Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè (camellia sinensis) nhằm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Ảnh hưởng của dung môi trích ly tới hàm lượng dầu và một số chỉ tiêu hóa học của dầu hạt chè .... Ngoài ra, một số nghiên cứu mới cho thấy dầu hạt chè có độ bền oxy hoá cao do có hàm lượ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN THỊ PHƯƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ TRÍCH LY THU NHẬN DẦU HẠT CHÈ

(Camellia sinensis) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN THỊ PHƯƠNG THẢO

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ TRÍCH LY THU NHẬN DẦU HẠT CHÈ

(Camellia sinensis) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng

dẫn của TS Vũ Hồng Sơn và GS.TS Hoàng Đình Hoà Các số liệu, kết quả nêu

trong luận án là trung thực và chưa từng được các tác giả khác công bố

TM Tập thể giáo viên hướng dẫn Tác giả luận án

LỜI CẢM ƠN

Bốn năm được nghiên cứu, học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là một khoảng thời gian đầy thử thách, khó khăn nhưng cũng thật nhiều trải nghiệm đáng giá, thú vị, giúp tôi trưởng thành hơn rất nhiều cả về mặt học thuật lẫn những kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học Tôi tin rằng nếu như không có sự

hỗ trợ của một số tổ chức và cá nhân, tôi sẽ không thể hoàn thành nghiên cứu này Tôi biết ơn tất cả những người đã luôn giúp đỡ tôi hoàn thành luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, các nhà khoa học, cán bộ, chuyên viên của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã rất nhiệt tình hỗ trợ, hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt 4 năm thực hiện luận án Tôi xin đặc biệt cảm ơn tập thể Ban Lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm, các thầy cô giáo đã giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ, động viên khuyến khích tôi trong từng bước của quá trình học tập, nghiên cứu; đặc biệt cảm

ơn các anh chị trong Phòng Đào tạo đã hướng dẫn tận tình, chi tiết, hỗ trợ có hiệu quả cho tôi trong các thủ tục trong toàn bộ quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc đến tập thế thầy hướng dẫn,

TS Vũ Hồng Sơn, GS.TS Hoàng Đình Hoà, những người Thầy tâm huyết đã tận

tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi và định hướng cho tôi trong quá trình thực hiện luận án

Xin được cảm ơn chị Đỗ Thị Kim Ngọc và các anh chị công tác tại Bộ môn Công

nghệ sau thu hoạch, Viện Khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp miền núi phía Bắc, những người đã giúp tôi nhiều thông tin tổng quan đáng quý và hỗ trợ trong việc thu thập nguyên liệu cho đề tài

Tôi đã may mắn nhận được sự định hướng, được chia sẻ các ý tưởng đáng giá trong nghiên cứu và được tạo điều kiện trong việc phân tích một số kết quả của đề

tài từ GS.TS Yvan Larondell, Trưởng Khoa Kỹ thuật khoa học sinh học, Viện

Khoa học đời sống, Trường Đại học Louvain-la-Neuve, Vương quốc Bỉ;

GS.TS Marie-Louis Scippo, Trưởng Phòng thí nghiệm phân tích thực phẩm,

Trưởng khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Liege, Vương quốc Bỉ;

PGS.TS Utai Klingkesorn, Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học

Kasetsart, Thái Lan

Xin được tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Trần Thị Thu Hằng, TS Giang

Trung Khoa, các thầy cô giáo và các em sinh viên của Khoa Công nghệ thực

phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, những người đã hỗ trợ và tạo điều kiện cho tôi rất nhiều trong việc xây dựng kế hoạch và triển khai nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Hội đồng xét duyệt đề cương, Hội đồng chuyên đề, Hội đồng Seminar bộ môn, Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp

cơ sở về những nhận xét và ý kiến đóng góp quí báu, có giá trị để giúp tôi hoàn thiện luận án của mình

Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn ấm áp đến Ba Mẹ, gia đình, người thân, những người đã luôn luôn ở bên cạnh, ủng hộ và hỗ trợ tôi cả về vật chất, tinh thần, thời gian, sức khoẻ… để tôi có thể hoàn thành được luận án này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2021

Nghiên cứu sinh

Phan Thị Phương Thảo

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 3

3 Mục tiêu của luận án 3

4 Nội dung của luận án 3

5 Những đóng góp mới của luận án 4

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 4

6.1 Ý nghĩa khoa học 5

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

7 Cấu trúc của luận án 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6

1.1 Tổng quan về cây chè 6

1.1.1 Giới thiệu chung về cây chè 6

1.1.2 Một số vùng trồng chè ở Việt Nam 6

1.1.3 Các giống chè ở nước ta 7

1.2 Tổng quan về hạt chè 10

1.2.1 Đặc điểm hình thái của hạt chè 10

1.2.2 Thành phần hóa học hạt chè 11

1.3 Giới thiệu về dầu hạt chè 11

1.3.1 Giới thiệu dầu hạt chè 11

1.3.2 Thành phần axít béo và chống oxy hóa của dầu hạt chè 12

1.4 Một số phương pháp thu nhận dầu từ hạt 16

1.4.1 Tách chiết dầu bằng phương pháp ép 16

1.4.2 Tách chiết dầu bằng phương pháp trích ly 16

1.5 Quá trình oxy hóa dầu 23

1.5.1 Cơ chế oxy hóa dầu 23

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự oxy hóa dầu 25

1.6 Các chất chống oxy hoá sử dụng trong bảo quản dầu 28

1.6.1 BHA 28

1.6.2 BHT 30

1.6.3 D-α-tocopherol (vitamin E) 31

1.6.4 Hợp chất polyphenol 32

1.6.5 Hàm lượng quy định một số chất bảo quản 33

1.7 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về dầu hạt chè 33

1.7.1 Một số nghiên cứu về phương pháp tách chiết dầu hạt chè 33

1.7.2 Các nghiên cứu về thành phần của dầu hạt chè 35

1.7.3 Ứng dụng của dầu hạt chè 39

Tổng kết chương 1 41

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 42

2.1.1 Nguyên liệu 42

2.1.2 Hóa chất 42

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 42

2.2 Phương pháp nghiên cứu 43

2.2.1 Phương pháp công nghệ 43

2.2.2 Phương pháp bố trí thí ngiệm 45

2.2.3 Phương pháp phân tích 52

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 64

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 66

3.1 Khảo sát nguyên liệu hạt chè 66

3.1.1 Đánh giá chất lượng hạt chè 66

3.1.2 Đánh giá chất lượng dầu hạt chè ở các giống, địa phương 71

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung môi trích ly đến chất lượng dầu 77

3.2.1 Ảnh hưởng của dung môi trích ly tới hàm lượng dầu và một số chỉ tiêu hóa học của dầu hạt chè 77

3.2.2 Ảnh hưởng của dung môi tới khả năng kháng oxy hóa của dầu hạt chè 79

3.2.3 Ảnh hưởng của dung môi tới hàm lượng axít béo trong dầu hạt chè 82

3.3 Nghiên cứu công nghệ khai thác dầu từ hạt chè 84

3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ tới quá trình trích ly dầu hạt chè 84

3.3.2 Tối ưu hóa quá trình thu nhận dầu hạt chè cho hiệu suất và hoạt tính chống oxy hóa cao 101

3.3.3 Kiểm định chất lượng dầu hạt chè thu được ở điều kiện trích ly tối ưu 117

Dầu hạt chè sản phẩm của đề tài 117

3.4 Nghiên cứu khả năng ứng dụng dầu hạt chè trong công nghệ thực phẩm 119

3.4.1 Nghiên cứu độ bền oxy hóa của dầu hạt chè 119

3.4.2 Kết quả đánh giá tác dụng bảo quản của dầu hạt chè đối với một số dầu có giá trị 122

3.4.3 Kết quả đánh giá khả năng bảo quản dầu hạt lanh khi phối trộn với dầu hạt chè so sánh với một số chất bảo quản tự nhiên 137

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 139

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu, chữ

cái viết tắt

Chú giải

AOAC Association of Official

Hiệp hội hóa dầu Mỹ

BHA Butylated Hydroxyanisole Butylated Hydroxyanisole

BHT Butylated Hydroxy Toluene Butylated Hydroxy Toluene

FAME Fatty Axít Methyl Ester Metyl este của axít béo

FID Flame Ioniation Detector Đầu dò ion hóa ngọn lửa

GAE Gallic axit equivalents Tương đương axít Galic

Chất chiết từ chè xanh Phân tích theo nhóm Lipoprotein tỷ trọng cao HPLC High Performance Liquid

LDL Low density lipoprotein Dung môi/nguyên liệu

Không phát hiện

MPN Most probable number Chỉ số ước tính nồng độ vi sinh vật khả

thi MUFA Mono Unsaturated Fatty Axit Axít béo không bão hòa một nối đôi

ppm part per million Đơn vị đo phần triệu

PUFA Poly Unsaturated Fatty Axit Axít béo chƣa bão hòa đa nối đôi

SFA Saturated Fatty Axit Axít béo bão hòa

TBHQ Supercritical fluid extraction

TPC Total Polyphenol Content Hàm lƣợng polyphenol tổng số

UFA Unsaturated Fatty Axit Axít béo không bão hòa

SFE Tertiary butylhydroquinone Phân tích thành phần chính

UE Ultrasonic extraction Chiết xuất siêu tới hạn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của hạt chè 11

Bảng 1.2 Một số thành phần axít béo của dầu hạt chè ở Lâm Đồng thu nhận bằng phương pháp trích ly và ép nguội 12

Bảng 1.3 Hàm lượng các thành phần trong vitamin E của dầu hạt chè 14

Bảng 1.4 Hàm lượng các thành phần trong hợp chất phenolic của dầu hạt chè 15

Bảng 1.5 Giới hạn trị số axit và peroxit của dầu thực vật 27

Bảng 1.6 Chỉ tiêu hóa lý của một số dầu thực vật 28

Bảng 1.7 Hàm lượng quy định các chất bảo quản 33

Bảng 1.8 Thành phần axít béo của dầu hạt chè, dầu hướng dương và dầu ôliu 35

Bảng 1.9 Các thành phần của dầu thu được từ một số phương pháp tách chiết 36

Bảng 1.10 Thành phần axít béo khi trích ly bằng phương pháp soxhlet và siêu tới hạn 36

Bảng 1.11 Một số chỉ tiêu của dầu hạt chè tại Kenya từ các giống chè khác nhau và so với một số loại dầu khác 37

Bảng 1.12 Thành phần axít béo trong dầu từ hạt chè của một số giống chè tại Kenya 38

Bảng 2.1 Địa điểm/giống thu thập nguyên liệu hạt chè 47

Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến hiệu suất và chất lượng dầu hạt chè 48

Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm đánh giá khả khả năng ứng dụng dầu hạt chè làm chất bảo quản tự nhiên trong bảo quản một số loại dầu chất lượng cao 51

Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm đánh giá khả khả năng bảo quản dầu hạt lanh (LSO) khi phối trộn với dầu hạt chè và so sánh với một số chất bảo quản tự nhiên 52

Bảng 2.5 Dãy điểm chuẩn axit gallic 59

Bảng 3.1 Thành phần cơ lý của hạt chè ở một số giống, địa phương 67

Bảng 3.2 Thành phần hóa học trong hạt chè ở một số giống, địa phương 68

Bảng 3.3 Chất lượng của dầu hạt chè ở một số giống, địa phương 72

Bảng 3.4 Thành phần axít béo trong dầu hạt chè tại một số địa phương (% tổng hàm lượng axít béo) 74

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của các loại dung môi tới hàm lượng dầu và chất lượng hóa lý của dầu hạt chè 78

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của dung môi tới khả năng kháng oxy hóa của dầu hạt chè 80

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất trích ly và chất lượng dầu hạt chè 85

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất trích ly và chất lượng dầu hạt chè 88

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất trích ly và chất

lượng dầu hạt chè 91

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly và chất lượng dầu hạt chè 94

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất trích ly và chất lượng dầu hạt chè 97

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của số lần trích ly đến hiệu suất trích ly và chất lượng dầu hạt chè 99

Bảng 3.13 Nhân tố và các mức độ bố trí theo mô hình Box Behken 101

Bảng 3.14 Ma trận yếu tố mã hóa thí nghiệm Box-Behnken 3 yếu tố 102

Bảng 3.15 Mô hình thí nghiệm quá trình trích ly dầu hạt chè 102

Bảng 3.16 Kết quả phân tích hồi quy của hiệu suất trích ly dầu hạt chè 103

Bảng 3.17 Kết quả phân tích hồi quy của chỉ số IC50 105

Bảng 3.18 Kết quả phân tích hồi quy của hàm lượng polyphenol tổng số 108

Bảng 3.19 Kết quả phân tích hồi quy của hàm lượng carotenoit 111

Bảng 3.20 Kết quả các chỉ tiêu kháng oxy hóa của dầu theo điều kiện tối ưu 115

Bảng 3.21 Một số chỉ tiêu chất lượng của dầu hạt chè 118

Bảng 3.22 Thành phần axít béo của dầu hạt chè 119

Bảng 3.23 Sự thay đổi các chỉ tiêu của TSO trong quá trình bảo quản 120

Bảng 3.24 Sự thay đổi mùi, độ trong dầu qua quá trình bảo quản 125

Bảng 3.25 Sự biến động PV qua các ngày bảo quản của một số dầu 127

Bảng 3.26 Sự biến động p-AV của một số dầu qua các ngày bảo quản 133

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của catechin 14

Hình 1.2 Công thức cấu tạo BHA 29

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của BHT 30

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của D-α-tocopherol 31

Hình 2.1 Hệ thống cô quay 20L 43

Hình 2.2 Hệ thống cô quay bình 2L 43

Hình 2.3 Sơ đồ chung quy trình trích ly dầu của luận án 44

Hình 2.4 Sơ đồ nghiên cứu 46

Hình 2.5 Đường chuẩn axit galic 60

Hình 3.1 Hình chiếu các mẫu hạt chè và thành phần cơ lý trên mặt phẳng chiếu thứ nhất 70

Hình 3.2 Phân nhóm hạt chè dựa trên thành phần cơ lý 70

Hình 3.3 Kết quả đánh giá chất lượng dầu hạt chè ở các giống địa phương theo phương pháp PCA trên mặt phẳng chiếu thứ nhất 75

Hình 3.4 Phân nhóm dầu hạt chè dựa trên các tính chất hoá học 76

Hình 3.5 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các dung môi tới chất lượng TSO theo phương pháp PCA 81

Hình 3.6 Phân nhóm TSO trích ly từ các dung môi khác nhau theo tính chất hoá lý 82

Hình 3.7 Ảnh hưởng của các dung môi tới hàm lượng axít béo trong dầu hạt chè 83

Hình 3.8 Ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến hiệu suất trích ly TSO 104

Hình 3.9 Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu hiệu suất trích ly TSO 104

Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến chỉ số IC50 106

Hình 3.11 Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu chỉ số IC50 107

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến hàm lượng TPC 109

Hình 3.13 Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu hàm lượng TPC 110

Hình 3.14 Ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến hàm lượng carotenoit 112

Hình 3.15 Bề mặt đáp ứng của hàm mục tiêu hàm lượng carotenoit 113

Hình 3.16 Mức độ đáp ứng sự mong đợi của các thông số công nghệ và các hàm mục tiêu 113

Hình 3.17 Kết quả tối ưu hóa của mô hình 114

Hình 3.18 Bề mặt đáp ứng của hàm mong đợi D 115

Hình 3.19 Sơ đồ quy trình tối ưu trích ly dầu hạt chè 116

Hình 3.20 Một số hình ảnh dầu hạt chè sản phẩm của đề tài 117

Hình 3.21 Dầu hạt chè qua 3, 6, 9, 12 ngày bảo quản ở 60ºC 120

Hình 3.22 Sự thay đổi màu sắc dầu hạt chè qua quá trình bảo quản 123

Hình 3.23 Sự biến đổi của giá trị Dienes ở các dầu qua 12 ngày bảo quản 130

Hình 3.24 Sự biến đổi của trị số Triens ở các dầu qua 12 ngày bảo quản 131

Hình 3.25 Sự biến đổi của giá trị totox ở các dầu qua 12 ngày bảo quản 136 Hình 3.26 Biến đổi trị số PV của dầu hạt lanh khi phối trộn với một số chất kháng

oxy hoá tự nhiên trong quá trình bảo quản 137 Hình 3.27 Biến đổi trị số p-AV của dầu hạt lanh khi phối trộn với một số chất kháng

oxy hoá tự nhiên và dầu hạt chè trong quá trình bảo quản 138

235 triệu USD Những năm qua, chè là cây được sản xuất khá bền vững, góp phần tích cực giảm nghèo cho nhân dân miền núi, đặc biệt ở một số vùng sản xuất chè đặc sản, là cây làm giàu cho nhân dân [2] Tuy nhiên, ngoài sản phẩm chính của cây chè được chế biến từ lá chè và chồi, còn một lượng không nhỏ hạt chè, phụ phẩm có giá trị của cây chè chưa được quan tâm nghiên cứu khai thác và tận dụng Hạt chè chứa một lượng đáng kể dầu thực vật (khoảng 14 – 32%) Thành phần của dầu hạt chè gồm các axít béo: oleic 71,82%; palmitic 11,85%; linoleic 9,58%; stearic 4,08%; linolenic 0,62% [4] Với thành phần chủ yếu là các axit không no omega

3, 6 và 9 nên dầu hạt chè có chất lượng tốt và được đánh giá tương đương với chất lượng dầu ô liu

Hiện tại, ở nước ta hạt chè mới được sử dụng với lượng nhỏ để sản xuất cây giống, lượng lớn hạt còn lại hầu như chưa được sử dụng Trong khi đó, hạt chè và dầu hạt chè có nhiều công dụng vì có chứa các chất kháng oxy hóa, chất kháng khuẩn, cho nên dầu hạt chè ngoài công dụng làm dầu ăn còn dùng là nguyên liệu trong chế biến dược phẩm và mỹ phẩm [5, 6, 7, 8] Vì vậy, việc đánh giá chất lượng cũng như hoạt tính sinh học trong hạt và trong dầu hạt chè sẽ làm cơ sở khai thác ứng dụng loại hạt và dầu này trong y học và đời sống nhằm tận dụng nguồn phụ phẩm của ngành sản xuất chè để tạo ra sản phẩm hữu ích, tạo thêm việc làm, tăng thu nhập cho hộ nông dân trồng chè đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của cây chè Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu tập trung khảo sát về khả năng kháng oxy hoá trong dầu hạt chè ở các giống chè khác nhau Những nghiên cứu này chỉ ra rằng,

cũng giống như lá chè xanh (Camellia sinensis), trong dầu hạt chè có chứa thành

phần nhóm chất có hoạt tính sinh học thuộc về nhóm phenolic, trong đó chủ yếu là các hợp chất catechine, β- caroten và vitamin E [9] Dầu hạt chè có màu vàng, lỏng

và trong suốt có thể là do sự hiện diện của nhóm chất màu carotenoit [11] Caroten được coi là một thành phần dinh dưỡng quan trọng và sự có mặt của nó trong các thực phẩm khác nhau về nguồn gốc thực vật, các mô sinh học và các loại thực phẩm là cần thiết, đặc biệt là do vai trò của nó như một chất kháng oxy hoá mạnh mẽ, chất bảo vệ chống lại bệnh ung thư và là tiền thân của vitamin A [12] Ngoài ra, một số nghiên cứu mới cho thấy dầu hạt chè có độ bền oxy hoá cao do có hàm lượng axít béo đa nối đôi linolenic và linoleic thấp, đặc biệt nhờ sự có mặt của polyphenol và vitamin E (các chất kháng oxy hoá) có tác dụng lớn trong việc giúp dầu hạt chè ít bị oxy hóa [10]

β-Ngày nay, dầu thực vật là thực phẩm không thể thiếu trong các bữa ăn hàng ngày ở Việt Nam cũng như trên thế giới Dầu thực vật có thể được chiết xuất từ hạt hay các bộ phận chứa dầu của thực vật, nhưng hạt là nguyên liệu chứa dầu nhiều hơn cả Từ tiềm năng phát triển đó, rất nhiều hạt chứa dầu được nghiên cứu trên thế giới và sử dụng như: hạt hướng dương, hạt sacha inchi, đậu nành… Điểm chung của các loại hạt này là đều có hàm lượng dầu, hàm lượng các axít béo không bão hoà cao, tốt cho sức khoẻ người tiêu dùng [13] Đặc biệt là hạt sacha inchi, hạt hướng dương không chỉ có hàm lượng lipit cao trong đó chủ yếu là các axít béo không bão hòa như omega 3, omega 6 và omega 9 mà còn chứa một hàm lượng protein không nhỏ với nhiều loại axít amin cần thiết cho cơ thể [14] Tuy nhiên, độ bền của các loại dầu này rất thấp, dễ bị oxy hóa Để ổn định chất lượng dầu, người sản xuất cần phải sử dụng các chất bảo quản tổng hợp như BHT, BHA…, có thể gây hại sức khỏe người tiêu dùng nếu dùng liên tục trong thời gian dài [15] Việc sử dụng chất bảo quản không an toàn đã và đang là vấn đề mà cả nhân loại cần giải quyết vì trong một số trường hợp có thể ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người và giá trị kinh tế sản phẩm bị giảm đi đáng kể Do vậy, những thực phẩm không sử sụng chất bảo quản hoặc chất bảo quản có nguồn gốc tự nhiên luôn là lựa chọn ưu tiên

Từ đó, chúng tôi đã có ý tưởng nghiên cứu phối trộn thêm một lượng nhỏ dầu hạt chè vào một số loại dầu thực vật có chất lượng tốt nhưng lại dễ bị oxy hoá nhằm kéo dài thời gian bảo quản dầu và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng Hiện nay, trên

thế giới đã có một số nghiên cứu về lĩnh vực này Năm 2004, Sahari và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu thử nghiệm sử dụng dầu hạt chè để tăng thời gian bảo quản dầu hướng dương và dầu ô liu bằng cách phối trộn 5% và 10% dầu hạt chè vào hai loại dầu này rồi bảo quản ở điều kiện nhiệt độ cao (60°C) trong khoảng thời gian 10-15 ngày Kết quả cho thấy việc bổ sung 5 - 10% dầu hạt chè đã có thể kéo dài đáng kể thời gian bảo quản của dầu hướng dương

Trên cơ sở đánh giá tổng quan các nghiên cứu về thành phần hóa học, giá trị sinh học của dầu hạt chè và sản lượng hạt chè tại Việt Nam như nêu trên, chúng tôi thấy việc nghiên cứu khai thác dầu từ hạt chè là có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Do đó, chúng tôi đề xuất đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xây dựng quy trình công

nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè (Camellia sinensis) nhằm ứng dụng trong

công nghệ thực phẩm”

2 Đối tượng nghiên cứu

Hạt chè của các giống Trung du, Shan, PH1, LDP1 được thu hái từ các vùng trồng: Phú Thọ, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Yên Bái, Lào Cai, Nghệ An, Quảng Trị từ tháng 10-12 năm 2017, 2018

3 Mục tiêu của luận án

- Xác định được hàm lượng, thành phần và hoạt tính sinh học của dầu hạt chè

của một số giống chè tại một số địa phương khác nhau

- Xây dựng được quy trình công nghệ thu nhận dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận dầu cao, đảm bảo chất lượng dùng cho thực phẩm, đồng thời có hoạt tính kháng oxy hoá cao

- Đánh giá được khả năng ứng dụng dầu hạt chè trong công nghệ thực phẩm

4 Nội dung của luận án

Nội dung 1 Khảo sát đặc tính nguyên liệu hạt và dầu hạt chè ở một số giống và vùng trồng chè

- Thu thập hạt chè của 4 giống phổ biến: Trung du, Shan, PH1, LDP1 ở các địa phương;

- Nghiên cứu đặc tính cơ lý và thành phần hóa học của hạt chè;

- Xác định hàm lượng và chất lượng hóa học của dầu hạt chè của một số giống chè và vùng trồng chè;

- Đánh giá khả năng kháng oxy hóa thông qua một số chỉ tiêu: polyphenol tổng số, tổng hàm lượng tocopherol, carotenoit và khả năng bắt gốc tự do DPPH có trong các mẫu dầu hạt chè;

- Nghiên cứu thành phần axít béo có trong dầu hạt chè của một số mẫu dầu hạt chè

Kết quả cần đạt được ở nội dung 1:

- Thông tin về sản lượng, khả năng thu hái và tính kinh tế của hạt chè nguyên liệu

- Số liệu về hàm lượng, chất lượng (cảm quan, hóa lý) và khả năng kháng oxy hóa của các mẫu dầu hạt chè

Nội dung 2 Nghiên cứu quy trình công nghệ trích ly thu nhận dầu hạt chè

- Nghiên cứu lựa chọn dung môi trích ly;

- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các tham số công nghệ quy trình trích ly dầu hạt chè;

- Tối ưu hóa quá trình thu nhận dầu hạt chè

Kết quả cần đạt được ở nội dung 2: đề xuất được quy trình công nghệ tối ưu

thu nhận dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận và chất lượng dầu tốt

Nội dung 3 Nghiên cứu khả năng ứng dụng dầu hạt chè trong công nghệ thực phẩm

- Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng dầu hạt chè như một chất bảo quản dầu thực vật

- Nghiên cứu phát triển sản phẩm dầu thực vật có giá trị dinh dưỡng và độ bền oxy hóa cao trên nền dầu hạt chè

Kết quả cần đạt được ở nội dung 3: Đánh giá tiềm năng sử dụng dầu hạt chè

như một chất bảo quản tự nhiên cho dầu thực vật

5 Những đóng góp mới của luận án

Các đóng góp mới của luận án như sau:

- Luận án là công trình đầu tiên của Việt Nam nghiên cứu đầy đủ về hàm lượng và thành phần các axít béo, các thành phần kháng oxi hoá (catechine, tocopherol, carotenoit…) trong dầu hạt chè của một số giống chè và vùng trồng chè ở Việt Nam

- Luận án đã xây dựng được quy trình công nghệ trích ly dầu từ hạt chè cho hiệu suất thu nhận dầu cao, sản phẩm dầu có chất lượng đảm bảo dùng trong thực phẩm và có hàm lượng các chất kháng oxy hoá cao

- Luận án đã đánh giá được khả năng kháng oxy hoá tự nhiên của dầu hạt chè khi bổ sung dầu hạt chè vào một số loại dầu thực vật, nhằm hạn chế sự oxy hoá dầu trong quá trình bảo quản, thay thế các sản phẩm chất bảo quản tổng hợp

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

6.1 Ý nghĩa khoa học

- Các phân tích đánh giá góp phần xây dựng được bộ dữ liệu khoa học tương đối toàn diện về hàm lượng chất béo và thành phần axít béo trong hạt chè của 4 giống chè (Shan, Trung du, PH1, LDP1) được trồng ở các vùng chè lớn ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu là nguồn tư liệu hữu ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu và khai thác hạt chè tại các vùng nguyên liệu

- Quy trình công nghệ trích ly dầu hạt chè là cơ sở khoa học cho lĩnh vực khai thác và phát triển cây chè ở Việt Nam

- Các đánh giá về khả năng bổ sung dầu hạt chè để bảo quản dầu giá trị cao là nguồn tư liệu hữu ích cho công tác đào tạo, nghiên cứu bảo quản dầu thực vật

- Tổng quan tài liệu, phương pháp nghiên cứu và kết quả nghiên cứu của luận

án là nguồn tư liệu có giá trị cho các nhà khoa học và sinh viên tham khảo

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Các kết quả của luận án về công nghệ thu nhận, chất lượng sản phẩm dầu và khả năng kháng oxy hoá tự nhiên của dầu hạt chè đã chứng minh được giá trị dinh dưỡng và sinh học của dầu hạt chè Đây là cơ sở cần thiết cho việc xây dựng kế hoạch, chiến lược tận dụng nguồn phụ phẩm của ngành sản xuất chè để tạo ra sản phẩm hữu ích nhằm tăng thêm nguồn thu nhập cho các hộ trồng chè, mang lại lợi ích về kinh tế, xã hội cho đất nước nói chung và đặc biệt cho sự phát triển kinh tế ở vùng núi phía Bắc nói riêng

- Sản phẩm dầu hạt chè là một loại dầu ăn chất lượng cao, góp phần làm phong phú thị trường dầu hạt và phát triển ngành dầu thực vật tại Việt Nam

7 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 140 trang với 42 bảng số liệu, 37 hình sơ đồ với 112 tài liệu tham khảo Kết cấu của luận án gồm: mở đầu 5 trang, tổng quan 35 trang, nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu 23 trang, kết quả và thảo luận 70 trang, kết luận 2 trang, danh mục công trình công bố 1 trang, tài liệu tham khảo 8 trang, phụ lục 53 trang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cây chè

1.1.1 Giới thiệu chung về cây chè

Cây chè xanh nằm trong hệ thống phân loại thực vật như sau: Phân giới thực vật - Tracheobionta; Liên ngành hạt - Spermatophyta; Ngành - Magnoliophyta; Lớp

song tử diệp – Dicotyledonae - Magnoliopsida; Bộ chè Theales - Dilleniide; Họ chè

- Theaceae; Chi chè - Camellia L (Thea); Loài - Camellia sinensis (L.) Kuntze [18]

Cây chè được trồng ở khoảng 30 quốc gia trên toàn thế giới [16], phát triển tốt nhất

ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới với lượng mưa đầy đủ, thoát nước tốt và đất hơi chua [17]

Cây chè được trồng rải rác ở hầu hết các tỉnh trung du và miền núi của Việt Nam, cung cấp việc làm cho hơn 400.000 nông dân, đóng góp lớn vào quá trình phát triển nông thôn và giảm bớt đói nghèo [2] Năm 2019, Việt Nam là nước có diện tích

và sản lượng chè đứng thứ 5 và xuất khẩu chè lớn thứ 3 trên thế giới với 123.400 ha diện tích trồng chè và hơn 500 cơ sở sản xuất chế biến, công suất đạt trên 500.000 tấn chè khô mỗi năm, sản lượng 1025.2 nghìn tấn [1] Số liệu của Cục Chế biến và phát triển thị trường nông sản (Bộ NN&PTNT) cho biết khối lượng xuất khẩu chè tháng 9 năm 2020 ước đạt 13.000 tấn với giá trị đạt 22 triệu USD, đưa khối lượng và giá trị xuất khẩu chè 9 tháng đầu năm 2020 đạt 98.000 tấn và 157 triệu USD, tăng 3,5% về khối lượng nhưng giảm 5% về giá trị so với cùng kì năm 2019 [2]

1.1.2 Một số vùng trồng chè ở Việt Nam

1.1.2.1 Vùng chè Tây Bắc

Chè trồng tập trung ở Sơn La, Lai Châu Các tỉnh ở vùng chè Tây Bắc có địa hình vùng sâu, vùng xa Giống chè chủ yếu là giống Shan Tại Sơn La: gồm 3 tiểu vùng Mai Sơn, Mộc Châu, Phù Yên với diện tích là 4471 ha Vùng chè Shan của Công ty chè Mộc Châu có năng suất cao nhất Việt Nam, đạt từ 18 - 20 tấn/ha Tại tỉnh Lai Châu với 2 tiểu vùng Phong Thổ, Tam Đường: diện tích khoảng 4270 ha Trồng chủ yếu ở độ cao từ 500 - 1000m, có năng suất 16 tấn/ha

1.1.2.2 Vùng chè Việt Bắc - Hoàng Liên Sơn

Gồm các tỉnh Tuyên Quang, Hà Giang, Lào Cai, Cao Bằng, Bắc Cạn và phía

Tây Yên Bái (Nghĩa Lộ, Văn Chấn) Đây là vùng chè tập trung lớn nhất cả nước, tổng diện tích là 41.404 ha, địa hình cao phù hợp với giống chè Shan để sản xuất chè xanh có chất lượng cao, chè vàng, chè Phổ Nhĩ

1.1.2.3 Vùng chè Trung Du - Bắc Bộ

Là vùng nằm tại ranh giới giữa miền núi và miền đồng bằng Bắc Bộ, bao gồm các tỉnh Phú Thọ, Hòa Bình, Vĩnh Phúc, Thái Nguyên, Hà Tây và Hà Nội với diện tích lớn nhất ở hai tỉnh Thái Nguyên và Phú Thọ: Thái Nguyên có 13.000 ha, Phú Thọ có 7.893 ha

1.1.2.6 Vùng chè duyên hải miền Trung

Đây là vùng chè quan trọng của người Việt Nam trước thời kỳ Pháp thuộc Phần lớn chè trồng dọc theo duyên hải Trung Bộ, trên sườn của dãy núi Trường Sơn thuộc các tỉnh Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên, Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi Chè trồng rải rác, quy mô nhỏ, tiêu thụ trong tỉnh, chế biến chè xanh ở các cơ sở nhỏ lẻ, ít cơ giới hoá

1.1.3 Một số giống chè ở nước ta

Với đặc điểm là một nước có nhiều điều kiện thiên nhiên phù hợp cho việc canh tác cây chè, Việt Nam có đa dạng các giống chè, bao gồm nhiều giống chè thuần và nhiều giống chè lai

1.1.3.1.Giống chè Trung du (Camellia sinensis var sinensis)

Nguồn gốc: đây thực chất là giống Trung Quốc Chè giống Trung du trồng chủ yếu ở vùng Trung du Bắc Bộ (Phú Thọ) (chiếm 44,3% diện tích trồng chè trong

cả nước); còn được gọi là giống Trung du xanh, vàng, tím tùy theo màu sắc lá Chè 10 - 25 tuổi cho năng suất 8 - 10 tấn búp/ha Chất lượng khá chế biến chè đen, chè xanh đạt tiêu chuẩn xuất khẩu, hàm lượng tanin trên 26,3% Chất hòa tan 41,4%, cánh chè nhỏ dễ xoăn Vùng chè có tiếng cả nước là chè Tân Cương, Thái Nguyên [19]

Chè giống Trung du thường ít bị đốn hoặc đốn không sát tận gốc nên còn một lượng quả nhất định trên cây vào cuối mỗi mùa chè hàng năm Quả chè của giống chè Trung du khá nhiều trên một cây, đây là điều kiện thuận lợi cho việc thu thập hạt chè vào các mục đích khác nhau

1.1.3.2 Giống chè Shan (Camellia sinensis var shan)

Nguồn gốc: giống địa phương phổ biến ở vùng núi Hà Giang, suối Giàng, Mộc Châu, chia thành chè trắng (búp tuyết), chè xanh và chè vằng (tùy theo màu lá) Giống này chiếm 24,3% diện tích Chè cho năng suất cao, cây 10 - 20 tuổi được thâm canh tốt cho năng suất 10 - 15 tấn búp/ha Chè có chất lượng tốt làm chè đen, chè xanh chất lượng cao đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Hàm lượng tanin là 27,1%, chất hòa tan 49,9% [19]

Cây chè Shan có quả to hơn các giống khác, số lượng nhiều trên một cây Tuy nhiên cây chè Shan chủ yếu có ở các vùng núi cao, chiều cao cây lớn nên gây khó khăn cho việc thu hái quả

1.1.3.3 Giống chè PH1

Giống PH1 có nguồn gốc từ hạt giống, quần thể Manipua lá đậm, nhập nội từ

Ấn Độ vào Phú Hộ năm 1920, năm 1987 được cấp bằng sáng chế của Ủy ban khoa học kỹ thuật Nhà nước và Bộ Nông nghiệp công nhận giống quốc gia Chè PH1

có năng suất cao đạt 18 - 20 tấn/ha (nếu thâm canh), trung bình năng suất đạt 15 -

20 tấn/ha Tiềm năng năng suất cao tới 35 tấn/ha Chè có chất lượng tốt, có hàm lượng tanin 33,2%; chất hòa tan 46,6%

1.1.3.5 Một số giống chè khác ở Việt Nam

a/ Giống chè Ấn Độ

Giống được nhập nội từ Ấn Độ, trồng phổ biến ở vùng Tây Nguyên, lai tạp,

nhiều dạng lá Chè lớn 10 – 20 tuổi được thâm canh đạt 8 – 10 tấn búp/ha với chất lượng cao, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu hàm lượng tanin 26.3%

b/ Giống chè Gay

Chè Gay có nguồn gốc từ giống chè Trung du địa phương, ở vùng Gay (Anh Sơn, Thanh Chương, Nghệ An) Cây cho năng suất búp thấp, chè 10 – 15 tuổi cho 2,5 – 3 tấn búp/ha Chất lượng chè trung bình

c/ Giống chè TRI777

Chè được chọn lọc tại viện chè nghiên cứu Srilanca từ hạt giống chè Shan (Mộc Châu) của trạm nghiên cứu chè Phú Hộ gửi sang 1936 – 1937 với hình thái thuộc giống chè Shan Năng suất: bình quân 7 năm khỏa nghiệm là 7,82 tấn búp/ha (chè 2 - 8 tuổi), hơn giống chè Trung đu đại chè 13 - 18% Giống chè TRI777 ở Phú

Hộ với 8 tuổi 8 -11 tấn búp/ha Búp chè có hàm lượng nước 75%, tanin 30,5%, chất hòa tan 42,5%, hàm lượng cafein 3,05%, đường khử 2,62%

d/ Giống chè LDP2

Chè LDP2 là chè chọn lọc từ hạt hữu tính năm 1981 tại Phú Hộ, với mẹ là đại bạch chè (giống chè Trung Quốc có chất lượng tốt) và bố là giống PH1 giống có năng suất cao Giống chè LDP2 cho năng suất đại chè cao và ổn định đạt 8 - 10 tấn búp/ha Chè có hàm lượng tanin 31 - 33%, chất hòa tan 42 - 44%

e/ Giống chè TBKT Kim Tuyên

Giống được nhập nội từ Đài Loan Đây là giống chè Được Đài Loan chọn tạo

từ cặp lai giữa mẹ là giống Ôlong của địa phương và bố là giống Raiburi của Ấn

Độ, được du nhập vào Việt Nam từ năm 2003 Giống chè này cho sản lượng khá và

ổn định tại Việt Nam Năng suất trung bình 6 – 8 tấn/ha (Phú Thọ, Lạng Sơn) Năng suất thâm canh đạt 10 – 12 tấn/ha (Lâm Đồng) Chè có chất lượng tốt, hàm lượng tanin 28,50%, đường khử là 0,59%, chất hòa tan là 39,52%, axít amin là 1,58% và cafein tổng số là 132mg/gck…

f/ Giống 1A

Nguồn gốc từ chè Manipua lá đậm ở Phú Hộ, thân cây gỗ vừa, nhập nội từ Ấn

Độ vào Phú Hộ năm 1920 Năng suất: bình quân 5 năm (1980 – 1984) là 10,8 tấn/ha bằng 133,5% giống chè Trung Du Giống chè 1A có hàm lượng tanin 34,8%, chất hòa tan 45%, hàm lượng catechin 163,5mg/g chất khô [19]

Phân bố cây chè tại Việt Nam khá đa dạng, trải khắp các tỉnh thành trên cả nước với nhiều giống chè, đây là tiềm năng lớn cho sự phát triển của ngành hàng chè Việt Nam, nhiều giống chè có năng suất, chất lượng cao, chè được trồng từ Bắc vào Nam trong đó có một số vùng có diện tích lớn, lâu năm Với nguồn nguyên liệu dồi dào, các nghiên cứu liên quan tới các cây chè, sản phẩm về cây chè có điều kiện thuận lợi thu thập mẫu cho nghiên cứu

Dựa vào tính phổ biến, năng suất và khả năng thu thập mẫu, nghiên cứu này lựa chọn quả chè từ 4 giống: Trung du, Shan, PH1, LDP1 được trồng tại 7 tỉnh Phú Thọ, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Yên Bái, Nghệ An, Quảng Trị, Lào Cai là đối tượng nghiên cứu

1.2 Tổng quan về hạt chè

Theo Hiệp hội Chè Việt Nam (VITAS), Việt Nam có rất nhiều cơ hội và thuận lợi để phát triển các sản phẩm từ cây chè Bên cạnh việc nghiên cứu nâng cao năng suất, cải thiện chất lượng chế biến thì việc đa dạng hóa các sản phẩm từ cây trồng này là một hướng tiếp cận quan trọng giúp tăng thu nhập của người dân Qua kết quả điều tra cho thấy tại vùng chè thâm canh cao Mộc Châu, Sơn La năng suất hạt chè bình quân 10 tấn/ha thì sản lượng hạt chè thu được hàng năm là 20 nghìn tấn hạt chè Như vậy, nếu có định hướng thu giữ lại hạt chè cho các mục đích chế biến thì

năng suất đạt được có khả năng cao [1, 3] Phần lớn hạt chè chưa được khai thác sử

dụng ngoài mục đích tạo giống chè Bên cạnh đó, cho đến nay, chưa có đề tài nào tiến hành nghiên cứu tổng thể về quy trình khai thác hạt dầu và các hướng ứng dụng của nó nhằm mục đích tận thu được nguồn nguyên liệu hạt chè có giá trị

1.2.1 Đặc điểm hình thái của hạt chè

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Ngọc Yến năm 2013 về hạt chè, sau khi gieo hạt khoảng 2 năm, cây chè cho hoa quả lần thứ nhất, từ 3 đến 5 năm cây chè phát triển hoàn chỉnh về đặc tính phát dục Hoa chè được hình thành từ các mầm sinh thực, hoa thụ phấn tạo quả chè [4]

Quả chè thuộc loại quả nang có từ 1- 3 hạt Các hạt trong cùng một quả có thể có kích thước khác nhau Hình tròn, tam giác hay vuông tùy số lượng hạt bên trong, vỏ quả màu xanh, khi chín chuyển sang màu nâu rồi nứt ra Hạt chè có vỏ sành rất cứng, màu phớt đỏ khi hạt non và nâu đen khi hạt chín, hạt to nhỏ tùy theo giống chè, bên trong hạt là một vỏ lụa mỏng, màu vàng nâu, có nhiều gân làm nhiệm vụ vận chuyển

nước và chất dinh dưỡng để nuôi hạt bên trong Ở Việt Nam giống chè Shan hạt to và nặng, giống chè Ấn Độ hạt nhỏ và nhẹ

1.2.2 Thành phần hóa học hạt chè

Lá mầm chiếm 3/4 khối lượng hạt chè, là nơi dự trữ dinh dưỡng gồm 10% protein, 32% lipit, 31% gluxit Phôi chè gồm: mầm rễ, mầm thân và mầm ngọn Hạt chè mới hái về có gần 50% nước, nếu độ ẩm dưới 28 – 30% thì hạt chè khô và mất khả năng nảy mầm [19]

Theo nhiều nghiên cứu trước đây trong hạt chè có rất nhiều hợp chất có lợi

cho sức khỏe Nghiên cứu của Patel và cộng sự (2018), thành phần hạt chè phân tích

3,3 8,5

Với hàm lượng dầu chiếm 22,9%, hạt chè là nguyên liệu tiềm năng khai thác dầu trở thành một sản phẩm dầu mới trên thị trường dầu thực vật

1.3 Giới thiệu về dầu hạt chè

1.3.1 Giới thiệu dầu hạt chè

Sản phẩm dầu hạt chè được sản xuất từ hạt chè, dầu ở trạng thái lỏng có màu vàng sáng, mùi thơm nhẹ đặc trưng của hạt chè Các thành phần trong dầu hạt chè đã được chứng minh là chứa nhiều hợp chất cần thiết tốt cho con người

Hàm lượng dầu trong nhân hạt chè ở một số nước được công bố: Trung Quốc 27,72%; Iran 30,5%; Nam Ấn Độ 31%; Thổ Nhĩ Kỳ 32,8%; loại dầu này đã được sử dụng làm dầu ăn ở một số nước trên thế giới như: Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản,

Ấn Độ, In-đô-nê-xi-a [3] Dầu hạt chè là một loại dầu ăn chất lượng tương đương như dầu oliu, và có thể được bảo quản tốt ở nhiệt độ phòng [9, 21, 22]

Về giá trị dinh dưỡng dầu hạt chè là một dầu thực vật có giá trị cao vì có hàm lượng axít béo linoleic không bão hòa cao, giúp làm giảm lượng cholesterol trong

máu Nhìn chung về mặt hóa học, thành phần axít béo và các loại tryglycerol của dầu này cho chất lượng dinh dưỡng tốt Trong dầu thực vật nói chung, sự có mặt của axít linolenic là axít béo liên quan đến sự ôi thiu và vị lạ của dầu trong suốt thời gian bảo quản Tuy nhiên, dầu hạt chè chỉ có một lượng nhỏ axít béo này

1.3.2 Thành phần axít béo và chống oxy hóa của dầu hạt chè

1.3.2.1 Thành phần axít béo

Thành phần axít béo được quan tâm trong thành phần dầu thực vật bởi sự ảnh hưởng của nó tới độ bền oxy hóa của dầu và sức khỏe con người Axít béo trong dầu gồm có axít béo bão hòa (axít palmitic, axít stearic ) và axít béo chưa bão hòa (axít oleic, axít linoleic, axít linolenic…), chiếm khoảng 75,89% [23]

Thành phần axít béo có trong dầu hạt chè được thể hiện trong bảng 1.2 [4]

Bảng 1.2 Một số thành phần axít béo của dầu hạt chè ở Lâm Đồng thu nhận bằng phương pháp

Axít béo chủ yếu trong dầu hạt chè là axít béo không bão hòa đơn (MUFA) - axít oleic (omega 9), tiếp theo là axít béo không bão hòa đa (PUFA) - axít linoleic (omega 6) là axít béo không no chứa hai nối đôi, có tác dụng ngăn ngừa bệnh tim mạch và làm giảm huyết áp Axít béo không no chứa một nối đôi oleic (ω-9) thường được biết đến qua những ảnh hưởng tích cực đến hệ thống tuần hoàn, tim mạch,

được coi như một chất béo cơ bản trong chế độ ăn uống của người Địa Trung Hải Tác dụng làm giảm cholesterol trong máu của các axít béo không no đã được các kết quả nghiên cứu chứng minh [24]

Các axít béo không bão hòa với đặc điểm, lợi ích như sau:

- Axít oleic: là một axít béo chưa bão hòa, chứa một nối đôi, có công thức là

C17H33COOH hay còn gọi là omega-9 Axít oleic không tan trong nước chỉ tan trong etanol, este Có thể tổng hợp axít oleic trực tiếp từ axít stearic và sau đó chuyển thành axít linoleic và axít linolenic dưới tác dụng của ezyme Quá trình này không

xảy ra được ở người và động vật nên phải lấy từ nguồn thức ăn thực vật

- Axít linoleic: là axít béo chưa bão hòa, chứa 1 nối đôi, có công thức hóa học

là C17H31COOH thuộc nhóm omega-6 Axít linoleic thuộc 1 trong 2 nhóm axít béo

thiết yếu mà cơ thể con người không thể tự sản xuất ra được

- Axít linolenic: là axít béo chưa bão hòa, chứa 2 nối đôi, có công thức hóa

học là C17H29COOH, là axít béo thuộc nhóm omega-3, không tan trong nước, tan trong dung môi Về giá trị dinh dưỡng, axít linolenic đem lại giá trị dinh dưỡng lớn cho con người Tuy nhiên axít linolenic dễ bị oxy hóa, làm giảm độ

bền oxy hóa của dầu

Các axít béo bão hòa khác trong dầu như: axít stearic, axít palmitic với axít palmitic làm tăng nồng độ cholesterol toàn phần và LDL-cholesterol mà không làm ảnh hưởng đến HDL-cholesterol Việc ăn một lượng lớn axít palmitic sẽ gây ảnh hưởng xấu đến tâm trạng, giảm hoạt động thể chất, giảm lượng calo bị đốt cháy

xuống thấp hơn so với việc ăn các loại chất béo chưa bão hòa như axít oleic

1.3.2.2 Thành phần chống oxy hóa

Bên cạnh những chất béo có lợi cho sức khoẻ, dầu hạt chè còn chứa một số chất chống oxy hóa Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng, cũng giống như lá chè

xanh (Camellia sinensis), trong dầu hạt chè thành phần nhóm chất có hoạt tính sinh

học thuộc về nhóm phenolic, trong đó chủ yếu là các hợp chất thuộc phân nhóm flavonoids Những nghiên cứu đánh giá về thành phần hoạt chất trong hạt hay dầu hạt chè tại Việt Nam còn hạn chế hoặc chưa được công bố Thành phần chống oxy hóa trong dầu hạt chè gồm có: carotenoit, tocopherol, polyphenol

Carotenoit là chất được hình thành từ thực vật mà con người không thể tự tổng hợp được Chất này là tiền thân của vitamin A, giúp tăng cường sức khỏe,

chống lại các tác nhân oxy hóa từ bên ngoài, bảo vệ chống lại bệnh ung thƣ [12]

Vitamin E là thuật ngữ chung dùng để chỉ tocopherols và tocotrienols (α,β,γ,δ), đây là các chất chống oxy hoá tự nhiên, ngăn ngừa sự ôi thiu của dầu trong quá trình bảo quản và kéo dài tuổi thọ của nó [25, 26] Hàm lƣợng và thành phần vitamin E trong dầu hạt chè đƣợc thể hiện trong bảng 1.3 [9] Tocopherols nguồn gốc tự nhiên là đối tƣợng đƣợc quan tâm nghiên cứu do ý nghĩa y học, sinh học và hóa lý [28] Các kết quả nghiên cứu cho thấy, α-tocopherol có hiệu lực sinh học cao nhất [27]

Bảng 1.3 Hàm lượng các thành phần trong vitamin E của dầu hạt chè

-tocopherol 210 ± 2,3 -tocopherol 23,6 ± 0,45 -tocopherol 11,2 ± 0,33 -tocotrierol 119 ± 1,9

- tocotrierol 2,2 ± 0,08 -tocotrierol 23,3 ± 0,25 Polyphenol là nhóm chất có hoạt tính chống oxy hoá, hoạt động đào thải các gốc tự do và ổn định oxy hóa [29, 30, 31] Catechin trong lá chè hay hạt chè lad thành phần chiếm hàm lƣợng cao nhất trong polyphenol

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của catechin

Trong các hợp chất catechin, R1 và R2 có thể là cùng là gốc H-, R2 có thể là gốc galloyl, R1 cũng có thể là gốc –OH

Nhƣ vậy, khi R1 = R2 = H ta có catechin (C); khi R1 = H, R2 = OH ta có gallocatechin (GC) Khi R2 là gốc galloyl, còn R1 là OH thì chất trên sẽ là catechingallate (CG) và nếu R2 là gốc galloyl, còn R1 là H thì chất tạo thành là gallocatechingallate (GCG) Bên cạnh đó, cấu trúc phân tử của catechin có chứa 2 nguyên tử carbon bất đối ở vị trí 2 và 3 nên có thể tạo ra nhiều đồng phân khác nhau Hiện nay đã nhận diện đƣợc 7 catechin trong chè là Epigallocatechingallate (EGCG), Epicatechingallate (ECG), Epigallocatechin (EGC), Gallocatechingallate (GCG),

Epicatechin (EC), Gallocatechin (GC) và Catechin (C) Trong đó, các catechin chủ yếu là EGCG, EGC, ECG, EC và C [3] Hàm lượng catechin trong chè có thể lên đến 15-20%

ck và thường chiếm trên 70% tổng lượng polyphenol của lá chè [4]

Trong những năm gần đây, catechin được sử dụng như chất chống oxy hóa tự nhiên bổ sung trong dầu mỡ chống lại sự oxy hóa chất béo; bổ sung thêm vào thức

ăn nhằm tăng cường sức khỏe vật nuôi; bổ sung như chất bảo quản nhằm kéo dài thời gian tồn trữ cho sản phẩm động, thực vật (nấm, thịt, tôm, cá…); đồng thời nó cũng tham gia là thành phần trong một số thực phẩm chức năng

Theo nghiên cứu, chuột thí nghiệm ăn thức ăn bổ sung EGCG có lượng đường trong máu thấp hơn chuột ăn thức ăn thường EGCG còn hỗ trợ chống lại sự phá hủy tế bào sản sinh insulin [33]

Catechin là hợp chất flavonoid được nghiên cứu rộng rãi, ngoài hoạt tính kháng oxy hóa thì chất này còn có hoạt tính kháng khuẩn Catechin trong chè có khả năng tiêu diệt các loại vi khuẩn làm hư hỏng thực phẩm và loại bỏ các độc tố do chúng gây ra.Cơ chế hoạt động của catechin là phá hủy màng tế bào bên ngoài của

vi khuẩn EGCG và ECG là catechin có khả năng kháng khuẩn mạnh nhất Catechin

có thể gây ra hiện tượng ngưng kết bằng cách tạo liên kết trực tiếp với protein Đây

là tính chất đặc trưng của catechin chịu trách nhiệm cho hoạt tính kháng khuẩn [16]

Bảng 1.4 Hàm lượng các thành phần trong hợp chất phenolic của dầu hạt chè

1.4 Một số phương pháp thu nhận dầu từ hạt

1.4.1 Tách chiết dầu bằng phương pháp ép

Khai thác dầu cơ học (còn được gọi là ép) dựa trên sức nén cơ học tới vật liệu

có dầu Thông qua quá trình ép, dầu được tách ra khỏi vật liệu có dầu dưới tác động của các lực bên ngoài nén phát sinh trong các máy đặc biệt gọi là máy ép

Các tác động của kích thước hạt, nhiệt độ gia nhiệt, thời gian gia nhiệt, áp suất

và thời gian ép lên năng suất và chất lượng của dầu lạc đã được nghiên cứu và cho

thấycó ảnh hưởng tới hiệu suất ép dầu [34]

Cấu tạo thiết bị: Mức độ tách kiệt dầu từ bột còn phụ thuộc vào loại thiết bị sử

dụng Máy ép trục vít có một lợi thế hơn máy ép thủy lực, cho hiệu suất ép dầu cao hơn [35]

Tùy thuộc vào tính chất nguyên liệu, việc chiết tách dầu từ hạt dầu được thực hiện theo các biện pháp khác nhau Có hai loại phương pháp ép cơ học là phương pháp ép lạnh và ép nóng Ép lạnh được thực hiện ở nhiệt độ thấp (dưới 500C) và áp suất thấp, trong khi phương pháp ép nóng được thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao Dầu ép lạnh an toàn hơn dầu hạt ép nóng vì nhiệt độ cao có thể làm giảm sự oxy hóa ổn định, làm biến đổi chất lượng của các thành phần có giá trị trong dầu và giảm chất lượng dầu Trong dầu ép lạnh, độ tinh khiết và tính chất tự nhiên của dầu hạt được bảo tồn [36, 37]

Ép cơ học thường được sử dụng để thu nhận dầu thực vật từ hạt chứa dầu có hàm lượng dầu cao hơn 20% [38] Phương pháp này có lợi thế là chi phí vận hành thấp, cho dầu sáng màu và chất lượng dầu cao nhờ nồng độ axít béo tự do (FFA) thấp [39, 40]

Nhược điểm của phương pháp là thiết bị cho hiệu suất chiết chưa cao, khoảng 8-14% lượng dầu trong nguyên liệu bị giữ lại, không ép được ra hết [41]

1.4.2 Tách chiết dầu bằng phương pháp trích ly

Trích ly sử dụng dung môi là phương pháp chiết thông thường, được áp dụng cho hạt chứa dầu có hàm lượng dầu thấp (<20%), như đậu tương Đây được coi là một trong những phương pháp hiệu quả nhất trong chiết xuất dầu thực vật với lượng dầu còn lại trong nguyên liệu ít [42, 43, 44] Hạn chế của phương pháp là chi phí sản xuất là cao hơn ép cơ học do phải sử dụng dung môi

Mặc dù phương pháp trích ly được nhiều nước trên thế giới áp dụng, tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi hệ thống trích ly phải đảm bảo, tránh hiện tượng cháy

nổ do dung môi có nhiệt độ sôi thấp Dung môi sử dụng cần có chất lượng cao, phù hợp với từng loại nguyên liệu nhằm tránh tổn thất cũng như làm giảm chất lượng của dầu

Bản chất của quá trình trích ly là ngâm chiết dầu trong dung môi hữu cơ Đây

là sự kết hợp của 4 bước [45]:

- Sự di chuyển của dung môi vào nguyên liệu

- Dung môi hòa tan các chất

- Các chất hòa tan tách ra khỏi nguyên liệu

- Tách dung môi

Theo Nguyễn Văn Cương (2012), quá trình trích ly bằng dung môi gồm 4 giai đoạn sau:

- Sự tương tác của dung môi với quá trình trao đổi chất trên bề mặt vật liệu

- Quá trình truyền dung môi vào bên trong vật liệu được thực hiện ở thể lỏng bởi những quá trình khác nhau như: sự mao dẫn, khuếch tán phân tử và gradient của nồng độ dung môi là động lực cho quá trình này

- Quá trình truyền chất tan (dầu) vào dung môi xảy ra ở bằng quá trình khuếch tán bên trong vật liệu Gradient của nồng độ chất tan là động lực của quá trình này

- Quá trình vận chuyển chất tan từ bề mặt vật liệu ra ngoài môi trường dung môi được thực hiện bằng khuếch tán đối lưu [46]

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu dầu như: loại dung môi, kích thước, thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, tốc độ hay vận tốc chuyển động của dung môi [47, 4]

Loại dung môi: mỗi nguyên liệu thích hợp với một hoặc một số loại dung môi

nhất định Khả năng trích ly phụ thuộc vào độ phân cực của dung môi Trong quá trình trích ly một số thành phần không mong muốn có thể tan vào dịch chiết Vì vậy cần chọn loại dung môi thích hợp

Việc lựa chọn dung môi chủ yếu dựa trên các đặc tính, tính chất hòa tan mong muốn [48] Các dung môi thường được sử dụng để trích ly dầu là hexane, dietyl ete, ether petroleum và ethanol, ngoài ra có một số dung môi khác

Petroleum: Cấu tạo gồm một chuỗi các hydrocacbon mạch thẳng, chưa no hay dẫn xuất của hexobenzen và các đồng đẳng Ngoài ra, trong thành phần của

petroleum còn có hydrocacbon no Nhiệt độ sôi khoảng 70 – 1200C Petroleum không tan trong nước Khả năng hòa tan dầu mỡ của petroleum là 1:5, khả năng hòa tan dầu mỡ tăng khi tăng nhẹ có nhiệt độ sôi thấp

Hexane: Chất lỏng, dễ bay hơi, nhiệt độ sôi từ 66,7 – 69,30C Khối lượng riêng

là 663kg/ ở 150C Hexan là một loại xăng trong thành phần không lẫn hydrocacbon chưa no và thơm, có khả năng hòa tan dầu và mỡ ở bất kỳ tỷ lệ nào Hằng số điện môi của Hexan là 1,88

Ethanol (EtOH): Chất lỏng, nhiệt độ sôi 78,30C, rượu tan trong nước ở bất kỳ

tỷ lệ nào Tuy nhiên thường dùng nồng độ 96% v để trích ly Ethanol dung môi phân cực protic có hằng số điện ly là 24,55

Etyl axetat (EtOAc) là một dung môi phân cực vừa phải, hằng số điện môi là 6,02, có ưu điểm là dễ bay hơi, ít độc hại và không hút ẩm Etyl axetat có thể hòa tan đến ba phần trăm nước và có độ hòa tan tám phần trăm trong nước ở nhiệt độ phòng Ở nhiệt độ cao độ hòa tan của nó trong nước cao hơn Trong hóa học, nó thường được trộn với một dung môi không phân cực như hexan làm dung môi sắc

ký Nó cũng được sử dụng làm dung môi để chiết xuất Etyl axetat có hai đặc tính hóa học và sinh học bao gồm phân cực trung bình và độc tính tối thiểu trên các chủng thử nghiệm Nó có thể giúp trích xuất nhiều hợp chất sinh học (cực và không phân cực) và đánh giá các hoạt động của chúng

Diclometan (DCM) là một hợp chất hóa học với công thức CH2Cl2 Đây là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi với mùi thơm nhẹ Nó được sử dụng rộng rãi làm dung môi, vì là một trong những clocácbon ít độc nhất, và nó có thể trộn lẫn với hầu hết các dung môi hữu cơ

Yêu cầu chung đối với dung môi trích ly dầu

Tính chọn lọc, độ hòa tan, chi phí và độ an toàn là các yếu tố cần xem xét trong việc lựa chọn các dung môi Dựa trên khả năng liên kết (khả năng hòa tan hòa tan), các dung môi có giá trị phân cực gần với cực của chất tan có khả năng trích ly tốt hơn và ngược lại Etanol và metanol là các dung môi phổ biến được sử dụng trong trích ly dầu [32]

Để thu được các hợp chất tự nhiên có giá trị cao từ các nguồn thực vật, việc lựa chọn kỹ thuật chiết xuất phù hợp là rất quan trọng Một dung môi lý tưởng để

chiết xuất dầu từ hạt vẫn đang được nghiên cứu ở cả khía cạnh khoa học và công nghiệp Các dung môi sinh học phù hợp để chiết xuất dầu là các dung môi phân cực,

có khả năng mở thành tế bào Hexane (Hx) là dung môi thích hợp nhất để chiết xuất dầu nói chung Tuy nhiên, nó rất dễ cháy và không thể thu hồi Hx một cách dễ dàng; hơn nữa, Hx có độc tính cấp tính và mãn tính khi hít phải, nuốt phải và tiếp xúc với mắt hoặc da Trong số các dung môi phân cực, rượu có chuỗi thủy phân ngắn, đặc biệt là etanol (EtOH), vì vậy nó được đề xuất làm dung môi để chiết dầu

do độ an toàn cao hơn Tuy nhiên, nhiệt độ bay hơi của EtOH cao hơn (2,5 lần) so với Hx Khai thác dầu sử dụng EtOH được chứng minh là khả thi về mặt kỹ thuật nhưng không phù hợp về mặt kinh tế Diclometan (DCM) và Etyl axetat (EtOAc) ít

bị oxy hóa hơn và ít liên quan đến các vấn đề môi trường Chúng không dễ cháy, ít nguy hiểm và là dung môi chiết xuất được chấp nhận cho dầu thực vật Tuy nhiên, độc tính tiềm ẩn của DCM đối với con người và bản chất gây ung thư làm dung môi này hạn chế được ứng dụng trong chiết xuất dầu

Trong nghiên cứu này, dầu hạt chè được chiết xuất bằng các dung môi đơn

và dung môi hỗn hợp có độ phân cực khác nhau và được thu hồi bằng cách cô đuổi dung môi trong môi trường chân không Mục đích của nghiên cứu là làm nổi bật ảnh hưởng của dung môi đối với một số tính chất hóa lý và thành phần các axít béo, các chất kháng oxy hoá có trong dầu hạt chè, từ đó lựa chọn được dung môi chiết xuất phù hợp với mục đích nghiên cứu

Kích thước: Các hạt ảnh hưởng nhiều đến vận tốc chuyển động của dung môi

qua lớp nguyên liệu, từ đó xúc tiến nhanh hoặc làm chậm quá trình trích ly Nếu bột trích ly có kích thước và hình dạng thích hợp, vận tốc chuyển động của dung môi vào trong các khe vách cũng như các hệ mao quản của nguyên liệu sẽ diễn ra tốt nhất Kích thước các hạt bột trích ly dao động thường từ 0,5 ÷ 10mm

Thời gian trích ly: Tăng thời gian trích ly kéo theo sự gia tăng hiệu suất trích

ly, nhưng không nên quá dài vì khi đó lượng dầu trong bã ngày càng giảm, hiệu suất không tăng thêm được nhiều

Nhiệt độ trích ly: Bản chất của quá trình trích ly là quá trình khuếch tán Khi

tăng nhiệt độ, quá trình khuếch tán sẽ tăng cường do độ nhớt của dầu trong nguyên liệu giảm, làm tăng vận tốc chuyển động của dầu vào dung môi Tuy nhiên, sự tăng nhiệt độ cũng phải có giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây tổn thất nhiều dung môi và gây biến tính dầu

Vận tốc: Chuyển động của dung môi trong lớp bột trích ly gây ảnh hưởng đến

quá trình khuếch tán Tăng vận tốc chuyển động của dung môi sẽ rút ngắn được thời gian trích ly, từ đó tăng năng suất thiết bị

Tỉ lệ giữa dung môi và nguyên liệu: Ảnh hưởng đến vận tốc trích ly, lượng bột

trích ly càng nhiều càng cần nhiều dung môi Tuy nhiên, lượng dung môi lại ảnh hưởng khá lớn đến kích thước thiết bị

1.4.2.3 Một số phương pháp trích ly

Phương pháp chiết ngâm dầm

Kỹ thuật chiết ngâm dầm cũng tương tự như phương pháp ngấm kiệt nhưng không đòi hỏi thiết bị phức tạp, vì thế có thể thao tác dễ dàng với một lượng mẫu lớn Ngâm mẫu với dung môi hữu cơ trong một bình chứa thủy tinh hoặc bằng thép không gỉ, bình có đậy nắp Tránh sử dụng bình nhựa vì dung môi hữu cơ có thể hòa tan một ít nhựa, gây nhầm lẫn là hợp chất đó có thể trong mẫu

Dung môi sau khi được thu hồi, được làm khan nước bằng các chất làm khan

và được tiếp tục sử dụng để chiết lần sau Sự khuấy trộn, các yếu tố phụ trợ như nhiệt độ, siêu âm, vi sóng, chất điện hoạt v.v… có thể được sử dụng để gia tăng hiệu quả của quá trình chiết [49]

Phương pháp chiết ngấm kiệt

Phương pháp sử dụng phổ biến vì không đòi hỏi thiết bị tốn kém, phức tạp Hiệu quả so sánh của phương pháp: so với phương pháp ngâm dầm thì phương pháp này đòi hỏi thiết bị phức tạp hơn, nhưng hiệu quả cao hơn và ít mất công hơn,

vì đây là quá trình chiết liên tục, dung môi trong bình ngấm kiệt đã bão hòa mẫu sẽ được liên tục thay thế bằng dung môi tinh khiết

Kiểm tra việc chiết kiệt mẫu bằng sắc ký lớp mỏng hoặc nhỏ một giọt dung dịch chiết lên tấm kính sạch, để bốc hơi và xem có còn để lại vết gì trên mặt kính hay không, nếu không còn vết gì thì chiết đã kiệt [49]

Phương pháp trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn

Mỗi một chất, trong một điều kiện nhất định, đều tồn tại ở một trạng thái nào

đó trong ba trạng thái rắn, lỏng, khí Khi nén một chất khí tới một áp suất đủ lớn, chất khí đó sẽ hoá lỏng Tuy nhiên tại một giá trị áp suất mà ở đó nếu tăng nhiệt độ, chất lỏng khổng chuyển về trạng thái khí mà rơi vào một trạng thái đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn Trạng thái này đạt được khi nhiệt độ và áp suất của chất đó

tăng đến giá trị tới hạn Ở trạng thái này, không có sự phân biệt giữa trạng thái lỏng

và khí Chất đó không bị chuyển sang trạng thái lỏng khi tăng áp suất và không bị chuyển sang trạng thái khí khi tăng nhiệt độ Đối với khí CO2, trạng thái siêu tới hạn đạt được ở nhiệt độ 310

C và áp suất 73,8 bar

Khai thác dầu bằng phương pháp trích ly có sử dụng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (Supercritical fluid extraction – SFE) là việc sử dụng một môi trường khí ở trạng thái cao hơn nhiệt độ và áp suất tới hạn của nó, một điều kiện siêu tới hạn, như một chất chiết Khai thác chất lỏng siêu tới hạn (SFE) là một kỹ thuật tương tự như chiết bằng dung môi thông thường, nhưng dung môi không phải là chất lỏng mà là một chất khí ở trạng thái siêu tới hạn của nó Chất lỏng siêu tới hạn được sử dụng trong khai thác dầu là CO2 [50]

Ở điều kiện siêu tới hạn, CO2 sở hữu cả hai tính chất vật lý của trạng thái lỏng

và khí Đặc tính kép này của chất lỏng siêu tới hạn làm cho nó trở thành một chất chiết tốt, có độ bền và mật độ dung môi của chất lỏng, cùng với độ khuếch tán cao,

độ nhớt thấp và sức căng bề mặt của khí, do đó cho phép CO2 thâm nhập tốt vào các

tế bào thực vật CO2 cũng không độc hại, không dễ cháy, chi phí thấp và được coi là

an toàn để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm Do đó, bằng cách cung cấp một phương pháp chiết không dùng dung môi, chiết xuất sử dụng chất lỏng siêu tới hạn sử dụng CO2 đã được quảng cáo là một cách tiếp cận xanh trong chiết xuất hoạt tính sinh học

Ưu điểm của phương pháp chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn:

- Chất lỏng siêu tới hạn có khả năng khuếch tán thấm vào bên trong mẫu chiết nhiều hơn so với sự chiết bằng dung môi ở các phương pháp khác

- Sự chọn lọc cao đối với loại hợp chất cần muốn chiết ra khỏi cây cỏ, vì thế thu được chất chiết tương đối sạch, ít lẫn các loại hợp chất khác mà phần nghiên cứu không quan tâm đến

- Tính chất kém phân cực của CO2 có thể được bổ sung bởi chất thêm vào (modifier)

- Phù hợp với loại hợp chất nhạy với nhiệt độ

- Phương pháp thân thiện với môi trường

Nhược điểm của phương pháp: Một nhược điểm thiết yếu trong việc sử dụng

CO2 siêu tới hạn là độ phân cực thấp, làm cho việc chiết xuất các chất chất phân cực khó khăn [51]

- Phải mua sắm thiết bị chuyên dùng, đắt tiền

- Sự hiện diện của nước trong mẫu chiết thường gây khó khăn cho sự chiết, tuy nhiên trong một vài nghiên cứu, các tác giả nhận thấy việc thấm ướt mẫu chiết có thể giúp sự chiết được dễ dàng hơn

- Phương pháp chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn không thích hợp với mẫu chiết

ở dạng lỏng, vì rất khó giữ ổn định cùng lúc hai pha ở áp suất cao Nếu mẫu là dạng keo (gel), dạng lỏng, cần phải cố định mẫu này lên trên một chất mang rắn (a solid support) thí dụ đất sét (diatomaceous earth) hoặc tẩm mẫu lên tờ giấy lọc, rồi mới đặt vào nồi hấp áp suất

- Khó lường được việc chiết trên một loại mẫu mới, cần phải có nhiều nghiên cứu mới có thể tìm được các thông số tối ưu để chiết thành công Có một vài loại hợp chất không phù hợp để áp dụng phương pháp này

- Phương pháp chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn thường sử dụng dung môi là

CO2, nên không phù hợp để chiết các hợp chất có tính phân cực Muốn cải thiện tính phân cực của dioxit carbon cần bổ sung thêm dung môi vào [49]

Trích ly bằng phương pháp có hỗ trợ siêu âm

Sóng siêu âm (ultrasound) là sóng cơ học do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16 - 20 KHz)

UAE (Ultrasonic-assisted extraction) là một kỹ thuật cải tiến mới sử dụng sóng âm siêu âm để tăng độ rung và nhiệt, dẫn đến sự phá hủy các thành tế bào thực vật, do đó tăng cường liên hệ giữa dung môi và nguyên liệu [55] Khi kết hợp với dung môi khai thác, phương pháp UAE đại diện cho một cách sáng tạo tăng sản lượng dầu chiết xuất bằng cách làm thành tế bào thực vật mỏng hơn, và do đó tăng cường sự tương tác của dung môi

Ưu điểm:

- Giảm thời gian chiết xuất dầu [52]

- Tiêu thụ năng lượng thấp hơn và thân thiện với môi trường, không có các chất độc hại [53, 54]

- Tăng năng suất khai thác và xử lý cao hơn, xuyên suốt [55]

Nhược điểm:

- Chỉ có thể áp dụng với quy mô nhỏ

- Nhiệt độ sôi của dung môi thu được rất nhanh, có thể gây nổ

1.4.2.4 Phương pháp chiết bằng hệ thống chiết Soxhlet

Hệ thống Soxhlet được sử dụng rộng rãi trong khai thác dầu ở quy mô phòng thí nghiệm [56, 57] Ưu điểm chính của quá trình chiết Soxhlet là tái sử dụng được dung môi trong quá trình tách chiết Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp Soxhlet bao gồm yêu cầu lượng dung môi lớn cho một lượng mẫu nhỏ, thời gian thực hiện dài, đồng thời cũng tốn năng lượng tiêu thụ [55], cũng như mẫu được pha loãng trong một lượng lớn dung môi [58]

Tuỳ thuộc vào đặc điểm của hạt (cấu tạo tế bào, độ cứng, lượng dầu) và mục đích tách chiết mà lựa chọn phương pháp cũng như loại dung môi phù hợp

1.5 Quá trình oxy hóa dầu

1.5.1 Cơ chế oxy hóa dầu

Độ bền oxy hóa của dầu là khả năng chống lại sự oxy hóa suốt trong quá trình sản xuất và bảo quản Khả năng chống lại sự oxy hóa được diễn tả như khoảng thời gian cần thiết để đạt đến điểm tới hạn của sự oxy hóa dù cho có sự thay đổi về cảm quan hoặc biến đổi đột ngột trong quá trình oxy hóa hay không

Độ bền oxy hóa của dầu là một giá trị quan trọng để xác định chất lượng cũng như khả năng bảo quản dầu Sự oxy hóa dầu làm sinh ra các hợp chất lạ cũng như phá hủy các axít béo thiết yếu trong dầu

Sự oxy hóa dầu xảy ra theo 2 cơ chế: tự oxy hóa và sự oxy hóa quang học

có thể thúc đẩy phản ứng này xảy ra nhanh hơn Năng lượng cần thiết để loại bỏ một nguyên tử hydro ra khỏi phân tử axít béo hoặc acylglycerol tùy thuộc vào vị trí của nguyên tử hydro Các nguyên tử hydro gần liên kết đôi và đặc biệt các nguyên

tử hydro gần hai liên kết đôi rất dễ loại đi Năng lượng để loại bỏ nguyên tử H ở vị trí C-8, C-11, C-14 của axít linoleic lần lượt là 75, 50, 75 (Kcal/mol) [60]

Các gốc alkyl (R’) phản ứng với O2 để hình thành gốc peroxit (ROO’) Phản ứng giữa alkyl và O2 xảy ra rất nhanh trong điều kiện khí quyển Do đó nồng độ của lipid alkyl rất thấp so với gốc peroxy Gốc peroxy hấp thụ điện tử từ các phân tử lipit khác và phản ứng với điện tử này để tạo thành hydroperoxit (ROOR) và một gốc peroxy khác Những phản ứng này xúc tác cho các phản ứng khác và sự tự oxy hóa lipit được gọi là phản ứng mạch gốc tự do Tốc độ hình thành peroxy và hydroperoxit chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và oxy Khi các gốc tự do phản ứng với nhau, các sản phẩm không gốc tự do sẽ tạo thành và phản ứng kết thúc [61]

Hydroperoxit là sản phẩm bậc 1 của sự oxy hóa dầu Chất này bền ở nhiệt độ phòng và khi không có mặt của kim loại xúc tác Tuy nhiên khi có mặt của kim loại

và ở nhiệt độ cao, nó bị phân hủy thành các gốc alkoxy để sau đó hình thành nên aldehyde, ketone, acis, ester, alcolhol và các hydro carbon mạch ngắn Sau khi tái sắp xếp điện tử, thêm gốc hydroxy hay vận chuyển hydro, sản phẩm oxy hóa bậc hai cuối cùng là aldehyde, ketone, alcolhol và hydrocarbon mạch ngắn Thời gian cần thiết để hình thành sản phẩm oxy hóa bậc hai tùy thuộc vào từng loại dầu [61]

b/ Sự oxy hóa quang học

Sự oxy hóa dầu có thể được thúc đẩy bởi ánh sáng, đặc biệt là khi có mặt của chất nhạy sáng như chlorophyll Các chất nhạy sáng ở trạng thái đơn bội hấp thu ánh sáng rất nhanh và trở nên cực kỳ hoạt động Các chất dạng hoạt động này có thể quay trở về trạng thái nền bằng cách phát sáng hay chuyển đổi nội năng Sự phát huỳnh quang và nhiệt là kết quả của hai quá trình tương ứng đó Sự oxy hóa của chất nhạy sáng là nguyên nhân gây ra sự oxy hóa dầu theo sự khởi mạch của oxy đơn bội Oxy đơn bội có thể phản ứng hóa học với các phân tử khác hay vận chuyển năng lượng vào chúng Khi oxy đơn bội phản ứng với các axít không bão hòa, phần lớn các hydroperoxit được hình thành theo phản ứng ene Hydroperoxit được hình thành từ O2 đơn bội bị phân hủy theo cơ chế giống như sự tự oxy hóa [61]

1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự oxy hóa dầu

Sự oxy hóa lipit chịu ảnh hưởng bởi thành phần axít béo, quá trình xử lý dầu, năng lượng nhiệt hay ánh sáng, nồng độ và loại oxy, axít béo tự do, mono- và diacylglycerol, kim loại, peroxit, các hợp chất bị oxy hóa nhiệt động, chất màu và chất chống oxy hóa

1.5.2.1 Thành phần axít béo tự do trong dầu

Dầu càng ít bão hòa thì càng dễ bị oxy hóa hơn dầu bão hòa Khi mức độ không bão hòa gia tăng, cả tốc độ ôi hóa và sản phẩm oxy hóa cơ bản sau thời gian khởi mạch sẽ tăng lên Dầu có chứa nhiều axít oleic và stearic hoặc dầu được hydrogen hóa thường có độ bền oxy hóa cao Tốc độ tự oxy hóa dầu phụ thuộc vào

sự hình thành các axít béo vào các gốc alkyl acylglycerol Mặt khác, tốc độ hình thành các gốc này phụ thuộc vào loại axít béo hay acylglycerol Loại axít béo không bão hòa, diens liên hợp hoặc không liên hợp, triens thì ít ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa lipit và oxy

1.5.2.2 Quá trình xử lý dầu

Phương pháp xử lý dầu có ảnh hưởng đến độ bền oxy hóa của dầu Độ bền oxy hóa của dầu đậu nành giảm dần theo quá trình xử lý tẩy mùi, tách sáp, tinh luyện và tẩy màu Độ bền oxy hóa của dầu thu được từ hạt của quả óc chó trích ly bằng phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn giảm đi đáng kể so với phương pháp ép Quá trình rang hạt rum, hạt vừng làm tăng độ bền oxy hóa của dầu do có sự hình thành các sản phẩm Maillard Các chất này đóng vai trò như những chất chống oxy hóa tự nhiên [61]

1.5.2.3 Nhiệt độ và ánh sáng

Sự tự oxy hóa dầu và sự tự phân hủy hydroperoxit tăng lên khi nhiệt độ tăng

Sự hình thành các sản phẩm tự oxy hóa trong giai đoạn khởi mạch giảm xuống ở nhiệt độ thấp Nồng độ hydroperoxit tăng lên cho đến bước phát triển mạch

Tốc độ phân hủy của hydroperoxit của dầu cá trích ở 50°C trong bóng tối thì cao hơn so với có ánh sáng

Nhiệt độ ít ảnh hưởng hơn so với ánh sáng Ánh sáng có bước sóng càng ngắn càng ảnh hưởng tới sự ôi hóa dầu Khi nhiệt độ tăng, ảnh hưởng của ánh sáng đối với sự ôi hóa dầu giảm [61]

1.5.2.4 Oxy

Sự oxy hóa xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa dầu, oxy và chất xúc tác Nồng độ

và loại oxy cũng ảnh hưởng đến sự oxy hóa dầu Nồng độ oxy trong dầu phụ thuộc vào áp suất riêng phần trên mặt thoáng của nó Khi lượng oxy trong dầu càng nhiều thì sự oxy hóa càng nhiều Oxy hòa tan trong dầu nhiều hơn trong nước, và trong dầu thô nhiều hơn dầu tinh luyện Tốc độ oxy hóa của dầu không phụ thuộc vào nồng độ oxy khi nồng độ dầu cao Khi nồng độ oxy giảm, tốc độ oxy hóa dầu phụ thuộc vào nồng độ oxy nhưng không phụ thuộc vào nồng độ của dầu

1.5.2.5 Các thành phần phụ hiện diện trong dầu

Axít béo tự do (FFA), mono- và diacylglyceride: Dầu thô chứa nhiều axít béo

tự do và sự tinh luyện dầu làm giảm lượng axít béo tự do này Dầu nành thô chứa khoảng 0,7% axít béo tự do, trong dầu tinh luyện chỉ chứa khoảng 0,02% FFA [62] Axít béo tự do dễ bị oxy hóa hơn axít béo được ester hóa Axít béo đóng vai trò như những chất kích thích sự oxy hóa dầu

Kim loại: Dầu thô chứa các kim loại chuyển tiếp như sắt, đồng Kim loại làm tăng sự oxy hóa dầu do chúng làm giảm năng lượng hoạt hóa trong bước khởi mạch của sự tự oxy hóa Kim loại phản ứng trực tiếp với lipit để hình thành nên các gốc alkyl lipit

Phospholipid: Dầu thô có chứa phospholipid nhưng phần lớn được loại bỏ trong quá trình tinh luyện Phospholipid vừa đóng vai trò là chất chống oxy hóa vừa là chất hỗ trợ sự oxy hóa dầu tùy thuộc vào hàm lượng phospholipid và kim loại xúc tác Nồng độ phospholipid bổ sung vào dầu nành 5-10ppm sẽ làm giảm sự oxy hóa, còn với nồng độ cao hơn nó sẽ thể hiện vai trò như là chất hỗ trợ sự ôi hóa dầu

Chlorophyll: Chlorophyll và các sản phẩm phân hủy của chúng như pheophytin và pheophorbide đóng vai trò như những chất làm tăng độ nhạy sáng

và tăng sự ôi hóa dầu Tuy nhiên sự ôi hóa do chlorophyll chỉ xảy ra trong điều kiện có ánh sáng chiếu vào dầu Ngược lại, trong bóng tối, nó có tác dụng như chất chống oxy hóa bằng cách nhường điện tử cho các gốc tự do để hình thành nên các gốc bền [63]