Hội thảo khoa học khoa Công nghệ thực phẩm 2018
KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY
POLYPHENOL TỪ VỎ CÀ PHÊ
Nông Thị Út, Nguyễn Thị Hồng Hà, Đỗ Mai Nguyên Phương*
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh
* Email: phuongdmn@cntp.edu.vn
Ngày nhận bài: 07/7/2018 ; Ngày chấp nhận đăng: 12/7/2018
TÓM TẮT
Nghiên cứu nhằm khảo sát các điều kiện trong quá trình trích ly polyphenol từ vỏ cà phê bằng
dung môi nước.Sự ảnh hưởng của các yếu tố tỷ lệ nguyên liệu: dung môi, nhiệt độ lần lượt được khảo
sát. Mẫu vỏ cà phê được trích ly ở tỷ lệ nguyên liệu: dung môi (1:10, 1:20, 1:30, 1:40, 1:50), thời gian
(20, 30, 40, 50, 60 phút) và nhiệt độ (50oC, 60oC, 70oC, 80oC, 90oC). Kết quả mỗi thí nghiệm được
đánh giá thông qua: hàm lượng polyphenol tổng (TPC), hàm lượng flavonoid tổng (TFC) của dịch
chiết thu được. Kết quả cho thấy, điều kiện trích ly vỏ cà phê ở 70oC trong 50 phút với tỷ lệ 1:30 sẽ
cho hiệu suất trích ly cao nhất về TPC, TFC (112.509 ± 2.830 mg GAE/g, 21.236 ± 0.409 mg QE/g).
Từ khóa: vỏ cà phê, trích ly, polyphenol tổng, flavonoid tổng.
1. GIỚI THIỆU
Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê thứ 2 thế giới, chỉ sau Brazil. Sản lượng cà phê trong niên vụ
2017 – 2018 đạt 1710 triệu tấn. Đi kèm với sản lượng cà phê lớn như vậy thì đồng thời cũng cho ra
một lượng lớn sản phẩm phụ. Vỏ cà phê là phần bị loại bỏ trong quá trình chế biến cà phê. Cứ mỗi 2
tấn cà phê tươi, sau quá trình xát vỏ loại bỏ gần 1 tấn vỏ. Hầu hết những vỏ cà phê này không được xử
lý mà đưa trực tiếp đến bãi thải hoặc sông suối. Các hợp chất độc hại từ vỏ cà phê lên men thải ra môi
trường gây ô nhiễm nguồn nước ở những vùng sản xuất cà phê. Cho đến nay, nhiều nỗ lực khác nhau
đã được thực hiện để tái sử dụng vỏ cà phê từ quá trình chế biến.
Một số nghiên cứu cho thấy vỏ cà phê không thể dùng làm thức ăn cho gia súc, chủ yếu là do các
thành phần độc hại của nó như caffein, muối khoáng, axit amin, tannin, phenol và các polyphenol
khác. Ngược lại, nó được sử dụng để làm phân hữu cơ để làm giàu độ màu mỡ của đất hoặc như một
vật liệu mùn để ngăn ngừa sự bay hơi của hơi nước và để kiểm soát sự tăng trưởng cỏ dại. Các khía
cạnh mới liên quan đến việc sử dụng chất thải này làm nguyên liệu thô để chiết xuất thành phần sinh
học quan trọng là khía cạnh khác để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Do khả năng khai thác nhiều hợp
chất có giá trị cao và chi phí khai thác thấp nên việc khai thác và sử dụng các hợp chất có hoạt tính
sinh học từ vỏ cà phê đang thu hút sự quan tâm.
Vỏ cà phê chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học như polyphenol có tính chất chống oxy hoá tốt,
mang lại nhiều lợi ích về sức khoẻ, bảo vệ chống lại các bệnh thoái hóa mãn tính, ung thư và bệnh tim
mạch ở người. Do đó, nhằm tránh ô nhiễm môi trường, tận thu nguồn vỏ cà phê để sản xuất nước giải
khát, nghiên cứu này được thực hiện để đưa ra các thông số công nghệ trong quá trình trích ly để đạt
hiệu suất thu hồi cao nhất các hợp chất polyphenol từ vỏ cà phê [1].
49
Nông Thị Út, Nguyễn Thị Hồng Hà, Đỗ Mai Nguyên Phương
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
Vỏ cà phê thuộc loài Coffea arabica (cà phê Arabica hay cà phê chè) được lấy từ Lâm Đồng. Vỏ
này được xát bằng phương pháp ướt sau đó đem phơi khô, sấy đến độ ẩm 6%, sau đó được xay nhỏ tới
kích thước 1.25÷2 mm. Mẫu được bảo quản trong túi nhựa platic khô ráo, thoáng mát, hút chân không
đảm bảo giữ cho vỏ cà phê không bị hút ẩm từ bên ngoài.
Hóa chất: Acid galic (Trung Quốc), quercetin (Trung Quốc), thuốc thử Folin-Ciocalteu 1N
(Trung Quốc), Na2CO3 (Trung Quốc), NaNO2 (Trung Quốc), AlCl3 (Trung Quốc), NaOH (Trung
Quốc).
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi đến quá trình trích ly
Cân chính xác 1 gram vỏ cà phê vào bình tam giác đã được bao kín, tránh ánh sáng, tỷ lệ nguyên
liệu: dung môi (nước) lần lượt được khảo sát (1:10, 1:20, 1:30, 1:40, 1:50), thời gian trích ly 30 phút.
Các bình trích ly được đặt trong bể ổn nhiệt được điều chỉnh ở 60oC (thông số nhiệt độ và thời gian
trích ly được cố định là 60oC/30 phút), sau đó lọc qua giấy lọc thu được dịch trích ly.
Chỉ tiêu theo dõi:
Hàm lượng polyphenol tổng (TPC),
Hàm lượng flavonoid tổng (TFC).
2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trích ly
Trong thí nghiệm này, nhiệt độ trích ly được thay đổi từ 50oC đến 90oC với T=10 (oC). Thông số
tỷ lệ ngyên liệu: dung môi được xác định ở Thí nghiệm 2.2.1. Thời gian trích ly được cố định là 30
phút.
Chỉ tiêu theo dõi:
Hàm lượng polyphenol tổng (TPC),
Hàm lượng flavonoid tổng (TFC).
2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trích ly
Trong thí nghiệm này, thời gian trích ly được thay đổi từ 20 phút đến 60 phút với T=10 (phút).
Thông số tỷ lệ ngyên liệu: dung môi được xác định ở Thí nghiệm 2.2.1. Thông số thời gian trích ly
được xác định ở Thí nghiệm 2.2.2.
Chỉ tiêu theo dõi:
Hàm lượng polyphenol tổng (TPC),
50
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ vỏ cà phê
Hàm lượng flavonoid tổng (TFC).
2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
2.3.1. Phương pháp phân tích
Phương pháp định lượng polyphenol tổng (TPC): hàm lượng polyphenol tổng trong dịch chiết
được xác định bằng phương pháp quang phổ so màu (Melkayo Geremu, Yetenayet Bekele Tola và
Abrar Sualeh, 2016) [2] với thuốc thử Folin-ciocalteu và chất chuẩn acid gallic. Hút 1ml dung dịch
mẫu bổ sung 5ml thuốc thử Folin-ciocalteu 10% để yên trong 5 phút. Sau đó thêm 4ml Na2CO3 7.5%,
lắc đều, để yên 60 phút sau đó đem đi đo độ hấp thu ở bước sóng 765nm. Hàm lượng polyphenol tổng
được thể hiện qua số mg acid galic tương đương (mg GAE/g chất khô).
Phương pháp định lượng Flavonoid tổng (TFC): hàm lượng các hợp chất flavonoid được phân
tích dựa trên phương pháp quang phổ so màu (Sulaiman và Balach, 2012) [3] theo nguyên tắc:
flavonoid trong vỏ cà phê tạo phức màu vàng với dung dịch AlCl3, cường độ màu tỷ lệ thuận với hàm
lượng flavonoid [4]. Hút 1ml dung dịch mẫu cho vào bình định mức dung tích 10ml. Thêm 4ml nước
cất, 0.3ml NaNO2 5% để yên trong 5 phút, sau đó thêm 0,3ml AlCl3 10% để yên trong 5 phút, thêm
2ml NaOH 1M lắc đều. Thêm nước cất vừa đủ 10ml lắc đều đem đi đo độ hấp thu ở bước sóng
520nm.Tổng lượng flavonoid được thể hiện qua số mg quercetin tương đương (mg QE/g chất khô).
2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu
Trong nghiên cứu này, mỗi thí nghiệm được lặp lại ba lần, kết quả được trình bày ở dạng giá trị
trung bình ± giá trị sai số. Đánh giá sự khác biệt có ý nghĩa giữa các mẫu thí nghiệm được thực hiện
bằng phương pháp thống kê ANOVA 1 chiều (α = 5%) bằng phần mềm Statgraphics 15.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi đến quá trình trích ly
Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi đến hàm lượng TPC, TFC trong dịch trích ly được
trình bày ở Hình 1:
(a)
51
Nông Thị Út, Nguyễn Thị Hồng Hà, Đỗ Mai Nguyên Phương
Hình 1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: dung môi trích ly đến hàm lượng polyphenol tổng (a), hàm lượng
flavonoid tổng (b) của dịch trích ly vỏ cà phê
Kết quả hàm lượng TPC, TFC tăng từ tỷ lệ nguyên liệu: dung môi 1:10 đến 1:30 sau đó giảm
xuống ở tỷ lệ nguyên liệu: dung môi 1:40, 1:50. Những kết quả này phù hợp với nguyên lý truyền
khối: động lực của quá trình trích ly là sự chênh lệch gradient nồng độ.
Theo Al-Farsi và Chang (2007, Tan và cộng sự 2011) [5], tỷ lệ nguyên liệu: dung môi cao có thể
làm thúc đẩy gradient nồng độ tăng lên làm tăng tốc độ khuếch tán cho phép khai thác nguyên liệu tốt
hơn (tức là chúng luôn tạo được một sự chênh lệch nồng độ cần thiết cho bên trong và bên ngoài môi
trường dẫn đến tăng tốc độ khuếch tán làm quá trình trích ly được tốt hơn). Tuy nhiên hàm lượng TPC,
TFC sẽ không tiếp tục tăng khi đã đạt được sự cân bằng (Wong, Tan và Ho, 2013) [6], nguyên nhân
của sự thay đổi trên là do khi ngâm chiết với lượng dung môi quá nhiều mà hàm lượng polyphenol
trong nguyên liệu là một số cố định nên sẽ nhanh chóng dẫn tới sự cân bằng giữa các pha, làm hiệu
quả trích ly không tăng nữa mà có xu hướng giảm xuống [7].
Tỷ lệ nguyên liệu: dung môi tối ưu ở thí nghiệm này là 1:30 (101.127 ± 2.291 mg GAE/g, 19.442
± mgQE/g)
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trích ly
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng TPC, TFC trong dịch trích ly được trình bày ở Hình 2:
(b)
(a)
52
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly polyphenol từ vỏ cà phê
Hình 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hàm lượng polyphenol tổng (a), hàm lượng flavonoid tổng (b)
của dịch trích ly vỏ cà phê
Hình 2 cho thấy hàm lượng TPC, TFC đạt giá trị cao nhất ở 70oC (110.579 ± 4.439 mg GAE/g,
21.393 ± 0.521 mgQE/g). Từ nhiệt độ 50oC đến 70oC khả năng chiết polyphenol và flavonoid tăng do
khi nhiệt độ trích ly tăng, các phân tử trong hệ trích ly chuyển động hỗn loạn với vận tốc cao, làm tăng
khả năng hòa tan các hợp chất polyphenol và làm giảm độ nhớt của chất chiết xuất, do đó tăng tốc độ
giải phóng các hợp chất này (Rong Tsao và cộng sự, 2012; Al-Farsi và cộng sự, 2008) [8], [5].
Mặt khác, nhiệt độ sẽ làm suy yếu các tương tác phenol-protein và phenol-polysaccharide trong
nguyên liệu thực vật (Shi và cộng sự, 2003) [9], từ đó tốc độ khuếch tán của polyphenol từ bên trong
nguyên liệu ra ngoài dung môi nhiều hơn. Tuy nhiên, nâng nhiệt độ lên đến một mức độ nào đó có thể
làm phân hủy đồng thời các chất chống oxy hóa (Liyana-Pathirana và Shahidi, 2005) [10].
Từ những đánh giá trên, nhiệt độ 70oC được lựa chọn để tiến hành các nội dung nghiên cứu tiếp
theo.
3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trích ly
Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng TPC, TFC trong dịch trích ly được trình bày ở Hình 3:
(b)
(a)
53