Luận văn: Phân tích hàm lượng Acid Ferulic và Chlorogenic trong lá riềng ấm

Luận văn phân tích hàm lượng hoạt chất Acid Ferulic và Acid Chlorogenic trong lá, bột lá cây riềng ấm, xây dựng phương pháp và đánh giá theo mùa.

• Tác giả: Hoàng Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Thị Thảo
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương pháp phân tích và đánh giá hàm lượng hoạt chất Acid Ferulic và Acid Chlorogenic trong lá và bột lá cây riềng ấm (Alpinia Zerumbet) theo mùa và các giai đoạn sinh trưởng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Cây Riềng Ấm và Các Hoạt Chất Quan Trọng

Cây riềng ấm (Alpinia Zerumbet) là một loại thực vật thuộc họ Zingiberaceae, được biết đến rộng rãi với giá trị dinh dưỡng và các tính chất sinh học quý báu. Lá và bột lá cây riềng ấm chứa nhiều hoạt chất quan trọng như acid ferulic và acid chlorogenic. Những hoạt chất này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong sức khỏe con người mà còn là đối tượng nghiên cứu chính của các nhà khoa học. Phân tích acid ferulic và phân tích acid chlorogenic trong cây riềng ấm giúp đánh giá chất lượng và hiệu quả của sản phẩm. Việc hiểu rõ về thành phần hóa học này là nền tảng để phát triển các sản phẩm chức năng từ cây riềng ấm.

1.1. Đặc Điểm Thực Vật của Cây Riềng Ấm

Cây riềng ấm là cây lâu năm, thích hợp trồng ở các vùng khí hậu ấm. Lá cây có hình dạng long, màu xanh lá cây đặc trưng, chứa nhiều tuyến dầu. Các bộ phận của cây, đặc biệt là lá tươi, được sử dụng trong y học cổ truyền và công nghệ thực phẩm. Bột lá cây riềng ấm được chế biến từ lá tươi, bảo quản lâu hơn và tiện lợi trong sử dụng.

1.2. Tác Dụng Sinh Học của Acid Ferulic và Acid Chlorogenic

Acid ferulic và acid chlorogenic là các polyphenol mạnh, có khả năng chống oxy hóa vượt trội. Các hoạt chất này giúp bảo vệ tế bào, hỗ trợ miễn dịch và có tác dụng chống viêm. Nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng của những hoạt chất này thay đổi theo mùa và các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây.

II. Phương Pháp Sắc Ký Lỏng Hiệu Năng Cao HPLC trong Phân Tích

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là phương pháp tiêu chuẩn được sử dụng để xác định hàm lượng acid ferulic và acid chlorogenic trong các mẫu lá và bột lá cây riềng ấm. Phương pháp này có độ chính xác cao, độ phân giải tốt và khả năng định lượng chính xác các hoạt chất trong mẫu. Quá trình phân tích bao gồm chiết tách mẫu, xử lý mẫu tối ưu, và sắc ký với các điều kiện pha động phù hợp. Phương pháp HPLC cho phép nhà nghiên cứu xác định rõ ràng nồng độ từng hoạt chất, từ đó đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả công nghệ chế biến.

2.1. Quy Trình Chiết Tách và Xử Lý Mẫu Tối Ưu

Quy trình chiết tách bao gồm các bước: lựa chọn dung môi chiết tách phù hợp, xác định thời gian siêu âm, nhiệt độ siêu âm, và số lần chiết mẫu. Mỗi thông số ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất chiết tách acid ferulic và acid chlorogenic. Việc tối ưu hóa các điều kiện này ensures kết quả phân tích chính xác và lặp lại cao.

2.2. Lựa Chọn Điều Kiện Sắc Ký

Việc lựa chọn cột sắc ký, pha động, và chương trình pha động là yếu tố quan trọng. Phương pháp HPLC sử dụng pha động thích hợp để đạt độ phân giải cao giữa acid ferulic và acid chlorogenic. Các thông số như pH, tỷ lệ dung môi, và tốc độ dòng chảy được khảo sát để tối ưu hóa thời gian phân tích và chất lượng kết quả.

III. Thẩm Định Phương Pháp Phân Tích

Thẩm định phương pháp là bước quan trọng để đảm bảo độ tin cậy và tính khả thi của phương pháp HPLC trong xác định hoạt chất. Các thông số thẩm định bao gồm độ ổn định hệ thống, tính chọn lọc, khoảng tuyến tính, giới hạn phát hiện, giới hạn định lượng, độ lặp lại, và độ thu hồi. Nghiên cứu thực hiện theo tiêu chuẩn AOAC 2016 đảm bảo phương pháp đáp ứng các yêu cầu quốc tế. Phân tích acid ferulic và acid chlorogenic được xác nhận là chính xác và đáng tin cậy thông qua việc kiểm tra độ sạch sẽ của tín hiệu và khả năng định lượng chính xác trên một khoảng nồng độ rộng.

3.1. Độ Ổn Định và Tính Chọn Lọc

Độ ổn định của hệ thống HPLC được kiểm tra qua các chạy chuẩn liên tiếp, đảm bảo tín hiệu nhất quán. Tính chọn lọc được xác minh bằng cách so sánh mẫu placebo với mẫu có chứa hoạt chất. Acid ferulic và acid chlorogenic được phân biệt rõ ràng, không có can thiệp từ các chất khác trong mẫu.

3.2. Giới Hạn Phát Hiện Định Lượng và Độ Lặp Lại

Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) được xác định để đảm bảo phương pháp có độ nhạy cần thiết. Độ lặp lại của phương pháp được kiểm tra qua các mẫu lặp lại, với kết quả độ lệch chuẩn tương đối (RSD) chấp nhận được. Độ thu hồi được kiểm tra bằng cách thêm chuẩn vào mẫu để đảm bảo phương pháp không mất mát hoạt chất.

IV. Ứng Dụng Phân Tích Hàm Lượng Hoạt Chất Theo Mùa và Giai Đoạn Sinh Trưởng

Ứng dụng phương pháp HPLC được thực hiện trên 33 mẫu lá tươi và bột lá cây riềng ấm được thu thập ở các thời gian khác nhau trong năm. Kết quả cho thấy hàm lượng acid ferulic và acid chlorogenic thay đổi đáng kể theo mùa và giai đoạn sinh trưởng. Những phát hiện này giúp tối ưu hóa thời gian thu hoạch để đạt được hàm lượng hoạt chất cao nhất. Phân tích hoạt chất theo mùa cung cấp thông tin quý báu cho ngành công nghệ thực phẩm và dược phẩm trong việc chọn lựa thời điểm sản xuất tối ưu.

4.1. Biến Động Hàm Lượng Theo Mùa

Mùa ảnh hưởng lớn đến nồng độ acid ferulic và acid chlorogenic trong lá cây riềng ấm. Mùa mưa thường cho hàm lượng hoạt chất cao hơn do điều kiện sinh trưởng thuận lợi. Phân tích hàm lượng từ các mẫu thu thập ở các mùa khác nhau giúp xác định thời gian tối ưu để thu hoạch nguyên liệu.

4.2. Ảnh Hưởng của Giai Đoạn Sinh Trưởng

Các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây riềng ấm cũng ảnh hưởng đến thành phần hoạt chất. Lá non và lá trưởi có thành phần khác nhau. Phân tích hoạt chất tại các giai đoạn này cho phép xác định giai đoạn tối ưu nhất cho sản xuất sản phẩm chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.Tổng quan về cây riềng ấm 1.Đặc điểm thực vật Cây riềng ấm (Alpinia zerumbet) là một loại cây được sử dụng rộng rãi mọc ở vùng nhiệt đới (Yob và CS, 2011) [13], đại diện cho một loài thuộc nhóm Alpinia (Ghosh H và cs, 2013) [14]. Alpinia là chi lớn nhất thuộc họ Zingiberaceae, được phân loại bởi Charles Plumier, và được đặt theo tên của Prospero Alpino, nhà thực vật học nổi tiếng người Ý của thế kỷ XVI. Đặc điểm của cây là tương đối cao, trung bình từ 2-3m, rễ to, mập. Lá có phiến to, dài 25- 70cm, rộng 6-10cm, cuống dài 2-5mm, mép cao 1,2cm.

Chùm hoa lớn, có hoa màu trắng và hồng. Cụm hoa ở ngọn rũ xuống dài 20-40cm, trục đầy lông; lá bắc cong, dài 20-30mm làm thành bao trắng, chóp hồng; đài cao 2cm; cánh hoa 2,5cm, môi dài 3,5cm, vàng có sọc đỏ; nhị dài khoảng 25mm; bầu vàng, đầy lông. Quả to, đường kính 2cm, đỏ, có lông. Hoa tháng 3-4, quả tháng 7-10.

[5] Phân loại thực vật học của cây riềng ấm: Bộ: Bộ gừng (Zingiberales) Họ: Gừng (Zingiberaceae) Phân họ: Alpinioideae Chi: chi riềng (Alpinia) Loài: Alpinia zerumbet Tên khoa học: Alpinia Zerumbet (Pers) Cây riềng ấm Hoa riềng ấm Quả riềng ấm Hình 1.1: Hình ảnh cây Riềng ấm Thực vật thuộc chi Alpinia và thành phần của chúng có nhiều tác dụng tích cực, bao gồm kháng khuẩn, chống ký sinh trùng, diệt côn trùng, chống ung 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU thư, chống đông máu, đặc tính chống viêm, giảm đau, chống dị ứng, bảo vệ thần kinh và chống oxy hóa (Ghosh H và cs, 2013) [14]. Một số cây của chi Alpinia cũng có tác dụng liên quan đến viêm xương khớp (Altman, 2011) [15], lão hóa (Zhang vad cs, 2011) [16] , dạ dày ung thư (Hadizadeh và cs, 2014) [17] và tiểu đường [Rajasekar và cs, 2014]. Đây cũng là các đặc tính đầy hứa hẹn được mô tả cho cây riềng ấm Alpinia zerumbet. Cây gồm nhiều thành phần có hoạt tính sinh học cao như kavain (kavalactone), acid chlorogenic, acid ferulic, quercetin, epicatechin, catechin, kaempferol, … Trên thế giới cây riềng ấm (Alpinia zerumbet) được xem là một loài thảo dược quý, được người dân ở một số nước như Nhật Bản, Trung Quốc, Indonesia, Philippines sử dụng trong các bài thuốc dân gian để điều trị các bệnh tim mạch, điều trị vết loét, phòng chống nhiễm khuẩn (Lahlou Saad et al., 2002; Makise et al., 2014; Victorio Cristiane et al.Thành phần hóa học Hiện nay, bộ phận được sử dụng chủ yếu là lá và thân rễ của Alpinia zerumbet.

Chúng được dùng làm gia vị, thực phẩm, nước giải khát, thuốc, dược phẩm, mỹ phẩm. Tất cả các bộ phận của cây Alpinia zerumbet có thể ăn được và không gây độc Alpinia zerumbet rất giàu chất hóa học có tác dụng sinh học, với cấu trúc phức tạp thuộc hai nhóm: kavalacton và không kavalacton (polyphenol, tinh dầu) (Xuan Tran et al. Các đặc tính hoạt tính sinh học bao gồm: chống oxy hóa, chống viêm, chống nấm và kháng khuẩn. Lá của riềng ấm rất giàu tinh dầu, chủ yếu là monoterpen và terpen.

Các bộ phận khác của cây như thân cây, thân rễ và hoa cũng chứa tinh dầu nhưng với số lượng nhỏ hơn nhiều (Xuan Tran Dang et al. Thành phần polyphenol của cây riềng ấm gồm nhiều chất có hoạt tính sinh học mạnh như axid chlorogenic, axid ferulic, quecertin, epicatechin, catechin, kaempferol. Một số nghiên cứu cho thấy polyphenol có tác dụng tăng cường miễn dịch, chống oxy hóa, chống viêm, chống xơ vữa động mạch (Teschke Rofl et al. Thành phần các hợp chất hóa học có hoạt tính sinh học cụ thể như sau: 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU Bảng 1.1: Thành phần hợp chất trong lá Shell Ginger Nhóm hoạt Tên hóa học Bộ phận thực vật Hàm lượng chất Dihydro-5,6-dehydrokawain Lá, thân, thân rễ, 80 - 410 mg/g (DDK) quả Nhóm Kavalacton Lá, thân, thân rễ, 5,6-Dehydrokawain (DK) 10 - 100 mg/g quả Methyltriacetolactone Lá 0,44% Tinh dầu Lá, cánh hoa, rễ <150 mg/g Axit phenolic Lá, thân, thân rễ <1,0 mg/g Phenol Lá 108,27 mg/g Thân rễ, thân, lá, 12-Labdaiene-15,16- dial hoa, màng ngoài, 0,75 - 1,0 mg/g (labdadiene) Nhóm không hạt Kavalacton Rutin Lá, hạt Kaempferol-3- o –glucuronide Lá Quercetin Hạt giống (+) Catechin Lá (-) Epicatechin Lá p –hydroxycinnamaldehyd Thân rễ TLTK: (Teschke Rolf et al., 2018) [23] Lên men lá Shell ginger với Lactobacillus plantarum, Streptococcus thermophiles và Bacillus subtilis đã cải thiện độ mịn bột lá; làm giảm mùi khó chịu của lá, tăng hàm lượng peptid kích thước nhỏ đồng thời tăng hàm lượng các thành phần khác như axit ferulic, quercetin và kaempferol,… , tăng cường khả năng chống oxy hóa Lá Shell Ginger lên men có một hàm lượng tương đối cao hàm lượng polyphenol, axit Chlorogenic và axit ferulic.

Thành phần cụ thể như bảng sau: 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU Bảng 1.2: Hàm lượng polyphenol trong một số cây, ngũ cốc, rau, củ, quả STT Tên ĐVT Hàm lượng 1 Đinh hương mg/100g 16047 2 Bột cacao mg/100g 5624 3 Húng quế mg/100g 4317 4 Lá Shell Ginger lên men mg/100g 3010 5 Củ nghệ (sấy khô) mg/100g 2117 6 Nho khô mg/100g 1065 7 Quả mâm xôi đen mg/100g 569,4 8 Gừng, sấy khô mg/100g 473,5 9 Dâu tây mg/100g 289,2 10 Yến mạch mg/100g 193,3 11 Chuối mg/100g 154,7 12 Gạo mg/100g 94,5 TLTK: Polyphenol contents in fermented powder of leaves of Alpinia zerumbet, report of Makise Lifeup Laboratory Co.3: Hàm lượng axit chlorogenic trong một số cây, ngũ cốc, rau, củ, quả STT Tên ĐVT Hàm lượng 1 Lá Shell Ginger lên men mg/100g 20* 2 Cà rốt mg/100g 10* 3 Đậu tương mg/100g 2* 4 Bắp cải đỏ mg/100g 1,4* 5 Bơ mg/100g 0,56* 6 Cà chua mg/100g 0,49* 7 Súp lơ mg/100g 0,1* 8 Cafe hòa tan mg/cup 200ml 27-121** TLTK: *: Polyphenol contents in fermented powder of leaves of Alpinia zerumbet, report of Makise Lifeup Laboratory Co. [24] 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU Bảng 1.4: Hàm lượng Ferulic axit trong một số cây, ngũ cốc, rau, củ, quả STT Tên thực phẩm ĐVT Hàm lượng 1 Lá Shell Ginger lên men mg/100g 450* 2 Ngô hạt mg/100g 170* 3 Bột ngô xay mg/100g 123,55* 4 Gạo mg/100g 29,75* 5 Rau mùi tươi mg/100g 11,29* 6 Bạc hà khô mg/100g 5,6* 7 Bưởi mg/100g 5,33* 8 Húng quế mg/100g 4* 9 Lúa mạch mg/100g 73,1** 10 Lúa mì mg/100g 68,9** 11 Yến mạch mg/100g 36,7** 12 Ngô mg/100g 178,8** 13 Gạo lức mg/100g 42** TLTK: *: Polyphenol contents in fermented powder of leaves of Alpinia zerumbet, report of Makise Lifeup Laboratory Co. [24] Cấu trúc hóa học Acid Ferulic và Acid Chlorogenic Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của Acid Ferulic Công thức: C10H10O4 Phân tử lượng: 194,18 (đvC) Tên khoa học: (2E) -3- (4-hydroxy-3-metoxyphenyl) axit prop-2-enoic. Tính chất: Bột màu trắng, không mùi,tan trong các dung môi hữu cơ như MeOH, n-hexan, chlorofrom, … 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU Hình 1.3: Cấu trúc hóa học của Acid Chlorogenic Công thức: C16H18O9 Phân tử lượng: 354,31 (đvC) Tên khoa học: (1S,3R,4R,5R)-3-{[(2E)-3-(3,4-dihydroxyphenyl)prop-2- enoyl]oxy}-1,4,5-trihydroxycyclohexanecarboxylic acid Tên khác: acid 3-0-Caffeoylquinic.

Tính chất: ccid chlorogenic có dạng bột màu trắng hoặc hơi ngà vàng, tan được trong nước và trong dung môi hữu cơ như ethanol, methanol, dimethyl sulfoxyd, dimethylformamid…Nhiệt độ nóng chảy: 210ºC. Acid chlorogenic là một chất khá bền vững, điều kiện bảo quản tốt nhất là ở 4ºC. Tác dụng sinh học của cây riềng ấm Đã có nhiều thử nghiệm hoạt tính sinh học cho thấy công dụng đối với sức khỏe trên lâm sàng như ngăn ngừa béo phì, ngăn ngừa rối loạn lipid máu, ngăn ngừa xơ vữa động mạch, ngăn ngừa đái tháo đường, ngăn ngừa tăng huyết áp và các tác dụng ngăn ngừa sự hình thành khối u của cây riềng ấm (Teschke Rofl et al. Bước vào nghiên cứu chuyên sâu cây riềng ấm (Alpinia Zezumbet) các nhà khoa học đã tìm ra nhiều hoạt chất có tác dụng hoặc có ảnh hưởng rõ ràng với một số trường hợp nhất định, được người dân Okinawa, Nhật Bản dùng làm dược phẩm trong điều trị vết loét, đau nhức cơ, tăng huyết áp, tim mạch… [5,6,25].

Và đặc biệt, người ta thấy cây riềng ấm còn có tác dụng kháng khuẩn, kháng kí sinh trùng và côn trùng [5,8]. Điều này đã được nhiều nhà khoa học giải thích khi phát hiện những hợp chất có tính kháng khuẩn và có khả năng tăng cường hệ thống miễn dịch của cơ thể trong cây riềng ấm. Các nhà khoa học Nhật Bản đã nghiên 7 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU cứu và xác định được trong cây riềng ấm có chứa 20 polyphenol trong đó có các chất có hoạt tính sinh học cao như axit chlorogenic, axit ferulic, quercetin, epicatechin, catechin, labdadien và kaempferol,. Trong đó, loại polyphenol có hàm lượng cao nhất là acid ferulic và acid Chlorogenic.

Từ đó, Nhật bản đã sản xuất ra một số sản phẩm chức năng từ lá cây Shell Ginger nhằm giảm glucose máu; các sản phẩm để phòng các bệnh mãn tính không lây và tăng cường sức đề kháng, cải thiện các bệnh nhiễm trùng, bổ sung các dưỡng chất,. Ferulic axit và các dẫn xuất của nó có nhiều lợi ích sức khỏe. Ferulic axit có tác dụng chống viêm bằng cách giảm một số trung gian gây viêm như prostaglandin E2. Ngoài ra Ferulic axit còn có tác dụng giúp kiểm soát đường máu trên chuột bị đái tháo đường.

Ferulic axit có tác dụng ức chế Otetradeconylphorbol-13-actate (TPA) giảm nguy cơ ung thư da. Nghiên cứu của về ảnh hưởng của chiết xuất nước từ lá Alpinia zerumbet đến tuổi thọ trên mô hình mẫu động vật sống, giun tròn Caenorhabd Elegans cho thấy, Shell ginger đã kéo dài đáng kể tuổi thọ của C. Kết quả này được cho là do khả năng khử gốc tự do và sự tăng cường điều chỉnh lại chuỗi protein trên gene kháng stress như superoxide effutase-3 (SOD-3) và protein sốc nhiệt (HSP-16. Các gen như Sirtuin-1 và Sirtuin-2 cũng được cho là có tác dụng kéo dài tuổi thọ, nhưng vẫn còn thiếu những số liệu nghiên cứu trên Alpinia zerumbet để có thể đưa ra kết luận (Upadhyay et al.

Alpinia zerumbet có khả năng làm tăng mức HDL cholesterol lipoprotein ở chuột đồng. Tác dụng này là do hàm lượng rutin, quercetin và polyphenol cao trong cây Riềng ấm. Một nghiên cứu khác về tác dụng chống béo phì của hispidin và hoạt tính sinh học của các hợp chất từ Alpinia zerumbet (Hispidin là thành phần thủy phân trong dạ dày của DK). Kết quả cho thấy, hispidin, dihydro- 5,6-dehydrokawain (DDK) và 5,6-dehydrokawain (DK) đều có tác dụng chống béo phì.

Cả ba hợp chất đều làm tăng đáng kể nồng độ adenosine monophosphate (cAMP) nội bào tương ứng với với các tỷ lệ 81,2% ± 0,06%, 67,0% ± 1,62% và 56,9% ± 0,19%. Hispidin cũng làm tăng kích thích giải phóng glycerol 276,4% ± 0,8% và ức chế tích lũy lipid 47,8% ± 0,16%. Hispidin và DDK có tác dụng làm giảm hàm lượng triglyceride nội bào lần lượt theo các tỷ lệ 79,5% ± 1,37% và 8 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG TRUNG HIẾU 70,2% ± 1,4%, Cả ba hợp chất đều ức chế glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GPDH) và lipase tụy.