Nghiên Cứu Ứng Dụng Enzyme Trong Chiết Xuất Hợp Chất Sinh Học Từ Tỏi (Allium sativum)

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích công nghệ sinh học ứng dụng enzyme trong chiết xuất các hợp chất sinh học và đa dạng hóa các sản, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thị Bích Nga
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Huỳnh Ngọc Oanh
• Trường học: Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Ứng Dụng Enzyme Trong Chiết Xuất Hợp Chất Sinh Học Từ Tỏi
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu chung về cây tỏi
• 1.1.1. Đặc điểm thực vật và phân loại
• 1.2. Thành phần hóa học và một số hợp chất chính
• 1.2.1. Thành phần hóa học
• 1.2.2. Một số hợp chất chính
• 1.2.3. Hoạt tính sinh học
• 1.2.3.1. Hoạt tính kháng khuẩn
• 1.2.3.2. Hoạt tính kháng nấm
• 1.2.3.3. Hoạt tính kháng virus
• 1.2.3.4. Hoạt tính chống ký sinh trùng
• 1.2.3.5. Hoạt tính kháng oxy hóa
• 1.2.3.6. Hoạt tính chống ung thư
• 1.2.3.7. Tác dụng hạ cholesterol
• 1.2.3.8. Tác dụng hạ huyết áp
• 1.2.3.9. Tác dụng hạ đường huyết
• 1.2.3.10. Ức chế kết tập tiểu cầu
• 1.2.3.11. Điều hòa miễn dịch
• 1.3. Các hình thức sử dụng tỏi
• 1.4. Một số phương pháp chiết xuất thường dùng
• 1.4.1. Phương pháp chiết xuất ngấm kiệt
• 1.4.2. Phương pháp chiết tách ngược dòng
• 1.4.3. Chiết xuất bằng khí hóa lỏng siêu tới hạn
• 1.4.4. Chiết dùng sóng siêu âm
• 1.5. Ứng dụng enzyme trong chiết xuất các hợp chất sinh học
• 1.5.1. Giới thiệu về enzyme thương mại Viscozyme L
• 1.5.2. Đặc tính của enzyme Viscozyme L
• 1.5.3. Cơ chế xúc tác cho phản ứng thủy phân
• 1.5.4. Hiệu quả của enzyme Viscozyme L
• 1.5.5. Ứng dụng của enzyme Viscozyme L
• 1.6. Tình hình nghiên cứu ứng dụng enzyme trong chiết xuất trên thế giới và trong nước
• 2. PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu
• 2.1.1. Nguyên liệu nghiên cứu
• 2.1.2. Hóa chất và thiết bị
• 2.1.3. Nơi thực hiện nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp vật lý
• 2.2.2. Phương pháp hóa học
• 2.2.3. Phương pháp hóa lý
• 2.2.3.1. Đo quang phổ hấp thụ phân tử UV/VIS
• 2.2.3.2. Phương pháp sắc kí khí ghép khối phổ (GC/MS)
• 2.2.4. Phương pháp hóa sinh
• 2.2.4.1. Xác định hàm lượng phenolic tổng
• 2.2.4.2. Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa bắt gốc tự do ABTS
• 2.2.5. Phương pháp vi sinh vật
• 2.2.5.1. Một số đặc tính của vi khuẩn thử nghiệm kháng khuẩn
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.3.1. Xác định phần trăm trọng lượng khô của tỏi
• 2.3.2. Phân tích sơ bộ thành phần hóa thực vật của tỏi Lý Sơn
• 2.3.3. Chiết xuất hợp chất từ tỏi
• 2.3.3.1. Các bước khảo sát chiết xuất hợp chất từ tỏi có bổ sung enzyme
• 2.3.3.2. Xây dựng qui trình xử lý tỏi tươi bằng Viscozyme
• 2.3.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ enzyme thích hợp
• 2.3.3.4. Xác định ảnh hưởng của pH đến hoạt động của enzyme
• 2.3.3.5. Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzyme
• 2.3.3.6. Xác định thời gian phản ứng thích hợp của enzyme
• 2.3.3.7. Thử nghiệm chiết diallyl disulfide, chế biến các sản phẩm (tinh dầu, dịch ép và bột tỏi) từ tỏi tươi có bổ sung Viscozyme
• 2.3.3.8. Quy trình chiết diallyl disulfide từ tỏi sau khi xử lý bằng enzyme
• 2.3.3.9. Thu tinh dầu tỏi có sự hỗ trợ của enzyme Viscozyme
• 2.3.3.10. Thu nhận dịch ép tỏi có bổ sung enzyme
• 2.3.3.11. Sản phẩm bột tỏi có bổ sung enzyme
• 2.4. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định hàm lượng nước trong tỏi Lý Sơn
• 3.2. Phân tích sơ bộ thành phần hóa thực vật của tỏi Lý Sơn
• 3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến enzyme trong chiết xuất
• 3.3.1. Kết quả xác định nồng độ enzyme Viscozyme thích hợp
• 3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xúc tác của enzyme
• 3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzyme
• 3.3.4. Kết quả khảo sát thời gian phản ứng của enzyme đến hiệu quả chiết xuất
• 3.4. Đánh giá hiệu quả của phương pháp chiết xuất diallyl disulfide so với phương pháp chiết xuất truyền thống
• 3.4.1. Hiệu quả của enzyme trong chiết xuất diallyl disulfide
• 3.5. Kết quả khảo sát khả năng bắt gốc tự do ABTS của dịch chiết tỏi
• 3.5.1. Kết quả khảo sát khả năng bắt gốc tự do ABTS của dịch chiết tỏi với mẫu không xử lý bằng enzyme
• 3.5.2. Kết quả khảo sát khả năng bắt gốc tự do ABTS của dịch chiết tỏi với mẫu có xử lý bằng enzyme
• 3.6. Khảo sát hiệu quả sử dụng enzyme khi thu tinh dầu tỏi
• 3.6.1. Hiệu quả sử dụng enzyme khi thu tinh dầu tỏi
• 3.6.2. Phân tích hợp chất sulfide của mẫu tinh dầu tỏi Lý Sơn bằng phương pháp Sắc ký khí khối phổ (GC/MS)
• 3.7. Khảo sát hiệu quả sử dụng enzyme thu dịch ép tỏi
• 3.7.1. Hiệu quả thu dịch ép tỏi
• 3.7.2. Khả năng kháng khuẩn của dịch ép tỏi
• 3.8. Khảo sát hiệu quả sử dụng enzyme khi thu sản phẩm bột tỏi
• 3.8.1. Đánh giá chất lượng bột tỏi thu được
• 3.8.2. Xác định lượng phenolic tổng của bột tỏi
• 4. PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng Enzyme Chiết Xuất Hợp Chất Tỏi

Tỏi (Allium sativum) từ lâu đã được sử dụng rộng rãi nhờ hương vị đặc trưng và những lợi ích sức khỏe tiềm năng. Nó chứa nhiều hợp chất sinh học có giá trị như allicin, diallyl disulfide, và S-allyl cysteine, được biết đến với các hoạt tính kháng khuẩn, chống oxy hóa, và chống ung thư. Tuy nhiên, việc chiết xuất hiệu quả các hợp chất này là một thách thức. Các phương pháp truyền thống như sử dụng dung môi hữu cơ có thể gây ra các vấn đề về an toàn, môi trường, và chất lượng sản phẩm. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp chiết xuất thay thế, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường là rất quan trọng. Ứng dụng enzyme trong chiết xuất hợp chất sinh học từ tỏi nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn. Phương pháp này giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, giải phóng các hợp chất mong muốn một cách hiệu quả hơn, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường.

1.1. Tổng Quan Về Tỏi và Các Hợp Chất Sinh Học Quan Trọng

Tỏi là một loại gia vị và dược liệu quý, chứa nhiều hợp chất sinh học có lợi cho sức khỏe. Các hợp chất chính bao gồm allicin, sản phẩm chuyển hóa từ alliin dưới tác dụng của enzyme alliinase khi tỏi bị nghiền nát hoặc cắt nhỏ. Allicin là một hợp chất không ổn định, dễ bị phân hủy thành các hợp chất khác như diallyl disulfide (DADS), diallyl trisulfide (DATS), và ajoene. Các hợp chất này đều có hoạt tính sinh học đáng kể, bao gồm khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, và chống ung thư. Theo nghiên cứu của Stoll và Seebeck (1947), alliin là một amino acid chứa lưu huỳnh được phân lập từ tỏi.

1.2. Vai Trò Của Enzyme Trong Chiết Xuất Hợp Chất Sinh Học

Enzyme đóng vai trò quan trọng trong việc phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật, giúp giải phóng các hợp chất sinh học bị khóa bên trong. Việc sử dụng enzyme có thể cải thiện đáng kể hiệu quả chiết xuất, giảm thiểu việc sử dụng dung môi độc hại, và bảo tồn hoạt tính sinh học của các hợp chất. Các enzyme thường được sử dụng trong chiết xuất tỏi bao gồm cellulase, pectinase, và protease, tùy thuộc vào thành phần tế bào mục tiêu cần phá vỡ. Theo luận văn của Nguyễn Thị Bích Nga, việc sử dụng enzyme Viscozyme có thể tăng khả năng thu nhận hợp chất organosulfur từ tỏi lên gấp ba lần.

II. Thách Thức Trong Chiết Xuất Hợp Chất Sinh Học Từ Tỏi

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc chiết xuất hợp chất sinh học từ tỏi vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Các phương pháp truyền thống như sử dụng dung môi hữu cơ có thể gây ra các vấn đề về an toàn, môi trường, và hiệu quả chiết xuất. Cấu trúc tế bào phức tạp của tỏi cũng gây khó khăn trong việc tiếp cận và giải phóng các hợp chất mong muốn. Ngoài ra, một số hợp chất như allicin không ổn định và dễ bị phân hủy trong quá trình chiết xuất, làm giảm hoạt tính sinh học của sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất, bao gồm lựa chọn enzyme phù hợp, điều kiện phản ứng (pH, nhiệt độ, thời gian), và phương pháp xử lý, là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

2.1. Hạn Chế Của Các Phương Pháp Chiết Xuất Truyền Thống

Các phương pháp chiết xuất truyền thống thường sử dụng dung môi hữu cơ như ethanol, methanol, hoặc hexane. Tuy nhiên, các dung môi này có thể gây độc hại, dễ cháy nổ, và gây ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, quá trình chiết xuất bằng dung môi thường đòi hỏi nhiệt độ cao và thời gian kéo dài, có thể làm biến đổi hoặc phá hủy các hợp chất sinh học nhạy cảm với nhiệt. Việc loại bỏ hoàn toàn dung môi khỏi sản phẩm cuối cùng cũng là một thách thức, có thể ảnh hưởng đến an toàn và chất lượng sản phẩm.

2.2. Vấn Đề Ổn Định Của Hợp Chất Allicin Trong Quá Trình Chiết Xuất

Allicin là một trong những hợp chất sinh học quan trọng nhất trong tỏi, nhưng nó cũng là một hợp chất không ổn định. Allicin dễ bị phân hủy thành các hợp chất khác như diallyl disulfide (DADS) và ajoene dưới tác dụng của nhiệt độ, ánh sáng, và pH. Quá trình phân hủy này có thể làm giảm đáng kể hoạt tính kháng khuẩn và chống oxy hóa của sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của allicin trong quá trình chiết xuất là rất quan trọng.

III. Cách Chiết Xuất Hợp Chất Sinh Học Tỏi Bằng Enzyme Hiệu Quả Nhất

Để vượt qua những thách thức trong việc chiết xuất hợp chất sinh học từ tỏi, việc sử dụng enzyme là một giải pháp hiệu quả. Các enzyme như cellulase, pectinase, amylase, và protease có khả năng phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật, giúp giải phóng các hợp chất mong muốn một cách dễ dàng hơn. Việc lựa chọn enzyme phù hợp phụ thuộc vào thành phần tế bào mục tiêu cần phá vỡ. Ngoài ra, việc tối ưu hóa các điều kiện phản ứng như pH, nhiệt độ, thời gian ủ, và nồng độ enzyme cũng rất quan trọng để đạt được hiệu quả chiết xuất cao nhất. Theo nghiên cứu, enzyme Viscozyme với nồng độ 2%, pH 5.5, nhiệt độ 40oC, thời gian ủ 2 giờ giúp tăng khả năng thu nhận hợp chất organosulfur từ tỏi lên gấp ba lần.

3.1. Lựa Chọn Các Loại Enzyme Phù Hợp Cho Chiết Xuất Tỏi

Việc lựa chọn enzyme phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả chiết xuất. Cellulase được sử dụng để phá vỡ thành tế bào thực vật, giúp giải phóng các hợp chất bị khóa bên trong. Pectinase có tác dụng phân hủy pectin, một thành phần quan trọng của thành tế bào. Protease giúp phân hủy protein, tạo điều kiện cho việc giải phóng các hợp chất khác. Amylase phân giải tinh bột nếu có trong mẫu tỏi. Việc kết hợp nhiều loại enzyme có thể mang lại hiệu quả chiết xuất cao hơn.

3.2. Tối Ưu Hóa Điều Kiện Chiết Xuất Enzyme pH Nhiệt Độ Thời Gian

Hiệu quả hoạt động của enzyme phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện phản ứng như pH, nhiệt độ, và thời gian ủ. Mỗi enzyme có một khoảng pH và nhiệt độ tối ưu để hoạt động hiệu quả nhất. Việc xác định các điều kiện tối ưu này thông qua các thí nghiệm là rất quan trọng. Thời gian ủ cũng cần được điều chỉnh để đảm bảo enzyme có đủ thời gian để phá vỡ cấu trúc tế bào và giải phóng các hợp chất mong muốn. Theo kết quả nghiên cứu, pH 5.5, nhiệt độ 40 độ C và thời gian ủ 2 giờ là điều kiện thích hợp cho enzyme Viscozyme.

IV. Quy Trình Chiết Xuất Hợp Chất Sinh Học Tỏi Với Enzyme Viscozyme

Viscozyme là một phức hợp enzyme thương mại chứa nhiều loại enzyme khác nhau, bao gồm cellulase, hemicellulase, và pectinase. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm để cải thiện quá trình chiết xuất và chế biến. Trong chiết xuất tỏi, Viscozyme có thể giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, giải phóng các hợp chất sinh học như allicin, diallyl disulfide, và S-allyl cysteine. Quy trình chiết xuất thường bao gồm các bước sau: chuẩn bị mẫu, xử lý mẫu bằng Viscozyme, ủ ở điều kiện tối ưu, và tách chiết các hợp chất mong muốn.

4.1. Các Bước Chuẩn Bị Mẫu Tỏi Cho Quá Trình Chiết Xuất

Việc chuẩn bị mẫu tỏi đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả chiết xuất. Tỏi cần được làm sạch, bóc vỏ, và nghiền nhỏ hoặc cắt thành lát mỏng để tăng diện tích tiếp xúc với enzyme. Mẫu tỏi nên được bảo quản ở nhiệt độ thấp để ngăn chặn sự phân hủy của các hợp chất sinh học trước khi chiết xuất. Ngoài ra, việc xác định hàm lượng nước trong tỏi cũng quan trọng để điều chỉnh lượng enzyme cần sử dụng.

4.2. Thử Nghiệm Chiết Diallyl Disulfide bằng Enzyme Viscozyme

Thử nghiệm chiết diallyl disulfide (DADS) từ tỏi bằng enzyme Viscozyme cần được thực hiện theo quy trình cụ thể. Sau khi tỏi được xử lý bằng enzyme, quá trình chiết tách DADS có thể được thực hiện bằng cách sử dụng dung môi thích hợp, chẳng hạn như diethyl ether hoặc dichloromethane. Dung môi sau đó được loại bỏ bằng cách cô quay hoặc bốc hơi. Hàm lượng DADS trong dịch chiết có thể được xác định bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS).

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Chế Biến Tinh Dầu Tỏi Với Enzyme

Việc sử dụng enzyme trong chế biến tinh dầu tỏi mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng hiệu suất thu hồi, cải thiện chất lượng sản phẩm, và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Enzyme giúp phá vỡ cấu trúc tế bào, giải phóng các hợp chất thơm một cách dễ dàng hơn, đồng thời giảm thời gian và nhiệt độ chiết xuất. Tinh dầu tỏi thu được bằng phương pháp enzyme thường có hàm lượng allicin và các hợp chất organosulfur cao hơn, mang lại hoạt tính sinh học mạnh mẽ hơn.

5.1. Thu Tinh Dầu Tỏi Với Sự Hỗ Trợ Của Enzyme Viscozyme

Quá trình thu tinh dầu tỏi với sự hỗ trợ của enzyme Viscozyme bao gồm các bước: chuẩn bị mẫu tỏi, xử lý mẫu bằng Viscozyme, chưng cất bằng hơi nước, và tách tinh dầu. Sau khi xử lý bằng enzyme, tỏi được chưng cất bằng hơi nước để thu hồi tinh dầu. Tinh dầu thu được sau đó được làm khô bằng natri sulfat khan và bảo quản ở nhiệt độ thấp.

5.2. Phân Tích Hợp Chất Sulfide Trong Tinh Dầu Tỏi Bằng GC MS

Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) được sử dụng để phân tích thành phần các hợp chất sulfide trong tinh dầu tỏi. GC/MS cho phép xác định và định lượng các hợp chất như allicin, diallyl disulfide (DADS), và diallyl trisulfide (DATS). Dữ liệu GC/MS cung cấp thông tin quan trọng về chất lượng và hoạt tính sinh học của tinh dầu tỏi.

VI. Kết Luận và Triển Vọng Ứng Dụng Enzyme Trong Chiết Xuất Tỏi

Ứng dụng enzyme trong chiết xuất hợp chất sinh học từ tỏi là một phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường. Nó giúp cải thiện hiệu suất thu hồi, bảo tồn hoạt tính sinh học, và giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua, bao gồm việc tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí sản xuất, và mở rộng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tìm kiếm các enzyme mới, phát triển các quy trình chiết xuất hiệu quả hơn, và khám phá các ứng dụng tiềm năng của hợp chất sinh học từ tỏi trong điều trị bệnh và cải thiện sức khỏe.

6.1. Ưu Điểm Của Phương Pháp Chiết Xuất Enzyme So Với Truyền Thống

Phương pháp chiết xuất bằng enzyme có nhiều ưu điểm so với phương pháp truyền thống: tăng hiệu quả chiết xuất, giảm sử dụng dung môi độc hại, bảo tồn hoạt tính sinh học của hợp chất, và giảm tác động môi trường. Phương pháp này cũng cho phép chiết xuất các hợp chất khó tiếp cận bằng phương pháp truyền thống.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Ứng Dụng Enzyme Chiết Xuất Tỏi

Hướng nghiên cứu và phát triển cần tập trung vào tìm kiếm các enzyme mới có hoạt tính mạnh hơn và ổn định hơn, phát triển các quy trình chiết xuất tối ưu hóa, và nghiên cứu các ứng dụng mới của hợp chất sinh học từ tỏi trong y học và công nghiệp thực phẩm. Nghiên cứu về cơ chế hoạt động của enzyme trong quá trình chiết xuất cũng rất quan trọng để cải thiện hiệu quả và kiểm soát quy trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cây tỏi (Allium sativum) là một trong những loại dược liệu và gia vị cổ xưa nhất thế giới với lịch sử ứng dụng trên 7.000 năm. Tại Việt Nam, nguồn nguyên liệu tỏi Lý Sơn thuộc tỉnh Quảng Ngãi được đánh giá là một loại nông sản đặc hữu có giá trị sinh học vượt trội nhờ hàm lượng allicin tự nhiên đạt khoảng 0,767%, cao hơn hẳn so với tỏi ta thông thường (0,712%) và tỏi nhập khẩu (0,670%). Mặc dù chứa nguồn dược chất dồi dào, việc khai thác các hợp chất sinh học từ củ tỏi hiện nay vẫn gặp nhiều rào cản kỹ thuật nghiêm trọng.

Các phương pháp chiết xuất truyền thống như ngâm chiết bằng dung môi hữu cơ hay ngấm kiệt thường đối mặt với vách tế bào thực vật kiên cố cấu tạo từ cellulose và hemicellulose. Điều này dẫn đến hiệu suất thu hồi thấp, thời gian chiết kéo dài từ 20 đến 30 ngày, tiêu tốn năng lượng và dễ để lại tồn dư hóa chất độc hại trong thành phẩm. Nhằm giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài tập trung vào mục tiêu tối ưu hóa điều kiện hoạt động của chế phẩm enzyme thương mại Viscozyme L để phá vỡ thành tế bào thực vật, nâng cao hiệu suất trích ly hợp chất organosulfur (đặc biệt là diallyl disulfide) và đa dạng hóa các dòng sản phẩm giá trị gia tăng từ tỏi Lý Sơn.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học thuộc Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình được chứng minh qua các thông số định lượng ấn tượng: việc ứng dụng enzyme giúp tăng hiệu suất thu nhận diallyl disulfide lên gấp 3 lần, tăng sản lượng dịch ép và tinh dầu từ 1,5 đến 2 lần, tăng hoạt tính kháng oxy hóa gấp 4 lần và nâng hàm lượng phenolic tổng lên gấp 6 lần so với phương pháp không sử dụng enzyme.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng hai hệ thống lý thuyết sinh hóa học then chốt kết hợp cùng các mô hình chuyển hóa dược chất thực vật:

• Lý thuyết xúc tác sinh học phá vỡ thành tế bào (Enzyme-Assisted Extraction): Vách tế bào tỏi chứa mạng lưới phức tạp gồm cellulose, hemicellulose và pectin, đóng vai trò như một lớp màng ngăn cản sự khuếch tán của các hợp chất nội bào ra môi trường. Cơ chế của chế phẩm Viscozyme L (nguồn gốc từ chủng vi nấm Aspergillus aculeatus với hoạt tính 100 FBG/g) dựa trên sự phối hợp đồng bộ giữa endocellulase (cắt ngẫu nhiên liên kết alpha-1,4-glucoside), exocellulase, beta-glucosidase và hemicellulase. Quá trình này thủy phân các chuỗi polysaccharide mạch dài thành oligosaccharide và glucose hòa tan, làm suy yếu cấu trúc vách và giải phóng tối đa các túi chứa hoạt chất.
• Lý thuyết chuyển hóa hợp chất lưu huỳnh sinh học (Organosulfur): Trong tép tỏi nguyên vẹn, hợp chất alliin tồn tại ở tế bào chất còn enzyme alliinase (chiếm khoảng 10% lượng protein tổng của tép tỏi) được lưu giữ trong không bào. Khi tế bào bị tác động cơ học hoặc enzym phân giải, alliinase lập tức xúc tác chuyển hóa alliin thành allicin chỉ trong vòng 10 giây. Allicin sau đó chuyển hóa thành các hợp chất bền vững hơn như diallyl disulfide (DADS), diallyl trisulfide (DATS) và ajoene – những chất quyết định trực tiếp hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và ức chế tế bào ung thư.
• Các khái niệm then chốt: Hợp chất lưu huỳnh hữu cơ (organosulfur), diallyl disulfide (DADS), năng lực khử gốc tự do ABTS, hàm lượng phenolic tổng (Total Phenolic Content – TCP) và cơ chế khuếch tán hoạt chất sinh học qua màng bán thấm.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu nghiên cứu: Nguyên liệu tỏi tươi Lý Sơn chính hiệu được chuẩn hóa với hàm lượng nước trung bình chiếm khoảng 65%. Toàn bộ các bố trí thí nghiệm vật lý, hóa học và sinh học đều được tiến hành lặp lại tối thiểu 3 lần độc lập (cỡ mẫu n=3) nhằm loại bỏ sai số ngẫu nhiên và đảm bảo độ tin cậy thống kê.
• Phương pháp phân tích hóa lý và hóa sinh:
  • Xác định hàm lượng DADS bằng phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS tại bước sóng cực đại 240 nm dựa trên định luật Lambert-Beer.
  • Định lượng phenolic tổng bằng phản ứng tạo màu với thuốc thử Folin-Ciocalteu tại bước sóng 765 nm, tính theo đương lượng acid gallic (mg GAE/kg).
  • Định danh và phân tích thành phần các hợp chất sulfide trong tinh dầu tỏi bằng hệ thống Sắc ký khí ghép Khối phổ (GC/MS) với cột phân tách mao quản ZB-5 (kích thước 30m x 0,25mm).
  • Đo lường năng lực chống oxy hóa thông qua khả năng ức chế và làm mất màu cation gốc tự do ABTS+.
• Phương pháp kiểm định vi sinh vật: Đánh giá tính nhạy cảm và đường kính vòng vô khuẩn bằng kỹ thuật khuếch tán giếng thạch trên môi trường Mueller-Hinton Agar (MHA) đối với 3 chủng vi sinh vật chỉ thị nguy hiểm: Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella typhimurium ATCC 14028 và Staphylococcus aureus kháng Methicillin (MRSA ATCC 43300).
• Thiết kế thí nghiệm và tiến độ: Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm cổ điển đơn yếu tố để khảo sát 4 biến số độc lập của enzyme Viscozyme L (nồng độ từ 0% đến 3,0% v/w; pH từ 3,0 đến 6,0; nhiệt độ từ 30°C đến 50°C; thời gian từ 1 đến 5 giờ), sau đó ứng dụng các thông số tối ưu vào quy trình chế biến thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Xác lập thông số tối ưu của quá trình xử lý enzyme: Thực nghiệm chứng minh chế phẩm enzyme Viscozyme L đạt hiệu quả xúc tác cao nhất tại nồng độ 2,0% (v/w), độ pH 5,5, nhiệt độ ủ 40°C và thời gian ủ phản ứng là 2 giờ (120 phút).
• Tăng vọt hiệu suất trích ly hợp chất diallyl disulfide: Dưới các điều kiện tối ưu được xác lập, khả năng thu nhận diallyl disulfide (đo qua giá trị mật độ quang OD tại 240 nm) tăng gấp 3,0 lần so với mẫu ngâm chiết đối chứng không qua xử lý enzyme.
• Gia tăng đáng kể sản lượng tinh dầu và dịch ép tỏi: Việc tiền xử lý tỏi bằng Viscozyme L làm tăng hiệu suất thu hồi dịch ép và tinh dầu tỏi từ 1,5 đến 2,0 lần (tương đương mức tăng trưởng từ 150% đến 200%). Kết quả phân tích GC/MS khẳng định tinh dầu thu được vẫn giữ nguyên vẹn các thành phần sulfide đặc trưng với độ tinh khiết cao.
• Nâng cao vượt bậc hoạt tính sinh học của các sản phẩm:
  • Hoạt tính kháng oxy hóa bắt gốc tự do ABTS của dịch chiết tỏi có xử lý enzyme tăng gấp 4 lần so với mẫu không xử lý.
  • Hoạt tính kháng khuẩn của dịch ép tỏi tăng 1,5 lần thông qua sự mở rộng rõ rệt của đường kính vòng ức chế đối với cả 3 chủng E. coli, Salmonella và đặc biệt là chủng siêu vi khuẩn kháng thuốc MRSA.
  • Hàm lượng phenolic tổng (TCP) trong sản phẩm bột tỏi thành phẩm tăng gấp 6,0 lần, đem lại nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên vô cùng dồi dào.

Thảo luận kết quả

Cơ chế nâng cao hiệu suất của Viscozyme L bắt nguồn từ khả năng cắt đứt có chọn lọc các cầu nối polysaccharide trong thành tế bào thực vật. Khi mạng lưới cellulose và hemicellulose bị thủy phân ở nhiệt độ vừa phải (40°C), độ nhớt của dịch bào giảm mạnh, tạo điều kiện cho dung môi thấm sâu và lôi cuốn các hợp chất organosulfur kém phân cực ra ngoài mà không làm biến tính nhiệt hay phân hủy các phân tử allicin nhạy cảm.

Khi so sánh với các công bố quốc tế, kết quả này hoàn toàn tương thích và khẳng định tính ưu việt của công nghệ enzyme. Điển hình, nghiên cứu của Sowbhagya và cộng sự từng ghi nhận sản lượng tinh dầu tỏi tăng từ 0,28% lên mức 0,39 - 0,51% khi có mặt enzyme. Việc tăng hàm lượng polyphenol lên 6 lần trong nghiên cứu này thậm chí còn vượt trội hơn mức tăng từ 1,6 đến 5 lần trên bã nho đen của các nghiên cứu tại châu Âu. Toàn bộ các xu hướng biến thiên của nồng độ enzyme, pH và nhiệt độ có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ đáp ứng động học và bảng đối chiếu đường kính kháng khuẩn vi sinh (tính bằng milimet), minh chứng cho tiềm năng to lớn của việc ứng dụng công nghệ sinh học vào chế biến nông sản.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa quy trình thủy phân sinh học quy mô công nghiệp: Các doanh nghiệp chế biến nông sản và dược phẩm cần đưa quy trình tiền xử lý bằng Viscozyme L (nồng độ 2,0% v/w, nhiệt độ ủ 40°C, pH 5,5 trong thời gian 120 phút) vào dây chuyền sản xuất tinh dầu và dịch ép tỏi nhằm đạt mục tiêu nâng hiệu suất thu hồi sản phẩm lên trên 80% trong vòng 6 đến 12 tháng tới.
• Đa dạng hóa chuỗi sản phẩm giá trị gia tăng từ tỏi Lý Sơn: Đề xuất các nhà máy sản xuất thực phẩm chức năng phối hợp cùng các viện nghiên cứu phát triển 3 dòng sản phẩm chủ lực: bột tỏi hòa tan giàu polyphenol, dịch ép tỏi kháng khuẩn sinh học và viên nang mềm tinh dầu tỏi, phấn đấu nâng giá trị thương mại của nguồn nguyên liệu tỏi Lý Sơn lên 200% - 300% trong giai đoạn 2026 - 2028.
• Xây dựng vùng nguyên liệu tỏi hữu cơ đạt chuẩn chất lượng cao: Ủy ban Nhân dân huyện đảo Lý Sơn cùng Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Quảng Ngãi cần thiết lập quy chuẩn canh tác sạch nhằm đảm bảo hàm lượng allicin tự nhiên trong củ tỏi luôn duy trì ổn định trên mức 0,76%, phục vụ cung ứng nguyên liệu đầu vào bền vững cho công nghệ chiết xuất sinh học.
• Nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi bao bảo vệ hoạt chất: Các trung tâm R&D chuyên ngành Công nghệ sinh học cần tiếp tục thử nghiệm công nghệ vi bao (microencapsulation) đối với tinh dầu và dịch chiết tỏi sau thủy phân enzyme nhằm kiểm soát tốc độ bay hơi của diallyl disulfide, kéo dài thời hạn bảo quản sản phẩm lên từ 12 đến 24 tháng mà không làm suy giảm hoạt tính sinh học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Doanh nghiệp chế biến thực phẩm và dược liệu: Nắm bắt quy trình công nghệ chiết xuất xanh có hỗ trợ của enzyme để cải tiến dây chuyền sản xuất, tăng gấp 1,5 đến 2 lần sản lượng tinh dầu và dịch ép, đồng thời giảm thiểu chi phí năng lượng và loại trừ rủi ro tồn dư hóa chất.
• Các nhà khoa học và giảng viên ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về cơ chế thủy phân tế bào của phức hệ carbohydrase (100 FBG/g), phương pháp định lượng hợp chất lưu huỳnh qua phổ UV-VIS tại bước sóng 240 nm và phân tích sắc ký khối phổ GC/MS.
• Hợp tác xã và cơ quan quản lý nông nghiệp tại các địa phương trồng tỏi: Định hướng chiến lược phát triển chuỗi giá trị nông sản sau thu hoạch cho tỏi đặc sản Lý Sơn, chuyển đổi từ xuất bán tỏi tươi thô sang các sản phẩm chế biến sâu có giá trị gia tăng cao.
• Chuyên viên nghiên cứu phát triển (R&D) các chế phẩm kháng khuẩn tự nhiên: Tham khảo dữ liệu thực nghiệm về khả năng ức chế mạnh mẽ của dịch ép tỏi đối với chủng vi khuẩn kháng thuốc nguy hiểm MRSA ATCC 43300 để phát triển các dòng sản phẩm xịt kháng khuẩn, nước súc miệng thảo dược hoặc phụ gia bảo quản sinh học.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao việc sử dụng enzyme Viscozyme L lại vượt trội hơn các phương pháp chiết xuất truyền thống?
  Viscozyme L chứa phức hệ enzyme carbohydrase với hoạt tính 100 FBG/g giúp thủy phân chọn lọc các liên kết cellulose và hemicellulose ở thành tế bào tỏi. Quá trình này diễn ra ở điều kiện êm dịu (40°C), giúp tăng khả năng thu nhận diallyl disulfide lên gấp 3 lần mà không làm tổn hại nhiệt tới hoạt chất như các phương pháp dùng dung môi hữu cơ.
• Đặc tính hóa học của tỏi Lý Sơn có điểm gì nổi bật so với các giống tỏi khác?
  Tỏi Lý Sơn trồng trên đất phong hóa núi lửa và cát biển sở hữu hàm lượng allicin tự nhiên đạt 0,767%, cao hơn so với tỏi ta thông thường (0,712%) và tỏi nhập khẩu (0,670%). Nhờ đó, dịch chiết và tinh dầu thu được có hoạt tính kháng oxy hóa và khả năng ức chế tăng cholesterol trong máu cao vượt trội.
• Nhiệt độ ủ 40°C trong 2 giờ có làm bay hơi hoặc biến tính các hợp chất lưu huỳnh trong tỏi không?
  Mức nhiệt 40°C là nhiệt độ tối ưu cho enzyme hoạt động nhưng vẫn nằm dưới ngưỡng phân hủy nhiệt của allicin và diallyl disulfide (nhiệt độ sôi của DADS khoảng 138°C). Thời gian ủ 2 giờ trong bình kín hoàn toàn bảo toàn các cấu tử sulfide quý giá, được xác thực qua phân tích sắc ký GC/MS.
• Sản phẩm dịch ép tỏi qua xử lý enzyme có khả năng ức chế các loại vi khuẩn nào?
  Dịch ép tỏi sau khi xử lý enzyme thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tăng 1,5 lần, tạo đường kính vòng vô khuẩn rõ rệt trên đĩa thạch đối với các trực khuẩn đường ruột như Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella typhimurium ATCC 14028 và đặc biệt là chủng tụ cầu vàng kháng kháng sinh MRSA ATCC 43300.
• Hàm lượng phenolic tổng trong bột tỏi tăng 6 lần mang lại ý nghĩa thực tế như thế nào?
  Sự gia tăng gấp 6 lần hàm lượng phenolic tổng (đo tại bước sóng 765 nm) cùng với việc tăng hoạt tính bắt gốc tự do ABTS gấp 4 lần giúp bột tỏi trở thành nguồn nguyên liệu chống lão hóa, ngăn ngừa tổn thương tế bào và là thành phần lý tưởng cho các sản phẩm thực phẩm chức năng chăm sóc tim mạch.

Kết luận

• Xác định thành công bộ thông số tối ưu cho quá trình xử lý tỏi tươi bằng enzyme Viscozyme L gồm: nồng độ 2,0% (v/w), pH 5,5, nhiệt độ ủ 40°C trong thời gian 2 giờ.
• Gia tăng khả năng thu nhận hợp chất organosulfur diallyl disulfide lên gấp 3 lần so với phương pháp ngâm chiết truyền thống.
• Cải thiện vượt bậc hiệu suất thu hồi tinh dầu tỏi và dịch ép tỏi từ 1,5 đến 2 lần, đồng thời duy trì độ tinh khiết cao của các cấu tử sulfide qua kiểm định GC/MS.
• Nâng cao toàn diện các chỉ số sinh học: hoạt tính kháng oxy hóa ABTS tăng gấp 4 lần, hoạt tính kháng khuẩn tăng 1,5 lần và hàm lượng phenolic tổng tăng gấp 6 lần.
• Đa dạng hóa thành công danh mục sản phẩm từ nguồn nguyên liệu tỏi Lý Sơn bao gồm tinh dầu tỏi, dịch ép tỏi kháng khuẩn và bột tỏi hòa tan giàu dược tính.

Đóng góp cốt lõi của luận văn là thiết lập quy trình công nghệ sinh học xanh, an toàn và hiệu quả, phá vỡ giới hạn cấu trúc vách tế bào thực vật nhằm khai thác tối đa dược chất quý trong tỏi đặc sản Việt Nam. Kế hoạch tiếp theo đề xuất mở rộng thử nghiệm quy trình ở quy mô pilot 50 - 100 kg nguyên liệu/mẻ trong vòng 6 đến 12 tháng tới. Các doanh nghiệp chế biến và viện nghiên cứu quan tâm được khuyến khích liên hệ hợp tác để nhận chuyển giao công nghệ và thương mại hóa chuỗi sản phẩm tỏi giá trị cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Ứng dụng enzyme trong chiết xuất các hợp chất sinh học và đa dạng hóa các sản phẩm từ tỏi “ Mục đích nghiên cứu:  Khảo sát điều kiện hoạt động thích hợp của enzyme trong chiết xuất hợp chất từ tỏi.  Ứng dụng enzyme trong chế biến các sản phẩm từ tỏi  Đánh giá hoạt tính sinh học của sản phẩm tỏi. 2 Tổng quan tài liệu PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về cây tỏi 1.

Đặc điểm thực vật và phân loại Cây tỏi có tên khoa học là Allium sativum L. Các gọi thường gặp là Tỏi ta (Việt Nam), Garlic (Anh, Mỹ), Ail (Pháp), Knoblauch (Đức) [3]. Tỏi ta là tên gọi cây tỏi được sử dụng thống nhất trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Về phân loại thực vật tỏi thuộc: Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Liliopsida Phân lớp: Liliopsida Bộ: Asparagales Họ: Alliaceae Phân họ: Allioideae Tông: Allieae Chi: Allium Loài: A.

sativum Cây tỏi thuộc loài thảo nhỏ, thân thực hình trụ, phía dưới mang nhiều rễ phụ, phía trên mang nhiều lá. Lá cứng, hình dải, thẳng dài 15 – 50 cm, rộng 1- 2,5 cm có rãnh khía, mép lá hơi ráp. Ở mỗi nách lá phía gốc có một chồi nhỏ sau này phát triển thành một tép tỏi, các tép này nằm chung trong một cái bao (do các bẹ lá trước đó tạo ra) thành một củ tỏi tức là thân hành (giò) của tỏi. Hoa xếp thành tán ở ngọn 3 Tổng quan tài liệu thân trên một cánh hoa dài 55cm hay hơn.

Bao hoa màu trắng hay hồng bao bởi một cái mo dễ rụng tận cùng thành mũi nhọn dài. Củ tỏi có kích thước trung bình 2-4 cm, có màu trắng, mỗi củ có từ 12-20 tép tỏi [4].Tỏi thích hợp với nhiệt độ 60 độ đến 70 độ F, đất thông thoáng không ứ nước, có tính axit nhẹ. Tỏi được trồng rộng rãi khắp nơi trên thế giới, ở Việt Nam tỏi được trồng chủ yếu ở Lý Sơn (Quảng Ngãi), Ninh Thuận, Kim Môn (Hải Dương), Gia Lâm (Hà Nội). Cây tỏi Lý Sơn: Được trồng chủ yếu tại huyện đảo Lý Sơn, vùng đất được hình thành do quá trình hoạt động của núi lửa và do sự bồi đắp của cát biển.

Củ tỏi Lý Sơn có kích thước nhỏ, tép tỏi vừa, màu trắng, mùi vị cay nồng, thơm, ăn xong có vị ngọt dịu nhẹ. Năm 2009, tỏi Lý Sơn được Cục Sở Hữu Trí Tuệ Việt Nam công nhận thương hiệu. Bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao áp (HPLC) với detector PDA đã xác định được hàm lượng allicin của tỏi Lý Sơn là 0,767% cao hơn tỏi ta (0,712%) và tỏi Trung Quốc (0,670%) [5]. Cao chiết toàn phần tỏi thu hái tại đảo Lý Sơn có tác dụng ức chế tăng cholesterol và triglycerid trong máu động vật thí nghiệm trên cả hai phương pháp tăng cholesterol nội sinh và ngoại sinh, tác dụng này mạnh hơn tỏi ta và tỏi Trung Quốc [6].

Thành phần hóa học và một số hợp chất chính 1. Thành phần hóa học Về phương diện dinh dưỡng và trị liệu củ tỏi có tính sát trùng do có chứa các hợp chất sulfur, giúp tạo cảm giác thèm ăn do kích thích vị giác và trợ tiêu hóa[7]. Thành phần hóa học trong củ tỏi thể hiện trong bảng 1.1 4 Tổng quan tài liệu Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong củ tỏi Thành phần hóa học (100g) Nước (%) 65 Protein (g) 6, 39 Lipid (g) 0, 5 Glucid (g) 1 Magie (mg) 25 Canxi (mg) 181 Phospho (mg) 153 Kẽm (mg) 1, 16 Kali (mg) 401 Mangan (mg) 1, 67 Natri (mg) 17 Vitamin C (mg) 31, 2 Selen (µg) 14, 2 Axit folic (Vitamin B9) (µg) 3 Vitamin B6(mg) 1, 23 Axit pantothenic (Vitamin B5) (mg) 0, 59 Niacin (Vitamin B3) (mg) 0, 7 Riboflavin(Vitamin B2) (mg) 0, 11 Thiamin (Vitamin B1) (mg) 0, 2 Betacaroten (µg) 5 1. Một số hợp chất chính a/ Allicin Năm 1947, Stoll và Seebeck đã phân lập được một amino acid chứa lưu huỳnh từ tỏi và đặc tên là alliin [8].

Bản thân alliin không có hoạt tính kháng khuẩn và tương đối bền. Vì alliin có hai nguyên tử bất đối nên có thể có bốn đồng phân quang học, 5 Tổng quan tài liệu nhưng trong tỏi chỉ thấy có một đồng phân (+) –S–allyl–L–cystein sulfoxide. Alliin là hợp chất đầu tiên được tìm thấy trong thiên nhiên chứa một nguyên tử lưu huỳnh và một nguyên tử carbon bất đối. Alliin có hàm lượng 5 đến 14 mg trong một gram tỏi tươi.

Do có nhóm amin, carboxyl, liên kết đôi, nên alliin có khả năng phản ứng hóa học rất cao. Trong các điều kiện phản ứng khác nhau, alliin dễ dàng bị chuyển hóa để tạo ra các sản phẩm. Một trong những phản ứng chuyển hóa cơ bản và quan trọng nhất là sự tạo thành allicin dưới tác dụng của enzyme allinase [8]. Sự chuyển hóa này xảy ra cực kỳ nhanh ở nhiệt độ phòng chỉ trong vòng 10 giây.

Allinase có mặt trong tỏi với lượng lớn khác thường đối với một enzyme, gồm ít nhất 10% protein tổng số của tép tỏi. Các tép tỏi chứa các lượng allinase và alliin xấp xỉ bằng nhau (10mg/g trọng lượng tươi). Điều này có thể giải thích rõ tại sao alliin lại chuyển hóa thành các thiosulfide quá nhanh khi tỏi được ép ra [9].1 Công thức cấu tạo Allicin Ở điều kiện bình thường, trong các tế bào nguyên vẹn của tỏi, allinase và alliin bị tách biệt về mặt vật lý: các enzyme allinase tồn tại trong không bào trong khi alliin tồn tại ở tế bào chất. Tuy nhiên khi tép tỏi bị nghiền nát hoặc bị tổn thương, thì hai phân tử này có mặt ở cùng một nơi xảy ra phản ứng.

Do đó cắt càng nhỏ hoặc càng đập nát, dịch tỏi có hoạt tính càng cao. Allicin là hợp chất có tính kháng sinh mạnh. Allicin không phải là cấu tử hiện diện tự nhiên trong tỏi mà nó được hình thành S-Allylcystein sulfocide hay alliin. Bản thân alliin không có tác dụng kháng khuẩn nhưng dưới tác dụng của enzyme allinase có sẵn trong tỏi sẽ tạo thành allicin – một ankyl thiosulfinate.

Allicin có vai trò kháng khuẩn và kháng nấm. Quá trình chuyển hóa hình thành allicin được thể hiện trong sơ đồ sau. 6 Tổng quan tài liệu Hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa hình thành Allicin Alliin là một chất kết tinh, không màu, tan được trong nước và hầu như không mùi ; ngược lại Allicin là chất lỏng không màu, có mùi tỏi mạnh có khối lượng riêng (d= 1,112 g/cm3). Khi cho kết hợp với kiềm thì allicin tạo thành allyl disulfide kết tủa.

Allicin khi kết hợp với cystein hoạt tính sinh học của nó không tồn tại do tạo nên chất mới, chất này không mang đặc tính giống allicin. b/ Hợp chất Diallyl disulfide Hình 1. 3 Công thức cấu tạo Diallyl disulfide Diallyl disulfide một hợp chất có tên gọi là organosulfur. Organosulfur là một chất lỏng màu vàng, không hòa tan trong nước và có mùi tỏi mạnh, có nhiệt độ sôi 138 o C -139oC và là hợp chất không phân cực nên chúng hòa tan tốt trong các dung môi không phân cực.

Diallyl disulfide được tạo ra trong quá trình phân hủy của allicin, được hình thành khi nghiền tỏi và cây trồng khác họ Alliaceae. Hợp chât Diallyl disulfide khi tăng nhiệt độ sẽ phân hủy tạo ra hỗn hợp chứa nhiều cấu tử khác nhau. Diallyl disulfide có nhiều lợi ích sức khỏe bởi tính kháng khuẩn song nó cũng là một chất gây dị 7 Tổng quan tài liệu ứng. Trong công nghiệp thực phẩm, Diallyl disulfide được sử dụng để giữ mùi vị cho thịt, rau và trái cây.

Thành phần hóa học của tỏi đã công bố ở tài liệu [7] có chứa allicin, diallyl disulfide, diallyl trisulfide, ajoene…Và cũng chứng minh được allicin, diallyl disulfide, ajoene… là những hợp chất có khả năng kháng khuẩn cao, có tính chất quyết định khả năng kháng khuẩn của dịch chiết tỏi. Mặt khác xét về mặt tính chất thì allicin là chất không màu, dễ bị oxy hóa làm cho hoạt tính kháng khuẩn giảm đi nhiều. Còn diallyl disulfide là chất có màu vàng, bền hơn allicin. Bằng phương pháp đo quang phổ có thể xác định được hàm lượng của diallyl disulfide ở bước sóng λmax= 240 nm [10].

c/ Hợp chất ajoene: Hình 1.4 Công thức Ajoene Ajoene là hỗn hợp của hai đồng phân E, Z – 4, 5, 9 – trithiadodeca – 1, 6, 11-triene – 9 oxide. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng ajoene có nhiều thuộc tính quan tâm trong y học hiện nay. Nó có chức năng như một chất chống oxy hóa, bằng cách ức chế superoxide. Ajoene cũng có khả năng chống huyết khối (chống đông máu), giúp ngăn chặn sự kết cụm của tiểu cầu hình thành cục máu đông, có khả năng làm giảm nguy cơ bệnh tim mạch và đột quỵ ở người.

Ajoene cũng được biết là hợp chất có phổ kháng khuẩn rộng (kháng khuẩn và kháng nấm), là chất ngăn ngừa nhiễm nấm men (Candida albicans) hiệu quả. Ajoene thậm chí đã được chứng minh hiệu quả trong việc ức chế tăng trưởng tế bào khối ung thư [11]. 8 Tổng quan tài liệu 1. Hoạt tính sinh học Tỏi đã được xem như là một loại thảo dược từ xa xưa.

Tác dụng dược lý chính của tỏi là do các hợp chất organosulfur. Các nghiên cứu in vitro chỉ ra rằng tỏi có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, chống ký sinh trùng, kháng virus, chất kháng oxy hóa, cũng như chống huyết khối và chống ung thư. Nó cũng có tác dụng giảm cholesterol trong huyết tương, giảm huyết áp và giảm kết tập tiểu cầu[12]. Hoạt tính kháng khuẩn Khả năng kháng khuẩn là một trong những đặc tính đầu tiên được nghiên cứu ở tỏi.

Tỏi đã được chứng minh là ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn gram âm, gram dương và kháng acid cũng như các loại sản xuất độc tố. Những vi khuẩn mà tỏi có hiệu quả bao gồm các chủng Pseudomonas, Proteus, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebseilla, Salmonella, Micrococcus, Bacillus subtilis, Mycobacterium và Clostridium. Một vài trong số các vi khuẩn đó kháng Penicillin, Streptomycin, Doxycilline và Cephalexin. Gần đây có báo cáo là chiết xuất từ tỏi có tác dụng diệt vi khuẩn Streptococcus mutans, Streptococcus sobrinus, Porphyromonas gingivalis và Prevotella intermedia (vi khuẩn gram dương) là những vi khuẩn gây sâu răng và bệnh nha chu.

Chất có hoạt động kháng khuẩn của tỏi là chợp chất sulfur có nguồn gốc từ allicin như DAS, DADS và ajoene cũng như các thiosulfinate khác được phân lập từ tỏi ngâm dầu. Các nghiên cứu dịch tễ học đã chứng minh DAS và DADS từ tỏi có thể bảo vệ chống lại nhiễm trùng Helicobacter pylori, vì vậy giảm nguy cơ tổn thương tăng sinh trong dạ dày[13].