Nghiên cứu nâng cao chất lượng dầu cá ngừ bằng cách làm giàu axit béo không no đa nối đôi (n3 pufa) theo phương pháp kết tinh với ure ở nhiệt độ thấp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA HÓA HỌC === === ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG DẦU ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG CÁCH LÀM GIÀU AXIT BÉO KHÔNG NO ĐA NỐI ĐÔI (n3-PUFA) THEO PHƢƠNG PHÁP KẾT TINH URE Ở NHIỆT ĐỘ THẤP” Giáo viên hƣớng dẫn : TS LÊ TẤT THÀNH PGS TS TRẦN ĐÌNH THẮNG Sinh viên thực : HỒNG THỊ HẢO Lớp : 52K3 – Công nghệ thực phẩm MSSSV : 1152043895 VINH - 5/2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới PGS TS Trần Đình Thắng giao đề tài, nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Tất Thành - Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên - Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giao đề tài tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện trang thiết bị, phòng thí nghiệm, tài liệu nghiên cứu có đóng góp q báu q trình thực đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn ThS Trần Quốc Tồn, ThS Hồng Thị Bích anh chị công tác Trung tâm Nghiên cứu Phát triển sản phẩm thiên nhiên, Phịng Hóa Sinh Hữu - Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên - Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam quan tâm, tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để làm đồ án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, anh chị nghiên cứu sinh cơng tác Trung tâm phân tích chuyển giao công nghệ Thực phẩm -Môi trường, trường Đại học Vinh bảo, truyền đạt kinh nghiệm q báu giúp tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm chia sẻ khó khăn động viên tơi hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên, đồ án chắn cịn nhiều thiếu sót, mong q thầy bạn góp ý để đồ án hoàn thiện hơn, giúp học hỏi, rút kinh nghiệm cho công tác nghiên cứu sau Cuối cùng, lần xin gửi đến tất người quan tâm, giúp đỡ chúng tơi hồn thành đồ án lời cảm ơn chân thành ! Vinh, ngày 25 tháng năm 2016 Sinh Viên HOÀNG THỊ HẢO MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC SƠ ĐỒ DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan cá ngừ 1.1.1 Nguồn lợi cá ngừ đại dương 1.1.2 Một số loại cá ngừ Việt Nam 1.1.3 Tình hình khai thác, tiêu thụ chế biến cá ngừ 1.1.4 Phế liệu cá ngừ 1.2 Tổng quan PUFA 1.2.1 Khái niệm lipit 1.2.2 Khái niệm PUFA 10 1.2.3 Phân loại 10 1.2.4 Vai trị axit béo khơng no người 13 1.3 Các phương pháp làm giàu PUFA 15 1.3.1 Phương pháp chất lỏng siêu tới hạn kết hợp màng lọc 15 1.3.2 Phương pháp kết tinh phân đoạn 16 1.3.3 Phương pháp kết tinh ure 17 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đối tượng nghiên cứu 20 2.2 Phương pháp nghiên cứu 20 2.2.1 Xác định hàm lượng lipit tổng 20 2.2.2 Phương pháp thủy phân lipit tổng 20 2.2.3 Phương pháp làm giàu PUFA ure 21 2.2.4 Xác định thành phần hàm lượng acid béo đa nối đôi PUFA 21 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23 3.1 Quy trình phân lập làm giàu axit béo không no đa nối đôi từ cá ngừ phương pháp kết tinh ure 23 3.2 Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến quy trình làm giàu PUFA phương pháp kết tinh với ure 25 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ FFA/ ure đến hiệu suất kết tinh 25 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ ure/etanol đến hiệu suất kết tinh 27 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh 28 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất kết tinh 29 3.2.5 Kết khảo sát trình làm giàu PUFA điều kiện tối ưu 30 3.3 Kết phân tích hàm lượng axit béo khơng no đa nối đôi trước sau kết tinh 30 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 PHỤ LỤC 39 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình ảnh loại cá ngừ nhỏ, ven bờ Hình 1.2 Hình ảnh loại cá ngừ đại dương Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ FFA/ ure đến hiệu suất kết tinh 26 Hình 3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ ure / etanol đến hiệu suất kết tinh 27 Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh 28 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất kết tinh 29 Hình 3.5.Sắc kí đồ hỗn hợp axit béo tổng từ đầu cá ngừ vây vàng 31 Hình 3.6.Sắc kí đồ hỗn hợp axit béo làm giàu phương pháp kết tinh với ure 31 Hình 3.7 Biểu đồ so sánh hàm lượng axit béo trước sau kết tinh 33 Hình 3.8 Kết tinh ure 33 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng tổng hợp nguồn số liệu, trữ lượng cá ngừ vằn, cá ngừ vây vàng cá ngừ mắt to vùng biển xa bờ miền Trung Đông Nam Bộ Bảng 1.2 Thành phần khối lượng cá ngừ đại dương Bảng 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ FFA/ ure đến hiệu suất kết tinh 26 Bảng 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ ure: dung môi đến hiệu suất kết tinh 27 Bảng 3.3.Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh 28 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất kết tinh 29 Bảng 3.5 Bảng kết thí nghiệm điều kiện tối ưu 30 Bảng 3.6 Số liệu phân tích thành phần hàm lượng axit béo (% so với tổng axit béo) hỗn hợp axit béo trước sau kết tinh (mẫu đầu) 32 DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Sơ đồ chiết tách thủy phân lipit tổng từ đầu cá ngừ 23 Sơ đồ 2.2 Sơ đồ làm giàu PUFA phương pháp kết tinh với ure 25 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT PUFA: Poly Unsaturated Fatty Acid; EFA: Essential Fatty Acid; EPA: EicosaPentaenoic Acid; DHA: DocosaHexaenoic Acid; DPA: DocosaPentaenoic Acid; GLA: Gamma-linoleic Acid; AA: Arachidonic Acid; FFA: Free Fatty Acid; MS: Multiple Sclerosis; ADHD: Hyperactivity and attention deficit disorder; PAD: Peripheral arterial disease; AD: Atopic Dermatitis; HDL: High densitylipoprotein; TG/HDL: Triglycerides/High densitylipoprotein; SFA: Saturated Fatty Acid; MUFA: MonoUnsaturated Fatty Acid MỞ ĐẦU Dầu cá biển từ lâu biết đến nguồn cung cấp axit béo không no nhiều nối đôi (PUFA), đóng vai trị quan trọng sức khoẻ dinh dưỡng người Trong dầu cá biển thường bao gồm hàm lượng axit omega-3 lớn, đặc biệt EPA DHA Hầu hết axit béo không no đa nối đôi không tham gia vào việc phát triển, trì sức khoẻ mà cịn tham gia vào cấu tạo thành phần tế bào chu trình chuyển hố thể Một số axit béo khơng no gan có liên quan mật thiết tới hoạt động sinh lý gan số phận khác thể sống Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng, PUFA có khả ngăn ngừa giúp điều trị nhiều bệnh tật tăng cường chức gan, thận, chống béo phì, giảm suy nhược thể, chống lão hoá, bệnh Alzhermer, tiểu đường, chống viêm, ngăn ngừa bệnh ung thư, v.v Trong năm gần đây, ngành khai thác đánh bắt thuỷ sản nước ta trọng phát triển mạnh.Trong trình chế biến thuỷ sản thường phát sinh lượng phế phụ phẩm đáng kể mỡ, gan, đầu, nội tạng.Việc tận dụng phế phụ phẩm để sản xuất chế phẩm giàu PUFA vừa góp phần nâng cao giá trị kinh tế ngành chế biến thuỷ sản vừa giải vấn đề ô nhiễm môi trường Cho đến nay, công nghệ chế biến dầu cá nước ta lạc hậu, đa số dầu cá chế biến ép nhiệt sản phẩm có chất lượng thấp Chính vậy, dầu cá nước ta chủ yếu thương lái thu mua bán thơ cho nước ngồi, nhiều Trung Quốc với giá rẻ Để nâng cao chất lượng dầu cá, yế tố quan trọng làm giàu axit béo không no đa nối đơi Trên giới, có nhiều phương pháp khác tạo tinh thể nhiệt độ thấp, kết tinh với urê, lọc phân tử, tạo kết tủa với ion bạc Tuy nhiên, phương pháp đơn giản hiệu để thu nhận axit béo không no đa nối đôi làm giàu dạng axit béo tự từ dầu cá phương pháp kết tinh urê nhiệt độ thấp Nhằm mục đích nâng cao giá trị dinh dưỡng dầu cá với mục đích sử dụng dược phẩm, thực phẩm nuôi trồng thuỷ sản chất lượng cao lựa chọn thực đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng dầu cá ngừ cách làm giàu axit béo không no đa nối đôi (n3-PUFA) theo phƣơng pháp kết tinh với ure nhiệt độ thấp” với mục tiêu nghiên cứu đề tài là:  Thu nhận lipit tổng từ nguồn phế, phụ phẩm cá ngừ  Nâng cao hàm lượng axit béo PUFA (EPA DHA) dầu cá ngừ phương pháp kết tinh với ure PUFA mong muốn Nếu tỷ lệ lớn ure khơng đủ khả tạo phức với tất aixt béo no nối đơi, độ tinh thu khơng cao Tuy nhiên tỷ lệ nhỏ ure có khả tạo phức với số PUFA nhiều nối đơi, làm hiệu suất thu hồi PUFA thấp Trong thí nghiệm này, tỷ lệ FFA:ure thay đổi từ 1: đến 1:4 Tỷ lệ ure: dung môi giữ không đổi 1:4 nhiệt độ kết tinh 4oC với thời gian kết tinh Kết thể bảng 3.1 hình 3.1 Bảng 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ FFA/ ure đến hiệu suất kết tinh STT Tỷ lệ FFA: ure Hiệu suất kết tinh 1:1 10,22 1:2 42,35 1:3 60,62 1:4 58,15 Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ FFA/ ure đến hiệu suất kết tinh Qua kết bảng 3.1 cho thấy: Khi giảm tỷ lệ FFA: ure từ 1:1 đến 1:3 hiệu suất kết tinh tăng rõ rệt Điều giải thích phản ứng tạo phức ure với SFA chưa xảy hoàn toàn hàm lượng ure chưa đủ so với hàm lượng SFA có mẫu lipit ban đầu Tuy nhiên, tỷ lệ kết tinh tiếp tục giảm xuống tỷ lệ 1:4 hiệu suất kết tinh bắt đầu giảm Có thể giải thích đó, 26 hàm lượng ure dư nhiều dẫn đến không SFA, MUFA mà số PUFA bị giữ lại q trình kết tinh Do vậy, tơi lựa chọn tỷ lệ FFA:ure= 1:3 cho khảo sát 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ ure/etanol đến hiệu suất kết tinh Tỷ lệ ure: dung môi có khả ảnh hưởng tới khả làm giàu PUFA phương pháp Trong thí nghiệm này, tỷ lệ ure: dung môi thay đổi từ 3:8 tới 3:16 Tỷ lệ FFA:ure giữ không đổi 1:3 nhiệt độ kết tinh 4oC Kết thể hình 3.2 bảng 3.2 Bảng 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ ure: dung môi đến hiệu suất kết tinh STT Tỷ lệ ure : etanol Hiệu suất kết tinh 3:08 38,72 3:10 52,74 3:12 65,42 3:14 70,25 3:16 68,34 Hình 3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ ure / etanol đến hiệu suất kết tinh Kết khảo sát cho thấy hiệu suất kết tinh tăng tăng lượng etanol sử dụng Tuy nhiên tiếp tục tăng hàm lượng etanol hiệu suất kết tinh giảm Điều giải thích tỷ lệ ure:etanol cao, SFA MUFA bị tạo phức hết với 27 ure Khi sử dụng nhiều etanol có khả rửa phần lỏng khỏi phần rắn tốt hơn, nhiên, phức tạo thành bền hơn, giải phóng phần SFA MUFA vào phần lỏng, làm cho độ tinh PUFA pha lỏng giảm.Vậy khảo sát lựa chọn tỷ lệ ure:etanol= 3:14 cho trình làm giàu 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh Nhiệt độ kết tinh có ảnh hưởng đến độ tinh hiệu suất thu hồi chế phẩm thu Hơn nữa, cịn ảnh hưởng tới tính kinh tế q trình kết tinh.Tiến hành thí nghiệm với tỉ lệ ure/acid béo 2:1 nhiệt độ khác thời gian kết tinh 6h Kết thu được biểu thị bảng 3.3 hình 3.3 Bảng 3.3.Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh STT Nhiệt độ (oC) Hiệu suất kết tinh -10 69,87 -4 78,64 75,42 4 62,87 10 57,24 Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh Kết khảo sát cho thấy giảm nhiệt độ kết tinh, hiệu suất thủy phân tăng dần Điều giải thích nhiệt độ giảm trình tạo phức 28 ure với SFA MUFA dễ dàng bền vững Tuy nhiên, đến -4oC hiệu suất kết tinh bắt đầu giảm, để đạt hiệu suất tối ưu cho trình nghiên cứu, tơi chọn -4oC cho khảo sát 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất kết tinh Kết khảo sát thời gian kết tinh cho hiệu suất tối ưu thể bảng 3.4 hành 3.4 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất kết tinh STT Thời gian (giờ) Hiệu suất kết tinh(%) 58,87 72,64 10 80,21 12 85,92 14 90,54 16 89,56 100 Hiệu suất kết tinh(%) 90 80 70 60 50 40 10 12 14 16 18 Thời gian(giờ) Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất kết tinh Kết khảo sát cho thấy hiệu suất kết tinh tăng tỷ lệ thuận với thời gian kết tinh, nhiên, thời gian kết tinh đến 14 giờ, hiệu suất kết tinh có xu 29 hướng giảm, điều giải thích thời gian tạo phức 14 chưa đủ để MUFA SFA tạo phức hết với ure Khi vượt 14 giờ, PUFA có khả kết tinh với ure, làm hiệu suất kết tinh giảm.Vậy thời gian tối ưu cho trình kết tinh 14 Vậy điều kiện tối ưu cho trình kết tinh dầu từ phụ phẩm cá ngừ với ure là: - Tỷ lệ FFA:ure = 1:3 - Tỷ lệ ure : etanol = 3:14 - Nhiệt độ kết tinh = -4oC - Thời gian kết tinh = 14 3.2.5 Kết khảo sát trình làm giàu PUFA điều kiện tối ưu Làm thí nghiệm lặp lại trình kết tinh điều kiện tối ưu ta thu hiệu suất sau Kết thể bảng 3.5 Bảng 3.5 Bảng kết thí nghiệm điều kiện tối ưu STT Trung bình Sai số Hiệu suất kết tinh 92,32 92,40 92,57 92,43 0,03 Kết trình bày bảng 3.5 cho thấy hiệu suất quà trình làm giàu axit béo không no đa nối đôi điều kiện tối ưu đạt cao trung bình 92,43% 3.3 Kết phân tích hàm lƣợng axit béo không no đa nối đôi trƣớc sau kết tinh Các mẫu dầu cá ngừ trước sau kết tinh lấy mẫu, đo hàm lượng axit béo Kết thu sau: 30 Hình 3.5.Sắc kí đồ hỗn hợp axit béo tổng từ đầu cá ngừ vây vàng Hình 3.6.Sắc kí đồ hỗn hợp axit béo làm giàu phương pháp kết tinh với ure 31 Bảng 3.6 Số liệu phân tích thành phần hàm lượng axit béo (% so với tổng axit béo) hỗn hợp axit béo trước sau kết tinh (mẫu đầu) STT 3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Thành phần axit béo Hàm lƣợng axit béo trƣớc kết tinh 14:0 2,71 - 15:0 0,75 - 16:1n-9 16:1n-7 16:2n-6 16:0 17:1n-9 17:1n-7 17:0 18:4n-3 18:2n-6 18:1n-9 18:1n-7 18:0 19:0 20:4n-6 20:5n-3 EPA 20:3n-6 20:4n-3 20:1n-9 20:0 22:4n-6 22:6n-3 DHA 22:5n-3 22:1n-9 24:1n-9 Tổng SFA Tổng MUFA Tổng PUFA Tổng EPA+DHA 0,23 5,35 0,66 13,75 0,8 0,82 0,79 0,97 1,5 14,89 2,73 4,28 0,19 3,10 8,41 0,20 0,79 2,75 0,22 1,91 27,80 3,00 1,02 0,38 22,69 28,97 77,31 36,21 32 Hàm lƣợng axitbéo sau kết tinh 1,560 1,138 1,308 0,991 8,150 1,994 84,859 2,12 1,868 97,88 93,01 Hình 3.7 Biểu đồ so sánh hàm lượng axit béo trước sau kết tinh Hình 3.8 Kết tinh ure Kết phân tích cho thấy, sau kết tinh ure axit béo no hầu hết loại bỏ (