Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình chiết là áp suất chiết, nhiệt độ chiết,tốc độ dòng của CO2 và thời gian chiết. Trong khi thời gian chiết chủ yếu ảnh hưởng đến hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hầu như không ảnh hưởng đến hàm lượng γ-oryzanol chiết thì các yếu tố còn lại liên quan đến cả hiệu suất dầu cám gạo và hàm lượng γ-oryzanol chiết được [11, 12, 26]. Vì vậy trong một khoảng thời gian nhất định, cố định lần lượt 2 trong 3 yếu tốáp suất, nhiệt độ và tốc độ dòng CO2 và thay đổi điều kiện còn lại, khảo sát hiệu suất dầu cám gạo chiết đượcvà hàm lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo tại mỗi điều kiện. Từ đó chọn ra được các điều kiện chiết hiệu quả.
Tham khảo các nghiên cứu trước [11, 26], tiến hành khảo sát chiết 50g mẫu cám C2m bằng dung môi CO2 siêu tới hạn ở các điều kiện như sau:
- Áp suất: 350 – 450 bar.
- Nhiệt độ: 40 – 80 oC
- Tốc độ dòng CO2: 20 – 30 g/phút.
- Thời gian chiết xuất: 0 – 120 phút.
2.3.3.Xác định chỉ số acid, độ acid
Xác định chỉ số acid, độ acid theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6127:2007).
- Dung dịch kali hydroxyd (đã được chuẩn độ bằng dung dịch acid oxalic chuẩn 0,01N)
- Pha hỗn hợp dung môi ethanol 96% và diethyl ether tỉ lệ thể tích 1:1
- Trung hòa hỗn hợp dung môi bằng dung dịch kali hydroxyd.
Tiến hành:
- Cân 10g mẫu dịch chiết cám gạo cho vào bình nón 250ml.
- Thêm 50ml hỗn hợp dung môi đã trung hòa và hòa tan phần mẫu thử bằng cách làm nóng nhẹ.
- Sau khi thêm khoảng 0,5 ml chất chỉ thị phenolphtalein, chuẩn độ bằng dung dịch kali hydroxyd. Việc chuẩn độ được coi là kết thúc khi thêm một giọt kiềm làm đổi màu dung dịch sang hồng nhạt (ổn định trong ít nhất 15s).
Chỉ số acid WAV, hoặc hàm lượng acid béo tự do, WFFA được ghi lại như sau:
- Đến hai chữ số thập phân đối với các giá trị từ 0 đến 1; - Đến một chữ số thập phân đối với các giá trị từ 1 đến 100;
- Lấy đến số nguyên đối với các giá trị > 100. Đối với các phép tính sau đây, hàm lượng acid béo tự do (độ acid) xấp xỉ được tính từ:
WFFA = 0,5 x WAV
Chỉ số acid, WAV , được tính theo công thức sau: WAV =
Trong đó:
- c là nồng độ của dung dịch chuẩn natri hydroxyd hoặc kali hydroxyd đã sử dụng, tính bằng mol trên lít (mol/l);
- V là thể tích của dung dịch chuẩn natri hydroxyd hoặc kali hydroxyd đã sử dụng, tính bằng mililit (ml);
- m là khối lượng phần mẫu thử, tính bằng gam (g).
2.3.4. Hiệu suất chiết xuất dầu cám gạo.
Hiệu suất chiết xuất dầu cám gạo được tính theo công thức:
H = x 100
Trong đó:
- mdầu: khối lượng dầu cám chiết xuất được bằng dung môi (g).
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Kết quả nghiên cứu
3.1.1. Xây dựng phương pháp định lương γ-oryzanol trong dầu cám gạo
Xác định phổ hấp thụ cực đại của γ-oryzanol trong dầu trong dung môi n- heptan
Pha dung dịch γ-oryzanol chuẩn nồng độ 15 ug/ml trong n-heptan, tiến hành quét phổở bước sóng 800-200 nm, xác định λmax và độ hấp thụ tại λmax.
Kết quả: bước song hấp thụ cực đại của dung dịch γ-oryzanol chuẩn nồng độ 15ug/ml trong n-heptanlà 315 nm và 290 nm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây và phù hợp với tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
Hình 3.1. Phổ hấp thụcủa γ-oryzanol chuẩn trong dung môi heptan Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang và nồng độ γ- oryzanol
Tiến hành thí nghiệm như phương pháp đã nêu ở phần 2.2.1 thu được kết quả độ hấp thụ quang của γ-oryzanol chuẩn tại các nồng độ 4, 8, 10, 12,16 (µg/ml) tại bước sóng cực đại λ = 315 nm như bảng 3.1 và hình 3.1.
Bảng 3.1. Độhấp thụquang của γ-oryzanol chuẩn tại các nồng độ khác nhau
Hình 3.2: Đường chuẩn sựphụthuộc giữađộhấp thụquangvà nồng độ γ-oryzanol
Nhận xét:
R2 = 0,9997 > 0,995 chứng tỏ sự tuyến tính giữa mật độ quang và nồng độ γ-oryzanol trong khoảng nồng độ từ 4-12 µg/ml.
Kết luận:
Như vậy có thể định lượng γ-oryzanol trong dầu cám gạo bằng phương pháp đo quang tại bước sóng cực đại λ = 315 nm.
Nồng độ γ-oryzanol trong dầu cám gạo được tính theo phương trình: A = 0,054 × C + 0,013 (A: độ hấp thụ quang, C: nồng độ γ-oryzanol).
3.1.2. Xử lý ổn định chất lượng cám gạo
- Cám xát (C1) là phần cám thu được ở lần xát thứ nhất, cám có màu vàng đậm, bao gồm có vỏ trấu, 1 phần gạo, và lớp cám ngoài cùng.
- Cám xoa (C2) là phần cám thu được khi đánh bóng hạt gạo sau khi xát lần thứ nhất,
cám có màu trắng ngà, bao gồm có 1 phần gạo, mầm hạt gạo, lớp cám bên trong.
- Trong quá trình nghiên cứu, chủ nhiệm đề tài tiến hành rây C2 qua cỡ rây 180µm, thu được cám mịn (C2m).
Kết quả khảo sát 2 loại cám C1, C2 được trình bày trong bảng dưới đây
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá sơ bộ cám nguyên liệu
Tên mẫu
C1
C2
C2m
C2m : là mẫu thu được khi rây C2 qua rây 180 µm, khối lượng chiếm khoảng 30% mẫu C2.
Kết quả cho thấy, phần cám xát có hàm lượng dầu cao hơn. Tuy nhiên, khi nghiên cứu đến phần cám mịn rây ra từ cám xoa (chủ yếu loại bỏ phần gạo vụn) hàm lượng dầu thu được tương đương với cám xát. Do đó, đề tài lựa chọn mẫu C2m để xử lý ổn định chất lượng.
Cám gạo được sấy ở nhiệt độ 140oC trong 10 phút, sau đó sấy 900C đến khô trong thời gian 60 phút.
Hàm lượng acid béo tự do được định lượng tại các thời điểm sau khi xay xát, sau khi sấy 0, 1, 2, 4, 6, 8 tháng. Kết quả thu được như sau:
Bảng 3.3. Kết quảkhảo sát hàm lượng acid béo tự do trong cám trước và sau khi xử lý nhiệt
Thời điểm Hàm acid do (%)
Hình 3.3. Biểu đồbiểu diễn sự thay đổi hàm lượng acid béo tự do theo thời gian Kết quả sự thay đổi hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo cho thấy phương pháp sấy tầng sôi đã ổn định được chất lượng dầu cám gạo, làm bất hoạt tác dụng của enzym lipase. Cám gạo sau xử lý nhiệt có thể bảo quản được trong thời gian dài mà không bị phân hủy, có mùi ôi khét.
3.1.3. Khảo sát các điều kiện chiết xuất
Khảo sát khoảng thời gian chiết xuất
-Khối lượng cám: 50g cám C2m.
-Nhiệt độ: 40ºC.
-Áp suất: 350 bar.
-Tốc độ dòng CO2: 25g/phút.
Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1. Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4.
Kết quả thu được như trong bảng 3.4 và hình 3.4.
Bảng 3.4. Hiệu suất chiết dầu cám gạovà hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi thời gian chiết
Thời gian (phút)
30 phút 60 phút 120 phút 180 phút
Hình 3.4. Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi thời gian chiết
Nhận xét: Khităng thời gian chiết thì hiệu suất dầu cám gạo tăng lên còn hàm lượng γ–oryzanol trong dầu cám thì hầu như không thay đổi (khoảng 0,27 – 0,28%). Tốc độ chiết dầu cám gạo giảm dần theo thời gian, lượng dầu chiết được ở thời điểm 120 phút và 180 phút tương đương nhau lần lượt là 14,48% và 14,52%. Kết quả này cho thấy sau 120 phút chiết xuất thì lượng dầu trong cám đã được chiết kiệt.
Nguyên nhân là do càng về sau thì lượng dầu trong cám càng ít đi, do vậy làm giảm tốc độ chiết dầu cám.
Kết luận: Như vậy thời gian chiết chỉ ảnh hưởng tới hiệu suất chiết xuất, hầu như không ảnh hưởng tới hàm lượng γ–oryzanol trong dầu cám gạo. Sau 120 phút thì dầu cám đã được chiết gần như hoàn toàn, do vậy thời gian chiết là 120 phút được sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo.
Khảo sát sự ảnh hưởng của áp suất chiết
Tiến hành chiết dầu cám gạo với các thông số quy trình như sau:
-Khối lượng cám: 50g cám C2m.
-Nhiệt độ: 40ºC,
-Áp suất: 350, 400, 450 bar
-Tốc độ dòng CO2: 25g/phút.
-Thời gian chiết: 120 phút.
Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1. Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4. Kết quả thu được như trong bảng 3.5 và hình 3.5.
Bảng 3.5: Hiệu suất chiết dầu cám gạovà hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi áp suất chiết
Áp suất (bar)
350 400 450
Nhận xét:
Kết quả trên cho thấy khi thay đổi áp suất chiết, hiệu suất dầu cám gạo thu được thay đổi không đáng kể (hiệu suất dầu cám gạo ở 350, 400, 450 bar lần lượt là 14,88%; 15,50%; 15,06%). Tuy nhiên có sự khác biệt về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ–
oryzanol), trong đó ở áp suất 400 bar thu được hàm lượng γ–oryzanol cao nhất (0,31%).
Khi giữ nhiệt độ ở 40oC, tăng dần áp suất chiết thì tỷ trọng của CO2 tăng, tăng độ hòa tan dầu. Tuy nhiên khi chiết ở áp suất cao (350 bar – 450 bar), thì sự ảnh hưởng của áp suất chiết tới độ hòa tan của dầu trong dung môi CO2 là ít, do vậy khối lượng dầu cám thu được ở những áp suất này thay đổi không nhiều.
Kết luận:
Ở điều kiện chiết: áp suất 400 bar, nhiệt độ, 40ºC cho hiệu suất và hàm lượng hàm lượng γ–oryzanol trong dầu cao nhất do vậy áp suất chiết 400 bar được lựa chọn sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo.
Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ chiết
Tiến hành chiết dầu cám gạo với các thông số quy trình như sau:
-Khối lượng cám:50g cám C2m.
-Nhiệt độ: 40ºC,60ºC,80ºC.
-Áp suất: 400 bar
-Tốc độ dòng CO2:25g/phút.
-Thời gian chiết: 120 phút.
Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1. Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4 Kết quả thu được như trong bảng 3.6 và hình 3.6.
Bảng 3.6. Hiệu suất chiết dầu cám gạovà hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi nhiệt độ chiết
Áp suất (bar)
400 400
Hình 3.6. Hiệu suất chiết dầu cám gạovà hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi nhiệt độ chiết
Nhận xét: Từkết quả trên có thể thấy khi thay đổi nhiệt độchiết, hiệu suất dầu cám gạo thu được ở nhiệt độ 60ºC cao nhất (16,27%), thấp nhất ở nhiệt độ 80ºC (10,52%). Về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ–oryzanol), ở nhiệt độ 60ºC thu được hàm lượng γ–oryzanol cũng cao nhất so với 2 nhiệt độ còn lại (0,5% so với 0,31% và 0,44%).
Khi giữ áp suất chiết cao ở 400 bar, tăng nhiệt độ từ 60ºC lên 80ºC thì tỷ trọng CO2 giảm, do đó độ tan của dầu, tốc độ khếch tán của CO2 vào dầu cám giảm dẫn tới giảm hiệu suất chiết.
Như vậy, qua khảo sát điều kiện nhiệt độ và áp suất cho thấy độ hiệu suất chiết, hàm lượng γ–oryzanol phụ thuộc vào khả năng hòa tan của dầu trong dung môi CO2
siêu tới hạn. Khả năng hòa tan các chất của dung môi CO2 siêu tới hạn có ảnh hưởng bởi tỷ trọng CO2 và áp suất hơi của dầu ở các điều kiện áp suất, nhiệt độ khác nhau [26].
Kết luận: Điều kiện chiết xuất ở áp suất 400 bar, nhiệt độ 60ºC được sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo.
Khảo sát sự ảnh hưởng của tốc độ dòng CO2
Tiến hành chiết dầu cám gạo với các thông số quy trình như sau:
-Khối lượng cám: 50g cám C2m.
-Áp suất: 400 bar.
-Tốc độ dòng CO2: 20, 25, 30 g/phút.
-Thời gian chiết: 120 phút.
Hàm lượng γ–oryzanol được tính như công thức ghi trong mục 2.3.1. Hiệu suất dầu cám gạo được tính theo công thức như mô tả trong mục 2.3.4 Kết quả thu được như trong bảng 3.7 và hình 3.7.
Bảng 3.7. Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổitốc độ dòng CO2 ở áp suất 400 bar và nhiệt độ 60ºC
Tốc độ dòng CO (g/phút)
20 25 30
Hình 3.7. Hiệu suất chiết dầu cám gạo và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi tốc độ dòng CO2 ở áp suất 400 bar và nhiệt độ 60ºC.
Nhận xét: Từkết quả trên có thể thấy khităngtốc độ dòng CO2thìhiệu suất chiết dầu cám gạo tăng lên nhưng không nhiều, tốc độ dòng chiết CO2 là 30g/phút cho hiệu suất cao nhất (16,67 %). Về chất lượng dầu cám (hàm lượng γ–oryzanol), ở tốc độ dòng 30 g/phút cũng cao hơn tốc độ dòng 20g/phút và tốc độ dòng 25g/phút (0,52% so với
Nguyên nhân là do khi tăng tốc độ dòng CO2 thì tăng tỷ lệ số phân tử CO2 trên mỗi đơn vị khối lượng của cám gạo, làm tăng sự tương tác giữa phân tử CO2 và cám, làm tăng sự hòa tan, do đó làm tăng khả năng hòa tan dầu cám. Mặt khác khi tăng tốc độ dòng CO2 cũng làm tăng sự chuyển khối, do vậy làm tăng lượng dầu hòa tan [26]. Vì vậy, trong quá trình chiết, để tiết kiệm CO2, chúng tôi lựa chọn tốc độ dòng CO2 là 20g/phút.
Kết luận: Từ các khảo sát trên có thể rút ra điều kiện chiết hiệu quả là chiết trong 2 giờ, ở áp suất 400 bar, nhiệt độ 60ºC,tốc độ dòng CO2: 20g/phút.
3.2. Thảo luận
Phương pháp xử lý ổn định hàm lượng acid béo tự do trong cám
Lipid trong cám gạo bị phân hủy bởi enzym lipase sau khi bị bóc tách khỏi hạt gạo, làm tăng hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo, làm cám gạo có mùi ôi, khó chịu. Theo các nghiên cứu, trong 24 giờ đầu không xử lý, lượng acid béo tự do trong cám gạo có thể tăng lên 7-8%, khi đó cám gạo sẽ mất giá trị. Bằng phương pháp xử lý nhiệt theo phương pháp sấy tầng sôi, cám gạo đã được ổn định chất lượng, sau 8 tháng bảo quản ở điều kiện thường, hàm lượng acid béo tự do khoảng 5%. Kết quả này cho thấy, xử lý ổn định chất lượng cám gạo bằng phương pháp sấy tầng sôi đem lại hiệu quả tốt, phương pháp này có khả năng triển khai trong công nghiệp.
Hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo
Hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo càng cao, dẫn đến độ acid của dầu cám chiết được càng cao, làm giảm lượng dầu cám gạo thu được sau khi tinh chế. (Tiêu chuẩn dầu thực vật có độ acid <1). Trong nghiên cứu này, các mẫu cám thu được có hàm lượng acid béo tự do 1,25% (tương đương độ acid trong dầu thu được 13,93%). Do đó, cần có những nghiên cứu về chế biến, xay xát thóc phù hợp để giảm hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo hơn nữa, khi đó sẽ thu được dầu cám gạo sau tinh chế nhiều hơn.
Cám gạo sau khi xử lý có mùi thơm, hàm lượng acid béo tự do sau 8 tháng đạt 5,25%, trong khi đó, tiêu chuẩn về hàm lượng acid béo tự do trong cám gạo để sử dụng làm thức ăn là 5%. Do đó, có thêm nghiên cứu để có thể sử dụng cám gạo toàn phần làm thức ăn cho người, vì cám gạo có giá trị dinh dưỡng và y học.
Phương pháp chiết xuất
Do sự hạn chế của thời gian nghiên cứu, đề tài chỉ khảo sát các điều kiện chiết xuất trong phạm vi hẹp (áp suất 350 – 450 bar, nhiệt độ 40 – 80ºC, tốc độ dòng CO2 20 – 30 g/phút).Hàm lượng dầu chiết xuất được trong nghiên cứu của nhóm đạt 14,84%. Kết quả này cũng gần giống với nghiên cứu trước đó của Chen và đồng sự năm 2008 khi tiến hành chiết ở nhiệt độ 40ºC, áp suất 300 bar, tốc độ dòng CO2 10g/phút, sau 3,5 giờ thu được hàm lượng dầu 15,7% [11]. Một nghiên cứu khác của Kuk và Dowd [25] thu được lượng dầu tối đa 20,4% sử dụng SCO2 ở áp suất 62 MPa, nhiệt độ 100 ºC.