Tài liệu Sử dụng enzyme thương mại viscozyme cải tiến quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ

i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô và bạn bè. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến: Ban Giám hiệu nhà trường, Ban Chủ nhiệm và quý thầy cô khoa Công nghệ Thực phẩm, các cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện về vật chất, trang thiết bị để tôi hoàn thành đề tài này. Tiến sĩ Hoàng Thị Huệ An (Bộ môn Hóa) đã tận tình hướng dẫn, cho tôi tiếp cận với các phương pháp nghiên cứu hiện đại, hoàn thiện kiến thức và hoàn thành luận văn. Tiến sĩ Trần Thị Hoàng Quyên (Bộ môn Hóa) đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong việc tìm kiếm tài liệu phục vụ cho việc nghiên cứu đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, ngày 12 tháng 07 năm 2012 Sinh viên thực hiện Lương Thị Trúc Mai ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i MỤC LỤC .............................................................................................................ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................iv DANH MỤC CÁC HÌNH .....................................................................................vi MỞ ĐẦU ...............................................................................................................1 PHẦN 1. TỔNG QUAN......................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ. .......................................................................3 1.1.1. Tên gọi .........................................................................................................3 1.1.2. Phân loại và đặc điểm hình thái..................................................................... 3 1.2. Tổng quan về enzyme ......................................................................................5 1.2.1. Giới thiệu về enzyme Viscozyme ..................................................................5 1.2.2. Ứng dụng của Viscozyme .............................................................................6 1.3. Khái quát về lutein ...........................................................................................7 1.3.1. Cấu tạo phân tử .............................................................................................7 1.3.2. Tính chất lý-hóa............................................................................................ 8 1.3.3. Hoạt tính sinh học .........................................................................................9 1.3.4. Ứng dụng ....................................................................................................10 1.3.5. Các nguồn lutein trong tự nhiên ..................................................................11 1.4.2. Tính chất lý-hóa ..........................................................................................13 1.4.3. Hoạt tính sinh học .......................................................................................13 1.4.4. Ứng dụng ....................................................................................................14 1.5. So sánh khả năng hấp thụ của lutein và lutein ester ........................................15 1.6. Các nghiên cứu xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme ......................................15 PHẦN 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 21 2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................21 2.1.1. Nguyên liệu-Hóa chất .................................................................................21 iii 2.1.1.1. Nguyên liệu: ............................................................................................ 21 2.1.1.2. Hóa chất: .................................................................................................21 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị .........................................................................................21 2.1.2.1. Dụng cụ: ..................................................................................................21 2.1.2.2. Thiết bị ....................................................................................................21 2.2. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................22 2.2.1. Phương pháp xử lý nguyên liệu ...................................................................22 2.2.2. Xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu ........................................22 2.2.3. Xác định một số thành phần của hoa ...........................................................22 2.2.3.1. Xác định lutein tổng số: ...........................................................................22 2.2.3.2. Xác định % TL khô của hoa .....................................................................23 2.2.4. Bố trí thí nghiệm .........................................................................................23 2.2.4.1. Quy trình chiết lutein ester từ cánh hoa cúc vạn thọ sau khi xử lý bằng Viscozyme ............................................................................................................23 2.2.4.2. Xây dựng quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme .....................24 2.2.5. Thử nghiệm chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ đã được xử lý bởi.............33 2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu ...........................................................................33 PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 34 3.1. Kết quả một số thành phần chính của hoa cúc vạn thọ ...................................34 3.2. Kết quả bố trí thí nghiệm ...............................................................................35 3.2.1. Kết quả xác định nồng độ enzyme Viscozyme thích hợp ............................. 35 3.2.2. Kết quả xác định tỉ lệ Viscozyme:nguyên liệu thích hợp ............................. 36 3.2.3. Kết quả xác định pH tối ưu ..........................................................................37 3.2.4. Kết quả xác định tốc độ ủ, lắc thích hợp ......................................................38 3.2.6. Kết quả xác định thời gian ủ thích hợp ........................................................40 3.3. Đánh giá hiệu suất chiết của phương pháp chiết mới so với phương pháp truyền thống chiết lutein ester ..........................................................................................43 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ...................................................................45 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................46 PHẦN PHỤ LỤC .................................................................................................50 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt A Absorbance Độ hấp thụ Butylated Hydroxytoluene Butylat Hydroxytoluen BHT D FAO Dilution factor Hệ số pha loãng Food and Agriculture Tổ chức nông lương Organization của Liên Hợp Quốc h Hour Giờ PE Petroleum ether Ete dầu hoả Rpm Round per minute Vòng/phút Trọng lượng khô TL khô UV-Vis Ultraviolet-Visible v/v Volume/volume v/w Volume/weight w/w Weight/weight Tử ngoại-khả kiến Thể tích/thể tích Thể tích/ khối lượng Khối lượng/khối lượng v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng lutein cho phép được có trong thực phẩm ...........................11 Bảng 1.2. Các nguyên liệu có chứa lutein trong tự nhiên ..................................... 12 Bảng 3.1. Thành phần khối lượng của hoa cúc vạn thọ .........................................34 Bảng 3.2. Một số thành phần chính của hoa cúc vạn thọ .......................................34 Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ với Viscozyme ...........43 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Hoa cúc vạn thọ Châu Phi ....................................................................... 5 Hình 1.2. Quá trình thủy phân thành tế bào cánh hoa cúc vạn thọ ........................... 6 Hình 1.3. Cấu trúc phân tử của lutein ..................................................................... 8 Hình 1.4. Cấu tạo phân tử lutein ester ................................................................... 13 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ ................. 24 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ Viscozyme thích hợp ............ 27 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ Viscozyme:nguyên liệu ............... 28 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ pH thích hợp ............................... 29 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tốc độ lắc thích hợp ............................ 30 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ lắc thích hợp ......................... 31 Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ủ thích hợp .......................... 32 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Viscozyme đến hiệu suất chiết lutein ester ........... 36 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ Viscozyme:nguyên liệu đến hiệu suất chiết lutein ester 37 Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất chiết lutein ester ................................ 38 Hình 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ ủ, lắc đến hiệu suất chiết lutein ester .................. 39 Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, lắc đến hiệu suất chiết lutein ester ............... 40 Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất chiết lutein ester .................... 41 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme ........................ 42 Hình 3.8. Dịch chiết chứa lutein ester từ cánh hoa cúc vạn thọ ............................. 44 1 MỞ ĐẦU Lutein, một sắc tố tự nhiên màu vàng cam thuộc một trong hai nhóm carotenoid, có trong nhiều loài động, thực vật khác nhau. Lutein là một trong những carotenoid có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm nhờ có màu vàng cam rất đẹp và khả năng chống oxy hóa khá mạnh, do đó, sản phẩm chứa lutein có nhu cầu ngày càng tăng trong thị trường carotenoid quốc tế [3]. Một trong những nguồn quan trọng nhất để thu lutein là cánh hoa của Tagetes erecta, thường gọi là cúc vạn thọ. Loài cây này rất thích hợp với điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng với nhiều địa phương của nước ta, trong đó có tỉnh Khánh Hòa. Đây là yếu tố thuận lợi góp phần hình thành ngành công nghiệp sản xuất và ứng dụng các chế phẩm lutein tại địa phương Khánh Hòa. đồng thời đưa hoa cúc vạn thọ trở thành loại cây công nghiệp phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu [3]. Theo các quy trình truyền thống, hoa cúc vạn thọ sau khi thu hoạch được ủ xi-lô, ép bớt nước, sấy khô, nghiền thành bột rồi chiết bằng dung môi hexane. Quy trình này có nhiều nhược điểm: có thể gây tổn thất và phân hủy carotenoid trong quá trình ủ xi-lô, sử dụng nhiều dung môi. Vì vậy, đã có nhiều công trình nghiên cứu tách chiết lutein bằng các phương pháp khác nhau nhằm thu được hiệu quả kinh tế cao, an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường. Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ enzyme trong các quá trình xử lý hóa học để thay thế một phần các hóa chất là xu thế mới, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường. Xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme là một giải pháp thay thế để tăng cường hiệu suất thu hồi xanthophyll [9, 22]. Gần đây, một số công trình nghiên cứu đồng thời xử lý enzyme và chiết lutein bằng dung môi đã được công bố [7]. Trong các công trình này, nhiều loại enzyme đã được đưa vào thử nghiệm để xử lý cánh hoa cúc vạn thọ trước khi 2 chiết với dung môi (như cellulase, pectinase, hemicellulase, Neutrase, xylanase,...), kết quả cho thấy hiệu suất chiết đã được cải thiện đáng kể [6]. Một trong những nghiên cứu xử lý cánh hoa cúc vạn thọ tươi bằng enzyme trước khi chiết phải kể đến nghiên cứu của Barzana và các cộng sự (2002) với 3 enzyme được sử dụng là Viscozyme, Pectinex và Neutrase. Nghiên cứu này cho thấy rằng việc xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme đã làm tăng hiệu suất chiết lên đến hơn 45% so với mẫu không xử lý enzyme [7]. Có thể thấy Viscozyme là một enzyme có nhiều tiềm năng trong việc xử lý hoa cúc vạn thọ trước khi chiết carotenoid. Tuy nhiên, cũng như các enzyme thương mại khác, Viscozyme khá đắt tiền nên hiện chưa được sử dụng nhiều trong nghiên cứu và sản xuất thực tế. Vì vậy, cho đến nay, cũng chưa thực sự đánh giá hết hiệu quả của Viscozyme trong việc nâng cao hiệu quả chiết lutein từ cánh hoa cúc vạn thọ. Chính vì vậy, đồ án tốt nghiệp “Sử dụng enzyme thương mại Viscozyme cải tiến quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ” đã được thực hiện nhằm nghiên cứu khả năng ứng dụng Viscozyme trong việc nâng cao hiệu quả chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ, từ đó cải tiến quy trình chiết lutein truyển thống. Nội dung nghiên cứu của đề tài: - Xác định các thông số điều kiện xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme Viscozyme nhằm mang lại hiệu suất chiết lutein cao nhất; - Đề xuất quy trình thử nghiệm chiết xuất lutein từ hoa cúc vạn thọ đã được xử lý bằng enzyme. Đánh giá hiệu quả kinh tế của quy trình chiết. Đây là một hướng nghiên cứu khá mới mẻ so với trong nước. Vì vậy, dù đã cố gắng thực hiện, song do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô và các bạn sinh viên nhằm giúp đề tài có thể được hoàn thiện hơn. 3 PHẦN 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ. 1.1.1. Tên gọi Tên Việt Nam: Cúc vạn thọ; Tên tiếng Anh: marigold; Tên khoa học: Tagetes spp.; Họ: Cúc (Asteraceae) [25]. 1.1.2. Phân loại và đặc điểm hình thái Cúc vạn thọ (Tagetes) hay Marigold là một loài hoa có nguồn gốc từ Trung Mỹ và đã trở thành cây hoa không thể thiếu tại mọi khu vườn Bắc Mỹ, cây rất thích hợp với khí hậu nóng và khô của Mexico và Nam Mỹ. Cây được nhà thám hiểm Hernando Cortés đưa về châu Âu vào thế kỷ 14, sau đó, cây được trồng khắp nơi quanh Địa Trung Hải, rồi mọi nơi trên thế giới [25]. Loài hoa cúc vạn thọ Châu Phi Tên khoa học là Tagetes erecta, tiếng Anh gọi là African Marigold. Đây thường là giống hoa vạn thọ cây cao nhất và hoa cũng to nhất. Đáng kể nhất hiện nay là loài hoa kép, to, nở tròn xoe, không cồi gọi là Ánh Nguyệt (Moonlight), cây cao chừng 40 cm và mọc dày khít nhau. Trổ hoa sớm như các giống vạn thọ lai. Một loài vạn thọ Châu Phi có hoa kép to và cây cao hơn, khoảng 50−70 cm, hạt đem gieo thường cho nhiều hoa màu sắc khác nhau, từ cam đến vàng, vàng kim, vàng chanh, vàng bơ. Tên gọi chung là Gold-n Vanilla. Các loài khác của giống này là Golden Age, cây cao hơn 75 cm và Doublon, cây cao đến 1,5 m và hoa rất to với đường kính 12,5 cm [25]. 4 Loài hoa cúc vạn thọ Pháp Tên khoa học là Tagetes patula, tiếng Anh gọi là French Marigold. Loài này thường thấp hơn loài Châu Phi, hoa nhỏ hơn. Người dân Âu Mỹ hay trồng các giống hoa đơn một lớp, cánh hoa dài, có cồi. Ví dụ: Giống Oai Vệ (Majestic): cây lùn, cao khoảng 30 cm, hoa vàng đơn, cánh sọc nâu hay sọc màu gõ đỏ, cồi vàng, khiến mọi người chú ý. Cây sống ở nơi có khí hậu nóng như đồng bằng nước ta, cây có thể cao hơn 60 cm. Giống Kỳ Hoa Sọc Đỏ (Striped Marvel): thân cao đến 75 cm, giống như Oai Vệ, nhưng sọc đỏ. Janie là loài ra hoa sớm nhất và hoa nhiều nhất trong nhóm vạn thọ Pháp. Đối với loài này, cây mọc khít, thân lùn, chỉ cao chừng 20 cm, hoa có đường kính 4−5 cm, chỉ cần gieo hạt sau 6 tuần là đã trổ hoa. Hoa có nhiều màu sắc khác nhau, có ba màu được ưa thích là vàng, đỏ lửa và vàng kim. Loài lùn Naughty Marietta, chỉ cao 25 cm, hoa đơn, cánh bên trong điểm vết nâu. Loài Mắt Cọp (Tiger Eyes), cao 30−35 cm là một giống vạn thọ lạ vì cánh đơn đỏ huyết ở viền bìa ngoài hoa, còn bên trong nở như là cúc vàng cam. Loài Loạt Nữ Hoàng (Queen Series) hoa nở tựa hoa trà mi, hải đường, cây lùn 25−30 cm,... [25]. Loài vạn thọ nhỏ Tên khoa học là Tagetes tenuifolia, hay Tagetes signata. Cây nhỏ, hoa đơn cánh, có cồi và nhỏ 1−2 cm. Loài Stafire Mix hay trồng ở Âu Mỹ, lá thơm mùi chanh bưởi, dễ nhận thấy mùi này khi trời nắng nóng [25]. Loài lai American Marigold Hoa của loài lai Antigua Yellow có màu vàng tươi, hoa kép to 7−8 cm, trồng ở làng hoa Gò Vấp, Việt Nam. Sau 60 ngày gieo hạt đã ra hoa, hoa nở liên tiếp nhiều tháng, thời gian có hoa lâu nhất trong các loài hoa cúc vạn thọ. Cây mọc khít và cao 30−50 cm, còn gọi là Inca lùn. 5 Loài lai Inca Hybrid hoa kép và rất to, 10 13 cm. Cây cao 50−70 cm, ra hoa sớm và vụ hoa kéo dài, vẫn còn hoa khi các loài hoa cúc vạn thọ khác đã tàn. Chịu nhiệt độ đến 39–400C. Giống tam nhiễm lai triploid, thuộc nhóm Solar series F1 là giống phối hợp cây lùn của vạn thọ Pháp và hoa kép to của vạn thọ Châu Phi, vừa chịu lạnh vừa chịu nóng [25]. Hình 1.1. Hoa cúc vạn thọ Châu Phi 1.2. Tổng quan về enzyme 1.2.1. Giới thiệu về enzyme Viscozyme Viscozyme L. được sử dụng trong đề tài là sản phẩm của hãng Novozyme (Đan Mạch), bao gồm các enzyme hoạt động: cellulase, hemicellulase, xylanase. Đặc tính của sản phẩm Viscozyme : - Màu sắc: nâu; - Trạng thái vật lý: lỏng; - Chất bảo quản: kali sorbat; Viscozyme là sản phẩm từ chủng nấm mốc Aspergillus aculeatus. Viscozyme chứa các carbohydrase có thể làm phân hủy cellulose và 6 hemicellulose, thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, nơi ngăn ngừa mất nước và duy trì tính toàn vẹn của tế bào trong thành tế bào, do đó giúp làm tăng khả năng chiết các chất có bên trong tế bào [26]. + Xylanase: là một enzyme có tác dụng phá vỡ hemicellulose-một trong những thành phần chủ yếu của thành tế bào. + Hemicellulase: có tác dụng phá vỡ các thành phần của thành tế bào, chủ yếu là hemicellulose. + Cellulase: là một phức hệ enzyme có tác dụng thuỷ phân cellulose thông qua việc thuỷ phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose (hình 1.2). 1.2.2. Ứng dụng của Viscozyme Viscozyme được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong quá trình xử lý các nguyên liệu cây trồng và chế biến các loại ngũ cốc và rau quả. Nó có thể tăng cường tinh bột sẵn có trong nguyên liệu trong quá trình lên men bằng cách làm giảm polysaccharide phi tinh bột thường được liên kết với tinh bột trong nguyên liệu thực vật. Viscozyme làm giảm độ nhớt của nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật, do đó, có thể cải thiện sản lượng khai thác [26]. Hình 1.2. Quá trình thủy phân thành tế bào cánh hoa cúc vạn thọ 7 1.3. Khái quát về lutein Lutein đã được các Tổ chức FDA ở Mỹ, Canada và EU cho phép sử dụng trong chế biến thực phẩm (mã số E 161b) để tạo màu vàng, vàng cam cho nhiều loại nước giải khát, bổ sung vào trong chăn nuôi gia cầm. Kết quả khảo sát cho thấy cúc vạn thọ châu Phi là nguồn nguyên liệu lý tưởng cho việc thu nhận lutein: Cánh hoa có hàm lượng lutein ester khá lớn (1,0-1,6% carotenoid tổng số tính theo trọng lượng khô), trong đó, khoảng 90% lượng carotenoid là lutein và 5% zeaxanthin [18]. Dịch chiết lutein có chứa hơn 80% carotenoid tổng số, trong đó, phần lớn là lutein (70−78%), ngoài ra, còn có zeaxanthin (2−9%) và các carotenoid khác cũng có mặt. Bên cạnh đó, trong dịch chiết lutein còn tìm thấy các loại sáp (14%) và các axit béo (1%). Lutein tạo liên kết hóa học với các loại axit béo khác nhau, như acid lauric, mystric và palmitic [13]. Lutein ester là một trong những hợp chất thu được từ chất dầu nhựa lutein (lutein oleoresin) được chiết xuất từ cánh hoa cúc vạn thọ bằng các dung môi hữu cơ. Sau khi xà phòng hóa, sản phẩm cuối cùng thu được có thành phần chính là lutein và một phần nhỏ zeaxanthin [13]. 1.3.1. Cấu tạo phân tử Lutein là một dạng tiền thân của vitamin A (provitamin A), có công thức phân tử C40H56O2 (khối lượng phân tử 568,88), là một loại carotenoid có màu vàng cam rất phổ biến trong các mô động-thực vật [3]. Lutein thuộc nhóm oxycarotenoid hay xanthophyll (all-trans lutein; (3R, 3’R, 6’R) – beta, epsilon – carotene – 3, 3’ – diol ) có chứa 2 vòng đầu mạch và có cấu trúc polyisoprenoid với bộ khungC40 cơ bản chung cho tất cả các carotenoid [13], [21]. Lutein trong tự nhiên thường tồn tại ở cấu hình all-trans. 8 Hình 1.3. Cấu trúc phân tử của lutein 1.3.2. Tính chất lý-hóa Tính chất vật lý Tính tan Tinh thể lutein có dạng bột, màu đỏ da cam. Nó không hòa tan trong nước, nhưng hòa tan trong hexane và một số dung môi hữu cơ khác [13]. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc Sự có mặt của chuỗi polyen gồm trên 7 nối đôi liên hợp làm cho phân tử carotenoid có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến, tạo ra ánh sáng màu vàng, cam hay đỏ. Lutein hấp thụ ánh sáng màu xanh, do đó, xuất hiện màu vàng ở nồng độ thấp và màu đỏ da cam ở nồng độ cao [2]. Tính chất hóa học Hệ thống polyen cũng là nguyên nhân làm cho các phân tử carotenoid ở dạng tự do rất dễ bị oxy hóa và đồng phân hóa bởi các tác nhân ánh sáng, nhiệt độ, acid. Tuy nhiên, lutein trong các mô động thực vật có khả năng liên kết với các acid béo, lipid, lipoprotein,... Chính vì vậy, màu sắc và độ bền của carotenoid có thể thay đổi đáng kể so với khi chúng ở trạng thái tự do, hay trong dung môi hữu cơ [2]. 9 1.3.3. Hoạt tính sinh học Theo kết quả nghiên cứu của Wu L. (2009), lutein khi được thêm vào chế độ ăn uống có thành phần lutein thấp có thể làm tăng lutein trong huyết tương ở những con gà đẻ trứng [18]. Các hợp chất xanthophyll, đặc biệt là lutein, thể hiện tính chống oxy hóa và bắt giữ các gốc tự do sinh ra trong tế bào. Các nghiên cứu đã cho thấy các chất chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ có thể sử dụng là chất dinh dưỡng bổ sung cho người, dựa trên hoạt tính sinh học quan trọng như: phòng chống ung thư, bảo vệ chống lại sự oxy hóa tế bào, phục hồi hệ dây chằng trong mô, cơ, và phòng chống thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác [17]. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh khả năng chống oxy hóa của lutein trong việc ngăn ngừa bệnh đục thủy tinh thể, thoái hóa võng mạc ở người già,... [23]. Võng mạc vốn có chất zeaxanthin, lutein nội sinh. Vào tuổi già, zeaxanthin và lutein bị giảm sút nên bị thoái hóa điểm vàng. Lutein tinh thể được dễ dàng hấp thu từ thức ăn thông qua việc bổ sung chế độ ăn uống, trong khi đó, lutein ester yêu cầu thủy phân bởi các enzyme trong ruột [8]. Việc cung cấp một liều lượng vừa đủ lutein và zeaxanthin (10 mg lutein và 2 mg zeaxanthin mỗi ngày) giảm 40% sự thoái hóa điểm vàng có liên quan đến tuổi tác [24]. Nghiên cứu của Alves-Rodrigues A. (2004) cho thấy bổ sung lutein làm tăng lên sắc tố điểm vàng và tầm nhìn được cải thiện ở những bệnh nhân bị mắc AMD (bệnh thoái hóa điểm vàng ở mắt, gây mất thị lực ở vùng trung tâm xảy ra ở những người cao tuổi) và các bệnh mắt khác [23]. Lợi ích của lutein cho người không dừng lại ở sức khỏe của mắt. Các nghiên cứu gần đây cho thấy, các hợp chất xanthophyll, đặc biệt là lutein và zeaxanthin, có thể giúp duy trì sức khỏe tim mạch bằng cách giảm nguy cơ xơ vữa động mạch. Cụ thể, trong nghiên cứu của Alves-Rodrigues A. và Shao A. 10 (2004) cũng kết luận lutein và zeaxanthin ức chế các yếu tố gây bệnh võng mạc và bệnh tim mạch [6]. Ngoài ra, lutein có khả năng bảo vệ làn da trước tia cực tím. Hòa tan dầu lutein và lutein ester với các dầu thảo dược khác có thể dễ dàng thâm nhập vào da cho thấy hiệu quả chống nắng tốt [20]. 1.3.4. Ứng dụng Xanthophyll là nhóm hợp chất có nhu cầu mạnh mẽ tại các thị trường carotenoid trên thế giới. Nhờ có màu vàng cam khá đẹp, hoạt tính chống oxy hóa và khả năng hấp thụ bức xạ từ ngoại, lutein được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực chất màu, mỹ phẩm, dược phẩm. Lutein (E 161b) là một chất màu tự nhiên được sử dụng như là một phụ gia thực phẩm. Lutein được sử dụng làm chất màu trong thực phẩm như bánh nướng, kẹo cứng, kẹo cao su, kẹo mềm, đồ uống và nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc ăn sáng, sản phẩm từ sữa, trứng, các loại thực phẩm trẻ em, chất béo và dầu, nước sốt, súp,... [24]. Lutein ester làm phụ gia trong thức ăn chăn nuôi gia cầm (gà), các loài giáp xác (tôm) và cá (cá hồi). Màu sắc tươi sáng của lòng đỏ trứng, da, và các mô mỡ được tăng lên đáng kể khi bổ sung lutein vào thức ăn cho những động vật kể trên [8]. Nghiên cứu của FAO (2004) đã xác định được hàm lượng lutein cho phép được có trong một số loại thực phẩm (bảng 1.1) [13]. Gần đây, trong thành phần nhiều sản phẩm dưỡng da, đặc biệt là trong kem chống nắng, được bổ sung lutein. Sản phẩm có chứa lutein với chức năng là một chất chống oxy hóa quan trọng giúp gia tăng độ ẩm cho da, mái tóc, móng tay. Mỹ phẩm chứa carotene, lutein, licopene chống lão hóa và làm mờ các nếp nhăn [24]. 11 Bảng 1.1. Hàm lượng lutein cho phép được có trong thực phẩm Danh mục thức ăn Ngũ cốc bữa sáng Phân loại thực phẩm Mức độ sử dụng, theo GFSA mg/kg Ngũ cốc ăn liền, luôn được giữ nóng Kẹo cao su Sản phẩm của trứng Kẹo cao su Trứng lỏng, đông lạnh hay khô thay thế 8,3 330 40 Kẹo dẻo 25 Sữa bột 13 Hương liệu sữa, sữa uống 13 Yogurt 13 Sữa mô phỏng 8,3 Sữa đậu nành 6,3 Hương liệu đồ uống trái cây 8,3 Trái cây đã chế biến Mật hoa 8,3 và nước ép trái cây Nước ép trái cây 8,3 Nước ép rau 8,3 Nước sốt cà chua 2,6 Kẹo Các sản phẩm của sữa Nước thịt và nước sốt 1.3.5. Các nguồn lutein trong tự nhiên Lutein là một hợp chất carotenoid vốn xuất hiện nhiều trong các loại rau xanh có màu đậm (rau bina, cải xoăn, cải lá xanh,..), một vài loại trái cây, hoa, ngô và lòng đỏ trứng gà. Cánh hoa cúc vạn thọ là một trong những nguồn tự nhiên giàu có nhất của xanthophyll, chủ yếu là lutein [9]. Hàm lượng lutein ester trong cánh hoa 12 cúc vạn thọ tươi thay đổi từ 4 mg/kg trong hoa có màu vàng lục đến 800 mg/kg trong cánh hoa màu cam nâu. Cánh hoa có màu tối chứa lượng lutein nhiều hơn khoảng 200 lần so với những cánh hoa sáng màu hơn [19]. Bảng 1.2. Các nguyên liệu có chứa lutein trong tự nhiên [10] Thực phẩm Thành phần lutein, mg/1 chén Cải xoăn 20–33 (*) Củ cải 18,1 Rau bina, (nấu chín) 12–15 (*) Rau bina, (tươi) 6,6 Bắp 0,6 Lòng đỏ trứng 0,3 Quýt 0,3 Nước cam ép 0,3 Cải Brussel 3,4 Quả Hồng 0,6 Lá đậu Hà Lan 2,3 Bông cải xanh 3,4 (*) : Tùy thuộc vào từng loại. 1.4. Khái quát về lutein ester 1.4.1. Cấu tạo phân tử Lutein ester được tìm thấy trong tự nhiên như là dạng diester hóa của lutein với hai nhóm acid béo gắn vào hai bên nhóm hydroxyl thường được tìm thấy trong lutein. 13 Hình 1.4. Cấu tạo phân tử lutein ester 1.4.2. Tính chất lý-hóa Tính chất vật lý Lutein ester có chứa 51% lutein như lutein dipalmitate, phần còn lại là các chất béo trung tính. Do lutein ester có chứa các chất béo trung tính nên nó tan trong dầu thực vật. Ngoài ra, lutein ester tan trong glycerol và rượu. Tính chất hóa học Nghiên cứu của Li M. (2007) và các cộng sự kết luận rằng lutein ester ổn định hơn lutein tự do trong điều kiện nhiệt độ, ánh sáng và ít bị oxy hóa hơn,...[4]. 1.4.3. Hoạt tính sinh học Theo nghiên cứu của Bowen E. (2001), các nhà khoa học đã phát hiện ra lutein ester có hoạt tính sinh học còn cao hơn lutein ở dạng tự do. Phát hiện này đã cung cấp một phương pháp ngăn chặn hoặc ức chế tác hại của các gốc tự do bằng cách cung cấp một lượng vừa đủ chất chống oxy hóa thành phần là carotenoid bao gồm lutein và lutein ester. Liều lượng sử dụng của chất chống oxy hóa tùy thuộc vào nhiều yều tố: trọng lượng cơ thể, tuổi tác, tình trạng sức khỏe,...liều lượng thay đổi từ 0,5 mg đến 50 mg; tốt nhất là 0,5 mg đến 30 mg [5]. 14 Nghiên cứu khoa học gần đây đã cung cấp bằng chứng rằng chất chống oxy hóa có khả năng bảo vệ tế bào khỏe mạnh khỏi các gốc tự do tấn công, phá hủy. Các gốc tự do không ổn định được hình thành trong cơ thể trong quá trình trao đổi chất và tiếp xúc với các nguồn từ môi trường, chẳng hạn như ô nhiễm không khí, khói thuốc lá, và các chất béo trong chế độ ăn uống. Khi có một số lượng quá nhiều gốc tự do trong cơ thể, các gốc tự do có thể tấn công các tế bào khỏe mạnh và có thể gây một số bệnh thoái hóa. Gốc tự do có liên quan đến nhiều bệnh: ung thư, dạ dày, cổ tử cung, bệnh về phổi, tim mạch, và các bệnh về mắt [5]. Một số thí nghiệm lâm sàng cho rằng, việc tiêu thụ thực phẩm có chứa chất bổ sung lutein ester có thể làm tăng lượng lutein trong huyết thanh. Kết quả nghiên cứu cũng đã khẳng định, trong cơ thể lutein tồn tại ở dạng lutein ester [4]. Trong kết quả nghiên cứu của Wu L. (2009), lutein và lutein ester khi được thêm vào chế ăn uống có thành phần lutein thấp có thể làm tăng lutein trong huyết tương trong những con gà đẻ trứng. Có nhiều báo cáo về việc làm tăng sắc tố lòng đỏ trứng bằng cách bổ sung lutein hoặc lutein ester trong thức ăn [4]. 1.4.4. Ứng dụng Lutein ester hóa có thể được sử dụng làm giàu lutein, tăng sắc tố trong sản phẩm trứng trong ngành công nghiệp chăn nuôi vì sự ổn định của lutein ester cao hơn lutein tự do [3]. Lutein ester được sử dụng như một chất chống oxy hóa, bằng cách bổ sung, pha trộn vào dược phẩm, sử dụng trong các dạng thuốc uống. Các chế phẩm thuốc có thể ở dạng viên nén, viên ngậm, viên nang,.. [4].