xây dựng quy trình sản xuất dầu thô giàu hoạt chất sulforaphene từ hạt mầm cải củ (rhaphanus sativus l )

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN HỒNG NHUNG

XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT DẦU THÔ GIÀU
HOẠT CHẤT SULFORAPHENE TỪ HẠT MẦM CẢI CỦ
(RHAPHANUS SATIVUS L.)
Chuyên ngành:

Công nghệ thực phẩm

Mã số:

60.54.01.03

Người hướng dẫn khoa học:

1. TS. Hoàng Hải Hà
2. TS. Bành Như Cương

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ
lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin được trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Nhung

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết
ơn sâu sắc đến TS. Hoàng Hải Hà – Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp
Việt Nam; TS. Bành Như Cương, TS. Trần Hữu Thị, ThS. Phạm Thị Mai - Viện nghiên
cứu thực phẩm chức năng đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo
điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ
môn Hóa sinh – Công nghệ sinh học thực phẩm, Khoa Công nghệ thực phẩm – Học viện
Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và
hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Hồng Nhung

ii


MỤC LỤC

Lời cam đoan ...........................................................................................................................i
Lời cảm ơn ............................................................................................................................. ii
Mục lục ................................................................................................................................ iii
Danh mục chữ viết tắt .............................................................................................................v
Danh mục bảng ................................................................................................................ vi
Danh mục hình ..................................................................................................................... vii
Trích yếu luận văn .............................................................................................................. viii
Thesis abstract .................................................................................................................. x
Phần 1. Mở đầu .....................................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề.................................................................................................................1

1.2.

Mục đích – yêu cầu ..................................................................................................2

1.2.1.

Mục đích ...................................................................................................................2

1.2.2.

Yêu cầu .....................................................................................................................2

Phần 2. Tổng quan tài liệu ..................................................................................................3
2.1.

Tổng quan về họ cải .................................................................................................3

2.2.

Dầu hạt cải ................................................................................................................4

2.2.1.

Tính chất hoá lý và thành phần axit béo của dầu hạt cải ........................................4

2.2.2.

Vai trò của dầu hạt cải đối với đời sống con người ................................................5

2.2.3.

Các phương pháp sản xuất dầu hạt cải ....................................................................6

2.3.

Giới thiệu chung về sulforaphene ..................................................................... 10

2.3.1.

Sự hình thành, cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của sulforaphene ............. 10

2.3.2.

Tính chất dược lý có lợi cho sức khỏe của Sulforaphene ................................. 14

2.3.3.

Cơ chế tác dụng của Sulforaphene ................................................................... 16

2.3.4.

Tính an toàn của Sulforaphene ......................................................................... 17

2.3.5.

Tình hình nghiên cứu công nghệ tách chiết và thu nhận hoạt chất
sulforaphene ...........................................................................................................17

Phần 3. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu ............................................21
3.1.

Đối tượng, vật liệu nghiên cứu ..............................................................................21

3.1.1.

Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................21

3.1.2.

Thiết bị, dụng cụ, hóa chất.....................................................................................21
iii


3.1.3.

Địa điểm và thời gian nghiên cứu..........................................................................22

3.2.

Nội dung nghiên cứu ..................................................................................................

3.3.

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 26

3.3.1.

Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................... 26

3.3.2.

Phương pháp xác định hoạt chất Sulforaphene ................................................ 30

3.3.3.

Phương pháp xử lý số liệu .....................................................................................31

Phần 4. Kết quả và thảo luận ............................................................................................32
4.1.

Ảnh hưởng của thời gian nảy mầm đến hàm lượng sulforaphene trong hạt
mầm cải ..................................................................................................................32

4.2.

Xác định các điều kiện kỹ thuật tách chiết sulforaphene từ hạt mầm
cải củ.......................................................................................................................35

4.2.1.

Ảnh hưởng của loại dung môi đến khả năng tách Sulforaphene từ hạt mầm
cải củ.......................................................................................................................35

4.2.2.

Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến khả năng tách
Sulforaphene từ hạt mầm cải củ ............................................................................36

4.2.3.

Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến khả năng tách Sulforaphene từ hạt mầm
cải củ.......................................................................................................................38

4.2.4.

Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến khả năng tách Sulforaphene từ hạt
mầm cải củ trong sản xuất dầu thô ........................................................................39

Phần 5. Kết luận và kiến nghị ...........................................................................................43
5.1.

Kết luận ..................................................................................................................43

5.2.

Kiến nghị ......................................................................................................... 43

Tài liệu tham khảo ................................................................................................................45
Phụ lục ................................................................................................................................48

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

CK

:

Chất khô

DNA

:

Deoxyribonucleic acid

DMSO

:

Dimethyl sulfoxide

DW

:

Dry Weight

ESP

:

Epithiospecifier protein

FDA

:

Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ

GGCS

:

4γ-glutamylcysteine synthetase

GLS

:

Glucosinolate

GST

:

Glutathione transferase

HCCLH

:

Hợp chất chứa lưu huỳnh

HPLC

:

Hight Performance Liquid Choromatography

ITC

:

Isothiocyanate

PCOOH

:

Phosphatidyl choline-hydroperoxide

RA

:

Rheumatoid Arthritis

SCO2

:

Supercritical CO2

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các chỉ số hóa lý đặc trưng của dầu hạt cải ................................................... 4
Bảng 2.2. Thành phần axit béo trong dầu hạt cải.................................................................5

Bảng 2.3. Một số ITCs đã được nghiên cứu về hoạt tính chống ung thư .........................12
Bảng 4.1. Ảnh hưởng của thời gian nảy mầm đến hàm lượng Sulforaphene trong
hạt mầm cải củ Đà Lạt (A) và hạt mầm cải củ phía Bắc (B) ............................33
Bảng 4.2. Ảnh hưởng của loại dung môi đến khả năng tách Sulforaphene từ hạt
mầm cải củ Đà Lạt (A) và hạt mầm cải củ phía Bắc (B) ..................................35
Bảng 4.3 . Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến khả năng tách
Sulforaphene từ hạt mầm cải củ Đà Lạt (A) và hạt mầm cải củ phía Bắc
(B) .......................................................................................................................37
Bảng 4.4. Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến khả năng tách Sulforaphene từ hạt
mầm cải củ Đà Lạt (A) và hạt mầm cải củ phía Bắc (B) ..................................38
Bảng 4.5. Ảnh hưởng thời gian trích ly đến khả năng tách Sulforaphene từ hạt
mầm cải củ Đà Lạt (A) và hạt mầm cải củ phía Bắc (B) ..................................40

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Quá trình chuyển hóa Glucoraphenin thành Sulforaphene trong thực vật .......10
Hình 2.2. Công thức hoá học chung của glucosinolate ....................................................11
Hình 2.3. Một số sản phẩm thuỷ phân của Glucosinolate ........................................... 11
Hình 2.4. Cấu trúc hoá học chung của isothiocyanate ......................................................12
Hình 2.5. Cơ chế của glucosinolate khi xúc tác bởi enzyme myrosinase .........................13
Hình 2.6. Cấu trúc hóa học của sulforaphene ....................................................................14
Hình 3.1. Quy trình tổng quát công nghệ sản xuất dầu thô bằng phương pháp
trích ly ........................................................................................................... 26
Hình 3.2. Sắc ký đồ chất chuẩn Sulforaphene nồng độ 100 µg/mL .................................31
Hình 3.3. Đường chuẩn Sulforaphene ...............................................................................31
Hình 4.1. Quy trình sản xuất dầu thô giàu hoạt chất Sulforaphene từ hạt mầm
cải củ ............................................................................................................. 41

vii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Nguyễn Hồng Nhung
Tên luận văn: “Xây dựng quy trình sản xuất dầu thô giàu hoạt chất Sulforaphene
từ hạt mầm cải củ (Rhaphanus sativus L.)”.
Ngành: Công nghệ thực phẩm

Mã số: 60.54.01.03

Cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Xây dựng quy trình kỹ thuật sản xuất dầu thô giàu hoạt chất Sulforaphene từ hạt
mầm cải củ.
Phương pháp nghiên cứu
- Vật liệu nghiên cứu: hạt cải củ Đà Lạt và hạt cải củ phía Bắc
- Phương pháp bố trí thí nghiệm:
+ Xác định thời gian nảy mầm thích hợp nhằm thu lượng Sulforaphene cao nhất
trong hạt mầm cải củ: Hạt cải củ Đà Lạt và cải củ phía Bắc được cho nảy mầm ở 25oC
trong các thời gian khác nhau: hạt chưa nảy mầm (0 giờ), 24 giờ, 48 giờ, 72 giờ, 96 giờ,
120 giờ.
+ Đánh giá ảnh hưởng của loại dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ,
thời gian đến quá trình tách chiết Sulforaphene
 Ảnh hưởng của loại dung môi: Chiết mẫu bằng 3 loại dung môi khác nhau:
ethanol, diclometan, etyl acetate.
 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu: Chiết mẫu bằng dung môi hữu cơ
với 7 tỷ lệ khác nhau: 2/1, 3/1, 4/1, 5/1, 6/1, 7/1, 10/1.
 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết: Chiết mẫu bằng dung môi hữu cơ ở 7 nhiệt độ

khác nhau: 20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC, 80oC.
 Ảnh hưởng của thời gian chiết: Chiết mẫu bằng dung môi hữu cơ trong thời gian
khác nhau: 10 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút, 180 phút.
- Phương pháp phân tích: Xác định hàm lượng Sulforaphene bằng hệ thống High
– performance liquid chromatography (HPLC).
- Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: sử dụng phần mềm Microsoft Excel và
Minitab 16.

viii


Kết quả chính và kết luận
- Hàm lượng Sulforaphene trong hạt mầm cải củ thay đổi theo thời gian nảy mầm
của hạt. Sau 48 giờ nảy mầm, hạt mầm cải củ cho hàm lượng Sulforaphene cao nhất. Vì
vậy lựa chọn thời gian nảy mầm hạt cải củ của cả hai giống là 48 giờ.
- Các yếu tố loại dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ và thời gian có
ảnh hưởng đến quá trình chiết Sulforaphene từ hạt mầm cải củ của cả hai giống cải củ
Đà Lạt và phía Bắc. Điều kiện tối ưu để tách chiết Sulforaphene từ mầm hạt cải củ của
cả hai giống là dung môi diclometan với tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 6/1, ở nhiệt độ
50oC trong thời gian 120 phút. Hàm lượng Sulforaphene đạt được ở điều kiện đó là
3,41±0,03 mg/g CK đối với giống hạt cải Đà Lạt và 3,41±0,01 mg/g CK đối với giống
hạt cải củ phía Bắc.

ix


THESIS ABSTRACT

Master candidate: Nguyen Hong Nhung
Thesis title: “Development of a process for production of crude oil rich in

Sulforaphene from germinated radish seeds (Rhaphanus sativus L.)”.
Major:

Food technology

Code: 60.54.01.03

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
Development of a procedure for producing, processing raw materials and crude
oils rich in Sulforaphene from germinated radish seeds.
Materials and Methods
- Materials: The radish seeds gathered in Da Lat Province and the North Viet Nam
- Methods of experimental arrangement:
+ Determination of the the best sprout age (after the seed incubation) affording the
highest content of Sulforaphene: the seeds of both radid cultivars
+ Establishment the technical parameters of oil extraction: Evaluation of the
influence of solvents and material/solvent ratio, extraction temperature and time on the
oil yields and Sulforaphene content.
 Solvent choice: Extraction is performed with 3 solvent separately: ethanol,
dichlorometane and ethyl acetate.
 Solvent/material ratio (v/w): Each solvent is tested at the following
solvent/material ratios (v/w): 2/1, 3/1, 4/1, 5/1, 6/1, 7/1, 10/1.
 Influence of extraction temperature: The materials are extracted by each of all
the tested organic solvents at the temperatures of 20oC, 30oC, 40oC, 50oC, 60oC, 70oC,
80oC.
 Determination of the optimal extraction time: Likewise, the test experimental
periods of time are 10, 30,60, 90, 120, 150 and 180 minutes.
- Method of analysis: Sulforaphene is quantitavely determined by highperformance liquid chromatography (HPLC).
- Statistical Methods and Data Processing: The data are processed by the

Microsoft Excel and Minitab 16.

x


Main findings and conclusions
- The content of Sulforaphene obviously varies with the sprout age: at the point of
48h after germination it reaches the highest.
- By the above extraction trials for choice of the solvent, solvent/material ration
(v/w), extraction temperature and time, the best extraction way for getting
sulphoraphen-rich oils from the sprouts of both tested radish cultivars (one from Da Lat
and the other from North Vietnam) is finally established as follows: Solvent –
dichlorometane; solvent/material ratio (v/w) – 6 to 1; extraction temperature – 50oC,
extraction time – 120 mins. In this way of extraction, the content of sulphoraphen in the
obtained crude radish oils reached 3.41±0.03 mg/gDW for the radish cultivar of Da Lat
and 3.41±0.01 mg/gDW for that of the North Vietnam.

xi


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cũng như ở hầu hết các nước trên thế giới, tại Việt Nam, các loài cây
thuộc họ Cải (hay họ Thập tự/Hoa Thập tự) rất phong phú, đa dạng loài, dồi dào
về sản lượng nhưng chủ yếu chỉ được dùng làm rau ăn.
Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện trong loài Cải có mặt một số hợp
chất chứa lưu huỳnh (HCCLH) có những tác dụng sinh học quý giá như chống
oxi hóa, phòng chống ung thư, viêm loét dạ dày, tá tràng do vi khuẩn
Helicobacter pylori,… (Faley et al, 2002). Trong đó, nổi bật nhất là
Sulforaphane có nhiều trong súp lơ xanh và Sulforaphene chủ yếu trong hạt mầm

cải củ. Bởi ngoài các tác dụng sinh học như các HCCLH khác, Sulforaphane và
Sulforaphene còn có tác dụng đặc biệt là phòng chống thoái hóa hoàng điểm,
phòng chống đột quỵ. Các công trình khoa học trên thế giới mới chỉ tập trung
nghiên cứu xác định Sulforaphane trong mầm và hoa súp lơ xanh, trong khi
hạt mầm cải củ có chứa lượng lớn Sulforaphene, có tác dụng phòng vệ hóa
học mạnh hơn súp lơ xanh đến 4 – 5 lần lại chưa được quan tâm nghiên cứu
(O’Hare et al, 2011).
Chúng tôi lựa chọn cải củ Việt nam (Raphanus sativus L.) làm đối tượng
nghiên cứu, bởi loài này được trồng khắp mọi miền, chiếm tỷ trọng lớn trong
nhóm thực phẩm “rau cải”, và chủ yếu dùng củ (phần thân rễ), là bộ phận cho
đến nay chưa có tài liệu nào công bố có chứa Sulforaphene. Trong khi, hạt cải
củ Việt Nam được dự đoán có thể giàu Sulforaphene lại chỉ mới được dùng
làm hạt giống. Giá trị thực phẩm, tác dụng sinh học liên quan đến HCCLH nói
chung và Sulforaphene nói riêng chưa được quan tâm nghiên cứu, khai thác
và sử dụng.
Mặt khác, cũng như hầu hết các hợp chất hóa thực vật khác, hàm lượng
Sulforaphene trong cây biến động theo thời kỳ sinh trưởng, phát triển và hình
thành, tích lũy, phân bố ở những bộ phận khác nhau của cây, thường chỉ tập
trung và thực sự tạo nên giá trị ở một số bộ phận nhất định. Nghiên cứu, khảo sát
các biến động đó là nhiệm vụ của đề tài nhằm bước đầu đưa ra căn cứ đề xuất về
trồng trọt, lựa chọn bộ phận và thời điểm thu hoạch mang lại giá trị mong muốn.
Qua tham khảo tài liệu và khảo sát sơ bộ, đối tượng nghiên cứu cụ thể được lựa
chọn là hạt mầm cải củ.

1


Cuối cùng, về dạng sản phẩm tiêu dùng, ngoài dạng rau ăn (nguyên liệu
thô) thông thường, để tăng giá trị “chức năng” (có lợi cho sức khỏe), sản phẩm
đã được nghiên cứu khai thác và sử dụng. Tác dụng sinh học của các hợp chất

chứa lưu huỳnh nói chung và Sulforaphene nói riêng đã định hướng chúng tôi
bước đầu nghiên cứu, tiến tới khai thác hiệu quả nhất giá trị làm thuốc của
Sulforaphene hạt cải củ Việt Nam, dưới dạng dầu hạt cải, bắt đầu bằng “Xây
dựng quy trình kỹ thuật sản xuất dầu thô giàu hoạt chất Sulforaphene từ hạt
mầm cải củ (Raphanus sativus L.)”.
1.2. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
1.2.1. Mục đích
Xây dựng quy trình kỹ thuật sản xuất dầu thô giàu hoạt chất Sulforaphene
từ hạt mầm cải củ.
1.2.2. Yêu cầu
 Xác định thời gian nảy mầm thích hợp thu hạt cải nảy mầm có hàm lượng
Sulforaphene cao nhất làm nguyên liệu chế biến dầu thô giàu hoạt chất
Sulforaphene.
 Xác định được các điều kiện chiết tách Sulforaphene thích hợp từ hạt mầm
cải củ.

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TỔNG QUAN VỀ HỌ CẢI
Họ Cải (Brassicaceae), còn gọi là họ Thập tự (Cruciferaceae), là một họ
thực vật có hoa, gồm một số loài có tầm quan trọng về mặt kinh tế, cung cấp
nhiều loại rau về mùa đông trên khắp thế giới. Trong tiếng Việt, hầu hết các loại
cây trồng trong họ này đều mang yếu tố phân loại là “Cải”: cải củ, cải củ Thụy
Điển, cải canh, cải xanh, cải trắng, cải chíp, cải ngọt, cải thìa, cải bẹ, cải bẹ vàng,
cải bắp, cải bắp trắng, cải xoong, cải dầu, cải làn, cải ngựa, cải xoăn, cải xoăn
nước mặn, cải bông xanh,…
Trước đây, họ này được gọi là Họ Thập tự hay Họ Hoa Thập tự
(Cruciferaceae) do bốn cánh hoa hợp thành hình chữ thập (thập tự). Hiện nay tên

này (Cruciferae) vẫn được công nhận là hợp thức (Điều 18.5 của ICBN (Quy tắc
St Louis)). Tên Brassicaceae có nguồn gốc từ tên chi điển hình của họ là chi
Brassica.
Họ Brassicaceae có quan hệ “hóa phân loại” với họ Bạch hoa
(Capparaceae) với đặc trưng là các thành viên của chúng đều sản sinh các hợp
chất glucosinolate có mùi hăng đặc trưng của rau cải. Gần đây, theo định nghĩa
truyền thống, Capparaceae được coi là cận ngành với họ Brassicaceae (Hall et
al, 2002). Trong số các chi gần gũi, chi Cleome có quan hệ họ hàng gần nhất với
họ Brassicaceae. Vì thế, Hệ thống phân loại sinh học thực vật APG II đã hợp cả
hai họ này thành một họ lớn dưới tên Brassicaceae. Các hệ thống phân loại khác
vẫn tiếp tục công nhận họ Capparaceae nhưng với định nghĩa chặt chẽ hơn, hoặc
đưa cả chi Cleome và các chi gần của nó sang họ Brassicaceae, hoặc tách chúng
thành một họ riêng là Cleomaceae. Trên website của APG, chúng được ghi nhận
thành 3 họ riêng biệt.
Họ này bao gồm các loài cây thân thảo có chu kỳ sống là một, hai năm
hay lâu năm. Các thành viên trong họ chủ yếu có các lá mọc so le (ít khi mọc
đối). Phần lớn các loài có hợp chất Glucosinolate có mùi hăng đặc trưng vốn
thường gắn liền với các loại rau cải.
Tầm quan trọng của họ Cải trong việc cung cấp rau cho con người đã dẫn
tới việc tạo giống chọn lọc trong suốt chiều dài lịch sử. Brassica oleraceae, một
3


loài cây hoang dại ở khu vực Địa Trung Hải và châu Âu ven Đại Tây Dương, là
tổ tiên của cải bắp, cải brussels, cải bông xanh, su hào, súp lơ, cải xoăn và gần
đây nhất là súp lơ bông xanh, một loại cây lai ghép giữa cải bông xanh và súp lơ.
Cải củ (Raphanus sativus L.) là một loại rau ăn củ thuộc họ Cải, được
thuần hóa ở châu Âu từ thời kỳ tiền La Mã (Roman). Hiện nay cải củ được trồng
và sử dụng trên khắp thế giới. Cải củ có nhiều thứ khác nhau, khác biệt về kích
thước, màu sắc và mùa vụ. Một vài thứ cải củ được trồng để lấy hạt dùng trong

chế biến dầu hạt cải.
Hiện nay, có 2 loại cải củ chính được dùng phổ biến, đó là củ cải
trắng (mùa đông) và củ cải đỏ (xuân hoặc hè). Củ cải trắng thường có hình dáng
dài, nhỏ chứ không tròn như củ cải đỏ...
Ngoài ra ở Việt Nam, củ cải trắng còn là một vị thuốc chữa bệnh. Theo Đông
y, củ cải tươi sống có vị cay, tính mát, củ cải nấu chín có vị ngọt, tính bình, quy kinh
phế và vị, có công dụng chữa một số bệnh đường hô hấp, tiêu hóa, tiết niệu,...
2.2. DẦU HẠT CẢI
2.2.1. Tính chất hoá lý và thành phần axit béo của dầu hạt cải
Dầu hạt cải thường được thu nhận bằng phương pháp ép. Ở điều kiện
thường, dầu hạt cải ở dạng lỏng, có màu vàng trong, được sử dụng nhiều trong
sản xuất thực phẩm và dược phẩm. Dầu hạt cải được xem là thức ăn rất tốt, dễ
đồng hoá đối với cơ thể con người.
Dầu hạt cải không tan trong nước, dễ tan trong dung môi hữu cơ như ete
petrol, n- hecxan,…. Các chỉ số hóa lý đặc trưng của nó được trình bày ở bảng 2.1.
Bảng 2.1. Các chỉ số hóa lý đặc trưng của dầu hạt cải
TT

Chỉ số

Đơn vị

Kết quả

-

0,916

1

Tỷ trọng d415

2

Chỉ số axit

mg KOH/g dầu

0,20

3

Chỉ số iôt

g I2/100g

105 - 120

4

Chỉ số xà phòng

mg KOH/g

183

5

Điểm nóng chảy

0

C

(-2) – 0

6

Thành phần không xà phòng hóa

%

0,6 - 1,3

Nguồn: Vũ Thị Đào và Đào Thị Nguyên (1999)

4


Dầu hạt cải được đánh giá là một trong những loại dầu ăn tốt nhất cho tim
mạch nhờ có chứa các axit béo omega- 3, omega-6 có lợi cho sức khỏe. Trong
dầu hạt cải có chứa rất ít các axit béo no. Thành phần các axit béo trong dầu hạt
cải được trình bày trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Thành phần axit béo trong dầu hạt cải
TT

Thành phần axit béo

Đơn vị

Kết quả

1

Axit Oleic, C18: 1

%

13,5

2

Axit Linoleic, C18: 2

%

17

3

Axit Alpha- linolenic, C18:3

%

7,5

4

Axit stearic, C18:0

%

2

5

Axit palmitic, C16:0

%

3,37

Nguồn: Vũ Thị Đào và Đào Thị Nguyên (1999)

2.2.2. Vai trò của dầu hạt cải đối với đời sống con người
Dầu hạt cải (canola) là loại dầu ăn đạt mức tiêu thụ đứng thứ ba trên thị
trường thế giới. Đã từ lâu dầu hạt cải được dùng làm nguyên liệu sản xuất
Margarin, các chất béo dùng để làm bánh, để chiên, đặc biệt trong việc làm các
món ăn chiên giòn Snack. Ngoài ra, dầu củ cải còn được sử dụng trực tiếp như
một loại dầu chiên xào. Các sản phẩm thực vật có thể được tạo ra từ dầu hạt cải
bao gồm: Margarin, Shortening, Mayonaise, mỳ chiên, bánh bích quy, sôcôla,
dầu ăn và các chất béo chuyên dùng. Dầu hạt cải được đánh giá cao nhờ đặc tính
ổn định ở nhiệt độ cao, ít bị ôi khét (do oxy hóa) và không nhựa hóa (chống
polyme hoá) nên nó rất thích hợp để làm dầu chiên xào, kéo dài thời gian sử dụng
của thực phẩm. Hơn nữa, cũng giống như những loại dầu thực vật khác, dầu hạt
cải không chứa cholesterol, nhưng khác biệt với các loại khác là cần rất ít hoặc
không cần xử lý hoá chất, có thể được sử dụng ở trạng thái tự nhiên cho nhiều
ứng dụng trong thực phẩm, không cần qua hydro hoá. Đó là đặc điểm quí giá, ưu
việt của dầu hạt cải. Bởi gần đây các loại dầu hydro hoá bị khuyến cáo không nên
dùng vì các axit béo dạng trans tạo ra do hydro hóa có hại cho sức khoẻ.

Ngoài ứng dụng trong thực phẩm, dầu hạt cải còn được ứng dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp khác như làm dầu đốt, mực, sơn, mỹ phẩm, xà
phòng và các sản phẩm hoá dầu khác như các axit béo. Mặt khác, khô dầu của cải
dầu sau khi ép được dùng làm nước chấm, làm thức ăn gia súc.

5


Dầu hạt cải còn chứa một lượng Vitamin E dồi dào và khi chưa tinh luyện
nó có chứa một lượng lớn Vitamin A, β- caroten. Do đó, sử dụng dầu hạt cải thay
thế dầu, mỡ chiên xào làm tăng cholesterol như bơ, các chất béo góp phần phòng
ngừa, ngăn chặn ung thư, tăng lưu thông máu, làm giảm nguy cơ mắc các bệnh
về tim mạch.
Năm 2006, theo Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phầm Mỹ (FDA), chất
béo không bão hòa có trong dầu hạt cải giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim
mạch vì chúng làm giảm lượng LDL - cholesterol có hại và khuyến cáo người
dân nên dùng 1,5 muỗng dầu hạt cải trong thực phẩm hằng ngày.
Gần đây, hệ thống thức ăn nhanh nổi tiếng thế giới McDonald's đã chuyển
sang sử dụng dầu hạt cải. Chuyên gia dinh dưỡng nổi tiếng Ellie Krieger của Mỹ
cũng sử dụng dầu hạt cải trong các công thức nấu ăn của mình, để đảm bảo chất
lượng thực phẩm và sức khỏe cho người tiêu dùng.
Ngoài ra, dầu hạt cải còn được sử dụng để sản xuất dầu diesel sinh học,
dùng cho các động cơ. Diesel sinh học được làm từ các nguồn tái tạo vừa không
độc vừa có thể giúp giảm thải khí nhà kính, thân thiện với môi trường hơn hẳn
các loại nhiên liệu khác (Trần Thúy, 2013).
2.2.3. Các phương pháp sản xuất dầu hạt cải
Trong công nghệ khai thác dầu thực vật hiện nay, hai phương pháp thường
được sử dụng là ép và chiết tách (bằng dung môi hữu cơ). Mỗi phương pháp đều
có những ưu, nhược điểm riêng. Ngoài ra, có thể sử dụng phương pháp enzyme
và phương pháp chiết CO2 siêu tới hạn. Lựa chọn phương pháp thích hợp tuỳ

thuộc vào loại nguyên liệu và tính chất của sản phẩm dầu.
2.2.3.1. Phương pháp ép dầu
Khi ép, dưới tác dụng của ngoại lực, cả liên kết giữa các phân tử trong
khối dầu cũng như giữa chúng với các thành phần khác trong nguyên liệu bị phá
vỡ, kéo theo nhiều quá trình biến đổi, chủ yếu là cơ học. Có thể chia ra làm hai
quá trình chủ yếu:
a. Quá trình xảy ra đối với phần dầu
Quá trình xảy ra đối với phần dầu là quá trình làm thoát dầu ra khỏi các
khe vách giữa các bề mặt bên trong cũng như bên ngoài. Dưới tác động của lực
nén cơ học, các phần tử chứa dầu bắt đầu biến dạng. Các khoang, khe chứa dầu

6


bị hẹp dần, dầu bị dồn lại. Khi đạt đến độ dày nhất định, dầu thoát ra, chảy thành
những “đường dòng” theo các khe thông. Lớp dầu nằm sát vách khe bị dính lại,
hãm lại, tốc độ chảy chậm. Những lớp dầu xa vách khe linh động hơn, tốc độ
“đường dòng” cao hơn. Tốc độ thoát dầu trung bình phụ thuộc vào độ nhớt của
dầu và áp lực gây chảy (lực ép). Độ nhớt càng thấp và áp lưc ép càng lớn, dầu
thoát ra từ các khoang, khe càng nhanh. Độ nhớt cao chỉ làm chậm chứ không
làm ngăn cản sự thoát dầu. Nói chung, đoạn đường chảy dầu càng dài, dầu thoát
ra càng chậm. Sau khi phần lớn lượng dầu trong các ống thoát ra, đường kính
“ống” bị nhỏ hẹp dần. Khi các phần tử không thể tiếp tục biến dạng thêm nữa,
dầu cũng không thoát ra được cho dù lực ép có tăng lên. Lượng dầu còn lại trong
khô dầu là do bị “hấp thụ”, bị kết dính vững chắc, không thể “chảy” dưới bất kể
lực ép nào, nên không thể thu được bằng ép. Đó là hàm lượng dầu đặc trưng của
khô dầu.
b. Quá trình xảy ra đối với phần rắn
Khi các phần tử trong nguyên liệu bắt đầu bị biến dạng, áp lực nén tăng
lên sẽ làm tăng sự biến dạng. Đến một lúc, các phân tử bị ép sát nhau đến mức cố

kết chặt chẽ với nhau, chống chịu được áp lực bên ngoài, sự biến dạng sẽ không
xảy ra nữa. Nếu trong các khe vách không còn dầu có thể tăng áp lực đến mức
các phần tử nguyên liệu dính chặt nhau lại, cố kết, tạo thành khối chắc. Nhưng
thực tế, về cơ khí, áp lực chỉ đạt đến một giới hạn nhất định, nhất là đối với loại
máy ép thủ công. Một lượng nhỏ dầu còn nằm lại ở chỗ tiếp giáp giữa các phần
tử rắn, nên khô dầu vẫn có tính xốp. Đặc biệt, khi ra khỏi khuôn ép, tính xốp lại
tăng lên bởi sự giãn nở do được giải nén.
Trong quá trình ép, lực nén càng cao các phần tử rắn biến dạng càng
nhiều, dầu thoát ra càng nhanh và càng kiệt. Tuy nhiên, tăng lực ép làm tăng tốc
độ dòng dầu, tăng chảy dầu, các “ống” dẫn dầu hẹp lại nhanh chóng, tăng trở lực
đối với các dòng dầu, đường thoát dầu dần bị bịt kín. Hiện tượng này xảy ra đặc
biệt rõ rệt trong trường hợp ép bằng các loại máy ép thủ công và máy ép thủy lực
vì nguyên liệu ép luôn luôn ở trạng thái tĩnh, không được đảo trộn. Nghĩa là, đối
với một máy ép nhất định, đối với mỗi loại nguyên liệu, có một lực ép tối ưu.
Vượt qua giá trị đó, tiếp tục tăng áp lực không làm tăng hiệu quả tách dầu. Đối
với máy ép thủ công, khi áp lực đạt đến mức nhất định, tốc độ chảy dầu cao, tiếp
tục tăng áp lực, dầu tiếp tục chảy ra, nhưng khi áp lực tăng quá giới hạn chảy
dầu, dầu cũng không thoát ra nữa, mặc dù vẫn còn dầu trong nguyên liệu. Đối với
7


máy ép vít liên tục, lực ép tăng dần đến giới hạn thích hợp, nhờ nguyên liệu luôn
được đảo trộn, hiện tượng tắc “ống” chảy dầu hầu như không xảy ra, tạo điều
kiện cho quá trình thoát dầu nhanh hơn.
Do vậy, quá trình ép dầu (hiệu suất ép) phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
- Loại thiết bị ép: ép thủ công, ép thủy lực hay máy ép vít liên tục;
- Phương thức ép: ép kiệt 01 lần hay ép kiệt 02 lần;
- Đặc tính tự nhiên, cơ học của nguyên liệu ép như kích thước hạt, nhiệt
độ, độ ẩm, tính dẻo, tính đàn hồi. Các đặc tính này phụ thuộc vào khâu chuẩn bị
nguyên liệu như cắt, xay, nghiền, tán, tẩm, hấp, chưng, sấy … để đảm bảo

nguyên liệu có thích hợp cho quá trình thoát dầu (Ngô Xuân Dũng, 2012).
2.2.3.2. Phương pháp chiết tách dầu bằng dung môi hữu cơ
Nguyên liệu trước khi đưa vào chiết tách cần qua sơ chế tạo điều kiện thuận
lợi cho quá trình chiết. Tùy theo độ xốp và khả năng thâm nhập của dung môi
chiết mà nguyên liệu có thể nghiền nhỏ hoặc không. Do nước có tính “kỵ dầu”,
ngược lại các dung môi chiết hữu cơ lại “thân dầu”, hàm lượng nước cao sẽ cản
trở và làm giảm hiệu quả chiết. Cho nên nguyên liệu chiết dầu thường được sấy
khô hoặc phơi khô. Nhiệt độ và thời gian sấy có ảnh hưởng đáng kể tới chất
lượng dầu chiết được. Vì vậy, cần xác định nhiệt độ và thời gian sấy thích hợp để
tránh gây biến chất sản phẩm chiết và cả các thành phần khác trong nguyên liệu
gây cản trở quá trình chiết, làm giảm chất lượng sản phẩm.
Cần khảo sát lựa chọn dung môi thân dầu thích hợp đồng thời xác lập
phương pháp trích ly xác định các yếu tố ảnh hưởng, lựa chọn thông số kỹ thuật
tối ưu bao gồm: Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian, số lần trích ly
(Vũ Thị Đào và Đào Thị Nguyên, 1999).
2.2.3.3. Phương pháp enzyme
Phương pháp tách dầu bằng enzyme đã thực hiện đối với một số loại dầu
thực vật như dầu dừa, dầu hướng dương, đậu tương,...
Sử dụng enzyme để phá hủy thành tế bào (thay cho tác động cơ hoặc
nhiệt) tạo thuận lợi cho dầu thoát ra. Một số loại enzyme được sử dụng chủ yếu
là loại có tác dụng cellulolytic, hemicellulolytic phân giải polysaccharide
(cellulose và tinh bột) như amylase, glucanase, pectinase và phân giải protein
như protease.

8


Ngoài bản chất loại nguyên liệu có dầu, các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình xử lý enzyme để tách dầu ra khỏi nguyên liệu bao gồm: nhiệt độ, pH, tỷ lệ
enzyme/nguyên liệu, thời gian,...

Cho đến nay, ở Việt Nam mới chỉ mới nghiên cứu khảo sát quá trình trích
ly dầu màng gấc bằng phương pháp enzyme qui mô phòng thí nghiệm, sử dụng
các loại enzyme: Viscozym, Pectinex, Cellulast, Alcalase. Một số loại enzyme có
tác dụng phá vỡ các mô thực vật, thuỷ phân một số chất không tan, làm giảm độ
nhớt của nguyên liệu màng gấc, giúp quá trình tách dầu dễ dàng và nâng cao hiệu
suất. Tuy nhiên, công trình chưa được áp dụng thực tiễn bởi sử dụng enzyme
không thích hợp đối với việc chiết dầu màng gấc, thậm chí không thật cần thiết,
vì trong màng gấc thành phần cellulose, tinh bột không cao, ít ảnh hưởng tới quá
trình thoát dầu. Trong khi, giá các loại enzyme thuỷ phân rất cao, chi phí sản xuất
lớn (Ngô Xuân Dũng, 2012).
2.2.3.4. Các phương pháp khác
Ngoài các phương pháp nêu trên, hai phương pháp mới có triển vọng
trong công nghệ khai thác dầu thực vật là trích ly bằng CO2 siêu tới hạn (SCO2)
và ép thủy lực có bổ sung CO2 lỏng. Trong phương pháp trích ly bằng CO2 siêu
tới hạn, dầu được hòa tan trong CO2 lỏng trước khi tách ra khỏi nguyên liệu chứa
dầu. Tuy nhiên, khả năng hòa tan của dầu trong CO2 lỏng rất hạn chế và với một
số điều kiện nhất định, nên phương pháp này không khả thi trong thực tế sản xuất
dầu thực vật.
Phương pháp ép thủy lực có bổ sung CO2 lỏng tận dụng được khả năng
hòa tan của CO2 trong dầu thực vật (có thể lên đến 50% trọng lượng nguyên liệu)
nên giảm được lượng CO2 cần sử dụng làm dung môi. Trong công nghệ này,
nguyên liệu được ép nạp CO2, để CO2 hòa tan vào trong dầu trước khi ép dầu.
Tan trong dầu, CO2 làm giảm độ nhớt, nâng cao hiệu suất ép. Sau khi ép, CO2
được loại ra khỏi dầu dễ dàng, đơn giản chỉ bằng giảm áp. Phương pháp này vừa
khai thác ưu điểm của ép thủy lực bổ sung CO2 và phương pháp CO2 siêu tới
hạn. Trong phương pháp này, áp suất thấp hơn 10 MPa và tỷ lệ CO2 : nguyên liệu
là 1 : 1. Trong khi, CO2 lỏng siêu tới hạn đòi hỏi áp suất từ 40-70 MPa và lượng
CO2 lỏng siêu tới hạn: 100 kg/kg nguyên liệu. Ép thủy lực có bổ sung CO2 đạt
hiệu suất cao nhất ở 1000C và ở áp suất ép 10 MPa, không khác nhau đối với
nguyên liệu tách vỏ và chưa tách vỏ, có thể tăng trên 30% so với ép thông

thường. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi trang thiết bị hiện đại, chi phí sản
xuất rất cao.
9


Mặc dù, có nhiều phương pháp để lựa chọn, hiện nay gần 90% sản lượng
dầu thế giới được sản xuất bằng phương pháp ép thông thường vì có ưu điểm
vượt trội là thao tác đơn giản, chi phí sản xuất thấp và độ an toàn cao. Phương
pháp trích ly có ưu thế sử dụng khi dầu có giá trị cao mà hàm lượng thấp (< 20%)
và/hoặc nhạy cảm nhiệt, môi trường…
2.3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SULFORAPHENE
2.3.1. Sự hình thành, cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của sulforaphene
2.3.1.1. Sự hình thành Sulforaphene
Sulforaphene (C6H9NOS2) là một isothiocyanate được hình thành khi
chuyển hóa Glucoraphenin - một Glucosinolate được tìm thấy với hàm lượng
cao: 202±18,3 mg/g CK trong mầm hạt cải củ (Nieves et al, 2016) bởi enzyme
myrosinase.

Hình 2.1. Quá trình chuyển hóa Glucoraphenin thành Sulforaphene trong
thực vật (Nieves et al., 2016)
Glucosinolate (GLS) là các hợp chất dẫn xuất từ hợp chất chứa glucose và
acid amin, có liên kết với sulfur, được gọi là β-thioglucoside-Nhydroxysulphates. Chúng có chủ yếu trong các loại rau họ cải, hạt mù tạt đen.
Hợp chất glucosinolate phổ biến là sinigrin, thuộc họ glucosides (có nhiều trong
mù tạt Wasabi). Glucosinolate là β-D-thioglucoside tự nhiên tìm thấy trong
15 họ thực vật hai lá mầm, bao gồm Akaniaceae, Bataceae, Brassicaceae,
Bretschneideraceae, Capparaceae, Caricaceae, Resedaceae, Euphorbiaceae,
Limnanthaceae, Moringaceae, Salvodoraceae, Tovariaceae, Gyrostemonaceae,
10

Pentadiplantdraceae, Tropaeolaceae. Các cây trồng có chứa GLS thuộc về họ
Brassicaceae chiếm đa số, đặc biệt là cải bắp, súp lơ, súp lơ xanh (bông cải
xanh), mầm cải Brussels, củ cải, mù tạt… (Verkerk et al., 2008). Cấu trúc của
GLS bao gồm một gốc R liên kết thioglucosid với carbon của một oxime
sunfonat hóa. Cấu trúc chung của GLS được trình bày trong hình 2.2. Trong đó,
nhóm R có nguồn gốc từ các amino acid, rất phong phú, thể là chất béo (alkyl,
alkenyl, hydroxyalkenyl), hợp chất thơm (benzyl, …) hoặc dị vòng (indolyl, …).

Hình 2.2. Công thức hoá học chung của glucosinolate (Li et al., 2012)
Khi nghiền ướt các mô thực vật hoặc các hạt chứa GLS, các enzyme
myrosinase nội sinh sẽ xúc tác sự phân cắt thủy phân của thioglucosidic
tạo thành D-glucose và một thiohydroximate O-sulphonate (aglycone). Nếu
pH trung tính (pH = 5 – 8), phản ứng rất nhanh, tạo một isothiocyanate, dễ bay
hơi, có mùi mạnh và vị đắng. Đây là sản phẩm thủy phân phổ biến ở nhiều loài.
Với pH axit (pH = 2 – 5), sản phẩm tạo thành là nitrile. Trong môi trường kiềm
nhẹ (pH > 8), chỉ tạo ra một thiocyanate. Tóm lại, sản phẩm thủy phân men của
GLS phụ thuộc vào cấu trúc của mạch bên GLS và điều kiện môi trường (pH=58, pH=2-5, pH>8) bao gồm glucose, sulfate, và một loạt các chất có hoạt
tính sinh học như isothiocyanate, thiocyanate, nitrile, … (Higdon et al., 2007).

Hình 2.3. Một số sản phẩm thuỷ phân của Glucosinolate (Li et al., 2012)
11


Isothiocyanate (ITC) là các hợp chất nhóm - N = C =S , là sản phẩm thuỷ
phân của GLS ở pH trung tính. Những ITC tự nhiên như allyl
isothiocyanate, còn được gọi là mù tạt (mustard).

Hình 2.4. Cấu trúc hoá học chung của isothiocyanate (Li et al., 2012)
Bên cạnh việc đóng góp hương vị cho các loại rau thuộc họ Cải, các hợp
chất này được quan tâm vì ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người. Một số

nghiên cứu đã tìm hiểu vai trò của ITC trong việc ức chế sự phát triển của các
loại ung thư khác nhau.
Bảng 2.3. Một số ITC đã được nghiên cứu về hoạt tính chống ung thư
Glucosionate tiền
thân

Kháng
loại ung
thư

Nguồn
thực
phẩm

Sulforaphane

Glucoraphanin

Ung thư
dạ dày, tá
tràng

Bông cải
xanh,
mầm súp
lơ

Sulforaphene

Glucoraphenin

Ung thư
trực tràng,
đại tràng

Mầm hạt
cải củ

Phenethyl
isothiocyanate

Gluconasturtiine

Ung thư
tuyến tiền
liệt

Cải
xoong,
cải ngựa

Benzyl
isothiocyanate

Glucotropaeoline

Ung thư
vú

Cải bắp,

cải xoong

Isothiocyanates

Công thức cấu tạo

Nguồn: Higdon et al. (2007)

12


Myrosinase (EC 3.2.3.1) là enzyme β-thioglucosidase là enzyme thủy
phân glucosinolates, một nhóm các chất chuyển hóa tự nhiên có mặt trong hầu
hết các loại rau họ cải. Đã xác định và phân loại trên 100 loại glucosinolate khác
nhau ở chuỗi R allyl (sinigrin), benzyl, and indoyl (I). Enzyme thủy phân thường
xảy ra khi phá vỡ tế bào hay quá trình chế biến. Các enzyme xúc tác quá trình
thủy phân của các S-glucosides để tạo ra β – D – glucose (II) và các đoạn
aglycone (III), Các aglycone không ổn định sau đó sắp xếp lại để tạo sulfate và
isothiocyanate (IV).
Metabolism of glucosinolates as catalyzed by myrosinase.

M. Grazia Botti et al. J. Biol. Chem. 1995;270:20530-20535

©1995 by American Society for Biochemistry and Molecular Biology

Hình 2.5. Cơ chế của glucosinolate khi xúc tác bởi enzyme myrosinase
Cơ chế xúc tác của enzyme myrosinase vẫn đang được nghiên cứu, khả
năng xúc tác chuyển hóa glycoside của enzyme đã được kiểm tra. Sự ổn định và
hoạt tính thủy phân của enzyme giảm khi có mặt của các dung môi hữu cơ, bao
gồm cả cồn, nhưng không đủ để ngăn chặn hoàn toàn. Tuy nhiên, khác với hầu

hết các β-glycosidases khác, myrosinase không xúc tác phản ứng chuyển hóa
glycoside với rượu hoặc các chất nhận glycosyl khác. Do đó, các enzymeglycosyl trung gian giả định dường như không có tác dụng. Có thể vì D-glucose
là sản phẩm đầu tiên thu được từ các enzyme. Một chất ức chế cạnh tranh mạnh
β-glucosidase đã được tìm thấy lại ức chế không cạnh tranh yếu đối với
myrosinase. Đặc biệt, myrosinase được hoạt hóa bởi axit ascorbic.

13