Nghiên cứu quá trình sản xuất beta carotene và lycopene từ gấc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------

LÝ QUỐC VĨ

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
BETA-CAROTENE VÀ LYCOPENE TỪ GẤC

Chun ngành: Q trình - Thiết bị Cơng nghệ Hóa học
Mã ngành: 605277

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013


i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. LÊ THỊ KIM PHỤNG
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS. TS. TRẦN CÔNG LUẬN
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. TỐNG THÀNH DANH
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 18 tháng 2 năm 2014.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch hội đồng : PGS. TS. PHẠM THÀNH QUÂN
2. Thư ký :

TS. TRẦN TẤN VIỆT

3. Phản biện 1 :

PGS. TS. TRẦN CÔNG LUẬN

4. Phản biện 2 :

TS. TỐNG THÀNH DANH

5. Ủy viên :

PGS. TS. LÊ THỊ KIM PHỤNG

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


ii
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lý Quốc Vĩ

MSHV: 10290152

Ngày, tháng, năm sinh: 16/08/1986

Nơi sinh: Tp.HCM

Chun ngành: Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học

Mã số: 605277

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu quá trình sản xuất beta-carotene và lycopene từ gấc
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 So sánh khả năng trích ly lycopene và beta-carotene của các phương pháp
khác nhau.
 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dung môi lên hiệu quả
trích ly lycopene và beta-carotene.
 Tối ưu hóa q trình trích ly lycopene và beta-carotene.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/12/2013
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Lê Thị Kim Phụng

Tp. HCM, ngày 21 tháng 01 năm 2013
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


iii

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng tri ân sâu sắc đến Tiến Sĩ Lê Thị Kim Phụng,
người đã tận tình giúp đỡ, chỉ dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có thể hồn
thành tốt luận văn này.
Gia đình 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 chân thành cảm ơn q thầy cơ bộ mơn Q trình - Thiết
bị, 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 lịng truyền đạt kiến
thức và giúp tơi có được những điều kiện thí nghiệm tốt nhất.
Xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp cao học Quá trình - Thiết bị Cơng nghệ
hóa học khóa 2010 và những người bạn của tôi đã động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều
trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như khi thực hiện đề tài.


iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong các loại rau quả và thực phẩm thì Quả GẤC ở Việt Nam được cơng
nhận là một nguồn tự nhiên giàu beta-carotene và lycopene nhất được biết đến cho
đến nay. Tuy nhiên, ở Việt Nam cũng như trên thế giới, Quả Gấc chưa được chú
trọng nghiên cứu để đề xuất ra một quy trình trích ly tối ưu β-carotene và lycopene
từ Gấc, kể cả sử dụng dung môi hữu cơ lẫn chất lỏng siêu tới hạn. Phương pháp
trích ly bằng dung mơi siêu tới hạn (SFE) và trong luận văn này là dùng CO2 có
những ưu điểm là nhiệt độ trích ly thấp, giảm thiểu sự phân hủy nhiệt của các hợp
chất trích ly; việc phân tách dung môi ra khỏi sản phẩm dễ dàng, dẫn đến khơng cịn
dung mơi trong sản phẩm trích ly; thời gian trích giảm từ vài tuần, vài ngày xuống
cịn vài giờ và khi dùng CO2 trong tồn bộ q trình giảm các phản ứng không
mong muốn, thân thiện với môi trường…
Trong luận văn này tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: dung môi

và thời gian đến quá trình trích ly bằng phương pháp trích ly siêu tới hạn để so sánh
hiệu suất trích ly của β-carotene và lycopene. Kết quả thu được cho thấy rằng khi bổ
sung đồng dung mơi cho hiệu suất trích ly cao hơn và thời gian trích ly phù hợp là 3
giờ.
Các thí nghiệm tiếp theo tiến hành khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho q trình
trích ly β–carotene và lycopene. Kết quả cho thấy rằng hiệu suất tối đa của
β–carotene là 94,67% và lycopene là 31,98% ở điều kiện nhiệt độ 80oC, áp suất 300
bar, lưu lượng dòng CO2 là 20 g/ph.
Từ các số liệu thực nghiệm mơ hình hồi quy được đưa ra với hai hàm đáp
ứng hiệu suất trích ly β-carotene và lycopene chịu ảnh hưởng bởi áp suất và tốc độ
dịng dung mơi. Từ các điều kiện tối ưu trong quy mơ phịng thí nghiệm, nhóm
nghiên cứu đã tiến hành khảo sát trong quy mô công nghiệp. Và kết quả cho thấy sự
phù hợp về thực nghiệm giữa phịng thí nghiệm và cơng nghiệp. Do đó có thể ứng
dụng phương trình quy hoạch thực nghiệm để tính tốn sơ bộ hiệu suất thu hồi βcarotene và lycopene trên quy mô công nghiệp.


v

ABSTRACT
In the kind of vegetables, fruits and foods in Vietnam, gac fruit is recognized
and known as a richest natural source of beta-carotene and lycopene to date.
However, in Vietnam and the world, gac fruit is not focused research to propose an
optimal extraction procedures β-carotene and lycopene from Gac, including the use
of organic solvents and substances supercritical fluid. Extraction method using
supercritical solvents (SFE) and is used in this work to be CO2. It has the
advantages such as: extraction temperature is low, minimizing the thermal
decomposition of compounds extracted, the solvent separated from the product
easily, resulting is no solvent in extracted products; extraction time reduced from a
few weeks, a few days to a few hours and the use of CO2 in the whole process of
reducing unwanted reactions, friendly environment ...

In this work, which conducted a survey of the influence factors: solvent and
time affect the extraction process by means of supercritical extraction to compare
the extraction yield of β-carotene and lycopene.. The results showed that the
addition of co-solvents increased extraction yield and suitable extraction time for
extraction was 3 hours.
The next experiment was survey to find out the optimum conditions for the
extraction of β-carotene and lycopene. The results showed that the highest yield
were 94,67% of β-carotene and 31.98% of lycopene in the conditions such as:
temperature of 80°C, pressure of 300 bar, CO2 flow rate of 20 g/min.
From the experimental data regression model was launched with two functions
meet extraction yield of lycopene and β-carotene is affected by pressure and flow
rate of the solvent. From the optimal conditions in the laboratory scale, the research
team conducted surveys in industrial scale. And the results showed conformity
between experimental and industrial laboratories. Therefore, the regression equation
could be applied to calculate extraction yield of β-carotene and lycopene on
industrial scale.


vi

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................ iv
ABSTRACT .................................................................................................................... v
MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... xii
DANH SÁCH HÌNH.................................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1-MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1
1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 2

1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................. 2
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 3
1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC........................................................................................ 3
1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN ....................................................................................... 3
CHƯƠNG 2-TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................................... 4
2.1 TỔNG QUAN VỀ GẤC VÀ CÁC THÀNH PHẦN HỢP CHẤT ....................... 4
2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ GẤC .................................................................................. 4
2.1.1.1 Tên gọi ................................................................................................... 4


vii
2.1.1.2 Đặc điểm thực vật .................................................................................. 4
2.1.1.3 Phân bố và thời vụ.................................................................................. 5
2.1.1.4 Thành phần hóa học ............................................................................... 6
2.1.1.5 Một số ứng dụng của gấc ....................................................................... 7
2.1.2 HỢP CHẤT CAROTENOID ........................................................................ 8
2.1.2.1 Giới thiệu chung..................................................................................... 8
2.1.2.2 Cấu trúc ................................................................................................ 11
2.1.2.3 Phân loại ............................................................................................... 12
2.1.2.4 Tính chất .............................................................................................. 13
2.1.2.5 Vai trị sinh học .................................................................................... 14
2.1.3 β-CAROTENE ............................................................................................ 14
2.1.4 LYCOPENE ................................................................................................ 16
2.1.5 CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC ......... 18
2.1.5.1 Ngoài nước ........................................................................................... 18
2.1.5.2 Trong nước ........................................................................................... 19
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TRUYỀN THỐNG .............................. 21
2.2.1 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation) ....................................... 21
2.2.2 Chiết bằng phương pháp ngâm lâu (Maceration) ........................................ 22

viii
2.2.3 Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt ngược dòng ........................................ 22
2.2.4 Chiết bằng Soxhlet ...................................................................................... 23
2.2.5 Chiết bằng cách đun hồn lưu ..................................................................... 24
2.2.6 Chiết bằng phương pháp lơi cuốn hơi nước ................................................ 24
2.3 TRÍCH LY SIÊU TỚI HẠN ............................................................................... 25
2.3.1 LÝ THUYẾT SIÊU TỚI HẠN ................................................................... 25
2.3.1.1 Trạng thái siêu tới hạn ......................................................................... 25
2.3.1.2 Đặc điểm của dung môi siêu tới hạn .................................................... 26
2.3.1.3 CO2 siêu tới hạn ................................................................................... 28
2.3.2 TRÍCH LY BẰNG DUNG MƠI SIÊU TỚI HẠN ...................................... 29
2.3.2.1 Mơ tả q trình ..................................................................................... 29
2.3.2.2 Trích ly ngun liệu lỏng ..................................................................... 32
2.3.2.3 Trích ly nguyên liệu rắn ....................................................................... 32
2.3.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ........................... 34
2.3.3.1 Ưu điểm................................................................................................ 34
2.3.3.2 Nhược điểm .......................................................................................... 36
2.3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng .......................................................................... 37
2.3.4 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRÍCH LY β-CAROTENE VÀ
LYCOPENE TỪ CÁC LOẠI RAU QUẢ BẰNG CO2 SIÊU TỚI HẠN ..................... 42


ix
CHƯƠNG 3-NGUYÊN LIỆU - THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 45
3.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT ..................................................................... 45
3.1.1 Bột Gấc ........................................................................................................ 45
3.1.2 Hóa chất ....................................................................................................... 45
3.2 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ................................................................................... 46
3.2.1 Thiết bị trích ly siêu tới hạn ........................................................................ 46

3.2.2 Thiết bị cô quay chân không ....................................................................... 48
3.2.3 Thiết bị phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) ................................ 49
3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................... 51
3.3.1 Cơ sở của phương pháp nghiên cứu ............................................................ 51
3.3.2 Sơ đồ nghiên cứu ......................................................................................... 51
3.3.3 Quy trình trích ly β-carotene, lycopene ....................................................... 52
3.3.4 Quy hoạch thí nghiệm ................................................................................. 55
3.3.4.1 Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ....................................................... 55
3.3.4.2 Quy hoạch thực nghiệm đa mục tiêu ....................................................56
3.3.4.3 Thực nghiệm yếu tố toàn phần ............................................................. 58
3.3.4.4 Thiết lập thí nghiệm và phương pháp tính tốn ................................... 59
3.3.5 Phương pháp tính tốn ................................................................................. 62


x
3.3.5.1 Tính tốn kết quả phân tích HPLC ...................................................... 62
3.3.5.2 Hiệu suất trích ly .................................................................................. 62
3.3.5.3 Độ chọn lọc .......................................................................................... 63
3.3.5.4 Xác định độ ẩm của nguyên liệu .......................................................... 63
CHƯƠNG 4-KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................... 65
4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG BỘT GẤC .............................................. 65
4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỒNG DUNG MƠI ĐẾN HIỆU SUẤT TRÍCH LY ...... 65
4.2.1 Bàn luận kết quả thí nghiệm thu được......................................................... 65
4.2.2 Sắc ký đồ khảo sát ảnh hưởng của đồng dung môi ..................................... 68
4.3 TỐI ƯU HĨA CÁC ĐIỀU KIỆN CỦA Q TRÌNH TRÍCH LY
β –CAROTENE VÀ LYCOPENE ................................................................................ 70
4.3.1 Sắc ký đồ phân tích HPLC của các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm .... 73
4.3.2 Tối ưu hóa các điều kiện để hiệu suất trích ly β-carotene cao nhất ............ 83
4.3.3 Tối ưu hóa các điều kiện để hiệu suất trích ly lycotene cao nhất ................ 86
4.4 ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH TRÊN QUY MÔ CÔNG NGHIỆP ......................... 89

4.4.1 Xác định điều kiện vận hành trên quy mô công nghiệp .............................. 89
4.4.2 Kết quả hiệu suất thu hồi β-carotene, lycopene trên quy mô công nghiệp . 89


xi
CHƯƠNG 5-KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 91
5.1 KẾT LUẬN......................................................................................................... 91
5.2 ĐỀ XUẤT VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 93
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 98


xii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Các dạng carotenoid quan trọng trong thực tế.............................................. 10
Bảng 2.2: Đặc điểm của một số chất ở trạng thái tới hạn ............................................. 27
Bảng 2.3: So sánh tính chất vật lý của khí, lỏng và lỏng siêu tới hạn .......................... 27
Bảng 2.4: Một số đặc điểm của CO2 ............................................................................. 28
Bảng 2.5: Khối lượng riêng CO2 ở các giá trị nhiệt độ và áp suất khác nhau (kg/m3) . 29
Bảng 2.6: Các yếu tố ảnh hưởng đến trích ly siêu tới hạn ............................................ 38
Bảng 2.7: Các nghiên cứu trích ly β-carotene và lycopene từ nhiều loại trái cây khác
nhau ............................................................................................................................... 43
Bảng 3.1: Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ....................................................... 45
Bảng 3.2: Bảng quy hoạch thí nghiệm .......................................................................... 57
Bảng 4.1: Kết quả xác định độ ẩm ................................................................................ 65
Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của đồng dung mơi đến hiệu suất trích ly ... 66
Bảng 4.3: Kết quả hàm lượng β-carotene và lycopene thu được ở các điều kiện trích ly
khác nhau....................................................................................................................... 70
Bảng 4.4: Giá trị tâm và bước nhảy của các yếu tố thí nghiệm .................................... 71
Bảng 4.5: Ma trận hoạch định với biến ảo .................................................................... 72

xiii
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Dây gấc ........................................................................................................... 5
Hình 2.2: Trái gấc ........................................................................................................... 5
Hình 2.3: Trái gấc chín.................................................................................................... 5
Hình 2.4: Sơ đồ chuyển hóa carotenoid .......................................................................... 9
Hình 2.5: Q trình tổng hợp các dạng carotenoid ....................................................... 12
Hình 2.6: Quá trình biến tính carotenoid ...................................................................... 14
Hình 2.7: Cơng thức cấu tạo của β-carotene ................................................................. 15
Hình 2.8: Cơng thức cấu tạo của lycopene ................................................................... 16
Hình 2.9: Q trình trích ngấm kiệt ngược dịng .......................................................... 23
Hình 2.10: Mơ hình bình trích Soxhlet ......................................................................... 24
Hình 2.11: Giản đồ PVT của một cấu tử tinh khiết và hình chiếu lên mặc phẳng PT .. 26
Hình 2.12: Giản đồ pha của CO2 ................................................................................... 29
Hình 2.13: Sơ đồ tách chất bằng cách điều chỉnh đặc điểm nhiệt động lực học (nhóm I)
và dung tác nhân tách ly (nhóm II) ............................................................................... 30
Hình 2.14: Sơ đồ trích ly ngun liệu lỏng bằng chất lỏng siêu tới hạn ....................... 32
Hình 2.15: Sơ đồ trích ly ngun liệu rắn ..................................................................... 33
Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống trích ly nguyên liệu rắn gồm nhiều bình trích ................... 34


xiv
Hình 3.1: Thiết bị trích ly siêu tới hạn THAR SFC ...................................................... 46
Hình 3.2: Sơ đồ thiết bị trích ly siêu tới hạn ................................................................. 47
Hình 3.3: Thiết bị cơ quay chân khơng Buchi R-210 ................................................... 48
Hình 3.4: Cấu tạo thiết bị cơ quay chân khơng ............................................................. 48
Hình 3.5: Thiết bị phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao ................................................ 49
Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao .................................................... 50

Hình 3.7: Cột dùng cho HPLC ...................................................................................... 50
Hình 3.8: Quy trình thu nhận chế phẩm β-carotene và lycopene.................................. 52
Hình 3.9: Mẫu trích ly theo phương pháp ngâm lâu ..................................................... 53
Hình 3.10: Mơ hình quy hoạch đa mục tiêu .................................................................. 56
Hình 4.1: Biểu đồ so sánh hiệu suất trích ly trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của
đồng dung mơi............................................................................................................... 66
Hình 4.2: Ảnh hưởng của áp suất và lưu lượng dòng CO2 lên hiệu suất thu hồi
β-carotene tại các nhiệt độkhác nhau ............................................................................ 85
Hình 4.3: Ảnh hưởng của áp suất và lưu lượng dòng CO2 lên hiệu suất thu hồi lycopene
tại các nhiệt độ khác nhau ............................................................................................. 87


1

CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, nhu cầu về carotenoid mà đặc biệt là β-carotene và lycopene trên thế
giới tăng rất nhanh bởi các tác dụng tích cực của chúng trong việc chống oxy hóa,
phịng ngừa và chữa trị các chứng bệnh tim mạch, ung thư ở người. Quả GẤC ở
Việt Nam được công nhận là một nguồn tự nhiên giàu β-carotene và lycopene nhất
được biết đến cho đến nay. Việc ứng dụng kỹ thuật chất lỏng siêu tới hạn cho quá
trình sản xuất carotenoid từ Gấc nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu chất
lượng cao chỉ có ở nước ta, nâng cao giá trị của sản xuất nông nghiệp, tạo nên
những sản phẩm sạch và an toàn đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và quốc tế.
Trong dầu gấc chứa một lượng β-carotene cao hơn 70 lần so với lượng có
trong quả cà chua – loại thực phẩm được cho rằng chứa nhiều các hợp chất
carotenoid

[14]

. Carotenoid là những chất có màu vàng, cam và hơi pha đỏ. Nó có

nhiều trong thực vật mà khơng hề xuất hiện trong động vật cũng như các thực phẩm
có nguồn gốc động vật. β-carotene là một terpene, là một trong hơn 600 loại
carotenoid tồn tại trong tự nhiên. β-carotene cịn là tiền chất của vitamin A nên nó là
nguồn cung cấp vitamin A tự nhiên, dồi dào cho cơ thể. Vitamin A đóng vai trị cho
khả năng của thị giác và sự phát triển của trẻ em nên β-carotene cũng có tác dụng
tăng cường thị lực, tốt cho trẻ em và người cao tuổi, có tác dụng tăng cường hệ miễn
dịch giúp người bệnh mau hồi sức.
β-carotene có khả năng chống oxy hóa, loại bỏ những nguyên tử oxy tự do dư
thừa điện tử trong da. Những nguyên tử này được hình thành khi da bị phá huỷ bởi
tia cực tím, làm da bị lão hố và gây ra bệnh ung thư. β-carotene triệt tiêu những tác
hại này bằng cách loại bỏ các gốc điện tử tự do, làm vơ hiệu hóa các chất gây ung
thư, chậm tiến trình lão hóa da…
Bên cạnh đó, dầu gấc cịn chứa lycopene và curcumin là các thành phần chống
oxy hóa và ức chế tế bào ung thư rất hiệu quả. Lycopene có tác dụng ức chế các loại


2

bướu lành cũng như ác tính, được dùng trong chữa trị các loại ung thư tuyến vú, dạ
dày, tuyến tiền liệt và hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong dược phẩm và mỹ
phẩm. Curcumin được sử dụng trong điều trị chống viêm khớp, thối hóa,
Alzheimer đồng thời cũng có khả năng ngăn ngừa một số loại ung thư. Nguồn
carotene thương mại hiện nay chủ yếu được chiết xuất từ các loại cà rốt và cà chua,
do gấc là loại thực phẩm chỉ phân bố tại Việt Nam.
Để trích ly carotenoid từ quả Gấc thì có những phương pháp trích ly truyền
thống như ngâm dầm hoặc Soxhlet nhưng các phương pháp này có nhược điểm: thời
gian trích ly kéo dài, dùng dung môi độc hại, độ chọn lọc không cao… Với những

ưu điểm vượt bậc của phương pháp trích ly siêu tới hạn: thời gian trích ly ngắn,
dung mơi thân thiện với môi trường, việc phân tách dung môi ra khỏi sản phẩm dễ
dàng, loại bỏ khơng cịn dung mơi trong sản phẩm trích ly… rất thích hợp cho việc
chiết xuất các hợp chất carotenoid từ Gấc.
Với những ưu điểm nổi bật của phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn và
những công dụng quan trọng của β-carotene và lycopene có trong quả Gấc thì đề tài
này được nghiên cứu để đưa ra một quy trình sản xuất β-carotene và lycopene tối ưu
bằng phương pháp trích ly hiện đại.
1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Để đáp ứng yêu cầu của đề tài, đối tượng nghiên cứu của đề tài này bao gồm:
- Vật liệu nghiên cứu: màng hạt Gấc (danh pháp khoa học: Momordica
cochinchinensis, đồng nghĩa Muricia cochinchinensis, Muricia mixta).
- Thiết bị trích ly siêu tới hạn Thar - SFC.
- Q trình trích ly bằng CO2 siêu tới hạn.
- Phương pháp thực nghiệm tìm điều kiện tối ưu.
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Dựa vào đối tượng của đề tài, mục tiêu nghiên cứu bao gồm:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trích ly lên hiệu suất và độ chọn lọc
của β-carotene và lycopene.


3

- Tối ưu hóa q trình trích ly β-carotene và lycopene.
1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa vào mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Thực nghiệm so sánh hiệu quả trích ly β-carotene và lycopene dưới các điều
kiện trích ly khác nhau.
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các yếu tố và
sự tác động giữa chúng lên hiệu quả của quy trình trích ly β-carotene và lycopene

bằng dung mơi siêu tới hạn.
1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC
Nghiên cứu trích ly siêu tới hạn trên đối tượng quả Gấc là nghiên cứu được
thực hiện ở Việt Nam dựa trên công nghệ tiên tiến trong chiết xuất các hợp chất
thiên nhiên hòa cùng với xu hướng của thế giới trong ngành công nghiệp “hóa học
xanh”.
1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Nhu cầu về quy trình sản xuất sạch, ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất
thực phẩm và dược phẩm ngày càng phát triển, đòi hỏi phải đáp ứng được những
quy định nghiêm ngặt về môi trường.
- Việc thu hồi β-carotene, lycopene và vitamin E từ Gấc là một nhu cầu thực
sự bức thiết. Với nhu cầu carotenoid ngày càng cao trong khi nguồn cung cấp ngày
càng hạn chế và vẫn phụ thuộc vào việc nhập khẩu. Với giá trị thị trường carotenoid
năm 2007 đạt 766 triệu USD và dự kiến đạt 915 triệu USD vào năm 2015
(FOD025C, 2008), có thể thấy rằng tiềm năng của ngành cơng nghiệp sản xuất
carotenoid trong đó đặc trưng là beta - carotene và lycopene là rất lớn.
- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đưa ra một quy trình tối ưu cho việc thu hồi
và sản xuất carotenoid, nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp, giảm thiểu
những tác động của quá trình sản xuất đến mơi trường, mang lại lợi ích kinh tế rất
lớn.


4

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ GẤC VÀ CÁC THÀNH PHẦN HỢP CHẤT
2.1.1 Giới thiệu về gấc: [1]
2.1.1.1 Tên gọi:
- Tên khoa học: Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng.

- Tên Việt: Dây Gấc
- Bộ: Cucurbitales
- Họ: Cucurbitaceae
- Chi: Momordica
- Loài: Momordica cochinchinensis
- Các tên cũ: Muricia cochinchinensis (Lour.), Momordica macrophylla
(Gage), Momordica mixta (Roxburgh)
- Tên Anh: Spiny bitter - cucumber, Chinese bitter - cucumber, Chinese cucumber
- Tên Pháp: Margose à piquants
- Tên Khmer: Makkao
- Tên Trung Quốc: Mộc miết
2.1.1.2 Đặc điểm thực vật:
Gấc là loài cây thân thảo dây leo thuộc chi Mướp đắng. Đây là một loại
cây đơn tính khác gốc, tức là có cây cái và cây đực riêng biệt.
Cây gấc leo khỏe, chiều dài có thể mọc đến 15 mét. Thân dây có tiết diện
góc. Lá gấc nhẵn, thùy hình chân vịt phân ra từ 3 đến 5 dẻ, dài 8-18 cm.
Hoa có hai loại: hoa cái và hoa đực. Cả hai có cánh hoa sắc vàng nhạt.
Quả hình trịn, màu lá cây, khi chín chuyển sang màu đỏ cam, đường kính 15–
20 cm. Vỏ gấc có gai rậm. Bổ ra mỗi quả thường có sáu múi. Thịt gấc màu đỏ cam.
Hạt gấc màu nâu thẫm, hình dẹp, có khía.


5

Hình 2.1: Dây gấc

Hình 2.2: Trái gấc

Hình 2.3: Trái gấc chín
2.1.1.3 Phân bố và thời vụ:

a - Phân bố:
Chúng được tìm thấy trên khắp khu vực từ miền Nam Trung Quốc đến Đông
Bắc nước Úc và phân bố ở độ cao 0-1500 m
Ở nước ta, Gấc mọc hoang và được trồng khắp nơi. Gấc là một lồi cây có sức
chống chịu tốt, rất phù hợp với đất đỏ bazan, feralit, … mà những loại đất này phân
bố và trải rộng ở trung du miền núi phía Bắc (Bắc Giang), Tây Nguyên ( Đắc Lắc),
miền Đông Nam bộ (Tây Ninh).
Khác với các tỉnh phía Bắc, do khơng có mùa đơng lạnh nên cây gấc ở Nam
bộ xanh tốt và có trái quanh năm mặc dù chất lượng không cao như trái gấc xứ Bắc.
Dọc theo sông Tiền trồng gấc rất tốt.


6

b - Thời vụ:
Mùa hoa gấc từ tháng 4 đến tháng 5. Mùa quả từ tháng 6 đến tháng 2 năm sau.
Mỗi năm gấc chỉ thu hoạch được một mùa. Do vụ thu hoạch tương đối ngắn (vào
khoảng tháng 12 hay tháng 1), nên gấc ít phổ biến hơn các loại quả khác.
Gấc là loại cây đơn tính, thụ phấn chủ yếu nhờ gió, sâu bọ, ong bướm... để
tăng năng suất tiến hành thụ phấn nhân tạo bằng cách dùng bông ướt lấy phấn trên
đầu nhị của hoa đực bôi đều lên nhụy của hoa cái vào thời điểm hoa đực và hoa cái
đã nở đều. Có 3 cách trồng: trồng bằng hạt, trồng bằng thân và để gốc tái sinh.
- Trồng bằng hạt: Chọn hạt già không sâu bệnh, gieo trực tiếp ở các hố đã
chuẩn bị sẵn phân hữu cơ hoai. Mỗi hố cách nhau 4 - 5 m, giữ ẩm cho hạt mau nẩy
mầm. Một hố để lại chừng 2 - 3 cây/hốc.
- Trồng bằng hom thân: Có thể nhân giống vơ tính cây gấc bằng cách giâm
hom thân. Chọn những đoạn cành bánh tẻ (tức không quá già hoặc quá non) ở
những cây gấc cho năng suất và chất lượng cao để làm hom trồng. Cắt cành ra từng
đoạn từ 40 - 50 cm, giâm ngay vào hốc đã chuẩn bị sẵn (nên xử lý nhún đầu hom
vào nước vôi, các dung dịch thuốc trừ nấm bệnh như Benlate C hoặc Rovral 2 - 4

phần ngàn, ngâm 5 - 10 phút để chống thối cành). Đặt gốc dây hom sâu 5 - 7 cm,
lấp đất và chừa ngọn 2 - 3 đốt, rồi che mát bớt nắng, tưới nước giữ ẩm. Khi mầm
gấc nhú lên thành dây thì làm giàn cho gấc leo.
- Để gốc tái sinh: Cuối mùa khơ, trước khi có mưa chuyển mùa, nên cắt gốc
gấc chỉ để lại khoảng 10 - 15 cm, dọn vệ sinh giàn cũ, xới xáo quanh gốc, bón thêm
phân các loại. Khi tưới nước đủ ẩm hoặc có mưa xuống thì từ các mắt ở gốc gấc sẽ
nẩy mầm và phát triển thành cây cho năm sau.
Thu hoạch lúc quả đã chín đỏ, có thể dùng ngay hay để vào chỗ mát dùng dần.
2.1.1.4 Thành phần hóa học:
Dầu gấc có chứa nhiều β-carotene, lycopene, zeaxanthin và β-cryptoxanthin.
Gấc đặc biệt giàu lycopene, có thể đạt đến 380 microg/g thịt trái. Theo tỷ lệ khối
lượng, nó chứa nhiều lycopene gấp 70 lần cà chua. Người ta cũng phát hiện thấy nó
chứa β-carotene nhiều gấp 10 lần cà rốt hoặc khoai lang. Ngoài ra, các carotenoid


7

có mặt trong gấc liên kết với các axít béo mạch dài, tạo ra kết quả là nó có tính hoạt
hóa sinh học cao hơn. Một nghiên cứu gần đây cho thấy gấc chứa các loại
protein có thể ngăn cản sự phát triển của các tế bào ung thư [14].
Trong dầu gấc có chứa β-carotene, lycopene, alpha-Tocopherol (vitamin E
thiên nhiên), 33,4% acid Palmitic, 7,9% acid stearic, đặc biệt 44% acid Oleic và
14,7% acid Linoleic.
Acid Oleic và acid Linoleic là hai acid béo rất cần thiết cho cơ thể.
Ngồi ra, cịn chứa vi lượng cần thiết: sắt, đồng, kẽm, kali, coban, …
Màu đỏ cam của Gấc cũng rất bền với nhiệt nên hi vọng dùng làm màu thực
phẩm tốt, lại giàu tiền sinh tố A (β-carotene).
Trong nhân hạt gấc có 55,3% chất lipid, 16,6% chất protit, 1,8% tanin, 2,8%
cellulose, 6% nước, 2,9% chất vơ cơ, 2,9% đường, 11,7% chất khống… Ngồi ra
cịn có một lượng nhỏ các men phosephatase, peroxydase, invectase.

2.1.1.5 Một số ứng dụng của gấc:
Gấc vừa là cây thực phẩm, vừa là cây thuốc nên có giá trị rất lớn về nhiều mặt.
- Thực phẩm: Nếu dùng bột gấc (xào trong dầu) thay thế 1 phần hay hoàn
toàn cho bột cà-ri (trích từ cây Điều Nhuộm) sẽ giúp tăng vitamin A thêm được
nhiều hơn cho thực phẩm. Hay trích lấy màu làm màu thực phẩm: nhuộm màu xơi
gấc.
- Hóa mỹ phẩm: dầu có tác dụng làm da tóc mịn màng, làm giảm sự nhạy
cảm của da với tia cực tím, chống xạm da làm mau lành vết thương, loét. Lycopene
là chất chống oxi hóa sinh học, có tác dụng bảo vệ da, giúp da hồng hào và mịn
màng. Dầu gấc hồn tồn có thể thay thế được Sudan trong ngành cơng nghiệp hóa
mỹ phẩm và thực phẩm, khắc phục được những hiểm họa từ hóa chất độc hại gây
ra.
- Y học: Lycopene có trong gấc có khả năng phịng chống, hạn chế sự phát
triển của tế bào ung thư. Khơng chỉ vậy, gấc cịn chứa nhiều các chất khác như
vitamin E, carotene…làm vơ hiệu hóa 75% các chất gây ung thư, đặc biệt là ung thư
vú, ung thư tuyến tiền liệt… Dầu gấc có tác dụng làm giảm LDL Cholesterol, làm


8

bền thành mạch, chống xơ vữa động mạch, từ đó chống tai biến. Curcumin và
β-carotene trong dầu gấc giúp tăng sức đề kháng.
Hạt gấc có vị đắng, hơi ngọt, tính ấm, có độc nhưng nhân hạt gấc chứa chất
dầu màu vàng, chất béo, chất xơ… dùng trị mụn nhọt, quai bị, sung tấy, lở loét…
Rễ gấc dùng chữa tê thấp, sưng chân.
2.1.2 Hợp chất carotenoid:
2.1.2.1 Giới thiệu chung:
Carotenoid là một loại chất màu được biết đến dưới dạng các sắc tố vàng, cam,
đỏ hay đỏ tía và được phân bố rộng rãi trong động vật và thực vật [2].
Ở thực vật, carotenoid được tìm thấy ở hoa (hướng dương, cúc vàng, vạn thọ,

thủy tiên, kim anh, hoa hồng, nghệ tây), ở quả (cà chua, cam, chanh, nho, dứa, dâu,
hồng, ớt, bí ngơ), ở lá (trà, thuốc lá), ở rễ củ (cà rốt). Năm 1831, Wackenroder phân
tách sắc tố cam từ cà rốt (Daucuscarota) và thuật ngữ “carotene” xuất phát từ tiếng
Latin của cà rốt là “carota”. Và đến năm 1837, Berzelious đã đặt tên cho sắc tố
vàng của lá cây mùa thu là “xanthophyll”. Tuy nhiên, carotenoid lại có mặt nhiều
nhất trong tế bào quang hợp của lá cây và tảo. Hàm lượng carotenoid trong lá xanh
chiếm khoảng 0,07% - 0,2% chất khơ. Và nó được tích tụ ở trong lục lạp (lá cây là
chính nhưng cũng có ở trái cây chưa chín), và hiện diện dưới dạng phức chlorophyll
- carotenoid – protein, (Goodwin and Britton, 1988). Do đó, màu của carotenoid
thường bị che bởi màu xanh của chlorophyll nên đến khi chlorophyll bị phân hủy,
màu của carotenoid mới xuất hiện.
Carotenoid cũng tồn tại rộng rãi ở vi khuẩn, nấm mốc và nấm kỵ quang.
Ngồi ra, carotenoid cịn được tìm thấy dưới dạng dẫn xuất ở động vật như
ketocarotenoid trong lơng của chim (hồng hạc, hồng yến), astarxantin trong da
hoặc thịt của một số loài cá (cá vàng, cá hồi), tơm và cơn trùng, trứng của lồi giáp
xác. Tơm và các sinh vật biển khơng xương sống khác thường có màu xanh lam,
xanh lục hay tía do carotenoid tồn tại dưới dạng phức với protein (carotenoprotein).


9

Đến khi nấu chín, carotenoid được giải phóng và sẽ cho ra màu đỏ cam vốn có của
nó.
gemanylgemay-PP
phytoene synthase
phytoene + 2 pyrophosphate
crt1
zeta-carotene
crt1
lycopene

lycopene cylase
alpha-carotene

β-carotene

Hình 2.4: Sơ đồ chuyển hóa carotenoid


10

Bảng 2.1: Các dạng carotenoid quan trọng trong thực tế [6]
Carotenoid

Bao gồm
α-carotene, β-carotene, δ- Hầu hết các loại trái cây và rau
carotene, γ-carotene,

quả, đặc biệt là trong cà rốt,

ε-carotene, ζ-carotene

khoai lang, quả cây cọ. Quả tầm
xuân.

Carotene
Lycopene, neurosporene

Phytofluene, phytoene
Antheraxanthin

Cà
chua
(Licopersicon
esculentum), dưa hấu và quả
tầm xuân (Rosa spp.)
Trái cây giàu carotenoid, cà rốt
(rễ).
Bao phấn và cánh hoa của nhiều
loại hoa màu vàng, cũng như
trong trái cây và rau quả.

Bixin, norbixin

Annatto (Bixa orellana) seeds

Capsanthin, capsanthin 5,6-epoxide,capsorubin

Quả chin Capsicum annuum

Crocetin
Xanthophyll

Hoa cây nghệ tây (Crocus
Cucurbitaxanthin A

sativus)

Lactucaxanthin

Trái bí ngơ (Cucurbita maxima)

Lutein, violaxanthin,

Rau diếp (Lactuca sativa)

neoxanthin
Luteoxanthin, neochrome,

Trái cây xanh, rau quả và hoa.

auroxanthin
Rau quả được chế biến trong
Rubixanthin

điều kiện axit và lên men.