GIỚI THIỆU
ĐẶT VẤN ĐỀ
Acid béo Omega-3 là những acid béo không thay thế có đa nối đôi mà cơ thể con người không tự tổng hợp được, do đó cần phải lấy từ thực phẩm Ba loại acid béo Omega-3 quan trọng nhất bao gồm α-Linolenic acid (ALA) có trong dầu thực vật, eicosapentaenoic acid (EPA) và docosahexaenoic acid (DHA) thường xuất hiện trong các loại dầu từ sinh vật biển.
Hình 1.1: Cấu trúc của các béo quan trọng trong Omega-3
(Sửa đổi từ Kashiwag and Huang, 2012)
Omega-3 là acid béo được nghiên cứu nhiều nhất hiện nay, với nhiều công trình trên thế giới tập trung vào việc thu nhận từ thực vật và động vật để đáp ứng nhu cầu phòng, chữa bệnh và nâng cao sức khỏe Tại Việt Nam, nghiên cứu về việc thu nhận và sử dụng các acid béo không thay thế Omega-3 và Omega-6 từ nguồn tự nhiên còn hạn chế Dù nhu cầu sử dụng trong nước đang tăng nhanh, nhưng hiện tại, loại acid béo này hoàn toàn phải nhập khẩu với giá thành cao.
Nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước và nâng cao giá trị của Omega-3, nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất Omega-3 từ hạt Chia, đầu cá hồi và mỡ cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm” Đề tài sử dụng phương pháp thủy giải dầu mỡ để chiết tách các acid béo tự do và tủa urea để tinh sạch và làm giàu các acid béo bất bão hòa (Omega-3) Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra phương pháp trích ly Omega-3 chung cho cả động vật và thực vật tại Việt Nam.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Omega-3 trên thị trường Việt Nam chủ yếu là sản phẩm nhập khẩu với giá thành cao, đặc biệt là từ cá hồi và hạt Chia, hai nguồn nguyên liệu ngoại nhập đắt tiền Hiện tại, chưa có nhiều báo cáo cụ thể về phương pháp trích ly Omega-3 cũng như so sánh thành phần dinh dưỡng của loại dầu này Nghiên cứu này áp dụng hai quy trình khác nhau để chiết xuất dầu thô: phương pháp trích dầu thô bằng trích ly rắn lỏng cho hạt Chia và phương pháp gia nhiệt kết hợp khuấy trộn cho đầu cá hồi, cùng với gia nhiệt gián tiếp không sử dụng dung môi cho nguyên liệu mỡ cá basa Sau khi trích xuất, dầu mỡ từ ba loại nguyên liệu sẽ được làm giàu Omega-3 thông qua phương pháp thủy phân hóa học kết hợp với tủa urea Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra phương pháp trích ly Omega-3 đơn giản ở quy mô phòng thí nghiệm cho ba loại nguyên liệu này và đánh giá khả năng làm giàu Omega-3.
3 bằng phương pháp tủa urea; từ đó so sánh thành phần của Omega-3 trong các nguyên liệu này với các báo cáo trước đây
Đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất Omega-3 từ hạt Chia, đầu cá hồi và mỡ cá tra ở quy mô phòng thí nghiệm” nhằm mục tiêu phát triển quy trình hoàn chỉnh để chiết tách Omega-3 từ các nguồn nguyên liệu thực vật và động vật giàu chất này.
3 là rất cần thiết và có ý nghĩa.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Để xác định các thông số tối ưu cho quy trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra, đầu cá hồi và hạt Chia ở quy mô phòng thí nghiệm, nghiên cứu này nhằm tạo ra sản phẩm mới chất lượng cao với các mục tiêu cụ thể.
+ Xây dựng được quy trình hoàn thiện trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra, hạt Chia, đầu cá hồi
+ Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra, hạt Chia, đầu cá hồi
+ So sánh chất lượng sản phẩm Omega-3 từ mỡ cá tra, hạt Chia, đầu cá hồi sau quá trình làm giàu Omega-3 bằng phương pháp tủa urea.
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
TỔNG QUAN VỀ CHẤT BÉO
Chất béo (lipid) là thành phần sinh học thiết yếu của động thực vật, cung cấp năng lượng cho con người bên cạnh protein, glucid và vitamin Lipid cũng đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển vitamin tan trong dầu và sterol, đồng thời chứa phospholipid và sterol ester, tham gia vào quá trình tổng hợp màng tế bào Đây là hợp chất hữu cơ có chức năng và thành phần hóa học đa dạng, được chiết xuất từ động thực vật bằng các dung môi như ether, chloroform và methanol.
Theo Đồng Thị Thanh Thu (2004) có nhiều kiểu phân loại lipid, về cơ sở phân loại chủ yếu có những loại sau:
Dựa vào phản ứng xà phòng hóa
Lipid xà phòng hóa được: Bao gồm các acylglyceride, phosphoglyceride và sáp nghĩa là những lipid mà trong phân tử có chứa ester của acid cao phân tử
Lipid không xà phòng hóa được: Tức là những lipid trong phân tử không chứa ester, nhóm này gồm các hydrocarbon, các chất màu và các sterol
Dựa vào thành phần cấu tạo Lipid đơn giản: về cấu tạo nó chỉ là ester của rượu và acid béo, không có thành phần khác tham gia
Lipid phức tạp là một loại ester, và khi trải qua quá trình thủy phân, ngoài việc thu được rượu và acid béo, còn có sự hiện diện của các thành phần khác như base nitơ, lưu huỳnh và glucid.
2.1.3 Tính chất của chất béo
- Chất béo tan nhiều trong dung môi hữu cơ như ether, benzene, n-henxan…
- Có độ nhớt khá cao
- Chất béo nhẹ hơn nước, tỉ trọng 0,91 – 0,97
Điểm nóng chảy của lipid phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu, với triglyceride có dây acid béo dài và bão hòa có độ nóng chảy cao hơn, dẫn đến áp suất hơi thấp và mùi khó chịu Các chất béo chủ yếu là triglyceride dây ngắn dễ bị thủy phân, phóng thích acid béo tự do có khối lượng phân tử nhỏ, gây ra mùi không dễ chịu Mỡ động vật, đặc biệt là mỡ bò và mỡ cừu, thường ở trạng thái rắn ở nhiệt độ bình thường do chứa nhiều acid béo bão hòa Trong khi đó, dầu thực vật luôn ở trạng thái lỏng nhờ vào tỷ lệ giữa acid béo bão hòa và không bão hòa (Trần Thanh Trúc, 2005).
Theo Trần Thanh Trúc (2005), tính chất hóa học của chất béo chủ yếu liên quan đến phản ứng của triglyceride, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Hai phản ứng quan trọng là thủy phân và xà phòng hóa.
Trong điều kiện thích hợp, chất béo dễ bị thủy phân theo phản ứng
Nếu có mặt một lượng kiềm (KOH, NaOH) thì sau phản ứng thủy phân, acid béo tác dụng với chất kiềm để tạo thành muối kiềm (xà phòng)
RCOOH + NaOH RCOONa + H2O Phương trình tổng quát: C3H5(COOR)3 + 3NaOH 3RCOONa + C3H5(OH)3 ii) Phản ứng cộng hợp
Phản ứng cộng hydro vào các nối đôi trên dây carbon của acid béo, với sự hiện diện của chất xúc tác, giúp giảm số lượng nối đôi, từ đó làm cho chất béo ổn định hơn Điều này không chỉ hạn chế quá trình oxy hóa và trùng hợp mà còn giữ cho chất béo không bị biến đổi mùi trong quá trình bảo quản lâu dài.
Phản ứng chuyển đổi dầu từ thể lỏng sang thể rắn có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, đóng vai trò là cơ sở lý thuyết cho việc sản xuất các sản phẩm đặc biệt như margarine và shortening.
Dầu thực vật thường chứa các acid béo như oleic acid, linoleic acid và linolenic acid Mặc dù linolenic acid có vai trò sinh học quan trọng, nhưng nó cũng là nguyên nhân chính gây biến đổi mùi thực phẩm Do đó, quá trình hydro hóa chọn lọc được thực hiện để giảm hàm lượng linolenic acid trong công nghệ chế biến dầu.
Dưới tác dụng của base hòa tan trong rượu, xảy ra sự đồng phân hóa các nối kép trên dây carbon, làm tăng tính khô của dầu Quá trình này có thể được xúc tác bởi Ni ở nhiệt độ 180°C và Al2O3 để tăng hoạt tính Phản ứng với rượu là bước cơ bản để chuyển đổi triglyceride thành ester methyl của acid béo, phục vụ cho việc phân tích thành phần hóa học bằng sắc ký khí Cuối cùng, phản ứng oxy hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Dầu mỡ có chứa nhiều acid béo không bão hòa dễ bị oxy hóa do tiếp xúc với oxy trong không khí, chủ yếu xảy ra tại các nối đôi của carbon Trong khi đó, dầu mỡ chứa nhiều acid béo bão hòa có ưu điểm là dễ bảo quản và ít bị biến đổi, nhưng lại có hệ số đồng hóa thấp.
Các nghiên cứu về đặc tính lý hóa của chất béo cho thấy rằng hiện tượng biến đổi mùi của dầu mỡ trong quá trình bảo quản lâu dài chủ yếu do hai nguyên nhân chính.
Sự thủy phân triglyceride giải phóng acid béo, quá trình này xảy ra khi mạch carbon của triglyceride ngắn hoặc dưới tác động của enzyme lipase.
- Sự ôi dầu do phản ứng oxy hóa hóa học
Phản ứng này xảy ra dễ dàng với triglyceride có nhiều nối kép, bắt nguồn từ việc cộng oxy vào các nối kép và 𝐶 𝛼 để tạo ra hydroperoxide Các hydroperoxide này sau đó phân hủy, tạo ra các sản phẩm cuối cùng như hợp chất carbonyl, aldehyde, aceton và alcohol.
Việc xác định nguyên nhân gây ra sự biến đổi mùi trong quá trình bảo quản là rất quan trọng, vì điều này sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện đặc tính của chất béo.
2.1.4 Chức năng của chất béo
Song song với chức năng cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động, lipid còn có chức năng khác như theo Lê Ngọc Tú et al (1998):
- Thành phần cấu trúc màng sinh học
- Nguồn năng lượng dự trữ quan trọng cung cấp cho cơ thể
- Hoạt hóa và cấu thành enzyme, hormone
- Hỗ trợ hấp thu các lipid khác
- Vận chuyển các vitamin và một số chất khác
- Ngoài ra còn có chức năng bảo vệ cơ thể
Aldehyde Cetone Acid Ester Alcohol
2.1.5 Thành phần chính trong chất béo
Acid béo là thành phần chính của hầu hết các lipid trong cơ thể và thực phẩm Chúng cấu thành từ một chuỗi dài các nguyên tử carbon liên kết với nhau, bao quanh bởi các nguyên tử hydro Mỗi phân tử acid béo có hai đầu: đầu alpha (α) với nhóm carboxylic và đầu omega (ω) với nhóm methyl Công thức tổng quát của acid béo là CH3 - (CH2)n - COOH.
Acid béo được phân thành hai loại chính: acid béo bão hòa (no) và acid béo bất bão hòa (không no), trong đó acid béo bất bão hòa chiếm ưu thế hơn Ba loại acid béo phổ biến trong tự nhiên là acid palmitic, acid oleic và acid linoleic.
GIỚI THIỆU ACID BÉO OMEGA-3
Acid béo Omega-3 là những acid béo không thay thế có đa nối đôi mà cơ thể con người không tự tổng hợp được, do đó cần phải bổ sung từ thực phẩm Chúng chủ yếu có mặt trong tảo biển, san hô, hạt lanh, hạt Chia, quả óc chó, và đặc biệt là trong mỡ cá, nhất là các loại cá biển như cá hồi, cá ngừ, cá basa và cá tra (Hoàng Thị Bích et al., 2017).
6 Đầu tiên chúng được gọi là vitamin F nhưng theo các công trình nghiên cứu gần đây đã chỉ ra gần hai loại acid này là các thành phần không thay thế nên gọi chúng là các acid béo không thay thế thì đúng hơn là các vitamin (Burr et al., 2007)
Acid béo Omega-3 (n – 3) là một nhóm acid béo bất bão hòa đa nối đôi, bao gồm hai đầu: đầu mạch là acid carboxylic (-COOH) gọi là "alpha" và đuôi mạch chuỗi là methyl (-CH3) gọi là "omega" (Scorletti and Byrne, 2013) Các loại acid béo Omega-3 quan trọng nhất bao gồm 𝛼-linolenic acid (ALA) có trong dầu thực vật, eicosapentaenoic acid (EPA) và docosahexaenoic acid (DHA) thường có trong mỡ sinh vật biển.
Con người không thể tự tổng hợp acid béo Omega-3, nhưng có thể chuyển hóa acid béo Omega-3 chuỗi ngắn ALA (C18:3 n – 3) từ chế độ ăn uống thành các acid béo Omega-3 dài quan trọng hơn như EPA (C20:5 n – 5) và DHA (C22:6 n – 3) Tuy nhiên, khả năng chuyển hóa ALA thành các acid béo Omega-3 chuỗi dài có thể giảm sút theo tuổi tác.
Theo Gao et al (2012), sự tổng hợp DHA và EPA trong cơ thể rất hạn chế, không đủ để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng Do đó, cần cung cấp trực tiếp DHA và EPA từ nguồn thực phẩm (George et al., 2002).
Hình 2.1: Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài
Nguồn thực phẩm có chứa Omega-3 đươc thể hiện qua bảng 2.2 và 2.3.
Bảng 2.2: Nguồn thủy sản có chứa acid béo thiết yếu
Tên Acid béo thiết yếu
Tôm sú 18:2 n – 6; 18:3 n – 3; 20:5 n – 3; 22:6 n – 3 Tôm chân trắng 20:5 n – 3; 22:6 n – 3
Bảng 2.3: Nguồn thực vật chứa Omega-3
Nguồn thực vật Hàm lượng chất béo
Dầu olive 100 13,5 Đậu phộng (rang) 49,4 0,54
Quả hồ đào 72 0,85 Đậu nành 18,1 0,93
Hạt mè 50,4 0,67 Đậu hà lan 1,44 0,16
2.2.2 Tác dụng của acid béo Omega-3
Thiếu acid béo Omega-3 trong chế độ ăn uống dẫn đến cạn kiệt DHA trong phospholipid tế bào thần kinh, ảnh hưởng đến hoạt động thần kinh của võng mạc và làm giảm độ nhạy thị giác Điều này cũng gây ra những thay đổi trong phản ứng hành vi, cơn khát bất thường, và các phản ứng thính giác, khứu giác không bình thường Những bất thường này có thể do sự hấp phụ bề mặt bị ảnh hưởng bởi thiếu DHA Khi DHA được este hóa vào phospholipid màng tế bào, nó làm thay đổi đáng kể các tính chất cơ bản của màng tế bào như trật tự chuỗi acyl, độ lỏng, hoạt động pha, độ nén đàn hồi, tính thấm, sự hợp nhất và hoạt động của protein.
DHA tương tác với các lipid khác, đặc biệt là cholesterol, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa cấu trúc và chức năng của màng tế bào Khoảng 2/3 não bộ được cấu thành từ acid béo, là thành phần thiết yếu của màng tế bào, giúp giao lưu và liên lạc giữa các tế bào thần kinh trong não và cơ thể.
KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU
2.3.1.1 Đặc điểm của cá tra
Phân loại khoa học của cá tra được mô tả như sau:
Giới: Animalia Ngành: Chordata Lớp: Actinopterygii Bộ: Siluriformes Họ: Pangasiidae Chi: Pangasianodon Loài: Pangasianodon hypophthalmus
(Nguồn: https://dantocmiennui.vn/ky-thuat-nuoi-ca-tra-thuong-pham-trong-ao/139845.html)
Cá Tra (Pangasianodon hypophthalmus) có đặc điểm hình dạng với thân dài, không vẩy, mắt lớn và miệng rộng cùng với răng nhỏ mịn Loài cá này có hai đôi râu, trong đó râu hàm trên ngắn hơn 1/2 chiều dài đầu (gọi là râu mép) và râu hàm dưới ngắn hơn 1/4 chiều dài đầu (gọi là râu cằm) Khi còn nhỏ, râu dài hơn chiều dài đầu, nhưng khi trưởng thành, chúng ngắn dần Vây lưng và vây ngực có ngạnh cứng, trong khi vây bụng thì tương đối dài Màu sắc của cá Tra thay đổi theo độ tuổi: khi nhỏ có màu xanh lục, khi lớn có màu tro xám với lưng xanh xám, đầu màu đen thẫm, bụng trắng bạc, gốc vây bụng và vây hậu môn màu vàng nhạt, và đuôi màu đỏ hung.
Cá tra phân bố rộng rãi tại lưu vực sông Mekong, xuất hiện ở bốn quốc gia: Lào, Campuchia, Việt Nam và Thái Lan Tại Thái Lan, cá tra không chỉ có mặt ở sông Mekong mà còn được tìm thấy ở sông Chao Phraya Tại Việt Nam, cá bột và cá giống chủ yếu được thu hoạch trên sông Tiền, trong khi cá trưởng thành chủ yếu sống trong các ao nuôi và rất hiếm khi gặp trong môi trường tự nhiên (Phạm Văn Khánh, 2000).
Cá tra chủ yếu sống trong môi trường nước ngọt, nhưng cũng có khả năng sinh sống ở vùng nước hơi lợ với độ mặn từ 10 đến 14 𝑜 ⁄ 𝑜𝑜 Loài cá này có thể chịu đựng nước phèn với pH ≥ 4; nếu pH thấp hơn, cá sẽ ngừng ăn và bị sốc Cá tra cũng không chịu được nhiệt độ dưới 15 o C, nhưng có thể sống ở nhiệt độ cao lên đến 39 o C (Phạm Văn Khánh, 2000).
Cá là nguồn thực phẩm quý giá, giàu protein, khoáng chất và vitamin, đặc biệt là vitamin A, D và nhóm B Cá tra và basa nổi bật với giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều protein (23-28%), ít béo và cholesterol (chỉ 22-25 mg/100 g) Protein trong cá dễ tiêu hóa hơn thịt động vật, trong khi chất béo của cá tra, basa có chất lượng tốt hơn, bao gồm các axit béo không bão hòa như omega-3 (EPA và DHA).
Cá tra có giá trị dinh dưỡng cao bao gồm các chất béo bão hòa, protein, sodium được thể hiện qua bảng 2.4
Bảng 2.4: Thành phần dinh dưỡng của cá tra trên 100 g chất béo
Thành phần Hàm lượng Đơn vị
Calo từ chất béo 30,84 Cal
2.3.1.4 Thành phần hóa học của cá tra
Theo Nguyễn Trọng Cẩn và Đỗ Minh Phụng (1990) thành phần hóa học trong cá tra:
- Trong cơ thịt: Nước, protein, lipid, muối vô cơ, vitamin và enzyme
- Trong da cá: Nước, protein và lipid Trong đó protein của da cá chủ yếu là collagen, keratin, elastin, globulin, albumin
- Trong vây cá: Chondromucoid, collagen và chondroalbumin
- Trong xương cá: Phosphate calci, carbonate calci, protein phức tạp, keo và albumin
- Thành phần trong bóng cá chủ yếu là collagen
- Nội tạng cá: Collagen, mỡ, protein và nước
Dầu mỡ trong động vật thủy sản chủ yếu là triglyceride, được hình thành từ sự kết hợp của acid béo bậc cao và glycerin Các acid béo này thường có mạch thẳng với chuỗi carbon dài từ 12 đến 28 carbon, bao gồm cả acid béo bão hòa và acid béo không bão hòa.
- Ngoài ra có thêm một vài thành phần phụ như: Sterol, sắc tố,…
2.3.2 Nguyên liệu đầu cá hồi
Ngành: Chordata Lớp: Actinoptery.gii Bộ: Salmoniformes Thuộc họ: Salmonicida
Có hai giống cá hồi chính:
- Giống Salmo salar hay cá hồi Đại Tây Dương,
- Giống Oncorhynchus hay cá hồi Thái Bình Dương
(Nguồn: https://pluspng.com/img-png/png-salmon-fish-frozen-fish-salmon-norwegain-rdw-350.png)
Cá hồi là loài cá di cư ngược dòng để sinh sản, bắt đầu từ khu vực nước ngọt ra biển và sau đó quay lại nước ngọt để sinh sản Ngoài ra, một số loài cá hồi sống cả đời trong môi trường nước ngọt.
Cá hồi là loài cá lớn sống ở cả nước mặn và nước ngọt, với trọng lượng trung bình từ 6,8 kg đến 61,4 kg và chiều dài dao động từ 50 đến 150 cm Chúng có thân hình dài và tròn ở phần trên, đầu nhỏ hơn so với cơ thể, xương đầu mềm, miệng rộng và mắt tròn nằm gần khóe miệng Phần lưng hơi cong, có hai vây, một vây cao và mềm, một vây nhỏ gần đuôi Da cá hồi bóng mượt, có đốm nhỏ khắp cơ thể, với màu vàng xanh đậm ở lưng và trắng hồng ở bụng.
Nguồn nước nuôi cá hồi có thể lấy từ suối chảy, mạch ngầm, hồ tự nhiên và hồ chứa Để đảm bảo chất lượng, nguồn nước cần phải sạch và đạt các tiêu chuẩn về độ hòa tan, nhiệt độ, pH, và các chỉ tiêu khác.
Cá hồi di cư để sinh sản, đẻ trứng và thường chết sau vài ngày hoặc vài tuần Chúng chọn những vùng nước sâu với dòng chảy mạnh để đảm bảo cung cấp đủ oxy cho sự phát triển của phôi thai Trứng cá hồi có màu cam hoặc đỏ và được đẻ thành từng bọc Sau khi cá cái đẻ trứng, cá hồi đực sẽ phun tinh trùng lên để thụ tinh Chu kỳ sinh sản của cá hồi bắt đầu khi chúng đạt từ 1 đến 3 tuổi, tùy thuộc vào từng dòng cá hồi (Aryee and Simpson, 2009).
2.3.2.2 Phân loại và phân bố
Hình 2.4: Một số loài cá hồi phổ biến
(Nguồn: https://chinookshores.com/2016/12/5-salmon-species-found-in-alaska/)
Cá hồi Thái Bình Dương là một trong những giống cá hồi phổ biến, với nhiều loài khác nhau Đặc điểm nhận diện của chúng là hình dấu X ở bên hông, hàm trên rộng và mang có nhiều chấm đen (Kottelat và Freyhof, 2007).
Cá hồi Chinook, hay còn gọi là King salmon, nổi bật với màu lưng xanh xám và các mặt màu bạc, cùng với vây lưng và hai thùy đuôi Loài cá này có miệng và nướu đen đặc trưng Chinook là loài cá hồi phổ biến nhất ở Bắc Mỹ, có khả năng bơi xa tới Sông Mackenzie và Kugluktuk ở miền trung vòng Bắc Cực Canada, cũng như miền nam Bờ biển Trung California (McDowall, 1994).
Cá hồi Coho, hay còn gọi là cá hồi bạc, có đặc điểm nhận diện với lưng màu xanh lục, thân màu bạc và các đốm đen nhỏ trên lưng, vây lưng và thùy trên của đuôi Chúng sở hữu miệng đen với nướu trắng ở chân răng hàm dưới, thân dài và hàm trên kéo dài đến sau mắt, cùng với 18 – 25 lược mang, 8 – 10 vây lưng và 12 – 14 vây hậu môn Loài cá này phân bố rộng rãi ở các vùng nước ven biển của Alaska, British Columbia và kéo dài xuống miền trung California.
Cá hồi hồng, hay còn gọi là cá gù, phân bố chủ yếu ở đông nam và tây nam Alaska, cũng như tại miền bắc California và Triều Tiên, sống rải rác trên toàn vùng bắc Thái Bình Dương.
Cá hồi Pink, loài cá hồi nhỏ nhất ở Thái Bình Dương, có trọng lượng trung bình từ 1,6 đến 1,8 kg Đặc điểm nổi bật của chúng bao gồm miệng màu trắng, nướu răng màu đen, và không có răng trên lưỡi Trên lưng, cá hồi Pink có một u thịt lớn màu đen và đuôi hình chữ V.
Cá hồi Masu, hay còn gọi là cá hồi anh đào, có đặc trưng với lưng màu tối, sọc đỏ tươi trên cơ thể và bụng màu đỏ thẩm Loài cá này thường sinh sống ở khu vực tây Thái Bình Dương, đặc biệt là tại Nhật Bản, Triều Tiên và Nga (Augerot, 2005).
SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY
Trích ly là quá trình tách các chất tan từ chất lỏng hoặc rắn bằng dung môi Theo tác giả Nguyễn Bin (2008), có hai dạng trích ly chính: trích ly lỏng – lỏng và trích ly rắn – lỏng Các dạng trích ly này được phân loại và mô tả cụ thể.
Trích ly lỏng – lỏng là quá trình chiết chuyển các chất cần trích ly từ một chất lỏng
(khác dung môi) vào dung môi và được thực hiện qua 2 giai đoạn
Trong giai đoạn đầu của quá trình, việc trộn lẫn và phát tán giữa các thành phần là rất quan trọng để tạo ra sự tiếp xúc tối ưu cho dung môi với chất chuyển Khi thời gian tiếp xúc đủ, quá trình chuyền vật chất sẽ diễn ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng giữa hai pha.
Giai đoạn tách pha là quá trình trong đó hai pha tách ra dễ dàng, phụ thuộc vào sự sai biệt khối lượng riêng giữa chúng Một pha là pha trích ly, chủ yếu bao gồm dung môi và dung chất, trong khi pha còn lại chủ yếu là hỗn hợp ban đầu Thông thường, các cấu tử trong hỗn hợp và dung môi ít hòa tan vào nhau, dẫn đến sự hiện diện của ba cấu tử trong cả hai pha.
Theo Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn (2013), các phương pháp trích ly lỏng – lỏng được phân loại dựa trên đoạn (dòng) và bao gồm nhiều dạng khác nhau.
Quá trình trích ly có thể diễn ra liên tục hoặc gián đoạn, trong đó hỗn hợp ban đầu và dung môi được trộn lẫn Quá trình truyền khối giữa hai pha diễn ra cho đến khi hệ đạt trạng thái cân bằng, sau đó hỗn hợp sẽ lắng và tách pha.
Trích ly liên tục nhiều đoạn nghịch dòng là phương pháp trong đó nguyên liệu ban đầu và dung môi di chuyển ngược chiều nhau Nguyên liệu được đưa vào từ một đầu và ra từ đầu kia, trong khi pha trích và pha rafinat liên tục tương tác qua mỗi đoạn.
Quá trình trích ly có thể được thực hiện theo hai phương pháp: liên tục hoặc từng giai đoạn Trong phương pháp này, pha rafinat sẽ liên tục đi qua từng đoạn, tiếp xúc với dung môi mới để tối ưu hóa hiệu quả trích ly.
Quá trình trích ly liên tục nghịch dòng với dòng hoàn lưu cho phép đạt được nồng độ sản phẩm tối ưu Khi đạt cân bằng với dòng nhập liệu, nồng độ sản phẩm trích sẽ lớn nhất Sử dụng dòng hoàn lưu của pha trích giúp tăng cường nồng độ trong quá trình trích ly.
Trích ly rắn - lỏng là quá trình hòa tan chọn lọc các cấu tử trong chất rắn thông qua việc tiếp xúc với dung môi Quá trình này có thể được thực hiện theo ba phương pháp: gián đoạn, bán liên tục và liên tục Có hai cách thực hiện, bao gồm cho chất rắn tiếp xúc trực tiếp với dung môi hoặc phun chất lỏng qua vật thể rắn Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến thực phẩm, như chiết tách hợp chất trong cà phê và trà bằng nước nóng, cũng như thu hồi dầu thực vật từ các hạt có dầu bằng dung môi hữu cơ.
2.4.2 Các phương pháp trích ly, tinh sạch dầu cá và làm giàu acid béo không bão hòa đa nối đôi (PUFAs) có trong dầu cá
Những tiến bộ công nghệ gần đây đã cách mạng hóa việc lựa chọn phân tử sinh học và tạo cơ hội cho việc chiết xuất các chất tự nhiên Các quy trình khai thác dầu mỡ từ động thực vật được phân loại thành ba loại chính: vật lý, hóa học và sinh học Trong đó, trích ly vật lý là một phương pháp quan trọng.
* Trích ly bằng cách dùng nhiệt
Trích ly bằng cách sử dụng nhiệt là phương pháp áp dụng nhiệt độ cao để phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu, giúp dầu từ các mô dự trữ chảy ra Nhiệt độ cao làm đông tụ protein, phá vỡ chất béo lắng đọng và giải phóng dầu cùng với nước Quá trình đông tụ protein cá xảy ra ở khoảng 75°C, và cả thiết bị gia nhiệt trực tiếp lẫn gián tiếp đều được sử dụng Phương pháp này cũng hỗ trợ giải phóng dầu từ tế bào gan và làm bất hoạt các enzyme phân giải mỡ, từ đó ngăn chặn sự thủy phân lipid và hỗ trợ quá trình oxy hóa acid béo Trong quá trình gia nhiệt, oxy hóa lipid có thể xảy ra, và bản chất của những thay đổi này phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian gia nhiệt, cũng như độ bất bão hòa của dầu.
* Trích ly bằng phương pháp ép ướt
Phương pháp ép ướt là kỹ thuật phổ biến nhất trong sản xuất dầu cá quy mô công nghiệp, bao gồm bốn giai đoạn chính: nấu cá, ép, gạn và ly tâm Trong quá trình này, các điều kiện nhiệt độ và áp suất cao được áp dụng nhằm đông tụ protein và giải phóng dầu, tuy nhiên, điều này có thể ảnh hưởng đến một phần PUFAs do các phản ứng phân hủy như thủy phân và oxy hóa (Bonilla-méndez và Hoyos-concha, 2018).
* Trích ly bằng cách sử dụng dung môi
Quy trình trích ly sử dụng dung môi là một phương pháp phổ biến trong phân tích, nhưng không được áp dụng trong sản xuất công nghiệp Quá trình này dựa vào khả năng hòa tan của lipid trong dung môi hữu cơ và khả năng không hòa tan của chúng trong nước, cho phép tách lipid cùng với các thành phần hòa tan như protein, carbohydrate và khoáng chất ra khỏi nước (Bonilla-méndez và Hoyos-concha, 2018) Các dung môi thường được sử dụng bao gồm chloroform, methanol, ethanol và ether dầu hỏa (Rubio et al., 2010).
Phương pháp trích ly bằng Soxhlet là kỹ thuật chiết xuất rắn – lỏng hiệu quả, sử dụng các dung môi không phân cực như ethyl acetate và petroleum ether để chiết xuất lipid Hiệu suất chiết phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính của dung môi hữu cơ được sử dụng (Quero-jiménez et al., 2020).
Mẫu ban đầu được làm khô, cắt nhỏ và đặt trong ống xốp Hệ thống Soxhlet gồm ba ngăn: bình, buồng chiết và bình ngưng Khi bình được làm nóng, dung môi bay hơi và chuyển lên bình ngưng, nơi nó trở thành chất lỏng và thu vào buồng chiết chứa mẫu Dung môi đi qua mẫu, trích xuất các chất béo và đưa vào bình Quá trình khai thác này kéo dài từ 6 đến 24 giờ Sau khi trích ly hoàn tất, dung môi được bay hơi, và khối lượng lipid còn lại được đo và sử dụng cho phân tích (Hewavitharana et al., 2020).
* Trích ly bằng cách lên men
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU 3.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu
- Quy trình trích ly Omega-3 từ hạt Chia
- Quy trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra
- Quy trình trích ly Omega-3 từ đầu cá hồi
Phòng thí nghiệm chế biến thực phẩm, khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học, Trường đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ
3.1.3.1 Bảo quản nguyên liệu và chuẩn bị mẫu
Nguyên liệu cho nghiên cứu bao gồm đầu cá hồi và hạt Chia Xuân An được mua tại các siêu thị ở Cần Thơ, cùng với mỡ cá tra từ công ty TNHH Hùng Cá tại KCN Thanh Bình, Đồng Tháp Mỡ cá tra sau khi mua về sẽ được rửa sạch, loại bỏ máu và tạp chất, sau đó chia thành các gói 300 g và bảo quản trong tủ đông ở -15°C tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học Đầu cá hồi cũng được rửa sạch, cắt nhỏ, đóng gói 300 g và bảo quản ở 0°C, với quy trình rã đông trước khi thực hiện thí nghiệm để giữ độ tươi và chất lượng Hạt Chia được xay nhỏ, sấy khô và đóng gói 20 g mỗi gói, được hút chân không và bảo quản ở nhiệt độ phòng để tránh hút ẩm.
3.1.3.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất sử dụng
ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
- Quy trình trích ly Omega-3 từ hạt Chia
- Quy trình trích ly Omega-3 từ mỡ cá tra
- Quy trình trích ly Omega-3 từ đầu cá hồi
Phòng thí nghiệm chế biến thực phẩm, khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học, Trường đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ
3.1.3.1 Bảo quản nguyên liệu và chuẩn bị mẫu
Nguyên liệu cho nghiên cứu bao gồm đầu cá hồi và hạt Chia Xuân An, được mua tại các siêu thị nội thành Cần Thơ, cùng với mỡ cá tra từ công ty TNHH Hùng Cá tại KCN Thanh Bình, Đồng Tháp Mỡ cá tra sau khi rửa sạch sẽ được chia thành các gói 300 g, bảo quản trong tủ đông ở -15°C tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học Đầu cá hồi cũng được rửa sạch, cắt nhỏ và đóng gói 300 g, bảo quản ở 0°C Trước khi thí nghiệm, mẫu cá được rã đông tự nhiên để giữ độ tươi và chất lượng Hạt Chia được xay nhỏ, sấy khô và đóng gói 20 g, sau đó hút chân không và bảo quản ở nhiệt độ phòng để tránh hút ẩm.
3.1.3.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất sử dụng
Bảng 3.1: Một số thiết bị và dụng cụ sử dụng
Tên thiết bị Dụng cụ thủy tinh
Bể điều nhiệt (Memmert, WNB14) Cốc thủy tinh 250 ml, 100 ml và 50 ml Cân phân tích 2 số Bình tam giác 250 ml, 500 ml
Cân phân tích 4 số Bình định mức 1000 ml, 500 ml và 250 ml Máy khuấy từ có gia nhiệt(VELP) Bình lóng và giá đỡ
Máy ly tâm thường (Hettich, EBA
21, cat.no.1004) Ống đóng 100 ml
Máy cô quay chân không lạnh (Biobase RE-100Pro)
Pipet 20 ml, 10 ml, 5 ml và quả bóp cao su
Hệ thống chiết Soxhlet Buret 25 ml, 10 ml
Tủ đông (BDF-40H485) Ống nhỏ giọt thủy tinh
Tủ lạnh (Samsung RS62R5001M9/SV)
Hệ thống phân tích đạm:
- Bộ vô cơ hóa mẫu (8 vị trí)
Bể siêu âm (King Plating, KPC-06L)
Bảng 3.2: Một số hóa chất sử dụng
Tên hóa chất Xuất xứ
Ether dầu hỏa n-hexan Isopropanol
Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc
Hồ tinh bột Trung Quốc
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương pháp phân tích thành phần nguyên liệu và sản phẩm được trình bày trong bảng 3.3 Mỗi thí nghiệm phân tích được thực hiện lặp lại 3 lần, và giá trị được thể hiện là giá trị trung bình.
Bảng 3.3: Các phương pháp phân tích
STT Chỉ tiêu Phương pháp
5 Hàm lượng protein Phương pháp chưng cất đạm Kjeldalh
6 Hàm lượng lipid tổng Phương pháp Soxhlet
7 Hàm lượng tro tổng số TCVN 5611:2007
8 Xác định thành phần Omega-3 CASE.SK.0107 – GC *
Ghi chú: * mẫu được phân tích tại Trung tâm dịch vụ Phân tích Thí nghiệm TP.HCM chi nhánh Cần Thơ
Thí nghiệm được thực hiện ngẫu nhiên với nguồn nguyên liệu cố định, bao gồm ba lần lặp lại cho mỗi chỉ tiêu Quy trình thí nghiệm được chia thành ba giai đoạn chính để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả.
3.2.2.1 Thí nghiệm trích ly mỡ lỏng từ mỡ cá tra và đầu cá hồi, dầu thô từ hạt Chia Đối với mỡ cá tra: Mỡ cá tra được rã đông tự nhiên, sau đó dùng dao băm nhỏ mỡ, cân 30 g mỡ băm cho vào cốc thủy tinh 50 mL, tiến hành gia nhiệt gián tiếp bằng bể điều nhiệt ở các nhiệt độ khảo sát 70 o C, 80 o C và 90 o C trong thời gian khảo sát 20 phút, 40 phút và 60 phút, dùng đũa thủy tinh khuấy liên tục cho mỡ tan đều, tiếp đến cho mỡ cá đã được hóa lỏng vào vải lọc để loại bỏ phần cặn không tan, thu được mỡ lỏng sạch
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch (%)
Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Để xác định khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu, đầu cá hồi sau khi rã đông được xay nhỏ và cân 100 g cho vào cốc 500 mL, sau đó thêm nước cất theo tỉ lệ 1:1 Hỗn hợp được đun trên bếp điện từ ở nhiệt độ 80 - 85°C trong 15, 30 và 45 phút với tốc độ khuấy lần lượt là 100, 300 và 500 vòng/phút Sau khi lọc bỏ bã, dung dịch mỡ cá thu được có khối lượng 150 g Dung dịch này được chia thành các mẫu nhỏ vào ống ly tâm 50 mL với khối lượng bằng nhau để đảm bảo cân bằng trong quá trình ly tâm Cuối cùng, ly tâm ở nhiệt độ 4℃ trong 15 phút với tốc độ 4500 vòng/phút để thu lấy lớp mỡ cá lỏng phía trên.
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi mỡ cá lỏng (%)
Hiệu suất thu hồi mỡ cá lỏng (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Để xác định khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu, sử dụng công thức: Khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu (g) × 100% Đối với hạt Chia, tiến hành trích ly 20 g mẫu hạt Chia đã chuẩn bị sẵn với 200 ml các dung môi khác nhau như ether dầu hỏa, n-hexan và isopropanol Quá trình trích ly được thực hiện bằng hệ thống Soxhlet, bể siêu âm và máy khuấy từ có gia nhiệt ở nhiệt độ 55°C.
90 phút Khi quá trình trích ly hoàn thành tiến hành cô quay chân không hỗn hợp để thu được dầu thô và thu hồi dung môi
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi dầu thô (%)
Hiệu suất thu hồi dầu thô (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu (g)× 100% (3.3)
3.2.2.2 Thí nghiệm thu nhận hỗn hợp acid béo tự do bằng phương pháp thủy phân hóa học
Cho 2 g mỡ lỏng và 12 ml ethanol tuyệt đối vào bình tam giác 250 ml, lắc cho tan đều, sau đó bổ sung lượng NaOH 3,85% (40 g/L) ở các lượng khảo sát lần lượt là 2Kdd, 3Kdd và 4Kdd vào hỗn hợp, đậy kín miệng bình để tránh cho ethanol bay hơi Đặt bình vào bể siêu âm và tiến hành siêu âm hóa ở nhiệt độ 75 o C cho đến khi hỗn hợp tan hoàn toàn (khoảng 15 phút) Sau đó rót dung dịch vào cốc thủy tinh 250 ml và gia nhiệt gián tiếp ở 80 o C cho đến khi dung dịch cạn khô thành xà phòng, bổ sung 100 ml nước cất vào bánh xà phòng và khuấy cho tan đều, tiến hành acid hóa hỗn hợp bằng H2SO4 6 M về pH từ 1 đến 2, tiếp tục gia nhiệt gián tiếp ở 80 o C trong thời gian 60 phút để acid béo nổi lên Cuối cùng cho hỗn hợp vào bình lóng, xả bỏ pha dưới và thu lấy acid béo ở pha trên, làm khan bằng Na2SO4 sau đó rót acid béo vừa thu được vào lọ kín
Kdd: số lượng dung dịch NaOH tính theo lý thuyết (g) A: chỉ số acid của dầu mỡ (mg KOH)
D: số lượng dầu mỡ đem trung hòa (g) a: nồng độ % của dung dịch NaOH
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi acid béo tự do(%)
Hiệu suất thu hồi hỗn hợp acid béo tự do (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
3.2.2.3 Thí nghiệm làm giàu Omega-3 bằng phương pháp tủa urea
Cho 4 g urea và 40 mL ethanol 95 o vào bình tam giác 250 ml (hoặc cốc thủy tinh
Đun 250 mL hỗn hợp urea ở nhiệt độ 65 o C trong 10 phút cho đến khi hòa tan hoàn toàn, sau đó thêm 1 g acid béo và tiếp tục đun trong 20 phút Để nguội và kết tinh ở -15 o C, 2 o C và nhiệt độ phòng trong 24 giờ Lọc tủa bằng thiết bị lọc chân không, pha loãng dịch lọc với nước cất theo tỉ lệ 1/1, điều chỉnh pH về 2 – 3 bằng H2SO4 6 M, rồi thêm ether dầu hỏa với tỉ lệ 1/1 Khuấy từ không gia nhiệt trong 60 phút, sau đó để lắng tạo hai pha: pha dưới gồm nước, urea dư, ethanol, H2SO4 và pha trên là ether dầu hỏa chứa acid béo bất bão hòa Xả bỏ pha dưới, thu lấy pha trên, làm khan bằng Na2SO4, rồi cô quay để loại bỏ dung môi ether dầu hỏa, thu được acid béo bất bão hòa.
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi Omega-3 (%)
Hiệu suất thu hồi omega − 3 (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Các số liệu khảo sát đã được xử lý bằng Microsoft Excel và phân tích thống kê bằng phương pháp ANOVA kết hợp với kiểm định LSD, sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion XV.I để xác định mức độ khác biệt có ý nghĩa.