Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu trích ly dầu và các hợp chất Polyphenol trong dầu hạt đu đủ (Carica Papaya L.)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 PGS.TS Phạm Thành Quân

2 TS Lê Ngọc Liễu

3 TS.Phạm Thị Hồng Phượng 4 TS.Trần Tấn Việt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Đoàn Thị Ngọc Minh MSHV: 1670669 Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1992 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số : 60520301

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu trích ly dầu và các hợp chất Polyphenol trong dầu

hạt đu đủ (Carica Papaya)

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Khảo sát hiệu suất của các phương pháp chiết khác nhau

2 Phân tích tính chất hóa lý (chỉ số acid, xà phòng hóa) của dầu chiết bằng dung môi ethanol

3 Phân tích thành phần acid béo (trên từng mẫu ở những điều kiện khác nhau) của dầu chiết bằng ethanol

4 Định lượng polyphenol và đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa của dầu (DPPH) 5 Tối ưu hóa quy trình chiết đạt hiệu suất cao nhất

6 Tối ưu hóa quy trình chiết đạt hàm lượng polyphenol cao nhất

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 1/ TS Hồ Thanh Bình

Và em xin chân thành cám ơn quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Hóa học- trường Đại học Bách Khoa đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt những năm vừa qua Đó là nền tảng vững chắc giúp em thực hiện đề tài nghiên cứu này

Mặc dù đã dành nhiều thời gian và công sức để hoàn thiện luận văn một cách tốt nhất, nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô

Xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 6 năm 2019 Đoàn Thị Ngọc Minh

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Dầu hạt đu đủ là loại dầu thực vật giàu dinh dưỡng với hàm lượng acid oleic (73,79%) và một số thành phần acid béo có lợi cho sức khỏe như acid palmitic (14,38%), acid stearic (3,58%), acid linoleic(1,06%) Để định hướng cho quy trình sản xuất dầu hạt đu

đủ, trong luận văn “Nghiên cứu trích ly dầu và các hợp chất Polyphenol trong dầu

hạt đu đủ (Carica Papaya)” đưa ra nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp

Soxhlet, phương pháp siêu âm, phương pháp Soxhlet có hỗ trợ vi sóng, phương pháp siêu âm có hỗ trợ vi sóng Trong đó, phương pháp siêu âm có hỗ trợ vi sóng cho hàm lượng dầu cao với thời gian chiết thấp hơn so với các phương pháp còn lại Vì vậy, phương pháp này được chọn tối ưu hóa hiệu suất quy trình chiết dầu hạt đu đủ Kết quả cho thấy điều kiện dầu hạt đu đủ để đạt hiệu suất tối ưu là: vi sóng tại cường độ 352,5W, với thời gian là 273s, hiệu suất đạt được là 30,1197%

Ngoài ra, bằng phương pháp siêu âm, dầu hạt đu đủ còn được xây dụng mô hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 để chiết các hợp chất phenolic Kết quả điều kiện tối ưu là thời gian siêu âm 58,91 phút, với nhiệt độ ~4 6 OC, với tỷ lệ lỏng/rắn: 14,68/1, đạt hàm lượng phenolic tối ưu là 352,645 mg GAE/g

ABSTRACT

Papaya seed oil is a nutritious source with oleic acid content (73,79%) and some healthy fatty acid components such as palmitic acid (14,38%), stearic acid (3,58%), linoleic acid (1,06%) In order to orient the process of producing papaya seed oil, the thesis "Research on extracting oil and Polyphenol compounds in papaya seed oil

(Carica Papaya)" offers many different methods: Soxhlet method, ultrasonic assisted

method, Soxhlet method with microwave support, ultrasonic assisted method with microwave support In particular, ultrasound method has microwave support for high oil content with lower extraction time than the other methods Therefore, this method is chosen to optimize the performance of papaya seed oil extraction process The results showed that the condition of papaya seed oil to achieve optimum performance was: microwave at 352,5W, with time of 273s, the efficiency was 30,2%

In addition, by ultrasonic method, orthogonal quadratic model is used for optimization phenolic compounds extraction process The optimum condition result is an ultrasound time of 59 min, with a temperature of ~ 46 OC, with a liquid / solid ratio of 14.68 / 1, phenolic content of 352,645 mg GAE/g

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn Đoàn Thị Ngọc Minh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11

1.1 GIỚI THIỆU CÂY ĐU ĐỦ 11

1.1.1 Thông tin chung về cây đu đủ 11

1.1.2 Những công dụng của cây đu đủ 14

1.2 GIỚI THIỆU DẦU HẠT ĐU ĐỦ 15

1.2.1 Thông tin chung 15

1.2.2 Tính chất hóa lý dầu hạt đu đủ 16

1.2.3 Thành phần hóa học của dầu hạt đu đủ 17

1.2.4 So sánh với các loại dầu hạt khác 22

1.2.5 Ứng dụng dầu hạt đu đủ 23

1.3 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP CHIẾT 24

1.3.1 Phương pháp chiết không sử dụng dung môi 25

1.3.2 Phương pháp chiết sử dụng dung môi 29

1.4 HOẠT TÍNH KHÁNG OXI HÓA 31

2.1 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36

2.2 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 36

2.2.1 Nguyên liệu và hóa chất 36

2.2.2 Thiết bị 36

2.2.3 Dụng cụ thí nghiệm 37

2.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 38

2.3.1 Quy trình xử lý nguyên liệu hạt đu đủ 38

2.3.2 Quy trình chiết dầu hạt đu đủ bằng phương pháp Soxhlet 38

2.3.3 Quy trình chiết dầu hạt đu đủ bằng phương pháp Siêu âm 39

2.3.4 Quy trình chiết dầu hạt đu đủ bằng phương pháp Soxhlet kết hợp vi sóng392.3.5 Quy trình chiết dầu hạt đu đủ bằng phương pháp Siêu âm kết hợp vi sóng392.3.6 Phương pháp xác định chỉ số acid 39

2.3.7 Phương pháp xác định chỉ số xà phòng hóa 40

2.3.8 Xác định thành phần acid béo bằng phương pháp GC-MS 41

2.3.9 Định lượng hợp chất phenol theo phương pháp Folin-Ciocalteau 42

2.3.10 Đánh giá khả năng bắt gốc tự do DPPH 43

2.4 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM 45

2.4.1 Đánh giá nguyên liệu 45

2.4.2 Đánh giá các chỉ số dầu đối với dầu hạt đu đủ 46

2.4.3 Tối ưu hóa quy trình chiết dầu hạt đu đủ 46

2.4.4 Tối ưu hóa quy trình chiết các hợp chất phenol 49

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 52

3.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU 52

3.1.1 Kết quả đo độ ẩm của bột hạt đu đủ 52

3.1.2 Kết quả đo độ tro toàn phần của nguyên liệu 52

3.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ SỐ DẦU HẠT ĐU ĐỦ 53

3.2.1 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp chiết bằng soxhlet 53

3.2.2 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp chiết bằng siêu âm 543.2.3 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp chiết bằng soxhlet kết hợp vi sóng

56

3.2.4 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp chiết bằng siêu âm kết hợp vi sóng 58

3.2.5 Kết quả chỉ số acid dầu hạt đu đủ 59

3.2.6 Kết quả chỉ số xà phòng hóa dầu hạt đu đủ 60

3.2.7 Thành phần acid béo của dầu hạt đu đủ 61

3.3 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH KHÁNG OXI HÓA CỦA DẦU HẠT ĐU ĐỦ 65

3.4 KẾT QUẢ ĐỊNH LƯỢNG CÁC HỢP CHẤT PHENOL 69

3.5 TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CHIẾT DẦU HẠT ĐU ĐỦ 71

3.5.1 Kết quả phân tích bằng phần mềm Design Expert 7.1.5 72

3.5.2 Ảnh hưởng của thời gian vi sóng lên hiệu suất chiết 73

3.5.3 Ảnh hưởng của cường độ vi sóng lên hiệu suất chiết 74

3.5.4 Ảnh hưởng tương tác giữa thời gian và cường độ vi sóng 75

3.6 TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CHIẾT CÁC HỢP CHẤT PHENOL 76

3.6.1 Kết quả phân tích mô hình thực nghiệm trực giao cấp 2 76

3.6.2 Kết quả phân tích bằng phần mềm Design Expert 7.1.5 77

3.6.3 Ảnh hưởng thời gian siêu âm lên hàm lượng phenolic 80

3.6.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hàm lượng phenolic 80

3.6.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng/rắn lên hàm lượng phenolic 81

3.6.6 Ảnh hưởng tương tác giữa thời gian siêu âm và nhiệt độ 82

3.6.7 Ảnh hưởng tương tác giữa thời gian siêu và tỷ lệ lỏng/rắn 84

3.6.8 Ảnh hưởng tương tác giữa nhiệt độ và tỷ lệ lỏng/rắn 86

3.6.9 Kết quả tối ưu hóa quy trình chiết 87

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

PHỤ LỤC 95

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần của từng bộ phận của đu đủ 14

Bảng 1.2 Hàm lượng các chất trong hạt đu đủ[4] 15

Bảng 1.3 Tính chất hóa lý dầu hạt đu đủ 16

Bảng 1.4 Thành phần acid béo trong dầu hạt đu đủ [12] 18

Bảng 1.5 So sánh thành phần acid béo của các loại dầu [12,13,14] 19

Bảng 1.6 Thành phần Triglyceride trong dầu hạt đu đủ 20

Bảng 1.7 Hàm lượng tocopherol trong dầu đu đủ 21

Bảng 1.8 Hoạt tính kháng oxi hóa của một số loại hạt 22

Bảng 1.9 Hàm lượng phenolic tổng của một số loại hạt 22

Bảng 1.10 So sánh hàm lượng của các loại dầu 23

Bảng 1.11 Hiệu suất chiết dầu hạt đu đủ của các phương pháp chiết khác nhau 26

Bảng 1.12 Hiệu suất chiết dầu hạt phỉ 29

Bảng 3.2 Độ tro nguyên liệu so với nghiên cứu trước 52

Bảng 3.3 Kết quả hàm lượng dầu của hạt đu đủ 53

Bảng 3.4 Hiệu suất thu hồi bằng phương pháp Soxhlet 54

Bảng 3.5 Hiệu suất thu hồi dầu 55

Bảng 3.6 Hiệu suất thu hồi 57

Bảng 3.7 Hiệu suất thu hồi 58

Bảng 3.8 Chỉ số acid của các phương pháp 59

Bảng 3.9 Hàm lượng acid béo tự do 60

Bảng 3.10 Chỉ số xà phòng hóa của dầu hạt đu đủ 60

Bảng 3.11 Thành phần acid béo trong dầu đu đủ ở các phương pháp 61

Bảng 3.12 Tỉ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH phương pháp 1 65

Bảng 3.13 Tỉ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH phương pháp 2 66

Bảng 3.14 Tỉ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH phương pháp 3 66

Bảng 3.15 Tỉ lệ % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH phương pháp 4 67

Bảng 3.16 Giá trị IC50 của dầu hạt đu đủ ở các phương pháp khác nhau 68

Bảng 3.17 Kết quả lập đường chuẩn acid gallic 69

Bảng 3.18 Kết quả xác định hiệu suất chiết của dầu hạt đu đủ 71

Bảng 3.19 Kết quả phân tích ANOVA 72

Bảng 3.20 Các hệ số của phương trình hồi quy 72

Bảng 3.21 Kết quả thực nghiệm 76

Bảng 3.22 Kết quả phân tích ANOVA 78

Bảng 3.23 Hệ số phương trình hồi quy (PTHQ) 78

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hoa, lá, quả và hạt đu đủ 13

Hình 1.2 Hạt đu đủ trước và sau khi sấy 16

Hình 1.3 Bề mặt mẫu hạt phỉ 29

Hình 1.4 (a) Acid Ascorbic (b) Tocopherol 35

Hình 2.1 Sơ đồ khối quy trình xử lý nguyên liệu hạt đu dủ 38

Hình 2.2 Phản ứng của DPPH và chất chống oxy hóa 44

Hình 2.3 Sơ đồ khối quy trình chiết hợp chất phenolic 49

Hình 3.1 Hiệu suất chiết phương pháp Soxhlet 53

Hình 3.2 Hàm lượng dầu bằng phương pháp siêu âm 54

Hình 3.3 Hiệu suất chiết bằng phương pháp Soxhlet và vi sóng 56

Hình 3.4 Hiệu suất chiết bằng phương pháp siêu âm và vi sóng 58

Hình 3.5 Thành phần các acid béo trong dầu ở các phương pháp chiết khác nhau 62

Hình 3.6 Hàm lượng acid béo phương pháp siêu âm 62

Hình 3.7 Hàm lượng acid béo phương pháp siêu âm kết hợp vi sóng 63

Hình 3.8 Hàm lượng acid béo phương pháp soxhlet 63

Hình 3.9 Hàm lượng acid béo phương pháp soxhlet kết hợp vi sóng 64

Hình 3.15 Đường chuẩn acid gallic 70

Hình 3.16 Hàm lượng polyphenol tổng ở các phương pháp khác nhau 70

Hình 3.17 Đồ thị tương quan giữa giá trị thật và giá trị tính bằng PTHQ 73

Hình 3.18 Ảnh hưởng thời gian vi sóng đến hiệu suất chiết 74

Hình 3.19 Ảnh hưởng cường độ vi sóng lên hiệu suất chiết 74

Hình 3.20 Tương tác giữa thời gian và cường độ vi sóng 75

Hình 3.21 Kết quả tối ưu cho quy trình chiết dầu hạt đu đủ 76

Hình 3.22 Đồ thị tương quan giữa giá trị thật và giá trị tính bằng PTHQ 79

Hình 3.23.Ảnh hượng thời gian siêu âm đến hàm lượng Phenolic tổng 80

Hình 3.24 Ảnh hượng nhiệt độ đến hàm lượng Phenolic tổng 81

Hình 3.25 Ảnh hưởng tỷ lệ L/R đến hàm lượng Phenolic tổng 81Hình 3.26 Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của thời gian siêu âm và nhiệt độ đến hàm lượng phenolic 83Hình 3.27 Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của thời gian siêu âm và tỷ lệ L/R đến hàm lượng phenolic 85Hình 3.28 Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ L/R đến hàm lượng phenolic 87Hình 3.29 Kết quả tối ưu hóa cho quy trình chiết các hợp chất polyphenolic 89

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

UFA Unsaturated Fatty Acid MUFA Monounsaturated Fatty Acid PUFA Polyunsaturated Fatty Acid SFA Saturated Fatty Acid

GAE Gallic Acid Equivalent

POO Dioleoyl palmitoyl glycerol

SLO Stearoyl Linoleoyl Oleoyl glycerol SOO Dioleoyl stearoyl oleoyl glycerol POP Dipalmitoyl oleoyl glycerol

PLO Palmitoyl Linoleoyl Oleoyl glycerol

UAE Ultrasound – Assisted Extraction PFE Pressurized Fluid Extraction

GC – MS Gas Chromatography – Mass Spectrometry DPPH 1,1 – diphenyl – 2 – picrylhydrazyl

ANOVA Analysis of Variance PTHQ Phương trình hồi quy TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam FCR Folin – Ciocalteau Reagent

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất dầu thực vật đã, đang phát triển mạnh mẽ và trở thành một ngành quan trọng Dầu thực vật chiếm một vị trí quan trọng không chỉ trong ngành công nghiệp thực phẩm mà còn trong các ngành công nghiệp khác như mỹ phẩm, nhiên liệu,…Việc sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc từ tự nhiên nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời tăng tính an toàn cho các sản phẩm Dầu hạt đu đủ với hàm lượng dinh dưỡng cao ( acid oleic chiếm trên 70%) là một nguồn dầu thực vật có tiềm năng ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm

Phương pháp tiền xử lý vi sóng đã và đang được nghiên cứ như là một phương pháp thay thế cho xử lý bằng nhiệt Phương pháp này được xem là kỹ thuật đơn giản và thỏa các yêu cầu về sản phẩm dầu thực vật chất lượng cao cùng với các khía cạnh dinh dưỡng cao trong số các phương pháp khác nhau và mới nhất sẵn có

Có rất nhiều nghiên cứu chiết dầu hạt đu đủ, tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào ứng dụng vi sóng trong quy trình chiết dầu hạt đu đủ, đồng thời xây

dựng mô hình tối ưu hóa Chính vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu trích ly

dầu và các hợp chất Polyphenol trong dầu hạt đu đủ (Carica Papaya)” làm

đề tài nghiên cứu, nhằm tối ưu hiệu suất chiết và thành phần phenolic trong dầu hạt đu đủ

2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là dầu hạt đu đủ và các hợp chất Polyphenol có trong dầu hạt đu đủ Trong đề tài này tôi thực hiện các quá trình chiết và phân tích các tính chất hóa lý, khả năng kháng oxi hóa, hàm lượng polyphenol tổng tại Trung tâm nghiên cứu lọc hóa dầu – ĐH Bách Khoa TPHCM Phân tích thành phần acid béo của dầu tại Viện Hóa học TPHCM

3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát hiệu suất của các phương pháp chiết khác nhau

Phân tích tính chất hóa lý (chỉ số acid, xà phòng hóa) của dầu chiết bằng dung môi ethanol

Phân tích thành phần acid béo (trên từng mẫu ở những điều kiện khác nhau) của dầu chiết bằng ethanol

Định lƣợng polyphenol và đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa của dầu (DPPH)

Tối ƣu hóa quy trình chiết đạt hiệu suất cao nhất

Tối ƣu hóa quy trình chiết đạt hàm lƣợng polyphenol cao nhất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CÂY ĐU ĐỦ

1.1.1 Thông tin chung về cây đu đủ

Cây đu đủ thuộc họ: Caricacea, bộ: Parietals và loài: Carica papaya Đủ đủ có tên khoa học là Carica papaya L Cây đu đủ có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới ở châu Mỹ,

cụ thể là phía nam Mexico và gần vùng Trung Mỹ Hiện tại cây đu đủ được trồng rộng rãi tại nhiều vùng nhiệt đới trên toàn thế giới Đặc biệt, Ấn Độ và Brazil là những nước có sản lượng đu đủ cao nhất thế giới.[1] Brazil chiếm 12,74% sản lượng đu đủ thế giới Ngày nay, Brazil là nước sản xuất trái cây lớn thứ hai, sản xuất trên 1.517.696 tấn /năm, chỉ sau Ấn Độ Ở Việt Nam, đu đủ trồng phổ biến ở nhiều nơi, trồng quanh vườn, trồng xen cây lâu năm hoặc trồng thành vườn chuyên đều cho năng suất nhất định

Đây là một loài cây thân thảo phát triển nhanh, có tuổi thọ ngắn, thân thẳng, có chiều cao từ 2-10m Thân có hình trụ xốp, rỗng, có màu xám hoặc nâu xám, đường kính 10-30cm

Hầu hết rễ đu đủ là loại rễ bang, đâm nhánh ngang mạnh khi gặp điều kiện thuận lợi,nhưng mọc xuống sâu kém, rễ mềm và rất dễ bị úng nước Cần tạo lớp mặt đất tơi xốp, dễ thoát nước, giàu dinh dưỡng để giúp rễ phát triển tốt.[2]

Cây có nhiều loại hoa khác nhau: hoa đủ đực, cái và lưỡng tính Xu hướng giới tính thay đổi khi được kích thích bởi các yếu tố khí hậu, như hạn hán hay nhiệt độ môi trường thay đổi Khuynh hướng hoa đực xuất hiện khi nhiệt độ tăng cao Cây lưỡng tính cho loại quả mong muốn nhất nên được ưa thích hơn cây đực và cây cái Hoa đu đủ cái và lưỡng tính có màu trắng ngà, cuống ngắn gắn trực tiếp trên thân chính Còn hoa đu đủ đực thường được phân biệt dựa vào bông có kích thước nhỏ hơn và mọc trên thân nhánh dài

Lá đu đủ: mọc xen kẽ, tập trung ở ngọn, cuống lá dài, đường kính 25-75cm, mịn màng, hình dạng lá lượn song hoặc có rìa sâu Lá cây có màu xanh đậm, bề mặt có gân trắng đục, chiều dài lá 25-100cm, dày 0,5-1,5cm Lá chia 7-11 thùy, và đôi khi các thùy này chia thành nhiều thùy nhỏ Gân lá nổi rõ ở mặt dưới

Trung bình từ 3-5 ngày cây sẽ mọc một lá từ ngọn thân Lá đu đủ dễ bị gãy, rách Cần chú ý bảo vệ bộ lá vì số lá tỷ lệ thuận với số phát hoa mọc ra ở nách lá, khả năng đậu trái, độ lớn trái và năng suất thu hoạch.[2]

Quả và hạt đu đủ: thường hình trụ lớn, nặng 0,5-2kg, dài 15-30cm, đường kính từ 20cm Khi còn non, vỏ quả có màu xanh, cứng và giàu chất nhựa trắng Khi chín, vỏ quả màu vàng óng Quả gồm hai phần: thịt quả và khoang trung tâm Thịt quả có màu vàng cam, mềm Khoang trung tâm chứa một lượng lớn hạt giống chiếm khoảng 15% trọng lượng ướt của quả Tỷ lệ thành phần của quả đu đủ điển hình: hạt (8,5%), vỏ (12%) và thịt (79,5%) Hình 1.1 thể hiện các phần của cây đu đủ

Quả đu đủ Thịt và hạt đu đủ

Hình 1.1 Hoa, lá, quả và hạt đu đủ

Trong mỗi quả lượng hạt ít hay nhiều phụ thuộc việc thụ phấn và điều kiện ngoại cảnh tác động Nếu được thụ phấn tốt, mỗi quả có trên 1000 hạt nhưng cũng có quả chỉ có ít hạt ở phần cuống, hoặc có quả không có hạt Trái đu đủ trung bình có 300-500 hạt Trái đu đủ già thường có khoảng 60-70% hạt sẽ mọc thành cây Hạt già có màu đen hoặc xám và thường chìm trong nước.[2]

Bảng 1.1 Thành phần của từng bộ phận của đu đủ

Quả

Chất đạm, béo, xơ, carbohydrate, khoáng: canxi, photpho, sắt, vitamin C, thiamine, vitamin B2, niacin và carotene, các

amino acid, acid citric và acid malic (trái xanh)

Dịch quả N-butyric acid, n-hexanoic và n-octanoic acid, lipid, myrisitc, linoleic, linonelic và cis-vaccenic và acid oleic

Hạt

Các acid béo, chất đạm thô, xơ thô, dầu đu đủ, carpaine, benzylisothiocynate, benzylglucosinolate, glucotropacolin, benzylthiourea, hentriacontane, B-sitosterol, enzyme myrosin

Lá Alkalodi carpain, pseudocarpain, và dehyrocarpaine, vitamin C và E

Vỏ cây B-sitosterol, glucose, fructose, sucrose và xylitol Nhựa Enzyme proteolytic, papain và chemopapain, glutamine,

chymopapain A,B và C, peptidase A và B và lysozymes

1.1.2 Những công dụng của cây đu đủ

Đu đủ là một nguồn cung cấp nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể, các bộ phận khác của cây cũng được nghiên cứu như một phương pháp điều trị tiềm năng cho nhiều loại bệnh tật dựa trên các công dụng truyền thống của nó Các công dụng có thể kể tới của các bộ phận của cây như:

- Đu đủ xanh là một nguồn cung cấp enzyme papain dồi dào, enzyme này được ứng dụng nhiều trong mỹ phẩm và thực phẩm

- Nhựa tươi dung để loại bỏ mụn, nhọt, tàn nhang, ngoài ra nó còn được sử dụng như thuốc tẩy giun, sán

- Lá cây: trị số xuất huyết, chống sốt rét và chống co mạch khi dùng pha trà uống, hỗ trợ tiêu hóa

- Quả: thuốc nhuận tràng, trị khó tiêu, giảm khả năng lên cơn đau tim và đột quỵ - Bột quả là thành phần cơ bản của nhiều loại kem dưỡng da và dầu gội đầu

1.2 GIỚI THIỆU DẦU HẠT ĐU ĐỦ 1.2.1 Thông tin chung

Hiện nay, đu đủ được trồng chủ yếu để tiêu thụ tươi và sản xuất papain; ngoài ra, nó có thể được chế biến thành thạch, mứt, kẹo và dưa chua, nhưng hạt đu đủ thường bị loại bỏ và chưa có giá trị sử dụng Hạt đu đủ hiện là chất thải sinh khối trong các đơn vị chế biến trái cây Tuy nhiên, tư xa xưa, người ta đã sử dụng hạt đu đủ như một loại gia vị thay thế hạt tiêu đen do hương vị cay nồng, có hoạt tính bảo vệ thận (đã được thử

nghiệm trên chuột); hoạt tính kháng khuẩn và đặc biệt hiệu quả đối với E.coli, Salmonella,…[3]

Theo các nghiên cứu trước cho thấy, hạt đu đủ giàu thành phần protein (27,3 – 28,3%), chất béo (28,2 – 30,7%) và chất xơ (19,1 – 22,6%) Ngoài các thành phần đã nêu trên thì Marfo, Oke và Afolabi (1986) còn xác định được một lượng đáng kể Calcium và Phosphorus trong thành phần hạt Tuy nhiên, các chất độc hại như glucosinolate, phytate… cũng được tìm thấy trong thành phần hạt.[4]

Từ thành phần trên, hạt đu đủ là một tiềm năng của protein, chất xơ và dầu, trong đó thành phần dầu béo chiếm nhiều nhất Vì vậy để sử dụng đu đủ hiệu quả hơn và hạn chế lượng chất thải, cần nghiên cứu sử dụng hạt đu đủ như một nguồn dầu Dầu hạt đu đủ có thể ăn được vì nó có nhiều triacylglycerol có lợi (tức là triolein >37%) và acid béo không no (acid oleic >70%) Bên cạnh đó, dầu hạt đu đủ tương đối ổn định với khả năng kháng oxi hóa cao[7]

Hình 1.2 Hạt đu đủ trước và sau khi sấy

Với xu hướng toàn cầu về sử dụng chất thải rắn và tạo giá trị gia tăng cho sản phẩm nông nghiệp, việc khai thác dầu từ hạt đu đủ có thể làm tăng giá trị kinh tế và tận dụng được cho một lượng lớn hạt giống thường bị loại bỏ trong quá trình chế biến Việc sử dụng và khai thác dầu từ hạt đu đủ, với khả năng chống oxy hóa sẽ cung cấp sản phầm đặc biệt cho thị trường dầu thực vật, nói riêng cũng như sản phẩm công nghiệp và thực phẩm, nói chung

1.2.2 Tính chất hóa lý dầu hạt đu đủ

Tính chất hóa lý của dầu thể hiện những đặc trưng cơ bản của dầu, đồng thời xác định chất lượng và độ ổn định trong quá trình oxi hóa của dầu Các chỉ tiêu hóa lý đã được thể hiện:

Bảng 1.3 Tính chất hóa lý dầu hạt đu đủ

Chỉ số iodine (g I2.100 g-1) 79,95 ± 1,25 Chỉ số xà phòng hóa (mg KOH g-1) 196,40 ± 1,37

Chỉ số acid (mg KOH.g-1) 2,53 ±0,08 Thành phần không xà phòng hóa (%) 1,35 ± 0,14

Chỉ số peroxide (mEq.kg-1) 5,37 ± 0,13

Chỉ số Iodine là thước đo độ không bão hòa của dầu, dựa trên khả năng liên kết 1 carbon không bão hòa với nguyên tử halogen (Iodine) Nó cho thấy mức độ ổn định sự oxy hóa của dầu [8] Chỉ số iodine càng cao thì thành phần dầu càng chứa nhiều liên kết đôi C=C Dầu hạt đu đủ cho chỉ số iod thấp (cao nhất 79,95 g I2.100 g-1) cho thấy đây là loại dầu không khô (non-drying oil), là những dầu không bị đông cứng khi để

ngoài không khí, thường được ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm, dầu nhớt, đồ da Một số loại dầu không khô khác có thể kể đến như dầu macadamia, dầu olive, dầu đậu phộng…[5]

Chỉ số xà phòng hóa cho thấy thành phần acid béo tự do của dầu,và giúp ích cho việc dự đoán kiểu glyceride trong mẫu Glyceride có chứa acid béo mạch ngắn có chỉ số xà phòng hóa cao hơn so với dầu có acid béo mạch dài Chỉ số xà phòng hóa của dầu hạt đu đủ cao nhất là 197 mg KOH.g-1

nằm trong phạm vi quy định chỉ số xà phòng hóa các loại dầu thực vật đã được báo cáo: dầu olive (184-196 mg KOH.g-1 ), dầu hạt cải (168-181 mg KOH.g-1), và dầu hạt hướng dương (188-194 mg KOH.g-1) [9]

Chỉ số acid sử dụng để một kiểm tra độ tinh khiết của dầu và cho thấy dầu đã bắt đầu phản ứng phân hủy.[9] Giá trị acid giữ ở mức tương đối ổn định Chỉ số Peroxide được sử dụng để đo lượng peroxide trong dầu; các chất này là sản phẩm trung gian quan trọng của các phản ứng oxy hóa vì chúng phân hủy qua chiếu xạ kim loại chuyển tiếp và do nhiệt độ cao tạo thành các gốc tự do Dầu hạt đu đủ cho thấy 1,27% acid béo tự do, 2,53 mg KOH.g-1 của giá trị acid, và 5,37 mEq.kg-1 giá trị peroxide Các giá trị này tương đối thấp vì có thể xác định hàm lượng tối đa 5% acid béo tự do và 10 mEq.kg-1

giá trị peroxide [10] Độ acid của dầu có thể ăn được vì không vượt quá 4 mg KOH.g-1[11]; do đó dầu đu đủ có thể thích hợp để tiêu dùng

1.2.3 Thành phần hóa học của dầu hạt đu đủ

1.2.3.1 Acid béo

Thành phần acid béo trong dầu hạt đu đủ được phân tích bằng GC-FID thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.4 Thành phần acid béo trong dầu hạt đu đủ [12]

Saturated fatty acid (SFA) 21,83

Kết quả cho thấy các acid béo chủ yếu trong dầu là oleic (71,30%), tiếp theo là palmitic (16,16%), linoleic (6,06%) và stearic (4,73%) acid Các acid myristic, palmitoleic, margaric, linolenic, arachidic, eicosenoic và behenic đã đƣợc tìm thấy ở hàm lƣợng thấp Khi so sánh thành phần dầu hạt đu đủ với các loại dầu hạt khác, ta có kết quả ở bảng sau:

Bảng 1.5 So sánh thành phần acid béo của các loại dầu [12,13,14]

Acid béo Dầu hạt đu đủ Dầu olive Dầu hạt xoài Chilean hazelnut Oleic acid 71,30 ± 0,12 55,0-83.0 46,1 ± 2,3 36,30 ± 1,10

Palmitic 16,16 ± 0,22 7,5-20,0 5,8 ± 0,3 1,92 ± 0,01 Linoleic 6,06 ± 0,07 ≤ 1,0 8,2 ± 0,6 7,16 ± 0,02 Stearic 4,73 ± 0,08 0,5-5,0 38,3 ± 1,2 0,57 ± 0,01 Myristic 0,20 ± 0,02 < 0,05 0,5 ± 0,1 0,13 ± 0,01

Các thành phần acid béo không bão hòa (UFA) và acid béo không bão hòa đơn (MUFA) cũng đáng chú ý với hàm lượng lần lượt là 78,17% và 71,89% Do đó, dầu hạt đu đủ có tiềm năng sử dụng trong các sản phẩm làm mềm da, dầu tắm, dầu xả và các sản phẩm trang điểm [5]

1.2.3.2 Thành phần Triglyceride

Các thành phần Triglyceride (TG) trong dầu có vai trò quan trọng trong đánh giá các tính năng của dầu Đây là thành phần quyết định các tính năng vật lý và công dụng của dầu, trong khi thành phần acid béo chỉ có thể dùng để đánh giá độ ổn định và giá trị dinh dưỡng của dầu béo [5]

Theo các nghiên cứu trước đây, dầu hạt đu đủ chứa khoảng 14 loại TG khác nhau nhưng thành phần có hàm lượng vượt trội là triolein (OOO) (44%), dioleoyl palmitoyl glycerol + stearoyl linoleoyl oleoyl glycerol (POO + SLO) (34%), dioleoyl stearoyl oleoyl glycerol (SOO) và dipalmitoyl oleoyl glycerol (POP) Tất cả các thành phần trên chiếm khoảng 90% tổng hàm lượng TG trong dầu hạt Các TG khác cũng được tìm thấy như dioleoyl linoleoyl glycerol (OLO; 2,5%), palmitoyl linoleoyl oleoyl glycerol (PLO; 1,7%), dioyleoyl gadoleoyl glycerol (OGO; 0,4%), distearoyl palmitoyl glycerol (SSP; 0,3%) và distearoyl oleoyl glycerol (SOS; 0,2%).[16]

Bảng 1.6 Thành phần Triglyceride trong dầu hạt đu đủ

tocopherols thấp trong dầu hạt quả đu đủ có thể được giải thích bằng hàm lượng axit béo không bão hòa thấp, đặc biệt là linoleic (6,06%) và linolenic (0,22%) axit

Bảng 1.7 Hàm lượng tocopherol trong dầu đu đủ

Các β-cryptoxanthin là carotenoid chiếm ưu thế, chiếm 60,9% tổng số carotenoid Hàm lượng này trong dầu hạt đu đủ (4,29 mg.kg-1) tương tự như phát hiện trong dầu hạt bí đỏ (4,91 mg.kg-1)[20] Hàm lượng β carotene (2,76 mg.kg-1) cao hơn nhiều so với đậu nành, đậu nành và dầu ngô[21] β-cryptoxanthin và β-caroten cũng có trong thịt quả đu đủ (tương ứng là 30% và 4%), và lycopene là carotenoid chính.[22]

Thành phần phenolic trong dầu hạt đu đủ được cho rằng cao hơn những loại dầu thu được bằng phương pháp ép lạnh như dầu đậu nành, dầu hướng dương, dầu bắp, dầu hạt nho, dầu cám gạo[5] Các loại thực vật có hàm lượng các hợp chất phenolic cao đã và đang nhận được sự quan tâm đáng kể vì khả năng kháng oxy hóa của chúng Thành phần phenolic từ dầu chiết hạt đu đủ cho thấy sự tương quan tuyến tính với hoạt tính kháng oxy hóa Và tổng thành phần phenolic trong dầu chiết hạt đu đủ từ nhiều dung môi cũng cao hơn hẳn so với dầu chiết từ hạt quả bơ [23] Trong một số nghiên cứu đã cho thấy tổng hàm lượng phenolic của dầu hạt đu đủ cao hơn hẳn các loại dầu hạt khác, và khả năng kháng oxi hóa xấp xỉ Số liệu được trình bày ở các bảng dưới đây:

Bảng 1.8 Hoạt tính kháng oxi hóa của một số loại hạt

Bảng 1.9 Hàm lượng phenolic tổng của một số loại hạt

Hạt đu đủ Hạt xoài Hạt olive Hạt ổi Tổng hàm lượng

phenolic 957,60±24,77 53,5±7,5 126 ± 3,00 153 ± 1,00 Hàm lượng phenolic tổng trong dầu hạt đu đủ cao vượt trội so với các loại dầu khác Đây là một nguồn dầu có tiềm năng khai thác thành phần phenolic

Ngoài ra, thành phần flavonoid trong dầu hạt cũng cho thấy sự tương quan tuyến tính đáng kể với hoạt tính kháng oxy hóa Tuy nhiên, hoạt tính kháng oxy hóa của dầu được cho rằng do thành phần phenol ảnh hưởng nhiều nhất (so với flavonoid)[23]

1.2.4 So sánh với các loại dầu hạt khác

Hàm lượng dầu của hạt đu đủ tương đương với việc thu hồi dầu từ hạt quả khác nhau (Bảng 1.7) Dầu ô liu và dầu hạt nho được sản xuất thương mại ở các nước khác nhau [24] Nghiên cứu này cho thấy hạt đu đủ có hàm lượng dầu tương đối cao (30% -34%) so với ôliu (22% -24%) cũng như hạt nho (8% -15%)[24, 25] Mặt khác, nó cho thấy hàm lượng dầu thấp hơn hạt dưa hấu và hạt bí Do hạt giống đu đủ đóng góp đáng kể lượng chất thải trong các đơn vị chế biến trái cây ở các nước nhiệt đới như Malaysia [26], nó có thể được sử dụng như là một loại nguyên liệu không đắt tiền để sản xuất dầu hạt đu đủ thương mại

Bảng 1.10 So sánh hàm lƣợng của các loại dầu

Dầu hạt táo 21–24 48.4–65.3 24.7–43.0 6.3–12.4 Dầu hạt dƣa

1.2.5.2 Trong mỹ phẩm

Dầu thực vật nói chung và dầu hạt đu đủ nói riêng, nhờ vào những tác động có lợi của chúng, đặc biệt là trên da, các acid béo trong dầu đã trở nên quan trọng vƣợt bậc trong ngành thẩm mỹ và là thành phần đƣợc sử dụng nhiều nhất trong nhiều công thức mỹ phẩm dành cho việc chăm sóc da và cơ thể hằng ngày Dầu thực vật đóng vai trò là

nền của các sản phẩm mỹ phẩm, ngăn chăn mất nước qua da chủ yếu bằng cách tạo một lớp bảo vệ trên biểu bì Ngoài ra, chúng còn làm mềm lớp sừng và giảm viêm tấy trên da, qua đó làm mất đi cảm giác đau Hơn nữa, chúng còn đóng vai trò quan trọng trong các chức năng của cơ thể con người

Như đã trình bày ở trên, các thành phần acid béo đã được xác định ở trong dầu hạt có vai trò quan trọng đối với các sản phẩm mỹ phẩm và ngay cả các acid đó cũng có những công dụng nhất định đối với làn da Những loại acid béo quan trọng, cần thiết nhất đối với da là acid oleic (omega-9), acid linoleic (omega-6) và acid linolenic (omega-3) Các hợp chất này đóng vai trò quan trọng đối với làn da, đặc biệt là da khô Chúng tăng cường hàng rào lipid của lớp biểu bì và tái tạo chúng, hạn chế sự mất nước qua da từ đó cải thiện độ ẩm của làn da, hạn chất các viêm tấy do mụn hoặc các tổn thương khác và ổn định các quá trình chuyển hóa trên da Các acid béo không bão hòa trong dầu này còn được đặc trưng bởi khả năng hấp thụ cao và chống dị ứng Ngoài ra, dầu hạt đu đủ còn có khả năng chống lão hóa tuyệt vời đối với da nhờ vào các thành phần kháng oxy hóa cao hơn hẳn so với những loại dầu khác như đã trình bày ở trên, đặc biệt là vitamin A, vitamin E và các hợp chất phenolic Khả năng làm mờ sẹo, trị thâm, làm sáng da cũng nhờ vào hoạt động của các thành phần này [26]

1.3 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP CHIẾT

Phương pháp chiết là phương pháp tách một hay một số chất ra khỏi nguyên liệu dựa vào đặc tính của chất cần chiết và dung môi, là sự phân bố giữa hai pha không trộn lẫn vào nhau: một pha lỏng và một pha rắn tạo cân bằng lỏng-rắn Dung môi phân cực sẽ tách được chất phân cực còn dung môi không phân cực sẽ tách chất không phân cực Khi nguyên liệu và dung môi tiếp xúc với nhau, lúc đầu dung môi thấm vào nguyên liệu, sau đó hòa tan những chất tan có trong tế bào nguyên liệu rồi được khuếch tán ra ngoài tế bào Trong chiết xuất sẽ xảy ra một số quá trình như khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tích, hòa tan… và chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ chiết, thời gian chiết, tỉ lệ rắn-lỏng, độ mịn của nguyên liệu…

Hiện nay có rất nhiều phương pháp chiết tách khác nhau, bao gồm cả phương pháp thông thường và hiện đại, có thể được lựa chọn để chiết xuất các chất chống oxy hoá từ thực phẩm và cây thuốc [27]

Các phương pháp chiết thông thường như: Phương pháp ngâm kiệt

Phương pháp ngâm dầm Phương pháp soxhlet Phương pháp đun hoàn lưu Phương pháp lôi cuốn hơi nước

Ngoài ra còn có các phương pháp chiết xuất hiện đại khác để làm tăng hiệu quả của quá trình chiết xuất, các nghiên cứu đã đưa ra để cải thiện phương pháp trích ly bằng dung môi bằng cách áp dụng các biện pháp như hỗ trợ vi sóng ( sử dụng sóng siêu âm làm phá vỡ các tế bào), siêu âm, áp dụng các kĩ thuật trích ly bằng CO2 siêu tới hạn, trích ly pha rắn ( SPE- solid phase extraction) hoặc phương pháp sử dụng enzyme

1.3.1 Phương pháp chiết không sử dụng dung môi

1.3.1.1 Chiết bằng áp suất thủy tĩnh [28]

Phương pháp chiết bằng áp suất thủy tĩnh được công nhận là công nghệ thân thiện với môi trường bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa kỳ (U.S Food and Drug Administration)

Theo Briones-Labarca và các đồng nghiệp đã chỉ ra, phương pháp chiết bằng áp suất thủy tĩnh có thể giảm thời gian chiết nhưng vẫn cho được hiệu suất cao hơn các phương pháp khác Các hợp chất có hoạt tính sinh học như thành phần phenolic, flavonoid, polysaccharide,… cũng có thể chiết được một cách hiệu quả khi dùng phương pháp này

Không chỉ hàm lượng các thành phần thu được trong dầu cao hơn mà hoạt tính hoặc cấu trúc của chúng không bị ảnh hưởng do không có các tác dụng phụ bất lợi tác động trong quá trình chiết

Cũng trong nghiên cứu này của Briones-Labarca và đồng nghiệp, phương pháp chiết dùng áp suất thủy tĩnh đã được so sánh với phương pháp chiết có hỗ trợ siêu âm để so sánh, đánh giá hiệu suất chiết và các thành phần của dầu chiết từ hạt đu đủ Kết quả cho thấy, hiệu suất chiết dầu bằng phương pháp dùng áp suất thủy tĩnh cao hơn hẳn khi chiết hỗ trợ siêu âm ở các mức thời gian 5 phút, 10 phút và 15 phút

Bảng 1.11 Hiệu suất chiết dầu hạt đu đủ của các phương pháp chiết khác nhau

Tuy nhiên, một hạn chế của phương pháp này là đòi hỏi thiết bị to, dày, cồng kềnh do phải làm việc ở áp suất cao thường xuyên Vì thế giá thành của các thiết bị chiết dầu bằng thủy lực khá cao, không thích hợp với các nghiên cứu thực hiện quy mô phòng thí nghiệm

1.3.1.2 Chiết bằng enzyme [6]

Một trong các phương pháp được nhắc đến là chiết dầu hạt có dùng enzyme Việc sử dụng enzyme cho thấy hiệu suất dầu chiết thu được là đáng kể, cùng với sự hình thành acid và oxy hóa của dầu giảm đi trong quá trình chiết và bảo quản Ngoài ra, chi phí xử lý sản phẩm phụ không mong muốn và chất thải cũng sẽ giảm

Theo Puangsri và các động nghiệp, các loại enzyme được sử dụng trong quá trình chiết dầu hạt đu đủ là protease, α-amylase, cellulase và pectinase Hiệu suất và các chỉ số hóa lý của dầu chiết từ những enzyme này sẽ được so sánh với phương pháp dùng môi để đánh giá hiệu quả của phương pháp chiết bằng enzyme Kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy, hiệu suất dầu thu hồi từ hạt đu đủ bằng phương pháp enzyme thấp hơn so với phương pháp chiết dung môi Hiệu suất cao nhất khi thực hiện với protease, kế đến là pectinase, α-amylase và cellulase Điều này cũng đã được thể hiện ở khác nghiên cứu trước, khi lượng dầu thu hồi dùng phương pháp chiết enzyme thường thấp hơn khi dùng dung môi hữu cơ chiết

Nghiên cứu cũng cho thấy, các chỉ số hóa lý của dầu chiết bằng phương pháp enzyme không khác biệt mấy so với phương pháp chiết dung môi Khác biệt đáng chú ý nhất là thành phần acid béo tự do của dầu chiết bằng enzyme thấp hơn so với chiết bằng dung môi Điều này có nghĩa là dầu chiết bằng enzyme sẽ giữ được chất lượng tốt lâu hơn so với dầu chiết bằng dung môi Ngoài ra, thành phần không xà phòng hóa của dầu chiết bằng enzyme cũng cao hơn dầu chiết bằng dung môi là do các sản phẩm phụ sinh ra từ các phản ứng trong quá trình phá vỡ tế bào của enzyme

Dù hiệu suất thấp hơn so với khi chiết bằng dung môi, nhưng phương pháp chiết bằng enzyme cũng có những ưu điểm nổi bật để được đưa ra nghiên cứu Một số ưu điểm có thể kể đến là:

• Nhiệt độ chiết thấp, do đó dầu thu được sẽ có chất lượng tốt hơn, ít bị biến tính

• Không sử dụng các dung môi dễ cháy, nổ

• Không tạo ra các sản phẩm độc hại trong quá trình chiết • Tạo điều kiện cho việc phân lập các thành phần chiết được

• Điều kiện chiết không khắc nghiệt đảm bảo các thành phần sẽ được giữ nguyên và chỉ có một vài sản phẩm phụ ảnh hưởng tới hương vị và mùi của dầu được tạo ra

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là các enzyme sử dụng có giá rất cao, cần phải có phương pháp thu hồi enzyme để tái sử dụng Hiện nay chỉ có dầu olive được báo cáo là có sử dụng phương pháp chiết enzyme để sản xuất ra thị trường

1.3.1.3 Phương pháp tiền xử lý bằng vi sóng

Phương pháp tiền xử lý vi sóng đã và đang được nghiên cứ như là một phương pháp thay thế cho xử lý bằng nhiệt Phương pháp này được xem là kỹ thuật đơn giản và thỏa các yêu cầu về sản phẩm dầu thực vật chất lượng cao cùng với các khía cạnh dinh dưỡng cao trong số các phương pháp khác nhau và mới nhất sẵn có 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).Việc tiền xử lý vi sóng cho phép các chất dinh dưỡng có hoạt tính trong dầu chiết như phytosterol và

tococpherol duy trì lâu hơn, khó bị hủy hơn So với các phương pháp thông thường, phương pháp này có những ưu điểm sau: [29]

 Có hiệu suất cao hơn so với một số phương pháp chiết thông thường

 Sản phẩm trích ly có độ tinh khiết cao

 Thiết bị dễ sử dụng, thân thiện với môi trường

 Thời gian trích ly nhanh

 Có tác dụng với các phân tử phân cực Bên cạnh đó vẫn có những nhược điểm:

 Không áp dụng cho các phân tử không phân cực

 Khó áp dụng cho quy mô công nghiệp

 Nhiệt độ sôi của các dung môi đạt rất nhanh có thể gây nổ

Đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng vi sóng vào quy trình chiết các hợp chất tự nhiên, đặc biệt là nghiên cứu về những ảnh hưởng đến hiệu suất chiết, độ ổn định oxi hóa và hàm lượng các chất Trong nghiên cứu của Edgar Uquiche và đồng nghiệp cho thấy hàm lượng dầu trong hạt cây phỉ được tiền xử lý bằng vi sóng tăng lên đáng kể so với hạt không được xử lý Bên cạnh đó, quan sát dưới kính hiển vi, cấu trúc vi mô của mẫu được xử lý đã được thay đổi, do đó cải thiện hiệu suất chiết Bên cạnh đó, độ ổn định oxy hóa dầu ( như thời gian cảm ứng – induction time) cũng được đo và đem so sánh với những mẫu dầu chưa được xử lý Kết quả cho thầy, mẫu được tiền xử lý có tác động đến độ ổn định của dầu ( thời gian cảm ứng là 23,9 giờ) cao hơn so với mẫu chưa được xử lý ( thời gian cảm ứng là 8,8 giờ)[13] Bảng kết quả và hình ảnh minh họa được thể hiện dưới đây

1.3.2 Phương pháp chiết sử dụng dung môi

1.3.2.1 Phương pháp Soxhlet

Nguyên tắc: Chiết soxhlet là một kiểu chiết liên tục được thực hiện nhờ cấu tạo đặc biệt của dụng cụ chiết Kiểu chiết này cũng như là kiểu chiết lỏng-lỏng nên về bản chất của quá trình chiết là tuân theo định luật phân bố chất trong hai pha không trộn lẫn vào nhau Trong đó pha rắn nằm trong mẫu sẽ được hòa tan bởi pha lỏng gọi là dung môi Bộ dụng cụ Soxhlet bao gồm một bình cầu, một thiết bị chiết và một ống sinh hàn hồi lưu và một bếp đun

 Giá thành cao, hệ thống thủy tinh dễ vỡ, khó tìm được bộ phận vừa khớp để thay thế khi làm vỡ

1.3.2.2 Phương pháp siêu âm

Nguyên lý: Cơ chế hoạt động dựa trên hiện tượng sủi bóng Sự lây lan của sóng siêu âm trong hệ thống thông qua một loạt sóng nén vả sự rút khí, nó có thể tạo ra các bong bóng trong lòng chất lỏng Kích thước của bong bóng gia tăng theo từng giai đoạn của 1 vài chu kì cho tới khi đạt điểm tới hạn, sau đó bong bóng vỡ và giải phóng 1 lượng lớn năng lượng mà có thể tạo ra nhiệt độ rất lớn (5000K) và áp suất (1000atm) tại nhiệt độ phòng [27] Mặt khác, nhiệt độ và áp suất cao tạo ra khi bóng vỡ sẽ dẫn tới sự hình thành các gốc tự do như là H và OH.[31] Ảnh hưởng của nhiệt độ vả cơ học gây phá vỡ thành tế bào, giảm kích thước cục bộ, tăng cường quá trình truyền khối qua màng tế bào Các bong bóng bị vỡ tạo ra sự va đập hỗn loạn trong tế bào thực vật dẫn đến gia tăng sự khếch tán

Ưu điểm:

 Thiết bị tương đối đơn giản, bảo quản và vận hành đơn giản, thiết bị không quá đắt tiền

 Lượng mẫu có thể lên đến hàng trăm gam

 Thởi gian tách chiết ngắn, quy trình thuận tiện và hiệu suất chiết tách cao

 Năng lượng siêu âm là kết quả của sự rung động các phần tử mẫu, tăng cường bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi do đó cải thiện hiệu suất trong thời gian ngắn

 Điểu chỉnh được nhiệt độ, tần số, ưu điểm này được ưu tiên áp dụng để chiết cho các hoạt chất kém bền với nhiệt

Nhược điểm:

 Hình thành các gốc tự do trong quá trình chiết

1.3.2.3 Phương pháp ngâm kiệt

Các bước tiến hành:[36]

Sau khi chuẩn bị dược liệu, ngâm dược liệu vào dung môi trong bình ngấm kiệt Sau một khoảng thời gian nhất định (tuỳ từng loại dược liệu), rút dịch chiết ở bên dưới, đồng thời bổ sung thêm dung môi ở phía trên bằng cách cho dung môi chảy rất chậm và liên tục qua lớp dược liệu tĩnh (không được khuấy trộn) Lớp dung môi trong bình chiết được để ngập bề mặt dược liệu khoảng 3 – 4cm

– Phương pháp ngấm kiệt đơn giản: Là phương pháp ngấm kiệt luôn luôn sử dụng dung môi mới để chiết đến kiệt hoạt chất trong dược liệu

– Phương pháp ngấm kiệt phân đoạn : Là phương pháp ngấm kiệt có dùng dịch chiết loãng để chiết mẻ mới (dược liệu mới) hoặc để chiết các mẻ có mức độ chiết kiệt khác nhau

Ưu điểm của phương pháp: – Hoạt chất được hiết kiệt

– Tránh lãng phí dung môi (tái ngấm kiệt) Nhược điểm của phương pháp:

– Năng suất thấp, lao động thủ công – Phức tạp hơn so với phương pháp ngâm – Tốn kém dung môi (ngấm kiệt đơn giản)

1.4 HOẠT TÍNH KHÁNG OXI HÓA 1.4.1 Gốc tự do

Gốc tự do là những phân tử có khả năng tồn tại độc lập mà có chứa một electron chưa ghép đôi Và sự hiện diện của electron chưa ghép đôi ấy tạo nên một số đặc tính chung của các gốc tự do Các gốc tự do thường không ổn định và có khả năng phản ứng cao [5] Nhờ vào khả năng phản ứng cao, chúng có thể lấy electron của phân tử khác để bù

vào electron bị thiếu Và như thế phân tử bị tấn công mất electron của nó và trở thành gốc tự do mới, bắt đầu một chuỗi phản ứng mà cuối cùng sẽ dẫn tới làm hư hại tế bào sống [6] Chúng có thể tấn công mọi loại phân tử trong cơ thể, và trong số đó những mục tiêu quan trọng nhất có thể là lipid, acid nucleic và protein [5]

Các loại gốc tự do thường gặp nhất bao gồm ROS (Reactive Oxygen Species) và RNS (Reactive Nitrogen Species) Chúng vừa có lợi vừa có hại cho các sinh vật sống Ở nồng độ vừa hoặc thấp, các gốc tự do thường giúp ích cho cơ thể và có liên quan tới nhiều chức năng sinh lý như chức năng miễn dịch (chống lại một số vi sinh vật gây bệnh), một số con đường dẫn tín hiệu của tế bào, điều hòa phản ứng oxy hóa – khử Nhưng ở nồng độ cao, các gốc tự do có nguy cơ gây hư hại đối với các phân tử Và quan trọng nhất, một lượng dư ROS có thể gây tổn hại những phân tử sinh học bao gồm lipid, protein và DNA Điều này sẽ dẫn tới vấn đề tăng stress oxy hóa ở nhiều bệnh khác nhau của con người như đái tháo đường, thoái hóa thần kinh, đục thủy tinh thể, bệnh tim mạch và tiêu hóa cũng như trong quá trình lão hóa [6]

1.4.2 Những nguồn sinh ra gốc tự do

Gốc tự do được hình thành trong cơ thể từ những quá trình chuyển hóa bình thường cũng như từ nguồn ngoài như quá trình bị phơi nhiễm X-rays, ozone, hút thuốc, ô nhiễm không khí và các chất thải hóa học trong công nghiệp Gốc tự do hình thành liên tục trong tế bào như là sản phẩm của các phản ứng có enzyme và không có enzyme Các phản ứng có enzyme xúc tác, được xem như là một nguồn tạo các gốc tự do, bao gồm cả những phản ứng ở trong chuỗi hô hấp, trong quá trình thực bào, trong sự tổng hợp các Prostaglandin (các acid béo chưa bão hòa ở các mô; ngoài tác dụng sinh lý ở các mô riêng biệt, Prostaglandin còn có vai trò như một chất trung gian hóa học của quá trình viêm và cảm nhận đau) và trong hệ thống cytochrome p-450 Các phản ứng không được xúc tác từ enzyme oxy với các hợp chất hữu cơ cũng như những phản ứng bắt đầu từ phản ứng ion hóa cũng là một trong những nguồn sinh ra gốc tự do tiềm năng

Các tác nhân sinh ra gốc tự do có thể phân thành 2 nhóm chủ yếu là: tác nhân nội sinh và tác nhân ngoại sinh

Một số tác nhân nội sinh có thể kể đến: Ty thể; Xanthine oxidase; Peroxisome; Viêm; Quá trình thực bào; Vận động quá mức; Những sản phẩm cuối của quá trình glycat hóa (AGEs) ở tiểu đường …

Một số tác nhân ngoại sinh bao gồm: hút thuốc lá; ô nhiễm môi trường; phóng xạ; một số thuốc, thuốc trừ sâu; các dung môi công nghiệp; Ozone…

1.4.3 Các tác động của gốc tự do đối với sức khỏe con người

Các ảnh hưởng của gốc tự do đối với cơ thể con người có thể được giải thích thông qua một thuật ngữ đã được nêu trên “Stress oxy hóa” (Oxidative Stress) [7] Đây là khái niệm được dùng khi sự cân bằng thiết yếu giữa những tác nhân tạo ra gốc tự do và hàng rào chống oxy hóa mất đi [5] Khi cơ thể một người khỏe mạnh, dưới tác dụng của nhiều lớp hàng rào chống oxy hóa thì việc sản sinh ra gốc tự do luôn nằm trong phạm vi cho phép Tuy nhiên, khi người đó tiếp xúc lâu với những tác nhân hóa lý, môi trường hoặc bệnh lý gây hại như đã nêu trên thì cân bằng đã được duy trì ở trên sẽ bị phá vỡ và dẫn tới stress oxy hóa [7]

Khi một người mắc phải stress oxy hóa thì mọi phân tử sinh học trong cơ thể họ đều có nguy cơ bị tấn công bởi những gốc tự do Và những phân tử bị hư hại này là nguyên nhân chính dẫn các bệnh liên quan khi chúng làm suy yếu chức năng của tế bào và cuối cùng dẫn tới tế bào chết đi [7] Ví dụ như lipid khi bị những gốc tự do tấn công sẽ phải trải qua chuỗi phản ứng gây tổn hại cao của quá trình peroxide hóa lipid Quá trình này sẽ tạo ra những gốc tự do khác độc hại đối với cơ thể mà có thể đóng vai trò như “second messenger” hoặc có thể tương tác trực tiếp với những phân tử sinh học khác, tăng cường tổn thương sinh hóa Hoặc protein cũng có thể là mục tiêu của gốc tự do Những tổn hại oxy hóa với các sản phẩm protein có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các phân tử như enzyme, receptor và vận chuyển màng Quá trình oxy hóa protein là nguyên nhân chính dẫn tới sự thay đổi cơ chế chuyển tín hiệu, hoạt tính enzyme, ổn định nhiệt và tính nhạy cảm với sự phân tách protein, cuối cùng sẽ dẫn tới lão hóa [5] Ảnh hưởng của stress oxy hóa đến nhiều tình trạng bệnh ở cơ thể người đã được đưa ra, bao gồm chứng xơ vữa động mạch, tình trạng viêm, một vài bệnh ung thư nhất định và quá trình lão hóa Một vài bệnh nghiêm trọng có thể kể đến như là [5]:

 Bệnh tim mạch: các gốc tự do có thể tấn công các acid béo không bão hòa trong các LDL trong máu và hình thành các mảng xơ vữa động mạch Hơn nữa, các LDL đã bị oxy hóa có nguy cơ gây độc cho tế bào và gây tổn hại trực tiếp các tế bào nội bào

 Tác nhân sinh ung thư: ROS tấn công các DNA và gây tổn hại chúng, và cuối cùng sẽ dẫn tới ung thư, đột biến,… Nhiều nhà nghiên cứu đã cho rằng sự ảnh