MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, chất lượng cuộc sống ngày càng nâng cao nhu cầu sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, an toàn ngày càng được người tiêu dùng quan tâm. Các nghiên cứu khai thác hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học từ các nguyên liệu thực vật trở thành một trào lưu và đang ngày càng gặt hái được nhiều thành công, mang lại cho xã hội nhiều sản phẩm tốt có nguồn gốc tự nhiên và có lợi cho sức khoẻ. Nhiều kỹ thuật khác nhau từ đơn giản như trích ly bằng dung môi thông thường, tới sử dụng các kỹ thuật hỗ trợ như trích ly bằng dung môi siêu tới hạn, trích ly có sự hỗ trợ của siêu âm, vi sóng, áp suất cao, … hay phối hợp với các kỹ thuật xử lý nguyên liệu khác nhau: sấy, nghiền, xúc tác enzym, … đã được áp dụng hiệu quả trong khai thác, tận thu các nhóm hợp chất có hoạt tính quý từ các nguyên liệu thực vật, đặc biệt từ các bộ phận không được khai thác với mục đích dinh dưỡng (chúng là những phần bị bỏ đi trong quá trình sử dụng).
Các dung môi sử dụng cũng như điều kiện thu nhận có vai trò quyết định tới hiệu suất thu hồi và hoạt tính của các hoạt chất, tuy nhiên việc lựa chọn các yếu tố này luôn được các nhà khoa học cân nhắc với sự an toàn cho người sử dụng sản phẩm lẫn người sản xuất và vấn nạn về môi trường hiện nay. Các chiết xuất thu được có định hướng ứng dụng trong thực phẩm ngoài đánh giá hoạt tính còn được đánh giá độ an toàn ở nhiều mức độ khác nhau như thử độc tính với tế bào thường, độc tính trường diễn, độc tính bán trường diễn, … Cây măng cụt (Garcinia mangostana Linn) là một loại cây nhiệt đới được trồng phổ biến ở các nước khu vực Đông Nam Á như Thái Lan, Indonesia, Malaysia và Việt Nam. Ở Việt Nam, trong gần 10.000 loài thực vật bậc cao thì cây măng cụt là loại cây ăn quả được du nhập vào từ thế kỷ 19 và hiện nay trở thành loại cây ăn quả được nhiều địa phương chú trọng phát triển, không ngừng gia tăng cả về diện tích trồng lẫn năng suất, tiêu biểu như Bình Dương, Lâm Đồng, Đăk Nông, Bến Tre, Cần Thơ, Trà Vinh, Sóc Trăng,. với tổng diện tích cả nước (năm 2021) khoảng hơn 7.
Quả măng cụt được ví là “Nữ hoàng của trái cây”, thịt quả có hương vị thơm ngon, giàu giá trị dinh dưỡng được người tiêu dùng trong và ngoài nước yêu thích. Phần vỏ của quả măng cụt chiếm 68÷70% trọng lượng quả [3], chứa nhiều nhóm hoạt chất như xanthon, tanin, anthocyanin,. (những hợp chất này có nhiều hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng viêm, ức chế tế bào ung thư,. Chính vì vậy, ngay từ xa xưa, vỏ quả măng cụt được sử dụng trong các bài thuốc dân gian để điều trị các bệnh về viêm da và đường ruột [7].
Nhiều công bố trong những năm gần đây cho thấy: các chiết xuất măng cụt (từ dạng thô như dịch chiết, cao chiết tới hoạt chất tinh khiết như α, β – 1 mangostin, catechin, .) hầu hết đều có hoạt tính chống oxy hoá, kháng khuẩn, kháng viêm,. và có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt trong y dược. Tiêu biểu như: Các chiết xuất xanthon có tiềm năng ứng dụng trong chống đái tháo đường, chống tăng lipid máu, chống xơ vữa động mạch, kháng khuẩn, chống ung thư, bảo vệ tim, chống viêm, chống vi rút, điều hoà miễn dịch [8], làm giảm nếp nhăn da do tia UVB [9], điều trị các bệnh viêm nhiễm liên quan đến hệ thần kinh, viêm khớp, ung thư và hệ tiêu hoá [10, 11],. Các nghiên cứu ứng dụng chiết xuất măng cụt trong lĩnh vực thực phẩm mặc dù còn hạn chế, xong một vài kết quả nghiên cứu đã cho thấy tiềm năng ứng dụng chiết xuất măng cụt như một phụ gia trong chế biến và bảo quản thực phẩm, khả năng chống oxy hoá, kéo dài thời gian bảo quản cho sữa bột khi bổ sung chiết xuất ethanol măng cụt [12], chống oxy hoá cho dầu hướng dương khi bổ sung 200ppm chiết xuất thô [13], khả năng tạo màu cho nước quả măng cụt , … Tuy nhiên, liều lượng sử dụng cần được xác định dựa trên các hoạt tính được nghiên cứu bởi một số nghiên cứu phản ánh độc tính của chúng khi sử dụng ở liều cao, như với 3,98% xanthon và 2,2% tanin của vỏ quả măng cụt gây độc đối với tế bào nguyên bào sợi BHK 21 [14].
Bên cạnh những đặc tính tốt và các hoạt tính sinh học quý, các hoạt chất thu được từ các nguồn nguyên liệu thực vật nói chung và từ vỏ quả măng cụt nói riêng còn có những đặc tính như khả năng hoà tan trong các môi trường khác nhau, độ kém bền màu, … gây bất lợi cho quá trình sử dụng và làm giảm tính sinh khả dụng. Một trong những giải pháp để khắc phục các hạn chế, cải thiện tính sinh khả dụng của các hoạt chất được nhiều nhà khoa học quan tâm gần đây là tạo ra các chế phẩm dạng nano từ việc kết hợp các hoạt chất này với một hoặc nhiều chất mang khác nhau. Ví dụ như sự kết hợp giữa α-mangostin với một hoặc nhiều polyme tự nhiên như carrageenan, chitosan, alginate, cellulose, … tạo ra các tổ hợp dạng hạt nano, sợi nano đã làm tăng khả năng hoà tan và cải thiện tính sinh khả dụng của hoạt chất này [15, 16]. Xuất phát từ thực trạng sản xuất, tiêu thụ quả măng cụt ở Việt Nam và từ nhu cầu về nguồn nguyên liệu tự nhiên để khai thác các sản phẩm có các hoạt tính và đặc tính quý để ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm, luận án “Nghiên cứu thu nhận một số nhóm hợp chất có hoạt tính từ vỏ quả măng cụt (Garcinia mangostana Linn) và định hướng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm” nhằm tận thu nguồn vỏ quả để thu nhận các chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học như tanin (catechin, epicatechin, .), polyphenol trong đó có xanthon (α, γ-mangostin, mangostanol, garcinone C, D, ., tạo ra các chế phẩm chứa các hoạt chất măng cụt có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong bảo quản và chế biến thực phẩm như trong sản xuất giò, rượu vang, rượu màu,.
Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là vỏ quả măng cụt (Garcinia mangostana Linn) được trồng tại Việt Nam. Mẫu vỏ quả măng cụt được thu thập ở 6 địa phương: Bình Dương, Cần Thơ, Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre và Lâm Đồng trong vụ thu hoạch 2018÷2021. Mục đích của đề tài 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.
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. 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 α-mangostin phân lập từ vỏ quả măng cụt Việt Nam. 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) 4. Nội dung nghiên cứu 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 (như polyphenol, tanin, xanthon, .) từ vỏ quả măng cụt Việt Nam; 3. Nghiên cứu phân lập một số hoạt chất (như α-mangostin, γ-mangostin, mangostanol, garcinone C, D, …) từ chiết xuất của vỏ quả măng cụt. 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.
Nghiên cứu điều chế và đánh giá các đặc trưng, hoạt tính của tổ hợp hạt nano carrageenan, chitosan và chiết xuất α-mangostin. 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, … 5. Những đóng góp mới về cơ sở khoa học của luận án Từ vỏ trái măng cụt Việt Nam đề tài đã: 1. Nghiên cứu được một số thành phần hoá học của vỏ quả măng cụt trồng ở 06 tỉnh: Bình Dương, Cần Thơ, Vĩnh Long, Trà Vinh, Bến Tre, Lâm Đồng; Xác định không có sự khác biệt nhiều về hàm lượng các thành phần cơ bản của vỏ quả 3 măng cụt giữa các vùng, trong đó các hợp chất polyphenol (chiếm 19,29 ÷23,34 (% chất khô)), tanin (11,54÷14,50 (% chất khô)) 2.
Đã khảo sát 3 phương pháp thu nhận chiết xuất giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học (polyphenol, tanin, xanthon) từ vỏ quả măng cụt Việt Nam: trích ly với dung môi thông thường, trích ly có hỗ trợ xúc tác của enzym và trích ly có hỗ trợ siêu âm; xác định 2 phương pháp trích ly có hỗ trợ xúc tác của enzym Pectinex Ultra SP-L và trích ly có hỗ trợ siêu âm đều có hiệu suất trích ly các hợp chất polyphenol tổng số đạt hơn 90% và đều có khả năng nâng cao hiệu suất thu nhận chiết xuất trong đó phương pháp siêu âm bảo tồn hoạt tính của các chiết xuất tốt hơn (IC50 của dịch chiết thô đạt 59,84 (µg/mL)). Phân lập và xác định được 09 thành phần hoá học trong cặn chiết ở phân đoạn ethyl acetate (cặn EtOAc) thu được từ vỏ quả măng cụt khô Việt Nam (với 7 hoạt chất đã biết: α, γ-mangostin, garcinone D, garcinone C, mangostanol, bannaxanthones A, 8-deoxygartanin và 02 chất lần đầu phân lập được từ vỏ quả măng cụt Việt Nam: garcinoxanthone V (C24H26O8) và deoxygartanin A (C23H24O6). Nghiên cứu chế tạo được tổ hợp hạt nano trên cơ sở 2 polyme tự nhiên carrageenan và chitosan với chiết xuất α-mangostin từ vỏ quả măng cụt Việt Nam (CCG); xác định được các đặc trưng về cấu trúc, hình thái, kích thước hạt, khả năng hoà tan, hoạt tính chống oxy hoá, hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định, độc tính tế bào thường dòng Vero và động học quá trình giải phóng α- mangostin của tổ hợp hạt trong các dung dịch mô phỏng pH khác nhau chứa 50% ethanol.