NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔ ĐẶC VÀ CHIẾT TÁCH CAROTENOID TỪ DẦU GẤC

Carotenoid từ dầu gấc đã được cô đặc qua quá trình lọc, có thể tiếp tục chiết tách, nâng cao nồng độ bằng phản ứng xà phòng hóa kết hợp xử lý dung môi propylen glycol.. 28 3.4.2.4 Khảo s

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔ ĐẶC VÀ CHIẾT TÁCH CAROTENOID TỪ

L ỜI CẢM TẠ

Kính gửi đến các thầy cô trong Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành vì đã tận tình truyền đạt cho tôi những kiến thức quí giá trong quá trình học tập, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi được thực hiện đề tài một cách tốt nhất

Tôi xin chân thành cảm ơn cô Mai Huỳnh Cang, giảng viên bộ môn Công nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nông Lâm Tp HCM đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ đã nuôi dạy con khôn lớn để con có được thành quả như ngày hôm nay

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn trong lớp DH08HH và các bạn trong nhóm bạn Nguyễn Thị Thu Thủy lớp DH10HH đã tranh thủ thời gian giúp đỡ tôi trong thời gian tôi thực hiện đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08/2012

Sinh viên thực hiện

Phan Thị Kim Khánh

TÓM T ẮT

Đề tài “Nghiên cứu khả năng cô đặc và chiết tách Carotenoid từ dầu gấc” được thực hiện tại phòng thí nghiệm I4 thuộc Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, trường Đại Học Nông Lâm, Tp.Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3 đến tháng 8 năm 2012

Với mục đích nghiên cứu cô đặc carotenoid từ dầu gấc bằng kỹ thuật lọc tiếp tuyến và khả năng chiết tách carotenoid bằng dung môi kết hợp với phản ứng xà phòng hóa, đề tài đã đạt được những kết quả sau:

Dầu gấc nguyên liệu có hàm lượng carotenoid tổng là 7,547 ± 0,116 mg/ml; hàm lượng β-caroten là 2690 ppm và hàm lượng lycopen là 0,14 %; tỷ trọng và độ nhớt của

dầu gấc lần lượt là 0,9553 ± 0,0118 g/ml và 0,0466 ± 0,0004 Pa.s

Trong số loại màng khảo sát 1000 KD, 700 KD và 3 KD, màng 3 KD cho tỷ lệ cô đặc carotenoid cao nhất, gấp 1,49 lần so với nguyên liệu, sản phẩm thu là retentat, áp

suất sử dụng là 1,5 bar

Carotenoid từ dầu gấc đã được cô đặc qua quá trình lọc, có thể tiếp tục chiết tách, nâng cao nồng độ bằng phản ứng xà phòng hóa kết hợp xử lý dung môi propylen glycol Nồng độ NaOH 40% và propylen glycol 100% so với lượng dầu gấc sử dụng cho kết quả chiết tách cao nhất với hàm lượng carotenoid gấp 6,4 lần so với dầu gấc cô đặc bằng hệ thống lọc và 9,4 lần so với dầu gấc nguyên liệu Thông số tối ưu của các

yếu tố ngoại cảnh như nhiệt độ là 80oC, tốc độ khuấy 500 vòng/phút và thời gian cho

phản ứng là 1giờ

ABSTRACT

The thesis named “Studying ability to concentrate and isolate Carotenoids from

Gac (Momordica cochinchinensis Spreng) oil was done at the I4 laboratory of the

Chemical Engineering Department, Nong Lam University, Ho Chi Minh City, from March to August, 2012

The purpose of the research is to concentrate carotenoids from Gac oil by using crossflow filtration system and enhance carotenoid concentration by saponification reaction The study has achived the following results:

The total carotenoids content in Gac oil was 7,547 ± 0,116 mg/ml Lycopene and β-caroten content were 14% and 2690 ppm respectively The Gac oil had a viscosity of 0,0466 ± 0,0004 Pa.s and a density of 0,9553 ± 0,0118 g/ml

Among three investigating membranes of 1000 KD, 700 KD and 3 KD, the last gave the best result in which the carotenoids content of retentat oil was 1,49 times higher than that of material at the pressure of 1,5 bar

Carotenoids from the filtrated Gac oil can be further enriched by using saponification reaction combined with propylen glycol as a solvent The best concentration of NaOH and propylen glycol was found at 40 % and 100% (ratio to amount of gac oil) Carotenoids content was 6,4 times higher than those of Gac oil concentrated and 9,4 times higher than those of raw material For external factors, optimal temperature was 80oC, stirring speed was 500 rpm and the reaction time was 1 hour

M ỤC LỤC

Trang Tác giả i

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG x

DANH SÁCH CÁC HÌNH xi

DANH SÁCH PHỤ LỤC xiii

Chương 1MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Nội dung của đề tài 2

1.4 Yêu cầu 2

Chương 2TỔNG QUAN 3

2.1 Nguyên liệu 3

2.1.1 Đặc điểm thực vật của quả gấc 3

2.1.1.1 Phân loại, mô tả 3

2.1.1.2 Phân bố và trồng trọt 4

2.1.2 Cấu trúc và thành phần hóa học 4

2.1.2.1 Cấu trúc quả gấc 4

2.1.2.2 Thành phần hóa học của quả gấc 5

2.1.2.3 Dầu gấc 11

2.2 Sơ lược về hợp chất carotenoid tự nhiên trong thực phẩm 12

2.2.1 Đặc tính lý hóa của carotenoid 13

2.2.1.1 Tính tan 13

2.2.1.2 Hấp thu ánh sáng 13

2.2.1.3 Đồng phân hóa và sự oxi hóa 13

2.2.2 Lycopen 14

2.2.2.1 Cấu trúc hóa học 14

2.2.2.2 Vai trò sinh học của lycopen đối với cơ thể 14

2.2.3 β-caroten 15

2.2.3.1 Cấu trúc hóa học 15

2.2.3.2 Quá trình chuyển hóa thành vitamin A 15

2.2.3.3 Vai trò sinh học 16

2.3 Kỹ thuật lọc tiếp tuyến 17

2.3.1 Tổng quát về kỹ thuật màng lọc 17

2.3.2 Nguyên tắc và động lực của quá trình lọc tiếp tuyến 17

2.3.3 Ưu nhược điểm của phương pháp lọc tiếp tuyến 18

2.3.4 Màng lọc và phân loại màng lọc 19

2.3.5 Ứng dụng của kỹ thuật màng lọc 20

2.3.6 Các khái niệm, định luật trong kỹ thuật lọc tiếp tuyến 20

2.3.6.1 Định luật Darcy tại thời điểm t 20

2.3.6.2 Tính thấm của màng (permeability) 21

2.3.6.3 Fouling (hiện tượng bít nghẽn màng lọc) 21

2.4 Tổng quan về phản ứng xà phòng hóa chất béo 22

2.5 Vai trò của propylen glycol 23

Chương 3VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

3.1 Nội dung nghiên cứu 25

3.2 Vật liệu và hóa chất 26

3.2.1 Dầu gấc 26

3.2.2 Hóa chất 26

3.3 Thiết bị 26

3.4 Phương pháp nghiên cứu 26

3.4.1 Xác định thành phần, đặc tính hoá lý của dầu gấc 26

3.4.1.1 Xác định tỷ trọng của dầu gấc 26

3.4.1.2 Xác định hàm lượng carotenoid tổng 26

3.4.1.3 Xác định hàm lượng lycopen và β-caroten 27

3.4.1.4 Xác định kích thước hạt phân tán 27

3.4.1.5 Xác định độ nhớt 27

3.4.2 Thí nghiệm 1: Lọc tiếp tuyến 27

3.4.2.1 Xác định tính thấm ban đầu của màng 27

3.4.2.2 Theo dõi hiện tượng bít nghẽn màng lọc (fouling) theo thời gian lọc 27

3.4.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất và loại màng sử dụng đối với flux permeat trong quá trình lọc dầu gấc 28

3.4.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất và loại màng sử dụng đối với hàm lượng carotenoid trong quá trình lọc dầu gấc 28

3.4.2.5 Xác định tính thấm sau rửa màng 29

3.4.3 Thí nghiệm 2: Chiết tách, tinh sạch carotenoid 30

3.4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của NaOH 30

3.4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của propylen glycol 30

3.4.3.3 Thí nghiệm sơ bộ ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh 31

3.4.3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 31

3.4.3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng 31

3.4.3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy 31

3.4.3.4 Thí nghiệm khối 2 yếu tố nồng độ NaOH và propylen glycol lên khả năng chiết tách carotenoid 32

3.5 Xử lý số liệu 32

Chương 4KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Thành phần, đặc tính hoá lý của dầu gấc 33

4.1.1 Tỷ trọng của dầu gấc 33

4.1.2 Hàm lượng carotenoid tổng 33

4.1.3 Hàm lượng lycopen và β-caroten 34

4.1.4 Độ nhớt 34

4.1.5 Kích thước hạt phân tán 35

4.2 Kết quả thí nghiệm 1: Lọc tiếp tuyến 36

4.2.1 Bít nghẽn màng lọc (fouling) theo thời gian lọc 36

4.2.2 Ảnh hưởng của áp suất và loại màng sử dụng đối với flux permeat 38

4.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và loại màng sử dụng đối với hàm lượng carotenoid trong quá trình lọc dầu gấc 39

4.2.4 Tính thấm của màng trước và sau khi lọc Tính toán hiệu suất rửa màng 43

4.2.4.1 Xác định tính thấm ban đầu của màng 43

4.2.4.2 Xác định tính thấm sau khi rửa màng 44

4.3 Kết quả thí nghiệm 2 (TN2): Chiết tách, tinh sạch carotenoid 46

4.3.1 Ảnh hưởng của NaOH 46

4.3.2 Ảnh hưởng của Propylen glycol 47

4.3.3 Kết quả thí nghiệm sơ bộ ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh 48

4.3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 48

4.3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng 49

4.3.3.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy 50

4.3.4 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của 2 yếu tố nồng độ NaOH và propylen glycol lên khả năng chiết tách carotenoid 51

CHƯƠNG 5KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Đề nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 61

DANH SÁCH CÁC B ẢNG

Trang

Bảng 2.1: Tên gọi cây gấc theo nhiều ngôn ngữ 3

Bảng 2.2: Hàm lượng β-carotene và lycopene trong quả Gấc 6

Bảng 2.3: Thành phần dinh dưỡng của màng hạt gấc 8

Bảng 2.4: Thành phần các acid béo trong dầu gấc 10

Bảng 2.5: Phân loại màng lọc theo kích thước lỗ lọc 19

B ảng 2.6: Giá trị LD50 của một số loại dung môi 24

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của áp suất và loại màng đến lượng Flux permeat (l/h/m2) 28

B ảng 3.2: Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của áp suất và loại màng đến hàm lượng carotenoid ở permeat 29

Bảng 3.3: Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ NaOH và PG đến hàm lượng carotenoid chiết tách được 32

B ảng 4.1: Tỷ trọng dầu gấc 33

Bảng 4.2: Hàm lượng carotenoid tổng trong dầu gấc nguyên liệu 33

Bảng 4.3: Độ nhớt của dầu gấc nguyên liệu 35

Bảng 4.4: Hàm lượng carotenoid và Jp theo áp suất của màng 3 KD 43

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo quả gấc 5

Hình 2.2: β-caroten trong một số loại rau quả (mg/g wet wt.) 7

Hình 2.3: Lycopen trong một số trái cây và rau quả (mg/g wet wt.) 7

Hình 2.4: Công thức cấu tạo của α –totopherol (R1: CH3; R2: CH3) 8

Hình 2.5: Dầu gấc 11

Hình 2.6: Một số sản phẩm từ dầu gấc trên thị trường 12

Hình 2.7: Công thức cấu tạo lycopene 14

Hình 2.8: Công thức cấu tạo β-carotene 15

Hình 2.9: Quá trình chuyển đổi từ β-carotene thành vitamin A 16

Hình 2.10: Quá trình lọc qua màng 17

Hình 2.11: So sánh giữa kỹ thuật lọc tiếp tuyến và lọc thẳng đứng 18

Hình 2.12: Một số ứng dụng cụ thể của màng lọc 20

Hình 2.13: Hiện tượng bít nghẽn quá trình lọc theo thời gian 21

Hình 2.14: Phản ứng xà phòng hóa 22

Hình 2.15: Cơ chế phản ứng xà phòng hóa 23

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu 25

Hình 4.1: Kết quả khảo sát kích thước hạt mẫu dầu gấc 35

Hình 4.2: Flux permeate theo thời gian ở áp suất 2 bar 36

Hình 4.3: Ảnh hưởng của áp suất và loại màng lọc lên lượng Flux permeat (Jp) 38

Hình 4.4: Ảnh hưởng của loại màng lọc và áp suất lên hàm lượng carotenoid ở permeat 40

Hình 4.5: Ảnh hưởng của loại màng lọc lên hàm lượng carotenoid ở retentat 41

Hình 4.6: So sánh tính thấm trước và sau khi rửa của màng 3 KD 44

Hình 4.7: So sánh tính thấm trước và sau khi rửa của màng 700 KD 45

Hình 4.8 So sánh tính thấm trước và sau khi rửa của màng 1000 KD 45

Hình 4.9: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến nồng độ carotenoid thu được 46

Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ Propylen glycol (PG) đến nồng độ carotenoid thu được 47

Hình 4.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nồng độ carotenoid thu được 48

Hình 4.12: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến nồng độ carotenoid thu được 49

Hình 4.13: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến nồng độ carotenoid thu được 50

Hình 4.14: Ảnh hưởng của NaOH và propylen glycol lên nồng độ carotenoid 52

Hình 4.15: Carotenoid chiết tách bằng phản ứng xà phòng hóa và xử lý dung môi 53

Hình 4.16: Quy trình cô đặc, chiết tách carotenoid 54

DANH SÁCH PH Ụ LỤC

Phụ lục 1: Phương pháp xác định tỷ trọng chất lỏng bằng bình đo tỷ trọng 61

Phụ lục 2: Đường chuẩn carotenoid 61

Ph ụ lục 3: Kết quả phân tích hàm lượng β-caroten và lycopen 62

Phụ lục 4: Kết quả đánh giá kích thước hạt phân tán trong dầu gấc 63

Phụ lục 5: Phương pháp xác định độ nhớt bằng nhớt kế mao quản 65

Phụ lục 6: ANOVA, LSD ảnh hưởng của áp suất và loại màng lọc lên lượng Flux permeat (Jp) trong thí nghiệm lọc dầu gấc 66

Ph ụ lục 7: ANOVA, LSD ảnh hưởng của áp suất và loại màng lọc lên hàm lượng carotenoid trong thí nghiệm lọc dầu gấc 67

Phụ lục 8: ANOVA, LSD ảnh hưởng của của nồng độ NaOH đến hàm lượng carotenoid thu được 68

Phụ lục 9: ANOVA, LSD ảnh hưởng của của nồng độ PG đến hàm lượng carotenoid thu được 68

Ph ụ lục 10: ANOVA, LSD ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng carotenoid thu được 69

Phụ lục 11: ANOVA, LSD ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến nồng độ carotenoid thu được 70

Phụ lục 12: ANOVA, LSD ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến nồng độ carotenoid thu được 70

Phụ lục 13: ANOVA, LSD ảnh hưởng của NaOH và propylen glycol lên nồng độ phần trăm carotenoid thu được 71

Phụ lục 14: Hình các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm 73

Chương 1

M Ở ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Gấc (Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng ) là loại thực vật thân dây leo được trồng phổ biến ở Việt Nam Quả gấc được sử dụng nhiều trong ẩm thực lẫn trong

y học Đặc biệt là phần màng hạt gấc, thường được dùng để chế biến món ăn bởi mùi

vị thơm ngon và giàu các thành phần dinh dưỡng

Màng hạt gấc chứa một lượng dầu đáng kể Dầu chiết xuất từ màng hạt gấc sánh, trong, có màu đỏ đậm, mùi thơm, vị ngọt, béo Dầu gấc chứa nhiều carotenoid, vitamin

E và các axít béo thiết yếu như lenoleic và α-linolenic rất tốt cho sức khỏe, giúp phòng

chống thiếu vitamin, tăng khả năng miễn dịch, giúp tăng sức đề kháng của cơ thể, chống oxy hoá, chống lão hoá tế bào, phòng ngừa bệnh tật, giúp loại bỏ các tác động

có hại của môi trường như hoá chất độc, tia xạ [2] Trong dầu gấc tinh khiết chứa hàm lượng carotenoid rất cao, gấp nhiều lần so với các loại rau quả giàu carotenoid khác, bao gồm β-caroten (cao gấp 15,1 lần cà rốt) và lycopen (cao gấp 68 lần cà chua) là

những chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh, bên cạnh đó β-caroten còn là tiền vitamin

A, sẽ chuyển hóa thành vitamin A khi vào cơ thể, không sợ ngộ độc khi dùng quá liều, giúp hỗ trợ thị giác, sáng mắt và tăng sức đề kháng [14] Tuy nhiên,việc chiết tách carotenoid từ dầu gấc để phục vụ cho sản xuất những sản phẩm có giá trị cao hơn thuộc các lĩnh vực như dược phẩm, mỹ phẩm hiện nay chưa được quan tâm nhiều Xuất phát từ yêu cầu trên, được sự phân công của Bộ môn Công Nghệ Hóa Học,

Trường Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Th.S Mai Hùynh Cang, tôi thực hiện đề tài ”NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔ ĐẶC VÀ CHIẾT

Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, khảo sát khả năng cô đặc carotenoid từ dầu gấc bằng kỹ thuật lọc tiếp tuyến, chọn lọc các thông số tối ưu để quá trình lọc đạt hiệu quả cao nhất Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu về khả năng tách carotenoid từ dầu gấc

đã được cô đặc qua hệ thống lọc bằng phản ứng với dung môi và phản ứng xà phòng hóa, loại bớt các acid béo và tạp chất Kết quả nghiên cứu của đề tài hi vọng sẽ giúp ích cho những nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao hơn nữa giá trị cuả dầu gấc và phát triển kỹ thuật lọc tiếp tuyến trong việc chiết tách nhiều hợp chất thiên nhiên khác

1.2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu cô đặc carotenoid từ dầu gấc bằng kỹ thuật lọc tiếp tuyến (lọc dòng

chảy- crossflow filtration)

Nghiên cứu về khả năng chiết tách carotenoid từ dầu gấc bằng dung môi kết hợp

với phản ứng xà phòng hóa

1.3 N ội dung của đề tài

Xác định thành phần, đặc tính của nguyên liệu dầu gấc

Theo dõi thí nghiệm lọc dầu gấc để tìm ra các thông số tối ưu (màng lọc, áp suất, đặc tính nguyên liệu ), đánh giá qua sự thay đổi hàm lượng carotenoid của nguyên liệu và sản phẩm

Khảo sát sự thay đổi nồng độ carotenoid trong dầu gấc qua quá trình tinh sạch

bằng dung môi và phản ứng xà phòng hóa Đánh giá các thông số tối ưu của các yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng, tốc độ khuấy trộn, nồng độ các chất tham gia…

Chương 2

2.1 Nguyên li ệu

2.1.1 Đặc điểm thực vật của quả gấc

2.1.1.1 Phân loại, mô tả

Cây Gấc có tên khoa học là Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng thuộc họ Cucurbitaceae, gi ống Momordica, loài Cochinchinensis Là loại thân dây leo, sống lâu năm, được một linh mục người Bồ Đào Nha đặt tên là Muricia cochinchinensis vào năm 1790 Tới năm 1826, Sprengel kết luận loại cây này thuộc giống Momordica và đổi tên thành Momordeca cochinchinensis [1] Hiện nay, cây gấc được gọi với nhiều

tên khác nhau theo ngôn ngữ các nước, bảng 2.1

Bảng 2.1: Tên gọi cây gấc theo nhiều ngôn ngữ [11]

Latin

Momordeca cochinchinensis Spreng

Muricia cochinchinensis Luor Muricia mixta Roxb

Anh

Spiny bitter gourd Sweet gourd Cochinchin gourd

Mô tả thực vật : Cây gấc leo khỏe, chiều cao có thể mọc đến 15m Lá gấc nhẵn, hình chân vịt phân ra từ 3 đến 5 thùy, dài 8-18 cm Gấc trổ hoa từ mùa hè sang mùa thu, đến mùa đông quả mới chín Quả hình tròn hoặc thuôn dài, có gai, màu lá cây, khi chín chuyển sang màu đỏ cam, đường kính 15-20 cm Bên trong mỗi quả thường chia thành 6 múi Thịt gấc màu đỏ cam Hạt gấc màu nâu thẫm, hình dẹp, có khía Mỗi năm

gấc chỉ thu hoạch được một mùa Do vụ thu hoạch tương đối ngắn (vào khoảng tháng

12 hay tháng 1 Âm lịch), nên gấc ít phổ biến hơn các loại quả khác [1]

2.1.1.2 Phân bố và trồng trọt

Cây gấc phân bố ở các nước châu Á từ Ấn Độ, Myanma, Trung Quốc, Thái Lan, Lào, Campuchia, Việt Nam đến bán đảo Mã Lai, được trồng để lấy quả Cây gấc ưa đất cao, tơi xốp, nhiều mùn, ẩm mát Tuy nhiên gấc rất nhạy cảm, ít chịu nhiệt độ lạnh

và khô hạn, không chịu được ngập úng lâu ngày, thích hợp với đất phù sa, có độ thấm hút tốt, pH từ 6-7

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 gọi là mộc miết tử [1]

2.1.2 Cấu trúc và thành phần hóa học

2.1.2.1 C ấu trúc quả gấc

Hình 2.1 minh họa cấu trúc quả gấc chín bao gồm: vỏ màu đỏ hoặc vàng cam có nhiều gai nhuyễn, lớp thịt quả có màu vàng, dày 1-2 cm chiếm khoảng 50% khối lượng quả gấc, giúp bảo vệ các múi gấc bên trong Múi gấc chiếm khoảng 30% khối lượng quả, bao gồm phần màng có màu đỏ, bao xung quanh hạt, dày khoảng 1-3mm được dùng để chế biến

Hình 2.1: Cấu tạo quả gấc

(1) Vỏ quả; (2) Thịt quả; (3) Múi quả; (4) Lõi ; (5) Màng hạt; (6) Hạt

2.1.2.2 Thành ph ần hóa học của quả gấc

Cho đến nay, ở Việt nam và thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về quả

gấc và lợi ích của gấc đối với sức khỏe Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt

là sự phát triển của kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp (HPLC), các thành phần hóa học trong quả gấc đã được phân tích chính xác và chi tiết hơn

2.1.2.2.1 Thành phần carotenoid của quả gấc

Gấc chứa hàm lượng carotenoid cao, đặc biệt tập trung ở phần màng hạt, nhất là thành phần β-caroten và lycopen Hàm lượng lycopen trong màng hạt gấc, theo Aoki cùng cộng sự (2002) đưa ra là 380 (μg/g FW) cao hơn ít nhất khoảng năm lần so với các loại trái cây khác như nho, đu đủ, dưa hấu, ổi, cà chua, cây hương thảo Trong khi

đó kết quả nhóm Ishida (2004) tìm thấy hàm lượng lycopen trong màng hạt là 2300 (μg/g FW) và Vuong (2006) là 408,4 (μg/g FW) Bên cạnh đó, gấc là một trong những

loại trái có hàm lượng β-caroten cao, từ 101 (μg/g FW) (Aoki 2002) đến 718 (μg/g FW) (Ishida 2004) Nghiên cứu của Aoki cùng đồng sự cũng tìm thấy một lượng nhỏ lycopen (0,9µg/g FW) và β-caroten (22,1 µg/g FW) trong phần thịt quả , zexanthin và β-crytoanthin có trong thành phần màng hạt và phần thịt quả [12], còn Ishida chỉ phát

hiện β-caroten ở dạng vết và không có lycopen trong thịt quả [14] Dựa trên kỹ thuật sắc ký hiện đại, nhóm nghiên cứu của Vuong đã tìm ra một lượng đáng kể α-tocopherol trong màng hạt (76 µg/g FW) [15] Bảng 2.2 so sánh hàm lượng β-caroten

và lycopen trong gấc của các tác giả

Bảng 2.2: Hàm lượng β-carotene và lycopene trong quả Gấc

Nguồn

β-carotene (µg/g FW)

Lycopene

(µg/g FW)

Carotenoids tổng (µg/g FW) Thịt quả Màng

hạt Thịt quả

Màng

Màng hạt

So với các loại rau củ quả giàu carotenoid khác như cà chua, cà rốt, dưa hấu…thì

gấc chứa hàm lượng carotenoid cao gấp nhiều lần Hàm lượng β-carotene trong màng hạt gấc cao hơn cà rốt từ 9 đến 15 lần, lượng lycopen cao hơn cà chua từ 68 lần, hơn dưa hấu 54 lần [14] Do đó, trong khoảng 10 năm gần đây, gấc được các nhà nghiên

cứu đánh giá là nguồn carotenoid tiềm năng, tác dụng hữu ích lên sức khỏe, cần được đầu tư nghiên cứu rộng rãi nhằm ứng dụng được trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm

Hình 2.2: β-caroten trong một số loại rau quả (mg/g wet wt.) [14]

Hình 2.3: Lycopen trong một số trái cây và rau quả (mg/g wet wt.) [14]

0 100

2.1.2.2.2 Các thành ph ần dinh dưỡng khác

Bên cạnh thành phần carotenoid màng hạt gấc còn chúa nhiều các thành phần dinh dưỡng khác như vitamin E, các acid béo, đạm cùng khoáng chất khác… Bảng 2.3 đưa ra giá trị dinh dưỡng của màng hạt gấc

Bảng 2.3: Thành phần dinh dưỡng của màng hạt gấc [15]

Vitamin E là chất chống oxi hoá tự nhiên, giúp bảo vệ sản phẩm dầu gấc được trích ly từ màng gấc khỏi bị oxi hoá [13] Ngoài ra, nó thì đóng vai trò như là chìa khoá trong việc ngăn chặn bệnh tim mạch và bệnh động mạch vành tim Hơn nữa, khi tăng lượng thức ăn có chứa hàm lượng các chất có hoạt tính chống oxi hoá trong chế

độ ăn hàng ngày chẳng hạn như vitamin E và β-carotene thì cũng ngăn chặn được bệnh

mạch vành Mặt khác, vitamin E (α-tocopherol) là thành phần chống oxi hoá tan trong

chất béo rất quan trọng trong các thực phẩm và cơ thể con người Nó có thể chống lại

sự phá hoại bởi sự ôxi hoá ở màng sinh học và trong lipoprotein huyết tương bằng cách dập tắt các gốc tự do [2]

2.1.2.2.2.2 Thành phần polyphenol và flavonoid

Các axít phenolic và flavonoid cũng được tìm thấy trong gấc Các thành phần này

có trong tất cả các phần của trái cây với hàm lượng khoảng 1,5 - 4,3 mg/g (khối lượng khô) Màng gấc chứa các axít phenolic (4,3 mg/g), flavonoid (2,1 mg/g) [18]

2.1.2.2.2.3 Thành phần axít béo

Gấc rất giàu các axít béo, riêng đối với các axít béo không no bão hoà đơn và axít béo không no bão hoà đa thì có nhiều lợi ích đối với sức khoẻ con người

Các axít béo tập trung chủ yếu ở màng hạt của gấc Các axít béo trong màng gấc

sấy khô có hàm lượng trong khoảng giữa 17% - 22% [14] Bên cạnh đó, khoảng 70% tổng axít béo trong màng gấc là các axít béo không no và khoảng 50% của các axít béo này là axít béo không no bão hoà đa Hàm lượng các axít béo trong màng có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hấp thu carotenoid và các dưỡng chất khác [19] Tương tự một vài nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng, khi con người tiêu thụ các axít béo với hàm lượng nhất định thì có thể cải thiện quá trình hấp thu các carotenoid Mặt khác, các axít béo có thể bảo vệ các đồng phân cis và trans của lycopen nhằm chống lại quá trình oxi hoá và làm chậm phản ứng đồng phân hoá [13]

Dầu từ màng gấc chứa một hàm lượng cao axít oleic khoảng 32 - 34% tổng các axít béo và có thể được sử dụng để thêm vào các nguồn dầu khác như dầu hướng dương, dầu cọ và dầu đậu nành Axít linoleic đóng một vai trò quan trọng trong sức khoẻ con người Nếu trong chế độ ăn hàng ngày có sử dụng axít linoleic trong một thời gian ngắn (liều lượng sử dụng 3,4 g/ngày, sử dụng cho khoảng 12 tuần và 2,4 g/ngày,

sử dụng trong 8 tuần) thì giảm được khối lượng cơ thể đối với những người béo phì ở Norway và ở Korea [2]

Theo kết quả nghiên cứu của Chung (2011) [10], phân tích thành phần axít béo trong dầu gấc bằng phương pháp GC-ISO/CD 5509:94 tại sở khoa học công nghệ cho thấy dầu gấc chứa nhiều axít béo như: axít palamitic (21,51%), axít stearic (7,75%), axít oleic (44,34%), axít linoleic (24,49%), ngoài ra còn có các axít béo khác như : axít lauric, axít palamitic, axít heptadecanoic, axít α-linoleic, axít eicosanoic, axít gadoleic Đặc biệt, axít linoleic và axít α-linoleic (omega-3) là 2 axít béo không no có giá trị dinh dưỡng cao, giúp duy trì sự khỏe mạnh của não bộ, chống suy giảm trí nhớ, phát triển thần kinh và thị lực [2]

Thành phần acid béo của màng hạt gấc được thể hiện ở bảng 2.4

Bảng 2.4: Thành phần các axít béo trong dầu gấc [10]

2.1.2.3 D ầu gấc

Dầu gấc có dạng lỏng sánh, màu đỏ sẫm, mùi thơm dể chịu và khá đặc trưng, vị hơi ngọt, béo, không gắt cổ [2] Dầu thường được chứa trong chai thủy tinh nâu để tránh ánh sáng

Hình 2.5: Dầu gấc

Theo Nguyễn Hồng Khánh cùng cộng sự (2004), dầu gấc có chỉ số axít, iot, khúc

xạ kế ở 20 oC lần lượt là 2; 72 và 1,4681-1,485 [3] Tỷ trọng dầu gấc ở 15 o

C là 0,9151-0,9156 g/cm3 Dầu gấc hòa tan tốt trong ete dầu hỏa , etanol, chlororm và axeton Dầu gấc chứa hàm lượng lớn carotenoid, đặc biệt là β-caroten và lycopen, bên cạnh đó vitamin E và nhiều axit béo không no thiết yếu khác cùng khoáng chất

Ở Việt Nam, từ lâu dầu gấc đã được sử dụng làm thuốc bổ, cung cấp vitamin A cho trẻ nhỏ, phụ nữ có thai và cho con bú Dầu gấc còn được sử dụng để bôi vết thương, vết bỏng giúp mau lành, nhanh lên da non Uống dầu gấc người bệnh nhanh chóng hồi phục, tăng khả năng chồng đỡ bệnh tật cho cơ thể Dầu gấc còn dùng cho trẻ

em chậm lớn, chữa các bệnh khô mắt, quáng gà ở trẻ nhỏ

Ngày nay, cùng với sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về gấc đã chỉ ra được thêm nhiều công dụng của dầu gấc như : làm tăng khả năng hệ miễn dịch , chống lại sự lão hóa của tế bào và c hống lại quá trình oxy hóa [7], loại bỏ các tác động độc hại của môi trường như các chất độc hóa học , tia phóng xạ Các thành phần β-carotene, lycopen và vitamin E trong dầu gấc có tác động trung hòa 75% các chất gây ung thư, đặc biết đối với bệnh ung thư vú [4]

Với những tác dụng hữu ích lên sức khỏe, hiện nay trên thị trường xuất hiện nhiều sản phẩm thực phẩm chức năng có thành phần chính là dầu Gấc

Viên nang dầu Gấc Dầu ăn dinh dưỡng

Hình 2.6: Một số sản phẩm từ dầu gấc trên thị trường

2.2 Sơ lược về hợp chất carotenoid tự nhiên trong thực phẩm

Carotenoids là một trong các sắc tố phổ biến và quan trọng của tự nhiên gồm: xanh lá, vàng, cam, và đỏ Có thể tìm thấy carotenoid trong rau quả, tảo, nấm, vi khuẩn

và trong cơ thể động vật Các chất này tạo nên sự đa dạng về màu sắc của các loài chim, cá, hoặc côn trùng và có thể được tìm thấy trong các sản phẩm động vật như trứng và sữa Tuy nhiên, động vật có vú, bao gồm cả con người không có khoảng năng

tự tổng hợp các hợp chất carotenoid này mà phải hấp thụ từ các nguồn thực phẩm [20] Carotenoid thuộc nhóm tetraterpen (C40H56), có nhiều nối đôi tiếp cách trong phân tử Carotenoid là một chất chống oxi hoá được cho rằng là rất tốt khi so sánh với các hợp chất khác từ các nguồn thực phẩm Chống oxi hoá có thể giúp cơ thể con người bảo vệ chống lại những tác nhân gây hại bởi các gốc tự do Mặt khác, canotenoid (β-caroten, lycopen, zeaxanthin, và β-crytoxanthin) và α-tocopherol được biết như là các chất chống oxi hoá bảo vệ các bệnh ung thư và tim mạch bởi sự dập tắc các gốc oxi phân tử và các gốc peroxyd Số nối đối liên hợp trong các phân tử carotenoid đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt tính chống oxi hoá Khi kết

hợp các carotenoid như β-carotene, lycopene và α-tocopherol thì hoạt tính chống oxi hoá cao hơn rất nhiều so với hoạt tính từng carotenoit riêng lẽ [17]

2.2.1 Đặc tính lý hóa của carotenoid

2.2.1.1 Tính tan

Hầu hết các carotenoid có tính thân dầu, không tan trong nước và ít tan trong dung môi hữu cơ như cồn, ethyl ether, chloroform và ethyl actate Các carotenoid dễ tan trong petroleum ether, hexan, và toluene Xanthophyll tan tốt trong methanol và ethamol Carotenoid tinh thể khó tan trong các dung môi trên nhưng tan trong benzene

và dichloromethane Dung dịch β-carotene và xanthophyll lutein tan tốt trong tetrahydrofuran [20, 21]

2.2.1.2 Hấp thu ánh sáng

Hệ thống nối đôi liên hợp tạo thành phổ hấp thu ánh sáng, làm cho carotenoid có màu sắc đẹp, đồng thời tạo ra một phổ hấp thu nhìn thấy được, đặt cơ sở để định tính

và định lượng chúng Phổ hồng ngoại và tử ngoại là công cụ phát hiện đầu tiên để nhận biết carotenoid Bước sóng hấp thu cực đại (λmax) và hình dạng phổ là những đặc điểm của nhóm mang màu

Đa số carotenoid hấp thu cực đại ở 3 bước sóng Số lượng nối đôi liên hợp càng nhiều, giá trị λmax càng cao Do đó, hầu hết các carotenoid lycopen không vòng không bão hòa, với 11 nối đôi liên hợp, có màu đỏ và hấp thu bước sóng dài nhất (λmax bằng

444, 470, 502 nm) [21]

2.2.1.3 Đồng phân hóa và sự oxi hóa

Carotenoid có độ không bão hòa cao nên dễ bị đồng phân hóa và oxi hóa Nhiệt

độ, ánh sáng, axít và sự hấp thu của các chất hoạt động bề mặt (nhôm oxit) thúc đẩy quá trình đồng phân hóa của dạng trans carotenoid, dạng thường gặp của chúng là

dạng cis Nguyên nhân làm mất carotenoid là do sự oxi hóa, phụ thuộc vào sự có mặt của oxy, bị tác động bởi ánh sáng, enzyme, ion kim loại và đồng oxi hóa với lipid hydroperoxide Dạng epoxide và apocarotenoid (carotenoid có carbon skeleton) xuất

hiện trong giai đoạn đầu của quá trình tổng hợp carotenoid trong thực vật [21]

Sự phân chia tạo thành các hợp chất có khối lượng phân tử thấp tương tự với quá trình oxi hóa các acid béo, làm mất màu và mất hoạt tính sinh học Sự đồng phân hóa

và oxi hóa carotenoid diễn ra trong quá trình chuẩn bị, quy trình chế biến và tồn trữ

thực phẩm Vì vậy cần có những giải pháp hạ n chế các quá trình này nh ằm duy trì hàm lượng carotenoid trong sản phẩm [21]

2.2.2 Lycopen

2.2.2.1 Cấu trúc hóa học

Lycopen là một tetraterpen đối xứng được cấu tạo từ 8 đơn vị isopren Phân tử là một chuỗi carbon chưa no có chứa 11 nối đôi liên tiếp nhau, dài hơn bất cứ carotenoid nào khác Do không có vòng β-ione như β-carotene nên lycopene không thể chuyển hóa thành vitamin A được

Hình 2.7: Công thức cấu tạo lycopene Công thức phân tử: C40H56

Trọng lượng phân tử: 536,8824 g/mol

Phần lớn lycopene có nguồn gốc từ thực vật có màu đỏ như cà chua, dưa hấu, đu

đủ, nho đỏ Cơ thể con người không tổng hợp đươc lycopene mà lycopene hấp thu v ào

cơ thể nhờ sự tiêu thụ trái cây có màu

2.2.2.2 Vai trò sinh học của lycopen đối với cơ thể

Lycopene là chất chống oxy hóa mạnh cho nên rất tốt cho sức khỏe , giúp làm chậm sự hư hại tế bào cơ thể con người , từ đó kéo dài tuổi thọ và sức đề kháng với bệnh tật Bên cạnh đó, lycopen còn có tác dụng bảo vệ chống lại một số kiểu bệnh ung thư tốt hơn bất cứ một loại chất dinh dưỡng đã biết nào khác [1]

Những nghiên cứu dịch tễ học ở Mỹ về tác dụng của lycopen trong cà chua cho thấy ở vùng nào người dân ăn nhiều cà chua thì tỷ lệ ung thư ống tiêu hóa thấp hơn

những vung ăn ít cà chua Năm 1996, trường Đại học Harvard đã phát hiện ra nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt trên người đàng ông có ăn tối thiểu 10 món ăn có chứa cà chua trong 2 tuần thấp hơn gấp 3 lần so với những người chỉ ăn tối thiểu có 2 lần trong tuần Phát triển trên những phát hiện này , Clinton (1996) và Norrish (2000) cùng đồng sự đưa ra giả thuyết rằng chất lycopen có thể có tác dụng trực tiếp trong tuyến tiền liệt giúp giảm nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt Giả thuyết này được chứng minh bởi Kucuk

và cộng sự (2002) bằng thí nghiệm của mình [1]

Nhiều nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra được mối qu an hệ tích cực giữa lycopen

và các bệnh ung thư ở vú , da, phổi và ở hệ thống đường tiêu hóa [18] Đặc biệt, người

ta còn phát hiện khả năng giúp cơ thể chống lại các bệnh về tim mạch Sử dụng nhiều sản phẩm cà chua chế biến làm tăng nhanh hàm lượng lycopen trong huyết tương và giảm mức tổn hại lipoprotein t rong cơ thể Nồng độ lycopen trong huyết tương cao có thể tránh được sự xơ vữa mạch máu và nhồi máu cơ tim Ngoài ra, lycopen còn hạn chế sự tổng hợp ra cholesterol và làm tăng các lipoprotein tỷ trọng thấp

2.2.3 β-caroten

2.2.3.1 Cấu trúc hóa học

β-caroten có trong các loại củ quả có màu vàng, cam như: cà rốt, xoài, khoai lang, đu đủ, bí ngô, mơ…

Hình 2.8: Công thức cấu tạo β-carotene Công thức phân tử: C40H56

Trọng lượng phân tử: 536,8824 g/mol

β-caroten có công thức hóa học giống lycopen nhưng khác nhau về cấu tạo hóa học Phân tử β-caroten có 9 nối đôi liên hợp và sườn carbon kết thúc bằng 2 vòng β-ionone Cấu trúc này tạo nên khả năng đặc biệt của β-caroten

2.2.3.2 Quá trình chuyển hóa thành vitamin A

Cấu tạo của β-carotene có chứa 2 vòng β-ionone tạo nên hoạt tính tiền vitamin A Khi hấp thụ vào cơ thể , β-carotene sẽ được enzyme β-carotene dioxygenase tại viêm mạc ruột non chuyển đổi thành vitamin A Các retinol này được lưu trữ lại trong gan dưới dạng retinyl este vì việc dư thừa vitamin A gây độc cho cơ thể

Hình 2.9: Quá trình chuyển đổi từ β-carotene thành vitamin A [21]

Trong số các đồng phân β-carotene, dạng trans có hoạt tính vitamin A 100%, trong khi đó dạng cis thì chỉ có 50% hoạt tính hoặc thấp hơn

2.2.3.3 Vai trò sinh học

β-carotene là nguồn tiền vitamin A dồi dào trong thực phẩm nhằm ngăn ngừa sự thiếu hụt vit amin A Trong cơ thể vitamin A tham gia vào hoạt động thị giác Các vitamin A trong máu sẽ chuyển thành retinal Trong bóng tối, retinal kết hợp với opsin (là một protein) để cho rhodopsin, là sắc tố nhạy cảm với ánh sáng ở võng mạc mắt, giúp võng mạc nhận được các hình ảnh trong điều kiện thiếu ánh sáng

Vitamin A còn có vai trò tăng cường hệ miễn dịch cùng khả năng tái sinh tế bào của cơ thể Nếu thiếu vitamin A, trẻ em dễ bị mắc các bệnh nhiễm khuẩn và khi bị mắc

bệnh sẽ có thời gian bệnh kéo dài nhiều hơn, nguy cơ tử vong cao hơn

Ngoài ra, với hoạt tính chống oxy hóa cao , β-carotene trở thành một chất chống ung thư tiềm năng

2.3 K ỹ thuật lọc tiếp tuyến [5, 25]

2.3.1 Tổng quát về kỹ thuật màng lọc

Kỹ thuật màng lọc là một kỹ thuật tương đối mới, được áp dụng để tách các thành phần lơ lửng hoặc không tan trong chất lỏng ở kích thước micro hoặc nano Đây

là phương pháp mang lại hiệu quả cao, ít thay đổi tính chất của sản phẩm đặc biệt với

kỹ thuật lọc tiếp tuyến, mang lại năng suất lớn và có thể ứng dụng ở quy mô công nghiệp Tuy nhiên chi phí đầu tư cho thiết bị lớn và kỹ thuật khá phức tạp

2.3.2 Nguyên tắc và động lực của quá trình lọc tiếp tuyến

Lọc là quá trình phân tách/cô đặc phân tử hoặc ion trong dung dịch nhờ một vách ngăn lọc Vách ngăn ở đây chính là màng lọc với khả năng cho một pha đi qua và giữ pha kia lại, thực hiện chức năng như một rào cản bán thấm

Hình 2.10: Quá trình lọc qua màng Inlet (phần dịch vào trước khi qua màng)

- Feed:nguyên liệu cần lọc

Outlet (phần dịch ra)

- Permeat: dịch lọc trong qua màng

- Retentat:dịch lọc không qua màng

 Nguyên t ắc hoạt động của kỹ thuật lọc

Lọc thẳng đứng (dead-end filtration): dòng chảy trong quá trình lọc chỉ theo một hướng là vuông góc với bề mặt màng Chỉ gồm một dòng vào (inlet-feed) và một dòng

ra (outlet-permeat)

Lọc tiếp tuyến (cross- flow filtration): dòng chảy trong quá trình lọc theo hai hướng là song song và vuông góc với bề mặt màng Gồm một dòng vào( inlet-feed) và hai dòng ra (outlet-permeat, retentat)

Hình 2.11: So sánh giữa kỹ thuật lọc tiếp tuyến và lọc thẳng đứng

 Động lực học của quá trình lọc tiếp tuyến

- Chênh lệch về nồng độ

- Lực tĩnh điện

- Chênh lệch áp suất hai bên vách ngăn lọc (áp suất qua màng)

• Áp suất qua màng tính theo công thức:

Ptm= [(Pr-in+Pr-out)*1/2]-PpVới Ptm : áp suất qua màng (Pa)

Pr-in : áp suất cung cấp dịch vào (bar)

Pr-out : áp suất phần retentat (bar)

Pp : áp suất phần permeat (bar)

2.3.3 Ưu nhược điểm của phương pháp lọc tiếp tuyến

 Ưu điểm

Dòng chảy trong quá trình lọc theo hai hướng là song song và vuông góc với bề

mặt màng, tạo ma sát giữa dòng chảy và các phân tử bám trên màng nên làm giảm sự bít nghẽn màng, giúp tăng năng suất lọc

Có thể điều chỉnh được lưu lượng của dòng chảy bằng cách điều chỉnh vận tốc

 Nhược điểm

Chi phí thiết kế hệ thống cao, phức tạp

2.3.4 Màng lọc và phân loại màng lọc

Theo kích thước lỗ lọc: màng micro, màng ultra, màng nano…

Theo vật liệu làm màng : màng ceramic, màng polysulfone (PS), màng polyethylene (PE), màng polyethesulfone (PES)…

Theo cấu trúc màng : cấu trúc đối xứng (asymetrique), màng không đối xứng (anisotrospes)

Theo hình dáng: màng phẳng, màng hình trụ…

Bảng 2.5: Phân loại màng lọc theo kích thước lỗ lọc [25]

Thẩm thấu ngược (OI) Lọc nano (NF) Lọc ultra (UF) Lọc micro (MF)

Kích thước lỗ

lọc

≤ 1 nm (tính tan và sự khuếch tán quyết định)

Dung môi,ion đơn hóa trị,ion đa hóa trị,phân tử

lớn

Áp suất qua

màng

Cao (≥ 20 bar)

Trung bình (4-20 bar) Yếu (0,5-9 bar) Yếu (0,1-5 bar)

2.3.5 Ứng dụng của kỹ thuật màng lọc

Hình 2.12: Một số ứng dụng cụ thể của màng lọc [6]

Công nghệ thực phẩm: lọc trong nước uống, nước trái cây, rượu,…, cô đặc nước trái cây, sữa…

Công nghệ môi trường: xử lý nước thải, xử lý thu hồi cao su từ Skim latex

Công nghệ sinh học: thu hoạch sinh khối, cô đặc/phân tách tế bào, protein

Công nghệ hóa học: tách dầu, trích ly dầu, loại kim loại nặng,thu hồi chất xúc tác, tách màu

Y học: cô đặc chất kháng sinh trong dung môi hữu cơ

2.3.6 Các khái ni ệm, định luật trong kỹ thuật lọc tiếp tuyến

2.3.6.1 Định luật Darcy tại thời điểm t

(Rm Rf)

Ptm Jp

B: tính thấm của màng (l/h*m2

*bar) μ: Độ nhớt cuả dịch lọc

Rm: trở lực nội tại của màng (m-1

)

Rf : trở lực bổ sung do fouling (m-1

)

2.3 6.2 Tính thấm của màng (permeability)

B =

Ptm S

Qp Ptm

Jp

*

=Với B: tính thấm của màng (l/h*m2

*bar) Jp: Flux permeat (l/h/m2)

Ptm: áp suất qua màng (bar)

S:diện tích lọc (m2

) Qp:lưu lượng permeat (m3

/m2)

2.3.6.3 Fouling (hiện tượng bít nghẽn màng lọc)

Hình 2.13: Hiện tượng bít nghẽn quá trình lọc theo thời gian và hiện tượng fouling I: Jp giảm rất nhanh theo thời gian-giai đoạn hình thành lớp bám (polarization of concentration) trên bề mặt màng Nguyên nhân: do sự tăng đột ngột nồng độ của phần dịch lọc trên bề mặt lọc của màng

II: Jp giảm chậm lại, bắt đầu xuất hiện hiện tượng bít nghẽn màng lọc, các phần

tử bám trên bề mặt màng lọc (fouling)

III: Jp giảm rất chậm, hầu như Jp không thay đổi, quá trình fouling tiếp tục xảy

ra, lớp bã bám ngày càng chặt Nguyên nhân:các phân tử bám trên bề mặt màng và vào trong lỗ màng, do lớp biofilm của vi sinh vật bám trên bề mặt màng

2.4 T ổng quan về phản ứng xà phòng hóa chất béo [24]

Xà phòng hóa là quá trình thủy phân chất béo (triglycerid) trong môi trường kiềm tạo thành ancol (thường là glycerol) và muối cacboxylat

Hình 2.14: Phản ứng xà phòng hóa

Dầu thực vật và mỡ động vật là những vật liệu chính để xà phòng hóa, những triglycerid (triesters) này thường là những chất béo trung tính có các gốc là những acid béo đa dạng Triglycerid phản ứng với kiềm tạo thành xà phòng có thể được thực hiện qua một hoặc hai bước Đối với phương pháp xà phòng hóa một bước truyền thống, triglycerid sẽ được phản ứng với dung dịch kiềm mạnh (thường là NaOH hay KOH), quá trình thủy phân esters sẽ xảy ra nhanh chóng tạo thành muối của acid béo và glycerol Xà phòng tạo ra có thể được kết tủa trong nước muối như NaCl, CaCl2 và thu

lại được glycerol

Đối với dầu gấc, xà phòng hóa kết hợp với xử lý dung môi giúp loại bỏ được một lượng lớn các acid béo, hỗ trợ dung môi tách carotenoid được dể dàng hơn, nhằm tạo

cơ sở bước đầu cho các giai đoạn trong quá trình tinh sạch sau, tạo nên tinh thể carotenoid giá trị cao như lycopen, phục vụ được cho những ứng dụng carotenoid cao cấp hơn

 Cơ chế của phản ứng xà phòng hóa

Cơ chế phản ứng được giải thích dựa trên thuyết thế ái nhân acyl Anion hydroxyd sẽ tấn công vào nhóm cacbonyl của ester, lập tức tạo thành orthoester Orthoester sẽ tách thành hydroxide và alkoxide, sau đó proton được chuyển giao nhanh chóng và hoàn thành phản ứng

Hình 2.15: Cơ chế phản ứng xà phòng hóa

2.5 Vai trò c ủa propylen glycol [22, 23]

Propylen glycol hay 1,2-propandiol là hợp chất hữu cơ không màu, không mùi,

nhớt và có vị hơi ngọt

Công thức phân tử: C3H8O2

Trọng lượng phân tử: 76.09 g/mol

Propylen glycol được sản xuất từ propylen oxid hay tổng hợp từ glycerol Propylen glycol rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm (dung môi để pha chế thuốc tiêm, thuốc uống…), thực phẩm (phụ gia giữ ẩm), mỹ phẩm (chất giữ ẩm trong

phấn, kem thoa… chất mang trong dầu thơm )…

Bên cạnh đó, propylen glycol còn được sử dụng như là một dung môi hữu cơ, để chiết tách các hợp chất sử dụng cho thực phẩm và dược phẩm bởi khả năng gây độc cho cơ thể thấp so với nhiều loại dung môi hữu cơ khác Khả năng gây độc đối với cơ

thể của một số loại dung môi thường sử dụng được trình bày ở bảng 2.6

B ảng 2.6: Liều gây độc của một số loại dung môi [22]

là 0.14g, chiếm 70% trong tổng số chất màu của nguyên liệu

Trong quá trình tinh sạch carotenoid từ dầu gấc, nguồn nguyên liệu giàu carotenoid, đặc biệt là hàm lượng lycopen và β-caroten, đề tài lựa chọn sử dụng propylen glycol như dung môi để tách carotenoid ở dầu gấc đã được xà phòng hóa để loại bớt các acid béo Propylen glycol với LD50 cao là 25 ml/kg đồng nghĩa với khả năng gây độc thấp với cơ thể nên thích hợp cho việc sử dụng để tinh sạch carotenoid, ứng dụng được cho những mục đích cao cấp như dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm chức năng…

Chương 3

3.1 Nội dung nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu cô đặc, chiết tách carotenoid từ dầu gấc đã được nêu trong mục 1.2, nội dung cơ bản của đề tài được trình bày trong hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu

Dầu gấc nguyên liệu sau khi được đem xác định thành phần, đặc tính lý hóa Sẽ được tiến hành thí nghiệm lọc tiếp tuyến nhằm cô đặc hàm lượng carotenoid Hàm lượng carotenoid trong sản phẩm (cả permeat và retentat) được so sánh với dầu gấc nguyên liệu Bên cạnh đó, dầu gấc được cô đặc sau quá trình lọc sẽ tiến hành thí nghiệm xà phòng hóa kết hợp với dung môi hữu cơ, nhằm mục đích loại bỏ những thành phần acid béo trong dầu và tăng nồng độ carotenoid

Lọc tiếp tuyến

Dầu gấc

Phân tích thành phần, đặc tính hóa lý

Xác định hàm lượng carotenoid

Chiết tách carotenoid (Xà phòng hóa bằng NaOH

kết hợp với xử lý dung môi Propylenglycol )

3.2 V ật liệu và hóa chất

3.2.1 Dầu gấc

Dầu gấc nguyên chất được chiết bằng phương pháp ép nóng từ màng hạt gấc

3.2.2 Hóa ch ất

• Butylated hydroxyanisole BHA

• Propylen Glycol (propane-1,2-diol)

• Aceton

• Natri hydroxit NaOH

Các hóa chất sử dụng trong đề tài chủ yếu có nguồn gốc từ Trung Quốc

3.3 Thiết bị

• Máy khuấy từ MR-Hei Standard

• Tủ sấy Memmert UNB 400, Đức

• Cân phân tích 4 số Sartorius TE214S

• Máy quang phổ Thermospectronic

• Hệ thống lọc tiếp tuyến ( Bộ môn Công Nghệ Hóa Học thiết kế chế tạo) Các dụng cụ thủy tinh : erlen, becher, pipet, đũa khuấy, ống đong, ống nghiệm

Dụng cụ khác : dao, khay nhựa, thau nhựa…

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Xác định thành phần, đặc tính hoá lý của dầu gấc

Mục đích: đánh giá các tính chất hóa lý của nguyên liệu như kích thước hạt, hàm

lượng carotenoid, độ nhớt, tỷ trọng… giúp cho việc tính toán và lựa chọn màng lọc thích hợp

3.4.1.1 Xác định tỷ trọng của dầu gấc

Phương pháp tiến hành: dầu gấc được tiến hành xác định tỷ trọng bằng bình đo

tỷ trọng, chi tiết nội dung này được trình bày ở phụ lục 1

3.4.1.2 Xác định hàm lượng carotenoid tổng

Phương pháp tiến hành: dầu gấc nguyên liệu được tiến hành đo hàm lượng

carotenoid bằng phương pháp đo quang ở bước sóng 473 nm