Trích ly capsaicin từ ớt (capsicum annuum l ) sử dụng lưu chất co2 siêu tới hạn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------oOo---------

TRẦN ANH KHOA

TRÍCH LY CAPSAICIN TỪ ỚT
(Capsicum annuum L.)
SỬ DỤNG LƯU CHẤT CO2 SIÊU TỚI HẠN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã ngành: 605275

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS Lê Thị Kim Phụng
Chữ ký:.........................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Phong

Chữ ký:

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Mai Huỳnh Cang

Chữ ký:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM
ngày 27 tháng 07 năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Lê Thị Hồng Nhan
2. PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Phong
3. TS. Mai Huỳnh Cang
4. TS. Nguyễn Thị Lan Phi
5. TS. Huỳnh Khánh Duy
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và bộ môn quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn

Bộ mơn quản lý chuyên ngành

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

TRẦN ANH KHOA

Ngày tháng năm sinh:

06/05/1990

Phái:

Nam

Nơi sinh: Ninh Thuận

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

MSHV: 13053233

1. TÊN ĐỀ TÀI: Trích ly capsaicin từ ớt (Capsicum annuum L.) sử dụng lưu chất CO2
siêu tới hạn
2. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Xác định thành phần chất béo trong dầu ớt.
- So sánh khả năng trích ly capsaicin của các phương pháp khác nhau.
- Khảo sát ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dung mơi lên hiệu quả trích
ly capsaicin.
- Đưa ra phương trình hồi quy thực nghiệm q trình trích ly capsaicin bằng CO2
siêu tới hạn
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: tháng 01/2015
4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:tháng 07/2015
5. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS Lê Thị Kim Phụng
Cán bộ hướng dẫn

Chủ nhiệm bộ môn quản

Khoa quản lý chuyên

(Họ tên và chữ ký)

lý chuyên ngành

ngành

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

ii


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Thị Kim Phụng, thạc
sĩ Nguyễn Thị Ngọc Tuyết người đã tận tình truyền đạt những kinh nghiệm và kiến thức
nghiên cứu khoa học quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp tơi có thêm
tri thức và hồn thành tốt luận văn này.
Gia đình ln là hậu phương vững chắc, là động lực to lớn giúp tơi vượt qua mọi
khó khăn trong học tập và cuộc sống.
Tôi cũng xin được bày tỏ lịng biết ơn đến q thầy cơ Khoa Kỹ thuật Hóa học và
cán bộ phịng Thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ hóa học và Dầu khí - Trường Đại học
Bách khoa đã hết lòng hướng dẫn và giúp tơi có được những điều kiện thí nghiệm tốt
nhất.
Xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp cao học Kỹ thuật Hóa học khóa 2013 và những
người bạn của tơi đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian học tập tại

trường cũng như khi thực hiện đề tài.

iii


TÓM TẮT

Capsaicinoid là một họ các hợp chất thiên nhiên được trích ly từ ớt, được ứng dụng
rộng rãi trong các phẩm tiêu dùng, chế phẩm dược liệu và dược phẩm. Đặc biệt capsaicin
là chất kháng oxi hóa, thúc đẩy q trình chuyển hóa năng lượng, ngăn chặn sự tích tụ
chất béo và là chất chống viêm. Nghiên cứu này so sánh hiệu quả trích ly của một số
phương pháp như Soxhlet, ngâm, trích ly hỗ trợ vi sóng, trích ly hỗ trợ siêu âm và trích ly
siêu tới hạn. Qua đó đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến q trình trích ly bằng
CO2 siêu tới hạn.
Kết quả cho thấy, trích ly siêu tới hạn có dung mơi hỗ trợ là phương pháp có nhiều
ưu điểm hơn các phương pháp cịn lại như hiệu suất trích cao, thời gian trích ly ngắn, độ
chọn lọc cao và có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi điều kiện trích. Ngồi ra, ethanol
được sử dụng làm dung mơi hỗ trợ vì khơng độc hại với con người.
Ba yếu tố áp suất (150 – 250 bar), nhiệt độ (318 – 348 K), lưu lượng dung môi (10
– 20 g/phút) với tỷ lệ ethanol không đổi 10% so với lưu lượng tổng cộng được khảo sát
để đánh giá q trình trích. Kết quả cho thấy, áp suất và lưu lượng ảnh hưởng đến hiệu
suất, nhiệt độ ít ảnh hưởng đến hiệu quả trích ly capsaicin.

iv


ABSTRACT

Capsaicinoids are a family of natural compounds extracted from peppers, is widely
used in the consumer products, pharmaceutical preparations and pharmaceutical

materials. Especially capsaicin is antioxidant, promote energy metabolism, prevent fat
accumulation and an anti-inflammatory. This study compared the effects of several
extraction methods such as Soxhlet, immersion, microwave assisted extraction, ultrasound
assisted extraction and supercritical fluid extraction. Thereby assess the impact of some
factors to extraction with supercritical CO2.
First of all, in comparision with different extracting methods, the outcome showed
that the supercritical extraction with

co-solvents which obviously have the most

advantages of all as high yield, short extracting time, high selectivity and it can be
adjusted. Moreover, ethanol is use as a co-solvents because it non-toxic.
Three factors that were pressure (150 – 250 bar), temperature (318 – 348 K) and
solvent flow rate (10 – 20g/min), were observed to assess the process with constant
cosolvent proportion 10% ethanol. The result indicated that the pressure and solvent
flow rate greatly affect the yield of capsaicin.

v


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả được trình bày trong luận án này là do chính tơi
thực hiện từ kiến thức của chính mình. Tơi khơng nộp luận án này cho bất cứ trường, viện
nào để được cấp bằng.
Trần Anh Khoa

vi

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN ........................................................................................... 3

1.1. Giới thiệu chung: .................................................................................................... 3
1.1.1.

Mô tả thực vật – Phân bố sinh thái: .............................................................. 3

1.1.2.

Thành phần hóa học: ..................................................................................... 5

1.1.3.

Capsaicin:...................................................................................................... 5

1.2. Cơng trình nghiên cứu trong và ngoài nước: .......................................................... 8
1.2.1.

Nghiên cứu trong nước: ................................................................................ 8

1.2.2.

Nghiên cứu ngoài nước:.............................................................................. 10

1.3. Cơ sở lý thuyết: ..................................................................................................... 26
1.3.1.

Trích ly bằng chất lỏng cao áp [25]: ........................................................... 26

1.3.2.

Trích ly có hỗ trợ vi sóng : ......................................................................... 27

1.3.3.

Trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm [28-31]: .................................................... 31

1.3.4.

Trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn: ............................................................ 32

1.4. Quy hoạch thực nghiệm: ....................................................................................... 40
1.4.1.

Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm: ............................................................. 40

1.4.2.

Thiết lập thí nghiệm: ................................................................................... 49

CHƯƠNG 2:

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 52

2.1. Nội dung nghiên cứu: ............................................................................................ 52
2.2. Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị sử dụng: ............................................................... 53
2.2.1.

Nguyên liệu thí nghiệm: ............................................................................. 53

2.2.2.

Hóa chất sử dụng: ....................................................................................... 54
vii


2.2.3.

Thiết bị thí nghiệm: .................................................................................... 55

2.3. Tiêu chuẩn đánh giá: ............................................................................................. 55
2.3.1.

Xác định độ ẩm nguyên liệu: ...................................................................... 55

2.3.2.

Xác định thành phần chất béo trong dầu ớt: ............................................... 56

2.3.3.

Xác định hàm lượng capsaicinoid tổng: ..................................................... 57

2.3.4.

Xác định hàm lượng capsaicin bằng phương pháp HPLC ......................... 59

2.4. Tiến hành thí nghiệm: ........................................................................................... 61
2.4.1.

Xác định độ ẩm nguyên liệu: ...................................................................... 61

2.4.2.

Phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): ............................................ 61

2.4.3.

Xác định hàm lượng capsaicinoid tổng và capsaicin trong nguyên liệu: ... 62

2.4.4.

So sánh một số phương pháp trích ly: ........................................................ 63

CHƯƠNG 3:

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ....................................................................... 68

3.1. Độ ẩm nguyên liệu: ............................................................................................... 68
3.2. Lập đường chuẩn capsaicin: ................................................................................. 68
3.3. Thành phần chất béo trong dầu ớt: ....................................................................... 70
3.4. Hàm lượng capsaicinoid và capsaicin trong nguyên liệu: .................................... 71
3.5. So sánh một số phương pháp trích ly:................................................................... 72
3.6. Trích ly có hỗ trợ vi sóng: ..................................................................................... 75
3.6.1.

Ảnh hưởng của cơng suất: .......................................................................... 75

3.6.2.

Ảnh hưởng tỉ lệ L/R (dung môi/nguyên liệu): ............................................ 78

3.7. Trích ly bằng CO2 siêu tới hạn: ............................................................................ 84
3.7.1.

Ảnh hưởng của đồng dung môi: ................................................................. 84

3.7.2.

Ảnh hưởng của áp suất: .............................................................................. 86

3.7.3.

Ảnh hưởng của nhiệt độ:............................................................................. 88

3.7.4.

Ảnh hưởng của lưu lượng dòng: ................................................................. 90
viii


3.7.5.

Quy hoạch thực nghiệm: ............................................................................. 92

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ …………………………………………………………….106
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………………108

ix


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

QHTN:

Quy hoạch thực nghiệm

SFE (Supercritcal Fluid Extraction):

Trích ly siêu tới hạn

MAE (Microwave-assisted Extraction):

Trích ly với sự hỗ trợ vi sóng

UAE (Untrasound-assisted Extraction):

Trích ly với sự hỗ trợ siêu âm

PLE (Presures Liquid Extracion):

Trích ly bằng chất lỏng cao áp

HPLC (High Performance Liquid Chromatogaphy):

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

GC-MS (Gas Chromatography-Mass Spectrometry):

Sắc ký khí ghép khối phổ

SC-CO2 (Supercritical carbon dioxide):

CO2 siêu tới hạn

Tỉ lệ L/R:

Tỉ lệ lỏng/rắn

ND:

Nhựa dầu

NL:

Nguyên liệu

x


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cây ớt. .................................................................................................................. 4
Hình 1.2: Một số gia vị từ ớt. ............................................................................................... 4
Hình 1.3: Cấu trúc khung capsaicinoid [3]. ........................................................................ 5
Hình 1.4: Cấu trúc phân tử capsaicin. ................................................................................. 7
Hình 1.5: Một số ứng dụng capsaicin trong dược phẩm. .................................................... 7

Hình 1.6: Thành phần capsaicin từ các loại ớt khác nhau ở Indonesia. ........................... 13
Hình 1.7: Ảnh hưởng của số chu kỳ đến q trình trích ly capsaicinoid. .......................... 15
Hình 1.8: Ảnh hưởng của dung mơi đến trích ly capsaicinoid từ ớt. ................................. 16
Hình 1.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi capsaicinoid. ............................ 17
Hình 1.10: Ảnh hưởng của dung mơi đến lượng capsaicinoid. ......................................... 17
Hình 1.11: Ảnh hưởng của cơng suất đến q trình trích ly capsaicin. ............................ 18
Hình 1.12: Ảnh hưởng của khối lượng riêng dung môi siêu tới hạn đến hàm lượng
capsaicin. ............................................................................................................................ 19
Hình 1.13: Ảnh hưởng của áp suất đến lượng dầu ở 35oC và 55oC. ................................. 21
Hình 1.14: Ảnh hưởng của tỉ lệ dòng CO2/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi dầu. ........... 23
Hình 1.15: Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất trích ly dầu ớt. ..................................... 24
Hình 1.16: Sắc ký đồ chất chuẩn, mẫu capsaicin và dihydrocapsaicin. ............................ 26
Hình 1.17: Sơ đồ hệ thống trích ly bằng chất lỏng ở áp suất cao...................................... 26
Hình 1.18: a) truyền nhiệt bằng đối lưu; b) truyền nhiệt bằng vi sóng. ............................ 28
Hình 1.19: Hệ thống trích ly có hỗ trợ vi song: a) hệ kín, b) hệ hở. ................................. 29
Hình 1.20: Giản đồ PVT của một chất tinh khiết và hình chiếu trên mặt phẳng P – T. .... 32
Hình 1.21: Giản đồ pha của CO2. ...................................................................................... 35
Hình 1.22: Sơ đồ trích ly dùng lưu chất siêu tới hạn. ........................................................ 36
Hình 1.23: Sơ đồ hệ thống nhiều bình trích ly. .................................................................. 37
Hình 1.24: Mơ hình quy hoạch đa mục tiêu. ...................................................................... 41
xi


Hình 1.25: Mơ hình kiểm định. ........................................................................................... 43
Hình 2.1: Quy trình chuẩn bị ngun liệu trích ly. ............................................................ 53
Hình 2.2: a) Ớt tươi ; b) Ớt khô ; c) Bột ớt. ....................................................................... 54
Hình 2.7: Trích ly capsaicin có hỗ trợ sóng siêu âm. ........................................................ 63
Hình 2.8: Quy trình trích ly capsaicin................................................................................ 63
Hình 3.1: Đường chuẩn capsaicin. .................................................................................... 69
Hình 3.2: Sắc ký đồ của capsaicin chuẩn........................................................................... 69

Hình 3.3: Hiệu suất trích ly dầu và capsaicin. ................................................................... 73
Hình 3.4: Ảnh chụp SEM nguyên liệu trước trich ly (a) và sau trích ly (b). ...................... 74
Hình 3.5: Độ chọn lọc capsaicin bằng các phương pháp trích khác nhau. ....................... 74
Hình 3.6: Ảnh hưởng của cơng suất đến hiệu suất trích ly dầu ở các mức tỉ lệ L/R khác
nhau. ................................................................................................................................... 76
Hình 3.7: Ảnh hưởng của cơng suất đến hiệu suất trích ly capsaicin ở các mức tỉ lệ L/R
khác nhau. ........................................................................................................................... 77
Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin khi dùng dung
môi methanol ở công suất 40W. ......................................................................................... 79
Hình 3.9: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin khi dùng dung
mơi ethanol ở cơng suất 40W. ............................................................................................ 79
Hình 3.10: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin khi dùng dung
môi methanol ở công suất 220W. ....................................................................................... 81
Hình 3.11: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin khi dùng dung
mơi ethanol ở cơng suất 220W. .......................................................................................... 81
Hình 3.12: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu hiệu suất trích ly dầu và capsaicin khi dùng
dung mơi methanol ở cơng suất 440W. .............................................................................. 82
Hình 3.13: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin khi dùng dung
mơi ethanol ở cơng suất 440W. .......................................................................................... 83
Hình 3.14: Ảnh hưởng của đồng dung môi đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin. ........ 85
Hình 3.15: Ảnh hưởng của đồng dung môi đến độ chọn lọc capsaicin. ............................ 86
Hình 3.16: Ảnh hưởng của áp suất đến hiệu quả trích ly dầu và capsaicin. ..................... 88
Hình 3.17: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng dầu và capsaicin. ............................. 90
xii


Hình 3.18: Ảnh hưởng của lưu lượng dịng đến hiệu quả trích ly dầu và capsaicin. ........ 92
Hình 3.23: Giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán hàm lượng dầu trích được. ................ 96
Hình 3.24: Giá trị thực nghiệm và giá trị dự đốn hàm lượng capsaicin trích được. ....... 96
Hình 3.25: Hàm lượng dầu trích được theo áp suất, nhiệt độ ở lưu lượng 10 g/phút. ...... 99

Hình 3.26: Hàm lượng dầu trích được theo áp suất, nhiệt độ ở lưu lượng 15 g/phút. ...... 99
Hình 3.27: Hàm lượng dầu trích được theo áp suất, nhiệt độ ở lưu lượng 20 g/phút. .... 100
Hình 3.28: Hàm lượng capsaicin trích được theo áp suất, nhiệt độ ở lưu lượng 10 g/phút.
.......................................................................................................................................... 100
Hình 3.29: Hàm lượng capsaicin trích được theo áp suất, nhiệt độ ở lưu lượng 15 g/phút.
.......................................................................................................................................... 101
Hình 3.30: Hàm lượng capsaicin trích được theo áp suất, nhiệt độ ở lưu lượng 20 g/phút.
.......................................................................................................................................... 101

xiii


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Cấu trúc mạch R liên kết với khung capsaicinoid [3] .......................................... 6
Bảng 1.2: Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất thu hồi nhựa dầu ớt .............................. 8
Bảng 1.3: Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất thu hồi dầu ớt ............ 9
Bảng 1.4: Ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến hiệu suất trích ly nhựa dầu ớt.......... 10
Bảng 1.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích ly dầu ớt ....................................... 10
Bảng 1.6: Thành phần hóa học trong ớt Capsicum annuum L. trích ly bằng acetone ....... 11
Bảng 1.7: Hàm lượng capsaicin trong năm loại ớt ở Nigeria ............................................. 13
Bảng 1.8: Hàm lượng capsaicin trích theo phương pháp, dung mơi khác nhau ................ 14
Bảng 1.9: Ảnh hưởng của dung môi đến q trình trích ly capsaicinoid ........................... 15
Bảng 1.10: Hàm lượng capsaicinoid trích với các loại dung mơi khác nhau ..................... 18
Bảng 1.11: Ảnh hưởng của đồng dung môi đến hiệu quả trích ly capsaicinoid ................ 20
Bảng 1.12: Ảnh hưởng của điều kiện trích ly đến hàm lượng capsaicinoid trong dầu từ ớt
paprika ................................................................................................................................ 20
Bảng 1.13: Nồng độ một số hợp chất capsaicinoid trích ở điều kiện khác nhau ............... 22
Bảng 1.14: Hiệu suất trích ly capsaicin từ ớt C. frutescens bằng SFE ở lưu lượng CO2
1,98.10-4 kg/s....................................................................................................................... 23

Bảng 1.15: Hằng số điện môi và giá trị moment lưỡng cực một số dung môi khác nhau . 28
Bảng 1.16: So sánh ưu nhược điểm hệ vi sóng kín và hở .................................................. 30
Bảng 1.17: Điều kiện tới hạn của một số chất .................................................................... 33
Bảng 1.18: So sánh tính chất vật lý giữa trạng thái khí, lỏng và siêu tới hạn .................... 34
Bảng 1.19: Một số thông số đặc trưng của CO2 ................................................................. 34
Bảng 1.20: Khối lượng riêng CO2 ở các điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau (kg/m3)
............................................................................................................................................ 35
Bảng 1.21: Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly siêu tới hạn ................................ 38
Bảng 1.22: Bảng quy hoạch thực nghiệm .......................................................................... 42
xiv


Bảng 1.23: Bảng quy hoạch thí nghiệm ............................................................................. 44
Bảng 1.24: Các biến khảo sát ............................................................................................. 50
Bảng 1.25: Hàm đáp ứng .................................................................................................... 50
Bảng 2.1: Hóa chất thí nghiệm ........................................................................................... 54
Bảng 2.2: Danh sách thiết bị dụng cụ thí nghiệm .............................................................. 55
Bảng 2.3: Nồng độ dung dịch capsaicin chuẩn .................................................................. 61
Bảng 2.4: Bảng khảo sát ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dung mơi đến hiệu
quả trích ly .......................................................................................................................... 66
Bảng 3.1: Độ ẩm nguyên liệu ............................................................................................. 68
Bảng 3.2: Khoảng tuyến tính đường chuẩn capsaicin: ....................................................... 68
Bảng 3.3: Thành phần chất béo trong dầu ớt...................................................................... 70
Bảng 3.4: Kết quả hàm lượng capsaicinoid tổng trong nguyên liệu .................................. 71
Bảng 3.5: Hiệu suất trích ly và độ chọn lọc capsaicin theo các phương pháp khác nhau .. 72
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của công suất đến hiệu suất trích ly dầu với các mức tỉ lệ L/R khác
nhau .................................................................................................................................... 75
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của cơng suất đến hiệu suất trích ly capsaicin trích được ở các mức
tỉ lệ L/R khác nhau.............................................................................................................. 76
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly ở công suất 40W ...................... 78

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly ở cơng suất 220W.................... 79
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của tỉ lệ L/R đến hiệu suất trích ly ở cơng suất 440W.................. 81
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của tỉ lệ ethanol đến hiệu suất trích ly dầu và capsaicin ............... 84
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của áp suất đến lượng dầu và capsaicin thu được ......................... 87
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng dầu và capsaicin ...................................... 89
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của lưu lượng dịng đến hiệu quả trích ly dầu và capsaicin .......... 91
Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm ........................................................................................... 93
Bảng 3.16: Tổng hợp các giá trị quan sát ........................................................................... 95
Bảng 3.17: Kết quả phân tích biến ..................................................................................... 95
Bảng 3.18: Kết quả phân tích hiệu suất trích ly dầu ớt ...................................................... 97
Bảng 3.19: Kết quả phân tích hiệu suất trích ly capsaicin ................................................. 97

xv


xvi


MỞ ĐẦU

Nước ta có nguồn tài ngun vơ cùng phong phú và đa dạng. Với xu thế sử dụng các
hợp chất thiên nhiên trong dược phẩm, thực phẩn, con người đã khai thác nguồn tài
nguyên này bằng nhiều phương pháp đa dạng.Trong các hợp chất thiên nhiên, alkaloid là
một trong những họ hợp chất rất được quan tâm, đây là một họ hợp chất phổ biến có
nhiều ứng dụng trong y học như chất giảm đau, chất gây tê,...
Trong đó, ớt là một loại cây gia vị có giá trị kinh tế cao. Bên cạnh đó, ớt cịn là một
dược liệu quý được sử dụng nhiều trong y học. Ớt có vị cay, nóng, có tác dụng khoan
trung, tán hàn, kiện tỳ, tiêu thực, giảm đau, chữa ung thư… Một số bài thuốc dùng ớt
chữa bệnh:
- Chữa rụng tóc: ngâm 100g ớt trái với rượu trắng trong 10 – 20 ngày, dùng rượu

này bơi lên da đầu có tác dụng kích thích mọc tóc.
- Giảm đau do ung thư, đau khớp: ăn 5 – 10g ớt mỗi ngày.
- Chữa ăn uống chậm tiêu: ớt trái dùng làm gia vị, ăn hàng ngày.
Trong y học hiện đại, ớt cũng có nhiều lợi ích cho sức khỏe con người. Ớt giúp ngăn
ngừa bệnh tim do chứa một số hoạt chất giúp máu lưu thơng tốt, tránh được tình trạng
đơng vón tiểu cầu dễ gây tai biến tim mạch. Ớt cịn có tác dụng ngăn ngừa huyết áp tăng
cao.
Hiện nay, tại Việt Nam ớt được trồng chủ yếu ở các tỉnh miền Trung và Nam bộ.
Gần đây, một số tỉnh vùng đồng bằng sơng Hồng đã bắt đầu trồng ớt với diện tích lớn.
Capsaicinoid là một họ các hợp chất thiên nhiên được trích ly từ ớt. Capsaicinoid được sử
dụng rộng rãi trong sản phẩm hàng ngày, điều chế dược liệu và ứng dụng trong dược
phẩm. Capsaicin và dihydrocapsaicin là 2 hợp chất chính chiếm 80 – 90% tổng
capsaicinoid. Capsaicin là chất có tính kháng oxi hóa mạnh, chất chống gây đột biến, chất
1


kháng viêm. Capsaicin được dùng làm thuốc giảm đau, kích thích tim mạch và hệ hơ hấp,
chất kháng khuẩn… Do đó, chúng ta cần có những biện pháp cụ thể thu hồi lượng
capsaicin tự nhiên này.
Các cơng nghệ trích ly thường dùng ở Việt Nam hiện nay là các phương pháp trích
ly sử dụng dung mơi thơng thường. Các kỹ thuật này thường có các vấn đề về sức khỏe và
mơi trường. Do đó, kỹ thuật trích sử dụng CO2 ly siêu tới hạn giải quyết được các nhược
điểm này. CO2 là một dung môi thân thiện với cả con người và mơi trường do đặc tính
khơng độc hại, khơng cháy và hồn tồn có thể thu hồi sau q trình trích ly. Dung mơi
trích ly sẽ được loại bỏ hồn tồn ra khỏi sản phẩm mà khơng cần thực hiện các bước tách
dung mơi tiếp theo. Do đó, sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao. Ngày nay kỹ thuật
trích ly sử dụng CO2 siêu tới hạn được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm và
dược phẩm.
Nghiên cứu này khảo sát một số phương pháp trích ly capsaicin từ ớt, đưa ra quy
trình trích ly cùng các điều kiện trích ly thích hợp. Từ đó đưa ra phương trình hồi quy

thực nghiệm q trình trích ly capsaicin bằng kỹ thuật trích ly siêu tới hạn. Kết quả
nghiên cứu sẽ đóng góp hồn thiện kỹ thuật trích ly hợp chất này.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung:
1.1.1.

Mô tả thực vật – Phân bố sinh thái:

Ớt là loại cây phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, được sử dụng rộng rãi làm chất tạo
hương vị trong thực phẩm, chất tạo màu,… Tên khoa học của ớt là Capsaicum annuum
L., thuộc họ cà Solanaceae. Nhiều bằng chứng khảo cổ cho thấy ớt đã xuất hiện ở khu
vực Nam Mỹ 6000 năm trước. Năm loại ớt đáng chú ý nhất là C. annuum ở Mexico hay
miền bắc Trung Mỹ, C. frutescens ở vùng biển Caribe, C. baccatum ở Bolivia, C.
chinense ở phía nam Amazon và C. pubescens ở miền nam Andes [1].
Ớt là cây thân thảo mọc hàng năm ở các nước ôn đới, sống lâu năm và thân dưới hóa
gỗ ở những nước nhiệt đới. Cây có rất nhiều cành, nhẵn. Lá mọc so le, hình thn dài, đầu
nhọn, phía cuống cũng thn hẹp, có cuống, phiến lá dài 2 – 4 cm, rộng 1,5 – 2 cm. Hoa
mọc đơn độc ở kẽ lá. Quả ớt có nhiều tên gọi khác nhau như lạt tiêu, lạt tử, ngưu giác
tiêu, hải tiêu,… Quả ớt mọc rũ xuống đất hay chỉ lên trời, hình dáng thay đổi khác nhau,
khi thì trịn, khi thì dài, màu vàng hay đỏ. Độ cay của mỗi loại ớt cũng khác nhau. Cây ớt
phát triển tốt ở đất thịt nhẹ, đất pha cát dễ thoát nước. Hạt ớt nảy mầm ở 25 – 50oC, dưới
10oC hạt không mọc được. Thời kỳ cây ra hoa cần nhiệt độ khoảng 15 – 20oC và nhiều
ánh sáng. Cây ớt có khả năng chịu hạn cao nhưng không chịu được úng. Nếu độ ẩm lớn
hơn 80% bộ rễ sẽ kém phát triển khiến cây cịi cọc.
Do có hương vị đặc trưng nên ớt được sử dụng làm gia vị trong bữa ăn hàng ngày.

Bên cạnh đó, ớt cịn là một vị thuốc quý trong y học cổ truyền có thể chữa được nhiều
bệnh rất hữu hiệu. Ớt là vị thuốc giúp tiêu hóa tốt, giúp ăn ngon chóng tiêu. Ớt cịn được
dùng ngồi như một vị thuốc gây đỏ, kích thích tại chỗ với những trường hợp đau nhức do
phong thấp, đau khớp, đau lưng [2].

3


Trong y học hiện đại, ớt cũng có nhiều lợi ích cho sức khỏe con người. Ớt giúp ngăn
ngừa bệnh tim do chứa một số hoạt chất giúp máu lưu thơng tốt, tránh được tình trạng
đơng vón tiểu cầu dễ gây tai biến tim mạch. Ớt cịn có tác dụng ngăn ngừa tình trạng
huyết áp tăng cao. Trong quả ớt còn chứa nhiều loại vitamin như vitamin C, B1, B2, acid
citric, acid malic, -carotene.

Hình 1.1: Cây ớt.

Ở Việt Nam, ớt là một loại cây gia vị có giá trị kinh tế cao, được trồng chủ yếu ở các
tỉnh miền Trung và Nam bộ như Quỳnh Phụ (Thái Bình) với diện tích 1200 ha, Đại Lộc
(Quảng Nam), Phù Mỹ (Bình Định), Phù Cát (Bình Định), Bố Trạch (Quảng Bình), Châu
Đốc (An Giang)... Gần đây, một số tỉnh vùng đồng bằng sông Hồng đã bắt đầu trồng ớt
với diện tích lớn nhằm cung cấp nguồn nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất mặt hàng
thực phẩm. Các sản phẩm này được đưa ra thị trường tiêu thụ hoặc xuất khẩu mang lại lợi
nhuận cao.

Hình 1.2: Một số gia vị từ ớt.

4


1.1.2.

Thành phần hóa học:

Trong ớt có những chất chủ yếu sau đây [2]:
- Capsicain (C18H27NO3) là một ankaloid chiếm khoảng 0,05 – 2%, phần lớn tập
trung ở biểu bì và giá nỗn. Capsicain nóng chảy có 65oC, khi nhiệt độ cao nó bốc hơi
kích ứng mạnh gây hắt hơi.
- Capsaicin là chất gây đỏ, nóng, trạng thái dầu lỏng xuất hiện khi quả chín.
Capsaicin chiếm tỉ lệ khoảng 0,01% ở những ớt thường và chiếm đến 0,1% ở loại ớt
paprika.
- Vitamin C chiếm tỉ lệ khoảng 0,8 – 1% trong ớt Việt Nam. Một số loại ớt ở châu
Phi, Hungari hàm lượng vitamin C có thể lên đến 1,17%, 2,66% và 4,98%.
- Ngồi ra trong ớt cịn có chất khác như capsanthin, vitamin B1, B2, acid citric,
acid malic.
1.1.3.

Capsaicin:

Capsaicinoid là một họ các hợp chất thiên nhiên được trích ly từ ớt, được ứng dụng
rộng rãi trong các sản phẩm tiêu dùng, chế phẩm dược liệu và dược phẩm. Tùy theo mỗi
loại ớt mà hàm lượng capsaicinoid dao động khoảng 0,003 – 1% tổng khối lượng [3].
Trong đó, capsaicin chiếm khoảng 69%, dihydrocapsaicin chiếm khoảng 22%,
nordihydrocapsaicin

chiếm

khoảng

7%,

homocapsaicin

khoảng

1%

và

homodihydrocapsaicin khoảng 1% [4]. Các hợp chất thuộc capsaicinoid chỉ khác nhau về
nhóm R liên kết với nhóm cacbonyl trên cấu trúc khung chính ở hình 1.3.

Hình 1.3: Cấu trúc khung capsaicinoid [3].

5


Bảng 1.1: Cấu trúc mạch R liên kết với khung capsaicinoid [3]
Tên

Ký

Danh pháp

hiệu

Cấu trúc

Trans-8-methylCapsaicin

N-vanillyl-6-

C

nonenamide
Dihydrocapsaicin

Nordihydrocapsaicin

8-methyl-N-

DHC

nonenamide
7-methyl-N-

n-DHC

vanillyl-octamide
Trans-7-methyl-

Norcapsaicin

N-vanillyl-5-

n-C

octamide
Trans-9-methylHomocapsaicin

N-vanillyl-7-

h-C

Homodihydrocap
saicin decamide
9-methyl-N-

Homodihydrocapsaicin

vanillyl-

h-DHC

decamide

Capsaicin là chất rắn màu trắng, khơng mùi, nóng chảy ở 62 – 65oC, vị cay nồng, tan
trong cồn và chất béo, khối lượng phân tử 305,4 đvC. Cấu trúc capsaicin gồm một vòng
benzene và một mạch dài cacbon kỵ nước với một nhóm amide phân cực [5].
Capsaicinoid, đặc biệt là capsaicin đóng vai trị quan trọng trong công nghiệp thực
phẩm và dược phẩm [6], [7]. Capsaicin được sử dụng điều trị hen suyển, ho, đau họng,
giảm đau răng, viêm thấp khớp [8]. Capsaicin còn là chất kháng oxi hóa, thúc đẩy q
trình chuyển hóa năng lượng , ngăn chặn sự tích tụ chất béo và là chất chống viêm [3].
6


Hình 1.4: Cấu trúc phân tử capsaicin.

Một số ứng dụng capsaicin [9]:
+ Thực phẩm: Do có mùi và hương vị đặc trưng nên capsaicin được dùng làm gia vị
thực phẩm. Ở một số nước, việc dùng ớt được xem như một bản sắc văn hóa. Ớt tác động

lên tuyến nước bọt kích thích khả năng thèm ăn của con người. Ngồi ra, ớt cịn chứa một
số chất dinh dưỡng như pro-vitamins A, E, B1 (thiamine), B2 (riboflavin), và B3 (niacin).
+ Tác dụng sinh lý và dược lý: Bên cạnh ứng dụng trong thực phẩm, ớt cịn có tác
dụng dược lý và dùng làm dược liệu. Một số giống ớt khác nhau có khả năng gây kích
ứng được sử dụng làm thuốc chữa một số căn bệnh ở Mexico và một phần đông Phi. Các
chế phẩm khác đã được dùng chữa thơng thường như cảm lạnh, sốt, rối loạn tiêu hóa, đau
dạ dày,… Ngồi ra, capsaicinoid cịn có nhiều tác động sinh học đến sức khỏe con người.
Capsaicin là một chất chống oxi hóa, chống gây đột biến và là chất chống viêm. Chúng
được sử dụng làm chất giảm đau, kích thích tim mạch và hệ hơ hấp, chất kháng khuẩn.
Ngồi ra capsaicin còn được dùng làm thuốc trừ sâu trong nơng nghiệp.

Hình 1.5: Một số ứng dụng capsaicin trong dược phẩm.

7


Ớt có chứa capsaicin với hàm lượng cao, do đó nó là nguồn nguyên liệu được sử
dụng rộng rãi để chiết xuất capsaicin [10]. Cùng với các ưu điểm nêu trên, nhiều nghiên
cứu được thực hiện so sánh, đánh giá hàm lượng capsaicinoid cũng như capsaicin trong
nhiều loại ớt khác nhau. Bên cạnh đó, một số loại dung mơi và phương pháp trích ly được
thực hiện với mục đích thu hồi lượng capsaicin này ứng dụng trong thực phẩm và dược
phẩm.

1.2. Cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước:
1.2.1.

Nghiên cứu trong nước:

Năm 2005, PGS.TS Phan Thị Sửu cùng cộng sự [11] nghiên cứu đưa ra ảnh hưởng
của một số yếu tố cơng nghệ đến q trình trích ly nhựa dầu ớt. Nhóm nghiên cứu khảo

sát lựa chọn dung mơi (hoặc hệ dung mơi) thích hợp gồm: Ete petrol, acetone, n-hexane,
methanol, ethyl axetate, etylic 95%, etylic 95% + nước (tỉ lệ 2:1), acetone + nước (tỉ lệ
2:1), metanol + nước (tỉ lệ 2:1), metanol + etyl axetat (tỉ lệ 1:1). Kết quả cho thấy ethanol
và methanol cho hiệu suất trích ly cao nhất, được thể thiện ở bảng 1.2.
Bảng 1.2: Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất thu hồi nhựa dầu ớt
Hiệu suất trích ly nhựa dầu ớt (%)

Lượng nhựa
Dung môi

dầu thu

Theo chất khô

được (g)

Theo lượng ND
trong NL

Ete petrol

2,43

2,59

38,08

acetone

2,62

2,79

41,03

n-hexane

2,31

2,46

36,17

methanol

3,39

3,60

52,94

ethyl acetate

2,57

2,73

40,15

etylic 95%

3,33

3,54

52,06

etylic 95% + nước (2:1)

3,02

3,21

47,21

acetone + nước (2:1)

2,54

2,70

39,71

methanol + nước (2:1)

3,11

3,31

48,68

metanol + ethyl acetate (1:1)

3,06

3,26

47,84

8