Nghiên cứu thu nhận gamma oryzanol từ cám gạo bằng kỹ thuật sóng siêu âm để chế biến thực phẩm chức năng

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “NGHIÊN CỨU THU NHẬN GAMMA ORYZANOL TỪ CÁM
GẠO BẰNG KỸ THUẬT SÓNG SIÊU ÂM ĐỂ CHẾ BIẾN THỰC
PHẨM CHỨC NĂNG”

Người hướng dẫn

:

TS. Nguyễn Đức Tiến

Sinh viên thực hiện

:

Nguyễn Thị Tình

Lớp

:

1302

Hà Nội -2017

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận
này là trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận
này đã được cám ơn và các thông tin được trích dẫn trong khóa luận này đã
được ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, tháng 5 năm 2017

Nguyễn Thị Tình

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp này được thực hiện tại Viện Cơ điện Nông nghiệp
và Công nghệ sau thu hoạch dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Đức Tiến Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch và các thầy cô giáo
khoa Công nghệ sinh học - Viện Đại Học Mở Hà Nội.

Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo khoa
Công nghệ sinh học đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình hoc tập và làm
khóa luận.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hướng dẫn tận tình, chu
đáo của TS. Nguyễn Đức Tiến cùng tất cả cán bộ Bộ môn Nghiên cứu phụ
phẩm nông nghiệp – Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch
đã tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè đã quan
tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, tháng 5 năm 2017
Sinh viên

Nguyễn Thị Tình

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1

1. ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................ 1
Phần I TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................ 2
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÁM GẠO .............................................................. 2
1.1.1. Nguồn gốc phân loại và đặc điểm. ................................................ 2
1.1.2. Thành phần hóa học của cám gạo ................................................. 3
1.2. GAMMA ORYZANOL....................................................................... 5
1.2.1. Thành phần cấu tạo và đặc tính lý hóa của Gamma oryzanol ....... 5
1.2.2. Tác dụng của Gamma oryzanol ..................................................... 8
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GAMMA ORYZANOL 10
1.4. ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG CHIẾT XUẤT ...................... 12
1.4.1. Định nghĩa sóng siêu âm............................................................. 12
1.4.2. Phân loại sóng âm ...................................................................... 12
1.4.3. Nguyên lý tác động của sóng siêu âm ......................................... 13
1.4.4. Ứng dụng của sóng siêu âm trong công nghệ thực phẩm ............ 15
Phần II ĐỐI TƯỢNG - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .................................................................................................... 18
2.1. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM & THỜI GIAN NGHIÊN
CỨU ......................................................................................................... 18
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................. 18
2.1.2. Vật liệu nghiên cứu ..................................................................... 18
2.1.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................... 19
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................. 19
2.2.1. Nghiên cứu chiết xuất gamma oryzanol từ nguyên liệu cám gạo
bằng sóng siêu âm. ............................................................................... 19
2.2.2. Thu nhận gamma oryzanol từ dịch chiết cám gạo. ...................... 20
2.2.3. Ứng dụng gamma oryzanol cho tạo viên thực phẩm bảo vệ sức
khỏe...................................................................................................... 20
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................... 20
2.3.1. Bố trí thí nghiệm ......................................................................... 20
2.3.2. Các phương pháp phân tích và đo đạc ......................................... 22

Phần III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 27
3.1. NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT GAMMA ORYZANOL
TỪ CÁM GẠO ........................................................................................ 27
Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

3.1. 1. Ảnh hưởng hàm ẩm cám gạo nguyên liệu đến hiệu suất chiết xuất
gamma oryzanol. .................................................................................. 27
3.1.2. Nghiên cứu xác định dung môi cho chiết xuất gamma oryzanol từ
cám gạo. ............................................................................................... 28
3.1.3. Nghiên cứu xác định nồng độ dung môi ethanol cho chiết xuất
gamma oryzanol từ cám gạo. ................................................................ 30
3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ chiết xuất bằng sóng siêu âm
đến hiệu suất chiết xuất gamma oryzanol từ cám gạo ........................... 30
3.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chiết xuất
gamma oryzanol từ cám gạo ................................................................. 31
3.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu suất chiết
xuất gamma oryzanol từ cám gạo ......................................................... 33
3.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu
suất chiết xuất gamma oryzanol từ cám gạo.......................................... 34
3.1.8. Chiết xuất gamma oryzanol từ cám gạo bằng sử dụng sóng siêu
âm và không sử dụng sóng siêu âm ....................................................... 35
3.1.9. Quy trình chiết xuất gamma oryzanol từ cám gọa bằng sóng siêu
âm ........................................................................................................ 37
3.2. Ứng dụng chế phẩm Gamma oryzanol cho tạo viên nang thực phẩm
bảo vệ sức khỏe ........................................................................................ 39

3.2.1. Xác định hàm lượng gamma oryzanol / viên ............................... 39
3.2.2. Xác định loại tá dược độn cho tạo viên ....................................... 39
3.2.3. Nghiên cứu lựa chọn kích thước viên nang rỗng, xác định hàm
lượng chế phẩm gamma oryzanol và tá dược cho tạo viên.................... 39
3.2.4. Quy trình tạo viên nang gamma oryzanol thực phẩm...................... 41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................ 43
1. KẾT LUẬN .............................................................................................. 43
2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 45

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Từ viết tắt

Tên đầy đủ

HSCX

Hiệu suất chiết xuất

LHCT

Lượng hoạt chất tinh

LHCNL

Lượng hoạt chất có trong nguyên liệu

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của cám gạo ................................................... 4
Bảng 1.2. Thành phần của dầu cám gạo thô.................................................... 5
Bảng 3,1, So sánh phương pháp chiết xuất gamma oryzanol từ cám gạo bằng
sử dụng sóng siêu âm và không sử dụng sóng siêu âm ......................... 35
Bảng 3.2. Ảnh hưởng lượng chế phẩm gamma oryzanol, tá dược và kích
thước viên nang rỗng cho tạo viên. ....................................................... 40

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS .Nguyễn Đức Tiến
DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cám gạo ......................................................................................... 2
Hình 1.2. Sơ đồ lớp cám gạo trong hạt lúa...................................................... 3
Hình 1.3. Cấu trúc phân tử gamma oryzanol .................................................. 7

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học và các thành phần chính của gamma oryzanol ...... 7
Hình 1.5 Tóm tắt chức năng của gamma oryzanol ....................................... 10
Hình 1.6. Gamma oryzanol .......................................................................... 12
Hình 1.7 Hình Quá trình hình thành, phát triển và vỡ tung của bọt khí ........ 14
Hình 2.1. Mẫu cám gạo thí nghiệm .............................................................. 18
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian sấy và hàm ẩm cám gạo nguyên liệu đến
hiệu suất chiết xuất gamma oryzanol .................................................... 27
Hình 3.2 Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu suất chiết xuất .................. 29
Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hiệu xuất chiết xuất gamma
oryzanol ............................................................................................... 30
Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết xuất gamma oryzanol từ
cám gạo ................................................................................................ 31
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất chiết xuất gamma
oryzanol ............................................................................................... 32
Hình 3.6. Ảnh hưởng của cường độ siêu âm đến hiệu suất chiết xuất gamma
oryzanol ............................................................................................... 33
Hình 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi cồn ethanol 960 đến hiệu
suất chiết xuất gamma oryzanol từ cám gạo ......................................... 34
Hình 3.8. Sơ đồ quy trình chiết xuất gamma oryzanol từ cám gạo ................ 37
Hình 3.9. Sơ đồ quy trình tạo viên thực phẩm gamma oryzanol ..................... 41

Sinh viên: Nguyễn Thị Tình


MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp lâu đời gắn liền với nền văn
minh lúa nước nên từ lâu cây lúa đã trở thành cây lương thực chủ yếu có ý
nghĩa quan trọng trong đời sống và nền kinh tế xã hội nước ta. Trong những
năm gần đây, nước ta đã trở thành một trong ba nhà xuất khẩu gạo hàng đầu

thế giới. Quá trình chế gạo đã tạo ra một lượng lớn phế phụ phẩm là cám gạo.
Cám gạo có giá thành thấp thường được người dân sử dụng làm thức ăn chăn
nuôi, chưa khai thác được hết tiềm năng về giá trị vốn có của nó. Nếu để lâu
sẽ bị ôi hỏng, gây lãng phí lớn. Cám gạo có chứa nhiều chất dinh dưỡng quý
giá như protein, lipit, glucocide, vitamin… trong cám gạo chứa nhiều chất
chống oxi hóa đặc biệt quan trọng là gamma oryzanol có lợi cho sức khỏe để
chữa bệnh và được sử dụng làm mỹ phẩm có giá trị kinh tế cao. Gamma
oryzanol có trong cám gạo, thóc nảy mầm, cám đại mạch, ngô nảy mầm…
nhưng chỉ trong cám gạo mới có hàm lượng gamma oryzanol nhiều hơn cả,
còn ở cám đại mạch, ngô nảy mầm… có lượng gamma oryzanol rất thấp.
Hiện nay chế phẩm gamma oryzanol được sử dụng cho sản xuất các sản
phẩm thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm chứa gamma oryzanol tở nước ta đều
phải nhập khẩu. Do vậy việc nghiên cứu sử dụng cám gạo để sản xuất gamma
oryzanol để phục vụ cho công nghệ thực phẩm, chế biến thực phẩm chức
năng là hết sức quan trọng.
Nhận thấy được sự cần thiết của vấn đề nêu trên, được sự đồng ý của Viện
Cơ điện nông nghiệp – Công nghệ sau thu hoạch và Khoa Công nghệ sinh học –
Viện đại học Mở Hà Nội, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thu
nhận gamma oryzanol từ cám gạo bằng kỹ thuật sóng siêu âm để chế biến thực
phẩm chức năng”.

Sinh viên: NguyễnThị Tình

1


Phần I
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÁM GẠO
1.1.1. Nguồn gốc phân loại và đặc điểm.

Cám gạo là sản phẩm được khai thác từ quá trình xay xát gạo. Từ thời
xa xưa người ta đã biết sử dụng cám gạo làm thức ăn chăn nuôi, sau này cùng
với sự phát triển của xã hội loài người và sự tiến triển của khoa khoa học kỹ
thuật người ta đã khai thác sử dụng cám gạo vào những mục đích khác nhau
như lấy dầu làm dầu ăn, làm thực phẩm chức năng, thu nhận hoạt chất sinh
học có trong cám gạo, làm mỹ phẩm, làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật…

Hình 1.1. Cám gạo
Cám gạo thường có dạng bột mềm và mịn. Cám gạo có màu sáng mùi
thơm đặc trưng. Cám gạo chiếm khoảng 10 – 12% khối lượng lúa. Và là hỗn
hợp của lớp vỏ ngoài hạt gạo và lớp aloron. Được thu hồi dưới 2 dạng: cám
khô và cám ướt. Cám khô được sấy thêm lần nữa để bảo quản lâu hơn, cám
ướt sẽ được bán cho các cơ sở làm thức ăn chăn nuôi, nuôi cá da trơn làm
thức ăn ngay.

Sinh viên: NguyễnThị Tình

2


1.1.2. Thành phần hóa học của cám gạo
Cám gạo là phụ phẩm chính thu được từ lúa sau khi xay xát và thường
chiếm khoảng 10% trọng lượng lúa. Cám gạo được hình thành từ lớp vỏ nội
nhũ, mầm phôi của hạt, cũng như một phần từ tấm. Cám gạo có màu sáng và
mùi thơm đặc trưng. Tỷ lệ protein trong cám gạo mịn có thể đạt 12 – 14 %.
Lượng protein thô ở cám gạo cao hơn so bắp hạt. Lượng chất béo trong cám
gạo rất cao (15 – 22 %), thường dùng chiết xuất dầu cám, chất đạm trên 12%,
chất sắt trên 14 %. Trong cám gạo ngoài những thành phần có giá trị dinh
dưỡng như protein, lipit, glucocide, vitamin … trong cám gạo còn chứa hỗn
hợp chất đặc biệt quan trọng đó là gamma oryzanol. Gamma oryzanol có

trong cám gạo, thóc nảy mầm, cám đại mạch, ngô nảy mầm… chỉ trong cám
gạo mới có hàm lượng gamma oryzanol nhiều hơn cả (1.0 – 4.0 % trọng
lượng), còn ở cám đại mạch, ngô nảy mầm… có hàm lượng gamma oryzanol
rất thấp [7,15, 19].

Hình 1.2. Sơ đồ lớp cám gạo trong hạt lúa
Theo bảng 1.1, cám gạo có lượng dinh dưỡng rất cao với lượng chất
béo chưa bão hòa cao, vitamin nhóm E, nhóm B, phylate, kẽm, canxi, kali đều
rất cao. Ngoài ra trong cám còn có chất béo Omega 3 khá cao. Thành phần
của cám gạo có nhiều vitamin và chất béo, cân đối và có nhiều xơ dễ tiêu rất
tốt cho con người. Tuy nhiên, cám thường được dùng làm thức ăn cho các loại
gia súc và thủy sản chứ không dùng cho người. Nguyên nhân là do cám có
một số enzym nội tại hoạt động rất mạnh mẽ làm oxi hóa các chất béo và cám
Sinh viên: NguyễnThị Tình

3


gạo bị ôi hóa có mùi khó chịu. Thêm vào đó, do công nghệ xay xát gạo chưa
cao lại ít được đầu tư theo hướng thu cám sạch nên cám thường lẫn rất nhiều
tạp chất (vỏ trấu, sạn đá…). Vì những lý do trên mà hầu hết lượng cám gạo
thu được thường được nông dân sử dụng để nuôi các loại gia súc, gia cầm.
Hàng năm trên thế giới có khoảng 40 – 45 triệu tấn cám được sản xuất và
90% là ở châu Á.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của cám gạo
Thành phần

Cám

Cám trắng

Protein thô (% N.6,25)

12,0 – 15,6

11,8 – 13,0

Chất béo thô (%)

15,0 – 19,7

10,1 – 12,4

Sợi thô (%)

7,0 – 11,4

2,3 – 3,2

Carbohydrate (%)

31,1 – 52,3

51,1 – 55,0

6,6 – 9,9

5,2 – 7,3

Tro thô (%)

Chất khoáng
Canxi (mg/g)

0,3 – 1,2

0,5 – 0,7

Magie (mg/g)

5,0 – 13,0

6,0 – 7,0

Photpho (mg/g)

11,0 – 25,0

10,0 – 22,0

Phytin photpho (mg/g)

9,0 – 11,0

12,0 – 17,0

Silica (mg/g)

6,0 – 11,0

2,0 – 3,0

Kẽm (mg/g)

43,0 – 25

17,0 – 90,0

Vitamin
Vitamin B1

12,0 – 24,0

3,0 – 19,0

Vitamin B2

1,8 – 4,3

1,7 – 2,4

Niaxin

267 – 499

224 – 389

(Nguồn: Orthoefer, 1996)
Cám gạo cũng như các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật khác thường
chứa hàm lượng phốt pho khá cao ở dạng phytate. Mặc khác, gốc phốt phát từ

phytate thường tạo liên kết với các chất như axít amin và chất khoáng làm
giảm sự tiêu hóa các dưỡng chất này khi bổ sung vào khẩu phần. Thông
thường có khoảng 2/3 hàm lượng phốt pho có trong những loại nguyên liệu
Sinh viên: NguyễnThị Tình

4


thô được sử dụng làm thức ăn gia súc. Cám gạo có lượng phốt pho khá cao
nhưng trên 50% là ở dạng phytate. Động vật có dạ dày đơn khó tiêu hóa chất
này do không sản xuất đủ lượng enzyme phytase nội sinh cần thiết.
Bảng 1.2. Thành phần của dầu cám gạo thô
Thành phần

Phần trăm (%)

Lipid có thể hóa xà phòng

90 – 96

Trung hòa lipit

88 – 89

Chất béo Diglycerides

3–4

Chất béo Monglycerides

6–7

Acid béo tự do

2–4

Các loại sáp

3–4

Glycolipids

6–7

Phospholipid

4–5

Chất không xà phòng hóa lipid

4,2

Phytosterol

43

Este sterol

10

Rượi Triterphene

28

Hydrocacbon

18

Tocopherols

1

(nguồn: Cheruvanky và cộng sự, 2003)
Mặc dù nhiều báo cáo khoa học cho thấy khẩu phần xơ cao mang nhiều
tiện lợi như làm giảm sự loét dạ dày và phát triển vi sinh vật, giúp thỏa mãn
cơn đói (đối với lợn nái trong thời kỳ mang thai), sản xuất nhiều acid béo bay
hơi đặc biệt là acid acetic được tổng hợp thành mỡ sữa và cung cấp sữa năng
lượng cao hơn, xơ còn là chất độn giải quyết khối lượng vật chất khô trong
khẩu phần, kích thích tiêu hóa thức ăn và bài thải chất độc hại ra ngoài cơ thể,
kích thích sự phát triển của ống tiêu hóa.
1.2. GAMMA ORYZANOL
1.2.1. Thành phần cấu tạo và đặc tính lý hóa của Gamma oryzanol
Sinh viên: NguyễnThị Tình

5


Gamma oryzanol có công thức phân tử là: C40H55O4, trọng lượng phân
tử 602,89 g/mol, bị nóng chảy ở nhiệt độ 135 – 137oC, gamma oryzanol bao
gồm 2 phần, phần mạch dài là sterol và phần còn lại là axit ferulic [4].

Trạng thái vật lý: gamma oryzanol ở dạng bột, không mùi, hòa tan
trong nước, ít tan trong ete diethyl và heptane. Tan nhiều trong isopropyl và
hòa tan trong clorofom. gamma oryzanol có màu trắng hoặc vàng. Ba trong số
các phần phân đoạn, cycloartenyl ferulate, 24-methylenecycloartenyl ferulate
và campesteryl ferulate, là thành phần chính của gamma oryzanol [4, 8].

Sinh viên: NguyễnThị Tình

6


Hình 1.3. Cấu trúc phân tử gamma oryzanol (Nguồn: Lloyd, 2000)

Hình 1.4 Cấu trúc hóa học và các thành phần chính của gamma oryzanol
(Nguồn: Zhimin và Samuel, 1999)
Gamma oryzanol là chất chống oxi hóa mạnh tìm thấy trong cám gạo.
Gamma oryzanol không phải là một chất chống oxy hóa đơn, là hỗn hợp của
20 thành phần có tính chất chống oxi hóa. Trong cám gạo ngoài những thành
phần có giá trị dinh dưỡng như protein, lipit, glucocide, vitamin …, trong cám
gạo còn chứa hỗn hợp chất đặc biệt quan trọng đó là gamma oryzanol.
Sinh viên: NguyễnThị Tình

7


Gamma oryzanol có trong cám gạo, thóc nảy mầm, cám đại mạch, ngô nảy
mầm … chỉ trong cám gạo mới có hàm lượng gamma oryzanol nhiều hơn cả
(1,0 – 4,0 % trọng lượng), còn ở cám đại mạch, ngô nảy mầm … có lượng
gamma oryzanol rất thấp [8].
1.2.2. Tác dụng của Gamma oryzanol

Khoa học hiện đại đã khám phá gamma oryzanol - vi chất nằm ở lớp
màng bao quanh hạt gạo - có tác dụng giảm cholesterol thừa trong cơ thể. Đây
được xem là một phát hiện quan trọng góp phần ngăn ngừa nguy cơ bệnh tim
mạch.
Từ những năm 1950, nhiều nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng bí ẩn
của hạt gạo lứt nằm ở chính lớp màng gạo bao quanh nó, vốn chứa một lượng
lớn vitamin, khoáng chất, chất béo có lợi và cả vi chất gamma oryzanol - có
tác dụng làm chậm quá trình lão hóa của tế bào, xây dựng cơ bắp, chống trầm
cảm. Theo điều tra mới nhất của Viện Dinh dưỡng quốc gia vừa công bố tại
hội thảo "Tình trạng cholesterol cao ở người Việt Nam và giải pháp dự
phòng" gần đây, bình quân tỷ lệ người Việt Nam có lượng cholesterol cao là
29,1%, trong đó tỷ lệ này ở người dân thành thị lên tới 44,3% [10].
1.2.2.1. Tác dụng giảm cholesterol thừa của gamma oryzanol
Thừa cholesterol xếp vào nguy cơ hàng đầu gây ra bệnh tim mạch, và
từng có nghiên cứu cho thấy giảm cholesterol thừa trong cơ thể sẽ giảm được
30% tỷ lệ tử vong do bệnh động mạch vành. Điều trị thừa cholesterol trong
máu sẽ giúp hạn chế sự hình thành và tiến triển của các mảng vữa xơ, từ đó
giảm các tai biến và tử vong do bệnh lý tim mạch. Nhiều nghiên cứu lâm sàng
trên thế giới đã khẳng định gamma oryzanol có khả năng ngăn chặn ruột hấp
thu cholesterol từ thức ăn và cholesterol do gan tiết ra, sau đó đào thải chúng
khỏi cơ thể. Các chuyên gia tim mạch trên thế giới cũng khuyên người thừa
cholesterol nên dùng thực phẩm chứa gamma oryzanol như một cách tự nhiên
để đưa cholesterol về mức "chuẩn", ngăn ngừa nguy cơ bệnh tim mạch. Đây
Sinh viên: NguyễnThị Tình

8


là một biện pháp đơn giản và an toàn, dễ thực hiện. Các nghiên cứu lâm sàng
cho thấy để có hiệu quả giảm cholesterol thừa thì một người nên dùng ít nhất

50 mg gamma oryzanol/ngày [11].
1.2.2.2. Tác dụng ngừa quá trình lão hóa của gamma oryzanol
Lợi ích của gamma oryzanol, bí quyết ngăn ngừa quá trình lão hóa
trong dầu gạo gamma oryzanol, thành phần đặc biệt của dầu gạo, có được từ
chiết xuất dầu thô của cám gạo (vỏ lụa của hạt gạo). Người ta biết đến gamma
oryzanol đầu tiên từ những năm 1950 và vào đầu những năm 1960, người
Nhật đã biết sử dụng gamma oryzanol như một loại thuốc chữa bệnh. Ban
đầu, gamma oryzanol được dùng để chữa trị cho các bệnh nhân có biểu hiện
lo lắng. Đến cuối những năm 1980, trị liệu gamma oryzanol được công nhận
cho phép dùng trong việc chữa trị các những trường hợp bị cholesterol trong
máu cao... [13].
1.2.2.3. Tác dụng chống oxi hóa của gamma oryzanol
Gần đây, nhiều nghiên cứu cho thấy công dụng nổi bật nhất của gamma
oryzanol là chất chống ôxy hóa mạnh, giúp làm chậm đáng kể quá trình lão
hóa của cơ thể. Mặc dù Vitamin E nổi tiếng là một chất chống ôxy hóa hiệu
quả nhưng các nghiên cứu gần đây đã chứng minh gamma oryzanol còn có
tác dụng gấp 4 lần Vitamin E trong việc ngăn chặn các mô bị ôxy hóa. Ngoài
ra, gamma oryzanol còn bảo vệ cơ thể khỏi tia cực tím, do đó người ta còn sử
dụng gamma oryzanol trong các loại mỹ phẩm như kem chống nắng, giúp bảo
vệ làn da khỏi các hư tổn do ôxy hóa gây ra dưới tác động của môi trường bên
ngoài [15, 17, 18].
Ngoài những công dụng tốt cho sức khỏe, gamma oryzanol có trong
dầu gạo còn có tác dụng dễ tiêu hóa và giúp ngon miệng khi trộn với salad;
tạo hương vị nhẹ nhàng đặc biệt thích hợp cho món rán, nướng mà không làm
thay đổi mùi vị của thực phẩm sau khi nấu. Dầu gạo có sức chịu nhiệt và điểm
bốc khói rất cao (khoảng 246oC), do vậy rất phù hợp để rán, chiên, xào mà
Sinh viên: NguyễnThị Tình

9

không làm thức ăn trở nên khô cứng, dầu bị bốc khói, hay sủi bọt. Loại dầu
gạo có thể tìm thấy trên thị trường là Neptune 1:1:1 [3].

Hình 1.5 Tóm tắt chức năng của gamma oryzanol
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GAMMA
ORYZANOL
- Trến thế giới: Hiện nay trên thế giới như: Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc, Ấn
Độ, Thái Lan, công nghệ sản xuất gamma oryzanol đã tạo ra chế phẩm
gamma oryzanol thương mại, làm nguyên liệu cho chế biến thực phẩm, dược
phẩm và mỹ phẩm. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về gamma oryzanol
cũng như về hoạt chất sinh học của nó, về khả năng sử dụng gamma oryzanol
trong việc bảo vệ, phòng chống một số bệnh tật cho con người. Gamma
oryzanol có tác dụng chống oxy hoá, chống viêm loét, đặc biệt là viêm loét dạ
dày, làm giảm lượng mỡ trong máu, có hoạt tính giống như proestrogen,
gamma oryzanol còn có khả năng làm tăng việc lưu thông máu, giảm
cholesterol trong máu, giảm mỡ trong cơ thể, là hoạt chất có tác dụng chống
acid hóa, ngăn chặn được sự xâm nhập của tia cực tím, cản trở hoạt động bài
Sinh viên: NguyễnThị Tình

10


tiết sắc tố melanin trong biểu bỡ, có tác dụng phòng chống nám da…Hiện
naygamma oryzanoltừ cám gạo được ứng dụng làm nguyên liệu trong dược
phẩm, mỹ phẩm, sản xuất sản phẩm thực phẩm bổ sung để chống lão hóa cho
phụ nữ, làm đẹp, làm mịn màng da, làm giảm các triệu chứng bốc hỏa và căng
thẳng, sự thay đổi bất thường của phụ nữ ở thời kỳ mãn kinh và thời kỳ sau đó
(viên gamma oryzanol thực phẩm bổ sung, sữa dưỡng da, kem chăm sóc
da…) [7, 14, 18]. Sản phẩm gamma oryzanol chế từ cám gạo dạng thức ăn

của hãng Sunfarmnhi – Australia và một số hãng khác trên thế giới đã được
bán rộng rãi tại thị trường Tây âu. Các nước không trồng được lúa nước hiện
đang nhập khẩu cám gạo để sản xuất các chế phẩm có giá trị cao. Như vậy rõ
ràng cám gạo đã trở thành một mặt hàng có giá trị. Công trình khoa học của
Ishibaski Kyohide (Nhật Bản) đã nghiên cứu dùng gamma oryzanol để sản
xuất mỹ phẩm bôi da có chứa 3% gamma oryzanol chống viêm da và chống
lão hoá da cũng là bằng chứng nữa để nói lên ứng dụng rộng rãi của gamma
oryzanol cám gạo đối với sản xuất và đời sống [16].
Hiện nay đã có hơn 40 bằng sáng chế về chiết xuất gamma oryzanol cám
gạo đã đưa ra từ các nước sản xuất lúa gạo như Trung Quốc, Mỹ, Nhật bản, Ấn
Độ, Thái Lan. Những hiệu ứng sinh lý học đã được chỉ ra liên quan đến gamma
oryzanol làm giảm hàm lượng colesteron, sự kết tụ tiểu cầu, sự tổng hợp sinh học
cholesteron và sự hấp thụ cholesteron. Gamma oryzanol đã cũng được sử dụng để
tăng sự bài tiết axit trong mật và trong điều chỉnh sự không cân bằng dây thần
kinh và những sự mất cân bằng của thời kỳ mãn kinh. Trên thị trường hiện nay
gamma oryzanol được bán dưới dạng viên nang dạng dầu hoặc bột xuất xứ chủ
yếu từ Nhật Bản có tên thương mại gama oryzanol, gama-O 32…[7].

Sinh viên: NguyễnThị Tình

11


Hình 1.6. Gamma oryzanol
- Trong nước: Chế phẩm gamma oryzanol hiện sử dụng làm nguyên
liệu cho sản suất mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm ở trong nước là phải
nhập khẩu. Trong nước chưa có cơ sở nào sản xuất chế phẩm gamma
oryzanol. Trong khi đó nguồn cám gạo nguyên liệu có thể sử dụng cho sản
xuất chế phẩm gamma oryzanol dồi dào. Cám gạo trong nước chủ yếu sử
dụng làm thức ăn chăn nuôi và xuất khẩu. Chưa khai thác được giá trị tiềm

năng to lớn của nó. Chưa có điều tra đánh giá hàm lượng gamma oryzanol
trong cám gạo nguyên liệu ở các loại khác nhau ở trong nước. Ở Việt Nam
cám gạo mới dừng lại cho chế biến thức ăn chăn nuôi, sản xuất dầu cám
gạo… chưa khai thác được giá trị tiềm năng vốn có của nó. Năm 2013
TS.Nguyễn Đức Tiến và cộng sự đã có những nghiên cứu bước đầu về chiết
xuất gamma oryzanol bằng dung môi ethanol ở 800C [2], tuy nhiên ở công
nghệ này còn hạn chế về thời gian chiết xuất dài, chiết xuất ở nhiệt độ cao,
hiệu quả thu nhận gamma oryzanol còn hạn chế... do đó cần tiếp tục nghiên
cứu công nghệ chiết xuất cho hiệu quả thu nhận gamma oryzanol cao.
1.4. ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG CHIẾT XUẤT
1.4.1. Định nghĩa sóng siêu âm
Sóng siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của
các phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của
con người (trên 16kHz) (Jayasooriya S.D & Cs, 2004).
1.4.2. Phân loại sóng âm
Dựa vào tần số, sóng siêu âm được chia làm 3 loại, Siêu âm tần số thấp
(siêu âm năng lượng cao) (20 – 100 kHz): Khi đó có sự hình thành và vỡ ra
của các bong bóng khí có kích thước lớn sẽ làm cho nhiệt độ và áp suất tăng
cao. Do đó có khả năng làm thay đổi tính chất hóa lý của nguyên liệu. Ngày
nay siêu âm tần số thấp được ứng dụng, vô hoạt enzyme, tăng hiệu quả quá
trình chiết xuất cũng như tăng tốc độ các phản ứng hóa học... Siêu âm tần số
Sinh viên: NguyễnThị Tình

12


cao (siêu âm năng lượng thấp) (100kHz-2MHz): Khi tần số cao, kích thước
các bong bóng khí khá nhỏ nên quá trình sủi bọt diễn ra nhẹ nhàng, không
làm thay đổi tính chất hóa lý của nguyên liệu nên thường dùng trong phân
tích, xác định tính chất hóa lý, thành phần cấu trúc và trạng thái vật lý của

thực phẩm. Siêu âm chẩn đoán (5-10MHz): Không có hiện tượng sủi bong
bóng và là dòng âm thanh để đo hệ số tốc độ và hấp thụ của sóng trong môi
trường, dùng trong y học, phân tích hóa học. Phạm vi ứng dụng sóng siêu âm
là khuấy trộn, đồng hóa và nhũ hóa, phá bọt, quá trình lọc, quá trình sấy, chiết
xuất và kết tinh… (Kuldiloke J., 2002).
1.4.3. Nguyên lý tác động của sóng siêu âm
Cơ chế xâm thực khí của sóng siêu âm: Khi sóng siêu âm truyền vào
môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành. Trong
điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ liên kết hóa
học. Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và
trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa. Áp lực âm trong chu trình kéo đủ
mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử và tạo thành những bọt khí
nhỏ. Trong quá trình dao động, bọt khí ổn định có thể thành bọt khí tạm thời.
Sóng siêu âm rung động những bọt khí này, tạo nên “ sốc sóng “. Bọt khí ổn
định có thể lôi kéo những bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với
nhau và tạo thành dòng nhiệt nhỏ. Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất
nhanh, chỉ qua vài chu trình chúng bị vỡ ra, hình thành những điểm có nhiệt
độ và áp suất rất cao (5000 K và 50000kPa) đạt được trong bong bóng nổ.
Hiện tượng xâm thực khí mở đầu cho rất nhiều phản ứng do có sự hình thành
các ion tự do trong dung dịch; thúc đẩy phản ứng hóa học nhờ có sự trộn lẫn
các chất phản ứng với nhau; hỗ trợ chiết xuất các chất tan như enzyme từ tế
bào động vật, thực vật, nấm men hay vi khuẩn; tách virus ra khỏi tế bào bị
nhiễm. (Suslick Ks,1988).

Sinh viên: NguyễnThị Tình

13


Hình 1.7 Hình Quá trình hình thành, phát triển và vỡ tung của bọt khí

Tác động cơ sở của sóng siêu âm lên một môi trường lỏng liên tục là do tác
động của một áp suất âm thanh (Pa) và một áp suất thủy tĩnh sẵn có trong
môi trường. Áp suất âm thanh là sóng dạng sin, phụ thuộc vào thời gian (t),
tần số (f) và biên độ áp suất lớn nhất của sóng (Pa
sin(2πft). Biên độ áp suất lớn nhất của sóng (Pa

max)

max),

P a = Pa

max

x

tỷ lệ thuận với năng

lượng đầu vào của nguồn phát siêu âm (transducer). Ở cường độ (biên độ)
thấp, sóng áp suất tạo ra sự chuyển động và trộn lẫn bên trong chất lỏng,
được gọi là dòng âm thanh (acoustic streaming). Ở cường độ cao hơn, áp
suất cục bộ trong pha giãn nở của chu kỳ rơi xuống dưới áp suất hơi của
dung dịch, các bong bóng không chịu được áp suất bên trong và cuối cùng
bong bóng nổ tung tạo ra sự cân bằng động giữa áp suất bên trong và bên
ngoài chất lỏng. Thông qua hiện tượng này, năng lượng cơ học của sóng
siêu âm được biến đổi và truyền qua dung dịch lỏng.
Hiện tượng vi xoáy: Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất
lỏng sẽ gây nên sự kích thích mãnh liệt. Tại bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha lỏng /
rắn hay khí / rắn, sóng siêu âm gây nên sự hỗn loạn cực độ do tạo thành
những vi xoáy. Hiện tượng này làm tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc

đẩy xảy ra sự khuyếch tán ở một vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường
không đạt được.
Quá trình sủi bong bóng: Sủi bọt khí ổn định là sự sủi bọt khí từ sóng siêu âm
có mức năng lượng thấp tạo ra những bọt khí có kích thước nhỏ và ít thay đổi
trong suốt các chu trình nén và giãn nở. Kết quả là kích thước của bọt khí tăng
Sinh viên: NguyễnThị Tình

14


lên sau mỗi chu trình, sau nhiều chu trình nén và giãn nỡ, bọt khí sẽ đạt kích
thước giới hạn mà năng lượng âm không còn khả năng giữ pha hơi ở bên
trong. Đến chu trình nén tiếp theo, hơi bất chợt ngưng tụ và những bọt khí sẽ
vỡ. Trong suốt quá trình siêu âm, sự sủi bọt khí ổn định có thể trở thành sự sủi
bọt khí nhất thời hay có thể đồng thời xảy ra. [2]
1.4.4. Ứng dụng của sóng siêu âm trong công nghệ thực phẩm
Đối với các thiết bị siêu âm giống nhau thông qua điều chỉnh cường độ
siêu âm hay thời gian siêu âm cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lí nếu
sự thay đổi này được là đáng kể. Nhiệt độ càng cao gây ra các chuyển động
nhiệt hỗn loạn cùng với tác động gây rung động của sóng siêu âm càng làm
hạt dễ dàng bị phá vỡ hơn. Ivana Ljubić Herceg, cho thấy hình thái hạt
nguyên liệu chiết xuất sẽ thay đổi tùy thuộc vào thiết bị sử dụng. Sự thay đổi
cường độ siêu âm trong trường hợp thay đổi 34, 55 và 73 W/cm2 trong cùng
thời gian là 15 phút, theo lý thuyết cường độ siêu âm càng lớn kích thước hạt
nguyên liệu càng giảm nhiều hơn, nhưng thực chất dưới tác động của sóng
siêu âm bên cạnh việc phá vỡ hạt nguyên liệu nó cũng tác động vào các phân
tử nước tạo ra các gốc tự do là H+ và OH-. Các gốc tự do sau đó sẽ thoát ra
ngoài và có khuynh hướng kết hợp với các phân tử hòa tan khác. Wenjian
Cheng cũng tiến hành thí nghiệm điều chỉnh với các bước thời gian khác nhau
và cường độ siêu âm 74W/cm2 cho kết quả trước khi xử lí sóng siêu âm hạt

nguyên liệu gần như còn nguyên vẹn, sau 15 phút siêu âm cho thấy tất cả các
hạt nguyên liệu biến mất. Hầu hết các phân tử sinh học đều nằm trong các tế
bào, để tách chúng bằng cách phá vỡ thành tế bào cho dung môi hòa chất nội
bào và khuếch tán chúng ra môi trường chiết. Hiện nay, nguyên tắc phá vỡ tế
bào chủ yếu bằng phương pháp cơ học và thẩm thấu hóa học. Phương pháp cơ
học phá vỡ vật lý, giải phóng các chất bên trong tế bào vào môi trường xung
quanh. Quá trình phá vỡ tế bào được thực hiện bằng hiệu ứng va chạm của
các tế bào dưới tác dụng của áp suất, dẫn đến sự phá vỡ tế bào, giải phóng các
phần tử bên trong. Phá vỡ tế bào bằng phương pháp cơ học chi phí năng
Sinh viên: NguyễnThị Tình

15


lượng cao. Phương pháp hóa học tách các chất bên trong tế bào vi sinh vật
bằng cách thẩm thấu hóa màng ngăn bên ngoài tế bào. Sử dụng các dung môi
hữu cơ: toluen, ether, benzene, methanol,... tác động để tạo thành các kênh
dẫn qua màng tế bào hoặc sử dụng các men như glycanases beta (1-6) và beta
(1-3), protease và mannase. Các protein cơ bản, như protamine hoặc cationic
polysaccharide chitosan cũng có thể gây thẩm thấu hóa tế bào. Hạn chế chính
của chiết xuất hóa học là tốc độ chiết xuất chậm, giá thành cao và yêu cầu
phải loại bỏ các dung môi chiết tách từ sản phẩm cuối cùng. Nhiều nước
(Đức, Anh, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật, Nga,...) đã ứng dụng hiệu ứng nổ bóng
khí trong nông nghiệp để chiết xuất các hợp chất tự nhiên như: chiết xuất lá,
rễ cây sâm, cây cỏ thảo, nhiều loại cây dược liệu quý (flores crataegi, fructus
crataegi, herba hyperici) với quy mô công nghiệp làm giảm thời gian chiết
xuất 2 đến 3 lần, chỉ sử dụng 50 - 70% lượng dung môi, hiệu suất chiết tách
tăng lên 30 - 50% so với phương pháp chiết truyền thống. Ngày nay các thiết
bị siêu âm công suất lớn ứng dụng chiết xuất trong sản xuất các chế phẩm
sinh học. Ấn Độ đã ứng dụng rộng công nghệ siêu âm để chiết xuất các hợp

chất tự nhiên như actemisin, chè xanh, thực vật... cho thấy chiết xuất nghệ tây
với tỷ lệ chất rắn : dung môi Ethylen dichlorid là 1:5, phương pháp chiết xuất
thông thường ở nhiệt độ 600C sau 4 lần chiết xuất x 3 giờ với tổng thời gian
chiết 12 giờ cho hiệu suất thu hồi dầu đạt 85-90%, khi đó chiết xuất bằng siêu
âm ở nhiệt độ phòng sau 3 lần chiết xuất x 30 phút với thời gian 1 giờ 30 phút
cho hiệu suất thu hồi dầu đạt 90 - 95%. Chiết xuất thanh hao, phương pháp
chiết xuất thông thường với tỷ lệ chất rắn : dung môi n- hexan là 1:6, sau 9
lần chiết xuất x 5 giờ với tổng thời gian chiết 45 giờ cho hiệu suất thu hồi dầu
đạt 85-90%, khi đó chiết bằng siêu âm với tỷ lệ chất rắn : dung môi n- hexan
là 1:8, sau 4 lần chiết xuất x 30 phút với thời gian 2 giờ cho hiệu suất thu hồi
dầu đạt 90 - 95%. Chiết xuất chè xanh ở nhiệt độ phòng có tỷ lệ chất rắn :
dung môi ethyl acetat là 1 : 5, chiết thông thường sau 4 lần chiết xuất x 2 giờ
với tổng thời gian chiết 45 giờ cho hiệu suất thu hồi dầu đạt 65-70%, khi đó
Sinh viên: NguyễnThị Tình

16


chiết bằng siêu âm sau 3 lần chiết xuất x 30 phút với 1 giờ 30 phút cho hiệu
suất thu hồi dầu đạt 85 - 90% % (Sulman M.G & Cs, 2000), các kết quả cho
thấy chiết xuất bằng siêu âm có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp thông
thường không sử dụng nhiệt, số lần chiết ít hơn nên tiết kiệm được dung môi,
tỷ lệ thu hồi cao hơn. Cơ chế của sóng siêu âm giúp làm tăng khả năng chiết
xuất của các quy trình chiết xuất truyền thống, là dựa trên tạo một áp lực lớn
xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào vật liệu, tăng khả năng truyền
khối tới bề mặt phân cách, phá vỡ thành tế bào trên bề mặt và bên trong của
vật liệu, thoát chất tan được dễ dàng.

Sinh viên: NguyễnThị Tình

17