Nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm lycopene từ bã cà chua

Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Sinh học LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Trương Hương Lan – chủ nhiệm môn Thực phẩm - Dinh dưỡng, Viện Công Nghiệp Thực Phẩm tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho em suốt q trình em thực tập hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn TS Lại Quốc Phong hướng dẫn em suốt trình học tập, nghiên cứu viện Và thời gian hồn thành khóa luận này, em nhận giúp đỡ Th.s Nguyễn Thị Làn cán phịng Thực phẩm – Dinh dưỡng, Viện Cơng Nghệ Thực Phẩm, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giáo trường Viện Đại Học Mở Hà Nội, đặc biệt thầy cô khoa Công Nghệ Sinh Học dạy dỗ em suốt thời gian học tập trường Cuối cùng, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bên em cổ vũ, động viên giúp đỡ em suốt thời gian qua Trong trình thực tập khơng tránh khỏi sai sót, kính mong thầy giáo, anh-chị bạn đóng góp ý kiến để cá nhân em tiếp thu hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội,ngày 25 tháng 05 năm 2016 Sinh viên Vũ Thị Minh Ngọc SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Sinh học MụC LụC MỞ ĐẦU PHẦN - TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LYCOPENE TRONG CÁC GIỐNG CÀ CHUA 1.1.1 Giới thiệu lycopene 1.2.2 Hàm lượng Lycopene cà chua số thực phẩm 1.2.3 Vai trò Lycopene sức khỏe người 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY LYCOPENE TỪ CÀ CHUA 10 1.3.1 Trích ly có hỗ trợ enzym 10 1.3.2 Tách chiết Lycopene từ cà chua phương pháp dung môi 10 1.3.2.1 Ảnh hưởng loại dung mơi trích ly 10 1.4 ỨNG DỤNG CỦA LYCOPENE TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM 16 1.4.1 Trên giới 16 1.4.2 Ở Việt Nam 17 1.4.3 Một số sản phẩm Lycopene từ cà chua 18 PHẦN 2-PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 19 2.1.1 Nguyên liệu 19 2.1.2 Thiết bị nghiên cứu 19 2.1.3 Hóa chất 20 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG NGHỆ 21 2.2.1 Phương pháp xác định giống cà chua thích hợp cho trích ly Lycopene21 2.2.2 Phương pháp thu nhận bã cà chua sau trình xử lý nguyên liệu enzyme (theo sơ đồ 2.1 xác định nhóm đề tài Sản xuất Lycopene từ cà chua Viện Công Nghiệp Thực Phẩm) 21 2.2.3 Phương pháp xác định điều kiện trích Lycopene dung mơi thích hợp để thu nhận Lycopene từ bã cà chua 22 2.2.3.1 Phương pháp xác định loại dung mơi thích hợp [31] 22 2.2.3.2 Phương pháp xác định tỷ lệ dung mơi/ngun liệu thích hợp 22 2.2.3.3 Phương pháp xác định nhiệt độ thích hợp 23 2.2.3.4 Phương pháp xác định thời gian thích hợp 23 2.2.3.5 Phương pháp xác định tốc độ khuấy thích hợp 23 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Sinh học 2.2.3.6 Phương pháp xác định số lần trích ly thích hợp 23 2.2.4.2 Phương pháp xác định thông số cô đặc chân khơng thích hợp 24 2.2.4.3 Phương pháp thu nhận chế phẩm sấy chân không 24 2.2.5 Quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm Lycopene từ bã cà chua dự kiến 24 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HĨA LÝ 25 2.4 PHƯƠNG PHÁP TOÁN HỌC 26 PHẦN - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP ĐỂ TRÍCH LY LYCOPENE BẰNG DUNG MÔI 28 3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn dung mơi thích hợp cho q trình trích ly Lycopene 28 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ dung môi/nguyên liệu 30 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ trích ly 31 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian trích ly 33 3.1.5 Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ khuấy 34 3.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng số lần trích ly 35 3.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN THU HỒI SẢN PHẨM 36 3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp lọc thích hợp 36 3.2.2 Xác định điều kiện để cô đặc để thu hồi dịch Lycopene cô đặc 38 3.2.3 Nghiên cứu xác định phương pháp sấy thích hợp để thu hồi chế phẩm Lycopene 5% phục vụ cho công nghiệp thực phẩm 40 3.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM LYCOPENE TỪ BÃ CÀ CHUA (QUY MÔ KG CÀ CHUA/MẺ) 42 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Sinh học DANH MụC VIếT TắT LDL Low-density lipoprotein ROS Revenue On-Line Service DNA Deoxyribonucleic acid LDL-C Low-density lipoprotein Cholesterol UV-VIS Ultraviolet-visible spectroscopy DO Bước sóng tử ngoại BHT Butylated hydroxytoluene HEA Hexane/ethanol/acetone ETA Ethyl acetate HEX Hexane ACE Acetone dm Hỗn hợp dung môi hexane/ethanol/acetone ºBx Hàm lượng chất khô HMGCoA Hydroxymethylglutaryl- Coenzyme A SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Sinh học DANH MụC BảNG Bảng 1.1 Hệ số chống oxi hóa số carotenoid [18] Bảng 1.2 Hàm lượng Lycopene thời kỳ chín đỏ số giống cà chua [3] Bảng 1.3 Hàm lượng trans-lycopene Lycopene tổng số cà chua số sản phẩm chế biến từ cà chua [17] Bảng 1.4 Trích ly Lycopene từ bột cà chua số dung môi thiết bị Shoxhlet [25] 12 Bảng 1.5 : Các sản phẩm Lycopene từ cà chua 18 Bảng 2.1 Hệ số đo 26 Bảng 3.1 So sánh hiệu phương pháp lọc thu hồi dịch chiết Lycopene dung môi 37 Bảng 3.2 Ảnh hưởng điều kiện cô đặc chân không tới chất lượng dịch Lycopene cô đặc thu 38 Bảng 3.3 Ảnh hưởng điều kiện sấy chân không khác tới chất lượng sản phẩm Lycopene thu 41 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Viện Đại học Mở Hà Nội Khoa Công nghệ Sinh học DANH MụC HÌNH Vẽ Hình 2.1 Máy chân khơng Buchi (Thụy Sĩ) 19 Hình 2.2 Máy khuấy đũa bình ổn nhiệt IKA (Đức) 19 Hình 2.3 Máy đo DO tử ngoại, Halo DB-200 UV-vis double beam Spectrophotometer (Pháp) 20 Hình 2.4 Cân điện tử AND GR-200 (Nhật Bản) 20 Hình 2.5 Máy lắc IKA (Đức 20 Hình 2.6 Máy ly tâm Sorvall RC6 (Đức) 20 Hình 3.1 Ảnh hưởng dung mơi đến q trình trích ly Lycopene 28 Hình 3.2 Dịch trích ly Lycopene dung mơi khác 30 Hình 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung mơi/ngun liệu tới q trình trích ly Lycopene 31 Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình trích ly Lycopene 32 Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến q trình trích ly Lycopene 33 Hình 3.6 Ảnh hưởng tốc độ khuấy đến thời gian trích ly Lycopene 34 Hình 3.7 Ảnh hưởng số lần tách chiết tới q trình trích ly Lycopene 35 Hình 3.8 Dịch thu hồi sau q trình trích ly dung mơi ethyl acetate 37 Hình 3.9 Dịch Lycopene đặc thu sau q trình chân khơng 40 Hình 3.10 Chế phẩm Lycopene sau q trình sấy chân khơng 42 Sơ đồ 2.1 Quy trình cơng nghệ xử lý ngun liệu cà chua có hỗ trợ enzyme 22 Sơ đồ 2.2 Quy trình sản xuất Lycopene từ bã cà chua dự kiến 25 Sơ đồ 3.1 Qui trình cơng nghệ sản Lycopene 5% (quy mô kg/mẻ) 43 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 MỞ ĐẦU Lycopene hydrocarbon tetraterpenic (C40) có chứa 11 liên kết đơi liên hợp tuyến tính, chịu trách nhiệm cho màu đỏ đậm đặc tính chống oxy hóa mạnh cà chua chín Khả vơ hiệu hóa oxy ngun tử Lycopene gấp lần β-carotene cao gấp 10 lần so với α-tocopherol [7][18] Lycopene không đơn chất màu, cịn chất chống oxi hóa nhờ khả làm vơ hiệu hóa gốc tự do, đặc biệt oxy nguyên tử Do Lycopene có tác dụng chống lại bệnh ung thư, xơ vữa động mạch bệnh liên quan đến động mạch vành Lycopene làm giảm oxy hóa LDL-Cholesterol cholesrerol xấu, qua làm giảm hàm lượng cholesterol máu Theo dự báo BBC, tháng năm 2011, thị trường toàn cầu Lycopene dạng chất màu phụ gia thực phẩm chất bổ sung dinh dưỡng tăng từ 66 triệu Đô la Mỹ (USD) năm 2010 lên đến 84 triệu USD năm 2018.Dự báo tổng doanh thu loại chất phụ gia thực phẩm loại carotenoid thị trường toàn cầu tăng từ 1,2 tỷ USD năm 2010 lên 1,4 tỷ USD năm 2018, tính riêng chất β-carotene lutein tăng tương ứng 261 triệu USD 230 triệu USD năm 2010 lên 334 triệu USD 309 triệu USD vào năm 2018 Vậy nên Việt Nam giới nghiên cứu chiết xuất loại nguyên liệu thực phẩm có hàm lượng Lycopene cao để tạo sản phẩm có lợi cho sức khỏe phục vụ người Việc tạo sản phẩm màu đỏ Lycopene Việt Nam có ý nghĩa cho việc bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng, bối cảnh khơng kiểm sốt việc sử dụng chất màu có nguồn gốc hóa học tổng hợp độc hại chế biến thực phẩm Xuất phát từ thực tiễn đó, tơi thực nghiên cứu đề tài: “Nghiêncứu công nghệ sản xuất chế phẩm Lycopene từ bã cà chua”với nội dung sau: -Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu cà chua cho sản xuất chế phẩm Lycopene -Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp để trích ly Lycopene từ dung mơi -Nghiên cứu xác định điều kiện thu hồi sản phẩm SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 PHẦN 1-TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LYCOPENE TRONG CÁC GIỐNG CÀ CHUA 1.1.1 Giới thiệu lycopene Lycopene tetraterpene đối xứng tập hợp từ đơn vị isoprene Lycopene có cơng thức phân tử C40H56 có khối lượng phân tử 536,88 g/mol Nó chuỗi hydrocacbon mạch thẳng khơng bão hịa chứa 11 nối đơi liên hợp nối đôi không liên hợp Khác với carotenoid khác, hai vòng cacbon hai đầu mạch lycopene khơng kín Mật độ cao liên kết đơi liên hợp tạo phổ có tính chất chống oxy hóa mạnh, khiến cho Lycopene trở thành chất oxy hóa tiềm mạnh [18].Cơng thức cấu trúc phân tử Lycopene thể Hình 1.2 Hình 1.2 Cấu trúc phân tử lycopene dạng all-trans Cơng thức cấu tạo Lycopene cho phép khử hoạt tính gốc tự Do gốc tự phân tử không cân điện hóa học, chúng có khả phản ứng cao với thành phần tế bào gây phá hủy thường xuyên.Các oxy nguyên tử sản phẩm phụ q trình oxy hóa trao đổi tế bào.Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy Lycopene có hoạt tính chống oxy hóa cao số carotenoid tự nhiên.Khả dập tắt oxi nguyên tử Lycopene cao gấp lần so với β-carotene, gấp 10 lần so với αtocopherol, gấp 100 lần vitamin E gấp 125 lần so với glutathione SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Bảng 1.1 Hệ số chống oxi hóa số carotenoid [18] STT Carotenoid Hệ số chống oxy hóa Lutein Zeaxanthin 10 β – carotene 14 α – tocopherol 19 Cantaxanthin 21 Astxanthin 24 γ – carotene 25 Lycopene 31 Do chứa nhiều liên kết đôi cấu trúc, Lycopene có đến 1.056 đồng phân khác nhau, có phần nhỏ tìm thấy tự nhiên Lycopene dạng đồng phân all-trans chiếm ưu hơn, tìm thấy nhiều thực vật Đồng phân dạng cis-lycopene tự nhiên bao gồm: 5-cis, 9-cis, 13-cis 15-cis Lycopene huyết người gồm hỗn hợp gần 50% Lycopene dạng cis 50% Lycopene dạng all-trans Lycopene thực phẩm chế biến chủ yếu dạng đồng phân cis 1.2.2 Hàm lượng Lycopene cà chua số thực phẩm Trong tự nhiên, thực vật vi sinh vật có khả tổng hợp Lycopene Động vật người không tự tổng hợp Lycopene mà phải bổ sung từ thức ăn Thực phẩm chứa nhiều Lycopene loại rau màu đỏ cà chua, dưa hấu, bưởi đào, mơ, ổi đào… nguồn cung cấp Lycopene lớn phần ăn người từ cà chua [14][53] Hàm lượng Lycopene cà chua phụ thuộc vào đặc tính di truyền gene, yếu tố bên ngồi mơi trường (nhiệt độ, ánh sáng, nước chất dinh dưỡng có sẵn), kỹ thuật gieo trồng (giống, ngày thu hoạch) chế độ bảo quản sau thu hoạch [34][19] Một số nghiên cứu cho thấy hàm lượng SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Lycopene chủ yếu định yếu tố di truyền giống cà chua [5][26] Trong cà chua tươi, hàm lượng Lycopene tìm thấy dao động từ 20-200 mg/kg cà chua, trung bình 50 mg/kg tươi[50] Hàm lượng Lycopene cà chua tươi quan sát thấy số giống cà chua quốc gia khác như: Nigeria 70,25-147,29 mg/kg [6] Tây Ban Nha khoảng 18,6-65,0 mg/kg [34], Hungary từ 63,0-155,0 mg/kg [26], Bỉ 33,26-103,70 mg/kg [17], Mỹ 85,3-145,1 mg/kg [22] Việt Nam từ 50-87 mg/kg [3] Hàm lượng Lycopene cao đáng kể kiểm nghiệm giống cà chua trồng nhà kính (trung bình 83,0 mg/kg cà chua tươi) cao so với cà chua gieo trồng cánh đồng khơng kiểm sốt lượng nước tưới (trung bình 59,2 mg/kg cà chua tươi) tất thời điểm thu hoạch khác [12] Lycopene phân bố phần cà chua như: vỏ quả, phần không tan nước phần chất hịa tan nước có tính chất xơ hịa tan [45] Có đến 72 – 92% Lycopene tìm thấy phần chất xơ khơng tan vỏ Phần vỏ chất thải cà chua có chứa hàm lượng Lycopene cao gấp lần so với nước ép cà chua (tính theo khối lượng ướt), độ ẩm cao, nhạy cảm với vi sinh vật nên việc bảo quản xử lý nguyên liệu gặp nhiều khó khăn Năm 2001, Barret cộng qua nghiên cứu xác định hàm lượng Lycopene vỏ cà chua, bã cà chua chế biến, cà chua nguyên nước ép cà chua giảm dần, tương ứng từ 376; 176; 84; 47 mg/kg Trong theo kết phân tích Ranveer cộng [41] hàm lượng Lycopene tương ứng 420; 195; 84; 47 mg/kg giảm dần từ vỏ cà chua, bã cà chua chế biến, cà chua nguyên nước ép cà chua Đối với nghiên cứu Nguyễn Thị Hồng Minh [3] hàm lượng Lycopene thời kì chín đỏ thành phần vỏ thịt số giống SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 Dựa vào kết hình ình 3.6 thấy hàm lượng Lycopene ycopene ttăng dần tăng tốc độ khuấytừ khuấ 200 vòng/phút lên 300 vòng/phút H Hàm lượng Lycopene đạt cao nh tốc độ khuấy 300vòng/phút 119,53 mg/kg, hiệu suất đạt 91,32% % Ở tốc độ khuấy 350 vòng/phút, hàm lượ ợng Lycopene giảm xuống 104,78% ,78% Điều giải thích ttăng tốc độ khuấy đẩyy nhanh q trình tr tách Lycopene khỏii nguyên nguy liệu Tuy nhiên, tốc độ khuấy y cao s làm giảm cân củaa q tr trình trích ly hịa tan Lycopene từ nguy nguyên liệu vào dung môi, đồng thời làm ttăng tốc độ phân giải Lycopene,, qua làm giảm hàm lượng Lycopene dịch d trích ly Chọn tốc độ khuấy 300 vòng/ phút tốc độ khuấyy thích hợp hợ để trích ly Lycopene từ cà chua bằ ằng dung môi ethyl acetate 3.1.6 Nghiên cứu ảnh h hưởng số lần trích ly Để làm tăng tối đa lư ượng Lycopene trích ly khỏi nguyên ên li liệu cà chua, tiến hành tăng số lần n trích ly llên lần lần điềuu kiện công ngh nghệ Hiệu suất trích ly Lycopene (%) xác định từ mục ục 3.2.1 đến 3.2.5 Kết trình bày hình ình 3.7 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 86.01% Lần 91.32% Lần 92.02% Lần Số lần n trích ly (l (lần) Hình 3.7 Ảnh hưởng ởng c số lần tách chiết tới q trình ình trích ly L Lycopene SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc Ng - Lớp 1202 35 Từ kết hình 3.7có thể thấy, lần trích ly hiệu suất trích ly Lycopene đạt 86,01%.Khi trích ly thêm lần thứ 2, hiệu suất đạt 91,32%, tăng thêm 5% so với lần trích ly lần Tuy nhiên, trích ly lần thứ hiệu suất trích ly có tăng lên tăng khơng đáng kể (0,7%) so với lần trích ly thứ Kết tương ứng với nghiên cứu ảnh hưởng số lần trích ly lycopene dung mơi Kumar cộng (2013), có đến 60-70% lycopene trích ly lần trích ly đầu tiên, 10-25% lần trích ly thứ Sau lần trích ly dung mơi, trích ly 90-95% Lycopene tổng số có nguyên liệu bã cà chua ban đầu Do để đảm bảo hiệu kinh tế thời gian trích ly, lựa chọn số lần trích ly lần Như vậy, thơng số tối ưu cho q trình trích ly Lycopene từ cà chua xác định sau:
Loại dung môi sử dụng: ethyl acetate
Tỉ lệ dung mơi/ngun liệu: tỉ lệ 3/1
Nhiệt độ trích ly: 50ºC
Thời gian trích ly:
Tốc độ khuấy: 300 vịng/phút
Số lần trích ly: lần 3.2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN THU HỒI SẢN PHẨM 3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp lọc thích hợp Trong thí nghiệm sản xuất thực tế, người ta sử dụng nhiều phương pháp lọc khác để loại bỏ hợp chất cặn khơng hịa tan khỏi hỗn hợp Lycopene dung môi nhằm thu hồi hỗn hợp đồng Lycopene dung môi [23][31][32] Tuy nhiên, điều kiện sẵn có phịng thí nghiêm, so sanh phương pháp SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 36 lọc giấy lọc áp suất thường chân không Kết so sánh số tiêu lọc thời gian lọc hiệu suất thu hồi Lycopene trình bày bảng 3.2 Bảng 3.1 So sánh hiệu phương pháp lọc thu hồi dịch chiết Lycopene dung môi Phương pháp lọc qua giấy điều Tốc độ lọc kiện Hiệu suất thu hồi Lycopene (%) Áp suất thường lít / 30 phút 91,1% Áp suất chân khơng (500 mBar) lít / phút 96,3% Tiến hành so sánh phương pháp lọc ta thấy lọc chân không đem lại hiệu suất thu hồi Lycopene 96,3%, cao 5,2% so với lọc áp suất thường, có hiệu suất thu hồi 91,1% (bảng 3.2) Chính vậy, phương pháp lọc chân khơng lựa chọn để lọc thu hồi hỗn hợp Lycopene dung mơi sau q trình trích ly bã cà chua dung mơi Ethyl axetate Dịch trích ly dung mơi chưa lọc Q trình lọc Dịch trích ly dung mơi lọc Hình 3.8 Dịch thu hồi sau q trình trích ly dung mơi ethyl acetate SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 37 3.2.2 Xác định điều kiện để cô đặc để thu hồi dịch Lycopene đặc Với mục đích tách thu hồi dung mơi Ethyl acetate từ dịch trích ly giàu Lycopene mà giữ màu sắc hương vị tự nhiên dịch Lycopene đặc, phương pháp chân không phương pháp phổ biến [31][58] Việc tạo độ chân khơng q trình cô đặc làm giảm nhiệt độ sôi dịch trích ly giàu Lycopene, qua làm giảm nhiệt độ bay dung môi cần tách thu hồi Nhiệt độ sơi thấp thành phần dinh dưỡng hoạt chất sinh học bị biến đổi giữ màu sắc hương vị đặc trưng hỗn hợp dịch Lycopene cô đặc từ cà chua Q trình đặc tiến hành máy chân không Buchi (Thụy Sĩ) điều kiện khác nhau: nhiệt độ thay đổi từ 50-75 0C, áp suất chân không thay đổi từ 100 – 300 mbar tốc độ quay bình thay đổi từ 50 – 100 v/ph Kết trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2 Ảnh hưởng điều kiện cô đặc chân không tới chất lượng dịch Lycopene cô đặc thu Các điều kiện cô đặc chân không Chất lượng dịch Lycopene cô đặc Nhiệt độ Áp suất Tốc độ Hàm lượng HSTH đặc (0C) (mBar) quay bình Lycopene (%) Lycopene (%) cô (v/ph) 50 100 50 1,2 91,6 55 150 50 1,1 91,2 60 200 75 0,8 81,5 65 250 75 0,6 75,9 70 300 100 0,4 51,3 75 350 100 0,3 48,4 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 38 Kết bảng 3.3 cho thấy, yếu tố điều chỉnh kết hợp q trình đặc có ảnh hưởng mạnh tới chất lượng dịch Lycopene cô đặc thu Khi nhiệt độ cô đặc tăng từ 50 0C đến 75 0C, hàm lượng Lycopene thu dịch Lycopene đặc giảm mạnh, từ 1,2 % xuống 0,3% Ở điều kiện nhiệt độ cô đặc 50 0C, áp suất cô đặc 100 mBar tốc độ quay bình 50 v/ph cho sản phẩm dịch Lycopene đặc có hàm lượng hiệu suất thu hồi lớn nhất, tương ứng 1,2% 91,6% Tiếp theo điều kiện nhiệt độ cô đặc 55 0C, áp suất cô đặc 150 mBar tốc độ quay bình 50 v/ph cho dịch Lycopene đặc có hàm lượng hiệu suất thu hồi lớn thứ 2, tương ứng 1,1% 91,1% Trong đó, tăng nhiệt độ đặc lên tới 75 0C, áp suất cô đặc 350 mBar tốc độ quay bình 100 v/ph cho dịch Lycopene đặc có hàm lượng hiệu suất thu hồi thấp nhất, tương ứng 0,3% 48,4% Sự suy giảm hàm lượng Lycopene dịch Lycopene cô đặc thu tăng nhiệt độ đặc giải thích nhiệt độ cao làm biến tính phân giải phần Lycopene hỗn hợp q trình đặc Mặc dù, kết bảng 3.4 cho thấy điều kiện nhiệt độ cô đặc 50 0C, áp suất cô đặc 100 mBar tốc độ quay bình 50 v/ph cho sản phẩm dịch Lycopene đặc có hàm lượng hiệu suất thu hồi lớn Nhưng thời gian cô đặc điều kiện lại kéo dài khó cơ, hay bị trào bọt q trình đặc (kết khơng trình bày nghiên cứu này) Các hạn chế giải thích áp suất chân khơng q thấp khiến cho mức độ ổn định tốc độ bốc ethyl axetate dễ bị phá vỡ điều kiện nồng độ chất hịa tan dung mơi liên tục bị giảm q trình đặc SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 39 Chính vậy, lựa chọn điều kiện cô đặc nhiệt độ cô đặc 550C, áp suất cô đặc 150 mBar tốc độ quay bình 50 v/ph cho sản phẩm dịch Lycopene đặc có hàm lượng hiệu suất thu hồi tương đối lớn, tương ứng 1,1% 91,1% Sản phẩm thu dịch Lycopene đặc 1,1%, có màu tím đen hương vị đặc trưng cà chua tươi Hình 3.9.Dịch Lycopene đặc thu sau q trình chân không 3.2.3 Nghiên cứu xác định phương pháp sấy thích hợp để thu hồi chế phẩm Lycopene 5% phục vụ cho cơng nghiệp thực phẩm Với mục đích tạo chế phẩm giàu Lycopene dễ dàng sử dụng sản xuất thực phẩm chức năng, dịch cô đặc giàu lycopene đem sấy để thu nhận chế phẩm Lycopene dạng bột Phương pháp sấy chân không ứng dụng để sấy khô nhiều sản phẩm thực phẩm thực phẩm chức sấy bột cà rốt, bột hoa quả, chế phẩm đường từ có ngọt… Sấy chân khơng tiến hành nhiệt độ áp suất thấp, thời gian ngắn nên giữ giá trị dinh dưỡng màu sắc hương vị sản phẩm Do vậy, phương pháp sấy chân không SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 40 lựa chọn để sấy dịch chiết cô đặc giàu Lycopene từ cà chua Quá trình sấy thực thiết bị ADP 300 (Nhật Bản), nhiệt độ sấy thay đổi từ 40-600C, áp suất chân không thay đổi từ 100-200 mBar thời gian sấy từ 4-5 Kết nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện sấy chân không khác trình bày bảng 3.4 Bảng 3.3 Ảnh hưởng điều kiện sấy chân không khác tới chất lượng sản phẩm Lycopene thu Các điều kiện sấy chân không Nhiệt độ Áp suất sấy (0C) (mBar) Chất lượng sản phẩm Lycopene Thời gian Hàm lượng sấy (h) Lycopene Độ ẩm HSTH (%) Lycopene (%) (%) 40 200 5,2 6,8 90,8 45 200 5,1 3,9 90,3 50 150 4,5 4,3 4,2 82,6 55 100 3,6 4,4 76,5 60 100 2,4 5,0 58,2 Kết trình bày bảng 3.4 cho thấy điều kiện sấy chân không khác tạo sản phẩm Lycopene có chất lượng hiệu suất thu hồi khác Ở điều kiện nhiệt độ sấy 40 0C, áp suất 300 mBar thời gian sấy 5h cho sản phẩm Lycopene có hàm lượng hiệu suất thu hồi lớn nhất, tương ứng 5,2% 90,8 % Tuy nhiên, sản phẩm Lycopene thu điều kiện sấy chân khơng cịn chứa lượng ẩm tương đối cao, 6,8% lớn so với độ ẩm cho phép chế phẩm Lycopene thông thường (< 5%) SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 41 Do vậy, lựa chọn điều kiện nhiệt độ sấy 450C, áp suất 200 mBar thời gian sấy 5h cho sản phẩm bột Lycopene có hàm lượng hiệu suất thu hồi thấp không đáng kể so với điều kiện kể trên, tương ứng 5,1% 90,3% Sản phẩm bột Lycopene có độ ẩm thấp 3,9 %, đạt tiêu chuẩn cho chế phẩm Lycopene thông thường Sản phẩm bột /100g bd Lycopene có màu tím thẫm, mịn, thơm đặc trưng 65g Hình 3.10 Chế phẩm Lycopene sau trình sấy chân khơng 3.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẾ PHẨM LYCOPENE TỪ BÃ CÀ CHUA (QUY MÔ KG CÀ CHUA/MẺ) Trên sở kết hợp q trình cơng nghệ xử lý ngun liệu enzyme để thu hồi bã cà chua giàu Lycopene thực nghiên cứu khác nhóm đề tài Sản xuất Lycopene từ cà chua Viện Công Nghiệp Thực Phẩm, Bộ Cơng Thương Sau ta tiền hành xử lý bã cà chua dung môi để thu hồi dịch trích ly giàu Lycopene thu hồi Lycopene phương pháp lọc, cô đặc sấy chân khơng thích hợp Với kết đạt nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất chế phẩm Lycopene 5% theo sơ đồ quy trình cơng nghệ 3.1 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 42 Bã cà chua giàu Lycopene Dung mơi ethyl acetate Trích ly dung mơi Thu dịch Lycopene Lọc chân không (áp suất 500 mbar) Bổ sung chất mang Các thông số công nghệ: -Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu: 3/1 -Nhiệt độ: 50ºC -Thời gian: -Tốc độ khuấy: 300v/ph Cô đặc (nhiệt độ 50ºC, áp suất chân không 300 mbar) Sấy chân không (45ºC, áp suất 200 mbar, giờ) Chế Phẩm Lycopene 5% Sơ đồ 3.1 Qui trình cơng nghệ sản Lycopene 5% (quy mơ kg/mẻ) THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Trích ly Lycopene từ bã cà chua xử lý enzym Tiến hành trích ly Lycopene từ bã cà chua dung môi ethyl acetate với thông số công nghệ sau đây: tỷ lệ dung môi/nước 3/1, trích ly nhiệt độ 50ºC, tốc độ khuấy 300 vòng/phút, thời gian giờ, số lần trích ly lần Lọc chân khơng dịch sau q trình trích ly dung mơi thu nhận dịch trích ly giàu Lycopene Cơ đặc dịch trích ly giàu Lycopene Dịch trích ly đặc nhiệt độ 55ºC, áp suất chân không 150 mbar Sấy chân khơng Dịch trích ly Lycopene đặc phối trộn với chất mang theo cơng thức thích hợp sấy chân không để thu nhận chế phẩm bột Lycopene 5% SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 43 KẾT LUẬN Từ kết thu trên, rút số kết luận sau: Đã lựa chọn ethyl acetate dung mơi thích hợp cho q trình trích ly Lycopene từ bã cà chua với hiệu suất trích ly 70,57% Đã xác định điều kiện công nghệ tối ưu cho q trình trích ly Lycopene từ bã cà chua dung môi là: - Tỉ lệ dung môi/nguyên liệu: 3/1 - Nhiệt độ: 50ºC - Thời gian trích ly: - Tốc độ khuấy: 300 vòng/phút - Số lần trích ly: lần Các điều kiện cơng nghệ trích ly ảnh hưởng lớn tới trình thu hồi Lycopene Hiệu suất thu hồi dịch chiết chứa Lycopene cao đạt 91,32% Đã xác định điều kiện đặc chân khơng thích hợp (55ºC, 150 mbar) hiệu suất 96,3%, cao 5,2% so với lọc áp suất thường, có hiệu suất thu hồi 91,1% để thu hồi dịch Lycopene cô đặc nồng độ hiệu suất thu hồi cao Đã xác định điều kiện sấy chân khơng thích hợp (45ºC, 200 mbar, giờ) cho sản phẩm bột Lycopene có hàm lượng hiệu suất thu hồi cao, tương ứng 5,1% 90,3% Đã xây dựng quy trình trích ly thu nhận Lycopene từ bã cà chua dung môi để tạo chế phẩm giàu Lycopene 5% KIẾN NGHỊ Do thời gian có hạn nên nghiên cứu tiến hành qui mơ phịng thí nghiệm (3kg cà chua/mẻ) Nếu có điều kiện, chúng tơi tiếp tục nghiên cứu trích ly thu nhận chế phẩm Lycopene qui mô lớn (30 kg/mẻ) để khẳng định kết đạt nâng khả ứng dụng sản xuất Lycopene từ bã cà chua qui mô công nghiệp SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Hà Thị Hiến (2007), Kỹ thuật trồng ngơ, cà chua, dưa chuột, bí xanh, NXB Văn hóa Dân tộc, trang 10-19 Mai Thị Phương Anh (2003 ) “Kỹ thuật trồng cà chua an toàn quanh năm” NXB Nghệ An Nguyễn Thị Hồng Minh (2012), Nghiên cứu sản xuất sản phẩm giầu lycopen từ cà chua đánh giá hiệu phòng chống rối loạn lipid máu sản phẩm, Luận Án Tiến Sỹ Nguyễn Văn Đạt, Ngô Văn Tám (1975), Phân tích Lương thực – Thực phẩm Bộ lương thực thực phẩm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, trang 149 TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI Abushita A.A., Daood H.G & Biacs P.A (2000), Change in carotenoids and antioxidant vitamins in tomato as a function of varietal and technological factors J Agric Fd Chem., 6, 2075-2081 Ademoyegun Olufemi Temitope, Akin-Idowu Pamela Eloho, Ibitoye Dorcas Olbunmi, (2009), Lycopene Content in Tomatoes (Lcyopersion esculentum Mill): Effect of Thermal Heat and its Health Benefist, Fresh Produce (1), 40-43 Agarwal S., & Rao A V (2000) Tomato lycopene and its role in human health and chronic diseases Canadian Medical Association Journal, 163, 739744 AOAC (2002), ‘’Spectrophotometric method’’, Official Method 941.15 Barrett D.M., Anthon G (2001), “Lycopene content of California-grow tomato varieties”, Acta Hortic., 542, 165-173 10 Baysal T., Ersus S., Starmans DAJ, (2000), Supercritical CO2 Extraction of β-carotene and lycopene from Tomato Paste Waste J Agric Food Chem., 48: 5507-5511 11 Boskovic MA.(1979), Fate of lycopene in dehydrated tomato products: carotenoid isomerization in food system J Food Sci 44:84-6 12 Brandt S., Lugasi A., Brana É., Hosvári J., Pesk Z and Heleys L (2003), Effects of the growing methods and conditons on the lycopene content of tomato fruits, Acta Alimetaria, Vol 32(3) 269-278 – in: Somos A & Helyes SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 45 L (1994), Zӧldséghajtatás (Vegetable-forcing.) Lecture notes, Szent István Univ., Gӧdӧll, 119 13 Calvo, M M., Dado, D., & Santa-Maria, G (2007), Influence of extraction with ethanol or ethyl acetate on the yield of lycopene, β-carotend, phytoene and phytofluen from tomato peel powder European Food Research and Technology, 224, 567-571 14 Chalabi N., Lecoree L., Maurizis J., Bignon Y and Bernard (2004), The effect of Lycopene on the proliferation of human and BRCA1 and BRCA2 gene expression, Eur J Cancer, 40, 1768 (10.1016/J.ejca.2004.03.028) 15 Choksi, PM., Joshi, CVY, (2007), A review on lycopene-Extraction, Purification, Stability and Applications Int J Food Prop., 10 (2): 289-298 16 Choudhari S M., Anathanarayan L.(2007), Enzyme aided extraction of lycopene from tomato tissues Food chemistry, 102, 77-81 17 Cucu T., Coco J V., Bergh M.A V.D., Vandevijivere S (2011), Assessment of the dietary intake of lycopene by the Belgian adult population, Animal, Plant and Food Directorate-General (DG 4) of the Federal Public Service of Health, Food Chain Safety and ENviroment, pages: 31-34 18 Di Mascio P, Kaiser S, Sies H (1989), Lycopene as the most efficient biological carotenoid singlet oxygen quencher Arch Biochem Biophys 274:532-538 19 Dumas Y., Daomo M., Di Lucca G & Grolier P (2003), Effects of environmental factors and agricultural techniques on antioxidant activity J Sci Fd Agric., 83, 369-382 20 Eh A L S.,& Teoh S G (2012), Novel modified ultrasonication technique for the extraction of lycopene from tomatoes Ultrasonics Sonochemistry, 19, 151-159 21 Fish W W., Perkins-Veazie P., & Collins J K (2002), A quantitative assay for lycopene that utilizes reduced volumes of organic solvents Journal of Food Composittion and Analysis, 15, 309-317 22 Garcia E & Barrett D (2006), Assessing lycopene content in California processing tomatoes, Journal of Food Processing and Preservation, 30: 5670 23 Giori Andrea,(2003), A process for the preparation of tomato extracts with high content in lycopene, WO 2003079816 A1 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 46 24 Hackett MM, Lee Jh, Francis D, Schwartz SJ (2004), Thermal stability and isomerization of lycopene in tomato oleoresins from different varieties J Food Sci 69:536-541 25 Haroon Saima (2014), Extraction of lycopene from Tomato Paste and its Immobilization for Controlled Release Master of Science (MSc) in Material & Processing Engineering, University of Waikato, New Zealand 26 Heleys L., Lugasi A., Pogonyi Á And Pek Z (2009), Effect of variety and grafting on lycopene content of tomato (Lycopersicon Lycopersicum L Karsten) fruit, Acta Alimentaria, Vol 38 (1), 27-34 27 Ishida Betty K and Chapman Mary H (2009), Carotenoid Extraction from Plants Using a Novel, Enviromentally Friendly Solvent, J Agric Food Chem., 57(3), 1051-1059 28 Kaidian S.S and Sharma A (2013), Effect of heat on the Stability of tomato extract (lycopene) IJBPAS, February, 2013(2): 386-390 29 Kaur D., Wani A A., Oberoi D P S., & Sogi D S (2008), Effect of extraction conditions on lycopene extractions from tomato processing waste skin using response surface methodology Food Chemistry, 108, 711-718 30 Kumar S R., Sundar S S., Afandi A., Rahman S (2013), Optimization of lycopene from Malaysian all season coloured fleshy fruits Inter Jou of Bio, Phar And Allied sci., Luly, 2013, 2(7), 1455-1467 31 Lavechia Roberto, Zuorro Antonio (2008), Improved lycopene extraction from tomato peels using cell-wall degrading enzymes Eur Food Res Technology 228:153-158 32 Lenucci M S., Caroli M D., Marrese P.P., Iurlaro A., Rescio L., Bӧhm zv., Dalessandro G., Piro G., (2015), Enzyme-aided extraction of lycopene from high-pigment tomato cultivars by supercritical carbon dioxide, Food Chemistry 170:193-202 33 Mantanis G.I., Young R.A., Rowell R.M.(1995), Swelling of compressed cellulose fiber webs in organic liquids, Cellulose 2;1-22 34 Martín-Valverde I., Periago M.J., Provan G & Chesson A (2002), Phenolic compounds, lycopene and antioxidant activity in commercial varieties of tomato (Lycopersicum esculentum) J Sci Fd Agric., 82, 323330 35 Mayeaux M., Xu.Z., King J.M and Prinyawiwa Hari W (2006), Effects of cooking Conditions on the lycopene content in tomatoes Food chemistry and Toxicology SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 47 36 Mason TJ, Lorimer JP., (2002), Applied Sonochemistry Wiley-VCH, Weeinheim 37 Nunes I L., & Mercadante A Z (2004),Production of lycopene crystals from tomato waste Clinical Techonology Alimentary campinas, 24(3), 440447 38 Obataya E, Gril J (2005), Swelling of acetylated wood I Swelling in organic liquids, J Wood Sci 51:124-129 39 Papaioannou FH, Karabelas AJ., (2012), lycopene recovery from tomato peel under mild conditions assisted by enzymatic pre-treatment and non-ionic surfactants, Acta Biochim Pol 59(1): 71-4 Epub 2012 Mar 17 40 Poojary Mahesha M., Passamonti Paolo (2015), Optimization of extraction of high purity all-trans-lycopene from tomato pulp waste Food chemistry, 188, 84-91 41 Puri M., Kaur A., Barrow CJ., Singh RS., (2011), Citrus peel influences the production of an extracellular naringinase by Staphylococus xylosusMAK in a stirred tank reactor Appl Microbiol Biotechnol, 89:715-22 42 Ranveer, Rahul.C., Patil, Samsher.N Patil, Akshya K Sahoo (2013), Effect of different paramaters on enzyme-assisted extration of lycopene from tomato processing waste Food and Bio products Processing, In press, October 2013,91 (4), 370-375 43 Rao A V., Waseem Z., & Agarwal S (1998), Lycopene content of tomatoes and tomato products and their contribution to dietary lycopene Food Research International, 31, 737-741 44 Rozzi NL, Singh RK, Vierling RA, Watkins BA, (2002), Supercritical fluid extraction of lycopene from tomato processing by products, J Agric Food Chem 50:2638-2643 45 Ruiz-Ter՛ an F., Perez-Amador I., L՛ opez-Munguia A., (2001), Enzymatic extraction and transformation of glucovanillin to vanillink 46 Sharma, S.K.; Le Maguer, M Licopene in tomatoes and tomato pulp fractions Ital J Food Sci 1996, 2, 107-113 47 Shi J., Khatri M., Xue SJ., Mittal GS., Ma Y., Li D (2009), Solubility of lycopene in supercritical CO2 fluid as affected by temperature and pressure Sep Purif Technol., 66 (2): 322-328 48 Shi J., Le Maguer M., Kakuda Y., Liptay A., Niekamp F., (1999), lycopene degreadation and isomerization in tomato dehydration Food Reseach International, 32, 15-21 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 48 49 Soria AC, Villamiel M., (2010), Effect of ultrasound on the technological properties, bioactivity of food: a review Trends Food Sci Technol 21:323331 50 StratiIF., Oreopoulou V., (2011), Process optimization for recovery of carotenoids from tomato waste Food Chem 129:747-52 51 Takeoka GR, Dao L, Flessa S Gillespie DM, Jewell WT, Huebner B, Bertow D, Ebeler SE (2001), Processing effect on lycopene content and antioxidant activity of tomatoes, J Agri Food Chem, 49, pp 3713-17 52 Toungbodihitham A K., Jones G P., Wahlqvist M L., & Briggs D R (1998), Evaluation of extraction method for the analysis of carotenoids in fruits and vegetables Food Chemistry, 63, 577-584 53 Vasapollo G., Longo L., Rescio L., Ciurlia L (2004), Innovative supercritical CO2 extraction of lycopene from tomato in the presence of vegetable oil as co-solvent J Supercrit Fluid., 29 (1-2): 87-96 54 Vuong TL, Dueker SR, Murphy SP., (2002), Plasma β-carotene and retinol concentios of children increase after a 30-d supplemtation with the fruit Momordica cochinchinensis (gac) Am J Clin Nutr 75, 872-879 55 Wang C Y., Chen B H (2006), Tomato pulp as source for the production of lycopene powder containing high proportion of cis-isomer European Food Research and Techonology, Volume 222, Issue 3-4, p 347-353 56 Xu Y., & Pan S (2013), Effects of various factors of ultrasonic treatment on the extraction yield of all-trans-lycopene from red grapefruit (Citrus paradies Macf.) Ultrasonics Sonochemistry, 20, 1026-1032 57 Zelkha, M., Ben-Yehuda M., Hartal D., Raveh Y., Garti N., (1998), Industrial processing of tomatoes and product thereof U.S Patent 5.837.311 58 Zourro Antonio, Fidaleo Marcello, Lavecchia Roberto ( 2011), Enzymeassisted extraction of lycopene from tomato processing waste Enzyme and Microbital Techonology 49, 567-573 SVTH: Vũ Thị Minh Ngọc - Lớp 1202 49