Tối ưu hóa quá trình trích ly flavonoid từ lá đắng (Vernonia amygdalina)

TÓM TẮT:

Nghiên cứu được tiến hành nhằm tối ưu hóa điều kiện trích ly flavonoid từ lá đắng Vernonia amygdalina. 3 yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình chiết flavonoid bao gồm: Thời gian trích ly; Nhiệt độ xử lý; Tỷ lệ nguyên liệu/ nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu chiết flavonoid đạt được như sau: thời gian 133.9 phút, nhiệt độ chiết 85,8⁰C, tỷ lệ nguyên liệu/ nước 1/40 (g/ml). Tại điều kiện chiết tối ưu, hàm lượng flavonoid thu được là 13,752 ± 0.135 mgQE/ 10g chất khô.

Từ khóa: Flavonoid, lá đắng Vernonia amygdalina, tối ưu hóa, trích ly.

1. Đặt vấn đề

Lá đắng Vernonia amygdalina là một loại cây bụi mọc chủ yếu ở vùng nhiệt đới châu Phi. Lá của cây được dùng làm thực phẩm và thảo mộc nấu canh [1]. Lá đắng giàu chất béo, protein, chất xơ, khoáng chất, axit amin, carbohydrate và vitamin [2, 3]. Hơn nữa, các chất chiết xuất từ lá đắng có một số chất chuyển hóa thứ cấp bao gồm flavonoid, polyphenol, saponin, tannin và terpenoit [3]. Các chất phytochemical này có khả năng chống lại bệnh tiểu đường, kháng khuẩn, chống dị ứng, chống sốt rét, chống nấm, chống ung thư, chống bệnh bạch cầu, chống viêm, giảm đau, hạ sốt, chống oxy hóa, bảo vệ gan chống giun sán và các tác dụng sinh lý giảm ngứa [4,5]. 

Mặt khác, các chất chống oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên đã thu hút sự quan tâm đặc biệt vì tiềm năng của chúng trong việc duy trì sức khỏe và bảo vệ một số rối loạn thoái hóa liên quan đến tuổi tác [6, 7]. Bởi vậy, việc thu nhận và ứng dụng các chất chống oxi hóa nguồn gốc tự nhiên nhằm thay thế dần các chất chống oxi hóa tổng hợp đang là một hướng nghiên cứu đầy triển vọng [8]. Cho nên, dịch trích lá đắng giàu flavonoid sẽ là một trong những nguồn thực vật hứa hẹn cung cấp các chất chống oxi hóa tự nhiên và mở rộng ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm nói chung và sản xuất bột hòa tan nói riêng.

Trong nghiên cứu này, quá trình tối ưu hóa nhằm xác định điều kiện tối ưu cho việc trích ly flavonoid từ lá đắng đã được tiến hành. Các thông số chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình như thời gian trích ly, nhiệt độ xử lý và tỉ lệ nguyên liệu/ nước.

2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu

Lá đắng được thu hái ở huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang, Việt Nam từ tháng 5 đến tháng 6 năm 2020. Lá được chọn là lá già, xanh và còn tươi không bị sâu hại, dập nát. Sau đó, chúng được chuyển về phòng thí nghiệm rửa sạch, sấy ở 60^oC trong 4 giờ, độ ẩm đạt 7±1 % rồi xay, rây đến kích thước 0.125 - 0.3 mm và bảo quản trong túi ghép mí chân không ở 4⁰C. Quercetin có nguồn gốc từ Sigma - Mỹ. Các hóa chất phân tích khác đạt yêu cầu hóa chất dùng trong phòng thí nghiệm.

2.2. Phương pháp thực hiện

2.2.1. Quy trình trích ly

Cân 5 gram bột lá đắng khô cho vào cốc thủy tinh. Kế đến tiến hành bổ sung nước với các tỉ lệ phù hợp (từ 1:10 đến 1:50) rồi trích ly trong bể ổn nhiệt Menmert - Đức ở điều kiện nhiệt độ (từ 50 đến 95⁰C) trong thời gian (từ 30 đến 180 phút). Hỗn hợp sau trích ly được ly tâm với tốc độ 5.500 vòng/phút trong thời gian 15 phút bằng thiết bị ly tâm Hermle - Đức để loại bã. Dịch trong thu được sẽ xác định hàm lượng flavonoid tổng.

2.2.2. Bố trí nghiệm tối ưu hóa điều kiện trích ly

Phương pháp bề mặt đáp ứng được lựa chọn để tối ưu hóa điều kiện chiết flavonoid từ lá đắng. 3 thông số quan trọng của quá trình chiết được nghiên cứu bao gồm thời gian (X₁), nhiệt độ (X₂), tỷ lệ nguyên liệu/ nước (X₃). Thí nghiệm được bố trí theo kiểu mô hình Box-Behnken và ma trận thí nghiệm được xây dựng bằng phần mềm JMP 10. Trong các nghiên cứu thăm dò thực hiện trước đó đã xác định được giá trị biên của các nhân tố trích ly như trình bày trong Bảng 1.

Bảng  1.  Các mức mã hóa giá trị yếu tố khảo sát cho thí nghiệm tối ưu

Trong số 17 thí nghiệm được tiến hành (Bảng 2), 14 thí nghiệm ở 2 mức (trên và dưới) và 3 thí nghiệm ở tâm. Mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần và lấy kết quả trung bình. Mô hình toán học mô tả ảnh hưởng của các biến độc lập đối với biến phụ thuộc có dạng hàm đa thức bậc hai có dạng tổng quát như sau:

Y = b₀ + b₁X₁ + b₂ X₂ + b₃ X₃ + b₁₂X₁X₂  +b₁₃X₁X₃ + b₂₃X₂X₃ +  b₁₁X₁² + b₂₂X₂ ² +b₃₃X₃²

Trong đó:

b₀: hệ số hồi quy

b₁, b₂, b₃: hệ số tuyến tính

b₁₁, b₂₂, b₃₃: hệ số tương tác đôi

2.2.3. Xác định hàm lượng flavonoid

Hàm lượng các hợp chất flavonoid của dịch chiết được xác định dựa trên phương pháp so màu (Patel và cộng sự, 2012),  cụ thể: Hút 1ml mẫu, thêm 4 ml nước cất, sau 4 phút, thêm 0.3 ml NaNO₂ 5% vào lắc đều, sau 5 phút, thêm 0,3 ml AlCl₃ 10% vào lắc đều. Sau 5 phút, thêm vào 2 ml NaOH 1M và định mức đến vạch bằng nước cất, lắc đều và giữ ở nhiệt độ phòng trong vòng 20 phút. Tiến hành so màu ở bước sóng 510 nm. [9]  Quercetin được sử dụng để xây dựng đường chuẩn và kết quả được biểu thị bằng mg quercetin tương đương lượng Quercetin (QE) trên 10g chất khô (mg QE/ 10g chất khô).

Bảng 2. Kết quả bố trí thí nghiệm đầy đủ theo mô hình Box-Behnken

 2.2.4. Phương pháp sử lý số liệu

Tất cả các thí nghiệm được bố trí lặp lại 3 lần. Việc bố trí và xử lý được hỗ trợ bởi phần mềm sử lý thống kê JMP10. Kiểm định Student’s được thực hiện để đánh giá mức độ khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị với mức ý nghĩa p < 0,05.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh hưởng các nhân tố chiết:  Thời gian (X1), nhiệt độ (X2) , tỷ lệ nguyên liệu/ nước (X3) đếm hàm lượng polyphenol tổng được thể hiện trong (Bảng 2) và tối ưu hóa chiết flavonoid từ lá đắng bằng phương pháp bề mặt đáp ứng. Sau khi xử lý bằng phần mềm JPM 10, kết quả phân tích phương sai và giá trị các hệ số của mô hình được thể hiện qua (Bảng 3) và (Bảng 4).

Từ kết quả (Bảng 4) ta thu được phương trình mô tả ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu/ nước) đến hàm lượng flavonoid được biểu diễn như sau:

Y = 13.41 + 0,5975 X₂ +0.4447 X₃ – 0.722 X₁² – 0.722X₂²

Bảng 3. Kết quả phân tích phương sai (ANOVA) ảnh hưởng

của các nhân tố trích ly đến hàm mục tiêu

Từ mô hình trên và kết quả phân tích phương sai ở (Bảng 4) cho thấy trong 3 yếu tố thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu/ nước, nhiệt độ và dung môi đều ảnh hưởng có ý nghĩa đến hàm lượng flavonoid (p < 0,05). Tuy nhiên, các yếu tố công nghệ khác nhau có chiều ảnh hưởng cũng khác nhau. Kết quả từ mô hình cho thấy các yếu tố công nghệ riêng lẻ nhiệt độ (X₂), tỷ lệ nguyên liệu/ nước (X₃) đều có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Y (với giá trị p lần lượt là <0,0060, và 0,0231) và bình phương của nhiệt độ (X1) thời gian (X2)  cũng ảnh hưởng có ý nghĩa đến hàm này (< 0,0450, và <0,0450) trong khi đó các cặp tương tác ảnh hưởng không có ý nghĩa đến hàm mục tiêu (p > 0,05).

Bảng 4. Ước lượng tham số mô hình dự đoán sự ảnh hưởng

của các biến đến hàm mục tiêu

Mô hình đáp ứng bề mặt (Hình 1) thể hiện sự tương tác của từng cặp yếu tố và dựa vào mô hình này có thể xác định được giá trị tối ưu của từng yếu tố ảnh hưởng làm cho hàm đáp ứng đạt giá trị cực đại. Kết quả cho thấy hàm lượng flavonoid  đạt cực đại 13.857 mg QE/ 10g chất khô, thời gian 133.9 phút, nhiệt độ chiết 85,9⁰C, tỷ lệ nguyên liệu/ nước 1/40 (g/ ml). Hàm lượng flavonoid của lá đắng  cũng đã được nghiên cứu và công bố bởi một số tác giả. Theo La Thị Hiền  và cộng sự. (2017), lá đắng có hàm lượng flavonoid là 41.735 ± 0.791 mgQE/ 100g, trong khi đó hàm lượng flavonoid trong lá đắng cao hơn nhiều so với cây chi nhót đã được Rashid Jamei và cộng sự. (2014) 5,80 ± 0,10, 3,36 ± 0,05 mgQE/ 100g chất khô với dung môi là etanol và metanol [10]. Như vậy, so với công bố của một số tác giả trên, hàm lượng flavonoid thu được trong điều kiện chiết tối ưu của nghiên cứu này cao hơn. Điều này cho thấy lá đắng cần nghiên cứu, khai thác và ứng dụng trong tương lai. 

Hình 1. Mô hình đáp ứng bề mặt sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới hàm lượng flavonoid của dịch chiết thu được tại điểm tối ưu

Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng ở điều kiện nhiệt độ 85,9⁰C trong thời gian 133.9 phút ở tỉ lệ nguyên liệu/ nước là 1/40, kết quả thu được 13.752 ± 0.135  mgQE/ 10g chất khô. Kết quả này có sự chênh lệch đôi chút so với kết quả từ phương trình hồi quy. Tuy nhiên sự sai khác là không đáng kể, nhỏ hơn 5%.

4. KẾT LUẬN

Nghiên cứu đã xác định được các yếu tố thời gian trích ly, nhiệt độ trích ly và tỷ lệ nguyên liệu/ nước ảnh hưởng có ý nghĩa đến hàm lượng flavonoid. 3 yếu tố này được chọn để đưa vào mô hình mô tả quá trình trích ly flavonoid làm tiền đề quan trọng để sản xuất bột hòa tan giàu hoạt chất sinh học. Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu chiết flavonoid từ lá đắng là thời gian xử lý 133.9 phút, nhiệt độ chiết 85,9⁰C, tỷ lệ nguyên liệu/ nước 1/40 (g/ ml). Tại điều kiện này, hàm lượng flavonoid thu được là 13.752 ± 0.135 mgQE/ 10g chất khô.  

LỜI CẢM ƠN:

Nghiên cứu này do Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh bảo trợ và cấp kinh phí theo Hợp đồng số 90/HĐ-DCT.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Adaramoye, O., et al. (2008). Protective effects of extracts of Vernonia amygdalina, Hibiscus sabdariffa and vitamin C against radiation-induced liver damage in rats. Journal of Radiation Research. 49(2), 123-131.
2. Eyong, E.U., et al. (2011). Phytochemicals and micronutrients composition of root and stem bark extracts of Vernonia amygdalina Del.. Journal of Medicine and Medical Science. 2(6), 900-903.
3. Alara, O.R., et al. (2018), Dataset on LC-Q-TOF/MS tentative identification of phytochemicals in the extract of Vernonia amygdalina leaf through positive ionization. Data Brief, 21, 1686-1689.
4. Ngatu, N.R., et al. (2012), Anti-allergic effects of Vernonia amygdalina leaf extracts in hapten-induced atopic dermatitis-like disease in mice. Allergology International. 61(4), 597-607.
5. Yeap, S.K., et al. (2010), Vernonia amygdalina, an ethnoveterinary and ethnomedical used green vegetable with multiple bio-activities. Journal of Medicinal Plants Research. 4(25), 2787-2812.
6. Kakkar, S. and S.J.I.S.R.N. Bais (2014), A review on protocatechuic acid and its pharmacological potential. ISRN Pharmacol, 26, 952943. doi: 10.1155/2014/952943.
7. Chandel, N.S. and D.A.J.N.E.J.o.M. Tuveson (2014), The promise and perils of antioxidants for cancer patients. New England Journal of Medicine (NEJM), 371(2), 177-178.
8. Toyang, N.J. and R.J.J.o.E. Verpoorte (2013), A review of the medicinal potentials of plants of the genus Vernonia (Asteraceae). Journal of Ethnopharmacology, 146(3), 681-723.
9. Patel, Avani, et al. (2010). Estimation of flavonoid, polyphenolic content and in vitro antioxidant capacity of leaves of Tephrosia purpurea Linn.(Leguminosae). International Journal of Pharma Sciences and Research,1(1), 66-77.
10. Saboonchian, Fereshte, Rashid Jamei, and Siavash Hosseini Sarghein ((2014). Phenolic and flavonoid content of Elaeagnus angustifolia L.(leaf and flower). Avicenna journal of phytomedicine, 4(4), 231.

OPTIMIZING THE EXTRACTION CONDITIONS OF FLAVONOID

FROM THE BITTER LEAF VERNONIA AMYGDALINA

Student NGUYEN THI VIET ¹

Master. TRAN CHI HAI ²

^{1 2} Faculty of Food Science and Technology

Ho Chi Minh City University of Food Industry

ABSTRACT:

This study examines the optimal conditions for the extraction of flavonoid from the bitter leaf Vernonia amygdalina. Three main factors including the extraction time, the temperature level and the ratio of the material per water was examined during the flavonoid extraction process. The study's findings show that the optimal conditions for extracting flavonoid from Vernonia amygdalina  are the extraction time of 133.9 minutes, the temperature level of 85.9 ⁰C, the ratio of material per solvent of 1/40 (g/ ml). At these optimal extraction conditions, the obtained flavonoid content is 13.752±0.135 mgQE/ 10g of dry basis.

Keywords: Extraction, flavonoid, optimization, the bitter leaf Vernonia amygdalina.

[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, 

Số 28, tháng 12 năm 2021]