Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tối ưu các điều kiện tách chiết và bước đầu xây dựng quy trình sản xuất anthocyanin từ bắp cải tím

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐỖ THỊ VIỆT TRINH Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU TỐI ƢU CÁC ĐIỀU KIỆN TÁCH CHIẾT VÀ BƢỚC ĐẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT ANTHOCYANIN TỪ BẮP CẢI TÍM” KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chun ngành : Cơng nghệ Thực phẩm Lớp : K44 – CNTP Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2012 – 2016 Khoa : CNSH - CNTP Thái Nguyên - 2016 n ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM - ĐỖ THỊ VIỆT TRINH Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU TỐI ƢU CÁC ĐIỀU KIỆN TÁCH CHIẾT VÀ BƢỚC ĐẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT ANTHOCYANIN TỪ BẮP CẢI TÍM” KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chun ngành : Cơng nghệ Thực phẩm Lớp : K44 – CNTP Khoa : CNSH - CNTP Khóa học : 2012 – 2016 Khoa : CNSH - CNTP Giáo viên hƣớng dẫn : ThS Lƣơng Hùng Tiến Thái Nguyên - 2016 n i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, bên cạnh cố gắng nỗ lực thân, nhận động viên giúp đỡ lớn nhiều cá nhân tập thể Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Lương Hùng Tiến giảng viên khoa Công nghệ Sinh học – Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tơi thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn tới giúp đỡ thầy phịng thí nghiệm tạo điều kiện cho suốt thời gian thực đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh nhất, xong buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế sản xuất hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thấy Tôi mong góp ý q thầy bạn để khóa luận hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 05 năm 2016 Sinh viên Đỗ Thị Việt Trinh n ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thiết bị thí nghiệm 27 Bảng 3.2 Dụng cụ thí nghiệm 27 Bảng 3.3 Lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu thích hợp cho trình tách chiết 34 Bảng 3.4 Lựa chọn hệ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết .34 Bảng 3.5 Lựa chọn nồng độ HCl thích hợp cho q trình tách chiết .35 Bảng 3.6 Bảng mã hóa điều kiện tối ưu chiết tách anthocyanin 36 Bảng 3.7 Bảng thiết kế thí nghiệm tối ưu chiết tách anthocyanin 36 Bảng 4.1 Kết phân tích số thành phần nguyên liệu bắp cải tím 38 Bảng 4.2 Kết hàm lượng anthocyanin thu phương pháp xử lý khác 40 Bảng 4.3 Kết nghiên cứu lựa chọn hệ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết 41 Bảng 4.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ HCL đến khả tách chiết anthocyanin 43 Bảng 4.5 Kết hàm lượng anthocyanin bắp cải tím 45 Bảng 4.6 Kết phân tích ANOVA cho mơ hình chiết tách anthocyanin 46 Bảng 4.7 Bảng giá trị giải pháp tối ưu thí nghiệm cho hàm lượng anthocyanin cao .52 n iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Cấu trúc số Anthocyanidin tự nhiên Hình 2.2 Ảnh hưởng pH lên tốc độ thủy phân dâu đun nóng 450C trường hợp có Oxygen Nitrogen .8 Hình 2.3 Sự biến tính Anthocyanin 3,5 – di Glucoside pH 3,7 Hình 2.4 Sự biến tính anthocyanin với phản ứng oxy hoá catechol 11 Hình 2.5 Phản ứng ngưng tụ 12 Hình 2.6 Sơ đồ Jurd phản ứng thuận nghịch SO2 anthocyanin .14 Hình 2.7 Sự chuyển hố malvin thành malvone H2O2 tạo thành từ oxy hoá vitamin C 14 Hình 2.8 Fla-2-ene tạo thành từ phản ứng vitamin C anthocyanin 15 Hình 2.9 Công thức cấu tạo Cyanidin 3,5 –diglucoside 19 Hình 3.1 Bột anthocyanin thương mại 26 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng phương pháp xử lý nguyên liệu đến khả tách chiết anthocyanin 40 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ dung môi đến khả tách chiết anthocyanin 42 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ HCl dung môi đến khả tách chiết anthocyanin .43 Hình 4.4 Bề mặt đáp ứng thời gian nhiệt độ đến q trình tách chiết anthocyanin bắp cải tím 47 Hình 4.5 Bề mặt đáp ứng tỷ lệ Ethanol:HCl nhiệt độ đến trình tách chiết anthocyanin bắp cải tím 48 Hình 4.6 Bề mặt đáp ứng tỷ lệ Ethanol: HCl thời gian đến trình tách chiết anthocyanin bắp cải tím 49 Hình 4.7 Quy trình tách chiết sản xuất anthocyanin từ bắp cải tím .51 n iv MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích 1.3 Yêu cầu 1.4 Ý nghĩa 1.4.1 Ý nghĩa khoa học 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn Phần TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan chất chống oxy hóa Anthocyanin 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cấu trúc hóa học Anthocyanin 2.1.3 Tính chất vật lý hóa học Anthocyanin 2.1.4 Sự phân bố Anthocyanin 2.1.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu Anthocyanin 2.1.6 Khả ứng dụng nguồn nguyên liệu sản xuất Anthocyanin .15 2.1.7 Vai trò hơp chất Anthocyanin .17 2.2 Tổng quan bắp cải tím 18 2.2.1 Nguồn gốc đặc điểm bắp cải tím 19 2.2.2 Thành phần hóa học giá trị dinh dưỡng bắp cải tím .20 2.3 Tổng quan trích ly, phương pháp yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly antocyanin 20 2.3.1 Tách chiết anthocyanin .20 2.3.2 Các phương pháp trích ly 21 2.3.3 Tách chiết dung môi 22 2.3.4 Ứng dụng sóng siêu âm trích ly 23 2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình chiết 23 2.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước tách chiết anthocyanin 25 n v 2.4.1 Tình hình giới 25 2.4.2 Tình hình nước 26 Phần NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .27 3.1 Đối tượng,địa điểm thời gian nghiên cứu 27 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu .27 3.1.2 Địa điểm thời gian nghiên cứu 27 3.1.3 Hóa chất nghiên cứu 27 3.1.4 Thiết bị dụng cụ 27 3.2 Nội dung nghiên cứu .28 3.3 Phương pháp thí nghiệm 28 3.3.1 Phương pháp thu thập tổng hợp phân tích tư liệu .28 3.3.2 Phương pháp phân tích .28 3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm .33 3.4.1 Nghiên cứu lựa chọn cách xử lý nguyên liệu hệ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết 33 3.4.2 Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật chiết tách chất màu từ thực vật tạo chất màu vàng thực phẩm 35 Phần KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 4.1 Kết phân tích nguyên liệu bắp cải tím .38 4.2 Kết nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý nguyên liệu dung môi chiết phục vụ tách chiết anthocynin .39 4.2.1 Kết nghiên cứu lựa chọn phương pháp xử lý ngun liệu thích hợp cho q trình tách chiết 39 4.2.2 Kết nghiên cứu lựa chọn hệ dung môi thích hợp cho q trình tách chiết41 4.2.3 Kết nghiên cứu lựa chọn nồng độ HCl thích hợp cho trình tách chiết .42 4.3 Nghiên cứu tối ưu thời gian, nồng độ dung môi, tỉ lệ Ethanol : HCl đến khả trích ly athocyanin .44 n vi 4.3.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình tách chiết hàm lượng anthocyanin bắp cải tím 47 4.3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ Ethanol/HCl đến trình tách chiết hàm lượng anthocyanin bắp cải tím 48 4.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tách chiết hàm lượng anthocyanin bắp cải tím 49 4.4 Hoàn thiện kỹ thuật tách chiết sản xuất anthocyanin từ bắp cải tím 51 PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53 5.1 Kết luận 53 5.2 Kiến nghị .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO n Phần MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Anthocyanin hợp chất màu hữu thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid có màu đỏ, đỏ tía, xanh diện số rau Ngoài tác dụng chất màu thiên nhiên sử dụng an toàn thực phẩm, tạo nhiều màu sắc hấp dẫn cho sản phẩm, theo nghiên cứu khoa học công bố năm gần đây, anthocyanin cịn hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học q Đó khả chống oxy hóa cao nhờ hạn chế hình thành gốc tự do, tăng cường sức đề kháng, có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế phát triển tế bào ung thư, tác dụng chống tia phóng xạ[1][2][3] Những đặc tính q báu anthocyanin mà chất màu hóa học, chất màu khác hình thành q trình gia cơng kỹ thuật khơng có mở hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào đời sống hàng ngày, đặc biệt công nghệ chế biến thực phẩm Điều hồn tồn phù hợp với xu hướng nước giới nghiên cứu khai thác tính ưu việt hợp chất từ thiên nhiên phục vụ cho nhu cầu nâng cao đời sống người Hiện nay, anthocyanin nghiên cứu tách chiết từ nhiều nguồn nguyên liệu khác như: nho, dâu, bắp cải tím, tía tơ, đậu đen, cà tím, gạo nếp than, hoa atiso đỏ,… Qua nhiều nghiên cứu, bắp cải tím đánh giá nguồn ngun liệu khơng có hàm lượng anthocyanin tương đối cao, giá thành phù hợp, mà cịn có tính bền vững ổn định so với nguồn nguyên liệu khác điều kiện môi trường thay đổi[1] Thế việc tách chiết hợp chất có hoạt tính sinh học cao anthocyanin chưa nhà nghiên cứu nước ý nhiều, nước kết công bố điều kiện tách chiết khác chí trái ngược Do vậy, để tận dụng chất dinh dưỡng dược tính q bắp cải tím, góp phần đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao giá trị thương mại bắp cải tím, em định hướng nghiên cứu với nội dung n đề tài “Nghiên cứu tối ưu điều kiện tách chiết bước đầu xây dựng quy trình sản xuất anthocyanin từ bắp cải tím” 1.2 Mục đích - Tối ưu hóa q trình tách chiết anthocyanin từ bắp cải tím - Bước đầu xây dựng quy trình sản xuất anthocyanin từ bắp cải tím quy mơ phịng thí nghiệm 1.3 u cầu - Nghiên cứu số số vật lý có nguyên liệu như: Độ tro, độ ẩm, hàm lượng anthocyanin, đường, axit… - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin: xử lý nguyên liệu, hệ dung môi, tỷ lệ thành phần hệ dung môi, nhiệt độ thời gian tách chiết - Tối ưu hóa yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến trình chiết tách hợp chất anthocyanin từ bắp cải tím - Hồn thiện quy trình tách chiết bột anthocyanin từ bắp cải tím quy mơ phịng thí nghiệm cho hiệu suất cao 1.4 Ý nghĩa 1.4.1 Ý nghĩa khoa học - Cung cấp thành phần, hàm lượng hoạt chất anthocyanin nguyên liệu bắp cải tím, góp phần làm sở cho nghiên cứu sau anthocyanin nguyên liệu bắp cải tím 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần xây dựng qui trình cơng nghệ tách chiết hoạt chất anthocyanin từ bắp cải tím - Tạo tiền đề để sản xuất ứng dụng hoạt chất anthocyanin công nghệ thực phẩm lĩnh vực khác - Bước đầu giúp sinh viên thực tập kỹ thí nghiệm kỹ nghiên cứu khoa học n 41 khỏi nguyên liệu Khi bốc ẩm độ ẩm thấp có nghĩa nước ngun liệu nhiều cấu trúc nguyên liệu xốp nên dung mơi có điều kiện xâm nhập vào nhiều, trích anthocyanin nhiều hàm lượng sau trích cao Đối với mẫu xử lý nhiệt độ 50°C, nhiệt độ xử lý cao nên gây ảnh hưởng đến cấu trúc bề mặt nguyên liệu, nên hàm lượng anthocyanin dịch trích cịn thấp Vậy phương pháp xử lý nguyên liệu nhiệt độ 400C lựa chọn cho thí nghiệm 4.2.2 Kết nghiên cứu lựa chọn hệ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết Tiến hành khảo sát ảnh hưởng hệ dung môi dùng để tách chiết đến hàm lượng anthocyanin bắp cải tím Các thông số ban đầu kết biểu diễn bảng 4.2, đồ thị hình 4.2 Từ cho thấy hệ dung môi Ethanol 40%: HCL1,5 % cho kết tách chiết anthocyanin cao Bảng 4.3 Kết nghiên cứu lựa chọn hệ dung mơi thích hợp cho q trình tách chiết Hệ dung mơi Chỉ tiêu Ethanol 40% Acid acetic Ethnol 40%: HCl 1.5% 20% Hàm lượng Anthocyanin 0,861a 0,829a 1,197b Độ màu 3,883b 3,716a 4,271c Màu cảm nhận bắng mắt Tím Hồng đỏ Hồng đỏ (%) Ghi chú: Các chữ hàng biểu thị khác có ý nghĩa thống kê mức α< 0,05 n 42 1.4 4.4 4.3 4.2 4.1 0.8 3.9 0.6 3.8 0.4 3.7 Độ màu Anthocyanin % 1.2 3.6 0.2 3.5 3.4 Ethanol 40% Acid acetic 20% Ethanol 40%:HCl 1.5% Hệ dung môi Anthocyanin Độ màu Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng hệ dung môi đến khả tách chiết anthocyanin Từ kết bảng 4.4, với hệ dung môi ethanol 40o HCl 1,5%, dịch chiết thu cho hàm lượng anthocyanin độ màu đạt cao tất công thức đưa Kết hoàn toàn phù hợp với nghiên cứu Đàm Sao Mai, Lê Văn Tân (2013), "Nghiên cứu Anthocyanin Extraction từ vỏ măng cụt (Garcinia mangostana) Việt Nam, theo ông HCl dung môi phân cực tốt, tạo điều kiện cho anthocyanin khuếch tán triệt để so với hệ dung môi khác Vậy chọn hệ dung môi Ethanol 40%: HCl 1,5% cho thí nghiệm 4.2.3 Kết nghiên cứu lựa chọn nồng độ HCl thích hợp cho q trình tách chiết Từ thí nghiệm trên, hệ dung mơi Ethanol 40%: HCl lựa chọn làm hệ dung môi cho trình tách chiết Với nồng độ HCl khác nhau, hiệu tách chiết anthocyanin khác Thể qua bảng kết 4.3 n 43 Bảng 4.4 Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ HCl đến khả tách chiết anthocyanin Nồng độ HCl 1% 1.5% 2% Chỉ tiêu Hàm lượng Antho (%) 1,193a 1,351b 1,203a Độ màu 4,305a 4,674b 4,246a Màu cảm nhận bắng mắt Hồng đỏ Hồng đỏ Hồng đỏ Ghi chú: Các chữ hàng biểu thị khác có ý nghĩa thống kê mức α