Xemtailieu Tải về Nghiên cứu công nghệ sản xuất một số thực phẩm chức năng và chế phẩm saponin từ cây rau má phục vụ cho công nghiệp dược phẩm
BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ––––––––––––––––––––––––––––––– BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI R-D CẤP BỘ MÃ SỐ: 84.08/RD Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG VÀ CHẾ PHẨM SAPONIN TỪ CÂY RAU MÁ PHỤC VỤ CHO CÔNG NGHIỆP DƯỢC PHẨM” Chủ nhiệm Đề tài: ThS. Đỗ Thị Thanh Huyền Cán bộ tham gia thực hiện: 1. TS. Trịnh Thị Kim Vân 2. PGS. TS. Nguyễn Thị Hoài Trâm 3. KS. Chu Thắng 4. ThS. Đỗ Thị Thủy Lê 5. ThS. Phạm Đức Toàn 7311 23/4/2009 Hà Nội, 12-2008 DANH MỤC VIẾT TẮT AMG Enzim amyloglucosidase BuOH Butanol EtOH Ethanol MD/HLCK Maltodextrin/Hàm lượng chất khô TLC Thin Layer Chomatography – Sắc ký bản mỏng TBA 2-Thiobarbituric acid MỤC LỤC Trang KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT 1 1. TỔNG QUAN 2 1.1 Cở sở pháp lý/xuất xứ của đề tài 2 1.2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.3 Nội dung nghiên cứu 2 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2 1.4.1 Giới thiệu chung về rau má 2 1.4.1.1 Đặc điểm 3 1.4.1.2 Thành phần, cấu trúc và tính chất của một số hoạt chất trong rau má 5 1.4.1.3 Tác dụng của rau má 6 1.4.2 Giới thiệu về saponin 8 1.4.2.1 Cấu trúc, tính chất của saponin 8 1.4.2.1.1 Cấu trúc 8 1.4.2.1.2 Tính chất 10 1.4.2.2 Các nguồn saponin có trong tự nhiên 12 1.4.2.3 Ứng dụng của saponin 13 1.4.2.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm 14 1.4.2.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm 14 1.4.2.3.3 Ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm 14 1.4.2.3.4 Ứng dụng trong y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng 15 1.4.2.3.5 Ứng dụng trong nông nghiệp 16 1.4.2.3.6 Ứng dụng trong các ngành khác 16 1.4.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất saponin từ rau má 17 1.4.3.1 Trên thế giới 17 1.4.3.2 Việt Nam 18 1.4.4 Công nghệ thu nhận và tách chiết saponin 19 1.4.4.1 Giới thiệu chung 19 1.4.4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết suất 20 1.4.4.2.1 Nguyên liệu 20 1.4.4.2.1 Dung môi 20 1.4.4.2.1 Yếu tố kỹ thuật 20 1.4.4.3 Tinh sạch saponin 21 1.5 Công nghệ sản xuất cháo ăn liền và đồ uống tan nhanh 21 1.5.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cháo ăn liền 21 1.5.2 Công nghệ ép nổ cao áp 22 1.5.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất đồ uống tan nhanh 24 2 THỰC NGHIỆM 25 2.1 Phương pháp tiển hành nghiên cứu 25 2.1.1 Phương pháp xác định độ ẩm nguyên liệu 25 2.1.2 Phương pháp xác định hàm lượng tinh bột 25 2.1.3 Phương pháp xác định hàm lượng saponin 26 2.1.4 Phương pháp xác định hàm lượng chất chống oxy hóa 26 2.1.5 Phương pháp sắc ký bản mỏng TLC 26 2.1.6 Phương pháp xác định độ nhớt 27 2.1.7 Phương pháp xác định độ nở 27 2.2 Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu 27 2.2.1 Nguyên vật liệu 27 2.2.2 Các loại hóa chất 27 2.2.3 Thiết bị nghiên cứu 27 2.3 Kết quả và thảo luận 28 2.3.1 Nghiên cứu khảo sát, xác định vùng, nguồn nguyên liệu, thành phần các chất có trong rau má 28 2.3.1.1 Nghiên cứu khảo sát, xác định vùng nguyên liệu rau má 28 2.3.1.2 Nghiên cứu khảo sát, xác định chủng loại rau má 28 2.3.1.3 Nghiên cứu xác định hàm lượng saponin có trong các thành phần của cây rau má Phân tích thành phần rau má 29 2.3.2 Nghiên cứu công nghệ tách chiết, trích ly saponin từ rau má 32 2.3.2.1 Xác định kích thước nguyên liệu thích hợp 32 2.3.1.4 30 2.3.2.2 Nghiên cứu lựa chọn dung môi thích hợp 32 2.3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung môi đến quá trình trích ly 33 2.3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu : dung môi đến quá trình trích ly saponin 34 2.3.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của số lần trích ly đến quá trình trích ly saponin 35 2.3.2.6 Ảnh hưởng của phương pháp trích ly 36 2.3.2.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trích ly saponin 37 2.3.2.8 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trích ly saponin 38 2.3.3 Nghiên cứu thu nhận và tinh chế saponin 39 2.3.3.1 Nghiên cứu tinh sạch bắng dung môi 39 2.3.3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn dung môi cho quá trình tinh chế 39 2.3.3.1.2 Nghiên cứu xác định tỷ lệ n-butanol thích hợp 40 2.3.3.2 Nghiên cứu nâng cao độ tinh sạch saponin bằng dung môi aceton 40 2.3.3.3 Nghiên cứu tạo sản phẩm saponin 43 2.3.3.3.1 Nghiên cứu tạo sản phẩm saponin bằng phương pháp sấy phun 43 2.3.3.3.2 Tạo sản phẩm saponin dạng bột bằng phương pháp sấy đông khô 46 2.3.4 Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất một số loại thực phẩm chức năng ăn nhanh sử dụng hoạt chất saponin từ cây rau má 50 2.3.4.1 Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất cháo ăn liền chức năng sử dụng hoạt chất saponin từ cây rau má 50 2.3.4.1.1 Lựa chọn công nghệ sản xuất cháo ăn liền thông thường 50 2.3.4.1.2 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất cháo ăn liền chức năng có bổ sung saponintừ rau má 57 2.3.4.2 Nghiên cứu công nghệ sản xuất đồ uống tan nhanh chức năng có bổ sung hoạt chất sinh học saponin từ rau má 59 2.3.4.2.1 Lựa chọn công nghệ sản xuất đồ uống tan nhanh 59 2.3.4.2.2 Xây dựng công nghệ sản xuất đồ uống tan nhanh chức năng có bổ sung saponin từ rau má 60 2.3.5 Sơ bộ tính giá thành cho sản phẩm có sử dụng saponin từ rau má 64 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 1. TỔNG QUAN 1.1. Cơ sở pháp lý/xuất xứ của đề tài Đề tài được thực hiện theo hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ mã số 84.08. RD/ HĐ-KHCN giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp thực phẩm ký ngày 28 tháng 1 năm 2008. 1.2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng một số cây cỏ để làm thực phẩm và để điều trị bệnh tật và vết thương. Theo dòng lịch sử đã hình thành các nền y dược học cổ truyền nổi tiếng ở Trung Quốc, Ai Cập, Ấn Độ, châu Âu, châu Mỹ La tinh,… từ chỗ chỉ biết khai thác các cây cỏ hoang dại để sử dụng, con người đã biết trồng trọt nhiều loại cây lương thực, thực phẩm và các cây dùng làm thuốc, mỹ phẩm,… Rau má (Centella asiatica) không những là thành phần thực phẩm - thức ăn và thức uống bổ mát đặc trưng của văn hóa ẩm thực Việt Nam mà còn là một cây nhiệt đới đã được sử dụng trong các nền dược học dân gian để trị một số bệnh như phỏng, bệnh về tĩnh mạch và ung loét ngoài da. Trước nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về các sản phẩm tự nhiên có hoạt tính bề mặt và hoạt tính sinh học, nhu cầu về nghiên cứu sử dụng saponin càng được chú trọng trong những năm gần đây. Đặc biệt saponin có trong rau má là các triterpen glycozit rất hữu ích cho sức khỏe, dinh dưỡng và sắc đẹp. Sản phẩm chiết xuất từ rau má đã được ứng dụng rộng rãi làm thuốc lành sẹo, làm liền các vết mổ, vết thương, chữa loét, bỏng mà không để lại sẹo,… Định hướng mục tiêu của đề tài Xây dựng được quy trình công nghệ tách chiết và tinh sạch hoạt chất saponin từ rau má để ứng dụng trong sản xuất dược phẩm và sản xuất một số thực phẩm chức năng. 1.3 Nôi dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đề tài sẽ thực hiện các nội dung nghiên cứu như sau 1. Nghiên cứu lựa chọn vùng, nguồn nguyên liệu rau má giầu saponin 2. Nghiên cứu điều kiện công nghê tách chiết saponin từ rau má 3. Nghiên cứu công nghệ thu nhận, tinh chế saponin từ rau má 4. Nghiên cứu công nghệ sản xuất thực phẩm cháo ăn liền và đồ uống tan nhanh chức năng sử dụng saponin từ cây rau má. 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.4.1 Giới thiệu chung về rau má 1.4.1.1 Đặc điểm Rau má thuộc họ hoa tán (Apiaceae), có tên khoa học là centella asiatica (L.). Loại thực vật này mọc lan trên mặt đất có lá trông giống như những đồng tiền tròn được xếp nối tiếp nhau nên còn gọi là liên tiền thảo. Có nguồn gốc ở các vùng nhiệt đới Srilanka, Indonesia, Iran, Madagascar, Ấn độ, Pakistan và một phần vùng Đông Nam Á [3,6,20]. Trong tiếng Srilanka, tên gọi của rau má là gotu kola (gotu = nghĩa là hình nón và kola= nghĩa là lá). Ngoài ra nó còn có rất nhiều tên gọi khác như asiatic pennywort, luei gong gen, takip-kohol,… Hình 1.1 Hình ảnh cây rau má Rau má là loại cây rất quen thuộc ở Việt Nam, mọc tự nhiên ở khắp nơi, từ vùng hải đảo, ven biển đến vùng núi, ở độ cao dưới 1800m. Loại cây này ưa ẩm, hơi chịu bóng, thường mọc thành đám ở vườn, bờ đê, nương rẫy, bờ ruộng và ven rừng. Vào mùa mưa ẩm, rau má sinh trưởng rất mạnh, nhanh và khoẻ. Cây ra hoa quả nhiều vào cuối mùa hè đầu mùa thu, tái sinh tự nhiên chủ yếu từ hạt. Do khả năng đẻ nhánh khoẻ, cây thường tạo thành từng đám dày đặc. Thân Thân cây rau má gầy và nhẵn, là loại thân bò lan, màu xanh lục hay lục ánh đỏ, có rễ ở các mấu. Nó có các lá hình thận, màu xanh với cuống dài và phần đỉnh lá tròn, kết cấu trơn nhẵn với các gân lá dạng lưới hình chân vịt. Lá có cuống dài mọc ra từ gốc hoặc từ các mấu. Lá hơi tròn, có mép khía tai bèo. Phiến lá có gân dạng lưới hình chân vịt. Các lá mọc ra từ cuống dài khoảng 5-20 cm Hoa Hoa rau má có màu từ ánh hồng tới đỏ, mọc thành các tán nhỏ, tròn gần mặt đất. Mỗi hoa được bao phủ một phần trong 2 lá bắc màu xanh. Các hoa lưỡng tính này khá nhỏ (nhỏ hơn 3 mm), với 5-6 thùy tràng hoa. Hoa có 5 nhị và 2 vòi nhụy. Quả có hình mắt lưới dày dặc, đây là điểm phân biệt nó với các loài trong chi Hydrocotyle có quả với bề mặt trơn, sọc hay giống như mụn cơm. Rễ Bộ rễ bao gồm các thân rễ, mọc thẳng đứng. Chúng có màu trắng kem và được che phủ bằng các lông tơ ở rễ. Rau má là loại cây dễ trồng, dễ thích nghi với nhiều loại đất khác nhau, chỉ cần vùng đất đó có độ ẩm cao. Trồng rau má không đòi hỏi phải cầu kỳ ít đầu tư như những loại cây trồng khó tính khác, cho thu hoạch quanh năm, cứ 30 - 40 ngày cắt một lần. Hiện nay, ở nhiều vùng nghề trồng rau má đã giúp nhiều nông dân có cuộc sống khá ổn định. Khu vực trồng rau má chủ yếu là loại đất cấy lúa bạc màu, thường xuyên bị thất thu, nhưng khi chuyển sang trồng rau má lại phù hợp. Bình quân 1 sào rau, một năm đạt năng suất trên 7 tấn, với giá bán 3.500đồng/kg - 6.000 đồng/kg, trừ chi phí người trồng rau còn lời trên 15 triệu đồng – 20 triệu đồng (cao gấp 3 lần so với trồng lúa). Hiện có 3 loại giống chủ yếu: giống rau má cọng tím (thân tím, phiến lá hình dạng răng cưa), giống rau má mèo (cây thấp, lá nhỏ, bò sát mặt đất) và giống rau má mỡ (thân to, lá to và xanh mướt, cây cao) là loại cho năng suất thu hoạch cao nhất hiện nay. Rau má tự nhiên Rau má tự trồng Giống Rau má mèo Giống Rau má cọng tím Giống Rau má mỡ Hình 3.1: Một số giống rau má được trồng tại Việt Nam 1.4.1.2 Thành phần, cấu trúc và tính chất của một số hoạt chất trong rau má Về thành phần hóa học, rau má chứa khá nhiều chất có hoạt tính sinh học như: saponin, các phytosterol, dầu không bền (vallerin, camphor, cineol), các khoáng chất (Ca, Fe, Mg, Mn, P, Zn,…), các loại vitamin (B1, B2, B3, C và K), amino axit cần thiết (glutamic, serin, threonin, alanin, lysin, histidin), tannin và alkaloid có tên là hydrocotylin [1,3]. Saponin (Centella asiatica) Hình 3.2: Cấu trúc phân tử saponin rau má Thành phần saponin trong rau má là các triterpen glycozit bao gồm: asiaticosid, asiatosid, axit asiatic, axit madecassic, madicassosid, oxyasiaticosid, brahminosid, brahmoside, centellosid [6,28]. Tuy nhiên, có 4 loại triterpen chủ yếu và quan trọng là axit asiatic (chiếm 30%), axit madecassic (chiếm 30%), asiaticosid và madicassosid (chiếm 35%), 4 loại chất này được xem như các chất có tác dụng chống oxy hóa, có khả năng kích thích tổng hợp collagen cho sự phát triển mô liên kết và tái sinh mô. Các saponin triterpen trong rau má thường chiếm tỷ lệ từ 1% đến 8% tùy nơi trồng và mùa thu hái [14,29]. Madecassoside Hình 3.3: Bốn triterpen saponin chủ yếu có trong rau má [1,20] 1.4.1.2 Tác dụng của rau má Rau má trong lịch sử đã được sử dụng như một loại thảo dược quý, hiện nay nó đã và đang được nhiều hãng mỹ phẩm đặc biệt quan tâm trong các sản phẩm chăm sóc da, điều trị các vết nám, vết nhăn, chống lão hóa da, điều trị mụn, ngăn các vết thương hình thành sẹo lồi. Hiện nay, hàng loạt các mỹ phẩm dạng kem, gel, dịch lỏng có thành phần từ rau má đã được thương mại hóa và được ưa chuộng tại nhiều nước trên thế giới Đối với da, nhiều công trình nghiên cứu và kết quả lâm sàng đều cho thấy dịch chiết rau má có khả năng kích hoạt các tiến trình sinh học trong việc phân chia tế bào và tái tạo mô liên kết giúp vết thương chóng lành và mau lên da non. Hiên nay rau má đã được sử dụng rất đa dạng dưới hình thức thuốc tiêm, thuốc bột, thuốc mở để điều trị tất cả các chứng bệnh về da như vết bỏng, vết thương do chấn thương, do giải phẩu, cấy ghép da, những vết lở lâu lành, vết lở do ung thư, bệnh phong, vẩy nến… [1, 6,10]. Bảng 3.1. Thành phần chính và tính chất sinh học của saponin rau má [15,16,20]. Tên chất Axit Asiatic Axit Madecassic Asiaticosid Madecassosid Công thức hóa học C30H48O5 C30H48O6 C48H78O18 C48H78O20 Trọng lượng phân tử 488,70 504,70 943,1 948,6 Tính chất sinh học - Kháng sinh: Kháng khuẩn, có thể kháng nấm; - Chất chống các gốc tự do, chống oxy hóa; - Tái tạo biểu bì: Kích thích sự hình thành collagen; - Chống lão hóa: Củng cố và tăng cường các đặc điểm cơ lý của da một cách tự nhiên. - Chống lão hóa: củng cố và tăng cường các đặc điểm cơ lý của da một cách tự nhiên; - Chống viêm: giúp quá trình hồi phục và điều hòa của biểu bì da; - Tái tạo biểu bì: Điều hòa cân bằng trong quá trình hình thành biểu bì, tạo cân bằng giữa sự tái tạo và biệt hóa các tế bào sừng - Tái tạo biểu bì: Kích thích sự hình thành collagen. - Chống lão hóa: Củng cố và tăng cường các đặc điểm cơ lý của da một cách tự nhiên. - Chống viêm: Giúp quá trình hồi phục và điều hòa của biểu bì da - Tái tạo biểu bì: Kích thích và điều hòa sự hình thành collagen bởi tế bào sợi, điều hòa cân bằng trong quá trình hình thành biểu bì, tạo cân bằng giữa sự tái tạo và biệt hóa các tế bào sừng - Chống lão hóa: Củng cố và tăng cường các đặc điểm cơ lý của da một cách tự nhiên. - Chống viêm: Giúp quá trình hồi phục và điều hòa của biểu bì da. - Tái tạo biểu bì: Điều hòa cân bằng trong quá trình hình thành biểu bì, tạo cân bằng giữa sự tái tạo và biệt Đối với tuần hoàn huyết, những hoạt chất của rau má có tác dụng cải thiện vi tuần hoàn ở các tĩnh mạch, mao mạch, bảo vệ lớp áo trong của thành mạch và làm gia tăng tính đàn hồi của mạch máu. Do đó rau má cũng hữu ích trong các chứng tăng áp lực tĩnh mạch ở các chi dưới. Từ những năm 1940, y học hiện đại bắt đầu nghiên cứu những tác dụng của rau má. Người ta cho rằng trong một số bệnh, vi khuẩn được bao phủ bởi một màng ngoài giống như sáp khiến cho hệ kháng nhiểm của cơ thể không thể tiếp cận. Chất asiaticosid trong dịch chiết rau má có thể làm tan lớp màng bao nầy để hệ thống miển dịch của cơ thể tiêu diệt chúng, giải phóng sự xung huyết do cảm lạnh và nhiễm khuẩn đường hô hấp [10]. Các nhà khoa học thuộc Đại học Kasurba (Ấn Độ) nghiên cứu dùng rau má chữa cho trẻ chậm phát triển trí tuệ, thấy rau má có tác dụng tăng khả năng nhớ, tiếp thu, chỉ số thông minh [10]. Hoạt động như 1 loại thuốc bổ thần kinh ở liều thấp cho cả trẻ em và người lớn, ở liều cao hơn nó tăng tính tập trung, kích thích các chức năng của hệ thần kinh, tăng khả năng học tập và ghi nhớ, chỉ số IQ loại bỏ chất độc hại cho não. Ở Srilanka, người ta quan sát thấy voi rất hay ăn rau má, chúng rất khỏe và sống rất lâu. Điều này làm người ta tin tưởng rằng loại cây cỏ này có thể tăng tuổi thọ của con người. Ăn một vài lá hàng ngày được quan niệm rằng là "tăng cường và đem lại sinh khí cho con người và bộ não"[10,20]. 1.4.2 Giới thiệu về Saponin Saponin là một glicozit tự nhiên thường gặp trong nhiều loài thực vật. Tiền tố latinh sapo có nghĩa là xà phòng. Trong tiếng anh Anh và tiếng Pháp thì từ "saponification" có nghĩa là sự xà phòng hóa [1,11,16]. 1.4.2.1 Cấu trúc, tính chất của Saponin 1.4.2.1.1 Cấu trúc Saponin là các glycozit tự nhiên có trọng lượng phân tử lớn, rất đa dạng về cấu trúc, tồn tại ở nhiều dạng khác nhau và rất phổ biến trong thực vật [9]. Saponin có 2 thành phần chính là khung Sapogenin/Aglycon và các nhóm đường gắn vào bộ khung, giữa chuỗi đường và khung aglycon liên kết với nhau theo liên kết glycozit [2]. Hình 3.4: Sơ đồ hai thành phần chính của Saponin [2,22] Phần khung: được gọi là Sapogenin hay Aglycon (phần cấu trúc không đường), phần này kỵ nước và tồn tại ở hai dạng: - Dạng triterpen C30: Có chứa dạng đơn vị terpen C10 để hình thành khung xương, được gọi là triterpen saponin - Dạng steroid aglycon: thay thế một số gốc tạo ra khung C27 có tính chất steroid, được gọi là steroid saponin Ngoài ra, trong một số loài thực vật khung Aglycon còn được gắn thêm nhóm nitrogen, do đó chúng thể hiện tính chất hóa học và dược lý của các sản phẩm alkaloid tự nhiên [14]. Hình 3.5: Cấu trúc cơ bản của Saponin: triterpen (a) và steroid (b) [11] Phần đuôi: gồm 1 hay một vài chuỗi đường gắn vào lõi sapogenin/aglycon có thể biến đổi tạo ra cấu trúc, kích thước và hình thành các danh pháp như: - Monodesmosidic (hay còn gọi monodesmosidic saponin) có 1 chuỗi đường, thường gắn ở vị trí cacbon số 3. - Bidesmosidic (hay còn gọi bidesmosidic saponin) có 2 chuỗi đường, thường 1 chuỗi được gắn thông qua liên kết ether tại vị trí cacbon số 3 và 1 chuỗi được gắn thông qua liên kết ether cacbon 28 (triterpen saponin) hoặc liên kết ether tại cacbon 26 (furastanol saponin). (b) (a) Hình 3.6: Cấu trúc monodesmosidic saponin (a) và bidesmosidic saponin (b) Về độ dài của mỗi chuỗi, một số tài liệu đề cập độ dài của chuỗi đường từ 1-11 (phổ biến từ 2-5) với cả dạng mạch thẳng và mạch nhánh. Các đường đơn tham gia hình thành nên cấu trúc saponin bao gồm: Dglucoza (GIc), D-galactoza (Gal), D-glucuronic (GIcA), D- galacturonic (GaIA), L-rhamnoza (Rha), L-arabinoza (Ara), D- xyloza (XyI), and D-fucoza (Fuc). Trong đó D-glucoza và D-galactoza là những loại phổ biến nhất trong thành phần của các chuỗi đường trong mạch gắn vào phần lõi sapogenin/aglycon [14,16]. Tính chất của aglycon và các nhóm chức năng trên khung aglycon, số nhóm cũng như đặc điểm của các loại đường có thể biến động mạnh dẫn đến sự khác nhau của các nhóm hợp chất [16]. 1.4.2.1.2 Tính chất Trong tự nhiên các saponin từ các nguồn thực vật khác nhau, có sự đa dạng về mặt tính chất vật lý, hóa học và đặc điểm sinh học cũng rất khác nhau, nhưng đa số chúng đều có những đặc điểm cơ bản sau: Tính chất vật lý Khi hoà tan vào nước có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch tạo nhiều bọt, có tính chất phá huyết, độc đối với động vật máu lạnh nhất là đối với cá, tạo thành phức với cholesterol, có vị hắc [11]. Đa số các hoạt chất saponin có liên quan đến vị đắng, song một số saponin lại có vị ngọt cao như saponin có trong rễ cây cam thảo là axít glycyrhizic một chất có độ ngọt hơn 50 lần so với đường [12]. Các saponin đều là các chất hoạt quang, điểm nóng chảy của các sapogenin thường rất cao (khoảng 2000C). Tính tan là nhân tố quan trọng đối với hoạt tính sinh học và quá trình tách chiết của saponin. Mức độ tăng tính tan phụ thuộc vào cấu trúc của monodesmosid saponin, và tỷ lệ thành phần, nồng độ của bidesmosit saponin. Dạng monodesmosid, bản thân ít tan trong nước (dạng tinh chế) và có thể được tách chiết dễ hơn do tác động lên tính tan của các hoạt chất đi kèm [12]. Ngoài ra, tính tan của saponin cũng bị ảnh hưởng bởi đặc tính của dung môi tách chiết, nhiệt độ, pH,. nước, ví dụ như: với nồng độ ethanol từ 30-100%, tính tan của soyasaponin Bb (soyasaponin I) đạt giá trị cực đại (tại 60% ethanol). Tính chất hóa học Trong quá trình bảo quản và chế biến, cấu trúc phức tạp của saponin có thể có sự biến đổi hóa học, nó thậm chí còn có thể biến đổi một số đặc tính. Liên kết glycozit cũng như các liên kết giữa các gốc đường có thể bị thủy phân trong môi trường axít hay kiềm, nhiệt độ hay enzim tạo thành các aglicon, prosapogenin, các mạch đường oligo hay đường đơn tùy thuộc vào phương pháp thủy phân hay điều kiện thủy phân [23]. Dưới tác dụng của enzim 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.... Phần genin có thể có cấu trúc cholan như sapogenin steroid hoặc sapogenin triterpen dạng β-amirin (axít olenoic), dạng αamirin (axít asiatic), dạng lupol (axit buletinie) hoặc triterpen bốn vòng. Saponin có loại axít, trung tính hoặc kiềm. Trong đó, triterpen 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 [21]. Tính chất sinh học Ban đầu người ta sử dụng dịch chiết thô từ các cây có saponin để đánh giá hoạt tính sinh học, với sự phát triển của công nghệ tách chiết, tinh chế người ta ngày càng phát hiện chính xác hoạt tính sinh học có liên quan đến những cấu trúc cụ thể của saponin [22]. Saponin có khả năng làm căng, trương và vỡ hồng cầu gây ra hiện tượng giải phóng haemoglobin là một trong những đặc điểm quan trọng nhất được phát hiện từ saponin. Với hoạt tính này, có liên quan đến cấu trúc của loại aglycon và sự xuất hiện của các chuỗi đường Độc tính của saponin với côn trùng, giun ký sinh, động vật thân mềm, kháng nấm, virus, vi khuẩn. Độc tính của saponin với động vật máu nóng phụ thuộc vào nguồn, thành phần, nồng độ của hỗn hợp saponin. Độc tính của saponin dường như thể hiện mạnh đối với đường tĩnh mạch, và yếu hơn nhiều khi qua con đường tiêu hóa. Điều này được cho rằng bởi khả năng cơ thể hấp thu saponin kém và hoạt tính phân hủy hồng cầu thấp khi có mặt thành phần huyết tương. Đặc điểm làm giảm nồng độ cholesterol của saponin cũng đã được nghiên cứu trên động vật (gia cầm, chuột, khỉ) và thử nghiệm trên người. Nó được đánh giá là ngăn chặn sự hấp thu cholesterol từ ruột non hoặc ngăn sự tái hấp thu axít mật [11]. Tác động làm giảm cholesterol máu của saponin trong khẩu phần thức ăn của người được sự minh chứng bằng các nghiên cứu sinh thái học tại các cộng đồng dân cư khác nhau. Một tỷ lệ rất thấp người mắc bệnh tim mạch trong cộng đồng người Batemi và Maasai Tây phi mặc dù họ ăn rất nhiều chất béo. Một phần trong khẩu phần ăn của họ chứa nhiều chất saponin với polyphenol, phytosteroid và chất xơ [12]. Tác dụng chống ung thư của triterpen và các steroid saponin cũng đã được nhiều nghiên cứu đề cập như ginsenosid, saikosaponin-d, diosgenin, và axit glycyrhizic,… đã được xác định là những hoạt chất có tiềm năng chống ung thư và đang được tuyển chọn bởi Viện nghiên cứu ung thư National Cancer Institute's (NCI -Mỹ) trong chương trình nghiên cứu sản xuất thuốc chống ung thư [8,12]. Một số Aglycones có hoạt tính chống ung thư bao gồm: • Dạng triterpen saponin điển hình từ rễ và ngọn hoa của cây nhân sâm, được công bố có tác dụng kháng virut, (anti-HIV), chống ung thư, kháng khuẩn, kháng antimalarial, chống viêm nhiễm, anthelmintic, và các đặc tính chống oxy hóa • Axit betulinic và axit oleanolic có trong cây cúc thuộc chi Silphium, một trong những gốc aglycon (dạng triterpen saponin) điển hình được nghiên cứu và công bố là có khả năng chống virut (anti-HIV), chống viêm nhiễm. 1.4.2.2 Các nguồn saponin có trong tự nhiên Sự hiện diện của saponin đã được thông báo trên 100 họ thực vật, hơn 150 chi và 2.000 loài, có khoảng >70% họ thực vật trong giới thực vật có chứa saponin [9,19]. Ở thực vật, chúng được tìm thấy ở nhiều bộ phận khác nhau của cây như: lá, thân, rễ, chồi, hoa và quả. Saponin có nhiều trong: rau má, nhân sâm, tam thất, cam thảo, cây ngọc giá, cây xà phòng, mướp đắng, cúc vạn thọ, đương quy, cỏ linh lăng, hạt dẻ ngựa … Triterpen saponin thường xuất hiện nhiều trong các cây 2 lá mầm như cây họ đậu, họ cam tùng, bộ cẩm chướng,… Có ít ở cây 1 lá mầm [8,9]. Saponin cũng có thể được phân lập trong giới động vật như trong rắn độc, sao biển, dưa chuột biển và các loài hải sâm [11]. Bảng 3.2: Hàm lượng saponin của một số loài thực vật [5,8,9,14]. Tên thực vật Hàm lượng Saponin trung bình (mg/g trọng lượng khô) Rau má 52,5 Đậu đỏ 5,7 Đậu xanh (Cicer arietinum L) 56,0 Đậu tương (Glycine max) 43,0 Cỏ linh lăng (Medicago sativa L) 56,0 Lạc (Arachis hypogaea L) 6,3 Đậu lăng (Lens culinaris M) 3-5 Măng tây (Asparagus officinalis L) 15,0 Tỏi (Allium sativum L) 2,9 Rau chân vịt (Spinacea olerasea) 47,0 Nhân sâm (Panax -Việt Nam) 10,8 Sâm Ngọc Linh (Việt Nam) 11,67 Hoa cúc vạn thọ (Calendula officinalis) 15,53 Tam thất Cam thảo (Glycyrrhiza glabra ) 47,03 5,4 Hàm lượng saponin trong thực vật bị ảnh hưởng bởi loài thực vật, nguồn gốc, các bộ phận của thực vật, các yếu tố môi trường và điều kiện trồng trọt cùng các quá trình phát triển của thực vật, các biện pháp xử lý sau thu hoạch như bảo quản và chế biến [5,9,13]. 1.4.2.3 Ứng dụng của Saponin Do saponin có những đặc điểm sinh, lý và hóa học khác nhau nên nó được khai thác và ứng dụng trong hàng loạt các ngành khác nhau như: thực phẩm (đồ uống, bánh kẹo), nông nghiệp, mỹ phẩm và dược phẩm Ngoài hai nguồn saponin đã thương mại hóa là saponin từ cây Bồ hòn và cây ngọc giá thì hàng loạt các loại thực vật khác như: đậu tương, hạt chè, hạt dẻ cũng đã và đang được sử dụng làm nguồn saponin thương mại. Các ứng dụng dược phẩm của saponin làm nguyên liệu cho sản xuất hocmon, các tá dược tác dụng hệ miễn dịch và sử dụng như là các loại thuốc. Saponin cũng là thành phần chính trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe tự nhiên như các loại dịch chiết từ cây cỏ [13,24,28]. 1.4.2.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Saponin đã được Cục kiểm nghiệm thực phẩm và thuốc của Mỹ (US Food and Drug Administration, 2003) công nhận là chất phụ gia thực phẩm của Mỹ trong mục 172.50 – Chất có hương tự nhiên và các chất cố định hương, các saponin này được chiết xuất từ cây ngọc giá và vỏ cây bồ hòn [1,11]. Bộ Sức khỏe và các vần đề xã hội của Nhật Bản, đã công nhận saponin là một trong các phụ gia thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên và được phép sử dụng ở Nhật Bản, bao gồm saponin đậu tương được thủy phân bởi enzim, dịch chiết từ Sâm, Chè, quả Bồn hòn và cây Ngọc giá [16]. Dịch chiết saponin từ cây bồ hòn được cộng đồng Châu Âu xác định như là chất tạo bọt trong nước và đồ uống không cồn – tên chất là E999, sử dụng 200mg/ml (Hội đồng Châu âu, 1996) [18]. Một số saponin của rau chân vịt, măng tây, củ cải, sồi và các loại đậu có tác động kích thích lên hệ tiêu hóa, chúng giúp cơ thể hấp thu các chất khoáng quan trọng. Saponin từ đậu tương đã và đang được sản xuất ứng dung rộng rãi như là một trong các thực phẩm chức năng và thực phẩm dinh dưỡng [1,11]. Ngoài ra, saponin cũng đã được sử dụng trong thực phẩm như: tạo bọt, mầu và hương vị cho bia, nước uống có ga, sản phẩm lên men thực vật, rũ hồ vải, kẹo cao su,… đã được Hội đồng FAO/WHO về vấn đề phụ gia thực phẩm công nhận (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, 2004). 1.4.2.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm Do có tính hoạt động bề mặt, saponin được sử dụng như những chất làm sạch tự nhiên trong chăm sóc /vệ sinh của người như sữa tắm, dầu gội, chất tạo bọt, keo bọt cho tóc nước thơm tẩy rửa, chất tẩy rửa bồn tắm, xà phòng dạng nước, các sản phẩm chăm sóc cho trẻ sơ sinh, nước súc miệng và kem đánh răng. Saponin và sapogenin được xác định là chất hoạt động chính trong công thức của mỹ phẩm, nó được cho rằng làm giảm quá trình lão hóa của da, ngăn ngừa các mụn trứng cá [1,13]. Các chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc tự nhiên có chứa saponin đã được thương mại bao gồm Juazarine từ vỏ cây Zizyphus joazeiro, saponin từ hạt dẻ và hỗn hợp của một số saponin thực vật. 1.4.2.3.3 Ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm Từ những năm 50, thực vật có chứa Steroid saponin được sử dụng làm tiền chất và là vật liệu rẻ và dồi dào cho sản xuất hormon steroid (cortison, pregnenolon, progesteron) và các loại thuốc. Sự tổng hợp progesteron từ diosgenin sapogenin (thu được từ cây khoai mỡ Mehico) đã mở ra một kỷ nguyên mới cho nghiên cứu về steroid sử dụng làm thuốc tránh thai [12,16]. Saponin được sử dụng làm tá dược cho hệ miễn dịch trong công thức vaccin của thú y, do nó có khả năng nâng cao đặc tính miễn dịch. Việc sử dụng Saponin trong vaccin đối với người dẫu sao vẫn còn nhiều hạn chế bởi tính phức tạp và độc tính của chúng. Nhiều hoạt chất dược phẩm và chất chiết thực vật có chứa saponin đã được đăng ký sử dụng để ngăn chặn và chữa trị nhiều loại bệnh như: viêm nhiễm, nhiễm trùng, say rượu, triệu chứng trước và sau khi mãn kinh, các bệnh về tim mạch (động mạch vành, tăng huyết áp), phòng và chữa bệnh tâm thần phân liệt, chứng đục thủy tinh thể, viêm loét dạ dầy, loét thành tá tràng,… [12,22]. Việc sử dụng Tải về bản full