Nghiên Cứu Điều Kiện Công Nghệ Thu Nhận Lycopene Từ Cà Chua

• Tác giả: Vũ Phương Nam
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thu Thủy
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Thu Nhận Lycopene Từ Cà Chua Sử Dụng Chế Phẩm Enzyme
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính chất vật lý và hóa học
• 1.2. Tính chất sinh học
• 1.3. Vai trò của Lycopene trong cơ thể con ngƣời
• 1.4. Nguồn cung cấp Lycopene
• 1.5. Một số giống cà chua ở Việt Nam
• 1.6. Thành phần hóa học và cấu trúc của quả cà chua
• 1.7. Sự phân bố Lycopene trong cà chua
• 1.8. MỘT SỐ KỸ THUẬT TRÍCH LY CÁC HOẠT CHẤT SINH HỌC TỪ THỰC VẬT
• 1.8.1. Kỹ thuật trích ly bằng dung môi
• 1.8.2. Vai trò bổ sung các chế phẩm enzyme trong trích ly các hoạt chất sinh học từ thực vật
• 1.9. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÍCH LY LYCOPENE TỪ CÀ CHUA
• 1.9.1. Trích ly Lycopene từ cà chua bằng dung môi
• 1.9.2. Ứng dụng các chế phẩm enzyme xử lý cà chua để trích ly Lycopene
• 1.9.3. Một số phƣơng pháp thu nhận sản phẩm chứa hoạt chất sinh học
• 1.9.3.1. Phƣơng pháp cô đặc dịch chiết
• 1.9.3.2. Phƣơng pháp kết tinh
• 1.10. Tình hình sản xuất các sản phẩm giàu Lycopene
• 2. PHẦN 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
• 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện xử lý nguyên liệu cà chua bằng chế phẩm enzyme
• 2.2.2. Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện thích hợp trích ly Lycopene bằng dung môi
• 2.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu lựa chọn các thông số cô đặc chân không thích hợp
• 2.2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu điều kiện kết tinh Lycopene
• 2.2.5. Phƣơng pháp thu nhận chế phẩm bằng sấy chân không
• 2.2.6. Các phƣơng pháp phân tích
• 2.2.6.1. Phƣơng pháp đo pH
• 2.2.6.2. Phƣơng pháp xác định độ ẩm
• 2.2.6.3. Các phƣơng pháp xác định Lycopene
• 3. PHẦN 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ TÁCH CHIẾT LYCOPENE TỪ CÀ CHUA
• 3.1.1. Nghiên cứu xử lý nguyên liệu cà chua bằng chế phẩm enzyme
• 3.1.2. Nghiên cứu các điều kiện tách chiết Lycopene từ Paste cà chua sau khi xử lý enzyme
• 3.2. NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ THU NHẬN CHẾ PHẨM LYCOPENE
• 3.2.1. Nghiên cứu các điều kiện thu hồi dịch Lycopene cô đặc
• 3.2.2. Nghiên cứu các điều kiện kết tinh Lycopene
• 3.2.3. Nghiên cứu các điều kiện thu hồi tinh thể Lycopene
• 3.3. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Công Nghệ Thu Nhận Lycopene 55 Ký Tự

Lycopene, một hydrocarbon tetraterpenic (C40), nổi tiếng với 11 liên kết đôi liên hợp tuyến tính, mang đến màu đỏ đậm đặc trưng và khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ cho cà chua chín. Hoạt tính chống oxy hóa của Lycopene mạnh gấp đôi β-carotene và gấp 10 lần α-tocopherol, giúp chống lại ung thư, xơ vữa động mạch và bệnh tim mạch vành. Lycopene có mặt trong nhiều loại thực phẩm như cà chua, gấc, dưa hấu, bưởi đỏ và ổi đào. Chiết xuất Lycopene thường sử dụng dung môi hữu cơ. Gần đây, các phương pháp chiết xuất mới như sử dụng sóng siêu âm, vi sóng, CO2 lỏng siêu tới hạn và enzyme đã được nghiên cứu. Sử dụng enzyme để chiết xuất Lycopene là một lựa chọn "xanh" và thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu sử dụng dung môi hữu cơ. Enzyme cellulolytic, hemicellulolytic và pectinolytic phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật, tăng khả năng hòa tan Lycopene. Theo dự báo của BBC, thị trường Lycopene toàn cầu sẽ tăng từ 66 triệu USD (2010) lên 84 triệu USD (2018).

1.1. Tính Chất Vật Lý và Hóa Học Quan Trọng Của Lycopene

Lycopene là một lipophilic gồm có 40 phân tử carbon không no, chuỗi hydrocarbon mạch thẳng gồm 11 liên kết tiếp hợp và 2 liên kết đôi không tiếp hợp. Khác với các carotenoid khác, hai vòng carbon ở hai đầu mạch của Lycopene không kín. Mật độ cao của các liên kết đôi liên hợp tạo nên hoạt tính chống oxy hóa mạnh khiến cho Lycopene trở thành một trong những chất chống oxy hóa tiềm năng. Cấu trúc của Lycopene dạng all - trans Do trong cấu trúc phân tử có chứa nhiều liên kết đôi nên Lycopene có tới 1.056 đồng phân khác nhau nhƣng chỉ có một phần nhỏ đƣợc tìm thấy trong tự nhiên. Trong huyết tƣơng ngƣời, Lycopene là một hỗn hợp đồng phân trong đó đồng phân cis chiếm khoảng 60%.

1.2. Vai Trò Sinh Học Của Lycopene Với Sức Khỏe Con Người

Lycopene trong cơ thể ngƣời đƣợc hấp thụ từ bữa ăn chiếm khoảng 10% - 30% [43]. Lycopene đƣợc hấp thụ hiệu quả khi bổ sung thêm chất béo do nó là một chất ƣa béo. Các yếu tố về lối sống nhƣ hút thuốc lá, tiêu thụ rƣợu, lipid máu, và các yếu tố sinh học chẳng hạn nhƣ tuổi hoặc trạng thái hoóc môn có ảnh hƣởng đến sự hấp thụ Lycopene. Dạng đồng phân của Lycopene cũng ảnh hƣởng đến sự hấp thụ, ví dụ nhƣ dạng all-trans ít hấp thụ so với dạng cis[5]. Hoạt tính sinh học của Lycopene trong thực phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố [20]. Lycopene đƣợc hấp thụ tốt hơn từ chế độ ăn giàu chất béo và thực phẩm đã qua chế biến hơn là từ thực phẩm chƣa qua chế biến.

1.3. Nguồn Cung Cấp Lycopene Từ Tự Nhiên và Chế Biến

Các loại rau quả giàu Lycopene bao gồm nho, hồng, đu đủ, kỷ tử, gấc, dƣa hấu và cà chua. Nguồn cung cấp Lycopene từ bữa ăn thông qua cà chua, tƣơng cà chua và nƣớc ép cà chua. Cà chua chƣa qua chế biến cung cấp một lƣợng rất nhỏ Lycopene có hoạt tính sinh học. Đó là vì Lycopene trong cà chua chƣa qua chế biến nằm sâu trong các bó sợi thực vật khiến cho cơ thể con ngƣời khó hấp thụ đƣợc. Hàm lƣợng Lycopene trong một số loại rau quả [14] Nguồn cung cấp Hàm lƣợng Lycopene (mg/100g chất khô) Cà chua tƣơi 0,7-20 Cà chua chế biến 3,7 Dƣa hấu 2,3 – 7,2

II. Thách Thức Trích Ly Lycopene Truyền Thống Từ Cà Chua 59 Ký Tự

Phương pháp trích ly Lycopene truyền thống thường dựa vào dung môi hữu cơ, gây lo ngại về an toàn thực phẩm và ảnh hưởng đến môi trường. Quá trình này có thể tốn kém và đòi hỏi quy trình xử lý phức tạp để loại bỏ hoàn toàn dung môi hữu cơ khỏi sản phẩm cuối cùng. Bên cạnh đó, Lycopene dễ bị oxy hóa và phân hủy trong quá trình trích ly, làm giảm hiệu suất thu hồi. Cấu trúc tế bào phức tạp của cà chua cũng gây khó khăn cho việc giải phóng Lycopene, đòi hỏi các biện pháp xử lý mạnh để phá vỡ thành tế bào. Việc tìm kiếm các phương pháp chiết xuất thân thiện với môi trường và hiệu quả cao hơn là một nhu cầu cấp thiết.

2.1. Hạn Chế Của Phương Pháp Trích Ly Bằng Dung Môi Hữu Cơ

Trích ly Lycopene từ cà chua bằng cách dùng môi hữu cơ nhƣ hexane, acetone, ethanol, chloroform, petroleum, ether, tetrahydrofuran. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, Lycopene có thể đƣợc trích ly bằng cách sử dụng một số phƣơng pháp khác nhƣ: trích ly có sự hỗ trợ của sóng siêu âm; quá trình trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng/siêu âm, trích ly bằng phƣơng pháp CO2 lỏng siêu tới hạn, phƣơng pháp trích ly có sự hỗ trợ của enzyme.

2.2. Ảnh Hưởng Của Cấu Trúc Tế Bào Cà Chua Đến Hiệu Suất Trích Ly

Để hạn chế tối đa việc sử dụng các dung môi hữu cơ, trích ly sử dụng enzyme là lựa chọn khả thi và thân thiện với môi trƣờng “xanh”. Các enzyme có hoạt tính cellulolytic, hemicellulolytic và pectinolytic, có khả năng phân cắt mạng lƣới cellulose, hemicellulose và pectin trong cấu trúc thành thực vật của cà chua. Vì thế làm tăng sự thâm nhập của dung môi và sự hòa tan Lycopene đã xuất hiện ngay khi các hợp chất polysaccharide của thành tế bào bị các enzyme phân cắt [5], dẫn đến hiệu suất của quá trình trích ly tăng lên.

III. Phương Pháp Sử Dụng Enzyme Thu Nhận Lycopene Từ Cà Chua 57 Ký Tự

Sử dụng enzyme là một phương pháp trích ly xanh và hiệu quả. Các enzyme như cellulase, pectinase và hemicellulase phân hủy thành tế bào thực vật, giúp giải phóng Lycopene dễ dàng hơn. Quá trình này thường diễn ra ở nhiệt độ và pH tối ưu cho hoạt động của enzyme, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu nguy cơ phân hủy Lycopene. Việc sử dụng enzyme cũng giúp giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng dung môi hữu cơ, tạo ra sản phẩm an toàn và thân thiện với môi trường. Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào loại enzyme, nồng độ, thời gian ủ và điều kiện môi trường.

3.1. Cơ Chế Phân Hủy Tế Bào Thực Vật Bằng Enzyme

Các enzyme có hoạt tính cellulolytic, hemicellulolytic và pectinolytic, có khả năng phân cắt mạng lƣới cellulose, hemicellulose và pectin trong cấu trúc thành thực vật của cà chua. Vì thế làm tăng sự thâm nhập của dung môi và sự hòa tan Lycopene đã xuất hiện ngay khi các hợp chất polysaccharide của thành tế bào bị các enzyme phân cắt [5], dẫn đến hiệu suất của quá trình trích ly tăng lên.

3.2. Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Trích Ly Enzyme Lycopene

Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào loại enzyme, nồng độ, thời gian ủ và điều kiện môi trường. Quá trình này thường diễn ra ở nhiệt độ và pH tối ưu cho hoạt động của enzyme, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu nguy cơ phân hủy Lycopene. Việc sử dụng enzyme cũng giúp giảm thiểu hoặc loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng dung môi hữu cơ, tạo ra sản phẩm an toàn và thân thiện với môi trường.

IV. Tối Ưu Điều Kiện Công Nghệ Tách Chiết Lycopene Hiệu Quả 60 Ký Tự

Nghiên cứu về điều kiện công nghệ tách chiết Lycopene từ cà chua là yếu tố then chốt để đạt hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt nhất. Các yếu tố cần xem xét bao gồm: lựa chọn enzyme phù hợp, tối ưu nồng độ và thời gian xử lý enzyme, lựa chọn dung môi hỗ trợ (nếu cần), điều chỉnh nhiệt độ và pH, và tối ưu hóa quy trình cô đặc và kết tinh. Việc kiểm soát chặt chẽ các thông số này giúp giảm thiểu thất thoát Lycopene và đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm. Sử dụng phương pháp thí nghiệm có kế hoạch (DOE) có thể giúp xác định các điều kiện tối ưu một cách hiệu quả.

4.1. Nghiên Cứu Xử Lý Cà Chua Bằng Chế Phẩm Enzyme Phù Hợp

Lựa chọn enzyme phù hợp, tối ưu nồng độ và thời gian xử lý enzyme, lựa chọn dung môi hỗ trợ (nếu cần), điều chỉnh nhiệt độ và pH, và tối ưu hóa quy trình cô đặc và kết tinh. Việc kiểm soát chặt chẽ các thông số này giúp giảm thiểu thất thoát Lycopene và đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm.

4.2. Nghiên Cứu Các Điều Kiện Tách Chiết Lycopene Tối Ưu

Nghiên cứu các điều kiện tách chiết Lycopene từ Paste cà chua sau khi xử lý enzyme. Nghiên cứu các điều kiện thu hồi dịch Lycopene cô đặc. Nghiên cứu các điều kiện kết tinh Lycopene . Nghiên cứu các điều kiện thu hồi tinh thể Lycopene.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Lycopene Chiết Xuất Từ Cà Chua 56 Ký Tự

Lycopene chiết xuất từ cà chua có nhiều ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Trong thực phẩm, Lycopene được sử dụng làm chất tạo màu tự nhiên và chất chống oxy hóa. Trong dược phẩm, nó được sử dụng để sản xuất các sản phẩm hỗ trợ sức khỏe tim mạch, ngăn ngừa ung thư và bảo vệ da khỏi tác hại của tia UV. Trong mỹ phẩm, Lycopene được sử dụng trong các sản phẩm chống lão hóa và bảo vệ da. Việc phát triển công nghệ chiết xuất Lycopene hiệu quả từ cà chua mở ra nhiều cơ hội ứng dụng tiềm năng cho ngành công nghiệp Việt Nam.

5.1. Lycopene Trong Công Nghiệp Thực Phẩm và Đồ Uống

Trong thực phẩm, Lycopene được sử dụng làm chất tạo màu tự nhiên và chất chống oxy hóa.

5.2. Lycopene Trong Công Nghiệp Dược Phẩm và Chăm Sóc Sức Khỏe

Trong dược phẩm, nó được sử dụng để sản xuất các sản phẩm hỗ trợ sức khỏe tim mạch, ngăn ngừa ung thư và bảo vệ da khỏi tác hại của tia UV.

5.3. Ứng Dụng Của Lycopene Trong Ngành Mỹ Phẩm Làm Đẹp

Trong mỹ phẩm, Lycopene được sử dụng trong các sản phẩm chống lão hóa và bảo vệ da.

VI. Kết Luận Triển Vọng Nghiên Cứu Lycopene Từ Cà Chua 54 Ký Tự

Nghiên cứu về công nghệ thu nhận Lycopene từ cà chua sử dụng chế phẩm enzyme mang lại nhiều tiềm năng phát triển cho ngành công nghiệp Việt Nam. Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất và ứng dụng Lycopene trong các sản phẩm giá trị gia tăng sẽ góp phần nâng cao giá trị của cà chua Việt Nam. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tìm kiếm các enzyme mới hiệu quả hơn, phát triển quy trình chiết xuất liên tục và mở rộng ứng dụng của Lycopene trong các lĩnh vực khác.

6.1. Tóm Tắt Thành Công Nghiên Cứu và Hướng Phát Triển

Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất và ứng dụng Lycopene trong các sản phẩm giá trị gia tăng sẽ góp phần nâng cao giá trị của cà chua Việt Nam. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tìm kiếm các enzyme mới hiệu quả hơn, phát triển quy trình chiết xuất liên tục và mở rộng ứng dụng của Lycopene trong các lĩnh vực khác.

6.2. Thách Thức và Cơ Hội Trong Nghiên Cứu Lycopene Tương Lai

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tìm kiếm các enzyme mới hiệu quả hơn, phát triển quy trình chiết xuất liên tục và mở rộng ứng dụng của Lycopene trong các lĩnh vực khác.

Tổng quan nghiên cứu

Lycopene là một carotenoid hydrocarbon tetraterpenic (C40) với cấu trúc chứa 11 liên kết đôi liên hợp, chịu trách nhiệm cho màu đỏ đặc trưng và tính chất chống oxy hóa mạnh của quả cà chua chín. Khả năng dập tắt oxy nguyên tử của Lycopene cao gấp 2 lần β-carotene và gấp 10 lần α-tocopherol, giúp ngăn ngừa các bệnh ung thư, xơ vữa động mạch và các bệnh liên quan đến động mạch vành. Việt Nam có diện tích trồng cà chua khoảng 24 nghìn ha với sản lượng ước tính 617 nghìn tấn năm 2012, tuy nhiên chưa phát triển được công nghệ sản xuất các sản phẩm chứa Lycopene từ cà chua trong nước.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định các điều kiện công nghệ tối ưu để thu nhận Lycopene từ cà chua sử dụng chế phẩm enzyme nhằm nâng cao hiệu suất trích ly, giảm chi phí và tạo ra sản phẩm chất lượng cao, thân thiện với môi trường. Nghiên cứu tập trung vào việc xử lý nguyên liệu cà chua bằng enzyme, trích ly Lycopene bằng dung môi, cô đặc và kết tinh sản phẩm. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Viện Công nghiệp Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong năm 2018, sử dụng nguyên liệu cà chua giống Montavi trồng tại Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc phát triển công nghệ sản xuất các sản phẩm giàu Lycopene tại Việt Nam, góp phần bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng và phát triển ngành công nghiệp thực phẩm chức năng dựa trên nguồn nguyên liệu sẵn có.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và tính chất hóa học của Lycopene: Lycopene là hợp chất lipophilic, không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ như hexane, acetone, ethanol. Tính chất vật lý như điểm nóng chảy 172-175°C, dạng tinh thể màu đỏ đậm, nhạy cảm với ánh sáng, oxy hóa và nhiệt độ cao.
• Hoạt tính sinh học của Lycopene: Lycopene có khả năng chống oxy hóa mạnh, bảo vệ lipit, protein và DNA khỏi quá trình oxy hóa, giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như ung thư, xơ vữa động mạch, bệnh gan, loãng xương và vô sinh nam.
• Cơ chế trích ly bằng enzyme: Enzyme cellulase, pectinase và hemicellulase phá vỡ cấu trúc polysaccharide của thành tế bào thực vật, làm tăng sự thâm nhập dung môi và hòa tan Lycopene, nâng cao hiệu suất trích ly.
• Phương pháp trích ly dung môi và cô đặc: Sử dụng các dung môi không phân cực hoặc hỗn hợp dung môi để hòa tan Lycopene, kết hợp với các kỹ thuật cô đặc chân không, cô màng phun, cô màng mỏng để thu hồi sản phẩm.
• Phương pháp kết tinh và sấy chân không: Kết tinh nhằm tách tinh thể Lycopene tinh khiết từ nhựa dầu Oleoresin, sấy chân không giúp bảo quản chất lượng sản phẩm, giảm độ ẩm và độ nhớt.

Các khái niệm chính bao gồm: Lycopene, enzyme pectinase và cellulase, trích ly dung môi, cô đặc chân không, kết tinh, hoạt tính chống oxy hóa.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là cà chua giống Montavi, chế phẩm enzyme thương mại gồm Pectinex Ultra SPL (pectinase), Cellulast 1,5L (cellulase), Viscozyme L (hỗn hợp enzyme). Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm xử lý enzyme, trích ly dung môi, cô đặc, kết tinh và sấy.
• Phương pháp phân tích: Xác định hàm lượng Lycopene bằng phương pháp quang phổ UV-VIS ở bước sóng 503 nm, đo pH, độ ẩm, phân tích hiệu suất trích ly và kết tinh. Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.
• Thiết kế thí nghiệm:
  • Xử lý nguyên liệu cà chua bằng các chế phẩm enzyme với các biến số: loại enzyme, tỷ lệ nước/nguyên liệu, nồng độ enzyme, pH, nhiệt độ, thời gian, tốc độ khuấy.
  • Trích ly Lycopene từ paste cà chua bằng các dung môi khác nhau (hexan, acetone, ethanol, ethyl acetate) với các biến số: tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian, tốc độ khuấy, số lần trích ly.
  • Cô đặc dịch trích ly bằng máy cô quay chân không với các điều kiện nhiệt độ (40-55°C), áp suất chân không (250-500 mbar).
  • Kết tinh Lycopene từ nhựa dầu Oleoresin với các dung môi khác nhau, tỷ lệ dung môi/oleoresin, nhiệt độ, tốc độ khuấy, thời gian.
  • Sấy chân không tinh thể Lycopene với các điều kiện nhiệt độ (35-55°C), áp suất (100-300 mbar), thời gian (1-6 giờ).
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong năm 2018 tại Viện Công nghiệp Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, với các giai đoạn xử lý nguyên liệu, trích ly, cô đặc, kết tinh và phân tích sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lựa chọn chế phẩm enzyme tối ưu: Hỗn hợp Pectinex Ultra SPL (pectinase) và Cellulast 1,5L (cellulase) với tỷ lệ 1:1 cho hiệu quả trích ly Lycopene cao nhất, đạt 115,4 mg/kg so với 105,2 mg/kg của mẫu đối chứng, tăng khoảng 10%. Enzyme pectinase đóng vai trò chủ đạo trong phá vỡ thành tế bào cà chua, cellulase hỗ trợ phá vỡ màng cellulose bao quanh Lycopene. Chế phẩm Viscozyme L không cải thiện đáng kể hiệu suất trích ly.

2. Ảnh hưởng tỷ lệ nước/nguyên liệu: Tỷ lệ nước/nguyên liệu từ 0/1 đến 3/1 làm tăng nhẹ hàm lượng Lycopene trích ly, đạt tối ưu tại 3/1. Tuy nhiên, khi tỷ lệ nước vượt quá 3/1, hàm lượng Lycopene giảm, thấp nhất ở tỷ lệ 6/1 (101,3 mg/kg). Do đó, không bổ sung nước được chọn để đơn giản hóa quy trình và tiết kiệm năng lượng.

3. Nồng độ enzyme tối ưu: Nồng độ hỗn hợp enzyme 0,3% (w/w) cho hiệu suất trích ly cao nhất 126,5 mg/kg, tăng 26% so với 0,1%. Khi tăng nồng độ enzyme trên 0,3%, hiệu suất giảm do quá trình phân giải cơ chất diễn ra quá nhanh, làm phân hủy Lycopene.

4. Điều kiện pH và nhiệt độ xử lý enzyme: pH tối ưu cho quá trình xử lý enzyme là 4,5, tại đó hàm lượng Lycopene đạt 135,5 mg/kg, cao hơn đáng kể so với pH 3,5 và 5,5 (khoảng 100 mg/kg). Nhiệt độ xử lý enzyme tối ưu là 45°C, cân bằng giữa hoạt tính enzyme và độ bền của Lycopene.

5. Điều kiện trích ly dung môi: Hỗn hợp dung môi hexan:ethanol:acetone (50:25:25 v/v) cho hiệu suất trích ly cao nhất, đạt 4.402 mg/kg từ vỏ cà chua, vượt trội so với hexan đơn lẻ (3.464 mg/kg). Tỷ lệ dung môi/paste cà chua tối ưu là 30-40/1 (ml/g). Nhiệt độ trích ly không vượt quá 60°C để tránh phá hủy Lycopene. Thời gian trích ly tối ưu là 2-4 giờ, tốc độ khuấy 250 vòng/phút.

6. Cô đặc và kết tinh: Cô đặc chân không ở nhiệt độ 40-55°C, áp suất 250-500 mbar giúp thu hồi Oleoresin giàu Lycopene với hiệu suất cao. Kết tinh Lycopene từ Oleoresin sử dụng dung môi ethyl acetate hoặc isopropyl acetate ở nhiệt độ 10°C, tốc độ khuấy 120 vòng/phút, thời gian 12 giờ cho tinh thể Lycopene tinh khiết. Sấy chân không ở 40-45°C, áp suất 200 mbar trong 90 phút giữ được hàm lượng Lycopene cao và độ ẩm thấp.

Thảo luận kết quả

Việc sử dụng hỗn hợp enzyme pectinase và cellulase giúp phá vỡ cấu trúc polysaccharide của thành tế bào cà chua, làm tăng khả năng thẩm thấu dung môi và giải phóng Lycopene. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế cho thấy enzyme pectinase có vai trò quan trọng trong trích ly các hoạt chất sinh học từ thực vật. Tỷ lệ nước thấp giúp giảm chi phí và tránh pha loãng dịch chiết, đồng thời giữ được hoạt tính enzyme.

Nồng độ enzyme quá cao gây phân hủy Lycopene do tiếp xúc lâu với môi trường xử lý, do đó cần cân bằng giữa hiệu quả thủy phân và bảo vệ hoạt chất. pH và nhiệt độ tối ưu đảm bảo enzyme hoạt động hiệu quả mà không làm mất hoạt tính Lycopene.

Hỗn hợp dung môi đa thành phần tận dụng tính hòa tan của từng dung môi, nâng cao hiệu suất trích ly so với dung môi đơn lẻ. Nhiệt độ và thời gian trích ly được kiểm soát để tránh phá hủy Lycopene do nhiệt và oxy hóa.

Quá trình cô đặc chân không và kết tinh giúp loại bỏ tạp chất, thu nhận tinh thể Lycopene tinh khiết, phù hợp cho ứng dụng trong thực phẩm chức năng và dược phẩm. Sấy chân không giữ được chất lượng sản phẩm nhờ giảm nhiệt độ và áp suất.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ ảnh hưởng của các yếu tố enzyme, pH, nồng độ enzyme, tỷ lệ dung môi, nhiệt độ trích ly đến hàm lượng Lycopene thu nhận, cũng như bảng so sánh hiệu suất trích ly và kết tinh dưới các điều kiện khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hỗn hợp enzyme pectinase và cellulase với nồng độ 0,3% trong xử lý nguyên liệu cà chua để tăng hiệu suất trích ly Lycopene, giảm số lần chiết và tiết kiệm chi phí sản xuất. Thời gian xử lý 45 phút, nhiệt độ 45°C, pH 4,5, tốc độ khuấy 150 vòng/phút. Chủ thể thực hiện: các nhà máy chế biến thực phẩm, doanh nghiệp công nghệ sinh học.

2. Sử dụng hỗn hợp dung môi hexan:ethanol:acetone (50:25:25 v/v) với tỷ lệ dung môi/paste cà chua 30-40/1 để trích ly Lycopene hiệu quả. Kiểm soát nhiệt độ trích ly không vượt quá 60°C, thời gian 2-4 giờ, tốc độ khuấy 250 vòng/phút. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm, nhà máy sản xuất chiết xuất thực phẩm chức năng.

3. Áp dụng công nghệ cô đặc chân không và kết tinh ở nhiệt độ thấp (40-55°C) và áp suất 250-500 mbar để thu hồi Oleoresin và tinh thể Lycopene tinh khiết, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm tổn thất hoạt chất. Chủ thể thực hiện: nhà máy sản xuất dược phẩm, thực phẩm chức năng.

4. Triển khai sấy chân không tinh thể Lycopene ở 40-45°C, áp suất 200 mbar trong 90 phút để giảm độ ẩm, tăng độ bền sản phẩm, phù hợp cho bảo quản và vận chuyển. Chủ thể thực hiện: các cơ sở sản xuất và bảo quản sản phẩm chiết xuất.

5. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển sản phẩm bổ sung Lycopene từ cà chua trong nước, tận dụng nguồn nguyên liệu dồi dào, góp phần nâng cao giá trị gia tăng và phát triển ngành công nghiệp thực phẩm chức năng Việt Nam trong vòng 3-5 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Sinh học, Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu chi tiết về quy trình trích ly, xử lý enzyme và các kỹ thuật cô đặc, kết tinh Lycopene từ nguyên liệu thực vật.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm: Áp dụng công nghệ trích ly và thu nhận Lycopene để phát triển sản phẩm bổ sung dinh dưỡng, chất chống oxy hóa, nâng cao giá trị sản phẩm.

3. Các cơ sở chế biến nông sản, đặc biệt là chế biến cà chua: Tối ưu hóa quy trình xử lý nguyên liệu, nâng cao hiệu suất thu hồi hoạt chất quý, giảm chi phí và tăng chất lượng sản phẩm.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách trong lĩnh vực nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm: Tham khảo để xây dựng các chương trình hỗ trợ phát triển công nghệ chế biến thực phẩm sạch, thân thiện môi trường và an toàn sức khỏe.

Câu hỏi thường gặp

1. Lycopene là gì và tại sao nó quan trọng?
   Lycopene là một carotenoid có khả năng chống oxy hóa mạnh, giúp bảo vệ cơ thể khỏi các bệnh mãn tính như ung thư và xơ vữa động mạch. Nó có nhiều trong cà chua và các sản phẩm chế biến từ cà chua.

2. Tại sao sử dụng enzyme trong quá trình trích ly Lycopene?
   Enzyme như pectinase và cellulase phá vỡ cấu trúc polysaccharide của thành tế bào thực vật, giúp giải phóng Lycopene dễ dàng hơn, tăng hiệu suất trích ly và giảm số lần chiết.

3. Dung môi nào hiệu quả nhất để trích ly Lycopene?
   Hỗn hợp dung môi hexan:ethanol:acetone (50:25:25 v/v) được chứng minh cho hiệu suất trích ly cao hơn so với dung môi đơn lẻ, nhờ tận dụng tính hòa tan đa dạng của từng thành phần.

4. Điều kiện nào là tối ưu cho quá trình xử lý enzyme?
   Nồng độ enzyme 0,3%, pH 4,5, nhiệt độ 45°C, thời gian 45 phút và tốc độ khuấy 150 vòng/phút là điều kiện tối ưu để đạt hiệu suất trích ly Lycopene cao nhất.

5. Làm thế nào để bảo quản sản phẩm chứa Lycopene sau khi thu nhận?
   Sử dụng phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp (40-45°C) và áp suất 200 mbar giúp giảm độ ẩm, giữ được hoạt tính Lycopene và tăng thời gian bảo quản sản phẩm.

Kết luận

• Hỗn hợp enzyme pectinase và cellulase với nồng độ 0,3% là lựa chọn tối ưu để xử lý nguyên liệu cà chua, nâng cao hiệu suất trích ly Lycopene lên đến 126,5 mg/kg.
• Hỗn hợp dung môi hexan:ethanol:acetone (50:25:25 v/v) và tỷ lệ dung môi/paste 30-40/1 cho hiệu quả trích ly cao, nhiệt độ trích ly không vượt quá 60°C để bảo vệ hoạt chất.
• Công nghệ cô đặc chân không và kết tinh ở nhiệt độ thấp giúp thu nhận Oleoresin và tinh thể Lycopene tinh khiết, phù hợp cho sản xuất thực phẩm chức năng.
• Sấy chân không tinh thể Lycopene ở 40-45°C, áp suất 200 mbar trong 90 phút giữ được chất lượng sản phẩm và giảm độ ẩm.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ sản xuất sản phẩm giàu Lycopene tại Việt Nam, góp phần nâng cao giá trị nông sản và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Next steps: Triển khai quy mô pilot, đánh giá kinh tế kỹ thuật và phát triển sản phẩm ứng dụng. Mời các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu hợp tác phát triển công nghệ.

Call to action: Liên hệ Viện Công nghiệp Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội để nhận tư vấn và hợp tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ trích ly Lycopene từ cà chua.