Luận Văn Sử dụng enzyme thương mại Viscozyme cải tiến quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Sử dụng enzyme thương mại Viscozyme cải tiến quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN . i
MỤC LỤC . ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC CÁC HÌNH . vi
MỞ ĐẦU . 1
PHẦN 1. TỔNG QUAN . 3
1.1. Tổng quan về hoacúc vạn thọ. . 3
1.1.1. Tên gọi . 3
1.1.2. Phân loại và đặc điểm hình thái . 3
1.2. Tổng quan về enzyme 5
1.2.1. Giới thiệu về enzyme Viscozyme 5
1.2.2. Ứng dụng của Viscozyme . 6
1.3. Khái quát về lutein . 7
1.3.1. Cấu tạo phân tử . 7
1.3.2. Tính chất lý-hóa 8
1.3.3. Hoạt tính sinh học . 9
1.3.4. Ứng dụng 10
1.3.5. Các nguồn lutein trong tự nhiên 11
1.4.2. Tính chất lý-hóa 13
1.4.3. Hoạt tính sinh học . 13
1.4.4. Ứng dụng 14
1.5. So sánh khảnăng hấp thụ của lutein và lutein ester 15
1.6. Các nghiên cứu xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme 15
PHẦN 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21
2.1. Đối tượng nghiên cứu 21
2.1.1. Nguyên liệu-Hóa chất . 21
iii
2.1.1.1. Nguyên liệu: 21
2.1.1.2. Hóa chất: . 21
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị . 21
2.1.2.1. Dụng cụ: 21
2.1.2.2. Thiết bị 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu . 22
2.2.1. Phương pháp xử lý nguyên liệu . 22
2.2.2. Xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu 22
2.2.3. Xác định một số thành phần của hoa . 22
2.2.3.1. Xác định lutein tổng số: . 22
2.2.3.2. Xác định % TL khô của hoa . 23
2.2.4. Bố trí thí nghiệm . 23
2.2.4.1. Quy trình chiết lutein ester từ cánh hoa cúc vạn thọ sau khi xử lý bằng
Viscozyme 23
2.2.4.2. Xây dựng quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme . 24
2.2.5. Thử nghiệm chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ đã được xử lý bởi . 33
2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu . 33
PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 34
3.1. Kết quả một số thành phần chính của hoa cúc vạn thọ . 34
3.2. Kết quả bố trí thí nghiệm . 35
3.2.1. Kết quả xác định nồngđộ enzyme Viscozyme thích hợp . 35
3.2.2. Kết quả xác định tỉ lệ Viscozyme:nguy ên liệu thích hợp . 36
3.2.3. Kết quả xác định pH tối ưu 37
3.2.4. Kết quả xác định tốc độ ủ, lắc thích hợp 38
3.2.6. Kết quả xác định thời gian ủ thích hợp 40
3.3. Đánh giá hiệu suất chiết của phương pháp chiết mới so với phương pháp truy ền
thống chiết lutein ester 43
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN . 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46
PHẦN PHỤ LỤC . 50
iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
A
BHT
D
FAO
Absorbance
Butylated Hydroxytoluene
Dilution factor
Food and Agriculture
Organization
Độ hấp thụ
Butylat Hydroxytoluen
Hệ số pha loãng
Tổ chức nông lương
của Liên Hợp Quốc
h
PE
Rpm
TL khô
UV-Vis
v/v
Hour
Petroleum ether
Round per minute
Ultraviolet-Visible
Volume/volume
Giờ
Ete dầu hoả
Vòng/phút
Trọng lượng khô
Tử ngoại-khả kiến
Thể tích/thể tích
v/w
w/w
Volume/weight
Weight/weight
Thể tích/ khối lượng
Khối lượng/khối lượng
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lượng lutein cho phép được có trong thực phẩm . 11
Bảng 1.2. Các nguy ên liệu có chứa lutein trong tự nhiên . 12
Bảng 3.1. Thành phần khối lượng của hoa cúc vạn thọ . 34
Bảng 3.2. Một số thành phần chính của hoa cúc vạn thọ . 34
Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm quy trình x ử lý hoa cúc vạn thọ với Viscozyme . 43
vi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hoa cúc vạn thọ Châu Phi . 5
Hình 1.2. Quá trình thủy phân thành tế bào cánh hoa cúc vạn thọ . 6
Hình 1.3. Cấu trúc phân tử của lutein . 8
Hình 1.4. Cấu tạo phân tử lutein ester . 13
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ . 24
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ Viscozyme thích hợp 27
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ Viscozyme:nguyên liệu . 28
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ pH thích hợp . 29
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tốcđộ lắc thích hợp 30
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ lắc thích hợp . 31
Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ủ thích hợp 32
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Viscozyme đến hiệu suất chiết lutein ester . 36
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ Viscozyme:nguy ên liệu đến hiệu suất chiết lutein ester 37
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất chiết lutein ester 38
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ ủ, lắc đến hiệu suất chiết lutein ester 39
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ, lắc đến hiệu suất chiết lutein ester . 40
Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất chiết lutein ester 41
Hình 3.7. Sơ đồ quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 42
Hình 3.8. Dịch chiết chứa lutein ester từ cánh hoa cúc vạn thọ . 44
1
MỞ ĐẦU
Lutein, một sắc tố tự nhiên màu vàngcamthuộc một trong hai nhóm
carotenoid, có trong nhiều loài động, thực vật khác nhau. Lutein là m ột trong
những carotenoidcó nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm
và dược phẩm nhờ có màu vàng cam rất đẹp và khả năngchống oxy hóa khá
mạnh, do đó, sản phẩm chứa lutein có nhu cầu ngày càng tăng trong thị
trườngcarotenoidquốc tế [3].
Một trong những nguồn quan trọng nhất để thulutein là cánh hoa của
Tagetes erecta, thường gọi là cúc vạn thọ. Loài cây này rất thích hợp với điều
kiện khí hậu và thổ nhưỡng với nhiều địa phương của nước ta, trong đó có
tỉnh Khánh Hòa. Đây là yếu tốthuận lợi góp phần hình thành ngành công
nghiệp sản xuất và ứng dụng các chế phẩm lutein tại địa phương Khánh Hòa.
đồng thời đưa hoa cúc vạn thọ trở thành loại cây công nghiệp phục vụ nhu cầu
trong nước vàxuất khẩu [3].
Theo các quy trình truyền thống, hoa cúc vạn thọ sau khi thu hoạch
được ủ xi-lô, ép bớt nước, sấy khô, nghiền thành bộtrồi chiết bằng dung môi
hexane. Quy trình này có nhiều nhược điểm: có thể gây tổn thất và phân hủy
carotenoid trong quá trình ủ xi-lô, sử dụng nhiều dung môi. Vì vậy, đã có
nhiều công trình nghiên cứu tách chiết lutein bằng các phương pháp khác
nhau nhằm thu được hiệu quả kinh tế cao, an toàn cho người sử dụng và thân
thiện với môi trường. Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ enzyme trong các
quá trình xử lý hóa học để thay thế một phần các hóa chất là xu thế mới, góp
phần làm giảm ô nhiễm môi trường. Xử lý hoa cúc vạn thọ bằng enzyme là
một giải phápthay thế để tăng cường hiệu suất thu hồi xanthophyll [9, 22].
Gần đây, một số công trình nghiên cứu đồng thời xử lý enzyme và chiết lutein
bằng dung môi đã được công bố [7]. Trong các công trình này, nhiều loại
enzyme đã được đưa vào thử nghiệm để xử lý cánh hoa cúc vạn thọ trước khi
2
chiết với dung môi (như cellulase, pectinase, hemicellulase, Neutrase,
xylanase, .), kết quả cho thấy hiệu suất chiếtđã được cải thiện đáng kể [6].
Một trong những nghiên cứu xử lý cánh hoa cúc vạn thọ tươi bằng enzyme
trư ớc khi chiết phải kể đến nghiên cứu củaBarzana và các cộngsự (2002)
với 3 enzyme được sử dụng là Viscozyme, Pectinex và Neutrase. Nghiên
cứu này cho thấy rằng việc xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozymeđã làm
tăng hiệu suất chiết lên đến hơn 45%so với mẫu không xử lý enzyme[7].
Có thể thấyViscozyme là một enzyme có nhiều tiềm năng trong việc
xử lý hoa cúc vạn thọtrước khi chiết carotenoid. Tuy nhiên, cũng như các
enzyme thương mại khác, Viscozyme khá đắt tiền nên hiện chưa được sử
dụng nhiều trongnghiên cứu và sản xuấtthực tế. Vì vậy, cho đến nay, cũng
chưa thực sự đánh giá hết hiệu quả củaViscozyme trong việc nâng cao hiệu
quả chiết lutein từcánhhoa cúc vạn thọ. Chính vì vậy, đồ án tốt nghiệp“Sử
dụng enzyme thương mại Viscozyme cải tiến quy trình chiết lutein ester
từhoa cúc vạn thọ” đã được thực hiệnnhằm nghiên cứu khả năng ứng dụng
Viscozyme trong việc nâng cao hiệu quả chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ,
từ đó cải tiến quy trìnhchiết luteintruyển thống.
Nội dung nghiên cứu của đề tài:
- Xác định các thông sốđiều kiện xửlýhoa cúc vạn thọbằngenzyme
Viscozyme nhằm mang lại hiệusuất chiết lutein cao nhất;
- Đềxuất quy trình thửnghiệm chiết xuất lutein từhoa cúc vạn thọđã
được xửlý bằng enzyme. Đánh giá hiệu quảkinh tếcủa quy trình chiết.
Đây là một hướng nghiên cứu khá mới mẻ so với trong nước. Vì vậy,
dù đã cố gắng thực hiện, song do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu hạn
chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý
từ quý thầy côvà các bạn sinh viên nhằm giúp đề tài có thể được hoàn thiện
hơn.
3
PHẦN 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hoacúc vạn thọ.
1.1.1. Tên gọi
Tên Việt Nam: Cúc vạn thọ;
Tên tiếng Anh: marigold;
Tên khoa học: Tagetesspp.;
Họ: Cúc (Asteraceae) [25].
1.1.2. Phân loại và đặc điểm hình thái
Cúc vạn thọ (Tagetes) hay Marigold là một loài hoa có nguồn gốc từ
Trung Mỹ và đã trở thành cây hoa không thể thiếu tại mọi khu vườn Bắc Mỹ,
cây rất thích hợp với khí hậu nóng và khô của Mexico và Nam Mỹ. Cây được
nhà thám hiểm Hernando Cortés đưa về châu Âu vào thế kỷ 14, sau đó,cây
được trồng khắp nơi quanh Địa Trung Hải, rồi mọi nơi trên thế giới [25].
Loàihoa cúcvạn thọ Châu Phi
Tên khoa học là Tagetes erecta, tiếng Anh gọi là African Marigold.
Đây thường là giống hoa vạn thọ cây cao nhất và hoa cũng to nhất. Đáng kể
nhất hiện nay là loài hoa kép, to, nở tròn xoe,không cồi gọi là Ánh Nguyệt
(Moonlight), cây cao chừng 40 cm và mọc dày khít nhau. Trổ hoa sớm như
các giống vạn thọ lai. Một loài vạn thọ Châu Phi có hoa kép to và cây cao
hơn, khoảng 50ư70 cm, hạt đem gieo thường cho nhiều hoa màu sắc khác
nhau, từ cam đến vàng, vàng kim, vàng chanh, vàngbơ. Tên gọi chung là
Gold-n Vanilla. Các loài khác của giống này là Golden Age, cây cao hơn 75
cm và Doublon, cây cao đến 1,5m và hoa rất to với đường kính 12,5 cm [25].
4
Loài hoa cúc vạn thọ Pháp
Tên khoa học là Tagetes patula, tiếng Anh gọi là FrenchMarigold.
Loài này thường thấp hơn loài Châu Phi, hoa nhỏ hơn. Người dân Âu Mỹ hay
trồngcác giống hoa đơn một lớp, cánh hoa dài, có cồi.
Ví dụ: Giống Oai Vệ (Majestic):cây lùn, cao khoảng 30 cm, hoa vàng
đơn, cánh sọc nâu hay sọc màu gõ đỏ, cồi vàng, khiến mọi người chú ý. Cây
sống ở nơi có khí hậu nóng như đồng bằng nước ta, cây có thể cao hơn 60 cm.
Giống Kỳ Hoa Sọc Đỏ (Striped Marvel):thân cao đến 75 cm, giống như Oai
Vệ, nhưng sọc đỏ. Janie là loài ra hoa sớm nhất và hoa nhiều nhất trong nhóm
vạn thọ Pháp. Đối với loài này, cây mọc khít, thân lùn, chỉ cao chừng 20 cm,
hoa có đường kính 4ư5 cm, chỉ cần gieo hạt sau 6 tuần là đã trổ hoa. Hoa có
nhiều màu sắc khác nhau, có ba màu được ưa thích là vàng, đỏ lửa và vàng
kim. Loài lùn Naughty Marietta, chỉcao 25 cm, hoa đơn, cánh bên trong điểm
vết nâu. Loài Mắt Cọp (Tiger Eyes), cao 30ư35 cm là mộtgiốngvạn thọ lạ vì
cánh đơn đỏ huyết ở viền bìa ngoài hoa, còn bên trong nở như là cúc vàng
cam. Loài Loạt Nữ Hoàng (Queen Series) hoa nở tựa hoa trà mi, hải đường,
cây lùn 25ư30 cm, . [25].
Loài vạn thọ nhỏ
Tên khoa học là Tagetes tenuifolia, hay Tagetes signata. Cây nhỏ, hoa
đơn cánh, có cồi và nhỏ 1ư2 cm. LoàiStafire Mix hay trồng ở Âu Mỹ, lá
thơm mùi chanh bưởi,dễ nhận thấy mùi này khi trời nắng nóng [25].
Loài lai American Marigold
Hoa của loài lai Antigua Yellow có màu vàng tươi, hoa kép to 7ư8 cm,
trồng ở làng hoa Gò Vấp, Việt Nam. Sau 60 ngày gieo hạtđã ra hoa, hoa nở
liên tiếp nhiều tháng, thời gian có hoa lâu nhất trong các loài hoacúc vạn thọ.
Cây mọc khít và cao 30ư50 cm, còn gọi là Inca lùn.
5
Loài lai Inca Hybrid hoa kép và rất to, 10 13 cm. Cây cao 50ư70 cm,
ra hoa sớm và vụ hoa kéo dài, vẫn còn hoa khi các loài hoa cúc vạn thọ khác
đã tàn. Chịu nhiệt độ đến 39–40
0
C.
Giống tam nhiễm lai triploid, thuộc nhóm Solar series F1 là giống phối
hợp cây lùn của vạn thọ Pháp và hoa kép to của vạn thọ Châu Phi, vừa chịu
lạnh vừa chịu nóng [25].
Hình 1.1. Hoa cúc vạn thọ Châu Phi
1.2. Tổng quan về enzyme
1.2.1. Giớithiệu về enzyme Viscozyme
Viscozyme L.được sử dụng trong đề tài là sản phẩm của hãng Novozyme
(Đan Mạch), bao gồm các enzyme hoạt động: cellulase, hemicellulase,
xylanase.
Đặc tính của sản phẩm Viscozyme :
- Màu sắc: nâu;
- Trạng thái vật lý: lỏng;
- Chất bảo quản: kali sorbat;
Viscozyme là sản phẩm từ chủng nấm mốc Aspergillus aculeatus.
Viscozyme chứa các carbohydrase có thể làm phân hủy cellulose và


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Đồán tốt nghiệp của Nguyễn ThịHiền -lớp 48TP “Nghiên cứu chiết
xuất chất màu Carotenoit từquả ớt sừng Việt Nam (Capsicum annuumL.” –
GVHD: TS Hoàng ThịHuệAn.
[2]. Đồán tốt nghiệp của Mạch Trần Phương Thảo -lớp 49TP “Tối ưu hóa
quá trình làm trong dịch nho ép bằng enzyme Pectinase” –GVHD: TS
Nguyễn Minh Trí.
[3]. Hoàng Thị Huệ An, Nguyễn Văn Hòa. “Xây dựng qui trình tách chiết và
tinh chế lutein từ hoa cúc Vạn thọ (Tagetes erectaL.) trồng tại tỉnh Khánh
Hòa”.
Tiếng Anh
[4]. Alves-Rodrigues A., “Absorption of Lutein vs Lutein Esters: do we know
the differences?”, R&D Manager and Scientific Coordinator –Vitamins &
Dietary Supplements Kemin Health, L.C, p, 1 -7.
[5]. Bowen P. E.,(2001). Lutein ester having high bioavailability, Unites
states patent, p, 1 -7.
[6]. Bunea A.; Lujerdean A.; Pintea A.; Andrei S.; Bunea C.; Bele C.; (2010).
“Using Cellulases and Pectinases toimprove better extraction of carotenoids
from the Marigold Flowers (Tagetes erecta L.)”. Bulletin UASVM Animal
Science and Biotechnologies, 67(1 -2)/2010, p, 1–5.
[7]. Bárzana E., Rubio D., Santamaría R. I, García-Correa O., García F,
Ridaura-Sanz VE, López-Munguía A , (2002). “Enzyme-mediated solvent
extraction of carotenoids from marigold flower (Tagetes erecta)”. J Agric
Food Chem50:4491–4496, p, 1–6.
47
[8]. Botello-Alvarez E.; Rico-Martı´nez R.; (2005). “Pre-treatment effects on the
extraction efficiency of xanthophyllsfrom marigold flower (Tagetes erecta)
using hexane”, Food Research International38, 159–165, p, 1–7.
[9]. Danso-Boateng E., ( 2011 ).Effect of Enzyme and Heat Pretreatment on
Sunflower Oil Recovery Using Aqueous and Hexane Extractions, World
Academy of Science, Engineering and Technology 80, p, 1 -7,
[10]. Delgado Vargas F., Paredes-López O., (1997). “Effects of enzymatic
treatments of marigold flowers on lutein isomeric profiles”. J Agric Food
Chem45:1097–1102, p,1 ư6.
[11]. Delgado Vargas F., Paredes Lopez O.,(1997b). “Effects of enzymatic
treatments on carotenoid extraction from marigold flowers (Tagetes erecta)”.
Food Chem; 58:255–8, p,1–7.
[12]. Danso-Boateng E.;( 2011). “Effect of enzyme and heat pretreatment on
Sunflower oil recovery using aqueous and hexane extractions”, World
Academy of Science, Engineering and Technology80, p, 1ư7.
[13]. FAO 2004. “Lutein from Tagetes erecta”, Chemical and Technical
Assessment (CTA), 63, p, 1–3.
[14]. Hilaire M. W.; Robert N. ; Michel P., JacquesF.;(2008). “Aqueous
enzymatic oil extraction from Irvingia gabonensisseed kernels”, European
Journal of Lipid Science and Technology 3, 232-238, p, 1–6.
[15]. Hu-zheZ., In -Wook H, and Shin-Kyo C.;(2009). “Enhancing
polyphenol extraction from unripe apples by carbohydrate-hydrolyzing
enzymes”, J Zhejiang Univ Sci B, 912ư919.
[16]. JoseaL. N. B.;Enrique B. A., Rico-Martı´nezR., (2004). “Improving
xanthophyll extraction from Marigold Flower using cellulolytic enzymes”, J.
Agric. Food Chem, 52, 3394-3398, p, 1–4.
48
[17]. EnriqueB. A., Rico-Martı´nezR. (2003). “Mixed culture optimization for
Marigold Flower ensilage via experimental design and response surface
methodology”, J. Agric. Food Chem, 51,p, 2206ư2211.
[18]. EFSA Panel on Food Additives and Nutrient Sources added to Food
(ANS), (2010). “Scientific Opinion on the re-evaluation of lutein (E 161b) as
a food additive”, EFSA Journal2010; 8(7):1678, p, 1 -10.
[19 ]. Jose´L. N. B.;HugoJ. I.;EnriqueB. A.;RamiroR, M.; Paredes-López
O.;(2004). “An optimization study of solid-state fermentation: xanthophylls
extraction from marigold flowers”, Appl Microbiol Biotechnol65: 383–390,
p, 5ư8.
[20]. Kale S., Gaikwad M.; Bhandare M.; (2011). “Determination and
comparison of in vitro SPF of topical formulationcontaining Lutein ester from
Tagetes erecta L. flowers, Moringa oleifera Lam seed oil and Moringa
oleifera Lam seed oil containing Lutein ester”, International Journal of
Research in Pharmaceutical and Biomedical Sciences, p, 1 -2.
[21]. ManuelS. R.; Enrique B. A.;(2008), “Enzymatic treatment to Improve
extraction of capsaicinoids and carotenoids from Chili (Capsicum annuum)
fruits”, J. Agric. Food Chem.56, p, 10012–10018.
[22]. SujithA.P., Hymavathi T.V. and Yasoda Devi P., (2010). “Supercritical
Fluid Extraction of Lutein Esters from Marigold Flowers and their Hydrolysis
by Improved Saponification and Enzyme Biocatalysis”. International Journal
of Biological and Life Sciences,p, 1 -10.
[23]. Sunita T., D’mello P. M.,(2010). “Enzyme assisted extraction oflutein
from marigol flowers and its evaluation by HPLC”, International Journal of
Advances in Pharmaceutical Sciences 2, 381-386, p, 1–6.
[24]. V.B. Pratheesh, Benny N. & C.H Sujatha, (2009), “Isolation,
Stabilization and Characterization of xanthophyll from Marigold Flower-Tagetes Erecta-L.”, Modern Applies Science, p, 1–3.
49
[25]. http://vi.wikipedia.org/wiki/Chi_Cúc_vạn_thọ
[26].http://www.ncbe.reading.ac.uk/ncbe/materials/enzymes/viscozyme.html,
15:05, 12/5/2012
[27]. http://vi.wikipedia.org/wiki/Enzym, 21:27; 30/5/2012