các hợp chất dễ bay hơi, có mùi đặc trưng tùy thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu cung cấp tinh dầu. Cần phân biệt rõ tinh dầu với dầu béo (hỗn hợp các triglicerid) và dầu mỏ (hỗn hợp các hydrocacbon) [2]. Trong thiên nhiên rất nhiều tinh dầu ở trạng thái tự do, chỉ có một số ít ở trạng thái tiềm ẩn.

Ở trạng thái tiềm ẩn, tinh dầu không có sẵn trong nguyên liệu mà chỉ xuất hiện trong những điều kiện gia công nhất định trước khi tiến hành trích ly, thí dụ hạt để lên men trong trường hợp điều chế tinh dầu thiên niên kiện, tinh dầu hạt cải bẹ xanh,…hay dưới tác dụng cơ học trong trường hợp tinh dầu tỏi,… Còn ở trạng thái tự do, tinh dầu hiện diện sẵn có trong nguyên liệu có thể thu trực tiếp dưới những điều kiện ly trích bình thường như tinh dầu riềng trong nghiên cứu này. Tinh dầu riềng được thu từ phần thân rễ của cây, bộ phận này bò ngang, dài, hình trụ có phân nhánh, vỏ màu đỏ nâu, ruột màu vàng sáng, gọi là củ riềng.2 Tính chất hóa lý của tinh dầu riềng Theo E. Guenther [23], trong củ riềng A. galanga Willd chứa 0,04% hàm lượng tinh dầu, độ quay cực là +4020’, chỉ số ester là 145,6.

Theo Nigam và Radhakrishnan [27] trong củ riềng ở Ấn Độ chứa 0,25% hàm lượng tinh dầu, độ quay cực -3027’, chỉ số savon hóa là 49,4. de Pooter và cộng sự [27] trong củ riềng ở Malaysia chứa 0,04 – 0,15% hàm lượng tinh dầu và có các chỉ số vật lý (280C): độ quay cực là +4030’, chỉ số khúc xạ là 1,4780; tỷ trọng là 0,9810. Theo Nguyễn Xuân Dũng [8] trong củ riềng nếp ở Việt Nam chứa 0,1% hàm lượng tinh dầu, chiết xuất (250C) là 1,4920; màu vàng nhạt, mùi thơm nhẹ.3 Thành phần hóa học của tinh dầu Thành phần hóa học của tinh dầu riềng Alpinia galanga Willd. mới được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây.

Tùy thuộc vào từng vùng khảo sát và loại riềng mà hàm lượng tinh dầu thu được cũng như thành phần hóa học của tinh dầu riềng rất khác nhau. Theo Vũ Ngọc Lộ [14] thì hàm lượng tinh dầu riềng Alpinia galanga Willd. là 0,04 – 0,25% chứa 1,8-cineole, ester methyl cinamate, trans-β-farnesene, methyl eugenol, eugenyl acetate, chavicol, chavicyl acetate. Một năm sau đó, Võ Văn Chi [13] nhận xét thành phần hóa học của tinh dầu riềng Alpinia galanga Willd.

chứa acetate 1’-acetoxichavicol, acetate 1’- acetoxieugenol, cariophilen, cariophilenol, 1,8-cineole. Trong năm 1985, khi nghiên cứu thành phần hóa học của tinh dầu riềng Malaysia thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước H. de Pooter và cộng sự đã đưa ra kết quả ở bảng 1. Thành phần hóa học của tinh dầu riềng ở Malaysia Căn hành tươi Căn hành khô Căn hành STT Thành phần (dung môi (dung môi tươi CH2Cl2) CH2Cl`2) 1 Acetate 2-metilpropil - 0,2 - 2 Acetate butyl - 0,9 - 3 α-pinene 10,2 0,8 0,2 4 Camphene 0,5 vết - 5 Sabinene vết vết - 6 β-pinene 1,6 0,1 0,3 7 Myrcene 0,7 0,2 0,4 8 p-cimene 0,8 0,2 - 9 1,8-cineole 5,5 58,5 24,0 10 Limonene 1,6 - - 11 γ-terpinene vết 0,1 - 12 Terpinolen vết vết - 13 Linalool vết 0,3 - 14 Borneol vết 0,5 0,3 15 4-terpineol 0,3 2,2 7,0 16 p-cimenol vết vết vết 17 α-terpineol 0,2 2,2 0,8 18 Chavicol 0,2 vết - 19 Acetate bornil 2,5 0,7 0,2 20 Tridecane vết vết - 21 Acetate chavicol 1,0 0,5 2,8 22 Acetate citronelil 1,6 0,4 - 23 Acetate neril - vết - 24 Acetate genaril 5,1 1,4 0,9 25 α-copaene 0,7 3,6 1,4 25 β-cariophilene 0,9 0,5 1,8 27 α-bergamotene 10,7 1,7 0,9 28 α-humulene 0,6 - - 29 trans-β-farnesene 18,2 8,1 30,6 30 ar-curcumene 1,9 0,3 0,6 31 Acetate eugenil 1,5 2,3 2,7 32 C15H30 0,1 0,2 4,7 33 β-bisabolene 16,2 3,9 4,9 34 Pentadecane 1,9 - - 35 β-sesquiphelandrene 1,6 3,2 2,2 36 Oxid cariophilene 2,5 - - -6- Đến năm 1995, Kubota K.

và cộng sự đã xác định thành phần hóa học của tinh dầu riềng Alpinia galanga Willd. với mẫu lấy từ Nhật Bản thu bằng phương pháp chưng cất hơi nước cổ điển cho thành phần hóa học gồm có 16 hợp chất có chứa oxigen như: 1,8-cineole, linalool, acetate geranil, eugenol, acetate chavicol, acid acetic, acetate bornil, acetat citronilil, trans-2-acetoxi-1,8-cineole, acetate 1’- acetoxichavicol và hỗn hợp phenol [20]. Thành phần hóa học của tinh dầu riềng trồng ở Việt Nam với căn hành hồng đỏ được xác định có hơn 30 hợp chất, trong đó α-pinene (1,9%), 1,8-cineole (5,1%), chavicol (2,3%), acetate chavicil (2,8%), β-elemene (6,1%), β-cariophilene (9,1%), (Z)-α-bergamotene (8,9%), germacerene D (9,1%), β-chamigrene (2,2%), β- sesquiphelandrene (8,3%), δ-cadinol (2,1%), α-cadinol (4,8%).3 CÁC HỢP CHẤT PHENOLIC 1.1 Hợp chất phenolic Hợp chất phenolic là những hợp chất có trong phân tử có chứa một hoặc nhiều nhóm phenol, ngoài tồn tại chủ yếu trong tự nhiên chúng còn được tổng hợp và bán tổng hợp. Các tính chất hóa lý, sinh học của các hợp chất phenolic phụ thuộc vào cấu trúc, đặc điểm và số lượng của các nhóm phenol thành phần [38].2 Hợp chất phenolic trong cây riềng Theo Lý Ngọc Trâm và cộng sự (2001) thành phần tinh dầu riềng thuốc Việt Nam bao gồm 1,8-cineole, eugenol, chavicol and các phenylpropanoid.

Bảy hợp chất phenylpropanoid là (E)-p-coumaryl alcohol c-O-methyl ether (1), (4E)-1,5- bis(4-hydroxyphenyl)-1-methoxy-2-(methoxymethyl)-4-pentene (2), (4E)-1,5-bis(4- hydroxyphenyl)-1-ethoxy-2-(methoxymethyl)-4-pentene (3), (4E)-1,5-bis(4- -7- hydroxyphenyl)-1-[(2E)-3-(4-acetoxyphenyl)-2-propenoxy]-2-(methoxymethyl)-4- pentene (4), (4E)-1,5-bis(4-hydroxyphenyl)-2-(methoxymethyl)-4-penten-1-ol (5), (E)-p-coumaryl alcohol (6), and (4E)-1,5-bis(4-hydroxyphenyl)-2-(hydroxymethyl)- 4-penten-1-ol (7) xác định bằng phương pháp HPLC pha đảo dịch chiết metanol từ củ riềng thuốc, cấu trúc được xác định dựa trên kết quả phổ MS và NMR [31]. Các hợp chất này được dự đoán là những tác nhân kháng oxy hóa do chúng có 1 hoặc 2 nhóm hydroxyl phenol trong phân tử. Khả năng kháng oxy hóa được so sánh dựa vào sự ức chế sự tự oxy hóa của metyl linoleate. Các hợp chất từ (2)-(5) có hoạt tính yếu hơn α-tocopherol trong khi (7) hầu như có khả năng kháng oxy hóa mạnh như α-tocopherol.

Những kết quả này cho thấy số lượng nhóm hydroxyl in phân tử phenylpropanoid có thể ảnh hưởng đến hoạt tính kháng oxy hóa của chúng [24]. Điều trị sự kháng kháng sinh cho các bệnh nhiễm khuẩn thường dẫn đến phản ứng viêm của vật chủ. Các phân tử với các tính chất kháng khuẩn và kháng viêm nhị chức có thể cho một giải pháp cho các biểu hiện lâm sàng này. Hoạt tính của điarylheptanoit, 5-hydroxyl7-(4''-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1-phenyl-3-heptanon (8) được phân lập từ Alpinia officinarum đối với khuẩn gây bệnh đường ruột Escherichia coli (EPEC) đã được thông báo.

Diarylheptanoid này cho các hoạt tính ức chế và diệt khuẩn EPEC được phân lập lâm sàng và ức chế hiệu quả sự viêm gây bởi lipopolissacarit của EPEC trong các tế bào máu đơn nhân người ngoại vi. Phân tích docking in silico cho thấy điarylheptanoit có thể tương tác với một đơn vị phụ A của DNA gyrase của E. Các phân tử với hoạt tính nhị chức như vậy có thể là các chất điều trị có tiềm năng cho các bệnh nhiễm khuẩn [41]. -8- O OH OCH3 OH 8 AIDS vẫn còn là một mối quan tâm tới sức khỏe toàn cầu và hiện nay còn có các nhu cầu cấp thiết để phát triển một loại điều trị mới cho virut suy giảm miễn dịch người (HIV).

Trong một nghiên cứu định hướng vào các tác nhân chống HIV, 1'S-1'-acetoxychavicol acetate (ACA) (9), một hợp chất phân tử nhỏ được phân lập từ củ Alpinia galanga có khả năng ức chế sự vận chuyển Rev ở nồng độ thấp bằng cách kết hợp duy trì khu vực nhiễm sắc thể 1 và tích lũy HIV-1 RNA đủ độ dài trong nhân, kết quả là ngăn chặn quá trình sao chép HIV-1 trong các tế bào máu đơn nhân ngoại vi.