Bảng 3.9. Ước tính chi phí nguyên vật liệu để chiết lutein ester
từ 1 kg cánh hoa cúc vạn thọ
Khoản chi phí Lượng sử dụng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ)
Na2SO4 khan 0,5 kg 150.000 75.000
Hexan* 0,8 lít 200.000 160.000
Điện 20 kWh 2.000 40.000
Nước cất 20 lít 5.000 100.000
Viscozyme 10 ml 2.000 20.000
Công lao động 3 ngày 80.000 240.000
Cánh hoa CVT 1 kg 60.000 60.000
TỔNG CỘNG 695.000
*Xem hiệu suất thu hồi hexan là 86%
Lượng bột màu lutein ester thu được khi chiết 1 kg cánh hoa CVT tươi: (với 150 gam cánh hoa CVT tươi thu được 0,6577 gam bột màu lutein ester)
M 4,385 150 1000 x 0,6577 gam
Như vậy, chi phí sản xuất 1 kg bột màu lutein ester ước tính là:
869 . 494 . 158 4,385 1000 x 695.000 VNĐ
So với giá bán bột màu lutein ester tinh khiết 90% trên thị trường hiện nay khoảng 8.000 USD/kg, tức là khoảng 160 triệu VNĐ/kg thì giá thành sản xuất như vậy (khoảng 158,5 triệu VNĐ/kg) là chấp nhận được. Trên thực tế, có thể thu hồi Na2SO4, dung môi hexane do đó, giá thành sản phẩm có thể thấp hơn.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu của đề tài, có thể rút ra những kết luận sau: 1. Hoa cúc vạn thọ Tagetes erecta L. là một nguồn nguyên liệu giàu lutein erster, thích hợp cho mục đích chiết lutein ứng dụng công nghiệp.
2. Điều kiện tối ưu để chiết lutein ester từ cánh hoa cúc vạn thọ đã được xử lý bằng enzyme thương mại Viscozyme như sau:
– Tỷ lệ dung môi:nguyên liệu 5,49 (v/w);
– Thời gian chiết là 17,80 giờ;
– Nhiệt độ chiết là 30,17oC;
– Tốc độ lắc là 298,44 rpm.
Khi đó, hiệu suất chiết lutein ester đạt được khoảng 99%.
3. Quy trình chiết lutein ester từ nguyên liệu cúc vạn thọ tươi đã xử lý bằng Viscozyme có nhiều ưu điểm hơn phương pháp không sử dụng enzyme: hiệu suất chiết cao, rút ngắn thời gian, tiết kiệm dung môi, thân thiện với môi trường và cho sản phẩm lutein ester dễ dàng tinh sạch.
ĐỀ XUẤT
1. Tiếp tục nghiên cứu phương pháp sản xuất các dạng bột màu lutein hòa tan trong môi trường dầu và nước để ứng dụng trong công nghệ thực phẩm.
2. Phần bã thãi của quy trình, xác hoa sau khi chiết lutein ester có thể tận dụng làm giá thể để trồng cây cảnh, hoặc xử ký thành than hoạt tính,… nhằm tận dụng phế liệu, hạn chế ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh
[1]. Ausich, R. L., Sanders, D. J. (1997), Process for the formation, isolation and purification of comestible xanthophyll crystals from plants, US. Patent: 5,648,564.
[2]. Alexandra Alves-Rodrigues, Ph.D., Absorption of Lutein vs Lutein Esters:
do we know the differences?, R&D Manager and Scientific Coordinator – Vitamins & Dietary Supplements Kemin Health, L.C., pp. 1-5.
[3]. Araus K., Temelli F., del Valle J.M., de la Fuente J.C., & Robert P.,
Supercritical extraction of petals and pellets of marigold flowers using ethanol-modified CO2,Chile.
[4]. Bunea, A., Lujerdean A., Pintea, A., Andrei, S., Bunea, C., Bele, C. (2010), Using Cellulases and Pectinases to Improve Better Extraction of Carotenoids from the Marigold Flowers (Tagetes erecta L.), 67: 369–372.. [5]. Bourre J.M., Galea J., An important source of omega-3 fatty acids, vitamins
D and E, carotenoids, iodine and selenium:a new natural multi-enriched egg,
Vol 10: 371–374, The journal of nutrition, health & aging©, france.
[6]. Bárzana E, Rubio D, Santamaría R. I, García-Correa O, García F, Ridaura- Sanz VE, López-Munguía A (2002), Enzyme-mediated solvent extraction of carotenoids from marigold flower (Tagetes erecta), J Agric Food Chem 50:4491–4496.
[7]. Bárzana E, Naranjo-Modad S, López-Munguía A, Vilarem G, Gaset A (2000), Solubility of purified lutein diesters obtained from Tagetes erecta in supercritical CO2 and the effect of solvent modifiers, J Agric Food Chem. 2000 Nov;48(11):5640-2.
[8]. Bence Nagy (2010), Modelling of Supercritical Fluid Extraction, Ph.D. Thesis, Budapest University of Technology and Economics Faculty of Chemical and Bioengineering György Oláh Doctoral School.
[9]. Delgado-vargas f. and 0. paredes-lópez (1997), Enzymatic treatment to enhance carotenoid content in dehydrated marigold flower meal, Deparimenro de Bioiecitologia y Bioquíinica. Unidad Irapuaio. Criiiro rir Ini~esiigación p de Estudios Aiwnzados del IPN, Apdo. Postal 629, 36500 Irapuaio, Gio. Mé- rico, Piorii Foods jor Hitr~ioti Nirrritiori 50: 163-169.
[10]. Edward F. Gilman, Teresa Howe (1999), Tagetes erecta, University of Florida.
[11]. Enrique B. A., Ramiro R. M., (2005), Pre-treatment effects on the extraction efficiency of xanthophyllsfrom marigold flower (Tagetes erecta) using hexan, Food Research International 38, 159–165.
[12]. Ezhil, J, Jeyanthi, C, Narayanan, M, (2008), Marigold as a carotenoid source on Pigmentation and growth of red swordtail, Xiphophorus helleri, 8: 99–102.
[13]. Husan Bano, Syed W. A., Iqbal Azhar (2002), Shaiq Alim. and Naseer Alam, Chemical constituents of tagetes patula l, Department of Pharmacognosy, Faculty of Pharmacy, Pakistan.
[14]. Hugo J. I., José Luis N. B., Enrique B. A., Ramir R. M., Octavio P. L., (2004), An optimization study of solid-state fermentation: xanthophylls extraction from marigold flowers, Appl Microbiol Biotechnol 65: 383–390. [15]. Lutein — Health Food Ingredients for human eyestablish (2003), Oryza oil
& Fat Chemical Co., ltd, no. 1, Numata Kitagata-cho, Ichinomiya-city, Aichi-pref., Japan.
[16]. He R. R., Bun Tsoi, Fang Lan, Nan Yao, Yao X. S., and Hiroshi Kurihara (2011), Antioxidant properties of lutein contribute to the protection against lipopolysaccharide-induced uveitis in mice, He et al. Chinese Medicine.
[17]. Ion R. M., Bunghez I. R., (2011), Complex spectral characterization of active principles from marigold (calendula officinalis), Romania.
[18]. Kamaljit Vilkhu, Raymond Mawson, Lloyd Simons, Darren Bates,
Applications and opportunities for ultrasound assisted extraction in the food industry — A review, Ultrasonics Processing Group, Food Science Australia, 671 Sneydes Road, Werribee, VIC 3030, Australia, Innovative Ultrasonics Pty Ltd, P.O. Box 321, Noosaville, QLD 4566, Australia.
[19]. Kumar, S. T. K., Abdnlkadir; S.P., Sebastian, S. (2004), Process for the preparation of xanthophyll crystals, US. Patent: 6,743,953 B2.
[20]. Lidija Petrovi, Zika Lepojevi, Verica Sovilj, Duan Adamovi and Vele Televi (2007), An investigation of CO2 extraction of marigold (Calendula officinalis
L.).
[21]. Levy, L. W., (2001), Trans- xanthophyll ester concentrates of enhanced purity and methods of making the same, US. Patent: 6,191,293 B1.
[22]. Philip, T. (1997), Purification of lutein-fatty acid esters from plant materials, US. Patent: 4,048,203.
[23]. Phyllis E. Bowen, James P. Clark (2001), Lutein esters having high bioavailability, , United States Patent.
[24]. Gaoa, Y. et al. (2009), Supercritical CO2 extraction of lutein esters from marigold (Tagetes erecta L.) enhanced by ultrasound, J. Supercritical, 49, 345–350.
[25]. Richard Cantrill (2004), Lutein from Tagetes erecta, Chemical and Technical Assessment (CTA).
[26]. Sheila Dana and Andrew Shao, Ph.D., Lutein: an excellent source of lutein,
Kemin Health, L.C, Court Ave., Suite A, Des Moines, Iowa, USA 50309- 2058.
[27]. Shantanu Kale, Megha Gaikwad and Snehal Bhandare, Determination and
comparison of in vitro SPF of topical formulation containing Lutein ester from Tagetes erecta L. flowers, Moringa oleifera Lam seed oil and Moringa oleifera
Lam seed oil containing Lutein ester, International Journal of Research in Pharmaceutical and Biomedical Sciences ISSN: 2229-3701, Mahatma Gandhi Vidyamandir’s Pharmacy College, University of Pune, Nashik, Maharashtra, India.
[28]. Serena Lim Sue Lynn (2003), A study on the extraction of lutein from selected locally grown vegetation, Universits Teknologi Malaysia.
[29]. Scientific opinion, Scientific Opinion on the re-evaluation of lutein (E 161b) as a food additive, EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS), European Food Safety Authority (EFSA), Parma, Italy. [30]. Sujith A.P., Hymavathi T.V. and Yasoda Devi P., (2010). Supercritical
Fluid Extraction of Lutein Esters from Marigold Flowers and their Hydrolysis by Improved Saponification and Enzyme Biocatalysis. International Journal of Biological and Life Sciences.
[31]. Jose´ Luis N. B., Claudia Leticia R. C., Hugo J. I., Sunita Tekwani1, D’mello1 P. M., (2010). Enzyme assisted extraction of lutein from marigol flowers and its evaluation by HPLC, International Journal of Advances in Pharmaceutical Sciences 2, 381-386.
[32]. Josea Luis N. B., Enrique B. A., (2004), Improving Xanthophyll Extraction from Marigold Flower Using Cellulolytic Enzymes, J. Agric. Food Chem, 52,
3394-3398.
[33]. Josea Luis N. B., Enrique B. A., (2003). Mixed Culture Optimization for Marigold Flower Ensilage via Experimental Design and Response Surface Methodology, J. Agric. Food Chem.
[34]. Jennifer K. M., Cathryn A. S., Cynthia M. ., Anthony R. B., (2007), Effects of high pressure processing on antioxidant activity, and total carotenoid content and availability, in vegetables, Innovative Food Science and Emerging Technologies 8 (2007) 543–548, Australia.
[35]. Valentin Koloini, Miran Bezjak, Katja Makov (2010), Extraction of Lutein Diesters from Tagetes Erecta using Supercritical CO2 and Liquid Propane,
University of Maribor, Faculty of Chemistry and Chemical Engineering, Smetanova 17, SI-2000 Maribor, Slovenia.
[36]. Zhou Quancheng, Sheng Guihua, Huang Jingrong, Zhou Ting, Li Quanhong (2010), Optimization of xanthophylls extraction from Marigold extractum with
supercritical CO2 by response surface methodology, J Agric & Biol Eng Open Access, China.
Tiếng Việt
[37]. Hoàng Thị Huệ An, Nguyễn Văn Hòa (2011), Xây dựng qui trình tách chiết và tinh chế lutein từ hoa cúc Vạn thọ (Tagetes erecta L.) trồng tại tỉnh Khánh Hòa, Đại Học Nha Trang, Kỷ yếu Hội thảo KHTN lần thứ II (tháng 4/2011) ở trường CĐSP Nha Trang (p. 87-93).
[38]. Hoàng Thị Huệ An, Nguyễn Văn Hòa, Phan Xuân Minh Tuấn (2010), Tạp chí khoa học công nghệ thuỷ sản số 1/2010, Ảnh hưởng của một số điều kiện xử lý và bảo quản sau thu hoạch đến sự tổn thất lutein ở hoa cúc vạn thọ
(Tagetes erecta L.), Đại Học Nha Trang.
[39]. Nguyễn Thị Hiền (2010), Nghiên cứu chiết xuất chất màu Carotenoit từ quả ớt sừng Việt Nam (Capsicum annuum L), Đồ án tốt nghiệp, Đại Học Nha Trang.
[40]. Huỳnh Thị Thanh Hiền, Trịnh Thị Bích Huyền, Bùi Hồng Quân (2010), Sử
dụng ma trận Plackett-Burman và phương pháp đáp ứng bề mặt thiết kế cấu trúc có tâm nhằm tối ưu hóa sinh tổng hợp lipase từ bacillus licheniformis gbdty1, Tạp chí Công nghệ Sinh học8 (3A): 811-818.
Internet
[41]. http://agriviet.com/nd/1039-cuc-van-tho--loai-hoa-quen-thuoc/, 14/5/2012. [42]. http://vi.wikipedia.org/wiki/Chi_Cúc_vạn_thọ.
[43]. http://www.en.wikipedia.org/wiki/lutein.html.
[44]. http://hanoimoi.com.vn/newsdetail/Phong-su-Ky-su/515214/e102--chat- nguy-hai-mang-ten-mau-thuc-pham.htm, 13/06/2006.
[45]. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-635X20090 00200004, 19/6/2012.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Mục đích sử dụng và mức độ sử dụng của lutein trong thực phẩm
Bảng PL1.1. Mục đích sử dụng và mức độ sử dụng lutein trong thực phẩm Loại thực phẩm Mục đích sử dụng1 Mức độ sử dụng lutein, (mg/kg)2 Ngũ cốc và sản phẩm giàu năng lượng 50 Sản phẩm bánh nướng
và hỗn hợp bánh nướng Bánh quy giòn và bánh quy vuông làm từ lúa mạch, bột bắp
và một số ngũ cốc khác
67
Nước đóng chai nước giải khát có gas
2,1 8,3
Bữa ăn thay thế 8,3
Đồ uống và nước giải khát
Trà, đồ uống nóng 2,6
Ngũ cốc nóng và uống liền 8,3 Ngũ cốc ăn sáng
Ngũ cốc ăn sẵn 36–130
Kẹo cao su Kẹo cao su 330
Sản phẩm mô phỏng sữa 8,3 Sản phẩm tương tự sữa Sữa đậu nành 6,3 Sản phẩm từ trứng Thay thế trứng dạng lỏng, trứng cấp đông, trứng khô. 40 Margarine – sản phẩm phết lên bánh 100 Chất béo và dầu Nước sốt salad 50–100
Sữa tráng miệng đông
lạnh và hỗn hợp Sữa chua đông lạnh 8,3
Nước thịt và nước sốt Sốt cà chua 2,6
Kẹo cứng Kẹo cứng 67
Thực phẩm cho trẻ tập ăn và trẻ mới biết đi*
Thực phẩm dành cho trẻ em từ 7– 11 tuổi, trẻ biếng ăn, trẻ mới biết
đi
5,9–140
Loại thực phẩm Mục đích sử dụng1 Mức độ sử dụng lutein, (mg/kg)2
Đồ uống sữa lên men 2,6
Đồ uống có hương vị sữa 13
Thay thế đồ ăn từ sữa 13
Yogurt 13
Chế biến trái cây và nước ép trái cây
Đồ uống cung cấp năng lượng,
thể thao, 8,3
Đồ uống có hương vị trái cây 8,3
Nước ép trái cây 8,3
Rượu trái cây 8,3
Nước ép rau củ 8,3
Kẹo dẻo 25
Kẹo mềm
Snack trái cây 25
Súp và hỗn hợp súp Súp được đóng hộp 2,6
Ghi chú: 1 – Hệ thống phân loại thực phẩm cho tiêu chuẩn chung đối với phụ gia thực phẩm; 2 – mức độ sử dụng được đề nghị cho việc sử dụng thực phẩm; * – áp dụng cho trẻ sơ sinh.
Bảng PL1.2. Hàm lượng lutein μg/100g rau quả [26]
Rau quả Hàm lượng lutein, μg/100g tươi
Bông cải xanh 1900
Cải Brussel 1300 Cà rốt 150 Bắp cải 260 Cơm 780 Đậu xanh 740 Cải xoăn 21900 Rau xà lách 1800
Rau quả Hàm lượng lutein, μg/100g tươi
Rau bina 10200
Cà chua 100
Cúc vạn thọ 37000
Phụ lục 2. Phương pháp xác định hàm lượng lutein tổng số [2]
a) Nguyên tắc
Chiết lutein từ mẫu phân tích bằng dung môi thích hợp. Đo độ hấp thụ của dịch chiết lutein ở 445 nm. Xác định hàm lượng lutein dựa theo định luật Lambert- Beer.
b) Tiến hành:
Cân chính xác G g mẫu hoa tơi (khoảng 1 g) cho vào bình tam giác, thêm V ml enzyme Viscozyme 1% (khoảng 1 ml, tỷ lệ enzyme:nguyên liệu là 1:1), bịt kín, đem mẫu đi ủ ở 300C, 150 rpm trong 4 giờ. Sau đó, lutein ester được chiết bằng cách đồng thể hóa với 20 ml aceton lạnh chứa 0,1% BHT (chất chống oxy hoá) trong 10 phút ở 300C. Lọc lấy dịch chiết. Lặp lại quá trình chiết ở trên với phần bã cho đến khi dịch chiết nhận được không có màu. Dịch chiết lutein ester được gộp lại và chiết sang 20 ml hexane rồi định mức lên V ml. Pha loãng dịch chiết theo tỷ lệ thích hợp (D) rồi đo độ hấp thụ ở 445 nm trên máy đo quang phổ kế Genesys 20 (Hache, Đức), dùng hexane làm dung dịch so sánh hiệu chỉnh máy.
Hàm lượng lutein tổng số trong mẫu phân tích được tính theo công thức:
Lutein (mg/kg) = G d E V D A cm* * 10 * * * % 1 1 4 Trong đó:
A: độ hấp thụ của dung dịch đo quang; V: thể tích dịch chiết sau khi định mức (ml); D: hệ số pha loãng;
E1%
1cm= 2500 : hệ số hấp thụ trung bình của dung dịch lutein 1% (w/v) trong dung môi hexane đo với cuvet 1 cm ở 445 nm;
d: bề dày cuvet (d=1cm);
G (g): khối lượng mẫu phân tích (mẫu hoa tươi).
Sơ đồ quy trình xác định phần trăm trọng lượng khô:
Hình PL1.1. Sơ đồ quy trình chiết lutein tổng số trong hoa cúc vạn thọ tươi
Phụ lục 3. Phương pháp xác định % trọng lượng khô
a) Nguyên tắc:
Dùng nhiệt độ cao để làm bay hơi nước hết trong mẫu phân tích;
Dựa vào hiệu khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy để tính hàm lượng nước có trong mẫu phân tích.
b) Tiến hành
- Chuẩn bị cốc sấy: đem cốc đi rửa để ráo, sau đó sấy ở 1050C trong vòng 30 phút. Để nguội trong bình hút ẩm rồi đem cân cốc ta được G1.
Điều kiện chiết thích hợp:
- Dung môi hexan
- Tỷ lệ dung môi:nguyên liệu 4 - Thời gian chiết 18 giờ
- Nhiệt độ chiết 30oC - Số vòng lắc 250 rpm Xử lý thích hợp Lọc Chiết Cánh hoa CVT tươi Dịch chiết Đo quang Na2SO4 khan
- Chuẩn bị mẫu: nguyên liệu được lấy ra khỏi tủ lạnh, để ở nhiệt độ phòng cho nhiệt độ của hoa ổn định lại. Sau đó, cân chính xác G g mẫu (khoảng 1g) cho vào 3 cốc sấy (đã được xác định khối lượng ở trên). Đưa cốc có chứa mẫu vào sấy ở 1050C và sấy qua đêm (khoảng 12 giờ). Lấy mẫu ra, để nguội trong bình hút ẩm và đem cân (khối lượng G2).
Phần trăm trọng lượng khô của hoa tươi được xác định theo công thức:
%TL khô = 2 1 *100%
G G G
Trong đó:
G: Khối lượng mẫu; G1: Khối lượng cốc sấy;
G2: Khối lượng chén và hoa đã được sấy khô.
Phụ lục 4. Tối ưu hóa bằng phương pháp RSM-CCD và phần mềm Design-
Expert® 8.0.7.1
Trong nghiên cứu này, để tối ưu hóa quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng mô hình cấu trúc có tâm Box-Wilson (RSM-CCD). Với phương pháp này, do thay đổi các thông số đồng thời, có thể làm giảm số thí nghiệm khảo sát rất nhiều so với phương pháp quy hoạch thực nghiệm cổ điển, vì vây rút ngắn thời gian thực hiện, giảm chi phí thí nghiệm và chi phí thấp. Tiến hành thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm, kết quả thu được là phương án sản xuất tối ưu nhất thỏa các điều kiện đưa ra trước.
Nhằm làm giàm số biến khảo sát, điều trước tiên là xác định các yếu tố quan trọng nhất (có ảnh hưởng lớn nhất hay có ý nghĩa nhất) đối với hàm mục tiêu. Trên cơ sở đó, sẽ cố định các yếu tố còn lại (ít ảnh hưởng) để giảm bớt chi phí thí nghiệm.
Phương án cấu trúc có tâm (CCD) là một trường hợp đặc biệt trong nhóm các mô hình quy hoạch thực nghiệm. Nó được cấu thành từ ba thành phần:
– Nhân: là một phương án tuyến tính với 2k đỉnh của một hình khối đều trong không gian k chiều. Nếu k>5, có thể giảm bớt số thí nghiệm bằng cách sử dụng phương án yếu tố từng phần 2k-1;
– 2k điểm sao (*) nằm trên các trục tọa độ của không gian yếu tố. Các tọa độ của điểm * là (α, 0, 0,…, 0), (0, α, 0,…,0),…, (0, 0,…, 0, α). α là khoảng cách từ tâm phương án đến điểm sao gọi là cánh tay đòn sao. Các điểm sao là cần thiết để mở rộng không gian nghiên cứu khảo sát tác động của một yếu tố đơn, để có thể tìm được các ước lượng của hệ số bii trong phương trình hồi quy bậc 2;
– no thí nghiệm ở tâm phương án để tìm phương sai tái hiện.
Cánh tay đòn sao α và số thí nghiệm no ở tâm được chọn phụ thuộc vào tiêu chuẩn tối ưu, thường là phương án trực giao hay phương án quay [40].
Để thực hiện điều này, chúng tôi dùng phần mềm chuyên dụng Design- Expert 8.0.7.1 bởi vì đây là một công cụ rất thuận tiện và hiệu quả, cho phép tiên đoán được các giá trị tối ưu của các yếu tố, xác định được sự tương tác lẫn nhau