3.3.1. Bố trí thí nghiệm
3.3.1.1. Xử lý cám gạo nguyên liệu trước khi trích ly
Cám gạo lấy từ các cơ sở xay sát gạo ở Đan Phượng Hà Nội. Cám gạo
được đóng gói vào túi và bảo quản ở nhiệt độ 20oC. Do cám gạo ở trạng thái
xốp, tế bào phá vỡ, có hệ enzym lipase nội tại, cùng sự xâm nhập của môi trường, nên phản ứng thủy phân và oxi hóa của dầu trong cám phát triển nhanh. Cám gạo rất dễ bị ôi hỏng, chua khét… Nên ta cần xử lý cám gạo nguyên liệu trước khi đưa vào quá trình trích ly gamma oryzanol để quá trình trích ly xảy ra thuận lợi hơn mà không gây ra các ảnh hưởng xấu đến hiệu suất thu hồi gamma oryzanol.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo, cho vào cốc thủy tinh đem sấy trong tủ sấy tự động khống chế nhiệt độ, ở 100oC – 105oC trong thời gian 10 phút.
- Trong quá trình sấy tiến hành đảo trộn cám để nhiệt độ tiếp xúc cám đều hơn.
- Sau đó sấy tiếp, hạ nhiệt độ của tủ sấy xuống 60oC khoảng thời gian 3 giờ, đảo trộn đều tay cho tới khi hàm ẩm của cám đạt khoảng 5 %. Ta thu được cám gạo nguyên liệu để thực hiên các thí nghiệm tiếp theo.
3.3.1.2. Xác định loại dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Quá trình trích ly ảnh hưởng rất nhiều yếu tố công nghệ: loại dung môi trích ly, nồng độ dung môi, nhiệt độ, tỷ lệ dung môi, thời gian trích ly… Một trong số những yếu tố ảnh hưởng đó là loại dung môi nào có ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly gamma oryzanol. Những dung môi dùng để chiết xuất dầu cần phải có một điểm sôi tương đối thấp và không dễ cháy, không độc trong cả hai chất lỏng và hơi nước. Tuy nhiên, cần chọn loại dung môi an toàn cho
- Sau khi xử lý cám gạo nguyên liệu có độ ẩm thích hợp là 5%, tiến hành trích ly 3 mẫu song song với các loại dung môi khác nhau: n – hexan, isopropyl alcohol, cồn ethanol 96o.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi mỗi loại. Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 3 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định loại dung môi nào cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.3. Xác định nồng độ trích ly ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Sau khi làm thí nghiệm xác định loại dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly lựa chọn được loại dung môi thích hợp. Tiến hành thí nghiệm dung môi đã chọn trên các nồng độ dung môi là 65o, 75o, 96o ở cùng điều kiện công nghệ để xác định nồng độ dung môi phù hợp cho việc tách chiết hoạt chất.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi đã chọn ở mục 3.3.1.2.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 3 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định nồng dung môi là bao nhiêu thì cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.4. Xác định nhiệt độ trích ly ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Ngoài các yếu tố như loại dung môi trích ly, nồng độ dung môi thì nhiệt độ cũng là yếu tố quan trọng có ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly gamma oryzanol. Sau khi làm thí nghiệm xác định nồng độ dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly lựa chọn được nồng độ dung môi thích hợp. Để xác định nhiệt độ trích ly ảnh hưởng tới hiệu suất trích ly ta tiến hành thí nghiệm ở các mức nhiệt độ là 45oC, 55oC, 65oC, 70oC, 75oC.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi với nồng độ đã chọn ở thí nghiệm mục 3.3.1.2 và mục 3.3.1.3.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 5 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định nhiệt độ trích ly là bao nhiêu thì cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.5. Xác định tỷ lệ dung môi ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly
Tỷ lệ dung môi cũng là một trong những yếu tố quyết định tới hiệu suất trích ly cao nhất. Chất lượng của dịch chiết phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu và dung môi. Nếu dùng ít dung môi có thể không chiết hết được hoạt chất, nhưng nếu dùng nhiều dung môi quá thì lượng hoạt chất trong dịch chiết không tăng mà lại tăng lượng tạp chất và gây lãng phí dung môi. Chính vì vậy ta cần xác định tỷ lệ dung môi và nguyên liệu để hiệu suất trích ly gamma oryzanol là cao nhất.
- Thí nghiệm tiến hành với các tỷ lệ dung môi / cám gạo nguyên liệu khác nhau là: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 để xác định tỷ lệ dung môi / nguyên liệu phù hợp nhất cho việc tách chiết hoạt chất.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý. Cân lần lượt các mẫu 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g dung môi với nồng độ đã chọn ở mục 3.3.1.2 và mục 3.3.1.3.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 3 giờ, trích ly 5 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định nhiệt độ trích ly là bao nhiêu thì cho hiệu suất trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.6. Xác định thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly
Sau khi đã xác định được các yếu tố để hiệu suất trích ly cao nhất như thời gian sấy nguyên liệu, loại dung môi, nồng độ dung môi, nhiệt độ dung môi. Tiến hành thí nghiệm với các ngưỡng thời gian cho mỗi lần trích ly là: 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5 giờ để xác định thời gian trích ly phù hợp cho hiệu suất trích ly cao nhất.
- Tiến hành cân 100 g cám gạo đã được xử lý, cân tiếp 300 g dung môi và nồng độ dung môi đã chon ở các mục trên.
- Ở nhiệt độ 65oC trong thời gian 4 giờ, trích ly 4 mẫu song song bằng bộ trích ly Soxhlet.
- Dịch trích ly được xử lý đuổi dung môi đến trong lượng không đổi. Lượng hoạt chất sinh học thô đem tinh chế để thu được hoạt chất tinh. Dựa vào hiệu suất trích ly xác định thời gian trích ly là bao nhiêu thì cho hiệu suất
trích ly cao nhất. Kết quả đều được xử lý thống kê theo chương trình IRRISTAT 4.0.
3.3.1.7. Xây dựng quy trình trích ly gamma oryzanol
Cám gạo nguyên liệu
Xử lý cám gạo:
Sấy ở 100 – 105oC/10 phút, sấy tiếp 60oC/ khoảng 4 giờ, hàm ẩm khoảng 5%
Cô dịch trích ly Dầu cám gạo thô, gamma oryzanol Bã cám gạo đã trích ly Thu hồi ethanol Trích ly Gamma oryzanol Ethanol 96o/ cám gạo = 3/1 Trích ly ở 65 – 70oC/4 giờ
3.3.2. Các chỉ tiêu nghiên cứu
3.3.2.1. Xác định hàm ẩm của cám gạo nguyên liệu theo phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi
Do cám gạo ở trạng thái xốp, tế bào phá vỡ, có hệ enzym lipase nội tại, cùng sự xâm nhập của môi trường, nên phản ứng thủy phân và oxi hóa của dầu trong cám phát triển nhanh. Sự thủy phân dầu tạo ra các acid béo tự do cao làm cho cám bị ôi hỏng, chua khét… không thuận lợi cho quá trình chế biến sau này. Chính vì vậy, để tàng trữ cám gạo cho chế biến cũng như chiết xuất gamma oryzanol cần có phương pháp bảo quản cám gạo cho trích ly gamma oryzanol bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi.
* Cách tiến hành
Cân 100 g cám nguyên liệu trong hộp nhôm đã biết trước trọng lượng.
Đặt hộp nhôm có chứa mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ 105oC. Sau 3 giờ đem đi
làm nguội trong bình hút ẩm và cân. Tiếp theo lại đặt hộp cùng mẫu vào tủ sấy và sấy tiếp khoảng từ 30 – 60 phút rồi lại đem là nguội trong bình hút ẩm. Sau đó đem cân lại, nếu sai số giữa hai lần cân không quá 0.01 g thì quá trình sấy xem như kết thúc.
* Cách tính
Hàm ẩm của nguyên liệu được tính theo công thức sau: W = 100%
Trong đó:
a: Khối lượng hộp nhôm cộng nguyên liệu trước khi sấy (g) b: Khối lượng hộp nhôm chứa nguyên liệu sau khi sấy (g) c: Khối lượng hộp nhôm khô không chứa nguyên liệu (g)
Nguyên liệu được sấy tới hàm ẩm khoảng 5%. Cân 100 g cám gạo nguyên liệu rồi đem trích ly bằng dung môi cồn ethanol 96o với tỷ lệ ethanol 96o / cám gạo = 3 / 1, trích ly ở nhiệt độ 65 – 70oC trong thời gian là 4 giờ.
Dịch trích ly thu được đem lọc qua vải màn và giấy lọc khổ to để loại bỏ hết cặn và tạp chất thu được dầu cám gạo thô.
Dầu cám gạo thô được xà phòng hóa với 1.7 % NaOH ở 90oC trong
thời gian là 1 giờ. Trung hòa kiềm dư bằng Na2CO3. Dịch xà phòng hóa đem
sấy đối lưu và tạo sợi xà phòng khô ở 115oC trong 2 giờ. Sợi xà phòng khô
trích ly với ethyl acetate trong khoảng 4 giờ. Thu hồi dung môi cồn và lọc tách sáp thu được dịch lọc. Sau đó cô tới khối lượng không đổi ta xác định được hàm lượng gamma oryzanol thu được.
3.3.2.3. Xác định hiệu suất trích ly gamma oryzanol
Để đánh giá hiệu quả tách chiết hoạt chất gamma oryzanol người ta dùng phương pháp xác định hiệu suất trích ly gamma oryzanol.
Hiệu suất trích ly (HSTL): là hiệu suất thu gamma oryzanol theo hàm lượng gamma oryzanol có trong nguyên liệu. HSTL được tính theo công thức sau:
HSTL (%) = 100% Trong đó:
HSTL: Hiệu suất trích ly (%) LHCT: Lượng hoạt chất tinh (g)
Lượng hoạt chất có trong nguyên liệu là 0.32 g.
3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu được xử lý thống kê theo chương trình IRISTAT 4.0.
Phần IV
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Xử lý cám gạo nguyên liệu Nguyên liệu Chọn loại dung môi thích hợp Chọn nồng độ dung môi thích hợp Xác định chế độ trích ly thích hợp
Lượng dung môi
Nhiệt độ trích ly
Thời gian trích ly
gamma oryzanol
4.1. XỬ LÝ CÁM GẠO NGUYÊN LIỆU TRƯỚC KHI TRÍCH LY
4.1.1. Nghiên cứu xác định phương pháp xử lý cám nguyên liệu cho trích ly gamma ozyzanol từ cám gạo
Cám gạo ở trạng thái xốp, tế bào phá vỡ, có hệ enzym lipase nội tại, cùng sự xâm nhập của môi trường, nên phản ứng thủy phân và oxi hóa của dầu trong cám phát triển nhanh. Sự thủy phân dầu tạo ra các acid béo tự do cao làm cho cám bị ôi hỏng, chua khét… không thuận lợi cho quá trình chế biến sau này. Chính vì vậy, để tàng trữ cám gạo cho chế biến cũng như chiết xuất gamma oryzanol cần có phương pháp bảo quản cám gạo cho trích ly gamma oryzanol. Tác giả Phạm Đức Thái chương trình 20A (Giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả sử dụng lương thực) đã đưa ra được quy trình công nghệ
diệt men lipasa bằng phương phấp sấy cám gạo ở nhiệt độ 100 – 105oC/10
phút cho hiệu quả diệt men lipase cao trong cám gạo. Đề tài kế thừa quy trình này để diệt men lipase trong xử lý cám gạo nguyên liệu cho trích ly Gamma oryzanol từ cám gạo.
4.4.2. Nghiên cứu xác định hàm ẩm cám gạo nguyên liệu cho trích ly gamma oryzanol
Tính chất của nguyên liệu có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly gamma oryzanol. Nếu hàm ẩm nguyên liệu giảm thì tốc độ trích ly tăng lên, vì lượng nước trong nguyên liệu tác dụng với protein và các chất háo nước khác ngăn cản sự chuyển dịch của dung môi thấm sâu vào trong nguyên liệu, làm chậm quá trình khuếch tán. Chúng tôi tiến hành xác định hàm ẩm của cám gạo nguyên liệu sau đó sấy cám gạo nguyên liệu đạt tới hàm ẩm nhất định rồi tiến hành trích ly bằng dung môi cồn ethanol 96o trong thời gian 3 giờ, thu được dịch trích ly, đem xác định hàm lượng gamma oryzanol bằng phương pháp đo mật độ quang ở bước sóng 280 – 400 nm. Kết quả phân tích được trình bày ở bảng 4.1.
Bảng 4.1. Ảnh hưởng thời gian sấy đến chất lượng cám gạo sau sấy
Chỉ tiêu nghiên cứu
Thời gian sấy (giờ)
0 (Cám gạo
mới xay sát) 1 2 4
Hàm ẩm cám gạo (%) 13.8 7.1 5.3 2.6
Hàm lượng gamma oryzanol
(g/100 g cám) 0.16 0.21 0.243 0.245
Hiệu suất trích ly gamma oryzanol
(%) 50.00c 65.60b 75.93a 76.56a
(Ghi chú: Các số liệu theo cột có chữ số mũ khác nhau là có giá trị khác nhau có nghĩa ở mức ý nghĩa α = 0.05)
Cám gạo nguyên liệu sau khi sấy, trích ly theo tỷ lệ cám gạo/ dung môi ethanol 96o theo tỷ lệ 1: 3 ở nhiệt độ 65oC ở các mức thời gian 0 giờ (cám gạo mới xay sát), 1 giờ, 2 giờ, 4 giờ được thể hiện qua bảng 4.1 như sau:
Chúng tôi nhận thấy khi thời gian sấy tăng thì hàm ẩm cám gạo giảm dần từ 13.8 % > 7.1 % > 5.3 % > 2.6 %, hàm lượng gamma oryzanol tăng với lương nhỏ từ 0.16 g < 0.21 g < 0.243 g < 0.245 g. Lúc chưa sấy cám gạo có hiệu suất trích ly thấp nhất là 50%. Sau khi sấy cám được 1 giờ thi hiệu suất trích ly tăng lên rõ rệt là 65.6%. Hiệu suất trích ly đạt giá trị tối ưu sau khi sấy nguyên liệu 2 giờ với hiệu suất cao đạt 75.93%. Khi tăng thời gian sấy lên 4 giờ thì hiệu suất trích ly có tăng nhưng tăng không đáng kể là 76.56% không phù hợp với điều kiện kinh tế.
Qua thí nghiệm này chúng tôi nhận thấy rằng, nguyên liệu càng khô thì càng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly, song rất khó khăn để sấy
nguyên liệu cao. Mặc dù, thời gian sấy là 4 giờ cho hiệu suất trích ly cao hơn nhưng cao hơn không đáng kể so với hiệu suất trích ly ở thời gian sấy là 2 giờ. Nếu ta sấy cám gạo nguyên liệu trong 4 giờ sẽ rất mất nhiều thời gian và gây lãng phí lớn.
Qua tiến hành khảo sát, chúng tôi nhận thấy xử lý cám gạo nguyên liệu thích hợp cho quá trình trích ly gamma orynazol là cám gạo nguyên liệu sau khi diệt men lipase ở 100oC– 105oC trong thời gian 10 phút, tiếp tục sấy ở 60oC trong thời gian 2 giờ đạt hàm ẩm khoảng 5.3% rồi đem trích ly.
4.2. XÁC ĐỊNH LOẠI DUNG MÔI ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT TRÍCH LY
Dung môi để hoà tan các chất cần trích ly và giữ lại các tạp chất, dung môi có ảnh hưởng lớn tới chất lượng của dịch chiết và thành phẩm, vì vậy việc lựa chọn dung môi thích hợp là hết sức quan trọng. Dựa trên tính chất vật lý (độ nhớt, sức căng bề mặt, độ phân cực) và đặc tính hòa tan chọn lọc của dung môi đối với hoạt chất để lựa chọn dung môi. Những dung môi dùng để chiết xuất dầu cần phải có một điểm sôi tương đối thấp và không dễ cháy, không độc trong cả hai chất lỏng và hơi nước. Tuy nhiên, cần chọn loại dung