GHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT CAROTENOID TỪ QUẢ CÀ CHUA

<span class='text_page_counter'>(1)</span>Đinh Thị Kim Hoa và Đtg. Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ. 177(01): 165 - 169. NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT CAROTENOID TỪ QUẢ CÀ CHUA Đinh Thị Kim Hoa*, Lưu Hồng Sơn, Phạm Ngọc Mai, Phạm Thị Phương, Trần Văn Chí, Trịnh Thị Chung, Đào Đình Trọng, Tạ Thị Lượng Trường Đại học Nông Lâm - ĐH Thái Nguyên. TÓM TẮT Carotenoid đã được sử dụng nhiều trong lĩnh vực mỹ phẩm, thực phẩm. Hiện nay nguồn nguyện liệu sản xuất chính là chiết suất từ thực vật. Mục đích của nghiên cứu là khảo sát đơn yếu tố nhiệt độ sấy nguyên liệu, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi chiết (ete dầu hỏa 60 - 90), nhiệt độ tách chiết ảnh hướng tới quá trình tách chiết carotenoid từ cà chua cho kết quả tương ứng: 60°C, 10/1 (w/v), 55°C .Trên cơ sở khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện chiết tách bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box - Behnken đã tìm đươc điều kiện tối ưu quá trình tách chiết carotenoid từ cà chua sử dụng nhiệt độ sấy nguyên liệu 58,62°C, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi là 1/10 (w/v), nhiệt độ tách chiết 55°C cho hàm lượng carotenoid là 12,95 mg/100 g. Kết quả thực nghiệm cho kết quả có độ tương thích cao với mô hình. Từ khóa: cà chua, carotenoid, son môi, tách chiết, tối ưu. MỞ ĐẦU* Carotenoid là các sắc tố tự nhiên được coi là dưỡng chất màu bởi có nhiều đặc tính tương tự vitamin tạo ra màu vàng, da cam, đỏ có nhiều trong nhiều loại rau hoa, quả. Vì vậy carotenoid được sử dụng nhiều trong lĩnh vực mỹ phẩm, thực phẩm. Cà chua là một loại rau quả làm thực phẩm, quả chín có màu từ vàng đến đỏ chứa carotenoid có màu đỏ cam [1], [2], [3], [5]. Việc tách chiết carotenoid chịu ảnh hưởng bởi dung môi, điều kiện chiết. Vì vậy mục đích của nghiên cứu là nhằm tối ưu hóa quá trình tách chiết carotenoid tổng số từ quả cà chua tại Thái Nguyên. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu Quả cà chua tươi được thu mua tại chợ Thái, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên. Nguyên liệu được rửa sạch, lưu trữ ở nhiệt độ phòng, tránh ánh sáng và ẩm. Dung môi: Dùng dung môi ete dầu hỏa 60 -90 (dạng tinh khiết – Việt Nam) Bố trí thí nghiệm Carotenoid từ quả cà chua bằng sấy ở nhiệt độ 50, 60, 70, 80, 90°C đến độ ẩm dưới 10%, sau *. Tel: 0983 844268. đó chiết với tỷ lệ dung môi : nguyên liệu lần lượt là 6: 1; 8:1; 10:1; 12:1 (v/w), ở nhiệt độ chiết 50, 55, 65, 75, 85°C. Sau khi tiến hành khảo sát các đơn nhân tố, để đánh giá khả năng ảnh hưởng của chúng, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box - Behnken với ba yếu tố, ba cấp độ. Xác định hàm lượng Caroteinoid toàn phần Phương pháp dựa trên khả năng hòa tan của Carotenoid trong các dung môi hữu cơ cho mầu vàng, cường độ mầu của dung dịch tỷ lệ thuận với hàm lượng Carotenoid và được đo trên máy quang phổ so màu UV – VIS, model UV-2502 của hãng LABOMED – Mỹ, ở bước sóng 440 – 450 nm. Hàm lượng Carotenoid (X) được biểu thị bằng mg trong 1 kg mẫu được tính theo công thức [3], [4]:. X . a.0,00416.V .1000 m.b. Trong đó: a - Lượng tương đương với dung dịch gốc tìm thấy trên đồ thị chuẩn, tính bằng ml; b - Thể tích của dung dịch chuẩn, tính bằng ml; 0,00416 - Hệ số chuyển 1 ml dung dịch gốc kali bicromat ra lượng tương đương với caroten, mg; 165.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Đinh Thị Kim Hoa và Đtg. Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ. V - thể tích dịch lọc của mẫu thử sau khi qua cột hấp thụ, tính bằng ml; m - khối lượng của mẫu thử, tính bằng g; 1000 - hệ số chuyển về 1 kg mẫu. Phương pháp xử lý số liệu Số liệu nghiên cứu được xử lý bằng phần mềm xử lý số liệu SPSS 18. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy Từ kết quả bảng 1 cho thấy khi sấy ở nhiệt độ càng cao thì hàm lượng carotenoid càng giảm, khi sấy ở nhiệt độ 90°C thì hàm lượng carotenoid thu được là thấp nhất, khi sấy ở 60°C thì hàm lượng carotenoid là cao nhất là 13,53 mg/100 g nguyên liệu. Còn sấy ở nhiệt độ thấp, thời gian sấy lâu, carotenoid bị oxy hóa bởi không khí lớn. Theo nghiên cứu của Hà Thị Bích Ngọc và đồng tác giả (2007) [3] thì nhiệt độ sấy được sử dụng là từ 65 - 70°C cho hàm lượng carotenoid thu được là cao nhất. Sở dĩ có sự sai khác là do nguyên liệu nghiên cứu khác nhau... Vì vậy nhiệt độ sấy 60°C được chọn để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. Bảng 1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới hàm lượng carotenoid có trong cà chua Nhiệt độ Hàm lượng (°C) carotenoid (mg/100g) CT1 50 12,31b ± 0,08 CT2 60 13,53a ± 0,07 CT3 70 12,26b ± 0,09 CT4 80 10,57c ± 0,16 CT5 90 9,03d ± 0,08 Ghi chú: Trên cùng 1 cột các giá trị mang cùng chữ số mũ thì khác nhau không có ý nghĩa ở mức α = 0,05 CT. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi chiết Từ bảng 2 ta thấy tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi có ảnh hưởng đến quá trình chiết tách carotenoid từ nguyên liệu cà chua. Khi tỷ lệ dung môi thấp thì khả năng hòa tan chất màu vào dung môi thấp, làm cho hàm lượng carotenoid thu được thấp. Tuy nhiên ở tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 và 1/12 khả năng tách chiết được hàm lượng carotenoid không có sự chênh lệch lớn. Ảnh hưởng của 166. 177(01): 165 - 169. tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết đến hàm lượng carotenoid được thể hiện qua các số liệu trên cho thấy tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) tách chiết ở các tỷ lệ 1/6, 1/8, 1/10 và 1/12 lần lượt là: 9,04 mg/ml, 10,14 mg, 11,94 mg, 12,12 mg. Chúng tôi chọn tỷ lệ nguyên liệu/dung môi để tách chiết là 1/10 (g/ml). Vì ở 2 giá trị 1/10 và 1/12 không có sự sai khác nhiều về mặt ý nghĩa thống kê. Bảng 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi chiết Hàm lượng carotenoid (mg/100g) CT1 1/6 9,04c ± 0,10 CT2 1/8 10,14b ± 0,17 CT3 1/10 11,94a ± 0,29 CT4 1/12 12,12a ± 0,28 Ghi chú: Trên cùng 1 cột các giá trị mang cùng chữ số mũ thì khác nhau không có ý nghĩa ở mức α = 0,05 CT. Tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi (g/ml). Ảnh hưởng nhiệt độ chiết Từ kết quả bảng 3 cho thấy nhiệt độ chiết là yếu tố ảnh hưởng tới hàm lương carotenoid tổng thu được sau quá trình chiết. Cứ tăng lên 10°C tốc độ phản ứng tăng từ 2 – 4 lần. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ cao sẽ gây ảnh hưởng tới trạng thái, cấu trúc của carotenoid. Ngược lại, nhiệt độ thấp, không chiết kiệt được carotenoid trong nguyên liệu, thời gian chiết kéo dài. Tiến hành khảo sát ở các dải nhiệt độ: 50, 55, 65, 75, 85°C và cho thấy ở nhiệt độ chiết tách 55°C thì cho hàm lượng carotenoid tổng thu được là lớn nhất đạt 12,95 mg/ 100 g nguyên liệu. Vì vậy, nhiệt độ 55°C được chọn làm nhiệt độ chiết tách cho các thí nghiệm tiếp theo. Bảng 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết Hàm lượng carotenoid tổng (mg) CT1 50 11,64b ± 0,09 CT2 55 12,95a ± 0,04 CT3 65 11,58b ± 0,22 CT4 75 9,76c ± 0,06 CT5 85 8,32d ± 0,07 Ghi chú: Trên cùng 1 cột các giá trị mang cùng chữ số mũ thì khác nhau không có ý nghĩa ở mức α = 0,05 CT. Nhiệt độ (°C).

<span class='text_page_counter'>(3)</span> Đinh Thị Kim Hoa và Đtg. Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ. Tối ưu hóa quá trình tách chiết Chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của BoxBehnken với ba biến ba cấp độ. Các số liệu thu được từ dịch chiết chè dây được xử lý trên phần mềm Design- Expert 7.0 (Stat-Ease Inc, Minneapolis, USA) ANOVA được dùng để đánh giá dịch chiết thu được. Tiến hành giải bài toán tối ưu theo phương pháp “hàm mong đợi”. Sử dụng phần mềm Design-Expert 7.0 để tiến hành tối ưu hóa nhằm xác định được giá trị của ba yếu tố mà tại đó hàm lượng carotenoid là cao nhất. Áp dụng phương pháp phân tích hồi quy các số liệu thực nghiệm, thu được mô hình đa thức bậc hai thể hiện hàm lượng carotenoid: Y= 12,87 – 0,51* A+0,18*B – 0,36*C + 0,15*A*B – 0,59*A*C – 0,090*B*C – 0,87*A2 – 0,99*B2 – 3,26*C2 Hay Y= 12,87 – 0,51* nhiệt độ sấy + 0,18 * tỷ lệ - 0,36*C + 0,15*nhiệt độ sấy * tỷ lệ 0,59 *nhiệt độ sấy * nhiệt đô chiết - 0,090 * tỷ lệ *nhiệt đố chiết – 0,87 * nhiệt độ sấy2 – 0,99 * tỷ lệ2 – 3,26 * nhiệt đô chiết2. 177(01): 165 - 169. Trong đó Y là hàm lượng carotenoid trong dịch chiết dự báo thu được. Bảng 5. Ma trận thực nghiệm Box- Behnken ba yếu tố chiết carotenoid của cà chua Biến thực Hàm lượng A B C TN (nhiệt (nguyên (nhiệt Carotenoid (%) độ sấy) liệu/ dung độ môi) chiết) 1 55 1/8 55 11,44 2 65 1/8 55 10,44 3 55 1/12 55 11,26 4 65 1/12 55 10,87 5 55 1/10 50 9,22 6 65 1/10 50 9,06 7 55 1/10 60 9,6 8 65 1/10 60 7,08 9 60 1/8 50 8,56 10 60 1/12 50 9,32 11 60 1/8 60 8,1 12 60 1/12 60 8,5 13 60 1/10 55 12,95 14 60 1/10 55 12,57 15 60 1/10 55 12,98 16 60 1/10 55 12,99 17 60 1/10 55 12,86. Để đánh giá mô hình chúng tôi sử dụng phân tích ANOVA. Kết quả phân tích ANOVA được thể hiện qua bảng sau:. Bảng 6. Phân tích phương sai ANOVA của mô hình chiết carotenoid của cà chua Nguồn Model A B C AB AC BC A2 B2 C2 Residual Lack of Fit Sai số (pure error) SS tổng Số. SS 60,47 2,07 0,25 1,04 0,093 1,39 0,032 3,21 4,16 44,64 0,45 0,32 0,12 60,91. DF 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 16. MS 6,72 2,07 0,25 1,04 0,093 1,39 0,032 3,21 4,16 44,64 0,064 0,11 0,031. Chuẩn F 105,14 32,40 3,89 16,22 1,46 21,79 0,51 50,30 65,07 698,63. Giá trị p < 0,0001 0,0007 0,0892 0,0050 0,2668 0,0023 0,4995 0,0002 < 0,0001 < 0,0001. 3,52. 0,1280. SS: Tổng phương sai; DF:Bậc tự do; MS: Trung bình phương sai; chuẩn F: Chuẩn Fisher; Residual: Phần dư; “Lack of Fit”: Chuẩn đánh giá độ không tương thích của mô hình với thực nghiệm.. Từ kết quả phân tích ANOVA ta thấy giá trị xác suất của mô hình P-value = 0,0001<0,05 do đó mô hình được lựa chọn để giải thích cho kết quả của thí nghiệm, Lack of fit test = 0,1280 (not significant) có ý nghĩa đối với mô hình. 167.

<span class='text_page_counter'>(4)</span> Đinh Thị Kim Hoa và Đtg. Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ. 177(01): 165 - 169. (a). (b) (c) Hình 1. Bề mặt đáp ứng hàm lượng carotenoid a. Mô hình tương tác giữa tỷ lệ và thời gian b. Mô hình tương tác giữa tỷ lệ và nhiệt độ c. Mô hình tương tác giữa thời gian và nhiệt độ. Phương án tốt nhất được dự đoán nhiệt độ sấy 58,62°C, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi là 1/10 (w/v), nhiệt độ chiết 54,84°C khi đó hàm lượng carotenoid đạt 12,9516%. Kết quả kiểm tra bằng thực nghiệm cho kết quả tương ứng.. Hình 2. Hàm kỳ vọng và điều kiện tối ưu ở hàm lượng carotene. KẾT LUẬN Điều kiện tách chiết thích hợp để thu được hàm lượng carotenoid được xác định như sau: Nhiệt độ sấy 60°, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 1/10 (w/v), nhiệt độ chiết 55°C. Chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box- Behnken với ba biến ba cấp độ cho phương án tốt nhất được dự đoán nhiệt độ sấy 60°C, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 1/10 (w/v), nhiệt độ chiết 54,84°C khi đó hàm lượng carotenoid đạt 12,9516%. Kết quả kiểm tra bằng thực nghiệm có độ tương thích cao. Kết quả của chúng tôi chỉ ra tiềm năng sử dụng quả cà chua trong lĩnh vực mỹ phẩm. 168. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Thị Hiền (2010), “Nghiên cứu chiết xuất chất màu carotenoit từ quả ớt sừng Việt Nam”, Đại học Khoa học và kỹ thuật Hà Nội. 2. Hoàng Văn Huệ (2015), Nghiên cứu màu tự nhiên cho son môi, Trường Đại học Công nghệ Thực phẩm TP.HCM. 3. Hà Thị Bích Ngọc (2007), “Điều tra hợp chất carotenoit trong một số thực vật của Việt Nam”, Tạp chí khoa học ĐHQQHN, khoa học tự nhiên và công nghệ, số 23, tr. 130 – 134. 4. Phương pháp xác định hàm lượng caroten (TCVN 5284 – 90). 5. Hepp N. M. (2012), "Determination of Total Lead in 400 Lipsticks on the U.S. Market Using a Validated Microwave-Assisted Digestion, Inductively Coupled PlasmaMass Spectrometric Method”, Journal of Cosmetic Science, Vol. 63, No. 3, pp.159–176..

<span class='text_page_counter'>(5)</span> Đinh Thị Kim Hoa và Đtg. Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ. 177(01): 165 - 169. SUMMARY THE STUDY OF THE EXTRACTION PROCESS OF CAROTENOID FROM TOMATOS FOR LIPSTICK PRODUCTION Dinh Thi Kim Hoa*, Luu Hong Son, Pham Ngoc Mai, Pham Thi Phuong, Tran Van Chi, Trinh Thi Chung, Dao Dinh Trong, Ta Thi Luong TNU - University of Agriculture and Forestry. Carotenoid has been used extensively in the field of cosmetics and food. The main raw material for production is the plant extraction. The purpose of the study is to investigate single-element of temperature for drying material, the ratio of material/ solvent extraction (kerosene ete 60 - 90), the extraction temperature influenced the extraction process of carotenoid from tomatos, resulting in 60°C, 1/10 (w/v) and 55°C. On the basis of investing the factors affecting the extraction condition by applying Box-Behnken design, we found the optimal condition for the extraction process of carotenoid from tomatoes using material drying temperature of 58.62°C, a ratio of material/ solvent of 1/10 (w/v), extraction temperature of 55°C for relative carotenoid concentration of 12,95 mg/ 100 grs. Experimental result showed a high degree of compatibility with the model. Initial application of lipstick production had good results. Keywords: carotenoids, lipstick, extraction, optimality, tomato. Ngày nhận bài: 19/12/2017; Ngày phản biện: 29/12/2017; Ngày duyệt đăng: 30/01/2018 *. Tel: 0983 844268. 169.

<span class='text_page_counter'>(6)</span>