Khảo sát các yếu tố của quá trình trích ly có và không có tiền xử lý nhiệt nguyên liệu ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc bằng phương pháp enzyme – nước.. Với mục đích tận dụng
TỔNG QUAN
Tổng quan về nguyên liệu gấc
2.1.1 Phân loại khoa học và nguồn gốc của gấc
Họ (Familia) : Cucurbitaceae Chi (Genus) : Momordica Loài (Species) : Momordica cochinchinensis
Nguồn gốc: Gấc có tên khoa học Momordica cochinchinensis, là một loại cây thân thảo, dây leo được trồng ở khắp các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á và Đông Bắc Úc, bao gồm: Thái Lan, Lào, Myanmar, Campuchia và Việt Nam Hiện nay, cây gấc được gọi với nhiều tên gọi khác nhau theo các ngôn ngữ ở bảng sau: [1]
Bảng 2.1 Tên gọi của gấc theo các ngôn ngữ khác nhau Ngôn ngữ Tên gọi của gấc
Muricia cochinchinensis Luor Muricia mixta Roxb
Sweet gourd Cochinchin gourd Trung Quốc Mộc miết tử Nhật Bản Kushika
Mokubetsushi Thái Lan Fak Khaao Việt Nam Gấc Ở Việt Nam cây gấc thường được trồng bằng hạt hoặc bằng đoạn dây bánh tẻ vào tháng 2 đến tháng 3 âm lịch, ra hoa vào tháng 6 đến tháng 8, kết quả từ tháng 8 đến tháng 11 Người ta trồng loại cây này có thể một lần nhưng thu hoạch trong nhiều năm, sản phẩm thu hoạch là quả chín, màng bao quanh hạt dùng để ép dầu và hạt dùng để làm thuốc Gần đây Gấc được quan tâm và bắt đầu trồng nhiều ở các khu vực như Thái Bình, Hòa Bình, Cần Thơ, An Giang, Hậu Giang, Vĩnh Long, Kiên Giang, Tiền Giang, Đồng Nai, Tây Ninh và Đăk Nông
2.1.2 Đặc điểm sinh thái và phân loại của gấc Đặc điểm sinh thái:
Cây gấc là một loài cây thân leo lâu năm, chiều dài của cây có thể dài đến 15m Cây được chia làm cây đực và cây cái riêng biệt Thân cây có tiết diện góc, nhờ các tua cuốn ở nách lá mà cây bám vào các cọc cây hoặc thân cây khác để leo rất ra
Lá cây mọc so le, to khoảng bằng bàn tay và có màu xanh Lá mọc so le, có 3-
5 thuỳ màu lục sẫm, gốc hình tim, lúc đầu có lông ở mặt trên, sau nhẵn; gân 5 hình chân vịt, mép lá nguyên hoặc có răng thưa không đều; cuống lá dài 2-3 cm, có tuyến ở phần giáp với gốc lá; tua cuốn to, đơn
Hoa đực và hoa cái riêng trên cùng một cây; hoa đực mọc ở kẽ lá, lá bắc hình thận to và rộng; đài có ống ngắn, các thùy hình tam giác nhọn, màu lam sẫm; tràng
5 cánh, màu trắng hoặc ngà vàng, hình trứng thuôn, có lông dày ở mặt trong; nhị 5; hoa cái có lá bắc nhỏ, bầu xù xì
Quả hình bầu dục hoặc hình trứng, có cuống mập, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 12-17cm, mặt ngoài có rất nhiều gai nhọn, khi chín màu đỏ; hạt dẹt, màu đen hoặc xám đen, vỏ ngoài rất cứng có răng tù ở mép, dày 5 - 6 mm Mùa hoa quả tháng 7 –
12 Quả gấc sẽ chín sau khoảng 5 tháng cỡ từ khi cây ra hoa Lúc còn non quả gấc sẽ có màu xanh, khi chín sẽ dần chuyển sang màu vàng, màu cam rồi màu đỏ Quả gấc có vị nhẹ, phần thịt gấc có màu đỏ cam Bên trong quả gấc có cùi quả màu vàng và màng hạt màu đỏ Vào mùa gấc, mỗi cây gấc có thể cho ra từ 30 – 60 quả và mùa thu hoạch thường kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12
Hình 2.1 Cấu tạo quả gấc (1) Vỏ quả; (2) Thịt quả; (3) Múi quả; (4) Lõi; (5) Màng hạt; (6) Hạt
Hạt gấc có màu nâu thẫm, dẹp, có cạnh
Phân loại: Ở Việt Nam, gấc được trồng từ rất lâu đời và được phân ra làm 02 loại chủ yếu: gấc nếp và gấc tẻ Đặc điểm chính của 2 loại này được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2.2: Đặc điểm của gấc nếp và gấc tẻ Đặc điểm Gấc nếp Gấc tẻ
Kích thước quả Quả thường to Trung bình hoặc nhỏ
Số lượng hạt Nhiều Tương đối ít
Vỏ quả Ít gai, dai to Nhiều gai, gai nhỏ và nhọn Đặc điểm quả khi chín
Khi chín có màu đỏ cam, bổ ra bên trong vàng tươi, hạt được bao bọc một lớp màng dày có màu đỏ
Bên trong thịt gấc có màu vàng nhạt, lớp màng bao bọc hạt mỏng và đỏ nhạt hơn gấc nếp
2.1.3 Thành phần hóa học của gấc
Trong thành phần hóa học của thịt gấc giàu thành phần dinh dưỡng như: carotenoid, acid béo thiết yếu và các hợp chất khác như vitamin tan trong chất béo như α - tocopherol (vitamin E), hợp chất phenolic, flavonoid và vitamin C [2] Gấc chứa hàm lượng carotenoid cao đặc biệt là lycopen và β-caroten ở tất cả các bộ phận (màng hạt, cùi và vỏ) lên đến 500 mg/100 g Bảng bên dưới tổng hợp các nghiên cứu liên quan đến thành phần carotenoid có trong gấc:
Bảng 2.3: Thành phần carotenoid có trong màng gấc (mg/100g)
Thành phần carotenoid Tổng hàm lượng carotenoid β - carotene Lycopene
Ngoài ra, trong gấc còn chứa cả acid béo bão hòa và acid béo không bão hòa Thành phần acid béo có trong màng gấc được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2.4: Hàm lượng các acid béo có trong màng gấc (tính theo % so với hàm lượng tổng acid béo)
Thành phần acid béo có trong màng gấc
Hàm lượng (%) theo các nguồn
Acid béo bão hòa đơn
Acid béo bão hòa đa
- Dùng làm chất tạo màu cho thực phẩm
- Sản xuất dầu màng gấc
- Chất phụ gia cho thực phẩm
- Chất béo có trong hạt gấc chứa carotenoid và các chất dinh dưỡng tan trong chất béo lợi ích cho cơ thể
- Nhờ hàm lượng các chống oxy hóa cao mà gấc có khả năng tăng cường hệ miễn dịch và có tác dụng tốt với những bệnh nhân bị các bệnh về tim mạch, ung thư, đục thủy tinh thể, thoái hóa điểm vàng
+ Đối với mắt: gấc chứa các chất dinh dưỡng tốt cho mắt như vitamin E, β- carotene và lycopene, vitamin C, kẽm Ngoài ra, Lutein và Zeaxanthin có trong gấc là hai chất tạo nên sắc tố màu vàng trong hoàng điểm võng mạc của con người, giúp giảm nguy cơ bị đục thủy tinh thể
+ Bổ sung vitamin A: nhờ có nồng độ β-carotene (tiền vitamin A) cao mà dầu gấc giúp hỗ trợ ngăn ngừa và điều trị thiếu vitamin A Ngăn chặn tình trạng quáng gà, chống lại các bệnh truyền nhiễm
+ Chống lão hóa: các chất chống oxy hóa trong gấc có khả năng làm giảm sự mất cân bằng oxy hóa, chống lại quá trình lão hóa của cơ thể
+ Chăm sóc da: beta-carotene và lycopene giúp da khỏe mạnh và đẹp hơn, làm sáng da, cải thiện nếp nhăn, bảo vệ da khỏi quá trình lão hóa.
Hạt gấc
Hạt gấc chiếm khoảng 16,8% trọng lượng của quả, là sản phẩm phụ của ngành chế biến gấc Hạt gấc có hình hơi dẹt, màu đen, mép có răng cưa, nhiều đường vân lõm, vỏ cứng, nhìn giống con ba ba nên còn gọi là con ba ba gỗ
Việc đa dạng các sản phẩm từ gấc trên thị trường và nhu cầu của người sử dụng dẫn đến gia tăng tỷ lệ trồng, chế biến gấc để lấy phần vỏ, màng gấc làm cho số lượng lớn hạt gấc được thải ra bên ngoài dưới dạng phụ phẩm của ngành công nghiệp chế biến gấc Chúng thường thải bỏ toàn bộ, dẫn đến tác động tiêu cực đến môi trường và lãng phí các thành phần đầy tiềm năng của chúng như chất béo, vitamin A, E, chất ức chế trypsin, saponin và các hợp chất phenolic
Thành phần đặc trưng của gấc là giàu β-carotene và lycopene Hạt và mảng vỏ gấc chứa một lượng lớn acid béo Đặc biệt là acid oleic, acid palmitic, acid stearic và acid linoleic [4]
Về thành phần hoá học, nhân hạt gấc tương đối khô nước (6% nước), nhưng lại có nhiều dầu (55,3% chất béo), 16,6% protein, 2,9% glucid, 1,8% tanin và 11,7% chất không xác định được, các enzyme photphatase, invertase, peroxydase
Hạt gấc có tác dụng chữa mụn nhọt, tiêu thũng, dùng trong những trường hợp ngã, bị thương, sang độc rất hiệu quả Theo dân gian, hạt gấc đem đốt vỏ ngoài cháy thành than (nhân bên trong chỉ vàng chưa cháy thành than), cho vào cối giã nhỏ, cứ khoảng 30 - 40 hạt thì cho 400 - 500 mL rượu trắng vào ngâm để dùng dần Dùng rượu hạt gấc bôi vào chỗ sang chấn có tác dụng tốt gần như mật gấu và đã được mệnh danh cây gấc là “cây mật gấu” Đã có một số đề tài nghiên cứu khoa học chứng minh về tác dụng chống viêm giảm đau và làm lành tổn thương của hạt gấc trên thực nghiệm Hiện nay, có nhiều các sản phẩm bào chế đông y chứa mộc miết tử, tuy nhiên các sản phẩm thường dựa trên kinh nghiệm gia truyền và tiến hành thủ công mà chưa có nghiên cứu bài bản nào về kỹ thuật bào chế từ vị dược liệu quý này.
Enzyme
➢ Định nghĩa và phân loại:
Cellulase enzyme xúc tác quá trình thủy phân các liên kết β -1,4-glycoside của cellulose và chuyển hóa cellulose thành các monomer [5]
Cellulose thường được phân thành ba loại theo khả năng xúc tác:
- Endoglucanase (EG; 1,4-D-glucan-4-glucanohydrolase) thủy phân liên kết β-1,4-glucoside nội phân tử, tạo ra các oligosacaride có độ dài khác nhau
- Exocellobiohydrolase (CBH; 1,4-D-glucan glucohydrolase) thủy phân đầu khử hoặc đầu không khử của chuỗi cellulose để giải phóng cellobiose là sản phẩm chính
- β-glucosidase (BG; D-glucoside glucohydrolase) thủy phân cellobiose, arylglucopyranoside và cellodextrin để tạo ra glucose [6]
➢ Nguồn thu nhận: Cellulase được phân lập từ các chủng nấm, vi khuẩn và nấm men khác nhau Trong số các cellulase đặc trưng nhất, nấm là nhóm vi sinh vật tạo ra cellulase, vì chúng có thể sử dụng các con đường thứ cấp và mang lại hoạt tính cellulase cao hơn Các chi nấm như Aspergillus và Trichoderma được biết đến là nguồn sản xuất cellulase phổ biến Một số chủng nấm khác biểu hiện hoạt tính cellulase tiềm năng bao gồm Penicillium echinulatum, Rhizopus oryzae và
Myceliophthora thermophila Từ vi khuẩn có Cellulomonas sp., Cellvibrio sp., Microbispora sp., Thermomonospora sp., Clostridium sp., và Ruminococcus sp được báo cáo như các chi sản xuất cellulase mạnh Bên cạnh đó còn có Mesophiles, thermophiles và psychrophiles [7]
➢ Cấu trúc hóa học: Phần lớn các cellulase có cấu trúc hai miền đặc trưng với miền xúc tác và miền liên kết cellulose (hay còn được gọi là mô-đun liên kết carbohydrate được kết nối thông qua một peptide liên kết) Miền lõi hoặc miền xúc tác chứa vị trí xúc tác trong khi miền liên kết giúp liên kết enzyme với cellulose [8]
➢ Cơ chế hoạt động: Các endoglucanase (EG) rạo ra vết cắt trong chuỗi polymer cellulose để lộ đầu khử và đầu không khử, tạo điều kiện cho exocellobiohydrolase (CBH) tác động lên đầu khử và đầu không khử này để giải phóng các đơn vị cellooligosaccharides và cellobiose Lúc này, β - glucosidase (BG) tách các cellobiose, quá trình thủy phân đến đây là kết thúc glucose được hình thành [8]
Hình 2.3 Cơ chế hoạt động của cellulase trong quá trình thủy phân cellulose, mô tả sự phối hợp giữa các endoglucanase, exoglucanases và β-glucosidases
➢ Ứng dụng: Cellulase được sử dụng trong sản xuất nhiên liệu sinh học như ethanol sinh học bằng cách sử dụng các chất nền lignocellulose Cellulase cũng có thể được sử dụng để trong ngành công nghiệp thực phẩm đồ uống như nước ép trái cây, trích ly dầu ô liu, xử lý rượu vang và để cải thiện chất lượng của các sản phẩm bánh mì trong ngành công nghiệp thực phẩm Bên cạnh đó, chúng cũng được sử dụng cho quá trình sinh học của denim và đánh bóng sợi cellulose trong ngành dệt may Đồng thời, cellulase được ứng dụng để tái sử dụng giấy thải trong ngành công nghiệp giấy cũng như cải thiện khả năng tiêu hóa của thức ăn chăn nuôi [5]
➢ Định nghĩa và phân loại:
Enzyme pectic còn được gọi là pectinase hoặc enzyme pectinolytic, có khả năng thủy phân các chất pectic phức tạp khác nhau Các enzyme này được phân thành ba loại chính bao gồm protopectinase, esterase và depolymerase trên cơ sở cơ chế hoạt động của chúng đối với chất nền [9]
(1) Protopectinase phân hủy protopectin không hòa tan để tạo ra pectin hòa tan (2) Esterase: ester xúc tác quá trình khử ester của pectin để loại bỏ methoxy ester Pectinesterase là các enzyme giúp tách methoxyl và acetyl dư lượng khỏi pectin, dẫn đến sự hình thành acid polygalacturonic
(3) Depolymerase xúc tác sự phân cắt liên kết α-1,4-glycosid trong gốc acid D- galacturonic của các chất pectic
Dựa trên ưu tiên cơ chất, cơ chế phân cắt và chế độ phân tách (ngẫu nhiên hoặc cuối cùng) của các liên kết glycoside, các depolymease có thể được chia thành các loại khác nhau:
(1) Polymetylgalacturonase (PMGs), xúc tác cho quá trình phân cắt thủy phân của liên kết α-1,4-glycosid của pectin, bao gồm endo-PMG và exo-PMG
(2) Polygalacturonase (PG), xúc tác quá trình thủy phân liên kết α-1,4- glycoside trong acid pectic bao gồm endo-PG và exo-PG
(3) Các lyase polymetylegalaccturonate (PMGL), xúc tác cho sự phân hủy pectin bằng cách phân tách chuyển hóa, bao gồm endo-PMGL và exo-PMGL
(4) Lyase polygalacturonate (PGL), xúc tác cho sự phân cắt liên kết α-1,4- glycosidic trong acid pectic bằng cách chuyển hóa, bao gồm endo-PGL và exoPGL Hầu hết các chế phẩm thương mại là hỗn hợp của pectin esterase, polygalacturonase và pectin lyase [10]
➢ Nguồn thu nhận: Các chủng nấm, vi khuẩn và nấm men khác nhau được sử dụng để sản xuất pectinase Trong số các chủng nấm, Aspergillus và Penicillium là những giống sản xuất pectinase chính Ở vi khuẩn, các chủng như Chryseobacterium indologenes, Bacillus subtilis, Pectobacterium carotovorum và Sclerotium rolfsii cũng được báo cáo là những loài sản xuất pectinase hiệu quả [5]
➢ Cấu trúc hóa học: ất cả các cấu trúc được hiển thị theo một hướng như nhau với đầu cuối N ở dưới cùng và đầu cuối C ở trên cùng Ba bộ nếp gấp β, PB1, PB2 và
PB3 tạo nên nếp gấp được tô đậm khác nhau, theo thứ tự độ đậm nhạt tăng dần Mỗi cấu trúc bao gồm một miền duy nhất của các sợi β song song gấp lại thành một hình trụ lớn về phía bên phải Nếp gấp miền, được gọi là β-helix song song Hình trụ trung tâm bao gồm bảy đến chín vòng xoắn ốc hoàn chỉnh và có hình lăng trụ do sự sắp xếp độc đáo của ba sợi song song trong mỗi vòng xoắn Sự khác biệt về cấu trúc trong các vòng lặp được cho là có liên quan đến sự khác biệt tinh tế trong các đặc tính enzyme và quá trình thuỷ phân [11]
➢ Ứng dụng: Pectinase đã được sử dụng trong nhiều quy trình sản xuất khác nhau, chẳng hạn như chế biến sợi thực vật, lên men trà và cà phê, xử lý nước thải công nghiệp, Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, pectinase được sử dụng trong chế biến nước trái cây, làm chất tăng cường màu sắc và năng suất, cũng như nâng cao hiệu quả trong quá trình nghiền Ngoài ra, pectinase còn được sử dụng trong các loại cây trồng lấy sợi/khử gôm, làm hỗn hợp enzyme để sản xuất thức ăn chăn nuôi, làm sạch virus thực vật, trong trích ly dầu và làm chất rũ hồ trong ngành dệt may [5]
Các phương pháp thu nhận dầu
Ba phương pháp trích ly dầu được sử dụng phổ biến nhất là phương pháp trích ly cơ học, hóa học/dung môi và enzyme Bên cạnh đó, trích ly dung môi tăng tốc (accelerated solvent extraction), trích ly chất lỏng siêu tới hạn và phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng cũng thường được sử dụng Mỗi phương pháp trích ly dầu đều có những ưu điểm và hạn chế riêng: trích ly dầu từ hạt mè sử dụng n-hexane làm dung môi thu được sản lượng dầu lớn nhất so với trích ly cơ học và enzyme Tuy nhiên, sử dụng hexane làm dung môi trích ly có tác động tiêu cực đến môi trường.[12] Trích ly có hỗ trợ vi sóng có thể so sánh với các kỹ thuật trích ly hiện đại thay thế khác về tính đơn giản và chi phí cho thiết bị rẻ Nhưng nó yêu cầu cần thực hiện các xử lý bổ sung cho dầu (lọc hoặc ly tâm) để loại bỏ cặn rắn, sử dụng phương pháp này còn có thể gây oxy hóa chất béo do sử dụng năng lượng cao Trích ly dầu bằng phương pháp enzyme thân thiện với môi trường nhưng mất nhiều thời gian hơn do tốc độ trích ly dầu bằng phương pháp này rất chậm so với phương pháp trích ly bằng dung môi Trong khi trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn, dầu được sản xuất có độ tinh khiết rất cao và thời gian cần thiết cũng rất ngắn; tuy nhiên, chi phí vận hành và đầu tư cao hơn [13]
Trong khai thác dầu thương mại, trích ly bằng dung môi và ép cơ học là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất, nhưng trích ly bằng dung môi hiệu quả hơn về mặt thu hồi dầu Khi trích ly bằng dung môi, sản lượng dầu có thể bị ảnh hưởng bởi loại dung môi được sử dụng, kích thước hạt của bột nguyên liệu, nhiệt độ trích ly, tỷ lệ dung môi trên bột nguyên liệu, thời gian trích ly và độ ẩm của bột nguyên liệu được trích ly [14]
2.4.1 Trích ly dầu hạt gấc bằng phương pháp dung môi
Có thể sử dụng nhiều dung môi khác nhau để trích ly dầu từ hạt thực vật Hexan, eter dầu mỏ, ete dietyl, ethanol, n-heptan, isopropanol, axeton, cloroform, metanol và 1-butanol là một số dung môi được báo cáo là được sử dụng phổ biến nhất để trích ly dầu [15], [7] Hiệu quả khai thác dầu, tác động môi trường, khả năng tái tạo của các dung môi trích ly cũng như các hợp chất tự nhiên được trích ly từ các dung môi khác nhau là khác nhau Vì vậy, việc lựa chọn dung môi trích ly dầu là một trong những khâu quan trọng nhất trong quá trình trích ly dầu bằng phương pháp hóa học
Trích ly dung môi là một kỹ thuật phổ biến được ứng dụng cả trong công nghiệp và trong phòng thí nghiệm Nó có thể được sử dụng cho mục đích phân tách bằng cách sử dụng trích ly chọn lọc hoặc cho mục đích cô đặc Quá trình trích ly có thể áp dụng cho mẫu lỏng (trích ly lỏng lỏng, LLE), mẫu rắn (trích ly rắn lỏng, LSE), mẫu khí và mẫu bán rắn
Trích ly dung môi được định nghĩa là một quá trình di chuyển vật liệu từ pha này sang pha khác nhằm mục đích tách một hoặc nhiều hợp chất ra khỏi hỗn hợp Trong trường hợp trích ly hạt có dầu, dầu thực vật thô được tách bằng dung môi từ bột bao gồm protein và carbohydrate Hiện nay hexan là dung môi được các nhà chế biến hạt có dầu lựa chọn với lượng dung môi hao hụt trong quá trình vận hành nằm trong khoảng từ 0,757 đến 7,57 lít trên mỗi tấn hạt Tuy nhiên, sự tăng giá từ 6 đến 8 lần trong thập kỷ qua trở thành yếu tố chính ảnh hưởng tiêu cực đến quy trình trích ly hạt có dầu Các vấn đề về độc tính và môi trường, một số vụ nổ và hỏa hoạn thảm khốc đã thúc đẩy việc tìm kiếm các dung môi thay thế
Một nguyên tắc chung cho sự hòa tan của các vật liệu, đó là "like dissolves like" có nghĩa là chất tan không phân cực dễ hòa tan hơn trong dung môi không phân cực, trong khi chất tan phân cực dễ hòa tan hơn trong dung môi phân cực [13] Tuy nhiên, một số dung môi phân cực có thể hòa tan một số chất tan không phân cực, chẳng hạn như chất béo trung tính có thể hòa tan trong methanol Năng lượng cần thiết để phá vỡ các tương tác giữa dung môi và dung môi có thể lớn; nhưng, năng lượng thu được trong tương tác chất tan-dung môi vẫn lớn hơn Quá trình trích ly sử dụng dung môi thường tiến hành ở nhiệt độ gần nhiệt độ sôi của dung môi, làm giảm độ nhớt của dầu và cải thiện khả năng hòa tan của dầu trong dung môi, đảm bảo hiệu quả của quá trình [4] Việc trích ly được thực hiện bằng cách ngâm hạt trong dung môi được liên tục khuấy đảo, luân lưu [16]
➢ Thuộc tính của dung môi lý tưởng để trích ly hạt có dầu
Có rất nhiều đặc tính mong muốn của dung môi phù hợp để trích ly dầu thực vật từ hạt có dầu nhưng thường không tồn tại dung môi lý tưởng [11]
Các yêu cầu tính chất vật lý và hóa học đối với dung môi bao gồm: khả năng sử dụng dung môi mới trong thiết bị hiện có hoặc chi phí trang bị thêm, các tác động đến lợi nhuận như công suất trích ly, chi phí năng lượng a Khả năng hòa tan cao đối với chất béo trung tính ở nhiệt độ cao: đây là thuộc tính quan trọng nhất của dung môi Nhìn chung, sử dụng nhiệt độ cao sẽ tạo điều kiện trích ly nhanh hơn Một dung môi có độ hòa tan cao ở nhiệt độ cao và độ hòa tan thấp ở nhiệt độ phòng có thể được mong muốn, bởi vì sự tách pha của dầu khỏi dung môi sẽ xảy ra mà không cần phải bay hơi b Dung môi không độc hại: dung môi được sử dụng không độc hại với môi trường và đối với động vật hoặc con người khi phần bã sau trích ly được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi hoặc thực phẩm c Tính chọn lọc của dung môi: đây cũng là một đặc tính rất quan trọng; nhưng độ chọn lọc mong muốn có thể khác nhau đối với các loại cây trồng, hạt có dầu và các sản phẩm cuối cùng mong muốn Khi mối quan tâm chỉ liên quan đến dầu, nên sử dụng dung môi chỉ trích ly chất béo trung tính và để lại phospholipid, acid béo tự do, sáp và sắc tố trong hạt Ngoại trừ trong một số trường hợp khi phospholipid được thu hồi cho mục đích kinh tế từ dầu thô dưới dạng lecithin để sử dụng làm chất nhũ hóa d Dung môi nên được thu hồi dễ dàng từ bột và dầu: các tính chất vật lý như nhiệt dung riêng, ẩn nhiệt hóa hơi, điểm sôi, độ hòa tan của dầu, độ nhớt, trọng lượng riêng và độ phân cực ảnh hưởng đến sự dễ dàng và lượng năng lượng cần thiết để thu hồi dung môi Tuy nhiên, các dung môi phân cực hơn có thể bị protein hấp thụ mạnh thông qua liên kết hydro, gây khó khăn cho việc tái thu hồi dung môi e Khả năng không bắt lửa hoặc khả năng bắt lửa thấp: đây là đặc tính mong muốn để giảm nguy cơ cháy nổ, đặc biệt là các mối nguy hiểm liên quan đến việc trích ly hexan f Độ ổn định của dung môi: dung môi trích ly phải ổn định với nhiệt, ánh sáng và nước Việc tái chế là cần thiết và dung môi phải chịu được các chu kỳ gia nhiệt, hóa hơi và làm mát lặp đi lặp lại g Dung môi trích ly không được phản ứng với dầu và bột: các vấn đề tương tác giữa dung môi và sản phẩm xảy ra trong quá trình sử dụng trichloroethylene để trích ly đậu nành Dung môi này đã phản ứng với protein để tạo thành các hợp chất độc hại đối với gia súc và có thể gây chết h Dung môi không được phản ứng với thiết bị: một số dung môi ăn mòn đường ống và các thành phần kim loại, đồng thời hòa tan các ion kim loại có thể gây đổi màu và mất mùi vị trong dầu Vòng đệm trong thiết bị có thể bị hư hỏng, các bộ phận bằng nhựa và ống có thể trở nên giòn do tiếp xúc với một số dung môi i Dung môi có độ tinh khiết cao: dung môi càng tinh khiết thì đặc tính hoạt động càng đồng đều và càng ít lẫn chất độ như dư lượng benzen trong hexan thương mại Dung môi có thể là hỗn hợp của một số hợp chất do đó việc đun sôi hoặc chưng cất phải tiến hành trong dải nhiệt độ bao gồm các điểm sôi của các thành phần Tổn thất cao xảy ra khi sử dụng dung môi có dải sôi rộng Nồng độ cao của các hợp chất có độ sôi thấp có thể dẫn đến thất thoát do rò rỉ và thoát ra ngoài qua bình ngưng; trong khi đó, nồng độ cao của các hợp chất có độ sôi cao có thể dẫn đến tổn thất do dư lượng dung môi trong dầu và bột Việc tăng nhiệt để loại bỏ các dung môi tốn kém năng lượng và có thể ảnh hưởng xấu đến giá trị bột và màu dầu j Độ hòa tan nhẹ trong nước: Vì hơi nước thường trực tiếp được sử dụng để loại bỏ vết dung môi còn sót lại từ bột và dầu Khả năng tách dung môi khỏi hỗn hợp dung môi - nước được tăng cường nếu độ hòa tan trong nước thấp của dung môi
2.4.2 Trích ly dầu bằng dung môi ethanol
Bên cạnh yếu tố về an toàn, kinh tế, một số yếu tố ảnh hưởng trong quá trình trích ly đã được nghiên cứu như: bản chất của dung môi, kích thước hạt và các điều kiện trích ly như nhiệt độ, áp suất, Sau khi khảo sát các điều kiền tối ưu để trích dầu từ hạt thì dung môi n-Hexan mang lại hiệu suất cao nhất Nó có nhiệt độ sôi tương đối thấp (69 o C), có nguồn gốc từ dầu mỏ thường được sử dụng để trích ly dầu thực vật do đặc tính không phân cực và thu hồi đơn giản Ngoài ra, nó thể hiện tính chọn lọc cao đối với dầu và ẩn nhiệt hóa hơi khá thấp (330 kJ/kg), cho phép bay hơi dễ dàng, mang lại hiệu quả vượt trội so với trích ly cơ học về năng suất và chất lượng dầu Lượng dầu bị hao hụt sau khi trích ly bằng hexan có hàm lượng thấp hơn 3% so với 8–9% trong bánh ép ở cùng nhiệt độ vận hành, trong khi nhiệt độ cao hơn được yêu cầu để tối đa hóa sản lượng dầu chỉ trong quá trình trích ly cơ học
Tuy nhiên, hexan đã được coi là một chất có hại: rất dễ cháy; có hại, gây kích ứng, và nguy hiểm cho môi trường Tiếp xúc lâu dài với N-hexane thương mại (40– 60%) có thể gây rối loạn hệ thần kinh trung ương và các vấn đề về sinh sản Do đó đã có những quy định nghiêm ngặt về việc sử dụng N-hexane trong trích ly dầu và chất béo
Một số nghiên cứu đã được thực hiện, nhằm mục đích thay thế hexane bằng các hydrocacbon khác hoặc rượu làm dung môi để khai thác dầu Isopropanol và ethanol là những dung môi hứa hẹn nhất để trích ly dầu từ hạt bông và đậu tương
Trong đó, ethanol được lựa chọn trở thành dung môi thay thế vì nó rẻ tiền và có thể được sản xuất bằng cách lên men từ một hoặc nhiều loại vật liệu sinh học sử dụng công nghệ đơn giản và do đó nó được dán nhãn là “tự nhiên” hoặc “tái tạo sinh học” Ngoài ra, mặc dù dễ cháy nhưng loại cồn này được công nhận là không độc hại và có ít rủi ro trong quá trình xử lý hơn hexan Ngoài ra, việc sử dụng ethanol làm dung môi trích ly cũng tránh được các vấn đề độc tính trong thức ăn chăn nuôi Những thuộc tính này đã thúc đẩy nghiên cứu đánh giá việc tối ưu hóa quy trình trích ly dầu bằng ethanol - dung môi phân cực cao hơn hexan, được lựa chọn làm dung môi trích ly xanh
Theo Gandhi và cộng sự, ethanol là một dung môi có khả năng phân hủy sinh học, không độc hại, có tiềm năng trích ly dầu lớn, có khả năng thay thế n-hexan mà không làm giảm năng suất và đã được cho phép sử dụng cho thực phẩm theo chỉ thị 2009/32/CE Đặc biệt, nó là những nguồn tài nguyên có thể tái tạo và được phân loại là dung môi xanh thân thiện với môi trường
Hơn nữa ethanol phân cực hơn hexane với khả năng trích ly các thành phần phi lipid như carbohydrate, hợp chất phenolic hoặc glucosinolate được coi là thành phần kháng dinh dưỡng của hạt cải dầu Do đó, việc sử dụng chúng cho phép giải độc bột hạt cải dầu Tuy nhiên, một số hạn chế cho đến nay đã hạn chế việc công nghiệp hóa loại dung môi này Đặc biệt, chúng được đặc trưng bởi khả năng hòa tan dầu thấp ở nhiệt độ trích ly thông thường Khả năng trộn lẫn của dầu là < 2% trọng lượng trong ethanol azeotropic ở 50°C Để tăng hiệu suất thu hồi dầu của các rượu này, quá trình trích ly cần thực hiện ở điểm sôi của dung môi với nhiệt độ khá cao 78 o C, do đó có thể làm biến đổi chất lượng dầu Độ hòa tan của dầu trong ethanol phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng nước Ở nhiệt độ >70 o C, dầu đậu nành có thể hòa tan trong ethanol gần như tuyệt đối ở tất cả các tỷ lệ Ở nồng độ cồn thấp hơn, khả năng hòa tan trong dầu giảm đi đáng kể và không đạt được khả năng hòa tan hoàn toàn ngay cả ở điểm sôi Tuy nhiên, độ hòa tan của dầu trong ethanol 95% (hỗn hợp azeotropic với nước) có thể được đưa vào áp dụng thực tế bằng cách vận hành ở áp suất đủ để đưa nhiệt độ lên 90 o C
Vì ethanol tuyệt đối có đặc tính khử nước nên việc làm khô hạt trước khi trích ly là rất quan trọng để giảm sự hấp thụ nước, nếu không sẽ làm mất khả năng trích ly dầu của dung môi
2.4.3 Phương pháp thủy phân bằng enzyme
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Le và các cộng sự (2018) đã tiến hành nghiên cứu nhằm xác định đặc điểm của hạt gấc và khảo sát tính chất hóa lý của dầu hạt gấc được trích ly bằng carbon dioxide siêu tới hạn (SC-CO2) và hexane (Soxhlet) Kết quả thu nhận được: nhân hạt gấc chiếm 66,4 2,7% khối lượng hạt, dầu 53,02 1,27% Dầu được trích ly bằng phương pháp SC-CO2 có chất lượng cao hơn dầu được trích ly bằng Soxhlet đối với các tiêu chí quan trọng, chẳng hạn như peroxide (0,12 0,02 so với 1,80
0,01 meq O2/kg dầu), acid béo tự do (1,74 0,12 so với 2,47 0,09 mg KOH /g dầu) và giá trị chất không xà phòng hóa (33,2 1,5 so với 52,6 2,4 g/kg) Dầu thu được có màu vàng nhạt, đẹp và khả năng chống oxy hóa cao hơn được đo bằng
DPPH (52,69 0,06 so với 42,98 0,02 mol Trolox đương lượng/g dầu) và ABTS (2,10 0,12 so với 1,52 0,06 mol Trolox tương đương/g dầu) Ngoài ra, chất không xà phòng hóa cao trong dầu, đặc biệt là trong dầu trích ly bằng dung môi và Soxhlet, có thể hữu ích cho mục đích y tế [17]
Bên cạnh đó, một nghiên cứu khác về thành phần FA và Tocopherol của hạt có dầu Việt Nam được thực hiện bởi Bertrand Matthausa và các cộng sự đã đưa ra kết quả về lượng dầu hạt gấc là 52,7g/100g hạt, trong đó lượng acid béo được tìm thấy trong hạt gấc được cho là 58,6g/100g [18]
2.5.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới đa số các nghiên cứu đến hạt gấc chủ yếu tập trung vào các hợp chất có hoạt tính như phân lập saponin, các yếu tố sinh thần kinh, các peptide có chức năng ngăn ngừa sự phát triển của tế bào ung thư Có thể nói rằng bên cạnh các hợp chất hóa thực vật, hạt gấc còn là một nguồn tài nguyên sản xuất dầu đáng được quan tâm Tuy nhiên, chỉ mới một vài nghiên cứu được thực hiện để đánh giá hàm lượng và khả năng trích ly dầu từ đối tượng này Trong đó, Ishida cùng các cộng sự đã phân tích thành phần acid béo và caroten trong quả gấc, bao gồm cả hạt (còn màng) Hàm lượng carotenoid được phân tích bằng HPLC pha đảo và phương pháp tách các đồng phân cis và trans của các carotenoit chính trong loại quả này Hạt chứa chủ yếu là acid stearic (60,5%), một lượng nhỏ acid linoleic (20%), oleic (9%) và palmitic (5-6%), arachidic, cis-vaccenic, linolenic và palmitoleic, acid eicosa-11- enoic và acid eicosa-13 [19]
Một nghiên cứu khác được thực hiện bởi Jing và các cộng sự về khả năng sản xuất dầu diesel sinh học từ hạt gấc Trong nghiên cứu này, các tính chất vật lý và hóa học khác nhau của dầu hạt M cochinchinensis (MCSO) và dầu diesel sinh học thu được từ MCSO đã được phân tích để nghiên cứu tính khả thi của việc sản xuất dầu diesel sinh học với MCSO làm nguyên liệu thô Kết quả hàm lượng dầu trong nhân hạt M cochinchinensis lên tới 50,82% Tỷ trọng, trích ly suất, acid béo tự do và trị số acid của MCSO lần lượt là 0,92 g/mL, 1,50, 0,11 mg KOH/g và 0,23 mg KOH/g Kết quả cho thấy rằng có thể sản xuất dầu diesel sinh học với MCSO làm nguyên liệu Acid béo của MCSO chủ yếu bao gồm acid stearic (53,29%), acid linoleic (21,40%), acid oleic (16,09%), acid palmitic (5,44%) và các thành phần phụ là acid cis-11- eicosenoic (2,49%), α acid-linolenic (0,67%) và acid arachidic (0,63%).
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu và hóa chất
Hạt gấc được tách từ quả gấc nếp tươi thu hái tại Hải Hậu, Nam Định, Việt Nam Để kéo dài thời gian bảo quản và dễ tách vỏ, hạt được nông dân phơi ngoài trời từ 5 - 7 ngày ở nhiệt độ khoảng 30 o C để giảm độ ẩm và tăng khả năng vỡ của vỏ, hàm ẩm của hạt khoảng 10 - 11%, còn nguyên lớp vỏ
Các hạt khô được mua về sau đó được tách vỏ thủ công bằng dao Trước khi trích ly cần kiểm tra độ ẩm của mẻ hạt bằng cân sấy ẩm, hạt cần có độ ẩm ≤ 6% cho quá trình bảo quản theo đề xuất của Brooker và cộng sự, nếu độ ẩm chưa đạt thì sấy ở nhiệt độ 55 o C cho đến khi đạt độ ẩm mong muốn
Khối lượng trung bình của hạt khô và nhân khô đã tách vỏ được xác định trước và sau khi tách vỏ Hạt trong mẫu sau đó được tách vỏ và cân mẫu nhân hạt thu được Phương trình dưới đây được sử dụng để tính tỷ lệ phần trăm trọng lượng của hạt so với trọng lượng của hạt khô trước khi chúng được tách vỏ (cùng hàm ẩm 6%)
Các kết quả được thể hiện dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn
Nhân hạt gấc khô thu được sau khi tách vỏ được gói trong giấy nhôm rồi đóng trong túi zip PE và bảo quản ở nhiệt độ -18 O C trước khi cần nghiên cứu thêm
Bảng 3.1: Một số hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu
Tên hóa chất Xuất xứ Mục đích sử dụng
Diethyl ether Trung Quốc Xác định hàm lượng dầu
Ethanol 99,5% Việt Nam Dung môi trích ly, xác định AV Xathan gum Trung Quốc Tạo dung dịch nhũ hóa
NaOH Trung Quốc Hiệu chỉnh pH
HCl Trung Quốc Hiệu chỉnh pH
KOH Trung Quốc Xác định AV
Ethanol Việt Nam Xác định AV
Phenolphthalein Trung Quốc Chất chỉ thị
Chloroform Việt Nam Xác định PV
Acid acetic Trung Quốc Xác định PV
Hồ tinh bột Sig – Aldrich, Mỹ Xác định PV
Na2S2O3 Trung Quốc Xác định PV
KI Trung Quốc Xác định PV
Enzyme Cellulast 1.5 L dạng lỏng được sản xuất bằng quá trình lên men chìm của Trichoderma reesei và xúc tác sự phân hủy cellulose thành glucose, cellobiose và các polyme glucose cao hơn do hãng Novozyme (Đan Mạch) cung cấp Tính chất enzyme Cellulast 1.5 L:
- Điều kiện tối thích: pH = 4-6 , t = 40-60 °C
Enzyme Pectinex Ultra SP-L là là sự pha trộn của pectinase, hemicellulase và beta-glucanase Đây là chế phẩm enzyme pectolytic dạng lỏng có hoạt tính cao được sản xuất bởi chủng Aspergillus aculeatus do hãng Novozyme (Đan Mạch) cung cấp Tính chất enzyme Pectinex Ultra SP-L:
- Hoạt tính riêng 3800 PGNU/ml
- Điều kiện tối thích: pH = 3,5-4,5, t = 50°C
Dụng cụ và thiết bị
Bảng 3.2: Một số dụng cu, thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu STT Tên thiết bị, dụng cụ Mục đích sử dụng
1 Máy nghiền Nghiền nhỏ nguyên liệu
2 Bộ soxhlet Xác định hàm lượng dầu
3 Tủ sấy không khí nóng Sấy nguyên liệu đến độ ẩm mong muốn
4 Thiết bị ly tâm Phân riêng dịch thu nhận sau thủy phân
5 Cân 2 số lẻ Cân khối lượng nguyên liệu
6 Cân 4 số lẻ Cân khối lượng hóa chát phân tích
7 Tủ đông Bảo quản nguyên liệu
8 Cân sấy ẩm hồng ngoại Xác định độ ẩm nguyên liệu
9 Máy đo pH Hiệu chỉnh pH
10 Máy lắc Hỗ trợ quá trình thủy phân
11 Bể điều nhiệt Điều chỉnh nhiệt độ của quá trình trích ly
12 Tủ đông Lạnh đông nguyên liệu
13 Thiết bị cô quay Thu hồi dầu
Phục vụ cho thí nghiệm
Phương pháp nghiên cứu
Phần 4: Phân tích tính chất của dầu hạt gấc Ảnh hưởng của tỷ lệ Cellulase và Pectinase cùng với phương pháp tiền xử lý đến hiệu suất thu hồi dầu, chỉ số AV,
- Thành phần và hàm lượng các acid béo
Phần 1: Khảo sát tính chất vật lý, hóa học nguyên liệu hạt gấc
Phần 2: Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu hạt gấc bằng ethanol
Phần 3: Bước đầu tiền xử lý nhiệt kết hợp enzyme để trích ly dầu hạt gấc bằng dung môi nước
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi;
- Thời gian trích ly Ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt nguyên liệu: chần và chần kết hợp với lạnh đông đến: hiệu suất thu hồi dầu, chỉ số AV, PV
Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố:
- Hàm lượng Cellulase bổ sung;
- Hàm lượng Pectinase bổ sung;
- Sự kết hợp của Cellulase và Pectinase enzyme bổ sung;
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa;
Khảo sát các yếu tố tiền xử lý nhiệt nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dầu:
- Chần: thời gian, nhiệt độ;
- Chần kết hợp lạnh đông
Sơ đồ quy trình thực hiện:
Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thực nghiên cứu
Thuyết minh quy trình thực hiện:
- Hạt gấc khô sau khi thu gom về sẽ được tách vỏ đen, được sấy đến hàm ẩm 6 -
7% loại lớp màng hạt màu xanh, cắt lát và bảo quản lạnh ở -18℃ để sử dụng cho các nghiên cứu Hạt gấc sẽ được mua 1 lần theo tổng khối lượng nghiên cứu để đảm bảo nguyên liệu được đồng nhất
➢ Đối với phương pháp trích ly bằng ethanol:
- Nghiền: sử dụng máy nghiền lưỡi dao tốc độ cao để tiến hành nghiền hạt gấc thành các hạt có kích thước nhỏ đường kính dưới 1,4 mm để phá vỡ kích thước tế bào và tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu với dung môi
- Trích ly: cân 5g hạt gấc đã được nghiền cho vào erlen 250 mL và cho ethanol vào các bình hủ thủy tinh có nắp kín và đặt vào bể điều nhiệt trích ly theo nhiệt độ trích ly như yêu cầu, có lắc đảo hỗn hợp liên tục
- Lọc chân không: sau khi hoàn tất việc trích ly, hỗn hợp sẽ được tiến hành lọc chân không để loại bỏ phần bã và thu phần dịch (dầu và dung môi)
- Cô quay: dung dịch gồm có ethanol và dầu sẽ được đưa vào thiết bị cô quay để loại dung môi và thu được dầu hạt gấc Dầu sau khi thu được sẽ bảo quản lạnh ở 4℃ và tiến hành phân tích các tính chất hóa, lý của dầu
➢ Đối với phương pháp trích ly nhờ enzyme bằng dung môi nước:
- Điều chỉnh pH: pha dung dịch nhũ hóa bằng cách cân một lượng bột xanthan gum cho vào nước với tỷ lệ 0,08% (w/v) và hòa tan để tạo một dung dịch đồng nhất Sau đó cân 10 g bột hạt gấc đã được nghiền cho erlen chứa dung dịch nhũ hóa và tiến hành điều chỉnh pH bằng NaOH 0,1M hoặc HCl 0,1M để đưa pH hỗn hợp trích ly về pH yêu cầu
- Thủy phân: cân cellulase/pectinase bằng cân 4 số theo lượng đã xác định và cho vào bình chứa hỗn hợp thủy phân và đưa vào bể điều nhiệt đã điều chỉnh nhiệt độ thủy phân thích hợp Trong quá trình thủy phân, thường xuyên lắc các bình, định kỳ 10 – 15 phút/lần
- Lọc chân không: sau khi hoàn tất việc trích ly, hỗn hợp sẽ được tiến hành lọc chân không để loại bỏ phần bã và thu phần dịch (hỗn hợp dầu, nước và một phần chất rắn không tan)
- Ly tâm: hỗn hợp dịch sau lọc chân không sẽ cho NaCl vào với tỷ lệ 1% (w/w) để làm chênh lệch tỷ trọng của các chất trong hỗn hợp, sau đó tiến hành ly tâm hỗn hợp để thu dầu và loại bỏ phần chất rắn, nước
- Thu dầu: dùng micropipette để hút dầu ra khỏi ống falcon, tránh hút dầu kéo theo nước
➢ Đối với phương pháp trích ly các phương pháp tiền xử lý nhiệt nguyên liệu:
- Đối với phương pháp chần: hạt sau khi được cắt mỏng sẽ cho vào nước chần theo tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1/20 (w/v) và đun nóng đến nhiệt độ cần chần Cắm nhiệt kế vào nồi để đảm bảo nhiệt độ trong nồi đúng theo nhiệt độ yêu cầu Tính thời gian chần từ khi hỗn hợp nước và hạt trong nồi đạt nhiệt độ mong muốn Hạt sau khi được chần sẽ được làm nguội trong môi trường nước đá từ 2 – 3 phút và để ráo trước khi vào giai đoạn nghiền
- Đối với phương pháp lạnh đông: hạt sau khi được cắt mỏng sẽ cho vào túi
PE vào cho tủ đông ở nhiệt độ - 18℃ để tiến hành lạnh đông Sau khi kết thúc quá trình lạnh đông, hạt sẽ được rã đông ở nhiệt độ phòng và tiến hành nghiền để chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo
- Đối với phương pháp chần kết hợp với lạnh đông: thực hiện chần trước sau đó tiến hành lạnh đông hạt như trên
3.3.3 Khảo sát thành phần nguyên liệu:
- Xác định hàm lượng dầu của hạt gấc theo phương pháp Soxhlet
- Xác định hàm lượng ẩm của hạt gấc theo TCVN 8949:2011
- Xác định chỉ số acid của hạt gấc theo TCVN 8950:2011
- Xác định chỉ số peroxide của hạt gấc theo TCVN 6121:2018
3.3.4 Bố trí thí nghiệm về khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu hạt gấc bằng ethanol
Công thức tính hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc:
𝐾ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 ℎạ𝑡 đ𝑒𝑚 đ𝑖 𝑡𝑟í𝑐ℎ 𝑙𝑦 (𝑔)𝑥 100% Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc:
Bảng 3.3: Bố trí các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc
Thí nghiệm Yếu tố cố định Yếu tố thay đổi Hàm mục tiêu
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: 1/15
- Thời gian trích ly: 6 giờ
94; 96; 99,5 Hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc
- Nồng độ ethanol: kết quả TN 1
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: 1/15
- Thời gian trích ly: 6 giờ
Thí nghiệm Yếu tố cố định Yếu tố thay đổi Hàm mục tiêu
- Nồng độ ethanol: kết quả TN 1
- Thời gian trích ly: 6 giờ
- Nhiệt độ trích ly: kết quả TN 2
Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (w/v): 1/10; 1/15;
- Nồng độ ethanol: kết quả TN 1
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: kết quả TN 3
- Nhiệt độ trích ly: kết quả TN 2
Thời gian trích ly (giờ): 4; 5; 6; 7; 8
Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý nhiệt nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc:
Bảng 3.4: Bố trí các thí nghiệm khảo sát các phương pháp tiền xử lý nhiệt nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc
Yếu tố thay đổi Hàm mục tiêu
- Nồng độ ethanol: kết quả TN 1
- Nhiệt độ trích ly: kết quả TN 2
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: kết quả TN 3
- Thời gian trích ly: kết quả TN 4
90; 100 Hiệu suất thu hồi dầu hạt gấc ở các thời gian trích ly khác nhau
- Nhiệt độ chần: kết quả TN 5
- Nồng độ ethanol: kết quả TN 1
- Nhiệt độ trích ly: kết quả TN 2
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: kết quả TN 3
- Thời gian trích ly: kết quả TN 4
Yếu tố thay đổi Hàm mục tiêu
- Nhiệt độ chần: kết quả TN 5
- Thời gian chần: kết quả TN 6
- Nồng độ ethanol: kết quả TN 1
- Nhiệt độ trích ly: kết quả TN 2
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: kết quả TN 3
- Thời gian trích ly: kết quả TN 4
Thời gian lạnh đông (giờ): 12;
3.3.5 Bố trí thí nghiệm về bước đầu tiền xử lý nhiệt kết hợp enzyme để trích ly dầu hạt gấc bằng dung môi nước
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu hạt gấc bằng enzyme và dung môi nước:
Bảng 3.5: Bố trí thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly dầu hạt gấc bằng enzyme và dung môi nước Thí nghiệm Yếu tố cố định Yếu tố thay đổi Hàm mục tiêu
- Tỷ lệ nguyên liệu/dịch nhũ hóa: 1/3
- Thời gian thủy phân: 3 giờ
Hàm lượng cellulase enzyme 1,5 L bổ sung (U/g chất khô nguyên liệu): 4, 8, 12, 16, 20
Hiệu suất thu hồi dầu
- Tỷ lệ nguyên liệu/dịch nhũ hóa: 1:3
- Thời gian thủy phân: 3 giờ
Hàm lượng Pectinex Ultra SP-L bổ sung (U/g chất khô nguyên liệu): 20, 40, 60, 80,
- Tỷ lệ nguyên liệu/dịch nhũ hóa: 1:3
- Thời gian thủy phân: 3 giờ
- Lượng cellulase enzyme bổ sung: kết quả TN 8
- Lượng pectinase enzyme bổ sung: kết quả TN 9
Sự kết hợp giữa 2 enzyme
- Thời gian thủy phân: 3 giờ
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả TN 10
Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa (w/v): 1:6; 1:5;
- Thời gian thủy phân: 3 giờ
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11 pH: 3,5; 4,0; 4,5; 5,0;
- Thời gian thủy phân: 3 giờ
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11
- Nhiệt độ thủy phân: kết quả TN 13
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11
Thời gian thủy phân (giờ): 1; 2; 3; 4; 5; 6
Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý nhiệt nguyên liệu kết hợp enzyme để trích ly dầu hạt gấc bằng dung môi nước:
Bảng 3.6: Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý nhiệt nguyên liệu kết hợp enzyme để trích ly dầu hạt gấc bằng dung môi nước
Thí nghiệm Yếu tố cố định Yếu tố thay đổi Hàm mục tiêu
- Nhiệt độ thủy phân: kết quả TN 13
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11
- Thời gian thủy phân: kết quả TN 14
Hiệu suất thu hồi dầu
- Nhiệt độ chần: kết quả TN 15
- Nhiệt độ thủy phân: kết quả TN 13
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11
- Thời gian thủy phân: kết quả TN 14
- Nhiệt độ thủy phân: kết quả TN 13
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11
- Thời gian thủy phân: kết quả TN 14
Thời gian lạnh đông (giờ): 12, 24, 36, 48,
- Nhiệt độ chần: kết quả TN 15
- Thời gian chần: kết quả TN 16
- Thời gian lạnh đông: kết quả TN 17
- Nhiệt độ thủy phân: kết quả TN 13
- Hàm lượng enzyme bổ sung: kết quả
- Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch nhũ hóa: kết quả TN 11
- Thời gian thủy phân: kết quả TN 14
Kết hợp phương pháp chần và lạnh đông
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Kết quả phân tích hạt gấc
4.1.1 Kết quả phân tích tính chất vật lý, hóa học của hạt gấc
Kết quả phân tích tính chất hạt gấc được thể hiện qua bảng 4.1
Bảng 4.1 Các chỉ tiêu phân tích liên quan đến hạt gấc
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
1 Tổng hàm lượng lipid g dầu/ 100g hạt 54,22 ± 0,104
3 Chỉ số acid mg KOH/ g dầu 1,47 ± 0,042
4 Chỉ số peroxide meq/ kg dầu 5,03 ± 0,04
Hàm lượng dầu trong nhân hạt gấc tương tự như báo cáo trước đây của A.V le và cộng sự (52,7%) đối với nhân hạt gấc và có thể so sánh với các loại hạt có dầu khác như hạt hướng dương (45–55%) và hạt mè (30-50%) và cao hơn so với hạt lanh (33,3%), đậu nành (18,4%) và hạt cọ (44,6%) Do đó, nhân hạt gấc là một trong những nguồn dầu phong phú nhất nên dễ dàng thu hồi để phân tích và sử dụng tiềm năng, chẳng hạn như dầu ăn, thuốc mỡ hay mỹ phẩm
Hạt thu mua được xác định độ ẩm nhân hạt ngay, từ bảng 4.1 có thể thấy độ ẩm của nhân hạt thấp hơn nhiều so với giới hạn trên của độ ẩm an toàn là 6% được đề xuất bởi Brooker và cộng sự để lưu trữ hạt có dầu Tuy nhiên làm khô bằng cách phơi nắng có thể ảnh hưởng đến chất lượng của dầu trích ly (dầu trong hạt dễ bị oxi hóa) Vì vậy cần nghiên cứu các phương pháp khác để làm khô hạt gấc mà không ảnh hưởng đến chất lượng hạt gấc
Chỉ số acid cho biết hàm lượng acid béo tự do có trong 1g chất béo Dầu thô trong hạt gấc có chỉ số acid là 1,47±0,042 (mg KOH/g dầu) cho thấy chỉ số acid cao hơn so với các loại dầu ăn tinh luyện khác như dầu đậu nành (0,38–0,54) và dầu cọ (0,17–1,06), nhưng thấp hơn dầu mù tạt (3,65–4,5) Sự hiện diện của các acid béo tự do trong dầu có thể dẫn đến phản ứng tự oxi hóa và chúng phải càng ít càng tốt Mặt khác, chỉ số acid thu được bằng cách xác định theo TCVN 8950:2011 thấp hơn so với giới hạn cho phép của dầu thực vật theo TCVN 7597: 2013 ( MUFA Trong số các SFA, acid stearic C18:0 là phổ biến nhất, sau đó là acid palmitic C16:0, các acid béo bão hòa còn lại bao gồm acid undecanoic, acid myristic, acid pentadecanoic, acid margaric, acid arachidic, acid lignoceric với giá trị nhỏ hơn 1% mỗi loại Trong số MUFA, acid oleic C18:1 chiếm 18,49 % tổng FA có trong dầu hạt gấc Acid linoleic C18:2 là PUFA chính có thể tìm thấy trong dầu bên cạnh acid docosahexaenoic chiếm tỉ lệ rất thấp Nhìn chung, mức độ không bão hòa của acid béo ảnh hưởng đến thời gian bảo quản của sản phẩm dầu do khả năng bị oxy hóa của dầu, tạo thành mùi ôi Do đó giá trị acid stearic cao là một lợi thế của dầu hạt gấc nhờ khả năng ổn định cao trong quá trình bảo quản Thành phần các acid béo tương tự trong dầu hạt gấc thu nhận bằng phương pháp trích ly bằng dung môi hexan đã được báo cáo bởi Jing và cộng sự (2022), nhưng tỷ lệ acid béo được tìm thấy hơi khác nhau Jing và cộng sự cho kết quả trong dầu hạt gấc bao gồm acid stearic (53,29 ± 0,39%) cao hơn so với nghiên cứu này, acid linoleic (21,30 ± 2,25%), acid oleic (16,39 ± 0,10%) thấp hơn so với nghiên cứu này, acid palmitic (5,44 ± 0,39%) cùng một lượng acid béo với tỉ lệ thấp thơn 1% như acid arachidic, acid eicosenoic tượng tự với nghiên cứu này Những khác biệt về thành phần acid béo của dầu có thể là do sự khác biệt trong phương pháp trích ly được sử dụng trong cả hai nghiên cứu hoặc do trạng thái của hạt.