Đặt vấn đề
Từ hàng ngàn năm trước, thảo dược đã được con người sử dụng để chữa bệnh và tăng cường sức khỏe, đặc biệt là ở Trung Quốc và Ấn Độ Nhiều loại cây như bạc hà, cỏ xạ hương, và dừa cạn đã trở thành hương liệu và thuốc chữa bệnh phổ biến Hiện nay, với các kỹ thuật hiện đại, nhiều hoạt chất trong thảo dược đã được xác định, và xu hướng toàn cầu đang quay về với các hợp chất tự nhiên để chăm sóc sức khỏe Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phân tách, xác định cấu trúc và sản xuất tinh dầu từ nguồn thảo dược Việt Nam Gấc, một loại cây trồng phổ biến ở Việt Nam, có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng vẫn chưa được khai thác hết tiềm năng, đặc biệt với các chất như β-carotene và lycopene có hàm lượng cao.
β-carotene, còn được gọi là tiền tố vitamin A, được chuyển hóa thành vitamin A trong cơ thể, giúp phòng tránh bệnh mù mắt và tăng cường thị lực Nó cũng hỗ trợ hệ miễn dịch, thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của cơ thể, đồng thời ngăn ngừa các bệnh tim mạch và một số loại ung thư như ung thư phổi và dạ dày Gấc còn chứa nhiều lycopene, một chất chống oxi hóa mạnh mẽ, có tác dụng ức chế tế bào ung thư và được sử dụng trong điều trị ung thư tuyến vú, dạ dày, và tuyến tiền liệt Do cơ thể không tự sản sinh β-carotene và lycopene, việc hấp thụ từ thực phẩm hàng ngày là cần thiết Công nghệ trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, đặc biệt là với CO2, được ưu tiên nghiên cứu và phát triển để tách các hợp chất tự nhiên, mang lại hiệu quả cao hơn so với phương pháp truyền thống, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường và không để lại hóa chất độc hại Cần nghiên cứu điều kiện tối ưu để trích ly β-carotene và lycopene từ gấc, đặc biệt là cho các tinh dầu quý và kém bền nhiệt.
Đối tƣợngnghiên cứu
Các đối tƣợng nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu trên vật liệu là quảgấc.
- Thiết bị trích ly siêu tới hạnThar-SFE.
- Quá trình trích ly CO2siêu tớihạn.
Mục đíchnghiên cứu
Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích:
- Tách lấy β-carotenevàlycopene từ màng gấc bằng phương pháp trích ly siêu tới hạn với dung môi làCO2.
- Sosánh các phương pháp trích ly β-carotenevàlycopene từgấc.
- Tối ƣu hóa quá trình trích ly β-carotenevàlycopene.
Nội dungnghiên cứu
- Đánh giá hàm lƣợng-carotenevàlycopene thu hồi từ các nguồn khác nhau.
Phương phápnghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu đề tài bao gồm:
- Tìm hiểu lí thuyếtvềquá trình trích ly siêu tới hạnvànhững vấn đề có liên quan đến trích ly.
- Tìm hiểu hệ thống thiết bị trích ly siêu tới hạnThar-SFE.
- Thực hiện các thí nghiệm trên thiết bị trích ly siêu tới hạn Tiến hành trích ly β-carotenevàlycopene từ bột mànggấc.
- Thực nghiệm so sánh hiệu quả trích ly β-carotenevàlycopene của các phương pháp trích ly khác nhau: ngâm dầm, Soxhlet, trích ly bằng CO2ở trạng thái siêu tới hạn.
Sơlƣợcvềgấc
Hình 2.1: Một số hình ảnh về gấc
Gấc, hay còn gọi là Momordica cochinchinensis, là một loại cây bản địa của Việt Nam thuộc chi Mướp (Momordica) và họ Bầu bí (Cucurbitaceae) Đây là cây nhiệt đới được trồng rộng rãi ở nhiều quốc gia vùng nhiệt đới Ngoài tên gọi gấc ở Việt Nam, loại cây này còn có nhiều tên khác như fak kao ở Thái Lan, bhat kerala ở Ấn Độ, mộc miết ở Trung Quốc và mak kao ở Lào.
Gấc là cây đơn tính với cây đực và cây cái riêng biệt, có khả năng leo khỏe, thân dài tới 15m Lá gấc mọc so le, có thùy khía sâu và màu xanh biếc, kích thước khoảng 8-18cm Hoa gấc có hai loại, màu vàng nhạt và thường mọc ở nách lá Quả gấc hình tròn, màu xanh khi chưa chín và chuyển sang đỏ cam khi chín, đường kính từ 15-20cm, có gai và thường có sáu múi Thịt gấc màu đỏ cam, hạt màu nâu thẫm, hình dẹp Cây gấc ra hoa từ mùa hè đến thu và thu hoạch một mùa mỗi năm, phát triển mạnh vào mùa mưa Cây có tuổi thọ từ 15-20 năm và thường được thu hoạch từ tháng mười đến tháng hai ở Việt Nam Gấc có khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh và ít bị chuột phá hoại, thường được trồng trên giàn, bờ rào hoặc bụi tre Trước đây, gấc là cây hoang dại nhưng đã được người dân chọn lọc và trồng từ lâu.
Gấc đƣợc chia thành 2 loại:
Gấc nếp là một loại trái cây lớn, có nhiều hạt, với vỏ màu xanh có ít gai Khi chín, trái gấc chuyển sang màu đỏ cam rất đẹp mắt Bên trong, thịt trái có màu vàng tươi, trong khi màng bao bọc hạt có màu đỏ tươi đậm.
Gấc tẻ là loại trái nhỏ hoặc trung bình, có vỏ dày và ít hạt, với gai nhọn Khi chín, bên trong trái gấc tẻ có màu vàng nhạt hoặc màu hồng, không đỏ tươi như gấc nếp, và có màng bao bọc hạt.
Thịt gấc ở Việt Nam chủ yếu được dùng để nhuộm màu cho xôi, tạo ra món xôi gấc nổi bật với sắc đỏ, thường được ưa chuộng trong các dịp lễ tết và cưới hỏi Để làm xôi gấc, người ta trộn màng hạt và một ít rượu với gạo, giúp món xôi không chỉ có màu sắc hấp dẫn mà còn mang hương vị đặc trưng Ngoài việc chế biến thực phẩm, nhiều bộ phận của cây gấc như hạt, tinh dầu và rễ cũng được ứng dụng trong y học cổ truyền Hạt gấc có tác dụng chữa trị mụn nhọt độc, viêm da thần kinh, và trĩ; rễ gấc giúp giảm đau tê thấp; lá gấc kết hợp với tầm gửi được dùng để làm thuốc tiêu sưng Đặc biệt, dầu gấc chứa vitamin A, có công dụng bôi lên vết thương ngoài da, chữa khô mắt, quáng gà và tăng cường thị lực.
Gac oil is a pure essential oil extracted from the gac fruit, rich in beneficial compounds such as β-carotene, lycopene, and vitamin E It contains essential fatty acids, including 14.7% linoleic, 7.69% stearic, and 33.38% palmitic acids, making it highly nutritious for the human body.
β-carotene có hàm lượng cao gấp 1,8 lần so với dầu gan cá thu, 10 lần so với cà rốt và gần 20 lần so với đu đủ chín Chất này không chỉ có tác dụng chống lão hóa mạnh mẽ mà còn bổ sung Vitamin A cho cơ thể.
Lycopene, một carotenoid có khả năng chống lão hóa, có nồng độ cao gấp 70 lần so với cà chua và có thể kết tinh thành tinh thể Chất này không chỉ giúp ngăn ngừa chứng nhồi máu cơ tim mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.
- Vitamin E ở dạng α-tocopherol: đây chính là vitamin E thiên nhiên nên có tác dụng mạnh hỗ trợ sự phát triển củacơquan sinh sảnvàlàm đẹpda.
- Acid Linoleic (omega 6): Còn gọi là vitamin F giúp bền vững thành mạch máu, ngăn ngừa các bệnhvềtim mạch, giúp hạ cholesterolmáu.
Acid Oleic (Omega 9) hỗ trợ sự phát triển của hệ thần kinh và các sợi myelin, đặc biệt có lợi cho bà mẹ mang thai, cho con bú, cũng như trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ.
Ngoài ra, dầu gấc còn có các nguyên tố vi lƣợng nhƣ: coban, sắt, kẽm, selen, Một số công dụng của dầu gấc:
- Phòngvàchữa khô mắt, thoái hóa hoàng điểm, giúp mắt sángvàkhỏe nhờ vào tác dụng củaβ-carotene.
Chữa trị hiệu quả cho sạm da, nám da, mụn trứng cá, da khô, da nổi sần và tróc vảy Sản phẩm có tác dụng dưỡng ẩm, bảo vệ da, giúp da luôn hồng hào, tươi trẻ và mịn màng Tăng cường sức đề kháng cho da, chống lại các tác nhân gây hại từ môi trường như nắng nóng, khói bụi và ô nhiễm.
Mát-xa dầu gấc không chỉ giúp phòng chống lão hóa da mà còn ngăn ngừa hiện tượng cháy nắng và duy trì làn da khỏe mạnh Các chất carotenoids như β-carotene và lycopen trong dầu gấc có tác dụng chống oxy hóa, giúp loại bỏ các sản phẩm oxy hóa gây hại, làm lão hóa da và gây ra các bệnh viêm nhiễm.
- Phòngvàchữa rụng tóc, làm tóc mềmmại.
Ngăn ngừa viêm và tổn thương ADN trong tế bào da khi tiếp xúc với ánh nắng, đồng thời kích thích sự hình thành lớp mô mới, giúp vết thương nhanh lành và hỗ trợ chữa trị các vết bỏng, vết loét, nứt.
Nghiên cứu gần đây của các nhà khoa học Mỹ cho thấy các hợp chất như β-carotene, lycopen và vitamin E trong dầu gấc có khả năng vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư, bao gồm ung thư vú và ung thư tuyến tiền liệt Bên cạnh đó, hàm lượng protein cao trong gấc cũng giúp ngăn ngừa ung thư Để bảo quản dầu gấc hiệu quả, cần tránh ánh sáng chiếu vào và không để ở nơi có nhiệt độ quá cao.
β-carotene là một hợp chất thuộc họ carotenoids, có cấu trúc phân tử chứa 40 nguyên tử carbon, tạo ra màu sắc vàng, da cam, đỏ trong nhiều loại trái cây như gấc Carotenoids được nghiên cứu rộng rãi vì ảnh hưởng tích cực đến sức khỏe con người, dẫn đến việc phát triển các sản phẩm thuốc và thực phẩm bổ sung β-carotene là tiền chất của vitamin A, được lưu trữ trong gan và chỉ được chuyển đổi thành vitamin A khi cơ thể cần Dạng bột kết tinh của β-carotene có màu nâu đỏ, khối lượng phân tử 536,9 g/mol, và nhiệt độ nóng chảy từ 180 đến 183 °C Hợp chất này tan tốt trong các dung môi hữu cơ như hexane và chloroform, nhưng ít tan trong dầu thực vật, không tan trong nước và rượu, đồng thời dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng và nhiệt độ cao.
Là một chất chống oxy hóa mạnh, β-carotene có khả năng tiêu diệt các gốc tự do trong cơ thể, giúp bảo vệ màng tế bào và ngăn ngừa tổn thương cho các bào quan Những gốc tự do này không chỉ gây hại cho tế bào mà còn là nguyên nhân dẫn đến một số bệnh ung thư Hơn nữa, β-carotene còn có tác dụng ngăn ngừa các bệnh về tim mạch và chống lão hóa hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứutríchly
Hình 2.8: Mô tả hệ thống trích ly Soxhlet
1 Bếp đun 2.Bìnhcầu 3 Ống dẫnhơi.
4 Ống hoàn lưudungmôi 5 Ống sinhhàn. Đối với phương pháp Soxhlet, đây là quá trình liên tục được thực hiện nhờ một bộ dụng cụ riêng Mẫu trích ly đƣợc gói trong giấy lọc đặt trong ống trích ly.Dung môi trích ly từ bình cầu đƣợc đun sôi theo ống dẫn hơi đi lên, gặp ống sinh hàn ngƣng tụ lại trong ống trích ly Dung môi hòa tan và trích các hợp chất trong mẫu, khi đạt một lượng dung môi nhất định sẽ hoàn lưu về bình cầu Quá trình tiếp tục diễn ra đến khi kết thúc Muốn biết quá trình trích ly đã cạn kiệt chƣa, ta tháo phần ống sinh hàn, dùng pipet lấy vài giọt dung dịch trong bình chứa mẫu, nhỏ lên mặt kính hoặc giấy lọc Nếu sau khi dung môi bay hơi hết và không để lại vết gì thì quá trình trích ly đã kết thúc Nếu còn thấy vết thì phải để trích ly thêm một thời gian nữa Phương pháp được tiến hành trong điều kiện thường nên ngoài yếu tố nhiệt độ có ảnh hưởng đến thành phần chất trích thì các yếu tố ảnh hưởng khácnhư bản chất của chất tan, bản chất của dung môi, bản chất của mẫu nguyên liệu, kích thướcmẫu,… sẽquyếtđịnhchấtlƣợngvàhiệuquảcủaquátrình
- Khôngtốncácthaotáclọcvàchâmdungmôimớinhƣcáckỹthuậtkhác. Chỉ cần cắm điện mở nước hoàn lưu là máy sẽ thực hiện quá trình trích ly.
Trong quá trình trích ly, các hợp chất được chiết xuất từ nguyên liệu sẽ được lưu giữ trong bình cầu và luôn bị đun nóng ở nhiệt độ sôi của dung môi Điều này có thể gây hại cho những hợp chất kém bền nhiệt.
Do thiết bị được làm hoàn toàn bằng thủy tinh và gia công thủ công, giá thành của nó khá cao Thủy tinh dễ vỡ, đặc biệt là các bộ phận như nút mài, nên nếu một bộ phận nào đó bị hỏng, việc tìm kiếm bộ phận thay thế phù hợp sẽ rất khó khăn.
Phươngphápngâmdầmđượcthựchiệnởnhiệtđộphòngbằngcáchtrộnhỗn hợp nguyên liệu với dung môi phù hợp theo tỉ lệ nhất định (tỉ lệ nguyên liệu :dungmôi là 1 :
Rót dung môi tinh khiết vào bình chứa nguyên liệu với tỷ lệ 5:1 hoặc 1:10 và giữ ở nhiệt độ phòng trong một ngày để dung môi thẩm thấu vào tế bào thực vật, hòa tan các hợp chất tự nhiên Quá trình này được lặp lại nhiều lần bằng cách thay dung môi mới, sau đó dịch trích được cho vào lọ bảo quản riêng Tiếp tục trích cho đến khi nguyên liệu được trích kiệt, và bã cuối cùng sẽ được thu hồi bằng máy ép cơ học hoặc máy ly tâm.
Để tăng hiệu quả quá trình trích ly, bạn có thể thỉnh thoảng đảo trộn hoặc sử dụng máy khuấy từ Thời gian ngâm chỉ cần 24 giờ, vì mẫu nguyên liệu sẽ hòa tan vào dung môi đến mức bão hòa, và việc ngâm lâu hơn chỉ tốn thời gian Động lực của quá trình này là sự chênh lệch nồng độ của chất cần trích trong nguyên liệu với môi trường dung môi.
- Nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với dung môi nên việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình trích ly đƣợc thực hiệndễdànghơn.
- Kỹ thuật không đòi hỏi thiết bị phức tạp, dễ sử dụng nên có thể thao tác với lƣợng lớn nguyên liệuvàcó thể áp dụngcho nhiều chất khác nhau.
- Thời gian trích ly dài, có thể kéo dài vài ngày đến vàituần.
1.2.3.1 Sơ lƣợc về công nghệ trích ly bằng dung môi CO 2 siêu tới hạn [1, 2, 6,17-21]
Vào năm 1861, Gore đã phát hiện ra khả năng hòa tan tốt của naphtalen và camphor trong CO2 lỏng Đến năm 1875-1876, Andrews, một trong những nhà nghiên cứu tiên phong về trạng thái siêu tới hạn của CO2, đã thực hiện các phép đo và cung cấp giá trị áp suất và nhiệt độ tới hạn của CO2, gần giống với các số liệu hiện đại.
Nghiên cứu về công nghệ trích ly hợp chất thiên nhiên bằng dung môi siêu tới hạn đã bắt đầu từ những năm 1970, mở ra nhiều ứng dụng trong ngành thực phẩm, mỹ phẩm và môi trường Khi một chất khí bị nén đến áp suất cao, nó sẽ hóa lỏng, nhưng tại một áp suất nhất định, nếu nhiệt độ tăng, chất lỏng sẽ không hóa hơi mà tồn tại ở trạng thái siêu tới hạn Trạng thái này có tính chất trung gian, mang đặc điểm của cả chất khí và chất lỏng.
Chất ở trạng thái siêu tới hạn có tỷ trọng tương đương với pha lỏng, nhưng lại có tính linh động cao và sức căng bề mặt thấp Hệ số khuếch tán của nó cũng tương tự như khi chất ở trạng thái khí.
Điểm ba trong giản đồ pha trạng thái siêu tới hạn là nơi giao nhau của ba trạng thái rắn, lỏng và khí Tại đây, đường cong khí - lỏng chỉ ra nơi hai trạng thái cùng tồn tại, và điểm siêu tới hạn được xác định khi nồng độ của khí và lỏng bằng nhau Tại điểm này, áp suất và nhiệt độ đạt các giá trị đặc trưng gọi là áp suất tới hạn (PC) và nhiệt độ tới hạn (TC) Sự thay đổi tính chất của chất lỏng dọc theo đường cong áp suất hơi cho thấy khi nhiệt độ tăng, khối lượng riêng của pha lỏng giảm trong khi khối lượng riêng của pha hơi tăng Khi vượt qua nhiệt độ tới hạn, sự phân biệt giữa pha lỏng và pha hơi không còn nữa, và vật chất tồn tại ở trạng thái siêu tới hạn Giá trị PC phụ thuộc vào phân tử lượng của các chất, với các hydrocacbon có từ 1 đến 3 carbon có giá trị PC không cao.
TC chỉ tăng nhẹ theo phân tử lượng, nhưng lại phụ thuộc nhiều vào độ phân cực của chất Độ phân cực càng lớn thì giá trị TC cũng tăng theo Điều này được giải thích bởi sự tồn tại lực cảm ứng giữa các cực của các phân tử trong chất phân cực, dẫn đến năng lượng cần thiết để phá vỡ trật tự giữa các phân tử trong pha lỏng cao hơn nhiều so với các chất không phân cực.
Bảng 2.2: Nhiệt độ và áp suất tới hạn của một số chất [1]
Khối lƣợng phân tử (g/ mol)
Nhiệt độ tới hạn (K) Áp suất tới hạn (MPa)
Khối lƣợng riêng tới hạn (g/cm 3 )
Trong phương pháp trích ly siêu tới hạn, dung môi CO2là một dung môi được ƣu tiên lựa chọn bởi vì có nhiều điểm thuận lợi nhƣ:
CO2 là một chất trơ, không độc hại cho cơ thể và không ăn mòn thiết bị, với tính chất ít phản ứng với các chất cần trích ly Khi ở trạng thái siêu tới hạn, CO2 không tự kích nổ, không bắt lửa và không duy trì sự cháy, do đó an toàn trong sản xuất Đây là một chất dễ kiếm và rẻ tiền, vì nó là sản phẩm phụ của nhiều ngành công nghiệp hóa chất khác Điểm tới hạn của CO2 có nhiệt độ và áp suất không quá cao, giúp tiết kiệm năng lượng khi đưa CO2 đến trạng thái siêu tới hạn Sử dụng CO2 thương phẩm để trích ly cũng đảm bảo không có dư lượng cặn độc hại trong chế phẩm.
Sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dung môi phản ứng giúp kéo dài tuổi thọ của xúc tác nhờ khả năng hòa tan các chất độc hại, từ đó duy trì hoạt tính xúc tác lâu hơn Ngoài ra, CO2 siêu tới hạn còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tách sản phẩm, thu hồi và tái sử dụng xúc tác, đặc biệt là các xúc tác phức kim loại chuyển tiếp đắt tiền Quá trình phân tách có thể thực hiện dễ dàng bằng cách giảm áp suất hoặc nhiệt độ.
Sử dụng CO2 siêu tới hạn sẽ cải thiện khả năng truyền khối trong hệ phản ứng CO2 siêu tới hạn, giống như các lưu chất siêu tới hạn khác, có nhiều tính chất vật lý tương tự như chất khí, bao gồm độ nhớt thấp và khả năng khuếch tán vượt trội so với các dung môi hữu cơ thông thường.
CO2siêu tới hạn có khả năng cường tốc độ phảnứng.
Dung môi CO2 siêu tới hạn có thể điều chỉnh các tính chất vật lý theo yêu cầu, nhờ vào khả năng nén cao của nó Tỷ trọng của dung môi có thể được điều chỉnh, từ đó ảnh hưởng đến các thông số vật lý như hằng số điện môi và độ nhớt Việc điều chỉnh này cho phép kiểm soát phản ứng, tăng cường hiệu suất và độ chọn lọc chỉ bằng cách thay đổi một số điều kiện vận hành.
CO2 bị nén có tính kháng khuẩn mạnh mẽ nhờ vào áp suất cao, với nghiên cứu cho thấy màng tế bào của Lactobacillus plantarum bị phá hủy khi xử lý ở áp suất 7 MPa và nhiệt độ 303,15 K trong 10 phút Ambrosino và các cộng sự đã chứng minh rằng áp suất cao trong điều kiện CO2 siêu tới hạn có khả năng kiềm hãm hoạt động của vi khuẩn trong suốt quá trình.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊNCỨU
Nguyên liệuvàhóachất
Nguyên liệu trích ly là màng gấc nhận từ công ty Domesco Đồng Tháp.Tatiến hành khảo sát quá trình trích ly β-carotenevàlycopene từ hai nguồn gấc khác nhauvớihaiphươngphápsơchếkhácnhautheoquitrìnhcủacôngtycungcấp.
Nguồn nguyên liệu chính là quả gấc thu hoạch vào tháng 6, được sơ chế qua quy trình chọn lựa quả chín với màu vàng cam hoặc đỏ, có đường kính lớn hơn 10 cm Sau khi bổ đôi, hạt và lớp màng đỏ xung quanh hạt được tách ra bằng dao thép không gỉ, bỏ vỏ Lớp màng này được sấy ở nhiệt độ 60 độ C, lật mặt nguyên liệu sau 2 giờ và tiếp tục sấy thêm 2 giờ nữa Tiếp theo, lớp màng đỏ được tách khỏi hạt và tiếp tục sấy cho đến khi độ ẩm dưới 10%, thu được màng gấc khô Cuối cùng, màng gấc khô được nghiền thô qua lưới 5mm để thu được bột gấc.
Nguồn nguyên liệu thứ hai là quả gấc thu hoạch vào tháng 10, được chọn lựa kỹ lưỡng với tiêu chí quả chín màu vàng cam hoặc đỏ, đường kính lớn hơn 10cm Sau khi bổ đôi, hạt gấc được tách ra và vỏ bị loại bỏ Hạtvà lớp màng đỏ xung quanh hạt được sấy ở nhiệt độ 60 độ C, đảo mặt sau 2 giờ và tiếp tục sấy thêm 2 giờ nữa Sau đó, lớp màng đỏ được tách ra và hạt bỏ đi, tiếp tục sấy cho đến khi độ ẩm dưới 10% Cuối cùng, màng gấc khô được nghiền mịn bằng máy xay sinh tố để thu được bột gấc.
Sau khi nhận về, nguồn nguyên liệu đƣợc bảo quản trong các gói giấy bạc và giữ trong tủ lạnh ở 0 o C.
Gấc chín Bổ đôi Tách lấy hạt và màng đỏ, bỏ vỏ
Sấy ở 60 o C đến có thể tách màng hạt
Tách lấy màng hạt , bỏ hạt
Sấy ở 60 o C đến khi độ ẩm < 10%
Nguyên liệu 1 Nghiền thô Màng gấc khô
Để xác định hàm lượng β-carotene và lycopene tổng trong bột gấc, chúng ta tiến hành so sánh hai phương pháp trích ly: ngâm dầm và Soxhlet.
Bảng 2.6: Hàm lƣợng tổng β-carotene và lycopene có trong bột gấc
Mẫu Hàm lƣợng-carotene (mg/g) Hàm lƣợng lycopene(mg/g)
Hàm lượng β-carotene trong bột gấc được xác định gần đúng là 1,2735 mg/g, trong khi lycopene đạt 103,8379 mg/g, cả hai đều được chiết xuất bằng phương pháp ngâm dầm.
Bảng 3.1: Các loại hóa chất đƣợc sử dụng
STT Tên hóa chất Nguồn gốc Độ tinh khiết (%)
99,9 Dùng làm đồng dung môi trong trích ly bằng CO2siêu tới hạn
99.8 Dùng trích ly-carotene bằng phương pháp ngâm dầm, Soxhlet.
Tráng bình đựng mẫu trong thiết bị trích ly, định mức, pha loãng dung dịch sau trích ly
99.9 Dùng trong pha động khi phân tích HPLC
Mỹ 99 Thêm vào dịch trích ly hạn chế sự biến đổi của-carotene.
Mỹ 99,8 Dùng trong pha động khi phân tích HPLC
95 Sử dụng làm dung môi siêu tới hạn trích ly-carotene
Thiết bịthínghiệm
Hình 3.2: Thiết bị trích ly siêu tới hạn Thar SFE 100
Thiết bị trích ly Thar SFE 100 đƣợc sản xuất tại Mỹ, sử dụng cho nghiên cứu hoặc cho sản xuất mẫu Thiết bị bao gồm các bộ phận chính:
- Bình hình trụ chứa dung môiCO2.
- Bình trụ chứa dung môi hỗtrợ.
- Bộ điều chỉnh áp suất tựđộng.
- Bộ phận thu hồi sảnphẩm.
- Máy tính điều khiển hệthống.
Một số điều kiện làm việc của thiết bị trích ly:
- Ápsuất: thiết bị làm việc trong khoảng 50 đến 340bar.
- Vận tốc dòng CO2: dòng CO2chạy trong thiết bị không quá 25g/ph.
- Dung môi sử dụng: CO2vàmộtsốdung môi hữu cơ nhƣ ethanol, methanol,…
Hình 3.3: Sơ đồ quy trình trích ly sử dụng thiết bị Thar – SFE
Trong thiết bị trích ly siêu tới hạn, dung môi CO2 ở trạng thái lỏng từ bình chứa được làm lạnh bằng ethylene glycol và nước trước khi vào bơm cao áp để đạt áp suất làm việc Dung môi hỗ trợ (nếu có) được đưa vào dòng chính qua bộ trộn bằng bơm cao áp khác Hỗn hợp dung môi được gia nhiệt đến nhiệt độ trích ly đã cài đặt trước khi vào bình trích ly bằng thép không gỉ chịu áp suất cao, nơi nguyên liệu được bố trí giữa hai lớp bi thủy tinh để phân tán dòng dung môi hiệu quả Áp suất trong bình được điều khiển tự động nhằm duy trì ổn định trong suốt quá trình trích ly Sau khi qua bộ giảm áp, CO2 chuyển sang trạng thái khí và chất cần trích được thu hồi trong bình chứa mẫu.
Hình 3.4: Thiết bị cô quay chân không
8: Ống nhập liệu, xảchân không 9,10: Cổ nối bìnhchứamẫu11: Đệm chân không 12: Vòngren
13: Kẹp nối bình ngƣng tụ vớithiếtbị 14: Kẹp nối bình bốc hơi với thiếtbị
Thiết bị cô quay chân không Buchi R-210, sản xuất tại Đức, có kích thước 550 x 575 x 415 mm và khối lượng từ 16 – 18 kg (không tính thiết bị làm lạnh) Máy hoạt động với tốc độ quay 28 – 50 vòng/phút và có khả năng cô quay các mẫu với thể tích từ 50 – 4000 ml.
Thiết bị cô quay chân không là công cụ quan trọng trong quá trình loại bỏ dung môi khỏi mẫu trước khi phân tích HPLC Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên sự thay đổi áp suất, ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của dung dịch; khi áp suất giảm, nhiệt độ sôi cũng giảm, giúp giảm thiểu tác động nhiệt đến đặc tính sinh học của mẫu Khi hỗn hợp đạt nhiệt độ sôi, dung môi sẽ bay hơi và được ngưng tụ trong bình chứa nhờ hệ thống nước giải nhiệt Cuối cùng, chất cần trích ly sẽ được giữ lại trong bình cô quay, chỉ chứa mẫu sau khi dung môi đã bay hơi hoàn toàn.
3.2.3 Thiếtbịphân tích sắckýlỏng hiệu năng cao(HPLC)
Kỹ thuật phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) được sử dụng để xác định hàm lượng β-carotene và lycopene trong các mẫu trích xuất HPLC là một phương pháp phân tích hiệu quả, nổi bật với tốc độ nhanh, độ nhạy cao và hiệu quả vượt trội so với các phương pháp phân tích truyền thống.
Hình 3.5 Thiết bị phân tích HPLC
Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao
Hệ thống sắc ký lỏng bao gồm các bộ phận chính:
Hệ thống sắc ký lỏng HP Agilent 1200 series bao gồm các module sau:
Hệ thống HPLC thường trang bị 4 đường dung môi vào đầu bơm cao áp, cho phép sử dụng đồng thời 4 bình chứa dung môi Điều này giúp rửa giải theo tỉ lệ đã được thiết lập trước, với tổng tỉ lệ đạt 100%.
Bơm cao áp là thiết bị dùng để bơm pha động vào cột, giúp thực hiện quá trình tách sắc ký Lưu lượng bơm dao động từ 0,1 đến 10 ml/phút Trước khi bơm, dung môi pha động cần được loại bỏ các bọt khí nhỏ để đảm bảo không làm thay đổi tỷ lệ của pha động và áp suất trong hệ thống.
- Cột tách: làm bằng thép không gỉ, cột pha đảo C18có đường kính lỗ lọc là10
m C18là cột silica đƣợc đính bởi lớp carbon C18H37tạo thành pha tĩnh không phân cực.
- Đầu dò: phát hiện các chất khi chúng đi ra khỏi cột, cho phép nhận các tín hiệu chính xác thông qua thời giandừng.
Hình 3.7: Cột dùng cho HPLC
Phương pháp trích ly dùng dung môi siêu tới hạn
Phương pháp trích ly soxhlet
Phương pháp trích ly ngâm dầm Đánh giá nguồn nguyên liệu
Phương pháp trích ly thích hợp
Phương phápnghiên cứu
Trong nghiên cứu trích ly β-carotene và lycopene từ gấc, tôi đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau như trích ly Soxhlet, trích ly bằng phương pháp ngâm dầu và trích ly sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn Kết quả thu được sẽ giúp lựa chọn phương pháp trích ly phù hợp để ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.
Hình 3.8: Sơ đồ nghiên cứu quá trình trích ly β-carotene và lycopene từ gấc.
Phương pháp trích ly dùng dung môi siêu tới
Phương pháp trích ly soxhlet
Phương pháp trích ly Ngâm dầm
3.3.2 Quy trình trích ly β-carotene vàlycopene
Hình 3.9: Sơ đồ quy trình trích ly-carotene và lycopene từ gấc
Bột gấc được thí nghiệm trích ly bằng nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp trích ly Soxhlet, phương pháp trích ly ngâm dầm, trích ly siêu tới hạn.
3.3.2.1 Trích ly bằng phương phápSoxhlet
Mục đích của phương pháp là trích kiệt nhằm xác định hàm lượng β-carotene và lycopne tối đa có trong bột gấc.
Để chuẩn bị cho thí nghiệm, cần cân 20 g bột gấc và gói lại bằng giấy lọc Bộ dụng cụ thí nghiệm Soxhlet được quấn bằng giấy bạc, và bình cầu chứa 250 ml n-hexane cũng được bọc bằng giấy bạc.
Thí nghiệm bắt đầu bằng cách cho mẫu nguyên liệu vào hệ thống trích ly Dung môi trong bình cầu được đun nóng, tạo hơi và ngưng tụ trong ống trích ly Soxhlet, nơi β-carotene và lycopene từ bột gấc được chiết xuất Khi dung môi ngưng tụ đủ, nó sẽ trở về bình cầu, và thí nghiệm sẽ dừng lại khi dung môi trở nên trong suốt Quá trình trích ly kéo dài 5 ngày Sau đó, dung dịch được cô đặc bằng máy cô quay chân không ở 45°C để loại bỏ n-hexane, và dầu thu được được định mức 50ml bằng chloroform Dung dịch sau đó được pha loãng 10 lần trước khi phân tích, và lọc qua màng lọc 0,45μm Cuối cùng, mẫu được phân tích bằng sắc ký HPLC để xác định hàm lượng β-carotene và lycopene.
3.3.2.2 Trích ly bằng phương pháp ngâmdầm
Mục đích của phương pháp là trích kiệt để xác định hàm lượng β-carotene và lycopene có trong bột gấc.
Chuẩn bị thí nghiệm: chuẩn bị 3 bình cầu đáy phẳng đƣợc quấn giấy bạc, mỗi bình chứa 50 ml n-hexane.
Trong thí nghiệm, ba mẫu bột gấc, mỗi mẫu 10 g, được cân và cho vào bình cầu Bột gấc được ngâm trong bình cầu kín bằng nút cao su, và mỗi 24 giờ, 50ml n-hexane mới được thêm vào Quá trình trích ly dừng lại khi dịch trích ly đạt độ trong suốt, kéo dài trong 18 ngày Sau khi hoàn tất, dung dịch được cô quay chân không ở nhiệt độ thích hợp.
Để loại bỏ n-hexane và thu được sản phẩm dạng dầu, quá trình được thực hiện ở nhiệt độ 45 độ C Sau đó, sản phẩm được định mức với 50ml chloroform Dung dịch này được pha loãng 10 lần và lọc qua màng lọc 0,45 µm Hàm lượng β-carotene và lycopene có trong bột gấc được phân tích bằng phương pháp HPLC.
3.3.2.3 Trích ly bằng dung môi siêu tớihạn:
Mục đích của thí nghiệm là khảo sát quá trình trích ly β-carotene và lycopene từ gấc bằng cách sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn Nghiên cứu này nhằm tìm ra phương pháp tối ưu cho quá trình trích ly.
- Trích ly bột gấc không sử dụng đồng dungmôi.
- Trích ly bột gấc có sử dụng 5% ethanol làm đồng dungmôi
Thực hiện thí nghiệm: cân 2 mẫu bột gấc, mỗi mẫu 20g.
Mẫu trích ly β-carotene và lycopene được thực hiện bằng phương pháp CO2 siêu tới hạn mà không cần sử dụng đồng dung môi Để tiến hành, 20 g bột gấc được cho vào bình phản ứng, giữa hai lớp bi thủy, và các điều kiện trích ly được cài đặt trên máy.
+ Lưu lượng dòng CO2: Q = 20 g/phút.
+ Thời gian trích ly: t = 3 giờ.
Sau khi hoàn tất quá trình trích ly, sản phẩm được rửa bằng dung môi chloroform và chuyển vào becher gói giấy bạc Dịch trích thu được sẽ được cô quay chân không để thu hồi sản phẩm dạng tinh dầu, với định mức 50 ml tinh dầu từ chloroform Tiếp theo, dung dịch được pha loãng 10 lần và lọc qua màng lọc 0,45 µm để chuẩn bị cho phân tích mẫu bằng phương pháp HPLC.
Mẫu trích ly β-carotene và lycopene được thực hiện bằng cách sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn kết hợp với 5% Ethanol làm dung môi hỗ trợ Để tiến hành, cho 20 g bột gấc vào bình phản ứng, giữa hai lớp bi thủy, và cài đặt điều kiện trích ly cho máy.
+ Lưu lượng dòng CO2: Q = 20 g/phút.
+ Thời gian trích ly: t = 3 giờ.
+ Dung môi hỗ trợ: 5% ethanol.
Sau khi hoàn tất quá trình trích ly, sản phẩm được rửa bằng dung môi ethanol và chuyển vào becher được bọc giấy bạc Tiếp theo, tiến hành cô quay chân không để thu được sản phẩm ở dạng tinh dầu, với định mức đạt 50 ml tinh dầu.
250 bằng dung môi chloroform rồi pha loãng dung dịch 10 lần.Sau đó lọc dung dịch qua màng lọc 0,45 àm để chuẩn bị phõn tớch mẫu bằng phương phỏp HPLC.
Phương pháptính toán
3.4.1.1 Xây dựng đường chuẩn cuaβ-carotene
Bảng 3.2: Khoảng tuyến tính đường chuẩn của β-carotene Điểm 1 2 3 4 5 6
Hình 3.10: Đường chuẩn của β-carotene
3.4.1.2 Xây dựng đường chuẩn củalycopene
Bảng 3.3: Khoảng tuyến tính đường chuẩn của lycopene Điểm 1 2 3 4 5 6 7
Hình 3.11: Đường chuẩn của lycopene
Để phân tích hàm lượng β-carotene và lycopene trong các mẫu trích ly bằng phương pháp HPLC, các điều kiện tối ưu bao gồm: pha động là hỗn hợp dung môi THF và Methanol với tỉ lệ 10:90, tốc độ dòng 1 ml/phút, nhiệt độ cột 35 oC Bước sóng tối đa hấp thu của β-carotene là 450 nm, trong khi lycopene hấp thu tối đa ở 472,5 nm Thời gian lưu của mẫu là 25 phút, với β-carotene được nhận diện tại phút 19 và lycopene tại phút 14.
3.4.1 Tính toán kết quả phân tíchHPLC
Hàm lƣợng β-carotene và lycopene trích đƣợc từ nguyên liệu:
+ mβ-carotene(mg): hàm lƣợng β-carotene trích đƣợc.
+ mlycopene(mg): hàm lƣợng lycopene trích ly đƣợc.
+ Cβ-carotene(ppm): nồng độ β-carotene trong mẫu đo bằng HPLC.
+ Clycopene(ppm): nồng độ lycopene trong mẫu đo bằng HPLC.
+ f: hệ số pha loãng dung dịch.
+ V (ml): thể tích mẫu phân tích.
Hiệu suất trích ly của β-carotene và lycopene được xác định bằng tỷ lệ giữa hàm lượng của chúng trong sản phẩm chiết xuất và tổng lượng có trong bột gấc, được chiết xuất bằng phương pháp ngâm dầm.
+ H (%): hiệu suất trích ly β-carotene hoặc lycopene.
+ Mct(mg/g): hàm lượng β-carotene (hoặc lycopene) trích bằng phương pháp bất kỳ, đƣợc tính bằng mg/g bột gấc.
Hàm lượng β-carotene (hoặc lycopene) trong bột gấc, được trích ly bằng phương pháp ngâm dầm, được tính bằng mg/g bột gấc Độ chọn lọc của phương pháp này được xác định bằng tỉ số giữa hàm lượng chất cần tính trong sản phẩm trích và hàm lượng tinh dầu thu được, cả hai đều sử dụng cùng một phương pháp Công thức tính độ chọn lọc sẽ được áp dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình trích ly.
+ D (%): độ chọn lọc của phương pháp.
+ mct(g): hàm lƣợng chất (β-carotene hoặc lycopene) trích đƣợc tính theo gam.
+ mcao(g): lƣợng tinh dầu trích đƣợc sau cô quay.
Theo tiêu chuẩn dược điển Việt Nam III, độ ẩm của nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy ở áp suất thường Để thực hiện, sấy khô đĩa nhôm chứa mẫu đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105 o C Cân khoảng 1 g mẫu vào đĩa nhôm và sấy ở 105 o C trong 2 – 3 giờ Sau đó, để mẫu vào bình hút ẩm làm nguội trong 15 phút và cân khối lượng Tiếp tục quy trình này cho đến khi khối lượng giữa hai lần cân liên tiếp chênh lệch không quá 0,5 mg, rồi ghi kết quả Thực hiện quy trình này 3 lần cho mỗi mẫu và lấy giá trị trung bình để xác định độ ẩm.
+ a (g): Khối lượng mẫu trước khi sấy.
+ b (g): Khối lƣợng mẫu sau khi sấy.
+ X (%): Độ ẩm của nguyên liệu.
KẾT QUẢ VÀBÀN LUẬN
Độ ẩmnguyênliệu
Sau khi thí nghiệm, kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm của nguyên liệu đƣợc cho ở bảng 4.1.
Bảng 4.1: Kết quả xác định độ ẩm
Trung bình: 3,84 Độ ẩm nguyên liệu là 3,84 % thấp hơn độ ẩm quy định cho dƣợc liệu khô có nguồn gốc tự nhiên.
Trích ly-carotenevàlycopene từmàng gấc
Khảo sát các phương pháp trích ly Soxhlet, ngâm dầm và trích ly siêu tới hạn đã được thực hiện đối với hai nguồn nguyên liệu, và kết quả thu được được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.2: Hàm lƣợng-carotene trích đƣợc từ 2 nguồn nguyên liệu khác nhau
Hàm lƣợng-carotene (mg/g) Soxhlet SFE SFE + Ethanol Ngâm dầm
Soxhlet SFE SFE + Ethanol Ngâm dầm
Từ kết quả trên ta biểu diễn hàm lượng-carotene trích ly theo các phương pháp từ hai nguồn nguyên liệu khác nhau ở đồ thị hình 4.1.
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng-carotene trích đƣợc từ hai nguồn nguyên liệu
Hình 4.2: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.3: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE từ mẫu nguyên liệu 2
Hình 4.4: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE + Ethanol từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.5: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE + Ethanol từ mẫu nguyên liệu 2
Hình 4.7: Kết quả phân tích HPLC của trích ly ngâm dầm từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.6: Kết quả phân tích HPLC của trích ly ngâm dầm từ mẫu nguyên liệu 2
Hình 4.9: Kết quả phân tích HPLC của trích ly Soxhlet từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.8: Kết quả phân tích HPLC của trích ly Soxhlet từ mẫu nguyên liệu 2 mg/g
Soxhlet SFE SFE + Ethanol Ngâm dầm
Bảng 4.3: Hàm lƣợng lycopene trích đƣợc từ 2 nguồn nguyên liệu khác nhau
Hàm lƣợng lycopene (mg/g) Soxhlet SFE SFE + Ethanol Ngâm dầm
Từ kết quả trên ta biểu diễn hàm lượng lycopene trích ly theo các phương pháp từ hai nguồn nguyên liệu khác nhau ở đồ thị hình 4.2.
Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng lycopene trích đƣợc từ hai nguồn nguyên liệu
Hình 4.11: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.12: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE từ mẫu nguyên liệu 2
Hình 4.14: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE + ethanol từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.13: Kết quả phân tích HPLC của trích ly SFE + ethanol từ mẫu nguyên liệu 2
Hình 4.15: Kết quả phân tích HPLC của trích ly Soxhlet từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.16: Kết quả phân tích HPLC của trích ly Soxhlet từ mẫu nguyên liệu 2
Hình 4.18: Kết quả phân tích HPLC của trích ly ngâm dầm từ mẫu nguyên liệu 1
Hình 4.17: Kết quả phân tích HPLC của trích ly ngâm dầm từ mẫu nguyên liệu 2
Hàm lượng β-carotene và lycopene từ nguồn nguyên liệu 2 cao hơn so với nguồn nguyên liệu 1, như thể hiện trong các đồ thị hình 4.1 và 4.10 Nguyên nhân là do nguồn nguyên liệu 2 được thu hoạch sau này và được bảo quản trước khi trích ly, trong khi nguồn nguyên liệu 1 được thu hoạch vào tháng 6 và bảo quản dưới dạng bột ở 20°C trong thời gian dài, dẫn đến khả năng bị biến tính do tiếp xúc với không khí, ánh sáng và nhiệt độ Nguyên liệu 2 được cung cấp dưới dạng màng gấc khô, sau đó được nghiền mịn và bảo quản tốt hơn.
Để tối ưu hóa quá trình trích ly β-carotene và lycopene, nguyên liệu cần được bảo quản ở 0 độ C và trích ly ngay, nhằm giảm thiểu sự biến tính Kích thước nguyên liệu cũng đóng vai trò quan trọng; nguyên liệu được nghiền mịn hơn sẽ có diện tích bề mặt tiếp xúc với dung môi lớn hơn, từ đó nâng cao hiệu suất trích ly và thu được hàm lượng β-carotene và lycopene cao hơn.
Sau khi tiến hành thí nghiệm, chúng tôi đã thu được kết quả trích ly β-carotene từ gấc thông qua các phương pháp Soxhlet, ngâm dầm và trích ly siêu tới hạn.
Sau khi tiến hành phân tích các mẫu β-carotene và lycopene từ bột màng gấc thông qua nhiều phương pháp trích ly khác nhau, chúng tôi đã thu được kết quả như trình bày trong bảng 4.4, với hàm lượng β-carotene đạt mức mg/g.
Soxhlet SFE SFE + ethanol Ngâm dầm
Bảng 4.4: Hàm lượng β-carotene và lycopene thu được từ các phương pháp trích ly
STT Phương pháp trích ly Hàm lượng-carotene
Sử dụng CO2siêu tới hạn, không sử dụng dung môi hỗ trợ
Sử dụng CO2siêu tới hạn, sử dụng 5% ethanol làm dung môi
Từ bảng số liệu, ta vẽ các đồ thị biểu diễn hàm lƣợng β-carotene và lycopene trích ly được theo các phương pháp khảo sát.
Hình 4.19: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng β-carotene trích ly đƣợc mg/g
Soxhlet SFE SFE + ethanol Ngâm dầm
Hình 4.20: Đồ thị biểu diễn hàm lƣợng lycopene trích ly đƣợc
Dựa vào các đồ thị 4.19 và 4.20, hàm lượng β-carotene và lycopene được trích ly bằng phương pháp ngâm đắm cho kết quả cao nhất Trong quá trình khảo sát, hai phương pháp ngâm đắm và Soxhlet được lựa chọn để trích kiệt hàm lượng β-carotene và lycopene từ nguyên liệu Tuy nhiên, kết quả thu được cho thấy hàm lượng β-carotene và lycopene đạt được bằng phương pháp
Trong quá trình trích ly Soxlet, β-carotene và lycopene có thể bị biến tính do nhiệt độ cao của n-hexane (69 – 70 o C) và thời gian trích ly kéo dài (5 ngày), dẫn đến nguy cơ oxi hóa khi tiếp xúc với không khí, làm giảm hàm lượng Hơn nữa, mẫu nguyên liệu được gói trong giấy lọc, gây cản trở khả năng khuếch tán giữa chất trích và dung môi so với phương pháp ngâm dầm.
Phương pháp ngâm dầm có thời gian trích ly lâu (18 ngày) nhưng đảm bảo lượng β-carotene và lycopene thu được cao nhất Quá trình này hạn chế tiếp xúc với ánh sáng và không khí nhờ vào việc đậy kín bình trích ly bằng nút cao su và gói giấy bạc, trong khi dịch trích được bảo quản trong tủ lạnh để giảm thiểu biến tính và oxy hóa Thêm vào đó, việc thực hiện ở nhiệt độ thường giúp giữ nguyên hàm lượng β-carotene và lycopene, mang lại hiệu quả tối ưu cho quá trình trích ly.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi so sánh hai phương pháp trích ly: phương pháp trích ly siêu tới hạn không sử dụng dung môi hỗ trợ và phương pháp trích ly sử dụng 5% ethanol làm dung môi hỗ trợ Sự khác biệt giữa hai phương pháp này sẽ được phân tích để đánh giá hiệu quả và tính khả thi của từng phương pháp trong quá trình trích ly.
Phương pháp trích ly siêu tới hạn với 5% ethanol làm đồng dung môi cho thấy hiệu quả cao hơn trong việc trích xuất β-carotene và lycopene so với phương pháp không sử dụng dung môi hỗ trợ Sự gia tăng hàm lượng β-carotene và lycopene khi sử dụng ethanol có thể được giải thích bởi sự tương tác giữa ethanol và các hợp chất này Trong quá trình trích ly, đồng dung môi ảnh hưởng đến tính chọn lọc của CO2 siêu tới hạn, bao gồm việc thay đổi tính phân cực và các tương tác riêng của dung môi với chất tan, nhờ vào độ phân cực cao hơn của đồng dung môi.
CO2 siêu tới hạn tạo thành liên kết phức hợp với các chất hòa tan phân cực, từ đó tăng độ hòa tan và tính chọn lọc so với việc chỉ sử dụng dung môi siêu tới hạn Việc sử dụng đồng dung môi không chỉ giúp cải thiện độ hòa tan của các cấu tử không bay hơi mà còn thay đổi điểm tới hạn của pha dung môi Đồng dung môi còn làm tăng độ bay hơi của chất tan, tỉ trọng của dung môi siêu tới hạn và độ phân tán của các cấu tử Kết quả là hàm lượng β-carotene và lycopene được trích ly cao hơn so với phương pháp chỉ sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn.
4.2.2.2 Hiệu suất trích ly β-carotene vàlycopene
Từkếtquảthuđược,tachọnlượngβ-carotenevàlycopenetríchlyđượctheo phương pháp ngâmdầmlàm lƣợng-carotenevàlycopene có tối đa trong nguyên liệuđểtínhtoánhiệusuấttríchlycủacácphươngpháp.
Bảng 4 5: Hiệu suất trích ly β-carotene và lycopene bằng các phương pháp
STT Phương pháp trích ly
2 Sử dụng CO2siêu tới hạn, không sử dụng dung môi hỗ trợ 86,33 11,82
3 Sử dụng CO2siêu tới hạn, sử dụng
5% Ethanol làm dung môi hỗ trợ 94,83 18,91
Từ bảng 4.5 ta vẽ đồ thị biểu diễn hiệu suất trích ly-carotene và lycopene theo các phương pháp khảo sát.
Hình 4.21: Đồ thị biểu diễn hiệu suất trích ly-carotene và lycopene
Theo đồ thị hình 4.21, phương pháp trích kiệt Soxhlet cho thấy hiệu suất trích ly β-carotene chỉ đạt 76,52%, thấp hơn so với phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn Đồng thời, hiệu suất trích ly lycopene cũng chỉ đạt 71,37% do sự phân hủy của các hợp chất này dưới tác động của nhiều yếu tố.
Hai phương pháp trích ly siêu tới hạn, có và không sử dụng đồng dung môi, cho thấy rằng việc sử dụng đồng dung môi mang lại hiệu suất trích ly cao hơn Cụ thể, hiệu suất trích ly β-carotene tăng từ 86,33% lên 94,83%, trong khi lycopene tăng từ 11,82% lên 18,91% khi có mặt đồng dung môi Việc khảo sát thêm các giá trị đồng dung môi khác có thể giúp xác định hiệu suất tối ưu trong điều kiện thiết bị hiện có Kết quả này chứng minh hiệu quả của đồng dung môi trong quá trình trích ly, mở ra tiềm năng cho việc chuyển đổi quy mô lên sản xuất công nghiệp Trong quy mô sản xuất công nghiệp, việc sử dụng hoàn lưu CO2 không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế mà còn giảm thiểu lượng CO2 thải ra môi trường.
0.6 Độ chọn lọc của các phương pháp trích ly β-carotene
Soxhlet SFE SFE + ethanol Ngâm dầm
4.2.2.3 Độ chọn lọc của các phương pháp tríchly:
Kết quả tính toán độ chọn lọc của các phương pháp trích ly-carotene và lycopene từ bột màng gấc đƣợc cho ở bảng 4.6.
Bảng 4.6: Độ chọn lọc của các phương pháp trích ly
STT Phương pháp trích ly Độ chọn lọc ( o / o ) β-carotene Lycopene
2 Sử dụng CO2siêu tới hạn, không sử dụng dung môi hỗ trợ 0,507 5,661
3 Sử dụng CO2siêu tới hạn, sử dụng
5% Ethanol làm dung môi hỗ trợ 0,523 8,503
Từ bảng 4.5, ta được đồ thị biểu diễn độ chọn lọc của các phương pháp trích ly-carotene và lycopene.
Hình 4.22: Đồ thị biểu diễn độ chọn lọc của các phương pháp trích ly β-carotene
% Độ chọn lọc của các phương pháp trích ly lycopene
Soxhlet SFE SFE + ethanol Ngâm dầm
Hình 4.23: Đồ thị biểu diễn độ chọn lọc của các phương pháp trích ly lycopene
Độ chọn lọc của phương pháp trích ly phụ thuộc vào khối lượng β-carotene, lycopene và khối lượng dầu thu được Khi sử dụng CO2 siêu tới hạn, phương pháp có dùng dung môi hỗ trợ cho độ chọn lọc cao hơn so với phương pháp không dùng dung môi Cụ thể, trong quá trình trích ly, chlorofom được sử dụng cho phương pháp không dùng dung môi, giúp β-carotene tan tốt, nhưng khó loại bỏ hoàn toàn dung môi, làm giảm khối lượng tinh dầu Ngược lại, ethanol được sử dụng trong phương pháp có dung môi hỗ trợ không hòa tan β-carotene, tạo thành hệ nhũ tương, dễ dàng loại bỏ dung môi và thu được tinh dầu.
Kết quả phân tích sắc ký HPLC cho thấy các đỉnh β-carotene và lycopene có phần chân mở rộng, điều này cho thấy phương pháp này không thể tách hoàn toàn các đồng phân của β-carotene và lycopene Do đó, độ chọn lọc của phương pháp trích ly còn hạn chế.