LUẬN văn THẠC sĩ nghiên cứu chiết dầu cám gạo bằng phương pháp dùng dung môi siêu CO2 tới hạn

QUAN

Công nghệ chiết tách bằng phương pháp CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (SCO2)

1.1.1.Sơ lược về phương pháp chiết sử dụng dung môi ở trạng thái siêu tới hạn

Những đặc tính của khí nén CO2 đã được quan tâm cách đây hơn 130 năm

Năm 1861, Gore là người phát hiện ra CO2 lỏng có thể hoà tan camphor và naphthalen một cách dễ dàng và cho màu rất đẹp nhưng lại khó hoà tan các chất béo Tuy nhiên, từ năm 1875-1876 Andrew lại là người nghiên cứu về trạng thái siêu tới hạn của CO2, tức là CO2 chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí nhưng vẫn chưa đạt ở dạng khí hoàn toàn mà ở điểm giữa của hai trạng thái lỏng- khí

Một thời gian sau, Buchner (1906) cũng công bố về một số hợp chất hữu cơ khó bay hơi nhưng lại có khả năng hoà tan trong SCO2 cao hơn nhiều trong CO2 lỏng

Năm 1920 – 1960 hàng loạt các công trình nghiên cứu về dung môi ở trạng thái siêu tới hạn ra đời Đó là các dung môi như: ethanol, methanol, diethyl ether và các chất tan dùng để nghiên cứu: các chất thơm, tinh dầu, các dẫn xuất halogen, các triglyceryd và các hoạt chất hữu cơ khác

Mặc dù vậy CO2 vẫn được lựa chọn dùng trong phương pháp này vì nó có các tính chất mà dung môi khác không có

Cho đến thập kỷ 80, công nghệ SCO2 mới thật sự phổ biến và được nghiên cứu một cách sâu rộng hơn [33]

 Nguyên lý của phương pháp chiết sử dụng dung môi ở trạng thái siêu tới hạn Đối với mỗi chất đang ở trạng thái khí,khi bị nén đẳng nhiệt tới một áp suất đủ cao,chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại Tuy nhiên có một giá trị áp suất mà tại đó nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng không hóa hơi trở lại mà tồn tại ở một dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn Vật chất ở trạng thái này có tính trung gian,mang nhiều đặc tính của cả chất khí và chất lỏng [22]

Chất ở trạng thái siêu tới hạn có tỉ trọng tương đương tỉ trọng ở pha lỏng,nhưng sự linh động của các phân tử lại rất lớn,sức căng bề mặt nhỏ,hệ số khuếch tán cao giống như khi chất ở trạng thái khí Hình 1.1 biểu thị vùng trại thái siêu tới hạn của một chất trong biểu đồ cân bằng pha rắn, lỏng và khí của chất đó theo sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ

Hình 1.1 Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn [5]

Giá trị PC phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng các chất, ví dụ với các chất có phân tử lượng nhỏ như các hydrocacbon có số cacbon từ 1 đến 3 thì giá trị Pc của chúng không cao mà chỉ xấp xỉ vào khoảng 45 bar [30] Giá trị Tc chỉ tăng ít theophân tử lượng nhưng lại phụ thuộc nhiều vào độ phân cực của chất Độ phân cực của phân tử càng lớn thì giá trị của Tc cũng càng lớn Điều này được giải thích là do ở các chất phân cực, tồn tại một lực cảm ứng giữa các cực của phân tử,do đó năng lượng để phá vỡ trật tự giữa các phân tử khi chất ở pha lỏng sẽ lớn hơn nhiều so với các chất không phân cực

Nếu giữa phân tử có liên kết hydro thì giá trị Tc sẽ tăng lên rất lớn.Các thông số vật lý của một số dung môi ở điểm tới hạn được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Điểm tới hạn của một số dung môi thông dụng Chất Nhiệt độ tới hạn

(độ C) Áp suất tới hạn (bar)

Tỷ trọng riêng tới hạn(g/cm3)

Nói chung các dung môi siêu tới hạn có khả năng hòa tan tốt các chất ở cả 3 dạng rắn, lỏng, khí Dung môi siêu tới hạn tác động lên cả các chất dễ bay hơi và cả các chấtkhông bay hơi của mẫu Các nghiên cứu ban đầu trong lĩnh vực trong lĩnh vực áp dụng dung môi ở trạng thái siêu tới hạn để chiết suất đã quan sát thấy hiệu quả kết hợp của quá trình chưng cất lôi cuốn và quá trình chiết ngược dòng lỏng-rắn [2]

 Cơ chế tách chiết bằng dung môi siêu tới hạn

- Quy trình chiết bằng dung môi siêu tới hạn gồm 2 giai đoạn: Chiết các thành phần tan trong dung môi và tách các chất chiết từ dung môi Quá trình tách các chất tan từ dung môi siêu tới hạn có thể được thực hiện bằng cách thay đổi tính nhiệt động học của dung môi Khả năng hòa tan của dung môi thay đổi theo áp suất và nhiệt độ

Phương pháp thông dụng là giảm áp suất bằng quá trình giãn nở đẳng nhiệt, dẫn đến giảm tỉ trọng và khả năng hòa tan của dung môi [2]

- Các điều kiện tách chiết phụ thuộc vào độ tan của hoạt chất trong dung môi siêu tới hạn ở áp suất và nhiệt độ khác nhau Gọi Pchiết ,Tchiếtvà Ptách ,Ttách lần lượt là áp suất và nhiệt độ trong bình chiết và bình tách Pc và Tc là áp suất và nhiệt độ tới hạn của dung môi Có thể tiến hành chiết và tách theo 4 quá trình sau:

- Quá trình I: Ptách< Pc< Pchiết và Ttách< Tc< Tchiết

Quá trình chiết xuất được thực hiện ở điều kiện siêu tới hạn và trạng thái khí/lỏng đạt được trong bình tách do giảm áp suất và hạ nhiệt độ Chất chiết thu được dưới dạng dung dịch trong pha lỏng của dung môi

- Quá trình II: Ptách< Pc< Pchiết và Tc< Ttách = Tchiết

Quá trình chiết được thực hiện ở trạng thái siêu tới hạn Quá trình tách xảy ra khi dung môi chiết chuyển từ pha siêu tới hạn sang pha khí khi áp suất được giảm đẳng nhiệt

- Quá trình III: Pc< Ptách < Pchiết và Tc< Ttách = Tchiết

Quá trình chiết được thực hiện trong vùng siêu tới hạn.Quá trình tách xảy ra khi áp suất được giảm đẳng nhiệt nhưng vẫn trong vùng siêu tới hạn Tỉ trọng dung môi trongbình tách giảm dần và do đó khả năng hòa tan cũng giảm theo, kết quả là các chất chiết được tách ra

- Quá trình IV : Pc< Ptách = Pchiết và Tc < Ttách < Tchiết

Quá trình chiết và tách đều được thực hiện trong vùng siêu tới hạn Nhiệt độ được giảm đẳng áp dẫn đến làm giảm độ tan và chất chiết được tách ra

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết bằng dung môi siêu tới hạn

Chiết xuất bằng dung môi siêu tới hạn là quá trình phức tạp với nhiều yếu tố ảnh hưởng Nhưng về cơ bản quá trình gồm 3 yếu tố: độ tan, khả năng khuếch tán và cấu trúc dược liệu.Trước hết hoạt chất phải tan được trong dung môi siêu tới hạn để có thể được chiết ra khỏi dược liệu Có thể tăng độ tan của hoạt chất bằng cách sử dụng thêm đồng dung môi Thứ hai, chất tan phải có khả năng khuếch tán nhanh từ trong cốt dược liệu ra bề mặt phía ngoài để hòa tan Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào hệ số khuếch tán của chất tan,hình dạng và kích thước tiểu phân dược liệu Một số yếu tốc quan trọng ảnh hưởng đến quá trình chiết cần xem xét khi xây dựng một quy trình chiết bằng dung môi siêu tới hạn bao gồm [13, 2]:

Thành phần hóa học của cám gạo và dầu cám gạo

Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ hạt thóc sau khi xay xát và chiếm khoảng 10% khối lượng hạt thóc Cám gạo bao gồm lớp vỏ nội nhũ, mầm, phôi của hạt và một phần từ tấm Cám gạo có màu vàng sáng và mùi thơm đặc trưng

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc hạt thóc

Trong cám gạo có protein (11 – 17 %), chất béo (12 – 29%), carbonhydrat (10- 55%), chất xơ (6-31%), vitamin nhóm B (B1, B2, B3, B5, B6), vitamin E, vitamin K, cholin, acid folic và chất khoáng (Fe, K, P, Mn, Se, Mg, Zn) [30] Cám gạo chứa hơn

100 chất có hoạt tính sinh học như γ-oryzanol, acid ferulic, tocotrienol, tocopherol, octacosanol, squalen, acid gamma amino butyric, acid phytic [17]

Dầu cám gạo chứa 95,6% Lipid có khả năng phân huỷ được, bao gồm glycolipid và phospholipid; 4,2% lipid không tan được, bao gồm tocopherols, tocotrienols, Gamma-oryzanol (-erytanols), sterol và carotenoid [30] Các lipid phân hủy đươc chủ yếu là triglycerid Tuy nhiên, những chất béo trung tính được hydro hóa một cách dễ dàng bởi lipase để tạo thành các acid béo tự do.Hàm lượng của chúng được nêu trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Hàm lượng một số chất trong dầu cám gạo

Thành phần Hàm lượng (%kl/kl)

Thành phần không xà phòng hóa

Squalen 320 x10-3 γ-oryzanol có công thức phân tử là: C40H55O4, trọng lượng phân tử 602,89 g/mol, nhiệt độ nóng chảy: 135 – 137ºC, là hỗn hợp este của acid trans-ferulic với các phytosterols và triterpen alcol, gồm các chất chính: 24-methylen cycloartanyl ferulat, cycloartenyl ferulat, campesteryl ferulat, sitosteryl ferulat, Δ7-campestenyl ferulat, campestanyl ferulat, sitostanyl ferulat, Δ7-stigmastenyl ferulat, stigamsteryl ferulat, Δ7-sitostenyl ferulat [17] Hàm lượng γ-oryzanol trong gạo nguyên cám từ 3,5 – và các chất có hoạt tính sinh học nhưng cám gạo có độ ổn định thấp, các thành phần trong cám gạo bị phân hủy ngay sau quá trình xay xát do tác động của enzym lipase, proteaza.Trong vòng 24 giờ đầu, cám gạo đã bị biến đổi rất lớn về chất lượng nếu không được ổn định hóa [5,20] Đây là lý do vì sao cám gạo ở nước ta vẫn được coi là phụ phẩm, dùng làm thức ăn gia súc, không có giá trị cao.

Công dụng của cám gạo và dầu cám gạo

1.3.1 Công dụng của cám gạo

Cám gạo được dùng để bổ sung vitamin B, đặc biệt là B1 và bổ sung acid folic cho khẩu phần ăn của phụ nữ có thai, giúp cho sự phát triển hệ thần kinh của thai nhi

Lượng chất béo trong cám gạo rất cao, thường dùng chiết xuất dầu cám Ngoài ra, cám gạo có lượng lớn protein, chất xơ, tốt cho sức khỏe con người Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh sử dụng cám gạo có lợi cho sức khỏe như: chống lão hóa, ổn định huyết áp, tăng sức đề kháng, cân bằng đường huyết, điều chỉnh hệ thống nội tiết tố cho phụ nữ tiền mãn kinh, hạn chế được sự phát triển của tế bào ung thư[35, 18, 19,

Cám gạo còn được coi là một bí quyết sắc đẹp của người phụ nữ Nhật Bản

Cám gạo được sử dụng trong các chế phẩm sữa rửa mặt giữ ẩm cho da, kem dưỡng da có tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa, hấp thụ UV, giữ ẩm [28]

1.3.2 Công dụng của dầu cám gạo

Tỷ lệ giữa 03 thành phần acid béo no - acid béo không no đơn - acid béo không no đa trong dầu cám gạo gần với tỷ lệ 10:15:10 - tỷ lệ được Hiệp hội tim mạch Hoa Kỳ khuyên nên dùng cho bệnh nhân có vấn đề liên quan đến các bệnh tim mạch để phòng xơ vữa động mạch, tăng huyết áp, cholesterol máu cao [8, 9, 15, 16]

Sử dụng dầu cám gạo như thực phẩm bổ sung giúp mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe trong trường hợp bị tiểu đường bởi cơ chế làm giảm quá trình stress, oxy hóa dẫn tới quá trình tái sinh các tế bào tụy, thận, tim, gan trở lên bình thường [24, 28]

Dầu cám gạo cũng làm giảm tình trạng rối loạn lipid máu, làm giảm sự tăng đáp ứng với nồng độ insulin cao trong trường hợp đái tháo đường [8]

Dầu cám chứa các thành phần hoạt tính sinh học cao như γ- oryzanol, squalen, tocotrienol, tocopherol nên có tác dụng chống oxy hóa mạnh, chống lão hóa, ngăn ngừa sự phát triển của tế bào ưng thư da, ung thư đại tràng, ung thư tụy [21] Ngoài ra, dầu cám còn được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da như giữ ẩm, làm mềm da, chống lão hóa, làm trắng da [4, 28]

1.3.3 Tác dụng dược lý của γ- oryzanol

 Tác dụng trên thần kinh trung ương

- Cải thiện các triệu trứng của phụ nữ tiền mãn kinh, cải thiện trí nhớ người già, rối loạn thần kinh vận động

- Làm giảm viêm loét dạ dày do stress gây ra trên chuột thí nghiệm

- Làm giảm nồng độ TSH do ức chế trực tiếp lên vùng dưới đồi hoặc tuyến yên

 Tác dụng chống oxy hóa

- Chống oxy hóa gấp 10 lần tocotrienol và tocopherol

- Ức chế quá trình superoxy hóa bảo vệ tế bào gan, ngăn ngừa tổn thương tế bào gan do ethanol Tác dụng lên chuyển hóa lipid và cholesterol [4, 9, 28]

-Làm giảm hấp thu cholesterol ở đường tiêu hóa, tăng đào thải cholesterol qua đường tiêu hóa bằng cách tăng tạo thành muối mật

- Làm giảm nồng độ LDL, V-LDL và tăng nồng độ HDL Do đó, γ- oryzanol có tác dụng là giảm lipid máu và cholesterol máu [21]

- Ức chế sự hoạt động của NF-kB, ức chế biểu hiện gen của TNFα, COX-2, IL1β dẫn đến tác dụng chống viêm

- Ức chế enzym DNA polymeraza ở động vật có vú dẫn đến tác dụng chống viêm in vivo [28]

 Tác dụng chống dị ứng γ- oryzanol gắn kết với IgE làm ngăn cản phản ứng quá mẫn xảy ra [28]

- Ức chế enzym tyrosinase ngăn cản hình thành melanin

- Tác động lên tuyến nhờn làm cải thiện tình trạng khô da trong trường hợp viêm da cơ địa, da khô [4,10,28]

-Tác dụng giữ ấm da, ngăn cản tia UV

 Tác dụng chống ung thư

- Hoạt hóa đại thực bào, tế bào NK, ức chế sự phát triển của tế bào ung thư trên chuột thí nghiệm gây ưng thư đại tràng

- Ức chế sự phát triển dòng tế bào ung thư bàng quang DU145 và PC3 [2]

1.4 Một số nghiên cứu chiết xuất dầu cám gạo bằng CO 2 siêu tới hạn

CO2 ở trạng thái siêu tới hạn là chất lỏng có khả năng hòa tan và thấm thấu cao, do đó tốc độ chiết, hiệu suất chiết cao hơn các quá trình thông thường.Khi thay đổi điều kiện áp suất, CO2 chuyển sang trạng thái khí, bay hơi, thu được hoạt chất Sử dụng CO2 siêu tới hạn để chiết xuất có tính chọn lọc, thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao [40]

Chen và các đồng sự (2008) đã tiến hành khảo sát sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn để chiết cám gạo và tối thiểu hóa lượng acid béo tự do có trong dầu cám gạo.Chiết SCO2 ở điều kiện áp suất 300 bar và nhiệt độ 313K từ 1,03 kg cám gạo cho thấy tổng lượng dầu đạt 15,7% với hàm lượng acid béo tự do là 3,75 %,tiêu tốn 20,5 kg CO2 trong vòng 8 giờ Khi chiết ở nhiệt độ từ 343 K-363 K, lượng CO2 tiêu tốn dao động từ 900 –2700 g cho hiệu quả loại bỏ chất béo tự do [11]

Một số nghiên cứu trước đây đã so sánh việc chiết xuất dầu cám gạo sử dụng dung môi SCO2 và n-hexan Nghiên cứu của Kuk và Dowd [25] thu được lượng dầu tối đa 20,4 % khi sử dụng SCO2 ở áp suất 62 MPa, nhiệt độ 100 ºC và lượng dầu 20,5% khi chiết xuất bằng hexan ở 69ºC và 0,101 MPa Trong một nghiên cứu khác, lượng dầu thu được khi sử dụng SCO2 (ở áp suất 30 MPa và nhiệt độ 35ºC) và n-hexan lần lượt là 17,98% và 20,21% [32] Trong nghiên cứu này, việc chiết xuất SCO2 cám gạo sử dụng ethanol làm đồng dung môi cũng được khảo sát

Karin Tomita đã khảo sát việc chiết dầu cám gạo để đạt được hàm lượng γ - oryzanol tối đa ở các tốc độ dòng CO2 khác nhau (1-9 ml/phút), nhiệt độ (40-80ºC) và áp suất (20-40 MPa) Nghiên cứu cũng chỉ ra sự ảnh hưởng của nhiệt độ của áp suất đến việc thu hồi γ–oryzanol [26]

Wang và các cộng sự đã tiến hành chiết 35g cám gạo bằng dung môi CO2 siêu tới hạn, sau khi tiêu tốn 2750 g CO2 lượng dịch chiết thu được lên đến 18,1 % trên tổng khối lượng mẫu Nồng độ của γ -oryzanol và các triglyceryd trong dầu chiết bằng

CO2 siêu tới hạn cao hơn so với chiết bằng dung môi n-hexan Nghiên cứu của Wang cũng cho thấy rằng áp suất có thể được sử dụng hiệu quả hơn nhiệt độ để nâng cao hàm lượng γ-oryzanol trong dầu Áp suất và nhiệt độ tối ưu để cho hàm lượng γ- oryzanol cao nhất là 300 bar và 313 K [12].

Các nghiên cứuchiết xuất dầu cám gạo bằng CO2 siêu tới hạn

 Mẫu cám gạo của giống lúa T161 trồng tại Nhân Hòa, Mỹ Hào, Hưng Yên thu tại cơ sở xay xát ở địa phương

 Cám gạo trong quy trình xay xát được chia làm 2 phần: cám xát(C1) và cám xoa(C2) (cám xát là cám thu được trong giai đoạn xay xát gạo lật, cám xoa là cám thu được trong giai đoạn đánh bóng gạo) Do đó, mẫu cám thu tại cơ sở xay xát cũng được chia làm 2 loại

 Đem mẫu C2 rây qua rây 180 micromet được mẫu cám C2m, đây là mẫu cám chính sử dụng trong quá trình khảo sát chiết bằng dung môi CO2 siêu tới hạn

Bảng 2.1 Hóa chất nghiên cứu

STT Tên hóa chất Nguồn gốc Tiêu chuẩn

1, Lot 5ZZYL) Nhật Bản NSX

2 Acid oxalic Trung Quốc NSX

5 Diethyl ether Trung Quốc NSX

6 Kali hydroxyd Trung Quốc NSX

2.1.3 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu

- Cân phân tích AY 129, Shimadzu (Nhật Bản)

- Cân phân tích AY 129, Shimadzu (Nhật Bản)

- Thiết bị chiết CO2 siêu tới hạn SFE500 hãng Waters (Mỹ)

- Máy quang phố Shimazhu UV-2600 (Nhật Bản)

tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

 Mẫu cám gạo của giống lúa T161 trồng tại Nhân Hòa, Mỹ Hào, Hưng Yên thu tại cơ sở xay xát ở địa phương

 Cám gạo trong quy trình xay xát được chia làm 2 phần: cám xát(C1) và cám xoa(C2) (cám xát là cám thu được trong giai đoạn xay xát gạo lật, cám xoa là cám thu được trong giai đoạn đánh bóng gạo) Do đó, mẫu cám thu tại cơ sở xay xát cũng được chia làm 2 loại

 Đem mẫu C2 rây qua rây 180 micromet được mẫu cám C2m, đây là mẫu cám chính sử dụng trong quá trình khảo sát chiết bằng dung môi CO2 siêu tới hạn

Bảng 2.1 Hóa chất nghiên cứu

STT Tên hóa chất Nguồn gốc Tiêu chuẩn

1, Lot 5ZZYL) Nhật Bản NSX

2 Acid oxalic Trung Quốc NSX

5 Diethyl ether Trung Quốc NSX

6 Kali hydroxyd Trung Quốc NSX

2.1.3 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu

- Cân phân tích AY 129, Shimadzu (Nhật Bản)

- Cân phân tích AY 129, Shimadzu (Nhật Bản)

- Thiết bị chiết CO2 siêu tới hạn SFE500 hãng Waters (Mỹ)

- Máy quang phố Shimazhu UV-2600 (Nhật Bản)

- Máy sấy tầng sôi FG-5 (Trung Quốc)

- Bếp điện WHM12012, Daihan (Hàn Quốc)

- Bếp cách thủy WB 5, MRC (Israel)

- Cân xác định độ ẩm nhanh Precisa (Thuy sĩ)

- Phễu lọc, cốc đong, ống đong và bình tam giác các loại

- Đũa thủy tinh, buret, pipet các loại, giấy lọc, nhiệt kế các loại

- Bộ rây kích thước các loại

Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng phương pháp định lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo

- Xử lý ổn định hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo

- Khảo sát điều kiện chiết xuất dầu cám gạo bằng dung môi CO2 siêu tới hạn

- Đánh giá hàm lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo chiết được.

Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Xây dựng phương pháp định lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo

 Xác định phổ hấp thụ cực đại của γ-oryzanol trong dầu trong dung môi n- heptan

Quét phổ hấp thụ của γ-oryzanol chuẩn (15ug/ml) trong dải bước sóng từ 800 nm đến 200 nm, xác định bước sóng hấp thụ cực đại

 Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ γ- oryzanol

Pha dóy dung dịchγ-oryzanol chuẩn cú nồng độ lần lượt là 4, 8, 10, 12,16àg/ml, tiến hành xác định độ hấp thụ tại bước sóng cực đại, đường chuẩn có dạng A =a.C +b (A: độ hấp thụ quang, C: nồng độ γ-oryzanol)

Hàm lượng γ-oryzanol trong dầu được xác định dựa vào đường chuẩn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ γ-oryzanol trong n-heptan

 Phương pháp định lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo Tiến hành: cân chính xác 1 lượng dầu cám gạo (m) hòa tan trong n-heptan (tương đương nồng độ γ-oryzanol : 4-16àg/ml), lọc bằng giấy lọc ở nhiệt độ thường, đo độ hấp thụ quang tại bước sóng cực đại, mẫu trắng là dung dịch n-heptan,

Trong đó: V: thể tích pha loãng (ml) m: khối lượng cõn(àg) a,b: các hệ số trong phương trình đường chuẩn

Hàm lượng γ-oryzanol trong cám gạo, gạo nguyên cám được xác định bằng công thức:

Trong đó: C: hàm lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo (%)

D: hàm lượng dầu cám gạo chiết được trong cám gạo (%)

2.3.2 Khảo sát các điều kiện chiết xuất

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình chiết là áp suất chiết, nhiệt độ chiết,tốc độ dòng của CO2 và thời gian chiết Trong khi thời gian chiết chủ yếu ảnh hưởng đến hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hầu như không ảnh hưởng đến hàm lượng γ-oryzanol chiết thì các yếu tố còn lại liên quan đến cả hiệu suất dầu cám gạo và hàm lượng γ-oryzanol chiết được [11, 12, 26] Vì vậy trong một khoảng thời gian nhất định, cố định lần lượt 2 trong 3 yếu tốáp suất, nhiệt độ và tốc độ dòng CO2 và thay đổi điều kiện còn lại, khảo sát hiệu suất dầu cám gạo chiết đượcvà hàm lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo tại mỗi điều kiện Từ đó chọn ra được các điều kiện chiết hiệu quả

Tham khảo các nghiên cứu trước [11, 26], tiến hành khảo sát chiết 50g mẫu cám C2m bằng dung môi CO2 siêu tới hạn ở các điều kiện như sau:

- Tốc độ dòng CO 2 : 20 – 30 g/phút

- Thời gian chiết xuất: 0 – 120 phút

2.3.3.Xác định chỉ số acid, độ acid Xác định chỉ số acid, độ acid theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6127:2007)

Phương pháp dung môi lạnh sử dụng chất chỉ thị (Phương pháp chuẩn)

- Dung dịch kali hydroxyd (đã được chuẩn độ bằng dung dịch acid oxalic chuẩn 0,01N)

- Pha hỗn hợp dung môi ethanol 96% và diethyl ether tỉ lệ thể tích 1:1

- Trung hòa hỗn hợp dung môi bằng dung dịch kali hydroxyd

- Cân 10g mẫu dịch chiết cám gạo cho vào bình nón 250ml

- Thêm 50ml hỗn hợp dung môi đã trung hòa và hòa tan phần mẫu thử bằng cách làm nóng nhẹ

- Sau khi thêm khoảng 0,5 ml chất chỉ thị phenolphtalein, chuẩn độ bằng dung dịch kali hydroxyd Việc chuẩn độ được coi là kết thúc khi thêm một giọt kiềm làm đổi màu dung dịch sang hồng nhạt (ổn định trong ít nhất 15s)

 Chỉ số acid W AV , hoặc hàm lượng acid béo tự do, W FFA được ghi lại như sau:

- Đến hai chữ số thập phân đối với các giá trị từ 0 đến 1;

- Đến một chữ số thập phân đối với các giá trị từ 1 đến 100;

- Lấy đến số nguyên đối với các giá trị > 100 Đối với các phép tính sau đây, hàm lượng acid béo tự do (độ acid) xấp xỉ được tính từ:

 Chỉ số acid, W AV , được tính theo công thức sau:

- c là nồng độ của dung dịch chuẩn natri hydroxyd hoặc kali hydroxyd đã sử dụng, tính bằng mol trên lít (mol/l);

- V là thể tích của dung dịch chuẩn natri hydroxyd hoặc kali hydroxyd đã sử dụng, tính bằng mililit (ml);

- m là khối lượng phần mẫu thử, tính bằng gam (g)

2.3.4 Hiệu suất chiết xuất dầu cám gạo

Hiệu suất chiết xuất dầu cám gạo được tính theo công thức:

- mdầu: khối lượng dầu cám chiết xuất được bằng dung môi (g)

- mcám gạo: khối lượng cám gạo dùng để chiết xuất (g)

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết quả nghiên cứu

3.1.1 Xây dựng phương pháp định lương γ-oryzanol trong dầu cám gạo

 Xác định phổ hấp thụ cực đại của γ-oryzanol trong dầu trong dung môi n- heptan

Pha dung dịch γ-oryzanol chuẩn nồng độ 15 ug/ml trong n-heptan, tiến hành quét phổở bước sóng 800-200 nm, xác định λmax và độ hấp thụ tại λmax

Kết quả: bước song hấp thụ cực đại của dung dịch γ-oryzanol chuẩn nồng độ 15ug/ml trong n-heptanlà 315 nm và 290 nm Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây và phù hợp với tiêu chuẩn của nhà sản xuất

Hình 3.1 Phổ hấp thụ của γ-oryzanol chuẩn trong dung môi heptan

 Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ γ- oryzanol

Tiến hành thí nghiệm như phương pháp đã nêu ở phần 2.2.1 thu được kết quả độ hấp thụ quang của γ-oryzanol chuẩn tại cỏc nồng độ 4, 8, 10, 12,16 (àg/ml) tại bước sóng cực đại λ = 315 nm như bảng 3.1 và hình 3.1

Bảng 3.1 Độ hấp thụ quang của γ-oryzanol chuẩn tại các nồng độ khác nhau

Nồng độ (àg/ml) Độ hấp thụ quang

Hình 3.2: Đường chuẩn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ γ-oryzanol Nhận xét:

R2 = 0,9997 > 0,995 chứng tỏ sự tuyến tính giữa mật độ quang và nồng độ γ- oryzanol trong khoảng nồng độ từ 4-12 àg/ml

Như vậy có thể định lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo bằng phương pháp đo quang tại bước sóng cực đại λ = 315 nm

Nồng độ γ-oryzanol trong dầu cám gạo được tính theo phương trình: A = 0,054 × C + 0,013 (A: độ hấp thụ quang, C: nồng độ γ-oryzanol)

3.1.2 Xử lý ổn định chất lượng cám gạo

Trong quy trình xay xát gạo, thu được 2 phần cám riêng biệt :

- Cám xát (C1) là phần cám thu được ở lần xát thứ nhất, cám có màu vàng đậm, bao gồm có vỏ trấu, 1 phần gạo, và lớp cám ngoài cùng

- Cám xoa (C2) là phần cám thu được khi đánh bóng hạt gạo sau khi xát lần thứ nhất, cám có màu trắng ngà, bao gồm có 1 phần gạo, mầm hạt gạo, lớp cám bên trong

- Trong quỏ trỡnh nghiờn cứu, chủ nhiệm đề tài tiến hành rõy C2 qua cỡ rõy 180àm, thu được cám mịn (C2m)

Kết quả khảo sát 2 loại cám C1, C2 được trình bày trong bảng dưới đây

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá sơ bộ cám nguyên liệu

Tên mẫu Tỷ lệ khối trong cám (kl/kl) Độ ẩm (%) (x ± SD) Hàm lượng dầu (%) (x ± SD) Đặc điểm

C1 60% 11,92±0,30 16,23±0,85 Màu vàng nâu, lẫn nhiều vỏ trấu, mùi thơm

C2 40% 10,25 ±0,32 9,15±0,59 Bộ trắng ngà, lẫn nhiều đầu gạo vun, mùi thơm

C2m 16,67 ±0,60 Bột mịn, trắng ngà, mùi thơm

C2m : là mẫu thu được khi rõy C2 qua rõy 180 àm, khối lượng chiếm khoảng 30% mẫu C2

Kết quả cho thấy, phần cám xát có hàm lượng dầu cao hơn Tuy nhiên, khi nghiên cứu đến phần cám mịn rây ra từ cám xoa (chủ yếu loại bỏ phần gạo vụn) hàm lượng dầu thu được tương đương với cám xát Do đó, đề tài lựa chọn mẫu C2m để xử lý ổn định chất lượng

Cám gạo được sấy ở nhiệt độ 140 o C trong 10 phút, sau đó sấy 90 0 C đến khô trong thời gian 60 phút

Hàm lượng acid béo tự do được định lượng tại các thời điểm sau khi xay xát, sau khi sấy 0, 1, 2, 4, 6, 8 tháng Kết quả thu được như sau:

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát hàm lượng acid béo tự do trong cám trước và sau khi xử lý nhiệt

Thời điểm Sau khi xay xát 0 tháng 1 tháng 2 tháng 4 tháng 8 tháng Hàm lượng acid béo tự do (%)

Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi hàm lượng acid béo tự do theo thời gian

Kết quả sự thay đổi hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo cho thấy phương pháp sấy tầng sôi đã ổn định được chất lượng dầu cám gạo, làm bất hoạt tác dụng của enzym lipase Cám gạo sau xử lý nhiệt có thể bảo quản được trong thời gian dài mà không bị phân hủy, có mùi ôi khét

3.1.3 Khảo sát các điều kiện chiết xuất

 Khảo sát khoảng thời gian chiết xuất

Tiến hành chiết dầu cám gạo với các thông số quy trình như sau:

- Tốc độ dòng CO 2 : 25g/phút

Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4

Kết quả thu được như trong bảng 3.4 và hình 3.4

Bảng 3.4 Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi thời gian chiết

Thời gian (phút) Hiệu suất chiết dầu cám gạo thu được (%)

Hình 3.4 Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi thời gian chiết Nhận xét: Khi tăng thời gian chiết thì hiệu suất dầu cám gạo tăng lên còn hàm lượng γ–oryzanol trong dầu cám thì hầu như không thay đổi (khoảng 0,27 – 0,28%) Tốc độ chiết dầu cám gạo giảm dần theo thời gian, lượng dầu chiết được ở thời điểm 120 phút và 180 phút tương đương nhau lần lượt là 14,48% và 14,52% Kết quả này cho thấy sau 120 phút chiết xuất thì lượng dầu trong cám đã được chiết kiệt

Nguyên nhân là do càng về sau thì lượng dầu trong cám càng ít đi, do vậy làm giảm tốc độ chiết dầu cám

Kết luận: Như vậy thời gian chiết chỉ ảnh hưởng tới hiệu suất chiết xuất, hầu như không ảnh hưởng tới hàm lượng γ–oryzanol trong dầu cám gạo Sau 120 phút thì dầu cám đã được chiết gần như hoàn toàn, do vậy thời gian chiết là 120 phút được sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo

 Khảo sát sự ảnh hưởng của áp suất chiết

Tiến hành chiết dầu cám gạo với các thông số quy trình như sau:

- Tốc độ dòng CO 2 : 25g/phút

Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4

Kết quả thu được như trong bảng 3.5 và hình 3.5

Bảng 3.5: Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi áp suất chiết Áp suất (bar)

Hiệu suất chiết dầu cám gạo(%) Hàm lượng γ– oryzanol(%)

Hình 3.5 Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol

Kết quả trên cho thấy khi thay đổi áp suất chiết, hiệu suất dầu cám gạo thu được thay đổi không đáng kể (hiệu suất dầu cám gạo ở 350, 400, 450 bar lần lượt là 14,88%;

15,50%; 15,06%) Tuy nhiên có sự khác biệt về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ– oryzanol), trong đó ở áp suất 400 bar thu được hàm lượng γ–oryzanol cao nhất (0,31%)

Khi giữ nhiệt độ ở 40 o C, tăng dần áp suất chiết thì tỷ trọng của CO2 tăng, tăng độ hòa tan dầu Tuy nhiên khi chiết ở áp suất cao (350 bar – 450 bar), thì sự ảnh hưởng của áp suất chiết tới độ hòa tan của dầu trong dung môi CO2 là ít, do vậy khối lượng dầu cám thu được ở những áp suất này thay đổi không nhiều

Kết luận: Ở điều kiện chiết: áp suất 400 bar, nhiệt độ, 40ºC cho hiệu suất và hàm lượng hàm lượng γ–oryzanol trong dầu cao nhất do vậy áp suất chiết 400 bar được lựa chọn sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo

 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ chiết

Tiến hành chiết dầu cám gạo với các thông số quy trình như sau:

- Nhiệt độ: 40ºC,60ºC,80ºC

- Tốc độ dòng CO 2 : 25g/phút

Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1 Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4

Kết quả thu được như trong bảng 3.6 và hình 3.6

Bảng 3.6 Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi nhiệt độ chiết Áp suất (bar)

Hiệu suất chiết dầu cám gạo (%)

Hình 3.6 Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi nhiệt độ chiết

Nhận xét: Từ kết quả trên có thể thấy khi thay đổi nhiệt độ chiết, hiệu suất dầu cám gạo thu được ở nhiệt độ 60ºC cao nhất (16,27%), thấp nhất ở nhiệt độ 80ºC (10,52%) Về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ–oryzanol), ở nhiệt độ 60ºC thu được hàm lượng γ–oryzanol cũng cao nhất so với 2 nhiệt độ còn lại (0,5% so với 0,31% và 0,44%)

Khi giữ áp suất chiết cao ở 400 bar, tăng nhiệt độ từ 60ºC lên 80ºC thì tỷ trọng

CO2 giảm, do đó độ tan của dầu, tốc độ khếch tán của CO2 vào dầu cám giảm dẫn tới giảm hiệu suất chiết