Nghiên cứu quá trình trích ly saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng với sự hỗ trợ của kỹ thuật siêu âm

ThS. HÀ THỊ THANH NGA - TRƯƠNG BẢO NGHI - ĐỖ HỒNG PHƯƠNG THẢO – ThS. TRẦN CHÍ HẢI (Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm thành phố Hồ Chí Minh)

TÓM TẮT:

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu: nước, công suất siêu âm và thời gian siêu âm tới quá trình trích ly saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng Polyscias fruticosa (L.) Harms. Kết quả cho thấy cả 3 yếu tố đều có tác động đến hàm lượng saponin triterpenoid tổng thu được theo quy luật hàm bậc hai. Quá trình tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng đã thu được thông số tối ưu như thời gian siêu âm 20,75 phút, công suất siêu âm 221,32 W/g, với tỉ lệ nước: nguyên liệu là 29,50; lúc này hàm lượng saponin triterpenoid tổng thu được cao gấp xấp xỉ 2,5 lần so với mẫu không được xử lý siêu âm.

Từ khóa: Công suất siêu âm, lá đinh lăng Polyscias fruticosa (L.) Harms, thời gian siêu âm, tỉ lệ nguyên liệu: nước, saponin triterpenoid tổng.

1. Giới thiệu

Ngày nay, việc sử dụng các dược phẩm có nguồn gốc tự nhiên đặc biệt là thực vật quý để phòng, chữa bệnh và bồi bổ cơ thể ngày càng được quan tâm. Một vài nghiên cứu cho thấy cây đinh lăng có chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học giống nhân sâm giúp phục hồi sức khỏe. Đinh lăng lá xẻ (Polyscias fruticosa (L.) Harms, Araliaceae) có nguồn gốc ở vùng đảo Polyneise (Thái Bình Dương), phân bố rải rác ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới [1,2]. Đinh lăng có chứa các alkaloid, glycoside, saponin cùng các acid amin tan trong nước như B1, B2, B5, C, các phytosterin. Ngoài ra, trong đinh lăng còn chứa 20 acid amin với các loại acid amin không thay thế được như lysin, methionin, tryptophan, cysterin [3]. Tất cả các bộ phận như rễ, thân và lá đều có chứa saponin nhưng nhiều nhất là ở vỏ rễ và lá [4]. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tìm thấy tác dụng sinh học của dịch chiết từ lá đinh lăng chứa nhóm saponin có phần genin, cấu trúc triterpen hay steroid 27 cacbon, có tác dụng tiêu đờm, trị ho, lợi tiểu, ngừa cao huyết áp, …[5].

Có nhiều phương pháp hỗ trợ cho quá trình trích ly saponin trong nguyên liệu thực vật như enzyme, vi sóng, CO2 siêu tới hạn,… Tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng tôi tiến hành đánh giá ảnh hưởng của một số thông số (tỉ lệ nguyên liệu: nước, công suất siêu âm, thời gian siêu âm) đến hàm lượng saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng trong quá trình trích ly với sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Đây là khảo sát tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về việc khai thác và xác định hoạt tính của dịch chiết từ lá đinh lăng.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Vật liệu

Nguyên liệu là đinh lăng lá dài, răng cưa nhỏ tại huyện Thạnh Hóa, tỉnh Long An. Lá được thu hái, phơi khô tự nhiên, xay, nghiền và sàng qua rây 0,3mm. Phần qua rây được bảo quản trong các túi zip và tránh ánh sáng trực tiếp. Khi phân tích bán thành phẩm này, kết quả thu được độ ẩm xấp xỉ 5%, tro tổng xấp xỉ 21%, cacbohydrate xấp xỉ 50%, lipid xấp xỉ 8,5% và protein xấp xỉ 18%.

Các hóa chất dùng trong nghiên cứu đạt tiêu chuẩn chất lượng của hóa chất phân tích phòng thí nghiệm.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Trích ly saponin triterpenoid tổng với sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Nguyên liệu được cân chính xác 2,000g phối trộn với nước ở các tỉ lệ nguyên liệu: nước khảo sát 1:10, 1:15, 1:20, 1:25, 1:30, 1:35, 1:40 (w/v) rồi xử lý siêu âm với công suất cố định 225 W/g trong thời gian 15 phút. Tỷ lệ nguyên liệu: nước phù hợp được chọn để tiến hành nghiên cứu lần lượt các thông số tiếp theo như thời gian siêu âm (5, 10, 15, 20, 25 và 30 phút) và công suất siêu âm (150, 187,5, 225, 265,5 và 300 W/g) để thu được dịch chiết.

Kết thúc quá trình trích ly, hỗn hợp được ly tâm ở nhiệt độ phòng với tốc độ 5800 vòng/phút trong vòng 15 phút để thu lấy phần dịch trong và chuẩn bị cho quá trình phân tích quang phổ trên thiết bị Model photolab 6100 Vis của WTW - Đức.

2.2.2. Tối ưu hóa quá trình trích ly saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng

Quá trình tối ưu hóa theo mô hình bề mặt đáp ứng được sử dụng để nghiên cứu quá trình trích ly saponin triterpenoid tổng số từ lá đinh lăng với 3 yếu tố là tỉ lệ nguyên liệu/nước, công suất siêu âm và thời gian siêu âm cho hàm mục tiêu hàm lượng saponin triterpenoid tổng số với sự hỗ trợ của phần mềm MODDE 5.0.

2.2.3. Xác định hàm lượng saponin triterpenoid tổng

Mẫu sau khi trích ly được lọc và pha loãng 10 lần, hút 0,2 mL mẫu đã pha loãng vào ống nghiệm, thêm lần lượt là 0,2 mL vannilin - acetate (10%), 1,2 mL HClO4, đun cách thủy và ủ ở 700C trong 15 phút. Sau 15 phút, các ống nghiệm được lấy ra làm mát trong 2 phút, ethyl acetate được bổ sung sao cho tổng thể tích là 5 mL. Tổng hàm lượng saponin triterpenoid được phân tích dựa trên phương pháp quang phổ so màu, đo độ hấp thu quang phổ ở bước sóng 548 nm với chất chuẩn là Escin [6].

2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu

Trong nghiên cứu này, mỗi thí nghiệm tiến hành lặp lại 3 lần, kết quả được trình bày dưới dạng giá trị trung bình  ± độ lệch chuẩn. Xử lí số liệu bằng phần mềm Microsoft Office Excel 2013, đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa giữa các nghiệm thức được thực hiện bằng phần mềm Statgraphics Centurion 15.1 với độ tin cậy 0,05 và kết quả tối ưu hóa được xử lý với phần mềm MODDE 5.0.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu: nước đến hàm lượng saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng

Bảng 1 cho thấy khi tăng dần tỉ lệ nguyên liệu: nước thì hàm lượng saponin triiterpenoid tổng thu được tăng, tuy nhiên đến một giá trị tỉ lệ nào đó thì việc gia tăng lượng nước không làm thay đổi đáng kể hàm lượng chất chiết thu được. Cụ thể, khi tỉ lệ nguyên liệu: nước tăng từ 1:10 đến 1:30 thì hàm lượng saponin triterpenoid tăng cao xấp xỉ 3,7 lần; tuy nhiên nếu tiếp tục tăng lên các tỉ lệ 1:35 và 1:40, hàm lượng thu saponin triterpenoid tổng giảm nhẹ nhưng không đáng kể. Ngoài ra, chúng tôi cũng tiến hành thí nghiệm với các mẫu không xử lý siêu âm ở cùng điều kiện tương ứng. Kết quả cho thấy, quá trình trích ly với sự hỗ trợ của sóng siêu âm đã mang lại những hiệu quả tích cực. Hàm lượng saponin triterpenoid của mẫu được xử lý siêu âm cao hơn mẫu không xử lý siêu âm, đặc biệt tại tỉ lệ nguyên liệu:nước 1:30, giá trị này đạt xấp xỉ 2,3 lần. (Bảng 1)

  Bảng 1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu: dung môi đến hàm lượng

saponin triterpenoid tổng

anh-huong-cua-ti-le-nguyen-lieu-dung-moi-den-ham-luong-saponin-triterpenoid-tong

Theo Jian - Bing và cộng sự, sự gia tăng hiệu suất trích ly bằng sóng siêu âm là do hiện tượng sủi bọt tạo nên lực cắt xén cao làm tăng tốc độ truyền khối của chất chiết. Ngoài ra, sự vỡ bọt cũng tạo nên sự khuấy trộn mạnh giúp cho sự khuếch tán chất chiết từ bên trong tế bào thoát ra dễ dàng hơn [7]. Về nguyên tắc, nếu tăng dần lượng dung môi so với cùng một cơ chất thì hiệu quả trích ly sẽ tăng lên do chênh lệch gradient nồng độ giữa cấu tử cần trích ly của nguyên liệu:dung môi tăng lên và ngược lại. Điều đó làm hạn chế sự khuếch tán của các chất cần trích ly vào dung môi nên không thể trích ly một cách triệt để các chất có trong nguyên liệu. Dựa vào kết quả về hàm lượng saponin triterpenoid tổng, tỉ lệ nguyên liệu:nước 1:30 sẽ được sử dụng cho các khảo sát kế tiếp.

3.2. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến quá trình trích ly

Khi tăng thời gian siêu âm từ 5 phút đến 20 phút thì hàm lượng saponin triterpenoid tổng tăng từ 1,7 lần đến 2,2 lần so với mẫu không siêu âm ở cùng điều kiện thời gian; tuy vậy, nếu tiếp tục tăng thời gian siêu âm, hiệu quả này giảm đáng kể (Hình 1). Trong khi đó, ở các mẫu có siêu âm, thời gian siêu âm 20 phút cho hàm lượng saponin triterpenoid là cao nhất đạt 1,65±0,2 mg/g, song nếu tiếp tục tăng thời gian siêu âm thì hàm lượng saponin triterpenoid tổng giảm đáng kể, tại nghiệm thức thời gian 30 phút, hàm lượng saponin triterpenoid tổng thu được giảm 30% so với nghiệm thức thời gian 20 phút.

anh-huong-cua-thoi-gian-cong-suat-sieu-am

Theo lý thuyết, việc kéo dài thời gian làm gia tăng các tác động nén dãn lên các tế bào chất chiết và làm cho sự biến đổi của nguyên liệu diễn ra mạnh mẽ hơn. Tuy nhiên, thời gian xử lý quá dài làm tăng nhiệt độ trong dung dịch, điều kiện nhiệt độ cao, hàm lượng saponin triterpenoid sẽ giảm do saponin dễ dàng bị phân hủy. Ngoài ra, thời gian xử lý enzyme kéo dài cũng làm tăng lượng hợp chất cao phân tử được giải phóng ra, từ đó có thể làm tắc nghẽn kênh dẫn dịch chiết trong khối nguyên liệu, làm giảm hàm lượng saponin triterpenoid tổng thu được [7]. Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn thời gian 20 phút để tiến hành các khảo sát tiếp theo.

3.3. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến quá trình trích ly

Hình 2 cho thấy, khi tăng công suất siêu âm, hàm lượng saponin triterpenoid tổng tăng ở các nghiệm thức công suất từ 150 đến 225 W/g. Ở công suất 150 W/g, hàm lượng saponin triterpenoid là 1,22 mg/g; khi tăng công suất lên đến 225 W/g hàm lượng saponin đã tăng 1,38 lần (1,65 mg/g nguyên liệu). Sau đó, khi tăng công suất lên đến 262,5 W/g, hàm lượng saponin triterpenoid có chiều hướng giảm còn 1,33 mg/g. Sự gia tăng hàm lượng chất trích ly bằng sóng siêu âm cũng tuân theo quy luật tương tự của Jian - Bing và cộng sự (2006) đã trình bày ở trên [7]. Tuy nhiên, khi năng lượng siêu âm quá cao, đồng nghĩa với nhiệt độ trong lòng dung môi tăng cao dẫn đến khả năng phân hủy của saponin triterpenoid càng cao.

3.4. Tối ưu hóa quá trình trích ly dịch chiết lá đinh lăng có khả năng kháng  enzyme α -amylase cao nhất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Phương pháp bề mặt đáp ứng được sử dụng để xây dựng phương trình hồi quy biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời của 3 yếu tố tỉ lệ nước:nguyên liệu, thời gian siêu âm (phút) và công suất siêu âm (W/g) đến hàm lượng saponin triterpenoid tổng (mg/g). Bố trí và kết quả thí nghiệm được trình bày trong Bảng 2 và Bảng 3.

Bảng 2. Bố trí và kết quả thí nghiệm tối ưu hóa

bo-tri-va-ket-qua-thi-nghiem-toi-uu-hoa

 Mô hình dạng toàn phương bậc hai theo hàm lượng saponin triterpenoid được xác định bằng hồi quy đa biến, có dạng:

Y = b0 + b1X1 + + b2.X2 + b3.X3 + b11.X12 + b22.X22 + b33.X32 + b12.X1.X2 + b13.X1.X3 + b23.X2.X3

Với b0; b1; b2; b3; b11; b22; b33; b12; b13; b23 là hệ số cuả biến X1; X2; X3; X12; X22; X32; X1.X2; X1.X3; X2.X3 tương ứng, X1 là biến mã hóa của tỉ lệ nước:nguyên liệu, X2 là biến mã hóa của thời gian siêu âm, X3 là biến mã hóa của công suất siêu âm.

Bảng 3. Kết quả phân tích ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi quy

ket-qua-phan-tich-y-nghia-cac-he-so-cua-phuong-trinh-hoi-quy

 

do-thi-be-mat-dap-ung

Trong 9 hệ số hồi quy (trừ b0) có 3 hệ số hồi quy không có ý nghĩa với độ tin cậy P>0,05 là  b12, b13, b23 chứng tỏ sự tương tác giữa X1*X2, X1*X3, X2*X3 là ảnh hưởng không đáng kể đến hàm mục tiêu. Với giá trị âm, các hệ số hồi quy b2, b3, b11, b22, b33 là sự tác động tiêu cực đến hàm mục tiêu Y, làm giảm giá trị. Hệ số hồi quy của b1 có giá trị dương lớn nhất, cho thấy sự tác động đơn lẻ của X1 (tỉ lệ nguyên liệu: dung môi) có tác động tích cực lớn đến hàm mục tiêu (Bảng 3). Ảnh hưởng của các yếu tố lên hàm mục tiêu là tác động theo phương trình bậc 2. Ngoài ra, giá trị R2 = 0,989 và Q2 = 0,95 của mô hình khá cao. Theo Gabrielsson và cộng sự, mô hình thí nghiệm đáng tin cậy là khi giá trị biến thiên ảo Q2 >0,5 và R2 >0,8; khi giá trị R2 và Q2 càng gần 1 thì hàm hồi qui càng mô tả tốt các kết quả thí nghiệm.

Bảng 3 cũng cho thấy ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu: dung môi (X1), thời gian siêu âm (X2) và công suất siêu âm (X3) đến hàm lượng saponin triterpenoid trong dịch trích ly được thể hiện qua phương trình hồi quy sau:

Y = 1,71737 + 0,0909.X1 - 0,0535.X2 - 0,0729.X3 – 0,29364.X12 - 0,27164.X22 - 0,35364.X32

Lúc này, hàm lượng saponin triterpenoid tổng đạt cực đại bằng 1,73 mg/g, tại thời gian siêu âm là 20,75 phút, công suất siêu âm 221,32 W/g, tỉ lệ nước: nguyên liệu là 29,50. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng tại điều kiện tối ưu, kết quả hàm lượng saoponin triterpenoid tổng số đạt 1,729±0,003 mg/g, chênh lệch không quá 5% so với kết quả tối ưu dự kiến chứng tỏ kết quả tối ưu đáng tin cậy. Giá trị này cao xấp xỉ 2,5 lần so với mẫu không được xử lý siêu âm ở cùng điều kiện.

4.   Kết luận

Trong quá trình trích ly với sự hỗ trợ của enzyme, các yếu tố khảo sát như tỉ lệ nguyên liệu:nước, thời gian và công suất siêu âm đều ảnh hưởng theo quy luật hàm bậc hai đến giá trị hàm lượng saponin triterpenoid tổng thu được. Đồng thời, việc sử dụng siêu âm có tác dụng hỗ trợ rõ rệt trong việc thu nhận saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng. Các mẫu có xử lý siêu âm luôn cho kết quả cao hơn hẳn so với mẫu không xử lý siêu âm. Hơn nữa, quá trình tối ưu hóa đã xác định được điều kiện công nghệ tối ưu cho quá trình trích ly saponin triterpenoid tổng từ lá đinh lăng là thời gian siêu âm 20,75 phút, công suất siêu âm 221,32W/g và tỉ lệ nước:nguyên liệu là 29,5 (v/w), tại điều kiện tối ưu này, hàm lượng saponin triterpenoid tổng đạt 1,73 mg/g nguyên liệu, cao xấp xỉ 2,5 lần so với mẫu không được xử lý enzyme.

Lời cảm ơn: Nghiên cứu này do Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh bảo trợ và cấp kinh phí theo Hợp đồng số 60/HĐ-DCT.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

  1. Võ Văn Chi (2004). Từ điển thực vật thông dụng, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  2. Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật đinh lăng 793 - 796.
  3. Ngô Ứng Long (1985). So sánh tác dụng tăng lực và sinh thích nghi của Đinh lăng Polyscias fruticosa Harms, Chân chim và Eleuterococ, Tạp chí Dược liệu, tập 2 số 1, 24 - 27.
  4. Đỗ Huy Bích, Đặng Quang Chung, Bùi Xuân Chương, Nguyễn Thượng Dong, Đỗ Trung Đàm, Phạm Văn Hiến, Vũ Ngọc Lộ, Phạm Duy Mai, Phạm Kim Mãn, Đoàn Thị Nhu, Nguyễn Tập, Trần Toàn, Viện Dược Liệu (2004). Cây thuốc và động vật làm thuốc, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
  5. Somova L. O., et al., (2003). Cardiovascular, antihyperlipidtôiic and antioxidant effects of oleanolic and ursolic acids in experimental hypertension. Phytomedicine, 10(2-3), 115-121.
  6. Dong Huaihai, Gu Wenying (2001). Determination of soybean saponins using colorimetry, China Oils and Fats, 26 (3), 57 -
  7. Jian-bing Ji, Xiang-hong Lu, Mei-qiang Cai, Zhi-chao Xu (2006). Improvement of leaching process of Geniposide with ultrasound. Ultrasonics Sonochemistry, 13(5), 455 - 462.

 

ULTRASOUND - ASSISTED EXTRACTION THE TOTAL

SAPONIN TRITERPENOID FROM THE POLYSCIAS FRUTICOSA

(L.) HARMS LEAVES

MA. HA THI THANH NGA - TRUONG BAO NGHI - DO HONG PHUONG THAO - MA. TRAN CHI HAI

Faculty of Food Science and Technology

Ho Chi Minh City University of Food Industry

ABSTRACT:

In this study, the effects of the raw materials: water ratio, ultrasonic power and ultrasound time on the total saponin triterpenoid content extracted from Polyscias fruticosa (L.) Harms leaves were investigated. The results showed that all three factors had an effect on the total saponin triterpenoid content obtained by the quadratic function rule. By response surface method, the optimum parameters have obtained such as ultrasonic time of 20.75 minutes, ultrasonic power of 221.32 W/g and the ratio of water per raw material of 29.50. At these optimum conditions, the total saponin triterpenoid content was approximately 2.5 time higher than that of samples without ultrasound treatment.

Keyword: Polyscias fruticosa (L.) Harms leaves, ultrasonic power, ultrasonic time, the total saponin triterpenoid content, the ratio of raw material per water.