Tối ưu hóa hợp chất kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột từ lá ổi rừng - Luận văn SVTH

Khám phá tiềm năng của lá ổi rừng trong việc tối ưu hóa hợp chất kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột. Nghiên cứu khoa học về lợi ích sức khỏe.

• Tác giả: Tiêu Hoàng Lâm
• Người hướng dẫn: ThS. Đặng Thị Ngọc Dung
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Tối ưu hóa các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột từ lá ổi rừng
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan hợp chất kháng oxy hóa ức chế enzyme từ lá ổi rừng

Lá ổi rừng (Psidium guajava L.) chứa hàm lượng lớn hợp chất sinh học có hoạt tính kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột. Các hợp chất chính bao gồm polyphenol, flavonoid, tannin và acid phenolic. Nghiên cứu cho thấy dịch chiết từ lá ổi có khả năng chống gốc tự do mạnh mẽ, ức chế enzyme alpha-amylase và alpha-glucosidase hiệu quả. Hoạt tính này liên quan trực tiếp đến hàm lượng polyphenol tổng trong nguyên liệu. Phương pháp trích ly ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi hợp chất hoạt tính. Sóng siêu âm và vi sóng là hai kỹ thuật hỗ trợ hiện đại, giúp tăng hiệu suất chiết so với phương pháp truyền thống. Tối ưu hóa điều kiện trích ly là bước then chốt để thu được sản phẩm chất lượng cao. Ổi rừng phân bố rộng rãi tại vùng nhiệt đới, nguyên liệu sẵn có và chi phí thấp. Điều này tạo tiềm năng lớn cho ứng dụng trong ngành thực phẩm chức năng và dược phẩm. Nghiên cứu tập trung xác định điều kiện tối ưu nhằm thu hồi tối đa hoạt chất sinh học từ lá ổi rừng.

1.1. Đặc điểm sinh học của lá ổi rừng

Lá ổi rừng thuộc họ Myrtaceae, là cây gỗ nhỏ cao 2 đến 8 mét. Lá hình bầu dục, dài 7 đến 15 cm, gân nổi rõ, mặt dưới có lông. Thành phần hóa học lá ổi rất đa dạng. Lá chứa acid phenolic, flavonoid, tannin, tinh dầu và nhiều khoáng chất. Đặc biệt, hàm lượng polyphenol và flavonoid trong lá ổi rừng cao hơn nhiều loại thảo dược khác. Các hợp chất này đóng vai trò quyết định hoạt tính kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột.

1.2. Hoạt tính kháng oxy hóa và ức chế enzyme của lá ổi

Dịch chiết lá ổi thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa mạnh thông qua cơ chế trung hòa gốc tự do. Phương pháp DPPH được sử dụng phổ biến để đánh giá khả năng này. Ngoài ra, lá ổi có khả năng ức chế enzyme alpha-amylase và alpha-glucosidase. Đây là hai enzyme tham gia quá trình tiêu hóa tinh bột. Ức chế hai enzyme này giúp kiểm soát lượng đường huyết sau ăn. Nghiên cứu cũng ghi nhận hoạt tính ức chế tyrosinase, mở rộng ứng dụng trong mỹ phẩm làm sáng da.

II. Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến trích ly hợp chất từ lá ổi rừng

Hiệu suất trích ly hợp chất kháng oxy hóa từ lá ổi rừng phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Loại dung môi là yếu tố quan trọng nhất. Ethanol, methanol, acetone và nước là các dung môi thường dùng. Nồng độ dung môi ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hòa tan polyphenol. Nhiệt độ chiết quyết định tốc độ khuếch tán hoạt chất từ tế bào nguyên liệu. Thời gian chiết kéo dài giúp thu hồi nhiều hợp chất hơn nhưng có thể gây phân hủy hoạt chất. Tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi cũng tác động đáng kể. Phương pháp chiết truyền thống như ngâm, hồi lưu có nhược điểm thời gian dài, hiệu suất thấp. Phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm tạo ra hiệu suất cao hơn nhờ cơ chế phá vỡ thành tế bào. Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng cũng cho kết quả tương tự. Tối ưu hóa đồng thời các yếu tố này là cần thiết để đạt hiệu suất tối đa.

2.1. Ảnh hưởng của dung môi và nồng độ đến hiệu suất chiết

Dung môi hữu cơ pha nước thường cho hiệu suất chiết polyphenol cao hơn dung môi nguyên chất. Dịch chiết hydroethanolic ở nồng độ 50% và 70% cho kết quả tối ưu. Ethanol có ưu điểm an toàn, chi phí thấp và thân thiện môi trường. Nồng độ ethanol thấp giúp hòa tan tốt hợp chất phân cực như flavonoid glycoside. Nồng độ ethanol cao phù hợp chiết hợp chất ít phân cực. Việc lựa chọn nồng độ dung môi tối ưu cần dựa trên loại hợp chất mục tiêu.

2.2. Vai trò của thời gian và nhiệt độ trong quá trình trích ly

Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ khuếch tán hợp chất từ mô thực vật. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao gây phân hủy polyphenol và flavonoid. Khoảng nhiệt độ tối ưu thường nằm trong phạm vi 40 đến 70 độ C. Thời gian chiết ngắn không đủ để phá vỡ hoàn toàn liên kết giữa hoạt chất và ma trận tế bào. Thời gian chiết quá dài làm tăng nguy cơ oxy hóa hoạt chất. Do đó, xác định thời gian và nhiệt độ cân bằng là yếu tố then chốt.

III. Phương pháp tối ưu hóa hợp chất kháng oxy hóa và ức chế enzyme từ lá ổi rừng

Tối ưu hóa quy trình trích ly sử dụng phương pháp bề mặt phản ứng (RSM). Đây là công cụ thống kê mạnh mẽ giúp xây dựng mô hình hồi quy giữa biến đầu ra và biến đầu vào. Thiết kế Box-Behnken và Central Composite Design là hai dạng phổ biến. Phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm (UAE) tạo áp lực cơ học lên thành tế bào. Kết quả là hiệu suất chiết tăng đáng kể so với phương pháp ngâm truyền thống. Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (MAE) sử dụng bức xạ điện từ làm nóng nhanh nguyên liệu. Phương pháp này rút ngắn thời gian chiết từ nhiều giờ xuống còn vài phút. Hàm lượng polyphenol tổng được xác định bằng thuốc thử Folin-Ciocalteau. Hoạt tính kháng oxy hóa đánh giá qua phương pháp DPPH và FRAP. Kết quả nghiên cứu cho thấy tương quan thuận giữa hàm lượng polyphenol và hoạt tính kháng oxy hóa. Quy trình tối ưu giúp thu hồi tối đa hợp chất sinh học từ lá ổi rừng.

3.1. Ứng dụng phương pháp bề mặt phản ứng trong tối ưu hóa

Phương pháp bề mặt phản ứng cho phép khảo sát đồng thời nhiều yếu tố và tương tác giữa chúng. Thiết kế Box-Behnken sử dụng ba mức cho mỗi yếu tố, giảm số thí nghiệm cần thực hiện. Mô hình hồi quy bậc hai được xây dựng dựa trên dữ liệu thực nghiệm. Hàm mục tiêu thường là hàm lượng polyphenol tổng hoặc hoạt tính kháng oxy hóa. Phương trình tối ưu hóa giúp xác định điều kiện chiết tốt nhất. Độ tin cậy của mô hình được kiểm chứng bằng thí nghiệm lặp.

3.2. Kỹ thuật chiết xuất hỗ trợ siêu âm và vi sóng

Sóng siêu âm tạo hiệu ứng cavitation trong dung môi, phá vỡ thành tế bào nguyên liệu. Điều này giúp giải phóng nhanh chóng hợp chất hoạt tính vào pha lỏng. Ưu điểm của UAE là thời gian ngắn, nhiệt độ thấp và hiệu suất cao. MAE sử dụng vi sóng làm nóng trực tiếp nước trong tế bào. Áp suất nội bào tăng nhanh gây phá vỡ cấu trúc tế bào. Cả hai kỹ thuật đều giảm đáng kể lượng dung môi sử dụng. Kết hợp với thiết kế RSM, các phương pháp này mang lại hiệu quả tối ưu.

IV. Kết luận và ứng dụng hợp chất kháng oxy hóa từ lá ổi rừng

Nghiên cứu đã xác định điều kiện tối ưu trích ly hợp chất kháng oxy hóa và ức chế enzyme từ lá ổi rừng. Phương pháp có hỗ trợ sóng siêu âm cho hiệu suất cao hơn phương pháp truyền thống. Dung môi hydroethanolic ở nồng độ phù hợp thu hồi tối đa polyphenol và flavonoid. Tương quan thuận giữa hàm lượng polyphenol tổng và hoạt tính kháng oxy hóa được xác nhận. Hoạt tính ức chế enzyme alpha-amylase và alpha-glucosidase mở ra hướng ứng dụng trong kiểm soát đường huyết. Dịch chiết lá ổi rừng có tiềm năng phát triển thành thực phẩm chức năng. Sản phẩm hỗ trợ phòng ngừa tiểu đường tuýp 2 là hướng đi đầy hứa hẹn. Hoạt tính ức chế tyrosinase cũng cho thấy khả năng ứng dụng trong mỹ phẩm. Lá ổi rừng là nguyên liệu thiên nhiên sẵn có, chi phí thấp và an toàn. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc khai thác giá trị của loại lá này. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào thử nghiệm lâm sàng và quy mô công nghiệp.

4.1. Ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm

Hợp chất kháng oxy hóa từ lá ổi rừng có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Thực phẩm chức năng hỗ trợ kiểm soát đường huyết là hướng đi tiềm năng. Cơ chế ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột giúp giảm hấp thu glucose sau ăn. Sản phẩm dạng viên nang, bột chiết hoặc trà thảo dược dễ sản xuất. Ngành dược phẩm quan tâm đến hoạt tính kháng viêm và kháng khuẩn của lá ổi. Nghiên cứu lâm sàng là bước tiếp theo cần thực hiện.

4.2. Ứng dụng trong mỹ phẩm và bảo quản thực phẩm

Hoạt tính ức chế tyrosinase mở ra hướng ứng dụng trong sản xuất kem dưỡng trắng da. Dịch chiết lá ổi có khả năng ức chế hình thành melanin hiệu quả. Khả năng kháng oxy hóa mạnh cũng giúp bảo vệ da khỏi tác hại gốc tự do. Trong bảo quản thực phẩm, polyphenol từ lá ổi ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid. Điều này kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm thực phẩm tự nhiên. Chất bảo quản từ lá ổi là giải pháp thay thế an toàn cho phụ gia tổng hợp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hợp chất có hoạt tính sinh học là một loại hợp chất được tìm thấy một lượng nhỏ trong thực vật và một số loại thực phẩm (Akanksha và cộng sự, 2022). Các hợp chất này mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người. Nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học được tìm thấy trong những thực phẩm mà chúng ta tiêu thụ như: ngũ cốc, các loại đậu, dầu ô liu, rau, trái cây, trà… Các nhà nghiên cứu đã xác định được nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao từ cây cỏ như quinin trong vỏ cây canh kina để điều trị sốt rét, cafein từ lá chè, hạt cà phê giúp kích thích hệ thần kinh. Vitamin C từ quả chanh, cam giúp phòng và điều trị bệnh chảy máu dưới da của các thủy thủ đi biển lâu ngày (Aleksandra Kizhina và cộng sự, 2022).

Trong những năm gần đây, các hợp chất có hoạt tính học học từ thiên nhiên được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Chúng được sản xuất dưới dạng thực phẩm chức năng, thực phẩm thuốc, bổ sung dinh dưỡng có tác dụng nâng cao sức khỏe cho con người, chống oxy hóa, tăng cường hệ miễn dịch, giúp phòng và hỗ trợ điều trị một số loại bệnh. Theo nhiều nghiên cứu, lá ổi cũng chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học có lợi cho sức khỏe bao gồm các polysaccharide, protein, polyphenol, vitamin và khoáng chất. Chúng có tác dụng phòng chống các loại bệnh như: đái tháo đường, tim mạch, chống viêm, chống ung thư, chống tiêu chảy, kháng khuẩn… (Dewi và cộng sự, 2021).

Hiện nay, xã hội ngày càng phát triển, bên cạnh đó nhu cầu về ăn uống của con người cũng ngày một tăng. Xu hướng của người tiêu dùng thực phẩm hiện nay là sản phẩm phải ngon, chất lượng, giá cả hợp lí, bên cạnh đó còn phải có tác dụng tích cực đối với sức khoẻ họ. Chính vì vậy, việc bổ sung thêm các hợp chất từ nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên có lợi cho sức khoẻ vào thực phẩm là vô cùng cần thiết. Các hợp chất sinh học này ngoài có tác dụng bảo quản thực phẩm sử dụng được lâu hơn mà còn các tác động tích cực đối với sức khoẻ con người.

Do đó cần phải có phương pháp trích ly với điều kiện tối ưu nhất, ít tốn kém chi phí nhất để có thể thu được các hợp chất sinh học như mong muốn. Trong và ngoài nước hiện nay có nhiều nghiên cứu về các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu trong tự nhiên cũng như phương pháp trích ly. Trong một nghiên cứu của Venâncio Alves Amaral và cộng sự (2020) về các hợp chất phenolic từ lá ổi Psidium guajava (Linn.): Ảnh hưởng của phương pháp hỗ trợ chiết xuất đối với tổng hàm lượng phenolic và hoạt động chống oxy hóa đã cho thấy các hợp chất phenolic trích ly từ lá ổi có khả năng chống oxy hóa. Theo nghiên cứu về tối ưu hóa chiết polyphenol từ 1 lá ổi bằng phương pháp bề mặt đáp ứng của Hồ Bá Vương và cộng sự (2015) chỉ ra rằng lá ổi như những nguồn chiết xuất các chất chống oxy hóa tự nhiên.

Thông qua đề tài “Tối ưu hóa các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột từ lá ổi rừng” xác định được thông số tối ưu của quá trình trích ly polyphenol từ lá ổi rừng băng phương pháp Soxhlet và phương pháp áp suất cao. Nghiên cứu này nhằm xét xem phương pháp trích ly nào có hiệu suất và hiệu quả kinh tế nhất và tối ưu chúng để thu được lượng chất có hoạt tính sinh học cao nhất. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu của đề tài nhằm mục tiêu xác định điều kiện tối ưu để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính kháng oxy hoá và ức chế enzyme tiêu hoá tinh bột từ lá ổi rừng bằng phương pháp Soxhlet và áp suất cao.Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài Giới hạn về đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu về các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa từ lá ổi rừng. Giới hạn về nội dung nghiên cứu: đề tài đi sâu nghiên cứu về phương pháp trích ly và tối ưu điều kiện chiết để thu được các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa từ lá ổi rừng.

Nội dung nghiên cứu  Khảo sát ảnh hưởng của thông số công nghệ đến hiệu suất trích ly các hợp chất polyphenol.  Tối ưu hóa điều kiên chiết xuất các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột từ lá ổi rừng. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học Đề tài “Tối ưu hóa các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột từ lá ổi rừng” góp phần nghiên cứu về các hợp chất có lợi cho sức khỏe con người và tạo tiền đề cho các nghiên cứu in vivo sau này.

Ý nghĩa thực tiễn 2 Từ đề tài “Tối ưu hóa các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa tinh bột từ lá ổi rừng” có thể tiến hành trích ly các hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế enzyme tiêu hóa ở mức cao nhất và lựa chọn được phương pháp phù hợp mang lại hiệu quả kinh tế nhất. Bố cục của báo cáo Bài báo cáo bao gồm 5 chương:  Chương 1: Mở đầu  Chương 2: Tổng quan  Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu  Chương 4: Kết quả và bàn luận  Chương 5: Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 2. Giới thiệu về ổi Ổi có tên khoa học là Psidium guajava L thuộc:  Lớp: Magnoliopsida  Phân lớp: Rosidae  Bộ: Myrtales  Họ: Myrtaceae  Phân họ: Myrtoideae  Chi: Psidium L. (Rai và cộng sự, 2009) Ổi là một loại trái cây nhiệt đới, được tiêu thụ rộng rãi ở dạng tươi hoặc chế biến và khẳng định được tính ưu việt so với các loại trái cây khác nhờ giá trị dinh dưỡng của nó.

Đây là một loại trái cây có năng suất cao, mang lại lợi nhuận kinh tế cao mà không cần chăm sóc nhiều. Ngoài ra, các bộ phận của cây ổi như búp non, lá non, vỏ rễ và vỏ thân còn được dùng làm thuốc (Irshad và cộng sự, 2020). Nguồn gốc Ổi (Psidium guajava L.) thuộc họ cây lá hai mầm Myrtaceae, chi Psidium. Chi Psidium có khoảng 150 loài, trong đó có 5 loài chính: Psidium guianense, Psidium cowianum, Psidium chinense, Psidium Friedrichsthalianum và Psidium guajava.

Trong đó, ổi thuộc loài Psidium guajava được trồng phổ biến nhất. Một số giống ổi được trồng và đặt tên theo vị trí mà chúng được trồng (Adsule và Kadam, 1995). Psidium guajava được coi là loài bản địa ở Mexico, sau đó lan rộng ra khắp Nam Mỹ, châu Âu, châu Phi và châu Á (Rosa và cộng sự, 2008). Đầu thế kỷ 17, người Bồ Đào Nha đã mang ổi đến Ấn Độ và lan rộng khắp các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Á.

Người ta tin rằng hầu hết các cuộc du nhập ổi vào Ấn Độ lần đầu tiên được thực hiện tại Basti ở Uttar Pradesh. Hiện nay, nó phát triển ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới, thích nghi với các điều kiện khác nhau (Abin và cộng sự, 2011). Do nhu cầu ngày càng tăng đối với các sản phẩm tươi và chế biến, việc trồng ổi trở nên phổ biến và có thị trường lớn tại hơn 60 quốc gia. Ấn Độ là quốc gia sản xuất ổi lớn nhất thế 4 giới, sau đó là Trung Quốc, Kenya, Thái Lan, Indonesia, Pakistan, Mexico, Brazil, Bangladesh, Nigera, Philippines, Việt Nam và Ai Cập (Gill, 2016).

Cây ổi (Psidium guajava L. Đặc điểm sinh thái Ổi là cây gỗ nhỏ hay cây bụi, cao 2-8 m, phân cành rộng. Thân cây thường có dạng đốm, với lớp vỏ vảy bên ngoài màu nâu đỏ. Rễ cây ổi thuộc loại rễ cọc.

Lá cây ổi hình bầu dục hoặc thuôn dài, dài 7-15 cm, có gân nổi rõ, mặt dưới thường có lông. Hoa to, lưỡng tính, mọc từng chùm 2, 3 chiếc, ít khi ở đầu cành mà thường ở nách lá. Những bông hoa với đài hoa màu xanh lục hình chuông phân chia không đều. Hoa ổi có sáu cánh hoa màu trắng và nhiều nhị hoa với bao phấn màu vàng.

Hoa thụ phấn chéo dễ dàng nhưng cũng có thể tự thụ phấn (Adsule và Kadam, 1995). Cây, lá và hoa ổi Quả ổi thuộc loại quả mọng. Quả bao gồm một lớp thịt và nhiều hạt nhỏ nằm trong lòng thịt quả. Hạt cứng, hình đa giác.

Các giống không hạt chứa rất ít hạt. Quả ổi chủ yếu có hình 5 tròn. Một số giống có hình trứng hoặc hình quả lê. Quả trưởng thành hoàn toàn có chiều dài 4- 10 cm và đường kính 4-8 cm (Singh, 1988).

Trọng lượng trung bình của quả thay đổi từ 50 - 500 g. Màu của quả trưởng thành thường là màu vàng. Màu thịt bình thường là trắng hoặc kem. Trong một số giống, nó có màu hồng.

Quả ổi thường giòn, thơm và ngọt. Quả chín thì mềm hơn nhưng vẫn thơm, ngọt (Adsule và Kadam, 1995). Quả ổi Ổi phát triển tốt ở hầu hết các vùng khí hậu ở nhiệt đới và cận nhiệt đới. Mặc dù là loại cây cứng cáp, không bị ảnh hưởng nhiều bởi các đợt lạnh hay nhiệt độ khắc nghiệt, nhưng nó không chịu được sương giá.

Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển nằm trong khoảng từ 23 - 28°C (Samson, 1980). Ổi có thể trồng trên nhiều loại đất. Tuy nhiên, đất thịt nhẹ, thoát nước tốt là thích hợp nhất để trồng ổi (Adsule và Kadam, 1995). Ngoài ra, nó còn phù hợp với đất có độ chua thấp và hàm lượng nitơ, phốt pho và kali thấp là những yếu tố hạn chế chính đối với sản xuất cây trồng (Renato và cộng sự, 2017).

Phân loại Dựa vào màu sắc của ruột ổi, người ta chia giống ổi thành 2 loại phổ biến: ổi ruột đỏ (P. Pomifera) và ổi ruột trắng (P. Ổi ruột đỏ và ổi ruột trắng 6 Qua quá trình trồng trọt và chọn lọc giống, hiện nay các giống ổi cũng rất đa dạng, phong phú. Việt Nam hiện có nhiều giống ổi khác nhau, do đó về năng suất, chất lượng (độ giòn, độ ngọt, mức độ ngon) không giống nhau.

Ngoài giống ổi thường phổ biến khắp thế giới, còn có những giống ổi khác phổ biến như: ổi tím Malaysia, ổi nữ hoàng, ổi lê, ổi Ruby ruột đỏ, ổi sẻ, ổi ruột đỏ, ổi sim nhật, ổi đuôi phụng… Hình 2. Lá của các giống ổi 2. Thành phần hóa học của lá ổi 2.