Vietnam J Agri Sci 2021, Vol 19, No 6 764 772 Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2021, 19(6) 764 772 www vnua edu vn 764 ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA HẠT VÀ DẦU MƯỚP ĐẮNG TRÍCH LY BẰNG ETHYL ACETATE Trần Th[.]
Vietnam J Agri Sci 2021, Vol 19, No 6: 764-772 Tạp chí Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam 2021, 19(6): 764-772 www.vnua.edu.vn ĐẶC ĐIỂM HÓA LÝ CỦA HẠT VÀ DẦU MƯỚP ĐẮNG TRÍCH LY BẰNG ETHYL ACETATE Trần Thị Hồi1*, Hoàng Lan Phượng1, Vũ Thị Huyền2, Phạm Thị Minh Huệ3, Ngô Thị Hạnh3, Lại Thị Ngọc Hà1 Khoa Công nghệ thực phẩm, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Khoa Môi trường, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Viện Nghiên cứu rau quả, Việt Nam * Tác giả liên hệ: hoaitran@vnua.edu.vn Ngày nhận bài: 26.02.2021 Ngày chấp nhận đăng: 20.04.2021 TÓM TẮT Hạt mướp đắng chứng minh giàu hàm lượng axit béo -eleostearic (C18: 9c11t13t) Axit eleostearic axit béo linolenic liên hợp có nhiều lợi ích sức khỏe bao gồm tác dụng chống oxy hóa, chống viêm, chống béo phì, chống khối u chống tiểu đường Trong nghiên cứu này, số đặc điểm hạt mướp đắng giống Prền pà tăng dầu mướp đắng chiết xuất ethyl acetate xác định Việc trích ly dầu tối ưu hóa phương pháp bề mặt đáp ứng Kết cho thấy, hạt mướp đắng chiếm tỷ lệ 3,93% khối lượng Hạt có tỷ lệ vỏ hạt cao 36,56% Hàm lượng dầu nhân hạt 46,56% Điều kiện chiết xuất dầu tối ưu từ hạt là: dung o môi etyl acetate với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10, nhiệt độ 52 C thời gian 30 phút Mơ hình xây dựng mơ tả tốt thực tế trình tách chiết (R = 0,82) Dầu thu có số axit peroxide 2,93 ± 0,25mg KOH/g dầu 0,85 ± 0,12 meq O2/kg Dầu mướp đắng thu chứa lượng vicine - chất phản dinh dưỡng mức độ an toàn (8,82 ± 1,11 µg/g dầu) Do đó, dầu mướp đắng ứng dụng thực phẩm, dược phẩm mỹ phẩm Từ khóa: Dầu hạt mướp đắng, vicine, trích ly dầu Physicochemical Properties of Bitter Melon (Momordica charantia) Seeds and their oil Extracted by Ethyl Acetate ABSTRACT Bitter melon seeds are rich in α-eleostearic acid (C18:3 9c11t13t) α-eleostearic acid with its conjugated double bonds may provide many potential health benefits, including anti-oxidant, anti-inflammatory, anti-tumor, anti-obesity and anti-diabetic effects This study aimed to characterize bitter melon seeds of Prền pà tăng variety in Vietnam and to investigate the physicochemical properties of bitter melon seed oil extracted with ethyl acetate The bitter melon seed oil extraction was optimized by using the response surface methodology The results showed that the bitter melon seeds accounted for 3.93% of fruit weight, the seed with a high percentage of hull at 36.56%, the oil in seed kernel was 46.56% The optimum extract condition of seed oil was ethyl acetate with solid/solvent ratio: 1/10, at 52C for 30 The experimental results properly conformed to the constructed model (R2 = 0.82) The bitter melon oil had the peroxide and free fatty acid index of 0.85 meq O2/kg oil and 2.93mg KOH/g oil, respectively Vicine content in oil was 8.82 µg/g oil, which is safe for food, pharmaceutical and cosmetic applications Keywords: Bitter melon seed oil, vicine, extraction conditions ĐẶT VẤN ĐỀ Mướp đắng (Momordica charantia) hay khổ qua, thuộc họ bầu bí, loại rau phổ biến Việt Nam Gần đây, nhà khoa học phát hạt mướp đắng chứa lượng lớn axit béo 764 liên hợp, với tác dụng trội y học Hạt mướp đắng chứng minh chứa nhiều dầu với hàm lượng lên đến 40% (Chang & cs., 1996) Axit béo quan trọng dầu hạt mướp đắng axit linolenic liên hợp (CLnA) axit -eleostearic (C18:3 Trần Thị Hoài, Hoàng Lan Phượng, Vũ Thị Huyền, Phạm Thị Minh Huệ, Ngô Thị Hạnh, Lại Thị Ngọc Hà 9c11t13t) CLnA chủ đạo, chiếm khoảng 50% tổng lượng axit béo (Yoshime & cs., 2016) Axit -eleostearic với liên kết đôi liên hợp mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, hoạt động chất chống oxy hóa (Horax & cs., 2010), có tác dụng chống viêm, chống khối u (Dandawate & cs., 2016), chống béo phì chống tiểu đường (Alam & cs., 2015) Đặc biệt, axit -eleostearic chuyển hóa sinh học thành axit béo liên hợp cis9, trans11- C18:2 (CLA) chuột (Yuan & cs., 2009) tế bào người (Schneider & cs., 2012) CLA chứng minh có nhiều tác dụng có lợi cho sức khỏe bao gồm ngăn ngừa xơ vữa động mạch, hạn chế loại ung thư, hạn chế tăng huyết áp cải thiện chức miễn dịch (Bhattacharya & cs., 2006) Mặc dù có nhiều đặc tính q việc sản xuất dầu hạt mướp đắng gặp phải trở ngại có mặt vicine, glycol alkaloid phản dinh dưỡng tìm thấy hạt chiếm khoảng khoảng 0,524% (Zhang & cs., 2003) Vicine đậu fava chứng minh gây chứng bệnh favism, bệnh cấp tính đặc trưng thiếu máu tán huyết, người bị enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase di truyền (Basch & cs., 2003) Mặc dù bệnh favism gây hạt mướp đắng chưa báo cáo, người mắc bệnh nên tránh ăn hạt mướp đắng Chất vào dầu hạt mướp đắng gây an tồn cho người sử dụng Mục đích nghiên cứu xác định đặc điểm hóa lý hạt mướp đắng trồng phổ biến Việt Nam, xây dựng phương pháp tách chiết (a) dầu sơ đánh giá chất lượng dầu hạt thu Kết nghiên cứu cung cấp sở cho việc khai thác dầu từ hạt mướp đắng, ứng dụng sản xuất thực phẩm dược phẩm PHƯƠNG PHÁP NGHİÊN CỨU 2.1 Vật liệu hóa chất Mướp đắng giống Prền pà tăng giống địa có suất tốt, chứa nhiều hạt, thu thập xã Liêng S’Roin, huyện Đam Rông, tỉnh Lâm Đồng Hạt giống sau thu thập trồng Viện rau Quả (Gia Lâm Hà Nội) thu hoạch vào tháng 5/2019 Chất chuẩn vicine mua từ Toronto Research Chemicals, Toronto, Canada Acetonitrile hóa chất dùng cho HPLC cung cấp Samchum, Hàn Quốc Các hóa chất phân tích: KOH từ Merk, Đức Na2CO3, Natrithosulfate, Hexan cung cấp Samchum, Hàn Quốc Các hóa chất khác gồm KI, tinh bột mua Trung Quốc 2.2 Lấy mẫu xử lý mẫu Mướp đắng giống Prền pà tăng trồng Viện nghiên cứu Rau từ tháng đến tháng 5/2019 Quả thu hái vỏ chuyển màu vàng Hạt tách khỏi rửa nước nhiều lần, cân khối lượng sau đơng khơ Hạt đơng khơ tách bỏ vỏ hạt để thu nhân hạt Nhân hạt bảo quản -20C Trước tiến hành phân tích tách dầu, nhân hạt nghiền đến kích thước 0,5mm (b) Hình Quả mướp đắng xanh (a) chín (b) giống Prền pà tăng 765 Đặc điểm hóa lý hạt dầu mướp đắng trích ly ethyl acetate Bảng Các mức thí nghiệm Mức thí nghiệm X1 - Nhiệt độ (C) X2 - Thời gian (phút) Giá trị trung tâm 60 20 Khoảng biến đổi 10 10 Bảng Ma trận thực nghiệm Biến chuẩn Thí nghiệm X S Biến thực X S Thời gian (phút) -1 -1 50 10 -1 +1 50 30 +1 -1 70 10 +1 +1 70 30 -1,42 45,86 20 1,42 74,14 20 -1,42 60 5,86 1,42 60 34,14 0 60 20 10 0 60 20 11 0 60 20 12 -1 -1 50 10 13 +1 +1 70 30 14 -1 -1 50 10 15 +1 +1 70 30 2.3 Phương pháp tối ưu hóa q trình chiết dầu từ hạt mướp đắng Dựa vào khoảng ảnh hưởng yếu tố đến hiệu tách chiết dầu từ hạt mướp đắng khảo sát sơ bộ, mơ hình hóa tối ưu hóa tách chiết dầu từ hạt tiến hành phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) Các yếu tố thí nghiệm bao gồm: X1: Nhiệt độ (C), X2: Thời gian (phút) Hàm mục tiêu Y: hiệu suất thu hồi dầu (%) Các giá trị trung tâm khoảng biến đổi qua thí nghiệm khảo sát, chúng tơi lựa chọn giới thiệu bảng Dạng mơ sau: Y = bo+ b1*X1 + b2*X2 + b11*X12 + b22*X22 + b12*X1X2 Trong đó: 766 Nhiệt độ (C) b11, b22 hệ số bình phương; b12 hệ số tương tác đơi Thí nghiệm mơ hình hóa tối ưu hóa thiết kế theo Rotatable Central Composite Design (CCRD) phần mềm JMP10 Các thí nghiệm tiến hành lặp lần Tại điểm trung tâm, điểm cực đại điểm cực tiểu thí nghiệm lặp lại lần Kết thực nghiệm xử lý phần mềm JMP để thu mơ hình tốn học mơ tả q trình tách chiết Dựa mơ hình thu được, xác định điều kiện tối ưu để tách chiết dầu từ hạt mướp đắng Hiệu suất trích ly dầu dung mơi tính theo cơng thức sau: H wi w 100% bo hệ số tự do; Trong đó: b1, b2 hệ số tuyến tính; H: hiệu suất thu hồi dầu (%); Trần Thị Hoài, Hoàng Lan Phượng, Vũ Thị Huyền, Phạm Thị Minh Huệ, Ngô Thị Hạnh, Lại Thị Ngọc Hà wi: hàm lượng dầu có 1g mẫu bột hạt mướp đắng (Trích ly lần với tỷ lệ ngun liệu/dung mơi: 1/10 (w/v) điều kiện nhiệt độ, thời gian khác nhau); w: hàm lượng dầu tổng số có 1g mẫu bột hạt mướp đắng (%) - Chiết phương pháp chuẩn - TCVN 8948:2011, hệ thống Soxhlet) 2.4 Phương pháp phân tích 2.4.1 Xác định chất béo tổng số Hàm lượng chất béo tổng số xác định phương pháp Soxhlet theo TCVN 8948:2011 2.4.2 Xác định hàm lượng vicine dầu Hàm lượng vicine xác định phương pháp mô tả Zhang & cs (2003) Cân 60 mg dầu chiết với 1ml nước sau siêu âm 10 phút Sau ly tâm tách dầu, lớp nước lọc qua màng lọc 0,2µm trước bơm vào hệ thống HPLC Định lượng vicine HPLC thực hệ thống Aligent 1260 (Mỹ) với bơm G1311B-Quat, lấy mẫu tự động G1329B, điều nhiệt G1330B đèn G1365 MWD VL 20µl dịch chiết bơm vào cột Phenomenex Byphenyl (150 4,6mm i.d.; Cỡ hạt 5µm) với cột bảo vệ loại (Phenomenex, Hà Lan) Các pha động A (nước) B (axetonitril) Tốc độ dòng chảy 0,9 ml/phút nhiệt độ cột 30C Gradient pha động sau: 0-8,5 phút, 0% B; 8,5-11,5 phút, 0-100% B; 11,5-16 phút, 100% B; 16-17 phút, 100-0% B; 17-21 phút, 0% B Detector đặt để ghi tín hiệu bước sóng 280 nm Hàm lượng vicine xác định cách sử dụng đường chuẩn năm điểm (Hình 2) 2.4.3 Xác định số axit số peroxide Xác định số axit số peroxide dầu mướp đắng theo TCVN 6127:2010 TCVN 6121:2010 2.5 Xử lí số liệu Số liệu phân tích định lượng trình bày dạng: giá trị trung bình ± SD (giá trị độ lệch chuẩn) tương ứng cho ba lần lặp lại Mơ hình hóa tối ưu hóa thực phần mềm JMP 10 (SAS Institute, Cary, NC) Hình Phương trình đường chuẩn vicine Bảng Đặc điểm hóa lý hạt mướp đắng Đặc điểm Tỷ lệ hạt khô/khối lượng (%) Tỷ lệ vỏ hạt/khối lượng hạt khô (%) Hàm lượng dầu nhân hạt (%) Tỷ lệ/Hàm lượng 3,93 ± 0,21 36,56 ±2,4 46,56 ± 1,12 767 Đặc điểm hóa lý hạt dầu mướp đắng trích ly ethyl acetate KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc điểm hạt mướp đắng Đặc điểm hạt mướp đắng giống Prền pà tăng trồng Viện Nghiên cứu Rau mô tả bảng 2.Mướp đắng loại thường dùng để làm rau với thịt phận chủ yếu nên tỷ lệ hạt khô/khối lượng thấp (3,93 ± 0,21%), kết tương đương tỷ lệ hạt lựu, loại mà quan tâm để khai thác axit béo liên hợp sử dụng làm dược phẩm, tỷ lệ hạt lựu dao động khoảng 2,4-4,34% (Barone & cs., 2001) Hạt mướp đắng có vỏ hạt chiếm tỷ lệ 36.56% Phần nhân hạt chứa dầu chiếm có 63.44% Tỷ lệ vỏ hạt hạt mướp đắng cao, cao hạt Mucuna với dao động từ 9-15% (Ezeagu & cs., 2003) hay từ 20-30% hạt hướng dương (Gupta & cs., 2000) Do vỏ hạt nên tách trước khai thác dầu từ hạt mướp đắng Điều giảm khối lượng nguyên liệu chiết xuất Thêm nữa, việc loại bỏ vỏ hạt để cải thiện chất lượng dầu màu sắc độ tinh khiết (Applewhite & cs., 1993) Mặc dù, tỷ lệ nhân mướp đắng thấp (3,35% khối lượng quả) hàm lượng dầu nhân mướp đắng cao (46,56% khối lượng nhân) Hàm lượng dầu nghiên cứu cao 2% nghiên cứu Chang & cs (1996) giống mướp đắng Trung Quốc Theo Chang & cs (1996) hàm lượng dầu hạt mướp đắng dao động từ 40,6 đến 44,5% Kết lại thấp so với nghiên cứu Umamaheshwari & Reddy (2016), hàm lượng dầu tối đa mà thí nghiệm thu 51% (chiết 100C/150 phút n-hexan) Nguyên nhân khác biệt giống, khí hậu, thời vụ trồng, điều kiện chăm sóc Hàm lượng dầu nhân hạt mướp đắng tương đương với loại hạt giàu dầu khác lạc (45-52%) (Raheja & cs., 1987) hạt hướng dương (45-55%) (Zheljazkov & cs., 2008) hạt vừng (30-50%) (Were & cs., 2006) cao hạt lanh (33,3%), đậu nành (18,4%) hạt cọ (44,6%) (Gunstone & cs., 2009) Dựa kết nghiên cứu, rõ ràng giống mướp đắng Prền 768 pà tăng Việt Nam nghiên cứu có hàm lượng dầu cao nguồn nguyên liệu để khai thác dầu làm dược liệu 3.2 Tách chiết dầu hạt mướp đắng dung môi Việc chiết xuất dầu từ hạt mướp đắng tối ưu hóa thơng qua phương pháp bề mặt đáp ứng Dựa kết khảo sát ban đầu, ethyl acetate dung môi chọn để trích ly dầu hạt mướp đắng, tỷ lệ bột hạt/dung môi chọn cố định (1/10, w/v) hai yếu tố nhiệt độ thời gian coi biến mơ hình Hiệu suất thu hồi dầu cơng thức thí nghiệm trình bày bảng Kết phân tích phương sai tính phù hợp mơ hình (Lack of Fit) cho yếu tố thí nghiệm thể bảng bảng Kết thực nghiệm thiết kế CCRD hai biến cho thấy hệ số R2 mơ hình 0,82 chứng tỏ mơ hình mơ tả 82% so với thực tế Hơn nữa, giá trị P mơ hình 0,004 (P F Mơ hình Lỗi 21,71917 C Total 14 117,87610 Lack Of Fit 6,754469 R 0,0040* 2,25149 0,9027 0,82 Bảng Giá trị ước lượng hệ số hồi quy Thành phần Hệ số hồi quy Sai số t Ratio Prob > |t| Hằng số 82,488285 0,896891 91,97 0,05) Sử dụng lệnh tối ưu hóa kỳ vọng (Maximize Desirability) phần mềm JMP 769 Đặc điểm hóa lý hạt dầu mướp đắng trích ly ethyl acetate thu điều kiện tối ưu cho tách chiết dầu sau: nhiệt độ, 52°C thời gian chiết 30 phút hình Tiến hành kiểm tra tính đắn mơ hình cách thực tách chiết lần riêng biệt điều kiện tối ưu Kết thực nghiệm nằm khoảng tiên đốn mơ hình (81,81-86,44%) Bột hạt mướp đắng chiết xuất ethyl acetate nhiệt độ tách chiết 52°C 30 phút theo quy trình chiết xuất dầu hạt mướp đắng mơ tả hình 3.3 Đặc điểm dầu mướp đắng Kết xác định trị số axit peroxide dầu chiết dung môi, xác định vicine dầu thể bảng Chỉ số peroxit dầu hạt mướp đắng trung bình 0,85 meq O2/kg Chỉ số axit dầu hạt mướp đắng 2,93 mg KOH/g Theo Codex-Stan 2101999, giá trị peroxide dầu hạt mướp đắng nằm khoảng tiêu chuẩn cho dầu tinh chế (