Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Quy Trình Tách Chiết Saponin Từ Đinh Lăng Và Ứng Dụng Trong Sản Xuất Đồ Uống

• Tác giả: Lương Thị Hoài Lê
• Người hướng dẫn: TS. Lê Văn Luận
• Trường học: Đại học Huế
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Tách Chiết Saponin Từ Đinh Lăng Và Ứng Dụng Trong Sản Xuất Đồ Uống
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Huế

I. Tách chiết saponin

Nghiên cứu tập trung vào quy trình tách chiết saponin từ cây đinh lăng, một loại thảo dược quý được mệnh danh là 'nhân sâm của người nghèo'. Quy trình này bao gồm việc khảo sát các bộ phận khác nhau của cây để xác định bộ phận có hàm lượng saponin cao nhất. Lá đinh lăng được chọn làm nguyên liệu chính do chứa hàm lượng saponin cao. Phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ 55°C trong 8 giờ được xác định là tối ưu để bảo toàn hàm lượng saponin và giá trị cảm quan. Quy trình tách chiết sử dụng dung môi ethanol 40%, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/12, và thời gian chiết 4 giờ ở 70°C bằng phương pháp khuấy trộn. Kết quả thu được dịch chiết với hàm lượng saponin đạt 1631 mg/L (3,27%).

1.1. Phương pháp sấy

Phương pháp sấy chân không ở 55°C trong 8 giờ được xác định là tối ưu để bảo toàn hàm lượng saponin và giá trị cảm quan của lá đinh lăng. Đây là bước quan trọng trong quy trình tách chiết để đảm bảo chất lượng nguyên liệu trước khi tiến hành chiết xuất.

1.2. Điều kiện tách chiết

Điều kiện tách chiết tối ưu bao gồm sử dụng dung môi ethanol 40%, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/12, và thời gian chiết 4 giờ ở 70°C bằng phương pháp khuấy trộn. Các yếu tố này đảm bảo hiệu quả cao trong việc thu nhận saponin từ lá đinh lăng.

II. Ứng dụng saponin trong sản xuất đồ uống

Nghiên cứu đề xuất ứng dụng saponin từ đinh lăng trong sản xuất đồ uống, tạo ra các sản phẩm có lợi cho sức khỏe. Các sản phẩm đồ uống được phát triển bao gồm nước uống đinh lăng không đường, có đường và bổ sung đường kiêng. Tỷ lệ 8 ml dịch cô đặc trong 100 ml thành phẩm được xác định là tối ưu cho nước uống không đường. Đối với nước uống có đường, tỷ lệ 5% đường saccharose và 0,03% acid citric được ưa chuộng nhất. Sản phẩm bổ sung đường kiêng sử dụng 15% isomalt. Các sản phẩm được đồng hóa ở áp suất 2000 psi và thanh trùng ở nhiệt độ 90-100°C trong 10 phút, đảm bảo chất lượng cảm quan và an toàn vệ sinh.

2.1. Công thức phối chế

Công thức phối chế cho nước uống đinh lăng không đường sử dụng 8 ml dịch cô đặc trong 100 ml thành phẩm. Đối với nước uống có đường, tỷ lệ 5% đường saccharose và 0,03% acid citric được ưa chuộng nhất. Sản phẩm bổ sung đường kiêng sử dụng 15% isomalt.

2.2. Quy trình sản xuất

Các sản phẩm đồ uống được đồng hóa ở áp suất 2000 psi và thanh trùng ở nhiệt độ 90-100°C trong 10 phút. Quy trình này đảm bảo chất lượng cảm quan và an toàn vệ sinh cho sản phẩm cuối cùng.

III. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu mang lại giá trị khoa học và thực tiễn cao. Về mặt khoa học, nghiên cứu xác định được thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của đinh lăng, đồng thời xây dựng được quy trình tách chiết saponin hiệu quả. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu tạo ra các sản phẩm đồ uống từ thảo dược giàu saponin, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về thực phẩm chức năng và đồ uống có lợi cho sức khỏe. Các sản phẩm này không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

3.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu xác định được thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của đinh lăng, đồng thời xây dựng được quy trình tách chiết saponin hiệu quả. Đây là cơ sở quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng của saponin trong công nghệ thực phẩm và y học.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu tạo ra các sản phẩm đồ uống từ thảo dược giàu saponin, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về thực phẩm chức năng và đồ uống có lợi cho sức khỏe. Các sản phẩm này không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

Tổng quan nghiên cứu

Đinh lăng (Polyscias fruticosa (L.) Harms) được biết đến như "nhân sâm của người nghèo" với nhiều công dụng quý trong y học dân gian và tiềm năng ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Theo khảo sát, lá đinh lăng chứa hàm lượng saponin cao nhất, đạt khoảng 6,13% so với thân và rễ lần lượt là 0,79% và 1,42%. Saponin là hợp chất có giá trị sinh học cao, có tác dụng tăng cường sức khỏe, chống oxy hóa và kháng khuẩn. Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng saponin từ đinh lăng hiện còn hạn chế, chủ yếu dựa trên kinh nghiệm truyền thống.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình tách chiết saponin từ lá đinh lăng trồng tại Đăk Lăk, đồng thời phát triển sản phẩm đồ uống giàu saponin đáp ứng yêu cầu chất lượng và thị hiếu người tiêu dùng. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 10/2018 đến tháng 4/2019, tại Trường Đại học Nông Lâm Huế và các phòng thí nghiệm liên quan. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao giá trị kinh tế của cây đinh lăng mà còn mở rộng ứng dụng hợp chất thiên nhiên trong ngành công nghệ thực phẩm, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất đồ uống chức năng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về:

• Hợp chất saponin: Phân loại saponin thành triterpenoid và steroid, đặc tính vật lý hóa học như khả năng tạo bọt, tính phá huyết, và tính nhũ hóa. Saponin có vai trò quan trọng trong dược lý và công nghệ thực phẩm.
• Quy trình sấy và chiết xuất: Bản chất quá trình sấy nhằm giảm độ ẩm nguyên liệu dưới 13% để bảo quản và tăng hiệu quả chiết xuất. Các phương pháp sấy như sấy đối lưu, sấy chân không được khảo sát để giữ hàm lượng saponin và giá trị cảm quan.
• Phương pháp chiết xuất: Trích ly rắn-lỏng sử dụng dung môi ethanol với các yếu tố ảnh hưởng như loại dung môi, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, nhiệt độ, thời gian và trạng thái nguyên liệu được phân tích chi tiết.
• Công nghệ sản xuất đồ uống: Áp dụng các kiến thức về đồng hóa, thanh trùng nhằm đảm bảo chất lượng cảm quan, vi sinh và hóa lý của sản phẩm nước uống giàu saponin.

Các khái niệm chính bao gồm: saponin, chiết xuất, sấy chân không, đồng hóa, thanh trùng, cảm quan thực phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là cây đinh lăng lá xẻ thu mua tại tỉnh Đăk Lăk. Nghiên cứu thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Huế và Trung tâm kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm Tây Nguyên.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lấy mẫu đinh lăng tươi, đồng nhất về kích thước, không bị hư hại, xử lý sơ bộ bằng ethanol để tiêu diệt men vi sinh.
• Phân tích thành phần hóa học: Xác định độ ẩm, lipid, tạp chất, hàm lượng saponin bằng phương pháp cân Namba và sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chiết xuất: Thay đổi phương pháp chiết (khuấy trộn, siêu âm, soxhlet...), dung môi (nước, ethanol 30-50%), tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (1/8 đến 1/12), nhiệt độ (40-70°C), thời gian (2-5 giờ), trạng thái nguyên liệu (lá nguyên, cắt nhỏ, bột).
• Phát triển công thức đồ uống: Khảo sát hàm lượng dịch chiết, đường saccharose, đường isomalt, acid citric, đánh giá cảm quan theo thang điểm 9 với 2 nhóm đối tượng (sinh viên và người trung niên).
• Khảo sát công đoạn đồng hóa và thanh trùng: Áp suất đồng hóa từ 1500 đến 2500 psi, nhiệt độ thanh trùng phù hợp với pH sản phẩm (90-100°C), thời gian thanh trùng 5-15 phút.
• Phân tích thống kê: Sử dụng ANOVA và kiểm định Turkey (p=0,05) trên phần mềm Minitab 18, xử lý số liệu bằng Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hàm lượng saponin cao nhất ở lá đinh lăng: Lá chứa 6,13% saponin, cao hơn nhiều so với thân (0,79%) và rễ (1,42%). Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây và cho thấy lá là nguyên liệu tối ưu để chiết xuất saponin.

2. Phương pháp sấy và nhiệt độ ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu: Sấy chân không ở 55°C trong 8 giờ giữ được hàm lượng saponin cao nhất (5,007%) và độ ẩm dưới 13%, vượt trội so với sấy đối lưu và phơi tự nhiên. Điều này đảm bảo nguyên liệu có chất lượng cảm quan tốt và hiệu quả chiết xuất cao.

3. Điều kiện chiết xuất tối ưu: Sử dụng dung môi ethanol 40%, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/12, nhiệt độ 70°C, thời gian 4 giờ, phương pháp khuấy trộn cho hiệu suất tách chiết saponin cao nhất. Dịch chiết thu được có hàm lượng saponin 1631 mg/L (3,27%).

4. Phát triển sản phẩm nước uống:

   • Nước uống không đường với tỷ lệ 8 ml dịch cô đặc/100 ml có chất lượng cảm quan tốt nhất.
   • Nước uống có đường phối trộn 5% saccharose và 0,03% acid citric được ưa chuộng nhất.
   • Nước uống bổ sung đường kiêng isomalt 15% phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng.
   • Áp suất đồng hóa 2000 psi và thanh trùng ở 90-100°C trong 10 phút đảm bảo chất lượng vi sinh và cảm quan sản phẩm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy lá đinh lăng là nguồn nguyên liệu giàu saponin nhất, phù hợp với mục tiêu khai thác hợp chất quý này. Việc lựa chọn sấy chân không giúp bảo toàn hoạt chất và giá trị cảm quan, đồng thời giảm thiểu tổn thất do nhiệt độ cao hoặc oxy hóa. Điều kiện chiết xuất ethanol 40% cân bằng giữa hiệu quả hòa tan và an toàn thực phẩm, phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp.

So sánh với các nghiên cứu trước, quy trình chiết xuất và sản xuất đồ uống được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm ổn định. Việc sử dụng đường saccharose và isomalt đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng, bao gồm cả nhóm cần kiểm soát đường huyết. Đồng hóa và thanh trùng được thiết kế phù hợp với đặc tính sản phẩm, đảm bảo an toàn vi sinh và giữ nguyên hương vị đặc trưng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng saponin, đồ thị so sánh hiệu suất chiết xuất theo dung môi và thời gian, cũng như bảng điểm đánh giá cảm quan các công thức nước uống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình sấy chân không ở 55°C trong 8 giờ để bảo quản nguyên liệu lá đinh lăng, đảm bảo hàm lượng saponin và chất lượng cảm quan, thực hiện ngay trong quy trình thu hoạch và chế biến nguyên liệu.

2. Sử dụng dung môi ethanol 40% với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/12, chiết khuấy trộn ở 70°C trong 4 giờ để tối ưu hóa hiệu suất tách chiết saponin, áp dụng trong quy trình sản xuất công nghiệp quy mô vừa và lớn.

3. Phát triển sản phẩm nước uống với công thức không đường, có đường saccharose 5% và acid citric 0,03%, hoặc đường kiêng isomalt 15% để đa dạng hóa sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trường và xu hướng tiêu dùng lành mạnh, triển khai trong vòng 6-12 tháng.

4. Thiết lập quy trình đồng hóa áp suất 2000 psi và thanh trùng ở 90-100°C trong 10 phút nhằm đảm bảo an toàn vi sinh và giữ nguyên hương vị đặc trưng, áp dụng trong khâu đóng gói và bảo quản sản phẩm.

5. Khuyến khích các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất thực phẩm chức năng nghiên cứu mở rộng ứng dụng saponin từ đinh lăng trong các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng và thực phẩm chức năng, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và quy trình thực nghiệm chi tiết về tách chiết saponin và phát triển sản phẩm đồ uống chức năng từ nguyên liệu thiên nhiên.

2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và đồ uống thảo dược: Tham khảo để áp dụng quy trình chiết xuất và công nghệ chế biến, phát triển sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu thị trường về sản phẩm tự nhiên, giàu hoạt chất sinh học.

3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trong việc xây dựng tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cho sản phẩm nước uống chức năng có nguồn gốc thảo dược.

4. Người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe và thực phẩm tự nhiên: Hiểu rõ về lợi ích của saponin từ đinh lăng và các sản phẩm nước uống giàu hoạt chất, từ đó lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng và phòng ngừa bệnh tật.

Câu hỏi thường gặp

1. Saponin là gì và tại sao lại quan trọng trong đinh lăng?
   Saponin là hợp chất thiên nhiên có khả năng tạo bọt, tính nhũ hóa và nhiều tác dụng sinh học như chống oxy hóa, kháng khuẩn, tăng cường miễn dịch. Trong đinh lăng, saponin là hoạt chất chính mang lại giá trị dược lý và dinh dưỡng.

2. Tại sao chọn lá đinh lăng làm nguyên liệu chiết xuất saponin?
   Lá đinh lăng chứa hàm lượng saponin cao nhất (6,13%) so với thân và rễ, đồng thời dễ thu hoạch quanh năm, giúp tối ưu hiệu quả chiết xuất và giảm chi phí nguyên liệu.

3. Phương pháp sấy nào giữ được hàm lượng saponin tốt nhất?
   Sấy chân không ở 55°C trong 8 giờ giữ được hàm lượng saponin cao nhất (5,007%) và độ ẩm dưới 13%, bảo toàn chất lượng nguyên liệu tốt hơn so với sấy đối lưu hay phơi tự nhiên.

4. Dung môi ethanol 40% có ưu điểm gì trong chiết xuất saponin?
   Ethanol 40% có tính hòa tan tốt với saponin, an toàn cho thực phẩm, dễ loại bỏ sau chiết xuất và giúp thu được dịch chiết có hàm lượng saponin cao (1631 mg/L).

5. Làm thế nào để đảm bảo chất lượng và an toàn của sản phẩm nước uống đinh lăng?
   Áp dụng đồng hóa ở áp suất 2000 psi giúp đồng nhất sản phẩm, kết hợp thanh trùng ở 90-100°C trong 10 phút tiêu diệt vi sinh vật gây hại, đồng thời giữ nguyên hương vị và hoạt chất trong sản phẩm.

Kết luận

• Lá đinh lăng là bộ phận giàu saponin nhất, thích hợp làm nguyên liệu chiết xuất hoạt chất quý.
• Sấy chân không ở 55°C trong 8 giờ là phương pháp tối ưu để bảo quản nguyên liệu với hàm lượng saponin cao và độ ẩm thích hợp.
• Quy trình chiết xuất sử dụng ethanol 40%, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/12, nhiệt độ 70°C, thời gian 4 giờ cho hiệu suất cao.
• Sản phẩm nước uống đinh lăng được phát triển với các công thức không đường, có đường saccharose và đường kiêng isomalt, đáp ứng yêu cầu cảm quan và an toàn vi sinh.
• Các bước tiếp theo gồm mở rộng quy mô sản xuất, nghiên cứu bảo quản lâu dài và đa dạng hóa sản phẩm để đáp ứng thị trường.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp áp dụng quy trình này để phát triển sản phẩm nước uống chức năng từ đinh lăng, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.