Nghiên cứu công nghệ sử dụng enzyme cho quá trình trích ly LYCOPENE từ cà chua

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
*♦*♦*♦*

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG ENZYME CHO
QUÁ TRÌNH TRÍCH LY LYCOPENE TỪ CÀ CHUA

Giáo viên hƣớng dẫn

: TS. Trƣơng Hƣơng Lan
TS. Lại Quốc Phong

Sinh viên thực hiện:

: Nguyễn Thu Thảo

Lớp

: K18.CNSH - 1104

HÀ NỘI - 2015


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Trương
Hương Lan – Chủ nhiệm bộ môn Thực phẩm - Dinh dưỡng, Viện Công nghiệp
Thực phẩm đã luôn tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lại Quốc Phong đã hưỡng dẫn tôi trong suốt

quá trình học tập, nghiên cứu tại viện.
Và trong thời gian hoàn thành khóa luận của mình, tôi đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ của Th.S Nguyễn Thị Làn cũng như các cán bộ phòng Thực
phẩm - Dinh dưỡng, Viện Công nghiệp Thực phẩm, tôi xin cảm ơn những sự giúp
đỡ quý báu đó.
Qua đây, tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo
trường Viện Đại học Mở Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô công tác trong khoa Công
nghệ sinh học đã dạy dỗ tôi trong suốt thời gian học tập ở trường vừa qua. Các
thầy cô là người dìu dắt tôi những bước đầu tiên trên con đường khoa học.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã luôn động viên
giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các lời động viên
giúp đỡ tận tình đó!
Hà Nội, tháng 06 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thu Thảo


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
PHẦN I - TỔNG QUAN.............................................................................................3
1.1.

TỔNG QUAN VỀ LYCOPENE TRONG CÀ CHUA .....................................3

1.1.1.

Giới thiệu về Lycopene ..............................................................................3

1.1.1.1.

Tính chất hóa học ................................................................................3

1.1.1.2.

Tính chất vật lý ....................................................................................4

1.1.1.3.

Tác dụng chức năng của lycopene ......................................................6

1.1.2.

Hàm lƣợng lycopene trong cà chua và một số thực phẩm .........................7

1.1.3.

Thành phần lycopen trong cà chua.............................................................8

1.2. TỔNG QUAN VỀ ENZYME TRONG CHIẾT TÁCH CÁC HOẠT CHẤT
SINH HỌC TỪ THỰC VẬT ....................................................................................10
1.3.

CÁC PHƢƠNG PHÁP TRÍCH LY LYCOPENE TỪ CÀ CHUA ................12

1.3.1.

Sử dụng dung môi để trích ly lycopene từ cà chua ..................................12

1.3.2.

Sử dụng enzyme để trích ly lycopene từ cà chua .....................................17

1.4.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT LYCOPENE TỪ CÀ CHUA .....18

1.4.1.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới ................................18

1.4.2.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua ở Việt Nam .................................20

1.4.3.

Ứng dụng của Lycopen trong công nghiệp thực phẩm ............................21

1.4.3.1.

Thế giới..............................................................................................21

1.4.3.2.

Trong nƣớc ........................................................................................22

1.4.4.

Các sản phẩm lycopene từ cà chua ..........................................................23

PHẦN II - VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................25
2.1.

VẬT LIỆU ......................................................................................................25

2.1.1.

Nguyên liệu ..............................................................................................25

2.1.2.

Thiết bị .....................................................................................................25

2.1.3.

Hóa chất....................................................................................................27

2.2.

PHƢƠNG PHÁP CÔNG NGHỆ ....................................................................28

2.2.1.

Quy trình trích ly lycopene từ cà chua dự kiến ........................................28

2.2.2.

Xác định phƣơng pháp trích ly lycopene từ cà chua ................................28

2.2.3. Phƣơng pháp sử dụng dung môi để tách chiết lycopene từ bã trích ly bột
cà chua … ..............................................................................................................28
2.2.4. Phƣơng pháp xác định các điều kiện công nghệ trích ly lycopene từ cà
chua bằng enzyme ..................................................................................................30
2.2.5.

Các phƣơng pháp phân tích hóa lý ...........................................................31

PHẦN III - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................34
3.1.

LỰA CHỌN GIỐNG CÀ CHUA CÓ HÀM LƢỢNG LYCOPENE CAO ...34

3.2.

XÁC ĐỊNH PHƢƠNG PHÁP TRÍCH LY LYCOPEN TỪ CÀ CHUA........35

3.3. XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH TRÍCH LY
LYCOPENE TỪ CÀ CHUA BẰNG ENZYME ......................................................36
3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn tỉ lệ nguyên liệu/nƣớc thích hợp cho quá trình trích
ly lycopene từ cà chua bằng enzyme .....................................................................36
3.3.2. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ enzyme thích hợp cho quá trình trích ly
lycopene từ cà chua................................................................................................37
3.3.3. Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích ly lycopene từ
cà chua…………………………………………………………………………...38

3.3.4. Nghiên cứu lựa chọn thời gian trích ly thích hợp cho quá trình trích ly
lycopene từ cà chua................................................................................................39
3.3.5. Nghiên cứu lựa chọn tốc độ khuấy thích hợp cho quá trình trích ly
lycopene từ cà chua................................................................................................40
3.3.6. Nghiên cứu lựa chọn pH thích hợp cho quá trình trích ly lycopene từ cà
chua………………………………………………………………………………41
3.4.

XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN THÍCH HỢP THU HỒI LYCOPENE ..................42

3.4.1.

Thu hồi lycopene bằng dung môi n-hexan ...............................................42

3.4.2. Nghiên cứu lựa chọn điều kiện thích hợp cho quá trình cô đặc dịch trích
ly giàu lycopene .....................................................................................................43
3.4.2.1.

Thành phần của dịch trích ly giàu lycopene trƣớc khi cô đặc ...........43

3.4.2.2.

Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến chất lƣợng dịch trích ly giàu lycopene 44

3.4.2.3. Nghiên cứu mối liên quan giữa nồng độ chất khô, nhiệt độ sôi của
dịch trích ly giàu lycopene và áp suất chân không trong quá trình cô đặc ........46
3.4.2.4. Nghiên cứu xác định áp suất chân không thích hợp cho quá trình cô
đặc dịch trích ly giàu lycopene ...........................................................................47
3.4.3.

Thu nhận bột chế phẩm giàu lycopene bằng phƣơng pháp sấy phun ......49

PHẦN IV - KẾT LUẬN ...........................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của lycopene dạng all-trans ............................................3
Hình 2.1. Máy khuấy từ DAIHAN MSH-20D (Hàn Quốc)......................................26
Hình 2.2. Máy ly tâm lạnh MIKKO 220R (Đức)…………………………………..26
Hình 2.3. Cân điện tử AND GR-200 (Nhật Bản)......................................................26
Hình 2.4. Máy đo OD Halo DB-20 (Thụy Sĩ) ..........................................................27
Hình 2.5. Máy cô chân không BUCHI (Thụy Sĩ) .....................................................27
Hình 2.6. Dịch trích ly lycopene bằng dung môi n-hexane/ethanol/BHT ................29
Hình 2.7. Quang phổ hấp thụ của lycopene trong chiết xuất bằng hexan.................30
Hình 2.8. Máy khuấy sử dụng cùng bể ổn nhiệt .......................................................31
Hình 3.1. Ảnh hƣởng trích ly bằng dung môi ..........................................................36
Hình 3.2. Ảnh hƣởng tỉ lệ nguyên liệu/dung môi trong quá trình trích ly lycopen ..37
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme trong quá trình trích ly lycopene ..........38
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ trong quá trình trích ly lycopene .......................39
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời gian trong quá trình trích ly lycopene ......................40
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trong quá trình trích ly lycopene ...............41
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của pH trong quá trình trích ly ...............................................41
Hình 3.8. Dịch trích ly lycopene bằng enzyme sau ly tâm .......................................43
Hình 3.9. Dịch trích ly bằng dung môi n-hexan........................................................43
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hàm lƣợng lycopene .................................45
Hình 3.11. Sự thay đổi nồng độ chất khô của dịch trích ly giàu lycopene và áp suất
hơi trên bề mặt trong để nhiệt độ sôi đạt 45

trong quá trình cô đặc .....................47

Hình 3.12. Qui trình công nghệ sản xuất bột cà chua giàu lycopene của bột chế
phẩm giàu lycopene ...................................................................................................52
Hình 3.13. Bột lycopene sau khi sấy phun ................................................................52


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Hệ số chống oxi hóa của một số carotenoid [20] .......................................4
Bảng 1.2. Độ tăng nồng độ các chất chống oxi hóa ....................................................6
trong cà chua theo thời gian nấu .................................................................................6
Bảng 1.3. Hàm lƣợng lycopene trong một số thực phẩm [2] ......................................7
Bảng 1.4. Thành phần các carotenoid trong quả cà chua ............................................9
Bảng 1.5. Chiết lycopene từ bột cà chua bằng một số dung môi ..............................14
trên thiết bị Shoxhlet .................................................................................................14
Bảng 1.6. Các loại dung môi có thể sử dụng để trích ly ...........................................16
Bảng 1.7. Tính chất hoạt động và các điều kiện tối ƣu của các chế phẩm enzyme
thƣơng mại đƣợc sử dụng để trích ly lycopene từ cà chua [4] ..................................17
Bảng 1.8. Diện tích, sản lƣợng, năng suất cà chua của các châu lục năm 2010 .......19
Bảng 1.9. Các nƣớc có sản lƣợng cà chua cao nhất thế giới năm (2010) .................19
Bảng 1.10. Diện tích, năng suất, sản lƣợng cà chua của Việt Nam ..........................20
Bảng 1.11. Một số sản phẩm lycopene từ cà chua ....................................................23
Bảng 3.1. Đặc điểm phân loại của một số giống cà chua khảo sát ...........................34
Bảng 3.2. Thành phần dinh dƣỡng chính của một số giống cà chua (tính trong phần
ăn đƣợc của cà chua gồm phần vỏ và thịt quả, bỏ hạt) .............................................35
Bảng 3.3. Hàm lƣợng các thành phần chính của dịch trích ly giàu lycopene ...........44
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến chất lƣợng dịch trích ly giàu lycopene .......45
Bảng 3.5. Mối liên quan của nồng độ chất khô, áp suất chân không ........................46
đến nhiệt độ sôi của dịch trích ly giàu lycopene trong quá trình cô đặc ...................46
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của áp suất chân không đến nhiệt độ cô đặc và chất lƣợng của
dịch trích ly giàu lycopene cô đặc .............................................................................48

Bảng 3.7. Thành phần dinh dƣỡng của dịch trích ly giàu lycopene cô đặc ..............49
Bảng 3.8. Thành phần dinh dƣỡng và tính chất cảm quan ........................................52


MỞ ĐẦU
Lycopene là một hoạt chất sinh học có màu đỏ sáng, thuộc họ carotenoid, có
trong nhiều loại rau quả nhƣ cà chua, dƣa hấu, dâu tây,… Thực vật và vi sinh vật tự
tổng hợp đƣợc lycopene nhƣng động vật và con ngƣời không tự tổng hợp đƣợc. Cà
chua và các sản phẩm đƣợc chế biến từ cà chua đƣợc coi là nguồn lycopene quan
trọng nhất trong chế độ ăn của con ngƣời.
Lycopene không đơn thuần là một chất màu, nó còn là một chất chống oxy
hóa nhờ khả năng làm vô hiệu hóa các gốc tự do, đặc biệt là oxy nguyên tử. Do đó
có tác dụng bảo vệ lại các bệnh ung thƣ, xơ vữa động mạch và các bệnh liên quan
đến động mạch vành. Lycopene làm giảm sự oxy hóa LDL-Cholesterol và giúp làm
giảm mức cholesterol trong máu. Theo dự báo của BBC, tháng 9 năm 2011, thị
trƣờng toàn cầu đối với lycopene ở cả dạng chất màu phụ gia thực phẩm và chất bổ
sung dinh dƣỡng tăng từ 66 triệu Đô la Mỹ (USD) năm 2010 lên 84 triệu USD năm
2018. Dự báo tổng doang thu đối với các loại chất phụ gia thực phẩm loại carotenoit
trên thị trƣờng toàn cầu sẽ tăng từ 1,2 tỷ USD năm 2010 lên 1,4 tỷ USD năm 2018,
tính riêng các chất -caroten và lutein sẽ tăng tƣơng ứng là 261 triệu USD và 230
triệu USD của năm 2010 lên 334 triệu USD và 309 triệu USD vào năm 2018.
Ở Việt Nam, cây cà chua đƣợc xếp vào các loại rau có giá trị kinh tế cao,
diện tích trồng cà chua lên đến chục nghìn ha, tập trung chủ yếu ở đồng bằng và
trung du phía Bắc. Hiện nay có một số giống chịu nhiệt mới lai tạo chọn lọc có thể
trồng tại miền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ nên diện tích ngày càng đƣợc mở
rộng. Lycopene hiện nay đƣợc sản xuất chủ yếu bằng phƣơng pháp cô đặc từ quả cà
chua nguyên quả, giống cà chua đƣợc trồng một cách đặc biệt cho mục đích này có
hàm lƣợng lycopene lên tới 200-400 mg/kg quả tƣơi. Các sản phẩm thƣơng mại
hiện vẫn còn rất đắt và sản lƣợng lycopene hiện tại từ cà chua nguyên quả còn thấp
so với dự báo nhu cầu lycopene trong tƣơng lai.

Chính vì vậy, việc tạo ra các sản phẩm màu đỏ lycopene ở Việt Nam là rất có
ý nghĩa cho việc bảo vệ sức khỏe ngƣời tiêu dùng, trong bối cảnh chúng ta không
kiểm soát đƣợc việc sử dụng các chất màu có nguồn gốc hóa chất tổng hợp độc hại
trong chế biến thực phẩm hiện nay tại Việt Nam.
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

1


Đề tài: “Nguyên cứu công nghệ sử dụng enzyme cho quá trình trích ly
Lycopene từ cà chua” đƣợc thực hiện một hƣớng đi mới, kết hợp sử dụng enzyme
trong quá trình trích ly để thu hồi lycopene hiệu quả nhất.

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

2


PHẦN I - TỔNG QUAN
1.1.

TỔNG QUAN VỀ LYCOPENE TRONG CÀ CHUA

1.1.1. Giới thiệu về Lycopene
Con ngƣời đã bắt đầu nghiên cứu về lycopene carotenoid từ khá sớm. Họ
tình cờ khám khá ra lycopene từ năm 1873, do Hartsen lần đầu tiên chiết xuất đƣợc

kết tinh lycopene từ trái dâu tây nó có sắc tố màu đỏ đậm, mặc dù vậy độ tinh khiết
rất thấp [28]. Hai năm sau, năm 1875, Millardet chiết xuất cà chua thu đƣợc
lycopene thô [40], nhƣng không thể phân biệt rõ với carotenoid. Cho đến năm 1903,
Schunck chiết xuất đƣợc lycopene và carotin từ cà chua và chiết xuất ra carotenoid
hấp thụ quang phổ khác nhau, và đặt tên là “lycopene” từ đó cái tên lycopene đã
đƣợc xác nhận [51].
1.1.1.1.

Tính chất hóa học

Lycopene là một tetraterpene đối xứng tập hợp từ 8 đơn vị isoprene.
Lycopene có công thức phân tử C40H56 và có khối lƣợng phân tử là 536,88 dalto.
Nó là một chuỗi hydrocacbon mạch thẳng không bão hòa chứa 11 nối đôi liên hợp
và 2 nối đôi không liên hợp. Khác với các carotenoid khác, hai vòng cacbon ở hai
đầu mạch của lycopene không kín. Mật độ cao của các liên kết đôi liên hợp tạo phổ
có tính chất chống oxy hóa mạnh, khiến cho lycopene trở thành một trong những
chất oxy hóa tiềm năng mạnh nhất [20]. Công thức cấu trúc phân tử của lycopene
đƣợc thể hiện ở hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của lycopene dạng all-trans

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

3


Với công thức cấu tạo của lycopene cho phép nó khử hoạt tính của các gốc
tự do. Do các gốc tự do là các phân tử không cân bằng điện hóa học, chúng có khả

năng phản ứng cao với các thành phần tế bào và gây ra sự phá hủy thƣờng xuyên.
Các oxy nguyên tử là sản phẩm phụ của quá trình oxy hóa trao đổi chất của tế bào.
Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng lycopene có hoạt tính chống oxy hóa
cao nhất trong số các carotenoid tự nhiên. Khả năng dập tắt oxi nguyên tử của
lycopene cao gấp hai lần so với -carotene, gấp 10 lần so với -tocopherol, gấp 100
lần vitamin E và gấp 125 lần so với glutathione.
Bảng 1.1: Hệ số chống oxi hóa của một số carotenoid [20]
STT

Carotenoid

Hệ số chống oxy hóa

1

Lycopen

31

2

-carotene

25

3

Astxanthin

24

4

Canthaxanthin

21

5

-tocopherol

19

6

-carotene

14

7

Zeaxanthin

10

8

Lutein

8

Do chứa nhiều liên kết đôi trong cấu trúc, lycopene có tới 1.056 đồng phân
khác nhau, nhƣng chỉ có một phần nhỏ đƣợc tìm thấy trong tự nhiên. Lycopene ở
dạng đồng phân all-trans chiếm ƣu thế hơn, đƣợc tìm thấy nhiều nhất trong thực
vật. Đồng phân dạng cis-lycopene đƣợc tìm thấy trong tự nhiên bao gồm: 5-cis, 9cis, 13-cis và 15-cis. Lycopene trong huyết thanh ngƣời gồm hỗn hợp của gần 50%
lycopenedạng cis và 50% dạng all-trans. Lycopene trong các thực phẩm chế biến
chủ yếu ở dạng đồng phân cis.
1.1.1.2.

Tính chất vật lý

Lycopene là thành viên của họ carotenoid và là chất màu tự nhiên tạo nên
màu đỏ đậm của cà chua và một số loại trái cây và rau màu đỏ khác, chẳng hạn nhƣ
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

4


màu đỏ: cà chua, dƣa hấu, cà tím, đu đủ, lựu, anh đào, lê, ớt ngọt… Trên thế giới
hiện nay đã tìm thấy hơn 600 loại carotenoids, tạo nên các màu sắc khác nhau từ
màu vàng, màu cam, đỏ và tím…là sắc tố chính của trái cây, rau quả chín.
Lycopene đƣợc xác định bằng cách sử dụng các phƣơng pháp so sánh màu
quang phổ hoặc sắc ký lỏng áp cao với một số tính chất vật lý và hóa học đặc trƣng
sau [27]:
-

Điểm nóng chảy: 172-175 .

-

Hình dạng tinh thể: hình tim, có màu đỏ tím.

-

Độ hòa tan: tan trong chất béo (dầu hoặc mỡ) chloroform, hexan, benzen,
cacbon disunfua, axetone, ete dầu; ít tan trong cồn; không tan trong nƣớc.
Khả năng hòa tan của lycopene trong các dung môi khác nhau đƣợc tăng lên
khi nhiệt độ tăng. Mặc dù lycopene không tan trong nƣớc nhƣng khi nó kết
hợp với các chất nhất định, nhƣ protein phức hợp sẽ nâng cao độ hòa tan của
lycopene.

-

Nhạy cảm: ánh sáng, oxy, nhiệt độ cao, các axit, các ion kim loại nhƣ Cu (II),
Fe (III) xúc tác cho quá trình oxy hóa của nó.

-

Bƣớc sóng lớn nhất (Λ max) (trans)-lycopene: 446 nm (El%-2250), 472 nm
(El%-3450), 505 nm (El%-3150).
Không giống các chất dinh dƣỡng khác sẽ bị giảm giá trị dinh dƣỡng trong

khi nấu ăn. Hàm lƣợng lycopen có giá trị sinh học tăng lên trong quá trình chế biến
cà chua. Quá trình xử lý nhiệt và chế biến cà chua sẽ làm chuyển hóa lycopen từ
dạng all-trans thành dạng cis- là dạng có giá trị sinh học cao hơn. Một chế độ ăn có
mặt của lipid cũng làm tăng tính chất sinh học của lycopen do tạo ra sự đồng phân
hóa từ dạng all- sang dạng cis-. Đồng phân cis- tăng lên cùng quá trình tăng nhiệt
độ và thời gian chế biến. Quá trình chế biến còn làm tăng cƣờng giá trị sinh học của

lycopene nhờ sự phá vỡ thành tế bào, làm yếu lực liên kết giữa lycopene và mạng
lƣới tế bào, giúp làm lycopene dễ dàng đƣợc giải phóng. Các nhà khoa học của Đại
học Cornell (New York) chứng minh bằng cách đun nóng cà chua đến 88

trong

thời gian càng lâu thì nồng độ lycopen nói riêng và các chất chống oxi hóa nói
chung càng tăng (bảng 1.2) [2]:
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

5


Bảng 1.2. Độ tăng nồng độ các chất chống oxi hóa
trong cà chua theo thời gian nấu
Mức độ tăng (%)

Thời gian nấu
(phút)

Trans-lycopene

Cis-lycopene

Các chất chống
oxy hóa

1

2

54

6

28

2

15

171

17

34

3

30

164

35

62

TT

1.1.1.3.

Tác dụng chức năng của lycopene

Trong những năm gần đây, lycopene đã thu hút đƣợc sự chú ý đáng kể nhờ
lợi ích tiềm năng của nó đối với sức khỏe con ngƣời. Các kết quả nghiên cứu dịch tễ
học và thực nghiệm đã chỉ ra rằng lycopene có thể góp phần bảo vệ chống lại bệnh
tim mạch và một số loại bệnh ung thƣ [12]. Hiện nay, nhiều bằng chứng tiếp tục cho
thấy lycopene có thể góp phần bảo vệ chống lại bệnh ung thƣ, xơ vữa động mạch và
các bệnh liên quan đến động mạch vành và các bệnh thoái hóa khác. Lycopene còn
làm giảm sự oxy hóa LDL-C và giúp làm giảm mức cholesterol trong máu.
Lycopene có chuỗi nối đôi liên hợp, chúng có khả năng vô hiệu hóa đặc biệt
các gốc tự do (R0), “bẫy” gốc tự do peroxyl, ức chế oxy hóa AND, ức chế peroxyt
hóa lipid. Khả năng vô hiệu hóa các oxy nguyên tử của lycopene cao gấp hai lần so
với -caroten và cao hơn gấp 10 lần so với -tocopherol trong đó có oxy nguyên tử.
Lycopene có thể vô hiệu hóa các gốc tự do theo trình tự phản ứng nhƣ sau: (1) hình
thành sản phẩm cộng, (2) nhƣờng electron thành gốc tự do và (3) tách hydro.
Cho đến thập niên 80 của thế kỷ trƣớc, con ngƣời mới dần bắt đầu nhận thức
rằng lycopene có thể chữa trị khối u, phòng bệnh tim mạch [19]. Ví dụ, năm 1985
nghiên cứu sinh của viện y học thuộc đại học Harvard phát hiện ra, trong cuộc sống
hằng ngày hấp thụ lƣợng nhiều carotenoid từ trái cây và rau quả thì tỷ lệ mắc các
bệnh khối u sẽ thấp [53]. Năm 1996, báo cáo chỉ ra rằng hàm lƣợng carotenoid
trong huyết tƣơng cao hay thấp có liên quan đến khả năng tự trị liệu của ngƣời cao
tuổi, lycopene có khả năng phòng ngừa bệnh tật và bảo vệ chức năng của cơ thể của
ngƣời cao tuổi [30].
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

6


Ellinger và cộng sự, (2006), cũng chỉ ra rằng lycopene làm giảm tỉ lệ mắc
bệnh tim thiếu máu cục bộ. Những tác dụng có lợi này có đƣợc chủ yếu do hoạt tính
chống oxy hóa các sản phầm cà chua, trong vai trò thu lƣợm các gốc tự do. Các tác
dụng có lợi này đƣợc phát sinh từ các tính chất chống oxy hóa của nó, có liên quan
đến sự liên kết mở rộng của các cầu nối đôi trong phân tử [22]. Kanessky và cộng
sự (1998) đã chỉ ra rằng hấp thụ hàng ngày 6,5 mg lycopene từ cà chua cho tác dụng
ngăn ngừa bệnh ung thƣ tốt nhất. Chính vì vậy, lycopene đƣợc xem nhƣ “Vitamin
của thế kỉ 21” nhờ vào các tính chất chức năng trên của nó.
Nhƣ bằng chứng dịch tễ đã cho thấy rằng lycopene trong các sản phẩm giúp
tăng cƣờng khả năng chống lại bệnh ung thƣ và các bệnh thoái hóa khác nhờ các
phản ứng gốc tự do [22,37]. Lycopene làm giảm tỷ lệ mắc bệnh tim thiếu máu cục
bộ [59,62]. Những tác động có lợi trên chủ yếu do tính chất chống oxy hóa mạnh
của lycopene làm nhanh tốc độ oxy hóa, là nguyên nhân chủ yếu gây nên các bệnh
trên [21,56].
1.1.2. Hàm lƣợng lycopene trong cà chua và một số thực phẩm
Trong tự nhiên, chỉ thực vật và vi sinh vật mới có khả năng tổng hợp
lycopene. Động vật không tự tổng hợp lycopen đƣợc mà phải bổ sung lycopene từ
thức ăn. Thực phẩm chứa nhiều lycopene là các loại rau quả màu đỏ nhƣ cà chua,
dƣa hấu, bƣởi đào, mơ, ổi đào… Lycopene tìm thấy trong một số quả cây gỗ rùa, cà
chua, dƣa hấu, bí đỏ, mận, hồng, hạt tiêu, đào, đu đủ, xoài, ổi, nho, bƣởi, quất, cây
mâm xôi, cam quýt, củ cải, cà rốt, bắp cải và các loại rau quả khác. Hàm lƣợng
lycopene trong một số loại thực phẩm đƣợc thể hiện ở bảng 1.3:
Bảng 1.3. Hàm lƣợng lycopene trong một số thực phẩm [2]
Thực phẩm

Dạng thực phẩm

Hàm lƣợng lycopene (mg/100 g)

Nho

Tím, tƣơi

3,36

Ổi

Hồng, tƣơi

5,40

Nƣớc ổi

Hồng, đã chế biến

Ketchup

Đã chế biến

Đu đủ

Đỏ, tƣơi

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

5,23~5,50
16,60

2,00 - 5,30

NGUYỄN THU THẢO – K18

7


Sốt pizza

Lon

12,71

Sốt spaghetti

Đã chế biến

17,50

Cà chua

Đỏ, tƣơi

Cà chua

Đã chế biến

11,21

Nƣớc cà chua

Đã chế biến

7,83

Súp cà chua

Lon, cô đặc

3,99

Cà chua dạng paste

Lon

30,07

Dƣa hấu

Đỏ, tƣơi

4,10

3,10 - 7,74

Gấc

155-305

Bƣởi

Hồng

0,35-3,36

Cà rốt

0,65-0,78

Bí ngô

0,38-0,46

Khoai lang

0,02-0,11

Mơ

0,01-0,05
Cà chua có chứa nhiều lycopene, hàm lƣợng lycopene trong cà chua nhiều

hay ít phụ thuộc vào giống và độ chín của cà chua. Cà chua thật đỏ chứa 50 mg
lycopene, trong khi đó cà chua vàng chỉ có 5 mg lycopene trong 1 kg cà chua.
Nhìn chung các nhà khoa học đều công nhận hiệu quả sinh học của lycopene
trong các sản phẩm cà chua có gia nhiệt cao hơn so với cà chua tƣơi. Quá trình xử
lý nhiệt và chế biến cà chua sẽ làm chuyển hoá lycopene thành dạng cis, loại có giá
trị sinh học cao hơn. Đồng phân cis tăng lên cùng nhiệt độ và thời gian chế biến.
Ngoài ra, quá trình chế biến còn làm tăng cƣờng giá trị sinh học của lycopene bởi
sự phá vỡ thành tế bào, việc này làm yếu lực liên kết giữa lycopene và mạng lƣới tế

bào, vì vậy làm lycopene dễ dàng đƣợc giải phóng hơn.
1.1.3. Thành phần lycopen trong cà chua
Cà chua chứa nhiều chất chống oxy hóa bao gồm vitamin E, acid ascorbic,
carotenoids, flavonoid và các hợp chất phenol [13]. Lycopene có hàm lƣợng lớn
hơn hẳn so với các carotenoid khác, từ 20-200 mg/100 g, trung bình là 50 mg/100 g,
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

8


trừ một số giống cà chua cho hàm lƣợng lycopene lên tới 300-400 mg/1 kg. Hàm
lƣợng này phụ thuộc vào vị trí địa lý, kỹ thuật canh tác, điều kiện khí hậu và độ chín
của quả cà chua khi thu hoạch. Cà chua thật đỏ thì cứ 1000 g có khoảng 50 mg
lycopene, còn nếu màu vàng thì ít hơn, khoảng 5 mg [1]. Dùng dung môi ethyl
acetate để chiết xuất cà chua chín cây thu đƣợc lycopene có hàm lƣợng trong
khoảng 150-250 mg/kg. Hàm lƣợng lycopene đƣợc chiết xuất từ cà chua dao động
từ 5-15%, tùy thuộc vào tính chất từ loại quả đƣợc chiết xuất [54].
Thành phần các carotenoid trong quả cà chua đƣợc trình bày ở bảng 1.4 [26]:
Bảng 1.4. Thành phần các carotenoid trong quả cà chua
Carotenoid

Kí hiệu

Thành phần (%)

Lycopene

C40H56

80-90

Oc-carotene

C40H56

0,03

-carotene

C40H56

3-5

-carotene

C40H56

1-2

Phytoene

C40H64

5,6-10

Phytofluene

C40H64

2,5-3

Neurosprene

C40H64

7-9

Lutein

C40H58

0,011-1,1

Các nghiên cứu trƣớc đây đã cho thấy sự xuất hiện của lycopene ở các phần
khác nhau của cà chua nhƣ vỏ, phần không tan trong nƣớc và phần xơ của nƣớc ép
cà chua [52]. Kết quả cho thấy, 72-92% lycopene đƣợc kết hợp với các phần không
tan trong nƣớc và vỏ cà chua. Phần vỏ của chất thải cà chua có chứa lycopene lên
đến hơn năm lần so với nƣớc ép cà chua (tính theo khối lƣợng ƣớt), nhƣng độ ẩm
cao và nhạy cảm với vi sinh vật làm cho việc bảo quản và xử lý nguyên liệu này gặp
khá nhiều khó khăn. Năm 1998, Barrett và cộng sự đã xác định đƣợc hàm lƣợng
lycopene trong vỏ cà chua, bã cà chua chế biến, cà chua nguyên quả và nƣớc ép cà
chua giảm dần, tƣơng ứng là 376; 176; 84 và 47 g/g [10]. Trong khi đó theo kết
quả phân tích của Ranveer và cộng sự (2013) thì hàm lƣợng lycopene này tƣơng

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

9


ứng là 420; 195; 84 và 47 g/g, trong vỏ cà chua, bã cà chua chế biến, cà chua
nguyên quả và nƣớc ép cà chua [46].
1.2.

TỔNG QUAN VỀ ENZYME TRONG CHIẾT TÁCH CÁC HOẠT
CHẤT SINH HỌC TỪ THỰC VẬT
Enzyme là các chất xúc tác lý tƣởng để hỗ trợ các quá trình trích ly, biến đổi

hoặc tổng hợp các chất chức năng sinh học phức tạp từ các hợp chất thiên nhiên ban
đầu. Chức năng của các enzyme trong chiết tách các hoạt chất sinh học từ thảo dƣợc
là phá vỡ các liên kết giữa các tế bào thực vật để tạo ra các cấu trúc nhỏ và mở hơn.
Trong một số trƣờng hợp, quá trình chuyển hóa sinh học các phân tử chính đƣợc
diễn ra để tạo thành các chất có hoạt tính sinh học cao hơn. Một vấn đề quan trọng
của quá trình chuyển hóa sinh học là thủy phân chuỗi đƣờng của các phân tử gốc
bởi enzyme hoặc axit. Sau khi chuyển hóa các phân tử trở nên kém hòa tan hơn. Khi
vật liệu thực vật bị phá hủy thành các đoạn nhỏ hơn, đặc tính lý học và sinh học của
nó bị thay đổi và sự thay đổi này có ảnh hƣởng tới hiệu quả kinh tế của quá trình
sản xuất do sự tăng sản lƣợng, giảm giá thành và nâng cao chất lƣợng sản phẩm.
Gần đây, các phƣơng pháp trích ly có sự hỗ trợ của enzyme đã đƣợc sử dụng
cho quá trình chiết xuất các hợp chất có nguồn gốc thực vật [45] nhƣ vanillin [48],
các hợp chất polyphenol [38] và polysaccharide từ sterculia [60], cũng nhƣ dầu từ
hạt nho [43]. Các quy trình sử dụng enzyme thƣờng hạn chế tối đa các ô nhiễm
trong suốt quá trình chế biến thực phẩm. Hơn nữa, các hệ thống enzyme còn làm
tăng hiệu suất trích ly khi đƣợc sử dụng trong quá trình xử lý rau quả bị thải loại
[33]. Ví dụ, vỏ nho thải loại thƣờng đƣợc sấy khô, ép thành viên và bán rẻ cho các
trang trại nuôi bò. Mặc dù, các hợp chất cellulose, pectine và hemicellulose trong vỏ
nho thải loại có thể đƣợc thủy phân bằng các loại enzyme pectinase, rhamnosidase

và cellulase để tạo thành các loại đƣờng đơn, sau đó chúng có thể đƣợc sử dụng
bằng các loại vi sinh vi sinh vật để sản xuất cồn và các sản phẩm lên men khác [45].
Việc hiểu rõ hơn về cấu trúc polysaccharide của cơ chất thực vật và sử dụng
các enzyme đặc hiệu hơn có thể góp phần làm sáng tỏ và cho phép các enzyme
thâm nhập tốt hơn tới các vùng hoạt động. Việc sử dụng các enzyme thủy phân nhƣ
cellulase, hemicellulase hay pectinase và hỗn hợp của chúng trong quá trình ủ các
nguyên liệu thực vật trƣớc khi trích ly tạo điều kiện thuận lợi để phá hủy thành tế
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

10


bào thực vật, do đó thúc đẩy quá trình trích ly của các sản phẩm trao đổi chất khỏi
các nguyên liệu thực vật. Puri (2011) đã quan sát thấy xử lý enzyme phá hủy các
phức hợp pectine-cellulose trong bột vỏ chanh và do đó làm tăng hiệu quả của quá
trình chiết xuất flavonoid [45].
Ngoài ra, các loại enzyme đƣợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực
phẩm xúc tác rất nhiều phản ứng thủy phân và một tỷ lệ lớn trong số chúng tác động
lên các polyme thành tế bào làm tăng hiệu suất chiết của các loại dịch quả, các loại
dầu và các loại đƣờng. Trong chế biến thực phẩm, các enzyme protease đƣợc sử
dụng trong công nghiệp để chiết tách, làm trong và cô đặc các loại nƣớc quả phúc
bồn tử đen [35], trích ly pectine-polysaccharide từ quả măng cụt [23] các chất thơm
và chất màu từ các loại nguyên liệu thực vật [55]. Kết hợp enzyme trong công nghệ
tách dầu đã tạo ra một hàm lƣợng lớn của các hợp chất chống oxy hóa trong dầu ô
liu [8] và tách béo của dầu liu ly [50]. Chất lƣợng của các loại dầu thu đƣợc bằng xử
lý enzyme cao hơn so với các loại dầu đƣợc chiết xuất bằng hexan. Li (2006) đã cho
thấy hàm lƣợng các hợp chất polyphenol tăng lên đáng kể khi sử dụng quy trình
trích ly kết hợp enzyme của hỗn hợp vỏ chanh và nho [38].

Để hạn chế tối đa việc sử dụng các dung môi hữu cơ, chiết xuất sử dụng
enzyme là lựa chọn khả thi và thân thiện với môi trƣờng "xanh". Chiết xuất bằng
enzyme của các protein đậu tƣơng cũng đã đƣợc công nhận là một giải pháp thay
thế sạch “xanh” cho phƣơng pháp chiết xuất bằng hexan [15]. Ngoài ra, quá trình
phân giải sử dụng 3 loại enzyme protease, α-amylase, và conjugase (glutamyl
hydrolase) đã đƣợc tối ƣu để chiết xuất cám của các sản phẩm hạt ngũ cốc. Phƣơng
pháp này đã rút ngắn đƣợc thời gian phân giải, tiết kiệm chi phí sản xuất và hạn chế
tối đa lƣợng cám mất đi có thể gặp phải với các quá trình phân giải kéo dài [16].
Vai trò của enzyme trong chiết tách hoạt chất sinh học thực vật
-

Nâng cao hiệu suất trích ly nguyên liệu
Enzyme dễ dàng giải phóng các chất chiết nhờ quá trình phá hủy vật liệu

thực vật để tạo ra cấu trúc nhỏ và mở hơn. Rất nhiều enzyme khác nhau đƣợc sử
dụng để giải phóng các cơ chất từ thực vật trong quá trình trích ly. Ví dụ nhƣ
enzyme đƣợc sử dụng để làm tăng sản lƣợng của quá trình sản xuất nƣớc táo
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

11


(Pectinase Ultra SP-L). Ngƣời ta sử dụng enzyme trong chiết tách: vỏ quả nho (để
thu nhận polyphenol), hạt đậu tƣơng (để thu nhận isoflavone) và lá cỏ ngọt (để thu
nhận STG).
-

Giảm giá thành sản phẩm

Sử dụng enzyme trong quá trình chiết làm giảm số lần chiết. Thông thƣờng

quá trình trích ly diễn ra từ 2-3 lần để thu hồi triệt để chất chiết. Tuy nhiên, enzyme
phá hủy liên kết giữa các tế bào thực vật, giúp cho quá trình chiết diễn ra hiệu quả
hơn, dịch chiết lần 1 đặc hơn và trong nhiều trƣờng hợp chỉ cần chiết 1 lần. Làm
giảm độ nhớt trong quá trình cô đặc hoặc bốc hơi, do vậy có thể làm giảm thời gian
và năng lƣợng do enzyme có thể làm giảm khả năng giữ nƣớc. Các polyme thực vật
nhƣ cacbonhydrat (xylan, β-glucan), tinh bột, pectine và protein ngay cả ở nồng độ
thấp đều có khả năng làm giảm độ nhớt và khả năng giữ nƣớc của chất chiết từ thực
vật. Enzyme có thể làm phá vỡ các polyme này, làm giảm chi phí năng lƣợng và
thời gian cho quá trình bay hơi hoặc cô đặc sản phẩm.
-

Nâng cao chất lượng sản phẩm
Một số chất chiết từ thực vật hoặc thảo dƣợc có thể bị kết tủa trong quá trình

bảo quản. Kết tủa này rất phức tạp vì nó là kết tủa của pectine-polyphenol-protein.
Pectine-protein có thể bị phá hủy trong quá trình sản xuất thành các phân tử nhỏ mà
chúng không thể tạo thành kết tủa đƣợc, do vậy làm tăng độ bền của sản phẩm.
Công nghệ này có thể sử dụng trong sản xuất nƣớc quả và trong sản xuất chè cô đặc
ở Trung Quốc [32].
1.3.

CÁC PHƢƠNG PHÁP TRÍCH LY LYCOPENE TỪ CÀ CHUA

1.3.1. Sử dụng dung môi để trích ly lycopene từ cà chua
Dựa vào tính chất tan tốt của lycopene trong dung môi là chất béo và ít tan
trong cồn và không tan trong nƣớc, ngƣời ta thƣờng tách chiết lycopene khỏi dịch
trích ly cà chua bằng cách ban đầu hòa tan chúng trong các dung môi đƣợc phép sử
dụng trong thực phẩm nhƣ hexan, ethyl axetate, ethyl lactate, dichloromethane,

acetone, ete dầu hoặc hỗn hợp các dung môi phân cực hay không phân cực với
nhiều tỷ lệ khác nhau nhƣ acetone-hexan, ethanol-hexan, hexan-acetone-ethanol.
Lƣợng lycopene chiết xuất bằng hexan-acetone hoặc hexan-ethanol cao hơn so với
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

12


khi sử dụng methanol, dichoromethane hay chloroform [42]. Tiếp theo, tách pha
lỏng có chứa dung môi và lycopene ở lớp trên của hỗn hợp để tiến hành cô đặc và
kết tủa hoặc kết tinh lycopene. Sau đó, ethanol hoặc nƣớc sẽ đƣợc sử dụng để rửa
và kết tủa hoặc kết tinh lại các kết tủa hoặc tinh thể lycopene thu đƣợc.
Các dung môi đƣợc sử dụng để chiết xuất lycopene nên có những đặc điểm
sau:
-

Chi phí thấp.

-

Có độc tính thấp và coi là an toàn để sử dụng thực phẩm (GRAS).

-

Ái lực cao để chiết xuất các hợp chất mục tiêu. Điều này sẽ phụ thuộc vào
các yếu tố nhƣ sức căng bề mặt và độ nhớt.

-

Mức độ ổn định trong quá trình khai thác.

-

Ít gây ảnh hƣởng xấu đối với môi trƣờng.

-

Mức độ dễ cháy thấp (cho an toàn).
Methylene chloride đƣợc biết đến là dung môi chiết lycopene hiệu quả nhất

(2.375,75 µg/g), tuy nhiên đây là một dung môi khá độc nên ít đƣợc dùng trong
thực phẩm. Quá trình chiết lycopene trong 100% ethanol cho hiệu quả bằng 87-88%
so với methylene chloride, trong khi đó ethyl lactate cho hiệu quả chiết translycopene bằng 74% so với methylene chloride và bằng 65% so với ethyl acetate.
Dùng dung môi ethyl lactate ở 60

trong 1 giờ, hàm lƣợng lycopene thu đƣợc là

586 mg/g lycopene theo trọng lƣợng khô. Tuy nhiên, khi chiết lycopene từ bột cà
chua bằng dung môi ethanol-ethyl lactate (3:5 v/v) ở 45

trong 2 giờ có thể chiết

đƣợc 724 mg/g lycopene theo trọng lƣợng khô, cao hơn khi chiết bằng hỗn hợp
dung môi methylene chloride-methanol-H2O (2:1:1 v/v) [31].
Bằng sáng chế của Mỹ số 5.837.311, Zelkha và cộng sự (1998) mô tả một quá
trình tách lycopene từ bột cà chua bằng cách chiết xuất với các dung môi khác nhau.
Nhựa dầu oleoresin đƣợc thu nhận bằng cách sử dụng dung môi hexan có hàm
lƣợng lycopene 2-10% tùy thuộc vào hàm lƣợng ban đầu của lycopene trong cà

chua [26]. Giori và cộng sự (2003), đã sử dung ethyl axetate để tách chiết lycopene
từ cà chua để tạo nhựa dầu có chứa 6-10% lycopene, hoặc kết tinh tạo chế phẩm
lycopene có chứa 51% và 95% lycopene [24].

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

13


Wang và Chen (2006) đã chiết xuất bằng dung môi ethanol-hexane (4:3 v/v),
hiệu suất tạo thành của tất cả các đồng phân trans-lycopene đạt đƣợc cao nhất tại
nhiệt độ 50

(đạt 439,3 µg/g), trong khi đó các đồng phân cis-lycopene lại đạt cao

nhất (47,0%) xảy ra ở 75 . Chiết bằng SCD cho hiệu quả chiết đồng phân dạng
cis-lycopene cao hơn so với phƣơng pháp dung môi, còn phƣơng pháp chiết bằng
dung môi lại cho hiệu quả chiết lycopen toàn phần cũng nhƣ all-trans-lycopene cao
hơn phƣơng pháp SCD [57].
Trong điều kiện phòng thí nghiệm, Haroon Saima (2014) đã tiến hành khảo
sát khả năng chiết lycopene từ bột cà chua của một số dung môi trong thiết bị
Shoxhlet (bảng 1.10). Kết quả cho thấy ethyl acetate là dung môi chiết lycopene
hiệu quả nhất (đạt 334,44 µg/ml dịch chiết, tƣơng đƣơng với 1.391,10 µg/g bột cà
chua) [18].
Bảng 1.5. Chiết lycopene từ bột cà chua bằng một số dung môi
trên thiết bị Shoxhlet
STT

Dung môi chiết

Hàm lƣợng lycopene
trong dịch chiết
(µg/ml)

Hàm lƣợng lycopene
đã đƣợc chiết xuất
(µg/g bột cà chua)

1

n-Hexan

223,11

880,00

2

Dichloromethane

199,13

949,17

3

Ethyl acetate

334,44

1.391,10

4

Petroleum ether

100,69

397,41

5

Ethyl acetate:Hexane
(1:1 v/v)
Ethyl acetate : Ethanol
(1:1 v/v)
Hexane:Acetone:
Ethanol(2:1:1 v/v)
Hexane: Ethanol
(4:3 v/v)

103,83

453,25

230,04

1.103,81

224,21

1.075,13

198,17

858,42

6
7
8

Mahesha M. Poojary và Paolo Passamont (2015), đã tối ƣu hóa quá trình
chiết tách toàn bộ đồng phân dạng trans-lycopene tinh khiết từ các phân đoạn của

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

14


bột thải trong quá trình chế biến cà chua [39]. Thí nghiệm đƣợc thiết kế bao gồm
đầy đủ bốn biến độc lập: nhiệt độ chiết (30-50 ), thời gian (1-60 phút), tỷ lệ
acetone trong n-hexane (từ 25-75%, v/v) và thể tích dung môi (10-30 ml) đã đƣợc
sử dụng để xác định ảnh hƣởng của các yếu tố này trong quá trình chiết xuất. Hàm
lƣợng tuyệt đối của lycopene có trong bột thải cà chua đã đƣợc xác định là 0,038
mg/g. Các điều kiện tối ƣu để khai thác nhƣ sau: nhiệt độ trích ly 20 , thời gian 40
phút, dung môi acetone trong n-hexane (25%, v/v) và thể tích dung môi 40 ml.

Trong điều kiện này, hiệu suất thu hồi lycopene đạt đƣợc là 94,7%. Các phân tích
HPLC-DAD đã chỉ ra rằng, lycopene thu nhận có độ tinh khiết rất cao, dạng translycopene chiếm 98,3%, trong khi số lƣợng các đồng phân cis-lycopene và các
carotenoid khác còn hạn chế [25].
Các điều kiện công nghệ trích ly lycopene từ cà chua bằng dung môi
-

Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu
Với khối lƣợng nguyên liệu ban đầu cố định, khi lƣợng dung môi gia tăng,

quá trình trích ly diễn ra nhanh chóng và lƣợng dầu còn lại trong bã sẽ giảm.
Bermardini (1997) đã chỉ ra rằng lƣợng dung môi có tầm quan trọng trên
hàm lƣợng dịch trích ly đến tỷ lệ dung môi: hạt dầu (thể tích:khối lƣợng) 18:1, đối
với hạt hƣớng dƣơng, đậu phộng, sự gia tăng trên tỷ lệ này làm hiệu suất trích ly
tăng chậm và nếu tỉ lệ trên 88:1 năng suất trích ly là một hằng số.
-

Nhiệt độ trích ly
Nhiệt độ tác động phức tạp, nhiệt độ gia tăng hiệu suất trích ly. Nhƣng nhiệt

độ quá cao sẽ có tác động ngƣợc lại bởi việc làm biến tính các sản phẩm trích ly.
-

Thời gian trích ly
Sự kéo dài của thời gian kéo theo sự gia tăng năng suất trích ly, nhƣng không

nên kéo dài vì điều này sẽ không làm gia tăng hiệu suất lên bao nhiêu, bởi vì dầu
còn lại trong bã ngày càng giảm.
Theo Bernardini (1997), một lƣợng lớn dầu đƣợc trích ly trong 4 giờ trích ly
đầu tiên. Đây là thời điểm kết thúc quá trình trích ly thích hợp để lƣợng dầu lấy ra
tƣơng đối nhiều nhất mà không tiêu hao nhiều năng lƣợng và dung môi.

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

15


-

Loại dung môi
Nhiều dung môi nhƣ benzen, etanol, propan, butan, freon, axetone, n-hexan,

ether dầu hỏa… đã đƣợc sử dụng để trích ly lycopene. Thế nhƣng dung môi đƣợc sử
dụng thông thƣờng nhất là n-hexan.
Việc lựa chọn dung môi dựa trên các vấn đề sau: hằng số diện môi là một
dấu hiệu tốt cho độ phân cực, điểm sôi, hay các chỉ số khác nhau nhƣ khả năng trộn
lẫn với các dung môi khác hay tính dễ dàng làm sạch nó [58].
Trong thực tế không tồn tại dung môi lý tƣởng, nhƣng chọn lựa dung môi sử
dụng phải dựa vào các yêu cầu sau đây:
o Giá thành không đắt: chi phí và sự mất mát có giới hạn
o Trích ly có chọn lọc dễ dàng
o Trơ với máy móc và ít hƣ hỏng, hàm lƣợng bẩn thấp
o Không có khả năng cháy nổ, ít độc…
Bảng 1.6. Các loại dung môi có thể sử dụng để trích ly

-

STT

Dung môi

Khối lƣợng phân tử

Điểm sôi ( )

1

N-Hexan

86,18

69

2

Acetone

58,08

56,2

3

Diethyl ether

76,15

60

4

Cồn

46,07

78,5

5

Cloroform

119,38

61,7

Tốc độ chảy của dung môi
Thông số này ảnh hƣởng đến quá trình khuyếch tán phân tử và đối lƣu. Tốc

độ gia tăng chênh lệch nồng độ giữa mixen trong nguyên liệu và mixem tự do. Nhƣ
vậy, chúng ta có thể rút ngắn thời gian và làm tăng hiệu suất trích ly thông qua việc
điều chỉnh tốc độ chảy của dung môi.

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

16

1.3.2. Sử dụng enzyme để trích ly lycopene từ cà chua
Sử dụng các enzyme thủy phân có thể phá hủy các thành phần của các thành
tế bảo, do đó sẽ hỗ trợ trong việc giải phóng các chất nội bào. Đây là một phƣơng
pháp đƣợc phổ biến rộng rãi để chiết xuất rất nhiều loại hợp chất tự nhiên.
Bảng 1.7. Tính chất hoạt động và các điều kiện tối ƣu của các chế phẩm
enzyme thƣơng mại đƣợc sử dụng để trích ly lycopene từ cà chua [4]
Tên chế phẩm

Các hoạt động chính

Nhiệt độ
tối ƣu ( )

pH tối
ƣu ( )

Xuất xứ

Citrozyme CEO

Polygalacturonaza

40

5,5

Citrozyme Ultra L

Polygalacturonaza

50

4,5

Pectinex Ultra SP-L

Polygalacturonaza

55

4,0

Cellulast 1,5L

Xenlulaza

50

4,5

Novozymes,
Đan Mạch
Novozymes,
Đan Mạch
Novozymes,
Đan Mạch
Novozymes,
Đan Mạch

50

4,0

Novozymes,
Đan Mạch

50

4,5

Lyven, Pháp

45

4,0-5,0

Lyven, Pháp

Viscozyme L

Peclyve EP

Peclyve LI

Pectinolytic,
Hemixenlulaza,
Xenlulaza
Polygalacturonaza,
Pectin methylesteraza,
Pectin lyaza

Polygalacturonaza,
Pectin methylesteraza,
Xenlulaza

Hiệu suất thu hồi của các sắc tố carotenoid từ vỏ cam, khoai lang và cà rốt
cũng tăng lên khi đƣợc chiết suất bằng sử dụng kết hợp enzyme xenlulaza và
pectinaza với các nồng độ khác nhau [9]. Ho và cộng sự, (2006), đã mô tả một quá
trình sinh học từ bột cà chua nhão: (1) lên men để loại bỏ các loại đƣờng, (2) hỗn
hợp enzyme để giải phóng các chất màu từ lục lạp và axit phytic, rửa sạch để loại bỏ
kim loại nặng tiếp theo tiệt trùng và chiết suất với khí propan/butan tạo ra dịch chiết
cà chua có chứa 13% hàm lƣợng lycopene [29]. Choudhari và Ananthanarayan,
(2007) đã sử dụng enzyme để hỗ trợ quá trình chiết xuất lycopene từ vỏ cà chƣa
trong các điều kiện tối ƣu dẫn đến sự gia tăng hiệu suất chiết lycopene từ 100-200%
so với không xử lý bằng enzyme [17]. Qua đó một khối lƣợng đáng kể các chất màu
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

17


lycopene trong cà chua có thể đƣợc thu hồi với hiệu suất cao bằng quá trình trích ly
có sử dụng các loại enzyme xenlulaza và pectinaza. Trong thực tế, lƣợng lycopene
này thƣờng bị mất đi dƣới dạng chất thải của các quá trình chế biến truyền thống.
Lavecchia và Zuorro, 2008 đã trích ly đƣợc 440 mg lycopene/100 g vỏ cà chua khô
ở các điều kiện trích ly tối ƣu bằng enzyme trong 1 giờ, sau đó trích ly bằng dung
môi sau 3 giờ [36]. Hiệu suất thu hồi lycopene từ vỏ cà chua bằng phƣơng pháp
trích ly có sử dụng enzyme lên tới 70-98%, so với không xử lý enzyme chỉ là 340%. Trong khi đó, Zourro và Lavecchia năm 2010 đã báo cáo rằng ở 25 , có tới
75,6% lycopene trong cà chua sản phẩm đƣợc chiết xuất bằng một quy trình hai giai
đoạn bao gồm công đoạn ủ enzyme sơ bộ trong 5 giờ, tiếp theo là trích ly bằng dung

môi trong 3 giờ (hexan hoặc ethyl acetate). Zourro và cộng sự, (2011) cũng đã chỉ
ra rằng hiệu suất thu hồi lycopene từ vỏ cà chua tăng lên từ 8 đến 18 lần trong thí
nghiệm sử dụng hỗn hợp enzyme thủy phân pectin và xenlulaza so với thí nghiệm
đối chứng không sử dụng enzyme [62]. Papaioannou và cộng sự, (2012) báo cáo
rằng sử lý vỏ cà chua bằng enzyme thủy phân pectin kết hợp trích ly lycopene bằng
dung môi ethyl axetate sau đó khiến cho hiệu suất thu hổi tăng lên 9,5-11%, so với
mẫu đối chứng chỉ là 6% [42]. Gần đây nhất, năm 2013, Ranveer và cộng sự đã cho
thấy sử dụng pectinaza cho hiệu suất trích ly lycopene từ vỏ cà chua cao hơn so với
sử dụng xenlulaza hoặc không sử dụng enzyme [46].
1.4.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT LYCOPENE TỪ CÀ CHUA

1.4.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới
Cà chua là loại cây tuy đƣợc trồng khá muộn nhƣng lại có khả năng thích
ứng rộng cho hiệu quả kinh tế và giá trị sử dụng cao. Trên thế giới, có nhiều giống
cà chua mới đƣợc ứng dụng nhằm đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày càng cao của con
ngƣời cả về số lƣợng và chất lƣợng.
Theo FAO (1999), trên thế giới có 158 nƣớc trồng cà chua. Đài Loan hàng
năm xuất khẩu cà chua tƣơi với tổng trị giá là 952.000 USD và 48.000 USD cà chua
chế biến. Lƣợng cà chua trao đổi trên thị trƣờng thế giới năm 1999 là 36,7 tấn trong
đó cà chua đƣợc dùng ở dạng ăn tƣơi chỉ 5-7%. Ở Mỹ (1997), tổng giá trị sản xuất 1
ha cà chua cao hơn gấp 4 lần so với lúa nƣớc, 20 lần so với lúa mì [54].

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

18

Cà chua là một trong những mặt hàng có giá trị xuất khẩu cao kể cả dạng
tƣơi và dạng chế biến. Lƣợng cà chua trao đổi trên thị trƣờng quốc tế là 32,7 triệu
tấn, trong đó 10 % ở dạng quả tƣơi. Theo FAO, diện tích, sản lƣợng, năng suất cà
chua trên thế giới năm 2010 đƣợc biểu diễn ở bảng 1.8:
Bảng 1.8. Diện tích, sản lƣợng, năng suất cà chua của các châu lục năm 2010

Châu Phi

Diện tích
(1000 ha)
860,74

Năng suất
(tấn/ha)
20,02

Sản lƣợng
(1000 tấn)
17.236,03

Châu Mỹ

479,07

50,86

24.365,66

Châu Á

2.436,49

33,58

81.812,01

Châu Âu

553,4

39,32

21.760,15

Châu Úc

9,13

63,28

577,66

Tên châu lục

Nguồn: FAO Database Staic 2011
Trong 10 năm (từ năm 2001 đến năm 2010), diện tích cà trên chua thế giới
tăng 1,09 lần (từ 3.990,30 nghìn ha lên 4,338,83 nghìn ha), sản lƣợng tăng 1,35 lần
(từ 107.977,76 nghìn tấn lên 145.751,51 nghìn tấn), trong khi năng suất không có sự
thay đổi đáng kể.

Theo bảng 1.8, năm 2010, Châu Á có diện tích trồng cà chua (2.436,49 nghìn
ha) và sản lƣợng (81.812,01 nghìn tấn) lớn nhất trên thế giới. Tuy nhiên Châu Úc và
Châu Mỹ có năng suất lớn nhất: Châu Úc là 63,28 tấn/ha; Châu Mỹ là 50,86 tấn/ha.
Bảng 1.9. Các nƣớc có sản lƣợng cà chua cao nhất thế giới năm (2010)
STT

Tên nƣớc

Sản lƣợng (nghìn tấn)

1

Trung Quốc

41.879,68

2

Mỹ

12.902,00

3

Ấn Độ

11.979,70

4

Thổ Nhĩ Kì

10.052,00

5

Ai Cập

8.544,99

6

Italia

6.024,80

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THU THẢO – K18

19