i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô trong khoa Chế biến đã
hết lòng giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức cơ bản về lĩnh vực
công nghệ thực phẩm - là hành trang quý giá cho em vững bước vào đời.
Tôi vô cùng biết ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô phụ trách Bộ môn
Hóa, phòng thí nghiệm Hóa Cơ bản và phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Thị Huệ An đã tận tình hướng dẫn và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè tôi đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp
nhiều ý kiến quý báu, giúp tôi hoàn thiện hơn đề tài tốt nghiệp này.
Nha Trang, tháng 7 năm 2010
Sinh viên
NGUYỄN THỊ DÂU ii
1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết 17
1.4.2. Các phương pháp chiết 19
1.4.3. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên 20
Phần 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 23
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 23
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị 23
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.2.1. Xác định thành phần khối lượng của quả thanh long: 24
2.2.2. Xác một số thành phần hóa học của vỏ thanh long 24
2.2.3. Quy trình dự kiến sản xuất betacyanin từ vỏ quả thanh long 24
2.2.4. Xác định điều kiện thích hợp chiết betacyanin từ vỏ thanh long 26
2.2.5. Lựa chọn quy trình thích hợp chiết betacyanin: 30
2.2.6. Nghiên cứu phương pháp bảo quản dịch chiết betacyanin 30
2.2.7. Thử nghiệm quy trình chiết - Đánh giá chất lượng sản phẩm 32
2.2.8. Xử lý số liệu 32
Phần 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33
3.1. Thành phần khối lượng của quả thanh long 33
3.2. Một số thành phần hóa học của vỏ thanh long 34
3.3. Xây dựng quy trình chiết betacyanin từ vỏ quả thanh long 34
3.3.1. Chọn dung môi chiết 34
3.3.2 Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 35
3.3.3. Chọn thời gian chiết và số lần chiết 36
3.3.4. So sánh hiệu suất chiết của hai phương pháp 40
3.4. Kết quả khảo sát độ bền màu của dịch chiết betacyanin 42
3.4.1. Khi không bổ sung vitamin C 42
3.4.2.Khi bổ sung vitamin C 44
3.5. Hoàn thiện quy trình chiết sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh
long – Sản xuất thử nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm 45
A Absorbance Độ hấp thụ
D Dilution factor Hệ số pha loãng
H Hour giờ
H
2
O Water Nước
HPLC
(hay: LC)
High-Performance Liquid
Chromatography
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
MeCN Acetonitrile Axetonitril
Min Minute Phút
Nm Nanometer Nanomet
Ppm part per million phần triệu
R
2
Correlation coefficient Hệ số tương quan
Rpm round per minute vòng/phút
RT
Retention Time Thời gian lưu
SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn
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
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cây thanh long 9
Hình 1.2. Các loại thanh long 10
Hình 1.3. Màu sắc của các loại hoa xương rồng thay đổi theo tỷ lệ betaxanthin
và betacyanin 12
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử acid betalamic và vài betacyanin thường gặp 13
Hình 1.5. Các dạng sản phẩm chất màu betacyanin từ củ cải đường 16
Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị chiết SFE 21
Hình 1.7. Sơ đồ thiết bị chiết ASE 21
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh
long phế liệu 25
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện chiết betacyanin từ vỏ thanh long 29
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn lưa quy trình thích hợp chiết xuất betanin
từ vỏ thanh long 30
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền màu của dịch chiết betacyanin
không bổ sung vitamin C 31
Hình 3.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất chiết betacyanin 35
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết betacyanin 36
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất chiết
betacyanin từ vỏ thanh long 37
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần siêu âm 38
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào thời gian ngâm chiết 39
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần ngâm chiết 40
Hình 3.7. So sánh hiệu quả chiết của 2 phương pháp chiết 41
Hình 3.8. Độ bền màu của betacyanin khi chưa bổ sung vitamin C 43
Hình 3.9. Độ bền màu của betacyanin khi bổ sung 0,01% (w/v) vitamin C 43
nghiệp thực phẩm.
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài này là xây dựng quy trình thích hợp cho phép chiết
betanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp.
2
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho phép chiết betacyanin từ vỏ quả thanh
long.
- Khảo sát độ bền của dịch chiết thu được trong những điều kiện khác nhau.
Từ đó, đề xuất phương pháp bảo quản và khả năng ứng dụng của chất màu
betacyanin trong công nghiệp thực phẩm.
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu của tôi 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.
trình chế biến (Delgado-Vargas et al., 2000).
1.1.3. Phân loại chất màu thực phẩm
4
Chất màu thực phẩm được chia làm 3 nhóm chính: chất màu tự nhiên, chất
màu vô cơ , chất màu hữu cơ tổng hợp, chất màu tự nhiên.
1.1.3.1. Chất màu vô cơ:
Vào trước thế kỷ 20, phần lớn chất tạo màu thực phẩm đều có nguồn gốc từ
các loại khoáng vật tự nhiên độc hại.
Ví dụ: CuSO
4
dùng để tạo màu cho các loại dưa chua, phèn nhôm để tẩy trắng
bánh mì, phomát được nhuộm màu bằng phẩm màu đỏ chứa Pb hay HgSO
4
,
Tuy nhiên, cùng với việc ban hành những quy định về an toàn thực phẩm của
Hoa Kỳ năm 1960, ngành công nghiệp thực phẩm dần dần chuyển sang sử dụng các
loại chất màu hữu cơ tổng hợp.
1.1.3.2. Chất màu hữu cơ tổng hợp: là các chất màu được tổng hợp bằng
phương pháp hóa học.
Các loại chất màu hữu cơ tổng hợp được chia làm 3 nhóm:
Nhóm A: gồm các chất không mang độc tính nhưng gây ngộ độc tích lũy.
Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
Loại chất màu
Liều lượng sử dụng (mg/kg trọng lượng)
Amarant (Ký hiệu CI.16185)
Vàng mặt trời (Ký hiệu CI.15985)
Tartrazin (Ký hiệu CI.19140)
0 - 0,15
0 - 5,00
Hạt điều
Nấm rơm, loài giáp xác, cá
Cam, rau xanh
Chlorophyll Các loại rau xanh
Riboflavin Sữa
Caramel Đường saccharose
Các loại khác
- Turmeric
- Crocetin, Crocin
Cây nghệ
Cây nghệ tây
Những chất màu tự nhiên đã được con người biết đến và sử dụng từ lâu để tạo
màu cho thực phẩm. Ưu điểm của chất màu tự nhiên là tạo ra màu rất đẹp cho thực
phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng. Tuy
nhiên, so với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền và có giá thành
cao do việc thu hồi tách chiết chúng từ như các nguồn tự nhiên khá tốn kém. Do
vậy, việc sử dụng chúng hiện nay còn chưa rộng rãi lắm.
Tuy vậy, nhờ có độ an toàn cao và 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
6
cơ thể,…) nên người tiêu dùng ngày càng có xu hướng ưa chuộng những loại thực
phẩm dùng chất màu tự nhiên. Vì vậy, trong những năm gần đây, ngành công
nghiệp sản xuất chất màu tự nhiên trên thế giới đang phát triển nhanh chóng và trở
thành một trong những lĩnh vực kinh doanh đầy tiềm năng [6], [8].
1.1.4. 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
- Thân và cành đều màu xanh lục, có 3 cạnh dẹp, mép có gai nhỏ, ngắn (2 - 4
gai ở mỗi mắt thân).
- Hoa rất to, mọc đơn độc trên cành, đường kính có thể đến 30 cm, màu trắng
hay trắng ngà. Hoa có nhiều lá đài và cánh, dính với nhau tạo thành ống. Hoa có rất
nhiều nhị.
- Trái màu đỏ tươi, hồng hay vàng vàng, mọng nước, có nhiều gai mềm do
những lá hoa còn lại, đường kính khoảng 10 cm. Vỏ trái rất dễ bóc. Phần thịt màu
trắng hồng chứa nhiều hột nhỏ li ti màu đen.
1.2.3. Đặc điểm sinh trưởng
Thanh long là loại cây thuộc họ xương rồng, chịu nắng hạn, dễ trồng. Một số
địa phương trong nước cũng trồng loại cây này nhưng xem ra thanh long phù hợp
hơn cả với vùng đất Bình Thuận.
Vào độ cuối tháng 3 Âm lịch hằng năm, thanh long ra hoa, đến tháng 5, những
cây ra hoa sớm đã có quả chín và kéo dài đến cuối tháng 8.
Thanh long ra hoa đồng loạt theo từng lứa, sau khi thụ phấn sẽ hình thành trái.
Trong vòng 10 ngày đầu, trái phát triển chậm sau đó tăng rất nhanh về kích thước
và trọng lượng. Trong 2 giai đoạn 16÷18 ngày và 28÷34 ngày sau khi nở, sự gia
tăng trọng lượng và đường kính của trái rất nhanh và đặc biệt là trong giai đoạn sau
nên nông dân có tập quán giữ trái trên cây để trái có trọng lượng cao hơn. Nếu trong
giai đoạn này tưới nước nhiều quá hoặc trời mưa lớn sẽ gây hiện tượng nứt quả.
Trong khi chín độ cứng của trái giảm hẳn. Độ cứng của trái giảm rất nhanh từ ngày
thứ 16 đến ngày thứ 25 sau khi hoa nở và sau đó độ cứng tiếp tục giảm nhưng chậm
hơn.
8
Theo sự phân nhóm trái theo cường độ hô hấp thì thanh long là loại trái có
cường độ hô hấp thấp khi chín (70÷100 mg CO
2
/kg/giờ). Cường độ hô hấp của trái
cao khi trái còn xanh và giảm dần khi chín. Với đặc điểm về cường độ hô hấp trên
Bình Thuận với giống ruột đỏ nhập từ Colombia
- Selenicereus megalanthus thuộc chi Selenicereus: có ruột trắng với vỏ vàng.
10
đỏ ruột đỏ.
Thanh long nước ta được xuất khẩu sang trên 20 thị trường trong đó các thị
trường lớn là Đài Loan, Trung Quốc, Hồng Kông, Singapore, Malaysia, Thái Lan…
và một số nước châu Âu. Thị trường châu Âu dù mới thâm nhập nhưng có triển
vọng phát triển, nhất là ở các nước Hà Lan, Pháp, Đức, Anh. Để tăng và mở rộng
cũng như xâm nhập vào nhiều thị trường hơn nữa thì Việt Nam đã xây dựng dự án
GAP. Dự án thanh long GAP đang hợp tác với các hộ trồng, nhà xuất khẩu và các
cơ quan nhà nước nỗ lực đạt chứng nhận EuroGAP và xây dựng chiến lược quảng
bá để đẩy mạnh xuất khẩu cũng như củng cố thương hiệu thanh long chất lượng cao
của Việt Nam.
Bên cạnh việc xuất khẩu quả thanh long tươi, tỉnh Bình Thuận đang xây dựng
một dự án sản xuất thanh long đóng hộp xuất khẩu với công suất khoảng 7.000
tấn/năm [11]. Khi dây chuyền này đi vào hoạt động sẽ thải ra một khối lượng đáng
kể vỏ thanh long (trên 2000 tấn/năm). Vì vậy, song song với việc phát triển các sản
phẩm chế biến từ thanh long, vấn đề nghiên cứu thu hồi chất màu betacyanin có
trong vỏ thanh long nhằm ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất cần thiết.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU BETACYANIN [9][8]
1.3.1. Khái niệm vế chất màu betalain và betacyanin:
Betalain là tên gọi chung của một nhóm sắc tố tự nhiên tan trong nước, có màu
từ vàng tươi đến da cam, đỏ tươi, đỏ sẫm, hồng cho đến màu đỏ-tím trong hoa, trái,
lá và củ của nhiều loài thực vật khác nhau (hoa xương rồng, vỏ thanh long, hoa
giấy, rau và củ dền…).
12
Betalain bao gồm 2 nhóm sắc tố chính:
- Betaxanthin: là nhóm sắc tố betalain có màu vàng - cam
- Betacyanin: là nhóm sắc tố betalain có màu đỏ - đỏ tím
Tùy thuộc tỷ lệ giữa 2 nhóm sắc tố này mà các bộ phận thực vật sẽ có màu
vàng chanh, vàng cam, cam, đỏ, đỏ tím hay tím đỏ (Hình 1.3)
1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của betacyanin:
Sự tồn tại của hệ thống 6 nối đôi liên hợp trong betacyanin dẫn đến những tính
chất lý – hóa đặc trưng của hợp chất này.
1.3.3.1. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc:
Các phân tử betacyanin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến trong vùng từ
534 - 554 nm, tạo nên màu đỏ đến đỏ-tím.
1.3.3.2. Tính tan:
Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (- OH, - COOH, - NH) , các sắc
tố betacyanin đều dễ tan trong nước hay dung dịch etanol-nước,
1.3.3.3. Tính không bền:
- Ảnh hưởng của pH:
Các betacyanin kém bền trong môi trường kiềm hay môi trường có hoạt độ
nước cao do bị thủy phân thành acid betalamic (có màu vàng) và amin (không
màu):
14
Acid betalamic hình thành có thể tiếp tục bị phân hủy và mất màu:
Ví dụ:
Trong môi trường kiềm betcyanin bị thủy phân giải phóng glucose và
betanidin. Màu sắc của betanin thay đổi theo pH như sau:
pH = 3,5 - 7,0: màu xanh lơ - đỏ (
max
= 537 nm). Đây là vùng pH mà betanin
bền màu nhất
pH < 3,5: màu tím-xanh lơ (
max
= 535 nm ở pH = 2)
pH > 7: màu tím-lơ đậm (
15
hợp có thể làm chậm quá trình này lại. Tuy nhiên, betacynin không bị biến đổi khi
thanh trùng sản phẩm có chứa hàm lượng đường cao.
1.3.4. Chức năng sinh học và ứng dụng
1.3.4.1. Tác dụng tạo màu:
Như đã biết, các betalain/betacyanin mang lại sự đa dạng, phong phú về màu
sắc cho hoa của nhiều loài thực vật. Nhờ vậy, tạo nên sức hấp dẫn đối với các loải
côn trùng, giúp cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt của thực vật được dễ dàng
(Clement và Mabry, 1996).
Nhờ có màu rất đẹp, các betalain được dụng làm chất màu trong công nghiệp
thực phẩm. Ở vùng Trung và Nam Mỹ từ lâu người dân địa phương từ lâu đã sử
dụng dịch chiết từ quả thanh long màu tím đỏ (Hylocereus polyrhizus) làm chất tạo
màu cho thực phẩm (Stintzing và ctv., 2002). Đặc biệt, betcyanin (chất màu có mã
số E162) được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt,
xúc xích, thịt muối, kem lạnh, yaourt, các loại nước giải khát, các loại mứt, kẹo, các
sản phẩm từ cà chua,…
Trong quá trình bảo quản, thành phần betalain/betacyanin trong các dịch chiết
sẽ dần dần bị phân hủy do ảnh hưởng của pH, nhiệt độ và hoạt độ nước. Do đó, các
thực phẩm chứa chất màu betalain dần dần bị phai màu hay mất màu tùy theo điều
kiện bảo quản. Do đó, các betalain/betacyanin có thể được thêm vào thực phẩm hay
dược phẩm để làm chỉ thị màu cho biết độ tươi hay độ mới của các sản phẩm này.
Khi màu của betalain bị chuyển thành màu nâu hay mất màu có nghĩa là các sản
phẩm trên được bảo quản không đúng cách và chất lượng đã bị biến đổi.
1.3.4.2. Tác dụng dược học:
Những nghiên cứu gần đây đã cho thấy củ cải đường là một trong 10 loại rau
quả có tác dụng oxy hóa mạnh nhất (Hanvorsen và ctv., 2002; Ou và ctv., 2002) và
dịch chiết củ cải đường có thể được sử dụng như là một phương thuốc ngăn ngừa
ung thư và chống xơ vữa động mạch. Điều này được giải thích là do củ cải đường
chứa một hàm lượng khá lớn betacyanin (300-600 mg/kg). Betacyanin có tác dụng
ctv., 2002). Tuy vậy, sản phẩm chất màu thu được có giá thành quá cao nên không
thể ứng dụng thương mại.
17
Do dịch chiết củ cải đường có mùi đất và nồng độ nitrite và nitrate cao nên
không hấp dẫn người tiêu dùng
1
nên gần đây đã xuất hiện xu hướng nghiên cứu
chiết betacyanin từ vỏ thanh long thay thế cho củ cải đường [9][8][7]. Kết quả
nghiên cứu cho thấy đây cũng là nguồn betacyanin tiềm năng, có thể khai thác ứng
dụng làm chất màu thực phẩm.
1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT [1][2][4]
1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết
Chiết là quá trình chuyển chất cần chiết rút trong nguyên liệu vào dung môi
và được thực hiện bằng khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu.
a) Khuếch tán phân tử: là sự chuyển vật chất cần chiết rút từ pha này sang pha
khác do sự chuyển động nhiệt hỗn loạn trong môi trường tĩnh.
Khuếch tán phân tử theo định luật Fick I:
dx
dC
DS
dt
dm
trong đó :
dt
dm
: tốc độ hòa tan chất cần chiết
dm
trong đó: dm, dt, dC và S có ý nghĩa giống như công thức khuếch tán phân tử ở trên;
B: hằng số tốc độ khuếch tán đối lưu.
Trong khuếch tán phân tử sự di chuyển vật chất nhờ vào động năng của
chuyển động nhiệt phân tử. Trong khuếch tán đối lưu di chuyển vật chất nhờ vào
năng lượng bên ngoài dẫn tới. Khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu được gọi là
khuếch tán nồng độ vì động lực của quá trình khuếch tán đều là do chênh lệch nồng
độ.
1.4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết
Trong quá trình chiết, để đạt được vận tốc chiết và hiệu suất chiết cao, cần cần
lưu ý các yếu tố sau:
a) Chênh lệch nồng độ chất cần chiết ở trong nguyên liệu và dung môi phải
cao để quá trình khuếch tán các phân tử cần chiết càng mạnh.
- Muốn vậy, có thể lợi dụng nguyên lý chiết ngược dòng để tạo ra sự chênh
lệch nồng độ lớn (trong chiết liên tục) hay thay mới dung môi chiết nhiều lần (trong
chiết gián đoạn).
- Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phải đủ lớn. Tuy nhiên chỉ lớn ở mức độ hợp lý
nhất định: nếu tỷ lệ này quá lớn sẽ làm cho nồng độ chất cần chiết trong dung dịch
chiết rút đuợc thấp, gây khó khăn và hiệu quả kinh tế kém (tốn năng lượng và thời
gian đuổi dung môi)
b) Hình thái, tính chất và cấu tạo của tổ chức nguyên liệu:
- Mức độ phá vỡ cấu trúc tế bào càng nhiều thì sự tiếp xúc giữa chất cần chiết và
dung môi càng tăng nên rút ngắn thời gian chiết và chiết triệt để hơn.
- Kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng
tăng, hiệu suất chiết tăng. Tuy nhiên cũng chỉ nên nhỏ tới mức nhất định vì quá nhỏ
Copyright: Tài liệu đại học ©