Hoàn thiện công đoạn tinh chế lutein tách chiết từ hoa cúc vạn thọ (tagetes erecta l )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÙI THỊ CỦA
HOÀN THIỆN CÔNG ĐOẠN TINH CHẾ LUTEIN
TÁCH CHIẾT TỪ HOA CÚC VẠN THỌ (Tagetes erecta L.)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa Học)

Nha Trang – Năm: 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÙI THỊ CỦA
HOÀN THIỆN CÔNG ĐOẠN TINH CHẾ LUTEIN
TÁCH CHIẾT TỪ HOA CÚC VẠN THỌ (Tagetes erecta L.)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa Học)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
TS. GVC. Hoàng Thị Huệ An

Nha Trang – Năm: 2017

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: Bùi Thị Của
Lớp: 55CNHH
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Đề tài: “Hoàn thiện công đoạn tinh chế lutein tách chiết từ hoa cúc vạn thọ
(Tagetes erecta L.).”
Số chương:

Số trang:

Tài liệu tham khảo:

Hiện vật:
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Kết luận .........................................................................................................................
.......................................................................................................................................

Điểm phản biện
Bằng số

Bằng chữ

CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nha Trang, ngày…..tháng…..năm 2017
___________________________________________________________________

Điểm phản biện
Bằng số

Bằng chữ

Nha Trang, ngày…..tháng…..năm 2017
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Bùi Thị Của
Lớp: 55CNHH
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Đề tài: “Hoàn thiện công đoạn tinh chế lutein tách chiết từ hoa cúc vạn thọ
(Tagetes erecta L.).”
Số trang:

Số chương:

Tài liệu tham khảo:

Hiện vật:
NHẬN XÉT
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
Kết luận .........................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Nha Trang, ngày…..tháng…..năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện.
Các số liệu và kết luận nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng
được công bố ở các nghiên cứu khác.

Sinh viên thực hiện

BÙI THỊ CỦA


ii

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu trường
Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực Phẩm cùng các
Giảng viên Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học đã hết lòng giảng dạy và
truyền đạt những kiến thức và kĩ năng cần thiết cho tôi trong suốt thời gian
học tại trường, trang bị cho tôi hành trang tri thức, vững tin bước vào đời.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc và các cán bộ Trung tâm Thí

nghiệm - Thực hành đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về cơ sở vật chất,
trang thiết bị để tôi có thể hoàn thành tốt nội dung đề tài.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến
TS. Hoàng Thị Huệ An đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp tôi nâng
cao kiến thức chuyên ngành, hướng dẫn tôi tiếp cận những phương pháp
nghiên cứu hiện đại, rèn luyện kĩ năng thực nghiệm, đồng thời hỗ trợ vật tư và
phương tiện nghiên cứu cho tôi.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Do kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm nghiên cứu cũng như kĩ năng
soạn thảo văn bản khoa học còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn
sinh viên để tôi có thể hoàn thiện báo cáo tốt nghiệp.
Nha Trang, ngày 04 tháng 7 năm 2017
Sinh viên thực hiện
BÙI THỊ CỦA
Lớp 55CNHH


iii

MỤC LỤC
Trang bìa phụ

Trang

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................... vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................... viii
MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................ 4
1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ ........................................................ 4
1.1.1. Tên gọi ......................................................................................... 4
1.1.2. Nguồn gốc - Phân loại .................................................................. 4
1.1.2.1. Nguồn gốc ................................................................................. 4
1.1.2.2. Đặc điểm hình thái..................................................................... 4
1.1.3. Đặc điểm sinh trưởng chung ......................................................... 5
1.1.4. Ứng dụng...................................................................................... 6
1.2. Tổng quan về lutein ......................................................................... 7
1.2.1. Cấu tạo phân tử của lutein ............................................................ 7
1.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của lutein........................................... 8
1.2.2.1. Tính chất vật lý .......................................................................... 8
1.2.2.2. Tính chất hóa học ...................................................................... 9
1.2.3. Chức năng sinh học của lutein ...................................................... 9
1.2.4. Ứng dụng của lutein ................................................................... 10


iv

1.2.5. Các nguồn lutein tự nhiên ........................................................... 12
1.3. Tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài ..................................... 13
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .............................................. 13
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước................................................ 16
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 20
2.1. Nguyên liệu ................................................................................... 20
2.2. Hóa chất ........................................................................................ 20
2.3. Dụng cụ- Thiết bị........................................................................... 21
2.3.1. Dụng cụ ...................................................................................... 21

2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................... 22
2.4.1. Phương pháp thu oleoresin từ hoa CVT ...................................... 22
2.4.2. Nghiên cứu hoàn thiện công đoạn xà phòng hóa lutein ester dựa
theo phương pháp Swaminathan (2009) ...................................................... 24
2.4.2.1. Cách tiến hành xà phòng hóa: .................................................. 24
2.4.2.2. Phương pháp sắc ký bản mỏng hỗn hợp xà phòng hóa:............ 25
2.4.3. Nghiên cứu phương pháp tinh chế lutein thô............................... 25
2.4.3.1. Xác định chế độ rửa lutein thô bằng nước cất nóng.................. 25
2.4.3.2. Phương pháp tinh chế lutein với nước cất và dung môi hữu cơ 27
2.4.4. Thử nghiệm quy trình- Đánh giá chất lượng sản phẩm ............... 29
2.4.4.1. Thử nghiệm quy trình .............................................................. 29
2.4.4.2. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm ............................ 29
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 31
3.1. Kết quả xà phòng hóa theo phương pháp Swaminathan (2009): .... 31


v

3.2. Kết quả nghiên cứu tinh chế lutein thô bằng phương pháp rửa ...... 32
3.2.1. Chế độ tối ưu rửa lutein thô bằng nước cất nóng......................... 32
3.2.2. Chế độ rửa lutein thô bằng dung môi hữu cơ .............................. 38
3.3. Đề nghị quy trình thu nhận lutein thô từ lutein oleoresin ............... 40
3.4. Thử nghiệm quy trình- Đánh giá chất lượng sản phẩm .................. 43
3.4.1. Thử nghiệm quy trình ................................................................. 43
3.4.2. Đánh giá chất lượng sản phẩm.................................................... 43
3.4.2.1. Phân tích một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm .................. 43
3.4.2.2. Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm...................... 45
3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế sản phẩm lutein tinh trong phòng thí
nghiệm ......................................................................................................... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 49
PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮC

TIẾNG ANH

TIẾNG VIỆT

Abs

Absorbance

Độ hấp thụ

BHT

Butylated Hydroxyltoluene

Chất chống oxy hoa BHT

CQ

Certificate of quality

Giấy chứng nhận chất lượng

CVT

Marigold

Cúc vạn thọ

D

Dilution factor

Hệ số pha loãng

DAD

Diode-Array Detector

Detector dãy diode

DNA

Acid Deoxyribonucleic

ADN

GC-MS

Gas Chromatography-Mass

Phương pháp sắc ký ghép khối

Spectrometry

phổ

High performance liquid

Phương pháp sắc ký lỏng hiệu

chromatography

năng cao

LDL

Low density lipoprotein

Chất béo có tỉ trọng thấp

LOD

Limit of detection

Giới hạn phát hiện

nm

Nanometer

Nanomet

R2

Correlation coefficient

Hệ số tương quan

ROS

Reactive Oxygen Species

Các loại oxy hoạt tính

rpm

Round per minute

Vòng/phút

SKBM

Thin layer chromatography

Sắc ký bản mỏng

UV-Vis

Ultraviolet-visible

Tử ngoại-khả kiến

v/v

Volume/volume

Thể tích/thể tích

v/w

Volume/weight

Thể tích/khối lượng

w/v

Weight/volume

Khối lượng/thể tích

w/w

Weight/weight

Khối lượng/khối lượng

max

Wavelength of maximum

Bước sóng hấp thụ cực đại

HPLC

absorption


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Độ tan của lutein tự do trong một số dung môi hữu cơ ................... 8
Bảng 2.1. Quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa chế độ rửa lutein thô theo mô
hình bậc II phương án CCF .......................................................................... 26
Bảng 3.1. Kết quả SKBM hỗn hợp phản ứng theo thời gian ......................... 31
Bảng 3.2. Kết quả tối ưu hóa điều kiện rửa lutein thô bằng nước cất nóng ... 32
Bảng 3.3. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của điều kiện rửa ............. 33
Bảng 3.4. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của điều kiện rửa ............. 34
Bảng 3.5. Các hệ số của phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng .................. 35
Bảng 3.6. Các hệ số của phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng .................. 35
Bảng 3.7. Tiên đoán chế độ tối ưu rửa lutein thô bằng nước cất nóng........... 38
Bảng 3.8. Kết quả thử nghiệm tinh chế lutein thô bằng dung môi hữu cơ..... 40
Bảng 3.9. Khối lượng nguyên liệu và các sản phẩm thu được từ quy trình ... 43
Bảng 3.10. Một số thành phần trong sản phẩm lutein tinh chế...................... 44
Bảng 3.11. Kết quả đo hoạt tính chống oxy hóa của lutein tinh .................... 46
Bảng 3.12 . Ước tính chi phí nguyên vật liệu để tinh chế lutein từ mẻ 11 kg
hoa CVT tươi ............................................................................................... 47


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Hoa cúc vạn thọ châu Mỹ (Tagetes erecta L.)................................ 4
Hình 1.2. Cấu tạo phân tử lutein dạng all-trans .............................................. 7
Hình 1.3. Zeaxanthin (3,3’-diol , ’-caroten)................................................ 8
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình tổng quát thu nhận lutein từ hoa CVT .................. 13
Hình 2.1. Hoa cúc vạn thọ trồng để nghiên cứu ở huyện Diên Khánh (Khánh
Hòa) ............................................................................................................. 20
Hình 2.2. Sơ đồ thu oleoresin từ hoa CVT tươi ............................................ 22
Hình 3.1. Kết quả SKBM hỗn hợp phản ứng theo thời gian.......................... 31
Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ rửa đến hàm lượng carotenoid tổng số và
hiệu suất thu hồi lutein tinh .......................................................................... 37
Hình 3.3. Ảnh hưởng của số lần rửa bằng EtOH-H2O 1/1 ............................ 39
Hình 3.4. Mẫu sau khi rửa bằng EtOH 1/1 (4 lần) và EtOH (1 lần) .............. 39
Hình 3.5. Ảnh hưởng của số lần rửa bằng Hx đến độ sạch của lutein ........... 39
Hình 3.6. Ảnh hưởng của số lần rửa bằng EtOH đến độ sạch của lutein ....... 39
Hình 3.7. Quy trình xà phòng hóa và tinh chế lutein thô............................... 42
Hình 3.8. Sản phẩm lutein tinh chế thu được bằng 2 phương pháp ............... 45
Hình 3.9. Đường chuẩn tổng năng lực khử Fe(III) của vitamin C ................. 45
Hình 3.10. Đường chuẩn hoạt tính chống oxy hóa tổng của vitamin C ......... 46


1

MỞ ĐẦU
Màu sắc là yếu tố đầu tiên của thực phẩm hấp dẫn người tiêu dùng. Do
đó, các nhà chế biến thực phẩm thường sử dụng chất màu để nhuộm màu cho
thực phẩm nhằm khôi phục lại màu sắc vốn có của nó đã bị mất đi trong quá
trình chế biến.
Hiện nay, có hai loại chất màu tự nhiên đang được sử dụng trong chế
biến thực phẩm, đó là chất màu tổng hợp (hay chất màu nhân tạo) và chất màu
tự nhiên.

Chất màu tổng hợp là các thuốc nhuộm azo được tổng hợp bằng con
đường hóa học. Chúng có ưu điểm là rẻ tiền, có cường độ màu mạnh, bền
màu, dễ tan trong nước, dễ sử dụng. Trước đây, phẩm màu nhân tạo được sử
dụng rất phổ biến và thiếu kiểm soát ở một số nước, đặc biệt là các nước kém
phát triển. Hiện nay, một số chất màu hữu cơ tổng hợp (đặc biệt là thuốc
nhuộm azo) bị hạn chế sử dụng do người ta nghi ngại về những ảnh hưởng
không tốt của nó đối với sức khỏe con người. Chẳng hạn, một số nghiên cứu
đã phát hiện những enzyme trong ruột non có khả năng xúc tác cho phản ứng
khử các phẩm màu azo để sinh ra các tác nhân gây ung thư. Một nghiên cứu
của Đại học Southampton (Anh Quốc) năm 2007 đã cho thấy có mối liên hệ
giữa việc tiêu thụ một số đồ uống chứa 6 loại phẩm màu tổng hợp gồm màu
cam Sunset Yellow FCF (E110), màu vàng chanh Quinoline Yellow (E104)
và Tartrazine (E102), màu đỏ Carmoisine (E122), Allura Red (E129) và đỏ
dâu tây Ponceau 4R (E124) với chất bảo quản sodium benzoat với sự rối loạn
hành vi của trẻ em (mất khả năng tập trung, tăng động, …) [21]. Vì vậy, hiện
nay chỉ có một số ít chất màu tổng hợp được các tổ chức quản lý an toàn thực
phẩm quốc gia cho phép sử dụng mới được dùng làm chất màu thực phẩm và
liều lượng sử dụng phải ở dưới giới hạn cho phép.


2

Chất màu tự nhiên là những chất màu được tách chiết từ các nguồn
nguyên liệu động - thực vật trong tự nhiên. Chúng có ưu điểm là không độc,
tạo ra màu sắc đẹp cho sản phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống
như nguồn tự nhiên của chúng. Ngoài ra, một số chất màu tự nhiên còn có
họat tính sinh học tốt với sức khỏe (như có khả năng chống oxy hóa, tăng
cường sức đề kháng của cơ thể…) . Do vậy, xu hướng hiện nay của thị trường
là sử dụng chất màu tự nhiên để thay thế cho các chất màu tổng hợp trong chế
biến thực phẩm.

Một trong số chất màu tự nhiên được chú ý gần đây là lutein. Đây là một
loại sắc tố carotenoid có màu vàng – cam thường có trong nhiều loài thực vật
như súp lơ xanh, rau spina, rau ngót, vi tảo,… Đặc biệt, cúc vạn thọ châu Mỹ
(Tagetes erecta L.) là nguồn nguyên liệu giàu lutein nhất hiện nay: cánh hoa
chứa khoảng 1,6 g carotenoid tổng số/kg (tính theo trọng lượng khô), trong đó
trên 95% là lutein [12]. Lutein được xem là sắc tố tự nhiên có tiềm năng ứng
dụng lớn trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm do không chỉ
có màu vàng sáng đẹp mà còn có tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa,
ngăn ngừa bệnh thoái hóa điểm vàng, ngăn ngừa bệnh tim mạch và một số
bệnh ung thư, đặc biệt là giảm nguy cơ mù lòa ở người cao tuổi do thoái hóa
điểm vàng [19], [21], [23]. Chính vì vậy, trên thế giới đã có nhiều công trình
nghiên cứu chiết tách và tinh chế lutein từ hoa cúc vạn thọ nhằm ứng dụng
làm nguyên liệu sản xuất chất màu thực phẩm.
Ở nước ta, với khí hậu gần như nắng nóng quanh năm, rất lý tưởng cho
việc phát triển các vùng nguyên liệu cúc vạn thọ ứng dụng trong công nghiệp
hóa dược và thực phẩm. Lutein cũng đã được Bộ Y tế đưa vào danh mục các
chất màu thực phẩm được phép sử dụng từ năm 2012 [22]. Tuy nhiên, lutein
hiện vẫn đang được nhập khẩu với giá khá đắt (lutein tinh khiết 90% khoảng


3

8 – 11 triệu VND/kg. Vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất lutein tinh từ hoa CVT
nhằm phục vụ nhu cầu trong nước là rất cần thiết.
Ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu chiết tách và tinh chế
lutein từ hoa CVT nhằm ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất chất màu thực
phẩm. TS. Hoàng Thị Huệ An và cộng sự (2014) đã thực hiện đề tài
“Xây dựng quy trình công nghệ quy mô phòng thí nghiệm thu nhận lutein từ
hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.) ứng dụng làm chất màu thực phẩm” [2].
Kết quả đã thu nhận được sản phẩm lutein đạt độ tinh khiết trên 90%. Tuy

nhiên, theo tính toán sản phẩm có giá thành khá cao (khoảng 16,5 triệu vnđ/kg
khi sản xuất từ nguyên liệu tươi và 8,5 triệu vnđ/kg khi sản xuất từ nguyên
liệu khô). Một trong những nguyên nhân là do hiệu suất của giai đoạn xà
phòng hóa lutein este để thu lutein tự do và quá trình tinh chế lutein thô để thu
sản phẩm tinh chưa cao. Ngoài ra, trong giai đoạn tinh chế lutein thô tác giả
đã sử dụng hexan và metanol để rửa lutein thô loại bỏ tạp chất, tuy dư lượng
các dung môi trên trong sản phẩm dưới mức cho phép nhưng có thể gây lo
ngại về tồn dư metanol đối với người tiêu dùng. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải
nghiên cứu nâng cao hiệu suất của công đoạn xà phòng hóa lutein este và tinh
chế lutein thô để có thể thu được sản phẩm lutein an toàn hơn và có giá thành
chấp nhận được. Đó là lý do đồ án “ Hoàn thiện công đoạn tinh chế lutein
tách chiết từ hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.)” được thực hiện.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Cho phép đề xuất phương pháp xà phòng hóa lutein este đạt hiệu suất
cao hơn và tạo ra sản phẩm lutein tinh an toàn hơn cho người sử dụng.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Là cơ sở cho việc ứng dụng sản xuất lutein từ nguồn nguyên liệu CVT
trong nước, phục vụ cho công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.


4

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ
1.1.1. Tên gọi
- Tên tiếng Việt: Cúc vạn thọ
- Tên tiếng Anh: Marigold
- Tên khoa học: Tagetes spp.
- Họ: Cúc (Asteraceae)

1.1.2. Nguồn gốc - Phân loại
1.1.2.1. Nguồn gốc
Cây CVT có xuất xứ từ khu vực Tây Nam Hoa Kỳ, kéo dài qua Mêxicô
đến Nam Mỹ. Cây được nhà thám hiểm Hernando Cortes đưa về châu Âu vào
thế kỷ 14, sau đó được đem trồng khắp nơi quanh vùng Địa Trung Hải và
nhiều nơi khác trên thế giới.

Hình 1.1. Hoa cúc vạn thọ châu Mỹ (Tagetes erecta L.)
1.1.2.2. Đặc điểm hình thái
Cúc vạn thọ là loại cây thân thảo, mọc đứng cao 0,6 – 1,0 m, chia nhiều
cành. Hoa mọc đơn độc hoặc tụ họp, màu vàng hay vàng cam. Đặc điểm hình
thái của CVT tùy theo giống.


5

Có 3 giống CVT chính là:
a) Cúc vạn thọ cao:
Tên khoa học: Tagetes erecta L.
Tên tiếng Anh: African Marigold; American Marigold; Aztec Marigold.
Cây cao 60 - 75 cm, cho hoa lớn có đường kính từ 8 - 12 cm. Hoa màu
vàng nghệ và vàng hoàng yến, trong đó chứa nhiều sắc tố như 2cryptoxanthin, antheraxanthin, lutein,…
b) Cúc vạn thọ lùn:
Tên khoa học: Tagetes patula
Tên tiếng Anh: French Marigold
Cây thấp 30 - 40 cm, cho hoa nhỏ có nhiều màu khá đẹp nên thường
được trồng để trang trí đường phố. Trong hoa CVT lùn có thêm một số hợp
chất khác như patulitrin, rubichrome, rubixanthin, violaxanthin…
c) Cúc vạn thọ chanh
Tên khoa học: Tagetes tenuifolia; Tagetes signata

Tên tiếng Anh: Lemon Marigold
Đây là một loại đặc biệt, có nguồn gốc từ Arizona (Mỹ). Hoa nhỏ có mùi
chanh, màu vàng cam, nở quanh năm, nhất vào mùa đông xuân.
1.1.3. Đặc điểm sinh trưởng chung
Hoa không kén đất trồng thích hợp nhất là đất thịt nhẹ, nhưng nếu là đất
cát pha, đất sét pha, đất có lẫn sỏi đá,…cây hoa này vẫn sống được. Điều đòi
hỏi là đất phải cao ráo, đủ ẩm và không bị ngập nước. Tốc độ sinh trưởng
nhanh, là cây mọc hàng năm. Gieo hạt thì cây sẽ ra hoa sau 70 - 75 ngày, cây
giâm ngọn thì phát triển và ra hoa sau 25-30 ngày. Có thể trồng hoa quanh
năm, nhưng vụ chính là vào dịp Tết Nguyên Đán [20].


6

1.1.4. Ứng dụng
Trong đời sống:
CVT thường được sử dụng làm trang trí đường phố, lễ hội và thờ cúng.
Ngoài ra, cây CVT còn được sử dụng như một dược phẩm chữa bệnh. Lá và
hoa được dùng trong điều trị các bệnh về đường tiêu hóa, kích thích tuần hoàn
máu. Hoa CVT có chứa nhiều vitamin C, protein và flavonoid [23]. Trong dân
gian Trung Quốc cũng có một số bài thuốc sử dụng hoa CVT trị bệnh (đau
răng, đau mắt, ho gà, khô mắt, mỏi mắt). Tại Ấn Độ, lá và hoa CVT dùng đắp
trị mụn nhọt, nước ép từ lá trị đau sưng tai. Hoa trị bệnh mắt, loét bao tử,
thanh lọc máu cho cơ thể [17].
Một số loài hoa CVT còn được dùng trong các công thức chế biến thức
ăn tại châu Mỹ.
Trong chăn nuôi [8]:
Carotenoid chiết xuất từ hoa CVT được sử dụng để bổ sung vào thức ăn
nuôi tôm hay cá hồi giúp tạo màu cam cho tôm cá.
Nghiên cứu tại Đại Học Universidad Autonoma MetropolitanaIztapalapa, Mexico (1996) đã so sánh tác dụng tạo màu của dịch chiết hoa

CVT và astaxanthin tổng hợp pha trộn trong thực phẩm nuôi tôm trắng
(Panaeus vannamei). Sau 14 ngày cho ăn, tôm nuôi bằng dịch chiết vạn thọ
có màu vàng của thịt đẹp hơn astaxanthin gấp nhiều lần. Kết quả cũng cho
thấy các carotenoid trong hoa CVT như lutein và zeaxanthin đã được chuyển
biến thành astaxanthin trong cơ thể tôm [15].
Trong y học:
Cúc vạn thọ là một trong những cây thuốc có giá trị, có tác dụng bảo vệ
chống lại sự phát triển của ung thư, ức chế các tế bào khối u, bảo vệ chống lại
các tác dụng phụ do hóa trị và xạ trị, có hoạt tính kháng viêm, chống oxy hóa,
bảo vệ tim mạch và kháng virus [13].


7

Hoạt chất có giá trị y học quan trọng nhất trong hoa CVT là lutein, nó có
khả năng ngăn ngừa các triệu chứng thoái hóa điểm vàng, cải thiện thị lực,
phòng và hỗ trợ điều trị bệnh đục thủy tinh thể ở những người cao tuổi.
Trong công nghiệp mỹ phẩm
Hoa CVT có chứa lutein ester có tác dụng chống oxy hóa mạnh, có khả
năng hấp thụ tia cực tím và ánh sáng xanh, bảo vệ da và làm đẹp da do đó
lutein cũng được ứng dụng làm kem dưỡng da, kem chống nắng, son dưỡng
môi,…
1.2. Tổng quan về lutein
1.2.1. Cấu tạo phân tử của lutein
Lutein là một loại sắc tố carotenoid có màu vàng cam – dẫn xuất 3,3’diol của α- β caroten – có công thức phân tử C40H56O2 (khối lượng phân tử
568,88) [8]. Trong phân tử nó có chứa 2 vòng đầu mạch (một vòng - và một
vòng α-ionone) [11] và chuỗi C40 isoprenoid cơ bản chung cho tất cả các
carotenoid [21]. Mặc dù chuỗi liên kết đôi có mặt trong lutein có thể tồn tại ở
cấu hình cis hoặc trans, nhưng trong tự nhiên phần lớn lutein tồn tại ở cấu
hình trans như trong hình 1.2.

Hình 1.2. Cấu tạo phân tử lutein dạng all-trans
Các đồng phân cis kém bền và có hoạt tính chống oxy hoá kém hơn đồng
phân all-trans . Do vậy, việc xử lý nguyên liệu, tách chiết, tinh chế lutein cần
tiến hành trong tối, ở nhiệt độ càng thấp càng tốt để hạn chế quá trình chuyển
đồng phân trans thành dạng cis.


8

Ngoài ra, trong tự nhiên cũng tồn tại một dạng đồng phân khác của lutein
là zeaxanthin (Hình 1.3).
OH

HO

Hình 1.3. Zeaxanthin (3,3’-diol , ’-caroten)
1.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của lutein
1.2.2.1. Tính chất vật lý
Lutein tinh thể ở dạng bột chảy tự do có màu đỏ cam. Lutein kết tinh ở
dạng tinh thể hình kim, khối lăng trụ đa diện, dạng lá hình thoi với điểm nóng
chảy 190 – 193oC.
Lutein có độ phân cực thấp, không tan trong nước nhưng tan trong một
số dung môi hữu cơ có độ phân cực trung bình (tetrahydrofuran, cloroform,
xyclohexanon, etyl ete, dimetylformamit, dimetylsulfoxit, diclorometan,
axeton, axetat etyl) và kém tan trong dung môi phân cực (etanol, metanol,
axetonitril) hay không phân cực (hexan, xyclohexan).
Bảng 1.1. Độ tan của lutein tự do trong một số dung môi hữu cơ
Dung môi

Độ tan

Dung môi

(mg/l)

Độ tan

Dung môi

(mg/l)

Độ tan
(mg/l)

Tetrahydrofuran

8000

Dimetylsulfoxit

1000

2-Propanol

400

Cloroform

6000

Axeton

800

Etanol

300

Xyclohexanon

4000

Etyl axetat

800

Metanol

200

Etyl ete

2000

Diclorometan

800

Axetonitril

100

Metyl t-butyl ete

2000

Benzen

600

Xyclohexan

50

Dimetylformamit

1000

Toluen

500

Hexan

20


9

Phân tử lutein có mạch nối đôi liên hợp dài với 8 đơn vị isoprenoid nên
có khả năng hấp thụ mạnh ánh sáng màu xanh (max = 445 nm). Do đó, dung
dịch lutein có màu vàng (nếu ở nồng độ thấp) hay màu cam đỏ (nếu ở nồng độ
cao) [12]. Tuy nhiên, cực đại hấp thụ này thay đổi ít nhiều tùy theo dung môi
được sử dụng [5], [12].
1.2.2.2. Tính chất hóa học
Lutein rất nhạy cảm đối với ánh sáng, nhiệt, tác nhân oxy hóa, các ion
kim loại và acid nhưng bền vững trong môi trường kiềm. Tuy nhiên, lutein
trong các mô động vật thường ở dạng liên kết với các acid béo, lipid,
lipoprotein,… nên bền hơn lutein dạng tự do.
Nhóm hydroxyl ở hai đầu phân tử lutein hoạt động mạnh, dễ dàng tham
gia các phản ứng oxy hóa nên lutein có hoạt tính chống oxy hóa khá mạnh, có
khả năng hấp thụ và làm giảm sự nguy hại của các gốc tự do gây ra. Một số
nghiên cứu cho thấy khi cung cấp một lượng lutein vừa đủ trong võng mạc
mắt thì gốc tự do gây hại ở mức thấp nhất [16].
Lutein tự do dễ bị oxy hóa nên cần bảo quản trong khí trơ hay chân
không, bảo quản ở nhiệt độ thấp, đậy kín, tránh ánh sáng mặt trời [7].
1.2.3. Chức năng sinh học của lutein
Phần lớn chức năng sinh học của chất màu lutein đều liên quan đến khả
năng hấp thụ ánh sáng, khả năng dễ bị oxy hóa và khả năng bắt giữ các gốc tự
do của phân tử lutein [15].
Khả năng hấp thụ ánh sáng
Lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại và tia sáng xanh trong dải bức xạ
khả kiến, do đó có khả năng bảo vệ da, mắt khỏi tác hại của các bức xạ này,
ngăn ngừa ung thư da, thoái hóa điểm vàng. [15].
Hoạt tính chống oxy hóa
Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng lutein có khả năng bảo vệ cơ thể


10

khỏi những chứng bệnh hiểm nghèo như các bệnh về mắt, ung thư, bệnh tim
mạch, … Người ta cho rằng tác dụng này nhờ vào khả năng chống oxy hóa và
bắt giữ các gốc tự do sinh ra trong tế bào của các phân tử lutein. Các loại oxy
hoạt tính (ROS: Reactive oxygen species) ở trong tế bào và mô có thể gây tác
hại đến DNA, protein, cacbohydrat và lipit. Sự gây hại này được kiểm soát
bởi lutein tự do do nó có khả năng khử các chất oxy hóa và dọn sạch các gốc
tự do. Khả năng chống oxy hóa của lutein có thể được giải thích bởi cấu trúc
hóa học chứa chuỗi polyen liên hợp của nó. Các chất này không có trong cơ
thể, chỉ có trong các mô hình thí nghiệm. Đặc biệt, lutein có hai nhóm
hydroxyl ở 2 vòng đầu mạch nên có tính phân cực mạnh hơn so với β-caroten,
lycopen,… do đó nó có khả năng thâm nhập tốt hơn qua màng lipit vào sâu
bên trong phần nguyên sinh chất ưa nước của tế bào. Vì vậy, lutein có hoạt
tính chống oxy hóa mạnh hơn các caroten.
1.2.4. Ứng dụng của lutein
Trong công nghiệp thực phẩm
Lutein được sử dụng như một phụ gia tạo màu thực phẩm hay bổ sung
vào thực phẩm như một vi chất dinh dưỡng.
Lutein có khả năng tạo màu vàng cam rất đẹp nên có thể dùng làm chất
màu thực phẩm. Lutein tách chiết từ hoa CVT châu Mỹ (Tagetes erecta L.)
được các Cục Quản lý Dược phẩm và Thực phẩm (viết tắt là FDA: Food and
Drug Agency) ở Canada, EU, Úc và New Zealand cho phép sử dụng như chất
tạo màu vàng tự nhiên (mã số E161b) cho nhiều loại thực phẩm như vỏ ngoài
của giò chả, các thành phẩm từ thịt gà, sữa chua có hoa quả, bánh nướng,
nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc điểm tâm, kẹo cao su, kẹo cứng, các
sản phẩm từ sữa, trứng, thực phẩm cho trẻ sơ sinh và trẻ mới biết đi, chất béo
và dầu, nước thịt, nước sốt và súp hỗn hợp [6], [7].


11

Trong chăn nuôi
Carotenoid, trong đó có lutein, là những nguồn sắc tố chính quyết định
đến màu sắc của cá nuôi (cá cảnh, cá hồi…). Điều kiện nuôi như thức ăn, môi
trường sống không tốt sẽ làm màu sắc cá cảnh nhạt đi, kém hấp dẫn người
mua. Cá giống như các động vật khác không tự tổng hợp carotenoid mà cần
phải được cung cấp qua chế độ dinh dưỡng hàng ngày. Vì vậy, thường xuyên
cho cá ăn thức ăn bổ sung lutein sẽ làm tăng sắc tố trên da cá và cơ thịt cá
[18].
Ngoài ra, lutein còn được dùng làm chất phụ gia trong chế biến thức ăn
chăn nuôi gia cầm để tạo màu vàng hấp dẫn cho da và lòng đỏ trứng gà.
Trong công nghiệp dệt nhuộm
Hiện nay, ngành công nghiệp dệt may sử dụng quá nhiều thuốc nhuộm
tổng hợp, ước tính khoảng 10 triệu tấn/năm. Việc sản xuất và sử dụng chất
màu tổng hợp làm thải ra môi trường một lượng chất thải màu lớn, ảnh hưởng
nghiêm trọng và nguy hiểm tới sức khỏe và làm xáo trộn cân bằng sinh thái
của thiên nhiên. Kể từ giữa những năm 1980, các doanh nghiệp nhỏ đã bắt
đầu xem xét đến khả năng sử dụng các loại chất màu tự nhiên để nhuộm màu
vải thay cho thuốc nhuộm tổng hợp. Lutein cũng đang được quan tâm sử dụng
trong ngành dệt nhuộm do nó có màu vàng rất đẹp [3].
Trong y học [16]
Lutein đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người. Lutein tập
trung trong một khu vực nhỏ của võng mạc gọi là điểm vàng, có tác dụng bảo
vệ mắt chống stress do sự oxy hóa. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng
minh tác dụng có lợi của lutein trong việc ngăn ngừa các bệnh về mắt liên
quan đến tuổi già như bệnh đục thủy tinh thể, bệnh cườm mắt, viêm võng
mạc. Có thể giảm nguy cơ mắc các bệnh này đáng kể bởi chế độ ăn giàu
lutein… Lutein được coi là một vi chất dinh dưỡng cần thiết cho thị lực bình

12

thường. Lutein là chất ức chế khối u. Lutein đã được chứng minh có tác dụng
làm giảm nguy cơ mắc một số bệnh ung thư (ung thư vú, cổ tử cung, gan,
phổi).
Các nghiên cứu gần đây còn cho thấy lutein có thể giúp duy trì sức khỏe
tim mạch do có khả năng ngăn chặn sự gia tăng hàm lượng và sự bám dính
của cholesteol xấu (LDL) vào thành mạch máu, ức chế sự xơ vữa động mạch,
do đó có khả năng ngăn ngừa các bệnh tim mạch, đột quỵ. Lutein là chất ức
chế tắc nghẽn mạch máu, các bệnh tim mạch (như nhồi máu cơ tim), là chất
ức chế viêm khớp thậm chí có thể giúp giảm đau viêm xương khớp.
Trong công nghiệp mỹ phẩm
Dưới tác dụng của tia cực tím các gốc tự do được hình thành bên trong
da và có thể gây hại cho tế bào. Nhờ khả năng chống oxy hóa và bắt giữ các
gốc tự do, lutein có thể bảo vệ làn da khỏi bị tổn thương bởi tia cực tím, do đó
có khả năng ức chế ung thư da. Việc thử nghiệm một số loại kem chống nắng
có chứa lutein hay lutein este (được hòa tan cùng với các loại dầu thảo dược
và các hợp chất không no) đã cho thấy lutein có thể dễ dàng thâm nhập vào da
và cho hiệu quả chống nắng tốt.
1.2.5. Các nguồn lutein tự nhiên
Nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu lutein nhất hiện nay là hoa cúc vạn thọ
châu Mỹ (Tagetes erecta L.). Do đó, cúc vạn thọ được trồng phổ biến ở nhiều
nước trên thế giới như Peru, Ấn Độ, Trung Quốc, Mexico,… để cung ứng
nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất lutein este và lutein tự do [2].
Ngoài ra, các loại thực phẩm chứa nhiều lutein có thể kể đến như cải
spina, súp lơ xanh, cải xoăn, bắp, trái kiwi. Lutein tập trung ở rau súp lơ xanh
và cải spina nhiều gấp 5 lần so với β-caroten. Tuy nhiên, hàm lượng lutein
trong các loại rau này ít hơn nhiều so với trong hoa CVT (ở rau cải xoăn thấp

13

hơn 10 lần, ở cải spina thấp hơn 20 lần) [2]. Bột ngô và huyết tương của
người cũng chứa một lượng nhỏ đồng phân cis-lutein.
Đặc biệt, lutein là carotenoit có nhiều trong lòng đỏ trứng gà (nhất là loại
gà được nuôi bằng hoa CVT có thể chứa đến 60% lutein trong tổng hàm
lượng carotenoit của nó). Tuy trứng chứa ít lutein hơn so với các loại rau
nhưng lutein từ trứng được hấp thụ tốt hơn từ cải spina hoặc từ các viên nang
bổ sung lutein [2].
1.3. Tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Các quy trình thu nhận lutein tự nhiên thường qua các công đoạn sau đây:
- Chiết lutein este từ nguyên liệu hoa CVT bằng dung môi thích hợp
(thường dùng hexan) và cô đuổi dung môi dưới áp suất thấp để thu sản
phẩm dầu nhựa chứa lutein este (gọi là lutein oleoresin)
- Thủy phân lutein este để thu lutein tự do (lutein thô)
- Tinh chế lutein thô để thu lutein tinh
Hoa CVT
Chiết – Cô đặc
Lutein oleoresin

Thủy phân lutein ester
Lutein thô
Tinh chế
Lutein
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình tổng quát thu nhận lutein từ hoa CVT