Tóm tắt Luận án Nghiên cứu thu nhận và tạo bột inulin từ củ đẳng sâm (Codonopsis Javanica) tự nhiên mọc tại Lạc Dương - Lâm Đồng

Nội dung text: Tóm tắt Luận án Nghiên cứu thu nhận và tạo bột inulin từ củ đẳng sâm (Codonopsis Javanica) tự nhiên mọc tại Lạc Dương - Lâm Đồng

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN THỊ THĂNG LONG NGHIÊN CỨU THU NHẬN VÀ TẠO BỘT INULIN TỪ CỦ ĐẢNG SÂM (CODONOPSIS JAVANICA) TỰ NHIÊN MỌC TẠI LẠC DƯƠNG - LÂM ĐỒNG TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÒA – 2021
2. Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Nha Trang Huớng dẫn khoa học: 1.PGS. TS. Vũ Ngọc Bội 2. PGS. TS. Đào Xuân Vinh Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Thị Thanh Mai Phản biện 2: PGS.TS. Phùng Thị Thanh Tú Phản biện 3: GS.TS. Nguyễn Anh Dũng Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh gia luận án cấp trường, họp tại Trường Đại học Nha Trang vào giờ 8 ngày 28 tháng 11 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia và Thư viện Trường Đại học Nha Trang
3. TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Đề tài luận án: Nghiên cứu thu nhận và tạo bột inulin từ củ Đẳng sâm (Codonopsis javanica) tự nhiên mọc tại Lạc Dương- Lâm Đồng Chuyên ngành: Công nghệ Sau thu hoạch Mã số: 9540104 Nghiên cứu sinh: Nguyễn Thị Thăng Long Khóa: 2015-2019 Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Vũ Ngọc Bội 2. PGS.TS. Đào Xuân Vinh Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Nha Trang Nội dung: Luận án đã thu được một số kết quả mới bổ sung vào lĩnh vực nghiên cứu, sấy phun tạo bột inulin từ củ đẳng sâm (Codonopsis javanica) và tạo chế phẩm synbiotic từ inulin củ đẳng sâm định hướng ứng dụng trong thực phẩm chức năng: 1) Luận án đã xác định được các đặc điểm hình thái và cấu trúc mô củ đẳng sâm (Codonopsis javanica) mọc tự nhiên ở Lạc Dương - Lâm Đồng làm cơ sở phân biệt độ tuổi và thời gian thu hoạch củ đẳng sâm. Mặt khác, luận án cũng xác định được củ đẳng sâm 3 năm tuổi có thành phần các chất đạt tiêu chuẩn DĐVN V, (2017): Hàm lượng đường tổng số:(10,08 ±0,88) oBx, hàm lượng chất chiết tổng số: (58,2 ± 1,57) %; hàm lượng tro tổng số:(5,50± 0,17) %, không chứa tạp chất vô cơ và kim loại nặng. 2) Luận án đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình chiết inulin từ Đẳng sâm (Codonopsis javanica) tự nhiên mọc tại Lạc Dương Lâm Đồng: dung môi chiết là nước cất hai lần, nhiệt độ chiết 71oC, thời gian chiết 36 phút và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 47ml/g với hiệu suất chiết inulin từ củ đẳng sâm đạt 23,93%, fructan 26,96% và tổng chất chiết hòa tan đạt 61,35 %. Luận án cũng xác định được các yếu tố thích hợp cho quá trình kết tủa thu inulin: nhiệt độ thích hợp để cô đặc dịch chiết trước khi kết tủa đến 16oBx là 55oC, tác nhân kết tủa thích hợp là ethanol, nồng độ ethanol thích hợp cho quá trình kết tủa inulin là 80% và nồng độ ethanol thích hợp cho quá trình kết tủa fructan là 90%, nhiệt độ thích hợp để lắng kết tủa inulin là (6±1) oC với hiệu suất kết tủa trung bình đạt 95,53%. 3) Luận án lần đầu tiên tinh sạch và xác định đặc điểm cấu trúc của phân tử inulin của củ đẳng sâm (Codonopsis javanica) tự nhiên mọc tại Lạc Dương Lâm Đồng. Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể tinh sạch inulin từ dịch chiết thô bằng phương pháp kết tủa lại nhiều lần (6 lần), dùng ethanol ở nồng độ gây kết tủa 80% với hiệu suất thu inulin tinh sạch là (75,85±0,84)%. Inulin tinh sạch thu nhận từ củ đẳng sâm (Codonopsis javanica) mọc tự nhiên tại Lạc Dương- Lâm Đồng gồm 2 phân tử fructose polysacccharide: một phân tử có khối lượng 3.193 Da, có 19- 23 đơn phân, chiếm 96,448% và một phân tử có khối lượng phân tử 1.112.892 Da, chiếm 3,552%. 1
4. 4) Luận án lần đầu tiên xác định được một số thông số thích hợp cho quá trình sấy phun tạo bột inulin củ đẳng sâm (Codonopsis javanica): chất trợ sấy là maltodextrin, với tỷ lệ maltodextrin bổ sung thích hợp là 10%, nhiệt độ khi đầu vào 185oC và nhiệt độ không khí buồng sấy là 85oC, áp suất khí nén 3 atm, tốc độ bơm nhập liệu 10 ml/p, tương ứng với tốc độ đĩa phun 16.000 v/p. Bột inulin đẳng sâm sấy phun có hàm lượng inulin đạt (445,90±2,79) mg/g; hàm lượng Fructan đạt (469,40±1,61) mg/g, pH (5,18±0,01), hàm lượng khoáng (tro) (4,82±0,07) %. Độ hòa tan: 1/9,5±0,5/15 (g/ml/phút; Độ ẩm (6,06±0,27) % và không chứa tạp chất vô cơ và kim loại nặng. Bột inulin đẳng sâm có kích thước hạt (882,2±101,4)m, mật độ hạt 100%, độ phân tán 0,497 PDI, nhiệt độ nóng chảy trên 600oC. Bột inulin đẳng sâm đạt tiêu chuẩn ATVSTP theo qui định hiện hành của Bộ Y tế đối với thực phẩm chức năng. 5) Luận án lần đầu tiên tiến hành sử dụng bột inulin đẳng sâm tạo chế phẩm synbiotic để định hướng ứng dụng trong thực phẩm và thu được một số kết quả: Bột inulin đẳng sâm có đặc tính prebiotic mạnh với liều sử dụng 4% (tương đương 1,8-2% tính theo lượng inulin sạch) có thể kích tăng sinh tế bào (CFU) của 8 chủng vi khuẩn lactic (2 chủng L. acidophillus, L. plantarum, L. rhamnosus, B. longum, B. lactic, Enterococcus faecalis) từ 1,4÷11,5 lần, trong đó L. acidophillus đạt mức tăng sinh cao nhất là 2,3 x1011CFU/g và vi khuẩn Enterococcus faecalis đạt mức tăng sinh thấp nhất là 7x106 CFU/g. 6) Luận án xác định được công thức phối trộn tạo bột synbiotic: Bột inulin củ đẳng sâm 0,514 g/g, sinh khối L. acidophillus (5x1010 CFU/g): 0,22 g/g; sinh khối L. plantarum (2 x 1011 CFU/g): 0,128 g/g; sinh khối B. longum (8 x 1010 CFU/g): 0,033 g/g và sinh khối B. lactics (1011 CFU/g): 0,1g/g. 7) Kết quả thử nghiệm chế phẩm synbiotic trên chuột nhắt cho thấy chế phẩm synbiotic với liều sử dụng liều 1,2 g/kg và 2,4 g/kg trong 14 hoặc 28 ngày không độc, không ảnh hưởng đến chức năng của gan, thận ở chuột thử nghiệm và chế phẩm synbiotic có khả năng kích thích miễn dịch cũng như có khả năng điều trị tiêu chảy ở chuột nhắt. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU SINH PGS.TS. Vũ Ngọc Bội PGS.TS. Đào Xuân Vinh Nguyễn Thị Thăng Long 2
5. MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Các chất chiết từ thảo dược có nguồn gốc tự nhiên với đặc điểm nổi bật là không độc, không có tác dụng phụ, đa tác dụng nên được sử dụng làm thực phẩm chức năng và dần dần thay thế cho thuốc. Ngày 30/10/2013, Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định 1976/QĐ-TTg về “Tổng thể phát triển dược liệu đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030”, trong đó tập trung vào 28 loại dược liệu bản địa trong đó có đẳng sâm (Codonopsis javanica). Theo dịnh hướng này, các nhà nghiên cứu đang quan tâm tới việc nghiên cứu chiết tách, thu nhận các chất dưới dạng tinh khiết từ thực vật nói chung và đẳng sâm mọc tự nhiên để nâng cao hiệu lực ứng dụng thảo dược trong mọi lĩnh vực. Do điều kiện tự nhiên đặc biệt, Lâm Đồng có 1664 loài thuộc 237 họ thực vật, chiếm gần 50% số lượng cây thuốc trong cả nước. Ngoài ra, Lâm Đồng còn được qui hoạch là vùng dược liệu trọng điểm. Từ những lý do nêu trên tôi thực hiện luận án “Nghiên cứu thu nhận và tạo bột inulin từ củ đẳng sâm (Codonopsis javanica) tự nhiên mọc tại Lạc Dương - Lâm Đồng”. 2. Mục tiêu của luận án 1) Xác định thời gian thu hoạch củ Đẳng sâm mọc tự nhiên 2) Nghiên cứu chiết rút inulin, tinh sạch, xác định đặc điểm cấu trúc phân tử inulin trong củ đẳng sâm tự nhiên. 3) Nghiên cứu sấy phun tạo bột inulin và thử nghiệm sử dụng bột sấy phun tạo bột synbiotic định hướng ứng dụng trong thực phẩm. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng Nguyên liệu đẳng sâm dùng trong nghiên cứu thời gian thu hoạch là loại tươi, hỗn hợp thu thập ngẫu nhiên. Nguyên liệu dùng để chiết rút inulin là phần thô nguyên liệu củ đẳng sâm sau khi xử lý bằng dung môi hữu cơ (n-hexan, ethanol). 3.2. Phạm vi nghiên cứu 1) Nghiên cứu xác định thời gian thu hoạch củ đẳng sâm tự nhiên. 2) Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết rút inulin từ củ đẳng sâm tự nhiên. 3) Nghiên cứu tinh sạch và xác định đặc điểm cấu trúc phân tử inulin thu nhận được. 4) Nghiên cứu sấy phun tạo bột inulin. 5) Thử nghiệm sử dụng bột đẳng sâm sấy phun tạo bột synbiotic, định hướng ứng dụng trong thực phẩm. 6) Xác định độ an toàn và đặc tính chế phẩm synbiotic 3
6. 4. Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu chuẩn của Thế giới và Việt Nam trong nghiên cứu thu nhận Inulin từ dược liệu đẳng sâm (Codonopsis javanica), có sử dụng toán học để tối ưu hóa nhằm đảm bảo kết quả thí nghiệm có độ tin cậy cao. 5. Kết cấu của luận án Luận án gồm 141 trang, trong đó 31 trang tổng quan, 21 trang phương pháp nghiên cứu, 87 trang kết quả nghiên cứu, kết luận 2 trang, 51 bảng số liệu, 64 hình, 181 tài liệu tham khảo (tiếng Việt 30 tài liệu, tiếng Anh 151 tài liệu) và phụ lục 25 trang. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về cây đẳng sâm và inulin Cây đẳng sâm thuộc chi Codonopsis. Trong số 47 loài được công bố thì chỉ có 02 loài phân bố tại Việt Nam. Loài đẳng sâm phân bố hẹp ở một số vùng có độ cao trên 800 – 2000 m. Đây là loài trong danh mục của Sách đỏ VN. Tại tỉnh Lâm Đồng chỉ có 01 loài Codonopsis javanica và là loài đặc trưng ở đây. Inulin là một polysacccharide loại fructan mạch thẳng, gồm 95% đường fructose và là một cacbonhydrate dự trữ. Liên kết trong mạch dạng β-D (2,1). Khi ở dạng chuỗi dài có DPn (10 ≤ n ≤ 70) đơn vị, DPav 25 gọi là Inulin, khi ở dạng chuỗi ngắn được gọi là FOS (3≤ n ≤10). DP (Degree polimer) của Inulin nguồn gốc thực vật tương đối thấp (tối đa < 200). DP của Inulin là một trong những thông số quan trọng nhất quyết định các tính chất lý hóa, sinh học khác. Do sự thay đổi DP trong chiều dài chuỗi nên trọng lượng phân tử của inulin thay đổi từ 3500 đến 5500 Da. Khối lượng phân tử của Inulin (loại Fructan) từ 5.0x102 đến 1.3x104 Da và Levan (loại Fructan) mạch nhánh từ 1x104-1x108 Da. Do liên kết β ở vị trí C2 của các fructose và kết thúc mạch là một phân tử glucose được liên kết bằng liên kết α (1-2) nên Inulin/FOS không bị tiêu hoá bởi các enzim α-glucosidase; maltase- isomaltase; sucrase trong đường tiêu hóa người, động vật và được xếp vào nhóm chất xơ hòa tan không tiêu hóa được (NDO-nondigestible oligosaccharide). 1.2. Công nghệ tách chiết, sản xuất và tinh sạch inulin Có nhiều phương pháp chiết Inulin từ thảo dược đã được nghiên cứu nhưng cơ bản trên nguyên lý của chiết lỏng – lỏng và rắn – lỏng. Quá trình chiết tách cũng có ảnh hưởng đến DP của Inulin. Quá trình tách inulin về cơ bản bao gồm ba bước: Chiết xuất inulin; 2. Loại bỏ tạp chất và inulins DP thấp; 3. Phun (sấy) khô. Tinh sạch Inulin trải qua hai giai đoạn. 1-Chiết và thanh lọc thông qua vôi hóa carbonat; 2- kết tủa và lọc kết hợp khử khoáng. 1.3. Sấy phun tạo bột inulin/FOS Khi sấy phun, tính chất bột trợ sấy là một yếu tố quan trọng. Có rất nhiều các chất mang khác nhau có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau nên cần khảo sát lựa chọn chất mang phù hợp với nguyên liệu và sản phẩm. Các thông số quá trình sấy phun ảnh hưởng đến các tính chất hóa lý khác nhau của bột sấy. Mặt khác tính chất của bột sấy phun phụ thuộc vào các tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu, thông số thiết kế và hoạt động máy sấy như tốc độ dòng cấp liệu, tốc độ 4
7. phun và nhiệt độ không khí vào. Hiệu quả sấy có thể được tối đa hóa bởi lựa chọn đúng các thông số sấy phun bao gồm nhiệt độ vào và nhiệt độ không khí làm khô, nhiệt độ tiến hành, loại chất mang. 1.4. Một số nghiên cứu ứng dụng inulin Inulin đã được chứng minh là đa tác dụng, có khả năng ứng dụng trong y học, thực phẩm. Nó đã được chứng minh là có khả năng điều hòa miễn dịch, tăng cường miễn dịch, tác nhân chống thư; Tăng cường quần thể vi khuẩn probiotic đường ruột nên có vai trò như là một prebiotic; Chống nhiễm trùng đường ruột; Bệnh ruột kích thích; chống ung thư ung thư ruột kết và bệnh viêm loét đại tràng IBD (inflammatory bowel diseases - viêm loét đại tràng và bệnh Crohn’s), tăng sự bài tiết của các cytokine chống viêm. Ngăn ngừa bệnh tăng huyết áp (anti–hypertensive); giảm triglycerides trong máu, ngăn ngừa bệnh tim mạch; quản lý bệnh tiểu đường chống béo phì; Làm tá dược cho vaccin, tăng sự hấp thụ canxi và magie nhưng không ảnh hưởng đến sự cân bằng của các khoáng khác; Khoáng hóa xương ở người trẻ khỏe mạnh chống loãng xương nhưng không gây đột biến, gây ung thư hoặc gây quái thai. Inulin đã được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, làm vật liệu tổng hợp trong thực phẩm dinh dưỡng và thuốc. Inulin là nguồn nguyên liệu thô tái tạo để sản xuất bio-ethanol, siro fructose, protein đơn bào và dầu đơn bào, thu FOS và các sản phẩm hữu ích khác. Từ các nghiên cứu về Inulin trong nước và trên thế giới cho thấy inulin có nhiều đặc tính phù hợp cho việc sử dụng trong y học, thực phẩm như có nguồn gốc tự nhiên từ đẳng sâm không độc hại và nhiều tác dụng trong đó có đặc tính prebiotic. Hiện tại, các nghiên cứu ứng dụng inulin trong đẳng sâm chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ mặc dù đã có một số nghiên cứu chứng minh inulin đa tác dụng. CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu 2.1.1. Củ đẳng sâm nguyên liệu Củ đẳng sâm (Codonopsis javanica) (Blume) Hook.f.) nguyên liệu mọc tự nhiên tại 3 xã Đạ Sa; Đạ Nhim; Đạ Chais, huyện Lạc Dương, Lâm Đồng. 2.1.2. Chất mang Các chất mang (chất trợ sấy, chất phụ gia): Maltodextrin C6nH(10n+2)O(5n+1). Dextrin (C6H10O5)n (INS 1400); Gum Arabic (INS 414) do công ty TNHH Nam Giang cung cấp. 2.1.3. Giống vi sinh vật Đề tài sử dụng 8 chủng vi khuẩn lactic có nguồn gốc khác nhau đều nằm trong danh mục các loài vi khuẩn probiotic theo TCVN 9633:2013. E. faecalis (M1) và L. acidophillus (M2) do Công ty TNHH CN Sinh học Việt-Úc, TP. Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa cung cấp; Chủng L. rhamnosus (M3), E. faecalis (M4) và L. acidophillus (M5), L. plantarum (M6) từ Công ty TNHH Legend BIO, Hà Nội cung cấp; Chủng Lactobacillus acidophillus (M7) từ Bảo tàng giống VSV Việt Nam (VTTC); 5
8. Chủng B. longum (YK1), B. lactic (YK2) từ PTN Vi sinh, K. Sinh học, Trường ĐH Đà Lạt. 2.2. Các phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát Các thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ nghiên cứu tổng quát (Hình 2.3). Hình 2.3. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát Luận án tiến hành nghiên cứu xác định từng công đoạn cho quá trình nghiên cứu. Cụ thể, phân loại nguyên liệu tươi dựa vào các đặc điểm đặc trưng về hình thái và hiển vi để xác định tuổi thu hoạch và loại nguyên liệu đạt tiêu chuẩn dược liệu. Từ dược liệu sau khi xử lý bằng các dung môi hữu cơ sẽ tiến hành tối ưu hóa quá trình chiết inulin và lựa chọn tác nhân gây kết tủa. Trên cơ sở đó, nghiên cứu tinh sạch để xác định cấu trúc phân tử inulin của củ đẳng sâm ở Lạc Dương - Lâm đồng. Sau đó nghiên cứu tạo bột sấy phun từ dịch chiết chứa inulin và kiểm tra chất 6
9. lượng bột, hoạt tính prebiotic của bột. Cuối cùng tiến hành thử nghiệm tạo chế phẩm synbiotic bằng cách tối ưu hóa tỉ lệ phối trộn sinh khối prebiotic thu được và probiotic đã được tạo riêng trước đó. 2.2.2. Các phương pháp phân tích hình thái, mô học và hóa học củ đảng sâm Lấy mẫu và xử lý mẫu: theo WHO (1992) và DĐ VN V, (2017). Phân tích hình thái dựa theo mô tả của DĐ VN V, (2017) và Zhang (2017). Xác định năm tuổi thông qua vòng tăng trưởng hàng năm theo Schweingruber và Cs (2005). Đo đường kính xylem, phloem (µm) được đo bằng thước đo trong phần mềm chuyên dụng của kính hiển vi soi nổi Olympus SZX 7, Nhật. Định tính thành phần các chất trong dịch chiết n-hexan, trong dịch chiết cồn theo Sawant và Cs (2013). Định tính Tanin theo WHO (1992). Định tính tinh dầu; Anthranoid (PƯ Borntraeger) theo Nguyễn.T. Kim Phụng (2007). Định tính Inulin ; Fructan bằng phương pháp soi bột WHO (1992) Định tính inulin bằng sắc ký lớp mỏng TLC theo Yevtifieieva và Cs (2016) Xác định độ ẩm; Xác định vật chất khô (VCK); Hàm lượng tổng chất chiết hòa tan; Hàm lượng khoáng tổng số và khoáng không tan trong acid được xác định theo WHO (1992). Hàm lượng đường tổng số (oBx) được xác định theo TCVN 7771: 2007 (ISO 2173:2003 Các nguyên tố kim loại nặng Hg, As, Cd và Pb được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa theo TCVN 7602:2007/ (AOAC 972.25). Xác định nguyên liệu đạt chuẩn theo DĐVN V, (2017) Định lượng polyphenol theo Singleton và Cs (1999). Gallic acid làm chất chuẩn. Thực hiện đo quang ở bước sóng 755 nm. Định lượng Flavonoid theo Woisky và Cs. Quercetin làm chất chuẩn. Thực hiện đo quang ở bước sóng 430 nm. Xác định hoạt tính khử Fe (RP): được xác định theo Zhu và Cs. (2002). FeSO4 làm chất chuẩn. Thực hiện đo quang ở bước sóng 699 nm. Xác định hoạt tính khử ABTS theo Roberta và Cs (1999). Định lượng tổng năng lực khử TAC theo Prieto Cs (1999). Vitamin C làm chất chuẩn. Thực hiện đo quang ở bước sóng 694 nm. Định lượng Fructan và Inulin bằng phương pháp quang phổ so màu UV-VIS theo Pencheva và Cs (2012). Phức hợp hiện màu Resorcinol – Thiure. Fructose là chất chuẩn. Thực hiện đo quang ở bước sóng 483 nm. Hàm lượng saccharidee toàn phần (ScTP) được xác định bằng phương pháp phenol acid theo Chen và Cs (2011). Glucose là chất chuẩn. Thực hiện đo quang ở bước sóng 490 nm. Tinh sạch Inulin bằng phương pháp kết tinh lại nhiều lần. Kiểm tra độ tinh sạch bằng sắc ký bản mỏng TLC theo Yevtifieieva và Cs (2016). Xác định khối lượng phân tử của Inulin bằng phương pháp phương pháp sắc ký rây phân tử (sắc ký gel). 7
10. Xác định cấu trúc inulin bằng đo phổ hồng ngoại FT-IR, phổ MNR, phổ phổ cộng hưởng từ hạt nhân hai chiều HSQC, HMQC. Đánh giá tính chất vật lý của bột sấy phun được xác định theo phương pháp tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering-DLS) theo tiêu chuẩn ISO 22412 (2008) (Technical Committee ISO/TC 24, 2017). Nhiệt nóng chảy được đo bằng thiết bị đo nhiệt tự động C-60. (USA). Giá trị pH thực hiện đo bằng thiết bị đo pH. Độ hòa tan thực hiện theo phương pháp của DĐVN, V (2017) hoặc QCVN-3/7/2019. Thành phần và đặc tính của bột inulin củ đẳng sâm sấy phun thành phẩm được áp theo Quyết định 46/2007/ của Bộ Y tế về thực phẩm chức năng. Phương pháp định lượng vi sinh vật Xác định hàm lượng vi sinh vật bằng phương pháp đếm khuẩn lạc MPN (Most Probable Number) theo QĐ số 929/QĐ-ATTP. Ngày 08/11/2017. Xác định tổng số vi khuẩn hiếu khí (CFU/g) theo TCVN 4884-1:2005. Xác định tổng số vi khuẩn E.coli (CFU/g) theo TCVN 7924-2:2008. Xác định Cl. perfringens (CFU/g) theo TCVN 4991:2005. Xác định Salmonella spp (có hoặc KPH/25g) theo TCVN 4829:2005. Tổng số bào tử nấm men, nấm mốc (CFU/g) theo TCVN 8275-1&2:2010. Phương pháp xác định đặc tính và độc tính chế phẩm synbiotic Đặc tính và độc tính chế phẩm synbiotic được thuê khoán chuyên môn tại khoa Dược-ĐHYD tp HCM. 2.3. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu Theo phương pháp thống kê. Mỗi thí nghiệm đều tiến hành 3 lần, mỗi lần 3 mẫu và kết quả là trung bình cộng của các lần thí nghiệm. Tính toán và vẽ đồ thị, xử lý kết quả theo thống kê kiểm định so sánh các giá trị trung bình giữa các nhóm, phân tích phương sai ANOVA bằng phần mềm Minitab 18.0. Phân tích dữ liệu và thiết kế tối ưu hóa bằng phần mềm Design Expert 12.0. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu xác định thời gian thu hoạch nguyên liệu củ đẳng sâm 3.1.1. Ảnh hưởng của độ tuổi đến hình thái và cấu trúc mô của củ đẳng sâm 3.1.1.1. Ảnh hưởng của độ tuổi đến hình thái và cấu trúc mô của củ đẳng sâm Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể dựa vào các đặc tính hình thái và mô học của củ đẳng sâm để xác định độ tuổi nguyên liệu. Cụ thể: - Giai đoạn một năm tuổi: củ đẳng sâm chưa có vết sẹo trên cổ rễ, cổ rễ ngắn, màu trắng ngà, vỏ mỏng, nhìn trong mọng nước, rễ củ chưa phân nhánh và có vị ngọt nhẹ. Khi giải phẫm mô thì phần xylem của củ đẳng sâm có dạng tròn, tia gỗ hình nan quạt chưa rõ. - Giai đoạn hai năm tuổi: củ đẳng sâm có 2 vòng sẹo trên cổ rễ, cổ rễ ngắn, màu trắng ngà, vỏ hơi dày, nhìn không mọng nước, rễ củ phân 2 phân nhánh và có vị ngọt nhẹ. Khi giải phẫm 8
11. mô thì phần xylem của củ đẳng sâm có dạng tròn, tia gỗ hình nan quạt chưa đều, có 1 đến 2 tia gỗ ăn lan ra phần nhu mô vỏ. - Giai đoạn ba năm tuổi: củ đẳng sâm có 3 vòng sẹo trên cổ rễ, cổ rễ dài, màu trắng ngà, vỏ dày, cầm chắc tay, rễ củ phân 3 phân nhánh. Hình dạng xylem bắt đầu méo lục giác, tia gỗ hình nan quạt thấy rõ, có 2-3 tia gỗ ăn lan ra phần nhu mô vỏ. - Giai đoạn bốn năm tuổi: củ đẳng sâm có có từ 4 vòng sẹo trên cổ rễ, cổ rễ dài, màu trắng ngà, vỏ dày, xù xì, cầm chắc tay, rễ củ phân 4 phân nhánh. Hình dạng xylem méo lục giác, tia gỗ hình nan quạt thấy rõ, có 3-4 tia gỗ ăn lan ra phần ngoài nhu mô vỏ. Từ các kết quả phân tích ở trên cho thấy có thể dựa vào các đặc tính hình thái và mô học của đẳng sâm để xác định độ tuổi làm cơ sở cho việc thu mẫu đẳng sâm dùng làm nguyên liệu nghiên cứu. 3.1.1.2. Ảnh hưởng của độ tuổi đến kích thước đường kính của củ đẳng sâm Kết quả nghiên cứu đánh giá kích thước đường kính của 1842 củ đẳng sâm thuộc 4 độ tuổi khác nhau (Bảng 3.1) cho thấy giữa đường kính củ đẳng sâm và độ tuổi có mối liên quan với nhau và có thể dựa vào kích cỡ củ để đánh giá độ tuổi của chúng. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của độ tuổi đến kích thước đường kính củ đẳng sâm STT Năm tuổi (năm) Số lượng mẫu đo (củ) Đường kính trung bình (cm) 1 1 523 0,64d ± 0,29 2 2 548 1,09c ± 0,19 3 3 609 1,66b ± 0,23 4 4 162 2,24a ± 0,30 Ghi chú: Các chữ cái trong cùng một cột khác nhau thì khác nhau (p<0,05) 3.1. 3. Ảnh hưởng của độ tuổi đến tỉ lệ giữa đường kính xylem và phloem Từ các kết quả phân tích (Bảng 3.2) cho thấy mẫu củ đẳng sâm có các vòng tăng trưởng và có thể dựa vào cấu trúc giải phẫu mô củ đẳng sâm để phân biệt độ tuổi của cây đẳng sâm. Bảng 3.2. Kết quả phân tích giải phẫu mô của củ đẳng sâm dưới kính hiển vi STT Năm tuổi Số lát cắt Đường kính Đường kính Tỉ lệ đường kính (năm) (lát) xylem (mm) phloem (mm) xylem/ phloem (%) 1 1 251 2,7d ±0,5 4,65d ±0,74 58,90a 2 2 220 3,6c ±0,7 8,09 c ±2,14 47,23b 3 3 198 5,0 b ±1,1 15,64 b ±2,60 32,69d 4 4 114 7,7 a ±2,6 17,39 a ±2,56 42,31c Ghi chú: các chữ cái trong cùng cột khác nhau thì khác nhau có ý nghĩa thống kê p <0,05) 3.1.2. Ảnh hưởng của độ tuổi đến thành phần các chất của củ đảng sâm 3.1.2.1. Định tính các nhóm chất 9
12. Kết quả định tính một số các nhóm chất hữu cơ có trong dịch chiết củ đẳng sâm 3 năm tuổi (Bảng 3.3) Bảng 3.3. Kết quả phân tích định tính một số các nhóm chất hữu cơ có trong dịch chiết STT Nhóm chất Phản ứng định tính Kết quả Kết luận sơ bộ 1 Chất béo Để vết mờ trên giấy lọc + Có chất béo 2 Tinh dầu Có mùi thơm + Có tinh dầu 3 Phytosterol Phản ứng Salkowski + Có phytosterol Không phát hiện có 4 Carotenoid H2SO4 đặc - carotenoid 5 Polyphenol Phản ứng Ferric Chloride Test +++ Có 6 Flavonoid Phản ứng với kiềm NaOH 10% ++ Có Flavonoid Phản ứng mở và đóng vòng lacton ++ Coumarin Có coumarin 7 Soi huỳnh quang dưới đèn tử ngoại + Không phát hiện có 8 Saponin Hiện tượng tạo bọt - saponin Na2CO3 + Acid hữu cơ Có acid hữu cơ 9 Đổi màu giấy quỳ +++ 10 Acid amin Thuốc thử Ninhydrin +++ Có acid amin 11 Đường tự do Thuốc thử Fehling + Có đường khử 12 Polysaccharide Thuốc thử lugol +++ Có polysaccharide Có Inulin, fructan Thuốc thử Resorcinol - Thiure +++ Inulin, fructan Rf ngang với chuẩn 13 Lớp mỏng TLC +++ Inulin (Merck) Thuốc thử Mayer ++ Alcaloid Thuốc thử Bouchardat +++ Có Alcaloid 14 Thuốc thử Dragendorff ++ 15 Anthranoid Phản ứng Borntraeger + Có Anthranoid Không phát hiện có 16 Tannin Phản ứng với FeCl3 - tanin Ghi chú: - phản ứng âm tính +: phản ứng dương tính. ++: phản ứng dương tính rõ++: phản ứng dương tính rất rõ 10
13. Kết quả (Bảng 3.3) cho thấy: Trong củ đẳng sâm có chứa các nhóm chất flavonoid, acid hữu cơ, acid amin, polysaccharide, alkaloid, tinh dầu, phytosterol, chất béo, coumarin, anthranoid, đường khử và không có carotenoid, saponin và tannin. Phản ứng định tính Inulin trong rễ củ đẳng sâm cho phản ứng màu vàng cam và định tính inulin bằng TLC cho thấy hệ số Rf inulin của mẫu bột thô tương đương với Rf của chất chuẩn Inulin (Merck). 3.1.2.2. Định lượng các chất Tiến hành phân tích định lượng một số chất theo qui định về quản lý chất lượng thảo dược theo WHO (1992). Kết quả như sau Về hàm lượng đường: Xu hướng giảm dần khi độ tuổi tăng. Năm thứ nhất đạt mức (16,48 %) giảm dần xuống 127,2 %, tiếp tục giảm xuống còn 10,08 % vào năm thứ 3 và thấp nhất vào năm thứ 4 (7,03) %. Về hàm lượng chất chiết hòa tan: Xu hướng biến động giảm dần khi độ tuổi tăng. Năm thứ nhất đạt mức (68,63 %) giảm dần xuống 61,61 %, tiếp tục giảm xuống còn 54,24 % vào năm thứ 3 và thấp nhất vào năm thứ 4 (52,72) %. Về hàm lượng tro tổng số: Xu hướng của hàm lượng khoáng tổng số tỉ lệ thuận với năm tuổi. Năm thứ nhất đạt mức (3,33 %) tăng dần lên 4,09 %, tiếp tục tăng lên đến 5,5 % vào năm thứ 3 và cao nhất vào năm thứ 4 (6,36) %. Về hàm lượng Inulin: Hàm lượng Inulin trong các giai đoạn tuổi khác nhau đi theo qui luận đường phi tuyến tính bậc 2, hàm lượng đạt đỉnh cao nhất vào năm thứ 3 (222,24) mg/g khô, con số này cao thứ nhì vào năm thứ 4 (127,41) mg/g, hàm lượng inulin thấp hơn vào năm thứ 2 (198,22) mg/g khô và thấp nhất khi đẳng sâm một năm tuổi (169,82) mg/g khô. Mối tương quan giữa hàm lượng inulin và các giai đoạn tăng trưởng tuân theo phương trình: 2 2 Hàm lượng Inulin (mg fructose/g khô) = 118,1 + 58,85X- 8,44X (R 0,96). Về hàm lượng một số kim loại nặng và tạp chất vô cơ Kết quả phân tích kim loại nặng bằng kỹ thuật quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS cho thấy củ đẳng sâm không chứa các kim loại nặng (Hg; Pb; As; Cd) và tạp chất vô cơ. Về hàm lượng polyphenol và flavonoid Mối tương quan giữa hàm lượng polyphenolm flavonoid và thời gian tăng trưởng ở củ đẳng sâm (R2> 0,90) được thể hiện bằng phương trình ồh i qui sau đây: 2 2 Hàm lượng Polyphenol (mg GAE/g khô) = 0,4+ 0,59X- 0,09X (R 0,92) 2 2 Hàm lượng Flavonoid (mg QE/g khô) = 0,17+ 0,42X- 0,06X (R 0,98) 11
14. Bảng 3.5. Hàm lượng polyphenol và hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết củ đẳng sâm ở các độ tuổi khác nhau Thành phần hoạt chất Kết quả phân tích Củ 1 tuổi Củ 2 tuổi Củ 3 tuổi Củ 4 tuổi Hàm lượng polyphenol 09,2d ± 0,04 1,18c ± 0,05 1,39a ± 0,055 1,29b±0,03 (mg acid garlic /g khô) Hàm lượng flavanoid 0,54d ± 0,02 0,74c ± 0,015 0,87a ± 0,007 0,82b±0,016 (mg quercetin /g khô) Hoạt tính khử ABTS (%) 4,62c ± 0,26 10,78b ± 0,93 15,65a ± 1,98 9,7b ± 0,45 Hoạt tính khử sắt 10,36d ± 0,88 12,74c ± 0,32 15,39a ± 0,53 14,17b±0,34 (mg FeSO4 /g khô) Hoạt tính chống oxy hóa tổng 10,99d ± 0,95 15,76c ± 0,85 23,64a ± 0,57 18,93b ± 0,1 (mg ascorbic acid /g khô) Các chữ cái khác nhau trong cùng một hàng thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa. p 6 %) trong khi ở các độ tuổi 1, 2 và 3 năm đều đạt tiêu chuẩn DĐVN (2007). Củ đẳng sâm ở tất cả các độ tuổi không chứa kim loại nặng và tạp chất vô cơ. Tuy nhiên, củ giai đoạn 3 năm tuổi có hàm lượng Inulin và polyphenol cao nhất. Do vậy, luận án quyết định chọn củ đẳng sâm giai đoạn 3 năm tuổi làm nguyên liệu cho quá trình nghiên cứu. Bảng 3.6. Hàm lượng các chất của củ đẳng sâm Tiêu Độ tuổi (năm) chuẩn của Chỉ tiêu 4 DĐ VN 1 2 3 Độ ẩm (%) 35 68,63 a ±1,43 61,61b ± 1,54 58,24c ± 1,57 52,72d ± 1,42 tan (%) a Tro tổng số (%) < 6 3,33d ± 0,36 4,09c ± 0,26 5,50b ± 0,17 6,36 ± 0,09 12
15. Không qui b Hàm lượng inulin 169,82d ± 3,01 198,22c ± 3,19 222,24ª ± 3,54 217,41 ±2,94 (mg/g) định Không qui Hàm lượng 0,92d ± 0,04 1,18c ± 0,05 1,39a ± 0,055 1,29b ± 0,03 Polyphenol (mg/g) định Tro không tan trong < 2 - - - - acid (%) Tạp chất vô cơ (%) < 1 - - - - Hàm lượng kim loại nặng (ppm): Pb; Cd; < 20/106 KPH KPH KPH KPH Hg và As Các chữ cái khác nhau trong cùng một hàng thể hiện sự khác biệt đáng kể, p <0,05 Ghi chú: * (Bộ Y tế, 2017); KPH: Không phát hiện; (+) Dương tính; (-) Âm tính 3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình chiết inulin từ củ đẳng sâm tự nhiên 3.2.1. Tối ưu hóa công đoạn chiết rút inulin theo mô hình Box-Behnken * Xác định mô hình hồi quy Từ đồ thị đường đồng mức 2D và 3D (Hình 3.18) biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian và tỉ lệ dung môi nguyên đến hiệu quả chiết inulin, fructan, chất chiết hòa tan, chọn được khoảng tối ưu của chế độ chiết xuất là nhiệt độ (60-80) oC, thời gian (20-50) phút, tỷ lệ DM/NL (20 - 60)ml/g. Phương trình ồh i qui của hàm lượng Inulin: 2 2 Y1=234.87-3.42X1+8.98X2+27.78X3 - 1.61X1X2 -6.49X1X3 -7.19X2X3 -85.10X1 -45.42X2 - 2 30.72X3 (1) Phương trình ồh i qui của hàm lượng Fructan: 2 Y2=267.42 - 9.56X1 +12.25X2+28.52X3-10.04X1X2 -9.70X1X3 -8.59X2X3 -94.86X1 - 2 2 58.66X2 -35.79X3 (2) Phương trình ồh i qui của hàm lượng chất chiết hòa tan: 2 Y3=57.46 + 3.76X1 + 2.21X2 + 5.21X3 + 2.56X1X2 + 1.75X1X3 - 3.50X2X3 - 4.37X1 - 2 2 6.82X2 - 7.12X3 (3) a2.Đường đồng mức biểu a1.Đường đồng mức biểu diễn a3.Đường đồng mức biểu diễn ảnh diễn ảnh hưởng của thời gian ảnh hưởng của thời gian và nhiệt hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ DM/NL và nhiệt độ đến hiệu quả chiết độ đến hiệu quả chiết inulin. đến hiệu quả chiết tổng chất chiết fructan. hòa tan. A.Mô hình 2D 13
16. Bề mặt đáp ứng của hàm Bề mặt đáp ứng của hàm Bề mặt đáp ứng của hàm lượng lượng inulin lượng fructan tổng chất chiết hòa tan B.Mô hình 3D Hình 3.18. Mô hình 2D (A), 3D (B) tiên đoán điểm tối ưu của các hàm mục tiêu dưới ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào * Xác định thông số tối ưu cho quá trình chiếtinulin, fructan, tổng chất chiết hòa tan Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu để chiết Inulin, Fructan và tổng chất chiết hòa tan từ củ đẳng sâm khô ở nhiệt độ 71oC, thời gian chiết 36 phút và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 47ml/g. Hiệu suất chiết Inulin trong củ đẳng sâm đạt 23,93%, Fructan 26,96% và tổng chất chiết hòa tan đạt 61,35 % và chiết 1 lần. 3.2.2. Đề xuất qui trình chiết inulin từ củ đẳng sâm Nguyên liệu khô, ẩm độ < 10% Xử lý n-hexan và ethanol 90% DƯỢC LIỆU ĐÃ XỬ LÝ Ở 71oC, trong 36 phút, tỷ lệ Chiết nước/nguyên liệu: 47 ml/g Lọc (Lọc thô và lọc tinh (màng PTFE 0,45nm) o Cô đặc đến 16 Bx Dịch chiết inulin thô Hình 3.21. Quy trình chiết inulin từ củ đẳng sâm tự nhiên 3.3 Xác định một số thông số thích hợp cho quá trình kết tủa inulin từ dịch chiết 3.3.1. Xác định dung môi và nồng độ dung môi Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.7) cho thấy ethanol và aceton là 2 dung môi kết tủa thu inulin, fructan và saccharidee trong dịch chiết nước củ đẳng sâm với hàm lượng cao nhất. Tuy vậy, aceton 14