i
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu, Ban Chủ
nhiệm khoa, và quy thầy cô giảng viên khoa Công nghệ Thực phẩm trường
Đại học Nha Trang đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, cung cấp cho tôi
những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong suốt thời gian học tập tại trường,
giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình đào tạo Cử nhân ngành Công nghệ Thực
phẩm.
Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm bộ môn
Hóa đã tạo điều kiện tốt nhất về dụng cụ và trang thiết bị trong quá trình thực
hiện đồ án tốt nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Hoàng Quyên đã quan
tâm hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình về mặt kiến thức và tài liệu nghiên cứu
trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến
TS. Hoàng Thị Huệ An đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp đỡ tôi
trong việc nâng cao kiến thức, rèn luyện kỹ năng thực nghiệm và tạo mọi điều
kiện về trang thiết bị, vật tư cho tôi tiến hành nghiên cứu.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp
cho tôi nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt
nghiệp này. Nha Trang, tháng 7 năm 2012
Sinh viên
VÕ THỊ THIẾT
2.1. Đối tượng nghiên cứu 51
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 51
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị 51
iii
2.2. Phương pháp nghiên cứu 52
2.2.1. Xác định một số thành phần hóa học của cánh hoa cúc vạn thọ 52
2.2.2. Quy trình dự kiến sản xuất lutein ester từ hoa cúc vạn thọ. 53
2.2.3. Xác định điều kiện thích hợp chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ 56
2.2.4. Thử nghiệm quy trình chiết – Đánh giá hiệu suất chiết 59
2.2.5. Tinh chế và đánh giá chất lượng sản phẩm 59
2.2.6. Nghiên cứu phương pháp bảo quản dịch chiết lutein ester 59
2.2.7. Xử lý số liệu 61
PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62
3.1. Một số thành phần hóa học của hoa cúc vạn thọ 62
3.2. Xây dựng quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ 63
3.2.1. Chọn dung môi chiết 63
3.2.2. Chọn tỷ lệ dung môi:nguyên liệu 64
3.2.3. Chọn thời gian chiết và số lần chiết 65
3.3. Hoàn thiện quy trình chiết sản xuất chất màu lutein ester 67
3.3.1. Hoàn thiện quy trình chiết sản xuất chất màu lutein ester ………………….67
3.3.2. Kết quả thử nghiệm quy trình - Đánh giá chất lượng sản phẩm 71
3.4. Kết quả khảo sát độ bền màu của lutein ester 73
KẾT LUẬN 76
Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78
PHỤ LỤC A
Water
Nước
TB
Average
Trung bình
TL
Weight
Trọng lượng
UV-Vis
Ultraviolet-Visible
Tử ngoại-khả kiến
v/v
Volume/volume
Thể tích / thể tích
v/w
Volume/weight
Thể tích/khối lượng
w/v
Weight/volume
Khối lượng/thể tích
v
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lƣợng β-caroten, lutein, lycopen trong một số thực vật 41
Bảng 2.1. Danh mục hóa chất sử dụng trong đề tài 51
Bảng 3.1. Một vài thành hóa phần hóa học cơ bản của hoa cúc 62
Bảng 3.2. Kết quả thử nghiệm quy trình sản xuất lutein ester 71
Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lƣợng carotenoid trong sản phẩm … 72
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần ngâm chiết 67
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu lutein ester 70
Hình 3.6. Sản phẩm lutein ester tinh chế 72
Hình 3.7. Độ bền màu của lutein ester không bổ sung 0,1% BHT(w/v) 73
Hình 3.8. Độ bền màu của lutein ester khi bổ sung 0,1 % BHT (w/v) 74
Hình 3.9. Mẫu dịch chiết không bổ sung BHT khi bảo quản 75
Hình 3.10. Mẫu dịch chiết bổ sung BHT sau khi bảo quản 75
28
MỞ ĐẦU
Hiện nay, nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi đáp ứng cao hơn trong
vấn đề sức khỏe, ăn uống và chăm sóc sắc đẹp.
Chính vì vậy, lutein - một sắc tố carotenoid màu vàng-vàng cam có
nguồn gốc tự nhiên – hiện đang được quan tâm ứng dụng trong lĩnh vực công
nghiệp chất màu thực phẩm nhằm thay thế cho một số chất màu tổng hợp
màu vàng có nguy cơ gây bệnh ung thư cho con người (như Tartrazine,
Sudan, Yellow Suset,…). Ngoài khả năng tạo màu, lutein còn có tác dụng
chống tia cực tím, do đó giúp bảo vệ tránh tổn thương tế bào da, viêm da, ung
thư da, chống lão hóa nên lutein cũng được quan tâm ứng dụng trong công
nghiệp mỹ phẩm. Lutein cũng có trong thành phần của các loại dược phẩm bổ
sung nhằm hỗ trợ điều trị và phòng chống suy thoái võng mạc do tuổi già, hỗ
trợ ngăn ngừa bệnh thoái hóa điểm vàng, đục thủy tinh thể, giúp cải thiện thị
lực đối với những người làm việc nhiều với máy tính hay tiếp xúc nhiều với
ánh sáng cường độ cao (thợ hàn), … [6]
Kết quả khảo sát cho thấy cánh hoa cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes
erecta L.) là nguồn nguyên liệu lutein tự nhiên lý tưởng cho việc thu nhận
lutein ester do chứa hàm lượng carotenoid khá cao (khoảng 1,6% trọng lượng
Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Xác định điều kiện thích hợp để chiết lutein ester từ bột hoa CVT bằng
phương pháp ngâm chiết sử dụng hệ dung môi hexan-etanol.
- Thử nghiệm quy trình chiết - Đánh giá hiệu suất chiết
- Tinh chế sản phẩm. Đánh giá độ bền màu của sản phẩm trong quá trình
bảo quản.
30
Những kết quả nghiên cứu của đề tài này có thể xem là cơ sở ban đầu
để sản xuất chất màu lutein ester ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ
phẩm.
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó
khăn về điều kiện thực nghiệm nên mặc dù rất cố gắng đề tài này không tránh
khỏi những thiếu sót.
Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô, cũng như sự góp ý từ các
bạn sinh viên để đề tài này có thể được hoàn thiện hơn.
Chất màu vô cơ
Chất màu vô cơ được sản xuất rất nhiều, tuy nhiên trong thực phẩm chỉ
cho phép sử dụng CuSO4 để giữ màu cho hoa quả. Phần lớn các chất màuvô cơ
có tính độc nên cần phải thận trọng khi dùng trong thực phẩm.
32
Chất màu tổng hợp
Các phẩm màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng hợp hoá học như:
Tatrazin, Azorubin, Amaran, xanh lục sáng BS,
Tất cả các chất màu tổng hợp đều độc đối với con người nên khi sử dụng
phải tuân theo sự chỉ dẫn trong tài liệu kỹ thuật.
Chất màu có dấu ấn tự nhiên
Các chất được tổng hợp gần giống như các chất màu tự nhiên
Chất màu tự nhiên
Các chất màu được chiết xuất ra hoặc được chế biến từ các nguyên liệu hữu
cơ (thực vật, động vật) sẵn có trong tự nhiên như: sắc tố clorofin, sắc tố antoxian,
sắc tố carotenoid, riboflavin, axit cacminic, caramel, polyphenol,….
Tất cả các chất màu tự nhiên đều không độc, tạo ra màu rất đẹp cho thực
phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng.
Một số chất màu tự nhiên còn có tác dụng tốt đối với sức khỏe (như có khả năng
chống oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của cơ thể,…). Do vậy, người tiêu dùng
ngày càng có xu hướng ưa chuộng những loại thực phẩm dùng chất màu tự nhiên.
[24]
1.1.3. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm
Về nguyên tắc, bổ sung chất màu nhằm phục hồi màu vốn có của một
số thực phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến. Không được dùng chất màu
để che đậy khuyết điểm của thực phẩm hoặc để người tiêu dùng nhầm lẫn về
sự có mặt không thực của một vài thành phần chất lượng trong thực phẩm.
Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản
phẩm thực phẩm nào đó chúng ta cần quan tâm các yếu tố sau:
34
Cây hoa CVT sinh trưởng nhanh, tốt trong điều kiện ánh sáng đầy đủ.
Cây chịu nóng tốt. Cây dễ trồng bằng cách tách bụi hay gieo hạt. CVT rất dễ
trồng, trồng bằng cây con từ hạt hoặc nhân giống bằng chồi, ngọn cây trồng
bằng chồi mầm thường nhỏ, không cao và mau ra hoa.
Cây CVT không kén đất trồng, thích hợp nhất là đấtt thịt nhẹ, nhưng
nếu là đất cát pha, đất sét pha, đất có lẫn sỏi đá,… cây hoa này vẫn sống
được. Điều đòi hỏi là đất phải cao ráo, đủ ẩm và không úng thuỷ. Đất nhiễm
phèn và nhiễm mặn cũng không trồng được CVT. [27]
1.2.3. Phân loại cúc vạn thọ
Trên thế giới, CVT chia ra làm ba loài nguyên và loài lai sau đây: [14]
Loài cúc vạn thọ châu Phi
Tên khoa học là Tagetes erecta L., tiếng Anh gọi là African Marigold.
Đây thường là giống vạn thọ cây cao nhất và hoa cũng to nhất.
Loài Ánh Nguyệt (Moonlight) hoa kép to, nở tròn xoe không cồi, cao
chừng 40 cm và mọc dày khít nhau. Loài Gold-n Vanilla cao khoảng 50–70
cm, cho nhiều hoa màu sắc khác nhau lẫn lộn từ cam đến vàng, vàng kim,
vàng chanh, vàng bơ. Loài Tuổi Vàng (Golden Age), cây cao hơn 75 cm, loài
Doublon cao đến 1,50 m cho hoa rất to, có đường kính 12,5 cm [29].
Loài cúc vạn thọ Pháp
Tên khoa học là Tagetes patula, tiếng Anh gọi là French Marigold.
Loài này thường hấp dẫn hơn loài châu Phi, hoa cũng nhỏ hơn. Hoa có đủ
màu đủ kiểu, dân chúng Âu Mỹ thường trồng giống hoa đơn, một lớp cánh
hoa dài, có cồi.
Giống Oai Vệ (Majestic) cao độ 30 cm, hoa vàng đơn, cánh sọc nâu
hay sọc màu gõ đỏ, cồi vàng. Loài Janie cao chừng 20 cm hoa có ba màu
được ưa thích là vàng, đỏ lửa và vàng kim, nhưng cũng còn có màu gõ đỏ,
màu cam đậm, màu quýt tiều đỏ son, hay lẫn lộn nhiều màu Loài lùn Naughty
36
patul L.). CVT châu Phi, hoa vàng nghệ và vàng hoàng yến (Tagetes erecta
L.).
Bên cạnh việc chơi hoa, trang trí và cúng viếng, cây CVT còn được sử
dụng như một dược phẩm chữa bệnh. Lá và hoa được dùng trong điều trị các
bệnh về đường tiêu hóa, kích thích tuần hoàn máu. Hoa CVT có chứa
nhiều vitamin C, protein và flavonoid [41].
Ngoài nƣớc
CVT rất phổ biến, được trồng ở hầu hết các nước trên thế giới với
nhiều tên gọi khác nhau. Mỗi tên gọi gắn liền với vùng đất sinh ra nó như
CVT châu Phi (African Marigold), CVT Pháp (French Marigold), và nhiều
giống hoa lai khác.
Nghiên cứu tại Yamagata Prefecrural Institute of Public Health, Nhật
(Phytotherapy Research Số 16-2002) ghi nhận dịch chiết bằng metanol từ hoa
Tagetes patula có hoạt tính ức chế được các phản ứng sưng-viêm cấp tính và
kinh niên nơi chuột nhắt và chuột nhà bị sưng phù bằng γ-carrageenin [11].
Nghiên cứu tại Đại học Hamdard, Karachi, Pakistan (Archives of
Pharmacy Research Số 27‒ 2004) về tác dụng của rễ CVT Pháp trên huyết áp
ghi nhận: Dịch chiết bằng metanol từ rễ đã cho các chất citric, malic acid gây
hạ huyết áp và pyridine hydrochloride gây tăng huyết áp cùng một hợp chất
mới 2-hydroxy,5-hydroxymethylfuran [3].
Carotenoid trích từ hoa CVT được sử dụng để bổ sung vào thức ăn nuôi
cá hồi, giúp tạo màu thịt màu cam của cá [5].
Trong Công nghiệp thực phẩm, sắc tố chiết từ hoa CVT cũng được
dùng trong kỹ nghệ nuôi tôm, nghiên cứu tại Đại Học Universidad Autonoma
Metropolitana-Iztapalapa, Mexico (1996) đã so sánh tác dụng tạo màu của
dịch chiết hoa CVT và astaxanthin tổng hợp pha trộn trong thực phẩm nuôi
tôm trắng (giống Panaeus vannamei). Sau 14 ngày cho ăn, tôm nuôi bằng
37
11
12
13
14
15
15'
14'
13'
12'
11'
19 20
20'
10'
9'
8'
7'
6'
19'
3
4
18
HO
1
1
2
16
17
5
OH
2'
hợp liên kết đôi C=C. Trong phân tử carotenoid có thể có đến 15 liên kết đôi,
nhưng thường gặp từ 7–11 liên kết đôi. Nhóm mang màu có từ 7 liên kết đôi
trở lên có khả năng hấp thụ ánh sáng ở vùng thấy được và làm cho carotenoid
có màu vàng, cam, đỏ [31]. Chính vì vậy, lutein là chất có khả năng tạo màu
vàng cam nhờ chức năng sinh học của nó. Hệ thống liên kết đôi này gọi là
polyene của carotenoid. Chúng rất dễ bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng,
nhiệt độ, oxy và acid (Li et al, 2007).[16]
Chất màu tự nhiên đang có khuynh hướng thay thế dần chất màu nhân
tạo bởi những khả năng vượt trội về đặc tính sinh hóa, đảm bảo an toàn tình
trạng độc hại của chất màu tổng hợp trong thực phẩm hiện nay, đồng thời mở
39
ra nhiều hướng nghiên cứu mới về chất chống oxy hóa cho ngành công
nghiệp dược, mỹ phẩm và khả năng tạo màu trong chăn nuôi. Tình hình khai
thác và sử dụng chất màu tự nhiên ngày càng được quan tâm nghiên cứu.
Trong bài báo cáo về đánh giá hóa chất và kỹ thuật (CTA) của tổ chức
lương thực và thực phẩm (FAO) năm 2004 (Dự thảo lần đầu tiên do Richard
Cantrill chuẩn bị) đã đưa ra phương pháp tách chiết lutein trong dầu nhựa của
cánh hoa CVT bằng dung môi hữu cơ và sử dụng nó như một chất phụ gia bổ
sung chất màu vàng tự nhiên vào trong thực phẩm. [7]
Nhờ đặc tính sinh học có khả năng tạo màu và tan trong hầu hết các
chất béo, trong nghiên cứu lutein được sử dụng bổ sung vào thức ăn chăn nuôi
tạo màu vàng cho da, chân và làm tăng lớp lòng đỏ trứng gà công nghiệp. [4],
[5], [8], [24]
Theo PGS-TS Lã Văn Kính, Viện phó Viện Khoa học Kỹ thuật Nông
nghiệp miền Nam, cho biết những chất tạo màu được phép sử dụng để sản
xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay được chiết xuất từ hoa CVT nên khó có khả
năng ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng.
Khả năng chống oxy hóa
Kiểu đặc trưng của các liên kết đơn và đôi xen kẽ trong khung phân tử,
sự quan tâm đến khả năng tạo màu của nó trong thực phẩm.
41
Bảng 1. Hàm lƣợng β-caroten, lutein, lycopen trong một số thực vật [30]
Mẫu
% các chất carotenoid
Mẫu
% các chất carotenoid
β-
caroten
lutein
lycopen
β-
caroten
lutein
lycopen
Xoài
50,41
-
-
Lá đu đủ
57,06
11,86
-
Cà chua
20,57
18,83
22,48
Lá đỗ
tương
-
11,44
-
Hoa điệp
17,05
1,85
3,36
Lá rau má
12,47
22,19
-
Rau dền
cơm
50,69
24,66
3,07
Lá rau dệu
52,92
12,50
-
Rau dền
tía
Lá mướp
đắng
24,64
6,82
-
Lá hành
20,82
33,33
-
Lá đinh
lăng
18,38
50,76
-
Rau đay
19,54
28,99
-
Lá rau sam
55,31
12,78
-
Lá mã đề
49,40
12,10
-
Thịt múi
mít
), acid stearic (C
18
H
36
O
2
). Trong dịch chiết lutein ester bằng dung
môi, chiếm hơn 80% là carotenoid tổng số, trong đó, lutein chiếm 70–78%,
zeaxanthin (2–9%) và một số carotenoid khác, ngoai ra, còn tìm thấy chất sáp
(14%) và acid béo (1%) trong oleoresin chưa qua chế biến [7].
1.3.2.1. Cấu tạo phân tử của lutein ester
Lutein ester là một dẫn xuất của lutein, có một hoặc nhiều chuỗi axit
béo liên kết với lutein thông qua các nhóm hydroxyl ở hai đầu của lutein.
Trong tự nhiên, lutein tồn tại dưới dạng ester, do đó, cần phải qua bước xà
phòng hóa lutein ester để tạo lutein.
Sự phân bố các ester béo trong hoa CVT chủ yếu là lutein dipalmitate.
Ngoài ra, còn có lutein dimyristate, lutein palmitatestearate, lutein myristate
palmitate, lutein distearate và một lượng nhỏ lutein myristatestearate.[30]
Hình 1.2. Cấu tạo phân tử của lutein ester [30]
1.3.2.2. Tính chất lý-hóa của lutein ester
Tính chất vật lý
- Lutein ester cho sản phẩm ở dạng rắn màu vàng cam.
43
Với khả năng bền màu hơn lutein nhờ cấu tạo phân tử, lutein ester tạo
phụ gia ở dạng lỏng có thể bổ sung tạo màu cho các thực phẩm nướng như
bánh mì và các loại bánh nướng,…
Lutein ester tồn tại trong cánh hoa CVT, là nguồn nguyên liệu dễ tìm
và cũng là dược liệu quen thuộc với tất cả mọi người, đã được Hoa Kỳ công
nhận an toàn về sức khỏe.
Bảo vệ da, chống tia UV
Lutein có khả năng hấp thụ một cách chọn lọc năng lượng ánh sáng
xanh như tia UV gây tổn thương da như bỏng da do cháy nắng, kích thích sắc
tố đỏ nâu làm biến màu da, nặng hơn nữa là viêm da và ung thư da.[6]
1.3.3. So sánh khả năng hấp thụ của lutein và lutein ester
Lutein và lutein ester khác nhau về cấu tạo phân tử và khối lượng, dẫn
đến tính chất lý hóa cũng khác nhau, vì thế, khả năng hấp thụ của lutein và
lutein ester cũng không giống nhau. Độ hấp thụ phụ thuộc vào khoảng thời
gian bổ sung, cấu tạo phân tử, thành phần chất béo trong khẩu phần ăn và
chức năng sinh lý của độ tuổi.
- Theo nghiên cứu cho thấy sự hấp thụ lutein phụ thuộc phần lớn vào
khoảng thời gian bổ sung lutein. Tùy thuộc vào liều lượng đưa ra, để đạt được
nồng độ lutein ổn định trong huyết tương có thể mất 6‒ 8 tuần bổ sung lutein
và mất 6 tháng để tăng mật độ sắc tố quang tại điểm vàng của mắt. Do đó, sau
6 tuần có thể xác định được nồng độ lutein trong huyết thanh để so sánh khả
năng hấp thụ của lutein và lutein ester.
- Trong tự nhiên lutein tồn tại ở dạng mono hoặc diesters lutein, làm
giảm hoạt tính dược học của lutein ester, do đó, trong dược phẩm bổ sung
lutein ester: lutein theo tỷ lệ 1:1 hoặc 2:1 bằng các chế phẩm lutein ester dạng
45
viên nang cứng và lutein dạng viên nang mềm. Tỷ lệ bổ sung tính theo giả
thiết thủy phân 100% lutein với sự có mặt của các enzyme thủy phân trong
đường ruột, tuy nhiên, thực tế chỉ thủy phân 95% hàm lượng lutein ester.
nồng độ chất tan là động lực của quá trình này;
- Quá trình vận chuyển chất tan từ bề mặt vật liệu ra ngoài môi trường
dung môi, quá trình này được thực hiện bằng quá trình khuếch tán đối lưu. [34]
1.4.3. Nguyên tắc chiết xuất
Phương pháp chiết xuất là bao gồm việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và
cách chiết. Một phương pháp chiết xuất thích hợp chỉ có thể được hoạch định
một khi đã biết rõ thành phần của các chất cần li trích trong cây ra. Mỗi loại hợp
chất có độ hòa tan khác nhau trong từng loại dung môi. Vì vậy, không thể có
một phương pháp chiết xuất chung áp dụng cho tất cả hợp chất thiên nhiên.
Phương pháp cổ điển chiết xuất một hợp chất thiên nhiên là dùng một
dãy dung môi bắt đầu từ không phân cực đến phân cực mạnh để li trích, phân
đoạn các hợp chất ra khỏi hợp chất thiên nhiên. Dựa vào tính phân cực của
dung môi và của các nhóm hợp chất ta có thể dự đoán sự có mặt của các chất
trong mỗi phân đoạn li trích. [36]
1.4.4. Các phƣơng pháp chiết xuất
Chiết gián đoạn:
Theo phương pháp này ta ngâm nguyên liệu vào dung môi. Sau một
thời gian nhất định, khi giữa dung môi và nguyên liệu đạt nồng độ chất cần
thiết ở mức độ cân bằng, tiến hành đổ dung môi cũ ra, thay dung môi mới
vào. Cứ như thế cho đến khi chiết hết chất cần chiết. Phương pháp này có ưu
điểm là đơn giản, dễ thực hiện, không tốn máy móc, thiết bị cũng như chi phí
Copyright: Tài liệu đại học ©