Header Page 1 of 116.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA Y DƯỢC
NGUYỄN NGỌC TÙNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT DẦU CÁM GẠO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP DÙNG DUNG MÔI CO2 SIÊU
TỚI HẠN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC

Hà Nội – 2017

Footer Page 1 of 116.


Header Page 2 of 116.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA Y DƯỢC
NGUYỄN NGỌC TÙNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT XUẤT DẦU CÁM GẠO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG DUNG MÔI CO2
SIÊU TỚI HẠN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC

KHÓA

Sinh viên

NGUYỄN NGỌC TÙNG

Footer Page 3 of 116.


Header Page 4 of 116.

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Footer Page 4 of 116.

Ký hiệu

Chú giải

C1

Cám xát

C2

Cám xoa

C2m

Cám mịn

TCVN


Bảng 3.3. Kết quả khảo sát hàm lượng acid béo tự do trong cám trước và sau khi
xử lý nhiệt.................................................................................................................

24

Bảng 3.4.Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay
đổi thời gian chiết......................................................................................................

25

Bảng 3.5.Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay
đổi Áp suất chiết........................................................................................................ 26
Bảng 3.5.Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay
đổi nhiệt độ chiết.......................................................................................................

28

Bảng 3.7:Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay
đổi tốc độ dòng CO2 ở áp suất 400 bar và nhiệt độ 60ºC.........................................

Footer Page 5 of 116.

29


Header Page 6 of 116.

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn.......................

thời gian chiết............................................................................................................... 25
Hình 3.5. Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi
áp suất chiết.................................................................................................................

27

Hình 3.6. Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay
nhiệt độ chiết................................................................................................................

28

Hình 3.7. Hiệu suất dầu cám gạo chiết được và hàm lượng γ–oryzanol khi thay đổi
tốc độ dòng CO2 ở áp suất 400 bar và nhiệt độ 60ºC..................................................

Footer Page 6 of 116.

30


Header Page 7 of 116.

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ..........................................................................................................

1

Chương 1.TỔNG QUAN........................................................................................

3


1.3.1. Công dụng của cám gạo..................................................................................

13

1.3.2. Công dụng của dầu cám gạo...........................................................................

14

1.3.3. Tác dụng dược lý của γ- oryzanol...................................................................

14

1.4. Các nghiên cứuchiết xuất dầu cám gạo bằng CO2 siêu tới hạn.........................

15

Chương 2.Đối tượng và phương pháp nghiên cứu...............................................

17

2.1.Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................... 17
2.1.1Đối tượng nghiên cứu........................................................................................ 17
2.1.2 Hóa chất nghiên cứu......................................................................................... 17
2.1.3. Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu........................................................................... 17
2.2. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................

18

2.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................


3.1.1 Xây dựng phương pháp định lương γ-oryzanol...............................................

21

3.1.2 Xử lý ổn định chất lượng cám gạo...................................................................

23

3.2.2. Khảo sát các điều kiện chiết xuất....................................................................

24

3.2. Thảo luận............................................................................................................

30

Chương 4.Kết Luận………………………………………………………………

33

TÀI LIỆU THAM KHẢO

2

Footer Page 8 of 116.


Header Page 9 of 116.


Khảo sát một số điều kiện chiết dầu cám gạo sử dụng dung môi CO2 siêu tới
hạn.
3

Footer Page 9 of 116.


Header Page 10 of 116.

-

Đánh giá được hàm lượng γ-oryzanolcủa dầu cám gạo chiết được.

4

Footer Page 10 of 116.


Header Page 11 of 116.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Công nghệ chiết tách bằng phương pháp CO2 ở trạng thái siêu tới hạn
(SCO2)
1.1.1.Sơ lược về phương pháp chiết sử dụng dung môi ở trạng thái siêu tới hạn
Những đặc tính của khí nén CO2 đã được quan tâm cách đây hơn 130 năm.
Năm 1861, Gore là người phát hiện ra CO2 lỏng có thể hoà tan camphor và naphthalen
một cách dễ dàng và cho màu rất đẹp nhưng lại khó hoà tan các chất béo. Tuy nhiên,
từ năm 1875-1876 Andrew lại là người nghiên cứu về trạng thái siêu tới hạn của CO2,
tức là CO2 chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí nhưng vẫn chưa đạt ở dạng khí
hoàn toàn mà ở điểm giữa của hai trạng thái lỏng- khí.

Giá trị PC phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng các chất, ví dụ với các chất có
phân tử lượng nhỏ như các hydrocacbon có số cacbon từ 1 đến 3 thì giá trị P c của
chúng không cao mà chỉ xấp xỉ vào khoảng 45 bar [30]. Giá trị Tc chỉ tăng ít theophân
tử lượng nhưng lại phụ thuộc nhiều vào độ phân cực của chất. Độ phân cực của phân
tử càng lớn thì giá trị của Tc cũng càng lớn. Điều này được giải thích là do ở các chất
phân cực, tồn tại một lực cảm ứng giữa các cực của phân tử,do đó năng lượng để phá
vỡ trật tự giữa các phân tử khi chất ở pha lỏng sẽ lớn hơn nhiều so với các chất không
phân cực.
Nếu giữa phân tử có liên kết hydro thì giá trị Tc sẽ tăng lên rất lớn.Các thông số
vật lý của một số dung môi ở điểm tới hạn được trình bày trong bảng 1.1.

6

Footer Page 12 of 116.


Header Page 13 of 116.

Bảng 1.1. Điểm tới hạn của một số dung môi thông dụng
Chất

Nhiệt độ tới hạn

Áp suất tới hạn

Tỷ trọng riêng tới

(độ C)

(bar)


48,8

0,203

Propan

96,7

42,4

0,217

Aceton

235,0

47,0

0,278

Methanol

239,5

80,9

0,272

Nước

7

Footer Page 13 of 116.


Header Page 14 of 116.

-

Quá trình II: Ptách< Pc< Pchiết và Tc< Ttách = Tchiết

Quá trình chiết được thực hiện ở trạng thái siêu tới hạn. Quá trình tách xảy ra
khi dung môi chiết chuyển từ pha siêu tới hạn sang pha khí khi áp suất được
giảm đẳng nhiệt.
-

Quá trình III: Pc< Ptách < Pchiết và Tc< Ttách = Tchiết

Quá trình chiết được thực hiện trong vùng siêu tới hạn.Quá trình tách xảy ra khi
áp suất được giảm đẳng nhiệt nhưng vẫn trong vùng siêu tới hạn. Tỉ trọng dung
môi trongbình tách giảm dần và do đó khả năng hòa tan cũng giảm theo, kết
quả là các chất chiết được tách ra.
-

Quá trình IV : Pc< Ptách = Pchiết và Tc < Ttách < Tchiết

Quá trình chiết và tách đều được thực hiện trong vùng siêu tới hạn. Nhiệt độ
được giảm đẳng áp dẫn đến làm giảm độ tan và chất chiết được tách ra.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết bằng dung môi siêu tới hạn
Chiết xuất bằng dung môi siêu tới hạn là quá trình phức tạp với nhiều yếu tố

khác, hơi ẩm làm trương nở các tế bào dược liệu, giúp dung môi và chất tan dễ thấm
qua. Tuy nhiên, hàm ẩm dược liệu quá cao thường không có lợi vì cản trở sự chuyển
khối. Thực tế hàm ẩm dược liệu từ 3-10 % thường không ảnh hưởng đáng kể khi chiết
dầu ăn từ các loại hạt.
- Tương tự hàm ẩm,một số thành phần khác của dược liệu cũng có thể đóng vai
trò như một đồng dung môi, ví dụ dầu hoặc chất béo, ngước lại so với nước, chất béo
có thể thúc đẩy quá trình chiết nếu hoạt chất là không phân cực và cản trở quá trình
chiết nếu hoạt chất phân cực.
- Tương tác của hoạt chất với bã dược liệu (hấp phụ và hấp thụ). Nếu dược liệu
hấp phụ mạnh hoạt chất, cần chiết ở điều kiện nhiệt độ, áp suất vừa phải. Ngược lại,
cần tăng nhiệt độ, áp suất và kéo dài thời gian chiết nếu dược liệu hấp thụ mạnh hoạt
chất.
- Khả năng solvat hóa của dung môi siêu tới hạn tỉ lệ với tỉ trọng. Tỉ trọng của
dung môi thay đổi theo áp suất và nhiệt độ. Do vậy, áp suất và nhiệt độ cần được kiểm
soát nghiêm ngặt trong quá trình chiết.
- Tỉ lệ dung môi/dược liệu phụ thuộc nhiều yếu tố: hàm lượng và phân bố chất
tan trong dược liệu, độ tan trong dung môi siêu tới hạn, cấu trúc dược liệu. Tỉ lệ dung
môi thấp sẽ giảm được chi phí sản xuất và tăng năng suất chiết. Nói chung, với các sản
phẩm có giá trị, tỉ lệ dung môi có thể cao hơn.
- Lưu lượng dung môi cao dẫn đến tăng năng suất chiết, nhưng đồng thời làm
tăng chi phí sản xuất. Lưu lượng dung môi và thời gian dung môi lưu lại trong bình
chiết phải được tối ưu. Tăng thời gian lưu sẽ kéo dài thời gian chiết. Ngược lại, thời
gian lưu ngắn sẽ làm giảm thời gian tiếp xúc giữa dung môi và chất tan, dẫn đến nồng
độ chất tan trong dịch chiết thấp hơn nhiều nồng độ bão hòa ở các điều kiện chiết cụ
thể đã chọn. Dòng chảy dung moi với tốc dộ 1-5ml/giây thường được áp dụng trong đa
số các quy trình chiết.

9

Footer Page 15 of 116.

lượng vào bộ phận trao đổi nhiệt để điều chỉnh tỷ trọng và độ nhớt phù hợp với yêu
cầu công nghệ, CO2 đạt tới trạng thái 3 bên trong bình chiết. CO2 lỏng từ trạng
thái 3 được giữ ở điều kiện đẳng áp và tăng nhiệt độ dần dần để chuyển CO2 lỏng sang
trạng thái siêu tới hạn 4 trong bình chiết.
Quá trình chiết nguyên liệu thực vật bằng CO2 siêu tới hạn có thể thực hiện liên
tục hoặc gián đoạn tùy theo yêu cầu công nghệ. Van bảo hiểm an toàn áp suất cho hệ
thống chiết được lắp trên đường dẫn CO2 vào bình chiết.
Kết thúc quá trình chiết, dịch chiết được dẫn vào bình phân tách.Tại đây quá
trình tách dịch chiết ra khỏi CO2.Trạng thái từ 4 trở về trạng thái 5 là quá trình giảm
áp.Khi dịch chiết vào bình phân tách để tạo các phân đoạn khác nhau thì có thể chọn
các giá trị áp suất P và nhiệt độ thích hợp.
Với hệ thiết bị được sử dụng trong đề tài, do lưu lượng nhỏ nên hệ thiết bị không
thu hồi CO2. Trong sản xuất công nghiệp, khí CO2 tách ra được sử dụng tuần hoàn trở
lại.

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ chiết CO2
1.1.3. Ưu điểm của dung môi CO2 siêu tới hạn
 Tính chất hoá lý của CO2 siêu tới hạn
CO2 ở trạng thái siêu tới hạn có các đặc tính nổi bật như:
11

Footer Page 17 of 116.


Header Page 18 of 116.

-

Sức căng bề mặt thấp


-

Không làm ô nhiễm môi trường.

-

CO2 không độc với cơ thể, không ăn mòn thiết bị.

-

Có khả năng hoà tan tốt các chất hữu cơ ở thể rắn cũng như lỏng, đồng thời
cũng hoà tan cả các chất thơm dễ bay hơi. Có sự chọn lọc khi hoà tan, không
hoà tan các kim loại nặng và dễ điều chỉnh các thông số trạng thái để có thể tạo
ra các tính chất lựa chọn khác nhau của dung môi.

-

Khí CO2 hoá hơi không để lại cặn độc hại [34].

 Các chất có khả năng tan tốt trong CO2 siêu tới hạn
-

Các aldehyd, ceton, este, alcohol, và các halogen-cacbon có phân tử lượng nhỏ
và trung bình.

-

Các hydrocacbon mạch thẳng, không phân cực, phân tử lượng thấp và có mạch
cacbon dưới 20, các hydrocacbon thơm có phân tử lượng nhỏ.


mộc. Ví dụ các hợp chất triterpenoid mà đặc trưng nhất là faradiol có tác dụng chống
viêm được chiết từ hoa cây cúc vàng (Calendula officialis) [26].Chiết bằng CO2 siêu
tới hạn cho hàm lượng faradiol monoeste trong sản phẩm chiết cao gấp hàng trăm lần
so với sản phẩm chiết bằng cồn, cho thấy sự ưu việt của công nghệ SCO2 trong việc
chiết tách sản phẩm này [26].
1.2.Thành phần hóa học của cám gạo và dầu cám gạo
Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ hạt thóc sau khi xay xát và chiếm
khoảng 10% khối lượng hạt thóc. Cám gạo bao gồm lớp vỏ nội nhũ, mầm, phôi của hạt
và một phần từ tấm. Cám gạo có màu vàng sáng và mùi thơm đặc trưng.

Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc hạt thóc

13

Footer Page 19 of 116.


Header Page 20 of 116.

Trong cám gạo có protein (11 – 17 %), chất béo (12 – 29%), carbonhydrat (1055%), chất xơ (6-31%), vitamin nhóm B (B1, B2, B3, B5, B6), vitamin E, vitamin K,
cholin, acid folic và chất khoáng (Fe, K, P, Mn, Se, Mg, Zn) [30]. Cám gạo chứa hơn
100 chất có hoạt tính sinh học như γ-oryzanol, acid ferulic, tocotrienol, tocopherol,
octacosanol, squalen, acid gamma amino butyric, acid phytic [17].
Dầu cám gạo chứa 95,6% Lipid có khả năng phân huỷ được, bao gồm
glycolipid và phospholipid; 4,2% lipid không tan được, bao gồm tocopherols,
tocotrienols, Gamma-oryzanol (-erytanols), sterol và carotenoid [30]. Các lipid phân
hủy đươc chủ yếu là triglycerid. Tuy nhiên, những chất béo trung tính được hydro hóa
một cách dễ dàng bởi lipase để tạo thành các acid béo tự do.Hàm lượng của chúng
được nêu trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Hàm lượng một số chất trong dầu cám gạo


γ-oryzanol

1,6

Squalen

320 x10-3

γ-oryzanol có công thức phân tử là: C40H55O4, trọng lượng phân tử 602,89
g/mol, nhiệt độ nóng chảy: 135 – 137ºC, là hỗn hợp este của acid trans-ferulic với các
phytosterols và triterpen alcol, gồm các chất chính: 24-methylen cycloartanyl ferulat,
cycloartenyl ferulat, campesteryl ferulat, sitosteryl ferulat, Δ7-campestenyl ferulat,
campestanyl ferulat, sitostanyl ferulat, Δ7-stigmastenyl ferulat, stigamsteryl ferulat,
Δ7-sitostenyl ferulat [17]. Hàm lượng γ-oryzanol trong gạo nguyên cám từ 3,5 –
21mg/100g tùy thuộc vào các giống lúa khác nhau. Mặc dù cám gạo giàu dinh dưỡng
14

Footer Page 20 of 116.


Header Page 21 of 116.

và các chất có hoạt tính sinh học nhưng cám gạo có độ ổn định thấp, các thành phần
trong cám gạo bị phân hủy ngay sau quá trình xay xát do tác động của enzym lipase,
proteaza.Trong vòng 24 giờ đầu, cám gạo đã bị biến đổi rất lớn về chất lượng nếu
không được ổn định hóa [5,20]. Đây là lý do vì sao cám gạo ở nước ta vẫn được coi là
phụ phẩm, dùng làm thức ăn gia súc, không có giá trị cao.

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của các cấu tử γ-oryzanol

Dầu cám chứa các thành phần hoạt tính sinh học cao như γ- oryzanol, squalen,
tocotrienol, tocopherol nên có tác dụng chống oxy hóa mạnh, chống lão hóa, ngăn
ngừa sự phát triển của tế bào ưng thư da, ung thư đại tràng, ung thư tụy [21]. Ngoài ra,
dầu cám còn được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da như giữ ẩm, làm mềm da,
chống lão hóa, làm trắng da [4, 28].
1.3.3. Tác dụng dược lý của γ- oryzanol
 Tác dụng trên thần kinh trung ương
- Cải thiện các triệu trứng của phụ nữ tiền mãn kinh, cải thiện trí nhớ người già, rối
loạn thần kinh vận động.
- Làm giảm viêm loét dạ dày do stress gây ra trên chuột thí nghiệm.
- Làm giảm nồng độ TSH do ức chế trực tiếp lên vùng dưới đồi hoặc tuyến yên
[28, 35].
 Tác dụng chống oxy hóa
- Chống oxy hóa gấp 10 lần tocotrienol và tocopherol.
- Ức chế quá trình superoxy hóa bảo vệ tế bào gan, ngăn ngừa tổn thương tế bào
gan do ethanol. Tác dụng lên chuyển hóa lipid và cholesterol [4, 9, 28].
16

Footer Page 22 of 116.


Header Page 23 of 116.

-Làm giảm hấp thu cholesterol ở đường tiêu hóa, tăng đào thải cholesterol qua
đường tiêu hóa bằng cách tăng tạo thành muối mật.
- Làm giảm nồng độ LDL, V-LDL và tăng nồng độ HDL. Do đó, γ- oryzanol có tác
dụng là giảm lipid máu và cholesterol máu [21].
 Tác dụng chống viêm
- Ức chế sự hoạt động của NF-kB, ức chế biểu hiện gen của TNFα, COX-2, IL1β
dẫn đến tác dụng chống viêm.

Header Page 24 of 116.

Một số nghiên cứu trước đây đã so sánh việc chiết xuất dầu cám gạo sử dụng
dung môi SCO2 và n-hexan. Nghiên cứu của Kuk và Dowd [25] thu được lượng dầu
tối đa 20,4 % khi sử dụng SCO2 ở áp suất 62 MPa, nhiệt độ 100 ºC và lượng dầu
20,5% khi chiết xuất bằng hexan ở 69ºC và 0,101 MPa. Trong một nghiên cứu khác,
lượng dầu thu được khi sử dụng SCO2 (ở áp suất 30 MPa và nhiệt độ 35ºC) và n-hexan
lần lượt là 17,98% và 20,21% [32]. Trong nghiên cứu này, việc chiết xuất SCO2 cám
gạo sử dụng ethanol làm đồng dung môi cũng được khảo sát.
Karin Tomita đã khảo sát việc chiết dầu cám gạo để đạt được hàm lượng γ oryzanol tối đa ở các tốc độ dòng CO2 khác nhau (1-9 ml/phút), nhiệt độ (40-80ºC) và
áp suất (20-40 MPa). Nghiên cứu cũng chỉ ra sự ảnh hưởng của nhiệt độ của áp suất
đến việc thu hồi γ–oryzanol [26].
Wang và các cộng sự đã tiến hành chiết 35g cám gạo bằng dung môi CO2 siêu
tới hạn, sau khi tiêu tốn 2750 g CO2 lượng dịch chiết thu được lên đến 18,1 % trên
tổng khối lượng mẫu. Nồng độ của γ -oryzanol và các triglyceryd trong dầu chiết bằng
CO2 siêu tới hạn cao hơn so với chiết bằng dung môi n-hexan. Nghiên cứu của Wang
cũng cho thấy rằng áp suất có thể được sử dụng hiệu quả hơn nhiệt độ để nâng cao
hàm lượng γ-oryzanol trong dầu. Áp suất và nhiệt độ tối ưu để cho hàm lượng γoryzanol cao nhất là 300 bar và 313 K [12].

18

Footer Page 24 of 116.


Header Page 25 of 116.

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
 Mẫu cám gạo của giống lúa T161 trồng tại Nhân Hòa, Mỹ Hào, Hưng Yên thu

NSX

3

n-heptan

Trung Quốc

NSX

4

Ethanol

Trung Quốc

NSX

5

Diethyl ether

Trung Quốc

NSX

6

Kali hydroxyd


-

Máy quang phố Shimazhu UV-2600 (Nhật Bản)
19

Footer Page 25 of 116.