i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, trước tiên tôi xin gửi đến Ban giám hiệu_Trường Đại học Nha Trang, lãnh đạo phòng Đào tạo Đại học và Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lời cảm ơn và lòng tự hào được học tập tại Trường trong những năm qua. Lời cảm ơn sâu sắc xin được giành cho cô Th.S Nguyễn Thị Mỹ Trang_Bộ môn Đảm bảo Chất lượng và An toàn Thực phẩm và Th.S Đặng Xuân Cường_ Phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ_Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện đồ án này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Công nghệ Thực phẩm, các cán bộ Phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ_Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua. Xin giành lòng biết ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện cho tôi được học tập trong suốt thời gian qua. Xin cảm ơn bạn bè đã chia sẽ cùng tôi những khó khăn trong quá trình học tập tại trường. Nha Trang, ngày tháng năm 2012 Người thực hiện Nguyễn Thị Minh Trang ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về cây ngô (cây bắp) 4 1.1.1. Đặc điểm hình thái cây ngô 4 1.1.2. Đặc tính trồng trọt 5 1.1.3. Sản lượng ngô trong nước và trên thế giới 5 1.2. Chlorophyll, hoạt tính chống oxy hóa và ứng dụng 8 1.2.1. Đặc tính của chlorophyll 8 1.2.2. Lịch sử nghiên cứu chlorophyll 8 1.2.3. Cấu trúc và quá trình sinh tổng hợp chlorophyll 9 1.2.4. Hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 11 1.2.5. Tác dụng của chlorophyll 13 1.2.6. Một số sản phẩm về chlorophyll trên thị trường: 14 1.3. Tình hình nghiên cứu chlorophyll trong nước và trên thế giới 16 1.3.1. Trong nước 16 1.3.2. Trên thế giới 16 1.4. Các phương pháp chiết tách và xác định chlorophyll, ưu nhược điểm 22 1.4.1. Các phương pháp chiết tách chlorophyll 23 1.4.2. Các phương pháp xác định chlorophyll 26 1.5. Mô hình thiết kế thí nghiệm Box-Behnken 28 1.5.1. Cơ sở lý thuyết 28 1.5.2. Các bước tiến hành 30 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1. Nguyên liệu 33 2.2. Phương pháp nghiên cứu 33 2.2.1. Phương pháp định lượng 33 2.2.2. Phương pháp xác định hoạt tính chống oxy hóa 34 2.2.3. Phân tích và xử lý số liệu 34 2.2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm 35 2.2.5. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa 41 2.3. Dụng cụ và hóa chất 42 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1. Ảnh hưởng của loại dung môi chiết đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 44 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi chiết đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 46 iii 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi: nguyên liệu đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 48 3.4. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll sau chlorophyll 50 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 53 3.6. Tối ưu hóa công đoạn chiết dịch chlorophyll chống oxy hóa 55 3.7. Đề xuất qui trình chiết rút chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp 61 3.8. Đánh giá sơ bộ hiệu suất thu nhận chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 iv DANH MỤC BẢNG STT TÊN BẢNG TRANG 1 Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô trên thế giới (1961-2007) 6 2 Bảng 1.2. Sản xuất ngô Việt Nam (1961-2007) 7 3 Bảng 1.3. Các cấu trúc khác nhau của phân tử chlorophyll. 10 4 Bảng 2.1. Bảng quy đổi biến mã và biến thực 41 5 Bảng 2.2.Thiết kế thí nghiệm theo biến mã và biến thực sử dụng mô hình Box-Behnken 41 6 Bảng 3.1. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa 55 7 Bảng 3.2. Bảng thể hiện độ lệch chuẩn, độ tương tác và F của các yếu tố 56 8 Bảng 3.3. Bảng thể hiện xác suất và hệ số mô hình của hai hàm mục tiêu 56 v DANH MỤC HÌNH STT TÊN HÌNH TRANG 1 Hình 1.1. Sự phân bố chlorophyll trung bình trên bề mặt nước biển (mg chl m -3 ). 8 2 Hình 1.2. Cấu trúc các phân tử chlorophyll. 10 3 Hình 1.3. Các sản phẩm về chlorophyll trên thị trường 15 4 Hình 1.4. Thống kê các phương pháp nghiên cứu chlorophyll. 17 5 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 35 6 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định loại dung môi chiết 36 7 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ dung môi chiết 37 8 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu 38 9 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết 39 10 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiết độ chiết 40 11 Hình 3.1. Ảnh hưởng của loại dung môi đến hàm lượng chlorophyll 44 12 Hình 3.2. Ảnh hưởng của loại dung môi đến hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 44 13 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hàm lượng chlorophyll 46 14 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hoạt 46 vi tính chống oxy hóa chlorophyll 15 Hình 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu đến hàm lượng chlorophyll 48 16 Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu : dung môi đến hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 49 17 Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng chlorophyll 50 18 Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 51 19 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng chlorophyll 53 20 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll 54 21 Hình 3.11. Mô hình bề mặt 3D của hàm mục tiêu Y 1 57 22 Hình 3.12. Mô hình bề mặt 3D của hàm mục tiêu Y 2 58 23 Hình 3.13a. Đồ thị 2D thể hiện sự tương tác giữa 3 yếu tố lên hàm mục tiêu Y 1 58 24 Hình 3.13b. Đồ thị 2D thể hiện sự tương tác giữa 3 yếu tố lên hàm mục tiêu Y 2 58 25 Hình 3.14. Mô hình bề mặt 2D trùng lắp của 2 hàm mục tiêu Y 1 và Y 2 59 26 Hình 3.15. Quy trình đề xuất chiết chlorophyll từ lá bắp 61 27 Hình 3.16. Hàm lượng chlorophyll sau mỗi lần chiết 63 28 Hình 3.17. Hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll sau mỗi lần chiết 63 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay sự biến đổi khí hậu và môi trường toàn cầu đang ở mức đáng báo động cao. Con người luôn có thể phải tiếp xúc với phóng xạ, các bức xạ năng lượng cao, ngộ độc, nhiễm độc thức ăn, nấm mốc, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc diệt cỏ (dioxin), tia tử ngoại, khói thuốc lá (mỗi hơi thuốc lá sản sinh khoảng 114 gốc tự do), stress, dư thừa chất béo…. Chính các yếu tố trên đã làm tăng nhanh quá trình lão hóa và mắc bệnh cho con người, như ung thư, Alzehmer,…. Chuyên gia nghiên cứu về hồng huyết cầu và khoa học gia từng đoạt giải Nobel, Bác Sĩ Hans Frischer, đã khám phá ra cấu trúc của hồng huyết cầu rất giống như cấu trúc của Chlorophyll. Trong cơ thể con người, hồng huyết cầu có nhiệm vụ chuyển tải dưỡng khí cho cơ thể với chất sắt (Fe) là nhân tố của hồng huyết cầu trong khi magnesium (Mg) là nhân tố của Chlorophyll. Chính điều này giúp cơ thể chúng ta biến đổi chlorophyll thành hồng huyết cầu làm gia tăng chỉ số hồng huyết cầu trong cơ thể, bổ gan, hoá giải các độc tố và tiêu trừ các chất độc trong máu. Gần đây, nhiều nghiên cứu cho thấy, chlorophyll có tác dụng như một chất chống oxy hoá của cơ thể, có tác dụng làm chậm quá trình lão hoá (khả năng: quét các gốc DPPH, Hydroxyl, các anion, khử sắt, tạo phức chelat với các iôn hóa trị, oxy hóa lipid), ngừa ung thư, kháng khuẩn, kháng nấm, trị vết thương… Cây bắp là một trong năm loại cây lương thực chủ đạo trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Năm 2009 chỉ tính riêng huyện Khánh Vĩnh, trong tổng số 2.680 ha cây lương thực, diện tích trồng bắp trên địa bàn huyện đạt hơn 1.500 ha với năng suất 32 – 35 tạ/ ha. Ở nước ta cây bắp chủ yếu được trồng để lấy hạt, còn thân cây, lá cây, vỏ bắp và lụa bắp chủ yếu được làm thức ăn gia súc hoặc tồn tại ở dạng phế liệu nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường. Từ lá bắp, vỏ bắp,…thu nhận chlorophyll, sau vẫn có thể sử dụng phần còn lại để sản xuất nhiên liệu sinh học từ bã chiết. Do vậy, tôi được Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang phân công nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chiết xuất dịch chlorophyll chống oxy 2 hóa từ lá bắp”, với mục đích tận dụng lá bắp để thu nhận chlorophyll dùng trong thực phẩm. Nội dung đề tài: 1) Xác định một số thông số cho quá trình chiết rút chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp: loại và nồng độ dung môi chiết, tỉ lệ dung môi/nguyên liệu, thời gian và nhiệt độ chiết; 2) Đề xuất qui trình chiết rút chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp; 3) Sơ bộ đánh giá hiệu suất thu nhận chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp; Do thời gian nghiên cứu có hạn và lần đầu làm quen với nghiên cứu chlorophyll. Do vậy đồ án này chắc hẳn sẽ còn có những hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thấy cô và bạn bè để nghiên cứu này thêm hoàn thiện. Xin chân thành cảm ơn. 3 Chương 1 TỔNG QUAN 4 1.1. Giới thiệu về cây ngô (cây bắp) Ngô, bắp hay bẹ (danh pháp khoa học: Zea mays L. ssp. mays) là loại cây lương thực thuần canh bắt nguồn ở Trung Mỹ, sau đó được trồng phổ biến ở châu Mỹ. Cuối thế kỷ 15 đầu thế kỷ 16, khi có tiếp xúc của người châu Âu với châu Mỹ, bắp đã được trồng phổ biến trên toàn thế giới. 1.1.1. Đặc điểm hình thái cây ngô [39] Một vài giống ngô có thể cao tới 7m, còn chiều cao các giống ngô thương phẩm chỉ khoảng 2,5m và ngô ngọt (Zea mays var. rugosa hay Zea mays var. saccharata) thường thấp hơn. Cây ngô có hình thái phát triển rất khác biệt; các lá hình mũi mác rộng bản, dài 50 – 100cm, rộng 5 - 10cm; thân thẳng, thường cao 2–3 m, nhiều mấu, với các lá tỏa ra từ mỗi mấu với bẹ nhẵn. Bắp ngô ôm sát thân cây và nằm dưới lá. Khi còn non chúng dài ra khoảng 3cm mỗi ngày. Từ các đốt ở phía dưới sinh ra một số rễ. Thân cây ngô có đốt với các khớp (mấu hay mắt), các khớp cách nhau khoảng 20 – 30cm, trông tương tự thân cây tre. Các bắp ngô (bẹ ngô) là các cụm hoa cái hình bông, được bao bọc trong một số lớp lá, và bao chặt vào thân. Chúng không lộ ra cho đến khi xuất hiện các râu ngô màu vàng hung từ vòng lá vào cuối của bắp ngô. Râu ngô là các núm nhụy thuôn dài trông giống như một búi tóc, ban đầu màu xanh lục và sau đó chuyển dần sang màu hung đỏ hay hung vàng. Trên đỉnh của thân cây là cụm hoa đuôi sóc hình chùy chứa các hoa đực, được gọi là cờ ngô. Mỗi râu ngô đều có thể được thụ phấn để tạo ra một hạt ngô trên bắp. Các bắp ngô non có thể dùng làm rau ăn với toàn bộ lõi và râu, nhưng khi bắp đã già (thường là vài tháng sau khi trổ hoa) thì lõi ngô trở nên cứng và râu thì khô đi nên không ăn được. Các hạt ngô là các dạng quả thóc với vỏ quả hợp nhất với lớp áo hạt, là kiểu quả thông thường ở họ Hòa thảo (Poaceae), gần giống loại quả phức về cấu trúc, ngoại trừ là các hạt riêng biệt không bao giờ hợp nhất thành một khối. Hạt ngô có kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan, bám chặt thành hàng tương đối đều xung quanh một [...]... biệt của hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll khi có chiếu xạ hoặc không có chiếu xạ Hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll a được xác định bằng cách phương pháp DPPH Kết quả cho thấy rằng hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll a được tăng lên sau 60 phút chiếu xạ [28] 13 Hoạt động của chất chống oxy hóa của chiết xuất trà xanh hoặc trà có nguồn gốc polyphenol đã được nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên,... sáng và phát triển màu xanh ngay cả trong bóng tối Chlorophyll được gắn kết với protein và có thể chuyển năng lượng hấp thụ theo hướng yêu cầu [13] 1.2.4 Hoạt tính chống oxy hóa của chlorophyll Chlorophyll và các dẫn xuất của nó được biết đến là các chất có hoạt động chống oxy hóa Việc tiêu thụ các loại rau lá, giàu chlorophyll và các dẫn xuất của nó như chlorophyllin, có liên quan đến việc giảm một số... minh rằng các dẫn xuất của chlorophyll trong chế độ ăn uống ở cả hai loại thực phẩm tươi và thực phẩm chế biến, chế độ ăn uống bổ sung có tác dụng chống oxy hóa và hoạt động antimutagenic [22] Nghiên cứu về chlorophyll từ bột Spirulina (Spirulina sp.) đã được thực hiện để xác định hàm lượng chlorophyll a, so sánh mô hình suy thoái và suy thoái động học của chlorophyll a và chiết xuất thô, cũng như... giàu chlorophyll có thể ngăn ngừa hoặc trì hoãn sự khởi đầu của một số bệnh như ung thư, đó là các biểu hiện lão hóa được gây ra bởi các gốc tự do.Các nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng, các dẫn xuất của 12 chlorophyll, như chlorophyllin, đã cho thấy hoạt tính chống oxy hóa ít nhất là như vitamin C Các chức năng của chlorophyll đối với động vật được biết đến là giúp ức chế quá trình peoroxy hóa. .. tương ứng Các chất dẫn xuất của chlorophyll a đã cho thấy là có khả năng bắt gốc tự do hiệu quả hơn so với các dẫn xuất của chlorophyll b Hơn nữa, các dẫn xuất kim loại tự do của chlorophyll như chlorins, pheophytins, và pyropheophytins cho thấy có khả năng chống oxy hóa thấp hơn các dẫn xuất kim loại như Mg -chlorophyll, Zn-pheophytins, Zn-pyropheophytins, Cu-pheophytina, and Cu-chlorophyllins Những... khỏi sự hư hại gây ra bởi các gốc tự do khác nhau và các loại phản ứng oxy hóa khác Chlorophyllin cũng được báo cáo là giúp ngăn chặn các bức xạ gây biến đổi DNA và tổn thương màng ty thể [37] Chất chống oxy hóa và hoạt động antimutagenic của các dẫn xuất của chlorophyll trong chế độ ăn uống đã được đánh giá Hoạt tính chống oxy hóa được xác định bằng khả năng của mỗi hợp chất sau đây trong việc nhặt... độ của hoạt động ức chế chống lại hydroperoxide của chlorophyll a> lutein> pheophytin a> chlorophyll b> beta-carotene > pheophytin b Những kết quả này cho thấy rằng phần không chứa polyphenolic trong phần trà xanh còn lại, có hoạt tính ức chế mạnh chống lại hệ hydroperoxide từ sự oxy hóa axit linoleic, nó có nguồn gốc từ hoạt động chống oxy hóa của chlorophyll a và b, pheophytins a và b, beta-carotene... nhiệt độ lạnh và ánh sáng mờ Bên cạnh đó các nhà nghiên cứu Nhật bản Irijama, K., Shiraki, M., & Yoshiuma, M (2011) [15] cũng tiến hành nghiên cứu tách chiết chlorophyll từ rau chân vịt (spinach) bằng acetone, methanol trong điều kiện lạnh và tối 1.4 Các phương pháp chiết tách và xác định chlorophyll, ưu nhược điểm  Cơ sở lý thuyết của phương pháp tách chiết chlorophyll Do nhân Mg trong vòng pyron mang... 8 1.2 Chlorophyll, hoạt tính chống oxy hóa và ứng dụng 1.2.1 Đặc tính của chlorophyll Chất diệp lục (diệp lục tố, chlorophyll) là sắc tố quang tổng hợp màu xanh lá cây có ở thực vật, tảo, vi khuẩn lam Lượng chlorophyll có trong tế bào phụ thuộc vào lượng sinh khối [25] Chúng là phân tử sinh học rất quan trọng, quyết định đến quá trình quang hợp của cây, giúp cây tổng hợp năng lượng từ ánh sáng Chlorophyll. .. Hình 1.3 Các sản phẩm về chlorophyll trên thị trường 16 1.3 Tình hình nghiên cứu chlorophyll trong nước và trên thế giới 1.3.1 Trong nước Nghiên cứu chlorophyll trong nước chủ yếu áp dụng cho việc đánh giá năng suất sinh học sơ cấp ở vùng sinh thái biển ven bờ, thông qua việc đánh giá hàm lượng chlorophyll a, số liệu được thu thập thông qua các đơn vị gam Chlorophyll a/m3 hay gam Chlorophyll a/m2 1.3.2 . ưu hóa công đoạn chiết dịch chlorophyll chống oxy hóa 55 3.7. Đề xuất qui trình chiết rút chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp 61 3.8. Đánh giá sơ bộ hiệu suất thu nhận chlorophyll chống oxy hóa. Đại học Nha Trang phân công nghiên cứu đề tài Nghiên cứu chiết xuất dịch chlorophyll chống oxy 2 hóa từ lá bắp , với mục đích tận dụng lá bắp để thu nhận chlorophyll dùng trong thực. chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp; 3) Sơ bộ đánh giá hiệu suất thu nhận chlorophyll chống oxy hóa từ lá bắp; Do thời gian nghiên cứu có hạn và lần đầu làm quen với nghiên cứu chlorophyll. Do vậy