Nghiên cứu quá trình sản xuất beta carotene và lycopene từ gấc

Tuy nhiên, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, Quả Gấc chưa được chú trọng nghiên cứu để đề xuất ra một quy trình trích ly tối ưu β-carotene và lycopene từ Gấc, kể cả sử dụng dung môi hữu

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS LÊ THỊ KIM PHỤNG

5 Ủy viên : PGS TS LÊ THỊ KIM PHỤNG

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quá trình sản xuất beta-carotene và lycopene từ gấc

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 So sánh khả năng trích ly lycopene và beta-carotene của các phương pháp khác nhau

 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dung môi lên hiệu quả trích ly lycopene và beta-carotene

 Tối ưu hóa quá trình trích ly lycopene và beta-carotene

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2013

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Thị Kim Phụng

Tp HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2013

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc đến Tiến Sĩ Lê Thị Kim Phụng, người đã tận tình giúp đỡ, chỉ dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này

Gia đình là hậu phương vững chắc, là động lực to lớn giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong học tập và cuộc sống

Tôi cũng xin được chân thành cảm ơn quý thầy cô bộ môn Quá trình - Thiết

bị, thầy cô Khoa Kỹ thuật Hóa học và cán bộ phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ hóa học và Dầu khí - Trường Đại học Bách khoa đã hết lòng truyền đạt kiến thức và giúp tôi có được những điều kiện thí nghiệm tốt nhất

Xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp cao học Quá trình - Thiết bị Công nghệ hóa học khóa 2010 và những người bạn của tôi đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như khi thực hiện đề tài

Trong các loại rau quả và thực phẩm thì Quả GẤC ở Việt Nam được công nhận là một nguồn tự nhiên giàu beta-carotene và lycopene nhất được biết đến cho đến nay Tuy nhiên, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, Quả Gấc chưa được chú trọng nghiên cứu để đề xuất ra một quy trình trích ly tối ưu β-carotene và lycopene

từ Gấc, kể cả sử dụng dung môi hữu cơ lẫn chất lỏng siêu tới hạn Phương pháp trích ly bằng dung môi siêu tới hạn (SFE) và trong luận văn này là dùng CO2 có những ưu điểm là nhiệt độ trích ly thấp, giảm thiểu sự phân hủy nhiệt của các hợp chất trích ly; việc phân tách dung môi ra khỏi sản phẩm dễ dàng, dẫn đến không còn dung môi trong sản phẩm trích ly; thời gian trích giảm từ vài tuần, vài ngày xuống còn vài giờ và khi dùng CO2 trong toàn bộ quá trình giảm các phản ứng không mong muốn, thân thiện với môi trường…

Trong luận văn này tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: dung môi

và thời gian đến quá trình trích ly bằng phương pháp trích ly siêu tới hạn để so sánh hiệu suất trích ly của β-carotene và lycopene Kết quả thu được cho thấy rằng khi bổ sung đồng dung môi cho hiệu suất trích ly cao hơn và thời gian trích ly phù hợp là 3 giờ

Các thí nghiệm tiếp theo tiến hành khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly β–carotene và lycopene Kết quả cho thấy rằng hiệu suất tối đa của β–carotene là 94,67% và lycopene là 31,98% ở điều kiện nhiệt độ 80oC, áp suất 300 bar, lưu lượng dòng CO2 là 20 g/ph

Từ các số liệu thực nghiệm mô hình hồi quy được đưa ra với hai hàm đáp ứng hiệu suất trích ly β-carotene và lycopene chịu ảnh hưởng bởi áp suất và tốc độ dòng dung môi Từ các điều kiện tối ưu trong quy mô phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát trong quy mô công nghiệp Và kết quả cho thấy sự phù hợp về thực nghiệm giữa phòng thí nghiệm và công nghiệp Do đó có thể ứng dụng phương trình quy hoạch thực nghiệm để tính toán sơ bộ hiệu suất thu hồi β-carotene và lycopene trên quy mô công nghiệp

In the kind of vegetables, fruits and foods in Vietnam, gac fruit is recognized and known as a richest natural source of beta-carotene and lycopene to date However, in Vietnam and the world, gac fruit is not focused research to propose an optimal extraction procedures β-carotene and lycopene from Gac, including the use

of organic solvents and substances supercritical fluid Extraction method using supercritical solvents (SFE) and is used in this work to be CO2 It has the advantages such as: extraction temperature is low, minimizing the thermal decomposition of compounds extracted, the solvent separated from the product easily, resulting is no solvent in extracted products; extraction time reduced from a few weeks, a few days to a few hours and the use of CO2 in the whole process of reducing unwanted reactions, friendly environment

In this work, which conducted a survey of the influence factors: solvent and time affect the extraction process by means of supercritical extraction to compare the extraction yield of β-carotene and lycopene The results showed that the addition of co-solvents increased extraction yield and suitable extraction time for extraction was 3 hours

The next experiment was survey to find out the optimum conditions for the extraction of β-carotene and lycopene The results showed that the highest yield were 94,67% of β-carotene and 31.98% of lycopene in the conditions such as: temperature of 80°C, pressure of 300 bar, CO2 flow rate of 20 g/min

From the experimental data regression model was launched with two functions meet extraction yield of lycopene and β-carotene is affected by pressure and flow rate of the solvent From the optimal conditions in the laboratory scale, the research team conducted surveys in industrial scale And the results showed conformity between experimental and industrial laboratories Therefore, the regression equation could be applied to calculate extraction yield of β-carotene and lycopene on industrial scale

vi

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

ABSTRACT v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH BẢNG xii

DANH SÁCH HÌNH xiii

CHƯƠNG 1-MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC 3

1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 3

CHƯƠNG 2-TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 TỔNG QUAN VỀ GẤC VÀ CÁC THÀNH PHẦN HỢP CHẤT 4

2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ GẤC 4

2.1.1.1 Tên gọi 4

vii

2.1.1.2 Đặc điểm thực vật 4

2.1.1.3 Phân bố và thời vụ 5

2.1.1.4 Thành phần hóa học 6

2.1.1.5 Một số ứng dụng của gấc 7

2.1.2 HỢP CHẤT CAROTENOID 8

2.1.2.1 Giới thiệu chung 8

2.1.2.2 Cấu trúc 11

2.1.2.3 Phân loại 12

2.1.2.4 Tính chất 13

2.1.2.5 Vai trò sinh học 14

2.1.3 β-CAROTENE 14

2.1.4 LYCOPENE 16

2.1.5 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 18

2.1.5.1 Ngoài nước 18

2.1.5.2 Trong nước 19

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TRUYỀN THỐNG 21

2.2.1 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation) 21

2.2.2 Chiết bằng phương pháp ngâm lâu (Maceration) 22

viii

2.2.3 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt ngược dòng 22

2.2.4 Chiết bằng Soxhlet 23

2.2.5 Chiết bằng cách đun hoàn lưu 24

2.2.6 Chiết bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước 24

2.3 TRÍCH LY SIÊU TỚI HẠN 25

2.3.1 LÝ THUYẾT SIÊU TỚI HẠN 25

2.3.1.1 Trạng thái siêu tới hạn 25

2.3.1.2 Đặc điểm của dung môi siêu tới hạn 26

2.3.1.3 CO2 siêu tới hạn 28

2.3.2 TRÍCH LY BẰNG DUNG MÔI SIÊU TỚI HẠN 29

2.3.2.1 Mô tả quá trình 29

2.3.2.2 Trích ly nguyên liệu lỏng 32

2.3.2.3 Trích ly nguyên liệu rắn 32

2.3.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 34

2.3.3.1 Ưu điểm 34

2.3.3.2 Nhược điểm 36

2.3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng 37

2.3.4 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY β-CAROTENE VÀ LYCOPENE TỪ CÁC LOẠI RAU QUẢ BẰNG CO2 SIÊU TỚI HẠN 42

ix

CHƯƠNG 3-NGUYÊN LIỆU - THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

3.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 45

3.1.1 Bột Gấc 45

3.1.2 Hóa chất 45

3.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 46

3.2.1 Thiết bị trích ly siêu tới hạn 46

3.2.2 Thiết bị cô quay chân không 48

3.2.3 Thiết bị phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 49

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51

3.3.1 Cơ sở của phương pháp nghiên cứu 51

3.3.2 Sơ đồ nghiên cứu 51

3.3.3 Quy trình trích ly β-carotene, lycopene 52

3.3.4 Quy hoạch thí nghiệm 55

3.3.4.1 Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm 55

3.3.4.2 Quy hoạch thực nghiệm đa mục tiêu 56

3.3.4.3 Thực nghiệm yếu tố toàn phần 58

3.3.4.4 Thiết lập thí nghiệm và phương pháp tính toán 59

3.3.5 Phương pháp tính toán 62

x

3.3.5.1 Tính toán kết quả phân tích HPLC 62

3.3.5.2 Hiệu suất trích ly 62

3.3.5.3 Độ chọn lọc 63

3.3.5.4 Xác định độ ẩm của nguyên liệu 63

CHƯƠNG 4-KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 65

4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG BỘT GẤC 65

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỒNG DUNG MÔI ĐẾN HIỆU SUẤT TRÍCH LY 65

4.2.1 Bàn luận kết quả thí nghiệm thu được 65

4.2.2 Sắc ký đồ khảo sát ảnh hưởng của đồng dung môi 68

4.3 TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY β –CAROTENE VÀ LYCOPENE 70

4.3.1 Sắc ký đồ phân tích HPLC của các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm 73

4.3.2 Tối ưu hóa các điều kiện để hiệu suất trích ly β-carotene cao nhất 83

4.3.3 Tối ưu hóa các điều kiện để hiệu suất trích ly lycotene cao nhất 86

4.4 ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH TRÊN QUY MÔ CÔNG NGHIỆP 89

4.4.1 Xác định điều kiện vận hành trên quy mô công nghiệp 89 4.4.2 Kết quả hiệu suất thu hồi β-carotene, lycopene trên quy mô công nghiệp 89

xi

CHƯƠNG 5-KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

5.1 KẾT LUẬN 91

5.2 ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 98

xii DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Các dạng carotenoid quan trọng trong thực tế 10

Bảng 2.2: Đặc điểm của một số chất ở trạng thái tới hạn 27

Bảng 2.3: So sánh tính chất vật lý của khí, lỏng và lỏng siêu tới hạn 27

Bảng 2.4: Một số đặc điểm của CO2 28

Bảng 2.5: Khối lượng riêng CO2 ở các giá trị nhiệt độ và áp suất khác nhau (kg/m3) 29 Bảng 2.6: Các yếu tố ảnh hưởng đến trích ly siêu tới hạn 38

Bảng 2.7: Các nghiên cứu trích ly β-carotene và lycopene từ nhiều loại trái cây khác nhau 43

Bảng 3.1: Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 45

Bảng 3.2: Bảng quy hoạch thí nghiệm 57

Bảng 4.1: Kết quả xác định độ ẩm 65

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của đồng dung môi đến hiệu suất trích ly 66

Bảng 4.3: Kết quả hàm lượng β-carotene và lycopene thu được ở các điều kiện trích ly khác nhau 70

Bảng 4.4: Giá trị tâm và bước nhảy của các yếu tố thí nghiệm 71

Bảng 4.5: Ma trận hoạch định với biến ảo 72

xiii DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Dây gấc 5

Hình 2.2: Trái gấc 5

Hình 2.3: Trái gấc chín 5

Hình 2.4: Sơ đồ chuyển hóa carotenoid 9

Hình 2.5: Quá trình tổng hợp các dạng carotenoid 12

Hình 2.6: Quá trình biến tính carotenoid 14

Hình 2.7: Công thức cấu tạo của β-carotene 15

Hình 2.8: Công thức cấu tạo của lycopene 16

Hình 2.9: Quá trình trích ngấm kiệt ngược dòng 23

Hình 2.10: Mô hình bình trích Soxhlet 24

Hình 2.11: Giản đồ PVT của một cấu tử tinh khiết và hình chiếu lên mặc phẳng PT 26

Hình 2.12: Giản đồ pha của CO2 29

Hình 2.13: Sơ đồ tách chất bằng cách điều chỉnh đặc điểm nhiệt động lực học (nhóm I) và dung tác nhân tách ly (nhóm II) 30

Hình 2.14: Sơ đồ trích ly nguyên liệu lỏng bằng chất lỏng siêu tới hạn 32

Hình 2.15: Sơ đồ trích ly nguyên liệu rắn 33

Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống trích ly nguyên liệu rắn gồm nhiều bình trích 34

xiv

Hình 3.1: Thiết bị trích ly siêu tới hạn THAR SFC 46

Hình 3.2: Sơ đồ thiết bị trích ly siêu tới hạn 47

Hình 3.3: Thiết bị cô quay chân không Buchi R-210 48

Hình 3.4: Cấu tạo thiết bị cô quay chân không 48

Hình 3.5: Thiết bị phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao 49

Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao 50

Hình 3.7: Cột dùng cho HPLC 50

Hình 3.8: Quy trình thu nhận chế phẩm β-carotene và lycopene 52

Hình 3.9: Mẫu trích ly theo phương pháp ngâm lâu 53

Hình 3.10: Mô hình quy hoạch đa mục tiêu 56

Hình 4.1: Biểu đồ so sánh hiệu suất trích ly trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của đồng dung môi 66

Hình 4.2: Ảnh hưởng của áp suất và lưu lượng dòng CO2 lên hiệu suất thu hồi β-carotene tại các nhiệt độkhác nhau 85

Hình 4.3: Ảnh hưởng của áp suất và lưu lượng dòng CO2 lên hiệu suất thu hồi lycopene tại các nhiệt độ khác nhau 87

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, nhu cầu về carotenoid mà đặc biệt là β-carotene và lycopene trên thế giới tăng rất nhanh bởi các tác dụng tích cực của chúng trong việc chống oxy hóa, phòng ngừa và chữa trị các chứng bệnh tim mạch, ung thư ở người Quả GẤC ở Việt Nam được công nhận là một nguồn tự nhiên giàu β-carotene và lycopene nhất được biết đến cho đến nay Việc ứng dụng kỹ thuật chất lỏng siêu tới hạn cho quá trình sản xuất carotenoid từ Gấc nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu chất lượng cao chỉ có ở nước ta, nâng cao giá trị của sản xuất nông nghiệp, tạo nên những sản phẩm sạch và an toàn đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và quốc tế Trong dầu gấc chứa một lượng β-carotene cao hơn 70 lần so với lượng có trong quả cà chua – loại thực phẩm được cho rằng chứa nhiều các hợp chất carotenoid [14] Carotenoid là những chất có màu vàng, cam và hơi pha đỏ Nó có nhiều trong thực vật mà không hề xuất hiện trong động vật cũng như các thực phẩm

có nguồn gốc động vật β-carotene là một terpene, là một trong hơn 600 loại carotenoid tồn tại trong tự nhiên β-carotene còn là tiền chất của vitamin A nên nó là nguồn cung cấp vitamin A tự nhiên, dồi dào cho cơ thể Vitamin A đóng vai trò cho khả năng của thị giác và sự phát triển của trẻ em nên β-carotene cũng có tác dụng tăng cường thị lực, tốt cho trẻ em và người cao tuổi, có tác dụng tăng cường hệ miễn dịch giúp người bệnh mau hồi sức

β-carotene có khả năng chống oxy hóa, loại bỏ những nguyên tử oxy tự do dư thừa điện tử trong da Những nguyên tử này được hình thành khi da bị phá huỷ bởi tia cực tím, làm da bị lão hoá và gây ra bệnh ung thư β-carotene triệt tiêu những tác hại này bằng cách loại bỏ các gốc điện tử tự do, làm vô hiệu hóa các chất gây ung thư, chậm tiến trình lão hóa da…

Bên cạnh đó, dầu gấc còn chứa lycopene và curcumin là các thành phần chống oxy hóa và ức chế tế bào ung thư rất hiệu quả Lycopene có tác dụng ức chế các loại

bướu lành cũng như ác tính, được dùng trong chữa trị các loại ung thư tuyến vú, dạ dày, tuyến tiền liệt và hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm và mỹ phẩm Curcumin được sử dụng trong điều trị chống viêm khớp, thoái hóa, Alzheimer đồng thời cũng có khả năng ngăn ngừa một số loại ung thư Nguồn carotene thương mại hiện nay chủ yếu được chiết xuất từ các loại cà rốt và cà chua,

do gấc là loại thực phẩm chỉ phân bố tại Việt Nam

Để trích ly carotenoid từ quả Gấc thì có những phương pháp trích ly truyền thống như ngâm dầm hoặc Soxhlet nhưng các phương pháp này có nhược điểm: thời gian trích ly kéo dài, dùng dung môi độc hại, độ chọn lọc không cao… Với những

ưu điểm vượt bậc của phương pháp trích ly siêu tới hạn: thời gian trích ly ngắn, dung môi thân thiện với môi trường, việc phân tách dung môi ra khỏi sản phẩm dễ dàng, loại bỏ không còn dung môi trong sản phẩm trích ly… rất thích hợp cho việc chiết xuất các hợp chất carotenoid từ Gấc

Với những ưu điểm nổi bật của phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn và những công dụng quan trọng của β-carotene và lycopene có trong quả Gấc thì đề tài này được nghiên cứu để đưa ra một quy trình sản xuất β-carotene và lycopene tối ưu bằng phương pháp trích ly hiện đại

1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Để đáp ứng yêu cầu của đề tài, đối tượng nghiên cứu của đề tài này bao gồm:

- Vật liệu nghiên cứu: màng hạt Gấc (danh pháp khoa học: Momordica

cochinchinensis, đồng nghĩa Muricia cochinchinensis, Muricia mixta)

- Thiết bị trích ly siêu tới hạn Thar - SFC

- Quá trình trích ly bằng CO2 siêu tới hạn

- Phương pháp thực nghiệm tìm điều kiện tối ưu

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Dựa vào đối tượng của đề tài, mục tiêu nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trích ly lên hiệu suất và độ chọn lọc của β-carotene và lycopene

- Tối ưu hóa quá trình trích ly β-carotene và lycopene

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dựa vào mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Thực nghiệm so sánh hiệu quả trích ly β-carotene và lycopene dưới các điều kiện trích ly khác nhau

- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các yếu tố và

sự tác động giữa chúng lên hiệu quả của quy trình trích ly β-carotene và lycopene bằng dung môi siêu tới hạn

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC

Nghiên cứu trích ly siêu tới hạn trên đối tượng quả Gấc là nghiên cứu được thực hiện ở Việt Nam dựa trên công nghệ tiên tiến trong chiết xuất các hợp chất thiên nhiên hòa cùng với xu hướng của thế giới trong ngành công nghiệp “hóa học xanh”

1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN

Nhu cầu về quy trình sản xuất sạch, ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất thực phẩm và dược phẩm ngày càng phát triển, đòi hỏi phải đáp ứng được những quy định nghiêm ngặt về môi trường

- Việc thu hồi β-carotene, lycopene và vitamin E từ Gấc là một nhu cầu thực

sự bức thiết Với nhu cầu carotenoid ngày càng cao trong khi nguồn cung cấp ngày càng hạn chế và vẫn phụ thuộc vào việc nhập khẩu Với giá trị thị trường carotenoid năm 2007 đạt 766 triệu USD và dự kiến đạt 915 triệu USD vào năm 2015 (FOD025C, 2008), có thể thấy rằng tiềm năng của ngành công nghiệp sản xuất carotenoid trong đó đặc trưng là beta - carotene và lycopene là rất lớn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đưa ra một quy trình tối ưu cho việc thu hồi

và sản xuất carotenoid, nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp, giảm thiểu những tác động của quá trình sản xuất đến môi trường, mang lại lợi ích kinh tế rất lớn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ GẤC VÀ CÁC THÀNH PHẦN HỢP CHẤT

2.1.1 Giới thiệu về gấc: [1]

2.1.1.1 Tên gọi:

- Tên khoa học: Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng

- Tên Việt: Dây Gấc

- Bộ: Cucurbitales

- Họ: Cucurbitaceae

- Chi: Momordica

- Loài: Momordica cochinchinensis

- Các tên cũ: Muricia cochinchinensis (Lour.), Momordica macrophylla (Gage), Momordica mixta (Roxburgh)

Tên Anh: Spiny bitter cucumber, Chinese bitter cucumber, Chinese cucumber

Tên Pháp: Margose à piquants

- Tên Khmer: Makkao

- Tên Trung Quốc: Mộc miết

Hoa có hai loại: hoa cái và hoa đực Cả hai có cánh hoa sắc vàng nhạt

Quả hình tròn, màu lá cây, khi chín chuyển sang màu đỏ cam, đường kính 15–

20 cm Vỏ gấc có gai rậm Bổ ra mỗi quả thường có sáu múi Thịt gấc màu đỏ cam Hạt gấc màu nâu thẫm, hình dẹp, có khía

Khác với các tỉnh phía Bắc, do không có mùa đông lạnh nên cây gấc ở Nam

bộ xanh tốt và có trái quanh năm mặc dù chất lượng không cao như trái gấc xứ Bắc Dọc theo sông Tiền trồng gấc rất tốt

b - Thời vụ:

Mùa hoa gấc từ tháng 4 đến tháng 5 Mùa quả từ tháng 6 đến tháng 2 năm sau Mỗi năm gấc chỉ thu hoạch được một mùa Do vụ thu hoạch tương đối ngắn (vào khoảng tháng 12 hay tháng 1), nên gấc ít phổ biến hơn các loại quả khác

Gấc là loại cây đơn tính, thụ phấn chủ yếu nhờ gió, sâu bọ, ong bướm để tăng năng suất tiến hành thụ phấn nhân tạo bằng cách dùng bông ướt lấy phấn trên đầu nhị của hoa đực bôi đều lên nhụy của hoa cái vào thời điểm hoa đực và hoa cái

đã nở đều Có 3 cách trồng: trồng bằng hạt, trồng bằng thân và để gốc tái sinh

- Trồng bằng hạt: Chọn hạt già không sâu bệnh, gieo trực tiếp ở các hố đã chuẩn bị sẵn phân hữu cơ hoai Mỗi hố cách nhau 4 - 5 m, giữ ẩm cho hạt mau nẩy mầm Một hố để lại chừng 2 - 3 cây/hốc

- Trồng bằng hom thân: Có thể nhân giống vô tính cây gấc bằng cách giâm hom thân Chọn những đoạn cành bánh tẻ (tức không quá già hoặc quá non) ở những cây gấc cho năng suất và chất lượng cao để làm hom trồng Cắt cành ra từng đoạn từ 40 - 50 cm, giâm ngay vào hốc đã chuẩn bị sẵn (nên xử lý nhún đầu hom vào nước vôi, các dung dịch thuốc trừ nấm bệnh như Benlate C hoặc Rovral 2 - 4 phần ngàn, ngâm 5 - 10 phút để chống thối cành) Đặt gốc dây hom sâu 5 - 7 cm, lấp đất và chừa ngọn 2 - 3 đốt, rồi che mát bớt nắng, tưới nước giữ ẩm Khi mầm gấc nhú lên thành dây thì làm giàn cho gấc leo

- Để gốc tái sinh: Cuối mùa khô, trước khi có mưa chuyển mùa, nên cắt gốc gấc chỉ để lại khoảng 10 - 15 cm, dọn vệ sinh giàn cũ, xới xáo quanh gốc, bón thêm phân các loại Khi tưới nước đủ ẩm hoặc có mưa xuống thì từ các mắt ở gốc gấc sẽ nẩy mầm và phát triển thành cây cho năm sau

Thu hoạch lúc quả đã chín đỏ, có thể dùng ngay hay để vào chỗ mát dùng dần 2.1.1.4 Thành phần hóa học:

Dầu gấc có chứa nhiều β-carotene, lycopene, zeaxanthin và β-cryptoxanthin Gấc đặc biệt giàu lycopene, có thể đạt đến 380 microg/g thịt trái Theo tỷ lệ khối lượng, nó chứa nhiều lycopene gấp 70 lần cà chua Người ta cũng phát hiện thấy nó chứa β-carotene nhiều gấp 10 lần cà rốt hoặc khoai lang Ngoài ra, các carotenoid

có mặt trong gấc liên kết với các axít béo mạch dài, tạo ra kết quả là nó có tính hoạt hóa sinh học cao hơn Một nghiên cứu gần đây cho thấy gấc chứa các loại protein có thể ngăn cản sự phát triển của các tế bào ung thư [14]

Trong dầu gấc có chứa β-carotene, lycopene, alpha-Tocopherol (vitamin E thiên nhiên), 33,4% acid Palmitic, 7,9% acid stearic, đặc biệt 44% acid Oleic và 14,7% acid Linoleic

Acid Oleic và acid Linoleic là hai acid béo rất cần thiết cho cơ thể

Ngoài ra, còn chứa vi lượng cần thiết: sắt, đồng, kẽm, kali, coban, …

Màu đỏ cam của Gấc cũng rất bền với nhiệt nên hi vọng dùng làm màu thực phẩm tốt, lại giàu tiền sinh tố A (β-carotene)

Trong nhân hạt gấc có 55,3% chất lipid, 16,6% chất protit, 1,8% tanin, 2,8% cellulose, 6% nước, 2,9% chất vô cơ, 2,9% đường, 11,7% chất khoáng… Ngoài ra còn có một lượng nhỏ các men phosephatase, peroxydase, invectase

2.1.1.5 Một số ứng dụng của gấc:

Gấc vừa là cây thực phẩm, vừa là cây thuốc nên có giá trị rất lớn về nhiều mặt

- Thực phẩm: Nếu dùng bột gấc (xào trong dầu) thay thế 1 phần hay hoàn toàn cho bột cà-ri (trích từ cây Điều Nhuộm) sẽ giúp tăng vitamin A thêm được nhiều hơn cho thực phẩm Hay trích lấy màu làm màu thực phẩm: nhuộm màu xôi gấc

- Hóa mỹ phẩm: dầu có tác dụng làm da tóc mịn màng, làm giảm sự nhạy cảm của da với tia cực tím, chống xạm da làm mau lành vết thương, loét Lycopene

là chất chống oxi hóa sinh học, có tác dụng bảo vệ da, giúp da hồng hào và mịn màng Dầu gấc hoàn toàn có thể thay thế được Sudan trong ngành công nghiệp hóa

mỹ phẩm và thực phẩm, khắc phục được những hiểm họa từ hóa chất độc hại gây

ra

- Y học: Lycopene có trong gấc có khả năng phòng chống, hạn chế sự phát triển của tế bào ung thư Không chỉ vậy, gấc còn chứa nhiều các chất khác như vitamin E, carotene…làm vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư, đặc biệt là ung thư

vú, ung thư tuyến tiền liệt… Dầu gấc có tác dụng làm giảm LDL Cholesterol, làm

bền thành mạch, chống xơ vữa động mạch, từ đó chống tai biến Curcumin và β-carotene trong dầu gấc giúp tăng sức đề kháng

Hạt gấc có vị đắng, hơi ngọt, tính ấm, có độc nhưng nhân hạt gấc chứa chất dầu màu vàng, chất béo, chất xơ… dùng trị mụn nhọt, quai bị, sung tấy, lở loét…

Rễ gấc dùng chữa tê thấp, sưng chân

2.1.2 Hợp chất carotenoid:

2.1.2.1 Giới thiệu chung:

Carotenoid là một loại chất màu được biết đến dưới dạng các sắc tố vàng, cam,

đỏ hay đỏ tía và được phân bố rộng rãi trong động vật và thực vật [2]

Ở thực vật, carotenoid được tìm thấy ở hoa (hướng dương, cúc vàng, vạn thọ, thủy tiên, kim anh, hoa hồng, nghệ tây), ở quả (cà chua, cam, chanh, nho, dứa, dâu, hồng, ớt, bí ngô), ở lá (trà, thuốc lá), ở rễ củ (cà rốt) Năm 1831, Wackenroder phân

tách sắc tố cam từ cà rốt (Daucuscarota) và thuật ngữ “carotene” xuất phát từ tiếng Latin của cà rốt là “carota” Và đến năm 1837, Berzelious đã đặt tên cho sắc tố vàng của lá cây mùa thu là “xanthophyll” Tuy nhiên, carotenoid lại có mặt nhiều

nhất trong tế bào quang hợp của lá cây và tảo Hàm lượng carotenoid trong lá xanh chiếm khoảng 0,07% - 0,2% chất khô Và nó được tích tụ ở trong lục lạp (lá cây là chính nhưng cũng có ở trái cây chưa chín), và hiện diện dưới dạng phức chlorophyll

- carotenoid – protein, (Goodwin and Britton, 1988) Do đó, màu của carotenoid thường bị che bởi màu xanh của chlorophyll nên đến khi chlorophyll bị phân hủy, màu của carotenoid mới xuất hiện

Carotenoid cũng tồn tại rộng rãi ở vi khuẩn, nấm mốc và nấm kỵ quang

Ngoài ra, carotenoid còn được tìm thấy dưới dạng dẫn xuất ở động vật như ketocarotenoid trong lông của chim (hồng hạc, hoàng yến), astarxantin trong da hoặc thịt của một số loài cá (cá vàng, cá hồi), tôm và côn trùng, trứng của loài giáp xác Tôm và các sinh vật biển không xương sống khác thường có màu xanh lam, xanh lục hay tía do carotenoid tồn tại dưới dạng phức với protein (carotenoprotein)

Đến khi nấu chín, carotenoid được giải phóng và sẽ cho ra màu đỏ cam vốn có của

nó

Hình 2.4: Sơ đồ chuyển hóa carotenoid

gemanylgemay-PP

phytoene synthase phytoene + 2 pyrophosphate

zeta-carotene

lycopene

lycopene cylase alpha-carotene β-carotene

crt1 crt1

Bảng 2.1: Các dạng carotenoid quan trọng trong thực tế [6]

Carotene

α-carotene, β-carotene, carotene, γ-carotene, ε-carotene, ζ-carotene

δ-Lycopene, neurosporene

Phytofluene, phytoene

Hầu hết các loại trái cây và rau quả, đặc biệt là trong cà rốt, khoai lang, quả cây cọ Quả tầm xuân

Cucurbitaxanthin A

Lactucaxanthin Lutein, violaxanthin, neoxanthin

Luteoxanthin, neochrome, auroxanthin

Rubixanthin

Bao phấn và cánh hoa của nhiều loại hoa màu vàng, cũng như trong trái cây và rau quả

Annatto (Bixa orellana) seeds

Quả chin Capsicum annuum

Hoa cây nghệ tây (Crocus sativus)

Trái bí ngô (Cucurbita maxima) Rau diếp (Lactuca sativa)

Trái cây xanh, rau quả và hoa

Rau quả được chế biến trong điều kiện axit và lên men

Zeaxanthin, β cryptoxanthin, α -cryptoxanthin, cryptoxanthin-5,6-epoxide

-Quả tầm xuân (Rosa spp.)

Hạt (bắp), hoa và trái cây: xoài,

đu đủ, quả hồng vàng

Sản lượng carotenoid tổng hợp trong thiên nhiên ước tính khoảng 108 tấn/năm (đặc biệt là fucoxantin, lutein, violaxanthin và neoxanthin)

Trong thực vật và động vật carotenoid tồn tại ở các dạng:

- Nhũ tương với chất béo

- Phân tán keo trong môi trường chất béo

- Liên kết với protein

- Ester với axit béo

2.1.2.2 Cấu trúc: [7]

Carotenoid là các hợp chất mạch thẳng hay vòng chưa bão hòa được cấu tạo từ

8 đơn vị terpene liên kết với nhau theo kiểu đuôi nối đuôi từ tâm của phân tử và cho cấu trúc đối xứng

Đa số carotenoid thiên nhiên có cấu hình trans Ngoài ra, sự đóng vòng, hydro hóa, đề hydro hóa, sự chuyển vị của các liên kết đôi, đồng phân hóa … làm hình thành vô số cấu trúc khác của carotenoid

2.1.2.3 Phân loại:

Hiện nay có khoảng hơn 650 carotenoid đã được nhận diện từ thiên nhiên và hơn 100 loại được tìm thấy trong trái cây và thực vật Carotenoid được chia làm 2 nhóm lớn:

- Carotene: carotenoid chỉ chứa C và H

Hình 2.5: Quá trình tổng hợp các dạng carotenoid

- Xanthophyll: dẫn xuất chứa oxy của carotene dưới dạng hydroxy (OH),

methoxy (OCH3), acetate (OCOCH3) và lactone

2.1.2.4 Tính chất: [7]

a - Tính tan:

Hầu hết carotenoid đều không tan trong nước, rất nhạy đối với axit và chất oxy hóa, nhưng lại bền vững với kiềm và hòa tan được trong các dung môi hữu cơ như aceton, alcohol, diethylether, chloroform, ethyl acetate, … Nhưng khi có chứa nhóm thế phân cực mạnh, carotenoid sẽ tan được trong nước Ví dụ: norbixin, sulphate carotenoid và dẫn xuất glycosyl của crocetin (crocin)

b - Phổ hấp thu:

Carotenoid có dải màu phân bố khá rộng từ vàng, cam đến đỏ Màu của carotenoid là do nhóm mang màu (chromophore) quy định, đó là hệ thống liên kết đôi liên hợp C=C (polyene) chứa từ 7 liên kết đôi trở lên Phổ hấp thu ở vùng ánh sáng nhìn thấy và tử ngoại là công cụ quan trọng để xác định carotenoid Bước sóng hấp thu cực đại (max ) và hình dạng phổ tùy thuộc vào độ dài của mạch C=C Hầu hết carotenoid có 3 bước sóng hấp thu cực đại Số lượng liên kết đôi liên hợp càng lớn thì giá trị max càng tăng

c - Độ bền:

Carotenoid có độ bất bão hòa cao nên dễ bị đồng phân hóa (trans  cis) và oxy hóa bởi nhiệt độ, ánh sáng, acid và enzym trong cơ thể, dẫn đến sự mất màu carotenoid trong quá trình chế biến và lưu trữ thực phẩm

Hình 2.6: Quá trình biến tính carotenoid [8]

2.1.2.5 Vai trò sinh học:

Carotenoid có tác dụng bảo vệ vi sinh vật kỵ quang chống lại tác hại của ánh sáng và oxy không khí Trong thực vật, dưới dạng phức với protein, carotenoid có vai trò thu nhận ánh sáng cho chlorophyll trong quá trình quang hợp và bảo vệ tế bào chống lại các phản ứng oxi hóa nhạy quang bằng cách làm giảm năng lượng hoạt động của chlorophyll triplet hay oxygen singlet Carotenoid cũng được xem là tiền chất của rất nhiều các chất tạo màu và hương liệu trong tự nhiên Các hương liệu này được tạo thành do quá trình oxi hóa carotenoid C9, C10, C11, C13 bởi enzyme

và ánh sáng Carotenoid (-carotene) còn là thành phần dinh dưỡng không thể thiếu đối với con người như một tiền vitamin A quan trọng

2.1.3 β-carotene:

- Còn có tên khác: carotaben, provaten, solaten

- Công thức phân tử: C40H56

Hình 2.7: Công thức cấu tạo của β-carotene

- Trọng lượng phân tử: 536,9

- Tên khoa học: (all E) - 3,7,12,16 – tetramethyl -1,18 - bis (2,6,6 - trimethyl cyclohex-1-enyl) octadeca - 1,3,5,7,9,11,13,15,17 - nonaen

- Tính chất:

+ Bột kết tinh màu nâu đỏ

+ Nhiệt độ nóng chảy: 183oC

+ Độ tan: tan trong hexan, cloroform, benzen, ete petrol hầu như không tan trong nước

+ Cho phổ hấp thụ UV-VIS, cực đại hấp thụ (trong cloroform) là 497 và

466 nm

+ Dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt độ

- Tác dụng:

+ Về mặt sinh học, β-carotene là tiền chất quan trọng nhất của vitamin

A β-carotene được sử dụng như vitamin A, nhưng không gây tích lũy độc Cơ thể người tích lũy β-carotene ở gan và khi cần enzym trong gan sẽ phân ly β-carotene thành 2 phân tử vitamin A

+ β-carotene là chất chống oxy hóa mạnh mẽ, ngăn chặn tế bào khỏi các bệnh gây ra bởi gốc tự do như bệnh tim mạch và ung thư β-carotene là một trong số các carotenoid có khả năng làm tăng chức năng của hệ thống miễn dịch β-carotene

có khả năng kích thích sự lưu thông giữa các tế bào Các nhà nghiên cứu ngày nay cho rằng sự lưu thông giữa các tế bào xảy ra chậm có thể làm chúng phát triển bất bình thường, một trong những nguyên nhân gây bệnh ung thư Tuy nhiên, cơ thể

người không có chức năng sản sinh ra β-carotene, do đó chúng ta phải hấp thụ chúng từ các nguồn thực phẩm hằng ngày

+ Về mặt tự nhiên, chức năng chính của β-carotene có liên quan đến các quá trình quang hóa trong thực vật và tạo nên các sắc tố màu cam, màu đỏ của các loài thực vật như cà chua, cà rốt

- Ứng dụng: làm chất tạo màu tự nhiên trong thực phẩm (như bơ thực vật…)

2.1.4 Lycopene:

- Công thức phân tử: C40H56

- Trọng lượng phân tử: 536,9

Hình 2.8: Công thức cấu tạo của lycopene

- Tên khoa học: (6E, 8E, 10E, 12E, 14E, 16E, 18E, 20E, 22E, 24E, 2,6,10,14,19,23,27,31-octamethyldotriaconta-2,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24, 26,30- tridecaen

26E) Tính chất:

+ Tinh thể hình kim màu đỏ tía, không mùi

+ Nhiệt độ nóng chảy: 172-173oC

+ Độ tan: tan trong cacbon disulfid, ete petrol, cloroform, benzen Hầu như không tan trong methanol, etanol

+ Hấp thụ cực đại (trong ete petrol) tại các bước sóng là 361, 444, 470,

502 nm [3]

- Tác dụng chống oxy hóa:

+ Lycopene là chất chống oxy hóa mạnh nhất trong các họ carotenoid, ngăn ngừa sự hủy hoại oxy hóa của thể nhiễm sắc nên góp phần điều trị bệnh mạch vành tim và ung thư Lycopene có khả năng bắt giữ oxy đơn bội (gấp 2 lần so với β-carotene, gấp 10 lần so với anpha-tocopherol) và làm giảm tác dụng gây đột biến theo thử nghiệm của Ames Hoạt tính chống oxy hóa của các carotenoid xếp theo thứ tự giảm dần như sau:

Lycopene > α-tocopherol > α-carotene > cryptoxanthin > zeaxanthin = β-carotene > lutein

- Tác dụng chống tăng sinh và tạo điều kiện cho sự biệt hóa tế bào:

+ Lycopene ức chế sự tăng sinh của nhiều dòng tế bào ung thư (ung thư tuyến tiền liệt, vú, buồng trứng, cổ tử cung, nội mạc tử cung, thực quản, dạ dày, đại tràng) Lycopene dùng riêng kích thích được sự biệt hóa tế bào, giúp ngăn ngừa và sửa chữa các tế bào bị hủy hoại

+ Lycopene ức chế sự oxy hóa của ADN, là vật liệu di truyền, mà ADN nếu bị oxy hóa sẽ có thể dẫn đến một số dạng ung thư do làm thay đổi cấu trúc và chức năng của thể nhiễm sắc Với nồng độ thấp, lycopene kết hợp với vitamin D3 có tác dụng hiệp đồng trong ức chế tăng sinh tế bào, đẩy mạnh sự biệt hóa tế bào

+ Nhiều công trình khác cho thấy là trong môi trường nuôi cấy dòng tế bào ung thư vú MCF7 - đã cho thêm yếu tố phát triển giống Insulin I đã làm cho tế bào ung thư phát triển thật nhanh, thì khi thêm lycopene sự phát triển của tế bào ung thư sẽ bị ức chế rõ rệt Với mô hình thí nghiệm trên, thì anpha và β-carotene có hoạt tính kém hơn rất nhiều so với lycopene

+ Đánh giá sự liên quan giữa hàm lượng các carotenoid (bao gồm lycopene), selen và retinol với ung thư, chỉ thấy có lycopene làm giảm được nguy

cơ ung thư vú Nồng độ lycopene nghịch biến với nguy cơ ung thư buồng trứng, chủ yếu ở phụ nữ sau mãn kinh

- Lycopene chữa rối loạn lipid máu và bệnh tim mạch:

+ Uống lycopene 60mg/ngày trong 3 tháng liền làm giảm đáng kể nồng

độ cholesterol toàn phần, giảm 14% LDL-cholesterol trong máu Những bệnh nhân

có nồng độ lycopene trong mô mỡ cao giảm nguy cơ bệnh tim 33% so với bệnh nhân có nồng độ lycopene trong máu thấp [9]

- Ứng dụng: Làm chất tạo màu tự nhiên trong thực phẩm, thường được sử dụng trong các thực phẩm chức năng

2.1.5 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước:

2.1.5.1 Ngoài nước:

Sự quan tâm về độ bền của lycopene (chiết từ cà chua) trong suốt quá trình chế biến và lưu trữ của Lee và Chen (2002), Zanoni (2003), và các nhà khoa học khác nói chung đều cho rằng: ánh sáng và nhiệt là 2 nhân tố chính ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm [10-11]

Kết quả các nghiên cứu của Vương và các cộng sự [12-13] cung cấp các thông tin sử dụng trái gấc; thừa nhận hoạt tính sinh học của β- carotene và lycopene chiết trực tiếp từ màng hạt gấc và từ dầu gấc là cao; đồng thời đánh giá lại hàm lượng thành phần các chất có trong màng hạt gấc và thịt gấc Song song là các nghiên cứu (Aoki và Ishida) cũng theo hướng tương tự [14-15]

Bên cạnh đó là hàng loạt các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của lycopene và β-carotene tác dụng hữu ích trong lĩnh vực y học như của Nguyễn và các cộng sự (1999); Di Mascio (1998); Goni (2006); Scolastici (2007) [16-17,18-19]

Các nghiên cứu gần đây phát triển theo hướng bền hóa lycopene (chiết từ cà chua) bằng kỹ thuật encapsule với các hợp chất khác nhau Chẳng hạn như:

- Bền hóa lycopene với hợp chất cyclodextrin (-cyclodextrin,

hydroxypropyl--cyclodextrin , methyl--cyclodextrin) tạo phức ở dạng paste Từ đó, xác định hàm lượng lycopene ở dạng phức tan trong nước như của Vertzoni và cộng sự (2006) [20]

- Shu và các cộng sự (2006) đã nghiên cứu microencapsulation của lycopene với Gelatin và sucrose bằng phương pháp sấy phun cho kết quả: có sự ảnh hưởng lớn của các yếu tố như tỉ lệ lycopene/hợp chất bao bọc, tỉ lệ gelatin/sucrose, áp suất,

nhiệt độ và độ tinh khiết của lycopene; độ bền của phức tạo thành trong 4 tuần lưu trữ cao hơn so với lycopene [21]

- Blanch và cộng sự (2007) cũng đã nghiên cứu bền hóa all-trans-lycopene bằng cyclodextrin (-cyclodextrin, -cyclodextrin , -cyclodextrin) Kết quả nghiên cứu cho thấy, phức lycopene--cyclodextrin là bền hơn và đạt hiệu suất 93,8% [2]

- Kết quả nghiên cứu về sự bền hóa lycopene bằng Gelatin và Poly (-glutamic acid) của Chiu và cộng sự (2007) cho thấy: hiệu suất tạo phức là 76,5% và lycopene

ở dạng phức phóng thích nhanh ở pH 5,5 và 7,0; không có lycopene phóng thích ở

pH 2,0 và 3,5 [23]

2.1.5.2 Trong nước:

Ở Việt nam, công trình nghiên cứu của Bác sỹ Nguyễn Công Suất về chế phẩm tinh dầu gấc tạo bước ngoặt lớn cho việc ứng dụng trái gấc một cách hiệu quả hơn Và sản phẩm này đã được xuất khẩu sang thị trường Mỹ từ những năm 1999 Đến năm 2001, từ kết quả của rất nhiều công trình nghiên cứu cấp Nhà nước, quả gấc Việt nam được tinh chế thành viên nang dầu gấc với tên gọi VINAGA, đã được cấp phép của Bộ Y Tế và Bộ Khoa học Công nghệ cấp Chứng nhận Hàng Việt nam chất lượng cao phù hợp tiêu chuẩn [44]

Theo kết quả tra cứu tài liệu của Trung tâm thông tin Khoa học và Công nghệ

Tp Hồ Chí Minh cung cấp, có một số công trình nghiên cứu trong những năm gần đây:

- Phạm Quốc Long và cộng sự đã nghiên cứu thành phần lipit của nhân hạt gấc

(Momordica cochichinensis lous) ở Việt Nam, TC Khoa học: Khoa học tự nhiên

(Đại học Quốc gia Hà Nội), 1998 Nghiên cứu phân lập và xác định thành phần lipit các axit béo v.v nhằm thăm dò khai thác sử dụng tổng hợp hạt gấc

- Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ gia bảo quản thực phẩm PDP

từ vỏ tôm và chất màu thực phẩm từ quả gấc và ứng dụng vào quá trình sản xuất, chế biến thực phẩm nhóm thịt - Đề tài cấp cơ sở- Viện Cơ học, Viện KH và CN

Việt Nam, 2003 Kết quả đã ứng dụng bột PDP và phẩm màu đỏ từ quả gấc vào quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm nhóm thịt ở TP Hồ Chí Minh cho kết quả tốt

- Nghiên cứu nâng cao hiệu suất và chất lượng dầu gấc - Đề tài cấp bộ - Viện công nghiệp thực phẩm chủ trì - 2005 Nghiên cứu chế độ sấy màng gấc để đảm bảo chất lượng đưa vào ép dầu; Nghiên cứu công nghệ ép tạo ra dầu gấc có hàm lượng β-carotene cao; nghiên cứu sử dụng enzym để hỗ trợ cho việc trích ly dầu gấc từ màng, bã ép và các điều kiện bảo quản dầu màng gấc

- Ths.Nguyễn Thị Hồng Minh, Nghiên cứu sản xuất thực phẩm dinh dưỡng giàu chất chống oxy hoá: lycopene, β-carotene, vitamin được bổ sung màng đỏ gấc

và lycopen, Viện dinh dưỡng Hà nội, 2007 Xác định hàm lượng một số chất chống oxy hoá có trong màng đỏ gấc Xây dựng công thức bổ sung lycopene từ màng đỏ gấc và bột lycopene vào bánh bông lan Xây dựng qui trình sản xuất bánh bông lan

có bổ sung màng đỏ gấc và bột lycopene Đánh giá chất lượng của bánh ngay sau sản xuất và theo dõi chất lượng của bánh trong thời gian bảo quản đến 6 tháng -TS Phan Tại Huân, thuộc Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nông Lâm, đã nghiên cứu Ứng dụng kỹ thuật chiết xuất bằng Carbonic siêu tới hạn để tạo

ra một chế phẩm dầu Gấc giàu các chất chống oxi hóa không chứa dung môi hữu cơ độc hại

Trên cơ sở tóm tắt các công trình nghiên cứu nhận thấy: sự nghiên cứu về β-carotene và lycopene được chiết xuất từ trái gấc thực sự còn hạn chế Tuy nhiên

đó là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu độ bền và bền hóa carotenoid - chủ yếu là lycopene có trong màng hạt gấc

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TRUYỀN THỐNG:

Phương pháp chiết xuất bao gồm việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và cách chiết

Một phương pháp chiết xuất thích hợp chỉ có thể được hoạch định khi đã biết

rõ thành phần hóa học của cây Mỗi loại hợp chất có độ hòa tan khác nhau trong từng loại dung môi Vì vậy không thể có một phương pháp chiết xuất chung cho tất

cả các loại hợp chất trong cây

Lựa chọn phương pháp trích ly để có được cao trích thô là công việc rất quan trọng để tránh phân hủy hợp chất, tránh các phản ứng phụ, các phản ứng chuyển vị Trong quá trình chiết sẽ xảy ra 3 quá trình:

- Quá trình hòa tan

- Quá trình khuyếch tán

- Quá trình thẩm thấu

Ba quá trình này thực hiện liên tục cho đến khi quá trình chiết kết thúc Nguyên liệu phải được xay nhỏ đến mức thích hợp để dung môi có điều kiện tiếp xúc trực tiếp với thành tế bào một cách dễ dàng, thúc đẩy quá trình chiết xuất nhanh chóng và nâng cao hiệu xuất chiết

2.2.1 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation):

Phương pháp ngấm kiệt là một trong những phương pháp trích ly được sử dụng phổ biến nhất vì không đòi hỏi nhiều thao tác cũng như thời gian

Dụng cụ gồm một bình ngấm kiệt, hình trụ đứng, bằng thủy tinh, ở dưới đáy bình có van khóa để điều khiển tốc độ dung môi chảy ra Khi đã ngâm mẫu cây trong dung môi sau một thời gian nhất định, dung dịch chảy ra được hứng trong một erlen bên dưới, ở trên có một bình lóng chứa dung môi chảy vào bình ngấm kiệt này

Đây là quá trình chiết liên tục, dung môi sau khi đã bảo hòa hoạt chất sẽ được liên tục thay thế bằng dung môi mới Tuy vậy người ta không thực hiện liên tục mà mẫu cây được ngâm trong dung môi khoảng 1-2 ngày, cho dung môi bão hòa chảy

ra rồi mới cho dung môi mới vào tiếp tục thực hiện quá trình trích ly Để khảo sát sự

chiết xuất hoàn toàn chưa, người ta thường theo dõi bằng cách lấy dịch trích ly thử với các thuốc thử đặc trưng của hoạt chất cần trích

2.2.2 Chiết bằng phương pháp ngâm (Maceration):

Phương pháp ngâm không hiệu quả gì hơn phương pháp ngấm kiệt, chỉ là ngâm bột cây trong bình chứa bằng thủy tinh hoặc thép không rỉ có nắp đậy Rót dung môi phủ lớp bột cây, để yên ở nhiệt độ phòng, dung môi sẽ ngấm dần vào nguyên liệu và hòa tan các chất tự nhiên Có thể gia tăng hiệu quả chiết xuất bằng cách khuấy bột cây hoặc dùng máy lắc nhẹ

Sau 24 giờ, dung môi trong bình được rót ra và đổ dung môi mới vào

2.2.3 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt ngược dòng:

Đây là sự kết hợp giữa phương pháp ngấm kiệt và phương pháp ngâm dầm Bột cây được cho vào nhiều bình chiết khác nhau, ví dụ có 3 bình A, B, C Cho dung môi vào bình A, ngâm và lấy ra dung dịch A1, lấy dung dịch A1 để riêng Cho dung môi mới vào bình A, ngâm và lấy ra được dung dịch A2 Lấy dung dịch A2 làm dung môi đầu cho bình B, tương tự như trên có được dung dịch B1 và dung dịch B2 Dung dịch B2 làm dung môi đầu cho vào bình C, quá trình diễn ra tương

tự như trên… Như vậy, dung dịch được chiết ra từ bình trước được dùng làm dung môi để ngâm bột cây của bình sau Đây là phương pháp được ứng dụng nhiều trong sản xuất lớn Phương pháp này chỉ khác với phương pháp ngấm kiệt là dịch chiết sau khi lấy ra không theo phương pháp nhỏ giọt mà mở khóa cho chảy thẳng dòng sau khi ngâm một thời gian nhất định

Hình 2.9: Quá trình trích ngấm kiệt ngược dòng

2.2.4 Chiết bằng Soxhlet:

Bộ dụng cụ Soxhlet được bán sẵn với nhiều loại kích cỡ Phương pháp có ưu điểm là chỉ sử dụng một lượng ít dung môi mà vẫn có thể chiết kiệt được hoạt chất

Sự ly trích tự động, liên tục nên nhanh chóng

Muốn biết quá trình chiết đã cạn kiệt chưa, tháo phần ống ngưng hơi, dùng pipet hút lấy vài giọt dung dịch trong bình chứa mẫu cây, nhỏ lên mặt kính hoặc giấy lọc, để dung môi bay hơi hết để lại vết cắn trên bề mặt kính Nếu không thấy vết thì đã chiết kiệt, nếu thấy vết thì phải chiết thêm một thời gian nữa

Nhược điểm của phương pháp này là không chiết được một lượng lớn mẫu cây, nên chỉ thích hợp cho các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Một nhược điểm lớn nữa là trong suốt quá trình chiết, mẫu cây luôn có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi của dung môi nên những hợp chất kém bền nhiệt như carotenoid có thể bị thủy giải, phân giải hoặc tạo các hợp chất artefact

Hình 2.10: Mô hình bình trích Soxhlet

2.2.5 Chiết bằng cách đun hoàn lưu:

Bột cây và dung môi hữu cơ được chứa trong một bình cầu có gắn ống sinh hàn Đun hoàn lưu trên bếp cách thủy ở nhiệt độ sôi của dung môi Sau một thời gian cần thiết, dung dịch chiết được lấy ra và lọc qua giấy lọc Dung môi mới được đưa vào và chiết thêm 3-4 lần nữa cho đến khi kiệt

Hiếm khi người ta đun bột cây với dung môi là nước, dù đây là phương pháp trong dân gian vẫn hay dùng để sắc thuốc để uống và một số chất cũng tan được trong nước, nhưng vì nước có nhiệt độ sôi cao và áp suất hơi nhỏ nên rất khó cô cạn Để chiết xuất những hoạt chất tan nhiều trong nước, người ta hay dùng hỗn hợp Methanol-nước hoặc Ethanol-nước

2.2.6 Chiết bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước:

Đây là phương pháp đặc biệt dùng để ly trích tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi có trong cây Dụng cụ gồm một bình cầu lớn để cung cấp hơi nước, hơi nước sẽ được dẫn sục vào bình có chứa mẫu cây, hơi nước xuyên thấm qua mẫu cây

và lôi theo những cấu tử dễ bay hơi; hơi nước tiếp tục bay hơi và được ngưng tụ bởi

một ống sinh hàn, ta thu được hỗn hợp nước - tinh dầu Dùng ether dầu hỏa hay ether ethyl để ly trích tinh dầu ra khỏi hỗn hợp trên hoặc để yên một thời gian trong bình lóng sẽ có sự tách giữa 2 pha tinh dầu – nước

Trích ly siêu tới hạn là quá trình tách một chất hay một thành phần từ một nguyên liệu trong đó dung môi được sử dụng ở một trạng thái đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn

2.3.1 Lý thuyết siêu tới hạn:

2.3.1.1 Trạng thái siêu tới hạn:

Dung môi được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp hóa học, dược phẩm, thực phẩm… Trong xu hướng tìm kiếm các dung môi thân thiện với môi trường, dung môi siêu tới hạn ngày càng được quan tâm nhiều hơn Chất lỏng hay dung môi siêu tới hạn được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình trích ly, phản ứng hóa học, làm sạch và nhiều ứng dụng khác nhờ những tính chất đặc biệt của nó Các trạng thái vật lý khác nhau của một cấu tử tinh khiết được mô tả trong giản đồ không gian ba chiều áp suất – thể tích – nhiệt độ (PVT) như hình 2.11 Các trạng thái rắn, lỏng, khí tương ứng với các giá trị đặc biệt của nhiệt độ và áp suất Theo quy tắc pha, hai pha (rắn – lỏng, rắn – hơi, lỏng - hơi) của một chất tinh khiết chỉ có một độ tự do Vì vậy, áp suất cân bằng trong mỗi trường hợp là một hàm của nhiệt độ Hình chiếu PT của các đường cân bằng rắn – lỏng, rắn - hơi, lỏng – hơi được mô tả bên trái của hình 2.11