Nghiên cứu quy trình tách chiết carotenoid tổng số từ lá cúc tần (Pluchea indica Less.) thu hái tại Thái Nguyên
No.21_June 2021 |p.117-123
TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC TÂN TRÀO
ISSN: 2354 - 1431
THE RESEARCH ON THE EXTRACTION PROCESS OF TOTAL
CAROTENOID FROM PLUCHEA INDICA LESS HARVESTED
IN THAI NGUYEN PROVINCE
Dinh Thi Kim Hoa1, Nguyen Thi Tinh1, Ta Thi Luong1,2, Nguyen Van Duy1, Nguyen Thi Tra My1, Le Thi Hong
Ngoc1, Nong Thi Hong Ngoc1, Vi Dai Lam1, Luu Hong Son1*
1TNU - Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry, Vietnam
2The University of Queensland, Australia
Article info
Abstract
Carotenoid are used in foods, cosmetics and medicine. Nowadays, the main
material resources are extractions from plants. The purpose of this research is to
evaluate single factors: drying temperature, ratios of solution/material (ether
petroleum), ultrasonic time, the temperature of extraction, effect to the extraction
process of total carotenoid from Pluchea indica (L.) Less. The experiments gave
corresponding results: 60 °C, 10/1( ml/g), 5 minutes, 60 °C. The evaluation of
single factors affecting extraction conditions indicates that the factors which affect
strongly to extraction process including the ratios of solution/material, ultrasonic
time, and temperature of extraction. Depending on the evaluation by Box-
Behnken method, the optimal condition for total carotenoid extraction from
Pluchea indica (L.) Less is defined with the ratio of solution/material is 10.98
(ml/g); ultrasonic time is 7.04 minutes; the temperature of extraction is 61.58 °C.
The amount of total carotenoid is 5.21795 mg/100g. This result is highly
compatible with the model.
Recieved:
16/3/2021
Accepted:
3/5/2021
Keywords:
Pluchea indica Less.
carotenoid, extraction,
box-behnken.
117
No.21_June 2021 |p.117-123
TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC TÂN TRÀO
ISSN: 2354 - 1431
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIꢀT CAROTENOID TỔNG SỐ TỪ LÁ
CÚC TẦN (PLUCHEA INDICA LESS.) THU HÁI TẠI THÁI NGUYÊN
Đinh Thị Kim Hoa1, Nguyễn Thị Tình1, Tạ Thị Lượng1,2, Nguyễn Văn Duy1, Nguyễn Thị Trà My1, Lê Thị Hồng
Ngọc1, Nông Thị Hồng Ngọc1, Vi Đại Lâm1, Lưu Hồng Sơn1*
1Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên, Việt Nam
2Đại học Queensland, Úc
Thông tin bài viết
Ngày nhận bài:
Tóm tắt
Carotenoid tổng số đã được sử dụng nhiều trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm
và dược phẩm. Hiện nay nguồn nguyên liệu sản xuất chính là chiết suất từ thực
vật. Trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện chiết tách bằng
phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken đã tìm đươc điều kiện tối
ưu quá trình tách chiết carotenoid tổng số từ lá cúc tần: nhiệt độ sấy nguyên
liệu, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu (ete dầu hỏa), thời gian siêu âm, nhiệt độ tách
chiết tương ứng: 60 °C, 10/1(ml/g), 5 phút, 60 °C; tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
là 10,98 (ml/g), thời gian siêu âm 7,04 phút, nhiệt độ tách chiết 61,58 °C cho
hàm lượng carotenoid tổng số là 5,21795 mg/100g. Kết quả thực nghiệm cho
kết quả có độ tương thích cao với mô hình.
16/3/2021
Ngày duyệt đăng:
3/5/2021
Từ khóa:
Cúc tần, Pluchea indica
(L.), carotenoid, tách chiết,
Box-Behnken.
I. MỞ ĐẦU
Cúc Tần tên khoa học Pluchea indica Less. còn
có nhiều tên gọi khác là cây đại ngải, phặc phà
(Tày), hoa mai não,... Cây cúc tần là cây thuốc nam
quý [1], [2]. Carotenoid là một nhóm các hợp chất
thực vật thứ sinh phân bố phổ biến trong giới thực
vật. Chúng được biết đến như là các hợp chất có
khả năng chống oxi hóa do đó có thể có chức năng
trong phòng chống lão hóa, ung thư… có nhiều
trong rau, hoa quả. Vì vậy carotenoid được sử dụng
nhiều trong lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm [3].
Tuy nhiên, tách chiết và đánh giá hoạt tính
carotenoid tổng số trong lá cúc tần trưởng thành
chưa nhiều nghiên cứu nhiều tại Việt Nam. Vì vậy,
trong nghiên cứu này nhằm tối ưu quá trình tách
chiết carotenoid tổng số từ lá cúc tần, là cơ sở cho
các nghiên cứu hoạt tính tiếp theo.
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Cây cúc tần được thu hái vào sáng sớm của
tháng 5 trong năm tại vườn thảo dược của khoa
Chăn nuôi thú y - trường Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên. Mẫu nghiên cứu đã được định danh kết
luận loài. Phần lá cây phát triển từ cây 3 năm tuổi
được sử dụng để phân tích. Nguyên liệu lá cúc tần
được rửa sạch và loại bỏ phần hư dập. Toàn bộ
nguyên liệu được làm khô bằng sấy đối lưu tự nhiên
bằng tủ sấy Memmert UN110Plus - Đức đến độ ẩm
118
D.T.K.Hoa et al/ No.21_Jun 2021|p.117-123
dưới 10%. Sau đó, nguyên liệu được bảo quản
Trong đó:
trong túi PE đặt trong hộp nhựa kín, lưu trữ ở nhiệt
độ phòng, tránh ánh sáng và ẩm.
a - Lượng tương đương với dung dịch gốc tìm
thấy trên đồ thị chuẩn, tính bằng ml
Các hóa chất và dung môi được sử dụng trong
thí nghiệm đạt chuẩn PA.
b - Thể tích của dung dịch chuẩn, tính bằng ml
0,00416 - Hệ số chuyển 1ml dung dịch gốc kali
bicromat ra lượng tương đương với carotenoid tổng
số (mg)
Thiết bị: Tủ sấy Memmert UN110Plus - Đức,
cân phân tích OHAUS - Mỹ, tủ cấy LV-VC1200 -
Việt Nam, Bể siêu âm Elma S100H – Đức.
V - thể tích dịch lọc của mẫu thử sau khi qua cột
hấp thụ, tính bằng ml
2.2. Bố trí thí nghiệm
Lá cúc tần bằng sấy ở nhiệt độ 50, 55, 60, 65 °C
đến độ ẩm dưới 10%, sau đó chiết với tỷ lệ dung
môi: nguyên liệu lần lượt là 5:1; 10:1; 15:1; 20:1
(v/w), siêu âm trong thời gian 0, 5, 10 và 15 phút ở
nhiệt độ chiết 55, 60, 65, 70 °C. Sau khi tiến hành
khảo sát các đơn nhân tố, chúng tôi để đánh giá khả
năng ảnh hưởng của chúng, chúng tôi sử dụng
phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí
nghiệm của Box - Behnken với ba yếu tố, ba cấp
độ, sau đó đem phân tích hàm lượng caroteinoid.
m - khối lượng của mẫu thử, tính bằng g
1000 - hệ số chuyển về 1 kg mẫu.
4. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu được được phân tích phương sai
(ANOVA) một nhân tố và phân tích hậu kiểm
Fisher’s PLSD với mức P ≤ 0,05 bằng phần mềm
SPSS (version 20).
III. KꢀT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy
2.3. Xác định hàm lượng caroteinoid tổng số
Từ kết quả bảng 1, nhiệt độ sấy ảnh hưởng tới
hàm lượng carotenoid tổng số thu được. Khi sấy ở
55 °C thì hàm lượng carotenoid tổng số là cao nhất.
Theo nghiên cứu của Hà Thị Bích Ngọc và đồng tác
giả thì nhiệt độ sấy được sử dụng là từ 65 – 70 °C
cho hàm lượng carotenoid tổng số thu được là cao
nhất. Tác giả Đinh Thị Kim Hoa và cộng sự sử
dụng nhiệt độ sấy là 60 °C. Trong nghiên cứu này
công thức 55 °C và 60 °C không có sự khác biệt có
ý nghĩa về mặt thống kê với mức α = 0,05 [3], [5].
Vì vậy nhiệt độ 60 °C được chọn để tiến hành các
thí nghiệm tiếp theo.
Phương pháp dựa trên khả năng hòa tan của
carotenoid tổng số trong các dung môi hữu cơ,
cường độ mầu của dung dịch tỷ lệ thuận với hàm
lượng carotenoid tổng số và được đo trên máy
quang phổ so màu UV – VIS, model UV-2502 của
hãng LABOMED – Mỹ, ở bước sóng 440 – 450
nm. Hàm lượng carotenoid tổng số (X) được biểu
thị bằng mg trong 1 kg mẫu được tính theo công
thức [4]:
a.0,00416.V
X
.1000
m.b
Bảng 1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, tỉ lệ nguyên liệu và thời gian siêu âm
tới hàm lượng carotenoid tổng số tổng số có trong lá cúc tần
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Ảnh hưởng của thời
sấy tới hàm lượng
carotenoid tổng số tổng
số có trong lá cúc tần
Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên
liệu/ dung môi chiết
gian siêu âm
CT
CT
CT
Thời
gian
siêu
âm
Hàm lượng
carotenoid
tổng số
Hàm lượng
Nhiệt
Hàm lượng
Tỷ lệ dung
carotenoid
carotenoid
độ
môi/nguyên
tổng số
tổng số
liệu (ml/g)
(mg/100g lá
tươi)
(°C)
(mg/100g)
(mg/100g)
(phút)
CT1
CT2
CT3
CT4
50
55
60
65
3,02a
3,03a
3,02a
2,92b
CT5
CT6
CT7
CT8
5/1
2,61b
3,04a
3,05a
3,05a
CT9
CT10
CT11
CT12
0
5
3,04d
5,13a
4,80b
3,62c
10/1
15/1
20/1
10
15
Ghi chú: Trên cùng 1 cột các giá trị mang cùng chữ số mũ thì khác nhau không có ý nghĩa ở mức α = 0,05
119
D.T.K.Hoa et al/ No.21_Jun 2021|p.117-123
siêu âm ở 0, 5, 10, 15 phút với 2 yếu tố còn lại cố
3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi chiết
định: tần số 37 kHz, công suất 150 W. Qua Bảng 3
cho thấy hàm lượng carotenoid tổng số thay đổi ở
các công thức khác nhau. Hàm lượng carotenoid
tổng số cao nhất ở CT10 là 5,13 mg. Vì vậy, trong
nghiên cứu lựa chọn thời gian siêu âm 5 phút cho
các thí nghiệm tiếp theo.
Ta thấy tỷ lệ dung môi/nguyên liệu có ảnh
hưởng đến quá trình chiết tách carotenoid tổng số
từ nguyên liệu lá cúc tần. Khi tỷ lệ dung môi thấp
thì khả năng hòa tan vào dung môi thấp, làm cho
hàm lượng carotenoid tổng số thu được thấp. Tuy
nhiên ở tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 10/1 và 15/1
khả năng tách chiết được hàm lượng carotenoid
tổng số không có sự chênh lệch có ý nghĩa thống
kê ở mức α = 0,05. Đinh Thị Kim Hoa và cộng sự
cho tỷ lệ dung môi 10/1 (ml/g) [5]. Trong nghiên
cứu này chúng tôi chọn tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu
để tách chiết là 10/1 (ml/g).
3.4. Ảnh hưởng nhiệt độ chiết
Tiến hành khảo sát ở các dải nhiệt độ: 55, 60,
65, 70 °C và cho thấy ở nhiệt độ chiết tách 60 °C
thì cho hàm lượng carotenoid tổng số tổng thu được
là lớn nhất. Đinh Thị Kim Hoa và cộng sự cho nhiệt
độ chiết là 55 °C [5], sự khác nhau này có thể được
giải thích bởi khác nhau về nguyên liệu và quy trình
tách chiết. Trong nghiên cứu này nhiệt độ tách chiết
60 °C được lựa chọn và sử dụng cho các thí nghiệm
tiếp theo.
3.3. Ảnh hưởng của sóng siêu âm
Sóng siêu âm có tác dụng bẻ gãy các liên kết
hóa học, phá vỡ tế bào, hỗ trợ khả năng trích ly các
chất có trong nguyên liệu [6]. Khảo sát thời gian
Bảng 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết
CT
Nhiệt độ (°C)
Hàm lượng carotenoid tổng số tổng
(mg/100g lá tươi)
CT13
CT14
CT15
CT16
55
60
65
70
5,12b
5,14a
4,53c
4,48c
Ghi chú: Trên cùng 1 cột các giá trị mang cùng chữ số mũ thì khác nhau không có ý nghĩa ở mức α = 0,05
3.5. Tối ưu hóa quá trình tách chiết
Bảng 3. Ma trận thực nghiệm Box- Behnken ba yếu tố chiết carotenoid tổng số từ lá cúc tần
Biến thực
Hàm lượng
A
B
C
Carotenoid tổng số
(mg/100g lá tươi)
TN
Thời gian siêu âm
Dung môi/ nguyên
Nhiệt độ chiết
liệu (ml/g)
(phút)
5
°C
60
60
60
60
55
55
65
65
55
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
1,23
3,11
1,1
15
5
10
10
5
15
5
3,8
0,71
1,09
1,03
4,6
15
5
5
5
15
10
5
0
0,49
120
D.T.K.Hoa et al/ No.21_Jun 2021|p.117-123
Biến thực
Hàm lượng
A
B
C
Carotenoid tổng số
TN
Thời gian siêu âm
Dung môi/ nguyên
Nhiệt độ chiết
(mg/100g lá tươi)
liệu (ml/g)
(phút)
10
°C
55
65
65
60
60
60
60
60
10
11
12
13
14
15
16
17
10
0
0,88
3,06
2,41
5,15
5,14
5,13
5,14
5,14
10
10
10
5
10
10
5
10
5
10
5
10
5
Chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu
theo thiết kế thí nghiệm của Box - Behnken với ba
biến ba cấp độ. Các số liệu thu được từ dịch chiết lá
cúc tần được xử lý trên phần mềm Design - Expert
7.0 (Stat-Ease Inc, Minneapolis, USA) ANOVA
được dùng để đánh giá dịch chiết thu được. Tiến
hành giải bài toán tối ưu theo phương pháp” hàm
mong đợi”. Sử dụng phần mềm Design-Expert 7.0
để tiến hành tối ưu hóa nhằm xác định được giá trị
của ba yếu tố mà tại đó hàm lượng carotenoid tổng
số là cao nhất. Áp dụng phương pháp phân tích hồi
quy các số liệu thực nghiệm, thu được mô hình đa
thức bậc hai thể hiện hàm lượng carotenoid tổng số:
Y= 5,14 + 1,07*A + 0,037*B + 0,99*C +
0,21*A*B + 0,80*A*C – 0,26*B*C – 1,34*A2 –
1,49*B2 – 1,94*C2
Trong đó Y là hàm lượng carotenoid tổng số
trong dịch chiết dự báo thu được.
Các giá trị A, B, C lần lượt là biến thời gian siêu
âm, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ chiết
Để đánh giá mô hình chúng tôi sử dụng phân
tích ANOVA. Kết quả phân tích ANOVA được thể
hiện qua bảng sau:
Bảng 4. Phân tích phương sai ANOVA của mô hình chiết carotenoid tổng số từ lá cúc tần
Nguồn
Model
SS
DF
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7
3
MS
6,27
9,10
0,011
7,86
0,17
2,54
0,27
7,57
9,33
15,87
0,020
0,048
Chuẩn F
307,04
Giá trị p
< 0,0001
< 0,0001
0,4821
< 0,0001
0,0240
< 0,0001
0,0083
< 0,0001
< 0,0001
< 0,0001
56,44
9,10
0,011
7,86
0,17
2,54
0,27
7,57
9,33
15,87
0,14
0,14
A
B
C
AB
AC
445,29
0,55
384,85
8,23
124,55
13,24
370,85
456,90
776,85
BC
A2
B2
C2
Residual
Lack of Fit
Sai số
(pure error)
SS tổng Số
951,83
0,052
2E + 004
56,58
4
5E + 005
16
SS: Tổng phương sai; DF:bậc tự do; MS: trung bình phương sai; chuẩn F: chuẩn Fisher; Residual: phần dư;
“Lack of Fit”: chuẩn đánh giá độ không tương thích của mô hình với thực nghiệm. Từ kết quả phân tích
ANOVA ta thấy giá trị xác suất của mô hình P-value = 0,0001 < 0,05 do đó mô hình được lựa chọn để giải thích
cho kết quả của thí nghiệm, Lack of fit test = 0,052 (not significant) có ý nghĩa đối với mô hình.
121
D.T.K.Hoa et al/ No.21_Jun 2021|p.117-123
a)
b)
c)
Hình 1. Bề mặt đáp ứng hàm lượng carotenoid tổng số
a. Mô hình tương tác giữa tỷ lệ DM/NL và thời gian siêu âm b. Mô hình tương tác giữa tỷ lệ DM/NL và
nhiệt độ chiết c. Mô hình tương tác giữa thời gian siêu âm và nhiệt độ chiết
Phương án tốt nhất được đưa ra tỉ lệ dung môi/
nguyên liệu là 10,98 (ml/g), thời gian siêu âm 7,04
phút, nhiệt độ chiết 61,58 °C khi đó hàm lượng
carotenoid tổng số đạt 5,21795 mg/100g. Kết quả
kiểm tra bằng thực nghiệm cho kết quả tương ứng.
Theo O. Suriyaphan và cộng sự cho hàm lượng
carotenoid tổng số đạt 8,74 ± 0,34 (mg/100g lá
tươi) [7]. Sự khác nhau giải thích bởi điều kiện sinh
trưởng khác nhau của cúc tần khác nhau ảnh hưởng
đến hàm lượng carotenoid tổng số.
Hình 2. Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu ở hàm lượng carotenoid tổng số
IV. KꢀT LUẬN
REFERENCES
[1] The Ministry of Health. (2015). List of
traditional medicines, herbal medicines and
traditional medicinal herbs covered. The health
insurance fund, Issued together with Circular No.
05/2015/TT –BYT, Vietnam.
Điều kiện tách chiết thích hợp để thu được
hàm lượng carotenoid tổng số được xác định như
sau: Nhiệt độ sấy 60 °C, tỉ lệ dung môi/ nguyên
liệu 10/1 (ml/g), thời gian siêu âm 5 phút, nhiệt độ
chiết 60 °C. Chúng tôi sử dụng phương pháp bề
mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box -
Behnken với ba biến ba cấp độ cho phương án tốt
nhất với tỉ lệ dung môi/nguyên liệu 10,98/1 (ml/g),
thời gian siêu âm 7,04 phút, nhiệt độ chiết 61,58
°C khi đó hàm lượng carotenoid tổng số đạt
5,21795 mg/100g. Kết quả kiểm tra bằng thực
nghiệm có độ tương thích cao.
[2] Loi, D.T. (2014). Vietnamese medicinal
plants and herbs. Hong Duc Publishing House,
Vietnam.
[3] Ngoc, H.T.B. (2007). Investigation of
carotenoid total in some plants in Vietnam.
Scientific Journal of VNU, 23:130-134, Vietnam.
122
D.T.K.Hoa et al/ No.21_Jun 2021|p.117-123
[4] Determination method of carotene content
(TCVN 5284 - 90), Vietnam.
[6] Danh, T.H., Danh, L.V.Q., Quang, T.T.,
Tram, N.T., Tri, H.M., Nghi, T.H. (2017). The
washing tank uses ultrasonic waves. Journal of Can
Tho University, 52, Vietnam.
[5] Hoa, D.T.K., Son, L.H., Mai, P.N., Phuong,
P.T., Chi, T.V., Chung, T.T., Trong, D.D., Luong,
T.T. (2018). Study on carotenoid total extraction
process from tomatoes. Journal of Science and
Technology - Thai Nguyen University, Vietnam.
[7] Suriyaphan, O. (2014). Nutrition, Health
Benefits and Applications of Pluchea indica (L.)
Less Leaves. Mahidol University Journal of
Pharmaceutical Sciences, 41 (4):1-10.
123
7 trang
16540
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu quy trình tách chiết carotenoid tổng số từ lá cúc tần (Pluchea indica Less.) thu hái tại Thái Nguyên", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_quy_trinh_tach_chiet_carotenoid_tong_so_tu_la_cuc.pdf
