Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Nghiên cứu và định hướng ứng dụng của chất máu từ khoai lang tím (Ipomofa Batats (L.) Poir.)

Dịch chiết khi điều chỉnh về môi trường pH acid khác nhau tạo thành chất màu với màu sắc và tính chất khác nhau.Trong môi trường acid cao hơn, hàm lượng anthocyanin bền hơn trong suốt th

TỔNG QUAN

NGUYÊN LIỆU

Hình 2 1: Khoai lang tím (Ipomoea Batatas (L.) Poir.)

Khoai lang tím có tên khoa học là Ipomoea Batatas (L.) Poir thuộc họ Bìm Bìm (Convolvulaceae) [3]

Khoai lang tím là cây hoa màu lương thực ăn củ và lấy dây lá, thân mọc bò, dài 2-3m, trồng hàng năm Lá có nhiều hình, thường hình tim xẻ 3 thùy có cuống dài Hoa màu tím nhạt hay trắng, mọc thành xim ít hoa ở đầu cành Rất ít khi thấy quả và hạt [3] Củ hình thoi do rễ phồng lên, chứa tinh bột và đường, vỏ củ màu tím, thịt củ tím

Hình 2 2: Củ Khoai lang tím Nhật

Khoai lang tím ưa nhiệt độ ấm áp, phát triển tốt nhất ở nhiệt độ khoảng 24°C Thời gian phát triển củ phụ thuộc và giống và điều kiện trồng, thường từ 2-9 tháng Ở vùng ôn đới, giống ngắn ngày có thể trồng như cây một năm để thu hoạch vào mùa hè Nhân giống khoai lang bằng đoạn thân (dây khoai lang), rễ hoặc rễ bất định mọc từ củ trong quá trình bảo quản Trong điều kiện tối ưu (85-90% độ ẩm, 13-16°C), khoai lang có thể bảo quản đến 6 tháng Nhiệt độ thấp hoặc cao hơn sẽ làm hỏng củ nhanh chóng.

2.1.2 Nguồn gốc và phân bố

Khoai lang có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới Châu Mỹ Ngày nay, khoai lang được trồng rộng khắp trong các khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm với lượng nước đủ để hỗ trợ sự phát triển của chúng Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê, Vĩnh Long là địa phương có diện tích trồng khoai lang nhiều nhất vùng Đồng bằng sông Cửu Long và diện tích này có xu hướng tăng theo từng năm Năm 2011, Vĩnh Long có khoảng 8,500 ha trồng khoai lang, 8 tháng đầu năm 2012, tỉnh có gần 9,800 ha trồng khoai lang (riêng huyện Bình Tân trồng hơn 9,000 ha)

Trong vài năm gần đây, giống khoai lang tím Nhật được đưa vào trồng thử nghiệm và phát triển đại trà tại một số tỉnh, nhất là Vĩnh Long Ở giống khoai lang tím này có sự khác biệt rõ rệt so với khoai lang tím Việt Nam trước đây (khoai lang như ngọc) ở sắc độ tím thẫm đến tím đen, dấu hiệu cho hàm lượng chất màu họ anthocyanin cao Tuy nhiên, mặt hàng này chỉ được sử dụng trong nước và giá thành rất rẻ Vì vậy, trong luận văn này quá trình tách chất màu từ khoai lang tím nhằm đạt được dịch màu có hàm lượng anthocyanin cao được quan tâm khảo sát để tăng giá trị sử dụng của loại lương thực quen thuộc tại Việt Nam, góp phần tạo ra chất màu tự nhiên ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Khoai lang tím chứa chất chống oxy hóa giúp ngăn ngừa bệnh tật như bệnh tim mạch và ung thư, giúp tăng miễn dịch, chống viêm, giúp da và xương khỏe mạnh

Khoai lang tím có hàm lượng dinh dưỡng cao trong số các loại thực phẩm có màu tím khác Khoai lang tím chứa nhiều chất chống oxy hóa từ anthocyanin và các hợp chất

- 5 - polyphenolic Ngoài ra, khoai lang tím còn chứa nhiều chất xơ, canxi, sắt, phức carbohydrate, chứa rất ít chất béo và natri [4]

Bảng 2 1: Giá trị dinh dưỡng trong khoai lang tím cung cấp tương ứng với nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày (%DV) [4]

Kích cỡ 1 phần 4 oz Tổng trong 1 phần

Calories: 130 Calori từ chất béo 0

Giá trị cần cho mỗi ngày (%)

2.1.4 Vai trò của Khoai lang tím Nhật

Cao chiết nước nóng khoai lang ức chế mạnh aldose reductase ở thủy tinh thể chuột, với các hoạt chất chính là acid ellagic và acid 3,5-dicaffeoylquinic Khoai lang có hoạt tính lectin gây ngưng kết hồng cầu, biểu hiện mạnh trên hồng cầu đã trypsin hóa Dây và củ khoai lang chứa các hợp chất kháng nấm và kháng khuẩn Về công dụng, khoai lang có thể chữa táo bón, kiết lỵ, mụn nhọt, cảm cúm, bỏng, băng huyết và tăng sữa.

Khoai lang có chứa chất caiapo có khả năng chữa được bệnh tiểu đường [5]

Khoai lang là loại thực phẩm chứa nhiều dưỡng chất thiết yếu cho cơ thể, bao gồm vitamin A, B, C, E, protein, tinh bột và hơn 10 loại nguyên tố vi lượng như canxi, kẽm, sắt, magie… Nhờ vậy, khoai lang được các chuyên gia dinh dưỡng đánh giá là "thực phẩm cân bằng dinh dưỡng nhất" Không chỉ cung cấp dinh dưỡng, khoai lang còn không chứa chất béo và cholesterol, giúp ngăn ngừa quá trình chuyển hóa đường thành mỡ trong cơ thể Hàm lượng vitamin C và axit amin trong khoai lang hỗ trợ kích thích nhu động ruột, giúp tiêu hóa thức ăn dễ dàng và ngăn ngừa táo bón.

Ngoài giá trị dinh dưỡng nêu trên, khoai lang còn là sự lựa chọn số 1 cho những người muốn giảm cân Mặc dù có vị ngọt, nhưng khoai lang trên thực tế là thức ăn tốt cho những người mắc bệnh đái tháo đường do các nghiên cứu sơ bộ trên động vật cho thấy chúng hỗ trợ cho sự ổn định nồng độ đường trong máu và làm giảm sức kháng insulin [6]

Thịt của khoai lang tím có chứa nhiều anthocyanin, một chất màu có hoạt tính chống oxy hóa cực mạnh Vì thế, anthocyanin trong khoai lang tím được xem là một chất bảo vệ con người chống lại những vết thương do oxy hóa và các gốc tự do tác động gây nên, bảo vệ sức khỏe về tim mạch, làm chậm và ức chế mọi phát triển của ung thư

Khoai lang tímcó khả năng trong việc giúp gan hoạt động lại Nhóm nhà khoa học Han, KH et al, (2006b) đã thí nghiệm và kết kuận rằng chiết xuất khoai lang tím có thể bảo vệ gan hữu hiệu chống lại D-galactosamine (GaLN), vì chất này tạo ra độc tố trong gan và tạo ra những thay đổi của yếu tố ngoại tử của bướu như alpha (TNF- alpha), lactate degydrogenase (LDH), alanine aminotransferase (ALT) và asparate aminotranferase (ASF) Chất chiết xuất đ lượng trong huyết tương của chuột trong đó đ của 3 chất của thiobarbituric acid trong gan chuột và lipd peroxidation

Tạp chí Nông nghiệp & Hóa thực phẩm cứu mới về tác dụng của khoai lang tím trong việc l Cụ thể, những người ăn thường xuy như vậy chúng tốt hơn rất nhiều so với các loại rau xanh dạng củ khác Đ khoai lang tím giàu hàm lượng chất chống oxy hóa, có tác dụng giảm bệnh tim mạch, đặc biệt là lớp vỏ [8].

GIỚI THIỆU VỀ FLAVONOID VÀ ANTHOCYANIN

2.2.1 Khái quát về flavonoid Đóng góp quan trọng tạo n là những hợp chất thuộc họ flavonoid Flavonoid tạo cho thực vật có m đến tím Đa số màu sắc của các loại hoa, lá v những hợp chất polyphenolic có 15C, 2 v mạch thẳng có 3C Cấu trúc hóa học của flavonoid dựa tr Chromane gắn với nhân thơm B t

Flavonoid có cấu trúc cơ b benzen gắn với C3, Cấu trúc có thể l

Tại các vùng có gắn một hoặc nhiều nhóm hydroxyl tự do hoặc đ phần, vì vậy về bản chất chúng là các polyphenol có tính acid.

Các polyphenol có thể kết hợp với nhau qua các nhóm hydroxyl để tạo th các phân tử phức tạp hơn hoặc có thể li các oza (dạng glycozit), hoặc protein. alpha), lactate degydrogenase (LDH), alanine aminotransferase (ALT) và asparate ất chiết xuất được xét nghiệm cho chuột và thấy rằng h ủa chuột trong đó đã ngăn chặn những biến đổi hàm lư ủa 3 chất của thiobarbituric acid-reactive substance (TBARS) và glutathione (GSH) roxidation [7] ệp & Hóa thực phẩm của Mỹ vừa công bố kết quả nghi ứu mới về tác dụng của khoai lang tím trong việc làm giảm huyết áp và giảm béo ph ờng xuyên khoai lang tím giảm được tới 4 điểm huyết áp, ất nhiều so với các loại rau xanh dạng củ khác Đơn gi ợng chất chống oxy hóa, có tác dụng giảm bệnh tim mạch, ỚI THIỆU VỀ FLAVONOID VÀ ANTHOCYANIN ọng tạo nên sự phong phú về màu sắc của giới thực vật chính ững hợp chất thuộc họ flavonoid Flavonoid tạo cho thực vật có màu sắc đỏ, xanh ắc của các loại hoa, lá và quả là do flavonoid tạo ra Flavonoid ững hợp chất polyphenolic có 15C, 2 vòng benzen được nối với nhau qua cầu nối ạch thẳng có 3C Cấu trúc hóa học của flavonoid dựa trên bộ khung 15C, có v ơm B tại vị trí 2, 3 hay 4 [9] ơ bản kiểu C6-C3-C6, trong đó mỗi C6 là m ấu trúc có thể là vòng kín hoặc mở ắn một hoặc nhiều nhóm hydroxyl tự do hoặc đã thay th à các polyphenol có tính acid ết hợp với nhau qua các nhóm hydroxyl để tạo th ặc có thể liên kết với các hợp chất khác trong thực vật nh ạng glycozit), hoặc protein alpha), lactate degydrogenase (LDH), alanine aminotransferase (ALT) và asparate ấy rằng hàm àm lượng reactive substance (TBARS) và glutathione (GSH) ủa Mỹ vừa công bố kết quả nghiên ảm béo phì ợc tới 4 điểm huyết áp, ơn giản, ợng chất chống oxy hóa, có tác dụng giảm bệnh tim mạch, ắc của giới thực vật chính ắc đỏ, xanh ạo ra Flavonoid là ợc nối với nhau qua cầu nối ộ khung 15C, có vòng à một vòng ã thay thế một ết hợp với nhau qua các nhóm hydroxyl để tạo thành ết với các hợp chất khác trong thực vật như

Hình 2 3: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid

Flavonoid là một trong những nhóm hợp chất phân bố rộng nhất trong thiên nhiên, ước tính đã có khoảng 2000 flavonoid đã biết rõ cấu trúc (Harbone, 1975) Sự phân bố flavonoid mang một số đặc điểm có tính phân loại hệ thống

Nói chung flavonoid không có ở tảo và nấm Flavonoid đặc trưng cho các thực vật bậc cao, song song với sự phân bố acid hydrocinamic và lignin trong cây Chúng có mặt trong hầu hết bộ phận của cây như: hoa, quả, lá, rễ, gỗ…và khu trú ở thành tế bào Chúng tham gia vào sự tạo màu sắc của cây, nhất là hoa Đó chính là một trong những chức năng sinh lý quan trọng của flavonoid đối với cây cỏ [10]

• Vai trò của flavonoid trong cây

Các phản ứng sinh hóa: Các nhóm phenol của flavonoid có vai trò quan trọng trong sự hòa tan các chất và di chuyển dễ dàng qua các màng sinh lý Một số flavonoid có tác dụng như một chất chống oxy hóa, bảo vệ acid ascorbic, một thành phần quan trọng trong tế bào thực vật Một số có tác dụng ức chế các enzyme và các độc chất của cây Ức chế và kích thích tăng trưởng: Đã có nhiều công trình nghiên cứu về tác dụng ức chế và kích thích tăng trưởng cây của flavonoid Nhóm chức hydroxyl có vai trò quyết định về tác dụng này Flavonoid còn tham gia vào sự hô hấp quang hợp

Tạo màu sắc: Flavonoid đóng vai trò tạo màu sắc hấp dẫn cho cây, nên sâu bọ, nhờ hệ thống thị giác đặc biệt, chúng sẽ bị thu hút bởi những màu sắc đó, góp phần thúc đẩy sự sinh tồn của cây và phát triển hoa, quả Trong việc tạo màu sắc thì các flavon, flanovol, auron, chalcon cho màu vàng trong khi các anthocyanin cho các màu hồng, đỏ, tím hoặc xanh thẫm

Chất bảo vệ cây: Một số flavonoid không màu có trong lá đóng vai trò như 1 chất bảo vệ cây, ngăn trở đối với động vật ăn cỏ Vị đắng và khó chịu của flavonoid làm cho động vật khi ăn mất cảm giác ngon và không thích ăn các loại cây cỏ này

Quercetin là một loại flavonoid như thế [10]

Flavonoid được chia thành 6 phân nhóm dựa vào nhóm thế trên vòng C Trong đó, trạng thái oxy hóa của vòng heterocyclic và vị trí của vòng B là những căn cứ quan trọng cho sự phân loại 6 phân nhóm đó là:

- 9 - § Chalcones § Flavone § Flavonol § Flavanone § Anthocyanins § Isoflavonoids Trong các phân nhóm trên, anthocyanin là một trong những nhóm quan trọng tạo nên màu sắc của nhiều loài hoa (bụt giấm ), quả (nho, dâu tằm ), một số loài hạt (đậu đen, đậu đỏ ) và một số loại củ (khoai lang tím, khoai tây tím )

Anthocyanin là chất màu tan trong nước phổ biến, có mặt trong thực vật trên cạn, giúp tạo ra màu sắc từ xanh sang đỏ, tím và vàng cho nhiều bộ phận thực vật, bao gồm cả hoa Đối với thực vật, anthocyanin có hai chức năng chính: hấp thụ ánh sáng UV để thu hút côn trùng thụ phấn và bảo vệ DNA khỏi tác hại của ánh sáng, ngăn ngừa liên kết gen bị đứt và các quá trình tế bào thiết yếu bị cản trở.

Từ “anthocyanin” được Marquart đưa ra năm 1895 để chỉ sắc tố màu xanh của cây Centaurea cyanus Từ anthocyanin do chữ anthos: hoa, kyanos: xanh, về sau được dùng để chỉ các sắc tố thuộc nhóm flavanoid có màu xanh, đỏ hoặc tím Trong cây khoảng 97% các sắc tố này ở dạng glycosid (anthocyanin = anthocyanosid) có trong mô tế bào Khi đun nóng anthocyanin trong dung dịch HCl 20%, phần đường trong phân tử (thường nối vào OH ở C-3) bị cắt và cho phần aglycol được gọi là anthocyanidin Sự khác nhau giữa các anthocyanin là số lượng và vị trí các nhóm

- 10 - hydroxyl, mức độ methyl hóa các nhóm này, bản chất và số nhóm đường gắn vào phân tử, vị trí gắn của chúng, bản chất và số nhóm acid mạch thẳng hay vòng gắn vào phân tử [12]

Nhìn chung cấu tạo của anthocyanin gồm 2 phần Phần đường thường là các loại như: glucose, galactose, arabinose, rhamnose, xylose và fructose Phần không đường: anthocyanidin Hai phần liên kết với nhau qua liên kết glycoside

Cyanidin là dạng phổ biến nhất của anthocyanidin, tiếp theo là delphinidin, peonidin, pelargonidin, petunidin và malvidin Trong đó, delphinidin có khả năng tạo màu xanh nhạt còn cyanidin và pelargonidin lại có khả năng tạo màu đỏ và tím

Hiện tại, thế giới đã phân lập được khoảng 540 loại anthocyanin Khoảng 90% trong số chúng được cấu tạo từ 6 anthocyanidin phổ biến: pelargonidin (Pg), cyanidin (Cy), delphinidin (Dp), petunidin (Pt), malvidin (Mv) và peonidin (Pn) Trong đó, cyanidin chiếm tỷ lệ cao nhất (30%), tiếp theo là delphinidin (22%) và pelargonidin (18%) Những anthocyanidin này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên màu sắc và đặc tính chống oxy hóa của anthocyanin.

Hình 2 4: Cấu trúc tổng quát của anthocyanin trong tự nhiên

Bảng 2 2: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên [15]

Peonidin (Pn) OCH 3 H Xanh-tím 532

Pelargonidin (Pg) H H Da cam – đỏ 520

Malvidin (Mv) OCH3 OCH3 Tím 542

Delphinidin (Dp) OH OH Tím 546

Petunidin (Pt) OCH3 OH Tím 543

2.2.2.2 Các y ế u t ố ả nh h ưở ng đế n độ b ề n c ủ a ch ấ t màu anthocyanin

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu quá trình tách chất màu từ khoai lang tím Nhật Bản và đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa cũng như độ bền màu của chúng Quy trình trích ly chất màu sử dụng chủ yếu trên hai hệ dung môi là nước và cồn tuyệt đối với mục tiêu ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực phẩm và hạn chế tác động đến môi trường

Với mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu bao gồm các vấn đề sau:

• Thử nghiệm trích ly chất màu dạng dịch từ khoai lang tím bằng các hệ dung môi khác nhau

• Xây dựng điều kiện trích ly dịch màu

• Tạo bột màu từ dịch màu

• Đánh giá tính chất bột màu

• Khảo sát độ bền màu, khả năng kháng oxy hoá của bột màu anthocyanin theo các điều kiện tồn trữ (ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, ánh sáng)

• Đánh giá và đề xuất điều kiện sử dụng tối ưu cho chất màu từ khoai lang tím

Với mục đích nghiên cứu để tách chất màu tự nhiên ứng dụng trong thực phẩm, nội dung luận văn nghiên cứu ứng dụng sản phẩm bột màu trích từ khoai lang tím Nhật Nội dung cơ bản của đề tài được trình bày trong Hình 3.1

Hình 3 1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu chất màu từ khoai lang tím Nhật

Khoai lang tím Nhật (dạng củ)

- Hàm lượng Anthocyanin - Chỉ số Polyanthocyanin - Màu LCh

- Khả năng kháng oxi hóa - Khảo sát độ bền

Bột khoai lang màu tím

- Hàm lượng Anthocyanin - Chỉ số Polyanthocyanin - Màu LCh

EtOH60 Điều kiện trích ly: tỉ lệ dung môi/nguyên liệu là 5:1, t = 65 o C, thời gian 40 phút

HÓA CHẤT

- Khoai lang tím Nhật Bản Tỉnh Vĩnh Long

- CH 3 CO 2 Na.3H 2 O Trung Quốc

THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

- Máy cô quay chân không Buchi - Pipet - Máy đo độ ẩm hiệu Sartorius-MA35 - Ống sinh hàn - Máy UV hiệu Thermo Scientific Helios

- Máy đo màu hiệu Chroma Meter CR-300 - Nhiệt kế

- Tủ sấy - Bình định mức

Và một số dụng cụ, thiết bị cần thiết khác.

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Bột khoai lang tím được sử dụng trong thí nghiệm được chế biến từ khoai lang tím được thu hoạch vào tháng 8 năm 2012 tại huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long Để bảo quản lâu dài, khoai lang tím được xử lý thành bột theo quy trình thích hợp và lưu trữ trong hộp kín.

Mẫu được xác định ẩm độ bằng máy đo độ ẩm SARTORIUS-MA35, Các thông số cài đặt:

- Thời gian: 0.0 (ở chế độ mặc định, máy sẽ cho kết quả khi khối lượng mẫu không đổi)

Các thí nghiệm được thực hiện nhiều lần Độ ẩm trung bình được xác định bằng cách lấy trung bình kết quả của các lần thí nghiệm n u w n i

Với w: độ ẩm trung bình (%) w i : độ ẩm các lần thí nghiệm (%) n: số lần thí nghiệm

3.4.3 Xác định hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai

Hàm lượng anthocyanin trong bột được xác định theo phương pháp pH vi sai và được tính quy theo cyanidin-3-glucoside Cyanidin-3-glucoside được chọn vì đây là dạng phổ biến của anthocyanin trong tự nhiên

Phương pháp pH vi sai dựa vào sự chuyển đổi thành các cấu trúc khác nhau theo pH của các sắc tố anthocyanin và thể hiện rõ qua phổ hấp thu khác nhau tương ứng Dạng oxonium có màu tồn tại ở pH 1,0 và dạng hemiketal không màu ở pH 4,5

Phương pháp này vừa nhanh và dễ dàng định lượng được các monomer anthocyanin.

Hình 3 2: Cấu trúc chuyển hóa giữa dạng flavylium cation (A) và hemiketal (B) R=H hay nhóm glycoside [46]

Dung dịch đệm pH 1,0: Hòa tan hoàn toàn 1,86g KCl vào 980mL nước cất trong beacher Đo pH bằng máy đo pH hiệu Schott Lab85 và chỉnh về pH 1,0 bằng dung dịch HCl 20% Bảo quản trong chai kín để sử dụng sau Trước khi sử dụng nên kiểm tra và chỉnh về pH 1,0

Dung dịch đệm pH 4,5: Hòa tan hoàn toàn 54,43g CH 3 CO2Na.3H2O vào 960mL nước cất trong beacher Đo pH bằng máy đo pH hiệu Schott Lab85 và chỉnh về pH 4,5 bằng dung dịch HCl 20% Bảo quản trong chai kín để sử dụng sau Trước khi sử dụng nên kiểm tra và chỉnh về pH 4,5

3.4.3.3 Xác đị nh hàm l ượ ng anthocyanin

*Xác định quang phổ hấp thu cực đại (λ vis max )

Chỉnh đường nền bằng nước cất từ bước sóng 400 đến 700 nm

Pha loãng dịch chiết khoai lang tím bằng nước cất Cho dịch vừa pha vào cuvet và quét qua máy quang phổ với bước sóng từ 400 đến 700 nm (phổ hấp thu cực đại của anthocyanin nằm trong khoảng từ 500 đến 550 nm) Bước sóng hấp thu cực đại được ghi nhận là bước sóng tại đó độ hấp thu A đo được cao nhất

*Xác định độ pha loãng mẫu (DF)

Để xác định độ pha loãng mẫu thích hợp, sử dụng dung dịch đệm pH 1,0 và điều chỉnh độ hấp thu ở bước sóng cực đại (542 nm) trong khoảng tuyến tính trên đồ thị liên hệ giữa độ hấp thụ và hàm lượng anthocyanin Phạm vi độ hấp thụ phù hợp thường nằm trong khoảng từ 0,2 đến 1,2.

Pha loãng mẫu theo độ pha loãng vừa xác định được bằng dung dịch đệm pH 1,0 và dung dịch đệm pH 4,5 [2, 47]

*Xác định hàm lượng anthocyanin

Chuẩn bị mẫu: Đối với mẫu bột, m (g) được hòa tan và định mức thành 25 mL (M c ) bằng nước cất Pha loãng dịch M c theo độ pha loãng DF xác định ở phần trên bằng dung dịch đệm pH 1,0 và dung dịch đệm pH 4,5 Ổn định mẫu trong thời gian 15 phút Đối với mẫu dịch chiết, pha loãng dịch chiết theo độ pha loãng DF xác định ở phần trên bằng dung dịch đệm pH 1,0 và dung dịch đệm pH 4,5 Ổn định mẫu trong thời gian 15 phút

− Chỉnh điểm 0 cho máy bằng nước cất Đo độ hấp thu của dung dịch vừa pha tại các bước sóng (λ vis max ) và 700nm (độ đục của mẫu)

Hàm lượng anthocyanin trong bột khô tuyệt đối được xác định theo công thức [48, 49]: a b ộ t (mg/g) =A×MW×DF×10 3 ε×l × 0, 025 m× 100-w ×10 2 (3.2)

Hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết được xác định theo công thức [48, 49]: a dd (mg/L) = A×MW×DF×10 3 ε×l (3.3)

Với: A: mật độ quang (độ hấp thu của anthocyanin)

A = (A λvis max – A 700nm ) pH 1,0 – (A λvis max – A 700nm ) pH 4,5 (3.4)

MW = 449,2 g/mol : khối lượng phân tử của cyanidin-3-glucoside DF: Độ pha loãng l: Bề dày cuvet (cm)

- 30 - ε = 26900: Hệ số hấp thu phân tử của cyanidin-3-glucosdie (l.mol -1 cm -1 ) m: Khối lượng bột (g) w: Độ ẩm bột (%)

3.4.4 Đánh giá chất lượng màu theo phương pháp polyanthocyanin

Chất màu anthocyanin sẽ liên kết với bisulfite tạo thành dẫn xuất acid sulfonic không màu Các phức màu polymer anthocyanin-tannin chống lại tác dụng tẩy màu của bisulfite, trong khi đó các monomer sẽ bị tẩy màu Độ hấp thu tại bước sóng 420 nm của mẫu chứa bisulfite đóng vai trò là một chỉ số quá trình nâu hoá Cường độ màu là tổng độ hấp thu tại bước sóng λ vis-max và tại 420 nm Tỉ số giữa chất màu bị polymer hoá và cường độ màu thể hiện phần trăm chất màu nguyên liệu bị polymer hoá [46]

Chỉ số phân hủy các chất màu anthocyanin rất hữu ích để theo dõi chất lượng màu trong các thực phẩm ứng dụng chất màu này

Hình 3 3: Phản ứng giữa anthocyanin và bisulfite [2]

Dung dịch bisulfite:Hòa tan hoàn toàn 1g K 2 S 2 O 5 trong 5 mL nước cất Dung dịch chỉ sử dụng trong ngày

3.4.4.3 Xác đị nh s ự bi ế n đổ i anthocyanin

Pha loãng dịch chiết theo độ pha loãng DF xác định ở phần trên bằng nước cất (M c ) Hút 2,8 mL dung dịch M* (đối với mẫu bột) hay M c (đối với mẫu dịch chiết) vào 2 cuvet, thêm vào cuvet thứ nhất 0,2 mL dung dịch bisulfit; 0,2 mL nước cất được

- 31 - thêm vào cuvet còn lại, để mẫu ổn định trong thời gian 15 phút Đo độ hấp thu của hai mẫu vừa pha tại các bước sóng (λ vis max ), 420 nm và 700 nm

Phần trăm độ màu polymer được tính theo công thức sau:

Với CD: color density (dùng cho mẫu pha với nước cất)

PC: polymeric color (dùng cho mẫu pha với dung dịch bisulfite)

3.4.5 Phương pháp đo màu theo hệ CIE

Việc nghiên cứu về hệ thống đặc tính của màu sắc có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá sự khác biệt về màu sắc cũng như hàm lượng của các chất màu Ánh sáng phản xạ từ bất kỳ bề mặt có màu nào cũng có thể được quy về hỗn hợp của ba tia màu đỏ, xanh lá và xanh da trời với tỷ lệ phù hợp Quá trình đo lường màu sắc có thể được thực hiện bằng phương pháp kích thích ba giá trị màu theo cách tương tự như cảm nhận của mắt người hoặc đo quang phổ phản xạ Phương pháp này giúp cho người quan sát có thể theo dõi cường độ màu của sản phẩm có chứa anthocyanin một cách trực quan và nhanh chóng.

Hai không gian màu thuộc hệ thống CIE được sử dụng phổ biến nhất là CIE - Lab và CIE – LCh [2, 50]

Hình 3 4: Không gian màu CIELab và

Hình 3 5: Không gian màu CIELab

CD = A 420 nm − A 700 nm + A λ vis − max − A 700 nm

PC = A 420 nm − A 700 nm + A λ vis − max − A 700 nm

- 32 - Không gian CIELab sử dụng 3 thông số: § L: độ sáng § a: tọa độ màu trên trục đỏ-lục § b: tọa độ màu trên trục vàng-lam

Giao điểm của 2 trục a và b là điểm vô sắc (đen, ghi, trắng tùy thuộc vào độ sáng) Không gian màu LCh sử dụng chung biểu đồ với không gian màu Lab nhưng thay vì sử dụng trục tọa độ vuông thì chúng lại sử dụng trục tọa độ hình trụ

L: thể hiện độ sáng, có giá trị 0-100 (gốc tọa độ là 50)

C: thể hiện cường độ màu h: thể hiện góc màu, liên quan đến tông màu

Góc màu được biểu diễn trên vòng tròn màu, theo chiều ngược kim đồng hồ, có những giá trị đặc biệt sau:

Các giá trị C và h được xác định từ a và b theo công thức:

Các công trình nghiên cứu đã chứng minh Hệ thống màu CIE cung cấp các thông tin cần thiết về sự cảm thụ màu sắc để đánh giá màu sắc của sản phẩm thực phẩm Vì vậy, việc theo dõi độ bền màu của sản phẩm chứa anthocyanin trong suốt quá trình chế biến và bảo quản có thể thực hiện được thông qua việc quan sát sự thay đổi của bất cứ thuộc tính màu sắc nào trong hệ CIE [37]

Dịch hoà tan (M c ) đã chuẩn bị ở phần trên được cho vào cuvet Cuvet được đặt trên một giá cố định Giá có ba mặt được phủ nền trắng và một mặt trống để tiếp xúc đầu đo Tiến hành đo màu bằng máy Minolta hiệu CR-300, Nhật Bản

Hình 3 6: Giá để cuvet sử dụng khi đo màu trên máy so màu Minolta

NỘI DUNG THỰC HIỆN

3.5.1.1 X ử lý nguyên li ệ u ban đầ u

Khoai lang dạng củ (tươi) được xử lý để khi trích ly sẽ thu được hàm lượng chất màu dạng anthocyanin nhiều nhất Các hình thức xử lý nguyên liệu ban đầu bao gồm:

− Khoai lang nấu chín, cắt lát, phơi khô tránh ánh sáng, xay nhỏ thành bột (NL1)

− Khoai lang nấu chín, cắt lát, dùng máy microwave (90 o C, 12 phút) sấy khô, xay nhỏ (NL2)

− Khoai lang tươi ban đầu, cắt lát, xay nhỏ (NL3)

− Khoai lang tươi ban đầu, cắt lát, dùng máy microwave (90 o C, 12 phút) sấy khô, xay nhỏ (NL4)

Nguyên liệu ban đầu sau khi xử lý được trích bằng EtOH60 và đánh giá bằng các chỉ tiêu:

• Hàm lượng anhthocyanin thu được

• Đo màu (L,C,h) Mỗi thí nghiệm được lặp lại 2 lần để kiểm tra độ chính xác Kết quả được trình bày ở giá trị trung bình

Quy trình trích ly dịch màu:

Nguyên liệu bột khoai lang được tiến hành trích ly với dung môi ở 60 o C trong 45 phút, tỉ lệ trích ly giữa nguyên liệu và dung môi là 1/6 (g/mL), hệ thống trích ly được lắp như Hình 3 7 Sau đó, lọc chân không để tách bã Dịch lọc được tách dung môi trên hệ thống cô quay chân không, thu được bột màu

Hình 3 7: Hệ thống trích ly anthocyanin

3.5.1.2 Xác đị nh ph ổ h ấ p thu c ự c đạ i

Tiến hành xác định quét quang phổ hấp thu của dịch chiết cồn từ khoai lang tím Chọn bước sóng hấp thu cực đại để sử dụng cho các đánh giá hàm lượng anthocyanin và chỉ số polyanthocyanin

3.5.1.3 Hi ệ u qu ả quá trình trích ly

Sau khi tìm ra phương pháp tốt nhất khi xử lý nguyên liệu ban đầu, tiến hành khảo sát hiệu quả trích ly khi chiết một lần và ba lần liên tiếp khi luân phiên sử dụng dung môi EtOH60 để đánh giá hiệu quả sử dụng

Dịch màu sau các lần trích ly được đánh giá bằng các chỉ tiêu:

• Hàm lượng anhthocyanin thu được

• Đo màu (L,C,h) Mỗi thí nghiệm được lặp lại 2 lần để kiểm tra độ chính xác Kết quả được trình bày ở giá trị trung bình

3.5.2 Khảo sát các điều kiện trích ly dịch màu

Nguyên liệu bột khoai lang được đun hoàn lưu với dung môi, gia nhiệt cách thủy bằng bếp khuấy từ Dịch trích ly được thu hồi và đo màu, đo quang Phần dịch trích ly còn lại được cô quay ở áp suất thấp, nhiệt độ khoảng 60oC đến dạng bột Sản phẩm bột thu được được xác định độ ẩm, hàm lượng anthocyanin, hoạt tính kháng oxy hóa và kiểm tra độ bền.

− Tỉ lệ thể tích dung môi/khối lượng nguyên liệu (x): 4/1, 5/1, 6/1, 7/1, 8/1 (mL/g)

− Nồng độ dung môi (y): H 2 O, EtOH40, EtOH50, EtOH60, EtOH70, EtOH99,5,

− Thời gian trích ly (t): 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút, 70 phút

Sử dụng phương pháp luân phiên từng biến, điều kiện đựơc thay đổi tuần tự tương ứng với các thí nghiệm và các thông số khác được giữ cố định Điều kiện thích hợp sẽ được áp dụng cho các thí nghiệm theo sau

3.5.3 Đánh giá sản phẩm dịch màu

Dựa trên các điều kiện tách chiết dịch màu thu được trong quá trình khảo sát, việc lặp lại quá trình nhiều lần giúp thu được thể tích dịch màu mong muốn Sau đó, tiến hành đánh giá chất lượng dịch màu và hiệu suất chiết xuất để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu đề ra.

3.5.4 Khảo sát quá trình tạo bột màu và tính chất bột màu

3.5.4.1 T ạ o b ộ t màu và tính ch ấ t b ộ t màu

Dịch màu được loại dung môi bằng cô quay chân không tại nhiệt độ 60 o C để thu được bột khô Hiệu suất thu bột được xác định theo công thức:

Với, m kb : khối lượng bột khô tuyệt đối (g), được xác định theo công thức sau:

( b b kb w g m m = × − (3.14) wb: độ ẩm bột (%)

- 39 - mknl: khối lượng nguyên liệu khô tuyệt đối (g), được xác định theo công thức sau:

( nl knl w g m m = × − (3.15) wnl : độ ẩm nguyên liệu (%)

Bột màu được chỉnh các pH khác nhau bằng HCl và NaOH Quan sát, đánh giá màu sắc bột màu thu được

Bột màu được đánh giá ngoại quan, đặc tính vật lý, độ tan và hàm lượng kim loại nặng theo các tiêu chuẩn bột màu mỹ phẩm

Bột màu sử dụng để đánh giá khả năng kháng oxy hoá theo phương pháp trình bày trên phần 3.4.6

3.5.4.2 Độ b ề n b ộ t màu Để khảo sát độ bền của bột màu khoai lang tím, trong phần này sẽ khảo sát độ bền ở 2 dạng bột màu Dịch trích khoai lang tím sau khi trích ly sẽ được chỉnh về pH3, pH4, pH5, pH6 bằng acid citric sau đó đem cô quay để xác định độ bền, mục đích để đánh giá chất lượng màu và khả năng kháng oxy hóa của sản phẩm sau thời gian tồn trữ Hai dạng bột màu dùng để khảo sát và đánh giá:

• Bột màu từ dịch không chỉnh pH (bột BĐ)

• Bột màu từ dịch chỉnh về pH3, pH4, pH5, pH6 bằng acid citric

Một số yếu tố ảnh hưởng trong qua trình tồn trữ, bảo quản, vận chuyển sản phẩm cũng được mô phỏng để đánh giá Trong quá trình bảo quản không tránh khỏi khả năng biến tính anthocyanin dưới tác động của các tác nhân môi trường vì thế cần phải tìm ra một giải pháp tốt nhất để bảo quản chất màu anthocyanin Bột màu được đựng trong chai kín và bảo quản các điều kiện khác nhau:

• Điều kiện có chiếu sáng/không chiếu sáng tại nhiệt độ phòng

• Điều kiện nhiệt độ khác nhau: 10, 30, 45 và 55 o C

Cách mỗi 10 ngày, mẫu được kiểm tra và đánh giá tính chất bột màu

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU

Các hình thức xử lý nguyên liệu ban đầu bao gồm:

− Khoai lang nấu chín, cắt lát, phơi khô tránh ánh sáng, xay nhỏ thành bột (NL1)

− Khoai lang nấu chín, cắt lát, dùng máy microwave (90 o C, 12 phút) sấy khô, xay nhỏ (NL2)

− Khoai lang tươi ban đầu, cắt lát, xay nhỏ (NL3)

− Khoai lang tươi ban đầu, cắt lát, dùng máy microwave (90 o C, 12 phút) sấy khô, xay nhỏ (NL4)

Kết quả từ Hình 4 1 cho thấy, ở cùng một điều kiện chiết, khi chiết với nguyên liệu là khoai lang nấu chín, cắt lát, phơi khô tránh ánh sáng, xay nhỏ thành bột (NL1) thu được:

Mẫu NL1 có hàm lượng anthocyanin cao nhất, là 101,38 mg/L Nồng độ này gấp 1,1 lần so với mẫu NL2; 3,3 lần so với NL3; 1,08 lần so với NL4 Do khi dùng vi sóng ở mức năng lượng khá cao, một phần anthocyanin có thể đã bị phân hủy dẫn đến hàm lượng thu được thấp hơn Tuy nhiên khi dùng vi sóng để làm khô vật liệu khá tốn năng lượng, không thích hợp sản xuất với quy mô lớn Đối với mẫu chiết với nguyên liệu tươi NL4 thì độ ẩm cao, kết hợp nhiệt độ khi chiết làm cho tinh bột bị hồ hóa nhiều hơn, làm cản trở quá trình lọc, dẫn đến khó thu anthocyanin Hơn nữa nguyên liệu tươi khó bảo quản lâu dài Mẫu NL1 có phần trăm chất màu nguyên liệu bị polymer hoá tương đối thấp hơn so với mẫu tươi NL3, cao gấp 1,8 lần

Hình 4 1: Ảnh hưởng của các phương pháp xử lý ban đầu đến hàm lượng (a) và độ nâu hóa (b) của anthocyanin trong nguyên liệu

Từ các kết quả thí nghiệm, cho thấy nguyên liệu tươi ban đầu (dạng củ) nên được nấu chín, cắt lát, phơi khô tránh ánh sáng, xay nhỏ thành bột (bột khoai lang) là cách xử lý tốt nhất

Hình 4 2: Khoai lang nấu chín, cắt lát, phơi khô tránh ánh sáng, xay thành bột

NL1 NL2 NL3 NL4 a (mg/L)

Với phương pháp xử lý nguy lớn nguyên liệu, thu được kết quả nh

Khối lượng nguyên li Khối lượng nguyên li Độ ẩm nguyên liệu t Độ ẩm bột sau xử lý Hiệu suất thu hồi nguy

Bột khoai lang thu được có m khoai (Hình 4 2) Bột được xay m sử dụng lâu dài cho các nghiên cứu

4.1.2 Xác định phổ hấp thu cực đại

Tiến hành xác định quang phổ hấp thu cực đại của dịch chiết cồn từ tím Phương pháp đã được trình bày trong ph

Hình 4 3: Phổ hấp thu của dịch chiết cồn ử lý nguyên liệu như trên tiến hành thực hiện trên một ợc kết quả như sau:

1: Nguyên liệu dùng để trích ly ên liệu tươi (kg) 6,5 ên liệu sau xử lý (kg) 2,01 ệu tươi (%) 74,45 ộ ẩm bột sau xử lý nguyên liệu (%) 3,24 ệu suất thu hồi nguyên liệu % 30,92 ợc có màu hồng tím, hơi khác với màu tím thẫm trong c y mịn và có độ ẩm rất thấp 3,24% nên có thể bảo quản ứu giai đoạn sau ịnh phổ hấp thu cực đại ịnh quang phổ hấp thu cực đại của dịch chiết cồn từ khoai lang ình bày trong phần 3.4.3.3 ổ hấp thu của dịch chiết cồn từ bột khoai lang tím Nhật ột lượng m trong củ ể bảo quản khoai lang

- 43 - Kết quả phổ hấp thu của dịch chiết từ bột khoai lang tím cho thấy có 1 peak đặc trưng tại 542 nm Peak tại 542 nm nằm trong khu vực màu đỏ, chính là khu vực đặc trưng của họ anthocyanin Vai trò tạo màu chính trong khoai lang tím chủ yếu từ anthocyanin nên các khảo sát sẽ tập trung đánh giá tại bước sóng hấp thu cực đại λ là 542 nm

Tiến hành chiết và đánh giá dịch màu trong 3 lần liên tục, kết quả thu được như sau:

Hình 4 4: Giá trị hàm lượng anthocyanin (a) và chỉ số nâu hóa (b)

- 44 - Kết quả cho thấy trong lần chiết đầu tiênđã thu được khoảng 62% hàm lượng anthocyanin có trong nguyên liệu Với cùng một lượng dung môi như trên, khi chiết lần 2 thu được 24% anthocyanin và lần 3 thì chỉ còn 14%

Chỉ số nâu hóa cho thấy phần trăm chất màu bị polymer hóa ở lần chiết 1 và 2 thấp hơn lần 3, có thể do thời gian chiết kéo dài nên chất màu còn lại và bị lôi kéo ở lần 3 đã bị biến tính nhiều hơn Bên cạnh đó, màu sắc ngoại quan thu được cho thấy chất lượng màu giảm rất nhiều sau 3 lần chiết Dịch chiết lần 3 rất loãng, thể hiện qua độ sáng L cao, góc màu h giảm mạnh xuống gần giá trị 0 thể hiện ánh màu đỏ Trong khi đó dịch chiết lần 1 có góc màu h khoảng 11, tương ứng màu đỏ sậm ánh vàng nhạt

Kết quả trên cho thấy ở lần chiết đầu, dịch chiết có chất lượng cao nhất với hàm lượng anthocyanin cao và sắc màu ngoại quan đẹp Như vậy, lần trích ly đầu tiên tuy chỉ trích ly được 60% chất màu trong bột nhưng cho màu đẹp nhất Nếu tiếp tục trích thêm lần 2 và lần thứ 3 sẽ tiêu tốn dung môi, thời gian và năng lượng rất nhiều nhưng dịch chiết thu được nồng độ sẽ thấp và màu không đẹp nữa, sẽ hạn chế khả năng ứng dụng Như vậy, để đạt hiệu quả cao chỉ cần chiết bột khoai lang một lần

XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY DỊCH MÀU

4.2.1 Ảnh hưởng của dung môi

Nồng độ cồn (y): EtOH0, EtOH40, EtOH50, EtOH60, EtOH70, EtOH99,5

Hình 4 5: Ảnh hưởng của dung môi lên hàm lượng (a) và độ nâu hóa (b) của anthocyanin trong dịch chiết

Hình 4 6: Ảnh hưởng của dung môi lên màu sắc của dịch chiết

EtOH0 EtOH40 EtOH50 EtOH60 EtOH70 EtOH99.5 a ( m g /L)

EtOH0 EtOH40 EtOH50 EtOH60 EtOH70 EtOH99.5

EtOH0 EtOH40 EtOH50 EtOH60 EtOH70 EtOH99.5

- 46 - Hàm lượng anthocyanin thu được khi chiết bằng EtOH60 là cao nhất, khoảng 103,26 mg/L Bên cạnh đó, mẫu này có chỉ số nâu hóa tương đối thấp, khoảng 39%

Giảm nồng độ cồn thì xu hướng cũng giảm hàm lượng anthocyanin thu được Khi chiết bằng dung môi có độ cồn thấp, dịch thu được có nồng độ huyền phù cao do tinh bột bị tách ra và hồ hóa nhiều, gây khó khăn cho quá trình lọc, dẫn đến giảm hiệu suất thu hồi Hơn nữa, khi tinh bột được chiết ra nhiểu cũng tạo nên sự cạnh tranh, cản trở anthocyanin khuếch tán theo dung môi

Kết quả thực nghiệm cho thấy, có sự khác biệt rõ rệt về tính chất của dịch màu trong quá trình chiết khi thay đổi dung môi từ nước đến cồn tuyệt đối Khi chiết bằng EtOH60 thì dịch trích có độ sáng L không thay đổi nhiều so với mẫu EtOH40, EtOH50, tuy có thấp hơn so với nước, EtOH70 nhưng không đáng kể, với mẫu EtOH99,5; dịch màu thu được rất nhạt, thể hiện ở độ sáng L cao gấp 4,9 lần, do cồn gần như tuyệt đối nên khi chiết không thể trích được nhiều anthocyanin trong nguyên liệu do EtOH99,5 có độ phân cực nhỏ hơn anthocyanin Cường độ màu C cao hơn so với mẫu nước 1,9 lần, EtOH40 và EtOH50 1,2 lần, thấp hơn so với EtOH70 nhưng không nhiều Màu sắc là đỏ tím nhưng có ánh tím đẹp hơn hẳn qua thông số góc màu h cao hơn so với mẫu chiết bằng nước, EtOH40, EtOH50, thấp hơn so với EtOH70 nhưng không nhiều khoảng 0,73 lần

Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng dung môi EtOH60 có hiệu quả tối ưu trong việc tăng hàm lượng và chất lượng anthocyanin chiết xuất Dịch màu thu được có sắc tím đỏ nổi bật, vượt trội so với dịch màu từ các dung môi khác.

4.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi tăng nhiệt độ trích ly từ 30 o C lên 65 o C, hàm lượng anthocyanin tăng, chỉ số polyanthocyanin có xu hướng giảm theo nhiệt độ chiết, nhưng khi nhiệt độ chiết lên quá cao 70 o C khiến hàm lượng anthocyanin giảm xuống (Hình 4 7a), chỉ số polyanthocyanin lại tăng lên

Trong khoảng nhiệt độ từ 30 o C đến 65 o C hàm lượng anthocyanin trong bột tăng không đáng kể Hàm lượng anthocyanin đạt cực đại tại nhiệt độ chiết 65 o C (115 mg/L) Khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 70 o C hàm lượng anthocyanin bắt đầu giảm

Tương tự, chỉ số polyanthocyanin giảm dần cho đến cực tiểu tại 65 o C, bắt đầu tăng

- 47 - nhiệt độ lên 70 o C, chỉ số này tăng vọt gấp 1,7 lần so với ở 65 o C Điều này có thể giải thích là khi nhiệt độ tăng cao quá 70 o C, phần lớn anthocyanin bị phân hủy do nhiệt độ vì vậy hàm lượng anthocyanin bắt đầu giảm xuống rõ rệt Ngoài ra, nhiệt độ tăng quá cao, anthocyanin và các thành phần khác có trong dịch bị polymer hóa, dẫn đến chỉ số polyanthocyanin tăng mạnh

Hình 4 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hàm lượng (a) và độ nâu hóa (b) của anthocyanin trong dịch chiết

Hình 4 8: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên màu sắc của dịch chiết

- 48 - Về màu sắc, độ sáng L giảm nhưng không nhiều và đạt giá trị cực tiểu tại 65 o C, chứng tỏ tại đây màu tối nhất Cường độ màu C giảm mạnh, cũng đạt giá trị nhỏ nhất tại 65 o C, tuy nhiên góc màu h lại có xu hướng tăng, đạt cực đại tại 65 o C Giá trị góc màu h của sản phẩm không thay đổi nhiều vẫn nằm trong vùng màu tím hơi đỏ

Nhiệt độ thích hợp sẽ tạo điều kiện thích hợp cho anthocyanin được trích ly trong dung môi Nhiệt độ quá thấp chỉ khiến một lượng nhỏ anthocyanin có trong bột khoai langđược trích ly, nhiệt độ cao giúp anthocyanin đi ra nhiều hơn nhưng cũng làm một lượng lớn anthocyanin vừa chiết được bị phân hủy Chính vì thế với nhiệt độ thấp như 30 o C chỉ có thể lôi kéo một lượng nhỏ anthocyanin nên hàm lượng anthocyanin trong bột màu thấp Với 65 o C nhiệt độ thích hợp làm lượng anthocyanin khuếch tán tương đối lớn và không bị phân hủy nhiều do tác động của nhiệt độ Còn bắt đầu 70 o C, nhiệt độ cao làm lượng lớn anthocyanin thoát ra nhưng nhiệt độ cao cũng làm phân hủy nhiều chất màu, nên hàm lượng anthocyanin còn lại giảm và nhỏ hơn cả khi chiết ở 65 o C

Kết quả từ thí nghiệm đã khảo sát cho thấy: Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến quá trình trích ly anthocyanin từ bột khoai lang tím Nhiệt độ thích hợp nhất để trích ly anthocyanin từ khoai lang tím là 65 o C, nếu cao hơn thì anthocyanin bắt đầu bị phân hủy, hàm lượng thu được thấp.Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến hàm lượng anthocyanin khi chiết

4.2.3 Ảnh hưởng của thời gian trích ly

Thời gian trích ly (t): 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút, 70 phút

Theo kết quả thực nghiệm, hàm lượng anthocyanin không thay đổi đáng kể khi kéo dài thời gian chiết xuất Thời gian chiết xuất tối ưu để thu được hàm lượng anthocyanin cao nhất là 40 phút.

Càng tăng thời gian trích ly, hàm lượng anthocyanin càng giảm, so với điểm 40 phút, hàm lượng anthocyanin giảm trung bình khoảng 1,03 lần ở các thời gian khác nhau

Bên cạnh đó, chỉ số polyanthocyanin lúc ban đầu thay đổi không nhiều, nhưng khi tăng thời gian trích ly, chỉ số này tăng vọt Có thể giải thích rằng, khi chiết ở 65 o C, nhiệt độ này cũng khá cao, thời gian càng lâu, lượng anthocyanin bị phân hủy càng nhiều, làm tăng chỉ số polyanthocyanin

Hình 4 9: Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng (a) và độ nâu hóa (b) của anthocyanin trong dịch chiết

Hình 4 10: Ảnh hưởng của thời gian chiết lên màu sắc của dịch trích ly

- 50 - Về màu sắc, độ sáng L của dịch màu thu được khi chiết ở 40 phút và 50 phút cao hơn so với các thời điểm khác, cường độ màu C có thay đổi nhưng không nhiều và góc màu h tại thời gian 40 phút đạt cực tiểu, cho thấy ở 40 phút, sắc màu dịch thu được có ánh đỏ nhiều hơn Do màu sắc của các mẫu đều nằm trong vùng tím đỏ, tuy có thay đổi đôi chút, nhưng không đáng kể nên xét yếu tố hàm lượng anthocyanin thu được làm yếu tố quyết định điều kiện thời gian chiết anthocyanin từ bột khoai lang tím

Thời gian thích hợp nhất để trích ly anthocyanin từ khoai lang tím là 40 phút

Thời gian không ảnh hưởng nhiều đến quá trình trích ly anthocyanin từ bột khoai lang tím, nhưng không được để quá lâu vì anthocyanin sẽ phân hủy theo thời gian

4.2.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu so với dung môi

Tỷ lệ trích ly (x): 1/4(g/mL), 1/5(g/mL),1/6(g/mL), 1/7(g/mL)

Hình 4 11: Khảo sát tính chất dịch chiết theo tỉ lệ dung môi

Hình 4 12: Giá trị màu theo tỉ lệ nguyên liệu / dung môi

Kết quả khảo sát cho thấy rằng, hàm lượng anthocyanin thu được trong dịch chiết cao nhất khi dùng tỉ lệ chiết là 1/5 (g/mL), có sự tăng vọt từ tỉ lệ 1/4 so với 1/5 từ 83,6 g/mL lên 116,6 g/mL, do lượng dung môi không đủ để trích ly hết anthocyanin có trong nguyên liệu, nên hàm lượng anthocyanin thu được rất thấp, còn khi dùng lượng dung môi nhiều hơn, 1/6 và 1/7 hàm lượng anthocyanin bắt đầu giảm dần, dung môi nhiều, hàm lượng nước nhiều hơn, làm thủy phân nhiều tinh bột hơn cản trở quá trình trích ly anthocyanin Chỉ số polyanthocyanin cũng giảm dần, với tỉ lệ 1/6 và 1/7 có xu hướng dao động khoảng 40%, không thay đổi nhiều

Tỉ lệ dung môi trích ly ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả chiết xuất anthocyanin Tỉ lệ quá thấp không đủ để chiết xuất hết anthocyanin, ngược lại, tỉ lệ quá cao sẽ làm tăng tạp chất trong dịch chiết Nghiên cứu cho thấy tỉ lệ 1/5 (g/mL) đem lại hàm lượng anthocyanin cao nhất trong bột màu Về đặc tính màu sắc, tỉ lệ 1/4 và 1/5 cho bột màu sẫm hơn (độ sáng L thấp) và cường độ màu mạnh hơn (giá trị C cao) Góc màu h hầu như không thay đổi, nằm trong vùng tím đỏ.

Màu sắc tuy có thay đổi nhưng phù hợp với hàm lượng thu được, tỉ lệ dung môi không ảnh hưởng nhiều đến màu sắc dịch màu thu được

ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM DỊCH MÀU

Từ quá trình khảo sát trên, thu được điều kiện trích ly dịch màu thích hợp như sau:

• Dạng nguyên liệu: bột khoai lang tím

• Thời gian chiết: 40 phút Tiến hành lặp lại nhiều lần để thu được dịch màu Kết quả thu được như sau:

Bảng 4 2: Tính chất dịch màu từ khoai lang tím Nhật Bản

Ngoại quan Dịch lỏng, đồng nhất màu đỏ tím

Chỉ số polyanthocyanin (%) 42,46 Điều kiện chiết thu được bên trên được lặp lại nhiều lần và đều cho kết quả tương tự về chất lượng và màu sắc của dịch Dịch có màu đỏ tím, đồng đều và hàm lượng anthocyanin trong khoảng 110-112 mg/L Điều này chứng tỏ điều kiện chiết ổn định và có thể áp dụng rộng rãi

Dịch màu được chiết với lượng lớn, trộn đồng nhất lại và sử dụng cho quá trình nghiên cứu tạo bột màu và đánh giá tính chất của bột

TẠO BỘT MÀU VÀ TÍNH CHẤT BỘT MÀU

Theo quy trình thí nghiệm, công đoạn sau khi tìm ra các điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly, dịch màu sản phẩm được loại dung môi bằng cô quay chân không để thu được bột màu Ở dạng bột này chất màu sẽ thuận lợi hơn trong việc bảo quản và đánh giá cũng như khảo sát các tính chất

Hình 4 13: Bột màu thu được sau khi cô quay dịch chiết

Bột màu dạng tinh thể màu tím đỏ sậm (Hình 4 13) và rất dễ hút ẩm gây vón cục Hiệu suất bột màu thu được là 32,16%

4.4.2 So sánh sản phẩm bột màu anthocyanin chiết từ khoai lang tím với các sản phẩm chứa anthocyanin khác

Quá trình trích ly và cô quay chân không dịch chiết từ bột khoai lang tím thu được sản phẩm cuối cùng là bột màu anthocyanin, được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm như chất tạo màu tự nhiên Do đó, cần đánh giá, kiểm tra chất lượng bột màu sản phẩm theo các tiêu chuẩn Việt Nam dành cho bột màu thực phẩm Ngoài ra, bột màu sản phẩm được đem so sánh với các chỉ tiêu chất lượng đã được công bố của bốn sản phẩm màu tự nhiên là màu từ bắp cải tím, màu đài hoa bụp giấm, màu từ vỏ đậu đen và DF100 Các kết quả được trình bày trong Bảng 4 3 và 4 4

Bảng 4 3: Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm bột màu từ bột khoai lang tím

STT Tên chỉ tiêu Kết quả

Bột anthocyanin từ khoai lang tím Nhật Ipomoea Batatas (L.)

3 Mô tả ngoại quan Dạng bột màu tím – đỏ

4 Chức năng Phẩm màu thực phẩm

5 Độ giảm khối lượng khi nung (độ tro)

Dễ tan trong nước, aceton (SH2O0 mg/mL,

S Aceton #,81 mg/mL) Ít tan trong ethanol tuyệt đối

Khó tan trong dung môi ít phân cực và không phân cực như hexan, dietyleter

7 As 0,0001 ppm AAS