Ảnh hưởng của dung môi và phương pháp trích ly đến khả năng chiết tách các hợp chất phenolics, saponins và alkaloids từ vỏ quả ca cao (Theobroma cacao L.)

- ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY ĐẾN KHẢ NĂNG CHIẾT TÁCH CÁC HỢP CHẤT PHENOLICS, SAPONINS VÀ.
- ALKALOIDS TỪ VỎ QUẢ CA CAO (Theobroma cacao L.).
- 1 Nhóm nghiên cứu phát triển và giảng dạy Thực phẩm chức năng, Trường Đại học Nha Trang.
- Chiết tách, dung môi, hoạt chất sinh học, phương pháp trích ly, vỏ quả ca cao.
- Bioactive compounds, ca cao pod husk, extraction, extraction method, solvent.
- Nghiên cứu này nhằm xác định ảnh hưởng của dung môi (nước, ethanol, methanol, ethyl acetate, chloroform, acetone và n-hexane) và phương pháp trích ly (truyền thống, hỗ trợ siêu âm, hỗ trợ vi sóng) đến khả năng chiết tách các hợp chất phenolics, saponins và alkaloids từ vỏ quả ca cao.
- Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng trong số 07 dung môi thử nghiệm thì methanol và n-hexane có khả năng chiết tách hợp chất phenolics và alkaloids tốt nhất nhưng không có sự khác biệt đáng kể so với nước (P <.
- 0,05), trong khi đó, methanol là dung môi có khả năng chiết tách hợp chất saponins tốt hơn so với các dung môi còn lại.
- Giữa 03 phương pháp trích ly khảo sát thì trích ly hỗ trợ vi sóng có khả năng chiết tách hợp chất phenolics và saponins hiệu quả nhất và có sự khác biệt đáng kể so với 02 phương pháp còn lại (P <.
- 0,05), tuy nhiên trích ly hỗ trợ siêu âm có khả năng chiết tách hợp chất alkaloids hiệu quả hơn so với 02 phương pháp còn lại.
- Vì vậy, nghiên cứu này đề xuất sử dụng nước để chiết tách hợp chất phenolics và alkaloids, còn methanol để chiết tách hợp chất saponins.
- trích ly hỗ trợ vi sóng để chiết tách hợp chất phenolics và saponins, còn trích ly hỗ trợ siêu âm để chiết tách hợp chất alkaloids từ vỏ quả ca cao..
- Ảnh hưởng của dung môi và phương pháp trích ly đến khả năng chiết tách các hợp chất phenolics, saponins và alkaloids từ vỏ quả ca cao (Theobroma cacao L.
- Sản lượng ca cao (Theobroma cacao L.) của Việt Nam năm 2018 đạt 5.704 tấn, năng suất bình quân đạt 12 tạ hạt khô/ha (Newman and Cragg, 2007), mang lại nguồn lợi lớn cho sản xuất hạt ca cao phục vụ sản xuất chocolate.
- Vỏ quả ca cao chiếm từ 67 – 76% khối lượng quả, trong quá trình chế biến ca cao, cứ 500 tấn hạt/năm sẽ tạo ra 2.500 tấn vỏ quả tươi, 50 tấn vỏ hạt khô (Newman et al., 2003).
- Như thế, mỗi năm lượng vỏ thải bỏ lên tới hơn 25.000 tấn vỏ quả tươi, gây lãng phí và ô nhiễm môi trường..
- Gần đây, đã có một số nghiên cứu tận thu nguồn phế liệu này như: làm bột và thức ăn hỗn hợp dạng đóng bánh cho bò (Newman et al., 2003), làm thức ăn cho gà nuôi lấy thịt (Donkoh et al., 1991), sản xuất phân hữu cơ (Huang et al., 2003), và sản xuất than hoạt tính (Rachmat et al., 2018)..
- Vỏ quả ca cao cũng như các nguồn thực vật khác rất giàu các hoạt chất sinh học phenolics, kháng sinh thực vật như saponins và alkaloids.
- Ngày nay, nghiên cứu thu nhận các hoạt chất sinh học từ thực vật, đặc biệt là các nguồn phế liệu để sử dụng cho các mục đích y học hoặc bổ sung vào thực phẩm chức năng đang ngày càng nhiều, vừa đáp ứng nhu cầu thiếu hụt, vừa giải quyết được lượng phế liệu này..
- Trích ly là quá trình phổ biến để phân tách các chất có hoạt tính sinh học từ nguyên vật liệu (Chew et al., 2011).
- Quá trình trích ly phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có dung môi và phương pháp trích ly.
- Việc lựa chọn dung môi phải dựa vào mục đích trích ly, độ phân cực của dung môi, tính phân cực của hoạt chất sinh học cần trích ly, chi phí, an toàn cho người sử dụng và môi trường,… Các dung môi acetone, ethanol và methanol đã được sử dụng rộng rãi để chiết xuất các thành phần polyphenol từ nguyên liệu thực vật, đặc biệt là các loại thảo mộc và cây thuốc (Tabart et al., 2007, Wang et al., 2008)..
- Các phương pháp trích ly truyền thống (ngâm chiết, chiết Soxhlet, chiết ngấm kiệt.
- có nhược điểm là thời gian thực hiện kéo dài, yêu cầu về độ tinh khiết của dung môi cao, sử dụng lượng dung môi lớn, gây ô nhiễm môi trường và có thể phân hủy các hoạt chất sinh học nhạy cảm với nhiệt độ,… Do đó, nhiều phương pháp trích ly ưu việt như trích ly hỗ trợ siêu âm, trích ly hỗ trợ vi sóng.
- Chẳng hạn như, trích ly hỗ trợ siêu âm và vi sóng có ảnh hưởng tốt đến khả năng chiết tách các hợp chất phenolics, saponins và hoạt tính chống ôxy hóa của chúng từ cây diệp hạ châu và cây.
- Xáo tam phân (Nguyen et al., 2015, Nguyen et al., 2016)..
- Do đó, nghiên cứu này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của 07 dung môi và 03 phương pháp trích ly đến khả năng chiết tách một số nhóm hoạt chất sinh học (phenolics, saponins và alkaloids) từ vỏ quả ca cao.
- Từ đó, lựa chọn được dung môi và phương pháp trích ly phù hợp nhất để chiết tách các hoạt chất sinh học từ vỏ quả ca cao cho các nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo..
- 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- Vỏ quả ca cao (Theobroma cacao L.) được mua từ xã Thành Triệu, huyện Châu Thành, tỉnh Bến Tre vào tháng 12 năm 2018.
- Vỏ quả ca cao được lấy ngay sau khi tách hạt khỏi quả và được bảo quản trong thùng xốp phủ đá khô trong khi vận chuyển về Nha Trang và bảo quản đông ở -20C đến khi sử dụng..
- 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Chuẩn bị mẫu khô.
- Trước khi sử dụng, vỏ ca cao được rã đông ở nhiệt độ phòng, sau đó cắt thành từng lát mỏng với kích thước từ 2 đến 3 cm và sấy bằng lò vi sóng ở 720 W (80% công suất là điều kiện sấy vi sóng phù hợp nhất) đến khối lượng không đổi.
- Cho một lượng bột vỏ ca cao nhất định vào cốc sấy, đem đi cân trên cân phân tích, ghi nhận khối lượng, khi đó tổng khối lượng cốc và mẫu là m 1 (g).
- 2.2.3 Bố trí thí nghiệm trích ly mẫu khô Ảnh hưởng của dung môi trích ly.
- Sau đó, cho 25 ml dung môi vào mỗi ống, để tất cả các ống ở nhiệt độ phòng trong 30 phút, tiếp theo cho vào trong bể ổn nhiệt giữ trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ 55°C.
- Kết thúc 30 phút, lấy các ống ra khỏi bể và ngâm vào thau nước đá để làm lạnh nhanh đến nhiệt độ phòng nhằm ngưng quá trình trích ly.
- Dịch chiết được chứa trong ống nghiệm dung tích là 50 ml, thêm dung môi tương ứng vào để định lượng về cùng một thể tích 50 ml để dễ tính toán về sau, đậy nắp kín.
- Dịch chiết được bảo quản ở -20°C để ổn định cho việc xác định hoạt chất sinh học (Nguyen et al., 2015, Nguyen et al., 2016)..
- Ảnh hưởng của phương pháp trích ly.
- Sau đó, tiến hành trích ly theo từng phương pháp dựa trên các nghiên cứu trước (Nguyen et al., 2016a, Nguyen et al., 2015) và các thí nghiệm thăm dò như sau:.
- Trích ly truyền thống bằng cách ngâm hỗn hợp trong bể ổn nhiệt ở 60C trong 30 phút.
- Trích ly hỗ trợ vi sóng với công suất vi sóng 450 W, thời gian.
- bức xạ 10 s/phút và thời gian trích ly 30 phút.
- Trích ly hỗ trợ siêu âm với công suất siêu âm 100 W ở nhiệt độ 60C trong thời gian 30 phút..
- Dịch chiết sau khi trích ly được bảo quản ở -20C để ổn định cho việc xác định hoạt chất sinh học..
- 2.2.4 Phương pháp phân tích hàm lượng các hoạt chất sinh học của vỏ quả ca cao.
- Hàm lượng phenolics tổng số được biểu diễn tương đương với mg acid gallic/g mẫu khô (mg GAE/g mẫu khô) (Singleton et al., 1999)..
- Hàm lượng saponin được biểu diễn tương đương với mg escin/g mẫu khô (mg EE/g mẫu khô) (Vuong et al., 2013)..
- Hỗn hợp được lắc và trích ly hoàn toàn với 1, 2, 3 và 4 ml chloroform, dịch chiết được gom vào bình định mức 10 ml và pha loãng bằng chloroform.
- Hàm lượng alkaloids tổng số được biểu diễn tương đương với mg atropine/g chất khô (mg AE/g mẫu khô) (Ajanal et al., 2012)..
- 3.1 Ảnh hưởng của dung môi trích ly đến khả năng chiết tách các hoạt chất sinh học từ vỏ quả ca cao.
- Kết quả ảnh hưởng của dung môi trích ly đến khả năng chiết tách các hợp chất phenolics, saponins và alkaloids từ vỏ quả ca cao được trình bày ở Hình 1- 3..
- Kết quả ở Hình 1 cho thấy đối với hợp chất phenolics thì nước và methanol là hai dung môi cho hiệu quả trích ly cao nhất và không có sự khác biệt đáng kể, cụ thể là hàm lượng phenolics trích by bằng methanol là 6,491 mg GAE/g và bằng nước là 6,170 mg GAE/g.
- Đối với hợp chất saponins thì methanol và nước là hai dung môi có khả năng trích ly tốt nhất, tuy nhiên hàm lượng saponins đạt được khi trích ly bằng methanol (50,711 mg EE/g) cao hơn đáng kể so với khi trích ly bằng nước (44,152 mg EE/g), trong khi các dung môi khác có hiệu quả thu hồi thấp đáng kể so với hai dung môi trên (Hình 2)..
- Hình 1: Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng chiết hợp chất phenolics từ vỏ quả ca cao Ghi chú: GAE: gallic acid equivalents (tương đương với gallic acid).
- Kết quả này có thể được lý giải là do các phân tử hợp chất phenolics và saponins mang nhiều nhóm phân cực, do đó chúng hòa tan tốt trong các dung môi phân cực mạnh là methanol và nước (phản ánh bằng độ phân cực tương ứng là 5,1 và 9,0 và hằng số điện môi tương ứng là 32,63 và 78,54).
- Kết quả.
- này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đây tìm thấy methanol và nước là dung môi có hiệu quả trích ly các hợp chất này cao nhất.
- Các dung môi còn lại là dung môi phân cực kém hơn, vì vậy khả năng hòa tan hợp chất phenolics và saponins thấp hơn (độ phân cực của ethanol, ethyl acetate, chloroform,.
- 1,89) (Nguyen et al., 2015, Widyawati et al., 2014)..
- Kết quả thu được ở Hình 3 cho thấy đối với hợp chất alkaloids thì n-hexane có khả năng trích ly cao nhất (16,677 mg AE/g), sau đó là nước (15,004 mg AE/g) và methanol (12,868 mg AE/g).
- Về tính chất, alkaloids trong vỏ ca cao chủ yếu là các hợp chất theobromin, caffein (Nguyen and Nguyen, 2016) có.
- Như vậy, tương tự như khi trích ly hợp chất phenolics và saponins, các dung môi ethanol, ethyl acetate, chloroform và acetone cũng thể hiện khả năng trích ly alkaloids kém hơn so với nước và methanol..
- Hình 2: Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng chiết hợp chất saponins từ vỏ quả ca cao Ghi chú: EE: escin equivalents (tương đương với escin).
- Hình 3: Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng chiết hợp chất alkaloids từ vỏ quả ca cao Ghi chú: AE: atropine equivalents (tương đương với atropine).
- Dựa trên các kết quả phân tích ở trên, để đạt khả năng trích ly cao, an toàn cho người và môi trường trong quá trình chiết tách cũng như khi sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm, đồng thời giảm chi phí dung môi thì chọn nước là dung môi để chiết tách hợp chất phenolics và alkaloids, còn methanol là dung môi để chiết tách hợp chất saponins cho nghiên cứu tối ưu hóa các thông số trích ly tiếp theo...
- 3.2 Ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến khả năng chiết tách các hoạt chất sinh học từ vỏ quả ca cao.
- Kết quả ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến khả năng chiết tách các hoạt chất sinh học từ vỏ quả ca cao được trình bày ở Bảng 1..
- Bảng 1: Ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến khả năng chiết các hoạt chất sinh học từ vỏ quả ca cao.
- Phương pháp chiết Phenolics (mg.
- Kết quả ở Bảng 1 cho thấy trích ly hỗ trợ vi sóng có khả năng thu hồi hợp chất phenolics và saponins (7,257 mg GAE/g mẫu khô và 60,577 mg EE/g mẫu khô) cao hơn đáng kể so với trích ly hỗ trợ siêu âm (6,347 mg GAE/g mẫu khô và 47,681 mg EE/g mẫu khô) và trích ly truyền thống (6,082 mg GAE/g mẫu khô và 45,291 mg EE/g mẫu khô).
- Kết quả này cũng tương tự như kết quả nghiên cứu chiết tách hợp chất phenolics từ cây diệp hạ châu (Nguyen et al., 2016a) và capsaicin từ quả ớt (Trần Anh Khoa và ctv., 2016) bằng trích ly hỗ trợ vi sóng.
- Kết quả này có thể được giải thích là do trích ly hỗ trợ vi sóng tác động lên các phân tử phân cực (như nước), làm cho chúng quay cực nên gây ra các điểm tăng nhiệt độ cục bộ bên trong vật liệu, dẫn đến phá hủy cấu trúc tế bào, tạo ra sự dịch chuyển các hợp chất có tính phân cực mạnh như phenolics và saponins ra bên ngoài và hòa tan vào dung môi nước.
- Tuy nhiên, các alkaloids có tính phân cực kém hơn nên khả năng hòa tan vào dung môi nước kém hơn, dẫn đến hiệu quả trích ly hỗ trợ vi sóng đối với hợp chất alkaloids kém hơn (Nguyen et al., 2015)..
- Đối với hợp chất alkaloids, trích ly hỗ trợ siêu âm có khả năng thu hồi cao hơn đáng kể (24,482 mg AE/g mẫu khô) so với trích ly hỗ trợ vi sóng và trích ly truyền thống (14,387 và 13,848 mg AE/g mẫu khô), đặc biệt trích ly hỗ trợ vi sóng không có hiệu quả khác biệt so với trích ly truyền thống đối với hợp chất alkaloids.
- 1010 K/s) (Nguyen et al., 2016a, Azmir et al., 2013), từ đó làm tăng khả năng hòa tan hợp chất alkaloids (hợp chất có tính phân cực kém hơn các hợp chất phenolics và saponins) vào dung môi, dẫn đến hiệu quả trích ly hỗ trợ siêu âm cao hơn trích ly truyền thống và trích ly hỗ trợ vi sóng.
- Kết quả tương tự cũng được tìm thấy khi trích ly quercetin từ hành tím, theo đó hàm lượng quercetin thu được bằng trích ly hỗ trợ siêu âm cao hơn 19% so với trích ly truyền thống (Nguyễn Minh Thủy và ctv., 2018)..
- Hoạt tính sinh học có liên quan trực tiếp đến các hợp chất được chiết tách, Wirasathien et al.
- (2006) đã chứng minh khả năng chống bệnh lao, sốt rét và gây độc tế bào ung thư của alkaloids chiết từ cây Pseuduvaria setosa, trong khi Rinaldi et al.
- (2017) đã chỉ ra khả năng kháng khuẩn và gây độc tế bào ung thư của alkaloids chiết từ cây Annona hypoglauca Mart..
- Nghiên cứu về điều kiện trích ly giúp tăng cường khả năng thu hồi các hoạt chất sinh học và giảm thiểu sử dụng các loại dung môi độc hại, từ đó dẫn đến tăng sản lượng và giảm giá thành các loại hợp chất này.
- Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình trích ly các hợp chất phenolics, saponins và alkaloid từ vỏ quả ca cao chịu ảnh hưởng lớn bởi dung môi và phương pháp trích ly.
- Trong số 07 dung môi và 03 phương pháp trích ly được nghiên cứu, nước có khả năng thu hồi tốt hợp chất phenolics và alkaloids, trong khi methanol có khả năng thu hồi hợp chất.
- Khi sử dụng nước làm dung môi, trích ly hỗ trợ vi sóng giúp thu hồi hợp chất phenolics và saponins cao hơn so với trích ly truyền thống và hỗ trợ siêu âm, nhưng trích ly hỗ trợ siêu âm cho khả năng thu hồi hợp chất alkaloids cao hơn so với 2 phương pháp còn lại.
- Từ các quả thu được, nghiên cứu này đề xuất sử dụng nước để chiết tách hợp chất phenolics và alkaloids, còn methanol để chiết tách hợp chất saponins.
- trích ly hỗ trợ vi sóng để chiết tách hợp chất phenolics và saponins, còn trích ly hỗ trợ siêu âm để chiết tách hợp chất alkaloids từ vỏ quả ca cao cho các nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo..
- Nghiên cứu này được tài trợ bởi Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ đặt hàng thực hiện từ năm 2019 “Nghiên cứu chiết tách một số hợp chất có hoạt tính sinh học từ phế liệu quả cacao định hướng ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng”, mã số KC-244-2018..
- Ajanal, M., Gundkalle, M.B., and Nayak, S.U., 2012..
- Azmir, J., Zaidul, I.S.M., Rahman, M.M., et al., 2013.
- Madhumitha, G., and Fowsiya, J., 2015.
- Newman, D.J., and Cragg, G.M., 2007.
- Newman, D.J., Cragg, G.M., and Snader, K.M., 2003.
- Tối ưu hóa các phương pháp trích ly quercetin từ vỏ hành tím.
- Nguyen, V.T., Bowyer, M.C., Vuong, Q.V., van Altena, I.A., and Scarlett, C.J., 2015..
- Nguyen, V.T., Pham, H.N.T., Bowyer, M.C., van Altena, I.A., and Scarlett, C.J., 2016a.
- Nguyen, V.T., and Nguyen, H.N., 2016b.
- Rachmat, D., Mawarani, L.J., and Risanti, D.D..
- Singleton, V.L., Orthofer, R., and Lamuela- Raventós, R.M., 1999.
- Khảo sát và so sánh các phương pháp trích ly capsaicin từ quả ớt