KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LÊ THỊ THÙY NGA

TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY ASTAXANTHIN

TỪ VỎ TÔM BẰNG DẦU THỰC VẬT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Người hướng dẫn

Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

------o0o----- NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Họ và tên sinh viên: Lê Thị Thùy Nga MSSV: 0852020055 Ngày, tháng, năm sinh: 06/10/1990 Nơi sinh: Đồng Nai Ngành: Công nghệ Thực Phẩm

I. TÊN ĐỀ TÀI: Tối ưu hóa quá trình trích ly astaxanthin từ vỏ tôm bằng dầu thực vật.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Tìm ra loại dung môi có hiệu suất trích ly tốt nhất trong các loại dung môi

nghiên cứu.

Tìm ra điều kiện tối ưu trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sử dụng ba loại dung môi trong điều kiện phòng thí nghiệm. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Tháng 1/2012

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 7/2012

V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Ngọc Hiểu

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày 4 tháng 8 năm 2012

SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC & CNTP

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1. Phế liệu tôm ........................................................................................................ 1

1.1.1. Tình hình phế liệu tôm ở Việt Nam ................................................................... 1

1.1.2. Ảnh hưởng của phế liệu tôm đến môi trường...................................................... 1

1.1.3. Các hướng tận dụng phế liệu trong chế biến tôm ................................................. 3

1.2. Hợp chất màu carotenoids – astaxanthin.............................................................. 4

1.2.1. Carotenoid ......................................................................................................... 4

1.2.2. Astaxanthin và các ứng dụng............................................................................... 5

1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới ..................................................... 10

1.3. Lý thuyết cơ bản ............................................................................................... 12

1.3.1. Trích ly ............................................................................................................. 12

1.3.2. Ly tâm............................................................................................................... 14

1.3.3. Đo quang phổ .................................................................................................... 14

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu ....................................................................................................... 16

2.1.1. Vỏ tôm sú ......................................................................................................... 16

2.1.2. Dung môi ......................................................................................................... 16

2.2. Phương tiện nghiên cứu..................................................................................... 20

2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 20

2.3.1. Bố trí thí nghiệm tổng quát tối ưu hóa công đoạn chiết astaxanthin bằng

từng loại dung môi dầu nành, dầu mè, dầu hạt cải. ........................................... 20

2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng astaxanthin. .................................................. 24

2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................. 25

2.3.4. Thí nghiệm kiểm chứng .................................................................................... 26

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Dung môi dầu mè .............................................................................................. 27

3.1.1. Bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án trực giao cấp 2 để tìm được

phương trình hồi quy. ........................................................................................ 27

3.1.2. Tối ưu hóa để thu được lượng astaxanthin là lớn nhất. ....................................... 30

3.1.3. Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các nhân tố nghiên cứu đến

hiệu suất trích ly astaxanthin sử dụng dung môi dầu mè .................................... 31

3.2. Dung môi dầu nành ........................................................................................... 33



3.2.2. Tối ưu hóa để thu được lượng astaxanthin là lớn nhất. ...................................... 37

3.2.3. Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các nhân tố nghiên cứu

đến hiệu suất trích ly astaxanthin sử dụng dung môi dầu nành ........................... 38

3.3. Dung môi dầu hạt cải ........................................................................................ 40



3.3.2. Tối ưu hóa để thu được lượng astaxanthin là lớn nhất. ...................................... 43


đến hiệu suất trích ly astaxanthin sử dụng dung môi dầu hạt cải ........................ 44

3.4. Kiểm chứng thực nghiệm ................................................................................... 46

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

4.1. Kết luận .................................................................................................................. 47

4.2. Đề xuất ý kiến ......................................................................................................... 47

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các hợp chất có khả năng chống oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên đang

là mối quan tâm hàng đầu đối với các nhà khoa học bởi những ứng dụng của chúng

trong phòng trừ bệnh tật, chống lão hóa…. Trong rất nhiều nguồn các chất chống oxy

hóa, các carotenoid là một nhóm hợp chất quan trọng, tồn tại phổ biến trong các cơ thể

thực vật. Sau β-caroten, lycopen và lutein là các carotenoid đã được quan tâm, nghiên

cứu và ứng dụng rất lâu và phổ biến, astaxanthin cũng là một mối quan tâm mới bởi nó

được phát hiện có hoạt tính chống oxy hóa mạnh hơn β-aroten, lycopen, lutein hay

vitamin E. Astaxanthin có thể ngăn ngừa sự phát triển của các tế bào ung thư, làm

giảm cholesterol máu, bảo vệ da khỏi tia cực tím, ngăn ngừa sự lão hóa da, thoái hóa

điểm vàng… .

Astaxanthin là sắc tố có màu đỏ cam, được phát hiện nhiều trong cá hồi, giáp

xác, tôm, hồng hạc, chim cút, các chủng vi tảo thuộc chi Haematococcus…. Trong đó

cần chú ý đến phế liệu tôm vì hiện nay phế liệu tôm chưa được xử lý đúng đắn vừa gây

ô nhiễm môi trường vừa lãng phí nguồn astaxanthin tự nhiên.

Để giảm sự ảnh hưởng của phế liệu tôm đến với môi trường thì các nhà sản xuất

có những hướng tận thu phế liệu tôm như sau:

- Dùng phế liệu tôm làm thức ăn gia súc. Tuy nhiên, chất lượng dinh dưỡng của

sản phẩm không cao nên hướng tận dụng này chưa phù hợp.

- Dùng phế liệu tôm để sản xuất chitin - chitosan, dùng làm phân bón và màng

bao sinh học. Hướng nghiên cứu này cũng là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu

khoa học.

- Và một hướng tận dụng phế liệu tôm cũng đang được các nhà nghiên cứu khoa

học chú ý là thu hồi hợp chất màu astaxanthin từ vỏ tôm, vì trong vỏ tôm hàm lượng

hợp chất màu astaxanthin chiếm hàm lượng cao và thay đổi tùy theo loại tôm. Việc thu

hồi hợp chất astaxanthin vừa giải quyết được vấn đề môi trường vừa mang lại lợi ích

kinh tế vì nguồn thu nhận astaxanthin tự nhiên này dồi dào và rẻ.

Ngày nay, trên thế giới đã có nhiều quy trình nghiên cứu và thử nghiệm để đạt

hiệu suất thu hồi astaxanthin tốt nhất từ vỏ tôm. Dùng dung môi hữu cơ và hỗn hợp

dung môi hữu cơ là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều nhất để trích ly

hợp chất màu astaxanthin từ vỏ tôm. Ở nước ta, phần lớn tài liệu và các đề tài nghiên

cứu đều hướng đến vấn đề thu hồi chitin – chitosan và tối ưu hiệu suất thu hồi chitin –

chitosan, vấn đề về trích ly astaxanthin và tối ưu hiệu suất thu hồi astaxanthin ít được

quan tâm. Dựa vào các nghiên cứu trong và ngoài nước, trong đề tài này em nghiên

cứu “Tối ưu hóa quá trình trích ly astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm bằng dầu thực vật”

(ba dung môi dầu được chọn là dầu mè, dầu nành, dầu hạt cải) để tăng hiệu quả nghiên

cứu và rút ngắn giai đoạn hoàn thiện trong quá trình trích ly astaxanthin.

Nghiên cứu nhằm thực hiện một số mục tiêu sau:

- Tìm ra loại dung môi có hiệu suất trích ly tốt nhất trong các loại dung môi

nghiên cứu.

- Tìm ra điều kiện tối ưu trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sử dụng ba loại dung môi

trong điều kiện phòng thí nghiệm.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

....................................................................................................................................

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1. Công thức cấu tạo astaxanthin ...................................................................... 5

Hình 2.1. Phế liệu vỏ tôm .......................................................................................... 16

Hình 2.2. Hình ba loại dung môi: dầu mè, dầu nành, dầu hạt cải ................................ 20

Hình 3.1.Mô hình bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng của hai biến thời gian và tỉ lệ

dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu mè .......................... 31

Hình 3.2. Mô hình bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng của hai biến nhiệt độ và tỉ lệ

dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu mè .......................... 32

Hình 3.3.Mô hình bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng của hai biến thời gian và tỉ lệ

dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu nành ....................... 38


dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu nành ....................... 39

Hình 3.5. Mô hình bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng của hai biến thời gian và tỉ lệ

dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu hạt cải .................... 44


dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu hạt cải .................... 45

Hình 4.1. Bể ổn nhiệt ...................................................................................... phụ lục 5

Hình 4.2. Máy li tâm 12 ống ........................................................................... phụ lục 5

Hình 4.3. Máy đo quang ................................................................................. phụ lục 5

Hình 4.4. Dung dịch chứa dầu astaxanthin trích ly được ................................. phụ lục 5

Hình 4.5. Dịch trích sau khi được pha loãng ................................................... phụ lục 5

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của carotenoid trong phế liệu tôm sú ......................... 5

Bảng 2.1. Thông tin dinh dưỡng của dầu nành ......................................................... 16

Bảng 2.2. Thông tin dinh dưỡng của dầu mè ............................................................ 18

Bảng 2.3. Thông tin dinh dưỡng của dầu hạt cải ...................................................... 19

Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm có tâm cấp 2, 3 yếu tố .................................................. 24

Bảng 3.1. Kết quả hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú dung môi dầu mè .... 27

Bảng 3.2. Phương án trực giao bậc 2 với k = 3, no = 1 đối với dầu mè ..................... 28

Bảng 3.3. Tổ chức dữ liệu trong excel cho bài toán tối ưu astaxanthin dùng dầu mè 30

Bảng 3.4. Kết quả chạy hàm solver tìm điều kiện tối ưu trích ly astaxanthin dùng dầu

mè.............................................................................................................................. 31

Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú dung môi dầu nành . 34

Bảng 3.6. Phương án trực giao bậc 2 với k = 3, no = 1 đối với dầu nành .................. 35

Bảng 3.7. Tổ chức dữ liệu trong excel cho bài toán tối ưu astaxanthin dùng dầu nành37


nành ........................................................................................................................... 38

Bảng 3.9. Kết quả hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú dung môi dầu hạt cải.40

Bảng 3.10. Phương án trực giao bậc 2 với k = 3, no = 1 đối với dầu đậu hạt cải ......... 41

Bảng 3.11. Tổ chức dữ liệu trong excel cho bài toán tối ưu cho dung môi dầu hạt cải43


hạt cải ........................................................................................................................ 44

Bảng 3.13. Bảng thí nghiệm kiểm chứng giá trị tối ưu của ba dung môi.................... 46

Bảng 4.1 kết quả tính các hệ số hồi qui ......................................................... .phụ lục 2

Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm trích ly astaxanthin ở tâm phương án với dung môi dầu

mè................................................................................................................... phụ lục 2

Bảng 4.3. Kết quả tính hệ số t ......................................................................... phụ lục 2

Bảng 4.4. Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được kiểm định

theo tiêu chuẩn Fisher (F) dung môi dầu mè ................................................... phụ lục 2

Bảng 4.5. Kết quả hệ số b trong phương trình trích ly astaxanthin dung dung môi dầu

đậu nành ......................................................................................................... phụ lục 3


đậu nành phụ lục 3

Bảng 4.7. Kết quả hệ số t ................................................................................ phụ lục 3

Bảng 4.8. Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được, kiểm

định theo tiêu chuẩn Fisher (F) với dung môi dầu đậu nành. ........................... phụ lục 3

Bảng 4.9. Kết quả hệ số b của phương trình trích ly astaxanthin dùng dung môi dầu

hạt cải ............................................................................................................. phụ lục 4


hạt cải phụ lục 4

Bảng 4.11. Kết quả hệ số t ............................................................................. phụ lục 4

Bảng 4.12. Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được kiểm

định theo tiêu chuẩn Fisher đối với dung môi dầu hạt cải ................................ phụ lục 4

PHỤ LỤC

Phụ lục 1 : công thức tính toán chung

Tính hệ số b

Vì phương án được chọn là quy hoạch trực giao, các hệ số bj trong phương trình

hồi qui (1) được xác định theo công thức sau:

Để xác định phương sai tái hiện sth ta làm 3 thí nghiệm ở tâm phương án ta nhận

3 giá trị.

Kiểm định mức ý nghĩa của các hệ số b trong phương trình (1). Các hệ số được

kiểm định theo tiêu chuẩn Student (t)

So sánh tj với tp (f) .

Trong đó:

- tp(f) là chuẩn student tra bảng ứng với xác suất tin cậy p và bậc tự do f, f = no– 1.

- bj : là hệ số trong phương trình hồi quy đã chọn.

- Sbj là độ lệch của các hệ số bj.

Nếu tj > tp(f) thì hệ số bj có nghĩa.

N

iilj

N

iiilj

jlN

iji

N

iiij

j

xx

yxxb

x

yxb

1

2

1

1

2

1

)(

)(;

N

iji

N

iiji

jj

x

yxb

1

2

1

)(

Nss th

bo

kjssk

thbj

1;

22 2;

2kth

bejss

2222222).22()(2)1(2 jojj

k

thjj

xkxx

ss

3

3

1

y

y i

i 13

3

1

2

2

yy ii

ths

sthths 2

bj

jj s

bt

||

Nếu tj < tp(f) thì hệ số bj bị loại khỏi phương trình.

Kiểm định sự phù hợp của phương trình hồi qui với thực nghiệm

Sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được kiểm định theo tiêu

chuẩn Fisher (F).

;

N - số thí nghiệm

l - số hệ số có ý nghĩa

Ta có F < F 1-p phương trình hồi qui tương thích với thực nghiệm.

Phụ lục 2: Kết quả tính toán áp dụng cho dầu mè

Tính hệ số b (theo phụ lục 1) :

Bảng 4.1 kết quả tính các hệ số hồi qui

bo 35,72 b13 -0,66

b1 1,98 b23 0,101

b2 1,37 b11 0,87

b3 1,24 b22 0,17

b1 - 0,66 b33 -1,73

Để xác định phương sai tái hiện làm thêm 3 thí nghiệm ở tâm phương án (mức

cơ sở) 푆 . Và kết quả hàm lượng astaxanthin được trích ly từ vỏ tôm bằng dầu mè là:


mè

Stt x1 x2 x3 y ytb y-ytb (y-ytb)2

16 0 0 0 38,25 38,62 -0,37 0,13

17 0 0 0 39,02 38,62 0,4 0,16

18 0 0 0 38,58 38,62 -0,037 0,001

Tổng 0,298

S = 0,149; => 푆 = √0,149 = 0,386.

Sai số của các hệ số phương trình hồi quy:

s = 0,1; s = 0,117.

s = 0,137; s = 0,185.

Kiểm tra tính ý nghĩa của các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn student:

lN

yys

N

iii

du

1

2^

2)(

2

2

th

du

ssF

Bảng 4.3. Kết quả tính hệ số t t Giá trị t Giá trị

t0 357,2 t13 4,8

t1 16,98 t23 0,741

t2 11,72 t11 4,725

t3 10,6 t22 0,9

t12 4,86 t33 9,37

Giá trị của bảng tiêu chuẩn student đối với mức ý nghĩa p = 0,05 và bậc tự do f

(ở đây số thí nghiệm tâm phương án 3 nên f = 3 – 1 = 2) là t(0,05)(2) = 4,3. Sau khi loại

bỏ các hệ số không có ý nghĩa ta nhận được phương trình hồi quy không thứ nguyên:

y = 35,72 + 1,98x + 1,37x + 1,24x – 0,66x x − 0,66x x + 0,87x − 1,73x .

(2)

Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được kiểm định

theo tiêu chuẩn Fisher (F).

Bảng 4.4. Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được kiểm định

theo tiêu chuẩn Fisher (F) dung môi dầu mè

Stt Y

yi theo

phương trình

hồi quy

y-yi (y-yi)2

1 39,16 38,76 0,402 0,162

2 37,13 37,44 -0,308 0,095

3 37,23 37,34 -0,108 0,012

4 32,73 33,38 -0,648 0,42

5 38,39 37,6 0,792 0,628

6 33,92 33,64 0,282 0,08

7 37,05 36,18 0,872 0,76

8 29,74 29,58 0,162 0,026

9 38,54 40,04 -1,498 2,243

10 35,74 35,23 0,514 0,264

11 36,89 38,01 -1,122 1,26

12 34,31 34,68 -0,373 0,14

푠 = 1,951; tỉ số F = 13,07.

Tra bảng giá trị của tiêu chuẩn fisher ở mức ý nghĩa p = 0,05 và bậc tự do f1 =

7, f2 = 2 là F1-p(f1,f2) = 19,3. Ta thấy F < F1-p(f1,f2) (13,07 < 19,3) do đó phương trình

thu được tương thích với thực nghiệm.

Phụ lục 3: Kết quả tính toán áp dụng cho dầu nành

Tính hệ số b (tính tương tự phụ lục 1)

Bảng 4.5. Kết quả hệ số b trong phương trình trích ly

astaxanthin dung dung môi dầu đậu nành

bo 36,66 b13 0,09

b1 1,35 b23 -0,66

b2 1,36 b11 -0,37

b3 1,86 b22 0,86

b12 0,1 b33 -2,59

Để xác định phương sai tái hiện làm thêm 3 thí nghiệm ở tâm phương án

(mức cơ sở) 푆 . Và kết quả hàm lượng astaxanthin được trích ly từ vỏ tôm bằng dầu

đậu nành là :

Bảng 4.6. Kết quả thí nghiệm trích ly astaxanthin ở tâm phương án với

dung môi dầu đậu nành


16 0 0 0 39,15 39,61 -0,46 0,215

17 0 0 0 39,79 39,61 0,177 0,031

18 0 0 0 39,9 3,61 0,287 0,082

Tổng 0,328

푆 = , = 0,164 => 푆 = √0,164 = 0,405.


13 35,92 35,3 0,619 0,384

14 30,65 32,29 -1,637 2,681

15 38,47 36,35 2,122 4,504

Tổng 13,66

푠 = ,√

= 0,105; 푠 = ,

√ . , = 0,122

푠 = , = 0,143; 푠 = ,.( , ) .( , , ) ( ) ,

= 0,194

Tính ý nghĩa của các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn student:

Bảng 4.7. Kết quả hệ số t

t0 350,6 t13 0,629

t1 11,04 t23 4,59

t2 11,15 t11 1,88

t3 15,23 t22 4,458

t12 0,716 t33 13,3



bỏ các hệ số không có ý nghĩa ta nhận được phương trình hồi quy:

y = 36,66 + 1,35x + 1,36x + 1,86x – 0.66x x + 0,86x − 2,59x . (3)

Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm theo tiêu chuẩn

Fisher (F).

Bảng 4.8. Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được, kiểm

định theo tiêu chuẩn Fisher (F) với dung môi dầu đậu nành.

Stt Y yi theo phương

trình hồi quy y-yi (y-yi)2

1 40,14 40,1 0,04 0,001

2 38,47 37,4 1,07 1,139

3 38,76 38,7 0,06 0,003

4 36,51 36 0,51 0,257

5 37,43 37,7 -0,27 0,074

6 35,13 35 0,13 0,016

7 32,43 33,66 -1,23 1,52

8 31,53 30,96 0,57 0,322

9 40,23 39,56 0,67 0,445

10 33,91 36,28 -2,37 5,629

11 40,12 40,84 -0,72 0,525

12 37,65 37,54 0,11 0,012

13 35,04 36,36 -1,32 1,741

14 32,53 31,84 0,69 0,477

15 40,03 37,92 2,11 4,44

Tổng 16,6

푠 = , = 2,075 tỉ số F = ,,

= 12,7.


8, f2= 2 là F1-p(f1,f2) = 19,32. Ta thấy F < F1-p(f1,f2) (12,7 < 19,32) do đó phương trình


Phụ lục 4: Kết quả tính toán áp dụng cho dầu hạt cải

Tính hệ số b (tính tương tự phụ lục 1):

Bảng 4.9. Kết quả hệ số b của phương trình trích ly astaxanthin dùng

dung môi dầu hạt cải

bo 32,08 b13 -0,28

b1 1,63 b23 -0,75

b2 1 b11 -0,28

b3 1,43 b22 0,74

b12 -0,28 b33 -2,13

Để xác định phương sai tái hiện làm thêm 3 thí nghiệm ở tâm phương án (mức

cơ sở) 푆 và kết quả hàm lượng astaxanthin được trích ly từ vỏ tôm bằng dầu hạt cải

là:


hạt cải


16 0 0 0 34,67 34,67 0,003 1,111E-05

17 0 0 0 34,33 34,67 -0,337 0,113

18 0 0 0 35 34,67 0,333 0,111

Tổng 0,224

푆 = , = 0,112; => 푆 = √0,112 = 0,335.


s = ,√

= 0,087; s = ,

√ . , = 0,101.

s = , = 0,118; s = ,.( , ) .( , , ) ( ) ,

= 0,16.

Tính ý nghĩa của các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn student

Bảng 4.11. Kết quả hệ số t

t0 370,9 t13 2,32

t1 16,06 t23 6,33

t2 9,832 t11 1,76

t3 14,11 t22 4,636

t12 2,36 t33 13,3



bỏ các hệ số không có ý nghĩa ta nhận được phương trình hồi quy không thứ nguyên:

y = 32,08 + 1,63x + 1x + 1,43x − 0,75x x + 0,74x − 2,13x . (4)

Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được kiểm định

theo tiêu chuẩn Fisher (F).

Bảng 4.12. Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm được

kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher đối với dung môi dầu hạt cải.

Stt Y Yi theo phương

trình hồi quy y-yi (y-yi)2

1 35,01 35,01 -0,005 2E-05

2 32,15 31,75 0,395 0,156

3 34,21 34,51 -0,305 0,093

4 30,53 31,25 -0,725 0,525

5 34,59 33,65 0,935 0,875

6 30,93 30,39 0,535 0,287

7 31,09 30,15 0,935 0,875

8 26,01 26,89 -0,885 0,783

9 33,41 35,08 -1,665 2,773

10 31,33 31,11 0,216 0,047

11 33,91 35,4 -1,492 2,226

12 33,86 32,97 0,888 0,788

13 32,26 31,69 0,572 0,327

14 27,02 28,21 -1,193 1,423

15 34,95 33,09 1,855 3,442

Tổng 14,62

푠 = , = 1,828; tỉ số F = ,,

= 16,28.


8, f2=2 là F1-p(f1,f2) = 19,32. Ta thấy F < F1-p(f1,f2) (16,28 < 19,32) do đó phươngtrình


Phụ lục 5: Một số thiết bị sử dụng trong thí nghiệm và sản phẩm

Một số thiết bị

Hình 4.1. Bể ổn nhiệt Hình 4.2. Máy li tâm 12 ống

Hình 4.3. Máy đo quang

Thành phẩm

Hình 4.4. Dung dịch chứa dầu Hình 4.5. Dịch trích sau khi được pha loãng astaxanthin trích ly được

LỜI CẢM ƠN

Sau những năm tháng học tập dưới mái trường Đại học Bà Rịa –Vũng Tàu, em

có được những kiến thức về ngành công nghệ thực phẩm mà thầy cô đã truyền thụ,

những kỹ năng cơ bản ban đầu của thực tế công việc. Những kiến thức này sẽ là hành

trang giúp em bước vào cuộc sống và công việc của mình sau này.

Lời đầu tiên, em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô Khoa hóa học và

Công nghệ thực phẩm đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm tháng học tập dưới

mái trường. Các thầy cô không những truyền đạt cho em những kiến thức sách vở mà

còn chỉ bảo cho em những kinh nghiệm cuộc sống, tất cả những điều đó sẽ giúp cho

em vững tin bước vào cuộc đời sắp tới.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Hiểu, giảng viên khoa hóa học

và công nghệ thực phẩm, người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em nghiên cứu

khoa học. Thầy tận tình giúp đỡ, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt

nghiệp này, cũng như chia sẽ những khó khăn trong suốt quá trình nghiên cứu. Em đã

học được từ thầy rất nhiều điều thật quý giá, giúp em vững vàng hơn trước khi bước

vào cuộc sống tự lập. Tình cảm và kiến thức của thầy đã dạy bảo cho em mãi mãi là

một kỷ niệm không bao giờ quên của những năm tháng học tập dưới mái trường này.

Em kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình và

gặt hái nhiều thành công trong công việc cũng như trong cuộc sống.

Em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến bạn Tạ Thanh Thúy đã giúp em hoàn

thành bài luận văn này. Em cũng cảm ơn sự động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó

khăn của các bạn cùng lớp trong quá trình thực hiện luận văn.

Sinh viên

Lê Thị Thùy Nga

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

[1] Lê Ngọc An. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly carotenoid từ

phế liệu tôm sú. Luận văn tốt nghiệp, Đại học thủy sản Cần Thơ.

[2] Lương Xuân Bính và cộng sự. Nghiên cứu ứng dụng hàm solver giải các bài toán

kỹ thuật. Trường Đại học Giao Thông Vận Tải.

[3] Nguyễn Cảnh (1994). Tối ưu hóa thực nghiệm trong hóa học và kỹ thuật hóa học.

NXB Đại học Kỹ Thuật.

[4] Nguyễn Hữu Điển (2004). Hướng dẫn sử dụng Maple. Đại học Khoa học tự nhiên

Hà Nội.

[5] Giang Thị Kim Liên (2009). Bài giảng môn quy hoạch thực nghiệm. Đại học Đà

Nẵng.

[6] Lê Văn Việt Mẫn cùng cộng sự. Công nghệ chế biến thực phẩm. NXB Đại học

Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.

[7] Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2010). Hóa Học Thực Phẩm. Đại học Bà Rịa – Vũng

Tàu.

[8] Trịnh Ngọc Vinh. Xử lý phụ Phế phẩm từ tôm bằng phương pháp vi sinh. Luận văn

tốt nghiệp, Đại học An Giang.

Tài liệu tiếng Anh

[9] Bob Capelli và cộng sự (2006). Natural Astaxanthin: King of the Carotenoids.

NXB Cyanotech Corporation.

[10] M.N. Sachira và cộng sự (2004). Process optimization for extraction of

carotenoid from shrimp waste vegetable. Bioresource technology India.

[11] Jianing Pu và cộng sự. Extraction of shrimp astaxanthin with flaxseed oil: Effects

on lipid oxidation and astaxanthin degradation rates. Deparment of Food Science,

Louisiana State University Agricultural Center, Baton Rouge, LA 70803, United

States.

Đề tài nghiên cứu khoa học Trường ĐHBRVT

1 Ngành công nghệ thực phẩm Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

CHƯƠNG I: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1. Phế liệu tôm [1][8]

1.1.1. Tình hình phế liệu tôm ở Việt Nam

Với bờ biển tự nhiên dài 3260 km, Việt Nam có lợi thế rất lớn về nuôi trồng và

xuất khẩu thủy hải sản. Bốn tháng đầu năm 2012, giá trị xuất khẩu tôm Việt Nam đạt

599 triệu USD, chiếm 33,4% tổng giá trị xuất khẩu thủy sản. Tôm sú là sản phẩm

chiếm tỷ trọng cao nhất trong nhóm tôm với giá trị xuất khẩu đạt 326 triệu USD,

chiếm 54%, tiếp đến tôm chân trắng với 196 triệu USD, chiếm gần 33%, còn lại là tôm

các loại khác với gần 77 triệu USD.

Cùng với việc tăng sản lượng xuất khẩu tôm là việc tăng phế liệu từ tôm như vỏ

tôm, đầu tôm….Lượng phế liệu này chiếm khoảng từ 45-50% tổng sản lượng nguyên

liệu tôm. Trong phế liệu tôm thải ra chứa nhiều nguồn phế liệu hữu cơ như protein,

chitin, astaxanthin… gây nguy cơ ô nhiễm môi trường rất cao. Hiện nay, việc giải

quyết nguồn phế liệu tôm là mối quan tâm của nhà doanh nghiệp, nhà nước và toàn xã

hội.

1.1.2. Ảnh hưởng của phế liệu tômđến môi trường

Tại khu vực các nhà máy chế biến thủy hải sản xuất khẩu, khi lượng đầu tôm,

tép, vỏ cua, ghẹ, sam… được chất lên hàng đống theo tiến độ của các đơn đặt hàng

xuất khẩu, các chủ doanh nghiệp chỉ biết bỏ ra một số tiền theo thỏa thuận, sau đónhân

viên ở các công ty vệ sinh địa phương vào thu dọn, vận chuyển càng nhanh càng tốt

phế liệu sinh ra từ quá trình chế biến thủy hải sản xuất khẩu ra khỏi nhà máy, vì càng

để lâu, mùi bốc càng nặng, ruồi nhặng bu vào càng nhiều. Với cách thức đó, đường đi

cuối cùng của phế liệu là các bãi rác và vấn đề đáng nói là nếu không được xử lý triệt

để thì chúng sẽ tiếp tục gây ô nhiễm môi trường.

Cũng như các chất thải rắn khác, chất thải rắn chế biến thủy sản, khi có mặt nước

dưới tác dụng của các vi khuẩn có trong môi trường và các enzim nội tại trong phế

liệu, các hợp chất phức tạp như protit, lipit, gluxit sẽ bị phân hủy trong điều kiện hiếu

khí, kị khí tạo các chất khí có mùi hôi thối như axit béo không no, CH4, H2S, Indol,

Skatol, NH3, methylamin, các chất khí có mùi hôi thối cũng như các khoáng chất:



NO2-, NO3-, PO4-. Trong môi trường nước, phần nổi trên nước sẽ xảy ra quá trình

khoáng hóa hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm trung gian và cuối cùng là cho chất

khoáng: NO2-, NO3-, PO3-và nước. Phần chìm ngập trong nước sẽ lên men kị khí để tạo

ra hợp chất trung gian và cuối cùng cho CO2, CH4, H2S, H2O.

Nếu nguồn nguyên liệu chế biến thủy sản chứa nhiều các kim loại nặng được tích

lũy trong quá trình nuôi trồng hay có trong môi trường tự nhiên, sau đó, trong quá

trình chế biến các kim loại nặng theo dây chuyền sản xuất vào thực phẩm thì gây nên ô

nhiễm kim loại. Các chất gây ô nhiễm này sẽ hòa tan trong nước, chảy xuống mạch

nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Bên cạnh đó còn có rất nhiều vi khuẩn gây

bệnh cho người và gia súc từ các chất thải này.

Quá trình phân hủy các chất thải hữu cơ bao gồm các quá trình lên men chua, lên

men thối, lên mốc vàng, mốc xanh có mùi ôi, thiu, hôi thối. Quá trình này có thể do 2

loại vi sinh vật: loại vi sinh vật tiết ra enzim hỗn hợp sẽ phân hủy gluxit, lipit còn loại

vi sinh vật tiết ra các enzim đơn lẻ, có tính chọn lọc cao chỉ phân hủy một thành phần

nào đó trong chất thải mà thôi.

Quá trình phân hủy kị khí, hiếu khí và hiếu khí tùy tiện có thể xảy ra độc lập

hoặc kết hợp xen kẽ nhau, để tạo ra các chất độc hại ở dạng hòa tan trong nước hoặc ở

dạng khí phát tán trong không khí, gây ô nhiễm khí như vi khuẩn, nấm men, nấm mốc,

các khí có mùi nặng như H2S, indol, skatol, các hợp chất cacbonyl, các axit cacboxilic.

Ví dụ:

Vi sinh vật kị khí

CH3 - CH(OH) - COOH + 1/2SO4(2-) ====> CH3COOH + H2O + CO2 + 1/2S2-

S2- + 2H+ ====> H2S có mùi hôi thối, độc hại cho người và các sinh vật.Nếu môi

trường có Fe2+

Fe2+ + S2- ==> FeS tạo màu đen, bám vào rễ cây, đất.

Vi sinh vật kị khí

R - CH(NH2) - COOH ======> CO2 + R - CH2 -NH2 tạo mùi tanh, hôi.

Như vậy, trong quá trình chế biến thủy sản thì nhiều chất khí vô cơ, hữu cơ được

sinh ra từ quá trình phân hủy phế liệu rắn, phân hủy nguyên liệu thủy sản, đã gây ô



nhiễm nặng nề cho môi trường không khí, ảnh hưởng mạnh mẽ đến sức khỏe của công

nhân và cộng đồng trong khu vực sản xuất.

1.1.3. Các hướng tận dụng phế liệu trong chế biến tôm

Vấn đề xử lí phụ phế phẩm (đầu, vỏ) từ tôm và các phế phẩm từ tôm xuất khẩu

hiện nay đang là vấn đề khó khăn. Hiện tại, các công ty, cơ sở chế biến thuỷ sản cũng

đã có một số giải pháp:

Bán một phần phụ phế phẩm làm thức ăn gia súc, phần còn lại phải bỏ làm rác

thải…. Phương pháp này không cho giá trị kinh tế cao, và chỉ giải quyết được một

phần nhỏ vấn đề ô nhiễm.

Sản xuất chitin – chitosan từ vỏ tôm bằng phương pháp thuỷ phân protein theo

phương pháp hoá học. Trong vỏ ngoài của giáp xác hàm lượng chitin rất cao (chiếm

khoảng 10÷20% trọng lượng khô) nên việc sản xuất chitin cũng đạt hiệu quả cao.

Chitin được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp như: làm dung dịch hồ sợi, giữ

màu, làm sơn chống nước, vải bao dây điện, giấy trong suốt, tơ nhân tạo, chế axít

tartaric… nên các nước rất chú ý phát triển công nghệ sản xuất chitin. Chitosan được

ứng dụng rất nhiều trong nông nghiệp, công nghệ thực phẩm, y dược và công nghiệp

như: sử dụng để bọc nang các hạt giống, bổ sung vào thức ăn cho tôm, cua, cá để kích

thích sinh trưởng, tẩy lọc nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy, chống mất

nước trong các quá trình làm lạnh.

Vậy nếu lợi dụng tổng hợp phế thải này bằng cách tách riêng phần protein ở đầu

tôm ra phục vụ cho chăn nuôi, tách hợp chất màu (chủ yếu là astaxanthin) để phục vụ

công nghiệp nhuộm, thực phẩm, chế biến chitosan phục vụ cho nông nghiệp, công

nghiệp, mỹ phẩm, y tế thì giá trị mang lại từ nguồn phế liệu này là rất lớn. Việc nghiên

cứu thủy phân phế liệu tôm bằng enzim để tận dụng protein là một hướng đi cũng đang

được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.



1.2. Hợp chất màu carotenoid – astaxanthin [1][7][9]

1.2.1. Carotenoid

1.2.1.1. Giới thiệu

- Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ có tự nhiên trong thực vật và các loài sinh

vật quang hợp khác như là tảo, một vài loài nấm và một vài loài vi khuẩn. Hiện nay

người ta đã tìm được hơn 600 loại carotenoid, sắp xếp theo hai nhóm, xanthophyl và

carotene.

- Carotenoid thuộc nhóm tetraterpenoid (phân tử chứa 40 nguyên tử C) được tạo

nên bởi 8 đơn vị isoprene: CH2 = C – CH = CH2

CH3

- Khác với cây cỏ, con người không thể tự tổng hợp ra carotenoid mà sử dụng

carotenoid từ thực phẩmtrong bữa ăn hàng ngày để bảo vệ bản thân mình. Carotenoid

giúp chống lại các tác nhân oxy hóa từ bên ngoài.

- Thiên nhiên có đến khoảng 600 loại carotenoid khác nhau, trong đó có 50 loại

carotenoid hiện diện trong thực phẩm. Thế nhưng trong máu của người có khoảng 15

loại được tìm thấy và chúng đang được chứng minh là đóng vai trò quan trọng đối với

đời sống con người.

- Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm

các hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác dụng bảo vệ cơ thể cũng tương

tự nhau. Carotenoid khá quen thuộc với chúng ta là bêta-caroten hay còn gọi là tiền

chất của vitamin A. Trong mấy năm gần đây người ta còn nói nhiều đến các carotenoid

khác như lycopen, lutein và zeaxanthin... .

1.2.1.2. Phân loại carotenoid

Carotenoid được chia thành 2 loại là: carotene và Xanthophyl.

- Các carotene: có màu đỏ, da cam, là những hydrocarbon (C40H58) có 1 mạch

ngang 18 carbon mang 4 nhóm CH3 và 9 dây nối đôi liên hợp, chúng khác nhau ở các

đầu chuỗi.

VD: α-carotene, β-carotene và lycopene.

- Xanthophyl: phân tử chứa oxi và thường có màu vàng.



VD: lutein và zeaxanthin.

1.2.1.3. Các carotenoids tìm thấy trong thủy sản:

+ Lutein: màu vàng xanh.

+ Tuna xanthin: màu vàng.

+ Beta – carotene: màu cam.

+ Doradexanthin: màu vàng.

+ Zeaxanthin: màu vàng cam.

+ Canthaxanthin: màu đỏ cam.

+ Astaxanthin: màu đỏ.

+ Erichinenone: màu đỏ.

1.2.1.4. Thành phần hóa học của carotenoid trong phế liệu tôm sú

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của carotenoid trong phế liệu tôm sú

Carotenoid Phần trăm (%) phế liệu tôm

Astaxanthin 3,95 ± 0,15

Astaxanthin monoeste 19,72 ± 0,19

Astaxanthin dieste 74,29 ± 0,38

Astacene -

Lutein -

Zeaxanthin 0,62 ± 0,05

Các thành phần không xác định khác -

1.2.2. Astaxanthin và các ứng dụng

1.2.2.1. Giới thiệu

Hình 1.1. Công thức cấu tạo astaxanthin



Astaxanthin là dẫn xuất của carotene và có công thức hóa học là 3,3’-dihydroxyl

– 4,4’-diketo của β-carotene, công thức phân tử là C40H52O4 khối lượng phân tử M =

595 dvC. Trong tự nhiên nó tồn tại ở đồng phân dạng trans, khi kết tinh tạo thành tinh

thể màu tím.

Công thức phân tử astaxanthin tương tự như của β-carotene nhưng nó phức tạp

hơn nhiều.

Astaxanthin là một carotenoid giống như nhiều carotenoid, là một chất màu có

thể tan trong dung môi không phân cực. Astaxanthin có thể tìm thấy trong tảo, nấm

men, cá hồi, nhuyễn thể, tôm, các loại giáp xác và ở lông vũ của một số loài chim.

Giáo sư Basil Weedon là người đi đầu trong việc tìm ra cấu trúc của astaxanthin.

Công thức phân tử của astaxanthin thì tương tự như bêta-caroten nhưng nó phức

tạp hơn. Astaxanthin có 13 nối đôi trong khi bêta-caroten chỉ có 7 nối đôi nên khả

năng chống oxi hóa của nó cũng cao hơn bêta-caroten.

1.2.2.2. Tính chất vật lý của astaxanthin

Tính tan: astaxanthin là hợp chất không phân cực nên rất ít tan trong nước, nó

tan trong các dung môi hữu cơ như pyridine, cồn, dietyester, ete, dầu mỏ, dầu thực

vật…

Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc: astaxanthin hấp thụ rất mạnh bức xạ trong

vùng 470÷510 nm nên tạo màu đỏ cam rất đẹp.

Tính hấp thu ánh sáng của astaxanthin có thể bị thay đổi khi astaxanthin liên kết

với các chất khác. Trong tôm, cua astaxanthin thường liên kết với phân tử protein

(crutacyanin) có 휆max = 628 nm tạo nên màu xanh đặc trưng của các loài thủy sản sống.

Dưới tác dụng của nhiệt, liên kết bị phá hủy và astaxanthin được giải phóng dưới dạng

tự do có màu đỏ cam.

1.2.2.3. Tính chất hóa học

Trong phân tử astaxanthin có chuỗi polyen liên kết với các nhóm keto, hydroxyl

gắn với các vòng ở đầu mạch nên astaxanthin rất nhạy với ánh sáng, nhiệt độ cao và

các tác nhân oxy hóa, axít, bazơ… Sự oxy hóa astaxanthin diễn ra nhanh khi có sự

hiện diện của sunfit, ion kim loại, độ ẩm, oxy không khí.



Sự oxy hóa: astaxanthin ở dạng tự do rất dễ bị oxy hóa bởi tác nhân electrophil

như oxy phân tử. Nhưng khi astaxanthin tạo phức với protein hay ở dạng este hóa thì

chúng trở nên bền hơn. Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin trong cơ thể được

giải thích bởi khả năng bắt giữ gốc tự do tạo thành gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ

hiệu ứng cộng hưởng:

RCOO* + Ast RCOO-Ast

Phản ứng với axít: astaxanthin phản ứng với axít yếu làm dịch chuyển cực đại

hấp thụ của phân tử về phía bước sóng dài. Khi trung hòa bằng bazơ yếu, cấu trúc

phân tử astaxanthin lại được phục hồi, tuy nhiên khi phản ứng với axít mạnh như: HCl,

H2SO4… thì có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen của astaxanthin làm nhạt màu đỏ

cam.

1.2.2.4. Chức năng sinh học của astaxanthin

Đối với người và động vật có vú

Trong cơ thể người astaxanthin không chuyển hóa thành tiền vitamin A nên

không gây ra tình trạng ngộ độc khi sử dụng với hàm lượng cao hay tích lũy quá nhiều

trong cơ thể. Đối với người liều dùng có thể đến 14,4 mg/ngày trong vòng hai tuần.

Astaxanthin là một chất chống oxy hóa hiệu quả, là một tác nhân chống ung thư

vì chúng có khả năng ngăn ngừa một số bệnh như ung thư bàng quang, ung thư vòm

họng, ung thư kết tràng.

Astaxanthin giúp cải thiện những tổn thương võng mạc, bảo vệ các tế bào tiếp

nhận ánh sáng khỏi thoái hóa vì vậy nó bảo vệ võng mạc khỏi bị oxy hóa, bên cạnh đó

nó cũng giúp phòng ngừa và chữa trị những tổn thương thần kinh như bệnh Alzheimer,

bệnh Parkinson và những tổn thương tủy sống.

Astaxanthin có khả năng ngăn ngừa xơ cứng động mạch, chứng tắc nghẽn động

mạch vành.

Astaxanthin còn có chức năng bảo vệ chống lại tia tử ngoại nhờ có khả năng bắt

giữ các gốc tự do hình thành do sự quang hóa. Ngoài ra, nó còn có hiệu quả trong việc

phòng ngừa và điều trị các chứng nhiễm khuẩn Helicobecter trong hệ tiêu hóa của

động vật có vú.



Đối với các loài động vật thủy sản

Astaxanthin có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ tế bào chống lại sự oxy

hóa, chống lại các tia tử ngoại, tăng cường khả năng đề kháng, giúp tăng khả năng tăng

trưởng và có tác dụng tăng cường năng suất sinh sản của một số loài thủy sản.

1.2.2.5. Ứng dụng của astaxanthin

a. Trong công nghệ thực phẩm

Trong chế biến thì màu sắc bên ngoài cũng là yếu tố quan trọng thu hút khách

hàng và người tiêu dùng.

Astaxanthin được coi là chất màu chính trong vỏ và các cơ quan bên trong của

các loài giáp xác, nó chiếm từ 86÷98% của tổng lượng carotenoid. Màu đỏ tạo ra là

khi gia nhiệt thì protein bị biến tính làm đứt các liên kết giữa phức hợp carotenprotein

làm phóng thích astaxanthin tự do. Màu sắc cuối cùng và sự thấm màu phụ thuộc vào

hàm lượng của astaxanthin lắng đọng lại.

Đối với những thực phẩm đặc biệt là sản phẩm có nguồn gốc từ các loài giáp xác

bị biến màu do giảm hoặc mất astaxanthin trong quá trình chế biến thì việc bổ sung

astaxanthin như một phụ gia sẽ làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm.

Mục đích của việc bổ sung chất màu vào thực phẩm nhằm:

- Khôi phục lại màu sắc đã bị mất trong quá trình bảo quản (tiếp xúc với không

khí, ẩm, nhiệt độ và các điều kiện bảo quản).

- Điều chỉnh màu sắc tự nhiên của sản phẩm khi màu tự nhiên không đủ để thể

hiện màu sắc cho sản phẩm.

- Gia tăng màu của thực phẩm ở mức cần thiết.

- Làm đồng nhất màu sắc thực phẩm.

- Làm thực phẩm có màu hấp dẫn đối với người tiêu dùng.

Hiện nay, có một số tài liệu đã chứng minh rằng astaxanthin là một chất an toàn

về mặt thực phẩm.

b. Trong y học

Astaxanthin có vai trò sinh học đặc biệt quan trọng đối với sức khỏe con người.



Astaxanthin là một tác nhân chống sự oxy hóa

Do trong cấu trúc của astaxanthin có nhiều nối đôi nên nó là một chất chống oxy

hóa hữu hiệu. Đặc tính chống oxy hóa của astaxanthin được thể hiện ở chỗ nó ngăn

cản sự hình thành gốc tự do bằng cách loại bỏ oxy tự do, trong trường hợp các gốc tự

do đã được hình thành thì astaxanthin có thể kết hợp với gốc tự do để vô hoạt nó nhờ

đó astaxanthin có thể bảo vệ lipit khỏi sự oxy hóa giống như màng phospholipid.

Các nghiên cứu cho thấy rằng đặc tính chống oxy hóa của astaxanthin cao gấp 10

lần so với beta – caroten (Miki,1991), gấp 100÷500 lần so vơi vitamin E (Kurashige

và cộng sự, 1990), ngoài ra còn cao hơn lutein và zeaxanthin.

Đặc tính chống oxy hóa của astaxanthin được xem là nguồn lợi lớn cho sức khỏe

của con người.

Astaxanthin là một tác nhân chống ung thư

Nghiên cứu về đặc tính chống ung thư của astaxanthin đã được tiến hành trên

chuột do Takuji Tanaka và cộng sự thực hiện. Bằng cách quản lý chế độ ăn astaxanthin

đã cho thấy hạn chế được chất sinh ung thư ở bàng quang, khoang miệng và trực tràng

của chuột. Thêm vào đó, astaxanthin đã kích thích enzyme chuyển hoá chất lạ trong

thận của chuột, đây là quá trình có thể ngăn ngừa chất sinh ung thư (Gradelet và cộng

sự, 1996).

Astaxanthin có vai trò chống đỡ trong hệ thống miễn dịch

Astaxanthin có ảnh hưởng đến chức năng miễn dịch. Astaxanthin làm tăng lượng

kháng thể do sự kích thích ở tế bào lá lách ở chuột và tế bào hồng cầu ở cừu

(Jyonouchi và cộng sự,1991).

Astaxanthin là chất bảo vệ khỏi ánh sáng

Ánh sáng đặc biệt là tia UV có thể gây ra các phản ứng và sản phẩm của nó là

oxy tự do (Noguchi và Niki, Mc Vean và cộng sự,1999). Lipit, protit, chất màu đều có

liên quan đến cơ chế này.

Sự thiệt hại do sự oxy hóa ở mắt, da bởi tia UV ngày một nhiều nên tính chống

oxy hóa của astaxanthin được đề nghị như tác nhân bảo vệ.

Astaxanthin là chất bảo vệ mắt và hệ thống thần kinh



Trevithuck và Mitton (1999) khái quát rằng vai trò chủ yếu của chất chống oxy

hóa trong việc làm giảm stress và các bệnh có liên quan đến mắt và hệ thống thần

kinh.

Astaxanthin là chất chống oxy hoá hiệu quả có thể đi qua màng não (Tso và

Lam,1996), lợi ích chủ yếu của astaxanthin đối với sức khoẻ của mắt và hệ thống thần

kinh rất được hứa hẹn.

Nghiên cứu hiệu quả chống oxy hoá ở mắt chuột cho thấy rằng astaxanthin có thể

cải thiện các retinal bị tổn hại và nó cũng có hiệu quả tốt trong việc bảo vệ tế bào nhận

kích thích ánh sáng khỏi bị thoái hóa.

Astaxanthin và sự lây nhiễm

Nghiên cứu gần đây cho thấy astaxanthin là loại có thể phòng và chữa trị hiệu

quả các bệnh lây nhiễm Halicobacter ở đường dạ dày - ruột và khoang miệng của

động vật có vú (Alejury và Wadstroem, 1998).

1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới

1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Xian (1968) cho biết tôm không có khả năng tổng hợp astaxanthin mà chúng chỉ

tích lũy từ thức ăn, sau đó tập trung trong gan, mô và vỏ. Vậy nên việc cung cấp bổ

sung astaxanthin trong thức ăn cho tôm là điều cần thiết.

Fukuda và Kozo (1987) đã nghiên cứu khử canxicarbonat trong vỏ tôm bằng HCl

sau đó trung hòa bằng NaOH trước khi chiết suất astaxanthin từ vỏ tôm.

Jonhson (1992) đã nghiên cứu cho biết việc chiết xuất astaxanthin theo các

phương pháp qua xử lý axit, kiềm hay nhiệt độ có thể dẫn đến sự phá hủy một lượng

lớn astaxanthin. Ngày nay với công nghệ tiên tiến cho phép chiết suất astaxanthin bằng

phương pháp siêu tới hạn bằng cách sử dụng CO2 hay CO2 kết hợp với ethanol như

một đồng dung môi. Kết quả chiết suất được astaxanthin với chất lượng tốt và hiệu quả

cao.

Anderson (1975) đã đưa ra quy trình trích ly carotenoid từ phế liệu tôm trong dung

môi dầu nành. Dầu nành được cho vào phế liệu sau đó trộn lẫn vào với nhau và giữ ở

một nhiệt độ nhất định. Dầu nành sau đó được tách bằng cách ly tâm.



Spinelli và Mahnken (1978) đã nghiên cứu ba công đoạn trích ly thu hồi

astaxanthin từ phế liệu tôm cua đỏ bằng dầu.

Chen và Meyers (1982) đã sử dụng enzyme thủy phân phế liệu giáp xác đã được

đồng nhất với enzim protease và sau đó dùng dung môi dầu nành để trích ly thu hồi

carotenoid. Các phế liệu giáp xác đã đồng hóa được thu bằng cách acid hóa và được

cho vào dầu nành sau đó hỗn hợp mới được giữ nhiệt để sắc tố hòa tan trong dầu. Năm

1984 Chen và Meyers đã đưa ra phương pháp mới cho phép ước lượng được hàm

lượng sắc tố trong các loại dầu khác nhau, cơ sở của phương pháp này dựa vào sự hấp

thụ cực đại và hệ số hấp thụ của astaxanthin trong các loại dầu khác nhau.

No và Meyers (1992) đã chứng minh quá trình trích ly carotenoid bằng dầu từ phế

liệu giáp xác có thể kết hợp với quá trình sản xuất chitin – chitosan.

1.2.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

KS.Nguyễn Văn Ngoạn đã xây dựng quy trình công nghệ sử dụng tổng hợp

astaxanthin, chitin và protein từ phế liệu trong sản xuất tôm đông lạnh.

Trần Ngọc châu (2000) đã nghiên cứu sử dụng dung môi acetol để chiết xuất

astaxanthin từ vỏ tôm và thu được sản phẩm ở dạng bột màu astaxanthin thô.

Hoàng Mai Dũng (2000) đã nghiên cứu ảnh hưởng của thức ăn có chứa carotenoid

đến màu sắc và tốc độ sinh trưởng của cá chép phụng Nhật và cá tai tượng Châu Phi.

Viện hóa học Hà Nội (2000) dã nghiên cứu nâng cao hiệu suất thu hồi astaxanthin

và xây dựng phương pháp thu nhận astaxanthin từu phế liệu tôm trong phòng thí

nghiệm.

Th.S Hoàng Thị Huệ Anh (2003) đã nghiên cứu và xây dựng được quy trình chiết

suất astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm bằng dung môi ethanol 960 với hiệu suất cao nhất

đạt 34,5%.

Nguyễn Văn Trọng (2003) đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số điều kiện bảo

quản đến sự giảm hàm lượng astaxanthin trong phế liệu tôm.

Trung tâm nhiệt đới Việt Nam chủ trì và Th. S Nguyễn Thị Nga và Th.S Trịnh Thị

Lan Chi đã thử nghiệm bổ sung sắc tố canthaxanthin và astaxanthin vào chế biến thức

ăn cho cá vàng.

1.3. Lý thuyết cơ bản [6]



1.3.1. Trích ly

Cơ sở khoa học

Trích ly là quá trình hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử có trong mẫu nguyên

liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung môi. Động lực của quá trình trích ly

là sự chênh lệch nồng độ của cấu tử ở trong nguyên liệu và ở trong dung môi.

Yêu cầu dung môi

- Hòa tan chọn lọc cấu tử cần tách.

- Hệ số khuyếch tán D lớn → vận tốc chuyển khối lớn.

- Nhiệt dung riêng và nhiệt hóa hơi nhỏ (tiết kiệm khi hoàn nguyên dung môi).

- Độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ).

- Không ăn mòn thiết bị, không tác dụng hóa học với các cấu tử trong hỗn hợp.

- Rẻ tiền, dễ kiếm.

- Dung môi phải dễ dàng được tách ra sau quá trình chiết bằng phương pháp

chưng cất hoặc sấy, sau khi tách không để mùi lạ và gây độc cho sản phẩm.

=> Hiện tại chưa có dung môi nào thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên nên tùy theo

điều kiện mà ta chọn dung môi cho thích hợp.

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết

Trong quá trình trích ly vận tốc và hiệu suất của quá trình chịu ảnh hưởng của:

Kích thước của nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng tới quá trình trích ly, kích thước nguyên liệu

càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng tăng, hiệu suất tăng,

vì vậycần tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu rắn và dung môi hữu cơ bằng cách

nghiền nhỏ, thái nhỏ hoặc băm nhỏ vật liệu. Làm vỡ cấu trúc tế bào nhằm thúc đẩy quá

trình tiếp xúc triệt để giữa dung môi và nguyên liệu. Tuy nhiên cũng phải nhỏ tới mức

nhất định vì quá nhỏ nguyên liệu sẽ vón lại, các hạt mịn lắng đọng trên các lớp nguyên

liệu, chi phí cho quá trình nghiền xé tăng. Mặt khác, nguyên liệu quá nhỏ nó sẽ bị cuốn

vào dung dịch chiết rút gây khó khăn trong quá trình xử lý dung dịch sau khi chiết rút.

Tính chất nguyên liệu

Tính chất của vật liệu cũng ảnh hưởng tới hiệu suất chiết như: trong chiết dầu,

nếu độ ẩm nguyên liệu giảm thì hiệu suất của quá trình chiết tăng vì độ ẩm tác dụng



với protein và các chất háo nước khác ngăn cản sự chuyển dịch của dung môi vào

nguyên liệu cản trở quá trình khuyếch tán, do vậy phải chọn độ ẩm thích hợp cho quá

trình này.

Nhiệt độ

Nhiệt độ có tác dụng tăng nhanh quá trình khuếch tán và giảm độ nhớt, phân tử

chất tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phân tử dung môi. Tuy nhiên,

nhiệt độ là yếu tố có giới hạn vì nếu nhiệt độ quá cao có thể xảy ra các phản ứng

không cần thiết gây khó khăn cho quá trình công nghệ và tăng chi phí năng lượng cho

quá trình.

Sự chênh lệch nồng độ của chất chiết rút và chất cần chiết rút

Sự chênh lệch nồng độ của chất cần chiết rút và chất chiết rút trong dung môi

phải lớn.

Muốn tạo được điều kiện này phải tạo ra các yếu tố sau:

Một là: nguyên liệu chiết rút phải có năng lực hút nhỏ nhất đối với dung môi để

tạo ra nồng độ chất cần thiết trong dung môi phía nguyên liệu càng cao để quá trình

khuyếch tán phân tử các chất cần chiết rút đi ra nhiều.

Hai là: tỷ lệ dung môi và nguyên liệu phải lớn, tuy nhiên phải ở mức hợp lý.

Nếu tỷ lệ lớn quá làm cho nồng độ các chất cần chiết rút trong dung dịch càng thấp,

gây thất thoát và khó khăn trong quá trình.

Ba là: lợi dụng nguyên lý ngược dòng để tạo ra sự chênh lệch nồng độ lớn hay

thay đổi dung môi chiết rút nhiều lần.

Tỉ lệ giữa khối lượng và dung môi

Với cùng một lượng nguyên liệu, nếu ta tăng lượng dung môi sử dụng thì hiệu

suất trích ly sẽ tăng theo. Đó là do sự chênh lệch nồng độ của cấu tử cần trích ly trong

nguyên liệu và dung môi sẽ càng lớn. Tuy nhiên, nếu lượng dung môi dùng quá lớn thì

sẽ làm loãng dịch trích, quá trình tinh chế sẽ kéo dài.

Thời gian trích ly

Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ tăng. Nếu thời gian

trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ không tăng thêm đáng kể.



1.3.2. Ly tâm

Cơ sở khoa học

Ly tâm là quá trình sử dụng lực ly tâm để phân riêng các cấu tử có khối lượng

riêng khác nhau. Động lực của quá trình là lực ly tâm và yếu tố khác biệt để phân riêng

là khối lượng riêng. Sự khác biệt về khối lượng riêng càng lớn thì quá trình phân riêng

được thực hiện một cách dễ dàng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm

Độ nhớt của pha lỏng

Độ nhớt của pha lỏng ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ chuyển động của các cấu tử.

Khi tác dụng cùng một lực, độ nhớt của môi trường càng lớn, trở lực chuyển động

càng lớn, tốc độ chuyển động càng chậm. Do đó, trong quá trình phân riêng, cần chú ý

đến độ nhớt của các chất lỏng, đặt biệt là chất lỏng tạo nên pha liên tục.

Độ chênh lệch khối lượng riêng

Khi độ chênh lệch khối lượng riêng của hai cấu tử cần phân riêng càng lớn thì sự

chênh lệch của lực ly tâm tác dụng lên càng nhiều, quá trình phân riêng diễn ra dễ

dàng.

Nhiệt độ

Trong quá trình ly tâm, nếu nhiệt độ của nguyên liệu càng cao, độ nhớt chất lỏng

của pha liên tục càng thấp, trở lực chuyển động càng giảm, hiệu quả phân riêng càng

tăng.

Ngoài ra, một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm như: vận tốc ly tâm,

bán kính li tâm và thời gian lưu.

1.3.3. Đo quang phổ

Nguyên tắc cơ bản

Tia sáng là một dòng photon, khi một photon gặp một phân tử mẫu phân tích,

mẫu sẽ hấp thu photon. Sự hấp thu làm giảm số lượng photon của tia sáng, do đó làm

giảm cường độ của tia sáng. Các nguồn ánh sáng được thiết lập để phóng photon mỗi

giây. Các photon chuyển động và được hấp thu (loại bỏ) khi tia sáng qua các khe chứa

các mẫu. Cường độ của ánh sáng đến được đầu dò thấp hơn cường độ tia sáng phát.



Trong phạm vi mà một mẫu hấp thụ ánh sáng phụ thuộc mạnh mẽ vào bước sóng

ánh sáng. Vì lý do này, máy đo quang sử dụng ánh sáng đơn sắc. Ánh sáng đơn sắc là

ánh sáng trong đó tất cả các photon có cùng bước sóng.

Để phân tích các mẫu mới, người phân tích đầu tiên sẽ xác định phổ hấp thụ. Phổ

hấp thụ hiển thị sự hấp thụ ánh sáng tùy thuộc vào bước sóng ánh sáng. Phổ chính là

phụ thuộc của độ hấp thụ với bước sóng ánh sáng và là đặc tính của bước sóng (λ) max

mà ở đó sự hấp thụ là lớn nhất.



CHƯƠNG II: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu

2.1.1. Vỏ tôm sú

Vỏ tôm sú được lấy từ công ty thải ra,sau đó

được bảo quản lạnh và vận chuyển về phòng thí

nghiệm rửa sạch tạp chất, để ráo nước, sau đó trữ

đông ở−18oC, trước khi làm thí nghiệm mang ra rã

đông, sấy khô đến độ ẩm 10% ± 0,5.

2.1.2. Dung môi

2.1.2.1. Dầu nành

Thành phần: 100% dầu nành tinh luyện.

Đặc điểm

Không có Cholesterol.

Được tinh luyện từ 100% dầu nành nguyên chất.

Qui trình chế biến với công nghệ hiện đại lưu giữ được lượng vitamin A và E tự

nhiên có trong dầu.

Giàu chất dinh dưỡng, thích hợp cho mọi lứa tuổi.

Trong dầu nành có nhiều axít béo nhóm omega - 3 và omega - 6 (84%), là tiền

chất của DHA và EPA, có tác dụng tốt đối với tim mạch (phòng tránh các bệnh tắc

nghẽn mạch máu), giảm cholesterol trong máu.

Thông tin dinh dưỡng

Bảng 2.1. Thông tin dinh dưỡng của dầu nành

Thành phần Hàm lượng trong 100g

Năng lượng 900Kcal

Chất đạm 0g

Chất béo toàn phần

Bão hòa

Chất béo trans

100g

16g

0g

Hình 2.1. Phế liệu vỏ tôm



Không bão hòa đơn

Không bão hòa đa

24g

60g

Hydrat-Cacbon

Đường

0g

0g

Cholesterol 0g

Natri 0g

Chỉ tiêu chất lượng chủ yếu

Hàm lượng axit béo tự do (Oleic): 0,10% max.

Chỉ số Iot (Wijs): 125 – 135.

Không sử dụng chất bảo quản và chất tạo màu.

Bao bì: chai PET1 lít.

Bảo quản: để nơi khô ráo và thoáng mát.

Tiêu chuẩn chất lượng

CNTC: 8389/2010/YT-CNTC.

TCCS: TCCS02:2010/TA.

2.1.2.2. Dầu mè

Thành phần: 100% dầu mè tinh luyện.

Đặc điểm

Không có Cholesterol.

Được tinh luyện từ 100% dầu mè nguyên chất.

Qui trình chế biến với công nghệ hiện đại lưu giữ được lượng vitamin A và E tự

nhiên có trong dầu.

Là loại dầu tốt nhất trong các loại dầu có nguồn gốc nguyên liệu tại Việt Nam

hiện nay. Dầu mè chứa nhiều axít béo thiết yếu omega - 6 và omega - 9 cần thiết cho

cơ thể (tỷ lệ 84%) rất tốt cho tim mạch và giảm cholesterol trong máu.




Bảng 2.2. Thông tin dinh dưỡng của dầu mè





Bao bì: chai PET1 lít.

Công dụng: dùng để chiên, xào, làm bánh, trộn salad, làm nước xốt, thích hợp

cho người ăn chay, người bệnh tim mạch, người cao tuổi và trẻ em đang phát triển.





2.1.2.3. Dầu hạt cải

Đặc điểm

Dầu canola (dầu hạt cải tinh luyện) là dầu ăn được ưa chuộng và đánh giá cao

vì rất có lợi cho sức khỏe.

Thành Phần Hàm lượng trong 100g


Chất đạm 0g


Bão hòa

Chất béo trans


Không bão hòa đa

100g

16g

0g

43g

41g

Hydrat-Cacbon

Đường

0g

0g

Cholesterol 0g

Natri 0g



Dầu canola có tỷ lệ hài hòa tuyệt vời giữa các chất béo, là nguồn dinh dưỡng

giàu axít béo omega - 3, omega - 6 và Vitamin E.

Sử dụng dầu canola thường xuyên giúp giảm lượng cholesterol xấu, tăng lượng

cholesterol tốt, góp phần bảo vệ cơ thể khỏi nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch.

Thành phần: 100% dầu hạt cải tinh luyện.


Bảng 2.3. Thông tin dinh dưỡng của dầu hạt cải

Thành Phần Hàm lượng trong 100g


Chất đạm 0g


Bão hòa

Chất béo trans


Không bão hào đa

100g

7g

0g

67g

26g

Hydrat-Cacbon

Đường

0g

0g

Cholesterol 0g

Natri 0g





Bao bì: chai PET 1 lít.

Công dụng: dùng để chiên, xào, làm bánh, trộn salad, làm nước xốt, xốt

mayonaise, thích hợp cho người ăn chay, người bệnh tim mạch.







Hình ảnh các loại dung môi sử dụng

(a) (b) (c)

Hình 2.2. a) Dầu nành; b) Dầu hạt cải; c) Dầu mè

2.2. Phương tiện nghiên cứu

Đề tài được tiến hành và thu thập số liệu tại phòng thí nghiệm của khoa hóa học

và công nghệ thực phẩm của trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu từ ngày 01/04/2012

đến ngày 30/06/2012.

Nguyên liệu và hóa chất sử dụng

Nguyên liệu: vỏ tôm sú.

Hóa chất sử dụng: dung môi dầu nành, dầu mè, dầu hạt cải.

Dụng cụ và thiết bị: bể ổn nhiệt, máy li tâm 12 ống, máy đo quang, máy sấy,

máy xay, rây, máy đo độ ẩm.

2.3. Phương pháp nghiên cứu [2][3][4][5][10][11]

2.3.1. Bố trí thí nghiệm tổng quát tối ưu hóa công đoạn chiết astaxanthin

bằng từng loại dung môi dầu nành, dầu mè, dầu hạt cải.

2.3.1.1. Sơ đồ thí nghiệm trích ly astaxanthin



to: 45 – 50oC

120 – 150 phút

Kích thước lỗ: 0,125 mm

Vỏ tôm

Nghiền

Rửa sạch, sấy khô

rây

Trích ly

Xác định hàm lượng astaxanthin

Kết luận

Li tâm (3000 vòng/phút)

Đo quang phổ

Chiết astaxanthin bằng từng dung môi theo quy hoạch thực nghiệm



2.3.1.2.Quy hoạch trực giao cấp II. Số thí nghiệm trong ma trận hoạch định đối với k =

3 là 15, với α2 = 1,476 và no = 1.

Chuẩn bị thí nghiệm: vỏ tôm rã đông, sấy đến độ ẩm 10±0,5% rồi xay, sàng qua

rây với kích thước lỗ sàng 0,125mm.

Dung môi sử dụng:

- Dung môi dầu nành.

- Dung môi dầu mè.

- Dung môi dầu hạt cải.

Y là hàm mục tiêu biểu thị hiệu suất trích ly astaxanthin.

x1, x2, x3 là các biến của hàm mục tiêu với:

x1: nhiệt độ trích ly astaxanthin.

x2: thời gian trích ly astaxanthin.

x3: tỉ lệ dung môi : mẫu khi trích ly astaxanthin.

Xác định các giá trị tỉ lệ dung môi : mẫu, thời gian, nhiệt độ trích ly astaxanthin

từ vỏ tôm sú sao cho hiệu suất trích ly astaxanthin là lớn nhất.

F(x)= ymax = max [y(x1, x2, x3)].

Ta thí nghiệm ma trận gốc ở hai mức (2k=23 =8), 6 thí nghiệm ở điểm sao và 1

điểm thí nghiệm ở tâm, vậy tổng số thí nghiệm cần tiến hành là 15.Tất cả các biến ở

mức 0 tạo thành các thí nghiệm ở tâm và sự kết hợp của mỗi biến ở các mức cao nhất

(+ ) và thấp nhất (- ) của nó với các biến khác tạo thành các thí nghiệm ở điểm sao.

Nếu chọn thí nghiệm có một tâm đối xứng ta có phương án cấu trúc có tâm.

- Xét yếu tố được ký hiệu là xj ta có:

푥 =

; j=1,2,3

- 푥 , 푥 , 푥 : giá trị nghiên cứu ở mức cao, mức thấp và mức cơ sở.

Biến thiên của yếu tố xj tính từ mức cơ sở:

∆푥 = ;j=1,2,3



- Để tiện cho tính toán ta chuyển sang hệ trục không thứ nguyên nhờ chọn tâm

của miền là góc hệ trục tọa độ. Từ đó ta có mức trên là +1, mức dưới là -1, ở tâm

trùng với góc tọa độ.

Xét ảnh hưởng của 3 yếu tố vào thông số tối ưu của y.

Phương trình hồi qui bậc 2 có dạng:

y= b + b x + b x + b x +b x x + b x x + b x x + b x + b x +

b x . (1)

Các bước quy hoạch trực giao cấp 2:

Xác định miền biến thiên và tâm quy hoạch.

Chọn dạng phương trình hồi quy.

Thực hiện N thí nghiệm, tính toán xác định các hệ số hồi quy bj bằng phương

pháp bình phương cực tiểu.

Kiểm định sự có nghĩa của các hệ số hồi quy bj với chuẩn student, Thực hiện

các thí nghiệm tại tâm quy hoạch, loại bỏ bj không có nghĩa.

Kiểm định lại sự có ý nghĩa của phương trình hồi quy với chuẩn Fisher.

Số thí nghiệm của phương án cấu trúc có tâm cấp 2 với 3 yếu tố là:

N = 2k + 2K + o với k < 5 => N = 23 + 2.3 + 1 = 15.

Cánh tay đòn và số thí nghiệm o ở tâm được chọn phụ thuộc vào tiêu chuẩn

tối ưu.

Ta có :

Nhân tố x1: nhiệt độ trích ly (oC)

-1 = 70oC

0 = 80oC

+1= 90oC

Nhân tố x2: thời gian trích ly (phút)

-1 = 80 phút

0 = 120 phút

+1 = 160 phút

Nhân tố x3: tỉ lệ dung môi : mẫu



-1= 1,6:1

0 = 2,4:1

+1= 3,2:1

Bố trí thí nghiệm có tâm cấp 2, 3 yếu tố

Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm có tâm cấp 2, 3 yếu tố

2.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng astaxanthin [10]

Cân chính xác vỏ tôm khô vào bình erlen, cho dầu vào theo tỉ lệ của thí nghiệm.

Hỗn hợp trên được để trong bể ổn nhiệt ở thời gian và nhiệt độ yêu cầu. Sau khi trích

ly ta mang đi ly tâm ở 3000 vòng/phút tách lấy dịch chiết. Xác định thể tích dịch chứa

astaxanthin. Dịch chứa astaxanthin được đem đi pha loãng 2 lần. Dung dịch sau pha

loãng được đem đi đo độ hấp phụ trên máy quang phổ ở bước sóng 487nm (cuvet

Stt x1 x2 x3

1 1 1 1

2 -1 1 1

3 1 -1 1

4 -1 -1 1

5 1 1 -1

6 -1 1 -1

7 1 -1 -1

8 -1 -1 -1

9 1,215 0 0

10 -1,215 0 0

11 0 1,215 0

12 0 -1,215 0

13 0 0 1,215

14 0 0 -1,215

15 0 0 0



thạch anh 1cm) để xác định hàm lượng astaxanthin (dung dịch so sánh là 3 dung môi

dầu tương ứng: dầu mè,dầu nành, dầu hạt cải).

Hàm lượng astaxanthin được tính theo công thức Chen và Meyers:

y = . . ..

- Trong đó: y là hàm lượng astaxanthin thu được (mg/kg).

- A là độ hấp thụ dung dịch ở bước sóng 487 nm.

- D là độ pha loãng.

- V là thể tích dung dịch dầu chứa astaxanthin thu được(ml).

- W là khối lượng mẫu ban đầu mang đi chiết (g).

- E là hệ số tắc quang của các loại dầu ở bước sóng 487nm.

Dung môi dầu nành ở bước sóng 487nm là 2145.

Dung môi dầu mè ở bước sóng 487nm là 2266.

Dung môi dầu hạt cải ở bước sóng 487nm là 2255.

2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu

2.2.3.1. Xử lý số liệu tối ưu hóa để thu được điều kiện tỉ lệ dung môi : mẫu, thời

gian, nhiệt độ trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú sao cho hiệu suất trích ly astaxanthin là

lớn nhất

Sau khi kiểm tra ba phương trình hồi quy đã phù hợp với thực nghiệm, chúng tôi

tiến hành tối ưu hoá bằng cách xử lý số liệu trên excel với sự hỗ trợ của hàm solver để

thu được hàm lượng astaxanthin lớn nhất trong từng dầu: dầu mè, dầu nành, dầu hạt

cải.

Solver là một trong những nội hàm của microsoft excel, được xây dựng và đưa

vào sử dụng từ phiên bản microft excel 97. Với solver, người dùng có thể giải các bài

toán sau đây thông qua bảng tính excel: giải các hệ phương trình tuyến tính, phi tuyến,

các phương trình đại số bậc cao, siêu việt, hàm mũ... tìm các tham số của hàm giải tích

xấp xỉ của tập dữ liệu thống kê, quan sát nhằm phục vụ cho việc tính toán dự báo, giải

các bài toán quy hoạch tối ưu. Thuật toán ứng dụng hàm solver giải các bài toán cần

thiết để hỗ trợ các kỹ sư, nhà nghiên cứu trong công việc tính toán chuyên ngành.

Qui trình để giải các bài toán tối ưu sử dụng solver thực hiện theo các bước sau:



Bước 1: xây dựng hàm mục tiêu.

Bước 2: xây dựng các ràng buộc.

Bước 3: tổ chức dữ liệu trên bảng tính excel.

Bước 4: sử dụng solver để tìm phương án tối ưu.

2.3.2.2. Vẽ mặt đáp ứng biểu thị kết quả tối ưu hóa hiệu suất trích ly astaxanthin

Sử dụng phần mềm toán học maple để vẽ mặt đáp ứng trong không gian ba chiều

(plot3d) để minh họa hàm số của 2 biến số nhất định. Ở đây ta cần có khoảng biến

thiên của 2 biến số.

Quan sát mặt cong đồ thị, ta thấy giá trị hàm số bị chặn trên và dưới từ đó hình

dung được sự biến thiên của hàm số và ước đoán giá trị lớn nhất của nó.

2.2.4. Thí nghiệm kiểm chứng

Sau khi tìm ra điều kiện nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ dung môi : mẫu tối ưu để trích ly

astaxanthin từ vỏ tôm, ta thực hiện thí nghiệm kiểm chứng tại điều kiện tìm được để

rút ra kết luận.



CHƯƠNG III : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Dung môi dầu mè

3.1.1.Bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án trực giao cấp 2 để tìm

được phương trình hồi quy

Hàm lượng astaxanthin đo được khi bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án

trực giao cấp 2, ba yếu tố.

Bảng 3.1. Kết quả hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú bằng môi dầu mè

Stt x0 x1 x2 x3 y

1 1 1 1 1 39,16

2 1 -1 1 1 37,13

3 1 1 -1 1 37,23

4 1 -1 -1 1 32,73

5 1 1 1 -1 38,39

6 1 -1 1 -1 33,92

7 1 1 -1 -1 37,05

8 1 -1 -1 -1 29,74

9 1 1,215 0 0 38,54

10 1 -1,22 0 0 35,74

11 1 0 1,215 0 36,89

12 1 0 -1,22 0 34,31

13 1 0 0 1,215 35,92

14 1 0 0 -1,215 30,65

15 1 0 0 0 38,47



Bảng 3.2. Phương án trực giao bậc 2 với k = 3, no = 1đối với dầu mè

Stt x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x'1 x'2 x'3 Y

1 1 1 1 1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 39,16

2 1 -1 1 1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 37,13

3 1 1 -1 1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 37,23

4 1 -1 -1 1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 32,73

5 1 1 1 -1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 38,39

6 1 -1 1 -1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 33,92

7 1 1 -1 -1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 37,05

8 1 -1 -1 -1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 29,74

9 1 1,215 0 0 0 0 0 0,75 -0,73 -0,73 38,54

10 1 -1,22 0 0 0 0 0 0,75 -0,73 -0,73 35,74

11 1 0 1,215 0 0 0 0 -0,73 0,75 -0,73 36,89

12 1 0 -1,22 0 0 0 0 -0,73 0,75 -0,73 34,31

13 1 0 0 1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,75 35,92

14 1 0 0 -1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,745 30,65

15 1 0 0 0 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 38,47



Stt x0.y x1.y x2.y x3.y x1x2.y x1x3.y x2x3.y x'1.y x'2.y x'3.y

1 39,16 39,16 39,16 39,16 39,16 39,16 39,16 10,57 10,57 10,57

2 37,13 -37,13 37,13 37,13 -37,13 -37,13 37,13 10,03 10,03 10,03

3 37,23 37,23 -37,23 37,23 -37,23 37,23 -37,23 10,05 10,05 10,05

4 32,73 -32,73 -32,73 32,73 32,73 -32,73 -32,73 8,837 8,837 8,837

5 38,39 38,39 38,39 -38,39 38,39 -38,39 -38,39 10,37 10,37 10,37

6 33,92 -33,92 33,92 -33,92 -33,92 33,92 -33,92 9,158 9,158 9,158

7 37,05 37,05 -37,05 -37,05 -37,05 -37,05 37,05 10 10 10

8 29,74 -29,74 -29,74 -29,74 29,74 29,74 29,74 8,03 8,03 8,03

9 38,54 46,8261 0 0 0 0 0 28,76 -28,13 -28,13

10 35,74 -43,4241 0 0 0 0 0 26,67 -26,09 -26,09

11 36,89 0 44,82135 0 0 0 0 -26,93 27,53 -26,93

12 34,31 0 -41,6867 0 0 0 0 -25,05 25,6 -25,05

13 35,92 0 0 43,6428 0 0 0 -26,22 -26,22 26,8

14 30,65 0 0 -37,2398 0 0 0 -22,37 -22,37 22,87

15 38,47 0 0 0 0 0 0 -28,08 -28,08 -28,08

Tổng 535,87 21,712 14,9847 13,55305 -5,31 -5,25 0,81 3,812 -0,728 -7,563



Phương trình hồi quythu được đối với dung môi dầu mè

y = 35,72 + 1,98x + 1,37x + 1,24x – 0,66x x − 0,66x x + 0,87x − 1,73x .

(2)

Nhận xét:

Từ phương trình (2) ta nhận thấy rằng trong số ba nhân tố độc lập được nghiên

cứu, nhiệt độ phản ứng (x1) có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của astaxanthin trích

ly được bằng dung môi dầu mè (hệ số b lớn nhất), tiếp theo là thời gian phản ứng

(x2),tỷ lệ dung môi : mẫu (x3) cũng có ảnh hưởng quan trọng tới hiệu suất trích ly

astaxanthin từ vỏ tôm sú theo mức độ giảm dần.Cũng trong phương trình này ta thấy

rằng sự ảnh hưởng tương tác đồng thời của 2 yếu tố thời gian – tỉ lệ dung môi trên

mẫu, và tương tác bậc 2 yếu tố của thời gian là không có ý nghĩa, còn tất cả các ảnh

hưởng đồng thời của hai nhân tố khác đều có nghĩa và đều làm giảm hiệu suất trích ly

astaxanthin.

3.1.2. Tối ưu hóa để thu được điều kiện tỉ lệ dung môi : mẫu, thời gian,

nhiệt độ trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú sao cho hiệu suất trích ly astaxanthin là

lớn nhất

Sau khi kiểm tra phương trình hồi quy đã phù hợp với thực nghiệm, chúng tôi


thu được hàm lượng astaxanthin lớn nhất khi dùng dung môi dầu mè trích ly

astaxanthin từ vỏ tôm sú.

Bảng 3.3. Tổ chức dữ liệu trong excel cho bài toán tối ưu astaxanthin bằng dầu mè

Biến x1 x2 x3

Phương án 0 0 0

Hệ số hàm mục tiêu 1,98 1,37 1,24

Ràng buộc Trái Phải

-1,215 1,215

Hàm mục tiêu :

푦 = 35,72 + 1,98x + 1,37x + 1,24x −0,66x x − 0,66x x + 0,87x − 1,73x .

Tìm giá trị y max.



Chạy hàm solver ta được kết quả

Bảng 3.7. Kết quả chạy hàm solver tìm điều kiện tối ưu trích ly astaxanthin bằng dầu mè

Biến x1 x2 x3

Phương án 1,215 1,215 0,17



-1,215 1,215

Giá trị tối ưu 40,13

Phương án tối ưu là (1,215;1,215;0,17) và giá trị hàm mục tiêu đạt giá trị lớn

nhất là 40,13 mg/kg. Vậy điều kiện tối ưu để trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú bằng

dầu mè là nhiệt độ: 92,2oC, thời gian: 169 phút, tỉ lệ dung môi : mẫu là 2,54:1; với

lượng astaxanthin tối ưu trích ly đạt được là 40,13 mg/kg.


đến hiệu suất trích ly astaxanthin sử dụng dung môi dầu mè

3.1.3.1. Ảnh hưởng của thời gian và tỉ lệ dung môi : mẫu

Từ phương trình hồi quy cố định yếu tố nhiệt độ x1 = 1,215 ta được đồ thị như

ở hình 3.1.


dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu mè



Nhận xét:

Thời gian và tỉ lệ dung môi : mẫu ảnh hưởng có ý nghĩa đến quá trình trích ly

astaxanthin đối với dung môi ở cả bậc một và bậc 2. Khi thời gian tăng hiệu suất trích

ly astaxanthin tăng, khi tỉ lệ dung môi : mẫu tăng thì hàm lượng trích ly tăng do sự

chênh lệch về nồng độ astaxanthin giữa nguyên liệu và dung môi càng lớn làm cho quá

trình khuếch tán tăng, do đó làm tăng hàm lượng astaxanthin. Tuy nhiên khi tăng tiếp

tục tăng tỉ lệ dung môi : mẫu thì hiệu suất thu hồi astaxanthin giảm do khi tăng tỉ lệ lên

quá cao thì sẽ làm loãng dung dịch astaxanthin trong dịch chiết nên dễ bị hao hụt trong

quá trình thí nghiệm.

3.1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ lệ dung môi : mẫu

Từ phương trình hồi quy cố định yếu tố thời gian x2 = 1,215 ta được đồ thị như

ở hình 3.2.


dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu mè



Nhận xét:

Nhiệt độ và tỉ lệ dung môi : mẫu ảnh hưởng có ý nghĩa đến quá trình trích ly

astaxanthin đối với dung môi dầu mè ở cả bậc một, bậc 2 và sự tương tác đồng thời

của 2 yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly.

Khi nhiệt độ tăng hiệu suất trích ly astaxanthin tăng, là do quá trình trích ly tuân

theo định luật Fick, có nghĩa là khi tăng nhiệt độ lên thì hệ số khuyếch tán tăng. Đồng

thời nhiệt độ tăng cũng làm cho độ nhớt giảm, quá trình chuyển động vì nhiệt của các

phân tử tăng. Vì thế các phân tử astaxanthin khuyếch tán ra môi trường càng nhiều.

Khi tỉ lệ dung môi : mẫu tăng thì hàm lượng trích ly tăng. Tuy nhiên khi tăng

tiếp tục tăng tỉ lệ dung môi : mẫu thì hiệu suất thu hồi astaxanthin giảm do lúc này

dung dịch sẽ bị loãng.

3.2. Dung môi dầu nành

3.2.1. Bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án trực giao cấp 2 để tìm


Hàm lượng astaxanthin đo được khi bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án

trực giao cấp 2, ba yếu tố.



Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú dung môi dầu nành

Stt x0 x1 x2 x3 Y

1 1 1 1 1 40,14

2 1 -1 1 1 38,47

3 1 1 -1 1 38,76

4 1 -1 -1 1 36,51

5 1 1 1 -1 37,43

6 1 -1 1 -1 35,13

7 1 1 -1 -1 32,43

8 1 -1 -1 -1 31,53

9 1 1,215 0 0 40,23

10 1 -1,22 0 0 33,91

11 1 0 1,215 0 40,12

12 1 0 -1,22 0 37,65

13 1 0 0 1,215 35,04

14 1 0 0 -1,215 32,53

15 1 0 0 0 40,03



Bảng 3.6. Phương án trực giao bậc 2 với k = 3, no = 1đối với dầu nành

Stt x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x'1 x'2 x'3 y

1 1 1 1 1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 40,14

2 1 -1 1 1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 38,47

3 1 1 -1 1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 38,76

4 1 -1 -1 1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 36,51

5 1 1 1 -1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 37,43

6 1 -1 1 -1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 35,13

7 1 1 -1 -1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 32,43

8 1 -1 -1 -1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 31,53

9 1 1,215 0 0 0 0 0 0,746 -0,73 -0,73 40,23

10 1 -1,22 0 0 0 0 0 0,746 -0,73 -0,73 33,91

11 1 0 1,215 0 0 0 0 -0,73 0,746 -0,73 40,12

12 1 0 -1,22 0 0 0 0 -0,73 0,746 -0,73 37,65

13 1 0 0 1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,746 35,04

14 1 0 0 -1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,746 32,53

15 1 0 0 0 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 40,03



y x0.y x1.y x2.y x3.y x1x2.y x1x3.y x2x3.y x'1.y x2'.y x3'.y

40,14 40,14 40,14 40,14 40,14 40,14 40,14 40,14 10,84 10,84 10,84

38,47 38,47 -38,47 38,47 38,47 -38,47 -38,47 38,47 10,39 10,39 10,39

38,76 38,76 38,76 -38,76 38,76 -38,76 38,76 -38,76 10,47 10,47 10,47

36,51 36,51 -36,51 -36,51 36,51 36,51 -36,51 -36,51 9,86 9,86 9,86

37,43 37,43 37,43 37,43 -37,43 37,43 -37,43 -37,43 10,1 10,1 10,1

35,13 35,13 -35,13 35,13 -35,13 -35,13 35,13 -35,13 9,49 9,49 9,49

32,43 32,43 32,43 -32,43 -32,43 -32,43 -32,43 32,43 8,76 8,76 8,76

31,53 31,53 -31,53 -31,53 -31,53 31,53 31,53 31,53 8,51 8,51 8,51

40,23 40,23 48,88 0 0 0 0 0 30,02 -29,37 -29,37

33,91 33,91 -41,2 0 0 0 0 0 25,30 -24,75 -24,75

40,12 40,12 0 48,75 0 0 0 0 -29,29 29,94 -29,29

37,65 37,65 0 -45,75 0 0 0 0 -27,48 28,1 -27,48

35,04 35,04 0 0 42,57 0 0 0 -25,56 -25,56 26,15

32,53 32,53 0 0 -39,52 0 0 0 -23,75 -23,75 24,27

40,03 40,03 0 0 0 0 0 0 -29,22 -29,22 -29,22

Tổng 549,91 14,8 14,94 20,41 0,82 0,72 -5,26 -1,59 3,77 -11,29



Phương trình hồi quy thu được của dung môi dầu nành

y = 36,66 + 1,35x + 1,36x + 1,86x – 0.66x x + 0,86x − 2,59x . (3)

Nhận xét:


cứu, tỷ lệ dung môi : mẫu (x3) có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của astaxanthin

trích ly được bằng dung môi dầu nành (hệ số b lớn nhất), tiếp theo là thời gian trích ly

(x2), nhiệt độ trích ly (x1) cũng có ảnh hưởng quan trọng tới hiệu suất trích ly

astaxanthin từ vỏ tôm sú theo mức độ giảm dần. Cũng trong phương trình ta nhận thấy

sự tương tác đồng thời của hai yếu tố nhiệt độ và thời gian, nhiêt độ và tỉ lệ dung môi :

mẫu đến hàm lượng trích ly astaxanthin là không có ý nghĩa. Sự tác động đồng thời

giữa yếu tố thời gian và tỉ lệ dung môi : mẫu có tác động đáng kể đến hàm lượng

astaxanthin, cụ thể là làm giảm hàm lượng astaxanthin thu được.



lớn nhất

Sau khi kiểm tra phương trình hồi quy đã phù hợp với thực nghiệm, chúng tôi


thu được hàm lượng astaxanthin lớn nhất khi dùng dung môi dầu đậu nành trích ly


Bảng 3.7. Tổ chức dữ liệu trong excel cho bài toán tối ưu astaxanthin dùng dầu nành

Biến x1 x2 x3

Phương án 0 0 0



-1,215 1,215

Hàm mục tiêu:

y=36,66 + 1,35x1+ 1,36x2 + 1,86x3 – 0,66x2x3 + 0,86x22– 2,59x3

2

Tìm giá trị y max.





nành

Biến x1 x2 x3

Phương án 1,215 1,215 0,2



-1,215 1,215



nhất là 41,33 mg/kg . Vậy điều kiện tối ưu để trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú bằng

dầu nành là nhiệt độ: 92,2oC, thời gian: 169 phút, tỉ lệ dung môi : mẫu là 2,56:1 với

lượng astaxanthin tối ưu trích ly được là 41,33 mg/kg.

3.2.3. Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các nhân tố nghiên

cứu đến hiệu suất trích ly astaxanthinsử dụng dung môi dầu nành.


Từ phương trình hồi quycố định yếu tốnhiệt độ x1= 1,215 ta được đồ thị như ở

hình 3.3.

Hình 3.3. Mô hình bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng của hai biến thời gian

và tỉ lệ dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu nành



Nhận xét:


astaxanthin bằng dung môi dầu nành ở cả bậc một và bậc 2. Khi thời gian tăng hiệu

suất trích ly astaxanthin tăng, khi tỉ lệ dung môi : mẫu tăng thì hàm lượng trích ly tăng,

khi tăng tiếp tục tăng tỉ lệ dung môi : mẫu thì hiệu suất thu hồi astaxanthin giảm do khi

tăng tỉ lệ lên quá cao thì sẽ làm loãng dung dịch astaxanthin trong dịch chiết nên dễ bị

hao hụt trong quá trình thí nghiệm.


Từ phương trình hồi quycố định yếu tốthời gian x2 = 1,215 ta được đồ thị như ở

hình 3.4.

Hình 3.4. Mô hình bề mặt đáp ứng biểu diễn ảnh hưởng của hai biến nhiệt độ và

tỉ lệ dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu nành

Nhận xét:


astaxanthin đối với dung môi dầu nành ở cả bậc một, bậc 2 và sự tương tác đồng thời

của 2 yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly.



thời nhiệt độ tăng cũng làm cho độ nhớt giảm, quá trình chuyểnđộng vì nhiệt của các




Khi tỉ lệ dung môi : mẫu tăng thì hàm lượng trích ly tăng. Tuy nhiên khi tăng

tiếp tục tăng tỉ lệ dung môi : mẫu thì hiệu suất thu hồi astaxanthin giảm vì lúc này

dung dịch sẽ giảm.

3.3. Dung môi dầu hạt cải

3.3.1. Bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án trực giao cấp 2 để tìm


Bố trí ma trận thực nghiệm theo phương án trực giao cấp 2, ba yếu tố để đo được

hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú và dung môi sử dụng là dầu hạt cải. Kết

quả astaxanthin được thể hiện ở bảng 3.9.

Bảng 3.9. Kết quả hàm lượng astaxanthin trích ly từ vỏ tôm sú dung môi dầu hạt cải

Stt x0 x1 x2 x3 y

1 1 1 1 1 35,01

2 1 -1 1 1 32,15

3 1 1 -1 1 34,21

4 1 -1 -1 1 30,53

5 1 1 1 -1 34,59

6 1 -1 1 -1 30,93

7 1 1 -1 -1 31,09

8 1 -1 -1 -1 26,01

9 1 1,215 0 0 33,41

10 1 -1,22 0 0 31,33

11 1 0 1,215 0 33,91

12 1 0 -1,22 0 33,86

13 1 0 0 1,215 32,26

14 1 0 0 -1,215 27,02

15 1 0 0 0 34,95



Bảng 3.10. Phương án trực giao bậc 2 với k = 3, no = 1đối với dầu đậu hạt cải

Stt x0 x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x'1 x'2 x'3 Y

1 1 1 1 1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 35,01

2 1 -1 1 1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 32,15

3 1 1 -1 1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 34,21

4 1 -1 -1 1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 30,53

5 1 1 1 -1 1 -1 -1 0,27 0,27 0,27 34,59

6 1 -1 1 -1 -1 1 -1 0,27 0,27 0,27 30,93

7 1 1 -1 -1 -1 -1 1 0,27 0,27 0,27 31,09

8 1 -1 -1 -1 1 1 1 0,27 0,27 0,27 26,01

9 1 1,215 0 0 0 0 0 0,746 -0,73 -0,73 33,41

10 1 -1,22 0 0 0 0 0 0,746 -0,73 -0,73 31,33

11 1 0 1,215 0 0 0 0 -0,73 0,746 -0,73 33,91

12 1 0 -1,22 0 0 0 0 -0,73 0,746 -0,73 33,86

13 1 0 0 1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,746 32,26

14 1 0 0 -1,215 0 0 0 -0,73 -0,73 0,746 27,02

15 1 0 0 0 0 0 0 -0,73 -0,73 -0,73 34,95



y x0.y x1.y x2.y x3.y x1x2.y x1x3.y x2x3.y x'1.y x'2.y x'3.y

35,01 35,01 35,01 35,01 35,01 35,01 35,01 35,01 9,45 9,45 9,45

32,15 32,15 -32,15 32,15 32,15 -32,15 -32,15 32,15 8,68 8,68 8,68

34,21 34,21 34,21 -34,21 34,21 -34,21 34,21 -34,21 9,24 9,24 9,24

30,53 30,53 -30,53 -30,53 30,53 30,53 -30,53 -30,53 8,24 8,24 8,24

34,59 34,59 34,59 34,59 -34,59 34,59 -34,59 -34,59 9,34 9,34 9,34

30,93 30,93 -30,93 30,93 -30,93 -30,93 30,93 -30,93 8,35 8,35 8,35

31,09 31,09 31,09 -31,09 -31,09 -31,09 -31,09 31,09 8,39 8,39 8,39

26,01 26,01 -26,01 -26,01 -26,01 26,01 26,01 26,01 7,02 7,02 7,02

33,41 33,41 40,59 0 0 0 0 0 24,93 -24,39 -24,39

31,33 31,33 -38,07 0 0 0 0 0 23,38 -22,87 -22,87

33,91 33,91 0 41,2 0 0 0 0 -24,75 25,3 -24,75

33,86 33,86 0 -41,14 0 0 0 0 -24,72 25,27 -24,72

32,26 32,26 0 0 39,2 0 0 0 -23,55 -23,55 24,07

27,02 27,02 0 0 -32,83 0 0 0 -19,72 -19,72 20,16

34,95 34,95 0 0 0 0 0 0 -25,51 -25,51 -25,51

Tổng 481,26 17,81 10,9 15,65 -2,24 -2,2 -6 -1,23 3,24 -9,29



Phương trình hồi quy thu được đối với dung môi dầu hạt cải

y = 32,08 + 1,63x + 1x + 1,43x − 0,75x x + 0,74x − 2,13x .(4)

Nhận xét:


cứu, nhiệt độ trích ly (x1) có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của astaxanthin trích ly

được bằng dung môi dầu mè (hệ số b lớn nhất), tiếp theo là,tỷ lệ dung môi : mẫu (x3),

thời gian trích ly (x2) cũng có ảnh hưởng quan trọng tới hiệu suất trích ly astaxanthin

từ vỏ tôm sú theo mức độ giảm dần. Sự ảnh hưởng đồng thời của của hai yếu tố thời

gian và tỉ lệ dung môi : mẫu tác động có ý nghĩa đến hiệu suất trích ly astaxanthin và

làm giảm hàm lượng trích ly astaxanthin.



lớn nhất

Sau khi kiểm tra phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm, chúng tôi tiến

hành tối ưu hoá bằng cách xử lý số liệu trên excel với sự hỗ trợ của hàm solver để thu

được hàm lượng astaxanthin lớn nhất khi dùng dung môi dầu hạt cải trích ly


Bảng 3.11. Tổ chức dữ liệu trong excel cho bài toán tối ưu cho dung môi dầu hạt cải

Biến x1 x2 x3

Phương án 0 0 0

Hệ số hàm mục tiêu 1,63 1 1,43


-1,215 1,215

Hàm mục tiêu:

y = 32,08 + 1,63x + 1x + 1,43x − 0,75x x + 0,74x − 2,13x .

Tìm giá trịy max.




Bảng 3.12. Kết quả chạy hàm solvertìm điều kiện tối ưu trích ly astaxanthin dùng dầu

hạt cải

Biến x1 x2 x3

Phương án 1,215 1,215 0,12

Hệ số hàm mục tiêu 1,63 1 1,43


-1,215 1,215



nhất là 36,4. Vậy điều kiện tối ưu để trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú bằng dầu hạt cải

là nhiệt độ: 92,2oC, thời gian: 169 phút, tỉ lệ dung môi : mẫu là 2,5:1; với lượng

astaxanthin tối ưu trích ly được là 36,4.

3.3.3. Mô hình bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các nhân tố nghiên

cứu đến hiệu suất trích ly astaxanthinsử dụng dung môi dầu hạt cải


Từ phương trình hồi quycố định yếu tốnhiệt độ x1 = 1,215 ta được đồ thị như ở

hình 3.5.


dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu hạt cải



Nhận xét:


astaxanthin bằng dung môi dầu hạt cải ở cả bậc một và bậc 2. Sự tác động đồng thời

của hai yếu tố thời gian và tỉ lệ dung môi : mẫu làm giảm hàm lượng trích ly

astaxanthin. Khi thời gian tăng hiệu suất trích ly astaxanthin tăng, khi tỉ lệ dung môi :

mẫu tăng thì hàm lượng trích ly tăng, khi tăng tiếp tục tăng tỉ lệ dung môi : mẫu thì

hiệu suất thu hồi astaxanthin giảm do khi tăng tỉ lệ lên quá cao thì sẽ làm loãng dung

dịch astaxanthin trong dịch chiết nên dễ bị hao hụt trong quá trình thí nghiệm.


Từ phương trình hồi quycố định yếu tốthời gian x2 = 1,215 ta được đồ thị như ở

hình 3.6.


dung môi : mẫu đến hiệu suất trích ly astaxanthin dung môi dầu hạt cải

Nhận xét:


astaxanthin đối với dung môi dầu hạt cải ở cả bậc một, bậc 2.





thời nhiệt độ tăng cũng làm cho độ nhớt giảm, quá trình chuyển động vì nhiệt của các


Khi tỉ lệ dung môi : mẫu tăng thì hàm lượng trích ly tăng. Tuy nhiên khi tăng tiếp

tục tăng tỉ lệ dung môi : mẫu thì hiệu suất thu hồi astaxanthin giảm.

3.4. Kiểm chứng thực nghiệm

Tiến hành quá trình trích ly astaxanthin từ vỏ tôm với điều kiện nhiệt độ, thời

gian và tỉ lệ dung môi : mẫu tối ưu đã tính đối với: dung môi dầu mè ở mục 3.1, dung

môi dầu nành ở mục 3.2 và dung môi dầu hạt cải ở mục 3.3.

Bảng 3.13. Bảng thí nghiệm kiểm chứng giá trị tối ưu của ba loại dầu

Dung môi

Nhiệt

độ

(0C)

Thời

gian

(phút)

Tỉ lệ

dung

môi:mẫu

Hàm lượng

astaxanthin

(mg/kg)

Hàm lượng astaxanthin

(mg/kg) theo lý thuyết

Dầu mè 92,2 169 2,54:1 39,82 40,13

Dầu nành 92,2 169 2,56:1 41 41,33

Dầu hạt cải 92,2 169 2,5:1 36,03 36,4

Nhận xét:

Khi tiến hành thí nghiệm kiểm chứng đối với ba loại dung môi dầu mè, dầu nành

và dầu hạt cải ở từng điều kiện tối ưu,ta nhận thấy kết quả thí nghiệm kiểm chứng trích

ly astaxanthin từ vỏ tôm gần với kết quả thu được khi sử lý tối ưu theo hàm solver.Vì

điều kiện thí nghiệm chưa đáp ứng đủ yêu cầu, thao tác thí nghiệm chưa thật chính xác

và do hao hụt trong quá trình thí nghiệm, nên kết quả tối ưu quá trình trích ly

astaxanthin từ vỏ tôm xử lý bằng hàm solver là phù hợp.



CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN

4.1. Kết luận

Từ kết quả nghiên cứu và thảo luận ta rút ra một số kết luận sau

o Khi trích ly astaxanthin bằng các loại dung môi khác nhau thì thông số cho quá

trình chiết là khác nhau.

o Điều kiện tối ưu để trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú đối với dung môi dầu mè là

nhiệt độ: 92,2oC, thời gian: 169 phút, tỉ lệ dung môi : mẫu là 2,54:1; với lượng

astaxanthin tối ưu trích ly đạt được là 39,82.

o Điều kiện tối ưu để trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú đối với dung môi dầu nành là


astaxanthin tối ưu trích ly đạt được là 41.

o Điều kiện tối ưu để trích ly astaxanthin từ vỏ tôm sú đối với dung môi dầu cải là


astaxanthin tối ưu trích ly đạt được là 36,03.

o Trong ba loại dung môi khảo sát thì dung môi dầu nành cho hiệu suất trích ly

astaxanthin tốt nhất.

o Do nhiệt độ và thời gian trích ly astaxanthin đạt giá trị tối ưu tại mức cao nhất nên

cần mở rộng khoảng giao động của yếu tố nghiên cứu.

4.2. Đề xuất ý kiến Tiến hành trích ly astaxanthin nhiều lần để tăng hiệu suất thu hồi astaxanthin.

Tiến hành trích ly trên các loại dung môi dầu thực vật khác nhau như dầu dừa,

dầu hướng dương…và các loại dung môi hữu cơ khác để so sánh quy trình cụ thể từ đó

tìm ra dung môi thích hợp nhất cho quá trình trích ly.

Kết hợp xây dựng một quy trình hoàn thiện để tận thu hết phần phế liệu còn lại

của tôm như kết hợp giữa chiết rút astaxanthin và thu hồi protein sản xuất chitin –

chitosan.

Sau khi trích ly phải tìm biện pháp thích hợp để tách astaxanthin ra khỏi dung

môi và sấy khô astaxanthin.

Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm vỏ tôm sú ban đầu, cách làm khô và thời gian

bảo quản vỏ tôm lên quá trình trích ly astaxanthin.



Khảo sát thời gian bảo quản của dầu chứa astaxanthin so với dung môi dầu ban

đầu.

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Documents

Transcript of KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM