Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly carotenoids từ phế liệu tôm sú

quả học tập như ngày nay, đặc biệt là hoàn thành đề tài nghiên cứu này, tôi xin chân thành cảm ơn đến: Cô Phan Thị Thanh Quế, người trực tiếp hướng dẫn đề tài, đã tận tình góp ý, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu cần thiết cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Quý thầy cô trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức cũng như kinh nghiệm bổ ích trong suốt quá trình học tập tại trường. Tập thể cán bộ phòng thí nghiệm của Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình. Các bạn lớp Công nghệ thực phẩm khoá 28 đã giúp đỡ, góp ý chân thành giúp đề tài tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn. Cần thơ, ngày 12 tháng 06 năm 2007 Sinh viên thực hiện Lê Ngọc An Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................. i MỤC LỤC ................................................................................................................. ii DANH SÁCH HÌNH............................................................................................................iv DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................v TÓM LƯỢC ............................................................................................................. vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .........................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề..........................................................................................................1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................2 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU......................................................................3 2.1 Nguồn nguyên liệu.............................................................................................3 2.1.1 Tiềm năng thủy sản .....................................................................................3 2.1.2 Thành phần hoá học của vỏ tôm ..................................................................3 2.2 Giới thiệu chung về chất màu.............................................................................4 2.2.1 Chất màu là gì.............................................................................................4 2.2.2 Các chất màu trong thuỷ sản .......................................................................4 2.3 Chất màu carotenoids - astaxanthin....................................................................4 2.3.1 Carotenoids.................................................................................................4 2.3.1.1 Giới thiệu..............................................................................................4 2.3.1.2 Thành phần hóa học của carotenoids trong phế liệu của tôm...............5 2.3.1.3 Tính chất của carotenoids .....................................................................5 2.3.1.4 Các biến đổi của carotenoids ................................................................6 2.3.2 Astaxanthin và các ứng dụng.......................................................................6 2.3.2.1 Giới thiệu.............................................................................................6 2.3.2.2 Ứng dụng của astaxanthin .....................................................................7 2.4 Qui trình công nghệ trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú .....................................11 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .......................12 3.1 Phương tiện thí nghiệm....................................................................................12 3.1.1 Nguyên liệu – Hóa chất sử dụng ................................................................12 3.1.2 Dụng cụ - thiết bị.......................................................................................12 3.2 Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................12 3.2.1 Xác định qui trình trích ly carotenoids ......................................................12 3.2.2 Xây dựng đường chuẩn astaxanthin........................................................... 12 3.2.3 Thí nghiệm ................................................................................................13 3.2.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hexane trong hỗn hợp dung môi đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú...............................13 3.2.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi với mẫu đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú ............................................................15 3.2.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi carotenoids từ vỏ tôm sú .............................................16 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................18 4.1 Qui trình trích ly carotenoids áp dụng ..............................................................18 4.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn astaxanthin .....................................................19 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng iii 4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ hexane (%) trong hỗn hợp dung môi đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú ........................................................................................20 4.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi và mẫu đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú....................................................................................................................21 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú...........................................................................................................22 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................26 5.1 Kết luận ...........................................................................................................26 5.2 Đề nghị ............................................................................................................27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................29 PHỤ LỤC ................................................................................................................ vii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng iv DANH SÁCH HÌNH Hình Tựa hình Trang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Cấu trúc của beta – carotene Màu carotenoids của thủy sản Sơ đồ biến đổi của carotenoids Cấu trúc của astaxanthin Đồ thị so sánh hiệu quả chống oxy hóa của astaxanthin so với các hợp chất màu khác Sơ đồ quy trình công nghệ trích ly carotenoids bằng hỗn hợp dung môi hữu cơ Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 Sơ đồ trích ly và xác định hiệu suất carotenoids từ vỏ tôm sú Đồ thị đường chuẩn astaxanthin Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi carotenoids từ vỏ tôm sú ở các tỷ lệ hexane khác nhau trong hỗn hợp dung môi Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi carotenoids từ vỏ tôm sú ở các tỷ lệ dung môi/mẫu Đồ thị thể hiện nồng độ của carotenoids theo nhiệt độ và thời gian trích ly Đồ thị biễu diễn hiệu suất thu hồi carotenoids theo nhiệt độ và thời gian trích ly Quy trình đề nghị trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú bằng hỗn hợp dung môi hữu cơ hexane:IPA Vỏ tôm sú đã sấy khô trước và sau khi nghiền Hệ thống Soxtherm Sản phẩm carotenoids trước và sau khi pha loãng 5 5 6 6 9 11 14 15 17 18 19 20 21 23 24 26 28 28 28 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng v DANH SÁCH BẢNG Bảng Tựa bảng Trang 1 2 3 4 5 6 7 Thành phần hóa học của vỏ tôm sú đã sấy khô Thành phần của carotenoids trong phế liệu của tôm sú Số liệu xây dựng đường chuẩn astaxanthin Kết quả nồng độ và hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú ở các tỷ lệ hexane khác nhau trong hỗn hợp dung môi của hexane và IPA Kết quả nồng độ và hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú ở các tỷ lệ dung môi và mẫu khác nhau Kết quả nồng độ trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú bằng hỗn hợp dung môi hexane : IPA ở nhiệt độ và thời gian khác nhau Kết quả hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú bằng hỗn hợp dung môi hexane : IPA ở nhiệt độ và thời gian khác nhau 3 5 19 20 21 22 23 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng vi TÓM LƯỢC Với mục đích tìm ra những thông số kỹ thuật tối ưu cho công đoạn trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú để hiệu suất thu hồi carotenoids đạt cao nhất, đề tài được tiến hành trên cơ sở nghiên cứu các vấn đề sau: - Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hexane trong hỗn hợp dung môi đến hiệu suất trích ly carotenoids ở 4 mức độ: 50%, 60%, 70%, 80%. - Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi với mẫu đến hiệu suất trích ly carotenoids ở 4 mức độ: 8:1, 9:1, 10:1, 11:1. - Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly đến hiệu suất thu hồi carotenoids. Mỗi nhân tố được thực hiện ở 4 mức độ như sau: Thời gian (phút): 90, 120, 150,180 Nhiệt độ (oC): 75, 80, 85, 90 Kết quả nghiên cứu cho thấy với tỷ lệ 70% hexane trong hỗn hợp dung môi của hexane và IPA, tỷ lệ dung môi và mẫu là 10:1 và ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 120 phút sẽ là điều kiện tối ưu cho việc trích ly carotenoids để hiệu suất thu hồi carotenoids đạt được cao nhất. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Việt Nam là một quốc gia ven biển ở Đông Nam Á có nguồn lợi thủy hải sản vô cùng phong phú, cùng với điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phép việc đẩy mạnh khai thác và nuôi trồng thủy hải sản. Trong đó giáp xác là nguồn nguyên liệu dồi dào chiếm 30% ÷ 35% tổng sản lượng nguyên liệu ở Việt Nam. Những năm gần đây, mặt hàng tôm xuất khẩu ngày càng gia tăng. Bên cạnh sản phẩm chính thì những phụ phẩm bị loại ra trong quá trình chế biến tôm như đầu, mai, vỏ tôm chiếm số lượng lớn. Nguồn phế liệu này là nguồn cho protein, chitin/chitosan và carotenoids, chủ yếu là astaxanthin quan trọng. Hiện tại, một lượng nhỏ phụ phẩm từ tôm được dùng làm thức ăn cho gia súc hay sử dụng như các nguồn phân bón hữu cơ và một phần sản xuất chitin (chitosan). Tuy nhiên còn một lượng lớn đang bị bỏ phí, điều này không chỉ làm mất giá trị của nó mà còn là tác nhân gây ô nhiễm môi trường. Phụ phẩm của tôm là nguồn carotenoids tự nhiên quan trọng (Shahidi và cộng sự, 1998). Lượng carotenoids chiếm từ 35 ÷ 153µg/g tuỳ theo giống, trong đó chất màu chủ yếu là astaxanthin và dạng este của nó. Vì vậy, việc thu hồi chất màu carotenoids từ vỏ tôm không những tạo ra sản phẩm mới có chất lượng cao mà còn có thể nâng cao được giá trị kinh tế từ quá trình nuôi trồng và chế biến thuỷ hải sản nói chung cũng như tôm nói riêng. Mặt khác, do những phụ phẩm của tôm chưa được chú ý nhiều nên nó là dạng nguyên liệu rẻ tiền để trích ly carotenoids. Ngày nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu được tiến hành thử nghiệm để tìm ra phương pháp thu hồi carotenoids tốt nhất từ vỏ tôm, một trong những phương pháp được coi là hữu hiệu và phổ biến là dùng dung môi hoặc hỗn hợp dung môi hữu cơ để trích ly (Sachindra và cộng sự, 2001). Một vài dung môi được cho phép dùng trong công nghệ thực phẩm là acetone, benzyl alcohol, hexane, isopropyl alcohol (IPA), ether dầu hỏa, ethyl acetate,...Sản phẩm của quá trình trích ly là hỗn hợp màu của carotenoids. Ở Việt Nam, vấn đề này còn rất mới mẽ, phần lớn chỉ có tài liệu nói về sản xuất chitin (chitosan) mà chưa có hoặc có rất ít thông tin đề cập đến lĩnh vực trích ly carotenoids từ phụ phẩm tôm bằng dung môi hữu cơ. Dựa trên các tài liệu nghiên cứu được của nhiều nước trên thế giới, trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu quá trình trích ly carotenoids bằng hỗn hợp dung môi hữu cơ (hỗn hợp dung môi được lựa chọn là hexane và isopropyl alcohol) để tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi carotenoids từ vỏ tôm sú. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 2 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của thí nghiệm là tìm ra các điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú để có được hiệu suất thu hồi cao nhất. Từ đó đề tài tiến hành với các nội dung nghiên cứu sau: - Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ hexane trong hỗn hợp dung môi đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú - Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi với mẫu (vỏ tôm) đến hiệu suất trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú - Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ trích ly đến hiệu suất thu hồi carotenoids từ vỏ tôm sú. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 3 CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Nguồn nguyên liệu 2.1.1 Tiềm năng thuỷ sản Bên cạnh nguồn cá biển vô cùng phong phú thì biển Việt Nam còn có nhiều nguồn lợi tự nhiên như trên 1600 loài giáp xác, sản lượng cho phép khai thác từ 50 ÷ 60 nghìn tấn/năm, một số loài có giá trị kinh tế cao như: tôm hùm, cua, ghẹ, khoảng 2.500 loài thân mềm trong đó có ý nghĩa kinh tế cao nhất là mực và bạch tuột cho phép khai thác từ 60 ÷ 70 nghìn tấn/năm. Tổng sản lượng 9 tháng đầu năm 2003 đạt 1.980 nghìn tấn bằng 19,55% kế hoạch năm, tăng 9,14% so với cùng kỳ năm 2002. Trong đó sản lượng khai thác thuỷ sản đạt 1.167 nghìn tấn, sản lượng nuôi trồng thủy sản đạt 813 nghìn tấn. Giá trị xuất khẩu toàn ngành đạt 1.626 tỷ USD bằng 70,72% kế hoạch và tăng 11% so với cùng kỳ năm 2002. Những số liệu trên cho thấy được phần nào về tìm năng thủy sản cũng như công suất chế biến xuất khẩu của nước ta. Điều đó chứng tỏ một lượng phế liệu thủy sản không nhỏ đã bị bỏ đi, theo số liệu thống kê hàng năm có khoảng 70.000 tấn (NMFS, 2003). 2.1.2 Thành phần hóa học của vỏ tôm Nguyên liệu dùng để trích ly carotenoids là phế liệu của các loài giáp xác. Trong đề tài nghiên cứu này, nguyên liệu sử dụng chủ yếu là vỏ tôm sú. Bảng 1: Thành phần hoá học của vỏ tôm sú đã sấy khô Thành phần Phần trăm (%)* Protein 39,42 ± 0,49 Chitin 19,92 ± 0,37 Lipid 3,79 ± 0,08 Astaxanthin 31,98 ± 1,37 * tính dựa trên căn bản khô. Nguồn: Seafood: chemistry, processing technology and quality edited by Fereidoon Shahidi and J.Richard Botta Phế liệu của các loài giáp xác chứa nhiều thành phần có giá trị như: protein, chitin và một lượng chất màu, chủ yếu là màu carotenoids. Tuy lượng chất màu trong phế liệu các loài giáp xác chiếm một lượng nhỏ nhưng lượng phế liệu của giáp xác thải ra lại rất lớn. Do đó, việc thu hồi chất màu từ phế liệu của chúng là một tiềm năng lớn cần được quan tâm. Trong đó, vỏ tôm hiện nay là nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất carotenoids. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 4 Trong nguyên liệu, carotenoids ở dạng liên kết với protein, do đó để tách được carotenoids thì phải cắt đứt liên kết này bằng cách làm biến tính protein. 2.2 Giới thiệu chung về chất màu 2.2.1 Chất màu là gì Trong sinh học người ta cho rằng: bất kỳ chất nào thể hiện màu của mô hoặc vỏ của động vật hoặc thực vật đều có thể gọi là chất màu. Ngày nay, có trên 600 loại chất màu đã được nhận diện. Màu sắc không chỉ đóng vai trò là chất màu mà còn có thể là: + Nguồn tiền vitamin + Chất chống oxy hoá + Nâng cao hệ thống miễn dịch + Cần cho sự phát triển bình thường của gia súc. 2.2.2 Các chất màu trong thủy sản Có 4 nhóm chất màu chính được tìm thấy trong thủy sản: - Carotenoids: đây là chất màu chính tạo sắc màu nâu lục cho thủy sản sống và màu từ vàng tới đỏ cho thủy sản chết. Trong tôm, cua thì loại màu carotenoids ở dạng carotenoprotein và crustacyanin (hydroxy – beta – caroten) - Pteridines: có vai trò nhỏ so với carotenoids. - Melanin: tạo màu đen của thủy sản - Purines: tạo màu bạc của vẩy cá. 2.3 Chất màu carotenoids - astaxanthin 2.3.1 Carotenoids 2.3.1.1 Giới thiệu Thuật ngữ carotenoids là tên chung của một nhóm chất màu, được tìm thấy ở động vật và cả thực vật: - Ở thực vật: carotenoids có trong các loại rau quả có màu từ vàng đến đỏ như cà rốt, cà chua, bí đỏ,... - Ở động vật: đặc biệt là các loài thủy sản (cá, tôm, cua,...) thì carotenoids hiện diện ở cơ thịt (cá hồi) và vỏ, mai của các loài giáp xác. Cá và tôm hùm thì không có khả năng tự tổng hợp được carotenoids mà phải được bổ sung vào bằng con đường thức ăn. Ngày nay, có nhiều phương pháp để tạo ra carotenoids như: tổng hợp từ hóa dầu, trích ly bằng enzyme (enzyme proteolytic) hoặc hoá chất (dung môi hữu cơ) từ động vật hoặc thực vật. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 5 Công thức cấu tạo của beta - caroten: Hình 1: Cấu trúc của beta - caroten Các carotenoids tìm thấy trong thủy sản như: + 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 Hình 2: Màu carotenoids của thủy sản 2.3.1.2 Thành phần hóa học của carotenoids trong phế liệu của tôm Bảng 2: Thành phần của carotenoids trong phế liệu tôm sú Nguồn: Seafood: chemistry, processing technology and quality edited by Fereidoon Shahidi and J.Richard Botta 2.3.1.3 Tính chất của carotenoids - Không tan trong nước, tan trong dầu và dung môi hữu cơ - Ổn định trong môi trường kiềm, nhạy cảm với môi trường acid - Dễ bị oxy hoá do các nối đôi trong phân tử nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt độ cao. Sự oxy hoá làm mất màu carotenoids là vấn đề quan trọng được chú ý nhiều trong thực phẩm. Sự oxy hoá carotenoids tăng nhanh khi có sự hiện diện của sulfite, ion kim loại, độ ẩm, oxy không khí,…Khi oxy hoá tạo ra H2O2, chất này làm mất màu carotenoids. Do đó, chúng có tính chống oxy hoá, làm vô hoạt oxy độc thân sinh ra do tiếp xúc với ánh sáng. Carotenoids Phần trăm (%) Astaxanthin Astaxanthin monoeste Astaxanthin dieste Astacene Lutein Zeaxanthin Các thành phần không xác định khác 3,95 ± 0,15 19,72 ± 0,19 74,29 ± 0,38 - - 0,62 ± 0,05 - Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 6 - Chịu được nhiệt độ nấu thông thường (t ≤ 100oC). Có thể ổn định ở nhiệt độ 100oC trong 15 phút. 2.3.1.4 Các biến đổi của carotenoids Trong phế liệu của các loài giáp xác thì chất màu chủ yếu của carotenoids là astaxanthin (chiếm 86% - 98% carotenoids). Do đó, việc trích ly carotenoids cũng có ý nghĩa như trích ly astaxanthin. 2.3.2 Astaxanthin và các ứng dụng 2.3.2.1 Giới thiệu Hình 4: Cấu trúc của astaxanthin Ánh sáng O2 Carotenoids Vàng, cam, đỏ Cis isomers (thay đổi màu) Carotenoids bị phân huỷ (mất màu) Nhiệt độ cao Carotenoids bị phân huỷ (mất màu) Cis isomer (thay đổi màu) Hình 3: Sơ đồ biến đổi của carotenoids Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 7 Astaxanthin là một carotenoids giống như nhiều carotenoids, astaxanthin là một chất màu có thể tan trong chất béo. Astaxanthin có thể tìm thấy trong tảo, nấm men, cá hồi, nhuyễn thể, tôm, các loài 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 beta-caroten nhưng nó phức tạp hơn. Astaxanthin có 13 nối đôi trong khi beta-caroten chỉ có 7 nối đôi nên khả năng chống oxy hoá của nó cũng cao hơn beta-caroten. Astaxanthin không giống một số carotenoids. Trong cơ thể người, nó không chuyển thành vitamin A, cũng như nhiều vitamin A là chất độc cho cơ thể người khi sử dụng với hàm lượng lớn nhưng astaxanthin thì không. Astaxanthin rất có ích trong việc chống sự oxy hóa, khả năng đó gấp mười lần so với beta - caroten. Astaxanthin là thành phần dinh dưỡng tự nhiên, nó có thể tìm thấy như một dạng thực phẩm bổ sung có ích cho con người, động vật và thủy sản. Việc sản xuất astaxanthin thương mại có thể lấy từ nguồn tự nhiên và nguồn tổng hợp. FDA đã công nhận astaxanthin là chất màu thực phẩm chuyên biệt được sử dụng cho thức ăn động vật và thủy sản. Ngày nay, hầu hết astaxanthin thương mại được dùng cho thủy sản được sản xuất từ nguồn hóa học dầu mỏ với doanh thu hàng năm trên 200 triệu $ và giá bán của 1kg astaxanthin tinh khiết là 2000$, còn 1kg astaxanthin tự nhiên là 7000$. 2.3.2.2 Ứng dụng của astaxanthin a. Trong nông nghiệp Do nhu cầu và việc sản xuất những loài giáp xác quan trọng ngày càng gia tăng một cách đáng kể. Giá trị của tôm hùm dựa trên sự thu hút bên ngoài và chất lượng của sản phẩm đóng vai trò rất quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Hầu hết các loài giáp xác chứa một phức hợp của carotenoid trong vỏ cũng như trong máu, mắt, tuyến ruột giữa và buồng trứng. Carotenoids, astaxanthin đỏ được xác nhận là chất màu chủ yếu được tách ra từ tôm Penaceus (Katayama và cộng sự, 1971). Loài giáp xác và các loài động vật thủy sinh không thể tạo ra astaxanthin, chỉ có thực vật và sinh vật đơn bào như vi khuẩn, tảo, nấm mới có thể tổng hợp được carotenoids. Vì vậy astaxanthin phải có sẵn trong môi trường sống tự nhiên hoặc từ thức ăn được chế biến riêng cho thủy sản (Steven.D.M,1948). Sự thiếu hụt astaxanthin trong chăn nuôi Penaceus monodon được coi là nguyên nhân của bệnh “Hội chứng màu xanh”. Sau bốn tuần cho ăn chế độ bao gồm 50ppm astaxanthin thì hội chứng màu xanh sẽ trở lại sắc màu nâu lục của chúng. Sự phân tích Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 8 mô của nhóm thí nghiệm đã chứng minh rằng: nhóm được cho ăn astaxanthin sẽ gia tăng carotenoids và có hình dạng bình thường. Nếu những con đó được cho ăn thức ăn thị trường không có astaxanthin thì sự gia tăng carotenoids chỉ đạt 14% và có sắc màu xanh (Menasveta và cộng sự,1993). b. 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 và được chứng minh là có nhiệm vụ trong việc tạo màu sắc hấp dẫn của tôm trong khi chế biến. Màu đỏ tạo ra là do khi gia nhiệt thì protein bị biến tính làm đứt 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 sản 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 hay nói khác hơn là tăng giá trị kinh tế. 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. c. Trong y học Astaxanthin có vai trò sinh học đặc biệt quan trọng đối với sức khoẻ 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 hoá hữu hiệu. Đặc tính chống oxy hoá 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 lipid khỏi sự oxy hóa giống như màng phospholipid. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 9 Các nghiên cứu cho thấy rằng đặc tính chống oxy hoá của astaxanthin cao gấp 10 lần so với beta – caroten (Miki, 1991), gấp 100 ÷ 500 lần so với vitamin E (Kurashige và cộng sự, 1990), ngoài ra nó còn cao hơn cả lutein và zeaxanthin. Đặc tính chống oxy hoá của astaxanthin được xem là nguồn lợi lớn cho sức khỏe của con người. Nguồn: http:// www.beta-glucan-info.com/astaxanthin-question-answers.htm Hình 5: Đồ thị so sánh hiệu quả chống oxy hoá của astaxanthin với các hợp chất màu khác ♦ 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). Ph ức hợ p as ta x an th in Ly co pe n tự n hi ên A st ax an th in tổ n g hợ p A lp ha to co ph er o l tự n hi ên H ỗn hợ p a – b ca ro te n tự n hi ên To co tr ie n o l t ự n hi ên Lu te in tự n hi ên B et a – ca ro te n tự n hi ên G iá tr ị c hố n g o x y hó a Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 10 Một phần astaxanthin có thể lưu lại làm giảm đáp ứng miễn dịch thể loãng ở những con chuột già. Đặc tính điều biến miễn dịch này không có liên quan đến hoạt tính của tiền vitamin A bởi vì astaxanthin không giống beta – caroten. ♦ Astaxanthin phòng chống bệnh xơ vữa động mạch và các bệnh có liên quan Nghiên cứu được thực hiện trên người thấy rằng astaxanthin có thể phòng chống việc hình thành LDL (low density lipoprotein), là nguyên nhân gây nên bệnh xơ vữa động mạch và các bệnh có liên quan đến tim mạch (Miki và cộng sự, 1998). Điều này chứng tỏ có thể sử dụng astaxanthin để phòng chống bệnh xơ cứng động mạch, bệnh động mạch vành,... ♦ 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). Lipid, protein, 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 hữu nhũ (Alejury và Wadstroem, 1998). Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 11 2.4 Qui trình công nghệ trích ly carotenoids từ vỏ tôm sú Hình 6: Sơ đồ qui trình công nghệ trích ly carotenoids bằng hỗn hợp dung môi hữu cơ Sấy chân không (40oC) Dịch trích Rửa (Salin 1%) Lọc Carotenoids Ether dầu hỏa Hexane:IPA: 60%:40% Dung môi:mẫu: 5:1 Số lần trích ly: 3 Nguyên liệu Sấy (80oC, 4 – 6g) Nghiền Trích ly Luận văn Tốt nghiệp khóa 28 năm 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng 12 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.1 Phương tiện thí nghiệm Đề tài được tiến hành nghiên cứu và thu thập số liệu tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ từ ngày 26/02/2007 đến._.