Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm

Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

# "

NGUYỄN ĐÌNH ANH

SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CURCUMIN TRONG CÔNG NGHỆ PHẨM MÀU THỰC PHẨM

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đại cương

Mã số: 2.11.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, 2009

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học :

Phản biện 1: GS TSKH Lưu Duẩn

Phản biện 2: GS TSKH Nguyễn Bin

Phản biện 3: PGS TS Lê Tự Hải

Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận án cấp

nhà nước họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng 12

năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia

- Trung tâm Thông tin - Học liệu

- Thư viện trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng

1 Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh, Phạm Thị Thùy Phương (2005), “Điều kiện tối ưu để chiết tách curcumin từ củ nghệ

vàng bằng phương pháp chưng ninh”, Tuyển tập Báo cáo khoa học

30 năm xây dựng và phát triển trường Đại học Sư phạm - Đại học

Đà Nẵng 1975-2005, trang 99-103

2 Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2005), “Nghiên cứu

chiết curcumin thô từ củ nghệ vàng bằng dung dịch xà phòng”, Tạp chí Hóa học & Ứng dụng, số 9 (69)/2007, ISSN 0866-7004, trang

42 ÷ 44

3 Lê Văn Hoàng, Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh, (2007), “Ảnh hưởng của điều kiện sấy đến hàm lượng curcumin của

củ nghệ vàng”, Tạp chí Hóa học & Ứng dụng, số 7 (67)/2007, ISSN

0866-7004, trang 48 ÷ 49

4 Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2007), “Phẩm màu tự

nhiên và ứng dụng của nó trong thực phẩm”, Tạp chí Khoa học & Phát triển, số 129/2007, ISSN 1859 – 1438, trang 15 ÷ 18

5 Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2008), “Nghiên cứu

ứng dụng curcumin trong phối màu thực phẩm”, Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 7 (79)/2008, ISSN 9866-7004, trang 40 - 41

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Ngày nay, phẩm màu thực phẩm vừa tạo màu cho thực phẩm,

tăng cảm giác ngon miệng Curcumin không chỉ có các chức năng

trên mà còn có nhiều đặc tính quý giá như tạo ra màu “tự nhiên” hơn,

an toàn hơn phẩm màu thực phẩm tổng hợp Hơn nữa, curcumin còn

có khả năng bảo vệ thực phẩm chống tác nhân ô xy hóa (ôxy, tia tử

ngoại, hóa chất,…) và có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng

Ở nước ta, curcumin đã được chiết tách và dùng cho sản xuất

một số dược phẩm Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu về sản xuất và

ứng dụng nó trong công nghiệp thực phẩm Do vậy, sử dụng củ nghệ

vàng – nguyên liệu sẵn có, dồi dào, giá rẻ – để sản xuất và ứng dụng

curcumin trong công nghệ thực phẩm sẽ đáp ứng nhu cầu phẩm màu

thực phẩm tự nhiên, an toàn và có hiệu quả kinh tế

2 Mục đích của đề tài

Mục đích của đề tài là nghiên cứu sản xuất curcumin thô từ củ

nghệ vàng của các tỉnh miền Trung Việt nam nhằm chế tác thành

màu thực phẩm đồng thời nghiên cứu sử dụng curcumin với các gam

màu thích ứng Từ đó, thay thế dần phẩm màu vàng tatrazine hiện

đang sử dụng phổ biến trong sản suất thực phẩm

3 Nội dung nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu gồm: nghiên cứu về sản xuất bột nghệ

từ củ nghệ vàng; về chiết tách curcumin thô; về tính chất lý-hóa, cấu

trúc, về thành phần curcumin trong sản phẩm chiết; về ứng dụng

curcumin thô trong công nghệ tạo màu thực phẩm

4 Ý nghĩa khoa học

Ý nghĩa khoa học của luận án là: xác định được dạng tồn tại của curcumin trong củ nghệ; xác định được các điều kiện công nghệ sấy

củ nghệ vàng để bảo toàn hàm lượng curcumin; xác định được các thông số kỹ thuật để chiết tách curcumin; xác định được cấu trúc, thành phần curcuminoid có trong sản phẩm chiết từ củ nghệ vàng ở miền Trung Việt nam; tạo ra được một số gam màu mới từ curcumin với các chất màu khác theo mô hình RY’B; khẳng định được curcumin thô không bị biến đổi cấu trúc do quá trình phối màu, do tác động của các điều kiện công nghệ sử dụng, chế biến thực phẩm

5 Ý nghĩa thực tiễn

Ý nghĩa thực tiễn của luận án bao gồm: khẳng định củ nghệ vàng các tỉnh miền Trung Việt nam có hàm lượng curcumin đạt mức trung bình so với củ nghệ vàng quốc tế; đề xuất phương pháp đo màu

bằng thiết bị đo màu CIElab để dùng trong chọn lựa nguyên liệu giàu

curcumin; đề xuất 3 quy trình chiết tách curcumin thô có tính khả thi cao ứng với các điều kiện công nghệ thích hợp; chế tạo và sử dụng thiết bị để chiết tách curcumin thô bằng dung dịch xà phòng ở qui mô pilot có tính khả thi cao; tạo ra các gam màu mới và sử dụng chúng

để nhuộm màu cho một số loại thực phẩm

6 Bố cục của luận án

Luận án gồm có 143 trang (không kể phần phụ lục), gồm: phần

mở đầu (5 trang); nội dung luận án gồm 3 chương: chương 1 Tổng quan tài liệu (28 trang), chương 2 Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu: (6 trang), chương 3 Kết quả và thảo luận (78 trang); phần kết luận (5 trang) Luận án có 17 bảng, 52 hình vẽ, 171 tài liệu tham khảo tiếng Việt, Tiếng Anh và các trang Web

Chương I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CURCUMIN

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Curcumin được Vogel chiết từ củ nghệ vàng năm 1815 [154]

Cấu trúc của curcumin được Lampe xác định vào năm 1910

[89], Roughley và Whiting công bố vào năm 1973 [120]

Curcumin tan trong dầu mỡ và trong các dung môi hữu cơ Độ

bền màu của curcumin bị ảnh hưởng bởi ôxy, tia tử ngoại, môi trường

kiềm và các điều kiện công nghệ chiết tách Theo FAO, curcumin an

toàn, không gây độc cho người sử dụng Các phương pháp sấy củ

nghệ gồm: sấy bằng năng lượng mặt trời [114], sấy lò (than, củi hay

điện) với nhiệt độ sấy thích hợp là 600C [163] Các phương pháp

chiết tách curcumin gồm: chiết bằng dung môi hữu có [73],[125],

CO2 siêu tới hạn [158] và dung dịch xà phòng [138] Đa số các công

trình đều tập trung nghiên cứu hoạt tính sinh học của curcumin và

nghiên cứu ứng dụng các hoạt tính này để điều trị bệnh ở người

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nghiên cứu cơ bản về curcumin gồm: nghiên cứu thành phần

hóa học của tinh dầu nghệ [13] và về chuyển hóa ar-tumeron [12] của

Phan Tổng Sơn; nghiên cứu về phản ứng acetyl hóa nhóm hydroxyl

của curcumin [2] và phản ứng amin hóa β-diceton của curcumin

[1]của Đào Hùng Cường; nghiên cứu về tinh thể curcumin và tính

chất điện hóa trong nước muối NaCl 1% ở pH 9 [15] của Nguyễn Thị

Thu Nghiên cứu chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng của Phạm

Đình Tỵ [17] năm 1989, Trần Thị Việt Hoa [5]; từ củ nghệ trắng Cao

Bằng của Lưu Thị Huế [6] năm 2003 Nghiên cứu tạo phức curcumin

với một số kim loại hay với các chất tạo huyền phù của Trần Thanh

Lương [9] Từ các nghiên cứu trong nước về curcumin, chúng tôi nhận thấy: chưa có công trình nào nghiên cứu về sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm

1.2 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CURCUMIN 1.2.1 Cấu trúc của curcumin

1.2.1.1 Cấu trúc của curcumin

Curcumin là diferuloylmethane [94], trong phân tử có chứa các liên kết đôi C=C, C=O, nhóm chức phenol, −OH và −OCH3 [72] Các chất màu vàng trong củ nghệ gồm curcumin I, II và III [72] có cấu trúc giống nhau Tỷ lệ curcuminI/II/III trong củ nghệ thay đổi theo giống nghệ, dung môi chiết tách [110],[86],[65],[121],[30]

1.2.1.2 Các dẫn xuất và chất đồng dạng với curcumin

Dẫn xuất tự nhiên của curcumin trong củ nghệ vàng có tên chung là curcuminoid như cyclocurcumin, calebin A [135],[136]

1.2.2 Thành phần hóa học của củ nghệ

Bột nghệ khô có cacbon hydrat (62,86 %), protein (7,14 %), lipit (10 %), các chất khác (19 %) [162], vitamin (C, E, K, B6), khoáng chất (K, Mg, Ca, Na, Zn, ), trên 80 hoạt chất sinh học [169]

1.2.3 Tính chất của curcumin

1.2.3.1 Tính chất vật lý

Curcumin ở dạng bột, màu cam-vàng, nóng chảy ở 176 ÷ 1770C, rất bền màu ở trạng thái khô hoặc trong dung dịch có pH ≤ 7 [55] Trong dung dịch, curcumin tạo màu vàng ở pH < 7,5 và màu đỏ ở pH

≥ 7,5 Dùng để nhuộm màu thực phẩm, curcumin tạo ra màu vàng đẹp với nhiều gam màu rất khác nhau [165]

1.2.3.2 Tính chất hóa lý

Curcumin tan trong dung môi hữu cơ; tan không hoàn toàn trong dầu mỡ động, thực vật; ít tan trong dung dịch ở pH ≤ 7, tan ở pH

kiềm nhưng dễ bị phân huỷ bởi kiềm [146] Curcumin tan trong nước

khi phối trộn với chất phân tán [55] hay với chất hoạt động bề mặt

[71], [143]

1.2.3.3 Hoạt tính sinh học

Củ nghệ, bột nghệ và sản phẩm chiết từ củ nghệ có nhiều hoạt

tính sinh học khác nhau như kháng vi sinh vật, chống oxy hóa, điều

trị một số bệnh như HIV, ung thư, [33], [102], [101], [8]

1.2.4 Độc tính và liều sử dụng

Curcumin an toàn cho con người và động vật

1.2.4.1 Độc tính sinh sản

1.2.4.2 Tác động lên sức khỏe người bệnh

1.2.4.3 Liều lượng curcumin sử dụng trong thực phẩm

Theo FAO, lượng sử dụng curcumin trong thực phẩm cho phép

từ 5÷500 mg/kg thể trọng [55]

1.3 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CURCUMIN

1.3.1 Sản xuất nghệ khô

Sản xuất nghệ khô nhằm giảm khối lượng nguyên liệu và tạo

thuận lợi cho chiết tách curcumin về sau Nghệ củ được sấy bằng lò

sấy (dùng năng lượng mặt trời, than, điện) [159] Các tác nhân chính

làm suy giảm curcumin trong quá trình sấy bao gồm: ánh sáng, chất

ôxy hóa [36], nhiệt độ [163]

1.3.2 Sản xuất curcumin

Curcumin thô (≤ 90%), curcumin tinh (> 90%) thường được

chiết từ bột nghệ vàng bằng các dung môi hữu cơ khác nhau

[58],[50],[52] và hiệu chiết curcumin cũng thay đổi theo loại dung

môi sử dụng và phương pháp chiết: 1,1% [34] hay 1,5÷2% [125]

Dầu thực vật [107] hoặc dung dịch xà phòng [128] đã được dùng để

chiết curcumin thô và sản phẩm dùng làm phẩm màu thực phẩm

1.3.3 Nguyên liệu sản xuất curcumin

Trong 9 loài thực vật, trong đó curcumin có nhiều nhất ở củ

nghệ vàng (Curcuma longa L.) từ 3 ÷ 8%

1.4 ỨNG DỤNG CURCUMIN TRONG Y HỌC, THỰC PHẨM

VÀ MỸ PHẨM 1.4.1 Ứng dụng curcumin trong y học 1.4.2 Ứng dụng trong thực phẩm

1.4.2.1 Bảo vệ thực phẩm

Hoạt tính chống oxy hóa của curcumin cao gấp 8 lần so với vitamine E [119] và mạnh hơn các chất chống ôxy hóa tổng hợp [93]

1.4.2.2 Sản xuất thực phẩm chức năng 1.4.2.3 Nhuộm màu thực phẩm

Rất nhiều loại thực phẩm được nhuộm màu bằng curcumin như thực phẩm ăn kiêng, dầu mỡ và nhũ tương dầu mỡ; kem, sản phẩm từ rau quả, bánh kẹo, bánh mì; thịt, cá, trứng và sản phẩm từ thịt, cá, trứng; gia vị, súp, nước sốt, đồ uống, đồ ăn tráng miệng [55]

1.4.3 Ứng dụng trong mỹ phẩm

Tóm lại:

Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về curcumin, đa số

là các nghiên cứu ứng dụng curcumin trong y học, do đó còn thiếu các nghiên cứu về sản xuất, ứng dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm Vì thấy, luận án “Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm” sẽ có ý nghĩa trên cả phương diện học thuật (khoa học) lẫn thực tiễn

Chương 2: NGUYÊN LIỆU

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 NGUYÊN LIỆU

2.2 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM

2.2.1 Hóa chất

2.2.2 Thiết bị dùng trong nghiên cứu

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp hóa lý

2.3.1.1 Phương pháp đo cường độ màu sắc

2.3.1.2 Phương pháp xác định độ bền màu

2.3.1.3 Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ UV-vis

2.3.1.4 Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ IR

2.3.1.5 Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ LC/MS

2.3.2 Phương pháp hóa học

2.3.2.1 Xác định lượng curcumin thô trong sản phẩm chiết bằng

phương pháp trọng lượng

2.3.2.2 Phương pháp định lượng curcumin bằng HPLC

2.3.2.3 Phương pháp xác định khả năng kháng ôxy hóa

2.3.3 Phương pháp sinh học

2.3.3.1 Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật

2.3.3.2 Phương pháp thử nghiệm độc tính cấp (LC 50 )

2.3.4 Phương pháp toán học

2.3.4.1 Phương pháp phân tích tương quan

2.3.4.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT NGHỆ Ở MỘT SỐ TỈNH MIỀN TRUNG VIỆT NAM

3.1.1 Nghiên cứu củ nghệ vàng

3.1.1.1 Xác định hàm lượng curcumin trong củ nghệ vàng ở một

số tỉnh miền Trung Việt Nam

Củ nghệ ở một số tỉnh miền Trung nước ta có hàm lượng curcumin ở mức trung bình (2,8 ÷ 3,12%) so với nghệ vàng ở Ấn độ [57], Pakistan [78] (2,8 ÷ 9,3%) Củ nghệ Đắc lắc có nhiều curcumin nhất (3,12%), củ nghệ Huế có ít curcumin nhất (2,65%)

3.1.1.2 Phân bổ curcumin trong củ nghệ vàng Đà Nẵng

Trong củ nghệ, curcumin ở lõi củ (3,22%), củ cái (2,82%), củ nguyên (2,78%), củ nhánh (2,22%), vỏ củ (1,9%) Do đó, nên dùng lõi củ, củ cái là nguyên liệu để nâng cao hiệu quả thu nhận curcumin

3.1.1.3 Nghiên cứu dạng tồn tại của curcumin trong củ nghệ

Sử dụng kính hiển vi điện tử hiệu Bino (Bỉ) có gắn camera Moticam 480, Nhật bản cho thấy lát nghệ tươi có màu vàng sáng,xem lẫn túi tinh dầu nghệ; ở độ phóng đại 800 lần có các hạt tinh bột trong

tế bào củ nghệ (hình 3.1)

Hình 3.1 Ảnh chụp lát cắt củ nghệ tươi dưới kính hiển vi

Túi tinh

nghệ

Màu vàng của lát cắt nghệ tươi là do curcumin hòa tan trong

dịch tế bào, màu đỏ-nâu của túi tinh dầu là do curcumin hòa tan trong

tinh dầu nghệ tạo ra Như vậy, curcumin hòa tan chủ tyếu trong tinh

dầu nghệ nên cần chọn dung môi phù hợp để chiết curcumin và sau

đó giải hấp curcumin được thuận lợi

3.1.1.4 Quan hệ giữa màu vàng và hàm lượng curcumin trong củ

nghệ

Hàm lượng curcumin có quan hệ với cường độ màu vàng đo

bằng máy đo màu CIElab: tỷ lệ nghịch với độ sáng màu (l), tỷ lệ

thuận với màu đỏ (+a) và vàng (+b) Do đó, có thể sử dụng máy đo

màu CIElab để tuyển chọn nguyên liệu giàu curcumin

3.1.2 Nghiên cứu một số thông số công nghệ quan trọng trong

quá trình sản xuất bột nghệ làm nguyên liệu sản xuất curcumin

Mục tiêu của nghiên cứu thông số công nghệ sấy là nhằm tìm ra

các giá trị thích hợp để hạn chế tổn thất curcumin trong quá trình sấy

3.1.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày lát nghệ đến sự thay

đổi hàm lượng curcumin

Cắt lát nghệ để sấy sẽ giảm thời gian sấy [65],[36] Nghiên cứu

ảnh hưởng của chiều dày lát nghệ khi sấy ở 600C, độ ẩm sau sấy là

10%, chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin đạt cực đại (2,9%)

khi chiều dày lát nghệ là 6mm Sấy lát nghệ 6 mm đạt hiệu quả cao

hơn so với sấy cả củ cái (2,82%) ở cùng nhiệt độ (mục 3.1.1.2)

3.1.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

Theo Martins [99], nhiệt độ sấy càng cao thì lượng curcumin bị

phân hủy càng tăng Khi sấy tủ điện ở nhiệt độ từ 40-800C (chiều dày

lát nghệ 6 mm), chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin đạt cực đại

(2,92%) tại nhiệt độ 600C Kết quả này phù hợp với công bố của

FAO về nhiệt độ thích hợp sấy củ nghệ bằng lò sấy

3.1.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp sấy đến sự thay đổi hàm lượng curcumin trong củ nghệ

Nghiên cứu sấy bằng 3 phương pháp sấy khác nhau trong cùng điều kiện sấy (nhiệt độ ≈ 400C, chiều dày lát nghệ 6 mm), chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin của bột nghệ sấy bằng hồng ngoại đạt 3,04%, cao hơn khi sấy tủ điện (2,75%) và sấy mặt trời (2,17%) Mặt khác, thời gian sấy hồng ngoại/tủ điện/sấy mặt trời là 8/60/73 giờ/mẻ Vậy, sấy bằng hồng ngoại đạt hiệu quả bảo tồn curcumin

3.1.2.4 Tối ưu hóa sấy hồng ngoại

Gọi y là hàm mục tiêu, ta có: y = f (Z1, Z2), Z1 là nhiệt độ sấy (0C), Z2 là chiều dày lát nghệ (mm) Tiến hành quy hoạch thực nghiệm TĐY 22 với khoảng biến thiên Z1 (55÷650C), Z2 (5÷7mm), chúng tôi thu được phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm là:

y = 2,13 + 0,01Z1 + 0,03Z2 Do các hệ số bij>0 nên y → max khi Z1

và Z2 → max nên hàm lượng curcumin đạt cao nhất khi nhiệt độ sấy (Z1) và chiều dày lát nghệ (Z2) ở mức cao nhất trong khoảng biến thiên của chúng: ytối ưu = 3,25% ứng với Z1tối ưu = 650C, Z2tối ưu = 7

mm Kiểm chứng Z1tốiưu, Z2tốiưu bằng thực nghiệm, chúng tôi thu được hàm lượng curucmin thô (3,23%) phù hợp với kết quả quy hoạch

Từ kết quả này, chúng tôi đề xuất quy trình sấy nghệ bột bằng hồng ngoại với các thông số tối ưu đã tìm được để ứng dụng cho sản xuất bột nghệ dùng làm nguyên liệu sản xuất curcumin

3.2 NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CURCUMIN THÔ

Để sử dụng chất màu vàng từ củ nghệ vàng, không nhất thiết hải chiết tách ra curcumin tinh khiết >90% vì hiệu suất thấp, phải dùng dung môi hữu cơ và giá thành cao Do đó, vấn đề đặt ra là chiết curcumin thô với hiệu xuất cao và loại bỏ mùi vị hăng đặc trưng của

củ nghệ vàng để có thể sử dụng làm phẩm màu thực phẩm

3.2.1 Nghiên cứu chiết curcumin thô bằng ethyl acetate/aceton

3.2.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ethyl acetate/aceton đến

lượng curcumin thu nhận được

Chọn các tỷ lệ ethyl acetate/aceton là 7/1; 6/1; 5/1; 4/1; 3/1; 2/1;

1/1 để chiết curcumin trong 11 giờ, kết quả cho thấy hàm lượng

curcumin thô đạt cực đại (2,85%) ở tỷ lệ 5/1

3.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết

Chọn tỷ lệ acetate/aceton là 5/1, tiến hành chiết curcumin trong

thời gian 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12 giờ, kết quả cho thấy: hàm

lượng curcumin đạt cao nhất (2,98%) sau 11 giờ chiết

Từ kết quả nghiên cứu chiết curcumin bằng ethyl acetate/aceton,

chúng tôi nhận thấy hiệu suất chiết curcumin thô đạt 2,98% khi sử

dụng ethyl acetate/aceton tỷ lệ 5/1 và chiết trong 11 giờ

3.2.1.3 Đề xuất quy trình chiết curcumin thô bằng ethyl

acetate/aceton

Quy trình chiết curcumin (CurDM) bằng acetate/aceton:

Nghệ bột → Chiết ethyl acetate/aceton (600C) → lọc → cất quay (thu

hồi dung môi) → loại tạp chất (diethyl ether) → sấy → CurDM

3.2.2 Nghiên cứu chiết curcumin thô bằng dầu lạc thô

Dầu lạc có thể dùng để chiết curcumin thô từ bột nghệ vàng bằng

phương pháp chưng ninh Sản phẩm dầu lạc có chứa curcumin có thể

dùng nhuộm màu cho một số loại thực phẩm hoặc tiếp tục chiết tách

để thu nhận curcumin thô

3.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dầu lạc/nước đến hiệu

suất thu nhận curcumin

Dựa trên khảo sát sơ bộ, chúng tôi chọn tỷ lệ dầu lạc/nước ở các

mức là 0,25/1; 0,75/1; 1,25/1; 1,75/1 và 2,25/1 để chiết curcumin ở

600C trong 12 giờ, chúng nhận thấy: hàm lượng curcumin tăng theo

tỷ lệ dầu lạc/nước từ 0,25/1 ÷ 1,75/1, đạt cực trị tại tỷ lệ 1,75/1

3.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian chưng ninh đến hiệu suất thu nhận curcumin bằng dung môi dầu lực/nước

Tiến hành chiết curcumin bằng dầu lạc/nước tỷ lệ 1,75/1 với thời gian thay đổi trong khoảng từ 2; 4; 6; 8; 9; 10; 11; 12 giờ, kết quả cho thấy hàm lượng curcumin đạt tối đa (3,03%) sau 11 giờ chiết

3.2.2.3 Đề xuất quy trình chiết curcumin bằng dung môi dầu lạc/nước

Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất quy trình chiết curcumin thô bằng dầu lạc/nước như sau:

Bột nghệ → Chiết (600C) → Lọc → Hòa tan (KOH 5%) → Lọc →

Kết tủa (HCl 5%) → sấy (600C) → CurDL

3.2.3 Nghiên cứu chiết curcumin bằng dung dịch xà phòng

Do có hoạt tính hoạt động bề mặt cao nên dung dịch xà phòng có khả năng hấp thụ rất mạnh đối với nhiều chất hữu cơ, vì thế sử dụng dung dịch xà phòng sẽ tăng được hiệu quả hấp thu curcumin từ bột nghệ vàng Sau đó, giải hấp curcumin ra khỏi dung dịch xà phòng bằng acid để thu nhận curcumin thô (CurXP)

3.2.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ kiềm đến hiệu suất thu nhận curcumin thô

Dùng dung dịch xà phòng (điều chế từ dầu lạc và KOH có nồng

độ từ 20 ÷ 50%) để chiết curcumin từ bột nghệ trong thời gian 5 phút, kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thô đạt cực đại (34,52%) tại độ kiềm 40%

3.2.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hiệu suất

thu nhận curcumin

Dùng dung dịch xà phòng (điều chế từ dầu lạc và KOH 40%) để

chiết curcumin thô từ bột nghệ vàng ở 30, 40, 50, 60, 70, 80 và 900C

Kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thu được tỷ lệ thuận theo nhiệt

độ chiết và đạt cực đại (34,59%) tại 900C

3.2.3.3 Tối ưu hóa chiết curcumin bằng dung dịch xà phòng

Gọi y là hàm mục tiêu, ta có: y = f (Z1, Z2), trong đó Z1 là nhiệt

độ chiết (0C), Z2 là độ kiềm (%) Tiến hành quy hoạch thực nghiệm

toàn phần TĐY22 với khoảng biến thiên của Z1 (85÷950C), Z2

(35÷45%), chúng tôi thu được phương trình hồi quy tương thích với

thực nghiệm: -36,74 + 0,541Z1 + 0,588Z2 Do b0<0 và b1, b2 > 0 nên

y → max khi Z1 và Z2 → max: hàm lượng curcumin thô đạt tối ưu

(y=38,15%) khi Z1 = 950C và Z2= 45% Kiểm chứng Z1tốiưu, Z1tốiưu

bằng thực nghiệm, chúng tôi thu được hàm lượng curucmin thô

(38,03%) phù hợp với kết quả tối ưu

3.2.3.4 Nghiên cứu chiết curcumin bằng thiết bị tự tạo

Đã chế tạo được bộ phận chiết và trung hòa:

Hình 3.19 Bộ phận chiết Hình 3.20 Bộ phận trung hòa

3.3 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ THÀNH PHẦN CURCUMIN TRONG SẢN PHẨM CHIẾT

3.3.1 Nghiên cứu một số tính chất của sản phẩm chiết

3.3.1.1 Nghiên cứu một số tính chất lý-hóa của sản phẩm curcumin thô

Tính tan của curcumin thô thu được ở phần nghiên cứu trên được thử nghiệm tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng 2, Đà nẵng, kết quả cho thấy: tất cả 3 loại curcumin thô đều không tan trong các dung dịch đệm có pH = 3; 7; 9, do đó không phù hợp khi dùng để tạo màu cho thực phẩm không chứa chất béo Khả năng tạo màu của curcumin thô trong dung môi hữu cơ, dung dịch đệm (ở các pH khác nhau) cho thấy: ở pH =3 và 7, curcumin thô

có màu từ vàng → vàng nhạt; ở pH =9, curcumin thô có màu vàng cam Như vậy, curcumin thô thu được có thể tạo màu vàng đặc trưng trong dung môi hữu cơ và dung dịch

3.3.1.2 Nghiên cứu tính chất sinh học sản phẩm chiết

Curcumin thô không có hoạt tính chống ôxy hóa, không kháng một số vi sinh vật kiểm định

3.3.1.3 Nghiên cứu độc tính tế bào và độc tính cấp của curcumin thô

Không gây độc tế bào dòng Hep-2, RD và LU Không xác định được liều gây chết LD50 khi thử nghiệm trên chuột với liều dùng curcumin thô từ 1 ÷ 3g/kg thể trọng trong 2 tháng

3.3.2 Nghiên cứu cấu trúc và thành phần curcumin trong sản phẩm chiết

3.3.2.1 Nghiên cứu cấu trúc của curcumin trong sản phẩm chiết

Đo phổ hồng ngoại các mẫu CurDM, CurXP và curPA (đối chứng) bọc trong viên nén K2BrO4 ở λ= 450 ÷ 4000 cm-1, chúng tôi

nhận thấy : CurDM và CurXP đều có chứa nhóm phenyl, hydroxyl,

nhóm xeton (–C=O), (–C=C–), (–C–O–C–) như curPA

3.3.2.2 Nghiên cứu thành phần curcumin trong sản phẩm chiết

Thành phần các chất màu curcuminoid có trong sản phẩm chiết

được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng ghép khối phổ

(LC/MS) Từ CurDM, CurXP chúng tôi xác định được thành phần

curcuminoid như sau:

Thành phần curcuminoid Công thức CurDM CurXP

Calebin A C21H20O7 + +

Cyclocurcumin C21H20O6 + +

1,10-Bisabaladiene-1,4-diol C15H26O2 +

1,2-Dimethyl-4-(6-methyl-4-heptenyl)-1,3-cyclohexandiene

1,3,10-Bisabaladiene-9-one C15H22O +

1,3,5,10Bisabaladiene-9-one C15H20O +

4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone C12H16O

+ +

3.4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CURCUMIN THÔ TRONG

CÔNG NGHỆ TẠO MÀU THỰC PHẨM

3.4.1 Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng

Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng CurXP như sau:

Ứng dụng CurXP trong thực phẩm không chứa chất béo là mục tiêu chính của luận án này, do đó chúng tôi tiếp tục nghiên cứu sử dụng curXP để tạo ra thêm các gam màu mới để đa dạng màu cho thực phẩm Đồng thời, nghiên cứu sản xuất gôm màu tan trong nước

để sử dụng cho thực phẩm không chất béo

3.4.2 Nghiên cứu tạo màu mới theo mô hình RYB

3.4.2.1 Nghiên cứu phối màu theo mô hình RYB hoặc RY’B

Chúng tôi tạo ra 16 gam màu mới từ mô hình RYB, RY’B (hình 3.25), trong đó công thức màu RYB 50:050 có nghĩa là đỏ (R) chiếm 50%, vàng (Y) 0% và lam (B) chiếm 50% tổng khối lượng chất màu

Sự khác biệt về màu của các màu phối cùng công thức theo

RYB với RY’B là do thay thế màu vàng tatrazine bằng CurXP