TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐOÀN NGỌC THỤC TRINH

NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU LYCOPENE TRONG SẢN XUẤT BỘT
DƯA HẤU

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Mã số: 8540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2023


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Lại Quốc Đạt ....................................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. Hoàng Kim Anh ......................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Nguyễn Hoài Hương .......................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 13 tháng 01 năm 2023.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. GS.TS. Lê Văn Việt Mẫn
2. PGS.TS. Tôn Nữ Minh Nguyệt
3. PGS.TS. Hoàng Kim Anh
4. TS. Nguyễn Hoài Hương
5. PGS.TS. Lại Quốc Đạt
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập- Tự Do- Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đoàn Ngọc Thục Trinh

MSHV: 2170051

Ngày, tháng, năm sinh: 08/10/1997

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

Mã số: 8540101

I. TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU LYCOPENE TRONG SẢN XUẤT BỘT DƯA
HẤU

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
(1)

Đánh giá độ bền và động học của sự biến đổi lycopene dưới tác động nhiệt độ

(2)

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ siêu lọc trong nâng cao hàm lượng lycopene

trong nước ép dưa hấu. Xây dựng mơ hình tốn học mơ tả động học và sự thay đổi
hàm lượng các thành phần trong quá trình lọc màng
(3)

Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ và chất mang trong q trình sấy phun nước ép

dưa hấu cơ đặc giàu lycopene.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/02/2022
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2022
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. LẠI QUỐC ĐẠT
Tp. Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2022
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(họ tên và chữ ký)

(họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(họ tên và chữ ký)



i

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. Lại Quốc Đạt đã tận tình hướng
dẫn, chỉ dạy em rất nhiều kiến thức chuyên môn lẫn kinh nghiệm và hỗ trợ em rất
nhiều trong thời gian thực hiện nghiên cứu cũng như trong quá trình làm luận văn.
I would like to express my special appreciation and thank to Professor. Hiroshi
Nabetani for his insightful contributions and advice, which helped me to complete this
research.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. Nguyễn Hồng Dũng đã tận tình hỡ trợ và
chỉ dẫn em trong suốt thời gian qua.
Con cảm ơn ba mẹ, gia đình đã ln u thương và là chỗ dựa vững chắc cho con
trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng, em xin trân trọng cảm ơn đến tập thể quý thầy cô bộ môn Công nghệ
thực phẩm – Khoa Kỹ thuật hóa học – Đại học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM đã chỉ
dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian học tập và thực hiện luận văn.

Học viên thực hiên

Đoàn Ngọc Thục Trinh


ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nước ép dưa hấu được chứng minh là nguồn lycopen tiềm năng nhưng việc khai
thác và sử dụng còn hạn chế, do đó, cần thiết nghiên cứu nhằm phát triển các sản phẩm
có giá trị cao về dinh dưỡng và kinh tế từ lycopen trong dưa hấu. Nghiên cứu đã đánh

giá độ bền nhiệt của lycopen ở nhiệt 60 – 80 oC trong 6 giờ. Với mẫu nước ép không
xử lý ly tâm, hàm lượng lycopen ban đầu tăng nhẹ sau đó giảm dần. Với mẫu được ly
tâm, hàm lượng lycopen giảm ngay khi bắt đầu gia nhiệt, sự biến đổi tuân theo phương
trình động học bậc 1. Nghiên cứu khảo sát làm giàu lycopen trong nước ép dưa hấu
bằng kỹ thuật siêu lọc với màng lọc ETNA01PP với kích thước mao quản tương
đương 1000 Da. Ảnh hưởng của áp suất vận hành (từ 2 – 8 bar) đối với thơng lượng
dịng qua màng và khả năng phân riêng các thành phần đã được đánh giá ở chế độ
dòng chảy dead-end. Áp suất vận hành làm tăng thông lượng nhưng càng tăng áp suất
hiện tượng tập trung nồng độ làm giảm thông lượng và ảnh hưởng đến khả năng qua
màng của đường và tro. Quá trình làm giàu lycopen được khảo sát với mơ hình crossflow và mơ hình vận hành hồn lưu tồn phần dịng retentate. Sự thay đổi của thơng
lượng, tổng chất rắn hòa tan (TSS), lycopen, tổng lượng đường (TS) và tro được theo
dõi trong suốt quá trình lọc. Hiệu quả của quá trình làm giàu lycopen cho thấy hiệu
quả cao hơn tại 6 bar, hàm lượng lycopen tăng hơn 10 lần. Mơ hình phân cực nồng độ
và Hermia cho thấy sự tương đồng cao giữa kết quả dự đoán và kết quả thực nghiệm.
Mơ hình tốn học dự đốn sự thay đổi hàm lượng các thành phần trong nước ép dưa
hấu cho kết quả tốt trong dự đoán nồng độ lycopen, TS và tro. Các kết quả thu được
cho thấy ETNA01PP là tiềm năng để làm giàu lycopen.
Nước ép dưa hấu thu được sau quá trình làm giàu lycopen bằng kỹ thuật siêu lọc
được sử dụng để sấy phun tạo bột. Ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí đầu vào (150,
160 và 170 oC) và tỉ lệ maltodextrin (MD) với hàm lượng chất khô của nước ép dưa
hấu (1:1 và 1:1,5) đến các tính chất hóa lý và khả năng hịa tan của bột đã được nghiên
cứu. Bột dưa hấu giàu lycopen được phân tích độ ẩm, thời gian hịa tan, chỉ số khơng
hịa tan, hàm lượng lycopen, carbohydrate, tro và các chỉ số màu. Kết quả thu được
cho thấy nhiệt độ sấy và tỉ lệ MD ảnh hưởng đến độ ẩm, độ hòa tan và hiệu suất thu
hồi của lycopen. Từ đó, làm thay đổi thành phần và màu sắc của bột. Sản phẩm bột thu


iii
được có hàm lượng lycopen cao, dao động trong khoảng 1,2 – 2 mg/g, có thể sử dụng
như thực phẩm bổ sung lycopen hoặc nguyên liệu phụ gia trong sản xuất thực phẩm và

mỹ phẩm.


iv

ABSTRACT
Watermelon juice is proven to be a potential source of lycopene, but its exploitation
and used is still narrow, hence, it is neecessary to develop high nutritional and
economic value products from lycopene in watermelon. The study evaluated the
thermal stability of lycopene at 60 – 80 oC for 6 hours. With sample no centrifugation,
the lycopene content initially increased slighly and then gradually decreased. With
centrifugated juice samples, the lycopene content reduced at the beginning of heating,
the variation obeyed the first-order kinetic equation. The research focused on lycopene
enrichment from watermelon juice by UF with 1000 Da of molecular weight cut off
(MWCO). The influence of operating pressure (from 2 – 8 bar) on permeate flux and
constituent rejections were investigated in dead-end mode. The operating pressure
increased permeate flux, but at higher operating pressures, concentration polarization
reduced permeate flux and affected on the permeability of TS and ash. The process of
lycopene enrichment was evaluated in cross-flow mode with full recirculation of
retentate. The change of permeate flux, total soluble solid (TSS), lycopene, total sugar
(TS), and ash was assessed throughout the filtration process. The efficiency of
lycopene enrichment was found to be higher at 6 bar of operating pressure than at
other pressures, lycopene content increased more than 10 times. The concentration
polarization and Hermia model were developed to explain the change in flux and
substance compositions during enrichment. The mathematical model was build to
simulate the change in constituent contents in watermelon juice. This is in good
agreement with experimental observations of permeate flux and concentration of
lycopene, TS, and ash. Results imply that UF of watermelon juice by ETNA01PP is
potential approach for lycopene enrichment.
The obtained watermelon juicer after lycopene enrichment by UF was used as a

material for spray drying powder production. The effect of inlet air temperature (150,
160 and 170 oC) and ratio of maltodextrin (MD) to dry matter content of concentrated
watermelon juice (1:1 and 1.5:1) on physichemical properties of lycopene-rich
watemelon powder were investigated. The lycopene-rich watermelon powder was
analyzed moisture, solubility time, insoluble index, lycopene content, total


v

carbohydrate content, ash content and colormetrics. The inlet temperature and MD
proportion affected on moisture content, solubility and recovery yield of lycopene. As
a result, the content of other compounds and color of produced powder changed. The
produced powder has a high lycopene content, ranging from 1.2 – 2 mg/g, which can
be used as lycopene supplement or as an additive in food and cosmetic production.


vi

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của
Thầy PGS.TS. Lại Quốc Đạt.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và không sao chép
từ bất kỳ nguồn nào khác.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng và trình bày theo
đúng yêu cầu.
Tác giả luận văn

Đoàn Ngọc Thục Trinh



vii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ........................................................................... ii
ABSTRACT ............................................................................................................. iv
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ xi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ xii
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................................1
1.1. Giới thiệu đề tài ...............................................................................................1
1.2. Dưa hấu ...........................................................................................................2
1.2.1. Giới thiệu về dưa hấu ...............................................................................2
1.2.2. Thành phần dinh dưỡng ...........................................................................3
1.2.3. Thực trạng dưa hấu tại Việt Nam .............................................................5
1.3. Lycopen ...........................................................................................................7
1.3.1. Giới thiệu về lycopen ...............................................................................7
1.3.2. Chức năng của lycopen ............................................................................9
1.3.3. Ứng dụng của lycopen............................................................................11
1.3.4. Nguồn cung lycopen...............................................................................12
1.4. Kỹ thuật lọc màng .........................................................................................14
1.4.1. Bản chất kỹ thuật lọc màng ....................................................................14
1.4.2. Ưu và nhược điểm của công nghệ lọc màng ..........................................16
1.4.2.1. Ưu điểm ...........................................................................................16


viii
1.4.2.2. Nhược điểm .....................................................................................17

1.4.3. Ứng dụng kỹ thuật lọc màng ..................................................................17
1.4.4. Động học của q trình lọc màng ..........................................................21
1.4.4.1. Mơ hình tập trung nồng độ ..............................................................21
1.4.4.2. Mơ hình Hermia ..............................................................................23
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................28
2.1. Mục tiêu đề tài ...............................................................................................28
2.2. Nội dung nghiên cứu .....................................................................................28
2.3. Nguyên liệu ...................................................................................................30
2.4. Thiết bị lọc ....................................................................................................30
2.4.1. Thiết bị membrane mô hình dead-end ...................................................30
2.4.2. Thiết bị membrane mơ hình cross-flow .................................................31
2.4.3. Màng lọc .................................................................................................33
2.5. Thiết bị sấy phun ...........................................................................................34
2.6. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................34
2.6.1. Khảo sát thành phần hóa học của nước dưa hấu ....................................34
2.6.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng lycopen trong nước
ép dưa hấu ..............................................................................................................35
2.6.3. Khảo sát quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu bằng kỹ thuật
UF ..........................................................................................................................35
2.6.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên quá trình làm giàu lycopen
trong nước dưa hấu bằng kỹ thuật UF ...............................................................35
2.6.3.2. Nghiên cứu quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu theo mơ
hình vận hành hồi lưu tồn phần dịng khơng qua màng...................................36


ix
2.6.3.3. Mơ hình hóa q trình làm giàu lycopen trong nước ép dưa hấu
bằng kỹ thuật UF ...............................................................................................37
2.6.4. Nghiên cứu quá trình sấy phun nước ép dưa hấu giàu lycopen .............37
2.6.5. Các phương pháp phân tích ....................................................................38

2.6.6. Cơng thức tính tốn ................................................................................39
2.6.6.1. Mơ hình động học mơ tả sự biến đổi của lycopen theo nhiệt độ ....39
2.6.6.2. Các thông số đánh giá quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa
hấu bằng kỹ thuật UF ........................................................................................40
2.6.6.3. Mơ hình hóa q trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu bằng
kỹ thuật UF ........................................................................................................40
2.6.6.4. Hiệu suất thu hồi lycopen trong quá trình sấy phun .......................41
2.7. Phương pháp xử lí số liệu ..............................................................................41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..............................................................43
3.1. Thành phần hóa học của nước ép dưa hấu ....................................................43
3.2. Độ bền nhiệt của lycopen từ dưa hấu ............................................................43
3.3. Nghiên cứu làm giàu lycopen từ nước ép dưa hấu bằng kỹ thuật siêu lọc ...47
3.3.1. Ảnh hưởng áp suất đến quá trình siêu lọc nước ép dưa hấu theo mơ hình
dead-end.................................................................................................................47
3.3.1.1. Thơng lượng dịng qua màng ..........................................................47
3.3.1.1. Độ phân riêng ..................................................................................48
3.3.2. Làm giàu lycopen trong nước ép dưa hấu theo mơ hình cross-flow và
hồn lưu tồn phần dịng khơng qua màng ............................................................50
3.3.2.1. Sự thay đổi thơng lượng dịng qua màng ........................................50
3.3.2.2. Khả năng tách các thành phần trong nước ép dưa hấu....................53
3.3.3. Mơ hình hóa q trình làm giàu lycopen bằng kỹ thuật siêu lọc ...........56


x
3.4. Nghiên cứu quá trình sấy phun nước ép dưa hấu giàu lycopen ....................58
3.4.1. Độ ẩm và khả năng hòa tan ....................................................................59
3.4.2. Hàm lượng lycopen, carbohydrate và tro ...............................................61
3.4.3. Màu sắc ..................................................................................................63
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................66
4.1. Kết luận .........................................................................................................66

4.2. Kiến nghị .......................................................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................68
PHỤ LỤC .................................................................................................................81


xi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Da

: Dalton

ED

: Electrodialysis – Điện phân

FAOSTAT : Cơ sở dữ liệu của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp
MD

: Maltodextrin

MF

: Microfiltration - Vi lọc

MWCO

: Molecular weight cut off – Khối lượng phân tử được giữ lại trên màng

NF


: Nanofiltration - Lọc nano

PV

: Pervaporation – Thẩm thấu hơi qua màng

UF

: Ultrafiltation - Siêu lọc

RO

: Reverse osmosis - Thẩm thấu ngược

TS

: Total sugar – Tổng đường

TSS

: Total dissolve solute – Tổng chất khơ hịa tan

VRF

: Volume reduced factor – Hệ số cô đặc


xii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử các đồng phân của lycopen .............................................8
Hình 1.3. Các sản phẩm chứa lycopen trên thị trường .............................................11
Hình 1.4. Cơ chế tắc nghẽn theo mơ hình Hermia trong q trình lọc màng ..........24
Hình 2.1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu.......................................................................29
Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị màng lọc dead-end ..........................................31
Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị màng lọc cross – flow .....................................31
Hình 2.4. Mơ hình hồi lưu tồn phần dịng khơng qua lọc ......................................33
Hình 3.1. Tỉ lệ thay đổi hàm lượng lycopen theo thời gian dưới tác động của nhiệt
.......................................................................................................................................45
Hình 3.2. Thơng lượng dịng qua màng theo hệ số cơ đặc trong siêu lọc nước dưa
hấu .................................................................................................................................47
Hình 3.3. Độ phân riêng của lycopen, TS và khoáng theo áp suất vận hành ...........48
Hình 3.4. Thơng lượng dịng qua màng theo hệ số cơ đặc trong làm giàu lycopen.50
Hình 3.5. TSS theo hệ số cơ đặc trong làm giàu lycopen ........................................53
Hình 3.6. Tỉ lệ lycopen/TSS theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen ..................54
Hình 3.7. Tỉ lệ TS/TSS theo hệ số cơ đặc trong làm giàu lycopen ..........................54
Hình 3.8. Tỉ lệ tro/TSS theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen ..........................55
Hình 3.9. Thơng lượng dịng qua màng và VCF theo thời gian tại 6 bar. ...............56
Hình 3.10. Hàm lượng các thành phần trong dòng retentate theo thời gian tại 6 bar
.......................................................................................................................................57
Hình 3.11. Hiệu suất thu hồi lycopen trong sấy phun bột dưa hấu giàu lycopen ....61
Hình 3.12. Hàm lượng lycopen trong bột dưa hấu giàu lycopen .............................62
Hình 3.13. Bột dưa hấu giàu lycopen sấy phun ở các điều kiện khác nhau .............65


xiii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.2. Các tính chất vật lý của lycopen ................................................................9

Bảng 1.5. Phương trình mơ hình Hermia .................................................................25
Bảng 2.1. Thông số thiết bị màng lọc dead-end HP4750.........................................30
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của thiết bị membrane Labstak M20 .........................32
Bảng 2.3. Thông số màng UF ETNA01PP ..............................................................33
Bảng 2.4. Thông số cơ bản của thiết bị sấy phun MOBILE MINOR ......................34
Bảng 2.5. Thơng số cơng nghệ khảo sát q trình sấy phun nước ép dưa hấu giàu
lycopen...........................................................................................................................37
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của nước ép dưa hấu ...............................................43
Bảng 3.2. Thông số mơ hình động học sự biến đổi nhiệt của lycopen ....................46
Bảng 3.3. Thơng số mơ hình Hermia và tập trung nồng độ trong làm giàu lycopen
.......................................................................................................................................52
Bảng 3.4. Tính chất của nước ép dưa hấu trước và sau quá trình làm giàu lycopen
bằng kỹ thuật UF ...........................................................................................................58
Bảng 3.5. Độ ẩm và các chỉ số hòa tan của bột dưa hấu giàu lycopen ....................59
Bảng 3.6. Hàm lượng carbohydrate và tro trong bột dưa hấu giàu lycopen ............63
Bảng 3.7. Chỉ số màu sắc của bột dưa hấu giàu lycopen .........................................63


1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu đề tài
Lycopen được biết đến là một hợp chất sinh học có nhu cầu lớn từ người tiêu dùng,
do có khả năng chống oxy hóa cao. Bên cạnh đó, có tác dụng ngăn ngừa và làm chậm
sự phát triển của một số loại ung thư, bảo vệ sức khỏe tim mạch. Cùng với đó, lycopen
cũng được sử dụng nhiều trong các sản phẩm mỹ phẩm.
Ở nước ta hiện nay, các sản phẩm giàu lycopen trên thị trường cũng như nguyên
liệu trong sản xuất chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Hầu hết nguồn lycopen hiện này
trên thị trường là từ cà chua, một số ít là được tổng hợp bởi quá trình lên men hoặc các
phản ứng hóa học. Có nhiều dẫn chứng cho thấy dưa hấu cũng chứa một lượng

lycopen đáng kể so với các nguyên liệu khác. Tuy nhiên, tính trên khối lượng nguyên
liệu thô ban đầu, hàm lượng lycopen thấp hơn so với các nguyên liệu như cà chua, ổi
hồng. Điều này đồng nghĩa với để thu cùng một lượng lycopen, lượng nguyên liệu dưa
hấu cần xử lý là nhiều hơn, đồng thời cần nhiều xử lý để tăng hàm lượng lycopen đáp
ứng với yêu cầu sản phẩm. Bên cạnh đó, dưa hấu là loại trái cây theo mùa và có thời
gian sử dụng ngắn, chỉ từ 10 – 14 ngày. Tuy nhiên, về mặt sinh học, lycopen từ dưa
hấu thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội so với cà chua về khả năng hấp thụ, tính sinh khả
dụng (bioavailability) và độ bền nhiệt. Hiện nay, trên thế giới cũng như tại Việt Nam
sản lượng và chất lượng dưa hấu ngày càng tăng và được trồng phổ biến ở nhiều nơi.
Khoa học công nghệ tiến bộ, cũng như các công nghệ hỡ trợ trong q trình chế biến
thực phẩm đã được phát triển nhiều giúp giảm thất thốt, lãng phí, giảm chi phí đầu tư
nhưng có khả năng cải thiện chất lượng sản phẩm cao. Do đó, dưa hấu như một nguồn
lycopen giàu tiềm năng, việc khai thác và sử dụng nó sẽ cung cấp cho người dùng
nhiều sự lựa chọn. Tuy nhiên, việc tăng nồng độ lycopen từ dưa hấu là một bước cần
thiết để cải thiện khả năng ứng dụng của nó trong sản xuất và các sản phẩm.
Từ lâu, kỹ thuật siêu lọc đã là một phương pháp được ứng dụng nhiều trong cô đặc,
tinh sạch và làm giàu các hợp chất sinh học bởi nhiều ưu điểm nổi bật và khả năng ứng
dụng thực tiễn cao. Sấy phun là phương pháp được ưa chuộng nhiều trong sản xuất bột
trái cây. Giải pháp kết hợp kỹ thuật siêu lọc và sấy phun trong sản xuất bột dưa hấu


2

giàu lycopen sẽ giúp hạn chế các quá trình chế biến nhiệt trong sản xuất các sản phẩm
giàu lycopen, qua đó hạn chế sự biến đổi nhiệt của các hợp chất nhạy cảm nhiệt và vẫn
duy trì được các đặc tính cảm quan của sản phẩm. Vì vậy, đề tài tiến hành nghiên cứu
quá trình làm giàu lycopen bằng kỹ thuật siêu lọc và sấy phun bột dưa hấu giàu
lycopen.
1.2. Dưa hấu
1.2.1. Giới thiệu về dưa hấu

Dưa hấu (Citrullus lanatus, họ Cucurbitaceae) là loại trái cây có nguồn gốc từ châu
Phi, được trồng chủ yếu ở những vùng có khí hậu nhiệt đới. Dưa hấu là loại cây thân
thảo, mỗi năm dài ra từ 1,5 – 5 m, ra hoa đơn tính và thụ phấn nhờ cơn trùng. Trái to,
hình cầu hay bầu dục và có thể chứa đến 90% nước, điều này đã giúp dưa hấu trở hành
nguồn nước quan trọng ở những nơi khan hiếm nước.
Dưa hấu có vỏ cứng, là loại trái cây phổ biến và có giá trị cao trong họ bầu bí. Dưa
hấu rất đa dạng về hình dạng và màu sắc. Hình dạng chính được xem xét với mặt
phẳng cắt ngang từ cuống đến đuôi trái dưa là thuôn dài, dạng oval, dạng quả trịn, quả
vng. Màu sắc của quả dưa hấu cũng thay đổi từ màu xanh sáng đến xanh đậm, có
sọc hoặc khơng có sọc. Thịt quả có màu đỏ, đỏ hồng, màu vàng, màu cam hay màu
trắng. Hạt dưa hấu cũng khá đa dạng từ màu trắng, đen, màu nâu với kích cỡ (lớn,
trung bình, nhỏ), hiện nay cịn phổ biến các loại dưa không hạt.
Dưa hấu là loại cây trồng nhiệt đới, sinh trưởng và phát triển kéo dài trong điều
kiện thời tiết ấm áp, khô ráo và đầy đủ nắng. Nó thuộc nhóm cây ngắn ngày, có yêu
cầu cao về nhiệt độ trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển. Nhiệt độ thích hợp
cho sự phát triển của dưa hấu khoảng 25-30 oC. Dưa hấu có rễ mọc sâu, chịu úng kém
và khi bị úng dưa hấu dễ bị thối rễ dẫn đến chết cây hoặc không trổ bơng, thụ phấn và
đậu quả. Dưa hấu có thể trồng được trên nhiều loại đất, tuy nhiên đất phải thoát nước
tốt, kết cấu nhẹ, không quá phèn. Các vùng đất cát gần biển, đất phù sa ven sông là
những vùng đất lý tưởng để trồng dưa hấu.
Dưa hấu có thể được trồng quanh năm ở những vùng gần xích đạo. Ở Việt Nam các
vùng trồng dưa hấu truyền thống là Hải Hưng, Nghệ An, Quảng Nam, Long An, Tiền


3
Giang… hàng năm cung cấp một sản lượng dưa hấu lớn cho người tiêu dùng nội địa
và xuất khẩu. Tùy vào điều kiện thời tiết của từng vùng mà mùa trồng của nước ta sẽ
khác nhau:
- Vụ sớm (dưa Noel): gieo trồng vào tháng 10 dương lịch và thu hoạch vào dịp
Noel. Mùa này dưa trồng trên đất nhẹ, thoát nước tốt và ở những vùng mưa dứt

sớm tuy nhiên năng suất ít hơn vụ chính do ảnh hưởng của mưa đầu vụ.
- Vụ chính (dưa Tết): gieo trồng tháng 11 dương lịch và thu hoạch vào Tết
Nguyên Đán. Mùa này ở những đồng bằng dưa sinh trưởng thuận lợi vì thời tiết
mát mẻ và khơ ráo, năng suất cao.
- Vụ hè: gieo trồng từ tháng 2 đến tháng 5 dương lịch, chủ yếu trên đất ruộng sau
vụ lúa ở vùng An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp, các tỉnh duyên hải miền Trung
và Cao Nguyên. Trái dưa hấu sinh trưởng tốt, năng suất cao nhờ thời tiết khô ráo.
Hiện nay, ở nước ta có nhiều giống dưa hấu khác nhau như Đình Cao (Hải Hưng),
dưa Hường (Huế), dưa Gị Cơng (Tiền Giang)… Tuy nhiên để phục vụ xuất khẩu, các
giống được sử dụng phổ biến là: Sugar baby, Hắc Mỹ Nhân, An Tiêm, Hồng Lương,
Mặt Trời Đỏ, các giống dưa hấu ruột vàng, vàng nghệ, giống dưa hấu vỏ vàng, ruột đỏ.
1.2.2. Thành phần dinh dưỡng
Dưa hấu được cấu thành bởi 3 phần chính: thịt quả chiếm 68% tổng trọng lượng, vỏ
khoảng 30% và 2% là hạt [1]. Trong dưa hấu, chứa 91% là nước và 7,5% là
carbohydrate. Carbohydrate trong dưa hấu chủ yếu là các loại đường đơn như glucose,
fructose, saccharose và một lượng nhỏ chất xơ. Bên cạnh đó, dưa hấu chứa một lượng
nhỏ protein; chất khoáng như calcium, phospho, sắt; các vitamin như thiamin B1,
riboflavin B2, niaxin B3, axit ascorbic C,… và hàm lượng chất béo là rất thấp.
Dưa hấu được coi là một loại thực phẩm ít năng lượng, có rất ít chất béo và natri,
hầu như không chứa cholesterol mà giá trị dinh dưỡng cao do chứa nhiều dưỡng chất.
Nó chứa một lượng lớn và đa dạng các vitamin (như B1, B6, C, E,…); khoáng chất (K,
P, Ca, Fe và Mg); axit amin (arginine và citrulline, glutamic axit, leucine,…) [3–5].
Dưa hấu là một thực phẩm giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học cao như các hợp
chất phenolic, citrulline, flavonoids [6,7]. Cùng với đó, dưa hấu là nguồn dồi dào các


4
sắc tố sinh học thuộc nhóm carotenoid như lycopen, β-carotene… Trong đó β-carotene
– tiền chất của vitamin A, là một trong những vitamin có vai trò quan trọng đối với sức
khỏe, giúp điều trị các bệnh tiêu hóa, các vấn đề về da và ngăn ngừa bệnh tiểu đường,

ung thư. Dưa hấu còn chứa nhiều enzyme superoxide dismutase có khả năng chống
oxy hóa, giúp tế bào cơ thể phát triển tốt, giảm căng thẳng.
Bảng 1. Thành phần dinh dưỡng của ruột và vỏ dưa hấu đỏ
Đơn vị

Ruột dưa hấu

Vỏ dưa hấu

Ẩm

%

91,45

93,65

Năng lượng

%

30,00

24,17

Carbohydrates

%

7,55


5,22

Protein

%

0,61

0,53

Chất béo

%

0,15

0,13

Tro

%

0,25

0,23

Đường

%


6,20

Chất xơ

%

0,40

0,23

Niacin (B3)

mg/100g

0,178

4,25

Pyridoxine (B6)

mg/100g

0,045

5,34

Thiamin (B1)

mg/100g


0,033

1,23

Vitamin A

mg/100g

381,23

52,13

Vitamin C

mg/100g

8,10

8,46

Natri

mg/100g

1,00

12,65

Kali


mg/100g

112,00

1,37

Canxi

mg/100g

7,00

29,15

Đồng

µg/100g

42,00

0,45

Sắt

mg/100g

0,24

1,29


Magie

mg/100g

10,00

1,48

Mangan

mg/100g

0,038

1,42

Kẽm

mg/100g

0,10

1,29

Thành phần

Vitamin

Khoáng


Ng̀n: USDA & H. Abu-Hiamed (2017)[7]


5
Vì vậy, khi sử dụng thường xuyên trong chế độ ăn uống dưa hấu sẽ mang lại những
tác động tích cực đến sức khỏe. Có thể thấy, nó là loại trái cây cung cấp nhiều hợp
chất kháng oxy hóa, ngăn ngừa và hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư và cải
thiện sức khỏe cho mắt, hệ tiêu hóa, các chức năng của hệ thần kinh, tim mạch, giảm
huyết áp, hạn chế và giảm viêm,…[10,11].
Vỏ dưa hấu là nguồn giàu amino axit và đặc biệt là citrulline. Citrulline khi đưa vào
cơ thể người được chuyển hóa thành arginine là axit amin có lợi cho tim mạch, hệ tuần
hoàn và miễn dịch. Vỏ dưa hấu cũng chứa nhiều hợp chất alkaloit có tác dụng giải
nhiệt, ngăn chặn sự tích tụ của cholesterol ở thành mạch máu, có tác dụng chống xơ
vữa động mạnh, giúp kháng viêm, giảm đau, chống co thắt và kháng khuẩn, hỗ trợ
trong điều trị các bệnh về gan và thận [11].
Hạt dưa hấu có hàm lượng dầu cao (hơn 40%), trong đó có nhiều axit béo thiết yếu
nằm trong nhóm các axit béo không bảo hòa (gần 80%, bao gồm omega 3, 6, 9) giúp
làm giảm cholesterol và tryglyceride trong máu, giảm LDL cholesterol và giảm nguy
cơ tắc nghẽn mạch vành, đột quỵ,…[13],[14]. Trong thành phần axit amin của hạt dưa
hấu chứa nhiều leucine, các axit amin thiết yếu chiếm 34,6 g/16g nitơ, do đó hạt dưa
hấu được khuyến cáo dùng như thực phẩm bổ sung dinh dưỡng cũng như protein cho
con người [14].
1.2.3. Thực trạng dưa hấu tại Việt Nam
Theo FAOSTAT, năm 2020, Việt Nam đứng thứ 13 trong các nước sản xuất dưa
hấu với tổng sản lượng khoảng 1,5 triệu tấn/năm, và diện tích canh tác là 63.948 hecta.
Trong đó, các tỉnh phía Bắc chiếm khoảng 25%, diện tích tập trung chủ yếu tại Hải
Dương, Bắc Giang, Nghệ An, Hịa Bình. Các tỉnh Duyên hải Nam Trung Bộ có
khoảng 16 nghìn ha (25%), diện tích tập trung chủ yếu tại Quảng Nam, Quảng Ngãi,
Bình Định, Gia Lai, Lâm Đồng. Các tỉnh miền Nam chiếm khoảng 50%, diện tích tập

trung chủ yếu tại Long An, Tiền Giang, Hậu Giang, Cần Thơ.
Ở Việt Nam, hiện nay dưa hấu được trồng khá nhiều với sản lượng lớn và ngày
càng tăng, theo Bộ Công Thương, dưa hấu là loại nông sản ngắn ngày, dễ chuyển đổi
diện tích, nên thường được trồng tăng vụ xem kẽ với các loại nông sản khác, do đó


6
không xây dựng được quy hoạch vùng trồng và sản lượng dưa hấu thường không ổn
định. Dưa hấu được sản xuất ra chủ yếu phục vụ mục đích xuất khẩu qua Trung Quốc
theo con đường tiểu ngạch thông qua các thương lái. Nông dân trồng dưa hấu theo xu
hướng tự phát, theo phong trào, dù chưa xác định được nhu cầu thị trường cũng như
chất lượng sản phẩm, do đó đến nay vẫn chưa kiểm soát và quản lý tốt được về sản
lượng và chất lượng của dưa hấu đầu ra. Đây là nguyên nhân chính khiến dưa hấu
thường xuyên rơi vào cảnh được mùa mất giá, cần phải giải cứu. Về thói quen giao
dịch hiện nay cho thấy, khi đến mùa vụ, thương nhân Việt Nam thường gom dưa hấu
từ các nông dân và đưa về các của khẩu sau đó tìm khách hàng Trung Quốc bán lại.
Cùng với đó, hiện nay vẫn chưa có giải pháp để bảo quản dưa hấu phù hợp nên hầu hết
lượng dưa hấu sản xuất được đều hướng đến tiêu dùng tươi từ đó dẫn đến tình trạng
bán ào ạt khi vào vụ mùa; vì vậy giá bán dưa hấu thường thấp hơn so với giá trị thực tế
của nó. Thậm chí trong một số thời điểm, dưa hấu Việt Nam thường bị ách tắc và đổ
bỏ khá nhiều do lượng tiêu thụ từ các thị trường xuất khẩu giảm mạnh và bất ngờ.

Hình 1. Sơ đồ chuỗi cung ứng xuất khẩu dưa hấu sang Trung Quốc
Ở những vùng khác nhau trên thế giới, dưa hấu được sử dụng theo những cách khác
nhau nhưng được bán phổ biến nhất dưới dạng fresh-cut, và được sử dụng làm món
tráng miệng sau bữa ăn, làm salad, nước ép, kem, thạch trái cây và dùng chung với
một số loại rượu. Tại miền Nam nước Nga, nước ép dưa hấu có thể được sử dụng cho
sản xuất bia hoặc cô đặc làm siro. Ở nước ta, dưa hấu thường được ăn tươi hoặc ép lấy
nước. Mà trong nhiều điều kiện bảo quản khác nhau thì dưa hấu cũng khơng thể bảo
quản được hơn một tháng vì dưa hấu có pH cao và hàm lượng đường đáng kể, do đó

dễ dàng thúc đẩy các quá trình hư hỏng [15]. Điều này cũng tương tự với nhiều trái


7
cây và rau quả được sản xuất trên thế giới bị hư hỏng do các biến đổi sau thu hoạch. Vì
thế, thường xuyên xảy ra tình trạng lượng dưa hấu sản xuất ra không được tiêu thụ kịp
thời gây thiệt hại về kinh tế và ảnh hưởng lớn đến môi trường. Do đó, nhằm kéo dài
thời gian bảo quản và có thể sử dụng quanh năm, ngày nay dưa hấu được chế biến
thành nhiều sản phẩm thương mại khác nhau. Các sản phẩm phổ biến hiện nay bao
gồm: bột hòa tan, nước trái cây, sinh tố, mứt, kẹo, nước sốt, thạch…
Bên cạnh thực phẩm, dưa hấu cũng được sử dụng nhiều trong sản xuất các sản
phẩm mỹ phẩm. Các sản phẩm mỹ phẩm từ dưa hấu giúp cải thiện và bảo vệ làn da,
giữ ẩm, ngăn ngừa khô da, hạn chế lão hóa… Trên thế giới, hạt dưa hấu được dùng
làm thức ăn nhẹ hoặc dùng để khai thác dầu ở một số nước. Trong nước hiện nay, hạt
dưa hấu còn được dùng trong sản xuất bánh kẹo. Với hàm lượng dầu cao, dầu hạt dưa
hấu còn được ứng dụng trong cơng nghiệp sản xuất xà phịng, mỹ phẩm [16].
Nhìn chung, có thể thấy hiện nay các sản phẩm được phát triển từ dưa hấu trên thị
trường trong và ngoài nước đã và đang được phát triển. Tuy nhiên, các sản phẩm này
chưa có giá trị gia tăng cao và chưa khai thác hết hiệu quả, tiềm năng từ dưa hấu. Do
đó, việc phát triển các công nghệ giúp hướng đa dạng hóa, và tập trung gia tăng giá trị
thành phẩm sẽ giúp chủ động hơn trong sản xuất, tăng giá trị kinh tế từ đó mang lại lợi
ích kinh tế và thu nhập tăng thêm cho người nông dân khi đầu tư trồng dưa hấu là rất
cần thiết.
1.3. Lycopen
1.3.1. Giới thiệu về lycopen
Lycopen là một sắc tố carotenoid tự nhiên màu đỏ tươi, cơng thức hóa học C40H56.
Lycopen là một carotenoid tetrapenic và có chứa 11 liên kết đơi liên hợp thẳng và 2
liên kết đôi không liên hợp [17]. Tuy nhiên, lycopen không phải là tiền chất của
vitamin A, vì thiếu vịng ion β tận cùng được tìm thấy trong cấu trúc cơ bản của
vitamin A. Lycopen tạo nên màu đỏ cho một số loại trái cây và rau củ như cà chua,

bưởi hồng, nho đỏ, dưa hấu và ổi đỏ. Trong thực vật, lycopen là một sản phẩm trung
gian của q trình sản xuất xanthophylls; ß-cryptoxanthin, zeaxanthin, leutin, …


8
Lycopen là một hợp chất ưa béo có đặc điểm kỵ nước do cấu trúc mạch hở và 11
liên kết đơi liên hợp thẳng nên khơng hịa tan trong nước, hầu như khơng hịa tan trong
các dung mơi phân cực methanol và ethanol. Nó hịa tan trong các dung mơi hữu cơ
như cacbon disunfua, ete etylic, ete dầu mỏ, cloroform, và benzen [18]. Tính chất vật
lý và cấu trúc phân tử của lycopen lần lượt được trình bày trong Hình 1.2 và Bảng 1.2.

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử các đồng phân của lycopen
Các tinh thể lycopen có màu đỏ rực được tìm thấy ở dạng các hạt cầu nhỏ lơ lửng
trong các loại trái cây, rau củ [19]. Ở cấp độ tế bào, lycopen nằm bên trong màng
thylakoid dưới dạng phức hợp protein-lycopen do bản chất ưa béo của nó. Nó gồm 2
dạng đồng phân là cis và trans. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng lycopen trong tự nhiên
được tìm thấy ở dạng all-trans, dạng ổn định nhiệt nhất, nó được biến đổi từ lycopen
có cấu hình cis do hoạt động của enzyme carotenoid isomerase. Cũng như các
carotenoit khác, các liên kết đôi trong lycopen có thể trải qua q trình đồng phân hóa
từ đồng phân trans thành các đông phân mono hoặc poly-cis dưới tác động của nhiệt
độ cao, ánh sáng, oxy, axit, chất xúc tác và các ion kim loại. Cấu trúc lycopen khá dễ
bị biến đổi trong các quá trình xử lý nhiệt và oxy hóa. Khi lycopen bị oxy hóa, hình
thành nên nhiều sản phẩm oxy hóa khác nhau như acetone, methylheptone, laevulinic


9
aldehyde, làm thay đổi màu và sinh ra mùi khó chịu (mùi cỏ), đây là quá trình bất
thuận nghịch [20]. Trong số các cấu hình khác nhau, dạng 5-cis ổn định hơn với khả
năng chống oxy hóa mạnh so với dạng all-trans, 7-cis, 9-cis, 11-cis, 13-cis và 15-cis
[21], [22]. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng huyết thanh máu người chứa cả

lycopen dạng đồng phân cis và trans [23]. Các đồng phân dạng cis có tính chất hóa lý
khác hẳn so với dạng trans, như: điểm nóng chảy thấp hơn, độ hấp phụ riêng thấp hơn.
Mặc dù có độ ổn định thấp hơn, các đồng phân cis ít có khả năng gắn kết và kết tinh vì
vậy có khả năng hịa tan tốt hơn trong mơi trường béo. Do đó, đồng phân cis có hoạt
tính sinh học và khả năng hấp thụ lớn hơn.
Bảng 1.2. Các tính chất vật lý của lycopen
Tính chất

Đặc tính

Cơng thức phân tử

C40H56

Khối lượng phân tử

536,85 Da

Nhiệt độ nóng chảy

172 – 175 oC

Dạng tinh thể

Dài kim đỏ tách từ hỗn hợp carbon disulfide và ethanol

Dạng bột

Nâu đỏ sẫm


Khả năng hòa tan

Tan

trong

chloroform,

hexane,

benzene,

carbon

disulfide, acetone, petroleum ether và dầu.
Khơng tan trong nước, ethanol và methanol
Tính ổn định

Nhạy cảm với ánh sáng, oxy, nhiệt độ cao, axit, các xúc
tác và ion kim loại

1.3.2. Chức năng của lycopen
Lycopen không phải là một chất dinh dưỡng thiết yếu đối với con người, tuy nhiên
nó là một dưỡng chất quan trọng nên được bổ sung trong chế độ dinh dưỡng do có
hoạt tính sinh học và khả năng miễn dịch cao. Sự hiện diện của số lượng lớn các liên