Nghiên cứu thu nhận vitamin e từ nguồn phụ phẩm chế biến đậu tương

Cho ñến nay việc nghiên cứu công nghệ sản xuất các hoạt chất vitamin E từ nguồn nguyên liệu tự nhiên nói chung và từ nguồn phụ phẩm của quá trình chế biến dầu thực vật nói riêng còn khá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-
-

BÙI THỊ HUYỀN

NGHIÊN CỨU THU NHẬN VITAMIN E TỪ NGUỒN PHỤ

PHẨM CHẾ BIẾN DẦU ðẬU TƯƠNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔN NGHIỆP

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH

MÃ SỐ: 60.54.10

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS BÙI QUANG THUẬT PGS TS NGÔ XUÂN MẠNH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Quang Thuật - Viện Công Nghiệp Thực Phẩm và PGS TS Ngô Xuân Mạnh - Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội ñã tận tình dìu dắt, trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thực phẩm – Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội cùng các cán bộ của Trung tâm Dầu, hương liệu và phụ gia thực phẩm – Viện Công nghiệp thực phẩm ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia ñình cùng toàn thể bạn bè ñã ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập cũng như quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Người thực hiện

Bùi Thị Huyền

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH, SƠ ðỒ vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

PHẦN I: MỞ ðẦU 1

1.1 ðẶT VẤN ðỀ 1

1.2 MỤC ðÍCH – YÊU CẦU 2

1.2.1 Mục ñích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ðẬU TƯƠNG, DẦU ðẬU TƯƠNG TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 3

2.1.1 Tình hình sản xuất ñậu tương trong nước và ngoài nước 3

2.1.2 Tình hình sản xuất dầu ñậu tương trong nước và ngoài nước 6

2.2 PHỤ PHẨM CHẾ BIẾN DẦU ðẬU TƯƠNG 10

2.3 VITAMIN E 14

2.3.1 Giới thiệu về vitamin E 14

2.3.2 Tác dụng của vitamin E 17

2.4 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ VITAMIN E 19

2.5 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN E 21

PHẦN III: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 VẬT LIỆU VÀ ðỊA ðIỂM NGHIÊN CỨU 24

3.2 SƠ ðỒ VÀ THUYẾT MINH SƠ ðỒ CÔNG NGHỆ THU NHẬN VITAMIN E 24

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 26

3.4 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 26

3.4.1 Phân tích ñánh giá chất lượng nguyên liệu phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương 26

3.4.2 Nghiên cứu xử lý phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương ñã ñược lựa chọn 26

3.4.3 Nghiên cứu công nghệ chiết tách các acid béo từ cặn khử mùi dầu ñậu tương 26

3.4.4 Nghiên cứu công nghệ thu nhận và tinh chế vitamin E 27

3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.5.1 Các phương pháp phân tích 27

3.5.2 Phương pháp công nghệ 30

3.5.3 Phương pháp xử lý số liệu 36

PHẦN IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 37

4.1 PHÂN TÍCH ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHỤ PHẨM CHẾ BIẾN DẦU ðẬU TƯƠNG 37

4.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU CẶN KHỬ MÙI 38

4.3 CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH CÁC ACID BÉO TỪ CẶN KHỬ MÙI DẦU ðẬU TƯƠNG 39

4.3.1 Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ etyl este hóa các acid béo trong cặn khử mùi dầu ñỗ tương 40

4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ñến hiệu suất phản ứng etyl este hóa 42

4.3.3 Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ cho quá trình chưng cất phân ñoạn chân không hỗn hợp các etyl este của các acid béo 44

4.4 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU NHẬN VÀ TINH CHẾ VITAMIN E 46

4.4.1 Nghiên cứu tách phytosterol ñể thu nhận vitamin E thô 46

4.4.2 Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E 48

4.4.3 Xác ñịnh nhiệt ñộ kết tinh thích hợp cho quá trình tinh chế vitamin E 50

4.4.4 Xác ñịnh thời gian kết tinh thích hợp cho quá trình tinh chế vitamin E 50

4.5 ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VITAMIN E THEO TIÊU CHUẨN 51

PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

5.1 KẾT LUẬN 56

5.2 KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Sản xuất ñậu tương Việt Nam từ 2007 - 2013 5

Bảng 2.2 Sản lượng ñậu tương tại Mỹ, Brazil và Argentina trong 8 năm 2001/02-2009/10 (triệu tấn và %/ tổng số thế giới) 6

Bảng 2.3 Sản lượng dầu ñậu tương trong nước 8

Bảng 2.4 Dầu ñậu tương: sản xuất, thương mại, và tiêu thụ (triệu tấn) 2010-2011 9

Bảng 2.5 Tỉ lệ các acid béo có trong các nguồn cặn xà phòng khác nhau (%) 12

Bảng 2.6 Hàm lượng của tocopherol và sterol trong các nguồn cặn khử mùi

(g/100g) 14

Bảng 2.7 Hàm lượng vitamin E trong một số loại dầu thực vật 16

Bảng 2.8 Liều lượng vitamin E nên dùng hàng ngày [45] 20

Bảng 4.1 Thành phần chính trong cặn xà phòng dầu ñậu tương của

các công ty chế biến dầu 37

Bảng 4.2 Thành phần chính trong cặn khử mùi dầu ñậu tương

của các công ty chế biến dầu 37

Bảng 4.3 Kết quả xử lý phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương 39

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của loại chất xúc tác ñến phản ứng etyl este hóa 40

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol : cặn khử mùi ñến phản ứng etyleste hóa cặn khử mùi dầu ñậu tương 41

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tới phản ứng etyl este hóa cặn khử mùi 42

dầu ñậu tương 42

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình etyl este hóa 44

cặn khử mùi dầu ñậu tương 44

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của số ñĩa lý thuyết của cột tách ñến quá trình tách

các etyl este của các acid béo 45

Bảng 4.9 Ảnh hưởng của áp suất chân không ñến quá trình tách các etyl este của các acid béo 45

Bảng 4.10 Kết quả lựa chọn dung môi kết tinh cho việc tách phytosterol 46

Bảng 4.11 Ảnh hưởng của số lần kết tinh ñến hiệu suất tách phytosterol 48

Bảng 4.12 Ảnh hưởng của hệ dung môi ñến quá trình tinh chế vitamin E 49

Bảng 4.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi ñến quá trình tinh chế vitamin E 49

Bảng 4.14 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ kết tinh ñến quá trình tinh chế vitamin E 50

Bảng 4.15 Ảnh hưởng của thời gian kết tinh ñến quá trình tinh chế vitamin E 50

Bảng 4.16 Một số chỉ tiêu chất lượng của vitamin E tinh chế thành phẩm 51

DANH MỤC HÌNH, SƠ ðỒ

Hình 2.1 Sản xuất ñậu tương thế giới 2011 5

Hình 2.2 Sản lượng dầu thực vật tinh luyện tại Việt Nam 2005 - 2025 7

Hình 2.3 Tình hình sản xuất dầu thực vật trên thế giới từ năm 1975-2007 9

Hình 2.4 Sơ ñồ quá trình tinh chế dầu thực vật 10

Sơ ñồ 3.1 Sơ ñồ công nghệ thu nhận vitamin E từ phụ phẩm 25

chế biến dầu ñậu tương 25

Sơ ñồ 4.1 Sơ ñồ quy trình công nghệ thu nhận vitamin E từ cặn khử mùi dầu ñậu tương 53

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

1 TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

2 TCDDVN : Tiêu chuẩn dược ñiển Việt Nam

ñã có bước phát triển mạnh mẽ với mức tăng trưởng hàng năm trên 10,49% Năm

2009, sản lượng dầu thực vật trên cả nước ñạt ñược 706000 tấn Với sản lượng dầu này ñã ñưa ra khoảng hơn 20 nghìn tấn cặn khử mùi (phụ phẩm của quá trình chế biến dầu) Như vậy, chúng ta có tiềm năng rất lớn ñể phát triển sản xuất vitamin E Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay, cặn khử mùi mới chỉ ñược sử dụng làm dầu bôi trơn cho khuôn bánh, làm phụ liệu cho thức ăn gia súc mà chưa ñược sử dụng như nguồn nguyên liệu quý giá cho sản xuất vitamin E

Cho ñến nay việc nghiên cứu công nghệ sản xuất các hoạt chất vitamin E từ nguồn nguyên liệu tự nhiên nói chung và từ nguồn phụ phẩm của quá trình chế biến dầu thực vật nói riêng còn khá mới mẻ, mới dừng ở mức nghiên cứu cơ bản, quy mô phòng thí nghiệm, chưa có công trình nghiên cứu nào ñược áp dụng vào thực tế sản xuất (quy mô công nghiệp)

Các công trình nghiên cứu về vitamin E ở Việt Nam mới chỉ tập trung ñánh giá vai trò và chức năng tác dụng của các hoạt chất này trong ñiều trị, hỗ trợ ñiều trị Tại thời ñiểm hiện nay, chưa có công trình nghiên cứu nào trong nước công bố

về công nghệ sản xuất và tinh chế vitamin E từ phụ phẩm trong công nghiệp chế

biến dầu ñậu tương nói riêng hay từ các nguồn nguyên liệu khác nói chung

Hiện nay, trên thị trường Việt Nam ñã và ñang xuất hiện ngày càng nhiều các sản phẩm dược phẩm và thực phẩm chức năng có chứa vitamin E nhưng hầu hết

tin của người tiêu dùng và ựã chiếm ựược một thị phần ựáng kể trong thị trường dược phẩm và thực phẩm chức năng Việt Nam Chắnh vì vậy, nhu cầu trong nước

về vitamin E ựể phục vụ cho công nghiệp dược phẩm và thực phẩm chức năng ngày một tăng mạnh và trở nên cấp thiết

Xuất phát từ các lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện ựề tài:

ỘNghiên cứu công nghệ thu nhận vitamin E từ nguồn phụ phẩm chế biến dầu ựậu tươngỢ

+ Nghiên cứu xử lý phụ phẩm chế biến dầu ựậu tương ựã ựược lựa chọn

+ Nghiên cứu công nghệ etyl este hóa

+ Nghiên cứu công nghệ thu nhận vitamin E thô

+ Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E

+ đánh giá chất lượng ựược sản phẩm vitamin E

PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ðẬU TƯƠNG, DẦU ðẬU TƯƠNG TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC

2.1.1 Tình hình sản xuất ñậu tương trong nước và ngoài nước

ðậu tương hay ñỗ tương, ñậu nành (Glycine max) là loại cây họ ðậu

(Fabaceae) giàu protein, ñược trồng ñể làm thức ăn cho người và gia súc Cây

ñậu tương là cây thực phẩm có hiệu quả kinh tế, lại dễ trồng Sản phẩm từ cây ñậu tương ñược sử dụng rất ña dạng như dùng trực tiếp hạt thô hoặc chế biến thành ñậu phụ, sản xuất dầu ñậu nành, nước tương, làm bánh kẹo, sữa ñậu nành ñáp ứng nhu cầu protein trong khẩu phần ăn hàng ngày của người cũng như gia súc Ngoài ra, trong cây ñậu tương còn có tác dụng cải tạo ñất, tăng năng suất

các cây trồng khác [44]

2.1.1.1 Tình hình sản xuất ñậu tương trong nước

Theo số liệu thống kê chính thức, ñậu tương ñang ñược trồng tại 25 trong số

63 tỉnh thành trong cả nước, với khoảng 65% tại các khu vực phía Bắc và 35% tại các khu vực phía Nam ðầu năm 2012, Thủ tướng Chính phủ ñã phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển sản xuất ngành nông nghiệp ñến năm 2020 và tầm nhìn ñến năm 2030 Theo ñó, diện tích ñất quy hoạch khoảng 100 ngàn ha, tận dụng tăng

vụ trên ñất lúa ñể năm 2020 diện tích gieo trồng ñậu tương khoảng 350 ngàn ha, sản lượng 700 ngàn tấn; vùng sản xuất chính là ñồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc, Tây Nguyên [1,35]

Cuối năm 2010 và những tháng ñầu năm 2011, diện tích gieo trồng bị thu hẹp nên sản lượng ñậu tương nước ta năm 2011 giảm 14% so với năm 2010 Quy

mô sản xuất vẫn còn tương ñối nhỏ và chưa ñáp ứng ñược nhu cầu tiêu thụ trong nước Sản lượng năm 2011 giảm khá xa so với mục tiêu mà Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn ñã ñề ra trong năm 2010 (325 nghìn tấn) và mục tiêu năm

2020 (700 nghìn tấn) Nguyên nhân chủ yếu là do năng suất cây trồng còn thấp, chi phí sản xuất lại khá cao và công nghệ thu hoạch vẫn còn rất lạc hậu [35]

Bảng 2.1 Sản xuất ñậu tương Việt Nam từ 2007 - 2013

2007 2008 2009 2010 2011 2012* 2013*

Diện tích (nghìn ha) 190,1 192,1 146,2 197,8 173,6 200 230 Năng suất (tấn/ha) 1,45 1,39 1,46 002 1,46 1,5 1,52 Tổng sản lượng

(triệu tấn) 275,5 267,6 213,6 296,9 254,2 300 350

Nguồn: Tổng cục thống kê, *Số liệu dự báo

Các nhà khoa học Việt Nam ñang tiến hành nghiên cứu tạo các giống ñậu tương mới cho năng suất cao với chi phi sản xuất thấp Hiện tại, Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn ñã phê duyệt 3 loại cây trồng chuyển gen trên các cánh ñồng thí nghiệm là ngô, bông, ñậu tương Các giống ñậu tương chuyển gen chống chịu bệnh

sẽ ñược quan tâm sử dụng

2.1.1.2 Tình hình sản xuất ñậu tương ngoài nước

Tổng sản lượng các hạt có dầu sản xuất trên thế giới trong năm 2010 - 2011 ñược ước tính là 444,20 triệu tấn Trong số này, ñậu tương (258,40 triệu tấn), hạt cải dầu (58,40 triệu tấn), hạt bông (43,30 triệu tấn), lạc (34,70 triệu tấn), hạt hướng dương (30,70 triệu tấn), hạt cọ dầu ( 12,20 triệu tấn) và cùi dừa khô (6,00 triệu tấn) [41]

Năng suất cây ñậu tương trung bình trên toàn thế giới, trong năm 2010 ñạt 2,5 tấn một ha Ba quốc gia sản xuất ñậu tương lớn nhất (Mỹ, Brazil, Argentina) có năng suất cây trồng ñậu tương trung bình trên toàn quốc khoảng 3 tấn mỗi ha Các trang trại ñậu tương năng suất cao nhất trên thế giới trong năm 2010 nằm tại Thổ Nhĩ Kỳ, với năng suất trung bình trên toàn quốc 3,7 tấn mỗi ha [38,39]

Nguồn:Bộ Nông Nghiệp Mỹ

Là một loại cây trồng có nhiều giá trị sử dụng Diện tích trồng ñậu tương trên thế giới liên tục tăng từ những năm 1950 là 14 triệu ha, tới năm 1980 là 40 triệu ha và năm 2010 là 102 triệu ha Sản lượng ñậu tương cũng tăng theo thời gian từ 17 triệu tấn những năm 1950 thì tới năm 2010 ñã ñạt trên 250 triệu tấn Năm 2012 sản lượng ñậu tương toàn cầu ñược dự báo ở mức 271,4 triệu tấn, tăng gần 15% so với năm trước Sản lượng ñậu tương Argentina dự kiến sẽ ñạt 55 triệu tấn, Brazil 78 triệu tấn tăng kỷ lục là 13 triệu tấn [39,40] Trong 8 năm kể từ năm 2001 tới năm 2009, sản lượng ñậu tương sản xuất tại một số quốc gia có sản lượng ñậu tương lớn trên thế giới như Mỹ, Brazil và Argentina ñược trình bày ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Sản lượng ñậu tương tại Mỹ, Brazil và Argentina trong 8 năm

2001/02-2009/10 (triệu tấn và %/ tổng số thế giới)

Tổng sản lượng 3 quốc gia Năm

Tổng sản lượng thế giới

2.1.2 Tình hình sản xuất dầu ñậu tương trong nước và ngoài nước

Dầu ñậu tương ñược chiết xuất từ các hạt ñậu tương, vốn là loại lương thực rất

giá trị dinh dưỡng cao: 8% nước, 5% chất vô cơ, 15 - 25% glucose, 15 - 20% chất béo,

35 - 45% protein với ñủ các loại amino acid cần thiết cùng nhiều vitamin, khoáng chất Dầu ñậu tương có chứa hơn 60% acid béo không bão hòa ðậu tương ñược sản xuất nhờ chiết xuất qua ép nóng và tinh chế Dầu tinh chế sẽ có màu vàng nhạt, không có mùi vị Dầu ñậu tương dễ sử dụng và phù hợp với các món nóng, nguội; cũng như dùng trong các món salad, ngâm; ñặc biệt rất thông dụng trong các món ăn châu Á

2.1.2.1 Tình hình sản xuất dầu ñậu tương trong nước

Các nhà sản xuất và thương nhân trong nước dự báo sản lượng dầu thực vật trong nước năm 2012 sẽ tăng khoảng 7% lên 800000 tấn, phần lớn là do việc 2 nhà máy ép dầu – Bunge và Quang Minh – ñã ñi vào hoạt ñộng từ giữa năm 2011 và ước tính sản lượng dầu ñậu tương từ hai nhà máy này trong năm

2010 là 124000 tấn [37]

Hình 2.2 Sản lượng dầu thực vật tinh luyện tại Việt Nam 2005 - 2025

Nguồn: Tổng Cục Thống kê; Bộ Công Thương; Dự báo của các nhà sản xuất trong nước

Năm 2012, Công ty Trách nhiệm hữu hạn Bunge Việt Nam ñang có kế hoạch nâng sản lượng lên khoảng 170000 tấn và Công ty cổ phần Quang Minh

có kế hoạch sản xuất khoảng 60000 tấn Tổng sản lượng dầu ñậu tương dự báo năm 2012 khoảng 230000 tấn, tăng 84% so với năm 2011 và năm 2013 là

270000 tấn [36]

Bảng 2.3 Sản lượng dầu ñậu tương trong nước

Tổng sản lượng (tấn) 124.000 230.000 270.000

Nguồn: các thương nhân trong nước, * số liệu dự báo của USDA

Theo Bộ Công Thương, cả nước hiện có 35 doanh nghiệp cung cấp các sản phẩm dầu thực vật Theo Quy hoạch phát triển ngành dầu thực vật Việt Nam ñến năm 2020, tầm nhìn ñến năm 2025 của Chính phủ, ñến năm 2020, sản lượng dầu tinh luyện sẽ là 1587 nghìn tấn và sản lượng dầu thô sẽ là 370000 tấn

Bộ Nông nghiệp Mỹ dự báo trong vòng 15 năm tới nhu cầu về dầu thực vật nước ta sẽ tăng mạnh do nền kinh tế tăng trưởng, chiến dịch marketing rầm

rộ về việc thay thế mỡ ñộng vật bằng dầu thực vật ñể bảo vệ sức khỏe của người tiêu dùng Viện Nghiên cứu chiến lược, chính sách công nghiệp ước tính tiêu thụ dầu thực vật ở nước ta năm 2011 vào khoảng từ 7,3 – 8,3kg/người Tuy nhiên, con số này vẫn còn khá xa so với khuyến nghị của Tổ chức Y tế thế giới (13,5kg/người/năm) Việt Nam cũng có kế hoạch phát triển các giống cây mới nhằm ñáp ứng nhu cầu của ngành dầu thực vật trong nước Theo ñó sẽ mở rộng diện tích gieo trồng các loại cây như ñậu tương, lạc, vừng, cùi dừa, hướng dương, cây cải dầu [36]

2.1.2.2 Tình hình sản xuất dầu ñậu tương ngoài nước

Trên thế giới sản lượng dầu thực vật ñã tăng liên tục trong nhiều thập kỷ qua Trong ñó sự tăng trưởng chính là các loại dầu như: dầu cọ (30%), dầu ñậu tương (28%), dầu hạt cải dầu (15%) và dầu hướng dương (9%) Sự tăng trưởng bình quân của dầu ñậu tương từ năm 1987 tới năm 2007 là 1,47 triệu tấn/năm [43]

Hình 2.3 Tình hình sản xuất dầu thực vật trên thế giới từ năm 1975-2007

Bộ Nông nghiệp Mỹ dự báo tổng sản lượng 9 loại dầu thực vật chủ yếu trên thế giới sẽ ñạt 157,76 triệu tấn trong năm 2012 - 2013, tăng so với 155,67 triệu tấn của năm 2011 - 2012 Trong ñó, sản lượng của từng loại dự báo ñạt (ñơn vị: triệu tấn): dầu dừa 3,52; dầu bông 5,28; dầu ôliu 2,82; dầu cọ 53,83; dầu nhân cọ 6,25; dầu lạc 5,29; dầu cải 23,80; dầu ñậu tương 43,18 và dầu hướng dương 13,75

Khoảng 32% dầu ñậu tương ñược sản xuất tại Hoa Kỳ, 17% tại Brazil, 13,5% ở Trung Quốc, 12% ở Argentina, 11% ở Liên minh châu Âu, 3% ở Ấn ðộ và Nhật Bản [40] Nhu cầu tiêu thụ dầu ñậu tương thế giới trong năm 2010 - 2011 ñã tăng 9,2% năm với kỷ lục mới là 41,804 triệu tấn Mỹ chiếm 18,6% của tổng lượng tiêu thụ dầu ñậu tương trên thế giới, Brazil chiếm 12,4%, Ấn ðộ 6,9% và Liên minh châu Âu 6,4% Mỹ tiêu thụ dầu ñậu tương trong năm 2010 - 2011 ñã tăng 7,8% so với năm 2009 - 2010 Dầu ñậu tương ñược sử dụng cho ngành công nghiệp thực phẩm (77%), nhiên liệu sinh học (17%), và oleochemicals (4%)

Bảng 2.4 Dầu ñậu tương: sản xuất, thương mại, và tiêu thụ (triệu tấn) 2010-2011

Ấn ðộ 1,68 0,95 0,00

Nguồn: Bộ Nông Nghiệp Mỹ [40]

2.2 PHỤ PHẨM CHẾ BIẾN DẦU ðẬU TƯƠNG

Dầu thô thu nhận ñược từ thực vật bằng phương pháp ép hoặc trích ly vẫn chưa

sử dụng ñược trong công nghiệp thực phẩm vì nó còn lẫn nhiều tạp chất như: nước, sáp, protein, phosphatide, glucid, các chất gây màu, gây mùi và các tạp chất vô cơ Hàm lượng tạp chất phụ thuộc vào phương pháp khai thác, phương pháp xử lý và thời gian bảo quản dầu thô Mặc dù, lượng tạp chất này có trong dầu không nhiều nhưng nó ảnh hưởng lớn ñến chất lượng và quá trình bảo quản dầu Do vậy, dầu thô cần ñược tinh chế trước khi sử dụng, quá trình tinh chế này tùy thuộc vào mục ñích

sử dụng có thể là tinh chế cục bộ (loại ra khỏi dầu những tạp chất như acid béo tự

do, phosphatide, glucid và các tạp chất vô cơ) hoặc tinh chế hoàn chỉnh (tách toàn

bộ tạp chất có trong dầu) Nhìn chung, quá trình tinh chế dầu ñược thực hiện theo sơ

Dầu thô ñược xử lý bằng nước hay còn gọi là thủy hóa ñể thu các thành phần háo nước trong dầu như phosphatide và protein Trong thành phần của hai chất này không có nước tự do, hòa tan trong dầu tạo thành dung dịch thực ở ñiều kiện thường Khi ñưa nước ở dạng phân tán vào dầu có lẫn các loại cặn háo nước, ở ñiều kiện xác ñịnh (nhiệt ñộ, thời gian, khuấy trộn ), chúng sẽ tạo thành kết tủa và tách

ra khỏi dầu Các hạt phân tán trong dầu ñược loại bỏ bằng các phương pháp lắng, lọc hoặc li tâm Cặn tách ra từ quá trình này là các hạt có khối lượng riêng 1324 ÷

1398 kg/m3 và kích thước 69 ÷ 443 µm

Acid béo tự do có trong dầu là một trong những nguyên nhân làm cho dầu kém phẩm chất, các acid béo tự do thường oxy hóa và phân ly dầu ðể tiến hành tách acid béo tự do có trong dầu, người ta trung hòa dầu với một lượng kiềm nhỏ Như vậy, ngoài các acid béo tự do ñược trung hòa, còn cho phép tách thêm một số thành phần háo nước còn sót lại sau quá trình thủy hóa, loại bỏ ñược một số vết kim loại (Cu, Fe ) xúc tác quá trình oxy hóa dầu và còn loại bỏ ñược một số các chất màu ðối với các loại dầu khác nhau, nhiệt ñộ trung hòa cũng ñược khống chế khác nhau Ngoài ra, cần phải căn cứ vào chỉ số acid của dầu ñể xác ñịnh, thường thì nhiệt ñộ trung hòa dao ñộng từ 20 ÷ 950C Nếu dầu có chỉ số acid cao thì phải tiến hành trung hòa ở nhiệt ñộ thấp và ngược lại Nói một cách khác, nếu dùng dung dịch kiềm ñặc (chỉ số acid của dầu cao) thì tiến hành trung hòa ở 20 ÷ 250C, ngược lại nếu dùng dung dịch kiềm loãng (chỉ số acid thấp) thì tiến hành trung hòa ở nhiệt

ñộ 90 ÷ 950C Thời gian trung hòa là từ 6 – 7 giờ và ñược tiến hành trong thiết bị có cánh khuấy Sau trung hòa dầu ñược tách sáp, rửa dầu, sấy dầu Tiếp theo, người ta tẩy màu cho dầu bằng việc sử dụng các chất hấp phụ như: silicagel, than (than gỗ hoặc than xương) hoạt tính và ñất hoạt tính

Cuối cùng là bước khử mùi, khử mùi là quá trình tách ra khỏi dầu các hợp chất gây mùi, những chất gây mùi hoặc ñã có sẵn trong nguyên liệu hoặc do ảnh hưởng của các tác nhân bên ngoài ñưa vào (ví dụ mùi của ñất, than hoạt tính ) Những chất gây mùi thường là những chất dễ bay hơi như các acid béo phân tử

thấp, các ester Quá trình tẩy mùi ñược tiến hành trong những thiết bị có ñộ chân không cao (40 ÷ 60 mmHg), gia nhiệt trực tiếp bằng hơi quá nhiệt và gián tiếp bằng hơi dầu dowthern Nhiệt ñộ tẩy mùi có liên quan trực tiếp ñến thời gian tẩy mùi, nếu nhiệt ñộ tẩy mùi khoảng 200 ÷ 2350C thì thời gian tẩy mùi kéo dài từ 1,5 ÷ 3 giờ, khi nhiệt ñộ tẩy mùi > 2500C thì thời gian tẩy mùi chỉ còn khoảng 0,5 giờ Ở ñiều kiện nhiệt ñộ tẩy mùi cao và thời gian tẩy mùi ngắn cho phép tiết kiệm ñược năng lượng và chất lượng dầu thành phẩm sẽ tốt hơn Tuy nhiên, nhiệt ñộ cao sẽ làm bay hơi gây thất thoát một số chất có lợi trong dầu

Như vậy, trong quá trình tinh chế dầu chúng ta sẽ thu ñược hai loại phụ phẩm chính là cặn xà phòng (trong công ñoạn trung hòa) và cặn khử mùi (trong công ñoạn khử mùi bằng phương pháp chưng cất chân không) ðiều cần nhấn mạnh rằng trong quá trình tinh chế dầu không chỉ loại ñi các tạp chất không mong muốn mà một lượng không nhỏ các thành phần dinh dưỡng như: vitamin E, phytosterol ñã bị kéo theo trong cặn khử mùi, cặn xà phòng Các loại cặn này ñều là những hỗn hợp với thành phần rất phức tạp và giá trị thương mại của chúng chỉ bằng một phần nhỏ giá trị thương mại của dầu thực vật Trên thực tế giá trị của chúng phần lớn phụ thuộc vào tỉ lệ vitamin E, acid béo, phytosterol có mặt trong cặn Các bảng 2.4 và 2.5 sẽ thể hiện rõ hơn thành phần một số chất có giá trị thương mại lớn trong cặn xà phòng và cặn khử mùi [23]

Bảng 2.5 Tỉ lệ các acid béo có trong các nguồn cặn xà phòng khác nhau (%)

Linolenic acid Nd Nd Nd 0.24

Nd: không nhận thấy, Tr : có ít dấu vết

Bảng 2.6 Hàm lượng của tocopherol và sterol trong các nguồn cặn khử mùi

455 triệu tấn thì chỉ tính riêng cặn khử mùi (thải ra trong quá trình tinh chế) khoảng 13,65 triệu tấn [26]

2.3 VITAMIN E

2.3.1 Giới thiệu về vitamin E

Từ năm 1922 – 1923 Evans và Bishop ñã chứng minh rằng trong thực phẩm

có chứa một loại vitamin cần thiết ñối với quá trình sinh sản bình thường của chuột Loại vitamin này không có trong mỡ cá, nước cam và có nhiều trong bơ, rau xà lách hoặc các loại dầu thực vật khác ðến năm 1936 người ta ñã tách ñược từ dầu lúa mì

và dầu bông ba loại dẫn xuất của benzopiran và ñặt tên là nhóm vitamin E Các dẫn

xuất thu ñược ở trên có tên tương ứng là: α- tocopherol, β- tocopherol, γ- tocopherol Năm 1938 ñã tiến hành tổng hợp ñược α- tocopherol [34]

Vitamin E bao gồm các tocopherol và các tocotrienol Vitamin E tự nhiên tồn tại dưới 8 dạng ñồng phân khác nhau, trong ñó có 4 tocopherol và 4 tocotrienol Tất cả ñều có vòng chromanol, với nhóm hydroxyl có thể cung cấp nguyên tử hydro

ñể khử các gốc tự do và nhóm R (phần còn lại của phân tử) kỵ nước ñể cho phép thâm nhập vào các màng sinh học Các tocopherol và tocotrienol ñều có dạng alpha, beta, gamma và delta, ñược xác ñịnh theo số lượng và vị trí của các nhóm metyl trên vòng chromanol

Chúng là chất lỏng không màu, có khả năng hòa tan tốt trong dầu thực vật, rượu và ete α-tocopherol có thể kết tinh chậm trong rượu metylic nếu giữ ở nhiệt

ñộ thấp -35oC Tocopherol khá bền với nhiệt, chịu ñược nhiệt ñộ 170oC khi ñun nóng trong không khí, chịu ñược ñến 100oC khi ñun với acid HCl ñặc, nhưng dưới tác dụng của tia cực tím thì lại bị phá hủy một cách nhanh chóng Vitamin E bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa khác nhau như Sắt (III) clorua hoặc acid nitric

Công thức cấu tạo của các dạng ñồng phân Vitamin E [34]

Về khả năng chống oxi hóa: γ-tocopherol có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn Tuy nhiên, về cả hoạt tính sinh học nói chung thì α-tocopherol lại mạnh nhất

Vì vậy, α-tocopherol có khả năng bảo vệ màng tế bào chống lại sự ôxi hóa của các gốc tự do sinh ra trong phản ứng oxy hóa chất béo Bên cạnh khả năng này, α-tocopherol còn chống lại sự oxy hóa lipoprotein có tỷ trọng thấp (LDLs) Trong cơ thể, vitamin E có vai trò là chất xúc tác cho các phản ứng chuyển hóa [34]

Vitamin E có khả năng bảo vệ cơ thể chống những tác dụng ñộc hại của những gốc tự do Những gốc tự do này ñược tạo thành từ các quá trình chuyển hóa bình thường hay dưới tác dụng của những nhân tố xung quanh Nhờ mạch lipid dài (16 carbon), vitamin E gắn nơi màng lipid và nhờ có gốc phenol mà nó là chất có tính chống oxy hóa

Vitamin E là vitamin hòa tan trong chất béo, nên hấp thu tốt nhất khi có mặt chất béo trong khẩu phần ăn Khoảng 40 – 60% vitamin E trong khẩu phần ñược hấp thu Hầu hết vitamin E ñược hấp thu vào ñường bạch huyết, sau ñó ñược chuyển vào hệ tuần hoàn, gắn với lipoprotein ở dạng LDL Có sự trao ñổi nhanh chóng giữa LDL và lipid cả màng tế bào, màng hồng cầu Nồng ñộ của vitamin E

ở các mô khác nhau có một số dao ñộng lớn, cao nhất là ở mô mỡ Vitamin E ñược bài tiết qua da và phân Vitamin E trong phân là một hỗn hợp không ñược hấp thu

của vitamin E và các chất chuyển hóa bài tiết của mật

Nguồn nguyên liệu tự nhiên chứa nhiều vitamin E là các loại dầu thực vật như: cọ dầu, hướng dương, ngô, ñậu tương, ô liu, các loại quả, hạt hướng dương, mầm mạch… Ngoài ra, vitamin E còn có trong các nguồn khác: hạt ngũ cốc, cá,

bơ lạc, các loại rau lá xanh… Cho ñến nay, nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất vitamin E tự nhiên là dầu thực vật Hàm lượng vitamin E trong một số loại dầu thực vật ñược trình bày trong bảng 2.6 [44]

Bảng 2.7 Hàm lượng vitamin E trong một số loại dầu thực vật

Dầu hạt hướng dương chủ yếu chứa nhiều α-tocopherol, còn dầu ñậu tương và ngô lại chứa các dạng khác nhiều hơn và bảo vệ ñược các vitamin hòa tan trong chất béo như

là vitamin A, vitamin D cũng như các loại acid béo chưa no không bị oxi hóa [15]

2.3.2 Tác dụng của vitamin E

Vitamin E có khả năng ngăn chặn phản ứng của các gốc tự do bằng cách nhường 1 hydro (H) của gốc phenol cho gốc lipoperoxyl (LOO•) ñể biến gốc tự

do này thành hydroperoxyde không gây phản ứng (LOOH) Phản ứng như sau:

LOO• + Tocopherol-OH —› LOOH + Tocopherol-O•

Trong quá trình phản ứng, tocopherol (Tocopherol-OH) bị chuyển hóa thành gốc tocopheryl (Tocopherol-O•), bền (mặc dù là gốc) nên chấm dứt những phản ứng gốc Gốc tocopheryl bị khử oxy ñể trở lại tocopherol bởi chất khử oxy hòa tan trong nước, xuất hiện trong cytosol của những tế bào Ngoài chức năng ngăn chặn sự tạo thành những gốc tự do trong tế bào, vitamin E còn bảo vệ những chất tạo nên tế bào như protein và nucleic acid, làm tăng tác dụng của protein và vitamin A [33]

Nhiều nghiên cứu dược học ñã chứng tỏ hoạt tính của vitamin E có khả năng chữa nhiều bệnh Tính chất chống viêm: vitamin E ức chế sự peroxyde hóa các lipid bằng cách bẫy các gốc tự do sẽ tạo thành prostaglandines, là chất trung gian sinh lý của sự viêm Vitamin E giúp ngăn ngừa và kìm hãm bệnh mạch vành

vành và nhồi máu cơ tim, ñiều trị hỗ trợ chứng gan nhiễm mỡ, giảm cholesterol trong máu Vitamin E làm giảm quá trình phát triển của sự mất trí nhớ trong bệnh Alzheimer, tác nhân bảo vệ não Vitamin E còn có nhiều tác dụng khác như: ngăn cản và kìm hãm sự phát triển của bệnh ñục thủy tinh thể ở người già, tác nhân bảo

vệ mắt; Tăng cường hoạt ñộng của insulin và ñào thải glucose ñối với các bệnh nhân mắc bệnh tiểu ñường, ngăn cản sự hình thành chất nitrosamine, thủ phạm gây ra các bệnh ung thư dạ dày; Tăng cường hệ thống miễn dịch của cơ thể có khả năng phòng chống các loại ung thư như tiền liệt tuyến, bàng quang, ruột kết… [18,20,31,33]

Vitamin E còn có tác dụng tốt ñối với quá trình sinh sản hỗ trợ ñiều trị vô sinh, suy giảm sản xuất tinh trùng ở nam giới, góp phần cải thiện tình dục, giúp noãn (trứng) và tinh trùng phát triển tốt hơn Vitamin E cũng làm giảm nhẹ các triệu chứng chuột rút, ñau các bắp cơ hoặc ñau bụng khi hành kinh ở các em gái tuổi vị thành niên Các em gái nếu ñược dùng vitamin E ngay từ ñầu của kỳ kinh

sẽ giảm ñược 36% ñau khi hành kinh ðối với phụ nữ mang thai, vitamin E góp phần thuận lợi cho quá trình mang thai, sự phát triển của thai nhi và giảm ñược tỷ

lệ sẩy thai hoặc sinh non do ñã trung hòa hoặc làm mất hiệu lực của gốc tự do trong cơ thể [28]

Qua nghiên cứu thực nghiệm, các nhà khoa học nhận thấy vitamin E có thể

ức chế quá trình oxy hóa DNA nên ñã ức chế hoạt ñộng của chuỗi tế bào ung thư

vú, làm giảm ñược 95% sự gia tăng tế bào ung thư vú ở người sử dụng alpha tocophenol, nghĩa là vitamin E có thể gây ngộ ñộc có tính chọn lọc ñến các tế bào ung thư vú Các nghiên cứu khác cũng cho thấy những phụ nữ ñược bổ sung vitamin E thì tỷ lệ bị ung thư buồng trứng thấp hơn 67% so với nhóm không ñược

sử dụng Liều vitamin E bổ sung hàng ngày là 75 mg, tương ñương với 110 ñơn

vị vitamin E tự nhiên Người ta cũng khuyến cáo: bổ sung vitamin E kèm với vitamin C hàng ngày có thể làm giảm nguy cơ ung thư buồng trứng [18]

Vitamin E có khả năng bảo vệ tia cực tím UV, bảo vệ những nguy hại tế

luân chuyển mạch máu li ti của da, cung cấp oxy cho tất cả các mô của cơ thể Nhờ vậy, vitamin E ñược dùng nhiều trong mỹ phẩm Hàng ngày, da thường tiếp xúc với ánh nắng có nhiều tia cực tím nên dễ bị hủy hoại, mất tính chun giãn và sạm lại Dùng kem bôi da có chứa vitamin E sẽ giúp giảm sự bốc hơi nước và giảm mức ñộ nhạy cảm ñối với tia cực tím, chống ñược sạm da ðối với người bị viêm da dị ứng Vitamin E có tác dụng trả lại màu sắc bình thường và làm mất cảm giác ngứa Khi có tuổi, da mất tín chun giãn, ñồng thời do tác dụng của lượng gốc

tự do dư thừa sẽ làm da nhăn nheo, tóc xơ cứng, giòn, dễ gãy, vitamin E có thể giúp cải thiện tình trạng trên do ñã làm giảm tiến trình lão hóa của da và tóc [30] Nói chung, việc sử dụng vitamin E khá an toàn Lượng dư thừa không ñược

sử dụng sẽ nhanh chóng ñào thải ra khỏi cơ thể Do con người và ñộng vật không thể tự tổng hợp vitamin E nên phải thông qua thực phẩm Vitamin E hầu như không

có tác dụng phụ khi sử dụng ở liều thông thường Tuy nhiên khi lạm dụng vitamin

E, dùng liều quá cao có thể gây buồn nôn, dạ dày bị kích thích hoặc tiêu chảy, chóng mặt, nứt lưỡi hoặc viêm thanh quản Những triệu chứng này sẽ nhanh chóng mất ñi sau khi ngừng dùng thuốc [11]

2.4 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ VITAMIN E

Trên thị trường hiện nay, tồn tại cả hai loại vitamin E Sự khác biệt của hai loại vitamin E này ở chỗ: vitamin E tự nhiên có 4 loại ñồng phân α-, β-, γ-, và δ-tocopherol ñều ở dạng d và cả 4 dạng ñồng phân quang học này ñược cơ thể hấp thụ Trong khi ñó, vitamin E tổng hợp có 8 dạng ñồng phân của α-tocopherol nhưng chỉ có 1 ñồng phân d-α-tocopherol là giống vitamin E tự nhiên và cơ thể con người hấp thụ ñược Do vậy, muốn ñạt ñược hiệu quả mong muốn khi sử dụng vitamin E tổng hợp, phải uống tăng liều lên gấp 1,4 – 1,5 lần so với loại vitamin E thiên nhiên

Vitamin E là một trong ba loại vitamin có lượng giao dịch hàng ñầu thế giới Thị trường toàn cầu hàng năm là gần 1 tỷ USD, nhờ vào phạm vi ứng dụng rộng lớn của nó trong các ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi, dược phẩm, mỹ phẩm và

Với chi phí sản xuất không lớn và nguồn cung cấp nguyên liệu dồi dào, hiện nay Trung Quốc ñã trở thành một trong những quốc gia sản xuất vitamin E lớn của thế giới với trên 40% lượng vitamin E trên thế giới Trung Quốc là nước lớn nhất trong việc nhập khẩu, xuất khẩu vitamin E và các dẫn xuất của nó Khối lượng xuất khẩu là 689 triệu USD, 182 triệu USD khối lượng nhập khẩu Vitamin E và các dẫn xuất của nó trong năm 2010 Ngoài ra, có một số công ty sản xuất Vitamin E lớn ở Châu Âu như: BASF Vitamins Co, Ltd và DSM Nutritional Products Co, Ltd Hai công ty này mỗi năm cung cấp ra thị trường khoảng 20000 ñến 25000 tấn vitamin E

Nhu cầu về vitamin E trên thế giới tăng trưởng mạnh ở mức 10-20% năm Trong ñó tỷ lệ vitamin E tự nhiên so với vitamin tổng hợp ngày một tăng lên nhờ những ưu thế về giá trị dinh dưỡng và an toàn khi sử dụng Giá vitamin E dạng viên softgel 400 IU trên thị trường Hoa Kỳ có giá 27 – 28 USD/hộp 30 viên, trong khi ñó vitamin E ở dạng nguyên liệu cho công nghiệp dược phẩm có giá khoảng 60 USD/kg

Do cơ thể con người và ñộng vật không thể tự tổng hợp ñược vitamin E nên phải thu nhận nó thông qua con ñường thức ăn hoặc bổ sung trực tiếp Nhu cầu về vitamin E trong một ngày theo khuyến cáo của Hội ñồng thực phẩm dinh dưỡng của Viện Nghiên cứu thuốc Hoa Kỳ như sau:

Bảng 2.8 Liều lượng vitamin E nên dùng hàng ngày [45]

Người lớn và phụ nữ mang thai 15

2.5 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VITAMIN E

Vitamin E bổ sung vào thực phẩm, thực phẩm chức năng, dược phẩm hay thức

ăn gia súc dưới dạng viên hoặc dạng bột ñều ñược thu hồi từ quá trình chiết tách tự nhiên hoặc qua tổng hợp hóa học Cả hai phương pháp trên ñều cần thực hiện qua một số công nghệ như chiết, tách và tinh sạch phải ñược tối ưu hóa và tiêu chuẩn hóa ðổi mới công nghệ liên tục trong lĩnh vực này là yêu cầu cấp thiết Sản xuất vitamin E ñang ngày càng ñược mở rộng và phát triển Vitamin E chiết tách từ tự nhiên có nhiều ưu ñiểm hơn so với tổng hợp hóa học nhưng chỉ có hiệu quả kinh tế khi sử dụng các nguyên liệu sẵn có và chứa nhiều vitamin E [2,5,7]

Trên thế giới, vitamin E tự nhiên thường ñược chiết tách từ cặn khử mùi dầu ñậu tương Việc này không những làm giảm giá thành dầu tinh chế mà còn giúp bảo

vệ môi trường Các công trình nghiên cứu trên thế giới tập trung vào xác ñịnh và ñịnh lượng vitamin E trong các sản phẩm, tìm ra phương pháp thích hợp nhất ñể sản xuất và nâng cao hiệu suất chiết tách vitamin E từ phụ phẩm chế biến dầu thực vật Ở châu Âu thì quá trình tinh chế tập trung vào xu hướng công nghệ làm giảm hao tổn vitamin E trong quá trình tinh chế, trong khi ñó ở Bắc Mỹ lại ưu tiên tạo ra phụ phẩm cặn khử mùi có hàm lượng vitamin E cao ñể tách ñược nhiều sản phẩm có giá trị [16,24] Nhiều tài liệu cho thấy cặn khử mùi dậu ñầu tương có chứa các thành phần có giá trị kinh tế cao như: tocopherol-squalen, tocopherol-acid béo, tocopherol-sterol

và sterol-squalene [10,17,38] ðối với các loại cặn khử mùi có chứa nhiều tocopherol-acid béo, người ta tiến thành etyl este hóa Sau ñó, ñể chiết tách các hợp chất trên nhằm thu vitamin E ñủ tiêu chuẩn cho sản xuất dược phẩm (loại bỏ etyl este của các acid béo) ñã có một số nghiên cứu thực hiện dựa trên các phương pháp sau: chưng cất phân ñoạn chân không [18,29], trích ly dung môi phân ñoạn, trích ly

CO2 lỏng siêu tới hạn [25], phương pháp enzyme [31,33,16] và quá trình chưng cất phân ñoạn chân không [21,24,38]

Phương pháp chưng cất phân ñoạn có ưu ñiểm không sử dụng hóa chất và dung môi nên là phương pháp phổ biến nhất ñể tách etyl este của các acid béo ra

khỏi vitamin E Tuy nhiên, vẫn chưa có báo cáo khoa học xác ñịnh tổng lượng các hợp chất phân tích ñược

Ưu ñiểm của công nghệ trích ly dung môi và kết tinh vitamin E chủ yếu ñể thu hồi các sterol hơn vitamin E, bên cạnh ñó công nghệ này không làm oxi hóa tocopherol và không yêu cầu áp suất cao [18] Tuy nhiên, lại có nhược ñiểm là tốn một lượng lớn dung môi và là một phương pháp không thân thiện với môi trường, ñòi hỏi nhiều công ñoạn phải tiến hành bằng tay Các công trình nghiên cứu theo phương pháp này không ñược quan tâm chú trọng vì hiệu suất thu hồi thấp và ñộ tinh khiết không cao

Công nghệ chiết tách vitamin E bằng trích ly lỏng siêu tới hạn bằng dung môi

CO2 vì dung môi này có ñộ nhớt thấp, tính khuyếch tán cao, sức căng bề mặt thấp nên thường ñược sử dụng trong công nghệ chiết tách, phân ñoạn và tinh sạch, nhất là các nguyên liệu có cực Một thuận lợi nữa của phương pháp này là sau phản ứng dung môi dễ dàng ñược tách ra bằng quá trình giảm áp, tiến hành ở nhiệt ñộ thấp 31,1oC Nhược ñiểm duy nhất là do tiến hành ở áp suất cao nên chi phí năng lượng lớn nhưng cũng có tính khả thi ở các ñiều kiện áp suất 90 atm và nhiệt ñộ 40oC [8,12,30,31] Một số nghiên cứu ñã ñược tiến hành nhằm tinh sạch vitamin E bằng cách tách sterols như tạo tinh thể hoặc phương pháp sắc ký Các sterol cũng có thể ñược steryl este hóa tạo ra các phân tử lớn hơn vitamin E nên dễ dàng ñược tách ra bằng chưng cất phân ñoạn [23,24]

ðể ñánh giá hoạt lực của vitamin E trong việc xác ñịnh ñược chất lượng thực phẩm thì cần phải phân tích ñược vitamin E, chúng ta có thể dùng sắc ký khí mao quản (GC) [27] hoặc sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) [14] Vitamin E ñược bảo quản ở nhiệt ñộ thường trong các thiết bị không bị ăn mòn bằng khí nito tránh ánh sáng

Sau khi chiết tách khỏi cặn khử mùi thì vitamin E thường trải qua quá trình este hóa bằng acid acetic (CH3COOH) hoặc succinic (HOOC-CH2-CH2-COOH) ñể chuyển các gốc hydroxyl tự do trong vòng phenol của vitamin E Các tocopherol este thường bền hơn và dễ dàng sử dụng khi bổ sung vào dược phẩm hoặc thực phẩm

Alpha-tocopherol bị khử este trong ruột già và ñược hấp thụ dưới dạng tocopherol tự

do [2,3,9,20,21]

Các công trình nghiên cứu ở Việt Nam về vitamin E mới chỉ tập trung ñánh giá vai trò và chức năng trong ñiều trị chữa bệnh Chưa có công trình nào nghiên cứu công nghệ sản xuất vitamin E từ phụ phẩm dầu thực vật, nhằm tạo ra sản phẩm vitamin E phục vụ nhu cầu hóa dược trong nước, tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu

PHẦN III VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 VẬT LIỆU VÀ ðỊA ðIỂM NGHIÊN CỨU

Nguyên liệu

- Phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương mua tại Công ty Cổ phần dầu thực vật Tường An, Công ty Cổ phần dầu thực vật Quang Minh và Công ty Cổ phần dầu thực vật Cái Lân

ðịa ñiểm nghiên cứu

Trung tâm Dầu – Hương liệu và Phụ gia thực phẩm, Viện Công nghiệp Thực phẩm

3.2 SƠ ðỒ VÀ THUYẾT MINH SƠ ðỒ CÔNG NGHỆ THU NHẬN VITAMIN E

Trên thế giới hiện nay việc thu nhận vitamin E từ nguồn phụ phẩm chế biến dầu thực vật ñược thực hiện theo nhiều công nghệ khác nhau Qua tham khảo tài liệu chúng tôi lựa chọn công nghệ thu nhận vitamin E từ nguồn phụ phẩm chế biến

dầu ñậu tương ñược thể hiện trong sơ ñồ 3.1

Sơ ñồ 3.1 Sơ ñồ công nghệ thu nhận vitamin E từ phụ phẩm

chế biến dầu ñậu tương

Thuyết minh công nghệ

Phụ phẩm dầu ñậu tương ñược phân tích, ñánh giá chất lượng và xử lý nhằm tạo ñiều kiện tốt cho việc thu nhận vitamin E Sau ñó, phụ phẩm này ñược tiến hành etyl ester hóa bằng xúc tác hóa học (kiềm hay acid mạnh) Tiến hành tách etyl este

Hỗn hợp acid béo

Vitamin E

Phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương

của các acid béo bằng chưng cất phân ñoạn chân không Phần còn lại sau chưng cất chứa chủ yếu phytosterol và vitamin E ñược làm lạnh và ly tâm ñể tách bỏ các phytosterol thô Phần dịch thu ñược từ ly tâm tách chứa vitamin E thô ñược tinh chế

ñể thu hồi sản phẩm vitamin E tinh sạch

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

+ Phân tích ñánh giá chất lượng nguyên liệu phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương

+ Nghiên cứu xử lý phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương ñã ñược lựa chọn + Nghiên cứu công nghệ chiết tách các acid béo từ cặn khử mùi dầu ñậu tương gồm: xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ etyl este hóa các acid béo trong cặn khử mùi dầu ñậu tương và xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ cho quá trình chưng cất phân ñoạn chân không hỗn hợp các etyl este của các acid béo

+ Nghiên cứu công nghệ thu nhận và tinh chế vitamin E

+ Phân tích và ñánh giá chất lượng sản phẩm vitamin E

3.4 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.4.1 Phân tích ñánh giá chất lượng nguyên liệu phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương

+ Phân tích chất lượng cặn xà phòng

+ Phân tích chất lượng cặn khử mùi

Các chỉ tiêu chất lượng cần xác ñịnh: ðộ ẩm, hàm lượng acid béo, hàm lượng phytosterol, hàm lượng vitamin E…

3.4.2 Nghiên cứu xử lý phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương ñã ñược lựa chọn

Sử dụng 2 phương pháp:

- Phương pháp 1: loại nước trực tiếp bằng Na2SO4

- Phương pháp 2: loại nước bằng cách hòa tan phụ phẩm trong dung môi n-hexan

3.4.3 Nghiên cứu công nghệ chiết tách các acid béo từ cặn khử mùi dầu ñậu tương

+ Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ etyl este hóa các acid béo trong cặnkhử mùi dầu ñậu tương bao gồm: lựa chọn chất xúc tác thích hợp và các thông số như:

tỷ lệ các chất tham gia phản ứng, nhiệt ñộ phản ứng và thời gian phản ứng

+ Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ cho quá trình chưng cất phân ñoạn chân không hỗn hợp các etyl este của các acid béo: số ñĩa lý thuyết của cột tách phân ñoạn và áp suất chân không

3.4.4 Nghiên cứu công nghệ thu nhận và tinh chế vitamin E

+ Nghiên cứu tách phytosterol ñể thu nhận vitamin thô

+ Nghiên cứu công nghệ tinh chế vitamin E: lựa chọn hệ dung môi, nhiệt ñộ

và thời gian kết tinh

3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

vì vậy ta có thể ñọc ñược dễ dàng lượng nước chứa trong vật liệu ñem thử Nguồn nhiệt thích hợp là bếp ñiện có biến trở hoặc ñun cách dầu

Cách tiến hành

- Cho vào bình cầu ñã ñược làm khô 200 ml toluen (hoặc xylen), 2ml nước Lắp dụng cụ (ñã ñược sấy khô) Cất khoảng 2 giờ Ðể nguội trong 30 phút Ðọc thể tích nước cất ñược ở ống hứng, chính xác ñến 0,05 ml

- Thêm vào bình cầu một lượng mẫu ñã cân chính xác tới 0,01 g có chứa khoảng 2- 3 ml nước Thêm vài mảnh ñá bọt (ñá sôi) Ðun nóng nhẹ, khi toluen ñã bắt ñầu sôi thì ñiều chỉnh nhiệt ñể cất với tốc ñộ 2 giọt trong 1 giây Khi ñã cất ñược phần lớn nước sang ống hứng thì nâng tốc ñộ cất lên 4 giọt trong 1 giây Tiếp tục cất cho ñến khi mực nước cất ñược trong ống hứng không tăng lên nữa

Dùng 5-10 ml toluen rửa ống sinh hàn Cất thêm 5 phút nữa Tách bộ phận cất

ra khỏi nguồn nhiệt Nếu còn có những giọt nước ñọng lại trên thành ống sinh hàn thì dùng 5 ml toluen ñể rửa kéo xuống Khi lớp nước và lớp toluen ñã ñược phân tách hoàn toàn, ñọc thể tích nước trong ống hứng Ðộ ẩm (x %) của nguyên liệu ñược tính theo công thức sau:

V1: số ml nước cất ñược sau lần cất ñầu V2: số ml nước cất ñược sau lần cất thứ hai p: số g mẫu ñã cân ñem thử

3.5.1.2 Hàm lượng phytosterol ñược phân tích bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao

Các ñiều kiện cột sắc ký pha ñảo (C8 và C18), các hệ dung môi triển khai acetonitril (ACN): ñệm phosphate 0,025M với các tỷ lệ khác nhau (90:10, 93:7, 95:5), tại các pH ñệm khác nhau (5,3; 5,8; 6,5; 4,8) và thay ñổi tốc ñộ dòng khác nhau (1,0; 1,2; 1,5 ml/phút) trên máy HPLC SHIMADZU LC-20A series 2000-PDA detector

Dung dịch thử: dịch phytosterol thu ñược hòa trong 2ml MeOH

Dung dịch chuẩn: hòa tan 20 mg phytosterol trong 100ml MeOH Các dịch ñược lắc siêu âm 5 phút ñể hoà tan, sau ñó lọc qua màng lọc 0,45 µm trước khi bơm vào máy Quy trình phân tích HPLC ñược xây dựng, tối ưu hoá các thông số tỷ lệ pha ñộng, pH, tốc ñộ dòng và bước sóng phát hiện và thẩm ñịnh tính tương thích hệ thống, ñộ tuyến tính, ñộ chính xác, ñộ ñúng (tỷ lệ phục hồi) và giới hạn ñịnh lượng (LOQ)

3.5.1.3 Chỉ số acid ñược xác ñịnh theo TCVN 6127:2007[5]

Chỉ số acid là số mg KOH cần thiết ñể trung hòa các acid tự do có mặt trong 1

g dầu Dầu trong quá trình thủy phân tự nhiên sinh ra các acid béo tự do và glycerol Xác ñịnh chỉ số acid là một trong những phương pháp hữu hiệu ñể xác ñịnh ñộ hư hỏng của dầu bởi quá trình thủy phân

Cách tiến hành: cân mẫu vào bình tam giác, thêm vào ñó 30–40 ml hỗn hợp dung môi n-hexan và benzen ñã ñược trung hòa, lắc cho tan mẫu Tiếp ñó cho vào 3 – 5 giọt chỉ thị phenolphthalein và chuẩn ñộ bằng dung dịch KOH 0,1 N ñến khi xuất hiện màu hồng nhạt và bền màu trong 30 giây Tính kết quả:

Trong ñó:

AV: chỉ số acid (mg KOH/g dầu) N: nồng ñộ ñương lượng gam của dung dịch KOH V: thể tích dung dịch KOH ñã dùng khi chuẩn mẫu (ml) m: khối lượng mẫu thử (g)

56,1: khối lượng phân tử của KOH

3.5.1.4 Hàm lượng vitamin E ñược xác ñịnh theo mô tả trong Dược ñiển Việt Nam[2]

Xử lý mẫu và chuẩn vitamin E theo quy trình AOAC 992.03: chuẩn/mẫu ñược xà phòng hóa và chiết lỏng- lỏng bằng n-hexane Dung dịch sau chiết ñược làm khô bằng

cô quay chân không và ñịnh mức lại bằng 5mL methanol, ñóng vial và xác ñịnh vitamin E bằng máy sắc ký lỏng hiệu năng cao có ñầu dò UV bước sóng 280 nm, cột sắc ký pha ñảo: C18 250 x 4,6mm

ðiều kiện chạy máy:

+ Tiến hành tiêm chuẩn vào máy, ghi lại sắc ký ñồ của chuẩn

+ Tiến hành tiêm mẫu cần phân tích vào máy, ghi lại sắc ký ñồ của mẫu

Tính toán hàm lượng vitamin E trong mẫu bằng cách so sánh diện tích peak của chất phân tích trong mẫu với diện tích của dung dịch chuẩn

3.5.1.5 Phân tích cảm quan, chỉ tiêu vi sinh, hàm lượng kim loại nặng

Mục ñích kiểm tra cảm quan ñối với sản phẩm vitamin E của ñề tài nhằm ñánh giá các ñặc tính vật lý của sản phẩm: trạng thái, màu sắc

- Trạng thái: sản phẩm dạng lỏng

- Mầu sắc: màu vàng

- Chỉ tiêu vi sinh theo TCVN 6096-2004

- Hàm lượng kim loại nặng TCVN 6193-1996

3.5.2 Phương pháp công nghệ

3.5.2.1 Nghiên cứu xử lý phụ phẩm chế biến dầu ñậu tương ñã ñược lựa chọn

ðể quá trình etyl este hóa ñạt hiệu suất cao thì chúng tôi phải tiến hành loại H2O trong cặn dầu, nhằm tạo ñiều kiện cho phản ứng diễn ra theo chiều thuận (tạo ra este)

Có 2 phương pháp ñược lựa chọn khảo sát:

- Phương pháp 1: loại nước trực tiếp bằng bằng Na2SO4, lọc cặn vô cơ qua giấy lọc ñể thu ñược nguyên liệu sạch cho quá trình thu nhận vitamin E

- Phương pháp 2: loại nước bằng cách hòa tan phụ phẩm trong dung môi hexan, phần nước ở phía dưới tách ra bằng phễu chiết Phần phía trên hòa tan trong dung môi n-hexan ñược làm khô bằng Na2SO4, lọc cặn vô cơ qua giấy lọc, rồi cô kiệt dung môi ñể thu ñược nguyên liệu sạch cho quá trình thu nhận vitamin E

n-3.5.2.2 Nghiên cứu công nghệ chiết tách các acid béo từ cặn khử mùi dầu ñậu tương

ðể thu nhận vitamin E từ cặn khử mùi của quá trình chế biến dầu ñậu tương, trước hết cần chiết tách hỗn hợp các acid béo có trong ñó Quá trình chiết tách hỗn hợp acid béo trải qua hai công ñoạn: etyl este hóa các acid béo trong cặn khử mùi dầu ñậu tương và chưng cất phân ñoạn chân không tách các etyl este thu ñược a) Xác ñịnh các ñiều kiện công nghệ etyl este hóa các acid béo trong cặn khử mùi dầu ñậu tương

Một tiêu chí quan trọng cho việc lựa chọn các giá trị thích hợp của các yếu tố công nghệ là hiệu suất phản ứng etyl este

Hiệu suất phản ứng etyl este hóa ñược xác ñịnh theo công thức:

X1= (1- b/a) x 100 (%) Trong ñó: X1: hiệu suất phản ứng etyl este hóa

a: chỉ số acid của cặn khử mùi ban ñầu (mgKOH/g) b: chỉ số acid của hỗn hợp sau phản ứng etyl este hóa (mgKOH/g)

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của loại xúc tác ñến phản ứng etyl este hóa

Các chất xúc tác ñược lựa chọn khảo sát là: NaOH, KOH và acid H2SO4 ñậm ñặc Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100 g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) ñược tiến hành etyl este hóa bằng etanol tuyệt ñối (99,5%) với các xúc tác nêu trên, khối lượng chất xúc tác bằng 0.8% khối lượng cặn khử mùi ðiều kiện cho phản ứng etyl este hóa như sau: tỷ lệ etanol : cặn khử mùi là 2,5:1 (theo khối lượng); nhiệt ñộ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng: 60 phút Trong quá trình phản ứng, hỗn hợp phản ứng ñược khuấy trộn liên tục bằng khuấy từ Khi phản ứng etyl este hóa kết thúc, hỗn hợp sản phẩm ñược ñem ñi ñuổi dung môi etanol trên thiết bị cô quay chân không Sau ñó hỗn hợp ñược hòa tan trong etyl axetat ñể loại acid vô cơ bằng cách rửa với nước muối bão hòa và nước cho ñến pH= 7, rồi làm khan bằng Na2SO4 ðuổi kiệt dung môi etyl axetat trên thiết bị cô quay chân không sẽ thu ñược hỗn hợp sản phẩm của phản ứng etyl este hóa Lấy mẫu từ hỗn hợp sản phẩm ñem ñi ñể xác ñịnh chỉ số acid, từ ñó tính ñược hiệu suất của phản ứng etyl este hóa, từ ñó lựa chọn xúc tác thích hợp nhất

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ etanol : cặn khử mùi ñến phản ứng etyl este hóa

Tỷ lệ etanol : cặn khử mùi ñược khảo sát ở các mức: 2,0:1; 2,5:1; 3,0:1 và 3,5:1 Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100 g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) với chất xúc tác ñược lựa chọn ở thí nghiệm trước ðiều kiện cho phản ứng etyl este hóa như sau: nhiệt ñộ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng: 60 phút Trong quá trình phản ứng, hỗn hợp phản ứng ñược khuấy trộn liên tục bằng khuấy từ Các bước tiến hành phản ứng etyl este hóa giống như thí nghiệm trước

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến phản ứng etyl este hóa

Nhiệt ñộ phản ứng ñược khảo sát là: 400C, 50, 600C, 700C và 800C Mỗi thí nghiệm ñược tiến hành lặp lại 3 lần với mỗi mẫu gồm: 100 g cặn khử mùi dầu ñậu tương (ñã ñược xử lý) với chất xúc tác và tỷ lệ etanol : cặn khử mùi ñược lựa chọn ở các thí nghiệm trước Thời gian phản ứng: 60 phút Trong quá trình phản ứng, hỗn