Khóa luận Nghiên cứu quy trình trích ly hoạt chất sinh học Phlorotannin từ rong mơ cho chế biến thực phẩm

§¹I HäC TH¸I NGUY£N TR¦êNG §¹I HäC N¤NG L¢M ------------------------ trÇn thiªn kh¸ Tên đề tài: T Nghiªn cøu quy tr×nh trÝch ly ho¹t chÊt sinh häc Phlorotannin tõ rong m¬ cho chÕ biÕn th−c phÈm khãa luËn TèT NGHIÖP ®¹i häc Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm Khoa : CNSH - CNTP Khoá học : 2010 - 2014 Thái Nguyên, 2014 §¹I HäC TH¸I NGUY£N TR¦êNG §¹I HäC N¤NG L¢M ------------------------ trÇn thiªn kh¸ Tên đề tài: T Nghiªn cøu quy tr×nh trÝch ly ho¹t chÊt sinh häc Phlorotannin tõ rong m¬ cho chÕ biÕn th−c phÈm khãa luËn TèT NGHIÖP ®¹i häc Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm Khoa : CNSH - CNTP Lớp : 42 - CNTP Khoá học : 2010 - 2014 Giảng viên hướng dẫn : 1. ThS. Nguyễn Đức Tiến 2.ThS. Trần Thị Lý Thái Nguyên, 2014 LỜI CẢM ƠN Để có được kết quả nghiên cứu này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS. Nguyễn Đức Tiến - Trưởng Bộ môn Nghiên cứu phụ phẩm và Môi trường nông nghiệp thuộc Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, người đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tận tình và truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong quá trình thôi thực hiện luận văn. ThS.Trần Thị Lý – cô giáo trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm – trường Ðại học Nông Lâm Thái Nguyên đã giúp đỡ, hỗ trợ về phương diện nghiên cứu, kiến thức và có những góp ý sâu sắc trong thời gian tôi thực hiện ðề tài. Tôi xin gửi lời yêu thương chân thành đến bố mẹ, anh chị đã luôn ở bên động viên trong suốt thời gian học tập. Cuối cùng, Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè đã động viên, giúp đỡ, chia sẻ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng nãm 2014. Sinh viên Trần Thiên Khá DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Diện tích rong mơ theo vùng biển các tỉnh. ..................................... 4 Bảng4.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly phlorotannin .................................................................................................... 31 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin ....... 32 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin ............ 34 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly phlorotannin ......... 36 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly phlorotannin ........ 38 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của số lần trích ly đến khả năng trích ly phlorotannin ............. 39 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ cô đặc đến hàm lượng phlorotannin ....... 40 Bảng 4.8. Kết quả đánh giá cảm quan dịch trích ly ........................................ 42 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Phloroglucinol (i) và phlorotannin [tetrafucol A (ii), fucodiphloroethol B (iii), fucodiphlorethol A (iv), tetrafuhalol A (v), tetraisofuhalol (vi), phlorofucofuroeckol (vii)] và hoạt tính của chúng ............ 12 Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly phlorotannin ............................................................................................ 31 Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin ......................................................................................................... 32 Hình 4.3. Đồ thì biểu diễn ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin ......................................................................................................... 34 Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly phlorotannin ......................................................................................................... 36 Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly phlorotannin ......................................................................................................... 38 Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của số lần trích ly đến khả năng trích ly phlorotannin ......................................................................................................... 39 Hình 4.7. Sơ đồ quy trình trích ly phlorotannin từ rong Sargassum polycystom .............................................................................................................................. 44 MỤC LỤC Trang PHẦN 1 MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài .................................................................. 2 1.2.1. Mục đích .................................................................................................. 2 1.2.2. Yêu cầu .................................................................................................... 2 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3 2.1. Giới thiệu chung về rong mơ ..................................................................... 3 2.1.1. Đặc điểm ................................................................................................. 3 2.1.2. Phân bố .................................................................................................... 4 2.1.3. Thành phần hóa học có trong rong mơ ................................................... 4 2.1.4. Vai trò của rong mơ đối với con người ................................................... 9 2.2. Giới thiệu về các hợp chất chống oxy hóa hiện nay ................................ 10 2.3. Giới thiệu về hợp chất Phlorotannin ........................................................ 12 2.3.1. Đặc điểm ............................................................................................... 12 2.3.2. Cơ chế oxi hóa của phlorotannin .......................................................... 13 2.3.3. Hoạt tính sinh học của phlorotannin ..................................................... 14 2.3.4. Tình hình nghiên cứu phlorotannin trên thế giới .................................. 15 2.3.5. Tình hình nghiên cứu phlorotannin ở Việt Nam ................................... 17 2.4. Giới thiệu về quá trình trích ly ................................................................. 18 2.4.1. Cơ sở của quá trình trích ly ................................................................... 18 2.4.2. Phạm vi sử dụng của quá trình .............................................................. 19 2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly ......................................... 19 2.5. Giới thiệu về phương pháp thu nhận ........................................................ 21 2.5.1. Phương pháp cô đặc .............................................................................. 21 2.5.2. Phương pháp sấy ................................................................................... 21 PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 23 3.1. Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................ 23 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 23 3.1.2. Hóa chất và thiết bị ............................................................................... 23 3.1.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ......................................................... 23 3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 23 3.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 24 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiêm .............................................................. 24 3.3.2. Phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý .................................................. 28 3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................... 30 PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 31 4.1. Kết quả xác định ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly phlorotannin ........................................................................................ 31 4.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly phlorotannin .................................................................................................... 32 4.3. Kết quả xác định ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly Phlorotannin .................................................................................................... 34 4.4. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly phlorotannin .................................................................................................... 36 4.6. Kết quả xác định ảnh hưởng của số lần trích ly đến khả năng trích ly phlorotannin .................................................................................................... 39 4.7. Kết quả xác định thông số thích hợp của quá trình cô đặc ...................... 40 4.8. Kết quả xác định thông số thông số thích hợp của quá trình ly tâm ........ 42 4.9. Đề xuất quy trình trích ly phlorotannin từ rong Sargassum Polycystom. .... 44 PHẦN 5 ........................................................................................................... 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 47 5.1. Kết luận .................................................................................................... 47 5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 48 1 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Xã hội ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao. Con người không chỉ quan tâm đến những vấn đề ăn, mặc, ở đơn giản như trước đây mà còn có những yêu cầu cao hơn. Khi đời sống được nâng cao, con người ngày càng quan tâm hơn đến sức khỏe của mình. Do đó, những thực phẩm, vật dụng có thể gây hại cho sức khỏe dần bị loại bỏ và được thay thế bằng các sản phẩm được sản xuất từ các thành phần chiết xuất từ thiên nhiên. Nhu cầu của con người là một trong những yếu tố quan trọng thúc đẩy xã hội phát triển và cũng là động lực thúc đẩy các nhà khoa học, nhà sản xuất tìm tòi, sáng tạo ra nhiều sản phẩm mới. Với sự phát triển của khoa học, con người đã biết cách chiết xuất ra nhiều hợp chất có nguồn gốc tự nhiên có lợi cho sức khỏe con người. Trong đó, việc ứng dụng các thành tựu khoa học vào ngành công nghiệp thực phẩm đóng vai trò quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Hiện nay, có rất nhiều hợp chất được chiết xuất từ thiên nhiên đã được ứng dụng rộng rãi vào đời sống. Trong số đó không thể không nói đến hợp chất phlorotannin (polyphenol). Thành phần này được sử dụng trong thực phẩm như một loại thực phẩm chức năng nhằm mục đích phòng ngừa bệnh do có tính chất kháng oxi hóa mạnh. Việt Nam có hệ động vật, thực vật vô cùng phong phú đặc trưng cho khí hậu nhiệt đới nóng ẩm. Điều kiện tạo nên sự phong phú và giàu có, ấy chính là vùng biển nhiệt đới rộng với bờ dài hơn 3200km bao bọc hết phía đông và nam đất nước. Một trong những nguồn tài nguyên phong phú và có giá trị mà vùng biển ban tặng cho chúng ta là rong biển. Rong biển là loại thực vật biển quý giá được dùng làm nguyên liệu chế biến thành các sản phẩm có giá trị trong công nghiệp và thực phẩm. Từ lâu, rong biển đã được coi là đối tượng nghiên cứu của nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta trữ lượng rong biển rất lớn, là nguồn tài nguyên biển vô cùng phong phú, rong biển chiếm vị trí quan trọng trong lĩnh vực kinh tế biển Việt Nam. Hệ rong biển có nhiều 2 loài, một trong những loài có nhiều tính năng ưu việt được nhiều nhà nghiên cứu ở nước ta quan tâm tới là loài rong mơ. Người ta đã phát hiện ra nhiều thành phần quý có trong rong mơ như: Iod, Alginate, Fuccoidin, hợp chất chống oxi hóa (phlorotannin), các axit béo... Rất có giá trị trong y học, thực phẩm, dược phẩm Xuất phát từ nhu cầu của xã hội hiện đại, đồng thời tận dụng được nguồn nguyên liệu dồi dào, cần có những tìm hiểu, nghiên cứu, tách chiết ra các hoạt tính sinh học đặc biệt là phlorotannin để gia tăng giá trị rong mơ Việt Nam. Vì vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu quy trình trích ly hoạt chất sinh học Phlorotannin từ rong mơ cho chế biến thực phẩm”. 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1.2.1. Mục đích Nghiên cứu quy trình trích ly hoạt chất sinh học Phlorotannin từ rong mơ cho chế biến thực phẩm. 1.2.2. Yêu cầu Ảnh hưởng của các điều kiện xử lý nguyên liệu đến khả năng trích ly Phlorotannin từ rong mơ. Xác định các thông số của quá trình trích ly Phlorotannin từ rong mơ. Lọc, cô dịch trích ly và thu nhận chế phẩm Phlorotannin trích ly. Đưa ra quy trình sản xuất chế phẩm Phlorotannin. 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu chung về rong mơ 2.1.1. Đặc điểm Theo hệ thống phân loại của Agardh, J.G. (1889), họ rong mơ Sargassaceae gồm 3chi: Chi Hormophysa Kuetzing 1843 (rong khế), chi Turbinarina Lamouroux 1828 (rong cùi bắp) và chi Sargassum C.AG. 1821 (rong mơ). Chi Sargassum C.AG. 1821 (rong mơ) gồm có 5 phân chi: Phyllottricha J.Ag, Schizophycus J.Ag, Bactrophycus J.Ag, Arthrophycus J.Ag, SargassumJ.Ag. Sargassum C.Ag (rong mơ) là tảo lớn thuộc họ rong mơ Sargassaceae của ngành rong nâu, rong có kích thước lớn, dài đến 4m hay có khi trên 6 – 8m, rong dài hay ngắn tùy loài và tùy điều kiện môi trường. Chúng bám vào vật bám nhờ đĩa bám hay hệ thống rễ bò phân nhánh. Đĩa bám thường chắc hơn rễ và sóng biển thường đánh đứt rong hơn là nhổ được đĩa bám. Thân rong gồm một trục chính rất ngắn, đa số thường dài trên dưới 1cm, hình trụ, sần sùi. Đỉnh của trục chính sẽ phân ra từ 2 cho đến 4 – 5 nhánh chính. Hai bên nhánh chính mọc ra nhiều nhánh bên. Các nhánh chính và nhánh bên sẽ tạo ra chiều dài của rong. Chiều dài này khác nhau tùy các chi, loài và trong cùng một loài kích thước này cũng thay đổi tùy điều kiện sống, tùy nơi phân bố. Trên các nhánh có các cơ quan dinh dưỡng gần giống như lá và các túi chứa đầy không khí gọi là phao. Khi rong trưởng thành, trên các nhánh bên sẽ mọc ra các nhánh thụ, ngắn (thường từ tháng 3 đến tháng 6), có mang nhiều cơ quan sinh sản đực và cái gọi là đế. Nhờ có hệ thống phao luôn giữ vị trí thẳng đứng trong môi trường biển. Nếu nước cạn và rong khá dài thì phần trên của rong nằm trên mặt nước [5]. Sinh sản hữu tính là cách sinh sản chủ yếu của tất cả các loài rong mơ để tạo thành các bãi rong. Đa số các loài có đế đực và cái trên hai cây khác nhau (cây khác gốc), một số khác có đế đực và cái cùng cây (cùng gốc). Khi rong đạt kích thước và chiều dài tối đa chúng sẽ mọc ra các nhánh ngắn gọi là nhánh thụ, trên đó chủ yếu mọc ra các cơ quan sinh sản. Giao tử đực còn gọi là tinh trùng sẽ được phóng thích khỏi giao tử phòng đực, bơi lội được. Giao 4 tử cái gọi là trứng hay noãn cầu sẽ được phóng thích khỏi giao tử phòng cái. Sự thụ tinh chỉ xảy ra với các giao tử đã được phóng thích. Noãn cầu sau khi thoát ra thường có một lớp nhầy dính chung quanh đế cái. Quan sát các noãn cầu này dưới kính hiển vi chúng ta thấy hầu hết chúng đã thụ tinh và bắt đầu phân cắt [5]. 2.1.2. Phân bố Rong mơ phân bố chủ yếu ở Trung Quốc, Nhật Bản, Philippin, Úc, Ở Việt Nam loại thực vật này phân bố rộng, kéo dài từ vùng biển Quảng Ninh đến Kiên Giang và các hải đảo, tập trung nhiều nhất ở vùng bờ biển của thành phố Đà Nẵng và các tỉnh Quảng Nam, Bình Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Quảng Ninh. Năng suất ở các vùng tập trung đó có khi lên đến 7kg/m2 mặt nước, bình quân trên dưới 5,5kg/m2, tạo nên nguồn nguyên liệu bền vững cho việc khai thác chế biến và cũng điểm chỉ những môi trường nuôi trồng thuận lợi [20]. Rong mơ là loài chiếm ưu thế nhất ở các khu vực với trữ lượng chiếm 98% tổng trữ lượng của các bãi rong, mật độ cây trung bình 43,8 ± 20,2cây/m2 và sinh lượng trung bình đạt 456 ± 64,2g khô/m2 [7]. Bảng 2.1. Diện tích rong mơ theo vùng biển các tỉnh. Các địa danh Diện tích (m2) Năng suất sản lượng (kg/m2) Mùa vụ (tháng) Quảng Nam – Đà Nẵng 190.000 2 – 7 3 – 4 – 5 Bình Định 42.750 2,5 3 – 4 – 5 Khánh Hòa 2.000.000 5,5 3 – 4 – 5 Ninh Thuận 1.500.000 7 3 – 4 – 5 2.1.3. Thành phần hóa học có trong rong mơ Màu nâu của rong mơ là kết quả của sắc tố hoàng thể tố fucoxanthin, thành phần chính của rong mơ là các polysaccharide (cellulose, alginate, laminaran, fucoidan), ngoài ra còn có mannitol, gibberellin, cytokinin và nhiều loại vitamin. Hàm lượng alginic acid trung bình từ 20 – 30% trọng lượng khô. Một loại đường khác có giá trị trong rong mơ là mannitol với hàm lượng 5 từ 7 – 10% trọng lượng khô. Hàm lượng protein có từ 5 – 15%. Tổng lượng khoáng có từ 20 – 40% trong đó có đầy đủ các nguyên tố khoáng cần thiết cho cơ thể sinh vật, đặc biệt là iod với hàm lượng từ 0,08 – 0,34% là nguồn dược liệu để chữa bệnh bướu cổ. Ngoài ra rong mơ còn chứa các phospho lipid dùng trong y dược và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác [5]. Theo kết quả nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng và hóa học của loài Sargassum naozhouense (tính theo trọng lượng khô) thì có hàm lượng protein 11,20%; chất khoáng 35,18%; lipid 1,06%; carbohydrate tổng số 47,73%; tổng carbohydrate tan trong nước 29,74%; polysaccharide tan trong nước 21,01%; và chất xơ tổng số 4,83% [17]. Kotake – Nara và cộng sự nghiên cứu cho thấy rong nâu chi Sargassum và Turbinaria ở vùng nhiệt đới thường có hàm lượng phenol và tannin tương đối thấp hơn nhiều so với ở vùng ôn đới, do đó 2 chi rong nâu ở vùng nhiệt đới thường là thức ăn cho cá, động vật ăn cỏ... (ở vụng nhiệt đới dao động giữa 0 và 1,6% trọng lượng khô, vùng ôn đới dao động từ 3 đến 12% trọng lượng khô) [15]. Rong mơ có khả năng tích lũy hàng loạt các nguyên tố hóa học với hệ số tập trung cao, nồng độ các nguyên tố này trong tro của chúng có thể gấp hàng vạn hay hàng triệu lần so với trong nước biển. Đã tìm thấy khá nhiều nguyên tố hóa học trong rong mơ: Al, Si, Mg, Ca, Sr, Ba, fe, V, Mn, Ti, Co, Ni, Cr, Sn, Ag, Bi, Cu, Pb, Zn, Ga, Be, Na, K [5]. 2.1.3.1. Sắc tố Sắc tố trong rong mơ là diệp lục tố (Chlorophyl), diệp hoàng tố (Xantophyl), sắc tố màu nâu (Fucoxanthin), sắc tố đỏ (Caroten). Tùy theo tỷ lệ các loại sắc tố mà rong có màu từ nâu – vàng nâu – nâu đậm – vàng lục. Nhìn chung sắc tố của rong mơ khá bền [8]. 2.1.3.2. Gluxit * Monosacaride [8] Monosacaride quan trọng trong rong mơ là đường Mannitol được Stenhouds phát hiện ra năm 1884 và được Kylin chứng minh thêm. Mannitol có công thức tổng quát: HOCH2 – (CHOH)4 – CH2OH. Mannitol tan được 6 trong Alcol, dễ tan trong nước có vị ngọt. Hàm lượng từ 14% – 25% trọng lượng rong khô tùy thuộc vào hoàn cảnh địa lý nơi sinh sống. Hàm lượng Mannitol biến động theo thời gian sinh trưởng trong năm của rong khá rõ rệt, tăng dần từ tháng 1, tập trung cao vào mùa hè (tháng 4) rồi sau đó giảm đi: Theo Kylin và Vedrinski cho thấy hàm lượng Mannitol đạt 25% về mùa hè rồi bị phân hủy dần trong các tháng mùa đông chỉ còn 4% – 6%. Ở Việt Nam, theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học viện Hải Dương học và Đại học Thủy sản, hàm lượng Mannitol cũng theo quy luật này. Hàm lượng Mannitol của các loài rong ở các vùng biển Quảng Nam – Đà Nẵng, Bình Định, Khánh Hòa, Ninh Thuận dao động từ 7% – 15,95% (vào tháng 4 hàng năm). Trong quá trình bảo quản rong khô có hiện tượng xuất hiện các điểm đốm trắng trên thân cây rong, đó là hỗn hợp đường Mannitol theo t