Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm ứng dụng phương pháp trích ly bằng co2 siêu tới hạn để trích ly betacarotene và lycopene từ bột gấc

Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm nghiên cứu ứng dụng CO2 siêu tới hạn trích ly betacarotene và lycopene từ bột gấc, hiệu quả cao.

• Tác giả: Dương Thị Phương Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Kim Phụng
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và Đồ uống
• Đề tài: Ứng Dụng CO2 Siêu Tới Hạn Trích Ly Betacarotene Và Lycopene Từ Bột Gấc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. CO2 siêu tới hạn

CO2 siêu tới hạn là một phương pháp trích ly hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm. Phương pháp này sử dụng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn, nơi nó có tính chất của cả chất lỏng và chất khí, giúp tăng hiệu quả trích ly các hợp chất từ nguyên liệu tự nhiên. Trong luận văn này, CO2 siêu tới hạn được sử dụng để trích ly betacarotene và lycopene từ bột gấc, một nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng. Phương pháp này không chỉ đảm bảo hiệu suất trích ly cao mà còn an toàn, thân thiện với môi trường.

1.1. Tính chất của CO2 siêu tới hạn

CO2 siêu tới hạn có khả năng khuếch tán cao, độ nhớt thấp và khả năng hòa tan tốt các hợp chất hữu cơ. Điều này làm cho nó trở thành dung môi lý tưởng để trích ly các chất chống oxy hóa như betacarotene và lycopene. Trong nghiên cứu, CO2 được sử dụng ở áp suất 300 bar và nhiệt độ 70°C, điều kiện tối ưu để đạt hiệu suất trích ly cao nhất.

1.2. Ứng dụng trong trích ly tự nhiên

Phương pháp CO2 siêu tới hạn được ứng dụng để trích ly các hợp chất tự nhiên từ bột gấc, một nguồn giàu betacarotene và lycopene. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc bổ sung dầu thực vật vào bột gấc trước khi trích ly giúp tăng hiệu suất thu hồi các hợp chất này. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình trích ly tự nhiên.

II. Trích ly betacarotene và lycopene

Trích ly betacarotene và lycopene từ bột gấc là mục tiêu chính của luận văn. Hai hợp chất này có vai trò quan trọng trong dinh dưỡng thực phẩm và sức khỏe con người. Betacarotene là tiền chất của vitamin A, trong khi lycopene là chất chống oxy hóa mạnh, giúp ngăn ngừa các bệnh mãn tính. Phương pháp CO2 siêu tới hạn được sử dụng để trích ly hai hợp chất này từ bột gấc, đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

2.1. Hiệu suất trích ly

Nghiên cứu so sánh hiệu suất trích ly betacarotene và lycopene trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy, việc bổ sung dầu thực vật vào bột gấc trước khi trích ly giúp tăng hiệu suất thu hồi các hợp chất này. Đặc biệt, khi không sử dụng đồng dung môi, hàm lượng betacarotene và lycopene thu được cao hơn so với các mẫu khác.

2.2. Độ bền màu của sản phẩm

Độ bền màu của các mẫu dầu trích ly được khảo sát theo thời gian. Kết quả cho thấy, các mẫu có bổ sung dầu thực vật và sử dụng đồng dung môi có độ bền màu ổn định hơn. Điều này khẳng định tính ứng dụng của phương pháp CO2 siêu tới hạn trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm.

III. Bột gấc và ứng dụng

Bột gấc là nguồn nguyên liệu chính trong nghiên cứu, chứa hàm lượng cao betacarotene và lycopene. Đây là hai hợp chất có giá trị dinh dưỡng và sức khỏe cao, được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm. Luận văn tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình trích ly từ bột gấc, nhằm thu được sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường.

3.1. Thành phần dinh dưỡng

Bột gấc chứa hàm lượng cao betacarotene và lycopene, cùng các acid béo không no có lợi cho sức khỏe. Nghiên cứu phân tích thành phần dinh dưỡng của bột gấc, làm cơ sở cho việc tối ưu hóa quy trình trích ly. Kết quả cho thấy, bột gấc là nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng, có tiềm năng lớn trong công nghiệp thực phẩm.

3.2. Ứng dụng trong thực phẩm chức năng

Các sản phẩm trích ly từ bột gấc được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, nhờ hàm lượng cao betacarotene và lycopene. Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển mới, nhằm tận dụng tối đa giá trị dinh dưỡng của bột gấc, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

IV. Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm

Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm tập trung vào việc ứng dụng CO2 siêu tới hạn để trích ly betacarotene và lycopene từ bột gấc. Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển các phương pháp trích ly hiện đại, an toàn và hiệu quả, phục vụ cho ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm.

4.1. Giá trị thực tiễn

Luận văn đưa ra các kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, giúp tối ưu hóa quy trình trích ly betacarotene và lycopene từ bột gấc. Các sản phẩm thu được có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

4.2. Hướng phát triển

Nghiên cứu đề xuất các hướng phát triển mới, nhằm tận dụng tối đa giá trị dinh dưỡng của bột gấc. Các phương pháp trích ly hiện đại như CO2 siêu tới hạn sẽ tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng, góp phần phát triển ngành công nghệ thực phẩm tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Bảng 1.4: Hàm lượng b - carotene trong 100g thực phẩm ăn được [1] Số thứ Hàm lượng Số thứ Hàm lượng Tên gọi Tên gọi tự (g) tự (g) 1 Gấc 52520 9 Dưa gang 1750 2 Ớt vàng 5790 10 Quýt 1625 3 Tía tô 5520 11 Khoai lang 1470 4 Rau dền 5300 12 Rau ngót 6650 5 Cà rốt 5040 13 Hồng 1900 6 Cần tây 5000 14 Lá lốt 4050 7 Dưa hấu 4200 15 Rau mồng tơi 1920 8 Đu đủ 2100 16 Cải xanh 1855 Hình 1.4: Hàm lượng b - carotene trong một số thực phẩm [54] 9 Chương 1: Tổng quan 1. Tác dụng của b - carotene b - carotene là tiền chất của vitamin A. Tuy nhiên, khi bị thừa thãi vitamin A sẽ bị cơ thể đào thải, còn b - carotene được trữ trong gan đến lúc cần thiết. b - carotene tham gia và ảnh hưởng đến một số quá trình sinh lý trong cơ thể như làm tăng cường hệ miễn dịch, ngăn ngừa một số bệnh ung thư [4] b - carotene đưa vào cơ thể một phần sẽ được chuyển thành retinol trong niêm mạc ruột, phần khác sẽ được vận chuyển vào máu kết hợp với các lipoprotein.

b - carotene được tích lũy dưới các mô mỡ khi dư thừa. Những người hút thuốc, uống rượu và bị nhiễm HIV thì nồng độ b - carotene trong máu rất thấp. Nếu thiếu b - carotene thì sẽ bị các chứng vàng da, xơ gan…[63] b - carotene không được phân loại là một vitamin cần thiết. Vì vậy, khi thiếu b - carotene thì chưa xác định được biểu hiện lâm sàng rõ ràng.

Công thức hóa học và tính chất của lycopene  Công thức phân tử: C40H56 [62]  Công thức cấu tạo: [32] Hình 1.5: Công thức cấu tạo của phân tử lycopene  Khối lượng phân tử: 536,9 g/mole  Tên khoa học: (all-E)-2, 6, 10, 14, 19, 23, 27, 31-octamethyl-2, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 30-dotriacontatridecaene [32] 10 Chương 1: Tổng quan  Tính chất:  Dạng tinh thể màu đỏ đến đỏ tía, nóng chảy ở nhiệt độ 172 – 1750C. [23]  Phổ hấp thụ UV-VIS từ 300 – 700 nm [62], hấp thụ cực đại (trong ether dầu hỏa) ở các bước sóng 446, 472, và 505. [23]  Lycopene không tan trong nước, hầu như không tan ethanol và methanol, tan tốt trong chloroform và tetrahydrofuran, ít tan trong ether, hexane và dầu thực vật. [59]  Lycopene không bền với ánh sáng, nhiệt độ và oxy.

Khi tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt độ cao lycopene sẽ chuyển từ dạng –trans sang dạng –cis, do đó làm cho tính chất vật lý và hóa học cũng thay đổi. Nguồn nguyên liệu [29] Lycopene được tìm thấy trong thực vật, vi khuẩn, nấm và tảo. Lycopene có nhiều trong các loại rau củ quả có màu cam hoặc đỏ như cà chua, cà rốt, dưa hấu, ớt đỏ, bưởi đỏ… và đặc biệt là gấc.5: Hàm lượng lycopene trong các loại rau quả Số thứ Hàm lượng Số Hàm lượng Tên gọi Tên gọi tự (mg/kg) thứ tự (mg/kg) 1 Măng tây 0,3 6 Bưởi 14,19 2 Quả nhót 150 – 540 7 Ổi 52,04 3 Cà rốt 0,02 8 Bắp cải tím 0,2 4 Cà chua 25,73 9 Củ cải đỏ 61,0 5 Gấc 348 – 1902 10 Dưa hấu 45,32 11 Chương 1: Tổng quan Hình 1.6: Hàm lượng lycopene trong một số loại quả [38] 1. Tác dụng của lycopene Ở thực vật, lycopene có vai trò bảo vệ, chống lại sự oxy hóa trong quá trình quang hợp và trong quá trình chín của quả.

Trong cơ thể người, lycopene có khả năng bắt giữ các oxy đơn bội và các gốc peroxy, ngăn ngừa và sửa chữa các tế bào bị lỗi, ức chế sự oxy hóa của các DNA. [29] Lycopene có tác dụng chống ung thư và xơ vữa động mạch. Cơ chế tác động của lycopene bảo vệ được các phân tử sinh học của tế bào, như lipid, lipoprotein, protein, DNA …, làm cho chúng không bị tổn thương bởi sự tấn công của các gốc tự do. [29] Lycopene ức chế sự oxy hóa của DNA, nguyên nhân dẫn đến một số dạng ung thư do làm thay đổi cấu trúc và chức năng của DNA.

[29] Một số nghiên cứu đã cho thấy, lycopene có khả năng làm chậm quá trình phát triển của ung thư tuyến tiền liệt, ruột kết và thực quản. [4] 12 Chương 1: Tổng quan 1. Tổng quan về các phương pháp trích ly b - carotene và lycopene 1. Cơ sở khoa học của quá trình trích ly Trích ly là quá trình hòa tan có chọn lọc một hay nhiều cấu tử có trong nguyên liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với dung môi.

Động lực học của quá trình trích ly là sự chênh lệch nồng độ của cấu tử ở trong nguyên liệu và ở trong dung môi. Các phương pháp trích ly 1. Phương pháp tẩm trích  Nguyên lý [67] Đây là phương pháp trích ly cổ điển nhất. Nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong bình chứa với tỷ lệ thích hợp.

Hỗn hợp nguyên liệu được trộn đều trong quá trình trích ly, sau vài ngày dịch trích được thu nhận, bã trích được ly tâm để tận thu, sau đó bã trích được ngâm tiếp trong dung môi, tiến trình được lặp lại nhiều lần. Bã trích sau cùng được đem đi chưng cất, hoặc lọc ép, hoặc ly tâm để thu dịch trích còn lưu lại trong bã.  Ưu nhược điểm  Ưu điểm  Thích hợp cho các cấu tử không bền với nhiệt độ cao.  Thiết bị đơn giản, dễ sử dụng.

 Có thể ứng dụng ở quy mô phòng thí nghiệm hay quy mô công nghiệp.  Nhược điểm  Thời gian trích kéo dài, vì vậy có thể ảnh hưởng đến chất lượng của chất chiết đối với những chất nhạy cảm với ánh sáng, oxy. 13 Chương 1: Tổng quan 1. Phương pháp Soxhlet  Nguyên lý [8] Mô hình máy Soxhlet được xây dựng đầu tiên vào năm 1879, thường được sử dụng để trích ly các mẫu rắn, mẫu trích sẽ được cho vào túi đựng mẫu và dung môi được tuần hoàn liên tục qua mẫu trích nhờ bộ phận gia nhiệt và ngưng tụ.7: Mô hình thiết bị trích ly Soxhlet  Ưu nhược điểm  Ưu điểm  Đây là một quá trình trích ly liên tục, lượng dung môi cần sử dụng ít.

 Có thể trích kiệt được các chất tan.  Nhược điểm  Chỉ áp dụng được ở quy mô phòng thí nghiệm.  Do phải gia nhiệt liên tục nên sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm thu được đối với những hợp chất kém bền nhiệt. 14 Chương 1: Tổng quan 1.

Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng  Nguyên lý [12] Tần số sử dụng thường là 2,45 GHz. Dưới tác dụng của vi sóng, môi trường xung quanh sẽ nóng lên nhờ hai tác động, đó là sự quay lưỡng cực và sự di chuyển mạnh mẽ của các ion. Trong quá trình trích ly, các liên kết yếu như liên kết hydro sẽ bị cắt đứt, đồng thời, nhờ sự di chuyển của các ion mà dung môi có thể xâm nhập vào kết cấu của vật liệu cần trích ly, làm tăng hiệu quả trích ly.8: Sơ đồ thiết bị trích ly có hỗ trợ vi sóng  Ưu nhược điểm  Ưu điểm  Có thể kết hợp với nhiều phương pháp trích ly khác nhau để tăng hiệu suất và giảm thời gian quá trình trích ly.  Chất lượng của dịch trích thu được ít bị thay đổi tính chất.

 Thiết bị dễ sử dụng và bảo vệ môi trường.  Thời gian trích ly được rút ngắn.  Có hiệu quả cao đối với cấu tử phân cực. 15 Chương 1: Tổng quan  Nhược điểm  Vi sóng ít có hiệu quả đối với những môi trường có độ nhớt cao.

 Do một số dung môi đạt được nhiệt độ sôi rất nhanh nên dễ gây cháy nổ.  Khó áp ở quy mô công nghiệp vì chi phí đầu tư thiết bị lớn để đáp ứng đủ công suất cho quá trình sản xuất. Phương pháp trích ly sử dụng sóng siêu âm  Nguyên lý [14] Quá trình trích ly hợp chất hữu cơ chứa trong thân cây và hạt bằng dung môi được cải tiến đáng kể bằng cách sử dụng năng lượng sóng siêu âm trong quá trình tách chiết. Cơ chế của sóng siêu âm giúp làm tăng khả năng trích ly của các qui trình trích ly truyền thống là dựa trên:  Tạo ra một áp lực lớn xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào vật liệu.

 Tăng khả năng truyền khối tới bề mặt phân cách.  Phá vỡ thành tế bào trên bề mặt và bên trong của vật liệu, giúp quá trình thoát chất tan được dễ dàng.  Ưu nhược điểm  Ưu điểm:  Hiệu suất trích ly cao hơn so với một số phương pháp trích ly thông thường.  Sản phẩm trích ly chất lượng tốt, hiệu suất cao hơn.

 Thiết bị dễ sử dụng và bảo vệ môi trường.  Tăng vận tốc hòa tan, khuếch tán các hoạt chất vào dung môi, vì vậy rút ngắn thời gian trích ly. 16 Chương 1: Tổng quan  Giảm sự tiêu hao năng lượng.  Làm tăng tố ốc độ hòa tan của các cấu tử.

 Lượng ng hóa chất sử dụng ít hơn.  Nhược điểm m  Chỉ có thể áp dụng d ở quy mô nhỏ. Phương pháp trích ly sử dụng dung môi siêu tớ ới hạn  Sơ lược về chất lỏng siêu tới hạn [41]  Định nghĩa ĩa Trạng thái siêu tới hạn của một chất, hợp chất hoặc hỗn hợpp là ttại đó nhiệt độ, áp suất tồn tại củaa nó trên nhiệt nhi độ tới hạn (Tc), áp suất tới hạn (Pc) của chất đó.9: Giản đồ pha của một nguyên chất Hình 1.9 Đặc tính của mộ ột chất sẽ thay đổi các thông số trạng ng thái ccủa chất đó. Do đó, nguyên tắc của việcc ttạo ra chất lỏng siêu tới hạn là chuyển chấtt đó vvề trạng thái có nhiệt độ và áp suất lớn n hơn nhi nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn củaa chính nó.

17 Chương 1: Tổng quan  Tính chất của chất lỏng siêu tới hạn  Hằng số tới hạn Điểm tới hạn của một chất được xác định bởi nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn. Nhiệt độ, áp suất và thể tích mol của một số chất ở điểm tới hạn được gọi là nhiệt độ tới hạn (Tc), áp suất tới hạn (Pc) và thể tích mol tới hạn (Vc) tương ứng. Các tham số trên được gọi là hằng số tới hạn. Mỗi chất có một hằng số tới hạn nhất định.