Thứ sáu, 29/03/2024 | 19:14

Thứ sáu, 29/03/2024 | 19:14

Bài báo khoa học

Cập nhật 08:54 ngày 13/05/2020

Nghiên cứu chiết tách dầu từ hạt dưa hấu bằng enzyme

TÓM TẮT
Đề tài đã chọn giống dưa hấu lấy hạt tại Bình Thuận có các chỉ tiêu của nhân hạt thích hợp cho mục tiêu chiết tách dầu: hàm lượng béo (49,0%), protein (37,6%), tinh bột (1,2%), hoạt chất sinh học polyphenol (0,78g/100g), a-tocopherol (46,8 mg/kg), các khoáng chất Ca (320mg/kg), Mg (3364mg/kg), thành phần acid amin có arginine chiếm 9,27g/100g. Công nghệ chiết tách dầu từ hạt dưa hấu theo phương pháp enzyme, thu được các thông số kỹ thuật sau: Sử dụng kết hợp 2 loại enzyme: Viscozyme : Alcalase, hiệu suất thu hồi dầu đạt giá trị cao nhất 74,9%. Dầu hạt dưa hấu chiết bằng enzyme có hàm lượng các acid béo không no đạt 81,6%, acid linoleic - C18:2 (69,8%), a-tocopherol (129,2 mg/kg), các sterol: Beta Sitosterol (114,6mg/100g), Stigmasterol (81,3mg/100g).
Từ khoá: Cây dưa hấu, chiết tách, dầu từ hạt dưa hấu, enzyme, thủy phân. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Dưa hấu là cây trồng nhiệt đới, thích hợp với khí hậu tại Việt Nam, là một trong những cây trồng truyền thống ở nước ta. Hạt dưa hấu sản xuất trong nước hiện nay chủ yếu cung cấp cho thị trường sản xuất bánh kẹo. Phát triển theo hướng đa dạng hoá sản phẩm từ hạt dưa hấu sẽ giúp chủ động hơn trong sản xuất, từ đó mang lại lợi ích kinh tế và thu nhập tăng thêm cho người nông dân khi đầu tư trồng dưa hấu lấy hạt. Sản phẩm dầu hạt dưa hấu chiết bằng phương pháp ép lạnh trên thị trường hiện nay có giá tương đối cao.
Vì vấn đề an toàn sức khoẻ, môi trường, ngành công nghiệp chế biến dầu đang dần thay thế kỹ thuật chiết bằng dung môi hexan bằng một số kỹ thuật khác thân thiện với môi trường. Kỹ thuật chiết tách dầu với nước và sử dụng enzyme trong xử lý nguyên liệu đã được đề cập như một kỹ thuật mới đầy hứa hẹn, hiện đã được thực hiện ở Việt Nam và trên thế giới để chiết tách dầu trên các loại nguyên liệu: bí đỏ, cám gạo, chùm ngây, đậu tương, hướng dương, ngô, gấc... Chiết tách dầu enzyme kết hợp với nước là một trong những kỹ thuật thân thiện với môi trường, quá trình dựa trên chiết tách phần dầu và protein từ hạt có dầu bằng cách phân tán hạt nghiền vào trong nước cùng sự hỗ trợ của một số enzyme, giải phóng dầu khỏi cấu trúc ban đầu và tách pha bằng cách ly tâm thành các pha: dầu, rắn và nước [1], [3], [4], [6], [8], [9], [11].
Các nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh hạt dưa hấu có hàm lượng dầu cao (hơn 40%), cùng với sự hiện diện của các acid béo thiết yếu nằm trong nhóm acid béo không bão hòa (gần 80%, bao gồm omega 3, 6, 9) (Acar, 2012), (S.B. Navaratne, 2014) [5], [13], giúp làm giảm cholesterol và triglyceride trong máu, giảm LDL cholesterol (cholesterol xấu) và làm tăng HDL cholesterol (cholesterol tốt), có giá trị về mặt y học trong ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, điều hòa nhịp tim, giảm nguy cơ nghẽn mạch vành, đột quỵ, góp phần bảo vệ sức khỏe con người. Hạt dưa hấu có thể trở thành nguồn nguyên liệu cho sản xuất dầu cho thực phẩm. Hơn nữa, đây là loại dầu có chất lượng cao với đặc tính là loại dầu không bão hòa, sử dụng bổ sung vào khẩu phần ăn của trẻ em (Oyeleke, 2012) [12]. Trong thành phần acid amin của hạt dưa hấu chứa nhiều leucine, các acid amin thiết yếu chiếm 34,6g/16g nitơ, do đó hạt dưa hấu được khuyến cáo dùng như thực phẩm bổ sung dinh dưỡng cũng như protein cho con người (Tarek, 2001) [16]. Với hàm lượng dầu cao, dầu hạt dưa hấu còn được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất xà phòng, mỹ phẩm (Duduyemi, 2013) [7]. Dưa hấu là loại cây dễ trồng, không đòi hỏi trình độ thâm canh cao, ít phải đầu tư chăm sóc, đồng thời có chức năng cải tạo đất. Hơn nữa, có khả năng gia tăng sản xuất cây dưa hấu lấy hạt trong nước do sản xuất hạt dưa hấu đã tồn tại và phát triển từ lâu đời ở một số tỉnh miền Trung và Nam bộ, mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho người nông dân. Hạt dưa hấu có tiềm năng trong việc cung cấp nguồn nguyên liệu mới cho ngành dầu thực vật, sản phẩm dầu hạt dưa hấu và phụ phẩm góp phần nâng cao giá trị kinh tế cho cây dưa hấu.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Vật liệu thí nghiệm:
Hạt dưa hấu giống: dưa hấu lấy hạt (Bình Thuận), địa điểm lấy mẫu: Bắc Bình, Bình Thuận, thu thập hạt dưa hấu và lựa chọn các hạt tốt, phơi khô và bảo quản nơi khô mát.
Các enzyme thương mại của hãng Novozyme (Đan Mạch): Protease (Alcalase® 2.4 L FG, hoạt độ: 2.4 AU-A/g (Anson Units per grams), Viscozyme (Viscozyme® L, hoạt độ: 100 FBG/g (Betaglucanase Units per grams))
- Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp trích ly dầu béo: Phương pháp chiết với nước kết hợp xử lý enzyme (enzyme-assisted aqueous extraction processing, EAEP) [1], [3], [4], [6], [8], [9]
Xác định các thông số kỹ thuật của công nghệ sử dụng enzyme chiết tách dầu từ hạt dưa hấu: Dùng enzyme đã chọn Alcalase + Viscozyme (Tỷ lệ 1:1), nghiên cứu các yếu tố: Tỉ lệ hạt dưa hấu/nước, nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian phản ứng của enzyme, pH dung dịch, kích thước nguyên liệu, chế độ ly tâm.
Các phương pháp phân tích: Phương pháp phân tích hóa lý: Xác định hàm lượng lipid theo phương pháp Soxhlet. Thành phần acid béo bằng sắc ký khí theo AOAC 2012 (969.33). Độ ẩm và chất bay hơi ở 1050C: phương pháp sấy 1050C đến khối lượng không đổi / FAO FNP 14/7 (P.205)-1986. Hàm lượng tro tổng số theo phương pháp nung 5500C / FAO FNP 14/7 (P.228)-1986. Hàm lượng protein theo phương pháp Kjeldahl / FAO FNP 14/7 (P.221)-1986. Hàm lượng carbohydrate theo TCVN 4295:1986. Hàm lượng chất khoáng: Ca, Fe, Mg, Zn được xác định theo AOAC 985.01. Hàm lượng polyphenol theo TCVN 9745-1:2013. Hàm lượng tocopherol tổng theo HPLC_Journal of Chromatography A 1048 (2004) 195-198. Thành phần sterol theo GC-FID-AOAC994.10.2000.
Hiệu suất thu hồi dầu
Hiệu suất thu hồi dầu (%) = Lượng dầu chiết được bằng phương pháp enzyme (g) / Lượng dầu chiết được bằng phương pháp Soxhlet (g)
Phương pháp xử lý số liệu: Phương pháp toán tin: sử dụng các phần mềm EXCEL, MSTATC, JMP 10.0. Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của quy trình đến quá trình chiết tách dầu từ hạt dưa hấu theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm, nhóm bề mặt đáp ứng, kiểu phối hợp có tâm RSM-CCD (Response Surface Methods - Central Compsite Design).
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
- Nghiên cứu, lựa chọn nguyên liệu
Trong nguyên liệu hạt của các giống dưa hấu được thu thập, dưa hấu giống lấy hạt tại Bình Thuận có các chỉ tiêu sinh học, hóa học thích hợp cho mục tiêu chiết tách dầu: khối lượng hạt trung bình (0,135g/hạt), kết quả tương tự được thực hiện trên giống dưa hấu lấy hạt trồng trên đất cát biển tại huyện Phú Vang, Thừa Thiên Huế trong nghiên cứu của tác giả Hoàng Thị Thái Hòa (2012) [2]: khối lượng 1000 hạt khô: 120g; hạt nguyên vỏ chứa hàm lượng béo (23,6%), protein (18,0%), thành phần acid béo của dầu trích ly từ hạt có tỉ lệ C18:2 cao nhất (69,2%), tỉ lệ các acid béo không no chiếm: 82%, polyphenol (0,3g/100g). Nhân hạt dưa hấu có: hàm lượng béo khá cao (49,0%), protein (37,6%), một số khoáng chất và các chất hữu ích khác: Ca (320mg/kg), Mg (3364mg/kg), a- tocopherol (46,8mg/kg), polyphenol (0,78g/100g), trong thành phần amino acid có hàm lượng arginine (9,27%), leusine (2,43%), các kết quả của đề tài có giá trị tương tự về thành phần hoá học của hạt dưa hấu trong các nghiên cứu khác trên thế giới (Acar, 2012), (Oyeleke, 2012), (Sabahelkhier, 2011), (Tarek, 2001) [5], [10], [12], [16] 
Bảng 1. Thành phần hóa học, hàm lượng hoạt chất sinh học, một số khoáng chất có trong nhân hạt dưa hấu, giống dưa hấu lấy hạt Bình Thuận
- Nghiên cứu công nghệ chiết tách dầu từ hạt dưa hấu theo phương pháp enzyme
Từ các thí nghiệm khảo sát, chọn được 4 yếu tố có ảnh hưởng lớn đến hàm mục tiêu (hiệu suất thu hồi dầu) là: nhiệt độ, nồng độ enzyme, thời gian phản ứng của enzyme, pH dung dịch, kết hợp 2 loại enzyme: Alcalase + Viscozyme (Tỷ lệ 1:1).
Tiến hành thí nghiệm tối ưu hoá theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm, nhóm bề mặt đáp ứng, kiểu phối hợp có tâm RSM-CCD (Response Surface Methods - Central Compsite Design), với công cụ hỗ trợ là phần mềm JMP 10.0. Để khảo sát vùng tối ưu, sử dụng quy hoạch trực giao đối xứng cho các yếu tố, mỗi yếu tố tiến hành tại 5 mức (-α, -1,0, +1, +α), với α = 1,483. Số thí nghiệm được xác định: N = 24 + 2*4 + 2 = 26. Quy hoạch thực nghiệm gồm 26 thí nghiệm. Hàm mục tiêu: Hiệu suất thu hồi dầu.
Hình 1: Tương quan giữa thực nghiệm và dự đoán của mô hình
Phương trình hồi quy biểu diễn ảnh hưởng của các yếu tố: X1 - Liều lượng enzyme (%, v/w), X2 - nhiệt độ (0C), X3 - pH, X4 - thời gian (giờ) đến hiệu suất thu hồi dầu (Y) thu được:
Y = 74,928 - 0,052X1 + 0,724X2 - 0,414X3 + 0,168X1 + 0,006X1X2 - 0,256 X1X3 + 0,619 X2X3 + 0,106X1X4 + 2,431X2X4 + 0,769X3X4 - 2,252X12 - 0,637X22 - 2,229X32 - 1,092X42
Mô hình dự đoán: hiệu suất thu hồi dầu đạt cực đại tại giá trị: 74,9% với các thông số tối ưu của quá trình thủy phân hạt dưa hấu bằng enzyme với hàm mục tiêu là: Hiệu suất thu hồi dầu như sau: Nồng độ: 0,75% (%, v/w); Nhiệt độ: 540C; pH: 5,41; Thời gian: 2,7 giờ.
Thí nghiệm kiểm chứng: Với các thông số tối ưu: Nồng độ: 0,75% (%, v/w); Nhiệt độ: 540C; pH: 5,41; Thời gian: 2,7 giờ, thực hiện thí nghiệm kiếm chứng, kết quả: hiệu suất thu hồi dầu đạt: 74,5%, chứng tỏ mô hình ước lượng đáng tin cậy.
Dầu từ hạt dưa hấu chiết theo phương pháp enzyme có sự hiện diện của các chất chống oxy hóa, đặc biệt là a-tocopherol (129,2mg/kg), hàm lượng a-tocopherol của dầu chiết bằng enzyme cao hơn khi so sánh với dầu hạt dưa hấu được chiết bằng dung môi n-hexane và kết quả thực hiện bởi Razig và cs. (2012) [14]. Bên cạnh đó, dầu dưa hấu có chứa Beta Sitosterol và Stigmasterol với hàm lượng: 114,6 mg/100g và 81,3 mg/100g, dầu không chứa Cholesterol, hàm lượng acid béo không no chiếm tỉ lệ > 80%, trong đó acid linoleic (C18:2) chiếm 69,8%, cao hơn so với acid linoleic thu được khi chiết bằng n-hexane trên nguyên liệu hạt dưa hấu tại một số nước khác trên thế giới (Sabahelkhier, 2011), Navaratne (2014) [10], [13].
Bảng 2. Thành phần acid béo, thành phần tocopherol, sterol của dầu từ hạt dưa hấu chiết bằng phương pháp 
4. KẾT LUẬN
Chọn được nguyên liệu hạt dưa hấu từ giống dưa hấu lấy hạt tại huyện Bắc Bình, Bình Thuận có tiêu chuẩn phù hợp cho khai thác dầu và một số chất hữu ích bằng cách đánh giá thông qua một số chỉ tiêu chất lượng.
Hình 2: Quả, hạt, dầu và các phụ phẩm sau dầu từ dưa hấu
Các thông số kỹ thuật của quy trình được xác lập: sử dụng kết hợp enzyme Viscozyme và Alcalase (Tỷ lệ 1:1), hiệu suất thu hồi đạt: 74,9% với các thông số tối ưu: Nồng độ: 0,75%; Nhiệt độ: 540C; pH: 5,41; Thời gian: 2,7 giờ. Kết quả phân tích chất lượng dầu từ hạt dưa hấu chiết bằng enzyme: sản phẩm đạt tiêu chuẩn an toàn thực phẩm, hàm lượng acid béo không no chiếm 81,6%, giàu polyphenol, sterol.
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được hỗ trợ kinh phí từ nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp Bộ Công Thương “Nghiên cứu chiết tách dầu từ hạt dưa hấu bằng enzyme (2016-2017)”. Chúng tôi chân thành cảm ơn Bộ Công Thương đã tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thành tốt kết quả nghiên cứu này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Nguyễn Mỹ Châu, Trần Yên Thảo, Đinh Thị Nhất Linh, Võ Chí Sĩ, Phan Đình Phương Thảo, 2015. “Nghiên cứu công nghệ chiết tách dầu từ hạt cây chùm ngây (Moringa oleifera) bằng phương pháp enzyme”. Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu.
2. Hoàng Thị Thái Hòa, Đỗ Đình Thục, Đỗ Cao Anh, 2012. “Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất dưa hấu lấy hạt trên đất cát biển tỉnh Thừa Thiên Huế”. Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, tập 71, số 2, năm 2012.
3. Nguyễn Thị Minh Nguyệt và cộng sự, 2009. “Nghiên cứu sử dụng enzyme trong chiết tách dầu béo và các thành phần của cám gạo”. Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu.
4. Lưu Thị Lệ Thủy (2008). “Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ sản xuất dầu từ hạt bí đỏ bằng phương pháp enzyme”. Viện Công Nghiệp Thực Phẩm.
5. Acar, Ramazan, 2012. “Some Physico-Chemical Properties of Edible and Forage Watermelon Seeds”. Department of Field Crops, Faculty of Agriculture, University of Selcuk, 42079 Konya, Turkey, Iran. J. Chem. Chem. Eng., Vol. 31, No. 4, 2012.
6. Deepika Shende and Gagandeep Kaur Sidhu, 2014. “Methods used for extraction of Maize (Zea Mays, L.) germ oil a review”. Ind. J. Sci. Res. and Tech. 2014 2(4):48-54/Shende & Sidhu. ISSN:-2321-9262.
7. Duduyemi, Oladejo, Adebanjo S.A, Oluoti Kehinde, 2013. “Extraction And Determination Of Physico- Chemical Properties Of Watermelon Seed Oil (Citrullus Lanatus L) For Relevant Uses”. International Journal of Scientific & Technology Research Volume 2, Issue 8, August 2013.
8. Huỳnh Cang Mai, Vĩnh Trương and Frédéric Debaste, 2013. “Optimisation of Enzyme-Assisted Extraction of Oil Rich in Carotenoids from Gac Fruit (Momordica cochinchinensis Spreng.”). Transfers, Interfaces and Processes - Chemical Engineering Unit, Ecole Polytechnique de Bruxelles, Université Libre de Bruxelles, F.D. Roosevelt Avenue 50, B-1050 Brussels, Belgium Food Technol. Biotechnol. 51 (4) 488-499 (2013). ISSN 1330-9862 (FTB-3282).
9. J. M. L. N. de Moura, K. Campbell, A. Mahfuz, S. Jung, C. E. Glatz, L. Johnson, 2008. “Enzyme-Assisted Aqueous Extraction of Oil and Protein from Soybeans and Cream De¬emulsification”. J Am Oil Chem Soc (2008) 85:985-995, DOI 10.1007/s11746-008-1282-2.
10. M. K. Sabahelkhier, K E. A. Ishag, A. K. Sabir Ali, 2011. “Fatty acid Profile, Ash Composition and Oil Characteristics of Seeds of Watermelon Grown in Sudan”. British Journal of Science, September 2011, Vol. 1 (2), British Journals ISSN 2047-3745
11. M. Z. Sitohy, E.H. Badr, M. Perifanova-Nemska, T.S. Khadjiskf, 1993. “Characterization of enzymatically extracted sunflower seed oil as well as the protein residues”. Biochemistry Department and Food Science Department, Faculty of Agriculture, Zagazig University, EGYPT. Vol. 44 Fase. 6.
12. Oyeleke, G.O., Olagunju, E.O., Ojo, A., 2012. “Functional and Physicochemical Properties of Watermelon (Citrullus Lanatus) Seed and Seed-Oil”. IOSR Journal of Applied Chemistry (IOSR-JAC), ISSN: 2278-5736. Volume 2, Issue 2 (Sep-Oct. 2012), PP 29-31.
13. S.B. Navaratne and D.J.S. Subasinghe, 2014. “Determination of fatty acid profile and physicochemical properties of Watermelon and Soursop seed oils”. European International Journal of Applied Science and Technology, Vol. 1 No. 4; June 2014.
14. S. Raziq, F. Anwar, , Z. Mahmood, S. A. Shahid, R. Nadeem, 2012. “Characterization of seed oils from different varieties of watermelon [Citrullus lanatus (Thunb.)] from Pakistan”. grasas y aceites, 63 (4), octubre-diciembre, 365-372, 2012, issn: 0017-3495, doi: 10.3989/gya.022212.
15. Tarek A. El-Adawy, Khaled M. Taha, 2001. “Characteristics and composition of different seed oils and flours”. Food Chemistry 74 (2001) 47-54.
EXTRACTION OF WATERMELON SEED OIL BY ENZYME
ABSTRACT
Watermelon seed were obtained from Binh Thuan province with the standard of kernels were applied to determine the extraction procedures of the seed oil with fat content (49,0%), protein (37,6%), starch (1,2%), polyphenol (0,78g/100g), a-tocopherol (46,8mg/kg), Calcium (320mg/kg), Magnesium (3364mg/kg), arginine in amino acid composition (9,27g/100g). Watermelon seed oil was extracted using a combination of two enzymes Viscozyme and Alcalase, was found to be more effective than used separately, with 74,9% oil recovery. The fatty acid profile of the watermelon seed oil showed an unsaturated fatty acid content of 81,6%, the predominant fatty acid was acid linoleic (C18:2) in 69,8%, the physicochemical properties of seed oil was also determined, as a-tocopherol (129,2 mg/kg), Beta Sitosterol (114,6mg/100g), Stigmasterol (81,3mg/100g).
Keywords: Watermelon, extraction, Watermelon seed oil, enzyme, hydrolysis
TRẦN NGUYỄN MỸ CHÂU, TRẦN YÊN THẢO, PHAN ĐÌNH PHƯƠNG THẢO, ĐINH THỊ NHẤT LINH, NGUYỄN NGỌC KHẢI, PHAN PHẠM NHƯ LIÊN - Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu

(Bài đăng trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ số 41, tháng 4 năm 2020)
Tổng số lượt truy cập :
  • 1
  • 0
  • 3
  • 8
  • 7
  • 1
  • 7
  • 9
lên đầu trang