Sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ quá trình trích ly betalain từ vỏ thanh long (hylocereus undatus)

TR I H C QU C GIA TP HCM NG I H C BÁCH KHOA NGUY N TH THU H NG S d ng sóng siêu âm đ h tr q trình trích ly betalain t v long (Hylocereus undatus) Chuyên ngành: Công ngh th c ph m đ u ng Mã s : 60 54 02 LU N V N TH C S TP H CHÍ MINH, tháng 12 n m 2013 Cơng trình c hồn thành t i: Cán b i h c Bách Khoa- ng d n khoa h c : tM n TS Hoàng Kim Anh Cán b ch m nh n xét : PGS.TSKH Ngô K Cán b ch m nh n xét : TS Tr n Th Ng c Yên Lu cs cb ov t i h c Bách K Thành ph n H Ch t ch H cs ng: m: n Ph n bi n 1: PGS.TSKH Ngô K Ph n bi n 2: TS Tr n Th Ng c Yên y viên: TS Hoàng Kim Anh y viên: TS Phan T i Huân Xác nh n c a Ch t ch H chuyên ngành sau lu CH T CH H NG ng Khoa qu n lý ã c s a ch a (n u có) NG KHOA K THU T HÓA H C I H C QU C GIA TP HCM C NG HÒA XÃ H I CH NGH I H C BÁCH KHOA TNAM c l p- T Do- H nh Phúc NHI M V LU CS H tên h c viên: Nguy n Th Thu H ng MSHV:11110198 ình Chun ngành: Cơng Ngh Th c Ph U ng TÀI: S d nh Mã s : 60 54 02 h tr q trình trích ly betalain t v long (Hylocereus undatus) I NHI M V VÀ N I DUNG: - ng c a y u t cơng ngh q trình trích ly có h tr c a sóng ng betalain, phenolic t ng ho t tính ch ng oxy hóa d ch trích - ng c a y u t cơng ngh n hi u su t trích ly betalain -T cơng ngh có betalain b II ng nhi u nh n hi u su t trích ly ch th c nghi m NGÀY GIAO NHI M V : 21/1/2013 III NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 22/11/2013 IV H VÀ TÊN CÁN B NG D N: PGS t M n TS Hoàng Kim Anh Tp H Chí Minh, ngày CÁN B NG D N tháng CH NHI M B (H tên ch ký) (H tên ch ký) NG KHOA (H tên ch ký) O L Tôi Nguy ,h ên cao h Khoa HCM, chuyên ngành Công ngh TS Hồng Kim Anh Cơng trình không trùng l ên c ã t Các s thơng tin nghiên c hồn tồn xác, trung th khách quan Tơi xin hồn tồn ch ày Tp H i vi i L IC u tiên, xin chân thành c t M n, cô TS ng d il ic ngh Th c ph th c hi n t t lu n t p th cán b th y cô giáo b môn Công ih n d t, t o m u ki n thu n l i cho su t th i gian h c t p q trình th c hi n lu Tơi xin bày t lòng bi ng viên, c n cha m m t v t ch t l n tinh th n su t trình h c t p th c hi n lu Cu i cùng, xin g i l i c n anh, ch b n làm vi c phịng thí nghi m công ngh th c ph vi ,v p th l p cao h ng viên r t nhi u su t th i gian qua TP.H NGUY N TH THU H NG ii ABTRACT In this research, pitaya (Hylocereus undatus) peel was used as raw material for betalain extraction The impacts of technological factors of the ultrasound-assisted extraction on the level of betalain, total phenolics and antioxidant activity of the extract were investigated The appropriate ultrasound-assisted extraction conditions were as follows: solvent: pitaya peel ratio of 30/1 (w/w), ultrasound power of 50 W/g of material dry weight, pH of solvent of 5, temperature of 50 oC, and sonication time of minutes Under these conditions, the level of betalain, , total phenolic, and antioxidant activity were 8.72± 0.11 mg/100g of fresh material; 52.74± 0.56 mg GAE/100g of fresh material; and 40.75± 1.04 mM TE/g of material dry weight, respectively The extract was then purified by Sephadex G-25 column At temperature 60oC, betalain was resistant at pH and While, total phenolic, antioxidant activity loss was minimum at pH iii TÓM T T LU Trong lu ngu n nguyên li long (Hylocereus undatus trích ly ch t màu betalain S ng c a thơng s cơng ngh c a q trình trích ly có h tr c t ng ho t tính ch ng oxy hóa c a d thích h cs d ng betalain, phenolic c kh u ki n trích ly l dung môi: nguyên li u: 30/1 (w/w), công su t siêu âm: 50 W/g ch t khô, pH dung môi: 5, nhi siêu âm: 50oC, th i gian siêu âm: ng betalain, phenolic t ng, ho t tính ch ng oxy hóa l t là: 8.72± 0.11 x G-25 o iv M CL C L IC i ABTRACT ii TÓM T T LU iii M C L C iv DANH M C HÌNH vi DANH M C B NG viii U NG QUAN 2.1 Ch t màu Betalain 2.1.1 Gi i thi u v ch t màu betalain 2.1.2 C u t o hóa h c 2.1.3 Nh ng y u t 2.1.4 b n màu c a betalain ng d ng th c ph m 2.2 T ng quan v long 10 2.2.1 Ngu n g c 10 2.2.2 C u t o thành ph n hóa h c c a v long 12 2.3 Trích ly betalain t v long 13 2.4 Nh ng k thu t trích ly m i 14 mm ic tài 15 U 16 3.1 Nguyên li u 16 3.1.1 V long 16 3.1.2 Enzyme pectinase 16 3.1.3 Thi t b siêu âm 16 u 16 3.3 N i dung nghiên c u 18 3.3.1 Kh o sát q trình trích ly v i h tr c a sóng siêu âm 18 v 3.3.2 T cơng ngh c a q trình trích ly ch t màu betalain có h tr c a sóng siêu âm 20 3.3.3 Kh o sát ng c b n ch t màu betalain 20 lý s li u 21 21 lý s li u 22 T QU VÀ BÀN LU N 22 4.1 Kh o sát q trình trích ly v i h tr c a sóng siêu âm 23 4.1.1 ng c a t l dung môi: nguyên li u 23 4.1.2 ng c a cơng su t sóng siêu âm 26 4.1.3 ng c a pH 29 4.1.4 ng c a nhi 4.1.5 ng c a th i gian 36 33 4.2 T s cơng ngh c a q trình trích ly ch t màu betalain có h tr c a sóng siêu âm 39 4.2.1 Thí nghi m kh o sát y u t 39 4.2.2 T b t sóng siêu âm th i gian x lý c a trình trích ly ch th c nghi m 41 4.3 Kh o sát ng c b n c a ch t màu betalain 44 ng betalain 44 ng phenolic t ng 45 4.3.3 Ho t tính ch ng oxy hóa 46 T LU N VÀ KI N NGH 47 5.1 K t lu n 47 47 TÀI LI U THAM KH O 48 PH L C 56 vi DANH M C HÌNH Hình 2.1: M t d ng c u trúc tiêu bi u c a 1,7-diazaheptamethin Hình 2.2: C u trúc t ng quát c a betalamic acid Hình 2.3: C u trúc phân t c a betanidin isobetanidin Hình 2.4: C u trúc phân t c a betanin gomphrenin Hình 2.5: Ph n ng t o thành betaxanthin Hình 2.6: S bi ngcó aw cao Hình 2.7: Ph n ng decarboxyl c a betacyanin Hình 2.8: Thanh long ru t tr ng H Undatus 11 Hình 4.1: ng c a t l dung môi: nguyên li ng betalain 23 Hình 4.2: ng c a t l dung môi: nguyên li ng phenolic t ng 24 Hình 4.3: ng c a t l nguyên li n ho t tính ch ng oxy hóa 25 Hình 4.4: ng c a t l nguyên li nh i 26 Hình 4.5: ng c a cơng su ng betalain 26 Hình 4.6: ng c a cơng su ng phenolic t ng 27 Hình 4.7: ng c a cơng su n ho t tính ch ng oxy hóa 28 Hình 4.8: ng c a cơng su nh i 29 Hình 4.9: ng c ng betalain 30 Hình 4.10: ng c ng phenolic t ng 31 Hình 4.11: ng c n ho t tính ch ng oxy hóa 32 Hình 4.12: ng c nh i 33 Hình 4.13: nh h ng c a nhi ng betalain 33 Hình 4.14: ng c a nhi ng phenolic t ng 34 Hình 4.15: ng c a nhi n ho t tính ch ng oxy hóa 35 Hình 4.16: ng c a nhi nh i 35 Hình 4.17: ng c a th i gi ng betalain 36 Hình 4.18: ng c a th ng phenolic t ng 37 Hình 4.19: ng c a th n ho t tính ch ng oxy hóa 37 Hình 4.20: ng c a th nh i 38 th ng b m ng bet i quy 43 Hình 4.22: S ng betalain trình b o qu n gia t c 60oC nh ng giá tr pH khác 44 Hình 4.23: S ng phenolic t ng trình b o qu n gia t c o 60 C nh ng giá tr pH khác 45 53 [46] Sapers, G.M & Hornstein, J.S (1979) Varietal di erences in colorant properties and stability of red beet pigments Journal of Food Science, 44, 1245 1248 [47] Singer, J.W & von Elbe, J.H (1980) Degradation rates of vulgaxanthine I Journal of Food Science, 45, 489 491 [48] Stintzing F.C., Carle R (2007) Betalains In: Socaciu C (ed) Food colourants: chemical and functional properties, Taylor and Francis CRC Press [49] Stingzing F.C., Schieber A., & Carle R (2002) Identification of Betalains from Yellow Beet (Beta vulgaris L.) and Cactus Pear [Opuntia ficus-indica (L.) Mill.] by High [50] Stintzing F.C., Schieber A., Carle R (2003) Evaluation of colour properties and chemical quality parameters of cactus juices Eur Food Res Technol, 216, 303 311 [51] Strack D., Steglich W., & Wray V (1993) Betalains in : Methods in Plant Biochemistry, 8, 421-450 [52] Stricker L Lohse D (2014) Radical production inside an acoustically driven microbubble Ultrasonics Sonochemistry, 21, 336 345 [53] Teh S., Birch E.J (2014) Effect of ultrasonic treatment on the polyphenol content and antioxidant capacity of canola seed cakes Ultrasonics Sonochemistry 21, 346 353 [54] Tesoriere L., Butera D., Pintaudi A.M., Allegra M & Livrea M.A (2004) Supplementation with cactus pear ( -indica) fruit decrease oxidative stress in healthy humans: a comparative study with vitamin C American Journal of Clinical Nutrition, 80, 391 395 [55] Tsai P., Sheu C., Wu P., Sun Y (2010) Thermal and pH Stability of Betacyanin Pigment of Djulis (Chenopodium formosanum) in Taiwan and Their Relation to Antioxidant Activity J Agric Food Chem 58, 1020 1025 54 [56] Tze N.L., Han C.P., Yusof Y.A., Ling C.N, Talib R.A., Taip F.S, and Aziz M.G (2012) Physicochemical and Nutritional Properties of Spray-dried Pitaya Fruit Powder as Natural Colorant Food Sci Biotechnol 21 (3), 675682 [57] Xu Y., Zhang L., Bailina Y., Ge Z., Ding T., Ye X., Liu D (2014) Effects of ultrasound and/or heating on the extraction of pectin from grapefruit peel Journal of Food Engineering 126, 72 81 [58] Vaillant F., Perez A., Davila I., Dornier M., & Reyners M (2005) Colourant and antioxidant properties of red-purple piahaya (Hylocereus sp.) Fruits, 60, 3-12 [59] Vo T.T, Nguy L.H, Dam S.M (2011) Survey of the Betacyanin Extraction from the Skin of Vietnamese Dragon Fruit, presented at The 12th Asean Food Conf Bangkok, Thailand, 695-698 [60] Wang J., Sun B., Cao Y., Tian Y., Li X (2008) Optimisation ofultrasoundassisted extraction of phenolic compounds from wheatbran Food Chem 106, 804 810 [61] Wang Z., Pan Z., Ma H., Atungulu G.G., (2011) Extract of Phenolics From Pomegranate Peels The Open Food Science Journal, [62] Wolfe K., Wu X., & Liu R.H (2003) Antioxidant Activity of Apple Peels [63] Wu L., Hsu H., Chen Y., Chiu C., Lin Y., Ho J.A (2006) Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya Food Chemistry, 95, 319 327 [64] The influence of tannins on the degradation of pectin by pectinase enzymes [65] Wybraniec S & Mizrahi Y (2002) Fruit Flesh Betacyanin Pigments in Hylocereus Cacti J Agric [66] Wybraniec S & Mizrahi Y.(2005) Generation of Decarboxylated and Dehydrogenated Betacyanins in Thermally Treated Purified Fruit Extract from Purple Pitaya (Hylocereus polyrhizus) Monitored by LC-MS/MS, J Agric Food Chem, 53, 55 [67] Xia T., Shi S., & Wan X (2006) Impact of ultrasonic-assisted extraction on the chemical and sensory quality of tea infusion Journal of Food [68] Yang Y., Zhang F (2008) Ultrasound-assisted extraction of rutin and quercetin from Euonymus alatus (Thunb.) Sieb Ultrason Sonochem 15, 308 313 [69] Zhang Z., Wang L., Li D., Jiao S., Chen X., Mao Z (2008) Ultrasound- Technology 62, 192 198 56 PH L C A.1 ng betalain Ti n hành phân tích m u M c pha lỗng theo t l thích h 538 nm h p thu c sóng Tính tốn ng t ng betacyanin theo cơng th c h c DF: h s pha lỗng MW: kh ng phân t c a betanin (550 g/mol) V: th tích d m: kh c (ml) ng nguyên li u (g) s t t phân t (65000 L/mol cm H2O) u dài cuvet (1cm) M u tr A.2 c c t ng phenolic t ng Chu n b hóa ch t Thu c th Folin- Ciocalteur Acid gallic Na2CO3: pha thành dung d ch 7% Dung d 100mL D cc ng chu n Pha dung d ch chu n acid gallic n : 20; 40; 60; 80; 100 ppm nh m c lên 57 c c t vào ng nghi m Thêm 125 µL dung dich acid gallic 125 µL thu c th Folin- Ciocalteur, l Sau phút, thêm 1.25 mL dung d ch Na2CO3 nhi phịng bóng t i 90 phút c c t vào ng nghi m M u tr ng th c hi c t h p th D u ch acid gallic b c 760 nm ng chu n c h p th A theo n acid gallic chu n Ti n hành phân tích c th c hi c pha lỗng theo t l thích h p) cho dung d ch acid gallic h p th c sóng 760 nm Tính tốn T th ng chu ng h p ch t phenolic có m u phân tích A.3 Ho t tính ch Chu n b hóa ch t Dung d ch DPPH 150 µM: hịa tan 0.0059g DPPH v nh m c lên 100 mL Dung d ch Trolox 1000 µM: hịa tan 0.025g Trolox v mL D nh m c lên 10 ng chu n Pha dung d ch chu n Trolox n : 200; 400; 600; 800; 1000 µM Cho 150 µL dung d ch Trolox vào ng nghi m Thêm 2.85 mL dung d ch DPPH vào ng nghi m, l bóng t i 30 phút nhi phịng 58 M u chu n th c hi ch Trolox b ng methanol M u tr ng methanol h p th D c sóng 515 nm ng chu n c a ph t ho t (% I) theo n Trolox chu n Ti n hành phân tích Cho 150 µL m c pha lỗng theo t l thích h p) vào ng nghi m thay cho dung d ch chu c ti p theo th c hi h p th c sóng 515 nm Tính tốn Ph t ho t DPPH: %I Achu Am u T th A.4 nh h p thu c a m u chu n n h p thu c a m u ng chu c ho t tính ch ng oxy hóa c a m u i Ti n hành Cho d ch vào nh t k v i th tích l i gian ch y c a d n th nh c a nh t k Ostwald c qua ph n th nh c a nh t k tr ng c a m u phân tích Tính tốn T1: th i gian ch y c a m u phân tích (s) T2:: th i gian ch y c d: t tr ng c a m u c c t (s) 59 K t qu kh o sát q trình trích ly có h tr c a sóng siêu âm B.1 T l dung mơi: nguyên li u B ng B.1 ng c a t l dung môi: nguyên li phenolic t ng, ho t tính ch mơi: ngun Hàm betalain (mg/100g ng betalain, nh i (mg GAE/100g khô) 15:1 4.98 ± 0.09a 37.72 ± 1.57a 19.37 ± 0.69a 1.37 ± 0.02a 20:1 6.38 ± 0.08b 42.87 ± 0.66b 23.74 ± 1.26b 1.35 ± 0.01b 25:1 6.84 ± 0.10c 45.54 ± 0.69c 32.58 ± 1.12c 1.27 ± 0.02b 30:1 7.83 ± 0.14d 46.64 ± 0.60c 35.50 ± 0.27d 1.25 ± 0.00c 35:1 8.02 ± 0.06d 46.98 ± 1.38c 34.69 ± 1.01d 1.16 ± 0.01c 60 B.2 Công su t siêu âm B ng B.2 ng c a cơng su t ng, ho t tính ch Công âm (W/g betalain (mg/100g ng betalain, phenolic nh i oxy hóa (mg GAE/100g khơ) 6.34±0.07a 27.40±0.03a 14.62±0.18a 3.56±0.021a 7.74±0.09b 46.52±0.46b 34.22±0.29b 1.300±0.010b 25 7.79±0.24b 47.38±0.50b,d 35.58±0.95c 1.273±0.005c 50 8.14±0.23c 49.41±0.39c 37.03±0.69d 1.271±0.007c 75 8.24±0.33c 49.60±0.95c 37.40±0.98d 1.273±0.010c 100 8.03±0.05b,c 47.65±0.60d 35.22±0.55b,c 1.270±0.001c 125 7.29±0.09d 46.90±0.49b,d 32.58±0.17e 1.263±0.012c 61 B.3 pH dung môi B ng B ng c ng betalain, phenolic t ng, ho t tính ch nh i pH dung mơi betalain (mg/100g (mg GAE/100g oxy hóa 7.67±0.30a 46.91±1.05a 34.29±0.29a 1.37±0.06a 8.39±0.25b 50.81±0.91b 36.57±0.45b 1.27±0.00b 8.16±0.01b 49.85±1.33b 36.33±0.15b 1.26±0.01b 7.90 ±0.10a,b 48.99±1.40b 33.97±0.72a 1.28±0.02b 7.21±0.11c 42.16±0.46c 33.02±0.31c 1.27±0.01b 62 B.4 Nhi B ng B.4 ng c a nhi tính ch ng betalain, phenolic t ng, ho t nh i betalain (mg/100g (mg GAE/100g oxy hóa 30 8.08±0.13a 48.84±0.50a 30.97±0.66a,d 1.30±0.01a 40 8.09±0.18a 50.03±1.34a,b 34.40±0.88b 1.26±0.01b 50 8.27±0.10a 51.09±0.91b 37.96±1.26c 1.26±0.002b 60 7.23±0.22b 46.70±1.31c 32.16±1.24a 1.24±0.008c 70 6.97±0.22b 45.97±0.25c 29.53±0.66d 1.24±0.003c o C) ng 63 B.5 Th i gian B ng B.5 ng c a th ng betalain, phenolic t ng, ho t tính ch nh i H betalain (mg/100g (mg GAE/100g oxy hóa 7.60±0.08a 48.17±0.29a 34.98±0.21a 1.33±0.004a 8.25±0.10b 50.85±0.59b 37.74±0.31b,c 1.28±0.006b 8.36±0.10b 50.80±0.43b 38.36±0.82b,c 1.27±0.003b 8.75±0.02c 51.13±0.23b 38.64±0.57c 1.27±0.011b 8.72±0.11c 52.74±0.56c 40.75±1.04d 1.27±0.011b 7.77±0.04d 49.44±0.86d 37.30±0.94b 1.27±0.004b gian (phút) Chú ý: m t c t, giá tr u b i ch gi ng khác m t th ng kê (p