Khảo sát ảnh hường của sóng siêu âm đến hiệu suất trích ly dầu gấc bằng dung môi

1 P P H H   N N M M   Đ Đ   U U Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật và nhu cầu về thực phẩm của con người ngày càng cao. Những thực phẩm chức năng có giá trị dinh dưỡng cao càng được nhiều người quan tâm đến. Người Việt Nam sử dụng gấc và dầu gấc làm thuốc bổ cho phụ nữ mang thai, cho con bú, để phòng ngừa và tránh thiếu vitamin A, bệnh khô mắt, bệnh quáng gà ở trẻ em. Bên cạnh đó, dầu Gấc còn làm lành nhanh chóng các vết thương, vết bỏng và lở loét (Vũ Đình Trác (1986) được trích dẫn bởi Vương Lê Thuý (2002)). Theo Bùi Minh Đức và cộng sự (2004); Ngô Thị Thuỳ (2004) và Nguyễn Công Suất (2002) đã chỉ ra rằng dầu gấc góp phần làm tăng khả năng miễn dịch, chống lại sự lão hóa của tế bào và chống lại quá trình oxy hóa. Hơn nữa, những tác giả này cũng chỉ ra vai trò loại bỏ các tác động độc hại của môi trường như các chất độc hóa học, tia phóng xạ. Cũng theo Nguyễn Công Suất (2003) cho rằng thành phần  - carotene, lycopen và vitamin E trong dầu gấc có tác động trung hòa 75% các chất gây ung thư, đặc biệt đối với bệnh ung thư da. Có nhiều phương pháp trích ly dầu gấc, từ truyền thống đến hiện đại. Sử dụng sóng siêu âm hỗ trợ trong trích dầu gấc là một kỹ thuật hiện đại góp phần khắc phục một số nhược điểm của phương pháp truyền thống như giảm lượng dung môi, giảm thời gian ly trích so với phương pháp truyền thống. Trích ly có sự hỗ trợ của sóng siêu âm có nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu để tăng hiệu quả trích ly, đó là các thông số ảnh hưởng đến quy trình như dung môi, tỷ lệ dung môi - mẫu, nhiệt độ, thời gian ly trích, nguồn năng lượng sóng siêu âm để đạt hiệu quả cao nhất. Với những công dụng ưu việc của dầu gấc, bên cạnh đó để tận dụng được nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú của đất nước, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Khảo sát ảnh hường của sóng siêu âm đến hiệu suất trích ly dầu gấc bằng dung môi ” để góp phần đa dạng nguồn thực phẩm và nâng cao giá trị sử dụng của trái Gấc Việt Nam. 2 Do gấc chỉ được trồng và phân bố rộng rãi tại một số nước ở Châu Á nên các công trình nghiên cứu được công bố còn rất ít, chủ yếu ở quy mô phòng thí nghiệm. Từ những tham khảo chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu sản xuất dầu gấc với phương pháp: Phương pháp sử dụng sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Nhằm mục đích sử dụng phương pháp tiên tiến để góp phần bổ sung, phong phú thêm phương pháp trích ly dầu gấc, hiệu suất trích ly dầu và hàm lượng bêta – carotene được cao. Mục tiêu của đề tài là nâng cao hiệu suất trích ly dầu gấc và hàm lượng carotene bằng tiền xử lý sóng siêu âm . Trên cơ sở đó, chúng tôi sẽ so sánh hiệu quả giữa việc trích ly dầu gấc bằng dung môi hexan có sự hỗ trợ của sóng siêu âm với việc trích ly dầu gấc bằng dung môi hexan không có sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Để đạt được các mục tiêu trên, chúng tôi sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu sau: Trích ly dầu gấc bằng dung môi có sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ Với việc khảo sát các thông số liên quan: Khảo sát ảnh hưởng của công suất Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 3  T T   N N G G Q Q U U A A N N 1.1. TNG QUAN V GC 1.1.1. Nguồn gốc Tên tiếng Anh: Chinese bitter melon hay chinese bitter cumcumbe.r Tên khoa học: Momordica cochinchinensis. Gấc là loại cây leo thuộc họ bầu bí (Cucurbitaceae). Gấc thuộc chi momordica – L, có khoảng 45 loài trên thế giới, đa số là cây trồng, tập trung chủ yếu ở vùng nhiệt đới, Châu Phi và Châu Mỹ. Châu Á có 5÷7 loài, trong đó Việt Nam có 4 loài. Gấc được trồng chủ yếu ở Ấn Độ, Trung Quốc, Philipin, Lào …(Vương Lộc và các cộng sự, 2002) Gấc là loại cây thân thảo dây leo hàng năm thuộc chi mướp đắng, là loài đơn tính khác gốc (dioecious) cuối đông sau khi thu hoạch quả người ta chặt đốn tận gốc, sang xuân cây lại leo lên tươi tốt. Từ gốc mọc ra nhiều thân mới, mỗi dây có nhiều đốt, mổi đốt có lá. Lá Gấc nhẵn mọc so le, hình thùy chân vịt, chia thùy khá sâu, lá to dài từ 10 – 25cm, mặt trên xanh lục thẫm, phía dưới màu xanh nhạt. Hoa Gấc màu vàng nhạt, đơn tính, nở vào tháng 5, 6 ở phía Bắc, trong Nam có nhiều vụ (Nguyễn Thiện Luân và cộng sự, 1999). Trung bình, cần khoảng 18 – 20 ngày để quả có thể chín từ khi nụ hoa cái xuất hiện. Một cây có thể cho khoảng 30 – 60 quả trong một năm (WHO (1990) được trích dẫn bởi Vương Lê Thuý (2002)). Quả Gấc hình tròn hay hình bầu dục, có chiều dài từ 6 – 10cm và chiều rộng là 4 – 6cm. Loại quả này có màu xanh lục, có gai, khi chín chuyển dần từ màu vàng sang màu đỏ. Bên trong lớp vỏ là lớp thịt vàng, mềm, kế tiếp là những hạt gấc được bao bọc bởi màng màu đỏ máu, xếp hàng dọc. Hạt Gấc màu đen, hình tròn dẹt giống con ba ba nhỏ, có răng cưa (Nguyễn Hồng Khánh và cộng sự, 2004), trong hạt có nhân trắng chứa nhiều dầu. Ở Việt Nam, trọng lượng quả khoảng 500g – 1600g (Vương Lê Thuý, 2004). Một kg quả Gấc bao gồm khoảng 190g màng và 130g hạt. Màng hạt khi chín có vị thơm dễ chịu hoặc không có mùi (Vương Lê Thuý, 2002). Tất cả các bộ phận của 4 Momordica cochinchinensis đều có thể được sử dụng trong y học truyền thống (Đỗ Tất Lợi, 1991). Hình 1.1 Trái gấc Có 2 loại Gấc được trồng phổ biến ở Việt Nam là:  Gấc Nếp: Trái to, nhiều hạt, gai to, ít gai. Khi chin chuyển sang màu đỏ cam rất đẹp. Bổ trái ra, bên trong cơm vàng tươi, màng bao bọc hạt có màu đỏ tươi rất đậm.  Gấc Tẻ: Trái nhỏ, có ít hạt, gai nhọn. Trái chin bổ ra bên trong cơm có màu vàng và màng bao bọc hạt thường có màu đỏ nhạt hoặc màu hồng không được đỏ tươi như Gấc nếp. 5 Do đó, ta thường chọn Gấc Nếp để chế biến thực phẩm vì Gấc Nếp trái to, khi chín nhiều cơm và có màu sắc đẹp, chất lượng tốt. 1.1.2. Tình hình sản xuất và phân phối Ở Việt Nam, trước đây Gấc mọc hoang dã hay được trồng ở một số gia đình để nấu xôi hay sử dụng cho y học truyền thống. Hiện nay người ta bắt đầu trồng trọt ở quy mô công nghịêp để thu lấy dầu từ màng Gấc, màu và dầu từ hạt Gấc, chế biến các thức uống dinh dưỡng cũng như các sản phẩm khác. Gấc được trồng nhiều ở vùng Trung Du và Đồng Bằng Bắc Bộ. Dọc theo sông Tiền trồng Gấc rất tốt, có dây Gấc lâu năm gốc to đường kính đến 15 – 20 cm. Trên diện tích 5 m 2 dây Gấc có thể cho 100 – 200 quả/năm. Hình 1.2 Trái Gấc Nếp Hình 1.3 Trái Gấc Tẻ 6 Giá trị dinh dưỡng của quả gấc: Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của gấc Thành phần dinh dưỡng 100g ăn được Đơn vị Nước 77,0 g Protein tổng số 2,1 g Lipid 7,9 g Glucid tổng 10,5 g Khoáng + Ca + P 0,7 56 6,4 g mg mg Vitamine A 7630 mcg -caroten 46780 mcg Nguồn: Từ Giấy, 1994 Bảng 1.2: Thành phần muối khoáng và các vitamin trong các loại quả Loại quả Muối khoáng mg trong 100 g Vitamin (IU) Ca P Fe Caroten A B 1 B 2 PP C Gấc 56 6,4 0,00 91,60 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Đu đủ 24 16 0,50 0,20 0,00 0,06 0,03 0,40 8 Cà rốt 43 39 0,80 5,00 0,00 0,06 0,06 0,40 8 Chuối tiêu 8 28 0,60 0,12 0,00 0,04 0,05 0,70 6 Nguồn: Trần Đức Ba, 2000 7 Bảng 1.3: Thành phần acid béo trong thịt hạt gấc Tên acid mg trên 100g thịt hạt % acid béo Loại acid Myristic 89 0,87 No Palmytic 2248 22,04 No Palmytoleic 27 0,26 Chưa no Stearic 720 7,06 No Oleic 3476 34,08 Chưa no Vaccenic 115 1,13 Chưa no Linoleic 3206 31,43 Chưa no Nguồn: Stephen R Dueker, Le thuy Vuong, 1998 Hình 1.4: Thành phần lycopen trong một số loại rau quả (Nguồn: Vuong et al., 2003) Theo trên hình 1.4, ta thấy hàm lượng Lycopen trong gấc chiếm tỷ lệ rất cao. 8 1.1.3. Thành phần hóa học của màng gấc: - Trong màng đỏ hạt gấc Guichard và Bùi Đình Sang (1941) đã chiết được 8% dầu màu đỏ máu, mùi thơm ngon đặc biệt, vị béo, không khé cổ. Nếu tính từ quả hiệu suất chừng 1,9 lít đối với 100 kg quả tươi. Dầu gấc có chỉ số axit 2, chỉ số iôt 72; gồm 44,4% axit oleic; 7,69% axit stearic; 33,8% axit palmitric; 14,7% axit linoleic là 1 loại vitamin F ( Nguyễn Văn Đàn – Phạm Kim Mãn _ Thông báo dược liệu 2-1996 ). - Dầu này nếu để lâu ở nhiệt độ 0-5 o C sẽ có cặn thuộc nhóm tinh thể caroten. Năm 1942 trong điều kiện phòng thí nghiệm P.Bonnet và Bùi Đình Sang đã chiết được từ 2017kg quả gấc 38 lít dầu gấc và 0,3 kg tinh thể caroten nữa. Các tác giả này tính rằng trong 1ml dầu gấc có tới 30mg caroten tương ứng 30.000 đơn vị caroten hay 50.000 đơn vị quốc tế vitamin A. Dầu màng gấc là nguồn nguyên liệu quý cho nhiều α-caroten hơn so với dầu cá (1ml dầu cá chứa 1000 đơn vị vitamin A quốc tế ) và nhiều lycopen hơn α-caroten. Dầu màng gấc cần được bảo quản trong đồ bao gói kín, tránh ánh sáng, để nơi mát. - Ngoài ra còn có 1 số chất vi lượng cần thiết cho cơ thể như Cu, Fe, coban và đặc biệt kẽm (rất cần thiết cho người bệnh mãn tính về gan) và selenium là một chất mới được biết rất cần thiết để phòng chống ung thư. 1.1.3.1. Lipit: - Thành phần chính của lipit trong màng gấc là chất béo. Trong lĩnh vực hóa học hữu cơ, chất béo có nghĩa là 1 hợp chất hóa học dạng este phức tạp được tạo thành từ glixerin và axit béo. Thông thường nhóm hợp chất lipit gồm có: chất béo và các chất tương tự chất béo. Các chất này có khả năng hòa tan mạnh trong các loại dung môi hữu cơ không cực như: hecxan, clorofoc, ete, etylic và petrol…trên thực tế không tan trong nước. - Lipit cũng có khả năng hòa tan vào chất béo. Từ độ hòa tan mạnh của lipit trong dung môi không cực dẫn tới khả năng có thể dễ dàng tách chúng ra khỏi các hợp chất hữu cơ ở dạng liên kết yếu với lipit hoặc dạng tự do có trong màng. Một số chất thuộc 9 nhóm lipit trong màng lại liên kết hóa học với gluxit và protit nên khi dùng biện pháp hòa tan bằng dung môi hữu cơ không thể tách chúng ra được. Để tách những lipit liên kết này cần thiết phải sơ bộ phá phức chất protit-lipit hoặc gluxit-lipit bằng cách dùng rượu etylic hoặc axeton, cũng có thể phá vỡ 1 phần lipit liên kết bằng cách gia nhiệt hoặc thậm chí trong 1 số trường hợp có thể bằng nghiền mịn. 1.1.3.2.  - Caroten: - Caroten công thức chung là C 40 H 56 , trong dầu chúng là 1 hỗn hợp gồm 2 dạng ỏ và -caroten làm cho dầu có màu vàng. Tỷ lệ giữa 2 cấu tử có thể khác nhau tùy thuộc vào loại dầu. Caroten ở dạng tinh khiết là 1 chất rắn có màu đỏ chói, dễ dàng kết tinh bằng dung môi hữu cơ. Ngoài đặc tính màu các hợp chất này còn có tính ẩn vitamin bởi vì chúng dễ dàng chuyển hóa thành vitamin A trong cơ thể động vật. Caroten rất bền với kiềm nhưng dễ dàng bị ánh sáng và chất oxi hóa làm biến đổi. Hình 1.5: Công thức cấu tạo  - Caroten -  - Caroten dưới tác dụng của men carotenaza có trong gan và thành ruột, 1 phân tử -caroten được chuyển thành 2 phân tử vitamin A, nhưng trên thực tế, hiệu suất lý thuyết đó không bao giờ đạt được trong cơ thể sinh vật. Do đó liều dùng của - caroten thường gấp đôi liều dùng của vitamin A. Vitamin A rất cần cho cơ thể, có ảnh hưởng tới sự chuyển hóa lipit, nguyên tố vi lượng và photpho, nó duy trì sự hoàn chỉnh của biểu mô như da và niêm mạc, với sự có mặt của vitamin A các tế bào biểu H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 H 3 C  - Caroten 10 mô được kích thích để sản sinh ra chất nhầy và nếu thiếu vitamin A các tế bào biểu mô này sẽ teo đi thay vào đó là các tế bào sừng hóa, điển hình là bệnh khô mắt, tế bào giác mạc bị sừng hóa làm mất độ trong suốt của giác mạc dẫn tới mù lòa. Trong phạm vi thị giác, vai trò của vitamin A đã được xác định rõ, nó tham gia vào sự hình thành chất rhodopsin, nếu chế ăn uống thiếu vitamin A thì nồng độ chất rhodopsin ở võng mạc sẽ giảm xuống, các que võng mạc có biến đổi về hình dạng dẫn tới những rối loạn về thị giác nhất là trong lúc hoàng hôn như bệnh quáng gà. - Vitamin A còn là 1 yếu tố cần cho sự sinh trưởng. Những phụ nữ có thai và trẻ sơ sinh có nhu cầu vitamin A lớn hơn người thường 3,5 - 5mg một ngày). Vitamin A có tác dụng tăng sức đề kháng của cơ thể, chống nhiễm khuẩn ở mọi lứa tuổi (đặc biệt ở trẻ em) dùng bôi lên các vết thương, vết loét, vết bỏng làm cho chóng lành và trong bệnh lao phổi. Bảng 1.4: Hàm lượng β- carotene trong một số loại thực phẩm Tên thực phẩm β- carotene (mcg) Tên thực phẩm β- carotene (mcg) Gấc 52520 Dưa hấu 4200 Ớt vàng to 6650 Cải trắng 2365 Rau ngót 5790 Rau ôm 2325 Rau húng 5550 Rau muống 2280 Tía tô 5520 Đu đủ chín 2100 Rau dền cơm 5300 Cần ta 2045 Cà rốt 5040 Rau bí 1940 Cần tây 5000 Rau mồng tơ 1920 Rau đay 4560 Trái hồng đỏ 1900