Đề tài sản xuất chất màu tự nhiên từ phế liệu rau củ

Giới thiệu chung

Màu sắc không chỉ làm đẹp cho cuộc sống tinh thần mà còn mang lại cảm hứng bất tận từ thiên nhiên Việc đưa những sắc màu rực rỡ của thiên nhiên vào thực phẩm đã trở thành mối quan tâm của con người từ lâu, giúp món ăn trở nên hấp dẫn hơn.

Ngày nay, màu sắc đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng sản phẩm thực phẩm Trong năm tiêu chí đánh giá chất lượng cảm quan, màu sắc không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác ngon miệng mà còn giúp thu hút sự chú ý của người tiêu dùng, mặc dù nó không có giá trị dinh dưỡng.

Kể từ khi màu tổng hợp ra đời vào năm 1956, chúng đã trở nên phổ biến nhờ khả năng sản xuất hàng loạt với màu sắc đa dạng, tươi sáng và chi phí thấp Tuy nhiên, trong 20 năm qua, y học đã chỉ ra rằng không có loại chất màu tổng hợp nào hoàn toàn an toàn cho sức khỏe con người, có thể gây ảnh hưởng đến hệ miễn dịch và hệ thần kinh, đặc biệt là ở trẻ em Các chất màu này còn có khả năng tích tụ trong cơ thể, dẫn đến nguy cơ ung thư, suy thận và ảnh hưởng đến thai nhi Do đó, nhiều quốc gia đã hạn chế việc sử dụng màu tổng hợp và thiết lập danh mục các chất màu được phép sử dụng.

Nghiên cứu về các chất màu thiên nhiên trong thực phẩm ngày càng được chú trọng, đặc biệt là các chất màu chiết xuất từ thực vật, do chúng an toàn cho sức khỏe.

Nước ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa, tạo điều kiện cho sự phát triển phong phú và đa dạng của thực phẩm, bao gồm nhiều loại thực vật màu sắc đẹp có thể chiết xuất làm chất màu thực phẩm Tuy nhiên, hiện nay, phần lớn chất màu trong ngành thực phẩm vẫn phải nhập khẩu do sản lượng trong nước không đủ đáp ứng nhu cầu Trong những năm gần đây, nghiên cứu sản xuất chất màu tự nhiên từ nguyên liệu nội địa như quả sim, củ nghệ, củ dền, lá cẩm đã được chú trọng và đạt được một số kết quả khả quan Dù vậy, việc tiêu thụ vẫn gặp khó khăn do giá thành cao hơn so với chất màu tổng hợp Do đó, đầu tư nghiên cứu để tối ưu hóa và đa dạng hóa quá trình sản xuất màu thực phẩm từ nguyên liệu tự nhiên trong nước là rất cần thiết.

Màu tự nhiên có nguồn gốc từ nhiều nguyên liệu phong phú như chlorophyll trong lá dứa, curcumin trong nghệ, và màu đỏ cam của gấc, mang lại sự an toàn cho người sử dụng nhờ tính sinh học của chúng Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không phải tất cả các màu tự nhiên đều an toàn tuyệt đối; nghiên cứu đã chỉ ra rằng liều dùng tối đa của nghệ là 0,5 mg/kg thể trọng/ngày và chlorophyll - đồng là 0,15 mg/kg thể trọng/ngày Bên cạnh đó, các hóa chất sử dụng trong quá trình tách chiết màu tự nhiên cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo không gây hại cho sức khỏe con người Việc thu nhận và tinh chế các chất màu tự nhiên cần được thực hiện cẩn thận để tránh sự xuất hiện của các chất gây hại.

Màu của rau quả phụ thuộc vào các hợp chất chứa màu Các chất màu đó có thể chia ra bốn nhóm chính là:

✓ Chlorophylls: diệp lục hay chất màu xanh lá

✓ Carotenoids: có trong lục lạp, cho quả và rau màu vàng, cam và màu đỏ

✓ Flavonoids: có trong không bào, có màu đỏ, xanh, vàng.

✓ Betalains: có trong không bào, tạo sắc tố vàng và đỏ

Các sắc tố tạo màu chiếm ưu thế trong rau trái

CÁC SẮC TỐ CHÍNH TRONG RAU TRÁI

MÀU SẮC TỐ RAU TRÁI ĐỎ

Anthocyanins Dâu, Raspberry, Cherry, Cranberry, Lựu, Táo, Nho đỏ Lycopene Cà chua, Bưởi đỏ, Dưa hấu Betacyanins Củ cải đường

Beta-carotene Cà rốt, Xoài, Mơ, Cantelope, Bí đỏ, Khoai tây ngọt

XANH/TÍM Anthocyanins Blueberry, Mận, Cà, Nho xanh

CÂY Chlorophyll Bông cải xanh, Cải xoăn, Rau bina, Cải bắp, Măng tây, Trà xanh ĐEN

Thearubigens Trà đen Anthocyanins Blackberry

Ngày nay, các chất màu tự nhiên ngày càng được ưa chuộng trong chế biến thực phẩm và nước giải khát, bên cạnh các chất màu tổng hợp Trong số đó, năm chất màu tự nhiên phổ biến nhất bao gồm Annatto, Anthocyanin và Beetroot.

Turmeric, Carmine Trong đó màu Anthocyanin được biết đến nhiều nhất.

Nguồn nguyên liệu

Dưa hấu

Dưa hấu (Citrullus lanatus) là một loại trái cây lớn, có nguồn gốc từ miền nam châu Phi, thuộc họ với dưa đỏ, bí xanh, bí ngô và dưa chuột Với vị ngọt mát và chỉ chứa 46 calo mỗi cốc, dưa hấu rất giàu vitamin A, vitamin C và các hợp chất thực vật như citrulline và lycopene, mang lại nhiều lợi ích sức khỏe Nó giúp cải thiện độ nhạy insulin, giảm đau nhức cơ bắp và hạ huyết áp Dưa hấu có thể được thưởng thức trực tiếp, để lạnh, hoặc chế biến thành nước trái cây và sinh tố.

Hình 1: Các loại dưa hấu

Dưa hấu, mặc dù có hàm lượng chất chống oxy hóa thấp hơn so với nhiều loại trái cây khác, nhưng lại rất giàu axit amin citrulline và lycopene Những hợp chất này đóng vai trò quan trọng trong việc mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.

Citrulline, chủ yếu có trong phần vỏ trắng bao quanh ruột dưa hấu, khi vào cơ thể sẽ được chuyển hóa thành axit amin arginine Cả citrulline và arginine đều đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp oxit nitric, giúp giảm huyết áp bằng cách thư giãn các mạch máu Ngoài ra, arginine cũng rất cần thiết cho chức năng của các cơ quan như thận, phổi, gan, hệ thống miễn dịch và sinh sản.

Lycopene là một chất chống oxy hóa mạnh mẽ, góp phần tạo nên màu đỏ tươi của dưa hấu Nghiên cứu cho thấy rằng hàm lượng lycopene trong dưa hấu cao hơn nhiều so với cà chua, vì vậy, nước ép dưa hấu có hiệu quả trong việc tăng cường nồng độ beta carotene và lycopene trong máu.

Cà chua

Cà chua, một loại quả mọng thuộc họ Solanaceae, có nguồn gốc từ Bắc Mỹ, thường được xem là rau củ mặc dù thực chất là trái cây.

Cà chua là nguồn cung cấp chất chống oxy hóa lycopene mang lại nhiều lợi ích về sức khỏe, bao gồm giảm nguy cơ bệnh tim và ung thư

• Lycopene: Chất tạo màu đỏ và chống oxy hóa, đã được đưa và nghiên cứu chuyên sâu vì những lợi ích cho sức khỏe của nó

• Beta-Carotene: Chất chống oxy hóa màu vàng, được chuyển hóa thành vitamin A trong cơ thể

• Naringenin: Được tìm thấy trong vỏ cà chua, chất flavonoid này đã được chứng minh có thể làm giảm viêm và chống lại các bệnh khác nhau ở chuột

• Axit chlorogenic: Là hợp chất chống oxy hóa mạnh, có thể giúp hạ huyết áp ở bệnh nhân huyết áp cao

Ổi

Ổi, hay còn gọi là ổi ta hoặc ổi cảnh (Psidium guajava), là một loài cây ăn quả thường xanh lâu năm thuộc họ Đào kim nương, có nguồn gốc từ Brasil và được mô tả khoa học lần đầu vào năm 1753 Quả ổi có kích thước lớn, trọng lượng từ 4 – 700 g, với hình dạng gần tròn, dài thuôn hoặc hình chữ lê Quả chứa nhiều hạt và có phần thịt màu trắng, hồng, đỏ hoặc vàng Thời gian từ khi thụ phấn đến khi quả chín khoảng 100 ngày Trong 100 gam quả ổi, hàm lượng dinh dưỡng trung bình bao gồm 1 gam protein, 15 mg canxi, 1 mg sắt, 0,06 mg retinol (vitamin A), 0,05 mg thiamin (vitamin B1) và 200 mg axit ascorbic.

(vitamin C) Hàm lượng vitamin C cao trong quả ổi hơn đáng kể so với trong cam [5] Quả ổi cũng giàu pectin

Theo một tài liệu khác, quả ổi chứa 77,9% nước, 0,9% protein, 0,3% lipit,

15 %cacbohydrat, 0,3% axit hữu cơ, 0,5% tro, 0,03 mg% vitamin B1, 0,03 mg% vitamin B2, 0,2 mg% vitamin PP, 50 – 60 mg% vitamin C Các loại đường trong quả ổi gồm

58,9% fructoza, 35,7% glucoza, 5,3% saccaroza Các axit hữu cơ chính là axit citric và axit malic.

Xoài

Xoài là loại trái cây giàu beta caroten, hay còn gọi là vitamin A thực vật, với 445mcg beta caroten trong mỗi 100g Chỉ cần ăn khoảng 1/2 quả xoài, bạn đã cung cấp đủ 30% nhu cầu beta caroten hàng ngày của cơ thể.

Xoài là loại trái cây giàu axit amin, cung cấp 19 trong số 20 axit amin cần thiết cho hệ miễn dịch Việc tích cực tiêu thụ xoài giúp trẻ hấp thu nhiều axit amin, từ đó củng cố hệ miễn dịch và cải thiện sức khỏe tiêu hóa.

Xoài là nguồn thực phẩm giàu cholin, một chất dinh dưỡng quan trọng giúp kích thích hoạt động não bộ của trẻ Cụ thể, trong 100g xoài có chứa 7,6mg cholin, vì vậy nếu bé yêu ăn 1/2 quả xoài, sẽ cung cấp khoảng 7mg cholin cho hệ thần kinh Việc bổ sung đủ cholin từ thực phẩm sẽ hỗ trợ sự phát triển trí tuệ của trẻ.

Cà rốt

Cà rốt là thực phẩm giàu carotenoid, cung cấp 83 microgram beta-carotene cho mỗi 1 gram Nghiên cứu cho thấy, người tiêu dùng cà rốt nấu chín hấp thụ beta-carotene nhiều hơn so với cà rốt tươi, với phụ nữ ăn cà rốt nấu chín hấp thụ gấp 3 lần.

Cà rốt chứa 88g nước, 8g đường, 1.5g protid, 1.2g xenluloza và nhiều khoáng chất như 43mg canxi, 39mg photpho, 0.8mg sắt Ngoài ra, cà rốt còn cung cấp vitamin B1, B2, PP, C với hàm lượng lần lượt là 0.06mg, 0.06mg, 0.4mg và 0.8mg Đặc biệt, cà rốt chứa từ 1 đến 9mg caroten, góp phần quan trọng cho sức khỏe.

Nhóm nguyên liệu giàu flavonoid

Dâu tây

Dâu tây là loại quả màu đỏ, giàu nước và cung cấp nhiều chất xơ, vitamin và khoáng chất có lợi cho sức khỏe Chúng chứa anthocyanin, một flavonoid giúp tăng cường sức khỏe tim mạch Ngoài ra, hàm lượng chất xơ và kali trong dâu tây cũng hỗ trợ trái tim khỏe mạnh Đặc biệt, dâu tây còn chứa quercetin, một hợp chất chống viêm tự nhiên.

Khoảng 200g dâu tây chứa hàm lượng cao các chất chống oxy hóa và flavonoid, giúp giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư Axit ellagic, một thành phần có trong dâu, đã được chứng minh có tác dụng tích cực trong việc bảo vệ sức khỏe.

Trang 7 thấy trong trái dâu đã đượ c chứng minh có khả năng sản sinh ra chất chống ung thư Trái dâu còn chứa các chất chống oxy hóa khác như lutein và zeathancins Những chất chống oxy hóa này là những “tay săn lùng” các gốc tự do và trung hòa tác động xấu của chúng lên các tế bào khoẻ mạnh trên cơ thể tr ẻ Chất chống oxy hóa d ồi dào trong trái dâu còn có thể giúp phòng ngừa bệnh đục thủy tinh thể làm mờ mắt tr ẻ và là nguyên nhân d ẫn tớ i mù lòa hàng đầu khi về già Bên cạnh đó, các chất chống oxy hóa và các chất khác có chứa trong dâu tây giúp giảm viêmở các khớp Ăn khoảng 16 trái dâu tây mỗi ngày giúp giảm đáng kể nồng độ protein C phảnứng (CRP), một d ấu hiệu của phảnứng viêm trong cơ thể.

Nho

Hầu hết các chất chống oxy hóa polyphenol có trong quả nho thuộc nhóm flavonoid Những chất chống oxy hóa này tương tác một cách an toàn với các gốc tự do, giúp ngăn ngừa tình trạng stress oxy hóa, theo Tạp chí khoa học Pharmacognosy Review.

Các gốc tự do là những phân tử có khả năng "đánh cắp electron" từ các tế bào khác, gây ra sự phá hủy và hư hại tế bào Sự tổn thương này có thể dẫn đến nhiều loại bệnh tật khác nhau.

Quả nho chứa hàng trăm chất chống oxy hóa, bao gồm manganese, vitamin C, beta-carotene và resveratrol Resveratrol, với hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ và khả năng kháng viêm, giúp ngăn ngừa bệnh tật hiệu quả.

Việt quất

Bã việt quất, sản phẩm phế thải từ quá trình ép nước trái việt quất, hiện được xem là nguồn cung cấp màu đỏ, nhưng vị đắng và chát đã hạn chế khả năng sử dụng của nó Để cải thiện vấn đề này, phương pháp trao đổi ion đã được áp dụng để tách hợp chất màu từ dịch ép việt quất bằng nhựa trao đổi ion Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng methanol acid hóa và ethanol làm dung môi tách chiết mang lại hiệu quả tốt hơn so với nước.

Chất màu chủ yếu trong việt quất là:

Chủ yếu là từ các loại rau xanh như: bông cải xanh, cải xoăn, rau bina, cải bắp, măng tây, trà xanh…

Củ nghệ

Chất màu chủ yếu trong củ nghệ là curcumin

Củ dền (Beetroot)

Chất màu chủ yếu trong củ cải đỏ là betanin và vulgaxanthin.

Quy trình sản xuất

T ừ bã cà ch ua

❖ Sơ đồ quy trình công nghệ:

Lycopene, một chất màu đỏ trong cà chua, có công thức C40H56 và là đồng phân của β-carotene, với hàm lượng từ 1,3-13,2 mg% trong cà chua Chất này được sản xuất tại nhà máy vitamin Cratnođa, nơi thu được thịt cà chua qua quá trình ép hoặc ly tâm Lycopene được chiết xuất bằng cách hòa tan trong dầu thực vật, và để khai thác, thịt quả được thanh trùng trong chai thủy tinh 3 lít hoặc thùng gỗ có thêm 10% NaCl và 0,5% natri benzoat.

Phần lỏng trong quá trình trích ly hòa tan chất màu từ thiết bị trích ly 2 và chuyển vào thùng chứa, sau đó quay về thiết bị trích ly 1 để gia nhiệt ở nhiệt độ 90-95 °C Thịt quả được thêm vào thiết bị trích ly và tiến hành bốc hơi ở nhiệt độ từ 95-98 °C và áp suất 550-560 mmHg Giai đoạn chuẩn bị hòa tan sắc tố kéo dài từ 25-30 phút, tiếp theo là giai đoạn thứ hai với điều kiện tương tự nhưng kéo dài 85-90 phút Sau khi hoàn tất trích ly, dung dịch dầu được chuyển bằng bơm ly tâm và lọc qua máy ép lọc khung bản để thu được thành phẩm, trong khi bã còn lại được xử lý tiếp.

Trang 11 máy ép lọc được thổi bằng không khí nén đến khi không thấy mitxen chảy ra Người ta cho bã này vào thiết bị trích ly 2 để trích ly sắc tố bằng dung môi ở dạng mitxen loãnglấy từ thiết bị trích ly 3 sang

Việc trích ly lần hai tiến hành tương tự như trên trong vài giờ Huyền phù tạo ra, được lọc lần hai ở trên máy lọc ép

Bã còn lại từ máy lọc ép sau khi thổi không khí sẽ chảy về thiết bị trích ly 3, trong khi mitxen lầnhai sẽ được dẫn về các thùng chứa để làm dung môi cho quá trình trích ly lần đầu.

Sau khi thực hiện trích ly lần thứ ba, mitxen thứ ba được sử dụng cho quá trình trích ly lần hai Cặn còn lại trên máy ép lọc sẽ được tách hết dầu và chuyển thành phế liệu Chất màu thành phẩm chứa licopene, thu được từ mitxen sau lần trích ly đầu, sẽ được lọc nguội lần thứ hai trên máy lọc ép Sau đó, sản phẩm này được chuyển về thùng trộn và được trộn trong 30-40 phút để đạt được màu sắc đồng đều, tức là màu da cam thẫm, trước khi được đóng gói vào thùng kín.

+Loại bỏ các hợp chất polyphenol dễ bị oxy hóa, ảnh hưởng đến quá trình trích ly và bảo quản

+Tăng hiệu suất quá trình lọc

- Trích ly:tách carotenoid trong phế liệu cà chua vào dung môi (dầu thực vật)

-Lọc: Tách các bã rắn không tan ra khỏi dung môi hòa tan

-Cô đặc chân không: Tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm Thực hiện ở áp suất chân không để giảm nhiệt độ, tránh làm biến đổi chất màu

-Trộn duy trì: Đồng đều màu sản phẩm, tăng giá trị sử dụng.

Bã cà rốt

❖ Sơ đồ quy trình công nghệ:

Bã cà rốt được trích ly lần đầu bằng dầu thực vật, sau đó hỗn hợp được lọc và chia thành hai phần: phần bã tiếp tục trích ly lần hai hoặc ba, trong khi phần lỏng được cô đặc chân không ở áp suất 550 – 560 mmHg Dịch cô đặc được lọc tinh trong 30 – 40 phút, sau đó trộn đều và có thể thêm phụ gia để kéo dài thời gian bảo quản và cố định màu Cuối cùng, sản phẩm được sấy phun để hoàn thiện.

- Trích ly:Tách carotenoid trong phế liệu cà chua vào dung môi (dầu thực vật)

-Lọc: Tách các bã rắn không tan ra khỏi dung môi hòa tan

+Tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm

+Thực hiện ở áp suất chân không để giảm nhiệt độ, tránh làm biến đổi chất màu

-Trộn duy trì: Đồng đều màu sản phẩm, tăng giá trị sử dụng

+Tạo hình cho sản phẩm

+Giảm hàm lượng ẩm, tăng thời gian bảo quản.

Bã xoài

❖ Sơ đồ quy trình côngnghệ:

Bã xoài được xà phòng hóa bằng NaOH và cồn với tỷ lệ 15g NaOH trên 500ml cồn cho mỗi 1kg phế liệu, thực hiện trong 2 giờ ở nhiệt độ 50°C Sau đó, hỗn hợp được lọc và dịch cồn thu được được cô cạn đến khoảng 50% thể tích dưới áp suất thấp Carotenoid được tách chiết bằng ether dầu hỏa khoảng 3 lần, khuấy trộn trong 30 phút ở nhiệt độ thường, sau đó thêm nước để phân lớp rõ ràng Dịch ether được tách ra và rửa sạch bằng kiềm, tiếp theo là rửa trong hỗn hợp MeOH 85% bão hòa KOH, rồi rửa lại bằng nước và MeOH 80% Các bước rửa cần khuấy trộn và để lắng tách lớp rõ Cuối cùng, dịch ether đã qua tinh chế được cô cạn trong chân không.

+Giảm liên kết của carotenoid với sáp và chlorophyll, tăng hiệu quả trích ly + Cho thêmethanol để tăng vận tốc phản ứng xà phòng hóa.

-Lọc: Tách các bã rắn không tan ra khỏi dung môi hòa tan

-Cô đặc: Tăng hàm lượng chất khô, chuẩn bị cho quá trình trích ly

- Trích ly:Tách carotenoid trong bã xoài vào dung môi hòa tan (ether ethylic)

-Rửa: Tách kiềm dư ra khỏi dịch chiết carotenoid

+ Thực hiện ở áp suất chân không nhằm tạo nhiệt độ thấp, tránh làm biến đổi chất màu, tăng giá trị sử dụng

+Tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm

Nhược điểm của các phương pháp trích ly trên là hiệu suất trích ly thấp, cho nên gần đây người ta đã bắt đầu nghiên cứu phương pháp mới.

Quá trình trích ly carotenoid từ phế liệu rau trái bắt đầu bằng việc băm nhỏ phế liệu để tăng khả năng trích ly Phế liệu cần được thấm ướt bằng nước cất trước khi trộn để làm mềm Sau đó, phế liệu được trộn với dung môi hữu cơ phân cực và chất hoạt tính bề mặt, tạo thành dạng sệt giúp giảm sức căng bề mặt trong cấu trúc tế bào Quá trình này cải thiện sự thâm nhập của chất hoạt động bề mặt vào tế bào, từ đó tăng hiệu suất trích ly carotenoid Thời gian trộn lý tưởng là 2 giờ, với tốc độ từ 20 đến 100 vòng/phút, để tối ưu hóa khả năng trích ly.

Trang 15 cho việc trộn nhằm tăng cường khả năng trích ly trong các thí nghiệm gần đây là khoảng

Quá trình trộn ở tốc độ 60 vòng/phút là rất quan trọng để đảm bảo phế liệu chuyển hóa thành dạng lỏng từ dịch sệt nhờ vào sự tương tác giữa dung môi hữu cơ đầu tiên và chất hoạt động bề mặt Sau đó, dung dịch sệt được xử lý với dung môi hữu cơ thứ hai để hòa tan chất kết hợp Kết quả là dung dịch sệt được phân tách thành hai phần: phần lỏng và phần rắn Cuối cùng, dung môi hữu cơ thứ hai và chất kết hợp, liên kết với carotenoid, sẽ được tách ra khỏi ethanol trong phần lỏng.

Dung môi hữu cơ phổ biến nhất là alcohol, có thể lựa chọn từ ethanol, methanol, propanol, hoặc butanol Hàm lượng tối ưu cho quá trình sử dụng là từ 50 đến 500 ml dung môi trên mỗi kg phế liệu.

Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hữu cơ bao gồm hai phần: một đầu ưa nước có khả năng hòa tan trong dung môi phân cực và một đầu kỵ nước là chuỗi hydrocacbon Sự kết hợp này giúp tăng diện tích bề mặt của dung dịch chất hoạt động bề mặt với các pha khác như khí và cặn Chất hoạt động bề mặt có khả năng thâm nhập mạnh mẽ vào chất rắn, có thể xâm nhập qua các đường nứt và khe hở nhỏ hơn 0.05 micron Hàm lượng chất hoạt động bề mặt được khuyến nghị là từ 0.1 đến 10 ml cho mỗi 1 kg phế liệu, với nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng hàm lượng tối ưu là 2 ml/kg phế liệu.

Dung môi hữu cơ thứ hai thường được sử dụng là carbon disulfite (CS2), với lượng tối thiểu 200 g để xử lý 200 – 250 g dịch sệt Carbon disulfite có khả năng hòa tan chất kết hợp, đặc biệt là hàm lượng carotenoid cao trên mỗi đơn vị thể tích Phương pháp này cho phép thu được hàm lượng carotenoid tối thiểu khoảng 1.5 mg/ml mà không cần sử dụng nhiệt hoặc áp lực cao.

2) Từ nguyên liệu giàu Flavonoid

Bã nho

❖ Sơ đồ quy trình công nghệ:

Sau khi bã nho được ngâm trong dung môi ethanol và nước theo tỷ lệ 1:1 với 1% HCl trong 2 giờ, bã nho sẽ được tiệt trùng để vô hiệu hóa enzyme có khả năng làm giảm chất lượng polyphenol Tiếp theo, bã sẽ được lọc để loại bỏ các phần rắn, và có thể được trích ly thêm để tách kiệt chất màu Dịch trích ly sau đó có thể được cô đặc để tạo ra màu anthocyanin dạng lỏng, hoặc tiếp tục lọc tinh để thu được màu tinh sạch, hoặc sấy phun để tạo thành dạng bột Để nâng cao hiệu quả quá trình trích ly, enzyme pectinase và cellulase có thể được sử dụng theo tỷ lệ 2:1, với năng suất anthocyanin thu được sau 2 giờ xử lý.

Quá trình xử lý nước trước khi trích ly anthocyanin rất quan trọng, có thể nâng cao hiệu suất trích ly lên đến 63,6% tại nhiệt độ 40 oC và pH 4 với nồng độ 1g/kg.

Việc trích ly anthocyanin từ bã nho, một phế phẩm trong ngành công nghiệp rượu, đã trở nên dễ dàng hơn nhờ áp dụng áp lực cao bằng các phương pháp thủy tĩnh với áp suất từ 200 – 600 Mpa hoặc sử dụng sóng siêu âm Dưới áp suất cao, các dung môi thân thiện với môi trường như ethanol và nước được sử dụng với nồng độ và nhiệt độ khác nhau (20 - 70 o C) Nghiên cứu cho thấy hàm lượng anthocyanin trích ly cao nhất đạt được khi sử dụng ethanol 100% ở nhiệt độ 20 o C.

- Trích ly:Tách anthocyanin từ bã nho vào dung môi hòa tan (ethanol/ nước)

+Vô hoạt enzyme oxy hóa có khả năng làm giảm chất lượng anthocyanin.

+Tiêu diệt vi sinh vật

-Lọc: Tách phần dịch chiết lỏng ra khỏi bã rắnkhông tan

+Thực hiện ở áp suất chân không nhằm tạo nhiệt độ thấp, tránh làm biến đổi chất màu, tăng giá trị sử dụng

+Tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm

+Tăng độ tinh sạch của chất màu thành phẩm

+Tăng giá trị thương phẩm

+Tăng thời gian bảo quản.

+Tạo hình cho sản phẩm

+Giảm chi phí vận chuyển.

Bã việt quất

❖ Sơ đồ quy trình công nghệ:

Quy trình này nâng cao năng suất trích ly chất màu việt quất và hạn chế tối thiểu chất chát và vị đắng.

Bã ép việt quất nên được bảo quản ở nhiệt độ -18°C trong kho đông lạnh cho đến khi sử dụng Mặc dù bã ép đông lạnh là nguyên liệu lý tưởng, bạn cũng có thể lưu trữ bã ép ở nhiệt độ dưới 27°C để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.

Bã ép việt quất tốt nhất nên bao gồm một tỷ lệ nhỏ vỏ trấu gạo để hỗ trợ quá trình ép và lọc, cùng với vỏ bắp, vỏ lúa mì tẩy trắng, giấy sạch, hoặc các loại vỏ không chứa tinh bột như mảnh vỏ sò Những thành phần này thường được sử dụng với tỷ lệ vừa phải trong bã ép, thường dao động từ 15% đến 45%, và tối ưu nhất là từ 25% đến 35% khối lượng khô.

Quá trình nghiền bã ép việt quất cần được thực hiện đúng cách, không thêm nước để đảm bảo phần rắn như bã việt quất, vỏ trấu và mảnh vỏ có thể hợp nhất và giảm kích thước Điều này giúp tối ưu hóa quá trình trích ly lỏng từ bã rắn việt quất, trong khi vỏ trấu và các thành phần tương đương được giữ nguyên để hỗ trợ các quá trình tách xa hơn và quá trình lọc dịch chiết từ phần dư của bã ép thải.

Phát minh này không cần sử dụng chất hòa tan, acid hay bases trong quá trình trích ly, giúp giảm chi phí và có khả năng tích hợp trực tiếp vào thiết bị trích ly nước ép hiện tại.

Sau khi nghiền bã ép, nên phối trộn với chất trợ lọc được trích ly trong nước với tỷ lệ từ 4:1 đến 15:1 Nhiệt độ lý tưởng cho quá trình này là từ 20 oC đến 70 oC, nhưng tốt nhất là trong khoảng 45 – 60 oC, với nhiệt độ tối ưu khoảng 55 oC.

5 – 60 phút tùy thuộc vào trạng thái của quá trình trích ly

Quá trình trích ly sử dụng nước nóng, nhưng cũng có thể áp dụng các dung môi khác như ethanol acid hóa, acid, hoặc nước chứa SO2 Quá trình này được kiểm soát trong một máy trộn có dung tích 30 gallon, với 5 mẻ trích ly và tỷ lệ hỗn hợp 8:1.

Trang 19 nước/ bã ép Mỗi mẻ sẽ được khuấy trộn trong 10’ trước khi phân tách Sau khi hòa trộn mẻ, dịch chiết sẽ được tách qua thiết bị ly tâm, dịch sệt của chất rắn được thêm vào cho đến khi bã ép được nén đầy vào túi lọc và tốc độ chảy của nước lọc chậm đáng kể Tổng cộng khoảng 81 gallon (675 pound) dịch chiết màu được thu từ 5 mẻ và chứa trong 2 cái trống 50 gallon và được giữ qua đêm trong kho lạnh ở nhiệt độ khoảng 4 0 C để tránh hư hỏng Dịch chiết chứa 0.48% chất rắn

Màng siêu lọc được sử dụng để tách bã rắn và thành phần keo cao phân tử, như protopectin từ rượu liquor, trước khi sản phẩm siêu lọc được chuyển vào bồn cho quá trình thẩm thấu ngược Kích thước lỗ của màng siêu lọc dao động từ 0.5 đến 3.0 micron; lỗ lớn hơn 3 micron có thể cho phép một số pectin đi qua, trong khi lỗ nhỏ hơn 0.5 micron có thể làm mất màu Nhiệt độ dịch chiết qua màng siêu lọc nên giữ trong khoảng 20°C – 60°C, tối ưu ở mức hơn 50°C Áp lực đầu vào của dịch chiết là từ 3 – 8 bars, còn áp lực đầu ra từ 1 – 4 bars.

Quá trình thẩm thấu ngược sử dụng màng siêu lọc để tách biệt các thành phần, trong đó màng membrane thường được làm từ hỗn hợp polyamide, polyether, polyether urea hoặc cellulose Filmtech F.T 30 là một trong những loại màng tốt nhất, có khả năng loại bỏ 99.2% nồng độ muối Nhiệt độ tối ưu cho quá trình thẩm thấu ngược dao động từ 25 đến 60 độ C, lý tưởng nhất là khoảng 50 độ C, với áp suất nạp liệu từ 300 đến 900 psig Quá trình này giữ lại khoảng 10% đến 25% rắn, trong đó chứa khoảng 520 mg/l anthocyanin Sản phẩm thu được có thể được cô đặc và sấy thêm tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.

Sản phẩm lỏng là một dịch chiết ít nhớt, chứa một lượng cô đặc nhỏ các cacbohydrate cao phân tử như pectin, protein và polyphenolic Sản phẩm này đã được khử đắng một phần, mang lại dung dịch màu đỏ, không sủi bọt Dịch chiết này chứa đựng tất cả các thành phần hữu cơ có lợi từ nước ép việt quất, bao gồm acid tự nhiên, đường, amino acid, peptide có khối lượng phân tử thấp, muối và anthocyanin.

-Trộn: Hỗ trợ, làm tăng hiệu suất của quá trình nghiền

-Nghiền: Làm giảm kích thước các bã rắn, phá vỡ cấu trúc màng tế bào hỗ trợ cho quá trình trích ly

- Trích ly:Tách anthocyanin từ bã việt quất vào dung môi

+Tách bã rắn còn sót lại trong dịch chiết sau quá trình tríchly

+Tăng hiệu suất quá trình lọc

+Tăng độ tinh sạch của chất màu thành phẩm

+Tăng giá trị thương phẩm

+Tách một số hợp chất không mong muốn (chất chát, chất đắng)

+Tăng độ tinh sạch của chất màu thành phẩm

+Tăng giá trị thương phẩm

+Tách một số hợp chất không mong muốn

+ Thực hiện ở áp suất chân không nhằm tạo nhiệt độ thấp, tránh làm biến đổi chất màu, tăng giá trị sử dụng

+Tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm

+Tăng thời gian bảo quản.

+Tạo hình cho sản phẩm

+Giảm chi phí vận chuyển

3 Từ nguyên liệu giàu Chlorophyll:

❖ Sơ đồ quy trình công nghệ:

Lá xanh cần được băm nhỏ và ngâm ướt với khoảng 500g nước cất cho mỗi kg lá Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng phế liệu cần được thấm ướt trước khi trộn để làm mềm phần rắn và tăng khả năng trích ly carotenoid Nước cất thường được sử dụng trong quá trình này Bên cạnh đó, phế liệu từ rau quả cũng cần được băm nhỏ trước khi trộn để nâng cao hiệu quả trích ly.

Bột màu carotenoid được chiết xuất từ phế liệu rắn, có thể được cắt, nghiền hoặc trộn để tăng cường độ ổn định Quá trình chuẩn bị này giúp phế liệu đạt đủ hàm lượng nước cần thiết cho việc chiết xuất carotenoid hiệu quả.

Sau khi trích ly, dịch trích sẽ được lọc sơ bộ và đưa vào thiết bị ly tâm với tốc độ 5000 vòng/phút trong 10 phút Dịch chiết có thể tiếp tục được lọc bằng thiết bị lọc tinh như màng membrane Cuối cùng, dịch chiết được cô đặc và sấy theo điều kiện sử dụng mong muốn.

- Xay: Nghiền nhỏ nguyên liệu, chuẩn bị cho quá trình trích ly

- Trích ly:Hòa tan và trích lychất màu chlorophyll trong dung môi là dầu

-Lọc sơ bộ:Tách phần dịch chiết lỏng ra khỏi bã rắn không tan

Ly tâm là quá trình quan trọng trong việc xử lý dịch trích, giúp loại bỏ bã mịn còn tồn đọng Việc ly tâm giúp các bã này lắng xuống, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc tinh diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn.

-Lọc tinh: Để loại bỏ hoàn toàn các cặn bã còn sót lại trong dung dịch màu, tăng độ tinh sạch của chất màu thành phẩm

+Thực hiện ở áp suất chân không nhằm tạo nhiệt độ thấp, tránh làm biến đổi chất màu, tăng giá trị sử dụng

+Tăng hàm lượng chất khô trong sản phẩm

+Làm lượng nước trong dịch màu bay hơi để thu được màu dưới dạng bột +Tăng thời gian bảo quản.

+Tạo hình cho sản phẩm

+Giảm chi phí vận chuyển

Ngoài ba nhóm màu chính, quy trình trích ly chất màu còn có thể áp dụng cho các hợp chất màu khác như betalain từ quả beetroot và curcumin từ củ nghệ Việc lựa chọn dung môi trích ly phù hợp sẽ phụ thuộc vào tính chất hòa tan của các chất màu này.

Dung môi cần đáp ứng những yêu cầu sau:

Thiết bị

Máy nghiền Thiết bị trích ly

Thiết bị ly tâm Thiết bị lọc khung bản

Thiết bị cô đặc Thiết bị sấy phun

Sản phẩm và lĩnh vực ứng dụng

Người ta phân loại màu thực phẩm dựa trên màu sắc và bản chất của chất màu:

Chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm dạng bột Tổng hàm lượ ng chất màu trong sản phẩm 80%

Hàm lượ ng chất không tan 0.02%

Kim loại nặng 40 ppm/ kg

Từ xa xưa, con người đã sử dụng chất màu thực vật tự nhiên để tạo màu cho thực phẩm Những chất màu này không chỉ mang lại màu sắc hấp dẫn mà còn chứa các thành phần hoạt tính sinh học như vitamin, acid hữu cơ, glycoside, chất thơm và nguyên tố vi lượng Việc sử dụng chất màu tự nhiên không chỉ cải thiện hình thức bên ngoài của thực phẩm mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng của chúng.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, chỉ 6% các chất màu được sử dụng là có nguồn gốc tự nhiên Mặc dù chất màu tổng hợp không an toàn cho sức khỏe con người, nhưng nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các chất màu tự nhiên trong thực phẩm mang lại sự an toàn hơn cho người tiêu dùng.

Tình hình sử dụng chất màu trong thực phẩm hiện nay cho thấy rằng, ở các nước phát triển, việc nghiên cứu và khai thác các chất màu tự nhiên đã được thực hiện từ sớm và nhận được nhiều sự quan tâm.

Hiện nay, số lượng phẩm màu từ nguồn gốc thực vật đang gia tăng đáng kể ở các nước tiên tiến Năm 1993, tổng giá trị buôn bán phẩm màu tự nhiên trên toàn cầu đạt 500 triệu USD, với tốc độ tăng trưởng hàng năm lên đến 10% Xu hướng sử dụng màu thực phẩm chiết xuất từ thiên nhiên đang phát triển mạnh mẽ không chỉ ở các quốc gia công nghiệp phát triển mà còn ở các nước đang phát triển như Ấn Độ và Ai Cập.

Tại Việt Nam, phần lớn màu thực phẩm được sử dụng là màu tổng hợp, chủ yếu nhập khẩu từ các quốc gia như Châu Âu, Ấn Độ, Nhật Bản và Úc với thuế suất từ 20-25% Ngoài ra, còn có màu thực phẩm nhập tiểu ngạch từ Trung Quốc và Thái Lan, với thuế suất chỉ 1%.

Trong những năm gần đây, nghiên cứu sản xuất chất màu tự nhiên từ nguyên liệu trong nước đã thu hút sự quan tâm và đạt được một số kết quả khả quan Tại Viện Nghiên cứu Khoa học Việt Nam, các nhà khoa học đang phát triển chất màu xanh từ dâu tằm với kết quả ban đầu tích cực Đồng thời, Xí nghiệp Sản xuất Hóa chất thuộc Sở Công nghiệp thành phố đã lắp đặt dây chuyền sản xuất chất màu vàng từ nghệ, màu đỏ từ hạt điều và màu đen từ tái mặc mưa, với tổng sản lượng khoảng 2,5 tấn/năm Tuy nhiên, giá thành sản phẩm tự nhiên vẫn cao hơn so với màu tổng hợp, dẫn đến khó khăn trong tiêu thụ.

Các hợp chất carotenoid không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ không phân cực, bao gồm khoảng 65-70 chất màu thực vật Chúng bền với sự thay đổi pH và các chất khử, nhưng lại không bền với nhiệt và ánh sáng Do đó, không nên sử dụng carotenoid cho các sản phẩm từ thịt, vì quá trình sản xuất thường trải qua giai đoạn xử lý nhiệt.

Các chất nhuộm màu vàng như annato E 160(B) và E100 được chiết xuất từ thiên nhiên, với E 160(B) lấy từ hạt quả mận châu Mỹ và E100 từ củ nghệ E 160(B) có dạng hòa tan trong nước, thường được sử dụng để nhuộm vỏ ngoài tự nhiên cho giò chả, thực phẩm quý và các sản phẩm từ thịt gà, với giới hạn sử dụng là 2,5 mg/kg Trong khi đó, E100 có giới hạn sử dụng là 0,1 mg/kg và có dạng tan trong nước cũng như tan trong mỡ, thường được dùng để nhuộm màu cho các sản phẩm sữa và thịt trong propylen glycol.

E 160C là chất nhuộm màu đỏ tự nhiên chiết xuất từ ớt đỏ Capsicum annuum, được trồng chủ yếu ở châu Âu và Bắc Mỹ Chất nhuộm này có khả năng hòa tan trong nước và mỡ, với hàm lượng chất màu đạt 1,5% E 160C có thể được sử dụng để nhuộm màu cho các sản phẩm thịt với nồng độ từ 0,05% đến 0,1%.

Dùng làm chất màu thực phẩm (nhuộm màu rượu, nước giải khát, bánh kẹo, mứt, bánh su sê, bánh cốm, kem )

Dùng trong công nghiệp tiêu dùng: kem đánh răng (chống hôi miệng, chống sâu răng ), xà phòng (kháng nấm, kháng khuẩn), nhuộm màu nước hoa, mỹ phẩm

Nguyên liệu dược phẩm được sử dụng trong sản xuất thuốc kem giúp điều trị các vết thương, tổn thương da và bỏng, đồng thời khử mùi hôi thối ở vết thương Ngoài ra, nó cũng là thành phần quan trọng trong các loại thuốc điều trị bệnh tim mạch và huyết áp cao.

Các chất màu tự nhiên đã được sử dụng trong thực phẩm, trong đó có chế phẩm màu acid từ chlorophyll được sản xuất tại Đức Chế phẩm này có màu xanh lá cây sáng, không mang lại mùi vị lạ và bền vững trong môi trường acid.

Betalain E 162, hay nước ép củ cải đỏ cô đặc, là chất nhuộm màu hiệu quả nhất trong khoảng pH 3,5 - 5,0, được ứng dụng chủ yếu trong chế biến sản phẩm sữa và sản xuất đường Trong khi đó, chất nhuộm màu eno, được chiết xuất từ nước ép quả nho đỏ, không được sử dụng cho sản phẩm sữa vì trong môi trường axit tạo ra màu đỏ, còn trong môi trường trung tính và kiềm lại chuyển sang màu xanh.

Anthocyanin E163 là một phẩm màu tự nhiên được chiết xuất từ nhiều nguyên liệu như quả phúc bồn tử đen, nho, việt quất, cơm cháy và thanh lương trà Phẩm màu này hoạt động hiệu quả nhất ở pH dưới 4, vì vậy không được sử dụng trong ngành chế biến thịt.

Màu sắc chiết xuất từ quả nho, được gọi là enin (C23H24O12), thuộc nhóm sắc tố Anthocyanin, đang thu hút sự chú ý Chất màu này được sử dụng để nhuộm màu cho các loại quả, nước ngọt và nước uống có gas.

Ngành sản xuất bánh kẹo, mứt, kem và nước giải khát đang tìm kiếm một chất màu tan tốt trong nước Anthocyanin, một loại màu flavonoid, nổi bật với tiềm năng ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm.

Một số quy trình ứng dụng chất màu trong thực phẩm

1) Phối màu vào agar ( rau câu)

2) Phối màu vào sữa chua uống:

Sữa chua uống không màu

Sữa chua uốn có màu

4) Phối màu trên bơ Đun sôi

Lọc Hòa tan tron nước Đườn

Bơ Đánh bơ Đánh bơ

Bột màu Nước Đường xay

6) Phối màu trên kẹo mềm:

Phối trộn Ủ ở 42 0 C Hòa tan trongnước

Yaourt cái yaour Hòa tan

❖ Nơi sản xuất, cung cấp:

Encolor liqid DS, produced by Reggianna in Antociani, Italy, is a concentrated extract derived from grape skins Meanwhile, Redberry liqid 88-01, manufactured by GilletteFood Inc., is an extract made from a blend of elderberry, blackberry, blueberry, and blackcurrant fruits.

Sambucus NR 54 được sản xuất bởi công ty Gilette Food Inc,là dịch trích anthocyanin từ elderberry

San Red Liqid RC-EX được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industr ies

(Nhật) là dịch cô dặc từ bắp cải đỏ mà chúng chứa anthocyanin diacyl hóa

Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries là bột sấy khô của dịch trích từ bắp cải đỏ

Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industr ies là bột sấy khô của dịch trích từ bắp cải tím.