Biện pháp tiền xử lý và tối ưu hóa điều kiện trích ly quercetin từ củ hành tím (Allium cepa)

- BIỆN PHÁP TIỀN XỬ LÝ VÀ TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY QUERCETIN TỪ CỦ HÀNH TÍM (Allium cepa).
- Hành tím (Allium ascalonicum) ch ứ a các hợp chất có hoạt tính sinh học rất phong phu ́ va ̀ tốt cho sức khỏe con người.
- bao gồm biện pháp hấp (60÷120 giây) và sấy ở 50÷90 o C trong thời gian từ 2 đến 6 giờ để hỗ trợ qua ́ trı ̀ nh trı ́ ch ly hợp chất quercetin từ củ hành tı ́ m.
- nhiệt độ (40÷60 o C) và thời gian trích ly (50÷70 phút).
- Hàm lượng quercetin trong di ch ̣ trích ly hành tı ́ m được phân tích.
- Kết quả cho thấy, ca ̉ hai biện pha ́ p hấp và sấy đều có thể nâng cao hiệu quả trı ́ ch ly các hợp chất co ́ hoạt tính sinh học từ củ hành tı ́ m.
- Khi thực hiện quá trình sấy ở 90 o C trong 4 giờ trước khi trı ́ ch ly, hàm lượng quercetin trong dịch trích hành tím thu được là cao nhâ ́t (0,7 mg/g).
- Biện pháp tiền xử lý và tối ưu hóa điều kiê ̣n trích ly quercetin từ củ hành tím ( Allium cepa).
- Mười sáu hợp chất flavonol khác nhau đã được xác định trong hành tím bao gồm các aglycone và các dẫn xuất glycosyl hóa của quercetin, isorhamnetin và kaempferol (Hänninena et al., 2000.
- (2010) đã công bố rằng các flavonol là những hợp chất polyphenol chủ yếu trong củ hành tím.
- Tổng hàm lượng quercetin trong hành tím cao hơn so với nhiều loại trái cây và rau quả khác (Hollman và Arts, 2000).
- Hàm lượng các hợp chất này thường tăng từ trong ra ngoài vỏ và chiếm khoảng 93% tổng hàm lượng flavonol trong hành tím (Lee et al., 2008)..
- Hiệu quả quá trình trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học phụ thuộc vào mức độ phá hủy tế bào thực vật với sự hỗ trợ của các quá trình tiền xử lý như chần, hấp, sấy (Aoyama và Yamamoto, 2007)..
- Quá trình sấy gây ra sự phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo điều kiện cho dung môi và nguyên liệu tiếp xúc tốt hơn, làm tăng khả năng trích ly..
- Nhiều nghiên cứu trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật đã chọn phương pháp sấy nguyên liệu trước khi trích ly vì nhiều lý do như làm giảm độ ẩm nguyên liệu (Müller et al., 2006), thuận lợi cho quá trình trích ly (Marur và Sodek, 1995), ức chế được hệ enzyme oxy hóa (polyphenoloxydase), tránh thất thoát hàm lượng các hợp chất có trong nguyên liệu (Gupta et al.,.
- Kích thước nguyên liệu và mức độ phá vỡ tế bào là một trong những yếu tố được đánh giá là có ảnh hưởng lớn đến khả năng trích ly (Cacace và Mazza, 2003a)..
- Trích ly là quá trình tách một hoặc nhiều chất tan trong chất lỏng hay trong chất rắn bằng một chất lỏng khác gọi là dung môi.
- Trong nghiên cứu này, các biện pháp tiền xử lý nguyên liệu (hấp, sấy) được thực hiện với mục đích cải thiện và tăng thêm hiệu quả cho tiến trình trích ly.
- Phương pháp bề mặt đáp ứng được áp dụng để xác định ảnh hưởng của các yếu tố (nhiệt độ, nồng độ dung môi, thời gian trích ly) và sự tương tác lẫn nhau giữa chúng trong tiến trình với mục tiêu cuối cùng là chọn lựa các thông số tối ưu cho quá trình trích ly hợp chất quercetin trong hành tím với hàm lượng cao nhất..
- Hành tím sau khi hấp, sấy, thực hiện trích ly và phân tích hàm lượng quercetin theo phương pháp hấp thu quang phổ với bước sóng 374 nm.
- Khi chọn được biện pháp xử lý hỗ trợ hiệu quả cho quá trình trích ly, tiến hành khảo sát điều kiện tối ưu hóa quá trình trích ly với các nhân tối nhiệt độ, nồng độ ethanol và thời gian trích ly để thu được hàm lượng quercetin cao nhất..
- Quá trình trích ly được bố trí theo mô hình Box-Behnken với 3 nhân tố gồm nhiệt độ (X 1.
- nồng độ ethanol (X 2 ) và thời gian trích ly (X 3.
- Theo dõi hàm lượng quercetin được trích ly đến khi hiệu quả trích ly đạt cao nhất..
- 2.4 Phương pháp phân tích và thống kê số liệu 2.4.1 Phân tích hàm lượng quercetin tổng số (Yoo et al., 2010).
- Căn cứ vào cường độ màu đo được trên máy quang phổ và dựa vào đường chuẩn để xác định hàm lượng polyphenol tổng số.
- 3.1 Ảnh hưởng thời gian hấp đến hiệu quả trích ly hợp chất quercetin trong hành tím.
- Cacace và Mazza (2003a) xác định rằng, kích thước nguyên liệu và mức độ phá vỡ tế bào là một trong những yếu tố để đánh giá có ảnh hưởng đến khả năng trích ly.
- Hành tím sau khi hấp với các khoảng thời gian khác nhau thì tiến hành phân tích hàm lượng hợp chất quercetin (thể hiện ở Hình 1)..
- Kết quả phân tích cho thấy, hợp chất quercetin trong các mẫu hành tím hấp tăng so với mẫu không xử lý (p<0,05).
- Hàm lượng quercetin tăng cao nhất khi hấp với thời gian 60 giây (0,410 mg/g).
- Khi tăng thời gian hấp 90 giây thì hàm lượng quercetin trích ly có giảm (0,375 mg/g) nhưng không thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa với mẫu hấp 60 giây..
- Trong khi đó, mẫu hấp với thời gian 120 giây, hàm lượng quercetin giảm (0,364 mg/g) và thể hiện sự khác biệt (p<0,05) so với mẫu hấp 60 giây.
- (2003) cho rằng, khi hấp thời gian ngắn sẽ làm tăng hàm lượng các hợp chất phenolic của bông cải xanh.
- (2005), khi hành được xử lý bằng phương pháp đun sôi thì hàm lượng quercetin giảm 18%..
- Makris và Rossiter (2001b) thì kết luận, phương pháp đun sôi sẽ phá vỡ mô tế bào làm tổn thất hàm lượng flavonol vì các hợp chất flavonol bị hòa tan vào trong nước.
- Trong đó, hàm lượng quercetin bị hòa tan vào nước là 14,3% đối với hành đỏ và hành nâu khoảng 21,9%.
- Khi nấu hành thì nồng độ các hợp chất flavonol giảm, nguyên nhân do nguyên liệu hút nước làm tăng độ ẩm và các hợp chất bị hòa tan vào nước (Price et al., 1997).
- Như vậy khi tăng thời gian hấp sẽ gây tổn thất hàm lượng quercetin trong hành tím.
- Hàm lượng quercetin thu được cao nhất là 0,410 mg/g khi hành tím hấp với thời gian 60 giây..
- 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy đến hiệu quả trích ly hợp chất quercetin trong hành tím.
- (2006) nghiên cứu về quá trình trích ly chất có hoạt tính sinh học từ thực vật đã chọn phương án sấy nguyên liệu trước khi trích ly vì nhiều lý do như làm giảm độ ẩm nguyên liệu, thuận lợi cho quá trình trích ly, đồng thời cho hiệu suất trích các chất có hoạt tính sinh học cao nhất (Birdi et al., 2006).
- Hình 2: Ảnh hưởng quá trình sấy đến hiệu quả trích ly hợp chất quercetin trong hành tím Kết quả phân tích thống kê cho thấy, hàm.
- Khi nhiệt độ sấy tăng tăng từ 50÷90 o C thì hàm lượng các hợp chất tăng dần mg/g).
- Tương tự, khi thời gian sấy tăng từ 2 đến 4 giờ thì hàm lượng quercetin trích từ hành tím sấy tăng (từ.
- 0,531 đến 0,647 mg/g), nhưng khi sấy đến 6 giờ thì hàm lượng quercetin bắt đầu giảm (p<0,05).
- Điều này có thể do thời gian sấy kéo dài nên các hợp chất bị oxy hóa dưới sự có mặt của oxy trong tác nhân sấy.
- (2009), thời gian sấy càng dài thì hàm lượng các hợp chất sinh học càng giảm.
- rằng, các hợp chất quercetin là những hợp chất polyphenol chủ yếu trong củ hành tím nên chịu các tác động giống như hợp chất phenol trong những điều kiện xử lý khác nhau.
- Haard (1976) đã công bố rằng, khi sấy cà chua với nhiệt độ 88°C sẽ không làm thay đổi hàm lượng phenol tổng số.
- Kết quả trên cho thấy, sự gia tăng nhiệt độ và thời gian sấy có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả trích ly hợp chất quercetin trong hành tím.
- Hàm lượng quercetin đạt cao nhất (0,7 mg/g) khi sấy ở nhiệt độ 90 o C trong thời gian 4 giờ..
- Từ kết quả phân tích hàm lượng quercetin khi xử lý hấp (60 giây) và sấy (90 o C, 4 giờ) thì mẫu sấy ở nhiệt độ 90 o C, thời gian 4 giờ cho hiệu quả.
- trích ly cao hơn nên được chọn để thực hiện thí nghiệm tiếp theo..
- 3.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly hợp chất quercetin từ hành tím.
- Trên cơ sở mức độ ý nghĩa của các biến, phương trình hồi quy đa chiều được xây dựng để dự đoán mối quan hệ giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc đến hàm lượng quercetin thu được trong quá trình trích ly.
- Kết quả phân tích thống kê ANOVA đối với hàm lượng quercetin cho thấy, mức độ ảnh hưởng của từng biến tuyến tính (X 1 , X 2 , X 3.
- Bảng 3: Kết quả phân tích thống kê ANOVA mức độ ý nghĩa của các hệ số hồi quy của hàm lượng quercetin.
- Tương quan của các biến độc lập đến hàm lượng quercetin được xây dựng theo phương trình với hệ số xác định tương quan cao (R 2 = 0,96).
- Trong đó: Y là hàm lượng quercetin (mg/g), X 1.
- Phương trình thể hiện được sự tương thích của các giá trị thực nghiệm và tính đoán, hàm lượng quercetin thu được từ thực nghiệm và tính toán theo phương trình có độ tương thích cao (R² = 0,955) và mô hình dự đoán được thể hiện ở Hình 3..
- gian đến hàm lượng quercetin thu được trong dịch trích ly thể hiện ở các Hình 4, 5 và 6..
- Hình 3: Tương quan giữa hàm lượng quercetin thực nghiệm và tính toán.
- Hình 4: Tương quan giữa nồng độ ethanol và thời gian trích ly đến hàm lượng quercetin (nhiệt độ 50,27 o C).
- Hình 5: Tương quan giữa nhiệt độ và thời gian trích ly đến hàm lượng quercetin (nồng độ ethanol 50,81%).
- Hình 6: Tương quan giữa nhiệt độ và nồng độ ethanol trích ly đến hàm lượng quercetin (thời gian 62,86 phút).
- Với nguyên liệu là thực vật sấy khô, dung môi ethanol có thể phá vỡ màng tế bào và tăng cường khả năng trích ly (Robards et al., 1999).
- Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi điều chỉnh nồng độ dung môi trong quá trình trích ly từ 40 - 50% (v/v) thì hàm lượng hợp chất quercetin tăng lên (p<0,05)..
- Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nồng độ ethanol đến 60% thì hàm lượng quercetin có xu hướng giảm (Hình 4 và 6).
- (1999) kết luận, hiệu quả trích ly hợp chất sinh học phần lớn phụ thuộc vào sự phân cực của dung môi và hợp chất cần trích ly.
- Khi nồng độ ethanol tăng sẽ làm thay đổi độ phân cực của dung môi phù hợp với chất tan nên hiệu quả trích ly tăng lên.
- Bên cạnh đó, ethanol còn giúp phá vỡ vách tế bào làm tăng bề mặt diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi tạo thuận lợi cho quá trình trích ly.
- Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nồng độ ethanol thì độ phân cực của dung môi thay đổi có thể không phù hợp với độ phân cực của quercetin nên làm giảm hiệu quả trích ly quercetin.
- (2010) đã báo cáo rằng, hàm lượng polyphenol tăng khi nồng độ ethanol tăng lên đến một mức ngưỡng nhất định.
- Ngoài mức ngưỡng này, hàm lượng polyphenol giảm vì hiệu quả trích ly chỉ có thể đạt được khi nồng độ ethanol ở mức phù hợp..
- (2005) cũng báo cáo, khi sử dụng methanol 50% để trích ly polyphenol của cây râu mèo cho hiệu quả cao hơn các nồng độ khác (0 và 100.
- Như vậy, nồng độ ethanol khoảng 50% là tối ưu để trích ly các hợp chất sinh học trong hành tím..
- Tương tự, thời gian trích ly cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng quercetin.
- Khi thời gian trích ly từ 50 - 60 phút hàm lượng quercetin tăng, thời gian tăng đến 70 phút hàm lượng quercetin giảm (Hình 4 và 5).
- Tuy nhiên nếu thời gian trích ly dài hơn, các hoạt chất sẽ không di chuyển ra ngoài nếu đã đạt trạng thái cân bằng và dễ bị oxy hóa, thủy phân,… thành các hợp chất khác khi kéo dài thời gian trích ly.
- Do hầu hết các hợp chất có hoạt tính sinh học rất nhạy cảm với nhiệt độ cao và thời gian trích ly dài nên sẽ dẫn đến sự phân hủy các hợp chất có hoạt tính sinh học (Vũ Hồng Sơn và Hà Duyên Tư, 2009).
- Khi trích ly quercetin với dung môi nước tới hạn từ vỏ hành thì tổng lượng.
- Thời gian trích ly quercetin từ vỏ củ hành tím là 60 phút được thực hiện bởi Dmitrienko et al.
- Theo kết quả nghiên cứu của Dimitrieska‐Stojković và Zdravkovski (2003) thì thời gian trích ly hợp chất quercetin đạt hiệu quả cao nhất là khoảng 50 - 60 phút khi trích ly quercetin bằng chất lỏng siêu tới hạn..
- Ngoài tác động của nồng độ ethanol và thời gian trích ly, khi xem xét mô hình bề mặt đáp ứng (Hình 5 và 6) có thể thấy được ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trích ly quercetin.
- Khi nhiệt độ tăng từ 40 - 50°C, hàm lượng quercetin trích ly tăng và tiếp tục nâng nhiệt độ lên 60°C khả năng thu hồi hợp chất quercetin có khuynh hướng giảm..
- Theo Cacace và Mazza (2003b), nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt và tăng vận tốc khuếch tán, tạo điều kiện thuận lợi cho các hợp chất từ nguyên liệu di chuyển vào trong dung môi.
- Một số nghiên cứu đã khẳng định ảnh hưởng nhiệt độ đến khả năng trích ly hợp chất sinh học từ nguyên liệu thực vật (Santoyo et al., 2009.
- làm giảm hàm lượng các hợp chất sinh học trong dịch trích ly (Escribano-Bailon et al., 2003).
- Theo Makris và Rossiter (2001b), khi gia nhiệt hợp chất quercetin sẽ xảy ra sự phân chia dẫn đến hình thành các acid protocatechuic và acid carboxylic phloroglucinol nên làm giảm hàm lượng quercetin trong dịch trích ly.
- Nhiệt độ là yếu tố chính trong việc tối ưu hóa quá trình trích ly phenolic và khả năng chống oxy hóa (Hossain et al., 2011)..
- Từ mô hình thí nghiệm được xây dựng, hàm lượng quercetin thu được cao nhất trong khoảng nhiệt độ từ 48÷52 o C, nồng độ ethanol khoảng 48÷52% và thời gian trích ly tốt nhất trong khoảng từ 58÷64 phút.
- Kết quả phân tích tối ưu hóa theo mô hình Box-Behnken đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình trích ly hợp chất quercetin trong hành tím gồm: nhiệt độ 50,27 o C, nồng độ ethanol 50,81% và thời gian 62,86 phút.
- Khi đó, hàm lượng quercetin đạt tối ưu là 1,255 mg/g.
- (2011), hàm lượng quercetin thu được thay đổi trong khoảng 0,48÷3,61 mg/g..
- Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, biện pháp tiền xử lý đã hỗ trợ tích cực cho quá trình trích ly..
- và thời gian đều ảnh hưởng quan trọng đến quá trình trích ly hợp chất quercetin từ hành tím..
- Phương pháp bề mặt đáp ứng và mô hình Box- Behnken được sử dụng hiệu quả để xác định các thông số tối ưu của quá trình trích ly hợp chất quercetin trong hành tím.
- Nghiên cứu trích ly polyphenol từ chè xanh vụn - Phần 1:.
- Các yếu tố ảnh hưởng quá trình trích ly