Khóa luận: Tối ưu hóa chiết xuất catechin từ lá chè búp tím - Chu Lê Trang

Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chiết xuất catechin từ lá chè búp tím. Khóa luận trình bày phương pháp, kết quả khảo sát và tối ưu hóa quy trình.

• Tác giả: Chu Lê Trang
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Thuận
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Dược
• Đề tài: Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chiết xuất catechin từ lá chè Trung du búp tím
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp cử nhân
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Lá Chè Búp Tím và Catechin

Lá chè búp tím là một loại chè đặc sản của vùng trung du Việt Nam, nổi tiếng với hàm lượng catechin cao và giá trị dinh dưỡng vượt trội. Catechin là một hợp chất polyphenol quan trọng có tác dụng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp cải thiện sức khỏe tim mạch, hạ đường huyết và chống lão hóa. Nghiên cứu tối ưu hóa chiết xuất catechin từ lá chè búp tím là một hướng đi mới trong công nghệ sau thu hoạch, nhằm tăng hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Việc nắm vững các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất sẽ giúp nâng cao giá trị thương mại của sản phẩm chè.

1.1. Đặc điểm Thực Vật của Chè Búp Tím

Chè búp tím thuộc loại chè quý hiếm, được trồng phổ biến ở các vùng cao nguyên trung du. Lá chè có màu tím đậm đặc trưng, chứa anthocyanin và catechin dồi dào. Thành phần hóa học bao gồm polyphenol tổng số cao, cung cấp nhiều công dụng dược lý cho sức khỏe con người.

1.2. Tác Dụng Sinh Học của Catechin

Catechin có khả năng chống oxy hóa mạnh, giảm inflammation và hỗ trợ sức khỏe tim mạch. Các nghiên cứu lâm sàng chứng minh rằng catechin từ lá chè búp tím có tác dụng hạ cholesterol, cải thiện chuyển hóa glucose và tăng cường hệ miễn dịch cơ thể.

II. Các Phương Pháp Chiết Xuất Catechin

Quá trình chiết xuất catechin từ lá chè búp tím có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ truyền thống đến hiện đại. Phương pháp chiết xuất cơ bản như ngâm lạnh, hầu nước, sử dụng dung môi hữu cơ đã được ứng dụng lâu dài. Tuy nhiên, các phương pháp chiết xuất hiện đại như sử dụng siêu âm, vi sóng, chiết xuất chất lỏng áp suất cao có hiệu suất cao hơn. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu sản xuất, chi phí đầu tư và chất lượng sản phẩm mong muốn.

2.1. Phương Pháp Chiết Xuất Cơ Bản

Chiết xuất nước là phương pháp đơn giản, an toàn, thường dùng để tách catechin từ lá chè tự nhiên. Phương pháp ngâm lạnh giữ được hàm lượng polyphenol tốt. Chiết xuất bằng dung môi ethanol hoặc methanol đạt hiệu suất cao nhưng cần xử lý an toàn hóa chất.

2.2. Phương Pháp Chiết Xuất Hiện Đại

Chiết xuất siêu âm tối ưu hóa thời gian và năng lượng, giúp tăng hiệu suất catechin lên 30-40%. Phương pháp chiết xuất vi sóng có tốc độ nhanh, tiết kiệm năng lượng. Chiết xuất chất lỏng áp suất cao đạt hiệu suất cao nhất, được ứng dụng trong công nghiệp chế biến.

III. Các Yếu Tố Tối Ưu Hóa Chiết Xuất Catechin

Quá trình tối ưu hóa chiết xuất catechin từ lá chè búp tím phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật quan trọng. Nhiệt độ chiết xuất ảnh hưởng trực tiếp đến sự hòa tan của catechin và khả năng bảo vệ hợp chất này. Thời gian chiết xuất cần cân bằng giữa hiệu suất cao và ngăn chặn sự phân hủy. Tỷ lệ chất nguyên liệu với dung môi, loại dung môi sử dụng, pH dung dịch và cường độ khuấy đều có tác động đáng kể. Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng để xác định điều kiện tối ưu, giúp tăng hiệu suất catechin tối đa trong từng batch sản xuất.

3.1. Ảnh Hưởng của Nhiệt Độ và Thời Gian

Nhiệt độ tối ưu chiết xuất catechin thường nằm trong khoảng 60-80°C. Thời gian chiết xuất quá lâu sẽ làm catechin bị phân hủy, giảm hiệu suất. Thông thường, 30-45 phút chiết xuất đã đạt hiệu suất tốt nhất mà vẫn giữ được chất lượng polyphenol ban đầu.

3.2. Ảnh Hưởng của Dung Môi và pH

Ethanol 70% là dung môi tối ưu để chiết xuất catechin hiệu quả. pH tối ưu nằm khoảng 3-5, giúp bảo vệ và tối ưu hóa hòa tan của catechin. Tỷ lệ chất nguyên liệu/dung môi khoảng 1:10-1:15 cho hiệu suất chiết xuất catechin tốt nhất.

IV. Định Lượng và Kiểm Định Chất Lượng Catechin

Sau quá trình chiết xuất catechin, việc định lượng catechin và kiểm định chất lượng là bước quan trọng để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn. Phương pháp HPLC (sắc ký lỏng hiệu năng cao) là tiêu chuẩn vàng để xác định hàm lượng chính xác các thành phần catechin như EGCG, ECG, GCG. Phương pháp định tính sử dụng chromatography giúp xác định các loại catechin hiện có. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9745-1, TCVN 9745-2:2013 quy định phương pháp định lượng polyphenol tổng và catechin tổng số trong chè. Việc thẩm định phương pháp phân tích đảm bảo độ chính xác, độ lặp lại và tính đặc hiệu cao.

4.1. Phương Pháp HPLC Định Lượng Catechin

Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) có khả năng tách riêng từng loại catechin như EGCG, ECG, EC, GC với độ chính xác cao. Phương pháp này giúp xác định hàm lượng catechin chính trong lá chè búp tím, từ đó đánh giá hiệu suất chiết xuất catechin và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4.2. Tiêu Chuẩn Kiểm Định Theo TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9745 quy định phương pháp định lượng polyphenol và catechin trong chè. Kiểm định lại phương pháp theo tiêu chuẩn đảm bảo độ chính xác, độ lặp lại R² > 0.98 và tính đặc hiệu cao, giúp sản phẩm chiết xuất catechin đạt chất lượng quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, nguyên liệu giàu hoạt chất sinh học tự nhiên là đối tượng nghiên cứu và phát triển của nhiều nước trên thế giới để sản xuất dược phẩm bảo vệ sức khoẻ an toàn và hiệu quả. Trong đó, chè Trung du búp tím là một loại thảo dược quý với thành phần hoạt chất Catechin, Anthocyanin vượt trội, có giá trị y dược cao và có vai trò kinh tế quan trọng. Theo thống kê của FAO và Hiệp hội chè Việt Nam năm 2020, Việt Nam đứng thứ 5 trên thế giới về xuất khẩu chè, đứng thứ 7 về sản xuất chè toàn cầu, kim ngạch đạt 245 triệu USD [1]. Tuy nhiên, ngoài búp chè được dùng cho chế biến chè xanh và chè đen thì hiện nay một lượng lớn lá chè già vẫn chưa được sử dụng hiệu quả, nếu nguồn nguyên liệu này được khai thác chế biến tinh sâu hướng tới mục tiêu ứng dụng trong lĩnh vực y - dược sẽ góp phần nâng cao giá trị gia tăng của cây chè theo chuỗi giá trị toàn cầu và phát triển bền vững ngành chè Việt Nam.

Cho đến nay, với nhiều nghiên cứu độc lập của nhiều quốc gia khác nhau về chè, đã không còn những tranh luận khác biệt hay phủ nhận về tác dụng dược lý của Catechin chè trong việc hỗ trợ điều trị và cải thiện sức khỏe con người như: ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư (ung thư gan, ung thư dạ dày, ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư vú, ung thư vòm họng, ung thư đại tràng, ung thư da), ngăn ngừa bệnh thoái hoá thần kinh (alzheimer, parkinson), hỗ trợ điều trị tiểu đường và bảo vệ tim mạch, … [2–14]. Bằng những phương pháp nghiên cứu hiện đại, các nhà khoa học đã chứng minh được những tác dụng về mặt dược lý của chè chủ yếu dựa vào khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virut của nhóm hợp chất Catechin có trong chè, điển hình là Epigallocatechin gallate (EGCG). Hiện nay, EGCG đang được nghiên cứu để điều trị HIV-1. Những đánh giá về độ an toàn, thử nghiệm độc tính cấp và độc tính bán trường diễn cũng khẳng định chè là một dược liệu an toàn khi sử dụng làm dược phẩm chức năng cho người và động vật [15–21] Trong lá chè Trung du búp tím, Catechin và Anthocyanin là hai thành phần hoạt chất được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất, chúng sở hữu những cấu trúc có tác dụng chống oxy hoá và đại diện cho hai nhánh riêng biệt trong con đường sinh tổng hợp Flavonoid.

Anthocyanin chiếm hàm lượng từ 5 - 7 (% chất khô), tồn tại chủ yếu ở trạng thái kết hợp với các gốc glycosid và đặc trưng bởi màu tím đậm của nụ và ba lá non đầu tiên, ở lá non thứ tư và thứ năm có màu tím nhạt hơn, những lá già bên dưới dần chuyển sang màu xanh lục. Catechin là thành phần chính quyết định hoạt tính sinh học của chè, chiếm hàm lượng từ 21 – 26 (% chất khô), tồn tại chủ yếu ở dạng ester hóa với axit gallic và một phần nhỏ ở trạng thái tự do. Tuy nhiên, các hợp chất Catechin chè thường không ổn định, dễ bị thay đổi cấu trúc và suy giảm hàm lượng dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ, pH, thời gian,. Catechin thu được từ quá trình 1 chiết xuất lá chè theo các phương pháp truyền thống như: chiết ngấm kiệt, chiết soxhlet, chiết xuất lỏng áp suất,.

thường không đạt tiêu chuẩn dược liệu và bị hạn chế trong sản xuất quy mô lớn. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các kỹ thuật chiết xuất mới, tối ưu hoá điều kiện chiết xuất để đưa ra quy trình phù hợp, chuẩn hoá và thân thiện với môi trường là bước quan trọng đầu tiên trong quy trình nghiên cứu và nâng cấp quy mô để tạo ra sản phẩm có độ ổn định và có giá trị y dược cao, khi sử dụng ở liều lượng thấp vẫn có tác dụng dược lý rõ rệt. Xuất phát từ cách tiếp cận nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hoá điều kiện chiết xuất Catechin từ lá chè Trung du búp tím” được thực hiện với 2 mục tiêu sau: 1. Thẩm định lại phương pháp định lượng Polyphenol, Catechin trong lá chè Trung du búp tím theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9745-1 và TCVN 9745- 2:2013.

Khảo sát ảnh hưởng của các đơn yếu tố và tối ưu hoá điều kiện chiết xuất Catechin từ lá chè Trung du búp tím. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. CHÈ TRUNG DU BÚP TÍM 1. Phân loại thực vật Chè Trung du búp tím là một biến chủng của giống chè Trung du, thuộc thứ chè Trung Quốc lá to, có tên khoa học là Camellia Sinensis var.

Theo hệ thống phân loại thực vật của Chang H. Đặc điểm thực vật Chè Trung du búp tím là loại cây xanh lưu niên, thuộc loại hình thân gỗ nhỡ, có thân chính rõ rệt, cao 5 - 7m. Thân thẳng và tròn, phân nhánh liên tục thành một hệ thống chồi và cành non, chiều cao phân cành thấp 20 - 30cm so với mặt đất (hình 1). Lá, hoa, rễ cây chè Trung du búp tím Lá chè mọc cách nhau trên cành, mỗi đốt có một lá.

Hình thái phiến lá nhỏ, mỏng và thuôn dài, chiều dài lá từ 12 - 14cm, chiều rộng lá từ 5 - 7cm. Lá chè có gân rất rõ, có trung bình 8 - 9 đôi, mặt trên của lá màu tím nhạt sau chuyển thành xanh, mặt dưới tím đậm, răng cưa sâu không đều, đầu lá nhọn, khối lượng của búp lá 0,7 - 0,78g/búp. Hoa chè bắt đầu nở khi cây chè đạt 2 - 3 tuổi, hoa mọc lưỡng tính từ chồi sinh thực ở nách lá, đường kính từ 2,5 - 4cm với 7 - 8 cánh hoa màu trắng ánh vàng, mùi thơm nhiều nhị. Quả chè là một nang, thường có 3 ngăn nhưng chỉ có một hạt do các hạt khác teo đi.

Hệ rễ chè gồm rễ cái dài (rễ trụ), rễ bên và rễ hấp thu [26–28] 3 1. Phân bố địa lý Hiện nay, Việt Nam có 3 khu vực trọng điểm trồng chè, bao gồm: khu vực Trung du và miền núi phía Bắc, khu vực duyên hải Nam Trung bộ và khu vực Tây Nguyên. Theo kết quả điều tra của Viện Nghiên cứu Chè (nay là Viện KHKT nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc), giống chè Trung du búp xanh và búp tím được trồng chủ yếu ở khu vực Trung du và các tỉnh miền núi phía Bắc với diện tích khoảng trên 12.000 ha, chiếm 40% tổng diện tích trồng chè cả nước. Trong đó, Phú Thọ và Thái Nguyên là hai tỉnh trọng điểm được quy hoạch vùng trồng và phát triển chè Trung du búp tím [29] 1.

Thành phần hoá học Thành phần hoá học cơ bản của lá chè Trung du búp tím bao gồm: nước, tannin, cafein, tinh dầu, pectin, vitamin, enzyme, sắc tố, chất khoáng, axit hữu cơ,… Trong đó tannin, cafein, sắ c tố, dầ u thơm, pectin là những thành phầ n chính tạo nên màu sắ c và hương vi ̣ cho chè. Tannin là tên chung để chỉ hỗn hợp các chấ t Polyphenol mà Catechin là thành phần chủ yếu (trên 90%), nó tham gia vào quá trình oxy hoá khử trong cây và giữ vai trò quan trọng trong quá trình sinh lý, sinh trưởng của cây. Các thành phần hoá học của chè thường biến đổi phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện đất đai, khí hậu, kỹ thuật canh tác, mùa vụ thu hoạch,. HỢP CHẤT CATECHIN 1.

Cấu tạo và cơ chế sinh tổng hợp của Catechin Catechin là một loại hợp chất Polyphenolic được phân bố chủ yếu trong một số loài thực vật thuộc chi Camellia, họ Chè, là một phần của họ hoá học Flavonoid, nhóm flavanol hay còn gọi là flavan-3-ol, cấu trúc phân tử có 15 cacbon, bao gồm hai vòng 6 cacbon A và B được nối bởi 3 đơn vị cacbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử oxy. Cấu trúc của Catechin có chứa hai cacbon bất đối ở vị trí 2 và 3, không chứa nối đôi ở vị trí 2, 3 và nhóm 4-oxo (hình 2) [28]. OH nn OH 1 8 B nn HO O OR2 nn 7 A C 2 6 5 3 OR 1 4 OH Trong đó: nn  Gốc R1 có thể là: (- H) hoặc gốc galloyl  Gốc R2 có thể là (-H) hoặc (-OH) 4 OH OH OH OH H H HO O HO O OH OH H H OH OH (+) – Catechin (C) C15H14)O6, (-) – Epicatechin (EC) C15H14O6, M = 290,Tnc = 1760C, [α] D = +180 M = 290,Tnc = 2420C, [α] D = -690 OH OH OH OH H H HO O OH HO O OH O C OH OH H OH H O OH OH (-) – Epicatechin gallate (ECG) C22H14O10, (+) – Gallocatechin (GC) C15H14O7, M = 442, Tnc = 2530C, [α] D = -1770C M = 306, Tnc = 1880C, [α] D = 150C OH OH OH OH H H HO O OH HO O OH OH O C OH OH H H OH O OH OH (-) – Epigallocatechin (EGC) (-) – Epigallocatechin gallate (EGCG) C15H14O7, C22H18O11,M = 458, Tnc = 2160C, [α] D M = 306, Tnc = 2760C, [α] D = -500C = -1790C * Chú thích: Tnc: nhiệt độ nóng chảy, M: khối lượng phân tử, αD: góc quay cực Hình 2. Công thức cấu tạo của một số catechin chính có trong chè [28], [33] Trong cấu trúc Catechin, khi sắp xếp theo cấu hình tuyệt đối và các nhóm thế có thể xuất hiện tới 24 Catechin, tuy nhiên đến nay mới có 12 Catechin được phân lập và xác định cấu trúc từ chè xanh, bao gồm: Catechin (C, EC, EGC và GC); Catechin gallat (ECG, CG, GCG, EGCG, ECDG, EGCDG) và mới được tìm thấy là:(-)-epicatechin-3- (3-O-methylgallate),(-)-epigallocatechin-3-(3-Omethylgallate).

Tỷ lệ % mol Catechin thay đổi trong các loại chè khác nhau và trong các bộ phận khác nhau của cây chè [33]. 5 Trong vài thập kỷ gần đây, một số nghiên cứu đã được thực hiện để tìm ra cơ chế sinh tổng hợp Catechin và Anthocyanin trong cây chè bằng cách sử dụng các phương pháp di truyền và sinh hóa. Một số gen liên quan đến quá trình sinh tổng hợp Catechin và Anthocyanin đã được phát hiện và mô tả bởi Punyasiri và cộng sự (2004). Một nghiên cứu tương tự của Zhang và cộng sự (2018) đã làm sáng tỏ cơ chế sinh tổng hợp và điều hòa của Catechin trong chè bằng cách sử dụng kết hợp phân tích phiên mã và HPLC (hình 3).

Các enzyme chủ yếu xúc tác trực tiếp cho các phản ứng sản sinh Catechin là Leucoanthocyanidin reductase (LAR) và Anthocyanidin reductase (ANR). LAR chịu trách nhiệm hình thành Catechin và Gallocatechin, còn ANR đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất Epicatechin. Bên cạnh đó, Anthocyanin chia sẻ tiền chất của chúng với Catechin.