29
Bảng 3.1:Một số thiết bị và dụng cụ sử dụng
Tên thiết bị Dụng cụ thủy tinh
Bể điều nhiệt (Memmert, WNB14) Cốc thủy tinh 250 ml, 100 ml và 50 ml
Cân phân tích 2 số Bình tam giác 250 ml, 500 ml
Cân phân tích 4 số Bình định mức 1000 ml, 500 ml và 250 ml
Máy khuấy từ cĩ gia nhiệt(VELP) Bình lĩng và giá đỡ Máy ly tâm thường (Hettich, EBA
21, cat.no.1004)
Ống đĩng 100 ml Máy cơ quay chân khơng lạnh
(Biobase RE-100Pro)
Pipet 20 ml, 10 ml, 5 ml và quả bĩp cao su
Hệ thống chiết Soxhlet Buret 25 ml, 10 ml
Tủ đơng (BDF-40H485) Ống nhỏ giọt thủy tinh
Tủ hút Nhiệt kế
Tủ lạnh (Samsung RS62R5001M9/SV)
Tủ sấy (Memmert, UN 110) Hệ thống phân tích đạm: - Bộ vơ cơ hĩa mẫu (8 vị trí) - Bộ hấp thu acid
- Bộ chưng cất đạm Tủ nung
Bể siêu âm (King Plating, KPC-06L)
Bảng 3.2: Một số hĩa chất sử dụng
Tên hĩa chất Xuất xứ
Ethanol Trung Quốc
Ether dầu hỏa n-hexan Isopropanol
Trung Quốc Trung Quốc Trung Quốc
Urea Trung Quốc
Acid acetic Trung Quốc
Chloroform Trung Quốc
Thuốc thử wijs Đức
Hồ tinh bột Trung Quốc
Ether ethylic Trung Quốc
Phenolpthalein Trung Quốc
Sodium hydroxide Trung Quốc
Potassium hydroxide Trung Quốc
Sulfuric acid Trung Quốc
Boric acid Trung Quốc
Sodium sulfate Trung Quốc
Sodium thiosulfate Trung Quốc
Potassium sulfate Trung Quốc
Copper(I) sulfate Trung Quốc
Hydrochloric acid Trung Quốc
Carbon tetrachloride Trung Quốc
30
3.2PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.1 Các phương pháp phân tích
Các phương pháp phân tích thành phần nguyên liệu và của sản phẩm được thể hiện ở bảng 3.3. Mỗi thí nghiệm phân tích lặp lại 3 lần, giá trị biểu thị là giá trị trung bình.
Bảng 3.3:Các phương pháp phân tích STT Chỉ tiêu Phương pháp 1 Chỉ số acid TCVN 6127:2010 2 Chỉ số peroxide TCVN 6121:2010 3 Chỉ số iod TCVN 6122:2015 4 Hàm lượng nước TCVN 6120:2007
5 Hàm lượng protein Phương pháp chưng cất đạm Kjeldalh
6 Hàm lượng lipid tổng Phương pháp Soxhlet
7 Hàm lượng tro tổng số TCVN 5611:2007
8 Xác định thành phần Omega-3 CASE.SK.0107 – GC*
Ghi chú: * mẫu được phân tích tại Trung tâm dịch vụ Phân tích Thí nghiệm TP.HCM chi nhánh Cần Thơ
3.2.2 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành ngẫu nhiên với nguồn nguyên liệu cố định và được thực hiện 3 lần lặp lại ở mỗi chỉ tiêu. Các thí nghiệm được bố trí và tiến hành thực hiện qua ba giai đoạn chính:
3.2.2.1 Thí nghiệm trích ly mỡ lỏng từ mỡ cá tra và đầu cá hồi, dầu thơ từ hạt Chia
Đối với mỡ cá tra: Mỡ cá tra được rã đơng tự nhiên, sau đĩ dùng dao băm nhỏ mỡ, cân 30 g mỡ băm cho vào cốc thủy tinh 50 mL, tiến hành gia nhiệt gián tiếp bằng bể điều nhiệt ở các nhiệt độ khảo sát 70oC, 80oC và 90oC trong thời gian khảo sát 20 phút, 40 phút và 60 phút, dùng đũa thủy tinh khuấy liên tục cho mỡ tan đều, tiếp đến cho mỡ cá đã được hĩa lỏng vào vải lọc để loại bỏ phần cặn khơng tan, thu được mỡ lỏng sạch.
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch (%).
Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu (g)× 100% (3.1)
Đối với đầu cá hồi: Đầu cá hồi sau khi được ra đơng, xay nhỏ rồi cân 100 g đầu cá đã xay cho vào cốc 500 mL. Cho thêm nước cất vào theo tỉ lệ 1:1. Tiến hành đun hỗn hợp vừa xay trên bếp điện từ ở nhiệt độ 80 - 85oC (theo dõi nhiệt độ trong thời gian đun bằng nhiệt kế) trong 15 phút, 30 phút, 45 phút với tốc độ khuấy từ lần lượt là 100 vịng/phút, 300 vịng/phút, 500 vịng/phút. Sau đĩ lọc bỏ bã thu được dung dịch mỡ cá. Tiếp theo, cân khối lượng dung dịch thu được (150 g), chia ra từng mẫu nhỏ cho vào ống ly tâm 50 mL sao cho khối lượng các ống ly tâm bằng nhau để tránh làm lệch tâm máy ly tâm và tiến hành ly tâm với điều kiện máy ly tâm là nhiệt độ ở 4℃, thời gian 15 phút, tốc độ (4500 vịng/phút), sau đĩ thu lấy lớp mỡ cá phía trên (lớp mỡ cá lỏng).
31
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi mỡ cá lỏng (%).
Hiệu suất thu hồi mỡ cá lỏng (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu (g)× 100% (3.2)
Đối với hạt Chia: Tiến hành trích ly 20 g mẫu hạt Chia đã chuẩn bị sẵn trong mỗi gĩi cùng với 200 ml lần lượt các dung mơi là ether dầu hỏa, n-hexan và isopropanol bằng hệ thống Soxhlet, bể siêu âm và máy khuấy từ cĩ gia nhiệtở nhiệt độ 55oC trong 90 phút. Khi quá trình trích ly hồn thành tiến hành cơ quay chân khơng hỗn hợp để thu được dầu thơ và thu hồi dung mơi.
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi dầu thơ (%).
Hiệu suất thu hồi dầu thơ (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
Khối lượng lipid tổng trong nguyên liệu (g)× 100% (3.3)
3.2.2.2 Thí nghiệm thu nhận hỗn hợp acid béo tự do bằng phương pháp thủy phân hĩa học hĩa học
Cho 2 g mỡ lỏng và 12 ml ethanol tuyệt đối vào bình tam giác 250 ml, lắc cho tan đều, sau đĩ bổ sung lượng NaOH 3,85% (40 g/L) ở các lượng khảo sát lần lượt là 2Kdd, 3Kdd và 4Kdd vào hỗn hợp, đậy kín miệng bình để tránh cho ethanol bay hơi. Đặt bình vào bể siêu âm và tiến hành siêu âm hĩa ở nhiệt độ 75oC cho đến khi hỗn hợp tan hồn tồn (khoảng 15 phút). Sau đĩ rĩt dung dịch vào cốc thủy tinh 250 ml và gia nhiệt gián tiếp ở 80oC cho đến khi dung dịch cạn khơ thành xà phịng, bổ sung 100 ml nước cất vào bánh xà phịng và khuấy cho tan đều, tiến hành acid hĩa hỗn hợp bằng H2SO4 6 M về pH từ 1 đến 2, tiếp tục gia nhiệt gián tiếp ở 80oC trong thời gian 60 phút để acid béo nổi lên. Cuối cùng cho hỗn hợp vào bình lĩng, xả bỏ pha dưới và thu lấy acid béo ở pha trên, làm khan bằng Na2SO4 sau đĩ rĩt acid béo vừa thu được vào lọ kín.
Với: 𝐾𝑑𝑑 = 𝐴.𝐷
14.𝑎
(3.4)
Trong đĩ:
Kdd: số lượng dung dịch NaOH tính theo lý thuyết (g) A: chỉ số acid của dầu mỡ (mg KOH)
D: số lượng dầu mỡ đem trung hịa (g) a: nồng độ % của dung dịch NaOH
(Trần Thanh Trúc, 2005)
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi acid béo tự do(%).
Hiệu suất thu hồi hỗn hợp acid béo tự do (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g) 2 (g) × 100% (3.5)
3.2.2.3Thí nghiệm làm giàu Omega-3 bằng phương pháp tủa urea
Cho 4 g urea và 40 mL ethanol 95o vào bình tam giác 250 ml (hoặc cốc thủy tinh 250 mL), đậy kín miệng bình, đun hỗn hợp trên bếp khuấy từ ở nhiệt độ 65oC cho đến
32
khi urea hịa tan hồn tồn (10 phút) thì cho 1 g acid béo vào, đậy kín miệng bình tránh cho ethanol bay hơi, tiếp tục đun trên bếp khuấy từ ở nhiệt 65oC cho đến khi dung dịch đồng nhất (20 phút), lấy bình ra khỏi bếp, để nguội, sau đĩ đem hỗn hợp đi kết tinh ở các nhiệt độ khảo sát là -15oC, 2oC và nhiệt độ phịng trong 24 giờ. Hỗn hợp sau kết tinh được đem đi lọc bỏ tủa bằng thiết bị lọc chân khơng, phần dịch lọc thu được cho vào cốc thủy tinh 250 ml rồi thêm nước cất vào với tỉ lệ dịch lọc và nước cất là 1/1, chỉnh pH về 2 – 3 bằng H2SO4 6 M, tiếp theo cho ether dầu hỏa vào dịch lọc đã được pha lỗng với tỉ lệ dịch lọc và ether dầu hỏa là 1/1. Đem hỗn hợp đi khuấy từ khơng gia nhiệt trong thời gian 60 phút. Sau đĩ cho hỗn hợp vừa khuấy xong vào bình lĩng và để yên cho lắng thành hai pha: Pha dưới gồm nước, urea dư, ethanol, H2SO4, cịn pha trên là ether dầu hỏa chứa acid béo bất bão hịa. Tiến hành xả bỏ pha dưới và thu lấy pha trên, làm khan bằng Na2SO4, sau đĩ cho hỗn hợp vào bình cầu rồi đem đi cơ quay để loại bỏ dung mơi ether dầu hịa, thu lấy acid béo bất bão hịa.
Chỉ tiêu theo dõi: Hiệu suất thu hồi Omega-3 (%).
Hiệu suất thu hồi omega − 3 (%) = Khối lượng sản phẩm thu được (g)
1 (g) × 100% (3.5)
3.2.3 Xử lý số liệu
Các số liệu khảo sát được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel và phân tích thống kê bằng ANOVA kết hợp với phép thử LSD thơng qua phần mềm Statgraphics Centurion XV.I để xác định mức độ khác biệt ý nghĩa.
33
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VÀ CHỈ SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA
NGUYÊN LIỆU
Bảng 4.1:Kết quả phân tích thành phần của nguyên liệu
STT Chỉ tiêu Đơn vị Mỡ cá tra Đầu cá hồi Hạt Chia
1 Hàm lượng nước % 9,98 54,96 7,73 2 Hàm lượng protein % 3,21 16,72 27,20 3 Hàm lượng lipid tổng % 85,79 22,26 32,70 4 Hàm lượng tro tổng số % 0,04 4,84 4,65 5 Hàm lượng xơ tổng % - - 27,72 6 Thành phần khơng xác định % 0,98 1,22 -
Ghi chú: “-” khơng cĩ giá trị
Mỗi loại nguyên liệu sẽ cĩ thành phần và tỉ lệ của các thành phần sẽ khác nhau. Tuy nhiên dựa vào kết quả phân tích ở bảng 4.1 cĩ thể thấy cả 3 nguyên liệu mỡ cá tra, đầu cá hồi và hạt Chia đều cĩ một số thành phần giống nhau như nước, protein, lipid tổng và hàm lượng tro tổng số chiếm tỉ lệ rất ít. Mỡ cá tra thì hàm lượng lipid tổng trong nguyên liệu chiếm cao nhất 85,79%. Trong đĩ, da cá và thịt cá ngồi chứa nước, lipid thì cĩ một phần protein nên khi khảo sát thành phần nguyên liệu thì protein chiếm 8,11%, protein trong của da cá chủ yếu là collagen, keratin, elastin, globulin, albumin (Nguyễn Trọng Cẩn và Đỗ Minh Phụng, 1990). Cịn đầu cá hồi thì thành phần chính là nước (54,96%), protein (16,72%) và lipid (22,26%). Theo nhận định chung của Aryee và Simpson thì cá cĩ 2 – 25% chất béo, 15 – 30% protein và độ ẩm 50 – 80%. Cá hồi Đại Tây Dương chứa 2 – 15% chất béo và 57 % tổng cơ thể chất béo cĩ trong phần khơng ăn được trong khi da chứa 18% tổng số mỡ cơ thể (Aryee and Simpson, 2009). Nguyên nhân của sự khác nhau về tỉ lệ về protein và lipid là do nguồn gốc, lồi cá hồi khác nhau, mơi trường sống và điều kiện địa lý, khí hậu cũng khơng giống nhau.
Đối với nguyên liệu hạt Chia thì thành phần chính trong hạt Chia là dầu (32,70%), chất xơ (27,72%) và protein (27,20%). Một số cơng trình nghiên cứu trước đây về hạt Chia cũng cho thấy hàm lượng dầu cao trong hạt Chia và các thành phần trong hạt khác nhau bởi mơi trường trồng trọt ở điều kiện khí hậu khác nhau và khu vực địa lý cũng khơng giống nhau (Palma et al., 1947; Taga et al., 1984; Ayerza, 1995; Ayerza and Coates, 2004; Ixtaina et al., 2008; Borneo et al., 2010; Ayerza and Coates, 2011; Capitani et al., 2012; Luna Pizarro et al., 2013). Ngồi ra, sự khác nhau về thành phần trong hạt Chia cịn do nguồn gốc xuất xứ, phương pháp trích dầu, loại và lượng dung mơi sử dụng khác nhau. Bên cạnh đĩ, thời gian và nhiệt độ trong quá trình trích dầu cũng ảnh hưởng đến hàm lượng dầu trích được.
34
Bảng 4.2:Kết quả phân tích chỉ số đặc trưng của của lipid tổng trong nguyên liệu
Chỉ số đặc trưng Đơn vị Nguyên liệu động vật Nguyên liệu thực vật Mỡ cá tra Đầu cá hồi Giới hạn cho phép Hạt Chia Giới hạn cho phép Chỉ sĩ acid mg KOH/g 1,28 0,19 2,5 3,22 4,0 Chỉ số peroxyde meq O2/kg 0,02 0,03 10 0,02 15 Chỉ số iod g I2/100g - - - 146,42 170 - 211
Ghi chú: “-” khơng cĩ giá trị
Bên cạnh đĩ, các chỉ tiêu đặc trưng của nguyên liệu động vật (mỡ cá tra và đầu cá hồi) cũng được thể hiện ở bảng 4.2 đều nằm trong phạm vi cho phép của đều nằm trong giới hạn cho phép theo TCVN 6044:2013 (chỉ số acid và chỉ số peroxyde) về mỡ thực phẩm cĩ thể sử dụng được. Các chỉ số phân tích nguyên liệu thực vật (hạt Chia) cũng đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN 7597:2018 (chỉ số acid và chỉ số peroxyde) và theo tiêu chuẩn quốc tế đối với dầu thực vật CXS 210 – 1999 (chỉ số iod). Tĩm lại các thành phần đã được phân tích trong bảng 4.1 và các chỉ số đặc trưng của nguyên liệu trong bảng 4.2 đều đáp ứng được các yêu cầu về nguyên liệu, phù hợp sử dụng cho nghiên cứu này. Tuy nhiên để đánh giá chính xác chất lượng và giá trị của thành phẩm và Omega-3 thu được theo qui trình cơng nghệ này cần phải tiến hành các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi và chất lượng của sản phẩm cuối cùng (Omega-3).
4.2THÍ NGHIỆM TRÍCH LY MỠ LỎNG SẠCH TỪ MỠ CÁ TRA VÀ ĐẦU CÁ
HỒI, DẦU THƠ TỪ HẠT CHIA
4.2.1 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch từ mỡ cá tra đến hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch từ mỡ cá tra
Phương pháp trích ly mỡ động vật dễ nhất là cắt mỡ thành những mẫu nhỏ và làm tan chảy trong chảo hay thiết bị nấu mở nắp. Quá trình này sẽ phân tách sản phẩm thu được thành hai phần: Nước và các phần khác cĩ khối lượng riêng lớn sẽ chiếm vị trí ở phần dưới thiết bị, mỡ sau tan chảy thu được ở phần trên thiết bị. Phần mỡ được phân tách nhờ vào quá trình chiết và gạn dầu. Việc phân cắt cơ học mơ mỡ ban đầu cĩ vai trị quan trọng trong việc trợ giúp quá trình phá vỡ cấu trúc mơ tế bào, giúp dầu dễ dàng thốt ra khỏi nguyên liệu. Gia nhiệt nguyên liệu thơ chứa dầu cũng cĩ chức năng phá vỡ cấu trúc tế bào và làm giảm độ nhớt của mỡ. Một trong những hiệu quả phụ của quá trình gia nhiệt này là sự tiệt trùng vi sinh vật và vơ hoạt enzyme; thêm vào đĩ, protein đơng tụ là nguyên nhân phá vỡ hợp chất nhũ hĩa, giúp phân tách dễ dàng phần mỡ đã được tan chảy (Nguyễn Quang Lộc et al., 1993). Do đĩ để đảm bảo chất lượng mỡ lỏng của quá trình gia nhiệt gián tiếp và tìm ra nhiệt độ thích hợp và thời gian đủ để tách được lượng mỡ cĩ trong nguyên liệu cao nhất thì thí nghiệm được tiến hành khảo sát giai đoạn chuyển hĩa mỡ lỏng ở các mốc nhiệt độ và thời gian khác nhau.
35
Mỡ được băm nhỏ sau đĩ cho vào cốc và đem đi gia nhiệt bằng bể điều nhiệt (vừa đun vừa khuấy đều) ở nhiệt độ khảo sát nhiệt độ 70oC, 80oC, 90oC trong thời gian 20, 40 và 60 phút. Khối lượng mỡ cá tra được sử dụng cho thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian hĩa lỏng mỡ đến hiệu suất thu hồi là 30 g cho mỗi nghiệm thức. Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng được tính theo cơng thức 3.1. Kết quả thí nghiệm khảo sát nhiệt độ và thời gian hĩa lỏng mỡ đến hiệu suất thu hồi mỡ lỏng được trình bày qua bảng 4.3.
Bảng 4.3:Hiệu suất thu hồi mỡ lỏng ở nhiệt độ và thời gian khác nhau
Nhiệt độ (oC)
Thời gian (phút)
Hiệu suất thu hồi (%) 70 20 64,05a 70 40 72,43c 70 60 80,95f 80 20 74,01d 80 40 82,93g 80 60 84,72h 90 20 70,06b 90 40 74,50d 90 60 75,99e P = 0,0000 F = 213,10
Ghi chú: các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu thị sự khác biệt ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5%
a. b. c.
36
a. b. c.
Hình 4.2: Mỡ lỏng thu được ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 20 (a), 40 (b) và 60 phút (c)
a. b. c.
Hình 4.3: Mỡ lỏng thu được ở nhiệt độ 90oC trong thời gian 20 (a), 40 (b) và 60 phút (c)
Kết quả ở bảng 4.3 cho thấy hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch ở nhiệt độ và thời gian khác nhau cĩ sự khác biệt về ý nghĩa thống kê. Từ kết quả thống kê cịn thấy được nhiệt độ và thời gian cĩ tương tác với nhau và ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi mỡ lỏng. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi mỡ lỏng sạch ở các nhiệt độ 70oC, 80oC, 90oC trong thời gian 20, 40 và 60 phút cĩ hiệu suất thu hồi đạt cao nhất khi tiến hành gia nhiệt gián tiếp ở 80oC và 60 phút (84,72%); cịn ở cùng thời gian 20 phút tại 70oC, 90oC cho hiệu suất thu hồi thấp nhất lần lượt là 64,05% và 70,06%.