Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phương pháp chiết tách đến hiệu quả thu hồi polyphenols chất khô tổng số và hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết từ củ sâm cau đen

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phương pháp chiết tách đến hiệu quả thu hồi polyphenols chất khô, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Ánh
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Văn Chuyển
• 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 phương pháp chiết tách polyphenols từ củ sâm cau đen
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Mục tiêu khoá luận
• 1.2. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Bố cục của báo cáo
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU SÂM CAU ĐEN
• 2.1. Nguồn gốc, đặc điểm, phân loại
• 2.2. Thành phần hoá học
• 2.2.1. Polysacharides và monosaccharides
• 2.2.2. Chlorophenolic Glucosides
• 2.2.3. Các hợp chất phenolic
• 2.2.4. Terpenoids
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Hóa chất và thiết bị
• 3.2. Thiết kế thí nghiệm
• 3.2.1. Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp ngâm chiết truyền thống đến hiệu suất thu hồi hoạt chất
• 3.2.2. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp ngâm chiết sử dụng hỗ trợ sóng siêu âm và vi sóng đến hiệu suất thu hồi hoạt chất
• 3.3. Phương pháp xác định chỉ tiêu kiểm tra
• 3.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng chất khô tổng số
• 3.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng polyphenols tổng số
• 3.3.3. Phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa
• 3.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu quả chiết tách
• 4.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến hiệu quả chiết tách
• 4.3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hiệu quả chiết tách
• 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả chiết tách
• 4.5. Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hiệu quả chiết tách
• 4.6. Ảnh hưởng của vi sóng đến hiệu quả chiết tách
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về chiết tách polyphenols từ củ sâm cau đen

Củ sâm cau đen (Curculigo orchiodes) là một nguồn tài nguyên quý giá với nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe. Việc chiết tách các hợp chất này, đặc biệt là polyphenols, đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Polyphenols không chỉ có tác dụng chống oxy hóa mà còn hỗ trợ trong việc phòng ngừa nhiều bệnh lý. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp chiết tách hiệu quả nhất để tối ưu hóa việc thu hồi các hợp chất này từ củ sâm cau đen.

1.1. Đặc điểm và lợi ích của củ sâm cau đen

Củ sâm cau đen chứa nhiều hợp chất sinh học, bao gồm polyphenols và các hợp chất phenolic khác. Những hợp chất này có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng củ sâm cau đen có thể hỗ trợ điều trị các bệnh như tiểu đường và bệnh tim mạch.

1.2. Tầm quan trọng của polyphenols trong sức khỏe

Polyphenols là nhóm hợp chất thực vật có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe. Chúng có khả năng giảm viêm, cải thiện chức năng tim mạch và hỗ trợ hệ miễn dịch. Việc chiết tách hiệu quả các polyphenols từ củ sâm cau đen sẽ mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người.

II. Thách thức trong việc chiết tách polyphenols từ củ sâm cau đen

Mặc dù củ sâm cau đen chứa nhiều hợp chất có giá trị, nhưng việc chiết tách các polyphenols từ củ này gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như loại dung môi, nhiệt độ và thời gian chiết tách đều ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố này để tìm ra phương pháp tối ưu.

2.1. Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu suất chiết tách

Loại dung môi sử dụng trong quá trình chiết tách có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi polyphenols. Các nghiên cứu cho thấy dung môi ethanol 80% cho hiệu quả cao nhất trong việc chiết tách các hợp chất này từ củ sâm cau đen.

2.2. Thời gian và nhiệt độ chiết tách

Thời gian và nhiệt độ chiết tách cũng là những yếu tố quan trọng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng thời gian chiết tách 120 phút ở nhiệt độ 60°C cho hiệu suất thu hồi polyphenols tối ưu nhất.

III. Phương pháp chiết tách polyphenols hiệu quả từ củ sâm cau đen

Để tối ưu hóa việc chiết tách polyphenols, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp truyền thống như ngâm chiết và chưng cất đã được cải tiến bằng các công nghệ hiện đại như chiết tách hỗ trợ sóng siêu âm và vi sóng.

3.1. Phương pháp ngâm chiết truyền thống

Phương pháp ngâm chiết truyền thống sử dụng dung môi để chiết tách các hợp chất từ củ sâm cau đen. Mặc dù hiệu quả, phương pháp này thường tốn thời gian và dung môi. Cần tìm kiếm các phương pháp hiệu quả hơn.

3.2. Chiết tách hỗ trợ sóng siêu âm

Chiết tách hỗ trợ sóng siêu âm là một phương pháp hiện đại giúp tăng cường hiệu suất thu hồi polyphenols. Nghiên cứu cho thấy phương pháp này có thể giảm thời gian chiết tách và tiết kiệm năng lượng.

3.3. Chiết tách hỗ trợ vi sóng

Phương pháp chiết tách hỗ trợ vi sóng cũng đã được áp dụng để tối ưu hóa việc thu hồi polyphenols. Kết quả cho thấy phương pháp này có thể đạt hiệu suất cao trong thời gian ngắn hơn so với các phương pháp truyền thống.

IV. Kết quả nghiên cứu về hiệu suất chiết tách polyphenols

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp chiết tách hiện đại đã mang lại hiệu suất thu hồi polyphenols cao hơn so với phương pháp truyền thống. Các thông số như tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và thời gian chiết tách đã được tối ưu hóa.

4.1. Hiệu suất thu hồi polyphenols từ củ sâm cau đen

Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi polyphenols cao nhất đạt được khi sử dụng dung môi ethanol 80% với tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 80/1. Thời gian chiết tách 120 phút và nhiệt độ 60°C là điều kiện tối ưu.

4.2. So sánh giữa các phương pháp chiết tách

So sánh giữa các phương pháp chiết tách cho thấy chiết tách hỗ trợ sóng siêu âm và vi sóng có hiệu suất thu hồi cao hơn đáng kể so với phương pháp ngâm chiết truyền thống.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu chiết tách polyphenols

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa phương pháp chiết tách polyphenols từ củ sâm cau đen không chỉ giúp nâng cao hiệu suất thu hồi mà còn tiết kiệm thời gian và năng lượng. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để phát triển các phương pháp chiết tách hiệu quả hơn.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp chiết tách mới, nhằm tối ưu hóa việc thu hồi các hợp chất có lợi từ củ sâm cau đen.

5.2. Ứng dụng thực tiễn của polyphenols trong y học

Các polyphenols chiết tách từ củ sâm cau đen có thể được ứng dụng trong y học như một liệu pháp hỗ trợ điều trị nhiều bệnh lý, mở ra hướng đi mới cho ngành dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 2. Tổng quan về nguyên liệu sâm cau đen 2. Nguồn gốc, đặc điểm, phân loại Sâm cau đen còn được biết đến với tên gọi là tiên mao (hay ngải cau), có tên khoa học là Curculigo orchioides Gaertn, thuộc họ Thủy tiên (Amaryllidaceae) nhưng hiện nay đã được xếp vào họ Tỏi voi lùn (Hypoxidaceae). Nó bao gồm 17 loài và bốn giống và bảy loài trong số này là ở Trung Quốc (Chinese Academy of Sciences, 2000).

Tính đến hiện nay thì đã có 10 loại bao gồm Curculigo orchioides, Curculigo capitulata, Curculigo sinensis, Curculigo crassifolia, Curculigo breviscapa, Curculigo gracilis, Curculigo recvata, Curculigo glabrescens, Curculigo pilosa, và Curculigo latifolia. Thân sâm cau ngầm hình trụ dài, cây cao khoảng 40cm và mọc thẳng. Đây là cây một lá mầm và lá có hình mác hẹp, hai đầu nhọn dài 15 – 40cm, ngang lá rộng 12 – 35mm, cuống dài 10cm, gân lá song song (Đỗ Tất Lợi, 2004). Cây có hoa màu vàng mọc thành từng chùm nhỏ từ 3 – 5 bông và nằm trong bẹ lá, mỗi bông có 6 cánh.

Củ của sâm cau là từ rễ phát triển thành thuôn dài từ 12 – 15mm; có nhiều rễ phụ nhỏ (Đỗ Huy Bích và cộng sự, 2003). Bộ phận được sử dụng trong nghiên cứu cũng như làm thuốc là củ (thân rễ) sâm cau đen, có hình trụ, thuôn dài và được thu hái quanh năm. Cây, rễ sâm cau đen (Curculigo orchiodes Gaertn) Sâm cau là cây ưa sáng, ưa ẩm và có thể hơi chịu bóng, thường mọc ở chân núi đá vôi, thung lũng hay ven nương rẫy. Trong mùa mưa ẩm cây phát triển tốt nhất từ tháng 5 đến tháng 7, cây ra hoa quả hàng năm và khi già quả sẽ tự nở để hạt phát phát tán ra xung quanh để hình thành những cây con.

Đây là cây thảo phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới của châu Á như Campuchia, Ấn Độ, Malaysia, Thái Lan, phía nam Trung Quốc, Philippines và một số tỉnh ở phía Bắc nước ta như Cao Bằng, Lai Châu,…Đây được coi là loài thuốc quý chữa bệnh về 4 viêm, sinh lý,… từ thời cổ cho đến nay và được đưa vào Danh mục đỏ cây thuốc Việt Nam (Đỗ Huy Bích và cộng sự, 2003). Thành phần hoá học Đã có rất nhiều nghiên cứu trước đây chiết tách và phân lập các hợp chất thực vật có trong chi Curculigo và đặc biệt từ củ sâm cau. Nhiều hợp chất sinh học đã được tìm thấy trong rễ cây, trong đó bao gồm các phenols và phenolic glucosides (Chang và Lee, 1998; Zou và cộng sự, 2010), lignans và lignan glucosides (Zhu và cộng sự, 2010), triterpenes và triterpenoid glucosides (Xu và cộng sự, 1992; Zou và cộng sự, 2012), flavones (Tiwari và Misra, 1967), alkaloids (Li và cộng sự, 2005). Một số hợp chất thực vật được xác định từ dịch chiết lá và rễ của sâm cau (Brintha và cộng sự, 2017) Ghi chú: Phân tích định tính cho thấy các hợp chất hóa thực vật có trong dịch chiết và được mô tả là có (+) hoặc không có (-) Trong nghiên cứu trên đã xác định được một số thành phần hóa học có trong lá và thân rễ của sâm cau đen bằng các dung môi qua các phương pháp khác nhau.

Phần lớn các hợp chất chứa trong lá và thân rễ của sâm cau đều được phân tích GC-MS (Gas Chromatography- Mas Spectrometry). Dựa vào phương pháp này nhận diện được một số hóa thực vật đề có trong cả hai bộ phận của cây là Cyclobarbital ở trong lá (0,36%) và thân rễ (3,88%), vitamin D3 ở trong lá (1,71%) và thân rễ (4,13%) của dịch chiết sâm cau bằng dung môi methanol. Trong dịch chiết từ thân rễ sâm cau bằng dung môi methanol có chứa 0.64% Ethyl iso-allocholate - một hợp chất steroid (Brintha và cộng sự, 2017). ❖ Polysacharides và monosaccharides 5 Từ thân rễ của sâm cau thu được Oacetyl-glucomannan COP90-1, đây là chất hòa tan trong nước và phân tử khối là 4609 Da, là một chất thúc đẩy tăng sinh hiệu quả và biệt hóa của tế bào xương sơ cấp (Wang và cộng sự, 2017).

Nghiên cứu của Wang và cộng sự (2019) đã tiếp tục phân lập ra thêm một polysaccharides khác là COP70-3, nghiên cứu đồng thời đã công bố về khả năng chống loãng xương của polysaccharides COP70-3 vừa tìm ra. Dự đoán cấu trúc hóa học Oacetyl-glucomannan COP90-1 ❖ Chlorophenolic Glucosides Curculigine là một hợp chất có chứa clo tự nhiên, trong thân rễ của sâm cau có chứa Chlorophenolic Glucosides (Xu và cộng sự, 1987; Xu và cộng sự; 1992). Thu được 11 Chlorophenolic Glucoside cho thấy sự tác động vừa phải lên sự tăng sinh của xương. Clo được liên kết C-6 trong chlorophenol glycoside có thể làm giảm hoạt tính chống loãng xương và đưa nhóm C-5 hydroxyl vào aglycone của chlorophenol glycoside làm tăng hoạt tính chống loãng xương (Wang và cộng sự, 2018).

❖ Các hợp chất phenolic Các hợp chất phenolic là các chất chuyển hóa chính trong các loài thực vật thuộc chi Curculigo. Từ thân rễ của C. orchioides thu được 2 phenolic glucosides là orcinoside H và curculigoside I và mười hợp chất đã biết được gọi là orcinol glucoside, orcinol glucoside B, curculigoside A, curculigoside B, curculigoside C, curculigoside G, 3-hydroxy-5- methylphenol-1-O-[β-glucopyranosyl-(1-6)-β-D-glucopyranoside], 3-hydrox-5-metyl- phenol-1-O- [β-apiosyl- (1-6) -β-glucopyranoside], glucosyringic acid và benzyl-O-β-D- glucopyranoside (Wang và cộng sự, 2013). Trong thành phần của củ sâm cau đen, orcinol glucoside và các dẫn xuất của nó được xem là các polyphenols rất quan trọng, đặc biệt trong hoạt tính kháng oxy của loài thực vật này.

Orcinol glucoside là một chất rắn vô định hình màu vàng, có công thức phân tử 6 C13H18O7 (Li và cộng sự, 2003), cấu trúc phân tử của orcinol glucoside được thể hiện ở Hình 2. Các nghiên cứu về thành phần củ sâm cau đen đã báo cáo rằng orcinol glucoside là một hợp chất ít độc hại, có hoạt tính sinh học cao và hữu ích trong việc tác dụng hỗ trợ các cơ quan chống lại chất độc do thuốc và hóa chất gây ra, cho thấy đây là một hợp chất tiềm năng và đáng được quan tâm. Vì thế đã có nhiều nghiên cứu tìm phương pháp chiết tách thích hợp nhất thể thu hồi tối đa hợp chất này (Liu và cộng sự, 2013). Cấu trúc phân tử orcinol glucoside ❖ Terpenoids Terpenoids là một nhóm nhỏ chất chuyển hóa thứ hai được tìm thấy ở loài Curculigo.

Từ thân rễ của C. orchioides một loại cycloartane mới là triterpenoid ketone (52) được phân lập và có độc tính với gan người trong thí nghiệm HL-7702. Thu được 6 terpenoid từ C. Terpenoids (52 – 58) của thực vật thuộc chi Curculigo ❖ Cyclic Peptides Ngoài những hợp chất trên, trong thân rễ của C.

orchioides có chứa 8 cyclodipeotides là cyclo-(L-Ala-L-Tyr) (59), cyclo-(L-Ser-L-Phe) (60), cyclo-(LeuAla) (61), cyclo-(Leu- Thr) (62), cyclo-(Leu-Ser) (63), cyclo-(S-Pro-R-Leu) (64), cyclo-(Val-Ala) (65) và cyclo- (Gly-D-Val) (66) (Chen và cộng sự, 2017). Cyclic Peptides (59 – 66) của thực vật thuộc chi Curculigo 2. Hoạt tính sinh học và ứng dụng dược học Củ sâm cau đen được sử dụng như một vị thuốc từ thời xa xưa, từ lần đầu tiên được biết đến với cái tên “Charak Samhita” như một thành phần giúp giảm ho. Thân rễ của loài cây này có dược tính ngọt, giải nhiệt, lợi tiểu, kích thích tình dục, đồng thời có thể hỗ trợ điều trị các tình trạng viêm nhiễm, bệnh ngoài da, viêm phế quản,…Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi trong các công thức ayurvedic – một hệ thống y học Hindu truyền thống và các bài thuốc bổ giúp kích thích tình dục (Onkar và cộng sự, 2012).

Cho đến nay, đã có nhiều nghiên 8 cứu về hoạt tính sinh học của củ sâm cau đen và việc ứng dụng các hoạt tính vào dược học, đặc biệt nhờ vào các hợp chất polyphenols có trong thành phần của rễ cây sâm cau, bao gồm các saponins, phenolic glycosides, resins (Agrahari và cộng sự, 2010). Một số hoạt tính sinh học và ứng dụng nổi bật của củ sâm cau đen bao gồm: ❖ Hoạt tính chống oxy hoá Quá trình oxy hoá trong cơ thể con người làm tổn thương các màng tế bào và các cấu trúc phân tử khác như proteins, lipids và DNA. Quá trình oxy hoá trong cơ thể sẽ lấy các electron từ các phân tử khác, tạo ra các gốc tự do gây tổn thương cho các tế bào, làm biến đổi, rối loạn chức năng, hoặc có thể gây chết tế bào (Onkar và cộng sự, 2012). Lượng lớn các gốc tự do trong cơ thể sẽ gây ra những tổn thương nghiêm trọng cho tế bào, dẫn đến các tình trạng bệnh nghiêm trọng.

Vì vậy, ngày càng có nhiều các nghiên cứu sử dụng các chất chống oxy hoá nhằm trung hoà các gốc tự do trong cơ thể. Polyphenols là các hợp chất có hoạt tính sinh học nổi trội, khả năng chống oxy hoá của chúng là một trong các hoạt tính được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong y học. Chúng giúp ngăn chặn sự hình thành của các gốc oxy đơn phân tử, giảm thiểu nguy cơ gây bệnh ung thư (Ali và cộng sự, 2011). Trong rễ cây sâm cau đen chứa nhiều polyphenols bao gồm các flavonoids, hợp chất phenolic như các glycosides, saponins và một lượng phytosterol.

Các hợp chất này khi hoạt động đơn lẻ hoặc kết hợp với nhau đều hỗ trợ cho hoạt động chống oxy hóa (Onkar và cộng sự, 2012). Nhiều nghiên cứu cho thấy hoạt tính chống oxy hoá của các chiết xuất từ củ được báo cáo rằng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ gan khỏi các tổn thương (Asif, 2012). Chiết xuất ethanol từ thân rễ cây sâm cau đen ở hàm lượng 1 – 25g cho thấy hoạt tính chống oxy hoá cao đối với các gốc anion siêu oxide, các gốc hydrogen peroxide và gốc tự do DPPH và được thể hiện bởi quá trình peroxide hoá lipid tại nồng độ nhất định. Ngoài ra, chiết xuất ethanol giúp ngăn chặn việc mất thính giác gây ra bởi cisplatin nhờ vào quá trình peroxide hoá lipid và khả năng khử gốc tự do ở liều lượng 2,5 – 25g (Kang và cộng sự, 2013).

Nghiên cứu của Venukumar và cộng sự (2002) về khả năng chống oxy hoá của chiết xuất methanol trên chuột đã kết luận rằng chiết xuất methanol từ rễ cây sâm cau có hoạt tính chống oxy hoá nhờ vào khả năng bắt gốc tự do và hỗ trợ tăng khả năng chống oxy hóa của các enzyme chống oxy hóa, bao gồm superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX) và glutathione reductase (GRD). Đồng thời, mức độ gia tăng của glutathione transferase (GTS) ở những con chuột nhiễm độc 9 gan nặng được quan sát thấy có xu hướng trở về bình thường, điều này là một trong các minh chứng cho khả năng chống oxy hóa của chiết xuất methanol trong rễ cây sâm cau đen.