Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Cám gạo Cám gạo là phụ phẩm chính thu được sau khi xay xát lúa gạo và thường chiếm 10% trọng lượng hạt lúa. Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm. Cám có màu sáng và mùi thơm đặc trưng. Cám gạo chứa hầu hết lượng dầu và phần lớn lượng đạm, khoáng, vitamin, chất xơ tiêu hóa.
Trong đó, lipid chiếm 18%, protein 12%, glucid 40%, chất xơ 7% cùng nhiều khoáng, vitamin E, oryzanol…1 Hình 1.1: Cấu tạo của hạt lúa gạo Tình hình khai thác, chế biến cám gạo Theo số liệu thống kê, sản lượng lúa gạo toàn thế giới đạt gần 650 triệu tấn vào năm 2008, tức có khoảng 65 triệu tấn cám gạo. Ở Việt Nam, vào giai đoạn 2011/2012 có khoảng 42 triệu tấn lúa gạo, tức có hơn 4 triệu tấn cám gạo được tạo ra từ hoạt động xay xát lúa gạo. Cám gạo có hàm lượng các chất dinh dưỡng, và các chất có hoạt chất sinh học cao. Tuy nhiên, ở nước ta, phần lớn cám gạo được dùng làm thức ăn gia súc.
Mặc dù vậy, cám được sử dụng cho chăn nuôi vẫn chưa được xử lí hiệu quả. Bởi vì, trong cám gạo có enzyme lipase hoạt động rất mạnh, gây thủy phân, oxy hóa chất 2 béo, làm giảm giá trị dinh dưỡng của cám, nên cám không tồn trữ được lâu. Nếu tách dầu trong cám nhanh chóng khi cám vừa mới xay xát sẽ làm cám lâu hư, ổn định các thành phần dinh dưỡng trong cám, nâng cao hiệu quả kinh tế trong chăn nuôi, đặc biệt phần dầu cám tách ra có giá trị cao. Nhưng hiện chỉ có một lượng nhỏ cám được dùng để chế biến, cả nước chỉ có hai doanh nghiệp tại ĐBSCL gồm Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam (Cần Thơ) và Công ty TNHH Dầu ăn Uni-Bran (Tiền Giang) sử dụng nguồn nguyên liệu cám gạo để trích ly dầu, tạo ra hai sản phẩm là dầu cám và bột cám tách béo giàu protein.
Với sản lượng cám đưa vào chế biến còn khá thấp, đạt 300. Do đó, lượng bã cám gạo giá cao đã trích ly dầu phải nhập vào năm 2013 là 1 triệu tấn để phục vụ cho ngành chăn nuôi. Cám gạo có giá trị dinh dưỡng cao, nhiều hợp chất sinh học quí, nhưng hiện nay chưa được khai thác hiệu quả. Để nâng cao giá trị cho phụ phẩm cám gạo, đã có nhiều tác giả nghiên cứu chiết tách dầu, protein, xơ trong cám.
Kết quả cho thấy, đã tận thu được những chất dinh dưỡng trong cám, hạn chế xử lý phụ phẩm, giảm chi phí đầu tư xử lý ô nhiễm môi trường.2 Dầu cám gạo Dầu cám gạo là dầu béo được chiết tách từ cám. Nó có giá trị cao bởi nó đáp ứng cả yêu cầu về dinh dưỡng lẫn có tác dụng tốt đến sức khỏe. Dầu cám thô có chứa 4,2% chất không xà phòng hóa trong tổng hàm lượng chất khô của dầu, trong đó bao gồm chất chống oxy hóa và vi chất dinh dưỡng. Trong khi đó, các loại dầu khác có nồng độ các hợp chất không xà phòng hóa dưới 1-2%.
Thành phần các chất không xà phòng hóa gồm: tocopherol, tocotrienol, -oryzanol, phytosterol, polyphenol và squalene. Nhiều nghiên cứu cho thấy dầu cám gạo làm giảm cholesterol xấu mà không làm giảm cholesterol tốt trong đó oryzanol được chứng minh là tác nhân chính làm giảm cholesterol, đồng thời oryzanol và tocotrienol là chất chống oxy hóa mạnh, được cho là có tác dụng chống ung thư. Hơn nữa, dầu cám rất cân bằng về thành phần các acid béo, chứa 47% acid béo không bão hòa 3 đơn, 33% acid béo không bão hòa đa và 20% acid béo bão hòa. Do đó, nó bền với nhiệt hơn các loại dầu thực vật khác với điểm bốc khói cao (2540C), nhờ sự cân đối giữa các thành phần acid linoleic và acid oleic, rất ít acid linolenic, và chứa lượng lớn các chất chống oxy hóa tự nhiên (tocopherol, tocotrienol…).
Bên cạnh đó, dầu cám có hương vị nhẹ, độ nhớt thấp, nên phù hợp để chế biến thức ăn, ít hấp thụ vào thức ăn trong quá trình chế biến từ đó làm giảm lượng calo tổng 2. Thành phần hóa học dầu cám thô bị ảnh hưởng bởi các quá trình lưu trữ, xử lý cũng như khai thác.1: Thành phần hóa học của dầu cám gạo thô (%) 3. Thành phần Hàm lượng (% chất khô) Chất béo xà phòng hoá 95 Chất béo trung tính 85 Glycolipids 6 Phospholipids 4 Chất béo không xà phòng hóa 4,2 Sterols 1,8 4-Methyl Sterols 0,4 Triterpene alcohols 1,2 Hợp chất ít phân cực 0,8 Squalene 0,12 Tocopherols 0,04 Tocotrienols 0,07 4 1.1 Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong dầu cám Dầu cám thô thương phẩm được chiết xuất bằng dung môi n-hexane, thường chứa 3-4% sáp và khoảng 4,2% chất béo không xà phòng hóa. Trong số các chất không xà phòng hóa có 43% sterol (campesterol và β- sitosterol và stigmasterol); 28% triterpene alcohol (cycloartenol, 24-methylene- cycloartanol, cycloartanol); 10% 4-methyl sterol và một số hợp chất phân cực kém khác (squalene, tocopherol, tocotrienol): 19%.
Các sterol có nguồn gốc thực vật từ lâu được biết đến như tác nhân làm giảm hấp thu cholesterol do nó cạnh tranh với cholesterol trong việc tạo mixen vận chuyển qua thành ruột. Hầu hết các sterol thực vật đều được hấp thụ kém, 3gam β- sitosterol mỗi ngày trong chế độ dinh dưỡng sẽ làm giảm hấp thu cholesterol lên đến 50%. Trong dầu cám, hàm lượng tocopherol và tocotrienol không nhiều hơn trong các loại dầu thực vật khác. Tuy nhiên, tác dụng chống oxy hóa tuyệt vời của dầu cám không chỉ do tocopherol và tocotrienol mà còn do các ester của acid ferulic, hỗn hợp các ester này được gọi là oryzanol (hay gamma oryzanol), chủ yếu là cycloartenyl ferulate, 24-methylene cycloartanyl ferulate và campesteryl ferulate là 3 thành phần chính và chiếm 80% hàm lượng hợp chất oryzanol 4.
Oryzanol có khoảng 1-2% trong dầu cám gạo thô, rất bền với nhiệt, và không khí. Oryzanol không bị mất đi khi xử lý ở nhiệt độ 1200C, trong thời gian 30 phút có tiếp xúc với không khí, sau đó tồn trữ ở nhiệt độ 400C, trong 12 ngày 5. Oryzanol cũng mất không đáng kể trong quá trình loại acid béo tự do (FFA) và khử mùi dầu cám ở nhiệt độ 255oC, 3mbar trong 60 phút 6. 5 Cycloartenyl ferulate 24- methylenecycloartanyl ferulate Campesteryl ferulate Hình 1.2: Công thức cấu tạo của các thành phần chính trong hợp chất -oryzanol 6 1.2 Dược tính của oryzanol 1.1 Tác dụng chống oxy hóa Oryzanol trong dầu cám là một chất chống oxy hóa mạnh.
Gamma oryzanol là hỗn hợp các este của acid ferulic với các sterol và triterpene alcohol, do đó khả năng chống oxy hóa của oryzanol là nhờ vào cấu trúc acid ferulic. Acid ferulic là một chất chống oxy hóa có bản chất là phenol có tác dụng chống oxy hóa bằng cách nhường hydro từ nhóm hydroxyl phenolic của nó, làm ức chế quá trình peroxide lipid. Ngoài ra, acid ferulic còn có tác dụng bắt gốc tự do tương tự như superoxide dismutase 7. Cả tocopherol, tocotrienol, và các thành phần oryzanol từ cám gạo đều có khả năng chống oxy hóa cholesterol, trong đó, hoạt tính chống oxy hóa mạnh nhất là 24-methylenecycloartanyl ferulate.
Cả ba thành phần oryzanol (cycloartenyl ferulate, 24-methylenecycloartanyl ferulate và campesteryl ferulate) đều có khả năng chống oxy hóa mạnh hơn bốn thành phần vitamin E (α-tocopherol, α- tocotrinol, -tocopherol, -tocotrinol) 8.2 Tác dụng làm giảm cholesterol Oryzanol làm giảm lipid trong máu, giảm LDL cholesterol, và tăng HDL cholesterol, ngăn ngừa xơ vữa động mạch. Bổ sung oryzanol trong chế độ ăn được chứng minh là rất hiệu quả trong điều trị bệnh hypocholesterol 9-10-11. Cơ chế của việc làm giảm cholesterol bởi oryzanol là ức chế sự hấp thu cholesterol vào máu, tăng cường bài tiết cholesterol và các sản phẩm chuyển hóa của nó ra phân 12. Do tác động của các enzyme tiêu hóa, oryzanol bị phân cắt thành acid ferulic tự do và các sterol.
Acid ferulic hoạt động như một chất chống oxy hóa trong huyết tương và sterol tự do ức chế sự hấp thu cholesterol trong ruột (do có cấu trúc gần giống với cholesterol), do đó làm giảm mức cholesterol trong máu 13. 7 Ngoài ra, khi bổ sung oryzanol vào một chế độ ăn có hàm lượng cholesterol cao, nó cũng ức chế sự tạo thành những cục máu đông, ngăn ngừa đau tim và đột quỵ 14.3 Tác động lên cơ bắp Gamma oryzanol làm tăng tiết endorphin và hỗ trợ phát triển cơ bắp 15-16. Thành phần steroid trong oryzanol tăng tổng hợp hormone steroid, tăng tổng hợp protein, thúc đẩy tăng trưởng cơ bắp và phân chia tế bào. Từ đó, làm tăng kích thước xương, tăng trọng lượng cơ, tăng kích thước sợi cơ.
Giúp vận động viên tăng thêm sức mạnh, cho phép vận động viên luyện tập lâu hơn và nặng hơn. Những phát hiện này đã tạo ra mối quan tâm trong việc sử dụng gamma oryzanol như một chất bổ sung cho vận động viên thể thao.4 Tác dụng chống ung thư Nghiên cứu trên chuột cho thấy, sitosterol ferulate, cycloartenyl ferulate, 24- methy cholesterol ferulate, 24-methylenecycloartanol ferulate ức chế rõ rệt tình trạng viêm TPA. Cycloartenyl ferulate ức chế sự phát triển của khối u hiệu quả. Sugano và cộng sự đã nghiên cứu lợi ích của oryzanol đến sức khỏe và chống ung thư 17.5 Một số tác dụng khác Oryzanol có vai trò bảo vệ và làm trắng da.
Vì có cấu trúc của axit ferulic tương tự như tyrosine và được cho là ức chế sự hình thành melanin thông qua ức chế cạnh tranh với tyrosine. Ngoài ra, nó hấp thụ mạnh bước sóng tia cực tím, do đó, nó được sử dụng như tác nhân chống nắng 19. Acid ferulic và este của nó kích thích mọc tóc, ngăn ngừa lão hoá da, làm giảm nếp nhăn ở phụ nữ lớn tuổi 20. Lông mày, lông mi và vùng da xung quanh được bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa bởi việc sử dụng hợp chất chứa oryzanol 21.3 Các phương pháp để khai thác dầu cám gạo Có nhiều phương pháp để khai thác chất béo từ cám gạo.
Với phương pháp ép cơ học gồm có 5 công đoạn: làm sạch, gia nhiệt ẩm, ép, lắng, lọc. Sản phẩm dầu cám thô có màu nâu đen hay xanh đen, có mùi cám đặc trưng. Hiệu suất thu hồi dầu đạt 8,5-9,5%, chỉ số acid trong dầu là 10mg KOH/g- 15mg KOH/g 23. Phương pháp trích ly bằng dung môi, gồm 5 công đoạn: làm sạch, tạo hạt, chưng sấy, trích ly bằng dung môi hexane, chưng cất.
Sản phẩm dầu cám thô có màu vàng thẫm, hiệu suất thu hồi dầu là 95-98%, có chỉ số acid là 10mg KOH/g- 100mg KOH/g 24. Quá trình trích ly bằng dung môi có hiệu suất cao. Nhưng dầu thô còn chứa nhiều tạp chất: acid béo tự do, sáp, các chất không xà phòng hóa…, do đó cần phải tinh chế lại.