Tài liệu Nghiên cứu thu nhận phlorotannin và thử nghiệm sản xuất bột phlorotannin từ rong nâu sargassum.polycystum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐỖ NHƢ ĐỒNG “NGHIÊN CỨU THU NHẬN PHLOROTANNIN VÀ THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT BỘT PHLOROTANNIN TỪ RONG NÂU SARGASSUM. POLYCYSTUM” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÁNH HÒA - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐỖ NHƢ ĐỒNG “NGHIÊN CỨU THU NHẬN PHLOROTANNIN VÀ THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT BỘT PHLOROTANNIN TỪ RONG NÂU SARGASSUM. POLYCYSTUM”” LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngành: Công nghệ Thực phâm Mã số: 55CH156 Quyết định giao đề tài: 369/QĐ-ĐHNT ngày 05/5/2016 Quyết định thành lập HĐ: Ngày bảo vệ: Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. VŨ NGỌC BỘI PGS. TS TRẦN THỊ THANH VÂN Chủ tịch Hội đồng: Khoa sau đại học: KHÁNH HÒA – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong các công trình khác. Tác giả luận văn i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn này, Trƣớc hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Khoa Sau đại học sự kính trọng, niềm tự hào đƣợc học tập và nghiên cứu tại trƣờng trong những năm qua. Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin đƣợc giành cho thầy: PGS. TS. Vũ Ngọc Bội - Trƣởng khoa Công nghệ Thực phẩm và PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân Trƣởng phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình hƣớng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trƣờng Cao đẳng Nghề Nha Trang đã tạo điều kiện và cho phép tôi đƣợc đi học để nâng cao trình độ. Xin cám ơn quý thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm và các cán bộ - phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Xin cám ơn các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quí báu để công trình nghiên cứu đƣợc hoàn thành có chất lƣợng. Xin cảm ơn TS. Đặng Xuân Cƣờng - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang giúp đỡ và cho tôi những lời khuyên quý báu trong quá trình thực hiện Luận văn. Đặc biệt xin đƣợc ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè luôn luôn chia sẻ kịp thời cùng tôi trong quá trình nghiên cứu. ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG NÂU VÀ RONG NÂU SARGASSUM .......................................... 3 1.2. TỔNG QUAN VỀ RONG NÂU S. POLYCYSTUM VÀ PHLOROTANNIN ...................................... 3 1.2.1. Tổng quan về rong nâu S.polycystum. ................................................................... 3 1.2.2. Tổng quan về phlorotannin.................................................................................... 3 1.2.3. Vai trò của phlorotannin ........................................................................................ 4 1.3. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THU HỒI PHLOROTANNIN TỪ RONG NÂU SARGASUM ................................................................................................................................................. 5 1.3.1. Cơ sở lý thuyết về quá trình tách chiết phlorotannin ............................................ 5 1.3.2. Các phƣơng pháp chiết tách phlorotannin bằng dung môi .................................... 7 1.3.3. Một số phƣơng pháp chiết tách khác ..................................................................... 9 1.4. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM ......... 11 1.4.1. Sóng siêu âm ....................................................................................................... 11 1.4.2. Nguyên lý tác động của sóng siêu âm ................................................................. 12 1.4.3. Các hiệu ứng vật lý và hóa học khi chiếu siêu âm lên hệ chất lỏng .................... 14 1.4.4. Ứng dụng của sóng siêu âm ................................................................................ 15 1.5. CƠ CHẾ CHỐNG OXY HÓA CỦA PHLOROTANNIN ........................................................ 15 1.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ PHLOROTANNIN ........................................... 16 1.7. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC VỀ PHLOROTANNIN ............................... 19 1.8. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ TÁCH CHIẾT CÁC HỢP CHẤT PHOLYPHENOL BẰNG PHƢƠNG PHÁP SIÊU ÂM TRÊN THẾ GIỚI.................................................................... 20 2.1. ĐỐI TƢỢNG ..................................................................................................................................... 22 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................. 22 2.2.1. Các phƣơng pháp phân tích ........................................................................................................... 22 2.2.1.1. Phƣơng pháp định lƣợng phlorotannin ............................................................. 22 2.2.1.2. Phƣơng pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa .............................................. 22 2.2.1.3. Phƣơng pháp xác định độ ẩm ........................................................................... 23 2.2.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm...................................................................................................... 23 2.2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................................... 23 iii 2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định thông số của quá trình chiết rút phlorotannin từ rong nâu S. polycystum .................................................................................................. 26 Xác định nồng độ cồn sử dụng ...................................................................................... 26 Xác định tỉ lệ nguyên liệu: dung môi ............................................................................ 27 Xác định nhiệt độ chiết .................................................................................................. 28 Xác định thời gian chiết................................................................................................. 29 Xác định ảnh hƣởng của năng lƣợng sóng siêu âm tới hiệu suất và hoạt tính của phlorotannin chiết suất từ rong mơ S. polycystum......................................................... 30 Xác định thông số của quá trình cô chân không dịch chiết phlorotannin ..................... 31 Xác định thông số của quá trình sấy phun ..................................................................... 31 Xác định nhiệt độ gió (không khí) ra trong quá trình sấy .................................................... 31 Xác định nồng độ chất khô của dịch sấy ....................................................................... 32 Xác định tốc độ bơm nhu động trong quá trình sấy ...................................................... 33 Xác định tốc độ đĩa phun trong quá trình sấy................................................................ 34 2.3. HÓA CHẤT VÀ CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU ĐÃ SỬ DỤNG ......................................... 36 2.3.1. Hóa chất:........................................................................................................................................... 36 2.3.2. Các thiết bị chủ yếu đã sử dụng trong luận văn .......................................................................... 36 2.4. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU............................................................. 36 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 37 3.1. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CHIẾT PHLOROTANNIN TỪ RONG NÂU S. POLYCYSTUM 37 3.1.1. Xác định nồng độ dung môi ethanol cho quá trình chiết phlorotannin ............... 37 3.1.2. Xác định tỷ lệ nguyên liệu : dung môi (w:v)...................................................... 41 3.1.3. Xác định nhiệt độ chiết phlorotannin từ rong nâu S. polycystum ........................ 44 3.1.4. Xác định thời gian chiết phlorotannin từ rong nâu S. polycystum ...................... 47 3.1.5. Nghiên cứu ảnh hƣởng của năng lƣợng siêu âm tới hiệu suất và hoạt tính phlorotannin chiết từ rong nâu S. polycystum ............................................................... 51 3.1.6. Đề xuất quy trình chiết rút phlorotannin từ rong nâu S. polycystum ................... 55 3.2. NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ SẤY PHUN TẠO BỘT PHLOROTANNIN................................ 57 3.1.1 Nghiên cứu chế độ cô đặc dịch chiết phlorotannin thích hợp.................................................... 57 3.2.2. Nghiên cứu xác định nhiệt độ gió ra trong quá trình sấy phun ........................... 60 3.2.3. Nghiên cứu xác định nồng độ chất khô của dịch sấy .......................................... 64 3.2.4. Nghiên cứu xác định tốc độ bơm nhu động (bơm nhập liệu) dịch sấy ............... 68 iv 3.2.5. Nghiên cứu xác định tốc độ đĩa phun .................................................................. 72 3.2.6. Đề xuất quy trình sấy phun tạo bột phlorotannin ................................................ 77 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KIẾN NGHỊ ..................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................... 80 PHỤ LỤC 1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................................................ 1 PHỤ LỤC 2. HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM.................................................................... 5 v DANH MỤC KÝ HIỆU W : Khối lƣợng mẫu V : Thể tích mẫu Dw : Khối lƣợng chất khô P : Sự khác biệt có ý nghĩa thống kê v/p : Vòng/phút w/v : Tỉ lệ khối lƣợng/ thể tích w/w : Tỉ lệ khối lƣợng/khối lƣợng DM:NL: Tỉ lệ dung môi : nguyên liệu vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Kết quả thí nghiệm xác định nồng độ dung môi ethanol thích hợp cho quá trình tách chiết phlorotannin từ rong nâu hỗ trợ siêu âm ................................................1 Bảng 2. Kết quả thí nghiệm xác định tỷ lệ nguyên liệu : dung môi thích hợp cho quá trình tách chiết phlorotannin từ rong nâu hỗ trợ siêu âm ................................................1 Bảng 3. Kết quả thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết thích hợp cho quá trình tách chiết phlorotannin từ rong nâu hỗ trợ siêu âm .........................................................................1 Bảng 4. Kết quả thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp cho quá trình tách chiết phlorotannin từ rong nâu hỗ trợ siêu âm .........................................................................2 Bảng 5. Kết quả thí nghiệm xác định mức năng lƣợng thích hợp cho quá trình tách chiết phlorotannin từ rong nâu hỗ trợ siêu âm.................................................................2 Bảng 6. Kết quả thí nghiệm xác định mức áp suất – nhiệt độ thích hợp cho quá trình cô đặc dịch chiết phlorotannin từ rong nâu ..........................................................................2 Bảng 7. Kết quả thí nghiệm xác định nhiệt độ gió ra thích hợp cho quá trình sấy phun tạo bột phlorotannin từ rong nâu .....................................................................................3 Bảng 8. Kết quả thí nghiệm xác định nồng độ dung dịch trƣớc khi sấy thích hợp cho quá trình sấy phun tạo bột phlorotannin từ rong nâu ......................................................3 Bảng 9. Kết quả thí nghiệm xác định tốc độ bơm nhu động thích hợp cho quá trình sấy phun tạo bột phlorotannin từ rong nâu ............................................................................3 Bảng 10. Kết quả thí nghiệm xác định tốc độ đĩa phun thích hợp cho quá trình sấy phun tạo bột phlorotannin từ rong nâu ............................................................................4 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Rong nâu Sargasum. polycystum ....................................................................3 Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của phloroglucinol (i) và các nhóm của phlorotannin [tetrafucol A (ii), tetraphlorethol B(iii), fucodiphlorethol A(iv), tetrafuhalol A (v), tetrasofuhalol (vi), phlorofucofuroeckol (vii)] ................................................................ 4 Hình 1.3. Các khoảng tần số của sóng siêu âm ............................................................. 12 Hình 1.4. Quá trình hình thành và phát triển bọt khí trong quá trình siêu âm ..............12 Hình 1.5 Quá trình hình thành, phát triển và vỡ của bọt khí .........................................13 Hình 2.1 . Sơ đồ nghiên cứu tổng quát .......................... Error! Bookmark not defined. Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................................25 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ dung môi .....................................26 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nguyên liệu: dung môi .......................27 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ chiết ............................................28 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết ...........................................29 Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định mức năng lƣợng sóng siêu âm ..................30 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thông số cô đặc ..........................................31 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ gió ra quá trình sấy ......................32 Hình 2.10. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ chất khô của dịch sấy................33 Hình 2.11. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tốc độ bơm nhu động .............................. 34 Hình 2.12. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tốc độ bơm nhu động .............................. 35 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong nâu S. polycystum ..................................................................................................38 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum .............................................................. 38 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ dung môi đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum .....................................................................................39 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong nâu S. polycystum .....................................................................................41 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu : dung môi đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ...............................................42 viii Hình 3.6. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu : dung môi đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ......................................................................42 Hình 3.7. Ảnh hƣởng nhiệt độ chiết đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong nâu S. polycystum .................................................................................................................45 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ chiết đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ......................................................................45 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ..................................................................................................46 Ghi chú: giá trị đƣợc trình bày là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) ...............................................46 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của thời gian chiết đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong nâu S. polycystum ..................................................................................................48 Hình 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian chiết đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ......................................................................48 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian chiết đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum .............................................................................................. 49 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của mức năng lƣợng sóng siêu âm đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong nâu S. polycystum ...............................................................................52 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của mức năng lƣợng đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ......................................................................52 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của mức năng lƣợng đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum .....................................................................................53 Ghi chú: giá trị đƣợc trình bày là giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) ...............................................53 Hình 3.16. Quy trình chiết rút phlorotannin từ rong nâu S. polycystum .......................56 Hình 3.17. Ảnh hƣởng của nhiệt độ - áp suất cô đặc đến hàm lƣợng phlorotannin thu nhận từ rong nâu S. polycystum .....................................................................................58 Hình 3.18. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và áp suất cô đặc đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum........................................................ 59 Hình 3.19. Ảnh hƣởng của nhiệt độ và áp suất cô đặc đến hoạt tính khử sắt của dịch chiết thu nhận từ rong nâu S. polycystum ......................................................................59 Hình 3.20. Ảnh hƣởng của nhiệt độ gió ra tới độ ẩm của bột phlorotannin. .................61 ix Hình 3.21. Ảnh hƣởng của nhiệt độ gió ra tới hàm lƣợng của bột phlorotannin ..........61 Hình 3.22. Ảnh hƣởng của nhiệt độ gió ra đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của bột phlorotannin. ..................................................................................................................62 Hình 3.23. Ảnh hƣởng của nhiệt độ gió ra đến hoạt tính khử sắt của bột phlorotannin..........62 Hình 3.24. Ảnh hƣởng của nồng độ chất khô dịch sấy tới độ ẩm bột phlorotannin. ....65 Hình 3.25. Ảnh hƣởng nồng độ chất khô dịch sấy đến hàm lƣợng phlorotannin của bột ...65 Hình 3.26. Ảnh hƣởng nồng độ chất khô dịch sấy đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của bột phlorotannin ......................................................................................................66 Hình 3.27. Ảnh hƣởng nồng độ chất khô dung dịch sấy đến hoạt tính khử sắt của bột phlorotannin. ..................................................................................................................66 Hình 3.28. Ảnh hƣởng của tốc độ bơm nhu động đến độ ẩm của bột phlorotannin. ....68 Hình 3.29. Ảnh hƣởng tốc độ bơm nhu động đến hàm lƣợng của bột phlorotannin ....69 Hình 3.30. Ảnh hƣởng tốc độ bơm nhu động đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của bột phlorotannin. ..................................................................................................................69 Hình 3.31. Ảnh hƣởng tốc độ bơm nhu động đến hoạt tính khử sắt của bột phlorotannin. ..................................................................................................................70 Hình 3.32. Ảnh hƣởng của tốc độ đĩa phun đến độ ẩm bột phlorotannin. ....................72 Hình 3.33. Ảnh hƣởng của tốc độ đĩa phun đến hàm lƣợng bột phlorotannin ..............73 Hình 3.34. Ảnh hƣởng của tốc độ đĩa phun đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của bột phlorotannin ...................................................................................................................73 Hình 3.35. Ảnh hƣởng của tốc độ đĩa phun đến hoạt tính khử sắt của bột phlorotannin ............74 Hình 3.36. Quy trình tạo bột phlorotannin từ rong nâu S. polycystum .......................... 77 x TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Nghiên cứu thu nhận phlorotannin và thử nghiệm sản xuất bột phlorotannin từ rong nâu Sargassum polycystum Giới thiệu về đề tài và mục tiêu nghiên cứu Rong nâu (Phaeophyta) là loại rong giàu các chất có hoạt tính sinh học có giá trị nhƣ lamilaran, fucoidan, alginate, phlorotannin, … Trong đó đáng chú ý là phlorotannin. Giống nhƣ các hợp chất polyphenolic, phlorotannin đã đƣợc coi là tiềm năng mang lại lợi ích cho sức khỏe con ngƣời. Phlorotannin hoạt động nhƣ một chất chống oxy hóa bằng cách góp phân tử hydro phản ứng với gốc tự do cao, do đó ngăn cản triệt để sự hình thành gốc tự do. Khả năng chống oxy hóa phụ thuộc vào số lƣợng và sự sắp xếp các nhóm hydroxyl và mức độ cấu trúc của liên hợp, cũng nhƣ sự có mặt của electron cho và electron nhận trong nhóm thế vào cấu trúc vòng. Hiện phlorotannin đƣợc một số nhà khoa học nghiên cứu tách chiết từ các loài rong mơ nhƣ: S. serratum, S. mcclurei, ... Tuy vậy, các công trình nghiên cứu về phlorotannin từ rong nâu nhƣ: S. polycystum hầu nhƣ không đáng kể. Nghiên cứu đƣợc hiện tại đƣợc thực hiện nhằm xây dựng quy trình sản xuất phlorotannin từ rong mâu S. polycystum với mục tiêu: (1) Xác định đƣợc chế độ chiết Phlorotannin từ rong nâu S. polycystum; (2) Xác định chế độ sấy tạo bột Pholorotannin; (3) Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa bột phlorotannin thu nhận đƣợc. Phƣơng pháp nghiên cứu Rong nâu S. polycystum đƣợc thu mua từ biển Nha Trang sau đó đƣợc rửa sạch, sấy khô và nghiền nhỏ để bảo quan nguyên liệu. Để tạo ra sản phẩm bột phlorotannin tiến hành nghiên cứu: Chế độ chiết có sử dụng sóng siêu âm (Nồng độ dung môi chiết, nhiệt độ chiết, thời gian chiết, mức năng lƣợng sóng siêu âm) thu đƣợc dịch chiết có hàm lƣợng phlorotannin cao, hoạt tính chống oxy hóa tốt nhất, Tiếp theo nghiên cứu chế độ cô đặc chân không dịch đảm bảo mức độ hao tổn thấp nhất về hàm lƣợng và chất lƣợng, sau đó tiến hành nghiên cứu chế độ sấy phun (Nhiệt độ sấy, tốc độ đĩa phun, tốc độ bơm dịch, nồng độ chất khô dịch) nhằm thu đƣợc bột phlorotannin có độ ẩm thấp, hàm lƣợng phlorotannin cao và hoạt tính chống oxy hóa tốt nhất. Dữ liệu thực nghiệm đƣợc phân tích trên phần mềm SPSS 23 với kiểm định oneway Anova để kiểm tra sự khác biệt giữa các giá trị trung bình với mức ý nghĩa p=0,05. xi Kết quả thu đƣợc 1) Về chế độ chiết rút phlorotannin từ rong nâu S. polycystum và thu đƣợc một số thông số thich hợp cho quy trình: dung môi chiết thích hợp là ethanol, nồng độ ethanol thích hợp là 90%, tỉ lệ nguyên liệu: dung môi là 1:15 (w:v), nhiệt độ chiết 50oC, thời gian chiết 60 phút và quá trình chiết đƣợc tiến hành trong điều kiện sóng siêu âm với mức năng lƣợng là 50%; 2). Về chế độ cô đặc và sấy phun tạo bột phlorotannin và thu đƣợc thông số thich hợp cho quy trình: nhiệt độ và áp suất cô đặc là 40oC - 178mbar; nhiệt độ quá trính sấy phun 70oC, nồng độ chất khô dung dịch sấy 30%, tốc độ bơm dịch (bơm nhu động) 10vòng/phút, tốc độ đĩa phun 19.000 vòng/phút. 3) Sau khi sấy phun thu đƣợc bột có chứa phlorotannin với các thông số: độ ẩm 6.2%, hàm lƣợng phlorotannin 2.571 (g phloroglucinol/100g bột), hoạt tính chống oxy hóa tổng 5.537 (g acid ascorbic/100g bột), hoạt tính khử sắt 10.272 (mg FeSO4/g chất khô). xii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là nƣớc nhiệt đới có bờ biển dài gần 3000 km, lại nằm trong dòng hải lƣu ấm. Do vậy, Việt Nam có nguồn rong biển rất phong phú. Theo thống kê chƣa đầy đủ, Việt Nam có gần 800 loài rong biển, phân bố đều ở các vùng biển. trong đó 24 loài đã đƣợc sử dụng cho sản xuất các chế phẩm công nghiệp, 18 loài dùng làm dƣợc liệu, 30 loài làm thực phẩm, 10 loài làm thức ăn gia súc. Trong đó, các loài rong quan quan trọng đƣợc các nhà khoa học quan tâm là: rong Câu (Gracilaria), rong mơ (Sargassum), rong Đông (Hypnea), và rong Bún (Enteromorpha). Trong các loài rong kể trên, rong nâu (Sargassum) đƣợc các nhà qua học đặc biệt quan tâm do rong nâu có chứa nhiều chất sinh học có hoạt tính chống oxy hóa đáng quý nhƣ phlorotannin, fucoidan, laminaran,… Trong số các chất sinh học kể trên, các nhà khoa học đặc biệt quan tâm tới phlorotannin - một chất có nhiều hoạt tính sinh học đáng quý đối với sức khỏe con ngƣời nhƣ hoạt tính chống oxy hóa, khả năng kháng ung thƣ, hoạt tính giúp ổn định đƣờng huyết, chống viêm, chống lão hóa, … Ở Việt Nam việc nghiên cứu về phlorotannin mới chỉ bắt đầu và mới chỉ có một số nghiên cứu về phlorotannin từ rong mơ (Sargassum serratum). Do vậy, tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu thu nhận phlorotannin và thử nghiệm sản xuất bột phlorotannin từ rong nâu Sargassum polycystum”. 2. Mục tiêu của đề tài Đánh giá khả năng thu nhận phlorotannin từ rong nâu S. polycystum thu mẫu ở vùng biển Nha Trang, Khánh Hòa làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo phlorotannin từ loài rong này. 3. Nội dung nghiên cứu 1) Xác định chế độ chiết phlorotannin từ rong nâu S.polycystum. 2) Xác định chế độ sấy tạo bột pholorotannin. 3) Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa bột phlorotannin. 4. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài là dẫn liệu khoa học mới về việc chiết rút phlorotannin từ rong nâu S. polycystum. Những dẫn liệu khoa học này sẽ là tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên và các cán bộ nghiên cứu khoa học. Đồng thời, 1 kết quả nghiên cứu của đề tài là dẫn liệu khoa học làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo sâu hơn và rộng hơn về phlorotannin. Ý nghĩa thực tiễn Tận dụng rong nâu làm sản phẩm có giá trị cao về mặt kinh tế cũng nhƣ về thực phẩm 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ RONG NÂU VÀ RONG NÂU SARGASSUM Rong nâu Hiện nay, trên thế giới rong nâu đã xác định đƣợc khoảng 6.000 loài, chia làm 03 ngành rong chính là rong lục (Chlorophyta), rong nâu (Phaeophyta) và rong đỏ (Rhodophyta). Trong các loại rong kể trên thì rong nâu là một trong số các loài thực vật biển có thể tự tái tạo và là nguồn tài nguyên có thể cung cấp các chất có hoạt tính sinh học quý báu nhƣ fucoidan, laminaran, polyuromannan, alginate,… và các chất chuyển hóa thứ cấp nhƣ alkaloid, phlorotannin, acetogenin và terpene. 1.2. TỔNG QUAN VỀ RONG NÂU S. POLYCYSTUM VÀ PHLOROTANNIN 1.2.1. Tổng quan về rong nâu S.polycystum. Rong nâu S. polycystum là một loài Phaeophyta biển cụ thể thuộc chi rong Sargassum, bề mặt có nhiều đốm nhỏ, lá nhỏ hình bầu dục, viền lá hình răng cƣa có đƣờng kính khoảng 0,1 – 0,2 cm. cây có thể phát triển cao lên 90 cm, rong nâu S. polycystum phân bố chủ yếu ở biển Ấn Độ dƣơng, các vung biển nhiệt đới ở Thái Bình dƣơng, quần đảo Ryukyu, Philippines. Malaysia, Indonesia, Việt Nam… Tại Việt Nam chúng đƣợc phân bố ở nhiều vùng biển, tại biển Nha Trang chúng có ở cả khu Bãi tiên (Đƣờng Đệ), Hòn Chồng – Sông lô và Hòn Tre . Hình 1.1. Rong nâu Sargasum. polycystum 1.2.2. Tổng quan về phlorotannin Theo Toshiyuki Shibata hợp chất phenolic rất phổ biến trong rong nâu, thuộc nhóm hợp chất polyphenol là phlorotannin. phlorotannin là chất chuyển hóa thứ cấp, xuất hiện chủ yếu ở các mô, tại đó nồng độ trong rong nâu từ 3,2 đến 5,2% so với trọng lƣợng rong khô. 3 Phlorotannin là các polyme của phloroglucinol (1,3,5, trihydroxybenzen) và có thể chiếm lên đến 15% trọng lƣợng khô của tảo nâu. Các mối quan hệ của phenolic với chất phloroglucinol trong tảo nâu lần đầu tiên đƣợc đề cập bởi Crato (1893) và sau đó đƣợc nghiên cứu thêm rất nhiều Các khối lƣợng phân tử của phlorotannin khác nhau từ 126 đến 650 kDa, nhƣng hầu hết thƣờng thấy trong phạm vi 10 đến 100 kDa. Phlorotannin có thể chia thành sáu nhóm cụ thể: fucol, phlorethol, fucophlorethol, fuhalol, isofuhalol, và eckol (hình 1.4), đặc trƣng bởi sự khác nhau trong bản chất của mối liên kết cấu trúc giữa các đơn vị phloroglucinol và số lƣợng của nhóm hydroxyl. Phlorotannins đƣợc hình thành thông qua con đƣờng acetate-malonate, cũng đƣợc biết đến nhƣ là con đƣờng polyketide, trong một quá trình có thể liên quan đến một polyketide synthase một loại enzyme phức tạp. (ii) (i) (iv) (iii) (vi) (v) (vii) Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của phloroglucinol (i) và các nhóm của phlorotannin [tetrafucol A (ii), tetraphlorethol B(iii), fucodiphlorethol A(iv), tetrafuhalol A (v), tetrasofuhalol (vi), phlorofucofuroeckol (vii)] 1.2.3. Vai trò của phlorotannin Theo Michael và cộng sự (2006) chỉ ra rằng phlorotannin có chức năng làm tăng tính liên kết và độ chắc cho thành tế bào. Phlorotanin của tảo nâu đƣợc tìm thấy trong các physod của tế bào. Phlorotanin trở thành thành phần của tế bào rong nâu khi physod kết hợp với màng tế bào và phlorotannin sẽ tạo phức với acid alginic [12]. 4 Màng tế bào tảo nâu chủ yếu gồm các polysaccharid nhƣ: acid alginic, muối của acid alginic và fucan (polysaccharide sunfat). Các hợp chất phenol liên kết với nhau thông qua các liên kết: liên kết kỵ nƣớc, liên kết hydro, liên kết ion và liên kết cộng hóa trị. Liên kết giữa màng tế bào và phlorotanin là liên kết este [15]. Tảo nâu tiết ra phlorotannin để phòng vệ đối với động vật ăn tảo [19]. Phlorotannin hấp thụ bƣớc sóng UV, chủ yếu là UVC và một phần UVB, với cực đại tại 195 nm và 265 nm [23]. Sinh khối của rong nâu là rất lớn và đa dạng, song thành phần cấu trúc và tính chất của các chất chứa trong đó lại chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều. Vì vậy rong nâu đƣợc sử dụng nhƣ nguồn cung cấp các hợp chất có hoạt tính sinh học cao cũng bị hạn chế. Cũng nhƣ các hợp chất phenol khác, phlorotannin hoạt động nhƣ một chất chống oxy hóa bằng cách góp phân tử hydro phản ứng với gốc tự do cao, do đó ngăn cản triệt để sự hình thành gốc tự do. Hoạt tính chống oxy hóa phụ thuộc vào số lƣợng và sự sắp xếp các nhóm hydroxyl, mức độ cấu trúc của liên hợp, cũng nhƣ sự có mặt của electron cho và electron nhận trong nhóm thế vào cấu trúc vòng. 1.3. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP THU HỒI PHLOROTANNIN TỪ RONG NÂU SARGASUM 1.3.1. Cơ sở lý thuyết về quá trình tách chiết phlorotannin Phƣơng pháp chiết là phƣơng pháp thu lấy một hay nhiều chất từ hỗn hợp đã lựa chọn, cô lập và tinh chế các cấu tử có trong hỗn hợp thành những cấu tử riêng. Quá trình chiết gồm hai giai đoạn nhƣ sau: Giai đoạn 1: dung môi thấm ƣớt lên bề mặt nguyên liệu, sau đó dung môi thấm sâu vào bên trong nguyên liệu do quá trình thẩm thấu. Khi dung môi đã thấm sâu vào trong nguyên liệu, các hoạt chất hòa tan trong dung môi chiết sẽ hòa tan vào dung môi chiết. Giai đoạn 2: Các chất hòa tan trong dung môi chiết sẽ thực hiện khuếch tán ra ngoài màng tế bào ra dung môi ngoài nguyên liệu cho đến khi cân bằng nồng độ chất tan ở dung môi trong và ngoài nguyên liệu. * Dung môi chiết xuất. - Dung môi dùng để chiết các hợp chất ra khỏi nguyên liệu rất đa dạng và thay đổi tùy theo bản chất của mỗi loại nguyên liệu. Cơ sở lựa chọn dung môi chiết xuất là tính phân cực của hợp chất tự nhiên chứa trong nguyên liệu và của dung môi. 5 - Dung môi có thể chia thành hai loại: phân cực và không phân cực, độ phân cực đƣợc tính bằng hằng số điện môi, hằng số điện môi của dung môi phản ánh sơ bộ tính phân cực của dung môi. Tính phân cực mạnh của nƣớc đƣợc lấy làm chuẩn, ở 20°C, hằng số điện môi là 80,10. Methanol và ethanol là những dung môi có cực nên sẽ hòa tan tốt các chất phân cực, nên khi dùng các dung môi này để chiết sẽ thu đƣợc các chất phân cực hòa tan với hàm lƣợng cao hơn các dung môi khác. Ngƣợc lại, chloroform có khả năng phân cực thấp hơn nên khả năng hòa tan các chất phân cực bị hạn chế. Ethanol hòa tan đƣợc các chất không phân cực đồng thời cũng có khả năng tạo cầu nối hydro với các nhóm phân cực khác. Vì thế ethanol đƣợc coi là dung môi vạn năng. Xét theo khả năng tách chiết các chất phân cực, ngƣời ta sắp xếp các dung môi theo thứ tự từ không phân cực đến phân cực mạnh dùng trong chiết xuất các chất từ dƣợc liệu: ete dầu, ete, chloroform, cồn và cuối cùng là nƣớc. * Chất tan trong nƣớc và dung môi phân cực Các chất điện ly nhƣ các muối vô cơ đều tan trong dung môi phân cực. Các hợp chất hữu cơ phân cực nói chung không ion hóa, nhƣng nếu chúng có chứa các nhóm hoặc nguyên tử mang điện âm, chúng có thể hình thành cầu nối hydro với phân tử nƣớc và tan đƣợc trong nƣớc. Những nhóm có khả năng tạo cầu nối hydro nhƣ: - OH, CO, NO, NH2, và các halogen gọi là nhóm phân cực. Phân tử nào càng có nhiều nhóm phân cực thì phân tử ấy càng dễ hòa tan trong nƣớc. Nhƣng nếu phân tử có mạch hydro carbon càng dài thì độ hòa tan càng giảm. Thực nghiệm cho thấy, nếu phân tử có mạch nhánh và số cacbon của mạch chính không quá 5 hoặc 6 thì phân tử đó sẽ tan đƣợc trong nƣớc nếu nhóm phân cực trong phân tử đó có khả năng hình thành liên kết hydro với phân tử H2O. Nếu phân tử có nhiều nhóm phân cực (2 nhóm trở lên) thì tỷ lệ này giảm xuống. Một nhóm phân cực có 3 hoặc 4 cacbon trong mạch thì phân tử ấy tan đƣợc trong nƣớc. * Chất tan trong ete và dung môi không phân cực. Các hợp chất hữu cơ không chứa nhóm phân cực gọi là các chất không phân cực. Các chất không phân cực đều tan trong ete và dung môi không phân cực. Đồng thời chúng không tan trong nƣớc và các dung môi phân cực khác. Các chất mà phân tử chỉ có một nhóm phân cực yếu cũng có thể tan trong ete. Hầu hết các chất hữu cơ tan trong nƣớc thì đều không tan trong ete. Nếu chất vừa tan trong nƣớc vừa tan trong ete 6