(TIỂU LUẬN) NGHIÊN cứu QUY TRÌNH sản XUẤT OMEGA3 từ hạt CHIA, đầu cá hồi và mỡ cá TRA ở QUY mô PHÒNG THÍ NGHIỆM

TÓM LƯỢC Nghiên cứu này thực hiện ba nội dung chính là tách mỡ động vật và dầu thực vật từ ba nguồn nguyên liệu khác nhau là mỡ cá tra, đầu cá hồi và hạt chia bằng các phương pháp khác n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT

OMEGA-3 TỪ HẠT CHIA, ĐẦU CÁ HỒI VÀ MỠ CÁ TRA

Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

Nhóm thực hiện:

ThS Vi Nhã Trân ThS Nguyễn Phúc Huy

Cần Thơ - năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT

OMEGA-3 TỪ HẠT CHIA, ĐẦU CÁ HỒI VÀ MỠ CÁ TRA

Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

[4 dòng trống size 13]

Cần Thơ - năm 2021

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Hội đồng Trường, phòng Nghiên cứu khoa học – Hợp tác quốc tế - Thanh tra pháp chế Trường Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ, Ban lãnh đạo Khoa Công nghệ Sinh học - Công nghệ Hóa học – Công nghệ Thực phẩm cùng cán bộ quản lý phòng thí nghiệm Công Nghệ Thực Phẩm, phòng Quá Trình Thiết Bị, phòng Chế Biến Thực Phẩm và phòng Vi sinh đã hỗ trợ nhóm chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ tại trường Chúng tôi cũng xin tỏ lòng biết ơn đến quý Thầy Cô Khoa Công nghệ Sinh học - Công nghệ Hóa học – Công nghệ Thực phẩm đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu để nhóm hoàn thành nghiên cứu này

Xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AA: Arachidonic acid

ALA: α-linolenic acid

AOAC: Hiệp hội các nhà hóa học phân tích chính thống (Association of Official Analytical Chemists)

C-NMR: Cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 (Carbon-13 nuclear magnetic resonance)

DHA: docosahexaenoic acid

DSC: Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential scanning calorimetry)

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

EFA: Acid béo thiết yếu (Essential fatty acid)

EPA: eicosapentaenoic acid

FA: acid béo (Fatty acid)

FFAs: Hỗn hợp acid béo tự do (Free fatty acids)

FTIR: Quang phổ hồng ngoại biến đổi fourier (Fourier-transform infrared spectroscopy)

GC-MS: Sắc khí kí ghép nối khối phổ (Gas chromatography–mass spectrometry)

H-NMR: Cộng hưởng từ hạt nhân proton (Proton nuclear magnetic resonance)

HPLC-ELSD: Hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao tích hợp đầu dò ELSD

HUFAs: các acid béo không no cao (Highly unsaturated fatty acids)

MUFAs: các ascid béo không bão hòa đơn (Monounsaturated fatty acids)

PLE: Chiết suất lỏng áp suất cao (Pressurized liquid extraction)

PUFAs: các acid béo không bão hòa đa (Polyunsaturated fatty acids)

SCFC: Sắc ký lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid chromatography)

SFAs: các acid béo no (Saturated fatty acid)

SFE: Trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction)

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

UAE: Trích ly có hỗ trợ siêu âm (Ultrasound-assisted extraction)

TÓM LƯỢC

Nghiên cứu này thực hiện ba nội dung chính là tách mỡ động vật và dầu thực vật

từ ba nguồn nguyên liệu khác nhau là mỡ cá tra, đầu cá hồi và hạt chia bằng các phương pháp khác nhau; thu nhận hỗn hợp acid béo tự do bằng phương pháp thủy phân hóa học

có hỗ trợ siêu âm và làm giàu Omega-3 bằng phương pháp tủa urea nhằm so sánh thành phần các acid béo của Omega-3 được trích ly từ ba nguồn nguyên liệu này Đồng thời tìm ra một qui trình tổng quát để trích ly Omega-3 cho cả động vật và thực vật Kết quả thu được như sau: Hàm lượng Omega-3 trong hạt chia cao nhất nhưng chỉ có α-linolenic acid (ALA), còn hai nguyên liệu còn lại thì chứa cả ba loại acid béo quan trọng là α-linolenic acid (ALA), eicosapentaenoic acid (EPA) và docosahexaenoic acid (DHA) Đầu cá hồi có hàm lượng Omega-3 là 8% ALA, 3,66% EPA và 4,37% DHA cao hơn hàm lượng Omega-3 trích được từ mỡ cá tra là 1,24% ALA, 0,11% EPA và 0,29% DHA Hàm lượng Omega-3 có trong hạt chia là cao nhất với thành phần ALA là 73,8%

Từ khóa: Omega-3, đầu cá hồi, mỡ cá tra, hạt chia, ALA, EPA, DHA

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Danh mục chữ viết tắt ii

Tóm lược iii

Mục lục iv

Danh sách bảng viii

Danh sách hình ix

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT BÉO 3

2.1.1 Khái niệm 3

2.1.2 Phân loại 3

2.1.3 Tính chất của chất béo 3

2.1.3.1 Tính chất vật lý 3

2.1.3.2 Tính chất hóa học 4

2.1.4 Chức năng của chất béo 5

2.1.5 Thành phần chính trong chất béo 6

2.2 GIỚI THIỆU ACID BÉO OMEGA-3 7

2.2.1 Thành phần acid béo Omega-3 7

2.2.2 Tác dụng của acid béo Omega-3 9

2.3 KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU 10

2.3.1 Nguyên liệu mỡ cá tra 10

2.3.1.1 Đặc điểm của cá tra 10

2.3.1.2 Phân bố 11

2.3.1.3 Đặc điểm dinh dưỡng 11

2.3.1.4 Thành phần hóa học của cá tra 11

2.3.2 Nguyên liệu đầu cá hồi 12

2.3.2.1 Đặc điểm sinh học 12

2.3.2.2 Phân loại và phân bố 13

2.3.2.3 Thành phần hóa học và thành phần dinh dưỡng 14

2.3.3 Nguyên liệu hạt Chia 15

2.3.3.1 Giới thiệu về hạt Chia 15

2.3.3.2 Thành phần dinh dưỡng 16

2.3.3.3 Hàm lượng protein 17

2.3.3.4 Lipid 17

2.3.3.5 Chất xơ 17

2.3.3.6 Hợp chất phenolic 18

2.3.3.7 Ứng dụng của hạt Chia 18

2.4 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY 19

2.4.1 Khái niệm và phân loại 19

2.4.2 Các phương pháp trích ly, tinh sạch dầu cá và làm giàu acid béo không bão hòa đa nối đôi (PUFAs) có trong dầu cá 20

2.4.2.1 Trích ly dầu cá 20

2.4.2.2 Tinh sạch dầu cá bằng phương pháp trung hòa 23

2.4.2.3 Làm giàu PUFAs bằng phương pháp tủa urea 25

2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 25

Chương 3: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 28

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 28

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 28

3.1.3 Phương tiện nghiên cứu 28

3.1.3.1 Bảo quản nguyên liệu và chuẩn bị mẫu 28

3.1.3.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất sử dụng 28

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

3.2.1 Các phương pháp phân tích 30

3.2.2 Bố trí thí nghiệm 30

3.2.2.1 Thí nghiệm trích ly mỡ lỏng từ mỡ cá tra và đầu cá hồi, dầu thô từ hạt Chia 30

3.2.2.2 Thí nghiệm thu nhận hỗn hợp acid béo tự do bằng phương pháp thủy phân hóa học 31

3.2.2.3 Thí nghiệm làm giàu Omega-3 bằng phương pháp tủa urea 31

3.2.3 Xử lý số liệu 32

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VÀ CHỈ SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA NGUYÊN LIỆU 33

4.2 THÍ NGHIỆM TRÍCH LY MỠ LỎNG SẠCH TỪ MỠ CÁ TRA VÀ ĐẦU CÁ

HỒI, DẦU THÔ TỪ HẠT CHIA 34

4.2.1 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch từ mỡ cá tra 34

4.2.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian và tốc độ khuấy đến hiệu suất thu hồi mỡ cá lỏng từ đầu cá hồi 37

4.2.3 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của loại dung môi và phương pháp trích ly đến hiệu suất thu hồi dầu thô từ hạt Chia 39

4.3 THÍ NGHIỆM THU NHẬN HỖN HỢP ACID BÉO TỰ DO BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN HÓA HỌC 43

4.4 THÍ NGHIỆM LÀM GIÀU OMEGA-3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỦA UREA 45

4.5 SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH SẢN PHẨM OMEGA-3 TỪ MỠ CÁ TRA, ĐẦU CÁ HỒI VÀ HẠT CHIA 48

4.5.1 Hàm lượng Omega-3 48

4.5.2 Chỉ tiêu cảm quan và chỉ số đặc trưng của sản phẩm Omega-3 53

4.5.3 Phương pháp trích ly, chi phí nguyên liệu và chất lượng sản phẩm Omega-3 được trích từ ba nguồn nguyên liệu khác nhau 54

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

5.1 KẾT LUẬN 56

5.2 KIẾN NGHỊ 56

5.3 CÁC QUY TRÌNH SẢN XUẤT OMEGA-3 VỚI QUI MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐÃ HOÀN THIỆN 57

Tài liệu tham khảo 61

Phụ lục 1

PHỤ LỤC 1: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 1

PL 1.1 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ ACID 1

PL 1.2 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ PEROXYDE 1

PL 1.3 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ IOD 2

PL 1.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM NHANH 3

PL 1.5 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG PROTEIN TỔNG SỐ 3

PL 1.6 XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG TRO 4

PL 1.7 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CÁC ACID BÉO BẰNG PHƯƠNG PHÁP GC/FID 5

PHỤ LỤC 2: SỐ LIỆU THÔ, TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU 8

PL 2.1 NGUYÊN LIỆU MỠ CÁ TRA 8

PL 2.2 NGUYÊN LIỆU ĐẦU CÁ HỒI 9

PL 2.3 NGUYÊN LIỆU HẠT CHIA 9

PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THỐNG KÊ 11

PL 3.1 THÍ NGHIỆM TRÍCH LY MỠ LỎNG TỪ MỠ CÁ TRA VÀ ĐẦU CÁ HỒI, DẦU THÔ TỪ HẠT CHIA 11

PL 3.1.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi mỡ lỏng từ mỡ cá tra 11

PL 3.1.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian và tốc độ khuấy đến hiệu suất khối lượng mỡ cá lỏng từ đầu cá hồi 11

PL 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của loại dung môi và phương pháp trích ly ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dầu thô từ hạt Chia 12

PL 3.2 THÍ NGHIỆM THU NHẬN HỖN HỢP ACID BÉO TỰ DO BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN HÓA HỌC 12

PL 3.3 THÍ NGHIỆM LÀM GIÀU OMEGA-3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỦA URE 13 PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG OMEGA-3 15

PL 4.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN OMEGA-3 TỪ MỠ CÁ TRA 15

PL 4.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN OMEGA-3 TỪ ĐẦU CÁ HỒI 19

PL 4.3 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN OMEGA-3 TỪ HẠT CHIA 22

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Một số nguyên liệu có chứa acid béo 6

Bảng 2.2: Nguồn thủy sản có chứa acid béo thiết yếu 9

Bảng 2.3: Nguồn thực vật chứa Omega-3 9

Bảng 2.4: Thành phần dinh dưỡng của cá tra trên 100 g chất béo 11

Bảng 2.5: Giá trị dinh dưỡng trong 100 g cá hồi 14

Bảng 2.6: Thành phần dinh dưỡng, vitamin, acid béo và các hợp chất phenolic của hạt Chia trên 100 g 16

Bảng 2.7: Ứng dụng của hạt Chia 18

Bảng 2.8: Qui định nồng độ dung dịch kiềm tương ứng với nhiệt độ và chỉ số acid của dầu mỡ 24

Bảng 3.1: Một số thiết bị và dụng cụ sử dụng 29

Bảng 3.2: Một số hóa chất sử dụng 29

Bảng 3.3: Các phương pháp phân tích 30

Bảng 4.1: Kết quả phân tích thành phần của nguyên liệu 33

Bảng 4.2: Kết quả phân tích chỉ số đặc trưng của của lipid tổng trong nguyên liệu 34

Bảng 4.3: Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng ở nhiệt độ và thời gian khác nhau 35

Bảng 4.4: Hiệu suất thu hồi mỡ cá lỏng ở thời gian và tốc độ khuấy khác nhau 37

Bảng 4.5: Hiệu suất thu hồi dầu thô của các dung môi và phương pháp trích ly khác nhau 41

Bảng 4.6: Hiệu suất thu hồi hỗn hợp acid béo tự do ở lượng NaOH bổ sung khác nhau 44

Bảng 4.7: Hiệu suất thu hồi thành phẩm ứng với các nhiệt độ kết tinh khác nhau 47

Bảng 4.8: Thành phần Omega-3 từ ba nguồn nguyên liệu khác nhau 48

Bảng 4.9: Kết quả phân tích chỉ số đặc trưng của thành phẩm Omega-3 từ ba nguồn nguyên liệu khác nhau 53

Bảng 4.10: So sánh hàm lượng omega-3 từ các nguồn nguyên liệu khác 55

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1: Cấu trúc của các béo quan trọng trong Omega-3 1

Hình 2.1: Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài 8

Hình 2.2: Cá tra 10

Hình 2.3: Cá hồi (salmon) 12

Hình 2.4: Một số loài cá hồi phổ biến 13

Hình 2.5: Hạt Chia 15

Hình 2.6: Sự di chuyển của của chất béo trong quá trình xà phòng 24

Hình 4.1: Mỡ lỏng thu được ở nhiệt độ 70oC trong thời gian 20 (a), 40 (b) và 60 phút (c) 35

Hình 4.2: Mỡ lỏng thu được ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 20 (a), 40 (b) và 60 phút (c) 36

Hình 4.3: Mỡ lỏng thu được ở nhiệt độ 90oC trong thời gian 20 (a), 40 (b) và 60 phút (c) 36

Hình 4.4: Sự hình thành các tinh thể urea khi không có và có acid béo chuỗi dài 46

Hình 4.5: Tủa urea sau 24 giờ làm lạnh từ phản ứng tủa urea của acid béo tự do trích từ các nguyên liệu khác nhau 46

Hình 4.6: Giản đồ sắc ký thể hiện các thành phần acid béo trong Omega-3 của mỡ cá tra 50

Hình 4.7: Phổ GC/FID của Omega-3, 6, 9 trong mỡ cá tra 51

Hình 4.8: Giản đồ sắc ký thể hiện các thành phần acid béo trong Omega-3 của dầu cá hồi 51

Hình 4.9: Biểu đồ sắc ký este methyl acid béo tương ứng với dầu cá cá hồi 52

Hình 4.10: Giản đồ sắc ký thể hiện các thành phần acid béo trong Omega-3 của hạt Chia 52

Hình 4.11: Hình ảnh quang phổ sắc ký khí - phân tích khối phổ của các acid béo có trong hạt Chia được trích ly bằng dung môi hexan (1 - palmitic, 2 - stearic, 3 - oleic, 4 - linoleic, 5 - linolenic) 53

Hình 4.12: Kết quả cảm quan màu sắc của các sản phẩm là mỡ lỏng sạch và dầu thô, hỗn hợp acid béo tự do, thành phẩm (từ trái sang phải) của a) Mỡ cá tra, b) Đầu cá hồi, c) Hạt Chia 54

Hình 5.1: Quy trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra hoàn thiện 57

Hình 5.2: Quy trình trích ly Omega-3 từ hạt Chia hoàn thiện 58

Hình 5.3: Quy trình trích ly Omega-3 từ đầu cá hồi hoàn thiện 59Hình 5.4: Quy trình tổng quát trích ly Omega-3 từ động vật và thực vật 60

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Acid béo Omega-3 (hình 1.1) là những acid béo không thay thế có đa nối đôi, cơ thể con người không tổng hợp được mà phải lấy từ thức ăn bên ngoài Trong các acid béo Omega – 3 quan trọng nhất là: α – Linolenic acid (ALA) được tìm thấy trong dầu thực vật, eicosapentaenoic acid (EPA) và docosahexaenoic acid (DHA) thường tìm thấy

ở các loại dầu sinh vật biển (Lee et al., 2009)

Hình 1.1: Cấu trúc của các béo quan trọng trong Omega-3

(Sửa đổi từ Kashiwag and Huang, 2012)

Omega-3 là acid béo đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm nhiều nhất hiện nay Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến việc thu nhận acid béo Omega-3 từ thực vật và động vật nhằm đáp ứng nhu cầu đang ngày càng tăng cao cho việc phòng, chữa bệnh và nâng cao sức khỏe của con người Ở Việt Nam, việc nghiên cứu thu nhận và sử dụng các acid béo không thay thế Omega-3 và Omega-6 từ nguồn tự nhiên vẫn còn quá khiêm tốn Hiện nay, nhu cầu sử dụng trong nước về loại acid béo này tăng lên nhanh chóng nhưng đều phải nhập khẩu hoàn toàn với giá đắt đỏ

Do vậy, với mong muốn góp phần thỏa mãn nhu cầu trong nước và nâng cao giá trị của Omega-3, nhóm nghiên cứu tiến hành đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất Omega-3

từ hạt Chia, đầu cá hồi và mỡ cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm” nhằm sử dụng phương pháp chung cho cả ba loại nguyên liệu này là thủy giải dầu mỡ để chiết tách các acid béo tự do và tủa urea để tinh sạch và làm giàu các acid béo bất bão hòa (Omega-3) Qua

đó, nghiên cứu mong muốn tìm ra phương pháp trích ly Omega-3 chung cho cả động vật và thực vật ở quy mô phòng thí nghiệm tại Việt Nam

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Omega-3 trên thị trường Việt Nam vẫn là sản phẩm nhập khẩu với giá khá cao Đặc biệt cá hồi và hạt Chia là hai nguồn nguyên liệu ngoại nhập tương đối đắt tiền và chưa có nhiều báo cáo cụ thể về phương pháp trích ly Omega-3 cũng như so sánh thành phần dinh dưỡng của loại dầu này Vì vậy trong phạm vi nghiên cứu này, tùy theo tính

chất nguyên liệu mà hai quy trình khác nhau đã được áp dụng để chiết dầu thô là phương pháp trích dầu thô bằng trích ly rắn lỏng dùng cho hạt Chia, phương pháp gia nhiệt kết hợp khuấy trộn ứng dụng cho đầu cá hồi và gia nhiệt gián tiếp không sử dụng dung mối cho nguyên liệu mỡ cá basa; dầu mỡ sau khi trích từ ba loại nguyên liệu sẽ được làm giàu Omega-3 bằng phương pháp thủy phân hóa học kết hợp với tủa urea Qua đó, nghiên cứu mong muốn tìm ra phương pháp trích ly Omega-3 đơn giản quy mô phòng thí nghiệm cho ba loại nguyên liệu này, đặc biệt là đánh giá khả năng làm giàu Omega-

3 bằng phương pháp tủa urea; từ đó so sánh thành phần của Omega-3 trong các nguyên liệu này với các báo cáo trước đây

Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất Omega-3 từ hạt Chia, đầu cá

hồi và mỡ cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm” nhằm tìm ra quy trình hoàn chỉnh để chiết

tách hợp chất quan trọng này từ các nguồn nguyên liệu thực vật và động vật giàu

Omega-3 là rất cần thiết và có ý nghĩa

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Để xác định các thông số tối ưu cho quy trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra, đầu

cá hồi và hạt Chia ở quy mô phòng thí nghiệm và nhằm tạo ra sản phẩm mới có chất lượng cao, đề tài được thực hiện với các mục tiêu cụ thể như sau:

+ Xây dựng được quy trình hoàn thiện trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra, hạt Chia, đầu cá hồi

+ Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra, hạt Chia, đầu cá hồi

+ So sánh chất lượng sản phẩm Omega-3 từ mỡ cá tra, hạt Chia, đầu cá hồi sau quá trình làm giàu Omega-3 bằng phương pháp tủa urea

Chương 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT BÉO

2.1.1 Khái niệm

Chất béo (lipid) là một trong những thành phần sinh học cơ bản của động thực vật

và là thành phần dinh dưỡng có trong thức ăn cung cấp năng lượng cho con người cùng với các chất hữu cơ khác như protein, glucid và các vitamin Bên cạnh đó lipid cũng đóng vai trò như một chất vận chuyển vitamin tan trong dầu và sterol Ngoài ra trong thành phần của lipid có phospholipid và sterol ester tham gia vào quá trình sinh tổng hợp màng tế bào Lipid là một hợp chất hữu cơ có chức năng và thành phần hóa học khác nhau được trích ly từ động thực vật nhờ các dung môi ether, chloroform, methanol… (Lưu Hữu Mãnh et al., 1999)

2.1.2 Phân loại

Theo Đồng Thị Thanh Thu (2004) có nhiều kiểu phân loại lipid, về cơ sở phân loại chủ yếu có những loại sau:

 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa

Lipid xà phòng hóa được: Bao gồm các acylglyceride, phosphoglyceride và sáp nghĩa là những lipid mà trong phân tử có chứa ester của acid cao phân tử

Lipid không xà phòng hóa được: Tức là những lipid trong phân tử không chứa ester, nhóm này gồm các hydrocarbon, các chất màu và các sterol

 Dựa vào thành phần cấu tạo

Lipid đơn giản: về cấu tạo nó chỉ là ester của rượu và acid béo, không có thành phần khác tham gia

Lipid phức tạp: cũng là một ester nhưng khi thủy phân thu được ngoài thành phần chính rượu, acid béo còn có các thành phần khác như base nitơ, lưu huỳnh, glucid…

2.1.3 Tính chất của chất béo

2.1.3.1 Tính chất vật lý

- Chất béo tan nhiều trong dung môi hữu cơ như ether, benzene, n-henxan…

- Có độ nhớt khá cao

- Chất béo nhẹ hơn nước, tỉ trọng 0,91 – 0,97

- Điểm nóng chảy của lipid không thể hiện rõ ràng, tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu Khi dây acid béo càng dài, càng bão hòa thì độ nóng chảy của triglyceride càng cao, áp suất hơi kém do đó có mùi Chất béo có cấu tạo chủ yếu là triglyceride dây ngắn thì sự thủy phân sẽ phóng thích các acid béo tự do có khối lượng phân tử nhỏ, dễ bay hơi, gây mùi khó chịu Đối với mỡ động vật chứa nhiều acid béo bão hòa, nhiệt độ

bình thường ở trạng thái rắn, nhất là mỡ bò, mỡ cừu Dầu thực vật cũng tùy theo tỉ lệ giữa acid béo bão hòa và không bất bão hòa Vì vậy dầu thực vật luôn ở trạng thái lỏng (Trần Thanh Trúc, 2005)

2.1.3.2 Tính chất hóa học

Theo tác giả Trần Thanh Trúc (2005), tính chất hóa học của chất béo chủ yếu do phản ứng của triglyceride, có tác động đáng kể đến sự thay đổi chất lượng sản phẩm

i) Phản ứng thủy phân và xà phòng hóa

Trong điều kiện thích hợp, chất béo dễ bị thủy phân theo phản ứng

C3H5(COOR)3 + 3H2O  3RCOOH + C3H5(OH)3Nếu có mặt một lượng kiềm (KOH, NaOH) thì sau phản ứng thủy phân, acid béo tác dụng với chất kiềm để tạo thành muối kiềm (xà phòng)

RCOOH + NaOH  RCOONa + H2O Phương trình tổng quát: C3H5(COOR)3 + 3NaOH  3RCOONa + C3H5(OH)3

ii) Phản ứng cộng hợp

Phản ứng này có tác dụng cộng hydro vào các nối đôi trên dây carbon của acid béo với sự hiện diện của chất xúc tác thích hợp nhằm làm giảm nối đôi trên dây carbon, làm cho chất béo ổn định hơn, hạn chế được các quá trình oxy hóa, trùng hợp của chất béo Ngoài ra, phản ứng này còn có tác dụng giữ cho chất béo không bị biến đổi mùi khi bảo quản lâu

Phản ứng này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng: đây chính là cơ sở lý thuyết cho quá trình chuyển đổi dầu từ thể lỏng sang thể rắn để sử dụng một số trường hợp đặc biệt (margarine, shoterning…)

Ngoài ra, thành phần acid béo của dầu thường chứa đồng thời oleic acid, linoleic acid, linolenic acid Mặc dù linolenic acid có vai trò sinh học quan trọng, nhưng đó cũng

là nguyên nhân chính gây nên sự biến đổi mùi của thực phẩm, vì thế quá trình hydro hóa chọn lọc để giảm bớt hàm lượng linolenic acid thường được tiến hành trong công nghệ chế biến dầu

iii) Phản ứng đồng phân hóa

Dưới tác dụng của base hòa tan trong rượu sẽ xảy ra sự đồng phân hóa (theo cả hai kiểu đồng phân hình học và vị trí) các nối kép trên dây carbon, làm tăng tính khô của dầu Sự đồng phân hóa có thể thực hiện với chất xúc tác Ni, nhiệt độ 180oC, Al2O3 tăng hoạt tính

iv) Phản ứng với rượu

Đây là phản ứng cơ bản để biến triglyceride thành ester methyl của acid béo nhằm

để phân tích thành phần hóa học bằng sắc ký khí

v) Phản ứng oxy hóa

Những dầu mỡ có chứa nhiều acid béo bất bão hòa sẽ dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí Đa số các phản ứng xảy ra trên các nối đôi của carbon Dầu mỡ chứa nhiều acid béo bão hòa có ưu điểm dễ bảo quản, ít bị biến đổi nhưng lại có hệ số đồng hóa thấp

Từ đặc tính lý hóa nói chung của chất béo, các nghiên cứu về hiện tượng biến đổi mùi của dầu mỡ khi chúng được tồn trữ trong thời gian dài đã đưa ra hai nguyên nhân chủ yếu đến sự biến đổi này:

- Sự thủy phân giải phóng acid béo từ triglyceride: Sự thủy phân này có thể xảy ra khi mạch carbon của triglyceride ngắn hoặc dưới tác dụng của enzyme lipase

- Sự ôi dầu do phản ứng oxy hóa hóa học

Phản ứng này xảy ra dễ dàng với dây triglyceride có chứa nhiều nối kép Nó thường bắt nguồn từ phản ứng cộng oxy vào các nối kép hay xen và 𝐶𝛼 đối với nối kép để tạo

ra các hydroperoxide Các hydroperoxide này tiếp tục bị phân hủy để cho ra các sản phẩm sau cùng như các hợp chất carbonyl, aldehyde, aceton, alcohol

Việc tìm ra nguyên nhân gây biến đổi mùi trong quá trình bảo quản có ý nghĩa thực

tế rất quan trọng, đây chính là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm làm thay đổi đặc tính chất béo

2.1.4 Chức năng của chất béo

Song song với chức năng cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động, lipid còn có chức năng khác như theo Lê Ngọc Tú et al (1998):

- Thành phần cấu trúc màng sinh học

- Nguồn năng lượng dự trữ quan trọng cung cấp cho cơ thể

- Hoạt hóa và cấu thành enzyme, hormone

2.1.5 Thành phần chính trong chất béo

Acid béo là thành phần chính của hầu hết các lipid trong cơ thể lẫn thực phẩm Acid béo là một mạch dài các nguyên tử carbon liên kết với nhau và được bao quanh bởi các nguyên tử hydro Một phân tử acid béo gồm hai đầu: đầu alpha (α) có nhóm carboxylic, đầu còn lại là omega (ω) có nhóm methyl (Đồng Thị Thanh Thu, 2004) Công thức tổng quát của acid béo: - CH3 - (CH2)n - COOH

Các acid béo được chia hai loại: acid béo bão hòa (no) và acid béo bất bão hòa (không no), trong đó các acid béo bất bão hòa có tỉ lệ cao hơn so với các acid béo bão hòa Palmitic, oleic, linoleic acid là ba acid béo chiếm tỉ lệ cao trong tự nhiên

Các acid béo bão hòa có mạch thẳng, thường dễ gắn chặt với nhau, ngược lại, các phân tử acid béo bất bão hòa có cấu tạo lệch, do đó chỉ gắn với nhau cách lỏng lẻo và

dễ bị phá vỡ bởi nhiệt độ hơn Chiều dài của mạch carbon trong acid béo ảnh hưởng đến

độ rắn chắc của lipid ở nhiệt độ thường Cụ thể, các acid béo bão hòa chuỗi dài từ 12 carbon trở lên hiện diện ở trạng thái rắn, còn các acid béo bão hòa chuỗi dài từ 6 đến 10 carbon hoặc ngắn dưới 6 carbon hiện diện trạng thái lỏng ở nhiệt độ thường Các acid béo bất bão hòa có một hoặc nhiều nối đôi cũng dạng lỏng ở nhiệt độ thường

Trong đó các acid béo được phân loại căn cứ vào những chuỗi mắc nối và mức độ bão hòa với phân tử hydro Chuỗi mắc nối tùy thuộc vào số lượng carbon trong mỗi chuỗi, thường là số chẵn Mức độ bão hòa tùy thuộc số lượng nối đôi giữa các phân tử carbon với nhau Các phân tử carbon nối với nhau bằng nối đơn và carbon được bao bởi hydro thì gọi là acid béo bão hòa Nếu các nguyên tử hydro trong mạch bị thiếu nghĩa

là có sự hiện diện của một hay nhiều nối đôi C = C thì acid béo được gọi là acid béo bất bão hòa Và nếu acid béo có một nối đôi giữa các carbon nó gọi là bất bão hòa đơn còn

có hai hay nhiều nối đôi trong phân tử acid béo thì đấy là acid béo bất bão hòa đa (Gordon, 1999)

Acid béo là một phần lipid dự trữ có trong mỡ động và dầu thực vật Trong thực vật các acid béo thường có nhiều trong các cơ quan như củ, quả và hạt… Còn trong động vật các mô mỡ acid béo chiếm 70 – 97%; trong tủy 14 – 20% khối lượng tươi Acid béo chứa trong một số thực phẩm được thể hiện như ở bảng 2.1

Bảng 2.1: Một số nguyên liệu có chứa acid béo

Nguyên liệu Hàm lượng

chất béo (%)

Acid béo bão hòa (%)

Acid béo bất bão hòa đơn (%)

Acid béo bất bão hòa đa (%)

Nguyên liệu Hàm lượng

chất béo (%)

Acid béo bão hòa (%)

Acid béo bất bão hòa đơn (%)

Acid béo bất bão hòa đa (%)

(Nguồn: Hoàng Đức Như, 1997)

2.2 GIỚI THIỆU ACID BÉO OMEGA-3

2.2.1 Thành phần acid béo Omega-3

Acid béo Omega-3 là những acid béo không thay thế có đa nối đôi, cơ thể con người không tổng hợp được mà phải lấy từ thức ăn bên ngoài Trong tự nhiên acid béo Omega-3 có mặt chủ yếu trong tảo biển, san hô, hạt lanh, hạt Chia, quả óc chó, và có nhiều trong mỡ cá, đặc biệt là cá biển như: cá hồi, cá ngừ, cá basa, cá tra, (Hoàng Thị

Bích et al., 2017).Có hai loại acid béo không thay thế quan trọng là 3 và

Omega-6 Đầu tiên chúng được gọi là vitamin F nhưng theo các công trình nghiên cứu gần đây

đã chỉ ra gần hai loại acid này là các thành phần không thay thế nên gọi chúng là các

acid béo không thay thế thì đúng hơn là các vitamin (Burr et al., 2007)

Acid béo Omega-3 (n – 3) là một họ các acid béo bất bão hòa đa nối đôi Các acid béo có hai đầu, một đầu là acid carboxylic (- COOH), được coi là đầu mạch (chuỗi), nên gọi là “alpha” và đầu methyl (- CH3) được coi là đuôi mạch chuỗi do đó gọi là “omega”

(Scorletti and Byrne, 2013) Trong các acid béo Omega-3 quan trọng nhất là: 𝛼 – linolenic acid (ALA) được tìm thấy trong dầu thực vật, eicosapentaenoic acid (EPA) và docosahexaenoic acid (DHA) thường tìm thấy ở các loại mỡ sinh vật biển

Con người không thể tổng hợp được acid béo Omega-3 nhưng có thể tổng hợp các acid béo Omega-3 chuỗi ngắn ALA (C18:3 n – 3) qua chế độ ăn uống tạo thành các acid béo Omega-3 dài quan trọng hơn EPA (C20:5 n – 5) và DHA (C22:6 n – 3) Khả năng tạo ra các acid béo Omega-3 chuỗi dài từ ALA có thể suy yếu trong quá trình lão hóa

(Gao et al., 2012) Tuy nhiên sự tổng hợp này rất ít, không đủ đáp ứng nhu cầu dinh

dưỡng cơ thể, do đó cần cung cấp trực tiếp DHA và EPA (George et al., 2002)

Hình 2.1: Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài

(Nguồn: Trần Thanh Trúc, 2005)

Nguồn thực phẩm có chứa Omega-3 đươc thể hiện qua bảng 2.2 và 2.3

Loại bão hòa (desaturase)

Loại bão hòa

Kéo dài mạch (elongase)

Bảng 2.2: Nguồn thủy sản có chứa acid béo thiết yếu

(Nguồn: Lê Thanh Hùng, 2008)

Bảng 2.3: Nguồn thực vật chứa Omega-3

Nguồn thực vật Hàm lượng chất béo

(Nguồn: Souci et al.,1994)

2.2.2 Tác dụng của acid béo Omega-3

Sự thiếu acid béo Omega-3 trong chế độ ăn dẫn đến sự cạn kiệt DHA trong phospholipid ở tế bào thần kinh, cho dù những cơ chế bảo toàn cục bộ và hệ thống Sự thiếu DHA làm giảm hoạt động thần kinh của võng mạc, làm giảm độ nhạy của thị giác, làm thay đổi những phản ứng hành vi và gây ra những cơn khát bất thường và cả những phản ứng bất thường về thính giác và khứu giác Những sự bất thường này có thể được gây ra do những hấp phụ bề mặt bị ảnh hưởng do thiếu DHA Khi được este hóa vào trong những phospholipid màng tế bào, DHA được chứng minh là đã làm thay đổi một cách đáng kể nhiều tính chất cơ bản của màng tế bào bao gồm trật tự chuỗi acyl, độ lỏng,

các hoạt động của pha, độ nén đàn hồi, tính thấm, sự hợp nhất và hoạt động của protein

Sự tương tác của DHA với những lipid khác trên màng, đặc biệt là cholesterol Có thể đóng một vai trò nổi bật trong việc điều hòa cấu trúc và chức năng cục bộ của màng Khoảng 2/3 não bộ được tạo nên từ những acid béo, chúng là thành phần cơ bản của màng tế bào, qua màng này sẽ diễn ra sự giao lưu, liên lạc với mọi tế bào thần kinh trong các vùng của não và cơ thể (Carlier et al., 2001)

2.3 KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU

2.3.1 Nguyên liệu mỡ cá tra

2.3.1.1 Đặc điểm của cá tra

Phân loại khoa học của cá tra được mô tả như sau:

Cá Tra (Pangasianodon hypophthalmus) có thân dài, không vẩy, mắt cá tương đối

to, miệng rộng, răng nhỏ mịn, có hai đôi râu, trong đó râu hàm trên ngắn hơn 1/2chiều dài đầu gọi là râu mép Râu hàm dưới ngắn hơn 1/4 chiều dài đầu, gọi là râu cằm Khi

cá còn nhỏ thì râu dài hơn chiều dài đầu, khi lớn thì râu ngắn dần Vây lưng, vây ngực của cá có ngạnh cứng, vây bụng tương đối dài Về màu sắc trên da, khi còn nhỏ có màu xanh lục, khi lớn thân có màu tro xám, lưng xanh xám, đầu có màu hơi đen hơi thẫm, bụng cá có màu trắng bạc, gốc vây bụng và vây hậu môn có màu vàng nhạt, đuôi màu

đỏ hung (Phạm Văn Khánh,2000)

2.3.1.3 Đặc điểm dinh dưỡng

Trong dinh dưỡng học, cá được xem là một món ăn quý có nhiều protein, nhiều chất khoáng quan trọng và có gần đủ các loại vitamin, đặc biệt nhiều vitamin A và D trong gan cá và một số vitamin nhóm B Hơn thế nữa, cá tra, basa là 2 loại cá có giá trị dinh dưỡng cao vì chứa nhiều chất đạm, ít béo, nhiều EPA và DHA, rất ít cholesterol Ngày nay, các nhà khoa học đã khẳng định, hàm lượng cholesterol trong cá tra, basa cực

kỳ thấp, cụ thể là xấp xỉ 22 mg đến 25 mg trên 100 g cá thành phẩm ăn được Lượng protein trong cá tra, basa vào khoảng 23 – 28%, cao hơn các loại cá nước ngọt khác (16 – 17% tùy loại) Các protein của cá dễ tiêu hóa và dễ hấp thu hơn thịt động vật Về chất béo, hàm lượng chất béo trong cá tra, basa ít hơn so với thịt nhưng chất lượng mỡ cá lại tốt hơn: oleic, linolenic, arachidonic, klupanodonic acid… Nghiên cứu khoa học đã phát hiện rằng trong chất béo chưa bão hòa của mỡ cá tra, basa có chứa acid béo Omega-3 (EPA và DHA) (Trần Quốc Hưng, 2017)

Cá tra có giá trị dinh dưỡng cao bao gồm các chất béo bão hòa, protein, sodium được thể hiện qua bảng 2.4

Bảng 2.4: Thành phần dinh dưỡng của cá tra trên 100 g chất béo

2.3.1.4 Thành phần hóa học của cá tra

Theo Nguyễn Trọng Cẩn và Đỗ Minh Phụng (1990) thành phần hóa học trong cá tra:

- Trong cơ thịt: Nước, protein, lipid, muối vô cơ, vitamin và enzyme

- Trong da cá: Nước, protein và lipid Trong đó protein của da cá chủ yếu là collagen, keratin, elastin, globulin, albumin

- Trong vây cá: Chondromucoid, collagen và chondroalbumin

- Trong xương cá: Phosphate calci, carbonate calci, protein phức tạp, keo và albumin

- Thành phần trong bóng cá chủ yếu là collagen

- Nội tạng cá: Collagen, mỡ, protein và nước

- Dầu mỡ: Thành phần chủ yếu trong động vật thủy sản là triglyceride do acid bậc cao hòa hợp với glycerin tạo thành Acid béo của động vật thủy sản thuộc loại mạch thẳng có gốc carbon, chuỗi carbon trong chất béo dài từ 12 - 28C Gồm các acid béo bão hòa, acid béo không bão hòa

- Ngoài ra có thêm một vài thành phần phụ như: Sterol, sắc tố,…

2.3.2 Nguyên liệu đầu cá hồi

Có hai giống cá hồi chính:

- Giống Salmo salar hay cá hồi Đại Tây Dương,

- Giống Oncorhynchus hay cá hồi Thái Bình Dương

Hình 2.3: Cá hồi (salmon)

(Nguồn: https://pluspng.com/img-png/png-salmon-fish-frozen-fish-salmon-norwegain-rdw-350.png)

Cá hồi là loài cá ngược sông để sinh sản Từ khu vực nước ngọt di cư ra biển, sau

đó quay trở lại vùng nước ngọt để sinh sản Ngoài ra, có nhiều con thuộc nhiều loài sống

cả đời tại vùng nước ngọt (Aryee and Simpson, 2009)

Cá hồi là loài cá có kích thước lớn và có thể sinh sống ở môi trường nước mặn và

nước ngọt Trọng lượng của cá hồi phụ thuộc vào từng giống và từng loại cá hồi Trọng lượng trung bình của chúng dao động khoảng 6,8 kg đến 61,4 kg Chiều dài của cá dao

động trong khoảng 50 - 150 cm, thân hình dài và tròn ở phần thân trên, phần đầu của cá nhỏ hơn so với tỉ lệ cơ thể chúng, xương đầu của cá khá mềm, miệng cá rộng, mở rộng dài, mắt cá tròn và được bố trí ngay trên khu vực khóe miệng, phần lưng của cá hơi cong

và có 2 vây (một vây cao và khá mềm, một vây ở gần đuôi và rất nhỏ), và một số đặc điểm khác như: vây ngực, vây bụng, vây hậu môn (Walbaum, 1792) Ngoài ra, cá hồi

có lớp da khá bóng, trên da có những đốm nhỏ trải khắp cơ thể Phần vây lưng và toàn

bộ phần lưng có màu vàng xanh đậm, ở bụng có màu trắng hồng

Nguồn nước nuôi cá hồi: Có thể sử dụng các nguồn nước từ suối chảy, từ mạch ngầm, hồ tự nhiên và hồ chứa Nguồn nước nuôi phải sạch, đạt các chỉ tiêu về độ hòa tan, nhiệt độ, pH,…(Santosh, 1758)

Khi đến chu kỳ sinh sản cá hồi thường di cư, sinh sản theo hình thức đẻ trứng và

sẽ chết sau vài ngày hoặc vài tuần sau khi đẻ trứng Chúng thường đẻ trứng ở những vùng nước sâu, những nơi có dòng chảy mạnh để có nhiều oxy, để kích thích việc phát triển của phôi thai Cá hồi thường đẻ trứng thành bọc, trứng cá hồi thường có màu cam hoặc đỏ Khi cá cái vừa đẻ trứng, một hoặc nhiều cá hồi đực sẽ phun tinh trùng lên để trứng được thụ tinh Cá hồi bắt đầu bước vào chu kỳ sinh sản khi chúng đạt từ 1 – 3 năm tuổi tùy thuộc vào từng dòng cá hồi (Aryee and Simpson, 2009)

2.3.2.2 Phân loại và phân bố

Hình 2.4: Một số loài cá hồi phổ biến

(Nguồn: https://chinookshores.com/2016/12/5-salmon-species-found-in-alaska/)

Cá hồi Thái Bình Dương: là giống cá hồi khá phổ biến và có rất nhiều loài khác

nhau, chúng thường có hình dấu X ở đường bên của cá, hàm trên khá rộng và mang có rất nhiều chấm đen (Kottelat and Freyhof, 2007)

Cá hồi Chinook: có lưng màu xanh xám với các mặt màu bạc, vây lưng và thường

ở cả hai thùy đuôi Loài này có miệng đen với nướu đen ở chân răng và hàm dưới Chinook là loài cá hồi nổi tiếng nhất ở Bắc Mỹ, còn gọi là King salmon và là loài có thể bơi đến tận Sông Mackenzie và Kugluktuk ở miền trung vòng bắc cực Canada, và miền nam Bờ biển Trung California (McDowall, 1994)

Cá hồi Coho – Silver salmon: có lưng màu xanh lục với các mặt màu bạc và

những đốm đen nhỏ ở lưng, vây lưng và thường chỉ ở thùy trên của đuôi Chúng có một cái miệng đen với nướu trắng ở chân răng ở hàm dưới, có thân dài, hàm trên kéo dài đến sau mắt, lược mang 18 – 25, vây lưng 8 – 10, vây hậu môn 12 – 14 Coho còn được gọi

là cá hồi bạc ở Mỹ và được tìm thấy ở tất cả các vùng nước ven biển Alaska và British Columbia và ở phía nam miền trung California (Stephenso, 2005)

Cá hồi hồng – Pink salmon: hay còn gọi là cá gù ở đông nam và tây nam Alaska,

được thấy ở miền bắc California và Triều Tiên, trên toàn vùng bắc Thái Bình Dương

Là loài cá hồi Thái Bình Dương nhỏ nhất, với trọng lượng trung bình (1,6 – 1,8 kg) Pink salmon có miệng màu trắng, nướu răng đen, ko có răng trên lưỡi, có u thịt lớn màu đen trên lưng, đuôi hình chữ V (Stephenson, 2005)

Cá hồi Masu hay cherry salmon: lưng cá có màu tối, màu đỏ tươi của các sọc

trên mặt cơ thể và màu đỏ thẩm ở bụng tạo thành màu sắc nhẹ nhàng và chúng thường được gọi là cá hồi anh đào Masu được tìm thấy ở tây Thái Bình Dương tại Nhật Bản, Triều Tiên và Nga (Augerot, 2005)

Cá hồi Đại Tây Dương (Salmo salar): thường sinh sản ở những dòng sông phía

bắc hai bờ Đại Tây Dương Cá hồi nhập khẩu và được sử dụng phổ biến tại Việt nam thường được gọi là cá hồi Na Uy là loại cá hồi Đại Tây Dương (Kottelat and Freyhof, 2007)

2.3.2.3 Thành phần hóa học và thành phần dinh dưỡng

Cá hồi còn được biết đến là thực phẩm giàu dinh dưỡng và tốt cho sức khỏe Ăn

cá hồi giúp phòng tránh một số bệnh và đặc biệt có ích cho tim, da, tóc và não bộ con người Cá hồi có chứa Omega-3 giàu EPA và DHA, protein cùng nhiều dưỡng chất thiết yếu khác như vitamin B, kali và selen, đều là những dưỡng chất cần thiết cho cơ thể (Nguyễn Ý Đức, 2000)

Cá hồi thường chứa 2 - 25% chất béo, 15 - 30% protein và độ ẩm 50 - 80% Cá hồi Đại Tây Dương chứa 2 - 15% hàm lượng chất béo và 57% tổng lượng mỡ trong cơ thể có trong phần không ăn được trong khi da chứa 18% tổng lượng mỡ trong cơ thể (Aryee and Simpson, 2009)

Bảng 2.5: Giá trị dinh dưỡng trong 100 g cá hồi

Thành phần Khối lượng Đơn vị

(Nguồn: Nguyễn Ý Đức, 2000)

2.3.3 Nguyên liệu hạt Chia

2.3.3.1 Giới thiệu về hạt Chia

Chia (Salvia hispanica L.) là một đại diện thuộc chi Salvia Trong số các loài thuộc

họ Labiatae, chia được phân biệt bởi giá trị dinh dưỡng và trị liệu Chia là loài cây thân

thảo, mọc trải dài từ miền tây Mexico đến phía bắc Guatemala Cây phát triển tối ưu ở vùng khí hậu ấm áp, lượng mưa cao và nhiệt độ từ 15 - 30 oC (Coates and Ayerza,1996; Coates and Ayerza, 1998) Chiều cao tối đa của cây là 1 m, có lá mọc đối, dài 48 cm và rộng 3 - 6 cm, có hoa màu tím hoặc trắng kích thước 3 - 4 mm, tập hợp thành từng vòng trên đỉnh chồi (Ixtainaa et al., 2008; Mohd et al., 2012) Hạt Chia có hình bầu dục, nhỏ, dài 2 mm, rộng 1 đến 1,5 mm và dày dưới 1mm, màu sắc của hạt đa dạng có thể là nâu,

đen, xám, trắng (Grancieri et al., 2019; Knez Hrnčič., 2018) Ngoài ra, tên Salvia hispanica được đặt bởi Carl Linnaeus (1707 – 1778), người đã phát hiện ra loài cây này

Salvia là là một chi gồm khoảng 900 loài thuộc họ Labiatae phân bố rộng rãi ở

một số khu vực trên thế giới như Nam Phi, Trung, Bắc, Nam Mỹ và Đông Nam Á Trong một số tài liệu, chia không chỉ được trồng ở Mexico và Guatemala mà còn ở Úc, Bolivia, Columbia, Peru, Argentina, Mỹ và Châu Âu Ngày nay, Mexico đang được công nhận

là nước sản xuất Chia lớn nhất thế giới (Gracicieri et al., 2019)

Giá trị dinh dưỡng của hạt Chia trắng và đen tương đương nhau Hàm lượng protein trong hạt Chia đen là 16,9%, hàm lượng chất xơ là 32,6% Trong hạt Chia trắng, hàm lượng protein là 16,5% và hàm lượng chất xơ là 32,4% Sự khác biệt chủ yếu là về hình thái hạt Chia trắng là lớn hơn, dày hơn so với hạt Chia đen (Ullah et al., 2016) Coorey

và các cộng sự đã chỉ ra rằng chia là một thành phần thực phẩm tuyệt vời vì nó chứa lượng α-linolenic acid cao nhất trong tất cả thực phẩm được biết đến (Coorey et al., 2012) Hơn nữa, trong hạt Chia có dầu, carbohydrate, chất xơ, protein, vitamin (A, B,

K, E, D), khoáng chất và chất chống oxy hóa Hạt Chia được sử dụng để bổ sung chất dinh dưỡng, có lợi cho hệ tiêu hóa, giảm nguy cơ mắc bệnh tim, tiểu đường (Grancieri

et al., 2019; Ullah et al., 2016; de Falco et al., 2018)

Bảng 2.6: Thành phần dinh dưỡng, vitamin, acid béo và các hợp chất phenolic của hạt Chia trên

đã xác nhận rằng hạt Chia chứa một số loại acid amin ngoại sinh (arginine, leucine, phenylalanine, valine, lysine) và một số acid amin nội sinh (acid glutamic, aspartic, alanine, serine, glycine) (Noshe and Al-bayyar, 2017; Ullah et al., 2016) Grancieri và cộng sự đã nghiên cứu thành phần và tác dụng của hạt Chia với kết quả có tổng cộng

20 protein thu được trong hạt Chia, 8 trong số đó có liên quan đặc biệt đến việc sản xuất lipid thực vật, gây ra nồng độ acid béo không bão hòa đa cao

2.3.3.4 Lipid

Lipid là hoạt chất sinh học mà cơ thể con người cần tích lũy năng lượng, hình thức cấu trúc tế bào và điều hòa chức năng sinh lý Nếu không có enzyme có khả năng hình thành các liên kết đôi tại các vị trí n – 3, n – 6, sinh vật không thể tổng hợp các acid béo như ω - 3, và ω - 6 Do đó, cần cung cấp Omega-3 cho cơ thể từ nguồn thực phẩm Hạt Chia chứa 25 – 40% chất béo, hầu hết trong số đó là dạng acid béo không bão hòa đa (Mohd Ali et al., 2012)

Hạt Chia chứa 39% dầu (khối lượng của hạt thô), bao gồm tới 68% Omega-3 và 19% Omega-6 (Ciau-Solís et al., 2014) Tỉ lệ giữa acid béo Omega-3 và Omega-6 là 0,35:0,3 Thành phần hóa học của mỗi sản phẩm có thể thay đổi do các yếu tố khác nhau như năm trồng trọt, môi trường canh tác và phương pháp được sử dụng (Campos et al., 2016; Kulczynski et al., 2019) Coates và Ayerza cũng đã điều tra ảnh hưởng của nhiệt

độ đến các acid béo không bão hòa đa có trong hạt Chia Argentina, kết quả đã chỉ ra rằng trong quá trình phát triển của hạt giống từ tháng tư đến tháng năm, sự gia tăng của nhiệt

độ làm giảm lượng acid béo không bão hòa đa

2.3.3.5 Chất xơ

Chất xơ là thành phần quan trọng của chế độ ăn hàng ngày Hàm lượng chất xơ trong hạt Chia là 23 – 41%, trong đó phần không hòa tan chiếm 85% và phần hòa tan khoảng 15% (Mañas et al., 1994; Reyes-Caudillo et al., 2008) Hàm lượng chất xơ trong hạt Chia phụ thuộc vào vùng trồng trọt và khí hậu Hạt Chia chứa gấp đôi lượng chất

xơ so với cám, 4 – 5 lần hạnh nhân, đậu nành Nó đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa các bệnh về hệ tiêu hóa, tiểu đường, ung thư trực tràng, sỏi thận

2.3.3.6 Hợp chất phenolic

Các hợp chất phenolic có mặt tự nhiên trong rau, củ, quả và tạo màu sắc, mùi, vị

và cấu trúc cho các loại thực phẩm này Nó được phân thành ba nhóm chính: nhóm flavonoid, nhóm phenolic acid và nhóm còn lại bao gồm stilbene, lignin và tannin (John and Sons, 2016)

Hạt Chia khô chứa 8,8% hợp chất phenolic Trong đó chủ yếu là các caffeic acid, chlorogen, querencetin acid, rosmarinic acid, gallic acid, cinnamic acid, myricetin acid, kaemferol acid (thuộc nhóm phenolic acid) Ngoài ra, nhóm flavonoid như daidzein, glycitein, genistein được cũng được tìm thấy Bên cạnh đó, trong cùng nghiên cứu vitamin thì A, B1, B2 và B3 cũng được tìm thấy trong hạt Chia (Rahman et al., 2017)

2.3.3.7 Ứng dụng của hạt Chia

Một số nghiên cứu đã được thực hiện về việc sử dụng hạt Chia trong ngành công nghiệp thực phẩm Năm 2000, hướng dẫn chế độ ăn của Hoa Kỳ cho rằng hạt Chia có thể sử dụng làm thực phẩm chính, nhưng trong một số lượng giới hạn, tiêu thụ không quá 48 g/ ngày (Das, 2018) Hiện nay, gel của hạt Chia có thể được sử dụng thay thế dầu hoặc trứng trong sản phẩm nướng, ứng dụng này giúp làm giảm hàm lượng calo và chất béo của sản phẩm (Borneo et al., 2010) Chia thường được dùng trong salad từ mầm chia, hạt Chia, trong đồ uống, ngũ cốc (Ixtaina et al., 2010; Rendon-Villalobos et al., 2012) Ủy ban châu Âu đã chấp thuận việc sử dụng hạt Chia trong các sản phẩm bánh mì với giới hạn không nhiều hơn 5% Khác với bánh mì, ngành công nghiệp thực phẩm khác của các quốc gia trên thế giới bao gồm Mỹ, Canada, Chile, Úc, New Zealand và Mexico

đã sử dụng hạt Chia hoặc dầu hạt Chia cho các ứng dụng khác nhau như ăn sáng ngũ cốc, đồ ăn nhẹ cookie, nước ép trái cây, sữa chua và một số loại bánh khác (Borneo et al., 2010)

Bảng 2.7: Ứng dụng của hạt Chia

Sử dụng

hạt Chia Các sản phẩm

Nhận xét Tài liệu tham khảo

Sử dụng

hạt Chia Các sản phẩm

Nhận xét Tài liệu tham khảo

Chế biến

thực phẩm

Bột (bột bắp bổ sung 15 - 20%

Cải thiện khả năng giữ nước,

sức khỏe Dầu hạt Chia

Bệnh về da như ngứa, khô da đặc biệt là bệnh nhân tiểu đường, rối loạn chức năng thận

Jeong et al., 2010

2.4 SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY

2.4.1 Khái niệm và phân loại

Trích ly là quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chất lỏng hoặc trong chất rắn bằng một chất lỏng khác gọi là dung môi Theo tác giả Nguyễn Bin (2008) có 2 dạng trích ly là trích ly lỏng – lỏng và trích ly rắn – lỏng, các dạng trích ly được mô tả và phân loại như sau:

Trích ly lỏng – lỏng là quá trình chiết chuyển các chất cần trích ly từ một chất lỏng

(khác dung môi) vào dung môi và được thực hiện qua 2 giai đoạn

- Giai đoạn đầu: Giai đoạn trộn lẫn và phát tán vào nhau để tạo sự tiếp xúc pha tốt

cho dung môi chất chuyển hỗn hợp đầu vào dung môi Nếu thời gian tiếp xúc đủ thì quá

trình chuyền vật chất sẽ xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng giữa hai pha

- Giai đoạn sau: Giai đoạn tách pha, hai pha tách ra dễ dàng được hay không tùy

thuộc vào sự sai biệt khối lượng riêng giữa hai pha Một là pha trích ly gồm chủ yếu dung môi và dung chất, pha còn lại chủ yếu là của hỗn hợp ban đầu Thường thì các cấu

tử trong hỗn hợp và các dung môi đều ít hòa tan vào nhau vì thế trong hai pha đều có sự hiện diện của ba cấu tử

Ngoài ra theo tác giả Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn (2013) thì các phương pháp trích ly lỏng – lỏng được phân loại theo đoạn (dòng) sẽ có những dạng như:

- Trích ly theo một đoạn: Quá trình có thể thực hiện liên tục hay gián đoạn Hỗn hợp ban đầu và các dung môi được trộn lẫn với nhau, quá trình truyền khối diễn ra giữa hai pha được tiến hành cho đến khi hệ cân bằng sau đó để hỗn hợp lắng và tách pha

- Trích ly liên tục nhiều đoạn nghịch dòng: Nguyên liệu ban đầu và dung môi đi ngược chiều nhau Nguyên liệu đi vào đầu này và đi ra đầu kia Pha trích và pha rafinat

đi liên tục, ngược chiều nhau qua mỗi đoạn

- Trích ly theo nhiều đoạn giao dòng: Quá trình cũng có thể thực hiện liên tục hay gian đoạn Đây là sự kéo dài của quá trình trích ly một đoạn trong đó pha rafinat liên tục

đi qua mỗi đoạn để được tiếp xúc với dung môi mới

- Trích ly liên tục nghịch dòng có hoàn lưu: Quá trình trích ly liên tục nghịch dòng, dòng sản phẩm trích có nồng độ lớn nhất khi đạt cân bằng với dòng nhập liệu Việc sử dụng dòng hoàn lưu của pha trích làm pha trích có nồng độ cao hơn

Trích ly rắn - lỏng: Đây là quá trình hòa tan chọn lựa hay nhiều cấu tử trong chất

rắn bằng cách cho chất rắn tiếp xúc với dung môi Quá trình trích ly chất rắn có thể được thực hiện gián đoạn, bán liên tục và liên tục Có 2 cách là cho chất rắn tiếp xúc với dung môi và phun chất lỏng qua vật thể rắn Quá trình này được sử dụng nhiều trong công nghệ chế biến thực phẩm như quá trình chiết tách các hợp chất cà phê, trà bằng cách cho tiếp xúc với nước nóng, quá trình thu hồi dầu thực vật bằng cách cho các hạt có dầu tiếp xúc với dung môi hữu cơ

2.4.2 Các phương pháp trích ly, tinh sạch dầu cá và làm giàu acid béo không bão hòa đa nối đôi (PUFAs) có trong dầu cá

2.4.2.1 Trích ly dầu cá

Những tiến bộ công nghệ gần đây và sự phát triển của các phương pháp cải tiến sản xuất và phân tách đã tạo ra một cuộc cách mạng trong việc lựa chọn các phân tử sinh học và tạo cơ hội để có được những chất chiết xuất tự nhiên Các quy trình khai thác dầu

mỡ động thực vật có thể được phân loại thành ba loại: vật lý, hóa học và sinh học

a) Trích ly vật lý

* Trích ly bằng cách dùng nhiệt

Trích ly bằng cách dùng nhiệt có thể hiểu là sử dụng nhiệt độ cao để phá vỡ màng

tế bào của nguyên liệu, dầu từ các mô dự trữ sẽ chảy ra (Hoàng Thị Bích et al., 2017) Nhiệt độ cao sẽ làm đông tụ protein, phá vỡ các chất béo lắng đọng, giải phóng dầu và liên kết hóa lý của nước Sự đông tụ của protein cá xảy ra ở khoảng 75oC, Thiết bị gia nhiệt trực tiếp và gián tiếp cũng được sử dụng Trích ly bằng nhiệt còn được sử dụng để

hỗ trợ việc giải phóng dầu từ các tế bào gan, đồng thời nó làm bất hoạt các enzyme phân giải mỡ gây ra sự thủy phân lipid (phản ứng hỗ trợ quá trình oxy hóa các acid béo).Trong quá trình gia nhiệt, quá trình oxy hóa lipid cũng có thể xảy ra, bản chất của những thay

đổi phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, thời gian gia nhiệt, độ bất bão hòa của dầu (Quero-jiménez et al., 2020)

* Trích ly bằng phương pháp ép ướt

Việc trích ly dầu cá bằng phương pháp ép ướt là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để sản xuất ở quy mô công nghiệp, về cơ bản được thực hiện qua 4 giai đoạn: nấu cá, ép, gạn và ly tâm Các điều kiện nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt được sử dụng

để đông tụ protein và giải phóng dầu sau đó có thể làm thay đổi một phần các PUFAs

có mặt, do các phản ứng phân hủy như thủy phân và oxy hóa (Bonilla-méndez and Hoyos-concha, 2018)

b) Trích ly hóa học

* Trích ly bằng cách sử dụng dung môi

Một quy trình thông thường khác là trích ly sử dụng dung môi, thường được áp dụng cho mục đích phân tích nhưng không áp dụng cho sản xuất công nghiệp Quá trình này dựa trên khả năng hòa tan của lipid trong dung môi hữu cơ và khả năng không hòa tan của chúng trong nước, nhờ đó, lipid cũng như các thành phần hòa tan của nó như protein, carbohydrate và khoáng chất có thể được tách ra khỏi nước (Bonilla-méndez and Hoyos-concha, 2018) Các dung môi thường được sử dụng là chloroform, methanol, ethanol, ether dầu hỏa,… (Rubio et al., 2010)

* Trích ly bằng Soxhlet

Đây được xem là phương pháp chiết xuất rắn – lỏng Các dung môi không phân cực như ethyl acetate và petroleum ether được sử dụng để trích ly lipid Hiệu suất chiết đối với các lớp hợp chất khác nhau phụ thuộc phần lớn vào các đặc tính của dung môi hữu cơ (Quero-jiménez et al., 2020)

Ban đầu mẫu được làm khô, cắt nhỏ và được đặt trong ống xốp Hệ thống Soxhlet chủ yếu có ba ngăn: bình, buồng chiết và bình ngưng Mẫu được đặt trong ống đong, khi bình được làm nóng, dung môi được bay hơi và chuyển lên bình ngưng, tại đây nó được chuyển thành chất lỏng và được thu vào buồng chiết có chứa mẫu Khi dung môi

đi qua mẫu, nó sẽ trích các chất béo và đưa chúng vào bình Quá trình khai thác này thường kéo dài vài giờ (6 – 24 giờ) Sau khi hoàn thành trích ly, dung môi được bay hơi,

và khối lượng lipid còn lại được đo và sử dụng để phân tích (Hewavitharana et al., 2020)

c) Trích ly sinh học

* Trích ly bằng cách lên men

Quá trình lên men xảy ra tự nhiên trong điều kiện yếm khí do hoạt động của vi sinh vật Ở phương pháp này thường ứng dụng để thực hiện công nghệ ủ chua cá sử dụng xử lý acid (acid hữu cơ, chẳng hạn như formic acid) hoặc lên men với vi khuẩn acid lactic để phá vỡ protein của cá thành các đơn vị hòa tan nhỏ hơn và acid giúp tăng tốc độ hoạt động của chúng đồng thời ngăn ngừa sự hư hỏng của vi khuẩn (Olsen et al.,

2014) Rai et al., 2010 đã nghiên cứu vi khuẩn acid lactic hiện diện tự nhiên và các mẫu

cấy bổ sung (Ent Faecium HAB01 và Ped Acidilactici K7) để ủ cá, tiếp theo là phương

pháp chiết xuất của Bligh và Dyer để đánh giá thành phần acid béo của dầu thô thu được Tuy nhiên, không có lợi thế nào được nghiên cứu so với quá trình lên men tự nhiên về sản lượng dầu và thành phần acid béo Một nghiên cứu khác đã so sánh quy trình ủ chua

tự nhiên với ủ chua bằng acid sử dụng acid formic (3%, thể tích/trọng lượng) và lên men

với một số chủng vi khuẩn acid lactic (Lb plantarum, Pd Acidilactici, Ent Gallinarum,

Lb brevis, và Streptococcus spp.) được bổ sung chất chống oxy hóa, chất diệt nấm (kali

sorbat) và 15% mật đường để hỗ trợ quá trình lên men Kết quả cho thấy giá trị peroxide

và acid thấp hơn trong tất cả các mẫu lên men LAB được thêm vào, trong khi tỉ lệ PUFAs không khác biệt đáng kể (Ozyurt et al 2019) Ngoài ra, một số LAB tạo ra chất chống oxy hóa tự nhiên ngăn chặn quá trình oxy hóa của các acid béo và quá trình lên men làm cho protein dễ tiêu hóa hơn so với protein từ ủ chua (Vidotti et al., 2002) Nhìn chung,

ủ chua cá đòi hỏi chi phí đầu tư, năng lượng và lao động thấp nên đây là một kỹ thuật

đầy hứa hẹn để chế biến dầu cá quy mô công nghiệp

* Trích ly có hỗ trợ của enzyme

Phương pháp này thường ứng dụng để thực hiện cho quá trình trích ly dầu cá có

sự hỗ trợ của enzyme được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ thấp bằng cách sử dụng các protease cùng với tỉ lệ nước/cá thích hợp để tối đa hóa hiệu quả trích ly Bổ sung các enzyme ngoại sinh làm cho quá trình tiêu hóa được kiểm soát và tái tạo tốt hơn Vì vậy thủy phân bằng enzyme là một cách lý tưởng để thu hồi dầu và protein từ cá và chất thải chế biến thủy sản Các enzyme và cá được sử dụng trong quá trình này có một điểm chung là chúng phải đảm bảo chất lượng thực phẩm, và nếu các enzyme có nguồn gốc

từ vi sinh vật thì chúng không phải là mầm bệnh Trong hầu hết các trường hợp, protease kiềm/trung tính được sử dụng cho quá trình thủy phân vì chúng tạo ra kết quả tốt hơn protease có tính acid (Ramakrishnan et al., 2013; Hatwar et al., 2011) Xử lý bằng enzyme là một phương pháp đầy hứa hẹn để trích ly đồng thời dầu, chất thủy phân protein và các hoạt chất sinh học từ cá, các sản phẩm phụ của cá và tảo (Araujo et al

2020)

c) Các phương pháp trích ly theo AOAC (Association of official analytical chemists)

* Trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction (SFE))

Trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFE) là một công nghệ chiết xuất sử dụng dung môi đang được quan tâm trong những năm gần đây, do những ưu điểm như sử dụng nhiệt độ vừa phải, môi trường không có oxy và chiết xuất lipid phân cực thấp, tránh được sự chiết tách tạp chất nước (Bonilla-méndez and Hoyos-concha, 2018) Ngoài ra theo tác giả Bonilla-méndez và Hoyos-concha thì chất lỏng siêu tới hạn

có độ nhớt thấp hơn và độ khuếch tán cao hơn so với dung môi thông thường, cải thiện

sự chuyển khối và giảm thời gian cần thiết cho quá trình trích ly Nhược điểm lớn nhất

của nó là chi phí cao khi áp dụng công nghệ này ở cấp độ công nghiệp Chất lỏng được

sử dụng chủ yếu là CO2, nó được sử dụng như một dung môi trơ và an toàn để khai thác dầu Ưu điểm chính của nó là không lưu lại trong sản phẩm, vì ở nhiệt độ và áp suất phòng, nó trở về trạng thái khí và bay hơi

Các thông số thường được đánh giá là áp suất, nhiệt độ, lưu lượng CO2 và thời gian Tuy nhiên, ảnh hưởng của độ ẩm, hướng dòng chảy, tỉ lệ dung môi: nguyên liệu

và kích thước hạt cũng đã được nghiên cứu trong dầu cá (Bonilla-méndez and concha, 2018)

* Trích ly có hỗ trợ của siêu âm

Chiết xuất có hỗ trợ siêu âm (UAE) làm giảm đáng kể thời gian chiết xuất và tăng năng suất chiết xuất của nhiều chất nền tự nhiên, do tạo ra bọt khí trong dung môi Các bong bóng tạo lỗ hỏng trong chất lỏng ở giai đoạn giãn nở Áp suất âm do chu kỳ giãn

nở tạo ra vượt quá độ bền kéo cục bộ của chất lỏng Khả năng gây ra hiện tượng xâm thực (tạo bọt khí) này phụ thuộc vào đặc tính của sóng siêu âm, tính chất của dung môi

và điều kiện môi trường Sau khi bong bóng tạo bọt khí được tạo ra, nó sẽ xẹp xuống trong chu kỳ nén, đẩy các phân tử chất lỏng lại với nhau và một tia siêu nhỏ tốc độ cao được tạo ra về phía hạt ma trận, thúc đẩy sự trộn lẫn dung môi với chất nền Áp suất và nhiệt độ cao liên quan đến quá trình này, có thể lên tới 1000 bar và lên tới 4726,85 °C,

là nguyên nhân gây ra sự gia tăng chuyển khối, vì sóng xung kích phá vỡ thành và màng

tế bào Sau khi phá vỡ tế bào, dung môi có thể dễ dàng thâm nhập vào hạt rắn, giải phóng các hợp chất nội bào vào dung môi dạng khối (Quero-jiménez et al., 2020)

2.4.2.2 Tinh sạch dầu cá bằng phương pháp trung hòa

Khi dầu cá được trích ly, chúng đòi hỏi một quá trình tinh chế để đạt được các đặc tính chất lượng có thể chấp nhận được cho người và động vật tiêu thụ, vì chúng chứa các tạp chất không hòa tan, phospholipid, acid béo tự do, độ ẩm, các sản phẩm oxy hóa chính, khoáng chất, chất màu và thậm chí cả chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy Các tạp chất trong dầu làm giảm chất lượng của dầu và phải được loại bỏ trong khi vẫn duy trì các hợp chất mong muốn nhất, chẳng hạn như Omega-3 và các PUFA khác, do đó, quá trình tinh chế phải được thiết kế sao cho đạt được mục tiêu này, giảm thiểu thất thoát

dầu và tối đa hóa sự sẵn có của các thành phần có lợi (Bonilla-méndez and concha, 2018)

Các chất béo tồn tại chủ yếu ở dạng ester, tuy nhiên để tách chất béo ra thành các acid béo tự do thì cần sử dụng phương pháp trung hòa Trung hòa chất béo trong môi trường kiềm hay còn gọi là phản ứng xà phòng hóa Đây là một phương pháp đơn giản,

dễ tiến hành và hiệu suất phản ứng rất cao Chất béo được đun hoàn lưu với một base loãng như KOH hoặc NaOH Phản ứng tạo ra sản phẩm xà phòng, để tách được acid béo

tự do cần cho xà phòng tác dụng với acid đậm đặc như H2SO4 (Trần Mỹ Quan et al., 2003) (hình 2.6)

Hình 2.6: Sự di chuyển của của chất béo trong quá trình xà phòng

(Nguồn: Trần Mỹ Quan et al., 2003)

Tác dụng của kiềm không phải chỉ hạn chế ở mức độ trung hòa mà chính những

xà phòng sinh ra lại có năng lực hấp phụ nên chúng còn có thể kéo theo các tạp chất như protein, chất nhựa, các chất màu và thậm chí cả những tạp chất cơ học vào trong kết tủa Trên thực tế, dầu mỡ trung hòa xong không những giảm được chỉ số acid mà còn loại trừ được một số tạp chất khác (Trần Thanh Trúc, 2005)

Theo Trần Thanh Trúc (2005), tùy thuộc vào chỉ số acid của dầu mà bổ sung lượng kiềm cho phù hợp (bảng 2.8) Trong khi tinh luyện bằng kiềm, điều kiện kỹ thuật có tính chất quyết định chủ yếu là nồng độ của dung dịch kiềm, lượng kiềm dư so với tính toán

lý thuyết, nhiệt độ khi tinh luyện Ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện khuấy trộn và thời gian

Bảng 2.8: Qui định nồng độ dung dịch kiềm tương ứng với nhiệt độ và chỉ số acid của dầu

mỡ

Loại nồng độ Nồng độ NaOH

(g/l)

Nhiệt độ tinh luyện tương ứng ( o C)

Phạm vi chỉ số acid của

dầu mỡ (mg KOH)

Khi trung hòa, các phản ứng phụ trong quá trình xà phòng hóa có thể xảy ra là do một nhóm methoxy của quá trình chuyển hóa ester và một ion hydroxyde của quá trình

xà phòng hóa sinh ra đã tấn công vào nhóm carbonyl làm cho liên kết đôi giữa oxy và carbon chuyển thành liên kết đơn và nhường các electron cho oxy Sau đó, liên kết este

bị phá vỡ ở cả ba chuỗi acid béo và được chuyển thành glycerol (Zieneldien, 2019)

2.4.2.3 Làm giàu PUFAs bằng phương pháp tủa urea

Được dựa trên khả năng đặc biệt của urea khi tạo phức kết tinh với các acid béo bão hòa và acid béo bất bão hòa một nối đôi (điều này không xảy ra đối với các acid béo bất bão hòa đa nối đôi) Việc phát hiện ra khả năng tạo phức kết tinh của urea với các hợp chất hydrocarbon mạch thẳng trong dung môi ethanol hoặc methanol được thực hiện bởi Bengen et al., 1940 Phát hiện này được xem như là cuộc cách mạng trong công nghiệp hóa học dầu và mỡ Kỹ thuật này rất hiệu quả trong việc làm tinh sạch các acid béo không no đa nối đôi từ dầu và mỡ Trong suốt thời gian nghiên cứu về sữa tác giả

đã chỉ ra rằng urea cùng với ethanol hoặc methanol tạo tinh thể với các hợp chất mạch thẳng nhưng không tạo tinh thể với các hợp chất có mạch nhánh hoặc mạch vòng Sau

đó ông đã khái quát hóa hiện tượng này tới các hydrocarbon, các acid béo, các ester, các rượu, các aldehyde và ketone (Klinkesorn, 2004)

Theo Zhang et al., 2006 đây là phương pháp tách các acid béo bão hòa và acid béo bất bão hòa một nối đôi ra khỏi acid béo bất bão hòa đa nối đôi dựa trên nguyên tắc acid béo bão hòa và acid béo bất bão hòa một nối đôi thì không tạo phức kết tủa urea Để thực hiện phản ứng tạo phức triệt để giữa urea với acid béo bão hòa, acid béo bất bão hòa một nối đôi thường sử dụng một trong các dung môi hữu cơ để hòa tan cả urea và acid béo như methanol, ethanol hoặc 2-propanol vì khi đó có sự hiện diện methyl ester hóa acid béo hình thành tinh thể lục giác có lỗ rỗng ở giữa, với lỗ rỗng này một vài acid béo bất bão hòa một nối đôi có thể lọt vừa Trong quá trình thực hiện phản ứng sẽ hình thành phức và kết tủa xuống trong khi các acid béo Omega-3 có độ tinh khiết cao hơn nhiều so với hỗn hợp ban đầu bằng cách cất thu hồi dung môi Do tính chất hóa học của urea tan tốt trong nước nên trong quá trình làm giàu dễ dàng loại được urea ra khỏi hỗn hợp acid béo Omega-3 bằng phương pháp rửa Tiếp đó hỗn hợp acid béo Omega-3 làm khô bằng muối khan

2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Trên thế giới, quá trình sản xuất Omega-3 đã được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp tách phân đoạn bằng li tâm phân tử (molecular centrifugal) (Stout, 1963), phương pháp sắc ký khí định lượng (preparative scale gas chromatography) (Hardy and Keay, 1967), phương pháp sắc ký cột (column chromatography) (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2001), phương pháp CO2 siêu tới hạn (supercritical carbon dioxide), phương pháp trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn

dầu đi đôi cùng với nó là công nghệ tinh luyện dầu cũng được phát triển Trong đó, một

số phương pháp điển hình sử dụng một tác nhân vật lý hay sinh học để phá hủy màng tế bào, từ đó giải phóng ra dầu như: Phương pháp dùng nhiệt, phương pháp dùng lực cơ học (xay, nghiền, ép, li tâm), phương pháp đông đá và tan đông, phương pháp chiết dầu bằng dung môi hữu cơ như benzen, xăng nhẹ, n-hexan…, phương pháp sinh học sử dụng enzyme hoặc các vi sinh vật (Luthria, 2004; Hayes, 2012) Trong nghiên cứu này, phương pháp trung hòa được sử dụng với mục đích là tách các acid béo tự do ra khỏi dầu mỡ dưới dạng muối kiềm bởi vì phương pháp trung hòa là dựa vào sự tác dụng của dung dịch kiềm lên các acid béo tự do và các tạp chất có tính acid sẽ tạo thành các muối kiềm không tan trong dầu nhưng có thể tan trong nước nên có thể được tách ra bằng cách lắng hay rửa nhiều lần Nhờ đó chỉ số acid của dầu giảm và còn có thể loại được một số tạp chất khác (Ciriminna et al., 2017; Nguyễn Quang Lộc et al., 1993)

Để tăng hàm lượng acid béo bất bão hòa đa nối đôi (Omega-3) trong hỗn hợp acid béo tự do thì cần tiến hành làm giàu hợp chất này Vì vậy lựa chọn phương pháp để làm giàu Omega-3 trong hỗn hợp acid béo tự do cũng là một khâu quan trọng trong giai đoạn sản xuất Omega-3 vì phương pháp được lựa chọn không chỉ ảnh hưởng đến sản lượng

mà còn ảnh hưởng đến chất lượng của thành phẩm Một trong những phương pháp làm giàu Omega-3 đang được dùng phổ biến hiện nay là phương pháp tủa urea Hỗn hợp acid béo khi tạo phức với urea ở nhiệt độ thấp sẽ chia làm 2 pha: pha rắn chủ yếu chứa acid béo bão hòa và acid béo bất bão hòa một nối đôi và pha lỏng chứa acid béo bất bão hòa đa nối đôi không tạo phức với urea vì vậy mà có thể dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp Phương pháp này sử dụng công nghệ đơn giản, phù hợp cho điều kiện nghiên cứu của phòng thí nghiệm mà nhiều công trình trong và ngoài nước đã dùng và trích ly được lượng Omega-3 đáng kể như đề tài của Silva et al., 2016; Raviyan et al., 2016; Đinh Thị Thu Trang et al., 2015; Bùi Quang Thuật et al., 2014; Phạm Thị Lệ Thu và Phạm Thị Lan Phương, 2013)

Tại Việt Nam, cá tra rất phổ biến ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và cũng

là nguồn nguyên liệu cho chế biến xuất khẩu Tuy nhiên các phụ phẩm như: đầu, xương,

mỡ, da chiếm 65-70% trong chế biến philê cá tra chưa được tận dụng một cách hiệu quả (Lê Thị Thanh Xuân et al., 2018) Vì vậy nhóm tác giả Phạm Thị Lệ Thu và Phạm Thị Lan Phương đã bước đầu thử nghiệm trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra vào năm 2013 Tác giả đã sử dụng thành công các phương pháp như: tách chiết mỡ lỏng từ mỡ cá tra ban đầu bằng cách gia nhiệt gián tiếp mỡ cá ở 80oC, thủy giải để chiết tách các acid béo

tự do ra khỏi mỡ cá trong dung dịch NaOH 0,5 M bằng phương pháp siêu âm hóa với thời gian 1 giờ 30 phút, tủa urea để loại bỏ các acid béo bão hòa, thu hồi các acid béo bất bão hòa từ 5 g acid béo tự do với tỉ lệ urea/ethanol là 1/10 (g/mL) Kết quả thu được hàm lượng Omega-3 là 19,523 g/100 g (Phạm Thị Lệ Thu và Phạm Thị Lan Phương, 2013) Ngoài ra, nghiên cứu của Lê Thị Thanh Xuân (2018) đã khảo sát thành phần Omega-3, 6, 9 từ cá tra ở Đồng bằng sông Cửu Long Trong đó, từ 50 g mỡ cá tra thực

hiện chiết với dung môi methanol thu được thành phần Omega-3 là 1,331 g/100 g (Lê Thị Thanh Xuân và et al., 2018)

Bên cạnh đó, cá hồi và hạt Chia cũng là hai nguồn nguyên liệu có hàm lượng Omega-3 khá dồi dào nhưng giá khá đắt tại Việt Nam Vì vậy tùy thuộc từng loại nguyên liệu và điều kiện phòng thí nghệm ở Việt Nam mà nghiên cứu này đã sử dụng các thiết

bị có sẵn tại phòng thí nghiệm của trường đại Kỹ thuật – Công nghệ Cần thơ để trích ly dầu thô đối với nguyên liệu hạt Chia như trích ly bằng Soxhlet như các công trình của Campos et al., 2014; Ixtaina et al., 2008 mà không sử dụng các thiết bị đắc tiền, phức tạp như các nghiên cứu khác đã sử dụng: Villanueva-Bermejo et al., 2019; Dąbrowski,

et al., 2018; Silva et al., 2016 Mặt khác, hai tác giả Campos và Ixtaina đều sử dụng dung môi n-hexan trong các thí nghiệm khảo sát nhưng Campos thì dùng lượng dung môi khá nhiều là 2,5 lít n-hexan để trích 650 g hạt Chia trong 4 giờ, còn Ixtaina thì chỉ dùng 40 g hạt Chia cho một nghiệm thức nhưng thời gian trích ly khá dài là 8 giờ Đối với nguyên liệu là cá hồi thì đề tài chỉ nghiên cứu trên đầu cá hồi bởi vì chi phí tương đối thấp hơn phần phi lê cá mà còn tận dụng lượng phụ phẩm từ các cơ sở chế biến philê

cá hồi Do đó nghiên cứu đã lựa chọn phương pháp gia nhiệt đầu cá hồi với nước kết hợp với khuấy trộn để tách chiết phần mỡ lỏng trong nguyên liệu (Dave et al., 2014) mà không dùng phương pháp tách lipid bằng cách thủy phân với xúc tác lipase để tăng hàm lượng acid béo không bão hòa đa Omega-3 (PUFAs) như nghiên cứu của Xu et al., 2010

Vì vậy đối với hai nguyên liệu đắt tiền là hạt Chia và đầu cá hồi thì nghiên cứu này đã tiến hành thí nghiệm lựa chọn dung môi, phương pháp trích ly cũng như điều kiện trích

ly để phù hợp với điều kiện tại phòng thí nghiệm mà lại có hiệu quả kinh tế và có hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất

Chương 3: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 3.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Quy trình trích ly Omega-3 từ hạt Chia

- Quy trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra

- Quy trình trích ly Omega-3 từ đầu cá hồi

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu

Phòng thí nghiệm chế biến thực phẩm, khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học, Trường đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ

3.1.3 Phương tiện nghiên cứu

3.1.3.1 Bảo quản nguyên liệu và chuẩn bị mẫu

Nguyên liệu: Đầu cá hồi và hạt Chia Xuân An được mua tại các siêu thị nội thành Thành phố Cần Thơ Mỡ cá tra được thu mua ở công ty TNHH Hùng Cá tại KCN Thanh Bình, đường Quốc lộ 30, Thanh Bình, Tỉnh Đồng Tháp

Đối với nguyên liệu là mỡ cá tra: Mỡ cá mua về sẽ được xử lý bằng cách rửa loại

bỏ máu, tạp chất Sau đó cho vào túi ni lông với khối lượng mỡ cá mỗi gói là 300 g và

bỏ tất cả các mẫu vào hộp nhựa Để tránh làm ảnh hưởng đến chất lượng của mỡ cá trong thời gian thực hiện đề tài nên mỡ cá sẽ đem bảo quản vào tủ đông ở nhiệt độ -15oC tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học Mẫu được rã đông tự nhiên trước 30 phút trước mỗi lần làm thí nghiệm

Đối với nguyên liệu là đầu cá hồi: Đầu cá sau khi mua về rửa sạch, sau đó cắt nhỏ

và cho vào túi ni lông với khối lượng đầu cá mỗi gói là 300 g và bỏ tất cả các mẫu vào hộp nhựa Bảo quản mẫu ở nhiệt độ 0°C tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học Trước khi thực hiện thí nghiệm lấy số lượng mẫu cần làm thí nghiệm đã làm đông tiến hành rã đông (Với cách xử lý này cá vẫn giữ được độ tươi, màu sắc, chất lượng của cá và bảo quản được lâu dài)

Đối với nguyên liệu là hạt Chia: Hạt Chia mua trước khi trích ly sẽ đem xay để

làm nhỏ hạt, sau đó sẽ được sấy và đóng thành từng gói, mỗi gói 20 g Để tránh sự hút

ẩm từ môi trường vào nguyên liệu, mỗi gói sẽ được hút chân không và được bảo quản ở nhiệt độ phòng

3.1.3.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất sử dụng