Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thu nhận chất thải kháng oxy hóa từ hạt thanh long Hylocereus undatus

• Tác giả: Nguyễn Xuân Nam
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Đại Nghiệp
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống
• Đề tài: Nghiên cứu thu nhận chất kháng oxy hóa từ hạt thanh long Hylocereus undatus
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Cơ sở khoa học, tính thực tiễn và ý nghĩa của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tổng quan về nguyên liệu Thanh long
• 2.2. Tổng quan về chất béo
• 2.3. Tổng quan về acid linoleic
• 2.4. Kỹ thuật sản xuất dầu thực vật
• 2.5. Các công trình nghiên cứu trước đây
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Khảo sát tỷ lệ các phần của quả Thanh long
• 3.2. Khảo sát thành phần hạt Thanh long
• 3.3. Khảo sát khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết hạt Thanh long
• 3.4. Khảo sát quá trình trích ly dầu từ hạt Thanh long
• 3.5. Xác định thành phần các acid béo trong dầu
• 3.6. Tinh luyện dầu
• 3.7. Một số chỉ số cơ bản của dầu tinh luyện
• 3.8. Xác định khả năng kháng oxy hóa của dầu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Tỷ lệ các phần của quả Thanh long
• 4.2. Thành phần của hạt Thanh long
• 4.3. Khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết hạt Thanh long
• 4.4. Quá trình trích ly dầu từ hạt Thanh long
• 4.5. Thành phần các acid béo trong dầu
• 4.6. Một số chỉ số cơ bản của dầu tinh luyện
• 4.7. Khả năng kháng oxy hóa của dầu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu thu nhận chất thải kháng oxy hóa từ hạt thanh long (Hylocereus undatus) được thực hiện nhằm mục đích khai thác nguồn nguyên liệu từ thanh long, một loại trái cây phổ biến tại Việt Nam. Thanh long không chỉ là một nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng mà còn chứa nhiều hợp chất có khả năng kháng oxy hóa. Việc tận dụng hạt thanh long như một nguồn nguyên liệu không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm. Theo một số nghiên cứu trước đây, hàm lượng chất kháng oxy hóa trong hạt thanh long rất cao, điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng từ hạt thanh long.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là thu nhận chất kháng oxy hóa từ hạt thanh long thông qua các phương pháp trích ly khác nhau. Nghiên cứu này sẽ khảo sát tỷ lệ các phần của quả, thành phần hóa học của hạt, khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết từ hạt, cũng như quy trình trích ly và tinh luyện dầu từ hạt thanh long. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thông tin quan trọng về khả năng ứng dụng của hạt thanh long trong ngành công nghiệp thực phẩm và bảo vệ sức khỏe.

II. Tổng quan về hạt thanh long

Hạt thanh long (Hylocereus undatus) chứa nhiều hợp chất có giá trị dinh dưỡng và kháng oxy hóa. Thành phần dinh dưỡng trong hạt bao gồm protein, chất béo và các hợp chất phenolic. Nghiên cứu cho thấy tổng hàm lượng phenolic trong dịch chiết từ hạt thanh long đạt khoảng 37,2 mg GAE/100g mẫu, cho thấy tiềm năng của hạt trong việc sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng. Các hợp chất phenolic không chỉ có tác dụng kháng oxy hóa mà còn có khả năng bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do gốc tự do. Điều này khẳng định giá trị của hạt thanh long như một nguồn nguyên liệu quý giá trong chế biến thực phẩm.

2.1. Thành phần dinh dưỡng của hạt

Hạt thanh long chứa nhiều chất dinh dưỡng như protein thô (25,02%), chất béo (28,8%) và các hợp chất phenolic. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng chất kháng oxy hóa trong hạt thanh long có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm thực phẩm mới. Việc xác định thành phần dinh dưỡng không chỉ giúp hiểu rõ hơn về giá trị của hạt thanh long mà còn mở ra hướng đi mới trong việc chế biến thực phẩm từ nguồn nguyên liệu này. Sự hiện diện của các hợp chất phenolic và flavonoid trong hạt thanh long là yếu tố quan trọng cần được khai thác.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong thu nhận chất kháng oxy hóa từ hạt thanh long bao gồm khảo sát tỷ lệ các phần của quả, xác định thành phần hóa học của hạt, và khảo sát khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết. Các phương pháp trích ly như ép, ngâm chiết và Soxhlet được sử dụng để thu nhận dầu từ hạt thanh long. Kết quả cho thấy hiệu suất thu nhận dầu tăng dần theo từng phương pháp, với phương pháp Soxhlet cho hiệu suất cao nhất đạt 27,23%. Điều này chứng tỏ rằng phương pháp trích ly đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình thu nhận chất kháng oxy hóa.

3.1. Các phương pháp trích ly

Nghiên cứu đã áp dụng ba phương pháp trích ly khác nhau để thu nhận dầu từ hạt thanh long. Phương pháp ép cho hiệu suất thu nhận thấp nhất (10,70%), trong khi phương pháp ngâm chiết và Soxhlet cho hiệu suất cao hơn. Đặc biệt, phương pháp Soxhlet cho thấy khả năng thu nhận tối ưu các hợp chất kháng oxy hóa từ hạt, điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển quy trình sản xuất dầu có giá trị dinh dưỡng cao từ hạt thanh long. Việc nghiên cứu và cải thiện các phương pháp trích ly sẽ giúp tăng cường khả năng ứng dụng của hạt thanh long trong ngành công nghiệp thực phẩm.

IV. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ các phần của quả thanh long, trong đó phần hạt chiếm 1,39%. Tổng hàm lượng chất kháng oxy hóa trong dịch chiết từ hạt thanh long đạt 39,5% đối với dịch chiết ethanol. Các chỉ số cơ bản của dầu từ hạt thanh long cho thấy khả năng kháng oxy hóa tốt, với chỉ số acid là 0,25 mg KOH/g và chỉ số peroxyt là 5,16 meq/kg. Những kết quả này không chỉ khẳng định giá trị dinh dưỡng của hạt thanh long mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các sản phẩm từ hạt thanh long nhằm phục vụ nhu cầu tiêu dùng và bảo vệ sức khỏe.

4.1. Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả thu nhận chất kháng oxy hóa từ hạt thanh long cho thấy tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng. Việc sử dụng hạt thanh long không chỉ giúp giảm thiểu chất thải mà còn góp phần vào việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là trong việc phát triển các sản phẩm dầu có chứa các hợp chất có lợi cho sức khỏe. Điều này khẳng định rằng hạt thanh long là một nguồn nguyên liệu quý giá cần được khai thác và phát triển.

Tổng quan nghiên cứu

Thanh long (Hylocereus undatus) là loại quả nhiệt đới được trồng phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt ở các tỉnh Bình Thuận, Tiền Giang và Long An với diện tích trồng ước tính khoảng 4.000 ha. Tỷ lệ các phần của quả Thanh long gồm vỏ chiếm 39,67%, thịt quả 58,94% và hạt 1,39%. Hạt Thanh long chứa hàm lượng protein thô 25,02%, chất béo 28,8% và các hợp chất phenolic, flavonoid có khả năng kháng oxy hóa cao. Tổng hàm lượng phenolic trong dịch chiết từ hạt bằng nước và ethanol lần lượt là 37,2 và 36,3 mg GAE/100g mẫu, trong khi tổng flavonoid là 21,1 và 47,5 mg CAE/100g mẫu. Khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết hạt cũng được ghi nhận ở mức 23,4% (nước) và 39,5% (ethanol).

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát thành phần hạt Thanh long, đánh giá khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết và dầu từ hạt, đồng thời tối ưu hóa quy trình trích ly dầu chứa các hợp chất kháng oxy hóa từ hạt Thanh long. Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2012 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM, nhằm tận dụng phế liệu từ ngành công nghệ thực phẩm, nâng cao giá trị sản phẩm và chứng minh tiềm năng sức khỏe của Thanh long.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển sản phẩm dầu thực vật giàu acid béo không no và chất chống oxy hóa, góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ Thanh long, đồng thời hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp chế biến thực phẩm tại Việt Nam.

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:

• Lipid và acid béo: Lipid là nhóm hợp chất không tan trong nước, gồm triglycerid, phospholipid, sterol. Acid béo là thành phần chính của lipid, gồm acid béo bão hòa và không bão hòa. Acid linoleic (C18:2, omega-6) là acid béo thiết yếu, có vai trò quan trọng trong sinh học và sức khỏe con người, đặc biệt trong phòng chống ung thư, viêm da và tiểu đường.

• Khả năng kháng oxy hóa: Được đánh giá qua tổng hàm lượng phenolic, flavonoid và khả năng bắt gốc tự do DPPH. Các hợp chất này giúp ngăn ngừa quá trình oxy hóa, bảo vệ tế bào khỏi tổn thương.

• Kỹ thuật trích ly dầu thực vật: Bao gồm phương pháp ép cơ học, ngâm chiết dung môi và Soxhlet. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng về hiệu suất và chất lượng dầu thu được.

• Tinh luyện dầu: Quá trình loại bỏ tạp chất như photpholipid, sáp, acid béo tự do nhằm nâng cao chất lượng dầu, bao gồm các bước xử lý sơ bộ, thủy hóa, trung hòa, rửa và sấy.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Hạt Thanh long ruột trắng Phan Thiết được thu thập và xử lý tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM.

• Khảo sát tỷ lệ các phần quả: Tách riêng vỏ, thịt và hạt, cân trọng lượng tươi của 10 mẫu đại diện.

• Xác định thành phần hạt: Hàm lượng protein thô (phương pháp Micro-Kjeldahl), chất béo (Soxhlet), độ tro, đường tổng và đường khử.

• Khả năng kháng oxy hóa: Dịch chiết hạt được chuẩn bị bằng dung môi nước và ethanol 50%, đánh giá tổng phenolic (phương pháp Folin-Ciocalteu), tổng flavonoid (phương pháp sử dụng catechin chuẩn) và khả năng bắt gốc tự do DPPH.

• Khảo sát trích ly dầu: So sánh ba phương pháp ép cơ học, ngâm chiết và Soxhlet với các dung môi ether dầu hỏa, n-hexan và diethyl ether. Các thông số như tỷ lệ nguyên liệu:dung môi, thời gian ngâm, tốc độ lắc được điều chỉnh để tối ưu hiệu suất.

• Phân tích acid béo: Dầu thu được được phân tích bằng sắc ký khí (GC) để xác định thành phần acid béo.

• Tinh luyện dầu: Thực hiện các bước xử lý sơ bộ, thủy hóa, trung hòa, rửa và sấy theo quy trình chuẩn nhằm loại bỏ tạp chất và nâng cao chất lượng dầu.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2012, bao gồm các giai đoạn thu thập mẫu, phân tích thành phần, thử nghiệm trích ly và tinh luyện dầu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ các phần của quả Thanh long: Vỏ chiếm 39,67%, thịt quả 58,94%, hạt 1,39% theo trọng lượng tươi. Đây là cơ sở để xác định lượng nguyên liệu hạt có thể thu nhận từ quả.

2. Thành phần hạt Thanh long: Protein thô chiếm 25,02%, chất béo 28,8%, độ tro thấp, cho thấy hạt có giá trị dinh dưỡng cao và tiềm năng làm nguyên liệu trích ly dầu.

3. Khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết hạt: Tổng phenolic trong dịch chiết nước và ethanol lần lượt là 37,2 và 36,3 mg GAE/100g mẫu; tổng flavonoid là 21,1 và 47,5 mg CAE/100g mẫu. Khả năng bắt gốc tự do DPPH đạt 23,4% (nước) và 39,5% (ethanol), cho thấy dịch chiết ethanol có hoạt tính kháng oxy hóa mạnh hơn.

4. Hiệu suất trích ly dầu: Phương pháp ép cơ học thu được 10,70%, ngâm chiết 23,97%, Soxhlet 27,23%. Soxhlet cho hiệu suất cao nhất nhưng thời gian và chi phí cũng lớn hơn.

5. Thành phần acid béo trong dầu hạt: Chủ yếu là acid linoleic (45,89%), acid oleic và các acid béo không no khác, phù hợp với tiêu chuẩn dầu thực vật giàu acid béo không no.

6. Chỉ số cơ bản của dầu tinh luyện: Chỉ số acid 0,25 mg KOH/g, chỉ số iod 105 g Iod/100g, chỉ số peroxide 5,16 meq/kg, chỉ số xà phòng hóa 193 mg KOH/g, chỉ số este 192,75 mg KOH/g. Các chỉ số này nằm trong giới hạn cho phép, chứng tỏ dầu có chất lượng tốt.

7. Khả năng kháng oxy hóa của dầu: Trong điều kiện tăng tốc, chỉ số acid và peroxide chỉ tăng lần lượt 0,87% và 1,12%, cho thấy dầu có khả năng chống oxy hóa tốt, ổn định trong quá trình bảo quản.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất trích ly dầu tăng dần từ ép cơ học đến Soxhlet phản ánh sự khác biệt về nguyên lý và điều kiện trích ly. Soxhlet sử dụng dung môi hữu cơ và nhiệt độ cao giúp chiết xuất triệt để hơn nhưng có thể ảnh hưởng đến chất lượng dầu nếu không kiểm soát tốt. Dịch chiết ethanol có hoạt tính kháng oxy hóa cao hơn dịch chiết nước do khả năng hòa tan các hợp chất phenolic và flavonoid tốt hơn.

Thành phần acid béo chủ yếu là acid linoleic, một acid béo thiết yếu có nhiều lợi ích sức khỏe như phòng chống ung thư, viêm da và hỗ trợ điều trị tiểu đường. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về dầu hạt Thanh long và các loại dầu thực vật giàu acid béo không no.

Chỉ số peroxide và acid thấp cho thấy dầu tinh luyện có độ ổn định cao, phù hợp cho sử dụng thực phẩm và dược phẩm. Khả năng kháng oxy hóa của dầu giúp kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu suất trích ly dầu theo phương pháp, bảng thành phần acid béo và biểu đồ thay đổi chỉ số peroxide theo thời gian bảo quản để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng phương pháp trích ly Soxhlet hoặc ngâm chiết với dung môi ethanol 50% để tối ưu hiệu suất thu nhận dầu và giữ nguyên hoạt tính kháng oxy hóa, nhằm nâng cao giá trị sản phẩm dầu hạt Thanh long trong vòng 6 tháng tới, do các cơ sở chế biến thực phẩm thực hiện.

2. Phát triển quy trình tinh luyện dầu chuẩn hóa bao gồm các bước xử lý sơ bộ, thủy hóa, trung hòa và rửa nhằm loại bỏ tạp chất, đảm bảo chỉ số acid và peroxide thấp, nâng cao chất lượng dầu phục vụ thị trường thực phẩm và mỹ phẩm trong 1 năm tới, do các nhà sản xuất dầu thực vật thực hiện.

3. Khuyến khích nghiên cứu ứng dụng dầu hạt Thanh long trong ngành dược phẩm và mỹ phẩm dựa trên thành phần acid linoleic và khả năng kháng oxy hóa, nhằm phát triển các sản phẩm chăm sóc da và hỗ trợ điều trị bệnh trong vòng 2 năm, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp hợp tác.

4. Tăng cường thu gom và tận dụng phế liệu hạt Thanh long từ các nhà máy chế biến quả tươi để giảm lãng phí và tạo nguồn nguyên liệu ổn định cho sản xuất dầu, với mục tiêu tăng tỷ lệ sử dụng phế liệu lên 80% trong 3 năm tới, do các doanh nghiệp chế biến và hợp tác xã nông nghiệp phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu chi tiết về thành phần hạt Thanh long, phương pháp trích ly dầu và đánh giá khả năng kháng oxy hóa, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

2. Doanh nghiệp chế biến thực phẩm và dầu thực vật: Tham khảo quy trình trích ly và tinh luyện dầu hạt Thanh long để ứng dụng sản xuất dầu thực vật chất lượng cao, đa dạng hóa sản phẩm.

3. Ngành công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm: Tận dụng thành phần acid linoleic và hoạt tính kháng oxy hóa của dầu hạt Thanh long để phát triển sản phẩm chăm sóc da, hỗ trợ điều trị các bệnh liên quan đến da và chuyển hóa.

4. Các cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách khuyến khích tận dụng phế liệu nông sản, nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững ngành Thanh long.

Câu hỏi thường gặp

1. Dầu hạt Thanh long có thành phần acid béo chính là gì?
   Dầu hạt Thanh long chủ yếu chứa acid linoleic (khoảng 45,89%), một acid béo không no thiết yếu có nhiều lợi ích sức khỏe như chống viêm và hỗ trợ điều trị tiểu đường.

2. Phương pháp trích ly dầu nào cho hiệu suất cao nhất?
   Phương pháp Soxhlet cho hiệu suất trích ly dầu cao nhất (27,23%), tiếp theo là ngâm chiết (23,97%) và ép cơ học (10,70%), tuy nhiên Soxhlet tốn thời gian và chi phí hơn.

3. Khả năng kháng oxy hóa của dầu hạt Thanh long được đánh giá như thế nào?
   Dầu hạt Thanh long có khả năng kháng oxy hóa tốt, chỉ số acid và peroxide tăng rất ít trong điều kiện tăng tốc, chứng tỏ dầu ổn định và có thể bảo quản lâu dài.

4. Tại sao cần tinh luyện dầu sau khi trích ly?
   Tinh luyện giúp loại bỏ tạp chất như photpholipid, sáp, acid béo tự do, cải thiện chất lượng dầu, đảm bảo an toàn thực phẩm và tăng thời gian bảo quản.

5. Dịch chiết hạt Thanh long bằng dung môi nào có hoạt tính kháng oxy hóa cao hơn?
   Dịch chiết bằng ethanol 50% có tổng flavonoid và khả năng bắt gốc tự do DPPH cao hơn dịch chiết bằng nước, do ethanol hòa tan tốt hơn các hợp chất phenolic và flavonoid.

Kết luận

• Tỷ lệ các phần của quả Thanh long gồm vỏ 39,67%, thịt 58,94%, hạt 1,39%, hạt chứa hàm lượng protein và chất béo cao.
• Dịch chiết hạt Thanh long có hoạt tính kháng oxy hóa đáng kể, đặc biệt khi sử dụng dung môi ethanol 50%.
• Phương pháp trích ly Soxhlet và ngâm chiết cho hiệu suất dầu cao, dầu chứa chủ yếu acid linoleic có lợi cho sức khỏe.
• Dầu tinh luyện có chỉ số acid và peroxide thấp, ổn định trong quá trình bảo quản, phù hợp ứng dụng thực phẩm và mỹ phẩm.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm dầu thực vật từ phế liệu hạt Thanh long, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và bảo vệ môi trường.

Tiếp theo, cần triển khai ứng dụng quy trình trích ly và tinh luyện dầu trong sản xuất công nghiệp, đồng thời nghiên cứu sâu hơn về tính năng sinh học của dầu trong chăm sóc sức khỏe. Mời các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp liên hệ để hợp tác phát triển sản phẩm từ nguồn nguyên liệu tiềm năng này.