MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Măng cụt (Garcinia mangostana L.), là một loại trái cây phổ biến ở các vùng nhiệt đới [1]. Măng cụt được trồng rộng rãi ở các quốc gia Đông Nam Á như Malaysia, Việt Nam, Thái Lan,… Măng cụt là trái cây giàu dinh dưỡng, có giá trị cao về mặt kinh tế và y học, măng cụt được xuất khẩu và tiêu thụ mạnh ở các cường quốc như Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản, châu Âu và một số nước thuộc khu vực Trung Đông [2]. Số liệu cho thấy, vào năm 2017, có khoảng 700.000 tấn măng cụt được thu hoạch trên toàn thế giới và khoảng 37 tấn măng cụt được thu hoạch ở Việt Nam hằng năm [1,3].
Vỏ măng cụt chiếm khoảng 60 % khối lượng quả, nhưng do không thể ăn được nên thường không được sử dụng, gây ra các vấn đề môi trường và lãng phí tài nguyên [4]. Vỏ măng cụt từ lâu đã được sử dụng trong y học dân gian để điều trị cảm sốt, tiêu chảy và nhiễm trùng vết thương. Vỏ măng cụt chứa nhiều hợp chất sinh học, bao gồm các polyphenol, trong đó có các xanthone là điển hình. Có khoảng 70 loại xanthone được tìm thấy trong măng cụt [1].
Các xanthone nổi bật bao gồm gartanin, 9-hydroxycalabaxanthone, 8-deoxygartanin, β- , γ- và α-mangostin. Có thể kết luận rằng vỏ măng cụt là một nguyên liệu rất tiềm năng, giàu các hợp chất có lợi như polyphenol. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc tối ưu hóa quá trình trích ly polyphenol từ vỏ măng cụt, khảo sát các điều kiện như thời gian trích ly, tỷ lệ dung môi, loại dung môi, hỗ trợ trích ly bằng vi sóng. Trong đó, có thể kể đến như công trình nghiên cứu của Choi và cộng sự (2021) đã phân tích tác động của phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng (Microwave assisted extraction – MAE) lên hàm lượng polyphenol tổng (TPC) và hoạt tính chống oxy hóa của vỏ măng cụt [44].
Mohammad và cộng sự (2019) mở ra hướng nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện của phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng để thu hồi được nhiều TPC nhất [51]. Việc sử dụng vi sóng trong quá trình trích ly polyphenol từ vỏ măng cụt đem lại một hướng nghiên cứu tiềm năng và mang tính đột phá. Sóng vi sóng có khả năng thúc đẩy quá trình trích ly, tăng tốc độ khuếch tán và cải thiện hiệu suất trích ly bằng dung môi. Kỹ thuật này mở ra cơ hội để tận dụng tối đa tiềm năng của polyphenol từ vỏ măng cụt và tạo ra các sản phẩm có giá trị cao trong lĩnh vực thực phẩm.
Tuy các nghiên cứu trước đây đã có đề cập đến việc tối ưu hóa quá trình trích ly polyphenol từ vỏ măng cụt có sử dụng vi sóng, nhưng thời gian trích ly tối ưu trong các nghiên cứu này lại khá dài. Ở nghiên cứu của Mohamad và đồng nghiệp 1 (2019), thời gian trích ly tối ưu là 2.24 phút, trong khi nghiên cứu của Choi và cộng sự (2021), thời gian trích ly lên đến 9 phút [44,51]. Vì lý do đó, đề tài “Tối ưu hóa bằng phương pháp đáp ứng bề mặt điều kiện trích ly polyphenol từ vỏ quả măng cụt (Garcinia mangostana L.) có sử dụng vi sóng” được thực hiện nhằm tìm điều kiện trích ly phù hợp hơn, nâng cao hiệu suất thu hồi polyphenol từ vỏ măng cụt. Mục tiêu đề tài Đề tài thực hiện với mục tiêu tìm ra các điều kiện để tối ưu hóa việc trích ly các hợp chất polyphenol từ vỏ măng cụt bằng phương pháp đáp ứng bề mặt có sử dụng vi sóng.
Qua đó nghiên cứu khảo sát tính chống oxy hóa của các hợp chất polyphenol trích ly được. Nội dung nghiên cứu Các nội dung khảo sát của đề tài bao gồm: − Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ vỏ măng cụt khi sử dụng phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng MAE. − Tối ưu hóa quá trình trích ly các hợp chất polyphenol từ vỏ măng cụt từ các thông số khảo sát thu được. − Xác định khả năng chống oxy hóa bằng các chỉ tiêu DPPH, FRAP.
Ý nghĩa khoa học Kết quả của quá trình tối ưu hóa trích ly polyphenol từ vỏ măng cụt bằng phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng MAE sẽ góp phần mang lại những dữ liệu có giá trị đáng tin cậy, đóng góp quan trọng vào việc làm phong phú nguồn tư liệu khoa học về các hợp chất sinh học trong vỏ măng cụt. Đồng thời cung cấp một nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu tiếp theo về các hợp chất sinh học chiết xuất từ vỏ măng cụt. Ý nghĩa thực tiễn Các thông số đã được tối ưu hóa trong quá trình trích ly polyphenol (hỗ trợ vi sóng MAE) từ vỏ măng cụt góp phần tạo nên tư liệu nền tảng cho các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất tham khảo và áp dụng vào quy trình sản xuất thực tế. Đây cũng là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về việc bổ sung các hợp chất sinh học có trong măng cụt vào các sản phẩm thực phẩm, góp phần cải thiện chất lượng thực phẩm và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng bằng cách thay thế hoặc bảo quản một số thành phần trong các sản phẩm thực phẩm.
Bên cạnh đó, việc tận dụng vỏ quả măng cụt còn giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của phụ phẩm nông nghiệp lên môi trường, khi mà quả măng cụt được tận dụng một cách tối ưu. 2 Chúng tôi hy vọng kết quả của đề tài nghiên cứu này có thể đóng góp quan trọng cho việc khai thác tối đa tiềm năng của phương pháp vi sóng và vỏ măng cụt ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về măng cụt 2.
Giới thiệu Quả măng cụt (Garcina mangostana L.) thuộc họ Clusiaceae, chi Garcina, là một loại trái cây nhiệt đới có nguồn gốc từ vùng Đông Nam Á. Bởi vì đặc tính ra hoa, hương vị và dược tính của mình, nên măng cụt còn được mệnh danh là “Nữ hoàng của các loại trái cây” [52]. Là một loại thực vật có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới xích đạo, măng cụt được trồng nhiều tại các khu vực nhiệt đới ẩm và ấm có mùa khô ngắn, nhiệt độ sinh trưởng thuận lợi của cây khoảng 20-32 oC [5]. Tổng sản lượng măng cụt ở Việt Nam hằng năm có thể lên đến 37 tấn và ở Việt Nam, măng cụt được trồng nhiều ở khu vực miền Nam và Đông Nam Bộ, các tỉnh trồng nhiều có thể kể đến như Bến Tre, Vĩnh Long, Trà Vinh, Đồng Nai và Bình Dương [6].
Cây măng cụt có vỏ màu nâu đến sẫm đen. Là loài cây phát triển chậm, thông thường cây có thể đạt chiều cao từ 6 đến 25 m khi trưởng thành, nhưng khi được trồng với mục đích thu hoạch quả, cây chỉ cao từ 3 đến 6 m [7]. Lá măng cụt dài (15-25 cm) có dạng đối xứng hình elip hoặc hình trứng, lá có màu xanh đậm và có bề mặt bóng ở phần phía trên. Quả măng cụt có đường kính từ 3-6 cm, có vỏ ngoài dày (6-10 mm).
Thịt quả có màu trắng, vị hơi chua và hương thơm dịu nhẹ, có hạt hoặc không tùy theo từng quả [8]. Vỏ măng cụt có màu tím đỏ khi chín, phần vỏ quả chiếm 50-60 % khối lượng quả.1: Quả măng cụt 4 Quả măng cụt có nhiều hợp chất sinh học mang tính dược lý, bao gồm tính chống oxy hóa, chống tăng sinh-antiprolifeative, kháng viêm (anti-inflammatory) và chống ung thư [54- 61]. Các hợp chất này được tìm thấy chủ yếu ở phần vỏ quả măng cụt - phần sẽ bị loại bỏ sau khi xử lý nguyên liệu. Qua đó ta có thể thấy được tiềm năng của vỏ quả măng cụt trong việc trích xuất, thu nhận các hợp chất sinh học có lợi.
Thành phần hóa học của vỏ quả măng cụt Theo các nghiên cứu hiện nay, măng cụt có chứa nhiều các hợp chất hóa học, bao gồm polysaccharides, procianidin, benzophenones, bioflavonoids, triterpenoids và xanthones [9]. Polysacharide Các polysaccharide trong măng cụt có cấu trúc phân tử phức tạp, bao gồm nhiều monosaccharide khác nhau. Hàm lượng polysaccharide có trong vỏ măng cụt khi thu dịch chiết là 27.2: Một số loại xanthone và anthocyanin [1] Cho đến hiện nay, đã có hơn 650 loại xanthone được tìm thấy ngoài tự nhiên [11]. Theo nghiên cứu của Wan và cộng sự (2019) vỏ quả măng cụt có chứa khoảng 70 loại xanthone, 5 trong đó nổi bật là α-mangostin (C24H26O6) chiếm 69.
Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các xanthone khác như gartanin, 9-hydroxycalabaxanthone, 8- deoxygartanin, garcinon E, 1,7-dihydroxy-3 methoxy-2-(3-methylbut-2-enyl) xanthone, và 1,3,7-tri-hydroxy-2,8-di (3-methyl-but-2-enyl) -xanthone [12]. Hàm lượng của các xanthone này được cho là có tác động đến một số hoạt tính sinh học của vỏ quả măng cụt, bao gồm khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, kháng sốt rét và chống ung thư [13]. Nghiên cứu được tiến hành bởi Pothititrat và đồng nghiệp (2009) về thành phần hóa học của vỏ quả măng cụt khi còn non và đã chín cho thấy hàm lượng α-mangostin trong trái non và trái chín lần lượt là 8.06 % so với khối lượng chiết xuất [64]. Điều này cho thấy lượng polyphenol trong vỏ măng cụt phụ thuộc vào độ chín, vị trí trồng và điều kiện trích ly [64].
Acid Phenolic acid Acid phenolic có tính chống oxy hóa và kháng khuẩn, là những chất có khả năng liên kết đặc hiệu với albumin trong huyết tương người. Những acid phenolic có thể tìm thấy trong vỏ quả măng cụt bao gồm p-hydroxybenzoic, acid protocatechuic, m-hydroxybenzoic và 3,4- dihydroxymandelic [14]. Ứng dụng của măng cụt Bên cạnh các ứng dụng trong y học, cũng đã có các nghiên cứu về việc sử dụng vỏ măng cụt trong thực phẩm. Các hợp chất được trích ly từ vỏ quả măng cụt được sử dụng như màu thực phẩm tự nhiên.
Trong một nghiên cứu của Charoen và cộng sự, việc bổ sung nước ép vỏ quả măng cụt như một chất tạo màu tự nhiên vào một loại mứt có tên là “Kolang-kaling” đã góp phần cải thiện cảm quan, cấu trúc và hương vị của món mứt (được đánh giá bởi các thành viên trong nhóm kiểm tra được đào tạo) [15]. Một nghiên cứu được thực hiện bởi Shiori và đồng nghiệp cho thấy việc bổ sung nước ép từ hạt và vỏ măng cụt vào hỗn hợp Phytomix-3 (gồm hỗn hợp lá Lycium barbarum, Momordica grosvenori và Psidium guajava) đã tăng hợp chất phenolic tổng hợp (p < 0.05) trong sữa chua kết quả [16]. Do đó, sau 14 ngày lưu trữ hoạt tính chống oxy hóa của mẻ sữa chua đó tăng 37 - 43 %. Một cuộc thử nghiệm đánh giá cảm quan từ người tiêu dùng cũng cho thấy các sản phẩm sữa chua có bổ sung chiết xuất măng cụt có độ ưa thích cao (đặc biệt đối với vị ngọt và hương thơm) [16].