Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Tối ưu hóa quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng Raphanus sativus với sự hỗ trợ của vi sóng

Chia sẻ: Trần Trung Hiếu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

82
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của báo cáo là trình bày tối ưu quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng trong điều kiện không xử lý và xử lý vi sóng. Xác định các điều kiện xử lý vi sóng để phá vỡ tế bào giúp thu nhận flavonoid tốt nhất. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Tối ưu hóa quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng Raphanus sativus với sự hỗ trợ của vi sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN FLAVONOID TỪ CỦ CẢI TRẮNG (Raphanus sativus L.) VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA VI SÓNG Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phạm Thị Kim Ngọc Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng6 - năm 2017 1
THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI Tên đề tài: Tối ưu hóa quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng Raphanus sativus với sự hỗ trợ của vi sóng. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Phạm Thị Kim Ngọc Nội dung chính: 1. Tối ưu quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng trong điều kiện không xử lý và xử lý vi sóng. Xác định các điều kiện xử lý vi sóng để phá vỡ tế bào giúp thu nhận flavonoid tốt nhất. 2. Khảo sát hoạt tính chống oxi hóa của flavonoid thu được. Kết quả đạt được: 1. Đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình xử lý vi sóng. 2. Công bố 1 bài báo trên tạp chí Thông tin khoa học công nghệ Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, số 4/2016. Thời gian nghiên cứu: 12 tháng từ tháng 4/2016 đến tháng 3/2017. CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI PHÒNG KHOA HỌC & CGCN VIỆN KỸ THUẬT VÀ KINH TẾ BIỂN i
LỜI CẢM ƠN ---------- Tôi xin chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệu Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu. Phòng Khoa Học và Chuyển giao Công nghệ. Lãnh đạo Viện Kỹ thuật và Kinh tế Biển Và các bạn đồng nghiệp Ngành Công nghệ Thực phẩm, Viện Kỹ thuật và Kinh tế Biển đã hỗ trợ tôi trong quá trình nghiên cứu. Vũng Tàu, tháng 6 năm 2017 Chủ nhiệm đề tài ii
MỤC LỤC Trang Thông tin chung về đề tài ..................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................... ii Mục lục ................................................................................................................. iii Danh mục hình ...................................................................................................... vi Danh mục bảng .................................................................................................... vii Danh mục các chữ viết tắt .................................................................................... viii Lời mở đầu ........................................................................................................... 1 Chương 1. Tổng quan ......................................................................................... 3 1.1 Tổng quan về củ cải cải trắng ........................................................................ 3 1.1.1 Thực vật học cây cải củ ............................................................................... 3 1.1.2 Thành phần hóa học củ cải trắng ................................................................ 6 1.2.2.1 Thành phần hóa học cơ bản ..................................................................... 6 1.2.2.2 Các hợp chất thứ cấp trong củ cải trắng ................................................. 6 1.2 Hợp chất flavonoid ....................................................................................... 7 1.2.1 Khái niệm ................................................................................................... 7 1.2.2 Phân loại ..................................................................................................... 8 1.2.3 Tính chất lý hóa .......................................................................................... 8 1.2.4 Giá trị sinh học của flavonoid .................................................................... 9 1.2.4.1 Hoạt tính chống oxi hóa ........................................................................... 9 1.2.4.2 Tác dụng ức chế vi sinh vật, chống viêm nhiễm ...................................... 11 1.2.4.3 Tác dụng đối với enzyme ......................................................................... 11 1.2.4.4 Tác dụng đối với các bệnh tim mạch, tiểu đường .................................... 11 1.2.4.5 Tác dụng đối với ung thư ......................................................................... 12 1.3 Quá trình trích ly thu nhận hợp chất flavonoid ............................................. 12 1.3.1 Quy trình chung của quá trình thu nhận flavonoid từ mẫu thực vật ......... 12 1.3.2 Phương pháp trích ly thu nhận flavonoid từ mẫu nghiên cứu ................... 13 iii
1.3.2 Nguyên lý của quá trình trích ly ................................................................ 14 1.3.4 Trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng ............................................................... 14 1.3.4.1 Khái niệm ................................................................................................. 14 1.3.4.2 Cơ chế tác dụng ........................................................................................ 14 1.3.4.3 Ưu nhược điểm của phương pháp ............................................................ 15 1.3.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến MAE .............................................................. 15 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................... 16 1.4.1 Nghiên cứu trong nước ................................................................................ 16 1.4.2 Nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................................ 17 Chương 2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ............................................ 19 2.1 Thời gian, địa điểm thực hiện ......................................................................... 19 2.2 Nguyên vật liệu - dụng cụ ............................................................................... 19 2.3 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 19 2.4 Bố trí thí nghiệm ............................................................................................. 20 2.4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình trích ly flavonoid từ củ cải trắng bằng phương pháp truyền thống ................................................................................... 20 2.4.1.1 Khảo sát loại dung môi ........................................................................... 20 2.4.1.2 Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu và dung môi (tỉ lệ rắn/lỏng) ........................... 19 2.4.1.3 Khảo sát nhiệt độ trích ly ........................................................................ 19 2.4.1.4 Khảo sát thời gian trích ly ....................................................................... 19 2.4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát quá trình trích ly flavonoid từ củ cải trắng với sự hỗ trợ của vi sóng ...................................................................................................... 20 2.4.2.1 Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu và dung môi (tỉ lệ rắn/lỏng) ........................... 20 2.4.2.2 Khảo sát công suất của vi sóng sử dụng .................................................. 20 2.4.2.3 Khảo sát thời gian sử dụng vi sóng để trích ly ......................................... 20 2.4.3 Thí nghiệm 3: Tối ưu hóa trích ly flavonoid từ củ cải trắng ....................... 21 2.5 Phương pháp phân tích .................................................................................. 23 2.5.1 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ............................................ 23 2.5.2 Xác định hàm lượng flavonoid tổng (TFC) ................................................ 23 iv
2.5.3 Xác định khả năng khử gốc tự do ABTS* ................................................. 23 2.6 Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................. 26 Chương 3. Kết quả - Thảo luận ......................................................................... 27 3.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu ................................. 27 3.2 Kết quả thí nghiệm 1 ....................................................................................... 27 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của loại dung môi sử dụng ......................................... 27 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu và dung môi (tỉ lệ rắn/lỏng) .. 29 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ trích ly ...................................................... 30 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly ............................................... 31 3.3 Kết quả thí nghiệm 2 ....................................................................................... 32 3.3.1 Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu và dung môi (tỉ lệ rắn/lỏng) ........................... 32 3.3.2 Khảo sát công suất của vi sóng sử dụng .................................................. 33 3.3.3 Khảo sát thời gian sử dụng vi sóng để trích ly ......................................... 34 3.4 Kết quả thí nghiệm 3 ....................................................................................... 35 Kết luận – kiến nghị ........................................................................................... 41 Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 42 Phụ lục v
DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Một số loại củ cải 4 Hình 1.2 Hoa, lá và quả của cây cải củ 5 Hình 1.3 Cây và củ cải trắng 5 Hình 1.4 Khung sườn cơ bản của flavonoid 8 Hình 1.5 Các phân nhóm chính của flavonoid 8 Hình 1.6 Cơ chế ức chế của catechol với gốc tự do peroxyl 10 Hình 1.7 Các vị trí của flavonoid có thể liên kết với các ion kim loại 11 Hình 1.8 Quy trình thu nhận flavonoid từ thực vật 12 Hình 2.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 18 Hình 2.2 Đường chuẩn quercetin dùng xác định TFC 25 Hình 2.3 Đường chuẩn trolox dùng xác định khả năng khử ABTS* 26 Hình 3.1 Ảnh hưởng của loại dung môi dùng trích ly 26 Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng dùng trích ly 27 Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độtrích ly 28 Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian trích ly 29 Hình 3.5 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng khi có xử lý vi sóng 31 Hình 3.6 Ảnh hưởng của công suất sóng khi có xử lý vi sóng 32 Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian xử lý vi sóng khi có xử lý vi sóng 33 Hình 3.8 Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi và thời gian đến TFC với công suất vi sóng 300 W 36 Hình 3.9 Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi. công suất và thời gian xử lý vi sóng đến TFC 36 Hình 3.10 Hình chụp SEM bã củ cải sau trích ly không có vi sóng 37 Hình 3.11 Hình chụp SEM bã củ cải sau trích ly có sử dụng vi sóng 37 vi
DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thành phần hóa học của 100 g củ cải trắng Việt Nam 6 Bảng 1.2 Hiệu suất thu nhận flavonoid từ lá tía tô 16 Bảng 1.3 Hiệu quả thu nhận polyphenol từ lá Myrtus communis L. 16 Bảng 2.1Quá trình xây dựng đường chuẩn với dung dịch trolox chuẩn 23 Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu củ cải trắng 25 Bảng 3.2 Các yếu tố dùng trong RSM 34 Bảng 3.3 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả theo RSM để tối ưu TFC 34 Bảng 3.4 Phân tích phương sai của mô hình hồi quy 35 vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TFC: total flavonoid content – flavonoid tổng số LSD: Least – Significant Difference - sự khác biệt nhỏ nhất có ý nghĩa ANOVA: Analysis of variance - phân tích phương sai MAE: microwave - assisted extraction - trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng ABTS: 2,2'-azino-bis 3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid SEM: Scanning Electron Microscope - ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử quét viii
LỜI MỞ ĐẦU Flavonoid là một trong 5 nhóm chính thuộc nhóm các hợp chất polyphenol, được biết đến là một nhóm hợp chất tự nhiên có nhiều tác dụng tốt cho sức khỏe con người, trong đó nổi bật nhất là các chức năng chống oxi hóa, kháng khuẩn, chống viêm nhiễm và ung thư… Trong tự nhiên, các hợp chất flavonoid tồn tại khá phổ biến, được tìm thấy trong hầu như tất cả các loài thực vật. Đã có khá nhiều các công trình nghiên cứu về flavonoid từ các loài thực vật khác nhau, tập trung vào khảo sát thành phần hóa học, hoạt tính sinh học của hợp chất đơn lẻ và dịch chiết, phương pháp cải thiện hiệu suất thu nhận (sử dụng phương pháp trích ly hiện đại có các giải pháp hỗ trợ: enzyme, vi sóng, sóng siêu âm, áp suất cao...), ứng dụng các hợp chất thu nhận được vào việc tạo ra các sản phẩm thương mại. Các phương pháp trích ly hiện đại đều cho hiệu quả thu nhận cao hơn, rút ngắn được thời gian trích ly, bảo toàn được hoạt tính của dịch chiết thu được. Tuy nhiên, điều kiện trích ly tối ưu cho từng phương pháp trên mỗi đối tượng cụ thể là không giống nhau. Củ cải trắng tên khoa học là Raphanus sativus L., thuộc họ cải Brassicaceae, là cây trồng hàng năm, dùng như một loại rau ăn củ ở Việt Nam và nhiều nước trên thế giới. Theo các tài liệu y học ghi nhận, củ cải trắng có vị ngọt hơi cay, không độc, Những nghiên cứu khoa học được công bố gần đây từ một số nước trên thế giới cho thấy củ cải trắng có thành phần hóa học rất phong phú, trong đó có chứa các hợp chất phenolic và flavonoid. Ở nước ta, củ cải trắng là một loại rau phổ biến, rẻ tiền, được trồng và sử dụng nhiều, nhưng các nghiên cứu về thành phần, hoạt tính và ứng dụng của loại củ này còn rất hạn chế. Với mục đích thu nhận dịch chiết giàu flavonoid từ củ cải trắng, tôi đã thực hiện nghiên cứu: “Tối ưu hóa quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng Raphanus sativus L. với sự hỗ trợ của vi sóng”. Trong quá trình thực hiện nghiên cứu này, mặc dù đã rất cố gắng, song không thể tránh được còn nhiều hạn chế, thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của Hội đồng để đề tài được hoàn thiện hơn. 1
❖ Mục đích nghiên cứu: Xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý vi sóng để thu nhận hợp chất giàu hoạt tính chống oxi hóa từ củ cải trắng Raphanus sativus L. ❖ Nội dung chính: 1. Tối ưu quá trình thu nhận flavonoid từ củ cải trắng trong điều kiện không xử lý và xử lý vi sóng. Xác định các điều kiện xử lý vi sóng để phá vỡ tế bào giúp thu nhận flavonoid tốt nhất. 2. Khảo sát hoạt tính chống oxi hóa của flavonoid thu được. ❖ Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp phân tích thông thường được dùng để xác định thành phần hóa học của nguyên liệu củ cải trắng. Đánh giá hiệu quả quá trình trích ly qua hàm lượng flavonoid thu nhận được. Hàm lượng flavonoid tổng được xác định bằng phương pháp tạo màu với muối nhôm clorua. Hoạt tính chống oxi hóa được đánh giá qua khả năng khử gốc tự do ABTS*. Quá trình tối ưu được thực hiện theo mô hình Box – Wilson dạng CCC trên phần mềm Mode 5.0. Quan sát sự thay đổi cấu trúc bề mặt nguyên liệu trong điều kiện không xử lý và xử lý vi sóng bằng phương pháp chụp SEM. 2
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về củ cải trắng 1.1.1 Thực vật học cây cải củ Củ cải trắng (white radish) là củ của cây cải củ, có tên khoa học là Raphanus sativus L. thuộc giới thực vật, ngành Magnoliophyta, lớp Magnoliopsida, bộ Brassicales, họ Brassicaceae, chi Raphanus, loài sativus [1]. Củ cải trắng còn có các tên gọi khác như white radish (Anh), Daikon (Nhật), Hua piahs (Thái Lan), Lai fu (Trung Quốc), Lobak beurem (Indonesia), Mu (Hàn Quốc), Muli (Ấn Độ) [1], [2] Nhiều tài liệu cho rằng cải củ hoang dại có nguồn gốc từ khu vực Biển Đen và Địa Trung Hải, đã được dùng như một loại thực phẩm từ thời Ai Cập cổ đại, sau đó được trồng ở châu Âu vào thế kỉ 16-17 và châu Mỹ vào thế kỉ 20. Ở khu vực Đông Á, nhiều loại củ cải khác nhau đã được phát hiện trồng ở Trung Quốc khoảng 2450 năm trước và ở Nhật Bản 1300 năm trước [3]. Chi Raphanus được chia thành 2 phân chi: Raphanis DC. và Hesperidopsis Boiss. Phân chi Raphanis DC. có 5 loài khác nhau gồm Raphanus sativus, Raphanus raphanistrum, Raphanus microcarpus, Raphanus rostras và Raphanus landra. Phân chi Hesperidopsis Boiss chỉ có 1 loài là Raphanus maritimus [3]. Loài Raphanus sativus lại được chia thành 5 thứ khác nhau, gồm: thứ radicular DC. (thứ sativus Saz. củ cải Hatsuka, củ cải tròn nhỏ ở miền Bắc Trung Quốc), thứ niger (Mill.) Pers. (thứ majorA.Voss, củ cải đen, củ cải nhỏ ở các nước phương tây), thứ raphanistroides Makino (thứ hortensis Backer, củ cải miền bắc Trung Quốc, củ cải miền nam Trung Quốc, củ cải Nhật Bản), thứ mougri Helm (thứ caudatus (L.) Hooker et Anderson, củ cải có đuôi), thứ olerfer Netz. (thứ oleiformis Pers., củ cải lấy dầu) [3]. Trong mỗi thứ lại chia ra thành nhiều giống khác nhau do nguồn gốc, sự lai hóa, điều kiện đất đai, khí hậu, mùa vụ gieo trồng. Nhìn chung, trong gia đình họ cải củ có sự đa dạng về kích thước, hình dáng và màu sắc. Dựa vào yếu tố màu sắc, người ta thường chia củ cải thành các nhóm lớn: củ cải trắng (white radish), củ cải đỏ (red radish) và củ cải đen (black radish). Dựa vào yếu tố hình dáng, chia củ cải thành 2 3
nhóm lớn: của cải tròn và củ cải dài. Trong khi củ cải tròn, nhiều màu sắc khác nhau phổ biến ở các nước phương Tây, củ cải dài màu trắng phổ biến ở các nước châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Việt Nam. Cải củ là cây hàng năm, thân củ, được trồng chủ yếu để lấy củ. Củ có thể dùng ăn sống, nấu chín hoặc ngâm muối. Ở một số quốc gia, thân và lá cũng được sử dụng như một loại rau. Cây con của cải củ (mầm củ cải), cũng được sử dụng như một loại rau. Cải củ có rễ cọc phình to thành củ chứa nhiều dinh dưỡng, hình dáng, màu sắc, kích thước phụ thuộc vào giống. Rễ củ là bộ phận chính được dùng trong thực phẩm mà ta quen gọi là củ, củ có hình dạng khác nhau phụ thuộc vào giống, chế độ dinh dưỡng, đất đai và điều kiện ngoại cảnh. Củ hình thành ở giai đoạn 4 - 6 lá thật tuỳ từng giống. Củ cải trắng Việt Nam thường thon dài 15 - 30 cm, đường kính 3 - 4 cm, màu trắng, vị cay nồng, cấu trúc giòn [1], [4]. Hình 1.1 Một số loại củ cải Lá: có màu xanh hoặc xanh vàng tùy giống. Lá mọc ở phần đầu của củ gồm phiến lá và cọng lá. Cọng dài hay ngắn, nhỏ hay to, không lông hay có lông tùy giống. Phiến có thể nguyên hay xẻ thùy, rìa lá nguyên hay răng cưa tùy giống. Hoa có dạng chùm và mọc thành cụm ở đỉnh và có màu trắng hay phớt tím, hoa có 4 cánh hoa. 4
Quả dài hình trụ và thắt lại từng đoạn, mỏ quả dài, có màu xanh, khi chín thì vỏ quả chuyển sang màu vàng, số hạt trong quả tuỳ theo giống, thông thường mỗi quả có từ 3-5 hạt. Hạt hình tròn hoặc thuôn dài, đầu tiên hạt có màu xanh, khi chín hoàn toàn thì hạt chuyển sang màu nâu [4], [5]. Hình 1.2 Hoa, lá và quả của cây cải củ Cải củ có thể trồng quanh năm. Thời gian trồng tốt nhất là mùa xuân và đầu mùa thu. Thời gian sinh trưởng khác nhau từ 50 đến 90 ngày tùy giống và sản phẩm mong muốn, nhưng thường là 50 - 60 ngày vào mùa hè và 70 - 80 ngày vào mùa đông. Nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng là 20 - 250C. pH đất trồng tối ưu là 6,0 – 6,5. Loại cây trồng này không chịu được điều kiện ngập nước [4,5]. Hình 1.3 Cây và củ cải trắng 5
1.1.2 Thành phần hóa học củ cải trắng 1.2.2.1 Thành phần hóa học cơ bản Các thành phần hóa học cơ bản của 100 g củ cải trắng được nêu ở bảng 1.1. Trong củ cải trắng, protein chiếm khoảng 1,5% khối lượng củ với nhiều acid amin không thay thế như glycine, alanine, serine, proline, valine, threonine, trans-4 hydroxy – L – proline, leucine, isoleucine, methione, phenylalanine, arginine, acid aspartic, acid glutamic, tryptophan, cystein, lysine, histidine, tyrosine và cystine [6], [7]. Bảng 1.1 Thành phần hóa học của 100 g củ cải trắng Việt Nam STT Thành phần Hàm lượng STT Thành phần Hàm lượng 1 Nước 92 g 8 Sắt 1,1 mg 2 Protein 1,5 g 9 Phospho 41 mg 3 Glucid 3,7 g 10 Vitamin PP 0,5 mg 4 Lipid 0,1 g 11 Vitamin B1 0,1 mg 5 Chất xơ 1,5 g 12 Vitamin B2 0,1 mg 6 Tro 1,2 g 13 Vitamin C 30 mg 7 Canxi 40 mg 14 Β-caroten 15 mcg (nguồn: Viện dinh dưỡng quốc gia Việt Nam) Glucid trong củ cải trắng bao gồm đường, tinh bột, pectin và xơ. Đường trong củ cải trắng chủ yếu là glucose, một lượng nhỏ fructose, sucrose và pentosan. Tinh bột thay đổi tùy theo giống, chiếm từ 0,2 – 0,5%. Xơ chiếm một lượng khoảng 1,5% gồm chủ yếu là cellulose và hemicellulose có trong phần vỏ, mô nâng đỡ và thành tế bào của củ cải trắng, đóng vai trò tạo cấu trúc, chống lại các va chạm cơ học. Pectin chiếm khoảng 0,3%, chủ yếu tham gia vào cấu tạo của thành tế bào, tồn tại chủ yếu dưới dạng calcium pectate [8], [9]. Ngoài ra, củ cải trắng còn nổi bật với hàm lượng lipid thấp, hàm lượng vitamin và khoáng cao. Một số khoáng vi lượng cũng được tìm thấy trong củ cải trắng như nhôm, bari, liti, mangan, silic, titan, flour và iod với hàm lượng tổng lên đến 18 µg/100g [8]. 1.2.2.2 Các hợp chất thứ cấp trong củ cải trắng Các nghiên cứu đã công bố cho thấy trong củ cải trắng có chứa nhiều hợp chất thứ cấp có lợi cho sức khỏe con người. 6
Enzyme: trong củ cải trắng đã tìm thấy sự hiện diện của các enzyme invertase, cellulase, ß-galactosidase, protease, peroxidase, catalase, sucrase, amylase, alcohol dehydrogenase, pyruvic carboxylase [8], [10], [11], glutathione reductase [12] và raphanin [13]. Trong số này, catalase và glutathione reductase là 2 enzyme có tác dụng như những chất chống oxi hóa bậc 2, góp phần ngăn chặn sự tạo thành các gốc tự do [14]. Ngoài ra, raphanin, một protease trung tính có khả năng kháng khuẩn và kháng nấm mạnh cũng được tìm thấy trong củ cải trắng. Acid hữu cơ: chủ yếu gồm acid oxalic, acid malic, acid malonic, acid erythorbic, acid erucic, acid gentisic, acid hydrocinnamic, acid salicylic và acid vanillic [15], [16]. Các hợp chất phenolic: các flavonoid được tìm thấy trong củ cải trắng gồm quercetin, kaempferol, myricetin, apigenin, luteolin, catechin và rutin [17], [18]. Các acid phenolic có mặt trong củ cải trắng gồm caffeic, p-coumaric, ferulic, hydroxycinnamic, p-hydroxybenzoic, vanillic, salicylic, acid gentisic [16], acid syringic và phenyl pyruvic [19]. Anthocyanidin cũng được tìm thấy trong củ cải trắng nhưng với hàm lượng nhỏ, ngoại trừ pelargonidine, delphinidin và cyanidine, là những chất tạo màu cho củ cải đỏ, hồng hoặc tía [16]. Các hợp chất isothiocyanate: gồm 4-methylthio-3-butenyl isothiocyanate (raphasatin), 4-(methylthio) butyl isothiocyanate (erucin) [20], allyl isothiocyanate. benzyl isothiocyanate và phenethyl isothiocyanate [12] đã được ghi nhận là có mặt trong thành phần của củ cải trắng. Ngoài các thành phần trên, trong củ cải trắng còn có các hợp chất tannin, alkaloid, coumarin, gibberellin và các hợp chất có chứa lưu huỳnh. 1.2 Hợp chất flavonoid 1.2.1 Khái niệm Flavonoid là những hợp chất màu phenol thực vật, tạo màu cho rất nhiều loại rau, hoa và quả. Flavonoid có cấu trúc cơ bản là 1,3-diphenylpropan, nghĩa là gồm 2 vòng benzen (vòng A và B) nối với nhau qua 1 dây 3 carbon (vòng pyron - vòng C). 7
Hình 1.4 Khung sườn cơ bản của flavonoid [21] 1.2.2 Phân loại Flavonoid được chia thành ba phân nhóm chính: euflavonoid (2- phenylbenzopyrans), isoflavonoid (3-benzopyrans) và neoflavonoid (4- benzopyrans). Trong mỗi nhóm này các flavonoid lại được chia thành các nhóm phụ khác nhau dựa vào sự khác biệt trong cấu tạo của vòng C [22], [23]. Hình 1.5 Các phân nhóm chính của flavonoid (A: euflavonoid, B: iso-flavonoid, C: neo-flavonoid) • Phân nhóm của euflavonoid gồm các nhóm phụ: flavan, flavan 3-ol (catechin), flavan 4-ol, flavan 3,4-diol, anthocyanidin, flavanone, flavone, flavonol, 3-hydroxy flavanon, chalcon, dihidrochalcon, aurone. • Phân nhóm isoflavonoid gồm các nhóm phụ: iso flavan, iso flavan-4-ol, isoflavon, isoflavanon, rotenoid…Thường gặp nhất là isoflavon trong cây họ đậu. • Neoflavon chỉ giới hạn trong một số cây gồm các nhóm phụ 4-aryl-chroman, 4-aryl-coumarin, dalbergion. Ngoài ra. người ta còn phân loại flavonoid thành flavonoid, biflavonoid, triflavonoid và flavonlignan [22]. 1.2.3 Tính chất lý hóa Trong thực vật, flavonoid tồn tại ở 2 dạng: dạng tự do (gọi là aglycon) và dạng liên kết với đường (glycoside). Các glycoside khi bị thủy phân bằng acid hoặc enzyme 8
sẽ giải phóng ra đường và aglycon. Các đường thường gặp nhất là D-glucose, D- galactose, L-rhamnose, L-arabinose, D-xylose, D-apiose [22]. Tính tan: aglycon kém tan trong dung môi kém phân cực (hexan, benzen, ether dầu hỏa), tan trong dung môi phân cực vừa và mạnh (ethyl acetate, dimethyl ether, methanol, ethanol), tan trong kiềm loãng, kém tan trong dung dịch acid. Glycoside: tan trong ethanol, methanol. Các glycoside càng có nhiều nhóm đường và mạch đường càng dài thì tan tốt trong nước nóng. Các flavonoid glycoside có nhóm -OH tại vị trí C7 còn tan được trong dung dịch NaOH, Na2CO3, NaHCO3 do có tính acid. Các flavonoid dạng aglycon thường dễ kết tinh, trong khi các glycoside thường khó kết tinh hơn [22]. Các flavonoid thường có màu. Flavon có màu vàng nhạt hoặc màu cam; flavonol có màu vàng đến vàng nhạt; chalcon có màu vàng đến cam đỏ. Các isoflavon, flavanon, flavanonol, leucoanthocyanidin, catechin kết tinh không màu. Anthocyanidin thường hiện diện ở dạng glycosid: pelargonidin, cyanidin, delphinidin…tạo màu xanh dương, đỏ, tím cho hoa và trái [21], [22]. Các flavonoid dễ tạo muối tan trong nước với các hydroxyd kiềm, nhạy cảm với pH, nhiệt độ và ánh sáng. Có khả năng tạo phức với các ion kim loại cho sản phẩm có màu đặc trưng. Hệ thống nối đôi liên hợp tạo ra bởi 2 vòng benzen và vòng pyron làm cho flavonoid có khả năng hấp thụ tia tử ngoại. Thường thu được 2 dải hấp thu cực đại, dải 1 có λmax = 320 - 380 nm, dải 2 có λmax = 240 - 280 nm [22]. 1.2.4 Giá trị sinh học của flavonoid 1.2.4.1 Hoạt tính chống oxi hóa Gần đây, các hợp chất flavonoid đã được coi là chất chống oxi hóa mạnh mẽ trong ống nghiệm và được chứng minh là chất chống oxi hóa mạnh hơn vitamin C, vitamin E và carotenoids [24]. Chất chống oxi hóa là các hợp chất có thể trì hoãn, ức chế hoặc ngăn chặn quá trình oxi hóa gây ra bởi các gốc tự do và giảm bớt tình trạng stress oxi hóa [25], [26]. Stress oxi hóa là một trạng thái mất cân bằng do số lượng gốc tự do sản sinh quá nhiều vượt qua khả năng chống oxi hóa nội sinh, dẫn đến quá trình oxi hóa của một loại đại phân tử sinh học, như các enzym. protein. DNA và lipid [24], [26]. Stress 9
oxihóa là nguyên nhân quan trọng trong sự phát triển của các bệnh thoái hóa mãn tính bao gồm bệnh mạch vành tim, ung thư và lão hóa [24], [25]. Khả năng chống oxi hóa của flavonoid có thể được giải thích dựa vào các đặc điểm cấu trúc phân tử của chúng: • Trong phân tử flavonoid có chứa các nhóm hydroxyl liên kết trực tiếp với vòng thơm có khả năng nhường hydro giúp chúng có thể tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử, bắt giữ các gốc tự do; • Chứa các vòng thơm và các liên kết bội (liên kết C=C, C=O) tạo nên hệ liên hợp giúp chúng có thể bắt giữ, làm bền hóa các phần tử oxi hoạt động và các gốc tự do. • Chứa nhóm có thể tạo phức chuyển tiếp với các ion kim loại như catechol…giúp làm giảm quá trình sản sinh ra các phần tử oxi hoạt động [24], [25]. Quá trìnhchống oxi hóa của flavonoid chủ yếu theo 3 cơ chế sau: • Khử và vô hoạt các gốc tự donhờ thế oxi hóa khử thấp: các hợp chất flavonoid nhờ thế oxi hóa khử thấp nên có thể khử các gốc tự do bằng cách nhường ngyên tử hidro hoặc một electron cho gốc tự do [26]. Hình 1.6 Cơ chế ức chế của catechol với gốc tự do peroxyl [25] • Ức chế sự hình thành các gốc tự do bằng cách liên kết với các ion kim loại vi lượng tham gia vào quá trình sản xuất các gốc tự do [26]. 10
Hình 1.7 Các vị trí của flavonoid có thể liên kết với các ion kim loại [25] • Ức chế sự hình thành các gốc tự do bằng cách ức chế một số enzyme tham gia vào quá trình sản xuất các gốc tự do [26]. 1.2.4.2 Tác dụng ức chế vi sinh vật. chống viêm nhiễm Dịch chiết flavonoid từ quả mơ cho thấy khả năng ức chế đối với sự phát triển của S.aureus, Shigella sonnei, Shigella flexneri, Candida albicans với đường kính vòng ức chế tương ứng là 23, 21, 26 và 29 mm [29]. Kết quả tương tự đối với dịch chiết flavonoid của cây diếp cá trên sự phát triển của E.coli, P.aeruginosa, B.subtilis và S.aureus với giá trị MIC lần lượt là 100, 200, 200 và 50 µg/ml [40]. Quercetin làm giảm đáng kể tình trạng viêm nhiễm và sự peroxyd lipid gây ra bởi Helicobacter pylori trong niêm mạc dạ dày của chuột bạch [32]. 1.2.4.3 Tác dụng đối với enzyme Dẫn xuất 6-hydroxy luteolin của luteolin có thể ức chế sự hoạt động của enzyme α-glucosidase đến 92% ở nồng độ 500 μM [33]. Một số flavonoid cũng đã cho thấy hoạt tính ức chế đối với enzyme xanthine oxidase, enzyme xúc tác cho sự oxi hóa xanthine và hypoxanthine thành acid uric [27]. 1.2.4.4 Tác dụng đối với các bệnh tim mạch, tiểu đường Tác động bảo vệ của các flavonoid đối với tim mạch có thể do khả năng của chúng trong việc ngăn ngừa sự oxi hóa các lipoprotein tỷ trọng thấp, phòng ngừa xơ vữa động mạch, chặn sự kết tụ huyết khối, điều hòa nhịp tim, ngăn ngừa bệnh mạch vành và nhồi máu cơ tim, điều hòa huyết áp... Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng các flavonoid tự nó có vai trò như chất kích thích insulin hay bắt chước chức năng của insulin; ngoài ra chúng còn có sự ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme trong quá trình chuyển hóa đường…[27]. 11