nghiên cứu quá trình sản xuất bột chứa lutein từ hoa cúc vạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH -∞0∞ -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LỜI CẢM ƠN

Bốn năm đại học không phải là một khoảng thời gian dài nhưng cũng đủ để gọiđó là một cuộc hành trình và thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp này làthời điểm đánh dấu cho việc cuộc hành trình đại học sắp kết thúc Để bài khóa luậnnày có thể được hoàn thành là kết quả của quá trình phấn đấu không ngừng của bảnthân cùng với đó là sự giúp đỡ tận tình và sâu sắc của các quý thầy cô và bạn bètrong khoa Công nghệ sinh học, trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh Quađây, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến những đã giúp đỡ em trong khoảngthời gian thực hiện đề tài cũng như là quãng thời gian học tập tại trường.

Đầu tiên là thầyTạ Đăng Khoa, giảng viên hướng dẫn, người đã cho em ý tưởng

cũng như giúp đỡ em trong việc tìm kiếm tài liệu và thông tin cần thiết cho bài khóaluận này Dù bận nhiều việc nhưng thầy vẫn trực tiếp tận tình hướng dẫn để em cóthể hoàn thành được đúng hạn Em xin trân trọng cảm ơn thầy và chúc thầy đạtđược nhiều thành công trong công việc và trong cuộc sống.

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô và các cán bộ, công nhân viêncủa khoa Công nghệ sinh học nói chung và trong tổ thực phẩm nói riêng vì đã tạođiều kiện cho em có cơ sở vật chất và kiến thức để có thể thực hiện tốt đề tài.

Em cũng dành lời cảm ơn đến các anh, chị và các bạn sinh viên thuộc phòng thínghiệm sinh hóa, đặc biệt là côNguyễn Thị Lệ Thủy vì đã giúp đỡ em rất nhiều

trong việc tinh sạch mẫu chuẩn để em có thể hoàn tất được đề tài một cách hoànthiện Chúc cô có nhiều sức khỏe và thành công trong công việc và cuộc sống.

Sau cùng, bạn bè và gia đình là những người đã cho ta chỗ dựa tinh thần và cảvật chất để hoàn thành cuộc hành trình này một cách tốt đẹp nhât Cảm ơn mọingười đã luôn bên cạnh, quan tâm và động viên.

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ vii

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÚC VẠN THỌ (Tagetes erecta L) 1

1.1.6.1 Một số nghiên cứu trong nước 4

1.1.6.2 Một số nghiên cứu ngoài nước 5

1.2.1.5 Quá trình oxy hóa 9

1.2.2 Giới thiệu về lutein 10

1.2.2.1 Giới thiệu chung 10

1.2.2.2 Cấu trúc của lutein 11

1.2.2.3 Tính chất 11

PHẦN II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 14

2.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 14

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.2.1 Phương pháp sản xuất bột chứa lutein 19

2.2.1.1 Sơ đồ nghiên cứu dự kiến 19

2.2.1.2 Thuyết minh sơ đồ 20

2.2.3 Nội dung các thí nghiệm 21

2.2.3.1 Khảo sát nguyên liệu 21

2.2.3.2 Khảo sát tỉ lệ dung môi trích ly 21

2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các chế độ nhiệt đến chất lượng chế biếnvà bảo quản nguyên liệu. 23

2.2.3.4 Khảo sát tỉ lệ chất nhũ hóa tween 80 đến chất lượng sản phẩm 25

2.2.3.5 Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ maltodextrin đến chất lượng sản phẩm 26

PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Kết quả phân tích nguyên liệu 29

3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát tỉ lệ dung môi trích ly 29

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các chế độ nhiệt đến chất lượng chế

biến và bảo quản nguyên liệu 31

3.4 Kết quả khảo sát tỉ lệ chất nhũ hóa 33

3.5 Kết quả khảo sát tỉ lệ maltodextrin 37

PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

4.1 Kết luận 41

4.2 Kiến nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 44PHỤ LỤC PL1Cách xác định độ ẩm PL1Cách xác định hàm lượng tro toàn phần PL1Xác định hàm lượng lutein PL2Cách pha lutein chuẩn PL3Kết quả khối lượng mẫu khi xác định độ ẩm nguyên liệu PL5Kết quả khối lượng mẫu khi xác định hàm lượng tro tổng PL5Kết quả đo OD khi sử dụng máy UV-Vis nhằm xây dựng đường chuẩnhàm lượng lutein có trong cúc vạn thọ PL5Đồ thị đường chuẩn hàm lượng lutein có trong cúc vạn thọ PL6Bảng kết quả đo OD khi sử dụng máy UV-Vis trong thí nghiệm xácđịnh tỉ lệ dung môi trích ly PL6Bảng kết quả đo OD khi sử dụng máy UV-Vis trong thí nghiệm khảosát ảnh hưởng của các chế độ nhiệt đến chất lượng chế biến và bảoquản nguyên liệu PL6Kết quả thống kê thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các chế độ nhiệtđến chất lượng chế biến và bảo quản nguyên liệu PL7Kết quả thống kê thí nghiệm xác định tỉ lệ dung môi trích ly PL8

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Phương pháp khảo sát nguyên liệu 21

Bảng 2.2: Bố trí nghiệm thức thí nghiệm khảo sát tỉ lệ dung môi trích ly 23

Bảng 2.3: Bố trí nghiệm thức thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các chế độnhiệt đến chất lượng chế biến và bảo quản nguyên liệu 24

Bảng 2.4: Bố trí nghiệm thức thí nghiệm khảo sát tỉ lệ chất nhũ hóa 26

Bảng 2.5: Bố trí nghiệm thức thí nghiệm khảo sát tỉ lệ maltodextrin vi bao 28

Bảng 3.1: Chỉ tiêu nguyên liệu của cánh hoa cúc vạn thọ 29

Bảng 3.2: Khảo sát nồng độ dung môi trích ly lutein từ cánh hoa cúc vạn thọ 30

Bảng 3.3: Khảo sát quá trình làm sấy cánh hoa cúc vạn thọ 31

Bảng 3.4: Kết quả khảo sát tỉ lệ chất nhũ hóa 33

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm khảo sát tỉ lệ maltodextrin vi bao 37

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Hoa cúc vạn thọ 1

Hình 1.2: Cấu trúc phân tử một số các carotenoid 8

Hình 1.2: Công thức cấu tạo của lutein 11

Hinh 1.3: Cấu trúc không gian của lutein Sơ đồ nghiên cứu dự kiến 11

Hình 2.1: Hoa cúc vạn tho được thu mua tại chợ hoa Đầm Sen 14

Hình 2.2: Máy lọc nước tại phòng thí nghiệm tế bào học 15

Hình 2.3: Tủ sấy đối lưu 16

Hình 2.4: Máy sấy thăng hoa 16

Hình 2.5: Máy đồng hóa 17

Hình 2.6: Sơ đồ sản xuất bột chứa lutein từ cúc vạn thọ 19

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa nồng độ dung môi và hàmlượng lutein thu được 30

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

HPLC Sắc ký lỏng cao ápHPLC-MS Sắc kí lỏng cao áp ghép

khối phổTB Trung bình

UV-Vis Tử ngoại-Khả kiến(Ultraviolet-Visible)v/v Thể tích/ thể tíchv/m Thể tích/ khối lượngm/v Khối lượng/ thể tích

ĐẶT VẤN ĐỀ

Đôi mắt của con người vốn được ví như cửa sổ tâm hồn, vẻ đẹp nội tâm củacon người thường sẽ được thể hiện rõ nhất thông qua đôi mắt Ở mỗi người, đôimắt thể hiện lên được cá tính, những suy nghĩ, và cả tâm trạng của người đó Mộtnghiên cứu đã chỉ ra, qua đôi mắt, ta có thể đọc được suy nghĩ của một người(Adam Anderson, 2017) Hơn thế nữa, một đôi mắt tốt có thể cho chúng ta nhiềuhơn là ngoài tác dụng thẩm mĩ cho mỗi người, hầu hết tất cả các sinh hoạt thườngnhật của chúng ta đều dựa vào thị giác Ánh sáng từ ngoài môi trường đi vào mắtsẽ cung cấp cho chúng ta những thông tin cần thiết giúp con người có khả nănghọc hỏi, giao tiếp cung như phản ứng lại với các tác nhân từ môi trường Thiếu điđôi mắt, tất cả nhưng hoạt động nêu trên sẽ diễn ra kém hiệu quả hơn rất nhiềuhoặc thậm chí không thể diễn ra được Chính vì vậy, đôi mắt đóng một vai trò rấtquan trọng và việc bảo vệ mắt là một điều cần thiết.

Bước vào thời kì công nghệ, kỉ nguyên “4.0”, hầu hết các vấn đề của conngười đều có thể giải quyết bằng công nghệ thông qua các thiết bị điện tử Sựhiện diện của những cuốn sách hoặc những trang giấy đang dần bị thay thế đi bởinhững thiết bị với trọng lượng và kích thước ngày càng nhỏ hơn, thuận tiện hơncho việc lưu trữ và di chuyển Các hoạt động nghệ thuật đã dần ít lại nhường chỗcho các chương trình giải trí trực tuyến Hay sự xuất hiện của làn sóng thể thaomới mang tên thể thao điện tử càng làm tăng sức hút của mọi người đối với cácthiết bị trên hơn là việc tham gia vào các hoạt động ngoài trời Hầu như nơi đâucũng có sự hiện diện của công nghệ Vì lẽ đó, việc sử dụng thường xuyên cácthiết bị như vậy là không thể tránh khỏi, dù cho mục đích sử dụng là việc học tậphay giải trí đơn thuần Đi kèm với những lợi ích và ưu điểm kể trên, những hệ lụyvà tác hại của công nghệ hiện đại là không thể chối cãi Việc sử dụng các thiết bịđiện tử trong một thời gian dài với tần suất thường xuyên và liên tục chắc chắn sẽgây ảnh hưởng không ít lên đôi mắt Điều này dẫn đến các chứng bệnh về thị lựcthường gặp có thể kể đến như là đục thủy tinh thể, thoái hóa điểm vàng, tăng

Để hạn chế các tác hại về mắt nêu trên, ngoài việc kiểm soát thời gian sinhhoạt một cách hợp lí, người ta còn tìm đến những giải pháp khác như việc bổsung các hợp chất có lợi cho mắt từ thực đơn hàng ngày hay từ các loại thựcphẩm chức năng Trong đó các loại thực phẩm có chứa nhóm tetraterpen hayđược biết đến với tên gọi là carotenoid, cụ thể hơn là hợp chất lutein, một dẫnxuất hydroxyl của α – caroten, có tác dụng tích cực trong việc bảo vệ mắt và tăngcường thị giác Hợp chất này được tìm thấy rất nhiều trong các loại thực phẩmnhư bắp, cải bó xôi, cải xoăn, lòng đỏ trứng gà… Tuy vậy, việc thường xuyêntiêu thụ các thực phẩm kể trên có thể gây nhàm chán Mặt khác, thông qua quátrình bảo quản và chế biến, hàm lượng hợp chất có trong thực phẩm chắc chắn sẽmất đi nên sẽ không cung cấp đủ cho cơ thể hoặc nếu có thì cần tiêu thụ mộtlượng thực phẩm rất lớn Để bù đắp, trên thị trường có rất nhiều các loại thựcphẩm chức năng hay thuốc có chứa lutein, nhưng đa số được tổng hợp theo conđường hóa học nên chưa thực sự thân thiện với môi trường Một loại thực vật cóchứa hàm lượng rất lớn hợp chất lutein, có tiềm năng dùng để khai thác mà ít

người biết đến đó là hoa Cúc vạn thọ, với tên khoa học đầy đủ là Tagetes erecta

Hoa Cúc vạn thọ ở Việt Nam hiện diện khá phổ biến nhưng chủ yếu với côngdụng làm hoa cảnh, trang trí hoặc phục vụ lễ thờ, cúng là chủ yếu Với giá thànhcũng không quá cao, nên không quá kén người mua, không khó bắt gặp hoa Cúcvạn thọ tại các chợ hoặc các địa điểm kinh doanh hoa ở cả nước Đặc biệt là tạidịp tết Nguyên Đán của Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ hoa của mỗi nhà cũng tănglên, nhà vườn cũng sẽ trồng và xuất ra thị trường một lượng lớn hoa để đáp ứngnhu cầu của người dân Kéo theo đó, cũng một số lượng lớn hoa Cúc vạn thọ cóthể sẽ không đến được tới tay người mua và bị lãng phí do nhiều nguyên nhânnhư tính thẩm mĩ, hoa bị gãy thân, gãy cành, không đạt chỉ tiêu chất lượng vềchiều cao, số lượng hoa hoặc nguồn cung lớn hơn cầu Đây là một nguồn nguyênliệu sẵn có, đáng được tận dụng nhằm tránh việc lãng phí và góp phần bảo vệmôi trường.

Vì tác dụng tích cực của hợp chất tự nhiên kể trên và tận dụng được nguồnnguyên liệu sẵn có ở tại địa phương, đề tài:“Nghiên cứu quá trình sản xuất bột

chứa lutein từ hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L)” được đề xuất và thực hiện

nhằm tìm ra được một quy trình tách chiết sinh học hiệu quả hơn nhằm đem lạimột nguồn khai thác lutein mới, thân thiện với môi trường, hiệu quá và có thểứng dụng được cho nhiều sản phẩm bổ trợ sức khỏe trong tương lai.

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÚC VẠN THỌ (Tagetes erecta L) [12]

Hình 1.1 Hoa cúc vạn thọ1.1.1 Đặc điểm thực vật học

Cúc vạn thọ là một loài thuộc chi Tagetes có nguồn gốc từ Mexico (Mexican

Phân loại khoa học:

- Giới (regnum): Plantae

- Ngành (division): Angiospermae- Bộ (ordo): Asterales

- Họ (familia): Asteraceae

- Chi (genus): Tagetes

- Loài (species): Tagetes erecta L

1.1.2 Nguồn gốc

Các nghiên cứu về khảo cổ học cho thấy hoa Cúc vạn thọ đã xuất hiện từ nềnvăn minh aztec, nó được sử dụng trong các loại bùa phép, các nghi thức tôn giáo,

hoặc các bài thuốc chữa bệnh Ghi nhận đầu tiên về công dụng của Cúc vạn thọlà trong cuốn sách “Aztec Herbal” của tác giả Juan Badiano y Martín de la Cruzxuất bản vào năm 1552 Trong đó ghi nhận công dụng điều trị của Cúc vạn thọcho bệnh nấc cụt, hoặc bị sét đánh, …

Người Aztec đã nhân giống Cúc vạn thọ để có được những bông hoa ngàycàng lơn Vào thế kỉ thứ XV, những hạt giống Cúc vạn thọ bản địa đã được cácnhà thám hiểm người Tây Ban Nha lấy và mang về Tây Ban Nha, ở đây, Cúc vạnthọ được trồng trong các vườn ở những tu viện.

Từ Tây Ban Nha, hạt giống cúc vạn thọ đã được vận chuyển đến các nước nhưPháp và Bắc Phi Cúc vạn thọ lúc này cao hơn, được gọi là Cúc vạn thọ châu phivà trở thành cây bản địa ở Bắc Phi.

Ở Mexico và Mỹ Latinh, hoa cúc vạn thọ được sử dụng để trang trí bàn thờ giađình để kỷ niệm Ngày các thánh và Ngày linh hồn.Cánh hoa nằm rải rác trênnhững ngôi mộ của người thân, vì vậy hoa cúc vạn thọ được trồng nhiều trongnghĩa trang.

Cúc vạn thọ cũng được sử dụng trong các nghi lễ tôn giáo của đạo Hindu Hoađược kết thành các vòng hoa để trang trí cho các vị thần trong làng xuyên suốt lễhội thu hoạch.

Kể từ thập niên 20 của thế kỉ XIX, việc nhân giống cúc vạn thọ trở nên phổbiến và người ta đã tạo ra hàng trăm giống cây mới.

1.1.3 Mô tả hình thái

Cúc vạn thọ là cây thân thảo mọc đứng có chiều cao 0.6 - 1m, phân nhánhthành bụi có cành nằm trải ra Lá cúc vạn thọ là dạng lá kép lông chim lẻ một lần,các lá chét nhỏ có hình thuyền, nhọn ở đầu, mép lá có hình răng cưa Lá mọccách, ở mỗi nách lá sẽ có những nhánh phụ mọc ra Tán lá của cúc vạn thọ cómùi thơm như xạ và hăng.

Hoa cúc vạn thọ là dạng hoa đầu tỏa tròn, đường kính từ 5-8cm hay hơn, mọcđơn độc hay tụ họp thành ngù trên ngọn cây, cành Hoa có lá bắc của bao chung

hàn liền với nhau, cánh hoa mềm mại với mép lượn sóng nhẹ nhàng nhìn rất đẹpmắt Hoa ở phía ngoài hình lưỡi nhỏ xòe ra, hoa ở phía trong hình ống và nhỏ.

Cúc vạn thọ là loài có hai màu nổi bật là màu vàng hay màu vàng cam Cây rahoa vào mùa đông cho tới mùa hạ Vạn thọ có thời gian giữ bông nở kéo dài khálâu, ngay cả khi thân và lá đã tàn Khi hoa tàn sẽ để lộ những quả bế có 1-2 vẩyngắn.

1.1.4 Thành phần dinh dưỡng đặc trưng

Chứa nhiều các hợp chất tự nhiên có lợi cho cơ thể như: cadinol, carotenoid,isorhamnetin, saponin, triterpene, sesquiterpenoid, scopoletin, flavonoid,quercetin, kaempferol.

Tinh dầu của cúc vạn thọ có sự hiện diện của các hợp chất d-limonene,ocimene, 1-linalyl acetate, 1-linalool, tagetone và n-nonyl aldehyde (Sharma etal., 1961).

Các nghiên cứu sâu hơn chỉ ra thêm sự hiện diện của các chất aromadendrene,phenylethyl alcohol , salicylaldehyde, phenylacetaldehyde, 2-hexen-1-al,eudesmol, tagetone, ocimene, linalyl acetate và một hợp chất carbonyl chưa địnhdanh carbonyl trong tinh dầu Tagetes erecta (Handa et al., 1963) 3 acyclicmonoterpene ketones viz 3,7-dimethyloct-1-en-6-one , 3,7-dimethyl-5-hydroxyoct-1-en-6-one và 3,7- dimethyloct-1,7-dien-6-one, đã được tìm thấy

trong tinh dầu của cúc vạn thọ Tagetes erecta (Garg and Mehta, 1998) Ngoài ra

còn có myrecene, caryophyllene, p-cymene, d-carvone and eugenol (Baslas andSingh, 1981b).Monoterpenoid, 5-isobutyl-3-methyl-2-furancarbaldehyde,acetaldehyde, acetone, a-thujene, b-pinene, toluene, ethyl-2-methylbutyrate,camphene, b-pinene, 3-methylbutyl acetate, sabinene, a-phellandrene, cis-b-ocimene, trans-b-ocimene, a-terpinene, terpinolene, dihydrotagetone (33), cis,cis-alloocimene, cis,trans-allo-ocimene, a-p-dimethylstyrene, a-thujone, b-thujone(34), cis-b-ocimene epoxide, trans-tagetone, cis-tagetone, linalool, trans-a-bergamotene, terpinen-4-ol, methyl carvacrol, menthol, trans-b-farnesene, methyl

chavicol (37), a-humulene, trans-tagetenone, g-elemene, d-cadinene, geraniol,thymolhydroquinone dimethyl-ether, isopiperitenone, piperitenone, nerolidol,methyl (Hamdard Medicus Vol 55, No 1, 2012), eugenol, thymol, carvacrol, vàa-cadinol,…

1.1.5 Các ứng dụng phổ biến

Cúc vạn thọ thường được trồng để trang trí sân vườn, làm cây cảnh, phục vụcúng lễ và trưng bày trong dịp Tết Nguyên đán Những chậu cúc vạn thọ màuvàng rực rỡ sẽ giúp cho không gian ngày thêm trở nên bừng sáng Hoa còn mangý nghĩa cầu mong sức khỏe, sự trường thọ và may mắn cho mọi người.

Ngoài ra vạn thọ còn có tác dụng xua đuổi côn trùng có hại, dùng lá để chữabệnh nấc cụt Là nguồn nguyên liệu được sử dụng nhiều trong công nghiệp làmtinh dầu gọi là dầu cúc vạn thọ Hoạt tính chống oxy hóa đã được phát hiện trongtinh dầu của loại cây này mặc dù ít hơn so với α-Tocopherol Trong công nghiệpsản xuất nước hoa; làm chất tạo hương vị cho công nghiệp chế biến lương thực –thực phẩm và thuốc lá.

Cúc vạn thọ được sử dụng cho mục đích y học Các sắc tố của Tagetes do sựcó mặt của carotenoid, trong đó chất chính là lutein, có ảnh hưởng đến việc ngănngừa các bệnh về mắt liên quan đến tuổi tác như thoái hóa điểm vàng và đục thủytinh thể Do đó thuốc nhuộm màu tự nhiên này được dùng trong các thực phẩmăn kiêng thay vì màu nhân tạo.

1.1.6 Một số nghiên cứu về Cúc vạn thọ

1.1.6.1 Một số nghiên cứu trong nước

Lutein tách chiết từ hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.) là một trong các

carotenoid tự nhiên được phép sử dụng làm chất màu thực phẩm Tuy nhiên, khảnăng ứng dụng của chất này trong tạo màu thực phẩm bị hạn chế do lutein kémtan trong nước và dễ bị mất màu dưới tác động của oxy không khí, ánh sáng, acid.Nhằm cải thiện độ tan trong nước và độ bền màu của lutein, trong nghiên cứu

này lutein được điều chế dưới dạng vi nang bằng kỹ thuật sấy phun sử dụng vậtliệu bọc là maltodextrin Sản phẩm lutein vi nang thu được đạt hiệu suất bao góikhá cao (86,4%), tan khá tốt trong nước (26,0% w/v ở 30°C), đảm bảo an toàn vềdư lượng dung môi và kim loại nặng Sản phẩm kém bền màu trong không khí,đặc biệt khi có ánh sáng chiếu trực tiếp Do vậy, nên dùng nó để tạo màu cho cácloại thực phẩm được bảo quản ở nhiệt độ thấp và trong bao bì tránh ánh sáng.(Trần Hải Minh, 2016,)

Ngoài ra, theo tác giả Hà Thị Tâm Tiến (2006), đã cho rằng: Trong y học hiệnđại, các carotenoid đã được sử dụng làm thuốc như beta - carotene, lutein,lycopene, Zeaxanthin ; Bên cạnh đó các carotenoid còn được dùng làm mỹphẩm, bảo vệ da, làm đẹp da như là Iycopene Ngoài ra, chúng còn được dùngrộng rãi để làm các phẩm màu thực phẩm; hay trong ngành sản xuất thức ăn chochăn nuôi gả, nuôi trồng thủy sản như tôm, cá hồi Chúng không phải lả mộtthuốc đặc trị nhưng lại là một nguồn bổ sung dinh dưỡng rất tốt cho cơ thể, manglại sức khỏe và vẻ đẹp cho con người Gần đây, thị phần các sản phẩm thực phẩmchức năng vả thuốc chứa carotenoid chiếm một lượng không nhỏ trên thị trườngdược thế giới Báo cáo của BCC, một công ty chuyên phân tích thông tin thịtrường ở Mỹ, về thị phân các carotenoid trên toàn thể giới năm 2005 cho thấychúng chiếm khoảng 887 triệu đô la Mỹ riêng trong năm 2004, dự kiến lên tớimột tỉ đô la Mỹ vào năm 2009, trong đó beta - carotene chiếm thị phần lớn nhất,với khoảng 242 triệu đô la Mỹ, tiếp theo là lutein khoảng 139 triệu đô la Mỹ,asthaxanthin, canthaxanthm Qua đó, ta có thể thấy rằng nhu cầu về carotenoidđang tăng trên thể giới, và ở nước ta cũng vậy, nhu cầu này đang ngày cảng giatăng.

1.1.6.2 Một số nghiên cứu ngoài nước

Đã có nhiều nghiên cứu về Lutein trên thế giới, trong đó hoa vạn thọ là mộttrong các đối tượng được chú ý bởi hàm lượng lutein trong hoa vạn thọ rất cao.Theo Rodrigues DB, Mercadante AZ, Mariutti LRB; 2019 Ngoài lutein ra trong

hoa vạn thọ cũng còn chứa rất nhiều carotenoid có giá trị sinh học, đặc biệt làtrong lá và cánh hoa (Xi Cheng và cộng sự).

Các nghiên cứu về sấy cũng được khảo sát cho thấy sấy lạnh giúp tránh tổnthất lượng luten có trong nguyên liệu Đồng thời kết hợp với quá trình tạo vi baosẽ tăng khả năng hòa tan của các carotenoid và mở rộng khả năng ứng dụng củanó trong ngành công nghệ thực phẩm và thực phẩm chức năng (Jovine Marcellavà cộng sự).

Ngoài ra, theo Grčević M và cộng sự, (2019) cho rằng: Lutein lấy từ hoa cúcvạn thọ là một sắc tố thực vật rất quan trọng đối với sức khỏe của mắt ở người.Hoạt tính sinh học của nó ở người tốt hơn so với lutein từ lòng đỏ trứng trongchế độ ăn uống, dinh dương hàng ngày.

Hơn nữa, đã có các công trình nghiên cứu trên thế giới về việc tách chiết luteintừ cúc vạn thọ, điển hình như công trình của Jalali Jivan M và cộng sự, đã nghiêncứu về tiếm năng sử dụng công nghệ nano trong việc tách chiết hợp chất trên.Công nghệ nano có tiềm năng cao trong việc xử lí các loại cây công nghiệp hoặcphụ phẩm, để có thể trích xuất được các hợp chất sinh học có giá trị Nghiên cứuhiện tại đã nỗ lực tận dụng lợi thế của phương pháp công nghệ nano (tức làmicroemuls, ME), như một kỹ thuật xanh mới, để chiết xuất lutein từ cúc vạn thọ

(Tagetes erecta) như một cây trồng công nghiệp Các giản đồ pha pseudo-ternary

đã xác nhận ảnh hưởng của loại chất hoạt động bề mặt đến sự hình thành cáclutein ME đơn sắc Sự kết hợp của sucrose monopalmitate: 1-poropanol (1: 5)cho thấy hiệu quả cao nhất với sự hiện diện của bột cánh hoa cúc vạn thọ (MPP,18%) và nước (42%) Ngoài ra, hiệu quả của ME nguyên thủy (không có chấtđồng hoạt động bề mặt) đã tăng lên đáng kể khi MPP được làm ẩm bằng chấtđồng hoạt động bề mặt Hơn nữa, các ME khác nhau dẫn đến kích thước giọtkhác nhau (14-250nm), PDI (0,05-0,32) và điện thế zeta (-1,96 đến -38,50 mV).Những phát hiện này cho thấy tầm quan trọng nổi bật của chất hoạt động bề mặtvà chất đồng hoạt động bề mặt và tỷ lệ của chúng đối với khả năng chiết xuất củaME Những phát hiện này cũng đã chứng minh khả năng của kỹ thuật vi nhũtương (MET) như là một thay thế tiềm năng cho dung môi thông thường với khả

năng ứng dụng để chiết xuất lutein và các hợp chất sinh học dựa trên cây côngnghiệp khác.

Carotenoid tạo thành một nhóm lớn các sắc tố có tính ưa dầu có lợi ích tăngcường sức khỏe đã được công nhận rộng rãi Các carotenoid chứa hydroxy có thểđược tìm thấy ở cả dạng tự do hoặc dạng ester hóa với các axid béo trong một sốma trận thực vật, nhưng ghi nhận cho thấy carotenoid tự nhiên khai thác đượckém do các este carotene khó để phân tích Một trong những nguồn carotenoid tựnhiên chính là hoa cúc vạn thọ, được ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi để sảnxuất chất màu thực phẩm hoặc chất bổ sung, cả hai thường được sản xuất khôngcó quá trình xà phòng hóa Mặc dù các este lutein được phân bố rộng như là hợpchất chính được tìm thấy tự nhiên trong cánh hoa cúc vạn thọ và các phần kháccủa chúng các este carotene khác với các lutein chưa được kiểm tra rộng rãi.Cánh hoa cúc vạn thọ đã tiến hành xác định toàn diện carotenoid và caroteneester bằng LC-DAD- (APCI +) MS / MS.Trong khi 18 carotenoid được xác địnhtrong chiết xuất xà phòng hóa, 56 caroteinoid đã được xác định khi không thựchiện được quy trình xà phòng hóa, 6 carotenoid tự do, 20 đơn chất và 30 diester.Đây là lần đầu tiên các este của zeaxanthin, violaxanthin, auroxanthin,zeinoxanthin và-cryptoxanthin được tìm thấy trong cúc vạn thọ (Rodrigues DBvà cộng sự, 2019)

1.2 LUTEIN [11]

1.2.1 Giới thiệu chung về Carotenoid

Carotenoid là nhóm chất màu quan trọng trong thực vật và động vật Cókhoảng 600 loại carotenoid tồn tại trong thiên nhiên đã được phát hiện.

Hình 1.2: Cấu trúc phân tử một số các carotenoid

1.2.1.3 Tính chất quang phổ

Hầu hết các carotenoid có ba bước song hấp thu cực đại (λ max) Bước sónghấp thu cực đại (λ max) tăng khi chiều dài của mạch carbon liên hợp tăng Cácnhóm carbonyl liên hợp với hệ polyene cũng làm tăng λ max Vòng có nhómketo làm tăng λ max từ 10 đến 20 nm Các nhóm hydroxyl và methoxy khôngảnh hưởng đến λ max Các đồng phân Z của carotenoid có λ max nhỏ hơn 1-5 nm.

1.2.1.4 Sự đồng phân hóa

Trong thiên nhiên carotenoid tồn tại dước dạng toàn-trans (Goodwin, 1965) vàdễ bị đồng phân hóa để thành dạng cis dưới tác dụng của nhiệt, ánh sáng (Land,1962) hoặc bức xạ (Isler 1971) Dạng cis linh động, hấp thụ ánh sáng ở bướcsóng ngắn và có hệ số hấp thụ phân tử thấp hơn dạng toàn-trans Sự đồng phânhóa dưới tác dụng của nhiệt là một trong những biến đổi chủ yếu làm mất màucarotenoid trong quá trình chế biến thực phẩm, nhất là ở nhiệt độ cao.

1.2.1.5 Quá trình oxy hóa

Khi có mặt oxygen, các carotenoid bị phân hủy từ từ vì hệ nối đôi liên hợp củachúng bị oxy hóa Các sản phẩm của quá trình này là các hydroperoxit, carbonylvà các chất bay hơi có mùi khó chịu khác (Chou & Breene, 1972) Tốc độ phânhủy của các carotenoid do quá trình oxy hóa không chỉ phụ thuộc vào sự có mặtcủa oxy mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và cường độ chiếu sáng Sự oxy hóacarotenoid có thể được giảm thiểu khi kết hợp nó với các chất màu tan trong dầuhoặc encapsul hóa với sorbitol hoặc cyclodextrin.

Sự bổ sung chất chống oxy hóa vào thực phẩm có chứa các chất carotenoid,quá trình oxy hóa carotenoid sẽ giảm, cải thiện độ bền carotenoid (Bauernfeind,

1975) Sự có mặt của các chất béo không no, cũng làm mất màu carotenoid doquá trình đồng oxy hóa Ngoài ra, các chất béo không no, có mặt trong thựcphẩm, dưới tác dụng của enzyme cũng bị oxy hóa để tạo thành các gốc tự do, cácgốc này xúc tiến cho quá trình oxy hóa các carotenoid (Goodwin, 1965).

Một số các ion kim loại có thể xúc tác cho quá trình phân hủy carotenoid nhưđồng, sắt II, thiếc,… vì chúng xúc tiến cho quá trình tạo thành các gốc tự do.

Tùy thuộc vào lượng oxy và thời gian chiếu sáng mà ánh sáng có tác độngphân hủy chủ yếu lên carotenoid.

1.2.2 Giới thiệu về lutein

1.2.2.1 Giới thiệu chung

Lutein là một xanthophyll và là một trong 600 chất tự nhiên xuất hiện trongnhóm carotenoid Lutein chỉ được tổng hợp bởi thực vật và giống như các loạixanthophyl khác được tìm thấy với số lượng lớn trong các loại rau lá xanh nhưrau bina, cải xoăn, củ vàng như cà rốt Đặc biệt lutein được tìm thấy trong hoa

cúc vạn thọ Tagetes erecta L với một hàm lượng khá lớn (khoảng 1,6g/kg trọng

lượng khô)

Lutein thu được bởi động vật bằng cách ăn thực vật Ở võng mạc của conngười , lutein được hấp thụ từ máu đặc biệt vào điểm vàng, mặc dù vai trò chínhxác của nó trong cơ thể là không rõ Lutein cũng được tìm thấy trong lòng đỏtrứng và mỡ động vật.

Trong thực phẩm, Lutein chủ yếu được sử dụng và sản xuất như một chất tạomàu do màu vàng đỏ của nó Tuy nhiên do đặc tính kém tan trong nước nên ứngdụng của nó bị hạn chế, đồng thời lutein cũng dễ bị tác động bởi oxy, ánh sángvà acid.

1.2.2.2 Cấu trúc của lutein

Hình 1.3: Công thức cấu tạo của lutein

Hình 1.4: Cấu trúc không gian của lutein

Cấu trúc của lutein tương tự với các carotenoid khác, với bộ khung làm từ 40nguyên carbon, sắp xếp thành 8 đơn vị isoprene Tuy nhiên, khác biệt quan trọngnhất về mặt hóa học là sự hiện diện của 2 nguyên tử oxi bên trong cấu trúc, điềunày khiến lutein là một carotenoid có cực hay còn gọi là nhóm xanthophyll, mộtnhóm carotenoid có chứa oxi.

1.2.2.3 Tính chất

Lutein là đồng phân với zeaxanthin, chỉ khác nhau ở vị trí của một liên kết đôi.Tên gọi khác:

- Luteine- Trans-lutein

- 4-​ [18-​ (4-​ Hydroxy-​ 2,6,6-​ trimethyl-​ 1-​ ​ 3,7,12,16-​ tetramethyloctadeca-​ 1,3,5,7,9,11,13,15,17-

cyclohexenyl)-​ nonaenyl]-cyclohexenyl)-​ 3,5,5-cyclohexenyl)-​ trimethyl-cyclohexenyl)-​ cyclohex-cyclohexenyl)-​ 2-cyclohexenyl)-​ en-cyclohexenyl)-​ 1-cyclohexenyl)-​ ol- beta,epsilon-Carotene-3,3'-diol

- XanthophyllINS: E161b

CAS Number: 127-40-2Công thức phân tử: C40H56O2Khối lượng phân tử: 568.9 g/molNhiệt độ nóng chảy: 196 °CHệ số phân tán octanol/nước: 7, 9

Mô tả vật lý: Là chất lỏng màu vàng nâu sẫm

Lutein là một phân tử lipophilic không phân cực và hầu như không tan trongnước Sự hiện diện của một mạch dài chromophore, phần mạch trong phân tửquyết định màu sắc của phân tử đó, tạo bởi các nối đôi liên hợp (chuỗi polyene)cung cấp khả năng hấp thụ các bước sóng nhất định Chuỗi polyene rất nhạy cảmvà dễ bị phân hủy oxi hóa bởi ánh sáng và nhiệt độ, đồng thời lutein cũng khôngbền về mặt hóa học trong môi trường acid.

1.2.3 Công dụng của Lutein

Lutein tách chiết từ hoa cúc vạn thọ là chất màu tự nhiên được châu Âu, tổchức an toàn thực phẩm dược phẩm FDA của Mỹ, Cannada cho phép dùng làmphụ gia thực phẩm (E161b), có tác dụng như là một loại màu thực phẩm tự nhiên,cũng như có khả năng cung cấp dinh dưỡng.

Được tổng hợp phần lớn ở thực vật nhưng cững xuất hiện ở người, đặc biệt làđiểm vàng của mắt Lutein được cho rằng có tác dụng là một màng lọc vàng,giúp lọc bỏ ánh sáng xanh có khả năng quang độc và các tia sáng bức xạ vùngcận tử ngoại Khả năng bảo vệ của lutein dến từ khả năng ức chế các loại phân tửoxi có hoạt tính (peroxit, superoxide, gốc hydroxyl, oxy singlet và alpha-oxy,…)tương tự như các carotenoid khác Tuy nhiên lutein ổn định hơn đối với sự phânhủy gây ra bởi các loại phân tử oxi có hoạt tính so với các carotenoid khác nhưnhư beta-carotene và lycopene Lutein được tìm thấy nhiều ở xung quanh vùng

hốc thị giác, và là chất màu chiếm ưu thế hơn trong vùng ngoại vi của điểm vàngở mắt người.

Cùng với zeaxanthin, một xanthophyll khác, lutein là carotenoid chính xuấthiện trong điểm vàng ở nhãn cầu của người, vì vậy hai chất trên thường được biếtđến là chất màu của điểm vàng Sự xuất hiện của lutein cũng được tìm thấy ởvùng ngoại vi của hố thị giác Zeaxanthin, được liên hợp hoàn toàn (lutein thìkhông), có chức năng bảo vệ tốt hơn một chút so với lutein trong việc chống lạitác hại quang độc gây ra bởi bức xạ từ ánh sáng xanh và vùng cận tử ngoại.

Lutein là một trong hai carotenoid đã được định xác định có trong thủy tinhthể của mắt người, có khả năng bảo vệ mắt chấng lại những bệnh nhãn khoa liênquan đến tổi tác như viễn thị hoặc đục thủy tinh thể Một lần nữa, sự bảo vệ nàycủa lutein có thể được giải thích, một phần, bởi khả năng thu nhặt các của cácloại phân tử oxi có hoạt tính.

Lutein nói riêng, cũng như các carotenoid nói chung, cung cấp khả năng bảovệ cơ thể khỏi ung thư Một trong những cơ chế để làm được điều này là khảnăng tăng sự hiện diện của protein Connexin-43, từ đó kích thích sự tương táccủa các cầu nối liên tế bào, và ngăn chặn sự tăng sinh không kiểm soát của các tếbào.

PHẦN II: VẬT LIỆU

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

PHẦN II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

2.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Hoa Cúc Vạn Thọ (Tagetes erecta L) được thu mua tại chợ hoa Đầm Sen Hoa được

dùng là loại hoa Cúc Vạn thọ có màu cam (Mega Orange).

Hình 2.1: Hoa cúc vạn tho được thu mua tại chợ hoa Đầm Sen

2.1.3 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ.

2.1.3.1 Hoá chất

- Etanol 96% mua tại công ty Hoá chất Hoá Nam, quận 11, Tp Hồ Chí Minh.- Nước được lọc bằng máy lọc nước MRC, WPG-200-TA, sử dụng màng lọcRO tại phòng thí nghiệm tế bào, khoa công nghệ sinh học trường đại họcMở cơ sở 3.

- Maltodextrin (DE 17) được cung cấp bởi công ty Brentag- Tween 80 được cung cấp bởi công ty Brentag

2.1.3.2 Thiết bị

- Máy lọc nước MRC, WPG-200-TA

Hình 2.2: Máy lọc nước tại phòng thí nghiệm tế bào học

- Tủ sấy đối lưu Memmert un55

Hình 2.3: Tủ sấy đối lưu

- Máy sấy thăng hoa Martin Christ Alpha 1-2 Ldplus

Hình 2.4: Máy sấy thăng hoa

- Máy đồng hóa Silverson L5M-A

Hình 2.5: Máy đồng hóa

- Tủ lạnh- Bếp điện

- Cân điện tử 2 số lẻ- Cân phân tích 4 số lẻ- Máy đo UV-Vis- Lò nung

2.1.3.3 Dụng cụ

- Ống nghiệm- Đũa thủy tinh

- Pipet 1ml, 2ml, 10ml- Micropipet 100 - 1000μl

- Becher 100ml, 250ml, 500ml- Erlen 250ml

- Ống đong 100ml, 250ml- Chén nung

- Bóp cao su- Chén cân- Bình hút ẩm- Nhiệt kế- Bình trích ly

Và một số các thiết bị và dụng cụ khác thuộc phòng thí nghiệm công nghệthực phẩm, khoa công nghệ thực phẩm, trường đại học Mở cơ sở 3.

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp sản xuất bột chứa lutein

2.2.1.1 Sơ đồ nghiên cứu dự kiến

Hình 2.6: Sơ đồ sản xuất bột chứa lutein từ cúc vạn thọ

2.2.1.2 Thuyết minh sơ đồ

Trích ly

Đây là quá trình chính để thu nhận hợp chất lutein từ trong cánh hoa Cánhhoa sau khi sấy khô sẽ được trích ly bằng phương pháp ngâm dầm (ở nhiệt độphòng, thời gian 48 giờ) trong dung môi etanol Mục đích là hòa tan được chấttrong dung môi để có thể thu được lutein.

Đuổi dung môi

Dịch trích được cho vào becher thủy tinh và đun cách thủy trên bếp điện ởnhiệt độ xấp xỉ 60oC trong nhiều giờ, cho đến khi dung môi chứa lutein bay hơihết chỉ còn dung dịch cao Bọc kĩ bằng giấy nhôm và bảo quản ở nhiệt độ máttrong tủ lạnh Quá trình này sẽ loại bỏ dung môi có trong dung dịch nhằm thuđược hỗn hợp cao các chất trong đó có chứa lutein mong muốn.

Phối trộn tạo nhũ

Dùng hỗn hợp cao cúc vạn thọ đã thu được, phối trộn với chất nhũ hóa tween80 Dùng máy khuấy từ khuấy đều Thu được hỗn hợp nhũ tương của lutein vàchất nhũ hóa Cho từ từ hỗn hợp trên vào maltodextrin và trộn đều, tiếp tục thêmlần lượt maltodextrin rồi đến hỗn hợp nhũ tương với tỉ lệ phù hợp Mục đích củaquá trình tạo vi bao cho lutein nhằm tạo khả năng tan trong nước, nhờ đó có thểứng dụng được rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm.

Sấy tạo bột

Sấy hỗn hợp sau khi đã trộn đều trong tủ sấy đối lưu ở 60oC trong vòng 15phút sau đó lấy ra kiểm tra Rây qua lưới rây để loại bỏ tạp chất và thu được bộtcó kích thước hạt nhỏ và đều.

2.2.3 Nội dung các thí nghiệm

2.2.2.1 Khảo sát nguyên liệu

• Mục đích

Tiến hành khảo sát các chỉ tiêu thông số hóa lý của nguyên liệu cánh hoa cúcvạn thọ để hiểu rõ bản chất của nguyên liệu được sử dụng, từ đó có thể tiếp tụcbố trí các thí nghiệm phù hợp nhằm mục đích tối ưu hóa quy trình sản xuất bộtchứa lutein từ hoa cúc vạn thọ.

• Nội dung thực hiện

Khảo sát các thông số cơ bản của nguyên liệu độ ẩm, tỉ lệ chất khô, tro toànphần,… Theo các phương pháp:

Bảng 2.1: Phương pháp khảo sát nguyên liệu

Độ ẩm

Tỉ lệ chất khôTro toàn phầnHàm lượng Lutein

Sấy đến khối lượng không đổiCân khối lượng mẫu khôDựa theo TCVN 4327:2007Phương pháp HPLC-MS

2.2.3.2 Khảo sát tỉ lệ dung môi trích ly

• Mục đích

Thí nghiệm khảo sát dung môi trích ly nhằm mục đích tìm ra được tỉ lệ tối ưunhất giữa các nồng độ dung môi etanol được dung trong quá trình trích ly Từ đótối ưu hóa quy trình sản xuất bột chứa lutein từ cúc vạn thọ.