Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tới hiệu quả trích ly flavonoid từ quả táo mèo

TÓM TẮT:

Quả táo mèo thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae) với tên khoa học là Docynia indica. Quả táo mèo được biết đến là một loại quả có hàm lượng flavonoid cao với nhiều tác dụng như chống oxy hóa, chống viêm, tốt cho tim mạch, tăng cường miễn dịch. Nghiên cứu tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của một số yếu tố đến lượng flavonoid thu từ quả táo mèo bằng phương pháp trích ly dung môi hữu cơ. Các yếu tố được lựa chọn gồm: loại dung môi hữu cơ, nồng độ dung môi, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, thời gian chiết và số lần chiết. Mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần và lấy giá trị trung bình. Dựa vào kết quả thí nghiệm, tiến hành lựa chọn chế độ phù hợp và sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo. Lượng flavonoid thu được 5,67 mg/g khi thực hiện tại điều kiện: dung môi ethanol 70%, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 tại nhiệt độ 60^oC, trong thời gian 2 giờ với số lần chiết là 3.

Từ khóa: táo mèo, flavonoid, trích ly, dung môi hữu cơ, hợp chất thiên nhiên.

1. Đặt vấn đề

Táo mèo hay còn gọi là Sơn Trà, có tên khoa học Docynia indica, phân bố ở Ấn Độ, Myammar và một số tỉnh phía Nam Trung Quốc. Tại Việt Nam, cây táo mèo phân bố chủ yếu ở các tỉnh miền núi phía Bắc như Yên Bái, Lào Cai, Sơn La, Hà Giang và Lai Châu. Táo mèo được đánh giá cao về thành phần các chất dinh dưỡng, đặc biệt là các chất có hoạt tính sinh học như phenolic, flavonoid, alkaloid [1].

Hiện nay, tìm và thu nhận các chất hoạt tính sinh học từ thực vật đang nhận được nhiều sự quan tâm. Nghiên cứu phương pháp thu nhận dịch chứa có chứa hoạt tính sinh học từ quả táo mèo không những góp phần nâng cao giá trị kinh tế mà còn thêm nguồn cung cấp chất có hoạt tính sinh học. Chiết xuất các chất có hoạt tinh sính học bằng phương pháp trích ly dung môi thường được sử dụng, hiện nay ngoài phương pháp chiết tĩnh truyền thống thì sử dụng kỹ thuật siêu âm nhận được nhiều sự quan tâm nhờ thời gian chiết ngắn, hiệu quả cao [2,3]. Với bất kỳ phương pháp chiết xuất nào việc khảo sát các yếu tố như dung môi chiết, thời gian, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là cần thiết, nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình trích ly.

Mục đích của nghiên cứu này là xác định một số điều kiện ảnh hưởng tới khả năng chiết flavonoid từ quả táo mèo, cụ thể tiến hành khảo sát về loại dung môi, nồng độ dung môi, thời gian, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, số lần chiết để nâng cao hiệu quả của phương pháp chiết.

2. Phương pháp nghiên cứu và bố trí thí nghiệm

2.1. Nguyên liệu

Táo mèo được mua tại chợ đầu mối phía Nam Hà Nội, có nguồn gốc từ Sơn La. Nguyên liệu mua về được rửa sạch, cắt thành lát mỏng và sấy khô bằng thiết bị sấy thực phẩm.

2.2. Hóa chất

Dung môi ethanol, methanol, chloroform, isopropanol và hóa chất khác xuất xứ Trung Quốc.

Chất chuẩn quercetin từ Viện Kiểm nghiệm thuốc Trung ương, Việt Nam.

2.3. Thiết bị

Máy siêu âm Elmasonic S300H của Công ty Elma Schmidbauer GmbH, Cộng hòa liên bang Đức.

Máy ly tâm sử dụng loại Z206A của công ty HERMLE Labortechnik GmbH, Cộng hòa liên bang Đức.

Máy quang phổ UV-Vis GENESYS 10S UV-Vis, Mỹ.

Máy lắc sử dụng loại SK-757L của Công ty ở Concord, California, Mỹ.

Thiết bị sấy thực phẩm DV-91-16, Việt Nam.

2.4. Bố trí thí nghiệm

2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi chiết tới hàm lượng flavonoid thu được

Táo mèo sau khi sấy khô được xay thành bột để tiến hành thí nghiệm. Mỗi thí nghiệm lấy 5g bột táo mèo cho vào bình tam giác và tiến hành chiết. Dịch chiết được ly tâm với tốc độ 6000v/p trong 10 phút để tách bã; phần dịch thu được tiến hành cô quay chân không để thu cao chiết.

Với thí nghiệm này, sử dụng các dung môi khác nhau gồm: ethanol, chloroform, methanol với nồng độ dung môi là 50%. Tỷ lệ bột táo mèo và dung môi là 1/10 theo khối lượng/thể tích. Tiến hành chiết trong thiết bị siêu âm trong 2h ở 60^oC.

Tiến hành khảo sát lần lượt các dung môi ethanol, chloroform, methanol với điều kiện chiết như sau: lấy 5g mẫu bột táo mèo đã được sấy khô và xay nhỏ cho vào bình tam giác 250 mL; thêm 50ml dung môi chiết tương ứng (ethanol 50%, chloroform 50% và methanol 50%). Tiến hành chiết bằng siêu âm trong 2 h ở 60^oC.

Phân tích hàm lượng flavonoid trong cao chiết, từ đó chọn lựa dung môi phù hợp để thực hiện thí nghiệm tiếp theo.

2.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến hàm lượng flavonoid thu được

Sử dụng dung môi là kết quả của 2.4.1 và tiến hành thí nghiệm với dung môi có nồng độ thay đổi từ 30 đến 90%. Điều kiện chiết và các bước tiến hành như tại mục 2.4.1. Đánh giá hàm lượng flavonoid để chọn nồng độ dung môi chiết phù hợp cho các thí nghiệm tiếp theo.

2.4.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành thí nghiệm với dung môi lựa chọn tại 2.4.1, nồng độ dung môi tại 2.4.2. Điều kiện chiết thực hiện như trình bày tại 2.4.1 với thời gian chiết lần lượt là 1, 2, 3 và 4 giờ. Sau khi thu được cao chiết, tiến hành đánh giá lượng flavonoid và từ đó lựa chọn thời gian chiết phù hợp.

2.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành chiết với dung môi được lựa chọn từ 2.4.1; nồng độ dung môi từ 2.4.2 và với các tỷ lệ nguyên liệu/dung môi khác nhau lần lượt 1/10, 1/15, 1/20, 1/25 (khối lượng/thể tích). Các mẫu thí nghiệm được tiến hành với thời gian chiết được lựa chọn từ 2.4.3 trong thời gian 60 phút. Cao chiết được đánh giá hàm lượng flavonoid để chọn tỷ lệ nguyên liệu/dung môi phù hợp cho các thí nghiệm tiếp theo.

2.4.5. Khảo sát ảnh hưởng của số lần chiết đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành thí nghiệm với các điều kiện và lựa chọn từ 2.4.1 đến 2.4.4. Chiết lần 1 xong, tiến hành ly tâm. Phần bã chiết được thêm lượng dung môi dung môi và tiếp tục chiết lần tiếp theo. Tiến hành chiết lần 1, lần 2, lần 3 và lần 4. Lặp lại quy trình chiết; phần dịch các lần chiết được gom vào và cô quay chân không để thu cao chiết.

Đánh giá hàm lượng flavonoid sau 1, 2, 3, 4 lần chiết và từ đó lựa chọn số lần chiết phù hợp.

2.5. Phương pháp phân tích

2.5.1. Phân tích hàm lượng flavonoid

Hàm lượng flavonoid bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis Hàm lượng flavonoid được xác định theo phương pháp của Xu & Chang (2007) [4], độ hấp thụ quang được đo ở bước sóng 415nm. Quercetin được sử dụng để xây dựng đường chuẩn. Kết quả tính bằng mg quercetin trên khối lượng cao chiết.

Đường chuẩn quercetin được xây dựng và được phương trình hồi quy tuyến tính tương ứng (Hình 1): y = 0,0407x + 0,0176 và R²= 0,9938.

3. Kết quả nghiên cứu

3.1. Ảnh hưởng của dung môi tới hàm lượng flavonoid thu được

Táo mèo tươi được phân loại, rửa sạch, thái lát dày khoảng 5mm. Sấy khô bằng thiết bị sấy rau quả, với chế độ sấy như sau: 110^oC trong 20 phút, hạ xuống 55^oC sấy đến độ ẩm dưới 10%. Táo mèo sau sấy khô và nghiền nhỏ và cất trữ để phục vụ cho quá trình nghiên cứu. Độ ẩm của bột táo mèo được xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi, kết quả thu được là 9,4%.

Flavonoid từ bột táo mèo được tiến hành thí nghiêm theo mô tả tại mục 2.4.1, tiến hành chiết với từng dung môi chloroform, methamol và ethanol ở nồng độ 50%. Khi kết thúc quá trình chiết, dịch chiết được cô quay chân không để thu cao chiết. Phần cao chiết thu được xử lý và phân tích hàm lượng flavonoid theo 2.5.1. Kết quả được trình bày trong Hình 2.

Kết quả cho thấy, dung môi ethanol và methanol cho hàm lượng flavonoid cao hơn so với chloroform. Trong trích ly hợp chất thiên nhiên, độ phân cực của dung môi là một trong những yếu tố có ảnh hưởng nhiều tới hiệu quả trích ly, nó liên quan tới độ tương thích phân cực và khả năng hoà tan giữa hợp chất cần tách và dung môi. Methanol và ethanol có độ phân cực cao hơn so với chloroform và hàm lượng flavonoid thu được cao hơn nên thường được lựa chọn trong nghiên cứu trích ly flavonoid [6]. Do đó, lựa chọn ethanol 50% cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.2. Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành thí nghiệm tương tự như 2.4.1 với dung môi chiết lần lượt là ethanol ở các nồng độ 30, 50, 70 và 90%.

Từ kết quả trình bày tại Hình 3, nhìn chung khi tăng nồng độ dung môi thì hàm lượng flavonnoid thu được tăng, tuy nhiên với ethanol 90% lượng flavonoid trích ly được thấp hơn. Một số nghiên cứu trước đây cũng cho kết quả tương tự. Theo kết quả nghiên cứu của Do và cộng sự (2014) [6], sử dụng ethanol với nhiều nồng độ khác nhau để trích ly flavonoid từ cây ngò gai (Limnophila aromatica) thì nồng độ từ 50-75% cho tổng lượng flavonoid cao, cân bằng tốt giữa khả năng hoà tan flavoid phân cực và ít phân cực. Một nghiên cứu khác của Sun và cộng sự (2015) [7] kết luận, dung môi ethanol 75% cho hiệu suất trích ly flavonoid cao nhất. Do đó, sử dụng ethanol 70% làm dung môi để trích lý flavonoid từ táo mèo và nồng độ này được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành thí nghiệm tương tự như 2.4.1 với dung môi ethanol 70% và thời gian chiết của các thí nghiệm lần lượt là 1, 2, 3, 4 giờ. Kết quả được trình bày trong Hình 4.

Theo kết quả thu được (Hình 4), giai đoạn đầu từ 1 đến 2 giờ thì hàm lượng flavonoid thu được tăng dần, khi tiếp tục kéo dài thời gian siêu âm thì hàm lượng flavonoid giảm. Đối với trích ly dung môi nói chung, khi kéo dài thời gian trích ly, lượng chất cần tách sẽ tăng lên, tuy nhiên chỉ đến một thời gian nhất định và sau đó sẽ không tăng. Đối với thí nghiệm này, giai đoạn đầu trong thời gian từ 1-2 giờ, siêu âm phá vỡ thành tế bào thực vật và giải phóng flavonoid vào dung môi, do đó hàm lượng flavonoid tăng. Giai đoạn tiếp theo, hàm lượng flavonoid giảm, một số giả thiết cho rằng do sóng siêu âm có thể có tác dụng phá hủy flavonoid, tăng chiết xuất các hợp chất không mong muốn hoặc flavonoid hấp phụ lại vào nguyên liệu [8]. Từ kết quả thực nghiệm, lựa chọn thời gian siêu âm là 2 giờ.

3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành thí nghiêm theo mô tả tại mục 2.4.1, dung môi ethanol 70%, thời gian siêu âm 2 giờ. Các thí nghệm được tiến hành với các tỷ lệ nguyên liệu/dung môi lần lượt là 1/10; 1/15; 1/20 và 1/25 (khối lượng/thể tích). Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi được trình bày trong Hình 5.

Tỷ lệ giữa nguyên liệu/dung môi là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả trích ly. Khảo sát với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thay đổi từ 10 đến 25 lần. Kết quả cho thấy, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi bằng 1/10 cho kết quả cao nhất, khi tăng lượng dung môi thì hàm lượng flavonoi thu được lại giảm.

3.5. Ảnh hưởng của số lần trích ly đến hàm lượng flavonoid thu được

Tiến hành thí nghiêm theo mô tả tại mục 2.4.1, dung môi ethanol 70%, thời gian siêu âm 2 giờ, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10. Các thí nghiệm tiến hành lặp lại số lần trích ly 1, 2, 3 và 4 lần như mô tả tại 2.4.4. Kết quả trình bày trong Hình 6.

Mỗi lần trích ly lặp lại sẽ sử dụng dung môi mới, nên lại có sự chênh lệch nồng độ giữa dung môi và nguyên liệu nhờ đó thúc đẩy sự khuếch tán flavonoid từ nguyên liệu vào dung môi. Từ kết quả tại Hình 6, lần lặp thứ 2 và thứ 3 vẫn tiếp tục trích ly được thêm flavonoid tương đối, thể hiện qua hàm lượng flavonoid tăng từ 2,72 lên 4,55 và 5,67 mg/g tương đương tăng 1,83 và 1,12 mg/g sau mỗi lần. Lần chiết lặp thứ 4 so với lần 3 chỉ tăng 0,22 mg/g. Vậy nên vừa hạn chế lượng dung môi sử dụng và tiết kiệm thời gian, nhóm nghiên cứu lựa chọn số lần chiết là 3.

5. Kết luận

Từ kết quả của các thí nghiệm trích ly flavonoid từ quả táo mèo bằng phương pháp siêu âm trong thời gian 2 giờ ở 60oC, sử dụng dung môi ethanol 70% với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 và chiết lặp lại 3 lần. Kết quả chiết với điều kiện trên thu được flavonoid 5,67 mg/g.

TÀI LIỆU TRÍCH DẪN VÀ THAM KHẢO:

[1] Đỗ Tất Lợi. 1999. Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam. Nhà xuất bản Y học, Hà Nội.

[2] Nguyễn Thị Yến Phượng, Huỳnh Nguyễn Gia Bảo. 2020. Nghiên cứu chiết xuất hoạt tính chống oxy hoá từ củ tỏi (Allium sativum L.) theo cách tiếp cận công nghệ xanh. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 56 (1B), 124-135.

[3] Trương Văn Xạ, Nguyễn Trung Trực, Huỳnh Thị Phương Thảo. 2021. Ảnh hưởng của sóng siêu âm lên hàm lượng anthocyanins trích ly từ bắp cải tím (Brassica oleracea var. Capitate) và rau dền đỏ (Amaranthus tricolor). Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 1+2, 82-87.

[4] Xu, B.J., Chang S.K.C. 2007. A comparative study on phenolic profiles and antioxidant activities of legumes as affected by extraction solvents. Journal of Food Science, 72(2), 159-166.

[5] Lê Trung Hiếu, Trương Thị Như Tâm, Nguyễn Thị Ánh Huyền, Lê Thuỳ Trang, 2014. Bước đầu nghiên cứu đánh giá khả năng kháng oxy hoá của một số đối tượng làm nguồn dược liệu. Tạp chí khoa học và công nghệ, Trường Đại học khoa học Huế, 1(1), 22-30.

[6] Do Q.D, Angkawijaya A.E., Chan-Nguyen P.L., Huynh L.H., Soetaredjo E.E., Ismadji S. 2014. Effect of extraction solvents on total phenol content, total flavonoid content, and antioxydant activity of Limnophila aromatica. Journal of food and drug analysis, 22, 296-302.

[7] Sun C., Wu Z., Wang Z., Zhang H. 2015. Effect of ethanol/water solvents on phenolic profiles and antioxidant properties of Beijing propolis extracts. Evidence-based complementary and alternative medicine, 2015, 1-9.

[8] Wang B., Qu J., Luo S., Feng S., Li T., Yuan M., Huang Y., Liao J., Yang R., Ding C. 2018. Optimization of ultrasound-Assisted extraction of flavonoid from olive (Olea europaea) leaves and evaluation of their antioxidant and anticancer activities. Molecules, 23, 2513.

Influence of extraction conditions on flavonoid yield from Docynia indica (hawthorn fruit)

Vu Phuong Lan¹

Nguyen Minh Quan²

Tran Tri Dung²

Nguyen Anh Duc²

¹Faculty of Chemical Technology, Hanoi University of Industry

²Student, Faculty of Chemical Technology, Hanoi University of Industry

ABSTRACT

Docynia indica, commonly known as hawthorn fruit and a member of the Rosaceae family, is rich in flavonoids known for their antioxidant, anti-inflammatory, cardioprotective, and immune-boosting properties. This study investigates the effects of various extraction parameters on the flavonoid yield from hawthorn fruit using an organic solvent extraction method. Key factors examined include solvent type, solvent concentration, material-to-solvent ratio, extraction duration, and number of extractions. Each experiment was performed in triplicate, and average values were analyzed. Optimal extraction conditions, 70% ethanol, a 1:10 raw material-to-solvent ratio, at 60°C for 2 hours with three successive extractions, yielded 5.67 mg/g of flavonoids.

Keywords: hawthorn (Docynia indica), flavonoid, extraction, organic solvent, natural compounds.