Đồ Án dầu hạt bí Đỏ

1. Đầu đề đồ án: “Nghiên cứu thu nhận chất béo từ hạt bí đỏ” 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): - Khảo sát chỉ tiêu ban đầu của nguyên liệu hạt bí đỏ: độ ẩm, tro, chất xơ, pectin,… - Khảo sát quá trình trích ly chất béo từ hạt bí với nước (tỉ lệ nước, thời gian trích ly) và tối ưu hóa quá trình - Khảo sát quá trình trích ly chất béo từ hạt bí với vi sóng (thời gian và năng lượng vi sóng) và tối ưu hóa quá trình - Khảo sát quá trình trích chất béo từ hạt bí với enzyme cellulase (tỉ lệ enzyme, thời gian thủy phân) và tối ưu hóa quá trình - Khảo sát quá trình trích chất béo từ hạt bí với vi sóng kết hợp enzyme cellulase và tối ưu hóa quá trình - So sánh và chọn phương pháp trích ly phù hợp - Kiểm tra chất lượng chất béo thu được (chỉ số acid, peroxide, iod, tỉ trọng,,,)

TP.HCM, THÁNG 08/2013

SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

tối ưu hóa quá trình

- Khảo sát quá trình trích ly chất béo từ hạt bí với vi sóng (thời gian và năng lượng vi sóng) và tối ưu hóa quá trình

- Khảo sát quá trình trích chất béo từ hạt bí với enzyme cellulase (tỉ lệ enzyme, thời gian thủy phân) và tối ưu hóa quá trình

- Khảo sát quá trình trích chất béo từ hạt bí với vi sóng kết hợp enzyme cellulase và tối ưu hóa quá trình

- So sánh và chọn phương pháp trích ly phù hợp

- Kiểm tra chất lượng chất béo thu được (chỉ số acid, peroxide, iod, tỉ trọng,,,)

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án: ………

4 Ngày hoàn thành nhi ệm vụ: ………

5 Họ tên người hướng dẫn: Nguyễn Thị Hoàng Yến Phần hướng dẫn: Toàn bộ Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn Ngày … tháng … Năm …………

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký và ghi rõ họ tên) NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) PHẦN DÀNH CHO VIỆN Người duyệt (chấm hồ s ơ):………

Đơn vị: ………

Ngày bảo vệ: ……… ………

Điểm tổng kết: ………

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Viện Sinh Học Và Thực Phẩm – Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Thị Hoàng Yến đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, cô đã hết lòng hỗ trợ chúng em trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp, hướng dẫn chúng em cách nghiên cứu khoa học và hoàn thành bài báo cáo này

Vì thời gian thực hiện đồ án có hạn và trình độ còn non nớt nên chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của quý thầy, cô để chúng em có thể hoàn thiện mình hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Viện Sinh Học và Thực Phẩm thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

1.2.3 Vai trò của dầu bí 10

1.3 Tổng quan về phương pháp trích ly thu nhận chất béo 12

1.3.1 Bản chất của phương pháp trích ly chất béo 12

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly 12

1.3.3 Phương pháp trích ly truyền thống 16

1.3.4 Phương pháp trích ly bằng enzyme 17

1.3.5 Phương pháp trích ly bằng lò vi sóng 19

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Vật liệu nghiên cứu 22

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 24

2.2.2 Thuyết minh sơ đồ 25

2.3 Phương pháp hóa lý sử dụng 29

2.3.1 Xác định độ ẩm theo phương pháp sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi (Phụ lục 5) 29

2.3.2 Xác định tro theo phương pháp nung ở 5500C 29

2.3.3 Xác định lipid theo phương pháp Soxhlet 29

2.3.4 Xác định xơ bằng phương pháp khối lượng 29

2.3.5 Xác định protein theo phương pháp Kjeldahl 29

2.3.6 Xác định đường bằng phương pháp Bertand 29

2.3.7 Xác định chỉ số acid trong dầu 29

2.3.8 Xác định chỉ số peroxide trong dầu 30

2.3.9 Xác định chỉ số iod trong dầu 31

2.3.10 Xác định chỉ số xà phòng hóa trong dầu 32

2.3.11 Xác định tỷ trọng dầu 32

2.3.12 Kiểm tra hàm lượng dầu bằng phương pháp Adam Rose Gottlieb 32

2.4 Quy trình trích ly dầu 34

2.4.1 Sơ đồ quy trình trích ly dầu 35

2.4.2 Thuyết minh quy trình 36

2.5 Phương pháp xử lý số liệu 38

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39

3.1 Kết quả kiểm tra nguyên liệu hạt bí 39

3.2 Kết quả khảo sát trích ly dầu từ hạt bí với nước 41

3.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ hạt : nước đến hàm lượng dầu thu nhận 41

3.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hàm lượng dầu thu được 42 3.2.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly dầu từ hạt bí với nước 44

3.3 Kết quả khảo sát trích ly dầu từ hạt bí với enzyme cellulase 46

3.3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme cellulase đến hàm lượng dầu

thu nhận 46

3.3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu nhận 49

3.3.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly dầu từ hạt bí với enzyme cellulase 50

3.4 Kết quả khảo sát trích ly dầu từ hạt bí với lò vi sóng 52

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly bằng lò vi sóng đến hàm lượng dầu thu nhận 52

3.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng năng lượng lò vi sóng đến hàm lượng dầu thu nhận 54 3.4.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly dầu từ hạt bí bằng lò vi sóng 55

3.5 Kết quả khảo sát trích ly dầu từ hạt bí bằng lò vi sóng kết hợp với enzyme cellulase 57

3.5.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu được 57

3.5.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu nhận 59

3.5.3 Tối ưu hóa quá trình trích ly dầu từ hạt bí bằng enzyme cellulase kết hợp với lò vi sóng 60

3.6 Kết quả kiểm tra dầu bí thu được 62

3.6.1 Tính chất vật lý của dầu 62

3.6.2 Tính chất hóa học của dầu 62

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

4.1 Kết luận 65

4.2 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 70

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1: Hạt bí nguyên liệu trích ly dầu 22 Hình 3.1: Ảnh hưởng của tỉ lệ hạt : nước đối với hàm lượng dầu thu được 41 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian trích ly đối với hàm lượng dầu thu được 43 Hình 3.3: Bề mặt đáp ứng và hình chiếu của bề mặt đáp ứng lên mặt phẳng 2D khi tối ưu giá trị thu nhận béo bằng trích ly với nước theo tỉ lệ hạt : nước và thời gian trích ly 46 Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme đối với hàm lượng dầu thu được 47 Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân enzyme đối với hàm lượng dầu thu được 49 Hình 3.6: Bề mặt đáp ứng và hình chiếu của bề mặt đáp ứng lên mặt phẳng 2D khi tối ưu giá trị thu nhận béo bằng trích ly với enzyme cellulase theo tỉ lệ enzyme và thời gian thủy phân 52 Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian lò vi sóng đối với hàm lượng dầu thu được 53 Hình 3.8: Ảnh hưởng của năng lượng lò vi sóng đối với hàm lượng dầu thu được 54 Hình 3.9: Bề mặt đáp ứng và hình chiếu của bề mặt đáp ứng lên mặt phẳng 2D khi tối ưu giá trị thu nhận béo bằng trích ly với lò vi sóng theo tỉ lệ hạt : nước và thời gian vi sóng 57 Hình 3.10: Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme kết hợp với lò vi sóng đối với hàm lượng dầu thu được 58 Hình 3.11: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân enzyme kết hợp với lò vi sóng đối với hàm lượng dầu thu được 59 Hình 3.12: Bề mặt đáp ứng và hình chiếu của bề mặt đáp ứng lên mặt phẳng 2D khi tối ưu giá trị thu nhận béo bằng trích ly với enzyme cellulase kết hợp lò vi sóng theo tỉ lệ hạt : nước và thời gian trích ly 62

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1: Các thành phần có trong hạt bí đỏ và nhân hạt bí đỏ C maxima 3

Bảng 1.2: Thành phần các acid amin trong nhân hạt bí đỏ C maxima 4

Bảng 1.3: Thành phần các acid béo trong dầu hạt bí 7

Bảng 1.4: Tính chất lý hóa của dầu hạt bí 9

Bảng 1.5: Các loại dung môi có thể sử dụng trích ly chất béo 14

Bảng 2.1 Hóa chất dùng trong thí nghiệm 23

Bảng 3.3: Ảnh hưởng tỉ lệ hạt:nước đến hàm lượng dầu thu nhận 41

Bảng 3.4: Ảnh hưởng thời gian trích ly đến hàm lượng dầu thu nhận 42

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ hạt : nước và thời gian trích ly đến hàm lượng dầu trong hạt bí 44

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng dầu trích ly 45

Bảng 3.7: Ảnh hưởng tỉ lệ enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu nhận 46

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu được 49

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme và thời gian thủy phân enzyme cellulase đến hàm lượng dầu trong hạt bí 50

Bảng 3.10: Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng dầu trích ly 51 Bảng 3.11: Ảnh hưởng của thời gian trích ly bằng lò vi sóng đến hàm lượng dầu trong hạt bí 53 Bảng 3.12: Ảnh hưởng của năng lượng lò vi sóng đến hàm lượng dầu thu nhận 54 Bảng 3.13 Ảnh hưởng của tỉ lệ hat : nước và thời gian lò vi sóng đến hàm lượng dầu trong hạt bí 55 Bảng 3.14: Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng dầu trích ly 56 Bảng 3.15: Ảnh hưởng tỉ lệ enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu được 57 Bảng 3.16: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân enzyme cellulase đến hàm lượng dầu thu nhận 59 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của tỉ lệ enzyme và thời gian thủy phân bằng enzyme cellulase kết hợp với lò vi sóng đến hàm lượng dầu thu nhận 60 Bảng 3.18: Ảnh hưởng của các biến độc lập đến hàm lượng dầu trích ly 61 Bảng 3.19: Thành phần hóa học của dầu hạt bí 62

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, nguồn cung cấp chất béo dùng làm thực phẩm chủ yếu từ các nguyên liệu truyền thống như đậu nành, mè, đậu phộng… Việc khai thác các loại dầu thực vật ngày càng được quan tâm nhằm sử dụng có hiệu quả các acid béo không no thiết yếu phục vụ nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng

Một số nghiên cứu về thành phần của hạt bí đỏ cho thấy tiềm năng khai thác dầu từ loại nguyên liệu này Với tỷ lệ dầu khá cao (30-40%), trong đó hơn 70% là các acid béo không no (chủ yếu là acid linoleic - trên 50%) có tác dụng giảm cholesterol trong máu ngăn ngừa các bệnh về tim mạch Hạt bí đỏ có đủ các protein và khoáng chất như sắt, Mg, Ca, Zn, Selen…, chất xơ; các acid béo không no như omega-3 và omega-6; tiền chất prostaglandin; và một số acid amin khác như acid glutamic, arginine… Đặc biệt, hạt bí đỏ còn có các hoạt chất sinh học phytosterol - một hoạt chất sterol đặc hiệu giúp phòng ngừa và điều trị chứng rối loạn lipid máu, đồng thời làm chậm tiến triển bệnh xơ vữa động mạch…, ngoài ra các chất chống oxy hoá như vitamin E và carotenoid có vai trò duy trì và cải thiện sức khoẻ

Dầu hạt bí đỏ có hàm lượng cao các acid béo thiết yếu, các vitamin và phytosterol Vì những lý do trên mà nhóm chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu thu nhận chất béo từ hạt bí đỏ” nhằm tìm ra phương pháp tách chiết hiệu quả nhất và bảo tồn được các chất dinh dưỡng có trong dầu Đây là một nghiên cứu tương đối mới ở Việt Nam có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn do tiết kiệm chi phí sản xuất và chi phí đầu tư, không gây độc đối với

môi trường sản xuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cây bí đỏ

1.1.1 Đặc điểm thực vật học

Bí đỏ có tên khoa học là Cucurbita pepo thuộc họ Cucurbitaceae, có nguồn gốc

từ Trung Mỹ Bí đỏ là loại cây thân thảo được trồng ở khắp nơi, tập trung từ vùng đồng bằng đến các cao nguyên có cao độ 1.500 m, thích nghi với điều kiện khí hậu ở vùng nhiệt đới Bí đỏ là cây chịu úng kém nhưng khả năng chịu hạn khá cao Đây là loại cây được trồng để lấy quả, hoa và ngọn để làm rau ăn Hạt được dùng làm thực phẩm và thuốc chữa bệnh giun sán [14,18]

Chi Cucurbita L có khoảng 25 loài, được chia thành 2 loại: giống bí mùa đông (winter pumpkin) gồm các giống: C maxima, C moschata Duch., C argyrosperma

Huber và giống bí mùa hè (summer pumpkin), chủ yếu là C pepo L

Khí hậu, thổ nhưỡng và yếu tố di truyền có ảnh hưởng đến thành phần acid béo, đặc biệt yếu tố di truyền tạo nên sự khác nhau về thành phần acid béo của hạt

Thời vụ: bí đỏ được trồng quanh năm, thông thường có hai vụ chính: mùa khô và

mùa mưa Vào mùa khô, hạt được gieo vào tháng 11 đến tháng 1, thu hoạch vào tháng 3 đến tháng 4; mùa mưa gieo hạt từ tháng 5 đến tháng 6, thu hoạch vào tháng 8 đến tháng 9

1.1.2 Phân loại bí đỏ

Ở Việt Nam, có một số giống bí đỏ được trồng phổ biến như:

Giống bí Vàm Răng: được trồng ở các tỉnh Kiên Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng Trái

tròn dẹp, có khía, nặng khoảng 3 đến 5 kg, trái già màu vàng, vỏ hai da, cùi dầy, màu vàng tươi

Giống bí trái dài Buôn Mê Thuột: trồng ở vùng miền Đông Nam Bộ và Tây

Nguyên Trái bầu dục, dài, nặng khoảng 1 đến 2 kg, vỏ có màu vàng xanh hay vàng, trơn láng hay sần sùi, cùi mỏng, màu vàng tươi đến vàng cam

Giống bí hạt đậu F1- 979: do Công ty liên doanh hạt giống Đông Tây lai tạo, được

trồng ở tỉnh Vĩnh Phúc Cây phân nhánh mạnh, phát triển tốt Quả có độ đồng đều, tỷ lệ đậu quả cao, trọng lượng quả từ 0.8 đến 1.2 kg Ruột quả đặc, màu vàng cam, ngọt và ít hạt

Giống bí trái dài F1-125: là giống bí cao sản do Công ty liên doanh hạt giống

Đông Tây lai tạo, quả hình thuôn dài, thời gian sinh trưởng mạnh Ruột đặc màu vàng cam, vị ngọt, bở, trọng lượng từ 2 đến 3 kg Vỏ quả màu xanh, cứng và có phấn phủ Do vậy, việc bảo quản và vận chuyển rất thuận lợi Ưu điểm của giống F1-125 là khả năng thích ứng tốt, có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau Tuy nhiên, giống này có nhược điểm dễ bị thối quả

Giống bí cô tiên: do Công ty giống cây trồng Nông Hữu (Đồng Nai) cung cấp Cây

ngắn ngày, sinh trưởng khỏe, có khả năng kháng vi rút Trọng lượng quả từ 1.1 đến 1.2 kg, thịt quả dày, màu cam

Giống bí đỏ Delica: giống nhập ngoại của công ty Takis (Nhật Bản), quả tròn, vỏ

màu xanh đậm, không có khía được trồng ở Đức Trọng (Lâm Đồng) và Lục Nam (Bắc Giang) Thịt quả màu vàng đỏ, ăn rất dẻo, ngon, ngọt, bùi, độ đường 10-120Bx, trọng lượng từ 2 đến 2.5 kg

Xơ thô 16.84 ± 0.81 2.13 ± 0.57

Hạt bí chứa 39,25% protein thô; 27,83% dầu thô; 4,59% tro và 16,84% chất xơ; giá trị tương ứng lần lượt trong nhân hạt bí là 39,22; 43,69; 5,14 và 2,13% Độ ẩm trong hạt cũng như trong nhân hạt ở mức thấp lần lượt là 5,97 ± 0,32% và 6,27 ± 1,36% (Kamel và cộng sự, 1982)

 Protein:

Hàm lượng protein thô chiếm khoảng 35%, trong đó albumin và globulin là 2 thành phần chính chiếm khoảng 59% protein tổng số Các chất ức chế trypsin có trọng lượng phân tử thấp (cấu trúc gồm 3 cầu disulfit) được xác định

Bảng 1.2: Thành phần các acid amin trong nhân hạt bí đỏ C maxima [15] Acid amin Hàm lượng

33.52 Tổng các acid amin không thiết yếu

68.23

Hạt bí đỏ có tỷ lệ protein có thể tiêu hóa rất cao (90%) Các acid amin có hàm lượng thấp nhất là methionine và tryptophan trong khi các acid amin như arginine, glutamic và aspartic rất dồi dào Bột hạt bí đỏ có hàm lượng các acid amin (ngoại trừ lysine) cao hơn hẳn so với bột đậu nành

Thành phần acid béo của dầu hạt bí đỏ ảnh hưởng bởi điều kiện gieo trồng, điều

kiện sinh trưởng và mức độ chín Hạt của giống Cucurbita pepo chứa hơn 80% acid béo

không no (chủ yếu là các acid béo nhiều nối đôi) chủ yếu là linoleic, oleic, palmitic và stearic chiếm 98,1 - 98,7% trong tổng số acid béo

Với những protein và lipid trong nhân hạt cũng như thành phần các chất béo, các acid amin của nó như trên thì nhân hạt bí hứa hẹn sẽ là sản phẩm được khai thác thương mại

Trong hạt bí đỏ chứa nhiều loại khoáng khác nhau và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào điều kiện trồng cũng như chủng giống Trong hạt chứa các khoáng chất sau: Kali (183µg/g), Magie (105µg/g), Canxi (27µg/g) và Natri (3,6µg/g) Hàm lượng

Phospho trong hạt bí đỏ Styrian khoảng 211µg/g Một lượng vết Selenium cũng được tìm thấy trong nhân hạt bí đỏ Styrian (23-37 ng/g hạt khô), trong dầu thì hàm lượng dưới giới hạn phát hiện (1ng/g) Hàm lượng Iod (5-13 ng/g hạt khô) và từ 2-3 ng/g dầu.[19]

 Sắc tố: màu của dầu hạt bí đỏ là do vỏ lụa có màu xanh Màu xanh và hơi

đỏ của dầu hạt bí đỏ do các vòng pyrrole bậc 4 khác nhau như chlorophyll (a và b),

protopheophytin (a và b) ở bên trong của các mô vỏ hạt và lutein có trong nhân hạt

 Các thành phần tạo hương: gồm các dẫn xuất của pyrazine như

2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine; 2,3-diethyl-5-methylpyrazine và 3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine Ngoài ra, dầu hạt bí đỏ còn có mùi mỡ do các acid béo không no bị oxy hóa và mùi ôi do các

aldehyde gây ra

 Các hợp chất phenol: các hợp chất phenol từ hạt bí đỏ có các thuộc tính

chống oxyhóa, estrogen và antiestrogen, chống ung thư, bảo vệ tim mạch và kháng khuẩn Ngoài hoạt tính phytoestrogen Adlercreutz và Mazur, đã tìm ra genistein (15,3µg/kg hạt khô), daidzein (5,6µg/kg hạt khô), secoisolariciresinol (3,8 mg/kg hạt khô) Secoisolariciresinol dạng glycosyl hóa có khả năng ức chế sự phát triển của khối u trong

giai đoạn đầu

1.1.4 Giá trị của quả bí đỏ trong đời sống

Quả bí đỏ chứa 88,3 - 87,2% nước; protein 1,33 - 1,4%; lipid 0,43 - 0,5%; đường 2,81%; caroten, xanthophine, chất xơ, các nguyên tố vi lượng như sắt, mangan, Quả bí chủ yếu được dùng làm rau, nấu súp, nấu chè

Hạt bí đỏ (chủ yếu là giống Cucurbita pepo L & C maxima Duch) được dùng làm

thực phẩm, nấu ăn hoặc làm thuốc ở các nước Châu Âu và Châu Á Hạt bí đỏ được sử dụng như một dược liệu truyền thống trị giun sán, là một trong những thực phẩm chứa các acid béo thiết yếu và phytosterol trị bệnh u tuyến tiền liệt.[15]

1.2 Tổng quan về dầu bí

1.2.1 Thành phần hóa học dầu hạt bí

Hạt bí đỏ chứa 25% vỏ và 75% nhân hạt, và chứa tới hơn 33% dầu nguyên chất màu hơi đỏ Theo Kopylow, 1877, dầu hạt bí đỏ chứa glycerid của acid palmitic, acid

myristic, acid oleic và một ít tồn tại dưới dạng tự do Không tìm thấy alkaloid trong hạt, cũng như glucoside, cucurbitin theo Dorner và Wolkowitsch 1870 [11]

Bảng 1.3: Thành phần các acid béo trong dầu hạt bí [6]

 Các acid béo tự do và mono- diglycerid

Trong dầu mỡ, ngoại trừ thành phần chính là triglycerid còn có sự hiện diện của một lượng nhất định acid béo tự do (không liên kết với glycerol) và mono-diglycerid Trong cấu tạo của các mono-diglycerid vẫn còn sự hiện diện của hai hay một nhóm hydroxyl (-OH), chúng được xem như dấu hiệu nhằm xác định sự tổng hợp không hoàn toàn triglycerid sinh học (quả chưa chín, hạt) hay dấu hiệu của quá trình phân giải lipid (lipolysis) sau thu hoạch do hoạt động của enzyme Tuy nhiên, ngoài vai trò như chất chỉ thị chất lượng, mono- diglycerid còn có một vai trò quan trọng đặc biệt nhờ vào khả năng liên kết mạnh của nó với các phần tử thân dầu và thân nước, chính vì thế mono-diglycerid được sử dụng như một chất nhũ hóa trong rất nhiều thực phẩm

 Phospholipid

Hàm lượng phospholipid trong dầu bí dao động từ 0,25 – 3% Cấu tạo của phospholipid:

Phospholipid đóng vai trò là chất hoạt động bề mặt trong trao đổi chất, chuyển hoá các chất béo, trong quá trình thẩm thấu qua màng tế bào, … thường được sử dụng trong y dược, trong thực phẩm

Hợp chất điển hình là lecithine và cephaline hàm lượng phosphatide có trong dẩu mỡ từ 0,5 – 3%

Hoạt tính chống oxy hóa của các tocopherol trong dầu và mỡ phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và sự hiện diện của các hợp chất nhiễm vào hệ thống Tuy nhiên, hoạt động chống oxy hóa của các tocopherol cũng tùy thuộc vào vị trí cấu tạo:

δ > β = γ >α

 Các hợp chất màu (pigment): Sự khác nhau về màu sắc của các loại dầu và mỡ

khác nhau phụ thuộc vào lượng hợp chất màu hòa tan trong dầu Những hợp chất màu quan trọng nhất trong dầu mỡ là carotene, chlorophyll và gossypol

 Hợp chất mùi gốc hydrocarbon: bao gồm các alkan, alken và các hydrocarbon đa

vòng có mùi (polycyclic acromatic hydrocarbons – PAHs) Các hợp chất alkan (C31-C33) hiện diện trong dầu thô với hàm lượng từ 40-100 ppb, giảm dần sau quá trình tinh luyện Một số hợp chất mùi như squalene có vai trò rất quan trọng trong công nghiệp mỹ phẩm Squalene hiện diện chủ yếu trong dầu gan cá nhám góc (deep-sea dogfish, Squalus acanthus) và một số dầu cá khác; olive là dầu thực vật chủ yếu có sự hiện diện của squalene Ngược lại, hầu hết các hydrocarbon đa vòng có mùi (PAHs) hiện diện ở hàm lượng lớn hơn 150 ppb trong hầu hết các dầu thực vật thô, chúng chỉ giảm nhẹ sau quá trình tinh luyện

 Vitamin hòa tan trong dầu: bên cạnh vitamin A (retinol) - hiện diện nhiều nhất ở

dầu cá, trong dầu còn tìm thấy một số các vitamin khác với lượng ít hơn như vitamin D, vitamin E (α-tocopherol) và vitamin K (phytoenzymeadion) Các vitamin này rất cần thiết cho quá trình hấp thu của cơ thể người

1.2.2 Tính chất vật lý của dầu bí

Tính chất vật lý của chất béo bắt nguồn trực tiếp từ cấu trúc hóa học và nhóm chức của chúng, ảnh hưởng rất lớn đến chức năng của chất béo trong thực phẩm Tính chất vật lý cũng có thể được sử dụng để đánh giá độ tinh khiết và chất lượng của nguyên liệu chất béo

Bảng 1.4: Tính chất lý hóa của dầu hạt bí [6]

Hàm lượng chất béo tự do (% theo oleic acid) 0.39 ±0.01

Giá trị Iod (g của I2/100 g dầu) 104.36 ± 0.04

Các chất không có tính xà phòng hóa (% của dầu) 5.73 ± 0.82

Tổng hàm lượng phenolic (mg gallic acid/kg dầu) 66.27 ± 3.69 Tổng hàm lượng tocopherols (mg tocopherol/kg dầu) 882.65 ± 18.32

Dầu hạt bí đỏ có thể tan được trong alcohol và chloroform, dầu béo có thể tan được tuyệt đối, nhưng không tan trong alcohol 95º (W.E.Miller và cộng sự, 1891) [11]

1.2.3 Vai trò của dầu bí

Dầu hạt bí là một trong những loại dầu dinh dưỡng nhất hiện có là nguồn tài nguyên tuyệt vời của những acid béo cần thiết, chất chống oxy hóa, vitamin và sterol Dầu bí chứa những acid béo omega-3 và omega-6, những chất này có thể thúc đẩy mức năng lượng, chức năng não, và sức khỏe tổng thể Dầu bí cũng chứa hàm lượng vitamin E cao, cũng như vitamin A và C, kẽm và những chất khoáng vi lượng khác Trong lịch sử, hạt bí (hay dầu hạt bí) được sử dụng để chữa bệnh trên khắp thế giới [14]

Dầu hạt bí chứa các glyceride của các acid palmitic và stearic (30%), oleic (25%), linoleic (45%), một lượng ít phytosterol, một hoạt chất sterol đặc hiệu giúp phòng ngừa và điều trị chứng rối loạn lipid máu, đồng thời làm chậm tiến triển bệnh xơ vữa động

mạch, tăng cường miễn dịch và làm giảm nguy cơ mắc một số loại bệnh về ung thư Hạt bí đỏ chứa hàm lượng cao vitamin E, bao gồm tất cả các dạng của tocopherol như α, β, δ, γ, cùng vớitocotrienol

Dầu hạt bí giúp chống viêm khớp: Nghiên cứu cho thấy dầu hạt bí đỏ có khả năng dùng như thuốc indomethacin trong làm dịu bệnh viêm khớp dạng thấp mãn tính Có vẻ như tác dụng đó là do thành phần chất béo thiết yếu, giàu chất chống oxy hóa, và tác dụng hiệp đồng của các thành phần thứ yếu khác

Hạt bí đỏ được sử dụng như một dược liệu truyền thống trị giun sán, là một trong những thực phẩm chứa các axít béo thiết yếu và phytosterol trị bệnh u tuyến tiền liệt

Dầu hạt bí giúp chống ký sinh trùng: cucurbitin là một aminoacid có tác dụng chống ký sinh trùng trong in vitro Nghiên cứu ở người có kiểm soát ở Trung quốc chỉ ra hạt bí đỏ có tác dụng ở người bị bệnh sáng máng cấp, một vài bệnh ký sinh trùng xảy ra đầu tiên ở Châu Á và Châu Phi bị lây truyền qua con ốc sên Nghiên cứu đầu tiên ở người có kiểm soát ở Trung Quốc và Nga cho thấy hạt bí đỏ có thể giúp tiêu diệt sán dây

Dầu hạt bí đỏ giúp hạ cholesterol – Dầu hạt bí đỏ được dùng đồng thời với thuốc hạ cholesterol và có khả năng giảm cả lipid Tác dụng rõ trong việc làm giảm hàm lượng LDL và tăng hàm lượng HDL là do chất chống oxy hóa và acid béo thiết yếu có trong dầu hạt bí đỏ Tác dụng phụ của thuốc hạ cholesterol có thể được giảm khi kết hợp sử dụng dầu hạt bí đỏ Kết quả tương tự khi sử dụng đồng thời dầu hạt bí đỏ và thuốc tăng huyết áp Tác dụng giảm huyết áp do EFAs và chất chống oxy hóa của dầu hạt bí đỏ

Dầu hạt bí giúp chống sỏi thận: hai nghiên cứu ở Thái Lan chứng minh rằng ăn hạt bí đỏ như thức ăn có thể giúp ngăn chặn hầu hết các dạng sỏi niệu thông thường Hạt bí đỏ có cả tác dụng giảm mức độ của các chất hình thành sỏi trong nước tiểu và tăng nồng độ của các chất chống hình thành sỏi niệu Một vài nghiên cứu chứng minh rằng dầu hạt bí đỏ có thể làm giảm rõ rệt áp lực bàng quang, tăng khả năng làm việc của bàng quang, và giảm áp lực niệu đạo

1.3 Tổng quan về phương pháp trích ly thu nhận chất béo

1.3.1 Bản chất của phương pháp trích ly chất béo [1]

Dựa vào tính hòa tan tốt của dầu trong dung môi hữu cơ như xăng, n – Hexan hay ether mà người ta trích ly dầu ra khỏi bột nghiền chưng sấy, số lượng dung môi theo tỉ lệ

thích hợp

Trích ly là quá trình ngâm chiết làm chuyển dầu từ nguyên liệu vào dung môi thực hiện bằng khuếch tán phân tử (chuyển dầu từ nội tâm nguyên liệu vào dung môi) và khuếch tán đối lưu (chuyển dầu từ bề mặt nguyên liệu vào dung môi)

Lúc đầu, dung môi chỉ hòa tan lớp dầu trên bề mặt bột Sau đó mới thấm sâu vào bên trong, tiếp tục hòa tan dầu trong các ống mao quản tạo ra mixen (dung dịch dầu trong dung môi) Mixen được làm sạch bằng phương pháp lắng, lọc và ly tâm Chưng cất mixen được dầu thô và dung môi thu hồi

Quá trình hòa tan dầu vào dung môi diễn ra cho đến khi đạt đến sự cân bằng nồng độ mixen ở các lớp bên trong và bên ngoài của nguyên liệu.Việc tạo ra sự chêch lệch thường xuyên ổn định giữa nồng độ mixen trong nguyên liệu vào bên ngoài nhờ dùng dung môi chuyển động (do bơm) mang nguyên liệu trích ly

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly 1.3.2.1 Nguyên liệu

 Mức độ phá vỡ của mô

Mức độ cơ học hay lý học của các mô ảnh hưởng ngược lại trên năng suất trích ly Đây là một nhân tố cơ bản đẩy nhanh và làm triệt để tiến trình trích ly bởi dung môi Với cấu trúc tế bào hoàn toàn bị phá vỡ, các phân tử có thể tiếp xúc hoàn toàn với dung môi (Kitrigin, 1976)

Đối với kích cỡ và dạng các phân tử nguyên liệu, quá trình thẩm thấu sẽ nhanh hơn với phân tử mịn Ngoài ra, quá trình chuyển động của các phân tử trong máy trích ly sẽ dễ dàng hơn Dẫu vậy, độ nhỏ của các phân tử cũng phải có giới hạn: một kích cỡ nhỏ quá

mức sẽ làm giảm khả năng thấm của lớp vật liệu rắn vào dung môi, do làm tắt các ống mao dẫn, cản trở tiến trình trích ly ở một vài vị trí, nơi mà dung môi không thể thấm qua

Theo Kitrigin, 1976, kích cỡ của các phân tử thích hợp cho trích ly dầu từ 0,5mm đến 9 mm

 Ẩm độ của các phân tử

Ẩm độ cao sẽ làm chậm quá trình khuyếch tán và gây ra sự dính bết giữa các phân tử Nước còn lại trong nguyên liệu sẽ liên kết protêin và các chất háo nước khác, điều này ngăn chặn sự thấm của dung môi, làm chậm quá trình khuyếch tán phân tử và đối lưu

Các loại hạt khác nhau có ẩm độ thích hợp riêng trong trích ly bằng dung môi Theo Kitrigin, 1976, ẩm độ thích hợp của hạt hướng dương từ 8% đến 10% trong xăng,

trong khi đó ẩm độ của đậu nành là 14% trong ethanol (Lê Bạch Tuyết và cộng sự, 1996)

1.3.2.2 Loại dung môi

Trong công nghiệp trích ly dầu thực vật, người ta thường dùng các loại dung môi như hydrocacbon mạch thẳng từ các sản phẩm của dầu mỏ (thường lấy phần nhẹ), hydrocacbon thơm, rượu béo, hydrocacbon mạch thẳng dẫn xuất Clo; trong số đó phổ biến nhất là hexan, pentan, propan và butan Ngoài ra còn có các loại dung môi khác như sau:

 Rượu etylic: thường dùng nồng độ 96%V để trích ly

 Aceton: chất lỏng có mùi đặc trưng, có khả năng hòa tan dầu tốt Aceton được xem là dung môi chuyên dùng đối với các nguyên liệu có chứa nhiều phosphatic vì nó chỉ hòa tan dầu mà không hòa tan phosphatic

Trong thực tế không tồn tại dung môi lý tưởng, nhưng chọn lựa dung môi sử dụng phải dựa vào các yêu cầu sau đây :

 Giá thành không đắt: chi phí và sự mất mát có giới hạn  Trích ly có chọn lọc và dễ dàng

 Có nhiệt độ sôi thấp để dễ dàng tách ra khỏi dầu triệt để

 Trơ với máy móc và ít hư hỏng, hàm lượng bẩn thấp  Không có khả năng cháy nổ, ít độc…

 Vận tốc chuyển động của dung môi

Vận tốc chuyển động của dung môi trong lớp bột trích ly gây ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán Tốc độ gia tăng làm tăng chênh lệch nồng độ giữa mixen trong nguyên liệu và mixen tự do Như vậy, tăng vận tốc chuyển động của dung môi sẽ rút ngắn được thời gian trích ly, từ đó tăng năng suất thiết bị

Bảng 1.5: Các loại dung môi có thể sử dụng trích ly chất béo Số thứ tự Dung môi Khối lượng phân tử

(đvC) Điểm sôi (

1 2 3 4 5

N – Hexan Acetone Diethyl ether Cồn

Cloroform

86,18 58,08 76,15 46,07 119,38

69 56,2 60 78,5 61,7

1.3.2.3 Loại enzyme

Chủng loại enzyme: Các enzyme khác nhau sẽ có vai trò khác nhau trong việc thủy phân cấu trúc nguyên liệu Carbohydrate (pectin, cellulose và hemicellulose) được thủy phân bởi enzyme đặc hiệu cho các thành phần vách tế bào thúc đẩy quá trình giải phóng dầu trong môi trường nước Protease không những thủy phân protein màng và protein trong tế bào chất mà còn thay đổi các thuộc tính chức năng của protein (đặc biệt là khả năng nhũ hóa) Như vậy, ảnh hưởng của các protease lên toàn bộ quá trình phụ thuộc vào mức độ thủy phân protein

Sự kết hợp của các enzyme sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất tách chiết dầu Hỗn hợp các enzyme với sự kết hợp của các hoạt tính cho kết quả tách dầu cao hơn khi sử dụng một loại enzyme

Liều lượng enzyme: lượng enzyme bổ sung càng cao và thời gian phản ứng càng

dài thì sản lượng dầu càng tăng

Bên cạnh chủng loại enzyme và liều lượng sử dụng, các thông số kỹ thuật như: pH,

kích thước nguyên liệu, nhiệt độ và thời gian phản ứng cũng có những ảnh hưởng nhất

định đến hiệu quả tác động của enzyme

Chế độ ly tâm: ly tâm là công đoạn quan trọng của quá trình chiết dầu bằng nước

Embong và Jelen cho rằng tốc độ ly tâm và thời gian ly tâm ảnh hưởng rất lớn tới sự phân tách pha, đặc biệt là trong giai đoạn đầu của quá trình ly tâm Tốc độ ly tâm càng lớn thì khả năng tách pha càng cao

1.3.2.4 Tỉ lệ dung môi và nguyên liệu

Tỉ lệ giữa dung môi và nguyên liệu ảnh hưởng đến vận tốc trích ly, lượng bột trích ly càng nhiều càng cần nhiều dung môi Tuy nhiên, lượng dung môi lại ảnh hưởng khá

lớn đến kích thước thiết bị

1.3.2.5 Nhiệt độ trích ly

Nhiệt độ tác động phức tạp, nhiệt độ gia tăng làm tăng hiệu suất trích ly Bản chất của quá trình trích ly là quá trình khuếch tán, vì vậy khi tăng nhiệt độ, quá trình khuếch tán sẽ được tăng cường do độ nhớt của dầu trong nguyên liệu giảm làm tăng vận tốc chuyển động của dầu vào dung môi Tuy nhiên, sự tăng nhiệt độ cũng phải có giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây tổn thất nhiều dung môi và gây biến tính dầu

1.3.2.6 Thời gian trích ly

Sự kéo dài của thời gian kéo theo sự gia tăng năng suất trích ly, nhưng không nên kéo dài vì điều này sẽ không làm gia tăng hiệu suất lên bao nhiêu, bởi vì dầu còn lại trong bã ngày càng giảm

Theo Bernardini (1997), một lượng lớn dầu được trích ly trong 4 giờ trích ly đầu tiên Đây là thời điểm kết thúc quá trình trích ly thích hợp để lượng dầu lấy ra tương đối

nhiều nhất mà không tiêu hao nhiều năng lượng và dung môi

Phương pháp trích ly bằng dung môi: xuất hiện đầu tiên ở châu Âu vào năm 1870 Phương pháp này sử dụng hệ thống trích ly liên tục để tách chiết dầu của các loại nguyên liệu có hàm lượng dầu thấp, dòng hexan chảy ngược ngấm qua nguyên liệu đã xử lý nghiền Bã sau khi chiết được thu hồi dung môi và tiếp tục tái sử dụng Hexan được loại ra khỏi dầu nhờ hệ thống cô và lọc chân không

Sau giai đoạn trích ly, dầu thô được đưa qua quá trình tinh luyện để loại bỏ các tạp chất tan và cặn Quá trình tinh luyện gồm một số giai đoạn như: khử gum để loại bỏ các phosphatide và gum dạng keo, tiếp theo là giai đoạn khử nước, các acid béo tự do, chất màu và các chất tiền oxyhóa kim loại Dầu đã tinh luyện được tẩy màu để loại sắc tố và xà phòng, cải thiện vị của sản phẩm Có thể cải thiện mùi dầu bằng phương pháp tẩy mùi chân không Phương pháp này có nhiều ưu điểm vì tiến hành ở nhiệt độ phòng, nên thành

phần hóa học của tinh dầu ít bị thay đổi và là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay trong sản xuất cũng như trong nghiên cứu

Một số nghiên cứu đã chứng minh việc thủy phân hạt có dầu trước khi trích ly bằng dung môi sẽ làm tăng hiệu suất thu nhận dầu Hỗn hợp các enzyme (pectinase, cellulase, hemicellulase) được dùng để phân hủy vách tế bào thực vật, làm tăng khả năng thấm của vách tế bào và tăng hiệu suất tách chiết dầu ( A Rosenthal, 1996)

Trích ly dầu bằng nước (AEP - Aqueous Extraction Process): dùng nước thay cho dung môi để tách dầu từ các loại hạt có dầu ở vùng nông thôn của các nước phát triển, xuất hiện vào những năm 1950 Phương pháp này tiết kiệm hơn và an toàn hơn phương pháp chiết xuất bằng dung môi Hơn nữa có thể thu nhận cả dầu và protein (dạng cô đặc hoặc kết tủa phụ thuộc vào pH của môi trường chiết xuất).( A Rosenthal, 1996)

AEP sử dụng một nguyên lý khác biệt hoàn toàn so với phương pháp trích ly bằng dung môi Phương pháp dung môi dựa trên khả năng hòa tan của dầu trong dung môi Trong phương pháp AEP, dầu không tạo ái lực hóa học cao với môi trường chiết xuất, các thành phần hòa tan sẽ khuếch tán vào trong nước, giải phóng dầu khỏi cấu trúc ban đầu

Dựa vào thành phần hóa học và cấu trúc vật lý của hạt, người ta có thể thay đổi một số điều kiện như pH, nhiệt độ hoặc xử lý bằng enzyme để tăng hiệu suất chiết tách dầu

AEP sử dụng nguyên tắc dòng nước nóng xoay chiều Hạt đã bóc vỏ, nghiền nhỏ trong các bồn nước nóng và thu phần dầu nổi lên trên bề mặt Quá trình gồm 5 bước cơ

bản sau: gia nhiệt, nghiền, chiết xuất bằng nước nóng, thu nhận dầu, khử nước

Có thể áp dụng với hầu hết các loại hạt có dầu, chất lượng dầu đáp ứng tiêu chuẩn của Codex

Không cần qua giai đoạn khử gum, cho phép loại bỏ các độc tố và các hợp chất phi dinh dưỡng có trong hạt

Hơn bốn thập kỷ gần đây, nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực chiết dầu bằng nước đã được thực hiện So với phương pháp chiết bằng hexan, phương pháp này cho hiệu suất thu nhận dầu thấp hơn Để nâng cao hiệu suất thu hồi dầu, người ta sử dụng phương pháp thủy phân bằng enzymeđể hỗ trợ quá trình giải phóng dầu Phương pháp này an toàn hơn đối với môi trường do hạn chế được hàm lượng các chất hữu cơ bay hơi và sự thất thoát dung môi trong quá trình thao tác

 Cấu trúc hạt có dầu và cơ chế tác động của enzyme, ( A Rosenthal, 1996) Đặc tính của các tế bào 2 lá mầm ở các loại hạt có dầu là tồn tại các bào quan nội bào riêng biệt được gọi là các túi dầu và các hạt protein

Hạt protein (aleurone) chiếm khoảng 60 – 70% tổng protein có trong hạt Kích thước hạt phụ thuộc vào từng loại nguyên liệu Đối với hạt đậu nành, kích thước trung bình từ 8 - 10 µm nhưng khoảng dao động từ 2 - 20µm

Các túi dầu (spherosome hay oleosome) là các vị trí chứa lipid dự trữ, đường kính của các túi dầu dao động trong khoảng 1 - 2 µm Quan sát trên kính hiển vi điện tử quét (SEM), các túi dầu được treo trên mạng lưới nội chất chứa protein Khoảng không gian giữa các túi dầu trong tế bào hai lá mầm được làm đầy bởi các hạt protein và mạng lưới tế bào chất

Lớp vách bao quanh tế bào: gồm có cellulose, hemicellulose, lignin và pectin Trong phương pháp chiết xuất bằng dung môi, hạt được xay nhỏ làm vách tế bào bị đứt gãy, phơi bày các túi dầu bên trong tế bào để dầu dễ dàng khuếch tán vào dung môi, trong khi đó protein được giữ lại trong bùn cùng với chất xơ và carbonhydrat

Trong quá trình tách chiết bằng nước, giai đoạn xay nhỏ vật liệu thúc đẩy việc phóng thích các túi dầu và protein dễ dàng hơn Tuy nhiên, do các thành phần hòa tan khuếch tán vào trong nước, lớp dầu được phóng thích sẽ nằm ở pha lỏng riêng biệt hoặc nhũ hóa một phần với nước

Trong phương pháp tách chiết dầu bằng enzyme, người ta thường sử dụng các enzyme như cellulase, hemicellulase hay pectinase nhằm phá vỡ cấu trúc của vách tế bào hoặc protease để thủy phân protein trên màng tế bào cũng như bên trong tế bào chất Ngoài ra, các protease còn có khả năng thủy phân màng túi dầu Người ta tiến hành cô lập túi dầu từ hạt đậu nành và phôi bắp, sau đó thực hiện phản ứng thủy phân Kết quả màng

tế bào túi dầu bị phá vỡ và có sự kết hợp của các túi dầu với nhau

1.3.5 Phương pháp trích ly bằng lò vi sóng 1.3.5.1 Đặc điểm của vi sóng

Vi sóng (micro-onde, microwave) là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng Sóng điện từ này được đặc trưng bởi:

Tần số (f), tính bằng Hetz (Hz = vòng/giây), là chu kỳ của trường điện từ trong một giây, nằm giữa 300 MHz và 30 GHz

1.3.5.2 Nguyên lý hoạt động của vi sóng

Một số phân tử (như nước…) phân chia điện tích trong phân tử một cách bất đối xứng Như vậy các phân tử này là những lưỡng cực có tính định hướng trong chiều của điện trường Dưới tác động của điện trường một chiều, các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp theo chiều điện trường này Nếu điện trường là một điện trường xoay

chiều, sự định hướng của các lưỡng cực sẽ thay đổi theo chiều xoay đó Cơ sở của hiện tượng phát nhiệt do vi sóng là sự tương tác giữa điện trường và các phân tử phân cực bên trong vật chất Trong điện trường xoay chiều có tần số rất cao (thường ở 2450 MHz), điện trường này sẽ gây ra một xáo động ma sát rất lớn giữa các phân tử, đó chính là nguồn gốc sự nóng lên của vật chất

Với một cơ cấu có sự bất đối xứng cao, phân tử nước có độ phân cực rất lớn, do đó nước là một chất rất lý tưởng dễ đun nóng bằng vi sóng Ngoài ra, các nhóm định chức phân cực như: -OH, -COOH -NH2… trong các hợp chất hữu cơ cũng là những nhóm chịu sự tác động mạnh của trường điện từ

Do đó, những hợp chất càng phân cực càng mau nóng dưới sự tác dụng của vi sóng Việc này có liên quan đến hằng số điện môi của hợp chất đó Tóm lại, sự đun nóng

bởi vi sóng rất chọn lọc, trực tiếp và nhanh chóng

Vi sóng có đặc tính là có thể đi xuyên qua được không khí, gốm sứ, thủy tinh, polymer và phản xạ trên bề mặt các kim loại Độ xuyên thấu tỉ lệ nghịch với tần số, khi tần số tăng lên thì độ xuyên thấu của vi sóng giảm Đối với một vật chất có độ ẩm 50% với tần số 2450 MHz có độ xuyên 10 cm Ngoài ra, vi sóng có thể lan truyền trong chân không, trong điều kiện áp suất cao,…

Năng lượng của vi sóng rất yếu, không quá 10-6 eV, trong khi năng lượng của một nối cộng hóa trị là 5 eV, do đó bức xạ vi sóng không phải là một bức xạ ion hóa

Có một số công trình đã khẳng định được tính vô hại của vi sóng đối với sinh vật Chẳng hạn, khi nghiên cứu sự phát triển của enzyme trong điều kiện vi sóng, người ta nhận thấy rằng ảnh hưởng của vi sóng rất giống ảnh hưởng của các gia nhiệt thông thường

Vi sóng cung cấp một kiểu đun nóng không dùng sự truyền nhiệt thông thường Với kiểu đun nóng bình thường, sức nóng đi từ bề mặt của vật chất lần vào bên trong, còn trong trường hợp sử dụng vi sóng, vi sóng xuyên thấu vật chất và làm nóng vật chất ngay từ bên trong Vi sóng tăng hoạt những phân tử phân cực, đặc biệt là nước Nước bị đun

nóng do hấp thu vi sóng bốc hơi tạo ra áp suất cao tại nơi bị tác dụng, đẩy nước đi từ tâm của vật đun ra đến bề mặt của nó

1.3.5.3 Trích ly dầu dưới hỗ trợ của vi sóng [4]

Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra Tinh dầu thoát ra bên ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất hơi nước) hoặc hòa tan vào dung môi hữu cơ đang bao phủ bên ngoài nguyên liệu (phương pháp tẩm trích)

Lưu ý là mức độ chịu ảnh hưởng vi sóng của các loại mô tinh dầu không giống nhau do kiến tạo của các loại mô khác nhau, ngay khi nguyên liệu được làm nhỏ Kết quả này được phản ánh qua thời gian ly trích

Trong sự chưng cất hơi nước, việc ly trích tinh dầu có thể thực hiện trong điều kiện có thêm nước hay không thêm nước vào nguyên liệu (trường hợp nguyên liệu chứa nhiều nước, đây là đặc điểm của phương pháp chưng cất hơi nước dưới sự hỗ trợ của vi sóng) Ngoài ra, nước có thể thêm một lần hoặc thêm liên tục (trường hợp lượng nước thêm một lần không đủ lôi cuốn hết tinh dầu trong nguyên liệu) cho đến khi sự ly trích chấm dứt

Ngoài việc nước bị tác dụng nhanh chóng, các cấu phần phân cực (hợp chất có chứa oxygen) hiện diện trong tinh dầu cũng bị ảnh hưởng bởi vi sóng Ngược lại các cấu phần hydrocarbon ít chịu ảnh hưởng của vi sóng (do chúng có độ phân cực kém) nên sự ly trích chúng tựa như trong sự chưng cất hơi nước bình thường nhưng với vận tốc nhanh

hơn rất nhiều vì nước được đun nóng nhanh bởi vi sóng

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

Trước khi sử dụng, hạt bí được bóc vỏ, lấy nhân bí trích ly thu hồi chất béo

Hình 2.1: Hạt bí nguyên liệu trích ly dầu

2.1.2 Hóa chất

Bảng 2.1 Hóa chất dùng trong thí nghiệm

Enzyme Viscozyme Novo Nordisk Ferrment (Thụy Sỹ), có

nguồn gốc từ Trichoderma reesei, chứa chủ

yếu cellulase, pH và nhiệt độ tối ưu lần lượt là 4-5, 40-60°C, hoạt tính enzyme 700 EGU/g

Acid acetic, Anhydride acetic, HCl, H2SO4, NaOH, C2H5OH, CH3OH, Dietyl ete, petrol ete, CaCl2, KIO3, Na2HPO4, KH2PO4

Guangzhou Jinhuada Chemical Reagent Co., Trung Quốc

Na-K tartrate, Fe2(SO)3, I2, Na2CO3, CuSO4, acid citric, nyhydrin, AgNO3

Guangdong Xilong Chemical Co., Trung Quốc

 Tủ sấy Shellab (Model CE3F-2, Mỹ)  Lò nung Lenton (Model AFU-14/15, Anh)

 Máy xay sinh tố Philips (Model HR2061, Hà Lan)  Bể điều nhiệt Panasonic (Model XMTG-1000, Nhật)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu

Khảo sát nguyên liệu

Khảo sát trích ly dầu bằng nước

Khảo sát trích ly dầu kết hợp sử dụng enzyme cellulase

Kiểm tra dầu trích ly

Khảo sát trích ly dầu bằng enzyme cellulase kết hợp với lò vi sóng Khảo sát trích ly dầu bằng lò vi

sóng

2.2.2 Thuyết minh sơ đồ

2.2.2.1 Khảo sát nguyên liệu

Xác định độ ẩm theo phương pháp sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi Xác định hàm lượng tro theo phương pháp nung ở 5500C

Xác định hàm lượng lipid theo phương pháp Soxhlet Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Kjeldahl

Xác định hàm lượng xơ bằng phương pháp thủy phân các thành phần khác xơ trong acid, kiềm,

Xác định hàm lượng đường bằng Bertand

2.2.2.2 Khảo sát trích ly dầu bằng nước

 Khảo sát tỷ lệ hạt bí : nước (TN1)

Yếu tố cố định: nhiệt độ 100oC, khối lượng nhân bí 30 g, thời gian trích ly 2 giờ

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.2: Tỷ lệ hạt bí : nước

Tỉ lệ hạt bí : nước 1:4 1:6 1:8 1:10 1:12 1:14 Hàm mục tiêu: hàm lượng dầu thu được cao nhất

 Khảo sát thời gian trích ly (TN2)

Yếu tố cố định: nhiệt độ 100oC, khối lượng nhân bí 30g, tỉ lệ hạt : nước theo kết quả TN1

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.3 Thời gian trích ly dầu bằng nước

Thời gian trích 30 60 90 120 150 180 210 240

2.2.2.3 Khảo sát trích ly dầu kết hợp với enzyme cellulase

 Khảo sát tỉ lệ enzyme cellulase (TN3)

Yếu tố cố định: Tỉ lệ hạt bí :nước theo kết quả TN1, thời gian thủy phân 60 phút, nhiệt độ thủy phân 50OC, pH = 5

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.4: Tỷ lệ enzyme cellulase

Tỉ lệ enzyme cellulase (%) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Hàm mục tiêu: hàm lượng dầu thu được cao nhất

 Khảo sát thời gian thủy phân (TN4)

Yếu tố cố định: Tỉ lệ hạt bí :nước theo kết quả trên TN1, với tỉ lệ enzyme cellulase theo kết quả TN3, nhiệt độ thủy phân 500C, pH = 5

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.5: Thời gian thủy phân

 Tối ưu hóa trích ly dầu kết hợp với enzyme cellulase

Khảo sát ảnh hưởng của đồng thời hai yếu tố tỉ lệ enzyme và thời gian thủy phân enzyme cellulase lên hàm lượng dầu thu nhận từ hạt bí Xử lý kết quả theo modde 5

Lựa chọn mô hình tối ưu CCF, số thí nghiệm tối ưu là N=11 thí nghiệm Hàm mục tiêu (Y) là (%) hàm lượng dầu trích ly được

2.2.2.4 Khảo sát trích ly dầu bằng lò vi sóng

 Khảo sát thời gian vi sóng (TN5)

Yếu tố cố định: Tỉ lệ hạt bí : nước theo kết quả TN1, mức năng lượng vi sóng

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.6: Thời gian vi sóng

Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9

Thời gian vi sóng (phút)

Hàm mục tiêu: hàm lượng dầu thu được cao nhất

 Khảo sát năng lượng vi sóng (TN6)

Yếu tố cố định: Tỉ lệ hạt bí : nước theo kết quả TN1, thời gian vi sóng theo kết quả TN5

Yếu tố thay đổi:

Lựa chọn mô hình tối ưu CCF, số thí nghiệm tối ưu là N=11 thí nghiệm Hàm mục tiêu (Y) là (%) hàm lượng dầu trích ly được

2.2.2.5 Khảo sát trích ly dầu bằng enzyme cellulase kết hợp với lò vi sóng

 Khảo sát nồng độ enzyme cellulase (TN7)

Yếu tố cố định: Tỉ lệ hạt bí : nước theo kết quả TN1, thời gian thủy phân enzyme cellulase, pH = 5, nhiệt độ thủy phân 500C, sau thủy phân enzyme, cho mẫu vào lò vi sóng, thời gian lò vi sóng theo TN5, chế độ lò vi sóng theo TN6

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.8: Nồng độ enzyme cellulase

Tỉ lệ enzyme cellulase (%) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Hàm mục tiêu: hàm lượng dầu cao nhất

 Khảo sát thời gian thủy phân enzyme cellulase (TN8)

Yếu tố cố định: Tỉ lệ hạt:nước theo TN1, nồng độ enzyme cellulase theo TN7, pH = 5, nhiệt độ thủy phân là 500C, thời gian lò vi sóng theo TN5, chế độ lò vi sóng theo TN6

Yếu tố thay đổi:

Bảng 2.9: Thời gian thủy phân enzyme cellulase

Thời gian thủy phân (phút) với enzyme

Hàm mục tiêu: hàm lượng dầu cao nhất

 Tối ưu hóa trích ly dầu bằng enzyme cellulase kết hợp với lò vi sóng

Khảo sát ảnh hưởng của đồng thời hai yếu tố tỉ lệ hạt : nước và thời gian lò vi sóng lên hàm lượng dầu thu nhận từ hạt bí Xử lý kết quả theo modde 5

Lựa chọn mô hình tối ưu CCF, số thí nghiệm tối ưu là N=11 thí nghiệm Hàm mục tiêu (Y) là (%) hàm lượng dầu trích ly được

2.2.2.6 Kiểm tra chất lượng dầu trích ly

Xác định chỉ số acid trong dầu theo TCVN 6127:2010 Xác định chỉ số peroxide trong dầu theo TCVN 6121:2010 Xác định chỉ số iod trong dầu theo TCVN 6122:2010

Xác định chỉ số xà phòng hóa trong dầu theo TCVN 6126:2007 Xác định tỷ trọng dầu bằng phương pháp bình tỷ trọng

2.3 Phương pháp hóa lý sử dụng

2.3.1 Xác định độ ẩm theo phương pháp sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi (Phụ lục 3)

2.3.2 Xác định tro theo phương pháp nung ở 5500C (Phụ lục 3)

2.3.3 Xác định lipid theo phương pháp Soxhlet (Phụ lục 3)

2.3.4 Xác định xơ bằng phương pháp thủy phân các thành phần khác xơ trong

acid, kiềm, (Phụ lục 3)

2.3.5 Xác định protein theo phương pháp Kjeldahl (Phụ lục 3) 2.3.6 Xác định đường bằng phương pháp Bertand (Phụ lục 3) 2.3.7 Xác định chỉ số acid trong dầu

 Nguyên tắc: Mẫu thử được hòa tan trong hỗn hợp dung môi thích hợp và các acid có mặt được chuẩn độ bằng dung dịch kali hoặc natri hydroxit trong etanol hoặc trong metanol

 Tiến hành:

Cân khoảng 5g chất béo vào erlen 250ml

Hòa tan mẫu bằng 100ml cồn nóng đã trung hòa