i
BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
NGUYỄN THANH QUẢNG
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT
CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ
LÁ BẮP VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG
TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nha Trang - 2014
ii
BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Nguyễn Thanh Quảng
ii LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận văn này
Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang,
Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Khoa Sau đại học sự kính
trọng, niềm tự hào được học tập và nghiên cứu tại trường trong những năm qua.
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS. Vũ Ngọc Bội -
Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm và PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân -Trưởng
phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng
Công nghệ Nha Trang đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá
trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh
tế - Kỹ thuật Quảng Nam, lãnh đạo khoa Nông nghiệp, Tài nguyên và Môi
trường đã tạo điều kiện và cho phép tôi được đi học để nâng cao trình độ.
Xin cảm ơn quý thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm và các cán
bộ - phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng
dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong
suốt thời gian qua.
Xin cảm ơn các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quí báu để
1.3.2. Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy phun 32
1.3.3. Một số loại chất mang dùng trong thực phẩm 34
1.3.4. Một số nghiên cứu ứng dụng sấy phun trong thực phẩm 36
1.4. TRÀ HÒA TAN 39
1.4.1. Giới thiệu chung 39
1.4.2. Một số sản phẩm trên thị trường 39
1.4.3. Bao bì sử dụng đối với sản phẩm trà hòa tan 40
CHƯƠNG II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 42
2.1.1. Nguyên liệu 42
2.1.2. Các phụ gia sử dụng 42
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42
iv
2.2.1. Phương pháp phân tích hóa học 42
2.2.2. Phương pháp phân tích vi sinh 45
2.2.3. Phương pháp phân tích cảm quan 45
2.2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm 46
2.3. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 54
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 54
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55
3.1. CHIẾT RÚT CHLOROPHYLL TỪ LÁ BẮP 55
3.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH SẤY PHUN
THU NHẬN CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL 57
3.2.1. Xác định chất mang 57
3.2.2. Xác định nhiệt độ không khí đầu vào 62
3.2.3. Xác định tỷ lệ maltodextrin 67
3.2.4. Xác định áp suất khí nén 74
3.2.5. Xác định tốc độ bơm dịch 78
3.2.6. Sản xuất thử chế phẩm chlorophyll và đánh giá chất lượng chế phẩm 83
DT : Dextrose
EE : Encapsulation efficiency
FAO : Food and Agriculture Organization
HPLC : High Performance Liquid Chromatography
IGC : International Grains Council
MD : Maltodextrin
PE : Polyethylene
RP : Hoạt tính khử sắt (reducing power activity)
TAA : Hoạt tính chống oxy hóa tổng (total antioxidant activity)
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
UV : Untraviolet
UV-Vis
: Ultraviolet visible
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học cây bắp (%) 5
Bảng 1.2. Thành phần hoá học của hạt ngô và các phụ phẩm khác 6
Bảng 1.3. Hàm lượng chlorophyll trong một số loại thực vật tươi 9
Bảng 1.4: Nồng độ chlorophyll được tính theo công thức tương ứng với các dung môi và
phương pháp khác nhau 26
Bảng 1.5. Các chất bao gói cho sự bao gói các thành phần thực phẩm 34
Bảng 1.6. Các nghiên cứu sấy phun về các loại thịt quả 37
Bảng 2.1. Các phương pháp định tính một số thành phần hóa thực vật trong dịch chiết
chlorophyll 43
Bảng 3.1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng của dịch chiết chlorophyll từ lá bắp cô
đặc 56
Bảng 3.2. Kết quả phân tích sơ bộ một số thành phần hóa thực vật của dịch chiết chlorophyll từ
lá bắp cô đặc 56
Bảng 3.19. Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll và hoạt tính DPPH trung bình của chế phẩm
theo thời gian bảo quản 92
Bảng 3.20. Kết quả kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của chế phẩm của theo thời gian bảo quản 94
Bảng 3.21. Sự thay đổi trạng thái cảm quan của chế phẩm theo thời gian bảo quản 95
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hình ảnh về cây bắp 3
Hình 1.2. Bắp khi thu hoạch 7
Hình 1.3. Hình dạng cấu trúc của chlorophyll 10
Hình 1.4. Chlorophyll phản ứng với base 12
Hình 1.5. Sự tạo thành chlorophyllin từ chlorophyll 13
Hình 1.6. Chlorophyll phản ứng với Acid 14
Hình 1.7. Sự tạo thành các dẫn xuất của chlorophyll a và b do enzyme trong môi
trường acid HCl 15
Hình 1.8. Phổ hấp thụ quang của chlorophyll a và chlorophyll b cùng với dẫn xuất của
chúng trong dịch chiết lá 16
Hình 1.9. Phổ hấp thụ quang khác nhau của chlorophyll trong ethanol 95% và diethy ether 17
Hình 3.3. Sự thay đổi hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm sau sấy tương ứng
với các chất mang khác nhau 58
ix
Hình 3.4. Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm sau sấy tương ứng
với các chất mang khác nhau 59
Hình 3.5. Sự thay hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang
khác nhau 59
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hàm lượng chlorophyll trong chế
phẩm sau sấy 63
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của
chế phẩm sau sấy 63
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của
chế phẩm sau sấy 64
Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy 64
Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến độ ẩm và hoạt độ nước của chế
phẩm sau sấy 65
Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hàm lượng chlorophyll
trong chế phẩm chlorophyll 67
Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hiệu suất thu hồi
chlorophyll 68
chế phẩm chlorophyll 81
Hình 3.23. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm
chlorophyll 81
Hình 3.24. Hình chụp vi ảnh (SEM) của chế phẩm chlorophyll 85
Hình 3.25. Sơ đồ quy trình chế biến trà chlorophyll hòa tan từ dịch chiết chlorophyll lá bắp 88
Hình 3.26. Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm theo thời gian bảo quản 93
Hình 3.27. Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm theo thời gian bảo quản 93
Hình 3.28. Sự thay đổi hoạt tính khử sắt của chế phẩm theo thời gian bảo quản 94
1
MỞ ĐẦU
Cây bắp (Zea mays L.) là một trong những cây lương thực được trồng phổ biến ở
Việt Nam và trên thế giới. Thống kê của tổ chức nông lương thế giới (FAO) cho thấy,
hiện nay bắp có sản lượng lớn thứ II (1016,43 triệu tấn năm 2013), diện tích trồng lớn
thứ II (184,24 triệu ha diện tích thu hoạch năm 2013) so với các loại cây lương thực
khác trên thế giới [100]. Ở nước ta, diện tích trồng bắp của cả nước vào khoảng 1,1 -
1,2 triệu ha (niên vụ 2013-2014) [2] và mỗi một ha trồng bắp có thể tạo ra khoảng 4,5
tấn phế liệu [105]. Hạt bắp được sử dụng làm lương thực và thức ăn chăn nuôi, phế
liệu từ bắp như thân, lá, rễ v.v mới chỉ được sử dụng làm chất đốt, thức ăn chăn nuôi,
làm bột giấy, ethanol sinh học.
Trong khi đó, thân và lá bắp giàu các hoạt chất sinh học như chlorophyll,
polyphenol, Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, chlorophyll là sắc tố xanh có các
hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng đột biến gen, Vì thế, chlorophyll được
Việt Nam và trên thế giới. Các số liệu của đề tài là các số liệu mới làm cơ sở cho việc
sản xuất thương mại trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll lá bắp. Số liệu nghiên cứu
của đề tài có thể dùng làm tài liệu cho những ai quan tâm đến lĩnh vực này.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài lần đầu tiên đề xuất hướng tận dụng phụ phẩm từ bắp trong sản xuất các
đồ uống chứa chlorophyll từ lá bắp - đây là một chế phẩm có hoạt tính sinh học và tốt
cho sức khoẻ con người. Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để tiến tới thương mại
hoá sản phẩm từ phế liệu của cây bắp. Do vậy đề tài chính có ý nghĩa thực tiễn cao.
3
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY BẮP (NGÔ)
1.1.1. Đặc điểm sinh học
Cây Bắp hay còn gọi là cây Ngô có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi
Maydeae, họ hoà thảo (Poaceae hay Gramineae), bộ hoà thảo (Poales hay
Graminales), lớp một lá mầm (Monocotylens), ngành hạt kín (Angiospermatophyta),
phân giới thực vật bậc cao (Cosmobionia).
Hình 1.1. Hình ảnh về cây bắp [8]
Cây Bắp có tên tiếng Anh là “maize” và từ này xuất phát từ tiếng Tây Ban Nha
(maíz) (thuật ngữ trong tiếng Taino để chỉ loài cây này). Nghiên cứu về di truyền học
cho rằng, quá trình thuần hóa cây bắp diễn ra vào khoảng năm 7.000 trước công
nguyên tại miền trung Mexico. Tổ tiên của cây bắp là loại cỏ Teosinte hoang dại mọc
trong lưu vực sông Balsas. Cây Bắp được gieo trồng rộng rãi, nhanh chóng và được sử
dụng làm lương thực chính của phần lớn các nền văn hóa tiền Columbus tại Bắc Mỹ,
Trung Mỹ, Nam Mỹ và khu vực Caribe. Chúng được trồng nhiều từ 50
o
vĩ Bắc đến 40
0
nhiều trong khẩu phần ăn của lợn nhằm làm cho mỡ mềm. Hạt bắp nghèo calcium,
nhưng hàm lượng phospho tương đối khá vì có sự hoạt động của enzyme phytase trong
hạt. Tỷ lệ Ca/P thấp, vì vậy cần bổ sung canxi khi sử dụng nhiều bắp trong khẩu phần
ăn cho gia súc.
5
+ Cây bắp: trong cây bắp có chứa lượng protein thô cao hơn các loại cỏ khác
khi cây còn non. Tuy nhiên, giá trị dinh dưỡng của bắp biến động lớn, phụ thuộc vào
thời kỳ sinh trưởng và thu hoạch, chế biến.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học cây bắp (%) [10]
Tính theo vật chất khô Chỉ tiêu
Mẫu
Chất khô
Protein Xơ Tro Lipid
Tươi, 8 tuần tuổi 15,7 8,9 31,2 10,2 1,9
Tươi, 10 tuần tuổi 21,9 10,9 31,5 8,7 1,4
Tươi, giữa ra hoa 23,8 9,5 30,9 6,0 4,3
Tươi, chín sữa 16,0 11,3 29,4 8,1 1,9
Thân khô - 6,3 35,0 7,4 1,3
Ủ chua, chín sữa - 6,5 31,9 5,0 3,3
Thân lá của trái bắp khô thường dùng làm bột giấy. Thân lá tươi được dùng để
nuôi đại gia súc.
+ Bắp và bột lõi bắp nghiền: Gồm toàn bộ trái bắp không kể vỏ bắp, loại thức
ăn này có giá trị tốt đối với gia súc nhai lại. Nuôi bò bằng loại thức ăn này cho tăng
trọng không sai khác với bò ăn bắp hạt có vỏ. Do hàm lượng xơ cao, nên hạn chế trong
khẩu phần ăn của gia cầm, có thể sử dụng tối đa 50% loại thức ăn này cho lợn thịt.
Trong điều kiện nóng ẩm, phải bảo quản bột thật khô, nếu không thì sẽ bị nấm mốc.
+ Lõi bắp: Lõi bắp chiếm khoảng 20% khối lượng toàn trái bắp. Đây là phần
có giá trị dinh dưỡng thấp so với cỏ khô và không ngon miệng. Nếu còn độ ẩm cao thì
nhanh chóng bị nấm mốc sau vài ngày. Tuy vậy, bột lõi trái bắp có thể làm nguồn thức
0,25
1,14
3,05
0,03
0,22
Hạt ngô nghiền 87,8
12,1
1,4
1,4
5,5
0,02
0,33
Lõi nghiền -
2,1
36,5
2,8
0,8
0,05
0,06 Lõi bắp dùng bán công nghiệp để làm ống vố (pipe). Ngoài ra, trong hóa công
nghiệp, lõi bắp được sử dụng làm nguồn nguyên liệu để sản xuất chất Furfuran ứng
xanh khi hạt bắp ở thời điểm chín sinh lý và kết thúc sự phát triển [4].
Bắp có rất nhiều công dụng. Tất cả các bộ phận của cây bắp từ hạt, đến thân, lá
đều có thể sử dụng được để làm lương thực, thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc,
làm nguyên liệu cho công nghiệp (rượu bắp), sản xuất ethanol để chế biến xăng sinh
học, thậm chí còn còn chế biến tạo ra một số vật dụng đồ dùng như điện thoại, đồ
trang sức của phụ nữ…, một số bộ phận sinh học của bắp có chứa một số chất có vai
trò như một loại thuốc chữa bệnh, làm chất đốt, v.v… [105].
1.1.3. Sản lượng bắp trong nước và trên thế giới
Theo báo cáo của Tổ chức nông lương thực thế giới [99], cây bắp là một trong
những cây trồng lâu đời nhất, năng suất cao nhất với sản lượng toàn cầu trung bình
hơn 4 tấn/ha, chiếm sản lượng đứng hàng thứ III sau lúa mì và đậu nành, nhưng diện
tích canh tác đứng hàng thứ II. Theo báo cáo của Hội đồng ngũ cốc quốc tế (IGC) thì
sản lượng bắp trong niên vụ 2012-2013 toàn cầu đạt 859 triệu tấn [48].
Ở Việt Nam, bắp là cây lương thực đứng hàng thứ 2 sau lúa gạo. Diện tích gieo
trồng và năng suất, sản lượng cũng tăng mạnh, từ hơn 200 ngàn ha với năng suất 1
tấn/ha (năm 1960), đến năm 2009 đã vượt ngưỡng 1 triệu ha với năng suất 43 tạ/ha. So
8
với các nước, năng suất bắp ở nước ta vẫn thuộc loại khá thấp. Đặc biệt tại một số địa
phương miền núi vùng sâu, vùng xa của các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Thanh Hóa,
Quảng Nam, Lâm Đồng,… một số đồng bào dân tộc ít người sử dụng bắp là nguồn
lương thực, thực phẩm chính, sử dụng các giống bắp địa phương và tập quán canh tác
lạc hậu, nên năng suất bắp ở đây chỉ đạt trên dưới 1 tấn/ha. Sản lượng bắp trong nước
vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu, vì vậy hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu khá nhiều
bắp hạt (trị giá trên 500 triệu USD) để sản xuất thức ăn gia súc. Hiện nay và trong
những năm tới, bắp vẫn là cây ngũ cốc có vai trò quan trọng ở nước ta [105]. Theo số
liệu thống kê của Trung tâm Tin học – Thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn, tính đến thời điểm cuối tháng 6/2013 thì tổng sản lượng bắp cả nước đạt
2.513,4 nghìn tấn (tăng 9,5%), diện tích gieo bắp đến 15/07/2013 đạt 869,5 ngàn ha
(tăng 9,6%) so với cùng kỳ năm 2012 [2].
Bảng 1.3. Hàm lượng chlorophyll trong một số loại thực vật tươi [92]
STT Thực phẩm Liều lượng Chlorophyll (mg)
1 Rau bina 1 cốc 23.7
2 Mùi tây ½ cốc 19.0
3 Cải xoong 1 cốc 15.6
4 Đậu xanh 1 cốc 8.3
5 Arugula 1 cốc 8.2
6 Tỏi tây 1 cốc 7.7
7 Rau đắng 1 cốc 5.2
8 Đậu ngọt 1 cốc 4.8
9 Bắp cải Trung Quốc 1 cốc 4.1
1.2.2. Cấu trúc hóa học và đặc tính của chlorophyll
1.2.2.1. Cấu trúc hóa học của chlorophyll
Cấu trúc của Chl rất phức tạp, phải trải qua nhiều năm nghiên cứu các nhà khoa
học mới khám phá rõ rệt. Cấu trúc tổng quát của Chl được Hans Fischer tìm ra vào
năm 1940 và đến năm 1960 cấu trúc lập thể của chlorophyll a (Chl a) đã được làm
sáng tỏ hoàn toàn [82]. Chl là chất dẫn xuất Porphyrin, là một nhóm các phức chất
Magiesium của vòng tetrapyrrole. Tất cả Chl đều chứa một vòng isocyclic 5:5 vòng
macrocycle thường được xem như một phorbin. Hình dạng cấu trúc hóa học của Chl
được tóm tắt ở hình 1.3 bên dưới. Hình dạng cấu trúc của Chl có một “đầu” và một
55
H
72
MgN
4
O
5
- Chlorophyll-b: C
55
H
70
MgN
4
O
6
- Chlorophyll-c
1
: C
35
H
30
MgN
4
O
5
- Chlorophyll-c
2
- Phân tử lượng trung bình MW = 906
- Bột vi tinh thể xanh lá cây.
- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone, benzen,…
- Nhiệt độ nóng chảy: t
nc
=120-130
o
C.
+ Chlorophyll-c:
- Có 3 loại Chlorophyll c là Chlorophyll c
1
, Chlorophyll c
2
và Chlorophyll c
3
.
Phân tử lượng trung bình của Chlorophyll c
1
là 610,95
Phân tử lượng trung bìnhcủa Chlorophyll c
2
là 608,95
Phân tử lượng trung bìnhcủa Chlorophyll c
3
là 652,95
- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone,
benzen, v.v…
+ Chlorophyll-d:
- Phân tử lượng trung bình MW = 894
- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone,
Hình 1.5. Sự tạo thành chlorophyllin từ chlorophyll [104], [54]
b) Phản ứng với Acid
Trong môi trường acid, phyllins chuyển hóa thành porphyrin. Dưới tác dụng của
nhiệt độ và acid của dịch bào màu xanh bị mất đi, một mặt là do protein bị đông tụ làm
vỏ tế bào bị phá hủy, mặt khác là do liên kết giữa Chl và protein bị đứt làm cho Chl dễ
dàng tham gia phản ứng (1.1) để tạo ra phaeophytin có màu xanh oliu [15].
Chlorophyll + 2HX
acid, nhiệt độ
Phaeophytin + MgX
2
(1.1)
[15]
Thời gian làm nóng và nhiệt độ ảnh hưởng đến mức độ phân hủy của Chl. Ví dụ,
nhiệt độ cao trong nồi áp suất và nồng độ acid không giảm bởi vì các acid dễ bay hơi
được giữ lại, gây ra sự thay đổi nhanh chóng đối với Chl (hình 1.6). Việc sử dụng các
hợp chất kiềm như nước kiềm làm giảm nồng độ acid trung bình [15].
Copyright: Tài liệu đại học ©