Đồ án tốt nghiệp công nghệ kỹ thuật hóa học nghiên cứu tối ưu hóa quá trình trích ly siêu âm tổng hàm lượng polyphenol và flavonoid từ thân cây trà hòa camellia hoaana h t khuong s x yang theaceae

Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình trích ly siêu âm polyphenol và flavonoid từ thân cây trà hòa Camellia hoaana, mang lại giá trị cho ngành công nghệ hóa học.

• Tác giả: Võ Duy Tân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Linh Nhâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Quá Trình Trích Ly Siêu Âm Polyphenol và Flavonoid Từ Thân Cây Trà Hòa
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về loài Camellia hoaana
• 1.2. Phân loại khoa học của loài Camellia hoaana
• 1.3. Mô tả thực vật của loài Camellia hoaana
• 1.4. Phân bố sinh thái của chi Camellia
• 1.5. Thành phần hóa học của chi Camellia
• 1.6. Các hợp chất saponin
• 1.7. Các hợp chất polyphenol
• 1.8. Các hợp chất flavonoid
• 1.9. Các hợp chất methylxanthine
• 1.10. Các hợp chất amino acid
• 1.11. Các hợp chất dễ bay hơi
• 1.12. Các hợp chất khác
• 1.13. Hoạt tính sinh học của chi Camellia
• 1.14. Hoạt tính chống đái tháo đường
• 1.15. Hoạt tính chống oxy hóa
• 1.16. Hoạt tính chống ung thư
• 1.17. Hoạt tính chống béo phì
• 1.18. Hoạt tính sinh học khác
• 1.19. Giới thiệu về phương pháp ngâm dầm có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (UAE)
• 1.20. Tổng quan về trích ly dược liệu
• 1.21. Phương pháp ngâm dầm có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (UAE)
• 1.22. Phương pháp bố trí thí nghiệm thiết kế giai thừa
• 1.23. Các phương pháp xác định mức ảnh hưởng của đơn yếu tố
• 1.24. Phương pháp bố trí thí nghiệm theo Factorial Design
• 1.25. Phương pháp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng (RSM)
• 1.26. Tổng quan về tối ưu hóa và quy hoạch thực nghiệm
• 1.27. So sánh các phương pháp tối ưu hóa trên phần mềm Design Expert 12.25
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị
• 2.2. Thiết bị, dụng cụ
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Điều chế cao trích
• 2.5. Khảo sát thí nghiệm kết hợp yếu tố (Full factorial design)
• 2.6. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa bằng phương pháp thiết kế Box – Behnken
• 2.7. Xác định tổng hàm lượng polyphenol
• 2.8. Xác định tổng hàm lượng flavonoid
• 2.9. Đánh giá phương trình tối ưu hóa
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của đơn yếu tố theo bố trí thí nghiệm
• 3.2. Kết quả khảo sát đơn yếu tố đối với tổng hàm lượng flavonoid
• 3.3. Ảnh hưởng của điều kiện chiết đến hàm lượng flavonoid tổng
• 3.4. Phân tích biểu đồ tin cậy bán phần (Half – normal probability plot)
• 3.5. Kết quả khảo sát đơn yếu tố đối với tổng hàm lượng polyphenol
• 3.6. Ảnh hưởng của điều kiện chiết đến hàm lượng polyphenol tổng
• 3.7. Phân tích biểu đồ tin cậy bán phần (Half – normal probability plot)
• 3.8. Kết quả tối ưu hóa theo phương pháp bề mặt đáp ứng
• 3.8.1. Đối với hàm đầu ra tổng hàm lượng flavonoid
• 3.8.2. Đối với hàm đầu ra tổng hàm lượng polyphenol
• 3.9. Kết quả kiểm nghiệm phương trình tối ưu hóa
• 3.10. So sánh kết quả với các nghiên cứu liên quan
• 3.10.1. So sánh với các nghiên cứu liên quan về chiết xuất siêu âm về tổng hàm lượng flavonoid
• 3.10.2. So sánh với các nghiên cứu liên quan về chiết xuất siêu âm tổng hàm lượng polyphenol
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: Kết quả độ ẩm và hiệu suất trích ly
• PHỤ LỤC 2: Kết quả tính toán tổng hàm lượng flavonoid
• PHỤ LỤC 3: Kết quả đo tổng hàm lượng polyphenol
• PHỤ LỤC 4: Biểu đồ phân tích thiết kế giai thừa
• PHỤ LỤC 5: Phân tích hậu định

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Quá Trình Trích Ly Siêu Âm

Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình trích ly siêu âm polyphenol và flavonoid từ thân cây trà hòa (Camellia hoaana) đang thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Việc khai thác các hợp chất này không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn có ý nghĩa lớn trong lĩnh vực dược phẩm. Polyphenol và flavonoid được biết đến với nhiều tác dụng sinh học, bao gồm khả năng chống oxy hóa và chống ung thư. Nghiên cứu này nhằm tìm ra phương pháp tối ưu để thu được hàm lượng cao nhất của các hợp chất này từ thân cây trà hòa.

1.1. Tầm quan trọng của Polyphenol và Flavonoid trong sức khỏe

Polyphenol và flavonoid là hai nhóm hợp chất có hoạt tính sinh học cao. Chúng có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hợp chất này có thể giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như tim mạch và ung thư.

1.2. Lịch sử nghiên cứu về Camellia hoaana

Camellia hoaana là một loài trà mới được phát hiện tại Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng loài trà này chứa nhiều hợp chất có giá trị, nhưng chưa có nghiên cứu nào tập trung vào tối ưu hóa quá trình trích ly từ thân cây.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên Cứu Trích Ly Siêu Âm

Mặc dù có nhiều lợi ích từ việc trích ly polyphenol và flavonoid, nhưng quá trình này vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các yếu tố như nồng độ dung môi, nhiệt độ và thời gian chiết xuất đều ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly. Việc xác định điều kiện tối ưu là rất quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly

Nồng độ dung môi, nhiệt độ và thời gian chiết xuất là những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly. Nghiên cứu cần xác định mức độ tối ưu của từng yếu tố để tối đa hóa hàm lượng polyphenol và flavonoid.

2.2. Khó khăn trong việc thu thập nguyên liệu

Việc thu thập nguyên liệu từ thân cây trà hòa cũng gặp nhiều khó khăn. Điều kiện thời tiết và sự biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu, từ đó tác động đến kết quả trích ly.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Quá Trình Trích Ly Siêu Âm

Phương pháp tối ưu hóa quá trình trích ly siêu âm được thực hiện thông qua thiết kế giai thừa và phương pháp bề mặt đáp ứng. Các yếu tố như nồng độ ethanol, nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ dung môi: nguyên liệu được khảo sát để tìm ra điều kiện tối ưu nhất.

3.1. Thiết kế thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Thiết kế thí nghiệm sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng giúp xác định mối quan hệ giữa các yếu tố và hiệu suất trích ly. Phương pháp này cho phép tối ưu hóa nhiều yếu tố cùng lúc, tiết kiệm thời gian và tài nguyên.

3.2. Kết quả từ các thí nghiệm ban đầu

Kết quả từ các thí nghiệm ban đầu cho thấy nồng độ ethanol 54%, thời gian chiết 45 phút và nhiệt độ 30 °C là điều kiện tối ưu để thu được hàm lượng flavonoid và polyphenol cao nhất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy cao chiết từ thân cây trà hòa có hàm lượng hoạt chất cao, cho thấy tính khả thi trong ứng dụng công nghiệp. Việc tối ưu hóa quá trình trích ly không chỉ nâng cao giá trị kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng dụng trong ngành dược phẩm

Cao chiết từ thân cây trà hòa có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm dược phẩm, đặc biệt là các sản phẩm chống oxy hóa và hỗ trợ điều trị ung thư. Điều này mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp dược phẩm tại Việt Nam.

4.2. So sánh với các nghiên cứu trước đây

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự khác biệt rõ rệt so với các nghiên cứu trước đây về chiết xuất siêu âm. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp tối ưu hóa đã mang lại hiệu quả cao hơn trong việc thu hồi các hợp chất có giá trị.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu

Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình trích ly siêu âm polyphenol và flavonoid từ thân cây trà hòa đã đạt được những kết quả khả quan. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc phát triển các sản phẩm từ trà hòa.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị trong việc phát triển sản phẩm mà còn góp phần vào việc bảo tồn và phát triển nguồn gen quý hiếm của loài trà hòa.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển quy trình sản xuất công nghiệp cho cao chiết từ thân cây trà hòa, nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường và nâng cao giá trị kinh tế cho người trồng trà.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trà là thức uống phổ biến thứ hai trên thế giới sau nước và cà phê, với giá trị thương mại toàn cầu rất lớn; riêng tại Việt Nam năm 2022, kim ngạch xuất khẩu trà đạt khoảng 325 triệu USD tương đương 48.000 tấn. Tuy nhiên, trong sản xuất công nghiệp truyền thống, bộ phận khai thác chủ yếu là lá non và búp trà, trong khi các bộ phận sinh khối lớn như thân, cành, vỏ và rễ cây thường bị bỏ sót, gây lãng phí nguồn hoạt chất tự nhiên.

Loài Trà hòa (Camellia hoaana H. Yang, thuộc họ Chè - Theaceae) là một loài thực vật quý hiếm mới được phát hiện tại Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập, tỉnh Bình Phước và được định danh khoa học chính thức vào năm 2024. Mặc dù các loài thuộc chi Camellia đã được chứng minh chứa hàm lượng phong phú các chất chuyển hóa thứ cấp có hoạt tính sinh học cao (như polyphenol, flavonoid, saponin), các nghiên cứu trước đây về Camellia hoaana chủ yếu mới dừng lại ở việc mô tả hình thái thực vật học hoặc sàng lọc sơ bộ. Chưa có công trình nào thiết lập quy trình công nghệ tối ưu để thu hồi các hợp chất có giá trị sinh học và kinh tế cao từ bộ phận thân của loài cây này.

Đề tài đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Xác định mức độ ảnh hưởng của các đơn yếu tố và tương tác liên yếu tố trong điều kiện trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm đến hàm lượng hoạt chất thu hồi từ thân cây C. hoaana.
2. Xây dựng mô hình toán học và tối ưu hóa các thông số công nghệ của quá trình trích ly siêu âm nhằm đạt tổng hàm lượng polyphenol (TPC) và tổng hàm lượng flavonoid (TFC) cực đại.
3. Đánh giá sự ổn định và biến thiên hàm lượng hoạt chất của nguồn dược liệu thân cây C. hoaana được thu hái trong hai năm liên tiếp (2023 và 2024) dựa trên mô hình toán đã thiết lập.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Mẫu thân cây Trà hòa (Camellia hoaana H. Yang, Theaceae).
• Phạm vi không gian: Mẫu thực vật thu hái tự nhiên tại Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập, tỉnh Bình Phước.
• Phạm vi thời gian: Dữ liệu thực nghiệm thực hiện trên các mẫu thu thập qua hai đợt mùa vụ trong hai năm liên tiếp (năm 2023 và năm 2024).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết hóa học hợp chất thiên nhiên của chi Camellia, cơ chế truyền khối trong trích ly rắn - lỏng có hỗ trợ sóng siêu âm và phương pháp quy hoạch thực nghiệm hiện đại:

• Khung lý thuyết và hoạt chất: Tập trung vào các hợp chất chuyển hóa thứ cấp chính trong chi Camellia, bao gồm nhóm polyphenol (tiêu biểu là gallic acid, epigallocatechin gallate - EGCG, epicatechin gallate - ECG, epicatechin - EC) và nhóm flavonoid (catechin, rutin, quercetin, kaempferol). Cơ chế trích ly siêu âm (Ultrasound-Assisted Extraction - UAE) khai thác hiện tượng xâm thực sóng âm (cavitation), giúp phá vỡ cấu trúc thành tế bào thực vật, gia tăng diện tích tiếp xúc pha và đẩy nhanh tốc độ khuếch tán hoạt chất vào dung môi ở điều kiện nhiệt độ ôn hòa.
• Phương pháp quy hoạch thực nghiệm:
  • Thiết kế giai thừa đầy đủ (Full Factorial Design - FFD $2^k$): Sử dụng mô hình $2^4$ (16 thí nghiệm) nhằm sàng lọc và đánh giá mức độ ảnh hưởng của 4 đơn yếu tố: nồng độ dung môi ethanol (% v/v), nhiệt độ trích ly (°C), thời gian trích ly (phút) và tỉ lệ dung môi:nguyên liệu (mL/g).
  • Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM): Ứng dụng mô hình thiết kế Box – Behnken (BBD) 3 yếu tố 3 cấp độ để thiết lập phương trình hồi quy đa thức bậc hai mô tả mối quan hệ giữa các biến công nghệ và hai biến đáp ứng đầu ra.
• Phương pháp phân tích hóa lý:
  • Xác định tổng hàm lượng polyphenol (TPC) bằng phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis sử dụng thuốc thử Folin – Ciocalteu, tính toán kết quả quy về đương lượng gallic acid (mg GAE/g chất khô).
  • Xác định tổng hàm lượng flavonoid (TFC) bằng phương pháp tạo phức màu với nhôm clorid ($\text{AlCl}_3$), tính toán kết quả quy về đương lượng catechin (mg CAE/g chất khô).
• Xử lý số liệu và nguồn dữ liệu: Số liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp tại phòng thí nghiệm chuyên ngành, xử lý và phân tích thống kê (ANOVA, kiểm định mức ý nghĩa $p < 0,05$, vẽ biểu đồ bề mặt 3D và đường đồng mức 2D) thông qua phần mềm chuyên dụng Design-Expert 12.0.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này hệ thống hóa các tư liệu khoa học về loài Camellia hoaana, chi Camellia, kỹ thuật trích ly và các công cụ quy hoạch thực nghiệm:

• Phân loại và mô tả thực vật: Định danh C. hoaana thuộc bộ Ericales, họ Theaceae; cây bụi hoặc gỗ nhỏ cao 3–7 m, cành non có lông, lá hình elip (dài 9–11 cm, rộng 3,5–5 cm), hoa trắng đường kính 1,4–1,7 cm, quả nang gần hình cầu xẻ 3 van dày 3–4,5 mm. Khái quát sự phân bố của chi Camellia tại Việt Nam với 68 loài (trong đó có 42 loài trà hoa vàng).
• Thành phần hóa thực vật và hoạt tính sinh học: Tổng quan chi tiết về 188 hợp chất saponin (theasaponin) từng được phân lập từ chi Camellia, các hợp chất polyphenol (EGCG, ECG, catechin), dẫn xuất flavonoid, methylxanthine (caffeine chiếm tới 3,5%), amino acid (theanine chiếm hàm lượng cao nhất trong nụ hoa, đạt khoảng 4,07 mg/g cao trích), các chất bay hơi và polysaccharide. Phân tích các hoạt tính dược lý đã được y văn thế giới chứng minh: chống đái tháo đường, chống oxy hóa (bắt gốc tự do DPPH), ức chế tế bào ung thư (phổi, tuyến tụy, da, dạ dày), kháng khuẩn (ức chế Staphylococcus aureus với MIC 0,00625%) và hỗ trợ giảm béo phì.
• Kỹ thuật trích ly và quy hoạch thực nghiệm: So sánh phương pháp ngâm dầm truyền thống với các kỹ thuật hiện đại (MAE, SFE, UAE). Phân tích ưu thế của trích ly siêu âm trong việc rút ngắn thời gian, tiết kiệm dung môi và bảo toàn hoạt chất nhạy nhiệt. Tổng quan lý thuyết thiết kế giai thừa $2^k$ và các dạng thiết kế RSM bậc hai (Full Factorial 3 cấp, Central Composite Design, Box – Behnken Design, Doehlert Design).

Nhóm hợp chất chính trong chi Camellia	Hợp chất tiêu biểu	Hoạt tính sinh học ghi nhận
Polyphenol & Catechin	Acid gallic, EGCG, EGC, ECG, EC	Chống oxy hóa mạnh, quét gốc tự do, ức chế tiến triển tế bào ung thư giai đoạn muộn
Flavonoid	Rutin, Quercetin, Kaempferol, Apigenin, Galangin	Kháng viêm, bảo vệ thành mạch, ngăn ngừa tổn thương oxy hóa tế bào
Saponin (Theasaponin)	Assamsaponin, Theasapogenol B & E, Oleanolic acid	Kháng khuẩn (S. aureus), giảm nguy cơ đột quỵ và bệnh lý tim mạch
Methylxanthine & Khác	Caffeine, Theobromine, Theanine, Vitamin C, B, E	Kích thích hệ thần kinh trung ương, điều hòa chuyển hóa

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết toàn bộ quy trình thực nghiệm, hóa chất, thiết bị và phương pháp bố trí thí nghiệm:

• Xử lý nguyên liệu và điều chế cao trích: Thân cây C. hoaana sau khi thu hái được rửa sạch, sấy khô đến độ ẩm xác định, nghiền nhỏ thành bột đồng nhất và bảo quản kín. Mẫu được ngâm dầm kết hợp siêu âm trong bể siêu âm ở các tần số và công suất cố định.
• Thiết kế thí nghiệm giai thừa FFD ($2^4$): Bố trí 16 tổ hợp thí nghiệm nhằm đánh giá ảnh hưởng của 4 biến độc lập:
  • Nồng độ ethanol ($X_1$): 30% và 70% (v/v)
  • Nhiệt độ chiết ($X_2$): 30 °C và 60 °C
  • Thời gian chiết ($X_3$): 20 phút và 60 phút
  • Tỉ lệ dung môi:nguyên liệu ($X_4$): 10:1 và 30:1 (mL/g)
• Thiết kế tối ưu hóa Box – Behnken (BBD): Từ kết quả sàng lọc FFD, cố định yếu tố ít ảnh hưởng nhất (tỉ lệ dung môi:dược liệu ở mức thích hợp) và đưa 3 yếu tố quan trọng nhất vào mô hình BBD với 3 mức mã hóa (-1, 0, +1) để xây dựng phương trình hồi quy bậc hai:
  • $A$ - Nồng độ ethanol (%): 30, 60, 90
  • $B$ - Thời gian chiết (phút): 15, 45, 75
  • $C$ - Nhiệt độ chiết (°C): 30, 60, 90
• Quy trình phân tích quang phổ: Chuẩn bị các dãy nồng độ chuẩn của gallic acid và catechin để lập đường chuẩn; tiến hành đo độ hấp thụ quang của dịch chiết tại bước sóng đặc trưng trên máy quang phổ UV-Vis để suy ra TPC và TFC.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương này trình bày toàn bộ kết quả phân tích thống kê, giải thích quy luật tương tác và kiểm chứng thực nghiệm:

• Kết quả sàng lọc đơn yếu tố (FFD): Dựa trên phân tích phương sai (ANOVA) và biểu đồ phân tích xác suất bán chuẩn (Half-normal probability plot), xác định nồng độ dung môi ethanol, thời gian chiết và nhiệt độ chiết là các yếu tố có ảnh hưởng mang ý nghĩa thống kê rõ rệt ($p < 0,05$) đến hàm lượng TPC và TFC.
• Phân tích bề mặt đáp ứng (RSM - BBD):
  • Mô hình toán bậc hai mô tả TFC và TPC đều đạt độ tương thích cao với dữ liệu thực nghiệm, các hệ số hồi quy có ý nghĩa thống kê.
  • Phân tích tương tác giữa nồng độ cồn và thời gian chiết cho thấy: dung môi ethanol ở nồng độ trung bình (khoảng 50 - 60%) tạo điều kiện phân cực tối ưu để hòa tan đồng thời các phân đoạn flavonoid và polyphenol. Thời gian siêu âm kéo dài vừa phải (khoảng 45 phút) làm tăng hiệu suất trích ly, nhưng nếu kéo dài quá mức kết hợp với nhiệt độ cao có thể dẫn đến hiện tượng thoái biến nhiệt hoặc oxy hóa hoạt chất.
  • Biểu đồ mặt cong 3D và đường đồng mức 2D xác định rõ vùng đỉnh cực trị của hàm đáp ứng.
• Xác định và kiểm chứng điểm tối ưu: Mô hình dự đoán điều kiện tối ưu và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng lặp lại trong khoảng tin cậy 95%.
• Đánh giá tính ổn định dược liệu (2023 so với 2024): Phân tích đối chứng mẫu thân cây thu hái ở hai năm liên tiếp cho thấy có sự chênh lệch hàm lượng hoạt chất có ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$), được giải thích bởi sự biến động về điều kiện khí hậu, lượng mưa và thổ nhưỡng theo từng năm tại Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể và thông số công nghệ chuẩn hóa:

Thông số công nghệ / Chỉ tiêu	Giá trị điều kiện tối ưu	Kết quả thực nghiệm đạt được
Nồng độ dung môi Ethanol	54% (v/v)	—
Thời gian trích ly siêu âm	45 phút	—
Nhiệt độ trích ly	30 °C	—
Tổng hàm lượng Flavonoid (TFC)	Dự đoán theo mô hình BBD	239,835 mg CAE/g chất khô
Tổng hàm lượng Polyphenol (TPC)	Dự đoán theo mô hình BBD	413,473 mg GAE/g chất khô

Ý nghĩa và đóng góp của công trình:

• Về mặt công nghệ và kinh tế: Điều kiện trích ly tối ưu được xác định ở nhiệt độ rất ôn hòa (30 °C), thời gian ngắn (45 phút) và nồng độ cồn trung bình (54%). Điều này giúp giảm thiểu tối đa chi phí năng lượng gia nhiệt, hạn chế sự phân hủy nhiệt của các hợp chất chống oxy hóa nhạy cảm, đồng thời an toàn và dễ dàng mở rộng sang quy mô sản xuất công nghiệp.
• Về mặt khoa học và dược liệu: Lần đầu tiên cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm hoàn chỉnh về hàm lượng TPC và TFC từ bộ phận thân cây của loài Camellia hoaana mới được định danh năm 2024. Kết quả khẳng định thân cây Trà hòa chứa hàm lượng hoạt chất chống oxy hóa rất cao, mở ra hướng tận dụng hiệu quả nguồn phụ phẩm sinh khối này thay vì chỉ khai thác lá và hoa.
• Đề xuất kỹ thuật: Tác giả đề xuất cần kiểm soát và chuẩn hóa quy trình chăm sóc, điều kiện sinh trưởng cũng như thời điểm thu hái dược liệu giữa các năm để ổn định chất lượng nguồn nguyên liệu đầu vào phục vụ sản xuất dược phẩm và thực phẩm chức năng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của nghiên cứu:
  • Đối tượng nghiên cứu mới chỉ tập trung vào nguồn mẫu thân cây Camellia hoaana thu hái tại một khu vực địa lý duy nhất (Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập, Bình Phước).
  • Nghiên cứu mới dừng lại ở việc đánh giá tổng hàm lượng nhóm chất (TPC, TFC) bằng phương pháp trắc quang phổ UV-Vis và khảo sát mô hình trích ly trong phòng thí nghiệm; chưa tiến hành phân lập sâu từng đơn chất tinh khiết cũng như chưa đánh giá hoạt tính sinh học trực tiếp trên mô hình tế bào (in vitro hoặc in vivo).
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Sử dụng cao chiết tối ưu thu được để làm nguyên liệu cho các nghiên cứu tiếp theo về phân lập, tinh chế và xác định cấu trúc các hợp chất polyphenol, flavonoid đơn lẻ bằng các kỹ thuật sắc ký hiện đại (HPLC, LC-MS, NMR).
  • Khảo sát mở rộng các hoạt tính sinh học chuyên sâu như khả năng kháng khuẩn, kháng viêm, ức chế tế bào ung thư và thử nghiệm tiền lâm sàng nhằm ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm chống oxy hóa.
  • Nghiên cứu biện pháp canh tác, thu hái định kỳ để kiểm soát sự biến thiên thành phần hóa thực vật theo mùa và theo năm.

---

Giá trị tham khảo

Công trình khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn đối với:

• Sinh viên và học viên cao học: Ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Hóa Dược, Công nghệ Thực phẩm, Dược liệu và Hóa học các hợp chất thiên nhiên.
• Cán bộ nghiên cứu và kỹ thuật viên: Những người thực hiện đề tài về chiết xuất hoạt chất thực vật, đặc biệt là các loài thuộc chi Camellia, cũng như ứng dụng kỹ thuật ngâm dầm có hỗ trợ sóng siêu âm (UAE).
• Nội dung tham khảo trọng tâm: Phương pháp luận quy hoạch thực nghiệm hai giai đoạn (sàng lọc đơn yếu tố bằng Full Factorial Design kết hợp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng bằng Box – Behnken Design trên Design-Expert 12.0) và quy trình chuẩn hóa định lượng TPC, TFC bằng quang phổ học.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện tối ưu hóa cho quá trình trích ly siêu âm thân cây Trà hòa (Camellia hoaana) là gì và hàm lượng hoạt chất thu được là bao nhiêu?
Điều kiện tối ưu được xác định qua mô hình Box – Behnken gồm: nồng độ ethanol 54% (v/v), thời gian trích ly 45 phút và nhiệt độ trích ly 30 °C. Tại điều kiện này, tổng hàm lượng flavonoid (TFC) đạt 239,835 mg CAE/g chất khô và tổng hàm lượng polyphenol (TPC) đạt 413,473 mg GAE/g chất khô.

2. Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn phương pháp thiết kế Box – Behnken (BBD) thay vì thiết kế giai thừa 3 mức đầy đủ?
Thiết kế giai thừa 3 cấp đầy đủ đòi hỏi số lượng thí nghiệm rất lớn ($3^k$, với $k=3$ là 27 thí nghiệm), gây tốn kém chi phí và thời gian. Thiết kế Box – Behnken cho phép giảm số lượng thí nghiệm xuống theo công thức $N = 2k(k - 1) + c_p$ (với các điểm thí nghiệm nằm trên mặt cầu cách đều tâm, không cần chạy ở các đỉnh lập phương cực đoan) nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cao và tính trực giao bậc hai của mô hình toán học.

3. Tại sao tác giả lại chọn khảo sát bộ phận thân cây Camellia hoaana thay vì lá hay hoa như thông thường?
Trong thực tế sản xuất công nghiệp, người ta thường chỉ tập trung khai thác búp và lá trà, bỏ qua thân, cành và rễ. Nghiên cứu tiếp cận bộ phận thân cây của loài C. hoaana mới được định danh năm 2024 nhằm đánh giá tiềm năng hóa thực vật, hạn chế lãng phí sinh khối tự nhiên và nâng cao giá trị kinh tế toàn diện cho loài cây này.

4. Kết quả so sánh mẫu thân cây thu hái ở hai năm 2023 và 2024 cho thấy điều gì?
Kết quả phân tích cho thấy có sự khác biệt về tổng hàm lượng hoạt chất giữa hai năm thu hái mang ý nghĩa thống kê ($p < 0,05$). Nguyên nhân chính được xác định là do sự thay đổi về điều kiện thời tiết và khí hậu giữa các năm tại Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập, từ đó đặt ra yêu cầu cần theo dõi và kiểm soát điều kiện sinh trưởng, chăm sóc để ổn định nguồn dược liệu.

---

Kết luận

Khóa luận đã khảo sát thành công quá trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm đối với tổng hàm lượng polyphenol và flavonoid từ thân cây Trà hòa (Camellia hoaana H. Yang) thu hái tại Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập. Thông qua thiết kế giai thừa đầy đủ và phương pháp bề mặt đáp ứng Box – Behnken, công trình đã xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu ở điều kiện ôn hòa (nồng độ ethanol 54%, 45 phút, 30 °C), đạt hàm lượng hoạt chất cao với TFC là 239,835 mg CAE/g và TPC là 413,473 mg GAE/g chất khô. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực nghiệm vững chắc, mở ra tiềm năng ứng dụng nguồn phụ phẩm thân cây C. hoaana trong công nghiệp chiết xuất dược liệu chống oxy hóa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về loài Camellia hoaana 1. Phân loại khoa học của loài Camellia hoaana Cùng với Trà hoa vàng (Camellia bugiamapensis) và Trà hoa đỏ (Camellia campanulate) được phát hiện ở Vườn Quốc Gia Bù Gia Mập tỉnh Bình Phước, C. hoaana được định danh vào năm 2024 bởi Yang và cộng sự [3].

Hình ảnh thực tế của Camellia hoaana Giới: Plantae Ngành: Tracheophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Ericales Họ: Theaceae Chi: Camellia Loài: Camellia hoaana Tên đầy đủ: Camellia hoaana H. Tên thường gọi: Trà hòa 1. Mô tả thực vật của loài Camellia hoaana Được định dạng vào năm 2024, C. hoaana sau khi trải qua phân tích về hình thái học 1 bởi các nhà nghiên cứu.

Nhóm Yang và cộng sự đã công bố về loài mới và là một phần của Camellia Corallina [3]. hoaana thường sinh trưởng theo dạng cây bụi hoặc cây gỗ nhỏ, cao 3–7 m; cành non màu nâu, có lông và nhẵn. Lá hình elip, dài 9–11 cm, rộng 3,5–5 cm, có màu vàng; đỉnh nhọn, đáy rộng hình nêm, mép có răng cưa nông; phía trên có màu xanh đậm, sáng bóng và nhẵn; phía dưới màu xanh nhạt hơn và có lông thưa rải rác dọc theo gân giữa; gân giữa và gân bên chìm phía trên, nhô ra phía dưới [3]. Thân cây chưa được nghiên cứu rộng rãi về hàm lượng hoạt chất và chỉ sử dụng như là một nguồn để cung cấp lá và hoa.

Chính vì thế nghiên cứu này tiếp cận thân cây để nghiên cứu nâng cao tính kinh tế của bộ phận này. Hình thái lá của loài Camellia hoaana Hoa đơn hoặc mọc thành chùm, mọc ở nách lá hoặc ngọn, đường kính 1,4–1,7 cm; cuống dài 1–1,5 mm, có lông. Lá bắc 1 (hoặc không có), nằm sát đài hoa, hình trứng, có lông ở hai bên, mép có lông chuyển, dai dẳng. Các lá đài 4–5, hình quả trứng rộng, hình bán nguyệt đến gần quỹ đạo, dài 1–3 mm, rộng 1,2–4,5 mm, có lông ở cả hai mặt, mép có lông chuyển, dai dẳng.

Cánh hoa 5–6, màu trắng, gần tròn đến hình trứng thuôn dài, dài 5–8 mm, rộng 4–5,5 mm, ngoài cùng có 1–2 lông tơ ở đỉnh cả hai bên, phần còn lại nhẵn ở phía trên. hai bên, hơi hợp nhau ở gốc (Hình 1. 2 Quả nang gần hình cầu, có lông thưa thưa, có lông, rộng 2,6–3,5 cm, xẻ thành 3 van, vỏ dày 3–4,5 mm khi còn tươi và 2–2,5 mm khi khô. Hạt màu nâu, 1–2 mỗi ô, hình bán cầu hoặc hình cầu, rộng 0,8–1,5 cm, có nhiều lông nhung (Hình 1.

Hình thái hoa và cánh hoa của Camellia hoaana Hình 1. Hình thái quả và hạt của loài Camellia hoaana 1. Phân bố sinh thái của chi Camellia Nhìn chung các dạng thực vật thuộc chi Camellia phân bố đa dạng ở một vùng rộng trên thế giới chúng phân bố từ vĩ độ 45 °N (Nga) đến 30 °S (Nam Phi) và kinh độ 150 °E (New Guine) đến 60 °W (Argentina) [1]. Ở Việt Nam, chi Camellia phân bố trải dài theo các khu rừng có thảm thực vật phong 3 phú [6].

Tính đến năm 2017 Việt Nam có đến 68 loài thực vật thuộc chi Camellia, trong đó có đến 42 loài trà là trà hoa vàng biến Việt Nam thành nước có nhiều loài trà hoa vàng nhất thế giới [7]. Phân bố một số loại trà ở Việt Nam STT Tên khoa học Vùng phân bố TLTK 1 C. petelotii Vườn Quốc gia Tam Đảo [7] C. bugiamapensis Orel, Curry, Luu 2 VQG Bù Gia Mập [8] & Q.

capitata Orel, Curry & Luu. Lâm Đồng, VQG Cát Tiên [8] 4 C. chrysantha Vườn Quốc gia Tam Đảo [9] Quảng Ninh; Quế Phong, 5 C. chrysantha (Hu) Tuyama Nghệ An; Tam Đảo; Vĩnh [9] cửu, Đồng Nai.

duyana Orel, Curry & Luu Lâm Đồng, Đà Lạt [8] VQG Cúc Phương, Ninh 7 C. flava (Pitard) Sealy [9] Bình; Hòa Bình; Nghệ An 8 C. flosculora VQG Núi Bà [10] C.) 9 Lâm Đồng [8, 10] Phamhoang 10 C. ligustrina Orel, Curry & Luu Lâm Đồng, Ninh Thuận [8, 10] 11 C.

Đà Lạt, Đồng Nai [8] 12 C. tamdaoensis Vườn Quốc gia Tam Đảo [7] 1. Thành phần hóa học của chi Camellia Các kết quả nghiên cứu trong nước cho thấy các hoạt chất chính được chiết xuất từ chi Camellia chủ yếu là các hợp chất: polyphenol, flavonoid, saponin, acid amine, tannin, vitamin và các nhóm tinh dầu monoterpene. Nhóm nghiên cứu của Vu và đồng nghiệp ở Đại học Thủ Dầu Một vào tháng 5 năm 2024 đã phân tích ba loài C.

longii Orel & Luu. quephongnesis Hakoda et Ninh và C. yokdonensis Dung bis & Hakoda và chỉ ra rằng hàm lượng chính trong ba loài trà nói trên là các hợp chất như chlorophyll, carotenoid và polyphenol [6]. Theo báo cáo của Vu và cộng sự đã chứng minh sự có mặt của 27 acid phenolic, 4 carotenoid, 3 saccharide trong hầu hết các loại trà phổ biến 4 ở Việt Nam [11].

Bên cạnh đó, các nghiên cứu về chi Camellia trên thế giới cũng chứng minh các hợp chất cần quan tâm nghiên cứu là polyphenol [12, 13], flavonoid [14], saponin [15], …Loài C. hoaana là loài mới được phát hiện chưa có nhiều nghiên cứu về thành phần hóa học chi tiết. Chính vì thế chúng ta sẽ tìm hiểu thành phần hóa học của loài C. hoaana thông qua thành phần hóa học của chi Camellia.

Thành phần của chi Camellia nhìn chung rất phong phú mà tiêu biểu là saponin, polyphenol, flavonoid, … Chiết xuất thực vật của chi Camellia được sử dụng như những phương thuốc Đông y trị bệnh trong dân gian [16]. Hợp chất có cấu trúc hóa học được xác định bằng phương pháp sắc ký (Bảng 1.2) có hoạt tính sinh học tiềm năng, từ đó cần được khai thác để giúp ích cho đời sống xã hội [17]. Các hợp chất của chi Camellia được xác định bằng sắc ký cột STT Tên hợp chất Các hợp chất chính 12 catechin được xác định, bao gồm 8 loại với hàm lượng cao: (+)-catechin, (-)- epicatechin, (-)-gallocatechin, (-)- 1 Catechin epigallocatechin, (-)-catechin gallate, (-)-epicatechin gallate, (-)-gallocatechin gallate, (-)-epigallocatechin gallate. Theaflavin, theaflavin-3-O-gallate, theaflavin-3'-O-gallate, 2 Theaflavin theaflavin-3-3'-O-gallate.

3 Thearubigin Được phát hiện ở dạng polymer của catechin gallate 4 Alkaloid Caffeine, theophylline, theobromine 5 Oxyaromatic acid Gallic, caffeic, quinine, chlorogenic, n-coumaric acid 6 Flavonol Quercetin, kaempferol, myricetin Isoleucine, leucine, methionine, threonine, phenylalanine, 7 Amino acid glutamine, asparagine, alanine, serine, proline, histidine, glutamic acid, aspartic acid, theanine 8 Đường Glucose, fructose, saccharose 9 Vitamin Vitamins C, α-, β-, γ-, δ-tocopherols, riboflavin 10 Cation K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Al3+ Succinic, malic, tartaric, citric, quinic, aspartic, glutamic, 11 Dibasic acid oxalic acid 12 Kim loại Fe, Zn, Cu, Ni, Al 5 1. Các hợp chất saponin Từ nhiều năm về trước, chi Camellia được nghiên cứu như một chi tiềm năng về hoạt tính của các hợp chất saponin và sapogenin với bốn loài thực vật lớn là C. Hầu hết các kết quả nghiên cứu liên quan đến chiết xuất các hợp chất saponin từ chi trà đều thu được hỗn hợp saponin tiêu biểu là triterpenoid saponin từ các bộ phận của cây trà. Các hợp chất saponin là sự kết hợp giữa hai cấu trúc aglycon và glycoside vì thế cấu trúc của các hợp chất saponin có hai đầu một đầu ái nước một đầu ái dầu tương tự như chất tẩy rửa hay tính chất của chất hoạt động bề mặt [18].

Tính đến nay các nghiên cứu đã phân lập được 188 hợp chất hóa học có khung cấu trúc saponin trong công thức phân tử [16]. Các hợp chất này được phân lập bởi các nhà nghiên cứu từ các bộ phận nụ hoa, lá, thân, rễ, vỏ cây, … Đặc biệt có đến hơn 50% các hợp chất saponin có trong hạt của chi Camellia. Trong hạt của chi C. sinensis được trồng ở đất nước Sri Lanka có 9 theasaponin mới được đặt tên là assamsaponin [19].

Trong tổng số 77 saponin từ hạt của các hợp chất thuộc chi C. sinensis bao gồm: theasapogenol B (1), Oleanolic acid (2), Theasapogenol E (3), Gypsogenin (4), camelliasaponin, …[16]. Cấu trúc của các saponin 6 Bên cạnh có C. sinensis có 38 hợp chất saponin mới được phát hiện ở một loại Camelllia được trồng ở vùng Shizuoka ở Nhật Bản.

Theo báo cáo đến năm 2013 có đến 47 theasaponin được phân lập từ nụ hoa của 4 loài thuộc chi Camellia trong đó loài C. sinensis có 5 hợp chất mới được phân lập ở nụ hoa. Đối với rễ loài C. sinensis có 10 hợp chất Saponin được phát hiện [18].

Shen và đồng nghiệp đã thực hiện nghiên cứu trên nụ hoa trà ở 4 loài Camellia sinensis ở Trung Quốc, kết quả thu được 21 hợp chất saponin mới chưa từng phát hiện trước đó [15]. Các hợp chất polyphenol Hình 1. Các polyphenol điển hình Các hợp chất polyphenol là các hợp chất chuyển hóa thứ cấp quan trọng chiếm đến 20 - 30% trong hàm lượng nguyên liệu thô, nó ảnh hưởng đến chất lượng màu sắc, hương thơm và cả mùi vị của trà [20]. Các hợp chất polyphenol là những hợp chất thơm có nhóm hydroxyl gắn trực tiếp với vòng benzen.

Khi trong phân tử có nhiều nhóm hydroxyl gắn trực tiếp với nhân thơm thì được gọi là polyhydroxylphenol (monomer), 7 nhiều monomer gắn với nhau gọi là polyphenol [21]. Nhìn chung các hợp chất polyphenol có giá trị được nghiên cứu đến nay có thể kể đến là acid gallic (5), và các loại catechin như: (-) – epigallocatechin gallat (EGCG) (6), (-) – epigallocatechin (EGC) (7), (-) – epicatechin gallat (ECG) (8), (-) – epicatechin (EC) (9),… Các hợp chất polyphenol trên được Jia – Ni Lin và đồng sự nghiên cứu trên 6 loài Trà thuộc chi Camellia sinensis [22]. Các hợp chất polyphenol này cũng đóng vai trò như chất xúc tác thứ cấp cho quá trình chuyển hóa của enzyme và protein thành những chất TFs và TRs tạo nên hương thơm của các mùi trong lá trà. Hơn nữa đây cũng là hợp chất quan trọng trong quá trình ủ trà [22].

Một nghiên cứu về Trà Shan Tuyet (C. Shan) cho thấy là trà non của loài này có hàm lượng GC, EC, EGCG và GCG lần lượt là 43,4 ± 5,6; 37,7 ± 11,4; 34,1 ± 11,9 và 34,1 ± 11,9 mg/g cao khô [23]. Nghiên cứu so sánh về hàm lượng hoạt chất của 28 loại trà thành phẩm tại Việt Nam (từ Đại học Nguyễn Tất Thành) cho thấy tổng hàm lượng polyphenol trong trà đen 151,4 – 158,2 mg GAE/g nguyên liệu cao hơn đáng kể so với các loại trà đen được trồng ở Malaysia, Kenya và Trung Quốc [24]. Các hợp chất flavonoid Bằng phương pháp HPLC, Lydia cùng cộng sự đã đánh giá được hàm lượng flavonoid trong ba loại trà: trà đen, trà xanh và trà trắng.

Theo đó, phân đoạn ethyl acetate từ trà trắng phát hiện hàm lượng cao các flavonoid như: rutin (10), quercetin (11), hesperidin (12), kaempferol (13), apigenin (14) và galangin (15) [25]. Trong một nghiên cứu của Van và cộng sự năm 2019 phân lập được 5 hợp chất flavonoid từ hoa trà Camellia chrysantha (Hu) Tuyama bao gồm: (+)-catechin , (-)-epicatechin , quercetin, quercetin- 3-O-methyl ether và kaempferol [26].