Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM


BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT
CHẤT MÀU TỰ NHIÊN
TỪ VỎ THANH LONG
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
CHUYÊN NGÀNH: THỰC PHẨM

GVHD: Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân
SVTH: Phạm Thị Thùy Dung
MSSV: 1153010114

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2015

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 1


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân


....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................

TP. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 5 năm 2015
Giáo viên hƣớng dẫn

Nhƣ Xuân Thiện Chân

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 3



1.2.2

Đặc điểm hình thái ................................................................................... 19

1.2.3

Đặc điểm sinh trƣởng ............................................................................... 19

1.2.4

Thành phần hóa học ................................................................................. 20

1.2.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long ở trên Việt Nam và trên thế
giới……………………………………………………………………………….23
1.3

Giới thiệu về chất màu Betacyanin ................................................................. 25

1.3.1

Giới thiệu chung về betalain và betacyanin ............................................. 25

1.3.2

Cấu trúc hóa học của betalain và betacyanin ........................................... 26

1.3.3

Tính chất vật lý và hóa học của betacyanin ............................................. 26

Nguyên liệu .............................................................................................. 38

2.1.2

Thiết bị và dụng cụ ................................................................................... 38

2.1.3

Hóa chất.................................................................................................... 38

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 4


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

2.2

Quy trình sản xuất dự kiến betacyanin từ vỏ trái thanh long .......................... 39

2.3

sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................. 41

2.4

bố trí thí nghiệm .............................................................................................. 42

Phƣơng pháp lạnh đông ............................................................................ 54

3.3.2 Khảo sát phƣơng pháp bổ sung enzyme pectinase hỗ trợ quá trình trích
ly…………………………………………………………………………………55
3.4 Khảo sát tỷ lệ nguyên liệu và dung môi đến hàm lƣợng chất màu từ vỏ thanh
long…………………………………………………………………………………57
3.5 Khảo sát thời gian trích ly đến hàm lƣợng chất màu trích ly từ vỏ thanh
long…………………………………………………………………………………59
3.6

Khảo sát số lần trích ly đến hàm lƣợng chất màu trích ly từ vỏ thanh long ... 60

3.7 khảo sát ảnh hƣởng của phƣơng pháp bảo quản đến độ bền màu của dịch chiết
chất màu trích ly từ vỏ thanh lon .............................................................................. 62
CHƢƠNG 4KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 64
4.1.Kết luận ............................................................................................................... 65
4.2.

Kiến nghị ......................................................................................................... 65

PHẦN PHỤ LỤC ......................................................................................................... 68

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 5


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân


DANH MỤC BẢNG:
Bảng 1.1 Một số chất màu tự nhiên thông dụng.......................................................... 14
Bảng 1.2 Thành phần trung bình của trái thanh long .................................................. 21
Bảng 1.3: Hàm lƣợng đƣờng có trong thịt quả thanh long ......................................... 22
Bảng 1.4: Thành phần của vỏ trái thanh long .............................................................. 23
Bảng 2.1 Bảng mã hóa các nghiệm thức nồng độ ethanol trong dung môi trích ly .... 42
Bảng 2.2: Bảng mã hóa các nghiệm thức quá trình xử lý lạnh đông .......................... 44
Bảng 2.3: Bảng mã hóa các nghiệm thức xử lý enzyme ............................................. 45
Bảng 2.4: Bảng mã hóa nghiệm thức khảo sát tỷ lệ nguyên liệu và dung môi ........... 46
Bảng 2.5 Bảng mã hóa các nghiệm thức thời gian trích ly ......................................... 48
Bảng 2.6 Bảng mã hóa các nghiệm thức số lần trích ly .............................................. 49
Bảng 2.7 Bảng mã hóa các nghiệm thức các phƣơng pháp bảo quản ......................... 50
Bảng 3.1: Bảng kết quả khảo sát nguyên liệu ban đầu ................................................ 52
Bảng 3.2: Kết quả hàm lƣợng chất màu ...................................................................... 52
Bảng 3.3 Bảng kết quả hàm lƣợng chất màu có sự hỗ trợ........................................... 54
Bảng 3.4 Bảng kết quả hàm lƣợng chất màu ............................................................... 55
Bảng 3.5 Bảng kết quả hàm lƣợng chất màu thí nghiệm khảo sát ............................. 57
Bảng 3.6 Bảng kết quả khảo sát thời gian trích ly đến hàm lƣợng chất màu .............. 59
Bảng 3.7 Bảng kết quả khảo sát số lần trích ly đến hàm lƣợng chất màu trích ly từ vỏ
thanh long ..................................................................................................................... 61
Bảng 3.8 Bảng kết quả hàm lƣợng chất màu của dịch chiết chất màu trích ly từ vỏ
thanh long ..................................................................................................................... 62

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 7


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

chất bảo quản và đặc biệt là sử dụng màu tự nhiên thay vì màu nhân tạo, tuy rẻ nhƣng
lại là mầm mống gây ung thƣ.
Tuy nhiên, việc sử dụng màu tự nhiên lại gặp phải một vấn đề lớn về giá cả khi
phần lớn chất màu đều phải nhập khẩu. Xuất phát từ các nhu cầu thực tế nêu trên,
chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “nghiên cứu quy trình tách chiết chất màu tự
nhiên từ vỏ thanh long” nhằm tạo ra điều kiện chiết chất màu từ vỏ thanh long hiệu
quả nhất, từ đó giúp tận dụng đƣợc nguồn vỏ thanh long phế thải giúp hạn chế ô
nhiễm môi trƣờng, không những thế còn mở ra hƣớng đi mới trong việc ứng dụng để
tạo màu cho thực phẩm.

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 9


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
TÀI LIỆU

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 10


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

1.1


SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 11


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Những năm gần đây xu hƣớng thế giới đã chú trọng nghiên cứu sử dụng chất
màu tự nhiên đƣợc trích ly các sắc tố từ thực vật tạo an toàn cho các sản phẩm thực
phẩm. Các nghiên cứu phần lớn hƣớng theo các bƣớc:
- Xây dựng quy trình gia công nguyên liệu, bán thành phẩm để bảo toàn tối đa
chất màu có sẵn trong nguyên liệu.
- Chiết tách, cô đặc và bảo quản các chất màu từ chính nguyên liệu thực vật đó
hoặc từ các nguyên liệu khác giàu chất màu ấy. Từ các chất màu tự nhiên đã cô đặc
này có thể dùng nhuộm màu các sản phẩm thu đƣợc sau quá trình gia công chế biến
thực phẩm.
- Dùng các biện pháp thích hợp để điều chỉnh phản ứng theo chiều tạo ra những
chất màu mới từ những hợp phần có trong nguyên liệu.

1.1.2 Phân loại chất màu thực phẩm
Dựa theo nguồn gốc, chất màu thực phẩm đƣợc chia làm 3 nhóm: chất màu vô
cơ, chất màu nhân tạo (hay tổng hợp hóa học) và chất màu tự nhiên.
1.1.2.1. Chất màu vô cơ
Chủ yếu đƣợc dùng để trang trí thực phẩm. Ví dụ nhƣ FeO, F2O3 có màu đỏ
dùng để trang trí bề mặt thực phẩm nhƣ mứt, kẹo. CuSO4 giúp giữ màu cho hoa quả.
Phần lớn các chất màu vô cơ đều có tính độc vì vậy cần thận trọng khi sử dụng.
1.1.2.2. Chất màu nhân tạo (hay tổng hợp hóa học):

Erytrozin (E127): là muối của tetra- iodo- fluoresxin, có màu đỏ, dùng trong sản xuất
bánh kẹo, mứt,…Liều dùng 2,5 mg/kg khối lƣợng cơ thể.
Amaran (E123): là muối có 3 nguyên tử Na của acid Naphotol – disulphonic, có màu
đỏ boóc đô. Dùng trong sản xuất nƣớc quả, rƣợu nho. Liều dùng 0,75 mg/kg khối
lƣợng cơ thể.
Ngoài ra còn một số chất màu đỏ khác nhƣ: đỏ rệp, Azorubin (E122), đỏ 2G
(E128),…
+ Nhóm chất màu xanh:
Indigocacmin (E132): là muối canxi của acid indigotin disunphonic, có màu xanh
lam, đƣợc dùng trong sản xuất kem, mứt quả,…Liều dùng 5,0 mg/kg khối lƣợng cơ
thể.
Xanh lục sáng BS (E142): là muối Na của dẫn xuất fusinic, có màu xanh lục sáng,
đƣợc dùng trong sản xuất sirô, nƣớc giải khát,…Liều dùng 5,0 mg/kg khối lƣợng cơ
thể.
Màu xanh lơ V (E131): là muối canxi của dẫn xuất triphenylmetan, có màu xanh
nhạt, đƣợc dùng trong sản xuất đồ uống,,…Liều dùng: 5,0 mg/kg khối lƣợng cơ thể.

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 13


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

+ Nhóm chất màu đen:
Màu đen sáng BN (E151): là muối có 4 Na của acid tetrasulphonic, có màu đen sáng,
đƣợc dùng trong sản xuất bánh kẹo, đồ uống,.. Liều dùng 1,0 mg/kg khối lƣợng cơ
thể.


Các loại rau xanh

Caramen

Đƣờng saccharose

Các loại khác
-Turmeric

Cây nghệ

- Crocetin, Crocin

Cây nghệ tây

(nguồn:http://www.kilobooks.com/nghien-cuu-chiet-xuat-chat-maubetacyanin-tu-vo-qua-thanh-long-hylocereus-spp-317957 )

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 14


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Ƣu điểm của chất màu tự nhiên là tạo ra màu rất đẹp cho thực phẩm, đồng thời
chúng lại có mùi, vị gần giống nhƣ nguồn tự nhiên của chúng. Tuy nhiên, so với chất
màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thƣờng kém bền và có giá thành cao do việc thu hồi


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Các anthocyanin cũng có thể tạo phức với kim loại để cho màu sắc khác.
Khi đun nóng lâu các anthocyanin có thể bị phá hủy và mất màu.
-Betalain gồm betacyanin và betaxanthin, chứa trong thực vật màu đỏ nhƣ
thanh long, củ dền,…
1.1.3.3.2: Carotinoit:
Có màu vàng, nhóm này gồm 60 – 70 sắc tố tự nhiên, tiêu biểu là carotenoid,
xanthophyl, capxanthin…Các chất này có nhiều trong cà chua, gấc hay vỏ giáp
xác…Có đặc tính tan trong dầu, không tan trong nƣớc và khá bền với nhiệt.
-

Carotenoid:
Carotenoid hòa tan trong chất béo và làm cho rau quả có màu da cam, vàng, đỏ.
Tất cả carotenoid đều không hòa tan trong nƣớc, rất nhạy với acid và oxy hóa,

nhƣng lại bền với kiềm.
-

Caroten:
Caroten có công thức là C40H56 có nhiều trong rau quả: gấc, cà rốt, cà chua,…

Trong tự nhiên có 3 dạng α-caroten, β-caroten, γ-caroten.
-

Lycopen
Là dẫn xuất của carotennoid, có màu từ đỏ đến da cam, có cấu tạo tƣơng tự nhƣ

khuyết điểm của thực phẩm hoặc để ngƣời tiêu dùng nhầm lẫn về sự có mặt không
thực của một vài thành phần chất lƣợng trong thực phẩm.
Trƣớc khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản phẩm
thực phẩm cụ thể nào đó chúng ta cần quan tâm đến các yếu tố sau:
- Trạng thái của chất màu: ngƣời tiêu dùng vẫn ƣu dùng chất màu ở dạng lỏng
hơn dạng bột.
- Sự chuyển màu mới nhƣ thế nào: thƣờng phối trộn nhiều màu với nhau để tạo
ra màu mong muốn, phù hợp với thực phẩm của mình.
- Thành phần các chất chứa trong thực phẩm cần phối trộn chất màu: sự có mặt
của protein, nƣớc, tanin hay chất béo sẽ ảnh hƣởng tới độ trong hay vẩn đục của chất
màu phối trộn vào trong thực phẩm đó.
- pH: sự ổn định cũng nhƣ sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh
hƣởng bởi pH của môi trƣờng thực phẩm.
- Điều kiện chế biến: đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hƣởng tới chất lƣợng
chất màu phối trộn vào.
- Điều kiện bao gói: quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và ánh
sáng vào thực phẩm, do đó có thể làm biến đổi chất màu.
- Điều kiện bảo quản và thời gian sử dụng: chất màu sử dụng chỉ bền dƣới
những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định.

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 17


Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

1.2

chƣớng

(Caryophyllaales)
Hình 1.1 Thanh long Việt Nam
Họ (familia): xƣơng rồng (cactaceae)
Chi (genus): Hylocereus
Dựa vào sự khác nhau của ruột và vỏ mà thanh long có các giống phổ biến sau:
- Hylocereus undatus thuộc chi Hylocereus: có ruột trắng với vỏ hồng hay đỏ.
Loại này đƣợc trồng rộng rãi ở các tỉnh Bình Thuận, Long An, Tiền Giang,…
- Hylocereus polyrhizus (hay Hylocereus costaricensis) thuộc chi Hylocereus:
có ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ. Loại này đƣợc lai tạo từ giống thanh long ruột trắng
Bình Thuận với giống ruột đỏ nhập từ Colombia.
- Selenicereus megalanthus thuộc chi Selenicereus: có ruột trắng với vỏ vàng.

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 18


Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Giống thanh long trồng chủ yếu tại Việt Nam là loại ruột trắng vỏ đỏ, nổi tiếng
nhất với dòng thanh long Bình Thuận và Chợ Gạo (Tiền Giang). Năm 1994, Viện
Nghiên Cứu cây ăn trái Miền Nam đã nhập về từ Colombia giống thanh long ruột đỏ.

Hình 1.2: Các loại thanh long

1.2.2 Đặc điểm hình thái

Trong 2 giai đoạn 16-18 ngày và 28 – 34 ngày sau khi nở, sự gia tăng trọng
lƣợng và đƣờng kính của trái rất nhanh và đặc biệt trong giai đoạn sau, nông dân có
tập quán giữ trái trên cây để trái có trọng lƣợng cao hơn. Nếu trong giai đoạn này tƣới
nƣớc nhiều quá hoặc trời mƣa lớn sẽ gây hiện tƣợng 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 nhƣng chậm hơn.
Cƣờng độ hô hấp của trái cao khi trái còn xanh và giảm dần khi chín. Với đặc
điểm trên thì trong điều kiện thích hợp về nhiệt độ, độ ẩm và phòng trừ nấm bệnh sau
thu hoạch tốt, thanh long có thể bảo quản trong 40 ngày. Ngoài ra, thanh long thuộc
nhóm trái không có đỉnh hô hấp khi chín. Vì vậy, khác với các loại trái cây khác nhƣ
chuối, xoài có thể hái trái khi còn xanh và sau đó ủ chín thì thanh long phải thu hoạch
đúng lúc trái chín, khi đó sẽ cho chất lƣợng trái tốt hơn.
Trong giai đoạn 16 – 22 ngày sau khi nở hoa, sự chuyển màu xảy ra chậm
nhƣng bắt đầu ngày thứ 22 màu đỏ bắt đầu xuất hiện, đỏ hoàn toàn vào ngày thứ 25 và
sau đó đỏ sậm vào ngày thứ 31.

1.2.4 Thành phần hóa học
1.2.4.1 Thành phần cơ bản
Từ trái thanh long có thể thu đƣợc 70 – 80% phần có thể ăn đƣợc.

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 20


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

Bảng 1.2 Thành phần trung bình của trái thanh long


10,2

Phospho (mg)

27,5

Sắt (mg)

3,37

Kali (mg)

2,72

vitamin A (mg)

0,011

Vitamin C (mg)

3

Niacine (vitamin B3) (mg)

2,8
(nguồn: Lê Văn Tố và ctv (2000) )

-Đƣờng và acid hữu cơ:
Lƣợng đƣờng cùng với lƣợng acid khá cao làm quả có vị chua ngọt hài hòa.

Hàm lƣợng glucose cao trong quả trở thành nguồn năng lƣợng tức thì cho não
và các tế bào thần kinh, trong khi fructose làm tăng vị ngọt của quả.
- Protein:
Protein trong thanh long chiếm một lƣợng không quá lớn, tuy nhiên là một
thành phần dinh dƣỡng cực kì quan trọng.
Một số loại protein có trong thanh long nhƣ Arginine, Glutamine, Serine,…là
một trong những chất mang lại nhiều ảnh hƣởng tích cực cho sức khỏe con ngƣời.
-Sắc tố:
Theo phân tích của Li-chen Wu và cộng sự (2006) trên thanh long ruột đỏ thì
nồng độ betacyanin biểu diễn qua đƣơng lƣợng betanin trong 100g thịt trái và vỏ
thanh long tƣơng ứng là 10,3±0,22 mg và 13,8 ± 0,85 mg.
1.2.4.2. Thành phần hóa học của vỏ trái thanh long
Nghiên cứu trên thành phần tính chất hóa lý của vỏ trái thanh long của tác giả
Jamilah, B., Shu, C. E., Kharidah, M., Dzulkifly, M. A. và Noranizan, A. (2011). Thí
nghiệm đƣợc tiến hành trên trái thanh long đỏ đã chín thuần thục với khối lƣợng trung
bình 350-550gr ở Melaka, Malaysia sau khi thu hái dƣới 1 tuần. Kết quả là vỏ trái
chiếm khoảng 22% so với khối lƣợng toàn bộ trái, đƣợc bỏ đi trong quá trình chế biến.
Hàm lƣợng ẩm khoảng 92,7% và chứa hàm lƣợng thấp chất rắn hòa tan, protein, tro và
chất béo. Vỏ chứa hàm lƣợng cao các sắc tố betacyanin (28- 41 mg/100g) và pectin

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 22


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

(10,8%), phát hiện có đƣờng glucose, fructose và maltose. Vỏ chứa nhiều chất xơ hòa

Phenolic

3,6 (mg/100g)

(nguồn: Jamilah, B., C. E., Kharidah, M., Dzulkifly, M. A. và Noranizan, A. (2011))
- Hợp chất Phenolic:
Sự có mặt của các hợp chất phenolic đã đƣợc tìm thấy trong thịt quả thanh long
và trong vỏ quả. Các hợp chất này có khả năng chống oxy hóa cao hơn các loại
vitamin, do có khả năng đẩy lùi sự tiền oxy hóa protein, DNA và lipid do các gốc tự
do. Khi quả thanh long đƣợc đƣa ra nghiên cứu kỹ, vỏ quả đƣợc trông đợi là chứa
nhiều các hợp chất phenolic.

1.2.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long ở trên Việt Nam và
trên thế giới
Việt Nam đƣợc đánh giá là một trong bốn quốc gia có thanh long nhiều nhất
thế giới. Hiện nay, nƣớc ta có hai vùng trồng thanh long xuất khẩu chính của cả nƣớc
là Chợ Gạo (Tiền Giang) và Bình Thuận, trong đó Bình Thuận là tỉnh đứng đầu về trái
thanh long cả về sản lƣợng, diện tích, năng suất và chất lƣợng. Tổng diện tích trồng

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 23


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

thanh long của hai vùng này là hơn 20 nghìn hecta, chiếm trên 90% tổng diện tích cả
nƣớc.


1.3

Th.s Nhƣ Xuân Thiện Chân

GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU BETACYANIN

[3][5][10][12][13]
1.3.1 Giới thiệu chung về betalain và betacyanin
Betalain là tên gọi chung của một nhóm sắc tố tự nhiên, có màu từ vàng tƣơi
đến da cam, đỏ tƣơi, đỏ sẫm, hồng cho đến màu đỏ-tím trong hoa, trái, lá và củ của
nhiều loài thực vật khác nhau (vỏ thanh long, hoa giấy, rau và củ dền,…).
Betalain bao gồm 2 nhóm sắc tố chính:
- Betaxanthin: là nhóm sắc tố betalain có màu vàng – cam. Có nhiều trong các
loại hoa, quả có màu vàng hoặc vỏ quả màu vàng, màu cam nhƣ: thanh long vỏ vàng,
hoa màu vàng,…

Hình 1.3 Nguồn chứa nhiều betaxanthin
- Betacyanin: là nhóm sắc tố betalain có màu đỏ - đỏ tía. Có nhiều trong các
loại hoa, quả, củ, vỏ quả có màu đỏ, tím, đỏ tím….

Hình 1.4 Nguồn chứa nhiều betacyanin
Tùy tỉ 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.

SVTH: Phạm Thị Thùy Dung

Trang 25