BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

HOÀNG THỊ ÁNH

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH TIỀN XỬ LÝ
VÀ CHIẾT LUTEIN ESTER TỪ HOA CÚC VẠN THỌ
(TAGETES ERECTA L.)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Nha Trang, tháng 07 năm 2017


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

HOÀNG THỊ ÁNH

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUY TRÌNH TIỀN XỬ LÝ
VÀ CHIẾT LUTEIN ESTER TỪ HOA CÚC VẠN THỌ
(TAGETES ERECTA L.)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC


nhân ngành Công nghệ Kĩ thuật Hóa Học.
in chân thành cảm ơn cán bộ ph trách Phòng Th nghiệm Hoá Trung
tâm Th nghiệm – Thực hành đã tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi nhất về
cơ sở vật chất, trang thiết bị, giúp tôi hoàn thành tốt đ án chuyên ngành này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến
TS. HOÀNG THỊ HUỆ AN đã tài trợ toàn bộ nguyên vật liệu th nghiệm, tận
tình trực tiếp hướng dẫn, động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài
nghiên cứu, giúp tôi nâng cao kiến thức chuyên môn và hoàn thành tốt đ án
tốt nghiệp của mình.
Cuối cùng tôi chân thành tri ân gia đình, bạn bè đã luôn luôn bên cạnh
quan tâm, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành đ án này.
Nha Trang, ngày 04 tháng 7 năm 2017
Sinh viên thực hiện
HOÀNG THỊ ÁNH


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................... viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................... 4
1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ ............................................................. 4
1.1.1. Ngu n gốc ......................................................................................... 4
1.1.2. Đặc điểm hình thái ............................................................................ 4

2.2. Dụng cụ và thiết bị .............................................................................. 24
2.2.1. D ng c ........................................................................................... 24
2.2.2. Thiết bị ........................................................................................... 25
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................... 25
2.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu CVT trước khi chiết..................................... 25
2.3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện xử lý hoa cúc vạn thọ bằng
Viscozym .................................................................................................. 25
2.3.2.1. Quy trình tổng quát của quá trình xử lý và đánh giá hiệu quả xử
lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozym ........................................................ 25
2.3.2.2. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện xử lý hoa CVT bằng Viscozym
................................................................................................................ 28
2.3.3. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chiết hoa cúc vạn thọ đã xử lý
Viscozym .................................................................................................. 30
2.3.3.1. Quy trình tổng quát đánh giá hiệu quả chiết carotenoid từ hoa
cúc vạn thọ đã xử lý Viscozym.............................................................. 30


v

2.3.3.2. Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chiết carotenoid từ hoa CVT
đã xử lý Viscozym ................................................................................. 32
2.3.4. Thử nghiệm quy trình............................................................................ 33
2.4. Phƣơng pháp phân tích ...................................................................... 34
2.4.1. Phân t ch thành phần nguyên liệu cúc vạn thọ ............................... 34
2.4.1.1. ác định độ ẩm ......................................................................... 34
2.4.1.2. Định lượng carotenoid tổng số ................................................. 34
2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ................................................................. 34
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 35
3.1. Một số thành phần hóa học cơ bản của hoa tƣơi nguyên liệu ........ 35
3.2. Kết quả tối ƣu hóa điều kiện xử lí hoa cúc vạn thọ bằng Viscozym

Age – related macular

Bệnh thoái hóa điểm vàng

degeneration

liên quan tuổi già

BHT

Butylated Hydroxytoluen

Butylat Hydroxytoluen

CCF

Central Composite Face

Thiết kế cấu trúc tâm mặt

D

Dilution factor

Hệ số pha loãng

FDA

Food and Drug Administration


w/w

Weight/weight

Khối lượng/khối lượng

rpm

Round per minute

Vòng/phút


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của lutein ..................................................... 8
Bảng 1.2. Hàm lượng lutein có trong rau quả ................................................. 14
Bảng 2.1. Quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện xử l Viscozym theo
mô hình bậc 2 phương án CCF ....................................................................... 29
Bảng 2.2. Quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện chiết carotenoid theo
mô hình bậc 2 phương án CCF ....................................................................... 33
Bảng 3.1. Hàm lượng carotenoid tổng số và độ ẩm của nguyên liệu ............. 35
Bảng 3.2. Kết quả tối ưu hóa điều kiện xử lý hoa CVT bằng Viscozym ....... 36
Bảng 3.3 Kết quả phân t ch ANOVA ảnh hưởng của điều kiện xử lý
Viscozym đến hiệu suất xử lý ......................................................................... 37
Bảng 3.4. Các hệ số của phương trình h i quy mô tả ảnh hưởng của điều kiện
xử lý hoa CVT bằng Viscozym đến hiệu suất xử lý ....................................... 38
Bảng 3.5. Kết quả tiên đoán điều kiện tối ưu xử lý Viscozym ....................... 42
Bảng 3.6. Chi phí enzyme và hexane ứng với các phương án 4 và 5 ............. 43

Hình 3.3. Ảnh hưởng của n ng độ Viscozym C-Vis và thời gian xử lý
Time đến hiệu quả xử lý ............................................................................... 40
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ dịch Viscozym/nguyên liệu Vis/NL và thời
gian xử lý Time đến hiệu quả chiết carotenoid từ hoa CVT ........................ 40
Hình 3.5. Các bề mặt đáp ứng mô tả ảnh hưởng của n ng độ Viscozym
(C-Vis và tỷ lệ dịch Viscozym/nguyên liệu Vis/NL đến hiệu quả chiết
carotenoid từ hoa CVT .................................................................................... 41
Hình 3.6. Các bề mặt đáp ứng mô tả ảnh hưởng của n ng độ Viscozym
(C-Vis và thời gian chiết Time đến hiệu quả chiết carotenoid từ hoa CVT 41
Hình 3.7. Các bề mặt đáp ứng mô tả ảnh hưởng của tỷ lệ dịch
Viscozym/nguyên liệu Vis/NL và thời gian chiết Time đến hiệu quả chiết
carotenoid từ hoa CVT .................................................................................... 41


ix

Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian chiết và số lần chiết đến hiệu quả
chiết carotenoid từ hoa CVT ........................................................................... 47
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chiết đến hiệu quả chiết
carotenoid từ hoa CVT .................................................................................... 48
Hình 3.10. Ảnh hưởng thời gian chiết và số lần chiết đến hiệu quả chiết
carotenoid từ hoa CVT .................................................................................... 48
Hình 3.11. Ảnh hưởng nhiệt độ và số lần chiết đến hiệu quả chiết carotenoid
từ hoa CVT ...................................................................................................... 48
Hình 3.12. Các bề mặt đáp ứng mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ và số lần chiết
đến hiệu quả chiết carotenoid từ hoa CVT ..................................................... 49
Hình 3.13. Các bề mặt đáp ứng mô tả ảnh hưởng của thời gian chiết và số lần
chiết đến hiệu quả chiết carotenoid từ hoa CVT ............................................. 49
Hình 3.14. Các bề mặt đáp ứng mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian
chiết đến hiệu quả chiết carotenoid từ hoa CVT ............................................. 49

ngọt, gia vị, đ hộp, mứt… Tuy nhiên, có một số chất màu tổng hợp tuy đáp
ứng được giá trị về mặt nhãn quan nhưng lại tiềm ẩn nguy cơ gây hại tới sức
khỏe cao, là nguyên nhân hình thành các khối u, gây ung thư (ví d như
Sudan II hay Rhodamine B) [25]. Chất màu nhân tạo đã từng gây nên cuộc
tranh cãi về sự an toàn của thực phẩm trong nhiều năm và càng gay gắt hơn
vào năm 2007 sau khi công bố một nghiên cứu gây tranh cãi của Đại học
Southampton ở Anh chứng minh được mối liên hệ giữa tình trạng hiếu động


2

thái quá ở trẻ em với sự sử d ng thực phẩm tạo màu bở 6 loại phẩm nhuộm
tổng hợp sau: E110 (Yellow Sunset), E104 (Quinoline Yellow), E122
(Carmoisine), E129 (Allura Red), E102 (Tartrazine) và E124 (Ponceau 4R)
[21].…Do e ngại những tác hại nguy hiểm đến sức khỏe của chất màu tổng
hợp nên người tiêu dùng ngày càng có xu hướng ưa chuộng những loại thực
phẩm tạo màu bằng chất màu tự nhiên. Ngày nay, ngành công nghiệp thực
phẩm cũng được khuyến cáo nên sử d ng chất màu có ngu n gốc tự nhiên để
đảm bảo an toàn. Vì thế, việc nghiên cứu chiết tách chất màu từ ngu n gốc tự
nhiên ứng d ng trong công nghiệp thực phẩm là hướng đi đúng đắn và cần
thiết hiện nay.
Một trong những chất màu tự nhiên dược phép sử d ng để tạo màu cho
thực phẩm là lutein ester chiết xuất từ hoa cúc vạn thọ. Hoa CVT là loại hoa
được tr ng phổ biến ở nước ta. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh trong cánh
hoa CVT có chứa lutein ester với hàm lượng khá cao, hợp chất này ngoài khả
năng ứng d ng trong ngành công nghiệp thực phẩm làm chất tạo màu vàng rất
đẹp, còn hoạt tính chống oxy hóa khá mạnh và có nhiều ứng d ng trong
ngành dược phẩm và mỹ phẩm.
Hoàng Thị Huệ An 2011) đã xây dựng quy trình cải tiến chiết lutein
ester từ hoa CVT trong đó enzyme Viscozym được dùng để phân hủy thành tế


vạn thọ.
-

Nội dung 3: Thử nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất thu nhận sản

phẩm.
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Cung cấp các dẫn liệu khoa học về ảnh hưởng của điều kiện xử lý
enzyme và điều kiện chiết đến hiệu suất thu nhận carotenoid từ loài hoa CVT
đang sử d ng. Từ đó, chọn điều kiện tối ưu để chiết carotenoid từ ngu n
nguyên liệu này.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Làm cơ sở cho việc đề xuất quy trình công nghệ quy mô pilot thu nhận
lutein ester ứng d ng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.


4

Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hoa cúc vạn thọ
1.1.1. Nguồn gốc
Cúc Vạn Thọ CVT thuộc loài Tagetes, họ Cúc Asteraceae). Chúng có
ngu n gốc tại Trung và Nam Mỹ từ Tây Nam Hoa Kỳ qua Mexico và tới
khắp Nam Mỹ).
1.1.2. Đặc điểm hình thái
CVT là cây thân thảo hằng niên, thân cây cao khoảng 0,6 – 1,0 m. Cây
thô và thẳng đứng. Lá mọc xen kẽ hoặc đối xứng nhau, có rãnh như lông vũ,
phiến lá hình mác, vành lá và lưng lá có các đốm dầu, có mùi hăng đặc trưng.
Cây CVT ưa kh hậu nóng ẩm và đầy đủ ánh sáng. Hoa CVT mọc đơn lẻ trên

 Trong y học
- Y học cổ truyền: CVT có công d ng chủ yếu trong điều trị các bệnh
tiêu hóa như đau dạ dày, tiêu chảy, đau b ng, làm mát dạ dày, gan, mật, trị
nôn mửa, kiểm soát ký sinh trùng trong ruột v d : giun và chữa chứng đầy
hơi, khó tiêu. Ngoài ra, nó còn là một vị thuốc chữa đau răng ở trẻ em.


6

- Y học hiện đại: Ngày nay, CVT sử d ng để tr ch xuất lutein, một chất
chống oxy hóa. Nó có công d ng cải thiện thị giác, ngăn ngừa các bệnh về
mắt như đ c thủy tinh thể, thoái hóa điểm vàng, bệnh sợ ánh sáng…
 Trong nông nghiệp
- Trong tr ng trọt: CVT được sử d ng để đẩy lùi giun tròn, nó có hiệu
quả nhất chống lại các loài tuyến trùng Pratylenchus penetrans gây bệnh cho
cây tr ng. Trong các tài liệu của Thái Lan đã chứng minh được CVT có khả
năng hấp th thạch t n (arsen t ch lũy khoảng 41% trong lá, do đó có thể cải
thiện đất ô nhiễm bởi chất trừ sâu và thuốc bảo vệ thực vật. CVT chứa αtertienyl là một trong những thành phần quan trọng của hoạt t nh sinh học
giúp cải thiện đất.
- Trong chăn nuôi: Nó được sử d ng làm thực phẩm cho gà, giúp tăng
lòng đỏ trứng và màu sắc của vỏ tươi sáng, đậm hơn.
 Trong công nghiệp thực phẩm
- Chiết xuất carotenoid từ hoa CVT có màu vàng- cam là chất màu thực
phẩm được phép sử d ng ở các nước châu Á trong khối EU, Úc và New
Zealand mã số E161b).
- Màu sắc vàng ngô trong các món ăn của người Ấn Độ ch nh là màu
sắc ph gia được chiết xuất từ CVT. Tại Campuchia, lá non của CVT được
sử d ng như một loại rau gia vị [26].
1.2. Tổng quan về lutein và lutein ester
1.2.1. Tổng quan về lutein

4

7

11

9
8

5

20

10

18

15

13
12

14

14'
15'

1 2'
13'
20'

- Lutein là chất t phân cực nên không tan trong nước, kém tan trong các
dung môi hữu cơ phân cực như methanole, ethanole,… , nhưng tan tốt hơn
trong dung môi hữu cơ phân cực trung bình acetone, acetate ethyl,
dichloromethane, acetonitril, tetrahydrofuran....
- Hấp th ánh sáng cực đại trong dung môi hexan, ethanole ở 445 nm.


8

Bảng 1.1. Một số tính chất vật lý của lutein
Đặc tính

Mô tả

Nhiệt độ nóng chảy

190oC (tức 374oF; 463K)

Nhiệt độ bảo quản

-18oC

Khả năng hòa tan trong nước

Không tan

Khả năng hòa tan trong chất béo

Tan khá tốt


Lutein có khả năng hấp th tia tử ngoại và ánh sáng xanh trong dải bức

xạ khả kiến, do đó có khả năng bảo vệ da, mắt khỏi tác hại của các bức xạ
này, ngăn ngừa ung thư da, thoái hóa điểm vàng [8], [11].
-

Hoạt tính chống oxy hóa:
Nhiều th nghiệm đã chứng minh rằng, các lutein có khả năng bảo vệ cơ

thể khỏi những chứng bệnh hiểm nghèo, như các bệnh về mắt, ung thư,
bệnh tim, viêm màng b đào,… Người ta cho rằng, tác d ng này của các
phân tử lutein nhờ vào khả năng chống oxy hóa và bắt giữ các gốc tự do
sinh ra trong tế bào.Các loại oxy hoạt t nh ROS: Reactive oxygen species)
ở trong tế bào và mô có thể gây tác hại đến DNA, protein, carbohydrat và
lipid. Sự gây hại này được kiểm soát bởi lutein do nó có khả năng khử các
chất gây oxy hóa và dọn sạch các gốc tự do. Khả năng chống oxy hóa của
lutein có thể được giải th ch bởi cấu trúc hóa học đặc biệt của nó. Lutein có
hai nhóm hydroxyl làm cho t nh chống oxy hóa trở nên mạnh hơn so với các
carotenoid khác (lycopen, -caroten, … . Lutein là một oxycarotenoid có
tác động loại trừ và ngăn chặn sự xâm nhập của chất gây oxy hóa, gốc tự do
qua màng tế bào, giúp ngăn chặn sự oxy hóa lipid, hạn chế sự suy giảm khả
năng miễn dịch đối với cơ thể. Do đó, lutein có ảnh hưởng mạnh đến sự
tăng hoạt t nh chống oxy hóa trong máu và tế bào [7].
1.2.1.4. Ứng dụng của lutein
 Trong công nghiệp thực phẩm
Lutein được EU và các tổ chức FDA ở Canada, Úc, New Zealand cho
phép sử d ng làm chất màu trong chế biến thực phẩm mã số E161b với mức
0,5-2 mg/ ngày. Lutein ở dạng chế phẩm hòa tan trong nước được sử d ng để
nhuộm vỏ ngoài cho giò chả, các bán thành phẩm từ thịt gà, sữa chua, bánh
nướng, kẹo, nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc điểm tâm, các sản phẩm

thể giúp giảm đau viêm xương khớp và tàn tật ở 16 triệu người Mỹ. Các nhà
nghiên cứu tại Viện Y học Quốc gia Hoa Kỳ gần đây đã phát hiện ra rằng
những người có n ng độ cao nhất lutein trong máu khoảng 70% t có khả
năng bị viêm khớp đầu gối và các mô liên kết khác [16].


11

– Lutein làm giảm các rối loạn mắt, như thoái hóa điểm vàng, đ c thủy
tinh thể. Lutein là một chất chống oxy hóa carotenoid xảy ra trong tự nhiên
với zeaxanthin. Ở người, lutein và zeaxanthin tập trung ở điểm vàng của mắt
cũng như ở da, vú và mô cổ tử cung. Chế độ ăn uống lutein được coi là một vi
chất dinh dưỡng cần thiết cho thị lực bình thường [12]. Được sử d ng chủ yếu
trong các sản phẩm chăm sóc mắt để làm giảm mệt mỏi thị giác, giảm tỷ lệ
mắc chứng thoái hóa điểm vàng do tuổi già AMD: Age-related macular
degeneration , đ c thủy tinh thể, bệnh võng mạc,…
 Trong công nghiệp mỹ phẩm
Chủ yếu được sử d ng để làm trắng da, chống nếp nhăn và bảo vệ tia cực
t m. Một số chế phẩm kem chống nắng công thức thảo dược chứa lutein ester
chiết suất từ Tagetes erecta L. đã được sản xuất. Lutein và lutein ester được
hòa tan cùng với các loại dầu thảo dược và các hợp chất không no có thể dễ
dàng thâm nhập vào da và cho hiệu quả chống nắng tốt [11]. Theo nghiên cứu
của Bowen M. và ctv. 2004 lutein ester có thể được sử d ng như một loại
thuốc trong keo vuốt làm cứng tóc, còn lutein tự do được dùng trong keo làm
mềm tóc [6].
 Trong chăn nuôi
Lutein được dùng để làm chất ph gia trong chế biến thức ăn nuôi cá cảnh,
thức ăn cho gia súc và gia cầm để tạo màu vàng cho da gà và lòng đỏ trứng…
1.2.2. Tổng quan về lutein ester
1.2.2.1. Cấu trúc phân tử

Lutein ester có thể bị xà phòng hóa với KOH. Khi thủy phân lutein
ester, các axit béo được tách ra và thu được lutein tự do.


13

1.2.2.3. Hoạt tính sinh học và ứng dụng
Một số nghiên cứu cho thấy lutein ester có tính sinh khả d ng tương
đương hoặc cao hơn lutein tự do Bowen E. và ctv., 2001) [6]. Tuy nhiên,
lutein do không chứa các acid béo ester hóa nên có thể được hấp th trực tiếp
vào cơ thể, còn lutein ester phải được thủy phân bởi các enzyme trong ruột r i
mới được hấp th vào máu và đi đến các tế bào. Lutein ester hấp thu được vào
vào máu của con người và có tác d ng hạn chế sự tăng trưởng khối u và sự
gia tăng tế bào lympho. Tuy nhiên, khả năng hấp th lutein và lutein ester
trong cơ thể là không tương đương. Nghiên cứu của Oryza Oil & Fat
Chemical Co., Ltd cho thấy chỉ có lutein tự do được tìm thấy trong huyết
thanh người bất kể chế độ ăn uống, thức ăn như thế nào. Điều đó chứng tỏ
lutein ester bị thủy phân thành lutein tự do, sau đó mới được hấp thu vào
huyết thanh. Một số enzyme được gọi là esterase và lipase thực hiện thủy
phân của lutein ester trong tiêu hóa. Các enzyme này ược sản xuất trong tuyến
t y bởi một cơ chế được quy định bởi sự hiện diện của chất béo trong dạ dày
và tá tràng. Vì thế, hoạt t nh sinh học của lutein ester cũng được cải thiện khi
được cung cấp cùng với chất béo trong thực phẩm.

Hình 1.4. Nồng độ lutein và lutein ester trong huyết thanh


14

1.2.3. Các nguồn lutein và lutein ester có trong tự nhiên

1,7

Hạt ngũ cốc

0,78

Thịt quả b đỏ

1,37

Đậu cô ve

0,74

Cà chua

0,1

Đặc biệt, CVT Mỹ (Tagetes erecta L.) được xem là ngu n tự nhiên giàu
lutein nhất được biết hiện nay với hàm lượng carotenoid tổng số trong cánh
hoa khoảng 0,6 – 1,6% (tính theo trọng lượng khô , trong đó trên 92% là
lutein. Hiện nay, Trung Quốc và Ấn Độ đã lai tạo thành công một số giống
CVT có năng suất cao và khả năng t ch lũy lutein lớn hơn nhiều 2 – 2,5 g
lutein /kg khô so với các giống trước đây. Nhờ vậy, đã làm giảm đáng kể giá
thành của các sản phẩm lutein và phát triển mạnh những ứng d ng của lutein
trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Thị trường lutein trên
thế giới tăng trưởng nhanh trong thời gian gần đây đặc biệt ở Hoa Kỳ, châu
Âu, Ấn Độ, Brazil, Trung Quốc với doanh số bình quân khoảng 233 triệu
USD vào năm 2010 và dự báo tăng khoảng 3,6%/năm.
1.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết