Nghiên cứu trích ly và vi bao hợp chất sinh học từ trái nhàu (Morinda L.)

Nghiên cứu quy trình trích ly, vi bao hoạt chất từ trái nhàu. Tạo bột nhàu giàu polyphenol, ổn định cao, tiềm năng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Nguyễn Thành Công
• Người hướng dẫn: PGS. Kha Chấn Tuyền
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Trích Ly Và Vi Bao Một Số Hợp Chất Có Hoạt Tính Sinh Học Từ Trái Nhàu (Morinda L.)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về trích ly hợp chất hoạt tính từ trái nhàu

Trái nhàu (Morinda citrifolia L.) là một loài thực vật quý giá trong công nghệ thực phẩm với tiềm năng lớn trong việc trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học. Nghiên cứu đã xác định được 16 hợp chất chính thông qua phương pháp LC-MS/MS, bao gồm các polyphenols, flavonoids, saponin, acid ascorbic và nhiều dưỡng chất quý khác. Quá trình trích ly tối ưu sử dụng enzyme hydrolysis tại nhiệt độ 60°C với thời gian 51 phút và nồng độ enzyme 1% cho phép thu nhận dịch chiết với hàm lượng cao nhất các hoạt chất sinh học. Kết quả cho thấy dịch trích có chứa TPC (13,29 mg GAE/g vck), TFC (8,40 mg QE/g vck), TSC (63,19 mg AE/g vck) và acid ascorbic (1,16 mg AA/g vck). Điều này chứng tỏ rằng độ tuổi khi thu hoạch và thời gian bảo quản có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.1. Các phương pháp trích ly hiệu quả

Trích ly enzyme là phương pháp tiên tiến nhất cho trái nhàu, kết hợp với tiền xử lý siêu âm để tăng hiệu suất. Phương pháp này vượt trội hơn so với các phương pháp truyền thống nhờ khả năng phân hủy thành phần tế bào bào và giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học bị giữ trong cấu trúc tế bào. Điều kiện tối ưu bao gồm nồng độ enzyme 1%, nhiệt độ 60°C và thời gian 51 phút.

1.2. Các hoạt chất chính được xác định

Các hợp chất có hoạt tính sinh học chính từ trái nhàu bao gồm rutin, gallic acid, quercetin, tanin, steroid, terpenoid và coumarin. Định lượng bằng HPLC xác nhận sự hiện diện và nồng độ của các flavonoids và polyphenols quan trọng. Những hợp chất này sở hữu đặc tính chống oxy hóa mạnh mẽ, hỗ trợ sức khỏe con người.

II. Công nghệ vi bao bằng sấy phun

Vi bao bằng sấy phun là phương pháp hiện đại để bảo vệ và bảo quản các hoạt chất từ trái nhàu. Công nghệ này sử dụng vỏ bao (Maltodextrin và Gum Arabic với tỷ lệ 1:2) ở nồng độ 20%, với tỷ lệ dung dịch vỏ bao và dịch nhàu là 7:3. Quá trình sấy phun được thực hiện ở nhiệt độ đầu vào 175°C và đầu ra 82°C, tạo ra bột vi bao có hiệu suất cao. Hiệu suất vi bao các hoạt chất được tính theo TFC và TSC lần lượt là 90,3% và 89,9%, cho thấy khả năng bảo quản tuyệt vời của phương pháp này. Sản phẩm cuối cùng có độ ẩm 4,74%, hoạt độ nước 0,21 và có thể bảo quản tối thiểu 1 năm ở nhiệt độ 25°C.

2.1. Quy trình tối ưu hoá sấy phun

Điều kiện sấy phun tối ưu được xác định thông qua các thí nghiệm có kiểm soát. Vỏ bao (Maltodextrin và Gum Arabic) được lựa chọn vì khả năng bảo vệ hoạt chất tốt. Tỷ lệ 1:2 giữa hai vật liệu này cho kết quả tốt nhất. Nhiệt độ sấy phun cần cân bằng: đủ cao để bay hơi nước nhưng không quá cao làm mất các hợp chất có hoạt tính sinh học.

2.2. Chất lượng bột vi bao nhàu

Bột vi bao trái nhàu có thành phần: TPC 2,0 mg GAE/100g, TFC 8,7 mg QE/100g, TSC 25,7 mg AE/100g. Độ ẩm thấp (4,74%) và hoạt độ nước (0,21) đảm bảo sự ổn định cao trong bảo quản. Sản phẩm bột sấy phun không bị chảy như cao tự do, tăng khả năng vận chuyển và lưu trữ.

III. Khả năng bảo vệ hoạt chất trong môi trường tiêu hóa

Khả năng bảo vệ hoạt chất trong bột vi bao được đánh giá thông qua các mô phỏng in vitro của quá trình tiêu hóa. Trong môi trường PBS 7,4, TPC, TSC và TFC giải phóng với tỷ lệ tương ứng 25%, 40% và 80% sau 120 phút. Trong giai đoạn mô phỏng dạ dày (pH 1,2), cả ba hợp chất có hoạt tính sinh học giải phóng chậm với hiệu suất dưới 20% trong 2 giờ, cho thấy vỏ vi bao đã phát huy hiệu quả bảo vệ. Tại giai đoạn mô phỏng ruột non (pH 6,8), các hoạt chất có sự thay đổi mạnh mẽ với hiệu suất tương đương môi trường pH 7,4. Điều này chứng minh khả năng giải phóng kiểm soát của bột vi bao, giúp hoạt chất phát huy tác dụng tối ưu ở vị trí hấp thu thích hợp.

3.1. Mô phỏng tiêu hóa trong dạ dày

Ở pH 1,2, vỏ vi bao Maltodextrin và Gum Arabic hoạt động như một rào cản hiệu quả. Polyphenols, flavonoids, saponin giải phóng chậm (<20% trong 2 giờ), bảo vệ chúng khỏi môi trường acid dạ dày. Hiệu suất giải phóng thấp cho thấy vỏ bao ổn định tốt trong điều kiện acid.

3.2. Giải phóng hoạt chất ở ruột non

Tại pH 6,8, vỏ vi bao bắt đầu phân hủy, cho phép các hoạt chất giải phóng nhanh hơn. TFC đạt 80% giải phóng, trong khi TPC và TSC thay đổi đáng kể. Giai đoạn này quan trọng vì ruột non là nơi hấp thu chính các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực phẩm.

IV. Bảo vệ hoạt chất ở nhiệt độ cao

Đánh giá khả năng bảo vệ hoạt chất ở nhiệt độ cao cho thấy bột vi bao trái nhàu vượt trội so với cao tự do. Cao tự do sau 1 giờ ở 60°C và 100°C mất đi đáng kể các hoạt chất sinh học, bị chảy và phân hủy. Ngược lại, bột vi bao duy trì hiệu suất bảo vệ cao: ở 60°C, TPC 84,94%, TFC 71,17%, TSC 38,15%; ở 100°C, TPC 77,99%, TFC 61,26%, TSC 21,22%. Lớp vỏ vi bao Maltodextrin-Gum Arabic bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học khỏi phân hủy nhiệt. Sự khác biệt rõ rệt này chứng minh rằng công nghệ vi bao sấy phun không chỉ bảo quản tốt mà còn duy trì hiệu quả hoạt chất trong điều kiện lưu trữ và xử lý nhiệt khó khăn.

4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 60 C

Ở 60°C (điều kiện lưu kho bình thường), cao chiết vi bao duy trì tốt các polyphenols (84,94%), flavonoids (71,17%) và saponin (38,15%). Cao tự do bị suy giảm nghiêm trọng. Vỏ vi bao hạn chế tiếp xúc với oxygen và độ ẩm, giảm tốc độ phân hủy hoạt chất.

4.2. Bảo vệ ở nhiệt độ cực cao 100 C

Ở 100°C, bột vi bao vẫn giữ được 77,99% TPC, 61,26% TFC, 21,22% TSC. Cao tự do bị phân hủy hoàn toàn. Khả năng này quan trọng cho các ứng dụng trong công nghệ thực phẩm yêu cầu xử lý nhiệt cao như tiệt trùng, sấy hoặc xử lý trong lò nướng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trước đây Việt Nam cũng như nhiều quốc gia khác trên thế giới như Campuchia, Philippin, Ấn độ,. đã biết sử dụng nhàu để làm thuốc chữa bệnh ung thư, nhiễm trùng, viêm khớp, tiểu đường, hen suyễn, tăng huyết áp và đau nhức (Whistler, 1992). Các nhóm hợp chất hoạt tính sinh học trong nhàu đã được báo cáo, bao gồm acid, rượu, phenol, saccharide, anthraquinone, carotenoid, este, triterpenes, flavonoid, glycoside, lacton, iridoids, xeton, lignans, nucleoside, sterol,…(Abou Assi & ctv, 2017; Singh, D. Ngoài ra trái nhàu còn chứa các chất có hoạt tính chống oxy hoá cao, giúp ngăn chặn các gốc tự do trong cơ thể con người như polyphenol, flavonoid, acid ascorbic.

Các polyphenol chính bao gồm damnacanthal, scopoletin, morindone và alizarin, aucubin, nordamnacanthal,. góp phần vào các hoạt động dược lý khác nhau (Chan Blanco & ctv, 2006; Kim & ctv, 2017). Vitamin C có trong trái nhàu xay nhuyễn là khoảng 1,13 mg/g trái nhàu, tương ứng với 250% nhu cầu vitamin C hàng ngày được khuyến nghị cho người lớn (West & ctv, 2011). Theo truyền thống, nước ép trái nhàu được sản xuất bằng cách lên men trái nhàu trong lọ hoặc thùng kín trong khoảng 10 ngày đến 02 tháng.

Nước ép lên men sau đó được thanh trùng và đóng chai (Camel, 2001). Bột trái nhàu được sản xuất bằng cách làm khô toàn bộ trái cây hoặc cùi trong tủ sấy khô hoặc dưới ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, các hợp chất sinh học có lợi cho sức khỏe cũng sẽ mất đi rất nhiều trong quá trình chế biến. Vì thế, nghiên cứu về trích ly kết hợp vi bao để thu được hàm lượng hợp chất sinh học cao nhất và bảo quản nhàu một cách hợp lý nhất.1 Tổng quan về trái nhàu 1.1 Đặc điểm và phạm vi phân bố Nhàu có tên khoa học là Morinda citrifolia L., thường được gọi là Noni, là cây bản địa của các vùng nhiệt đới, có nguồn gốc ở Đông Nam Á (Nelson, 2001).

Theo nơi trồng trọt, nhàu còn được gọi là dâu tằm Ấn Độ hoặc “nuna” ở Ấn Độ (Chan- Blanco & ctv, 2006), Mengkudu ở Malaysia (Yahia, 2011) hoặc quả pho mát ở Úc (Ross, 2005). Tên phổ biến nhất của nó là noni và được giới thiệu bởi những người 5 nhập cư Polynesia khi đến đảo Hawaii vào khoảng 2000 năm trước (Wang, M. Vị trí trong hệ thống phân loại thực vật được thể hiện qua Bảng 1. Cây nhàu (Morinda citrifolia L.1) thuộc họ cà phê (Nelson, 2001; Yahia, 2011) được dân gian dùng trong chữa cao huyết áp, nhức mỏi, đau lưng, quả giúp nhuận tràng, lợi tiểu, chữa đái đường, ho, sốt, kinh nguyệt không đều; lá dùng chữa mụn nhọt, sốt rét, kiết lỵ, đầy hơi, đau bụng.

Các nghiên cứu về thành phần hóa học cho thấy gần 200 hợp chất đã Bảng 1.1 Bảng phân loại nguồn gốc nhàu được xác định và tách chiết từ những phần khác nhau của Morinda citrifolia BẬC PHÂN LOẠI (Inada & ctv, 2017; Malik & ctv, 2009; Giới Thực vật (Plante) Souza, 2014) và thể hiện nhiều tác dụng Ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta) như kháng khuẩn, kháng viêm, kháng Lớp Ngọc Lan (Magnoliopsida) nấm, kháng oxy hóa, kháng ung thư, giảm Bộ Bộ Cà phê (Rubiales) đau, điều hòa miễn dịch, làm lành vết Họ Bộ Cà phê (Rubiales) thương, các tác dụng trên xương (Nualsanit & ctv, 2012b; Torres & ctv, Chi Morinda 2017b; Whistler, 1992)… Nhìn chung, kết Loài Morinda citrifolia L. quả cho thấy lợi ích sức khoẻ của cây nhàu do có chứa nhiều hợp chất sinh học có lợi cho sức khoẻ con người, có thể kể đến như xanthones, flavonoids, saponin, lactones và polyphenol. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào thành phần của các hợp chất sinh học có trong rễ, lá cây nhàu cũng như các hoạt tính dược liệu và thử nghiệm lâm sàng về chống ung thư và kháng viêm của chúng. Ở Việt Nam, cây nhàu mọc nhiều ở những vùng ẩm thấp dọc theo bờ sông, bờ suối, ao hồ hoặc mương rạch ở khắp các tỉnh miền Nam hoặc một số tỉnh miền Trung (Wang & ctv, 2002).

Một trong những tác dụng chính của trái nhàu là loại bỏ độc tố, tăng khả năng hấp thụ, tiêu hoá do có chứa các chất có dược tính và khoáng chất. Ngoài ra trái nhàu còn chứa các chất có hoạt tính sinh học như chống oxy hoá cao, giúp ngăn chặn các gốc tự do trong cơ thể con người. Hơn nữa, nhiều công bố cho 6 thấy trái nhàu chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học (hơn 200 hợp chất) có lợi cho sức khoẻ con người như anthraglycosid, xanthones, flavonoid, tinh dầu, acid hữu cơ, coumarin, triterpenoid, saponin, polyphenol, và alkaloid (Ezhilarasan & ctv, 2009).1 Cây nhàu và trái nhàu Đường cong tăng trưởng của trái cây (Hình 1.2) được thiết lập bằng cách quan sát những thay đổi về kích thước, trọng lượng, khối lượng quả và các đặc điểm khác của ngoại hình (Chan-Blanco & ctv, 2006). Các đường cong tăng trưởng của trái chỉ ra những thay đổi không chỉ ở những đặc điểm không nhìn thấy được mà còn ở những đặc điểm rõ ràng như sự thay đổi thành phần của các thành phần các hợp chất sinh học.

Ví dụ, hàm lượng các hợp chất phenolic (TPC) trong quả lựu cao nhất vào ngày thứ 20 sau khi ra hoa, nhưng sau đó hàm lượng này sẽ giảm sau khi ra hoa (Kulkarni & Aradhya, 2005; Mirdehghan & Rahemi, 2007). Trong khi hàm lượng TPC và anthocyanidinin của dâu tây tăng lên, thì mức độ chống oxy hóa giảm theo sự phát triển của trái cây (Ferreyra & ctv, 2007).2 Năm giai đoạn phát triển khác nhau của trái nhàu Cây nhàu có thể ra quả quanh năm ở vùng nhiệt đới. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có thông tin đầy đủ để xác định một chỉ số việc thu hoạch (Lin & ctv, 2014). Vì thế cần có nhiều nghiên cứu đánh giá sự thay đổi của các hợp chất sinh học như (polyphenol, flavonoid và saponin) trong quá trình phát triển và bảo quản của trái nhàu.

Kết quả đánh giá này đóng vai trò quan trọng nhằm cải thiện chỉ số thu hoạch thương mại và độ chín thích hợp trong sản xuất các sản phẩm từ trái nhàu.2 Tổng quan nghiên cứu về công dụng của trái nhàu Trước đây nhân dân ta cũng như nhiều dân tộc khác trên thế giới như Campuchia, Philippin, Ấn độ,. đã biết sử dụng một số bộ phận cây nhàu để làm thuốc như rễ, quả, lá và vỏ cây. Nó đã được báo cáo có nhiều lợi ích sức khỏe đối với bệnh ung thư, nhiễm trùng, viêm khớp, tiểu đường, hen suyễn, tăng huyết áp và đau nhức (Whistler, 1992). 8 Trong y học phổ biến, việc sử dụng trái nhàu rộng rãi như một chất bổ sung thực phẩm trong điều trị một số loại ung thư (Torres & ctv, 2017a).

Trong bối cảnh đó, các nghiên cứu khoa học về đặc tính chống ung thư của trái nhàu ngày càng tăng, đặc biệt là trong 30 năm trở lại đây. Trong số các thành phần tự nhiên của nhàu, damnancanthal có thể thúc đẩy việc kích hoạt các gen quy định quá trình chết trong các dòng tế bào của người bị ung thư ruột kết (Nualsanit & ctv, 2012a). Nghiên cứu trên người đầu tiên được thực hiện bởi (Wong & ctv, 2004) ở Hawaii. Tác giả đã nghiên cứu lợi ích của việc sử dụng nước ép nhàu ở bệnh nhân ung thư.

Bệnh nhân đã chọn dùng nước ép tự chế hàng ngày trong hai tháng. Sau một tháng, bệnh nhân cải thiện đáng kể tình trạng lâm sàng, ngừng điều trị sau sáu tháng. Nghiên cứu điển hình thứ hai được phát triển bởi (Issell & ctv, 2009) tại Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Hawaii. Trong nghiên cứu này, một thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I đã được thực hiện để xác định liều lượng tối đa cho phép của viên nang trái nhàu đông khô (500 mg/ viên) ở bệnh nhân ung thư.

Kết quả của các thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh rằng điều trị chống lại ung thư thông qua việc uống viên nang nhàu chưa mang lại hiệu quả rõ ràng nào, chỉ giảm mệt mỏi và đau cơ. Tác giả đề xuất một số lượng lớn bệnh nhân điều trị lâm sàng và sử dụng nhàu như một loại thuốc chống ung thư. Hoạt động diệt khuẩn và diệt nấm Một nghiên cứu cho thấy rằng việc chiết xuất các hợp chất phenolic từ trái nhàu bằng các dung môi khác nhau (methanol, etyl axetat và hexan) có hoạt tính kháng khuẩn chống lại một số lượng lớn các loài như: Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Lactobacillus lactis, Streptococcus thermophilus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhi, Escherichia coli, Vibrio harveyi, Klebsiella pneumoniae, Shigella flexneri, Salmonella paratyphi A, Aeromonas hydrophila, Vibrio cholerae, Chromobacterium violaceum và Enterobacter faecalis. Kết quả cho thấy khả năng sử dụng chiết xuất từ trái nhàu trong điều trị các bệnh truyền nhiễm và khối u (Jayaraman & ctv, 2008a).

9 Tương tự, (Babaji & ctv, 2016) cũng phát hiện ra rằng chiết xuất của trái nhàu với natri hypoclorit có hoạt tính kháng khuẩn chống lại Enterococcus faecalis. Kết quả chỉ ra rằng chiết xuất từ trái nhàu có tiềm năng sử dụng như một chất kháng khuẩn có nguồn gốc thảo dược. Về nấm, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhàu có chứa các thành phần sinh hóa hòa tan trong nước ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất phụ trách về sự chuyển đổi hình thái của nấm Candida albicans, do đó trái nhàu có giá trị điều trị tiềm năng chống lại nấm Candida albicans (Sunder & ctv, 2012). Tương tự, (Jainkittivong & ctv, 2009) đã chỉ ra rằng chiết xuất đông khô của nước ép trái nhàu có tác dụng ức chế sự phát triển của C.

Hoạt tính chống oxy hóa Trái nhàu có thể được sử dụng như một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên có giá trị cao (Thoo & ctv, 2013a). Ví dụ, nước ép của trái nhàu Úc cho thấy hoạt tính oxy hóa cao gấp 2,8 lần so với vitamin C và 1,4 lần so với pycnogenol, chất có một số tác dụng chống oxy hóa (Atkinson & ctv, 1956). Theo (Zin & ctv, 2006a) đã chứng minh rằng chiết xuất thô từ rễ, lá và trái nhàu được phân đoạn trong cột sắc ký với ethanol làm dịch rửa giải cho thấy hoạt tính chống oxy hóa cao trong ferric thiocyanate và các xét nghiệm acid thiobarbituric, được coi là cao khi so sánh với hydroxytoluene butylate. Nghiên cứu này cũng tiết lộ rằng các hợp chất oxy hóa phenolic có trong trái nhàu ức chế quá trình oxy hóa lipoprotein mật độ thấp (LDL), có thể làm giảm nguy cơ ung thư và xơ vữa động mạch.

Trong một nghiên cứu khác, (Gilani & ctv, 2010) đã báo cáo rằng các đặc tính chống oxy hóa có trong dịch chiết ethanolic trong nước của lá, quả và rễ của nhàu có liên quan đến tác dụng chống rối loạn lipid máu ở chuột cống và chuột nhắt trên cả hai giới.