BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔ ĐẶC VÀ CHIẾT TÁCH
CAROTENOID TỪ DẦU GẤC

Họ và tên sinh viên: PHAN THỊ KIM KHÁNH
Ngành: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
Niên khóa: 2008-2012

Tháng 08/2012


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔ ĐẶC VÀ CHIẾT TÁCH CAROTENOID TỪ
DẦU GẤC

Tác giả

PHAN THỊ KIM KHÁNH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Mai Huỳnh Cang

Tháng 08 năm 2012

i

lượng β-caroten là 2690 ppm và hàm lượng lycopen là 0,14 %; tỷ trọng và độ nhớt của
dầu gấc lần lượt là 0,9553 ± 0,0118 g/ml và 0,0466 ± 0,0004 Pa.s.
Trong số loại màng khảo sát 1000 KD, 700 KD và 3 KD, màng 3 KD cho tỷ lệ cô
đặc carotenoid cao nhất, gấp 1,49 lần so với nguyên liệu, sản phẩm thu là retentat, áp
suất sử dụng là 1,5 bar.
Carotenoid từ dầu gấc đã được cô đặc qua quá trình lọc, có thể tiếp tục chiết tách,
nâng cao nồng độ bằng phản ứng xà phòng hóa kết hợp xử lý dung môi propylen
glycol. Nồng độ NaOH 40% và propylen glycol 100% so với lượng dầu gấc sử dụng
cho kết quả chiết tách cao nhất với hàm lượng carotenoid gấp 6,4 lần so với dầu gấc cô
đặc bằng hệ thống lọc và 9,4 lần so với dầu gấc nguyên liệu. Thông số tối ưu của các
yếu tố ngoại cảnh như nhiệt độ là 80oC, tốc độ khuấy 500 vòng/phút và thời gian cho
phản ứng là 1giờ.

iii


ABSTRACT
The thesis named “Studying ability to concentrate and isolate Carotenoids from
Gac (Momordica cochinchinensis Spreng) oil was done at the I4 laboratory of the
Chemical Engineering Department, Nong Lam University, Ho Chi Minh City, from
March to August, 2012.
The purpose of the research is to concentrate carotenoids from Gac oil by using
crossflow filtration system and enhance carotenoid concentration by saponification
reaction. The study has achived the following results:
The total carotenoids content in Gac oil was 7,547 ± 0,116 mg/ml. Lycopene and
β-caroten content were 14% and 2690 ppm respectively. The Gac oil had a viscosity of
0,0466 ± 0,0004 Pa.s and a density of 0,9553 ± 0,0118 g/ml.
Among three investigating membranes of 1000 KD, 700 KD and 3 KD, the last
gave the best result in which the carotenoids content of retentat oil was 1,49 times
higher than that of material at the pressure of 1,5 bar.

2.1.1.1 Phân loại, mô tả ........................................................................................................ 3
2.1.1.2 Phân bố và trồng trọt ................................................................................................ 4
2.1.2 Cấu trúc và thành phần hóa học .................................................................................. 4
2.1.2.1 Cấu trúc quả gấc ....................................................................................................... 4
2.1.2.2 Thành phần hóa học của quả gấc.............................................................................. 5
2.1.2.3 Dầu gấc ................................................................................................................... 11
2.2 Sơ lược về hợp chất carotenoid tự nhiên trong thực phẩm ......................................... 12
2.2.1 Đặc tính lý hóa của carotenoid .................................................................................. 13
2.2.1.1 Tính tan ................................................................................................................... 13
2.2.1.2 Hấp thu ánh sáng ................................................................................................... 13
v


2.2.1.3 Đồng phân hóa và sự oxi hóa ................................................................................. 13
2.2.2 Lycopen ..................................................................................................................... 14
2.2.2.1 Cấu trúc hóa học ..................................................................................................... 14
2.2.2.2 Vai trò sinh học của lycopen đối với cơ thể ........................................................... 14
2.2.3 β-caroten .................................................................................................................... 15
2.2.3.1 Cấu trúc hóa học .................................................................................................... 15
2.2.3.2 Quá trình chuyển hóa thành vitamin A................................................................... 15
2.2.3.3 Vai trò sinh học ....................................................................................................... 16
2.3 Kỹ thuật lọc tiếp tuyến ................................................................................................. 17
2.3.1 Tổng quát về kỹ thuật màng lọc ................................................................................ 17
2.3.2 Nguyên tắc và động lực của quá trình lọc tiếp tuyến ................................................ 17
2.3.3 Ưu nhược điểm của phương pháp lọc tiếp tuyến ...................................................... 18
2.3.4 Màng lọc và phân loại màng lọc................................................................................ 19
2.3.5 Ứng dụng của kỹ thuật màng lọc............................................................................... 20
2.3.6 Các khái niệm, định luật trong kỹ thuật lọc tiếp tuyến.............................................. 20
2.3.6.1 Định luật Darcy tại thời điểm t ............................................................................... 20
2.3.6.2 Tính thấm của màng (permeability) ....................................................................... 21

3.4.3.3 Thí nghiệm sơ bộ ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh ....................................... 31
3.4.3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................ 31
3.4.3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ....................................................... 31
3.4.3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy ................................................................. 31
3.4.3.4 Thí nghiệm khối 2 yếu tố nồng độ NaOH và propylen glycol lên khả năng chiết
tách carotenoid .................................................................................................................... 32
3.5 Xử lý số liệu ................................................................................................................. 32
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 33
4.1 Thành phần, đặc tính hoá lý của dầu gấc ..................................................................... 33
4.1.1 Tỷ trọng của dầu gấc ................................................................................................. 33
4.1.2 Hàm lượng carotenoid tổng ....................................................................................... 33
4.1.3 Hàm lượng lycopen và β-caroten .............................................................................. 34
4.1.4 Độ nhớt ...................................................................................................................... 34
4.1.5 Kích thước hạt phân tán............................................................................................. 35
4.2 Kết quả thí nghiệm 1: Lọc tiếp tuyến ........................................................................... 36
4.2.1 Bít nghẽn màng lọc (fouling) theo thời gian lọc ....................................................... 36
4.2.2 Ảnh hưởng của áp suất và loại màng sử dụng đối với flux permeat ......................... 38
4.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và loại màng sử dụng đối với hàm lượng carotenoid trong
quá trình lọc dầu gấc........................................................................................................... 39
vii


4.2.4 Tính thấm của màng trước và sau khi lọc. Tính toán hiệu suất rửa màng ................ 43
4.2.4.1 Xác định tính thấm ban đầu của màng ................................................................... 43
4.2.4.2 Xác định tính thấm sau khi rửa màng..................................................................... 44
4.3 Kết quả thí nghiệm 2 (TN2): Chiết tách, tinh sạch carotenoid..................................... 46
4.3.1 Ảnh hưởng của NaOH ............................................................................................... 46
4.3.2 Ảnh hưởng của Propylen glycol ................................................................................ 47
4.3.3 Kết quả thí nghiệm sơ bộ ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh .............................. 48
4.3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................................................... 48


LD50

Medium letalisdosis

LSD

Least significant different

PG

Propylen glycol

BHA

Butylated hydroxy anisole

Rpm

Round per minute

TCC

Total carotenoids content – hàm lượng carotenoid tổng

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang

Hình 2.10: Quá trình lọc qua màng ......................................................................... 17
Hình 2.11: So sánh giữa kỹ thuật lọc tiếp tuyến và lọc thẳng đứng ........................ 18
Hình 2.12: Một số ứng dụng cụ thể của màng lọc................................................... 20
Hình 2.13: Hiện tượng bít nghẽn quá trình lọc theo thời gian ................................ 21
Hình 2.14: Phản ứng xà phòng hóa ........................................................................ 22
Hình 2.15: Cơ chế phản ứng xà phòng hóa ............................................................. 23
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu..................................................................... 25
Hình 4.1: Kết quả khảo sát kích thước hạt mẫu dầu gấc ......................................... 35
Hình 4.2: Flux permeate theo thời gian ở áp suất 2 bar ......................................... 36
Hình 4.3: Ảnh hưởng của áp suất và loại màng lọc lên lượng Flux permeat (Jp) .. 38
Hình 4.4: Ảnh hưởng của loại màng lọc và áp suất lên hàm lượng carotenoid ở
permeat ........... ........................................................................................................ 40
Hình 4.5: Ảnh hưởng của loại màng lọc lên hàm lượng carotenoid ở retentat ....... 41
Hình 4.6: So sánh tính thấm trước và sau khi rửa của màng 3 KD ......................... 44
Hình 4.7: So sánh tính thấm trước và sau khi rửa của màng 700 KD ..................... 45
xi


Hình 4.8 So sánh tính thấm trước và sau khi rửa của màng 1000 KD .................... 45
Hình 4.9: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến nồng độ carotenoid thu được ........ 46
Hình 4.10: Ảnh hưởng của nồng độ Propylen glycol (PG) đến nồng độ carotenoid thu
được ................ ........................................................................................................ 47
Hình 4.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nồng độ carotenoid thu được .................. 48
Hình 4.12: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến nồng độ carotenoid thu được . 49
Hình 4.13: Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến nồng độ carotenoid thu được ........... 50
Hình 4.14: Ảnh hưởng của NaOH và propylen glycol lên nồng độ carotenoid ..... 52
Hình 4.15: Carotenoid chiết tách bằng phản ứng xà phòng hóa và xử lý dung môi 53
Hình 4.16: Quy trình cô đặc, chiết tách carotenoid ................................................. 54

xii

MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Gấc (Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng ) là loại thực vật thân dây leo
được trồng phổ biến ở Việt Nam. Quả gấc được sử dụng nhiều trong ẩm thực lẫn trong
y học. Đặc biệt là phần màng hạt gấc, thường được dùng để chế biến món ăn bởi mùi
vị thơm ngon và giàu các thành phần dinh dưỡng.
Màng hạt gấc chứa một lượng dầu đáng kể. Dầu chiết xuất từ màng hạt gấc sánh,
trong, có màu đỏ đậm, mùi thơm, vị ngọt, béo. Dầu gấc chứa nhiều carotenoid, vitamin
E và các axít béo thiết yếu như lenoleic và α-linolenic rất tốt cho sức khỏe, giúp phòng
chống thiếu vitamin, tăng khả năng miễn dịch, giúp tăng sức đề kháng của cơ thể,
chống oxy hoá, chống lão hoá tế bào, phòng ngừa bệnh tật, giúp loại bỏ các tác động
có hại của môi trường như hoá chất độc, tia xạ...[2] Trong dầu gấc tinh khiết chứa hàm
lượng carotenoid rất cao, gấp nhiều lần so với các loại rau quả giàu carotenoid khác,
bao gồm β-caroten (cao gấp 15,1 lần cà rốt) và lycopen (cao gấp 68 lần cà chua) là
những chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh, bên cạnh đó β-caroten còn là tiền vitamin
A, sẽ chuyển hóa thành vitamin A khi vào cơ thể, không sợ ngộ độc khi dùng quá liều,
giúp hỗ trợ thị giác, sáng mắt và tăng sức đề kháng [14]. Tuy nhiên,việc chiết tách
carotenoid từ dầu gấc để phục vụ cho sản xuất những sản phẩm có giá trị cao hơn
thuộc các lĩnh vực như dược phẩm, mỹ phẩm hiện nay chưa được quan tâm nhiều.
Xuất phát từ yêu cầu trên, được sự phân công của Bộ môn Công Nghệ Hóa Học,
Trường Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Th.S Mai
Hùynh Cang, tôi thực hiện đề tài ”NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CÔ ĐẶC VÀ CHIẾT
TÁCH CAROTENOID TỪ DẦU GẤC ”.
Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu, khảo sát khả năng cô đặc carotenoid từ dầu gấc
bằng kỹ thuật lọc tiếp tuyến, chọn lọc các thông số tối ưu để quá trình lọc đạt hiệu quả
cao nhất. Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu về khả năng tách carotenoid từ dầu gấc
1


đã được cô đặc qua hệ thống lọc bằng phản ứng với dung môi và phản ứng xà phòng

Cây Gấc có tên khoa học là Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng thuộc họ
Cucurbitaceae, giống Momordica, loài Cochinchinensis. Là loại thân dây leo, sống lâu
năm, được một linh mục người Bồ Đào Nha đặt tên là Muricia cochinchinensis vào
năm 1790. Tới năm 1826, Sprengel kết luận loại cây này thuộc giống Momordica và
đổi tên thành Momordeca cochinchinensis [1]. Hiện nay, cây gấc được gọi với nhiều
tên khác nhau theo ngôn ngữ các nước, bảng 2.1.
Bảng 2.1: Tên gọi cây gấc theo nhiều ngôn ngữ [11]
Ngôn ngữ
Latin

Tên
Momordeca cochinchinensis Spreng
Muricia cochinchinensis Luor
Muricia mixta Roxb
Spiny bitter gourd

Anh

Sweet gourd
Cochinchin gourd

Trung Quốc
Nhật

Mộc miết tử
Kushika
Mokubetsushi

Thái Lan


nhiều gai nhuyễn, lớp thịt quả có màu vàng, dày 1-2 cm chiếm khoảng 50% khối
lượng quả gấc, giúp bảo vệ các múi gấc bên trong. Múi gấc chiếm khoảng 30% khối
lượng quả, bao gồm phần màng có màu đỏ, bao xung quanh hạt, dày khoảng 1-3mm
được dùng để chế biến.

4


(1)

(2)

(6)
(3)

(5)

(4)

Hình 2.1: Cấu tạo quả gấc
(1) Vỏ quả; (2) Thịt quả; (3) Múi quả; (4) Lõi ; (5) Màng hạt; (6) Hạt
2.1.2.2 Thành phần hóa học của quả gấc
Cho đến nay, ở Việt nam và thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về quả
gấc và lợi ích của gấc đối với sức khỏe. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt
là sự phát triển của kỹ thuật sắc ký lỏng cao áp (HPLC), các thành phần hóa học trong
quả gấc đã được phân tích chính xác và chi tiết hơn.
2.1.2.2.1 Thành phần carotenoid của quả gấc
Gấc chứa hàm lượng carotenoid cao, đặc biệt tập trung ở phần màng hạt, nhất là
thành phần β-caroten và lycopen. Hàm lượng lycopen trong màng hạt gấc, theo Aoki
cùng cộng sự (2002) đưa ra là 380 (μg/g FW) cao hơn ít nhất khoảng năm lần so với

Màng

Thịt quả

hạt

Màng
hạt

Thịt quả

Màng
hạt

Aoki (2002) [3]

22,1

101

0,9

380

23,0

481

Ishida (2004) [5]



800
700
600
500
400
300
200
100
0

718

48
Rau
Spinach

79

76
Cà rốt

Khoai
tây

Màng
hạt gấc

Hình 2.2: β-caroten trong một số loại rau quả (mg/g wet wt.) [14]


Bên cạnh thành phần carotenoid màng hạt gấc còn chúa nhiều các thành phần
dinh dưỡng khác như vitamin E, các acid béo, đạm cùng khoáng chất khác… Bảng 2.3
đưa ra giá trị dinh dưỡng của màng hạt gấc.
Bảng 2.3: Thành phần dinh dưỡng của màng hạt gấc [15]
Thành phần dinh dưỡng

100 g phần ăn được

Năng lượng (kJ)

523 (125 kcal)

Nước (%)

77

CHO (g)

10,5

Lipid (g)

7,9

Protein (g)

2,1

Cellulose (g)


cách dập tắt các gốc tự do [2].
2.1.2.2.2.2 Thành phần polyphenol và flavonoid
Các axít phenolic và flavonoid cũng được tìm thấy trong gấc. Các thành phần này
có trong tất cả các phần của trái cây với hàm lượng khoảng 1,5 - 4,3 mg/g (khối lượng
khô). Màng gấc chứa các axít phenolic (4,3 mg/g), flavonoid (2,1 mg/g) [18].
2.1.2.2.2.3 Thành phần axít béo
Gấc rất giàu các axít béo, riêng đối với các axít béo không no bão hoà đơn và axít
béo không no bão hoà đa thì có nhiều lợi ích đối với sức khoẻ con người.
Các axít béo tập trung chủ yếu ở màng hạt của gấc. Các axít béo trong màng gấc
sấy khô có hàm lượng trong khoảng giữa 17% - 22% [14]. Bên cạnh đó, khoảng 70%
tổng axít béo trong màng gấc là các axít béo không no và khoảng 50% của các axít béo
này là axít béo không no bão hoà đa. Hàm lượng các axít béo trong màng có vai trò vô
cùng quan trọng trong quá trình hấp thu carotenoid và các dưỡng chất khác [19].
Tương tự một vài nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng, khi con người tiêu thụ các axít
béo với hàm lượng nhất định thì có thể cải thiện quá trình hấp thu các carotenoid. Mặt
khác, các axít béo có thể bảo vệ các đồng phân cis và trans của lycopen nhằm chống
lại quá trình oxi hoá và làm chậm phản ứng đồng phân hoá [13].
Dầu từ màng gấc chứa một hàm lượng cao axít oleic khoảng 32 - 34% tổng các
axít béo và có thể được sử dụng để thêm vào các nguồn dầu khác như dầu hướng
dương, dầu cọ và dầu đậu nành. Axít linoleic đóng một vai trò quan trọng trong sức
khoẻ con người. Nếu trong chế độ ăn hàng ngày có sử dụng axít linoleic trong một thời
gian ngắn (liều lượng sử dụng 3,4 g/ngày, sử dụng cho khoảng 12 tuần và 2,4 g/ngày,
9


sử dụng trong 8 tuần) thì giảm được khối lượng cơ thể đối với những người béo phì ở
Norway và ở Korea [2].
Theo kết quả nghiên cứu của Chung (2011) [10], phân tích thành phần axít béo
trong dầu gấc bằng phương pháp GC -ISO/CD 5509:94 tại sở khoa học công nghệ cho
thấy dầu gấc chứa nhiều axít béo như: axít palamitic (21,51%), axít stearic (7,75%),


Palmitoleic

16:1

0,19

Heptadecanoic

17:0

0,16

Stearic

18:0

7,75

Oleic

18:1

44,34

Linoleic

18:2

24,49

0,9151-0,9156 g/cm3. Dầu gấc hòa tan tốt trong ete dầu hỏa

, etanol, chlororm và

axeton. Dầu gấc chứa hàm lượng lớn carotenoid, đặc biệt là β-caroten và lycopen, bên
cạnh đó vitamin E và nhiều axit béo không no thiết yếu khác cùng khoáng chất.
Ở Việt Nam, từ lâu dầu gấc đã được sử dụng làm thuốc bổ, cung cấp vitamin A
cho trẻ nhỏ, phụ nữ có thai và cho con bú. Dầu gấc còn được sử dụng để bôi vết
thương, vết bỏng giúp mau lành, nhanh lên da non. Uống dầu gấc người bệnh nhanh
chóng hồi phục, tăng khả năng chồng đỡ bệnh tật cho cơ thể. Dầu gấc còn dùng cho trẻ
em chậm lớn, chữa các bệnh khô mắt, quáng gà ở trẻ nhỏ.
Ngày nay, cùng với sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về gấc đã chỉ ra được
thêm nhiều công dụng của dầu gấc như : làm tăng khả năng hệ miễn dịch , chống lại sự
lão hóa của tế bào và c hống lại quá trình oxy hóa [7], loại bỏ các tác động độc hại của
môi trường như các chất

độc hóa học , tia phóng xạ . Các thành phần β-carotene,

lycopen và vitamin E trong dầu gấc có tác động trung hòa 75% các chất gây ung thư,
đặc biết đối với bệnh ung thư vú [4].
11