Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm nghiên cứu trích ly và chuyển đổi màu hạt điều màu (bixa orellana l ) thành norbixin tạo chế phẩm bột norbixin tan trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM ****************** TRẦN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU TRÍCH LY VÀ CHUYỂN ĐỔI MÀU HẠT ĐIỀU MÀU (Bixa orellana L.) THÀNH NORBIXIN TẠO CHẾ PHẨM BỘT NORBIXIN TAN TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 5/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH ******************* TRẦN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU TRÍCH LY VÀ CHUYỂN ĐỔI MÀU HẠT ĐIỀU MÀU (Bixa orellana L.) THÀNH NORBIXIN TẠO CHẾ PHẨM BỘT NORBIXIN TAN TRONG NƯỚC Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đồ uống Mã số: 60.54.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Hướng dẫn khoa học: TS PHAN THẾ ĐỒNG Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 5/2014 i NGHIÊN CỨU TRÍCH LY VÀ CHUYỂN ĐỔI MÀU HẠT ĐIỀU MÀU (Bixa orellana L.) THÀNH NORBIXIN TẠO CHẾ PHẨM BỘT NORBIXIN TAN TRONG NƯỚC TRẦN THỊ HÀ Hội đồng chấm luận văn: Chủ tịch: Thư ký: Phản biện 1: Phản biện 2: Ủy viên: ii LÝ LỊCH CÁ NHÂN Tôi tên Trần Thị Hà, sinh ngày 22 tháng 07 năm 1984 huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh Tốt nghiệp PTTH trường Trung học phổ thông Long Khánh, tỉnh Đồng Nai năm 2002 Tốt nghiệp Đại học ngành Cơng nghệ thực phẩm hệ quy Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh, thành phố Hồ Chí Minh Q trình cơng tác: Từ tháng 09/2011 đến nay, giảng viên Đại học Công nghệ Đồng Nai Tháng 10 năm 2011 theo học Cao học ngành Công nghệ thực phẩm đồ uống trường Đại học Nông Lâm, Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh Điạ liên lạc: 32/32, tổ 25A, khu phố 2, phường Trảng Dài, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai Điện thoại: 0916 889 557 Email: hatran2207@gmail.com iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Học viên Trần Thị Hà iv LỜI CẢM TẠ Luận văn thực Đại học Công nghệ Đồng Nai hướng dẫn TS Phan Thế Đồng Đầu tiên, xin cảm tạ TS Phan Thế Đồng người thầy tạo điều kiện tốt nhất, bảo, giúp đỡ tơi bước suốt q trình thức luận văn Tôi xin cảm ơn thầy cô, cán bộ, công nhân viên Khoa Công nghệ Thực phẩm phịng Sau đại học, Trường Đại học Nơng Lâm TP HCM tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình hồn thành khố học Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu phận quản lý phịng thí nghiệm trường Đại học Công nghệ Đồng Nai giúp đỡ sở vật chất máy móc, thiết bị cần thiết cho nghiên cứu Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới người thân bạn bè tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu Đồng Nai, ngày 11 tháng năm 2014 Học viên Trần Thị Hà v TÓM TẮT Đề tài "Nghiên cứu trích ly chuyển đổi màu hạt điều màu (Bixa orellana L.) thành norbixin tạo chế phẩm bột norbixin tan nước" tiến hành Đại học Công nghệ Đồng Nai, thời gian từ tháng 05/2013 đến tháng 10/2013 Mục tiêu nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến hiệu suất trích ly chuyển đổi màu hạt điều màu thành norbixin thử nghiệm tạo chế phẩm bột norbixin tan nước để phối màu cho thực phẩm Thí nghiệm bố trí theo kiểu ngẫu nhiên yếu tố với ba lần lặp lại phương pháp bề mặt đáp ứng (response surface methodology) với hỗ trợ phần mềm thống kê chuyên dụng JMP 9.0.2 để tối ưu hóa số thơng số q trình trích ly chuyển đổi màu thành norbixin Số liệu thực nghiệm phân tích phương sai (ANOVA) sau so sánh trung bình phương pháp Tukey’s HSD (p < 0,05) Sau sàng lọc ảnh hưởng loại dung mơi khác đến hiệu suất trích ly chuyển đổi màu thành norbixin, kết cho thấy hỗn hợp dung môi NaOH + ethanol cho hiệu suất cao loại dung môi khác Đồng thời nồng độ NaOH: 0,52 M ethanol: 51,820 tỷ lệ dung môi / nguyên liệu 6/1 (v/w) q trình trích ly chuyển đổi màu thành norbixin đạt hiệu suất cao 1,76 % chất khô Đề tài khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dung môi / nguyên liệu chế độ xà phịng hóa đến hiệu suất trích ly chuyển đổi màu hạt điều màu thành norbixin Kết cho thấy tỷ lệ dung môi / nguyên liệu tối ưu 7,1/1 (v/w), nhiệt độ thời gian ủ tốt 58,6 0C 33,12 phút Ở điều kiện tối ưu, hiệu suất thu hồi màu norbixin hạt điều màu đạt gần 87 % Các loại acid khác gồm sulfuric, nitric, hydrochloric, phosphoric, formic, acetic citric thử nghiệm để kết tủa norbixin từ dịch trích Kết thu nồng độ HCl M hay tỷ lệ 9,2 % thể tích HCl đậm đặc so với thể tích dịch trích tối ưu để thu hồi norbixin tự Sau sấy khô, bột vi tủa norbixin thu có độ ẩm 7,6 % hàm lượng màu 44,25 %, đạt yêu cầu 35 % chất màu theo QCVN 4–10:2010/BYT FAO JECFA Monographs Tiếp theo, khả hòa tan bột tủa norbixin pH khác khảo sát Kết cho thấy pH cao tỷ lệ norbixin hịa tan nhiều Trên sở đó, để tăng khả hịa tan bột tủa norbixin, tỷ lệ phối chất trợ tan Na2CO3 / bột tủa norbixin thích hợp tìm 1/1 (w/w) Chế phẩm bột norbixin thu có hàm lượng màu norbixin đạt 22,1 %, khơng nhiễm kim loại nặng dễ tan nước Chế phẩm sử dụng để phối màu sữa chua với nồng độ ppm cho màu đánh giá cao Tóm lại, chế phẩm bột norbixin tan nước điều chế cách trước hết trích ly chuyển đổi màu hỗn hợp dung mơi NaOH ethanol Sau dùng acid HCl để kết tủa thu hồi norbixin tự từ phối trộn với Na2CO3 tạo chế phẩm bột norbixin tan nước Chế phẩm bột norbixin dễ ứng dụng sản phẩm thực phẩm có chứa hàm lượng nước lớn vii SUMMARY The subject entitled "Study on extraction and conversion annatto (Bixa orellana L.) color into norbixin to prepare food grade water–soluble norbixin powder" was conducted at Dong Nai University of Technology from May 2013 to October 2013 This study aimed to investigate the effects of some factors on efficiency of extraction – conversion process of annatto color into a food grade water–soluble norbixin powder which is highly applicable in food industry One– factor complete random design with triplicates was applied for preliminary experiments Response surface methodology based on the software JMP version 9.0.2 was conducted to optimize some parameters of extraction – conversion process The result data was analyzed by Analysis of Variance (ANOVA) following Tukey’s HSD test (p < 0.05) After being considered the effect of solvents on extraction and conversion yield of annatto into norbixin, the combination of NaOH and ethanol was determined as the most appropriate selection The optimized results showed that when using the mixture of 0.52 M NaOH and 51.820 ethanol with the solvent / material ratio 6/1 (v/w), the norbixin extraction yield reached the highest value of 1.76 % by dried weight The effects of solvent / material ratio and saponification conditions on the efficiency of extraction and conversion annatto color into norbixin were also investigated It was found that the optimal ratio of solvent / material was 7.1/1 (v/w), and the suitable temperature and time for saponification of annatto color were 58.6 0C and 33.12 minutes, respectively Under these optimal conditions, the recovery rate of norbixin color reached 87 % by total annatto in raw seed Different acids such as sulfuric, nitric, hydrochloric, phosphoric, formic, acetic, and citric acid were used to precipitate norbixin from the extracts The results showed that hydrochloric acid with concentration of M or 9.2 % (v/v) viii concentrated hydrochloric by extract volume was the most sufficient precipitant and gave the highest separation yield of norbixin After dehydration, precipitated norbixin powder contained 7.6 % of moisture and 44.25 % of norbixin color by weight, higher than that specified in QCVN 4–10:2010/BYT and FAO JECFA Monographs (35 %) Subsequently, the precipitated norbixin powder was evaluated for its aqueous solubility at different pH levels It was found that the higher the pH, the more solubility of norbixin powder Moreover, in order to increase the solubility of the obtained norbixin powder, the addition of Na2CO3 was studied, showing the most soluble was the mixture of Na2CO3 in norbixin powder at the ratio of 1/1 (w/w) This water–soluble norbixin powder preparation contains 22,1 % of norbixin color, without heavy metals This powdered colorant was used for coloring yogurt with different concentrations The sample colored with ppm of norbixin was the most appreciated In conclusion, the water–soluble norbixin powder could be prepared by several steps Firstly, extraction and conversion of annatto could be performed by using the mixture of NaOH and ethanol Then, hydrochloric acid could be used to precipitate norbixin in the extract to form norbixin powder Finally, the precipitated norbixin powder was converted into water–soluble norbixin powder by mixing with Na2CO3 This product could be used as color additive in high water content food products ix 68 Satyanarayana A., Rao P.P and Rao D.G., 2010 Influence of source and quality on the color characteristics of annatto dyes and formulations LWT – Food Science and Technology 43: 1456–1460 69 Scotter M.J., Wilson L.A., Appleton G.P and Castle L., 1998 Analysis of Annatto (Bixa orellana) Food Coloring Formulations Determination of Coloring Components and Colored Thermal Degradation Products by High– Performance Liquid Chromatography with Photodiode Array Detection J Agric Food Chem 46: 1031−1038 70 Scotter M., 2009 The chemistry and analysis of annatto food colouring: a review Food Additives and Contaminants 26 (8): 1123–1145 71 Shuhama I.K., Aguiar M.L., Oliveira W.P and Freitas L.A.P., 2003 Experimental production of annatto powders in spouted bed dryer Journal of Food Engineering 59: 9397 72 Silva P.I., 2007 Mộtodos de extraỗóo e caracterizaỗóo de bixina e norbixina em sementes de urucum (Bixa orellana L.) MSc tese, Universidade Federal de Vicosa, Viỗosa, Minas Gerais, Brasil 73 Silva P.I., Nachtigall A.M and Stringheta P.C., 2009 Fatores que influenciam a reaỗóo de saponificaỗóo dos carotenóides presentes no urucum (Bixa orellana L.) Ciênc agrotec., Lavras 33 (Ediỗóo Especial): 18921897 74 Silva P.I., Nachtigall A.M and Stringheta P.C., 2010 Eficiờncia de solventes na obtenỗóo ecaracterizaỗóo de corantes de urucum (Bixa orellana L.) B CEPPA, Curitiba 28 (1): 115–124 75 Sinha K., Chowdhury S., Saha P.D and Datta S., 2013 Modeling of microwave–assisted extraction of natural dye from seeds of Bixa orellana (annatto) using response surface methodology (RSM) and artificial neural network (ANN) Industrial Crops and Products 41: 165–171 76 Smiths J and Wallin H., 2006 Annatto extracts – Chemical and Technical Assessment 67th FAO JECFA 77 Srivastava A., Shukla Y.N., Jain S.P and Kumar S., 1999 Chemistry, pharmacology and uses of Bixa orellana: a review Journal of Medicinal and Aromatic Plant Sciences (India) 21 (4): 1145–1154 78 TCVN 3215–79, 1979 Sản phẩm thực phẩm – Phân tích cảm quan – Phương pháp cho điểm Ủy ban Khoa học Kỹ thuật nhà nước 79 The Raintree Group, 1997 Database file for annatto (Bixa orellana) August 19th 2013 80 80 Tống Thị Việt Hà, 2011 Nghiên cứu lựa chọn quy trình chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐH Đà Nẵng 81 Tummala J., Pamidighantam P.R., Babu P.M and Akula S., 2012 Selection and application of annatto (Bixa orellana L.) dye formulation in some traditional sweetmeat and savoury products Journal of Scientific & Industrial Research 71: 788–793 82 Vasu S., Palaniyappan V., Kothandam H P., and Badami S., 2010 Microwave facilitated extraction of Bixin from Bixa orellana and it’s in–vitro antioxidant activity Der Pharmacia Lettre (2): 479–485 83 Venugopalan A., Giridhar P., and Ravishankar G.A., 2011 Food, ethanobotanical and diversified applications of Bixa orellana L.: a scope for its improvement through biotechnological mediation Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences (4): 9–31 84 Veríssimo S.A., 2003 Extraỗóo, caracterizaỗóo e aplicaỗóo corante de urucum (Bixa orellana L.) no tingimento de fibras naturais MSc tese, Universidade Federal Rio Grande Norte Centro de Tecnologia, Brasil 85 Võ Văn Chi Vũ Văn Chuyên, 1998 Cây cỏ thường thấy Việt Nam Tập 1, NXB Khoa học Hà Nội, trang 145 81 PHỤ LỤC Phụ lục Kết so sánh độ ẩm trung bình hạt điều màu nguyên liệu đo hai phương pháp khác 82 Phụ lục So sánh hiệu loại hỗn hợp dung môi 83 Phụ lục So sánh hiệu suất trích ly chuyển đổi màu thành norbixin nồng độ NaOH khác 84 Phụ lục So sánh hiệu suất trích ly chuyển đổi màu thành norbixin nồng độ ethanol khác 85 Phụ lục So sánh hiệu suất trích ly chuyển đổi màu thành norbixin tỷ lệ dung môi / nguyên liệu khác 86 Phụ lục So sánh hiệu suất trích ly chuyển đổi màu thành norbixin nhiệt độ ủ khác 87 Phụ lục So sánh hiệu suất trích ly chuyển đổi màu thành norbixin thời gian ủ khác 88 Phụ lục So sánh hiệu suất thu hồi norbixin sử dụng thể tích acid HCl khác 89 Phụ lục So sánh tỷ lệ norbixin tan pH khác 90 Phụ lục 10 So sánh tỷ lệ hòa tan bột tủa norbixin tương ứng với tỷ lệ phối chất trợ tan Na2CO3 khác 91 Phụ lục 11 Kết kiểm nghiệm hàm lượng kim loại nặng 92 Phụ lục 12 So sánh điểm cảm quan mẫu sữa chua phối nồng độ màu norbixin khác 93 Phụ lục 13 Tiến độ thực đề tài Thời gian (bắt đầu – kết thúc) T4/2013 – T6/2013 Các nội dung, công việc Thực chủ yếu Sản phẩm phải đạt Viết đề cương Đề cương Nộp đề cương Báo cáo T8/2013 Báo cáo đề cương Báo cáo T9/2013 Chuẩn bị đánh giá vật liệu nghiên cứu Khảo sát tối ưu hóa dung mơi Khảo sát tối ưu hóa tỷ lệ dung mơi / hạt chế độ xà phịng hóa Mẫu, báo cáo T5/2013 ĐH Công nghệ Đồng Nai Báo cáo T5/2013 – T6/2013 ĐH Công nghệ Đồng Nai Báo cáo T6/2013 – T7/2013 ĐH Công nghệ Đồng Nai Báo cáo T7/2013 – T8/2013 ĐH Công nghệ Đồng Nai Báo cáo T9/2013 ĐH Công nghệ Đồng Nai Báo cáo T9/2013 – T10/2013 ĐH Công nghệ Đồng Nai TT Khảo sát acid nồng độ Khảo sát khả hòa tan tỷ lệ chất trợ tan Đánh giá ứng dụng chế phẩm bột norbixin 10 Báo cáo kết đề tài Báo cáo T10/2013 11 Bảo vệ luận văn tốt nghiệp Báo cáo T6/2014 94 Địa điểm thực Trường ĐH Nông Lâm TP HCM Trường ĐH Nông Lâm TP HCM Trường ĐH Nông Lâm TP HCM Trường ĐH Nông Lâm TP HCM Trường ĐH Nông Lâm TP HCM