Tối ưu hóa điều kiện trích ly hỗ trợ vi sóng cho hợp chất saponins và khả năng chống ôxy hóa của vỏ quả ca cao

BỘ GIÁOĐẠI
DỤC
VÀNHA
ĐÀOTRANG
TẠO
TRƯỜNG
HỌC

TRƯỜNG
ĐẠINGHỆ
HỌC NHA
TRANG
KHOA
CÔNG
THỰC
PHẨM
KHOA
CÔNG
NGHỆ
THỰC
PHẨM
BỘ
MÔN:
CÔNG
NGHỆ
THỰC
PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHƯƠNG PHÁP SẤY ĐẾN HOẠT CHẤT SINH HỌC VÀ KHẢ NĂNG
TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY HỖ TRỢ VI SÓNG
HÓA CỦAVÀ
RỄ CÂY
ANNĂNG
XOA CHỐNG
CHO HỢPCHỐNG
CHẤT ÔXY
SAPONINS
KHẢ
ÔXY HÓA CỦA VỎ QUẢ CA CAO
(HELICTERES HIRSUTA L.)

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Văn Tặng

Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thị Bình
Giáo viên hướng dẫn: TS. Khổng Trung Thắng
Mã số sinh viên:
56130311
TS. Nguyễn Văn Tặng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thùy Trang

Khánh Hòa - 2019

BỘ GIÁOĐẠI
DỤC
VÀNHA
ĐÀOTRANG
TẠO
TRƯỜNG
HỌC

TRƯỜNG
ĐẠINGHỆ
HỌC NHA
TRANG
KHOA
CÔNG
THỰC
PHẨM
KHOA
CÔNG
NGHỆ
THỰC
PHẨM
BỘ
MÔN:
CÔNG
NGHỆ
THỰC
PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHƯƠNG PHÁP SẤY ĐẾN HOẠT CHẤT SINH HỌC VÀ KHẢ NĂNG
TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY HỖ TRỢ VI SÓNG
HÓA CỦAVÀ
RỄ CÂY
ANNĂNG
XOA CHỐNG
CHO HỢPCHỐNG
CHẤT ÔXY
SAPONINS
KHẢ
ÔXY HÓA CỦA VỎ QUẢ CA CAO
(HELICTERES HIRSUTA L.)

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Văn Tặng

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Bình

Mã số sinh viên:

56130311
GVHD:
TS. Khổng Trung Thắng
TS. Nguyễn Văn Tặng

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Trang

KhánhKhánh
Hòa, Hòa
tháng- 2018
7/2019
i


ii


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân em dưới sự hướng dẫn
khoa học của TS. Nguyễn Văn Tặng và TS. Khổng Trung Thắng. Các số liệu, kết quả
nêu trong đề tài là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kì công trình nào
khác. Em xin chịu trách nhiệm hoàn toàn nếu có bất kì sự gian dối nào.

Khánh Hòa, ngày 6 tháng 7 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Thùy Trang

iii


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban
Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm cùng toàn thể quý thầy cô giáo trong Khoa
Công nghệ Thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập và nghiên cứu tại
Trường trong những năm qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Văn Tặng và TS. Khổng
Trung Thắng đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ và truyền đạt cho em rất nhiều
kiến thức quý báu và kinh nghiệm thực tế để em hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này.
Em xin cảm ơn quý thầy cô thuộc Trung tâm Thí nghiệm-Thực hành đã luôn tạo điều
kiện tốt nhất để em hoàn thành đề tài.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè đã tạo
điều kiện, động viên cổ vũ tinh thần để em vượt qua mọi khó khăn trong suốt thời gian
vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 29 thánh 6 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Thùy Trang

iv


TÓM TẮT

Cây Cacao là một loại cây công nghiệp nhiệt đới cho hạt làm nguyên liệu sử dụng cho
ngành công nghiệp thực phẩm cụ thể là các sản phẩm cao cấp như Sôcôla, Cacao và tạo
ra mặt hàng suất khẩu nên cây có giá trị kinh tế cao, đang được ưa chuộng. Tại Việt
Nam cây Cacao thích hợp trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau như Duyên hải Nam
Trung Bộ, Miền Đông Nam Bộ, Đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy có giá
trị kinh tế cao, nhưng khi sản xuất các mặt hàng từ Cacao có rất nhiều phụ phẩm được

thải ra trong đó có vỏ quả Cacao. Nghiên cứu này được thiết kế để tối ưu hóa các thông
số chiết bằng phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng (MAE) để thu hàm lượng saponins
(SC), đồng thời đánh giá hiệu suất trích ly saponins (SEE), hàm lượng phenolics (TPC),
khả năng quét gốc tự do DPPH (DRSC), khả năng khử ion sắt (FRAP) cao nhất từ vỏ
quả Cacao. Đề tài được thực hiện với thiết kế Central Composite Design với 5 yếu tố
được thực hiện thông qua 31 thí nghiệm để làm rõ ảnh hưởng của nồng độ dung môi
(X1), công suất vi sóng (X2), thời gian chiếu xạ (X3), thời gian trích ly (X4) và tỷ lệ dung
môi/nguyên liệu (X5) đối với SC, SEE, TPC, DRSC, FRAP. Kết quả là đã xây dựng
được phương trình mô tả ảnh hưởng của các thông số MAE đến hàm mục tiêu là hàm
lượng saponins (SC), khả năng chống ôxy hóa DRSC từ vỏ quả Cacao.
YSC = 51.4 + 4.17X1 + 0.11X2 + 2.93X3 + 4.87X4 + 1.71X5 – 1.66X1X2 + 2.82 X1X3 +
2.99 X1X4 – 2.25 X1X5 – 2.12 X2X3 + 2.84 X2X4 + 1.04 X2X5 -1.76 X3X4 – 0.12 X3X5
+2.51 X4X5 – 4.42 X12 – 3.58 X22 – 7.38 X32 + 1.44 X42 + 3.22 X52
YDRSC = 117.3 – 6.91X1 – 1.59X2 + 7.98X3 + 11.64X4 - 3.17X5 - 1.53X1X2 + 5.26X1X3
+ 11.85X1X4 – 4.62X1X5 – 5.48X2X3 + 4.81X2X4 + 7.68X2X5 - 4.98X3X4 – 2.57X3X5 +
6.92X4X5 – 54.98X12 – 1.25X22 – 13.26X32 + 10.00X42 – 1.24X52
Kết quả nghiên cứu cũng đã đưa ra các thông số MAE tối ưu để đạt được SC, SEE,
TPC, khả năng quét gốc tự do DPPH, và khả năng khử ion sắt cao nhất là: Nồng độ
dung môi 85%, công suất vi sóng 600W, thời gian chiếu xạ 6s/phút, thời gian trích ly
40 phút, tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu 50 ml/g mẫu. Tại các thông số này, các hàm lượng
đo được là SC (69,9 mg EE/g chất khô), SEE (71,1 %), TPC (12,4 mg GAE/g chất
khô), DRSC (142,5 mg DPPH/g chất khô) và FRAP (27,9 mg Fe2+/g chất khô) cao
hơn các hàm lượng dự đoán từ mô hình SC (66,4 mg EE/g chất khô), SEE (68,3%),
v


TPC (11,8 mg GAE/g chất khô), DRSC (135,3 mg DPPH/g chất khô), FRAP (25,1 mg
Fe2+/g chất khô). Điều đó chứng tỏ mô hình tối ưu tương ứng với thức nghiệm. Vậy
các thông số MAE tối ưu được chọn là: Nồng độ dung môi 85%, công suất vi sóng
600W, thời gian chiếu xạ 6s/phút, thời gian trích ly 40 phút, tỷ lệ dung môi/ nguyên

liệu 50 ml/g mẫu để thực hiện cho các nghiên cứu sau.

vi


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ iii
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................iv
TÓM TẮT ......................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................x
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................xi
DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................... xiii
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1.Tổng quan về cây cacao và vỏ quả cacao ..............................................................3
1.1.1.Tổng quan về cây cacao [30] ................................................................................3
1.1.2.Vỏ quả cacao .........................................................................................................5
1.2.Tổng quan về saponins, hợp chất phenolic và các phương pháp đáng giá hoạt
tính chống ôxy hóa. ........................................................................................................5
1.2.1.Tổng quan về saponins .........................................................................................5
1.2.2.Hợp chất phenolic .................................................................................................8
1.2.3.Một số phương pháp đánh giá hoạt tính chống ôxy hóa...................................9
1.3. Giới thiệu các phương pháp trích ly ...................................................................12
1.3.1.Phương pháp trích ly truyền thống ..................................................................12
1.3.2.Phương pháp siêu âm .........................................................................................13
1.3.3.Phương pháp trích ly hiện đại ...........................................................................13
1.4.Phương pháp bề mặt đáp ứng ..............................................................................14
1.4.1.Nguyên tắc của RSM ..........................................................................................14
1.4.2.Công dụng của RSM [26] ...................................................................................15

1.4.3.Ưu, nhược điểm của RSM..................................................................................15
vii


CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................17
2.1. Đối tượng nghiên cứu và hóa chất phân tích .....................................................17
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................17
2.1.2. Hóa chất và thiết bị............................................................................................17
2.2. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................17
2.2.1. Bố trí thí nghiệm ................................................................................................17
2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định các chỉ tiêu hóa lý đánh giá chất lượng vỏ quả
Cacao khô và hiệu quả phương pháp chiết. ..............................................................19
2.2.3. Bố trí thí nghiệm xá định hàm lượng các hoạt chất sinh học và hiệu suất
chiết saponin của vỏ quả Cacao .................................................................................25
2.2.4. Bố trí thí nghiệm xác định khả năng chống ôxy-hóa của vỏ quả Cacao khô
thông qua khả năng quét gốc tự do DPPH (DRSC). ................................................27
2.3. Xử lý số liệu thực nghiệm.....................................................................................28
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................29
3.1.

Độ ẩm dư của nguyên liệu ................................................................................29

3.2.

Ảnh hưởng của các thông số trích ly hỗ trợ vi sóngđến hàm lượng saponins

tổng số, hiệu suất chiết saponins, hàm lượng phenolics và khả năng chống ôxy hóa
của mẫu vỏ Cacao ........................................................................................................29
3.2.1.Hàm lượng saponin ............................................................................................33
3.2.2.Hiệu suất chiết saponins .....................................................................................37

3.2.3.Hàm lượng phenolics ..........................................................................................40
3.2.4.Khả năng quét gốc tự do DPPH ........................................................................44
3.2.5.Khả năng chống ôxy hóa bằng phương pháp khử ion sắt(FRAP) .................47
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ..................................................52
4.1. Kết luận .................................................................................................................52
4.2. Đề xuất ý kiến........................................................................................................53
viii


TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................54
PHỤ LỤC .....................................................................................................................57
PHỤC LỤC 1: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG ĐỀ TÀI .........................................57
PHỤ LỤC 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................58
1.1.Xây dụng đường chuẩn escin................................................................................58
1.2.Xây dựng đường chuẩn acid gallic.......................................................................59
1.3.Xây dựng đường chuẩn DPPH .............................................................................59
1.4.Đường chuẩn FRAP ..............................................................................................60
PHỤ LỤC 3: XỬ LÝ SỐ LIỆU SBSS ........................................................................62

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MAE: Microwave-asisted extraction
RSM: Respone surface methodology
3D: Three-dimensional
SC: Saponins content
TPC: Total phenolic content
SEE: Saponins extraction efficiency

DPPH: 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl
FRAP: Ferric Reducing Antioxydant Power
GAE: Gallic acid equivalent
EE: Escin equivalent
UV-VIS: Ultraviolet-visible spectroscopy
DRSC: DPPH radical-scavenging capacity

x


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cây Cacao ........................................................................................................3
Hình 1.2: cấu tạo của saponins ........................................................................................6
Hình 1.3: DDPH (1,1-dihenyl-2-picrylhydrazyl) ..........................................................10
Hình 1.4: Phản ứng của DPPH ......................................................................................10
Hình 1.5: Phản ứng khử ion sắt .....................................................................................12
Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................................18
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm trích ly mẫu khô.......................................................21
Hình 3.1: Mô hình bề mặt đáp ứng sự ảnh hưởng của các yếu tố tới hàm lượng saponins
(SC), hiệu suất trích ly saponins, hàm lượng phenolics (TPC) và khả năng chống ôxy
hóa của dịch chiết ở điều kiện tối ưu. ............................................................................33
Hình 3.2: Ảnh hưởng của điều kiện trích ly khác nhau đến hàm lượng saponins (p ˂ 0.05)
.......................................................................................................................................34
Hình 3.3: Mối quan hệ giữa SC dự đoán và SC đo được từ thiết kế Central Composite
Design ............................................................................................................................34
Hình 3.4: Ảnh hưởng của công suất và nồng độ dung môi đến hàm lượng saponins trên
mô hình 3D ....................................................................................................................35
Hình 3.5: Ảnh hưởng của điều kiện chiết trích ly khác nhau đến hiệu suất chiết saponins
(p ˂ 0.05) .......................................................................................................................37

Hình 3.6: Mối quan hệ giữa SEE dự đoán và SEE đo được từ thiết kế Central Composite
Design ............................................................................................................................38
Hình 3.7: Ảnh hưởng của công suất và nồng độ dung môi đến hiệu suất chiết saponins
trên mô hình 3D .............................................................................................................38
Hình 3.8: Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly khác nhau đến hàm lương phenolics (p
˂ 0.05) ...........................................................................................................................40
Hình 3.9: Mối quan hệ giữa TPC dự đoán và TPC đo được từ thiết kế Central Composite
Design ............................................................................................................................41
Hình 3.10: Ảnh hưởng nồng độ dung môi và công suất đến hàm phenolics của vỏ quả
cacao trên mô hình 3D ...................................................................................................42
Hình 3.11. : Ảnh hưởng của điều kiện chiết trích ly khác nhau đến khả năng quét gốc tự
do DPPH của dịch chiết từ vỏ quả Cacao......................................................................44
Hình 3.12: Ảnh hưởng của công suất và nồng độ dung môi đến khả năng quét gốc tự do
DPPH trên mô hình 3D.................................................................................................45
Hình 3.13: Mối quan hệ giữa khả năng quét gốc tự do DPPH dự đoán và đo được từ thiết
kế Central Composite Design ........................................................................................45
xi


Hình 3.14. Ảnh hưởng của các điều kiện trích ly khác nhau đến khả năng khử ion sắt
của dich chiết từ vỏ quả Cacao (p ˂ 0.05) ....................................................................48
Hình 3.15: Mối quan hệ giữa khả năng khử ion sắt dự đoán và đo được từ thiết kế Central
Composite Design .........................................................................................................48
Hình 3.16: Ảnh hưởng của nồng độ dung môi và công suất đến khả năng chống ôxy hóa
trên mô hình 3D .............................................................................................................49

xii


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của vỏ quả Cacao...........................................................5
Bảng 2.1: Các yếu tố độc lập và mức độ của chúng cho thiết kế Central Composite
Design ............................................................................................................................23
Bảng 2.3: Bảng thiết kế thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số chiết hỗ trợ vi sóng tới
hàm lượng saponin, hiệu suất chiết xuất saponin và khả năng chống ôxy hóa của vỏ
cacao từ thiết kế Central Composite Design .................................................................23
Bảng 3.1: Độ ẩm dư, hàm lượng chất khô của vỏ quả cacao ........................................29
Bảng 3.2: Giá trị đo được (Mea.) của hàm lượng saponins tổng số, hiệu suất chiết
saponins, hàm lượng phenolics và khả năng chống ôxy hóa của dịch chiết vỏ quả Cacao
từ thiết kế Central Composite Design và ở điều kiện chiết tối ưu (validation) .............29
Bảng 3.3: Bảng hệ số hồi quy của các thông số từ mô hình .........................................31

xiii


PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay ngành Y học thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang không ngừng phát
triển, đặc biệt là lĩnh vực thực phẩm chức năng. Thực phẩm chức năng là các sản phẩm
có nguồn gốc tự nhiên hoặc các thực phẩm trong quá trình chế biến được bổ sung thêm
các chất chức năng. Cũng như thực phẩm thuốc, thực phẩm chức năng nằm ở nơi giao
thoa giữa thực phẩm và thuốc và người ta gọi thực phẩm chức năng là thực phẩm thuốc.
Sở dĩ thực phẩm chức năng có khả năng hỗ trợ điều trị bệnh và phòng ngừa bệnh vì nó
có khả năng hồi phục tất cả các cấu trúc tế bào trong cơ thể đang bị tổn thương. Theo
Viện Khoa học và Đời sống quốc tế (International Life Science Institute – ILSI) thì thực
phẩm chức năng là thực phẩm có lợi cho một hay nhiều hoạt động cơ thể như cải thiện
tình trạng sức khỏe và làm giảm nguy cơ mắc bệnh hơn là giá trị dinh dưỡng mà nó
mang lại [28].
Thực phẩm chức năng đã được chứng minh có tác dụng tốt trong việc hỗ trợ và điều trị

ung thư, phòng chống ung thư. Trong tự nhiên, các hợp chất sinh học có rất nhiều trong
động vật, thực vật,....Tuy nhiên hợp chất sinh học có nguồn gốc từ thực vật rất phong
phú và đa dạng. Từ trước con người đã biết dùng các cây cỏ trong tự nhiên để làm thuốc
chữa bệnh. Mặc khác, theo ghi nhận của Phạm Hoàng Hộ (1999) có khoảng 10.500 loài
thực vật bậc cao có mạch và dự đoán có đến 12.000 loài; trong đó, số loài cây có thể sử
dụng làm thuốc chiếm 36%. Theo kết quả điều tra của Viện Dược liệu, Bộ y tế đã xác
định Việt Nam có 3.948 loài cây thuốc. Đồng thời, Việt Nam còn là quốc gia đa dạng
về văn hóa với 54 dân tộc sinh sống khắp lãnh thổ. Mỗi dân tộc khác nhau có nguồn tri
thức và hiểu biết khác nhau về cách sử dụng các loài thực vật khác nhau để làm thuốc.
Với mức độ đa dạng về hệ thực vật và văn hóa dân tộc, chúng ta đang được kế thừa một
kho tàng tài nguyên thực vật có thể điều chế thuốc cho công tác chăm sóc sức khỏe cộng
đồng và phát triển kinh tế [29].
Hiện nay, trong ngành sản xuất các loại thực phẩm từ thực vật đang phát triền. Tuy nhiên
các phế phẩm được thải ra từ các quá trình chế biến này chưa được tận dụng nhiều, trong
đó có vỏ quả Cacao. Vỏ Cacao là phế phẩm được thải ra trong quá trình sản xuất các
sản phẩm từ hạt Cacao. Hiện nay đã có một số nghiên cứu sử dụng vỏ Cacao để làm

1


phân bón và thức ăn cho gia súc. Tuy nhiên trong vỏ quả Cacao có chứa các hợp chất
sinh học có giá trị cao nhưng chưa được quan tâm tới.
Bên cạnh đó việc tìm kiếm các phương pháp chiết các hợp chất sinh học cũng vô cũng
quan trọng. Với những ưu điểm vượt trội của phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng như
rút ngắn thời gian chiết, dịch chiết ra có mùi thơm tự nhiên, hiệu suất thu hồi hợp chất
cao…. Do đó phương pháp trích ly đã được hỗ trợ trong thực hiện nghiên cứu này.
Xuất phát từ những thực tế trên, chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu: “Tối ưu hóa
điều kiện trích ly hỗ trợ vi sóng cho hợp chất saponins và khả năng chống ôxy hóa
từ vỏ quả Cacao”.
Mục tiêu của đề tài

 Xác định được ảnh hưởng của các thông số trích ly hỗ trợ vi sóng (nồng độ dung
môi, công suất vi sóng, thời gian chiếu xạ, thời gian chiết, tỷ lệ dung môi/nguyên
liệu) đến hoạt chất sinh học và khả năng chống ôxy-hóa của vỏ quả Cacao.
 Xác định được điều kiện chiết tối ưu để chiết tách các hoạt chất sinh học từ vỏ
quả Cacao.
Nội dung nghiên cứu
 Xây dựng mô hình và thiết kế thí nghiệm.
 Tiến hành thí nghiệm theo điều kiện thiết kế.
 Xác định và hiệu chỉnh điều kiện chiết tối ưu.
Ý nghĩa khoa học của đề tài: Đề tài tìm ra được điều kiện tối ưu để chiết các hoạt chất
sinh học từ vỏ qua Cacao nhằm giảm các tổn thất về hàm lượng các hoạt chất sinh học.
Bên cạnh đó có thể hạn chế mức năng lượng cần dùng, tránh hao hụt hóa chất và chi
phí. Đồng thời, kết quả của đề tài là dữ liệu khoa học tham khảo cho sinh viên, các nhà
nghiên cứu và sản xuất quan tâm đến ảnh hưởng của điều kiện chiết đến hoạt chất sinh
học từ vỏ quả Cacao.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
 Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ làm cơ sở để tách chiết các hoạt chất sinh học
chống ôxy hóa cao, ứng dụng vào ngành dược phẩm, công nghệ thực phẩm.
 Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc nghiên cứu khai thác tận dụng vỏ
Cacao ở các vùng sản xuất Cacao.
2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1.

Tổng quan về cây Cacao và vỏ quả Cacao

1.1.1. Tổng quan về cây Cacao [30]

a.

Giới thiệu về cây Cacao

Hình 1.1. Cây Cacao
Cây Cacao có nguồn gốc từ Trung Mỹ và Mexico, được những người Aztec và Maya
bản xứ khám phá, được phát hiện cách đây khoảng 3000 năm. Loài cây này được cho
rằng bắt nguồn từ những cánh rừng mưa Amazone nhưng ngày nay hầu hết những nước
nhiệt đới đều có thể trồng cây này. Hơn 2000 năm trước, cây Cacao đã trở thành một
phần không thể thiếu trong cuộc sống của những người dân vùng Châu Mĩ Latin.
Ở Việt Nam cây Cacao được du nhập rất sớm, theo chân các nhà truyền giáo phương
Tây. Hiện tại, cây đã được trồng rộng rãi ở nhiều nơi, vùng Tây Nguyên vẫn được đánh
giá là có điều kiện lý tưởng nhất cho phát triển cây Cacao.
Hiện nay có thể phân ra thành ba nhóm chính sau đây:
 Forastero: chiếm tỷ lệ hơn 80% tổng sản lượng Cacao trên thế giới. Cacao thuộc dòng
Forastero cho năng suất cao, khả năng kháng bệnh tốt nhưng cho hạt có chất lượng
trung bình.

3


 Criollo: đây là dòng Cacao cho chất lượng hương vị của các sản phẩm chế biến tốt nhất.
Tuy nhiên, Criollo rất khó trồng vì khả năng kháng bệnh kém và năng suất thấp. Hiện
nay, cacao thuộc dòng Criollo chỉ chiếm 5% tổng sản lượng cacao của thế giới.
 Trinitario: đây là dòng cacao được xác định là do lai giữa dòng Criollo và Forastero.
Nó mang các thuộc tính trung gian của hai dòng nói trên. Cacao thuộc dòng này chủ yếu
được trồng ở Nam Mỹ.
b. Đặc điểm hình thái cây Cacao
Cây Cacao là loại cây có tán thuộc tầng trung bình, sống dưới tán những cây cổ thụ,
chiều cao của cây có thể cao tới 11m, rễ cacao thuộc dạng rễ chùm nên không ăn sâu

vào lòng đất. Loại đất thích hợp nhất cho cây cacao là mùn xốp. Cây Cacao có thể sống
tới 15-20 năm, sau ba năm cây bắt đầu ra hoa, kết trái và cho trái quanh năm. Trái Cacao
đâm ra trực tiếp từ thân cây Cacao hoặc những cành lớn. Cây Cacao cho sản lượng lớn
nhất từ 9-10 năm tuổi, cây mang lại khoảng 20-30 trái/năm, năm được mùa sản lượng
cao nhất lên đến 50 trái/năm. Trái Cacao khi chưa chín có màu xanh, khi chín trái có
màu vàng, dáng bầu dục thuôn dài, có chiều dài khoảng 15-25cm.
c. Tình hình sản xuất cacao nước ta hiện nay
Cây Cacao được đưa vào nước ta lần đầu tiên vào năm 1945. Tuy nhiên, thời gian đầu
nó không được chú trọng bởi vì không tìm được đầu ra hợp lý cho hạt Cacao. Từ năm
2004, nước ta đã có chương trình phát triển 50.000ha cacao đến năm 2020, trong đó diện
tích cây cho trái là 42.000ha với năng suất trung bình 1,2 tấn/ha. Từ khi có chủ trương
của Nhà nước, diện tích trồng cây Cacao tăng từ 1.218 ha (năm 2004) lên trên 20.000ha
(năm 2011), thu hút tổng số nông dân tham gia khoảng 35.000 người.
Hiện nay, nước ta cây Cacao được trồng ở nhiều nơi và Tây Nguyên được đánh giá là
vùng có điều kiện tốt nhất để trồng Cacao và hiện nay nơi đây có sản lượng cacao cao
nhất cả nước.
Theo Cục Trồng Trọt năm 2016, diện tích Cacao nước ta tiếp tục giảm, đến nay chỉ còn
khoảng 10.072ha, giảm hơn 1000ha so với cuối năm 2015. Tuy nhiên, sản lượng cacao
lại tăng lên nhờ tăng năng suất bình quân. Cụ thể, năng suất bình quân năm 2016 là 0,97
tấn hạt khô/ha (tăng 0,13 tấn/ha so năm 2015), sản lượng 7.372 tấn (tăng 595 tấn). Trong
năm 2016 cacao Việt Nam đã được Hội đồng Cacao quốc tế xếp vào danh sách 23 nước
có cacao hương vị tốt trong tổng số khoảng 60 quốc gia trên thế giới có sản xuất cacao.
Tuy nhiên so với phần lớn các nước trong danh sách, thì tỷ lệ hương vị tốt của cacao
4


Việt Nam còn khá khiêm tốn, có tới 10 nước 100% cacao hương vị tốt, nhiều nước đạt
tỷ lệ từ 75-95%, còn lại một số nước có tỷ lệ cacao hương vị ngang bằng, cao hơn hoặc
thấp hơn một chút với Việt Nam, như Belize 50%, Panama 50%, Dominican Republic
40% (Báo Nông nghiệp Việt Nam đưa tin).

1.1.2. Vỏ quả Cacao
a. Thực trạng sử dụng vỏ Cacao
Vỏ trái cacao là một phụ phẩm của cây cacao, tuy nhiên với trọng lượng bằng 60% trọng
lượng của trái nên năng suất của loại phụ phẩm này rất lớn từ 5.4 – 8.1 tấn /ha/năm.
Hiện nay, sau khi thu hoạch lấy hạt để chế biến thì phần vỏ trái này một phần nhỏ được
đem phơi khô để đốt phần lớn còn lại bị vứt bỏ xuống sông, hoặc vứt trở lại gốc cây
cacao cho phân hủy tự nhiên và trở thành nguồn gây ô nhiễm môi trường rất lớn. Hiện
nay người dân trồng cacao đang lúng túng trong việc xử lý lượng vỏ thừa này. Chính vì
thế vấn đề nghiên cứu xử lý, tận dụng vỏ cacao là rất cấp thiết hiện nay
b. Thành phần hóa học của vỏ Cacao

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của vỏ quả Cacao
Hàm lượng

Thành phần

1.2.

Độ ẩm

10.0

Chất béo

3.0

Protein

13.5

Chất sơ

16.5

Tanin

9.0

Pentosan

6.0

Tro

6.5

Theobromin

0.75

Tổng quan về saponins, hợp chất phenolics và các phương pháp đáng giá

hoạt tính chống ôxy hóa.
1.2.1. Tổng quan về saponins
5


1.2.1.1.

Khái niệm và cấu tạo của saponins

Khái niệm: Saponin là một Glycosyd tự nhiên thường gặp trong nhiều loài thực vật. Tiền
tố latinh sapo có nghĩa là xà phòng; và thực tế thường gặp từ "saponification" có nghĩa
là sự xà phòng hóa trong cả tiếng Anh và tiếng Pháp.
Cấu tạo: Saponin được cấu tạo từ sapogenin và phần đường. Phần đường có thể gồm
một hay một số phân tử monose (thường là D-Glucoza, D-Galactoza, L-Arabioza, LRammoza) thông qua liên kết glucosid [23]

Hình 1.2: cấu tạo của saponins
1.2.1.2.

Phân loại saponins

Có hai loại saponins, đó là saponins acid (triterpenoid saponin) và saponins trung tính
(steroid saponin). Saponins acid có chủ yếu ở thực vật gieo trồng, saponins trung tính
có chủ yếu ở thực vậy hoang dại đặc biệt là trong thảo dược.
Dựa trên bộ khung carbon, kết hợp với con đường sinh tổng hợp ra triterpenes và steroid,
Jean-Paul Vincken và cộng sự đã chia thành 11 lớp saponin khác nhau bao gồm:
dammaranes, tirucallanes, lupanes, hopanes, oleananes, taraxasteranes, ursanes,
cycloartanes, lanostanes, cucurbitanes và steroids [12].
1.2.1.3.

Các tính chất của saponins

Dưới tác dụng của enzym có trong thực vật hay vi khuẩn hoặc do axít loãng, saponin bị
thuỷ phân thành các phần gồm genin gọi là sapogenin và phần đường gồm một hoặc
nhiều phân tử đường. Các đường phổ biến là D-glucoza, D-galactoza, L-arabinoza, axít
galactunoic, axít D-glucuronic... Phần genin có thể có cấu trúc cholan như

6

sapogeninsteroi hoặc sapogenintritecpen dạng β-amirin (axít olenoic), dạng α-amirin
(axít asiatic), dạng lupol (axit buletinie) hoặc tritecpen bốn vòng.
Saponin có loại axít, trung tính hoặc kiềm. Trong đó, triterpenoit saponin thường là trung
tính hoặc axít (phân tử có nhóm –COOH). Steroit saponin nhóm spirostan và furostan
thuộc loại trung tính còn nhóm glicoancaloit thuộc loại kiềm [9].
1.2.1.4.

Hoạt tính sinh học của hợp chất saponins

Khả năng chống ung thư: Saponin thông thường có trong thực vật và thường có nhiều
trong rễ, thân, lá, hoa và hạt. Cụ thể hơn, hợp chất này được ghi nhận là có trong hơn
100 họ thực vật và có ít nhất 150 saponin tự nhiên được cho là có khả năng kháng ung
thư (anti-cancer) [21]. Một số saponin đặc biệt với khả năng kháng u mạnh như
ginsenoside thuộc loại dammarane đã cho thấy khả năng ức chế hình thành khối u bằng
cách kìm giữ một số thành phần như các tế bào nội mô mạch máu và ngăn cản sự neo
bám, xâm lấn và di căn của các tế bào khối u. Dioscin là 1 thành phần loại steroid cũng
được nghiên cứu sâu với khả năng kháng khối u thông qua ngăn cản chu trình tế bào và
apoptosis. Nhiều phân tử quan trọng khác thuộc về oleanane saponin như avicin,
platycodon, sailosaponin, soysaponin cùng với tubeimosides cũng cho thấy vai trò quan
trọng của mình [21].
Các nghiên cứu hiện đại cho thấy saponin có khả năng kháng khối u trên nhiều dòng tế
bào ung thư như LA795, MCF7 và MDA-MB-231 [10]. Vài loại saponin ức chế sự phát
triển của tế bào khối u thông qua việc làm dừng chu trình và kích thích apoptosis với giá
trị IC50 khoảng 2,5 µM đến 5 µM [10]. Đối với động vật, một số saponin được nghiên
cứu có giá trị LD50 khác nhau như polyphyllin D thuộc loại steroid có giá trị LD50 là
2,73 mg/kg [10], hay saponin tách chiết từ Citrullus colocynthis có giá trị LD50 là 200
mg/kg [7]. Trong khi đó, saponin kết hợp điều trị trong các liệu pháp kháng u cho kết
quả cải thiện hơn rất nhiều.
Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và kháng virut:

Năm 1965, Tschesche và Wulff đã nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, nấm của
asiaticoside trên 07 loại vi sinh vật khác nhau: Kết quả cho thấy asiaticoside có khả
năng kháng Pseudomonas pyocyaneus và Trichoderma mentagrophytes ở nồng độ là
1000µg asiaticosid/ml canh trường. Năm 2009, M.Obayed Ullah và cộng sự đã thử
nghiệm khả năng kháng khuẩn, kháng nấm trên 16 chủng khác nhau bao gồm: Bacillus
cereus, Bacillus megaterium, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Candida
7


albicans, Aspergillus niger … Kết quả cho thấy dịch chiết Saponin triterpen từ rau má
đều có khả năng kháng 16 loài trên ở nồng độ từ 300 – 5000 µg/ml [11]. Năm 1989,
Zheng và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của dịch chiết asiaticosid từ rau má lên
HSV-2 (Herpes simplex virus) là loại vi rút gây viêm màng não, kết quả cho thấy
asiaticosid có khả năng chống lại hoạt động của HSV-2 [7]. Theo Giáo sư, Dược sỹ
Bửu Hội, Rakoto Ratsimamanga và Boiteau, Rau má chứa một glycoside gọi là
asiaticosid với công thức C55H88O23. Chất glycoside này có tinh thể tan trong rượu, độ
nóng chảy 230 – 233 C, có thể cho dẫn xuất tan trong nước gọi là oxyasiaticoside có
tác dụng điều trị được bệnh lao.
Khả năng sản sinh collagen: Năm 1978, Poizot và Dumez đã nghiên cứu ảnh hưởng của
hỗn hợp asiaticosides lên da, thử nghiệm được tiến hành trên chuột và thỏ. Kết quả cho
thấy hỗn hợp asiaticosides góp phần làm mau liền vết thương. Theo nghiên cứu của các
nhóm Bonte (1994, 1995), Tenni (1988) và Maquart (1990) từ các dịch chiết Saponin
triterpen cho thấy có tác động mạnh mẽ lên việc duy trì làn da khỏe mạnh và ngăn chặn
có hiệu quả hiện tượng lão hóa: Asiaticosid và madecassosid, cả hai triterpen này đều
có khung ursenoic và đều có tính kích thích fibroblast tiết ra collagel trả lại đầy đặn và
săn chắc cho da. Bonte cho biết cả asiaticosid và madecassosid đều kích thích sự hình
thành collagen I, trong khi đó một mình madecassosid chỉ giúp tiết ra loại collagen III.
Maquart sử dụng công thức gồm 30% acid asiatic, 30% acid madecassic và 40%
asiaticosid, kết quả nghiên cứu của ông và đồng nghiệp cho thấy cả 3 hoạt chất đều tạo
ra gian bào (làm cho da đầy đặn và nõn nà, bóng bẩy), nhưng chỉ một mình acid asiatic

có khả năng kích thích fibroblast tiết ra collagen (làm cho da có khả năng đàn hồi tốt,
không thể xảy ra hiện tượng gấp nếp và chảy nhão) [5] [17].
Giảm hàm lượng cholesterol: Saponin ràng buộc với muối mật và cholesterol trong
đường ruột. Muối mật hình thành các mixen nhỏ với cholesterol tạo thuận lợi cho sự hấp
thụ của nó. Saponin gây giảm cholesterol trong máu bằng cách ngăn chặn tái hấp thu
của nó.
1.2.2. Hợp chất phenolics
1.2.2.1.

Giới thiệu về hợp chất phenolics [22]

Các hợp chất phenolic là các hợp chất có chứa một hoặc nhiều vòng thơm với một hoặc
nhiều nhóm hydroxy. Chúng được phân bố rộng rãi trong giới thực vật và là các sản
8


phẩm trao đổi chất phong phú của thực vật. Hơn 8000 cấu trúc phenolic đã được tìm
thấy từ các phân tử đơn giản như các axid phenolic đến các chất polyme như tanin.
Các hợp chất phenolic thực vật có tác dụng chống lại bức xạ cực tím hoặc ngăn chặn
các tác nhân gây bệnh, ký sinh trùng và động vật ăn thịt, cũng như làm tăng các màu sắc
của thực vật. Chúng có ở khắp các bộ phận của cây và vì vậy chúng cũng là một phần
không thể thiếu trong chế độ ăn uống của con người.
1.2.2.2.

Phân loại các hợp chất phenolics

Các hợp chất phenolic có cấu trúc rất đa dạng và có thể được chia thành mười nhóm
chính. Các hợp chất thực vật bao gồm: các stilben, các lignan, các axit phenolic, các
flavonoid và các tanin.
1.2.2.3.

Hoạt tính sinh học của hợp chất phenolics

Do sự phân bố rộng rãi, các polyphenol có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người
nên chế độ ăn uống dinh dưỡng được chú ý trong những năm gần đây. Các nhà nghiên
cứu và các nhà sản xuất thực phẩm đã tập trung vào các polyphenol có đặc tính chống
ôxy hóa mạnh trong chế độ ăn uống, các hiệu ứng đáng tin cậy của chúng trong việc
phòng ngừa những chứng bện căng thẳng ôxy hóa liên quan. Theo nghiên cứu dịch tễ
học hấp thụ các hợp chất phenoluc sữ giảm được nguy cơ mắc bệnh tim mạch ngăn ngừa
được bệnh ung thư. Hơn nữa các polyphenol còn có tác dụng sinh lý học cụ thể trong
việc ngăn ngừa và điều trị bệnh.
1.2.3. Một số phương pháp đánh giá hoạt tính chống ôxy hóa
1.2.3.1.

Đánh giá hoạt tính chống ôxy hóa dựa vào khả năng khử gốc tự do

DPPH [16]
Hiện nay có rất nhiều phương pháp thử hoạt tính chống ôxy hóa: oxigen radical
absorbane capacity (ORAC), Total radical-trapping antioxidant parameter (TRAP),
ferrie reducing antioxidant power assay (FRAP), 1,1 diphenyl -2-picrylhydrazyl radical
scavenging (DPPH),… Tuy nhiên, ở đây chúng tôi chọn phương pháp thử hoạt tính
chống ôxy hóa DPPH vì những ưu điểm của nó so với các phương pháp khác như sau:
- Phương pháp đơn giản, thiết bị yêu cầu không quá phức tạp.
- Tiến hành nhanh chóng.
9


- Thích hợp nhiều tác nhân chống ôxy hóa. Ngoài ra, nó còn được dùng đo tính chống
ôxy hóa cho các sản phẩm thực phẩm.
Marsden Blois là người đầu tiên đặt nền móng cho phương pháp DPPH cách đây gần

50 năm (1958), ở thí nghiệm đầu tiên Blois đã thử hoạt tính chống ôxy hóa của amino
axit cystein bằng cách dùng DPPH chuẩn độ nó rồi đo độ hấp thu theo thời gian ở bước
sóng 517nm.
Tên

khoa

học

của

DPPH

là

1,1

diphenyl

-2-picrylhydrazyl

(2,2

diphenylpicrylhydrazyl), là gốc tự do bền, màu tím, phân tử không bị dime hóa như một
số gốc tự do khác.

Hình 1.3: DDPH (1,1-dihenyl-2-picrylhydrazyl)
Khi DPPH phản ứng với chất có khả năng cho nguyên tử H, nó sẽ chuyển về dạng khử
có màu vàng nhạt (màu của nhóm picryl). Phản ứng được thực hiện như sau:

Hình 1.4: Phản ứng của DPPH
Nguyên tắc hoạt động gốc tự do DPPH. DPPH là một gốc tự do bền, dung dịch có màu
tím, bước sóng cực đại hấp thu tại 517nm. Các chất có khả năng kháng ôxy hóa sẽ trung
hòa gốc DPPH bằng cách cho hydrogen, làm giảm độ hấp thu tại bước sóng cực đại và
màu của dung dịch phản ứng sẽ nhạt dần, chuyển từ tím sang vàng nhạt.
10


Hoạt tính chống ôxy hóa của một chất được xác định bằng phương pháp đo phổ UV, sử
dụng thuốc thử là DPPH.
Phản ứng được tiến hành dựa theo trên nguyên lý: DPPH có khả năng tạo ra các gốc tự
do bền trong dung dịch EtOH bão hoà. Khi cho các chất thử nghiệm vào hỗn hợp này,
nếu chất có khả năng làm trung hoà hoặc bao vây các gốc tự do sẽ làm giảm cường độ
hấp phụ ánh sáng của các gốc tự do DPPH. Hoạt tính chống oxi hoá được đánh giá thông
qua giá trị hấp phụ ánh sáng của dịch thí nghiệm so với đối chứng khi đọc trên máy so
màu ở bước sóng 517nm.
1.2.3.2.

Phương pháp FRAP (Ferric Reducing Antioxydant Power): Khả

năng ôxy hóa bằng phương pháp khử sắt
Nguyên tắc xác định hoạt tính chống ôxy hóa của phương pháp này là dựa trên khả năng
của các chất chống ôxy hóa trong việc khử phức Fe3+-TPTZ [2,4,6-Tripyridyls-triazine
(TPTZ)] (màu tía) thành phức Fe2+- TPTZ (màu xanh) ở pH thấp. Khi đó, sự tăng cường
mức độ màu xanh tỷ lệ với hàm lượng chất chống ôxy hóa có trong nguyên liệu. Mức
độ tăng cường độ màu này được đo ở bước sóng 593 nm trong sự so sánh màu với chất
chuẩn là dung dịch FeSO4 hay BHT (Butylated hydroxy toluene).
Khi cho phức Fe3+ - TPTZ vào môi trường chứa chất chống ôxy hóa, các chất chống
ôxy hóa sẽ nhường điện tử cho phức này và sinh ra Fe2+ - TPTZ. Tác động chống ôxy
hóa được đánh giá bởi sự tăng cường độ màu của phức Fe2+- TPTZ. Kết quả tính toán

là mmol Fe2+/g chất khô. Do đó, khi kết quả tính toán ra đạt giá trị lớn thì có thể kết
luận rằng trong môi trường phản ứng, số lượng các phân tử có thể nhường điện tử lớn.
Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn là đúng vì một phân tử chất chống ôxy hóa có
khả năng khử nhiều phức Fe3+ - TPTZ cùng lúc. Đây cũng là một hạn chế của phương
pháp [2, 13].

11