nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ cây lá cẩm

Sử dụng chất màu t r o n g thực phẩm mặc dù không có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng, nhưng có vai trò quan trọng như: Đảm bảo sự đồng nhất về màu sắc thực phẩm từ lô sản phẩm này đến Ph

LỜI CẢM ƠN

Trước iên em xin chân hàn cảm ơn Ban ãnh đạo nhà rường,Ban chủ

n iệm Khoa Chế biến cùng c c hầy cô rong Khoa Chế biến- Trường Đại học Nha Trang đã ạo điều kiện huận ợi cho em hoàn hàn chươn rình đào ạo

và hực hiện công á ốt n hiệp

Em xin bày ỏ òng biết ơn sâu sắc đến hầy giáo hướng dẫn đồ án:Th.S ĐẶNG TRUNG THÀNH đã ận ìn hướn dẫn em rong suốt quá rìn hực hiện đồ án

Cuối cùn em xin bày ỏ òng biết ơn chân hành n ất đến n ững ngườithân rong gia đình, bạn bè đã hết lòng động viên, giú đ em ro g quá rình học ập cũng như hoàn hàn đồ án này

Nha Trang,tháng 6 năm 2011 Sin viên hực hiện NGUYỄN THỊ NHUNG

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN N 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN 4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 9

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM 9

1.1.1 KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU 9

1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm 13

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY LÁ CẨM 14

1.3 Khái quát về Anthocyanin 17

1.4 LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH CHIẾT 20

1.5 Lý thuyết chung về phương pháp so màu 24

1.6 Tình hình nghiên cứu sử dụng chất màu 26

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 28

2.2 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN 29

2.2.2 Thiết bị sử dụng chủ yếu trong luận văn 29

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 29

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 30

2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn dung môi chiết chất màu Anthocyanin từ cây lá Cẩm 30

2.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn nhiệt độ chiết chất màu

Anthocyanin từ cây lá Cẩm 31

2.3.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn thời gian chiết chất màu Anthocyanin từ cây lá Cẩm 32

2.3.5.Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ dung môi /nguyên liệu để chiết chất màu anthocyanin từ cây lá Cẩm 33

2.3.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn số lần chiết thích hợp chất màu anthocyanin từ cây lá Cẩm 34

2.4 Sơ đồ bố trí chọn phương pháp bảo quản chất màu anthocyanin thích hợp 35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH CHIẾT RÚT CHẤT MÀU TỪ CÂY LÁ CẨM 36

3.1.1 Kết quả xác định dung môi chiết chất màu Anthocyanin từ cây lá Cẩm 36

3.1.2 Kết quả xác định nhiệt độ chiết chất màu Anthocyanin từ cây lá Cẩm 39

3.1.3 Kết quả xác định thời gian chiết chất màu anthocyanin từ cây lá Cẩm 40

3.1.4 Kết quả xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 42

3.1.5 Kết quả xác định số lần chiết chất màu 43

3.2 Phương pháp bảo quản thích hợp cho chất màu sau khi thu nhận. 45

3.3 Đề xuất quy trình chiết rút chất màu anthocyanin từ cây lá Cẩm 47

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 48

1.KẾT LUẬN 48

2 Đề xuất ý kiến 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHẦN PHỤC LỤC 53

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

NL: Nguyên liệu OD: Mật độ quang

2 Bảng 1.2: Liều lượng sử dụng một số chất màu tự nhiên 16

3 Bảng 1.3: Liều lượng sử dụng một số chất màu nhân tạo 17

4 Bảng 1.4: Liều lượng sử dụng một số chất màu vô cơ 18

5 Bảng 1.5: Đặc điểm hình thaiscuar 4 dạng cẩm( Peristrophe

Bivalis)

23

7 Bảng 3.1 Kết quả xác định chọn dung môi chiết chất màu từ cây

10 Bảng 3.4 Kết quả xác định tỷ lệ dung môi trên nguyên liệu chiết

chất màu anthocyanin

61

11 Bảng 3.5 Kết quả xác định số lần chiết chất màu từ cây lá Cẩm 62

8 Hình 1.8 Hình ảnh thiết bị cô quay chân không 30

9 Hình 3.1 Ảnh hưởng của dung môi chiết tới khối lượng chất

11 Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian chiết tới hàm lương chất

màu chiết từ cây lá Cẩm

14 Hình 3.6 khảo sát sự biến đổi chất màu theo 3 phương pháp

bảo quản chất màu anthocyanin

46

LỜI NÓI ĐẦU

Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đối với mỗi sản phẩm thực phẩm Sử dụng chất màu t r o n g thực phẩm mặc dù không

có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng, nhưng có vai trò quan trọng như:

Đảm bảo sự đồng nhất về màu sắc thực phẩm từ lô sản phẩm này đến

Phục hồi lại vẻ bên ngoài của thực phẩm do chất màu bị biến đổi trong

quá trình chế biến (Delgado-Vargas et al., 2000).Chính vì thế chất màu ngày

càng sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày để đạt điều này nhiều nhà sản xuất đã lạm dụng chất màu nhân tạo vào trong thực phẩm vượt quá mức cho phép có khi sử dụng cả các chất màu công nghiệp vào trong thực phẩm gây ra các vụ ngộ độc thức ăn nghiêm trọng có khi còn để lại các bệnh ung thư nếu như cơ thể tích trữ quá mức cho phép Xuất phát từ thực tế trên, em đã định hướng nghiên cứu về chất màu với nội dung đề tài: “ Nghiên cứu chiết xuất

chất màu Anthocyanin từ cây lá Cẩm”

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Nghiên cứu điều kiện thích hợp sử dụng cho chiết anthocyanin từ cây lá Cẩm

- Khảo sát độ bền của dịch chiết thu được trong những điều kiện khác nhau

Từ đó, đề xuất ra phương pháp bảo quản và khả năng ứng dụng của chất màu anthocyanin trong công nghiệp thực phẩm Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu của em còn hạn chế cũng như khó khăn về điều kiện thực nghiệm nên mặc dù rất cố gắng đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót

Rất mong được sự chỉ bảo cũng như sự góp ý của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài này có thể được hoàn thiện hơn

Xin chân hành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM [12]

1.1.1 KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU

Thực phẩm thường có màu sắc đặc trưng nhưng trong quá trình chế biến

và bảo quản, dưới tác động của các yếu tố môi trường, nó dễ bị biến đổi màu, không đạt được màu mong muốn hoặc mất màu

Một số biện pháp giữ cho màu thực phẩm

* Xây dựng một quy trình công nghệ để bảo quản được tối đa màu sắc

* Phối hợp sử dụng các phương pháp kể trên theo những biện pháp khác nhau

1.1.2 Phân loại chất màu thực phẩm

Chất màu thực phẩm được chia ra làm 3 loại: chất màu tự nhiên, chất màu nhân tạo và chất màu vô cơ

 Chất màu tự nhiên:

Chất màu tự nhiên chia làm 3 nhóm chính:

- Antoxian có màu đỏ và màu xanh lam

- Carotinoit có màu vàng

- Clorofin sắc tố xanh lá cây

Tất cả các sắc tố này là những hợp chất hoá học phức tạp và được tạo nên trong quá trình sống thích ứng với các loại thực vật

Mức độ bền của chúng rất khác nhau và trong quá trình bảo quản, chế biến nhiệt và các gia công khác sẽ bị thay đổi đi theo những cách khác nhau

Vì vậy lúc ở đang tươi sản phẩm thường có màu sắc đẹp, sau khi chế biến màu sắc sẽ bị kém đi một phần hoặc có khi mất màu hẳn Điều đó làm cho giá trị mặt hàng và giá trị sử dụng giảm đi và vẻ hấp dẫn bên ngoài của thức ăn sẽ

7 Poliphenol đã bị oxy hoá Nâu đậm Không hạn chế

Bảng 1 1: Bảng một số chất màu tự nhiên

Chất màu nhân tạo là chất màu được tổng hợp hữu cơ từ các nguyên liệu tự nhiên

Ưu điểm:

- Bền màu

- Đa dạng về màu sắc: màu vàng, màu đỏ, màu xanh, màu đen

- Có thể phối màu để tạo màu thích hợp với thị hiếu, có 3 phương pháp phối màu

 Phương pháp cơ học:

 Phương pháp kinh nghiệm:

 Phương pháp điện tử:

 Nhược điểm: Phần lớn các chất màu tổng hợp đều có thể gây ung thư

và có tác động không tốt đối với con người nên khi sử dụng phải tuân theo sự chỉ dẫn trong tài liệu kỹ thuật Điều này đã được các nhà khoa học chứng minh

từ năm 1979

Ứng dụng:

 Chất màu nhân tạo được sử dụng trong phạm vi tương đối hẹp, thường được sử dụng trong sản xuất bánh kẹo và sản xuất nước uống không có cồn và trong sản xuất đồ hộp chủ yếu là đồ hộp rau quả

 Cho phép nhuộm màu thực phẩm bằng các chất màu tổng hợp

7 Erytrozin Đỏ 2.5

10 Xanh lơ sáng FCF Xanh lơ sáng Chưa có

Bảng 1 2: Bảng một số chất màu nhân tạo

mg/kg khối lượng cơ thể

Bảng 1 3 Liều lượng sử dụng một số chất màu vô cơ



 Các chất màu có nguồn gốc vô cơ chủ yếu dùng để trang trí thực phẩm

 Sử dụng các loại bột để chống hiện tượng dính giữa loại thực phẩm này với thực phẩm khác ở giữa 2 bề mặt thực phẩm

 Fe2O3; FeO (màu đỏ): dùng để trang trí trên bề mặt thực phẩm như mứt, bánh kẹo

 Ag, Au được sử dụng trong các món ăn dành cho giới thượng lưu, cán dát thành các lá cực mỏng, sau đó cắt thành sợi nhỏ  tạo ấn tượng màu rất tốt

 Đá quý được chế biến thành dạng bột để rắc lên bề mặt thực phẩm, tạo ra độ phản quang tốt.

 Tính độc hại: Phần lớn các chất màu vô cơ có tính độc hại và một số còn khó tiêu hoá sau khi sử dụng nên cần phải thận trọng khi dùng trong thực phẩm

1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm [12]

Về nguyên tắc: Bổ sung chất màu nhằm phục hồi màu vốn có của một số

thực phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến Không được dùng chất màu để che đậy khuyết điểm của thực phẩm, hoặc để người tiêu dùng nhầm lẫn về sự

có mặt không thực của một vài thành phần chất lượng trong thực phẩm

Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản phẩm thực phẩm nào đó chúng ta cần quan tâm các yếu tố sau:

Trạng thái của chất màu: Người tiêu dùng vẫn ưa dùng chất màu ở dạ.ng

lỏng hơn là ở dạng bột

Cách sử dụng: Thường 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 bổ sung chất màu: Sự có mặt của protein, nước, tanin hay chất béo sẽ ảnh hưởng tới độ trong hay vẩn đục của chất màu khi bổ sung vào trong thực phẩm đó

pH: Sự ổn định cũng như sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh

hưởng bởi độ pH của thực phẩm

Điều kiện chế biến: Đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới chất

lượng chất màu bổ sung 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 dưới

những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÂY LÁ CẨM [20]

Cẩm là cây có nhiều công dụng như làm thuốc, làm phẩm màu Ở Việt Nam, cành lá của cây này được biết đến như một vị thuốc nam Trong y học cổ truyền, Cẩm được dùng trị nhiều loại bệnh như: Lao phổi, khái huyết, ho nôn ra máu, viêm phế quản cấp tính, ỉa chảy, lỵ, ổ tụ máu, bong gân

Tại Trung Quốc, Cẩm là dược liệu có vị đắng, tính bình, có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, tiêu thũng, chỉ huyết, chữa viêm họng, thấp khớp, nhiễm trùng đường tiết niệu, kinh phong ở trẻ em, lao hạch, mụn nhọt Theo “Danh lục các loài thực vật Việt Nam”- 2005, thì chi Peristrophe Nees có 4 loài, trong

đó chỉ có loài Cẩm (P bivalvis (L.) Merr.) ở Bắc Bộ và loài Kim loung nhuộm (P montana Nees) ở Nam Bộ được coi là cây nhuộm màu Ngoài ra, Cẩm còn được các dân tộc thiểu số phía Bắc dùng để nhuộm xôi nhiều màu trong những ngày lễ tết [20]

1.2.1 Đặc điểm sinh học cây lá Cẩm

Cây lá Cẩm hay còn gọi là cây nhuộm màu là cách gọi của người Việt Nam để chỉ loài cây ưa ẩm và ưa bóng có tên tiếng anh là Peristrophe bivalvis (L.) Merr, syn P roxburghiana chúng thuộc họ Ô rô (Acanthaceae) - cây cỏ lâu năm.[20]

1.2.2 Mô tả cây lá Cẩm

Cây Cẩm có chiều cao khoảng 30 - 60cm, cành non có lông về sau nhẵn,

thân thường 4 cạnh, có rãnh dọc sâu

Hình 1.1 Hình ảnh cây lá Cẩm

hoặc thuôn mũi giáo, thường có bớt màu trắng ở dọc gân ,kích thước 2 - 10cm

x 1.2 - 3.6cm, hai mặt có lông hay không, gốc lá thuôn nhọn, chóp lá nhọn hay

có khi có mũi hay hơi tù tròn Cụm hoa chùm ở ngọn hay nách lá, chùm ngắn,

lá bắc cụm hoa thường hình trứng Đài 5 răng đều dính nhau ở nửa dưới, kích thước ngắn hơn lá bắc hoa Tràng màu tím hay hồng, phân 2 môi, môi dưới có

3 thuỳ cạn, ống hẹp kéo dài Nhị 2, thò ra khỏi ống tràng Bầu 2 ô, mỗi ô 2–nhiều noãn Hàng năm, Cẩm ra hoa vào tháng 10 –11

1.2.3 Phân bố của cây lá Cẩm

Cẩm thuộc loại cây ưa ẩm và ưa bóng, nhưng không chịu úng, thường mọc ở ven rừng núi đá vôi ẩm, gần bờ suối và được trồng dưới tán các cây ăn quả, bên cạnh các nguồn nước Cây Cẩm có vùng phân bố tương đối rộng, phân

bố rải rác ở hầu hết các tỉnh miền núi phía Bắc nước ta như: Lạng Sơn, Tuyên Quang, Hà Giang, Yên Bái, Lào Cai, Lai Châu, Hoà Bình…

1.2.4 Sự đa dạng của loài Cẩm

Cẩm có 4 loại khác nhau (Cẩm đỏ, 2 dạng Cẩm tím và Cẩm vàng) Hiện nay, Cẩm đỏ và tím được trồng Cẩm vàng còn mọc hoang ngoài tự nhiên nên nó còn được gọi là Cẩm dại Cây Cẩm chủ yếu được nhân giống bằng cành, hiện tại chưa phát hiện cây con từ hạt [20]

Cả 4 dạng Cẩm này đều thuộc loài Peristrophe ivalves (L) Merr, nhưng chúng có một số đặc điểm hình thái khác nhau và cho màu dịch chiết cũng khác nhau Các đặc điểm này được trình bày tại bảng 1.4

Tên phổ

thông

Tên dân tộc (Nùng)

Phân biệt theo

Hình thái của lá

Màu của dịch chiết

Nhuộm

Cẩm đỏ Chằm thủ

Lá hình bầu dục, gốc

lá thon, xanh đậm, có nhiều lông, mặt trên không có bớt trắng

Đỏ Đũa, xôi

Cẩm tím Chằm lai

Lá hình trứng rộng, gốc tròn, xanh nhạt, mỏng, ít lông, diện tích mang đốm trắng ở dọc gân lá lớn

Tím Xôi

Cẩm tím Chằm

khâu

Lá hình bầu dục, gốc tròn hay thon, xanh đậm, dầy, ít lông,

ít gặp đốm trắng ở dọc gân lá

Tím Xôi

Cẩm

vàng

Chằm hiên

Lá hình trứng, gốc lá thon, đầu lá thon nhọn, 2 mặt có lông rải rác, phiến lá thường nhăn nheo, đặc biệt là mép lá

Vàng xanh

Bảng 1.4 Đặc điểm hình thái của 4 dạng Cẩm (Peristrophe bivalvis (L.) Merr.)

Hình 1.3 Hình ảnh xôi ngũ sắc Hình 1.4 Hình ảnh bánh tét lá Cẩm

1.3 Khái quát về Anthocyanin[22]

1.3.1 Nguồn gốc

Chất Anthocyanin màu đỏ có nhiều trong thực vật như các loại rau quả

có màu từ đỏ đến tím như: Quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, đậu đen, quả

cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ

Tuỳ vào số lượng và tỷ lệ khác nhau trong rau, quả, hoa và các bộ phận khác nhau của thực vật làm cho chúng cho nhiều màu sắc khác nhau

Anthocyanin là những glucozit do gốc đường glucose, glactose kết hợp với gốc aglucon có màu (anthocyanidin) Aglucon của chúng có cấu trúc cơ bản được mô tả trong hình 1.4 Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3, 5, 7; thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit

B

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin [19]

Một số thông số vật lý của anthocyanin [1], [18], [ 20]

Bước sóng hấp thụ: λ = 520-617 nm

Trọng lượng phân tử (molecular weight): 595 (g.mol-1)

Hệ số hấp thụ phân tử: ε = 13900 (L.mol-1.cm-1)

1.3.2 Tính chất

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến độ ổn định của Anthocyanin là nhiệt

độ, độ pH, oxy, các ion kim loại, axit ascobic và những chất khác Tuy nhiên, màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường

Gam màu của anthocyanin

• Thông thường, pH<7 có màu đỏ; pH > 7 có màu xanh

• pH = 1-3,5 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ

• pH = 4 - 5 chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu

• pH = 6 dung dịch có màu tím

• pH = 7 - 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh

• pH =10-11 dung dịch có màu xanh lá cây

1.3.3 Phân loại Anthocyanin

- Có 4 loại anthocyanin là pelacgonidin, xianidin, denfinidin và apigenidin

- Các chất màu đỏ tự nhiên khác là Anthoxyanin E163, Betain E162, chất nhuộm màu eno E163 ii và Carmin E120

Anthoxyanin E163 từ các nguyên liệu khác nhau như: quả phúc bồn

tử đen, quả nho, quả cơm cháy, quả thanh lương trà , sử dụng tốt nhất ở pH <

4

 Betanin E 162 hay là nước ép củ cải đỏ cô đặc có khả năng nhuộm màu tốt nhất tại pH 3,5 - 5,0 ứng dụng chủ yếu trong chế biến các sản phẩm sữa và sản xuất đường

 Chất nhuộm màu eno từ nước ép quả nho đỏ và quả cơm cháy, trong môi trường axit tạo ra màu đỏ, còn trong môi trường trung tính và kiềm tạo ra màu xanh

 Carnin E120 được chiết suất từ một loại côn trùng đặc biệt có tên gọi

là Coccus Sactic sống trên cây xương rồng mọc nhiều ở Nam Mỹ và châu Phi, E120 sử dụng rất tốt cho các sản phẩm sữa và thịt, nồng độ tốt nhất là từ 0,005 đến 0,025%

1.3.4 Công nghệ sản xuất Anthocyanin:

Bao gồm2 giai đoạn:

 Chiết chất màu bằng dung môi thích hợp

 Chế biến chất màu thực phẩm để thu được sản phẩm có nồng độ cao, bền khi bảo quản và đạt tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm

Tách anthocyanin từ thực vật bằng cách chiết nhờ các dung môi như nước hay hỗn hợp rượu - nước, các axit hữu cơ hoặc các alcol (metanol, etanol) Hiệu quả của quá trình chiết phần lớn phụ thuộc vào phương pháp sơ chế nguyên liệu

1.3.5 Ứng dụng của chất màu Anthocyanin

 Liều dùng: 0.1 mg/kg khối lượng cơ thể

 Sử dụng khá an toàn trong thực phẩm và tạo nhiều mầu sắc hấp dẫn

 Anthocyanin là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ

 "Chất Anthocyanin tập trung nhiều trong quả Quýt có khả năng ngăn ngừa bệnh tim Ngoài ra, nó cũng chứa chất Lutein và chất xơ giảm nguy cơ mắc bệnh đái đường và những vấn đề về lưu thông máu", Joanne Shearer, chuyên gia dinh dưỡng tại bệnh viện Tim của miền Nam Dakota ở Sioux Falls

1.4 LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH CHIẾT [1], [2], [3], [4], [6]

Khuếch tán được chia thành 2 dạng là khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu

Khuếch tán phân tử là quá trình khuếch tán tự nhiên tuân theo định luật Fick

Khuếch tán đối lưu thực chất là quá trình khuếch tán cưỡng bức được thực hiện nhờ sự chuyển động tương đối giữa vật liệu và dung môi

Do hệ số khuếch tán đối lưu lớn hơn nhiều so với hệ số khuếch tán phân

tử nên trong quá trình chiết muốn tăng hiệu quả chiết thì phải tăng cường

khuếch tán đối lưu (ví dụ: tăng cường quá trình khuấy đảo)

* Khuếch tán phân tử

Khuếch tán phân tử làsự chuyển lẫn nhau giữa các phân tử khác nhau

Sự chênh lệch nồng độ càng lớn thì lực khuếch tán của phân tử chất cần chiết từ vùng nồng độ cao tới vùng nồng độ thấp càng lớn Bề mặt khuếch tán càng lớn lượng vật chất khuếch tán theo hướng này trong một đơn vị thời gian càng nhiều

Do đó phương trình khuếch tán cơ bản như sau:

D=

-M r

KT

.

Trong đó:

K: Hằng số khuếch tán

M: Độ dính của chất môi giới (dung môi)

T: Nhiệt độ tuyệt đối

r: Bán kính phân tử khuếch tán

Khuếch tán đối lưu

Khuếch tán đối lưu là hình thái di chuyển vật chất trong dung dịch ở phạm

vi nhỏ Sự chênh lệch về nồng độ rất quan trọng với khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử: nồng độ chênh lệch càng lớn thì hiệu suất chuyển di từ vùng nồng độ cao tới vùng nồng độ thấp càng cao

Phương trình cơ bản về khuếch tán đối lưu:



d

dm

=-.F dc

dm, dc, d , F cũng có ý nghĩa giống như trong công thức khuếch tán phân

tử ở trên, β là biểu thị hằng số tốc độ khuếch tán đối lưu

1.4.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả chiết:

- Sự chênh lệch nồng độ chất cần chiết ở trong nguyên liệu và dung môi phải lớn

Muốn tạo điều kiện cho sự chênh lệch nồng độ lớn phải tạo ra những yếu

tố sau đây:

 Nguyên liệu chiết phải có lực hút nhỏ nhất đối với dung môi để tạo ra nồng độ chất cần chiết trong dung môi phía trong nguyên liệu càng cao để quá trình khuếch tán các phân tử chất cần chiết đi ra càng mạnh

 Lợi dụng nguyên lý ngược dòng của dung môi và nguyên liệu để nâng cao

độ chênh lệch về nồng độ (trong chiết liên tục) Tỷ lệ dung môi nguyên liệu phải lớn Tuy vậy cũng chỉ lớn ở mức độ nhất định hợp lý vì nếu tỷ lệ lớn quá

sẽ làm nồng độ chất cần chiết thấp, gây khó khăn cồng kềnh trong sản xuất

- Hình thái, tính chất và cấu tạo của tổ chức nguyên liệu:

 Mức độ phá vỡ cấu trúc tế bào càng nhiều thì sự tiếp xúc giữa chất cần chiết và dung môi càng tăng nên rút ngắn thời gian chiết và chiết triệt để hơn

 Kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng tăng, hiệu suất chiết tăng Tuy nhiên cũng không nên nhỏ quá vì nó sẽ gây khó khăn cho quá trình phân ly tiếp theo

- Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chiết

- Thời gian càng dài thì lượng chất khuếch tán tăng, nhưng thời gian phải

có giới hạn Khi đạt được mức độ trích ly cao nhất nếu kéo dài thời gian thì sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế

- Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, do đó phân tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phân tử dung môi Tuy nhiên, nhiệt độ tăng có giới hạn, vì nhiệt độ quá cao sẽ có thể phân hủy chất màu cần chiết và gây khó khăn cho quá trình công nghệ

- Dung môi chiết

Dung môi chiết cần thỏa mãn các điều kiện sau:

 Dung môi hòa tan tốt các chất cần chiết mà không hòa tan các chất khác

 Dung môi phải có thành phần hóa học ổn định không gây ra phản ứng phụ với nguyên liệu

 Dung môi không biến đổi thành phần của sản phẩm khi bảo quản

 Dung môi có nhiệt độ sôi thấp để dễ dàng tách dung môi ra khỏi chất cần chiết sau khi chiết Sau khi tách chiết không để lại mùi vị lạ

 Dung môi không ảnh hưởng tới sức khỏe con người, chất lượng sản phẩm

 Dung môi khó cháy nổ, an toàn trong sản xuất

 Dung môi không ăn mòn thiết bị chiết

 Dung môi rẻ tiền, dễ kiếm, có khả năng sử dụng trong sản xuất

Hiện nay chưa có dung môi nào đáp ứng được tất cả các điều kiện trên nhưng tùy theo điều kiện sản xuất mà ta chọn dung môi chiết tốt nhất

1.4.2 Các phương pháp Chiết

Dựa vào cách tiến hành, có thể chia thành các phương pháp chiết sau:

1.4.2.1 Chiết gián đoạn:

Theo phương pháp này ta ngâm nguyên liệu vào dung môi Sau một thời gian nhất định, khi có sự cân bằng về nồng độ chất chiết trong nguyên liệu và trong dịch chiết, tiến hành đổ dung môi cũ ra, thay dung môi mới vào Cứ như thế cho đến khi chiết hết chất cần chiết

- Ưu điểm : đơn giản dễ thực hiện

- Nhược điểm: tốn công, tốn thời gian, cũng như tốn dung môi nên không kinh

tế nên không phù hợp với quy mô sản xuất lớn

1.4.2.2 Chiết liên tục

Nguyên lý: Nguyên liệu và dung môi được đưa vào chiết và lấy ra một cách liên tục Áp dụng nguyên lý ngược chiều để tăng cường hiệu quả chiết

Ưu điểm của phương pháp này là cho hiệu quả kinh tế cao, thích hợp

cho sản xuất công suất lớn, áp dụng cho quy mô công nghiệp Tuy nhiên,

nhược điểm là thiết bị khá phức tạp, chi phí đầu tư lớn

1.5 Lý thuyết chung về phương pháp so màu [1], [2], [3], [4]

Một trong những phương pháp phân tích hữu hiệu nhất trong sinh học là phương pháp phân tích so màu Trong phương pháp này, nồng độ của hợp chất màu được xác định bằng cách đo cường độ màu của dung dịch chứa hợp chất

màu đó Trong hóa sinh các phương pháp đo quang phổ thường được đo trong dải bước sóng 220nm đến 800nm Dải quang phổ này lại được chia thành vùng

tử ngoại (≤ 380nm) và vùng hồng ngoại (≥800nm) Vùng hồng ngoại rất ít ứng dụng trong thí nghiệm hóa sinh Còn vùng khả kiến (ánh sáng trắng) lại được

dùng trong phương pháp phân tích so màu

Để biết so màu được đo như thế nào, trước hết ta phải hiểu được màu là

gì? Khi dòng ánh sáng trắng xuyên qua một dung dịch màu, các bước sóng nhất định sẽ bị hấp thụ trong khi những bước sóng khác hầu như không bị ảnh

hưởng Màu của dung dịch sẽ là màu của bước sóng không hấp thụ Những

điều đó được tổng kết một cách đơn giản trong bảng 1.5

Cường độ màu của dung dịch có thể được xác định cách đo cường độ ánh sáng hấp thụ bởi hợp chất màu có trong dung dịch Vì dùng ánh sáng trắng để

đo cường độ màu, nên ánh sáng hấp thụ cách càng xa càng tốt những bước sóng không hấp thụ bởi dung dịch màu tốt nhất là dung ánh sáng của một bước sóng riêng (ánh sáng đơn sắc) Ánh sáng đơn sắc này có thể được tạo ra từ giấy lọc, lăng kính hoặc là cách tử nhiễu xạ trong máy so màu và máy quang phổ Định luật Lambert-Beer

Log10

Ie

Io = Kcl

Trong đó:

I0: Cường độ của tia tới

Ie: Cường độ của tia đi ra

Từ công thức ta dễ dàng nhận thấy rằng độ dài l được giữ không đổi thì mật độ quang sẽ tỷ lệ thuận trực tiếp với nồng độ chất màu Vì vậy, đường chuẩn có thể được vẽ từ dãy các dung dịch chuẩn với những nồng độ khác nhau (hình 1.5)

OD

C

Hình 1.5 Đồ thị mẫu

Khi tăng chiều dài (l) cũng như tăng nồng độ của dung dịch thì mật độ quang (OD) sẽ tăng tỷ lệ thuận với chúng chứ không phải độ hấp thụ ánh sáng Trong nhiều trường hợp độ hấp thụ và nồng độ của dung dịch không tỷ lệ thuận Do đó, cần phải xác định giới hạn nồng độ dung dịch và chỉ áp dụng định luật Lambert- Beer ở phần nồng độ tăng tuyến tính Khi quan hệ giữa hai yếu tố này không phải là đường thẳng tuyến tính thì không dùng được công thức Lambert- Beer Trong trường hợp này, phải xây dựng một đường chuẩn

Để so màu, người ta chọn điều kiện sao cho mật độ quang (OD) nằm trong khoảng 0,1-1, tốt nhất là 0,2-0,5

1.6 Tình hình nghiên cứu sử dụng chất màu

Một số đề tài nghiên cứu chiết xuất màu từ thực vật:

* Năm 2002 - Nguyễn Thị Lan, Lê Thị Lạc Quyên - Trường đại học Bách

Khoa Đà Nẵng đã công bố kết quả công trình nghiên cứu “ Nghiên cứu ảnh

hưởng của hệ dung môi đến khả năng chiết tách chất mầu Anthocyanin có độ mầu cao từ quả Dâu Nghệ An” kết quả nghiên cứu cho thấy với mỗi dung môi

khác nhau thì khả năng chiết tách không giống nhau, hệ dung môi tốt cho quá trình chiết tách Anthocyanin có độ màu cao từ quả Dâu là hỗn hợp dung môi Ethanol-Nước- HCl với tỷ lệ Ethanol-Nước là 1:1(với 1% HCl) để hàm lượng Anthocyanin thu được nhiều nhất.[22]

* Năm 2005, đề tài nghiên cứu khoa học nghiên cứu chiết tách chất nhuộm màu thực phẩm từ kinh nghiệm sử dụng thực vật của đồng bào dân tộc thiểu số chủ nhiệm đề tài PGS.TS.Lưu Đàm Cư Cơ quan chủ trì Viện Sinh thái

và Tài nguyên sinh vật, Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam Đã điều tra và ghi nhận 46 loài cây được đông bào các dân tộc thiểu số ở một số khu vực miền Bắc Việt Nam sử dụng để nhuộm màu cho các loại thực phẩm ba loài cây được

lựa chọn để nghiên cứu chiết tách chất màu là Đậu biếc (Clitora ternatea), Cẩm (Peristrophe bivalves) và Mật mông hoa (Buddleja oficinalis) Bằng phương

pháp chiết nước đã thu được chế phẩm màu xanh từ hoa cây Đậu biếc với hàm lượng 33%, màu vàng từ cây Mật mông với hàm lượng 21% và màu tím từ cây

lá Cẩm với hàm lượng 1.75% Các chế phẩm thu được dưới dạng bột khô phù hợp với thị hiếu và thông lệ quốc tế Các chế phẩm màu thu được tương đối ổn định, không bị mất màu ở nhiệt độ 1000C trong 180 phút, trong môi trường có

pH khác nhau (từ pH=1-13) và trong thời gian bảo quản 12 tháng ở điều kiện thường Chế phẩm màu xanh thu từ cây đậu biếc có độ an toàn cao Với liều LD/0 = 100g/kg, không xác định được độc tính bán cấp (LD/50) Chất màu không ảnh hưởng tới trạng thái sinh lý và hoạt động của động vật thí nghiệm sau 72 giờ thí nghiệm Các chế phẩm màu thu được trong nghiên cứu được sử dụng để tạo màu cho một số loại thực phẩm ( màu vàng cho nước dứa ép, màu tím cho rượu Nếp Cẩm và các màu xanh, tím, vàng cho xôi) đã thu được sắc màu đẹp, phù hợp với không gây mùi, vị lạ.[23]

* Để phòng ngừa các tác hại của chất nhuộm màu thực phẩm hóa học thuộc viện hóa học Việt Nam và trường đại học Kỹ Thuật Thái Nguyên đã nghiên cứu thành công chiết màu Cẩm dùng để nhuộm màu sắc hấp dẫn, bền màu trong thời gian dài, cường độ rất mạnh nên chỉ cần lượng nhỏ cũng đủ làm tăng màu sắc Qua quá trình thử nghiệm chưa thấy có màu sắc, chưa thấy

có mùi vị lạ cho thực phẩm và đặc biệt là chưa có trường hợp bị ngộ độc khi sử dụng các chất màu trên [21]

* Nghiên cứu về cây Cẩm (Peristrophe bivalvis (L.) Merr.): ở huyện

Mường Khương, tỉnh Lào Cai

- Bước đầu đã nghiên cứu các đặc điểm thực vật, sinh thái, sự phân bố, quy trình trồng, chăm sóc và thu hoạch cây Cẩm Kết quả điều tra cho thấy, tại huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai có gặp 4 dạng Cẩm khác nhau (Cẩm đỏ, 2 dạng Cẩm tím và Cẩm vàng) thuộc loài Peristrophe bivalvis (L.) Merr Kết quả nghiên cứu quy trình chiết tách phẩm màu tím từ cây Cẩm cho thấy phương pháp chiết nóng để thu PMT từ nguyên liệu Cẩm tươi là phương pháp tối ưu nhất Chất màu tím trong cây Cẩm chủ yếu phân bố ở lá Thành phần hoá học chính của phẩm tím chiết từ cây Cẩm là các anthocyanin, bao gồm các chất có hai loại khung chính perlagonidin và pyranopeonidin

Cẩm không chỉ là cây thuốc, mà còn là nguồn cung cấp phẩm màu tím tự nhiên đầy triển vọng Đặc biệt, điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng tại những vùng cao rất phù hợp với sự sinh trưởng, phát triển và tích luỹ chất màu

(anthocyanin) trong cây Cẩm [20]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Có nhiều nguyên liệu chứa anthocyanin, nhưng trong đề tài này em chọn cây

lá Cẩm do chúng được trồng rất phổ biến ở Bắc Bộ, phương pháp trồng đơn giản, có hàm lượng chất màu cao cũng như khả năng ứng dụng cao trong lĩnh vực thực phẩm Cây Cẩm được thu hái ở Nam Định làm sạch và phơi khô sau đó được vận chuyển vào Nha Trang

Cây lá Cẩm:

- Tên khoa học: Peristrophe roburghiana

- Tên tiếng anh : Peristrophe bivalvis (L.) Merr, syn P roxburghiana

- Thuộc họ: Ô rô(Acanthaceae)

Cẩm thuộc loại cây ưa ẩm và ưa bóng, nhưng không chịu úng, thường mọc ở ven rừng núi đá vôi ẩm, gần bờ suối và được trồng dưới tán các cây ăn quả, bên cạnh các nguồn nước Cây Cẩm phân bố ở các tỉnh miền núi phía Bắc nước ta

2.2 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

- Bể siêu âm Elmasonic S300H (Elma, Đức)

- Thiết bị cô quay RV 10 Control (IKA, Đức)

Hình 1.6: Quang phổ kế DR2000 Hình 1.7: Thiết bị cô quay chân không

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu

Xử lý số liệu nghiên cứu theo phương pháp thống kê, mỗi thí nghiệm làm 3 lần,

mỗi lần kiểm tra 3 mẫu Kết quả là trung bình cộng của các lần thí nghiệm

Xử lý số liệu bằng phần mềm Microsoft Excel 2003

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

Bố trí thí nghiệm xác định các thông số cho quy trình thu nhận chất màu anthocyanin Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát :

2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn dung môi chiết chất màu Anthocyanin

từ cây lá Cẩm

Mục đích của thí nghiệm là tìm ra loại dung môi tối ưu, có thể chiết rút được hàm lượng chất màu Anthocyanin là cao nhất, tiết kiệm được chi phí cho quá trình sản xuất và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo để tăng hiệu suất chiết rút chất màu

Ta tiến hành 3 mẫu thí nghiệm, mỗi mẫu cân 1g lá Cẩm khô chiết rút chất màu từ cây lá Cẩm bằng các dung môi khác nhau: Mẫu 1 chiết rút chất mầu từ cây lá Cẩm bằng nước ở nhiệt độ thường; Mẫu 2 chiết rút chất mầu từ cây lá Cẩm bằng nước ở nhiệt độ 1000C; Mẫu 3 chiết rút chất màu từ cây lá Cẩm bằng cồn 50%, tỷ lệ dung môi trên nguyên liệu 100/1, thời gian chiết 10 phút Sau đó đem chất màu thu được đi đo hàm lượng chất màu (OD) Dung môi được lựa

chọn sẽ sử dụng làm dung môi chiết cho các công đoạn tiếp theo

Xử lý tạp chất Nguyên liệu

Phơi khô

Chiết

Lọc chân

Bảo quản Dịch chiết

Dung môi chiết

600C; Mẫu 2 chiết ở 700C; Mẫu 3 chiết ở 800C; Mẫu 4 chiết ở 900C; Mẫu 5 chiết rút ở 1000C Các mẫu này chiết theo tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu 100/1, thời gian 10 phút Sau khi thu hồi được chất màu thì ta đem đi xác định (OD)

để chọn nhiệt độ chiết tốt nhất cho các thí nghiệm sau: