nghiên cứu sản xuất chế phẩm chlorophyll từ lá bắp và thử nghiệm sử dụng trong sản xuất trà hòa tan

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG --- NGUYỄN THANH QUẢNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ LÁ BẮP VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

NGUYỄN THANH QUẢNG

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT

CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ

LÁ BẮP VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Nha Trang - 2014

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

-

NGUYỄN THANH QUẢNG

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT

CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ

LÁ BẮP VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Công nghệ sau thu hoạch

Mã số : 60540104

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Ngọc Bội

PGS TS Trần Thị Thanh Vân

Khánh Hòa - 2014

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi được hoàn thành

dưới sự tài trợ của đề tài: “Xây dựng quy trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu

polyphenol, chlorophyll từ cây bắp” Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là

trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình khác

Nguyễn Thanh Quảng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn này

Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Khoa Sau đại học sự kính trọng, niềm tự hào được học tập và nghiên cứu tại trường trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS Vũ Ngọc Bội - Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm và PGS TS Trần Thị Thanh Vân -Trưởng phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh

tế - Kỹ thuật Quảng Nam, lãnh đạo khoa Nông nghiệp, Tài nguyên và Môi trường đã tạo điều kiện và cho phép tôi được đi học để nâng cao trình độ

Xin cảm ơn quý thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm và các cán

bộ - phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua

Xin cảm ơn các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quí báu để công trình nghiên cứu được hoàn thành có chất lượng

Xin cảm ơn ThS Đặng Xuân Cường - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã luôn động viên, hỗ trợ nhiệt tình, cung cấp tài liệu

và hỗ trợ kinh phí thực hiện đề tài nghiên cứu này từ nguồn kinh phí thực hiện đề tài: “Xây dựng quy trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu polyphenol, chlorophyll từ cây bắp”

Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè luôn luôn chia sẻ kịp thời cùng tôi trong quá trình nghiên cứu

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY BẮP (NGÔ) .3

1.1.1 Đặc điểm sinh học 3

1.1.2 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cây bắp .4

1.1.3 Sản lượng bắp trong nước và trên thế giới .7

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHLOROPHYLL .8

1.2.1 Giới thiệu chung về chlorophyll .8

1.2.2 Cấu trúc hóa học và đặc tính của chlorophyll 9

1.2.3 Vai trò của chlorophyll 18

1.2.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chlorophyll .22

1.2.5 Các phương pháp xác định chlorophyll .23

1.3 KỸ THUẬT SẤY PHUN 26

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy phun .28

1.3.2 Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy phun .32

1.3.3 Một số loại chất mang dùng trong thực phẩm .34

1.3.4 Một số nghiên cứu ứng dụng sấy phun trong thực phẩm 36

1.4 TRÀ HÒA TAN 39

1.4.1 Giới thiệu chung 39

1.4.2 Một số sản phẩm trên thị trường 39

1.4.3 Bao bì sử dụng đối với sản phẩm trà hòa tan 40

CHƯƠNG II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU .42

2.1.1 Nguyên liệu 42

2.1.2 Các phụ gia sử dụng .42

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .42

2.2.1 Phương pháp phân tích hóa học 42

2.2.2 Phương pháp phân tích vi sinh .45

2.2.3 Phương pháp phân tích cảm quan .45

2.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm .46

2.3 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ .54

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 54

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55

3.1 CHIẾT RÚT CHLOROPHYLL TỪ LÁ BẮP .55

3.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH SẤY PHUN THU NHẬN CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL .57

3.2.1 Xác định chất mang 57

3.2.2 Xác định nhiệt độ không khí đầu vào .62

3.2.3 Xác định tỷ lệ maltodextrin .67

3.2.4 Xác định áp suất khí nén .74

3.2.5 Xác định tốc độ bơm dịch .78

3.2.6 Sản xuất thử chế phẩm chlorophyll và đánh giá chất lượng chế phẩm .83

3.3 THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN .85

3.3.1 Xác định tỷ lệ đường aspartam .85

3.3.2 Xác định tỷ lệ bổ sung ascorbic acid thích hợp 86

3.4 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN TỪ CHẾ PHẨM CHLOROPHYL LÁ BẮP VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM .88

3.4.1 Đề xuất quy trình sản xuất trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll lá bắp .88

3.4.2 Sản xuất thử sản phẩm trà hòa tan và đánh giá chất lượng sản phẩm .89

3.5 SỰ THAY ĐỔI CHẤT LƯỢNG CỦA CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL THEO THỜI GIAN BẢO QUẢN .92

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

PHỤ LỤC 110

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DE : Dextrose Equivalent

DPPH : 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl

EE : Encapsulation efficiency

FAO : Food and Agriculture Organization

HPLC : High Performance Liquid Chromatography

IGC : International Grains Council

RP : Hoạt tính khử sắt (reducing power activity)

TAA : Hoạt tính chống oxy hóa tổng (total antioxidant activity) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

UV-Vis : Ultraviolet visible

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học cây bắp (%) 5 Bảng 1.2 Thành phần hoá học của hạt ngô và các phụ phẩm khác 6 Bảng 1.3 Hàm lượng chlorophyll trong một số loại thực vật tươi 9 Bảng 1.4: Nồng độ chlorophyll được tính theo công thức tương ứng với các dung môi và phương pháp khác nhau .26 Bảng 1.5 Các chất bao gói cho sự bao gói các thành phần thực phẩm 34 Bảng 1.6 Các nghiên cứu sấy phun về các loại thịt quả 37 Bảng 2.1 Các phương pháp định tính một số thành phần hóa thực vật trong dịch chiết chlorophyll 43 Bảng 3.1 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng của dịch chiết chlorophyll từ lá bắp cô đặc .56 Bảng 3.2 Kết quả phân tích sơ bộ một số thành phần hóa thực vật của dịch chiết chlorophyll từ

lá bắp cô đặc 56 Bảng 3.3 Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chế phẩm chlorophyll sau sấy 57 Bảng 3.4 Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chế phẩm chlorophyll sấy ở các nhiệt độ khí đầu vào khác nhau từ 100oC  140oC 62 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến một số chỉ tiêu chất lượng chế phẩm chlorophyll thu nhận từ bắp .70 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến một số chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm Chlorophyll sau sấy .74 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của tốc độ bơm dịch đến một số chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm chlorophyll .79 Bảng 3.8 Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng, hàm lượng chlorophyll và hoạt tính chống oxy của chế phẩm sau sấy 84 Bảng 3.9 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của chế phẩm sau sấy .84 Bảng 3.10 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh vật của chế phẩm chlorophyll 84 Bảng 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ đường aspartame đến chất lượng cảm quan của sản phẩm trà hòa tan 86 Bảng 3.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ Ascorbic acid đến chất lượng cảm quan trà hòa tan .87 Bảng 3.13 Tỷ lệ phối chế các thành phần tạo trà hòa tan 87

Bảng 3.14 Kết quả đánh giá chỉ tiêu hoá lý sản phẩm trà chlorophyll hòa tan 90 Bảng 3.15 Kết quả đánh giá trạng thái cảm quan sản phẩm trà hòa tan 90 Bảng 3.16 Kết quả đánh giá tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm trà chlorophyll hoà tan 90 Bảng 3.17 Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm trà hòa tan 91 Bảng 3.18 Kết quả sơ bộ tính toán chi phí nguyên vật liệu sử dụng trong sản xuất trà hòa tan 91 Bảng 3.19 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll và hoạt tính DPPH trung bình của chế phẩm theo thời gian bảo quản 92 Bảng 3.20 Kết quả kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của chế phẩm của theo thời gian bảo quản 94 Bảng 3.21 Sự thay đổi trạng thái cảm quan của chế phẩm theo thời gian bảo quản 95

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh về cây bắp .3

Hình 1.2 Bắp khi thu hoạch 7

Hình 1.3 Hình dạng cấu trúc của chlorophyll 10

Hình 1.4 Chlorophyll phản ứng với base 12

Hình 1.5 Sự tạo thành chlorophyllin từ chlorophyll 13

Hình 1.6 Chlorophyll phản ứng với Acid 14

Hình 1.7 Sự tạo thành các dẫn xuất của chlorophyll a và b do enzyme trong môi trường acid HCl 15

Hình 1.8 Phổ hấp thụ quang của chlorophyll a và chlorophyll b cùng với dẫn xuất của chúng trong dịch chiết lá 16

Hình 1.9 Phổ hấp thụ quang khác nhau của chlorophyll trong ethanol 95% và diethy ether 17 Hình 1.10 Cấu tạo vòi phun sương dạng đĩa quay và vòi phun áp lực 28

Hình 1.11 Cấu tạo buồng máy sấy phun .29

Hình 1.12 Quá trình làm khô một giọt dịch chứa chất rắn trong máy sấy phun 31

Hình 1.13 Nguyên lý cấu tạo hệ thống thiết bị sấy phun 31

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .46

Hình 2.2: Bố trí thí nghiệm chọn loại chất mang .48

Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm chọn nhiệt độ khí đầu vào .49

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ bổ sung chất mang .49

Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm chọn áp suất khí nén 50

Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm chọn tốc độ bơm nhập liệu 51

Hình 2.7: Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ bổ sung đường aspartime 52

Hình 2.8 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ bổ sung ascorbic acid .53

Hình 2.9 Bố trí thí nghiệm xác định sự biến đổi của hàm lượng chlorophyll và hoạt tính chống oxy hóa của chế phẩm theo thời gian .54

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình thu nhận dịch chiết chlorophyll từ lá bắp 55

Hình 3.2 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau 58

Hình 3.3 Sự thay đổi hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau 58

Hình 3.4 Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau 59 Hình 3.5 Sự thay hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau 59 Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm sau sấy 63 Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm sau sấy .63 Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm sau sấy .64 Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy 64 Hình 3.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến độ ẩm và hoạt độ nước của chế phẩm sau sấy 65 Hình 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm chlorophyll .67 Hình 3.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hiệu suất thu hồi chlorophyll .68 Hình 3.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm chlorophyll .68 Hình 3.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm chlorophyll sau sấy 69 Hình 3.15 Ảnh hưởng của các tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến độ ẩm và hoạt độ nước của chế phẩm .69 Hình 3.16 Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hàm lượng chlororphyll của chế phẩm chlorophyll .75 Hình 3.17 Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm chlorophyll .75 Hình 3.18 Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm chlorophyll .76 Hình 3.19 Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm chlorophyll .76

Hình 3.20 Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hàm lượng chlorophyll của chế phẩm chlorophyll .80 Hình 3.21 Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm chlorophyll 80 Hình 3.22 Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm chlorophyll 81 Hình 3.23 Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm chlorophyll .81 Hình 3.24 Hình chụp vi ảnh (SEM) của chế phẩm chlorophyll .85 Hình 3.25 Sơ đồ quy trình chế biến trà chlorophyll hòa tan từ dịch chiết chlorophyll lá bắp 88 Hình 3.26 Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm theo thời gian bảo quản 93Hình 3.27 Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm theo thời gian bảo quản 93 Hình 3.28 Sự thay đổi hoạt tính khử sắt của chế phẩm theo thời gian bảo quản .94

MỞ ĐẦU

Cây bắp (Zea mays L.) là một trong những cây lương thực được trồng phổ biến ở

Việt Nam và trên thế giới Thống kê của tổ chức nông lương thế giới (FAO) cho thấy, hiện nay bắp có sản lượng lớn thứ II (1016,43 triệu tấn năm 2013), diện tích trồng lớn thứ II (184,24 triệu ha diện tích thu hoạch năm 2013) so với các loại cây lương thực khác trên thế giới [100] Ở nước ta, diện tích trồng bắp của cả nước vào khoảng 1,1 - 1,2 triệu ha (niên vụ 2013-2014) [2] và mỗi một ha trồng bắp có thể tạo ra khoảng 4,5 tấn phế liệu [105] Hạt bắp được sử dụng làm lương thực và thức ăn chăn nuôi, phế liệu từ bắp như thân, lá, rễ v.v mới chỉ được sử dụng làm chất đốt, thức ăn chăn nuôi, làm bột giấy, ethanol sinh học

Trong khi đó, thân và lá bắp giàu các hoạt chất sinh học như chlorophyll, polyphenol, Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, chlorophyll là sắc tố xanh có các hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng đột biến gen, Vì thế, chlorophyll được

sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm Hiện chlorophyll từ lá cây bắp chưa được nghiên cứu và ứng dụng trong đời sống gây ra sự lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên Do vậy, việc nghiên cứu thu nhận các chất tự nhiên có trong các phần phế liệu từ bắp là một hướng nghiên cứu mới và cần thiết Hướng nghiên cứu này không những làm tăng giá trị cho cây bắp mà còn sẽ góp phần tạo công ăn việc làm cho người lao động

Năm 2012, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Khánh Hòa đã giao cho ThS Đặng

Xuân Cường thực hiện đề tài: “Xây dựng qui trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu

polyphenol, chlorophyll từ cây Bắp” Được sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài và Trường

Đại học Nha Trang, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm chlorophyll

từ lá Bắp và thử nghiệm sử dụng trong sản xuất trà hòa tan”

Mục tiêu của đề tài

+ Mục tiêu chung: sản xuất chế phẩm chlorophyll từ dịch chiết lá Bắp từ đó thử nghiệm sản xuất trà hòa tan chứa chlorophyll từ lá bắp

Nội dung của đề tài

1) Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp để sấy phun dịch chlorophyll thu nhận từ lá bắp

2) Xác định công thức phối chế phù hợp để sản xuất trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll từ lá bắp

3) Nghiên cứu xác định chế độ bảo quản chế phẩm chlorophyll từ lá bắp

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài lần đầu tiên nghiên cứu một cách đầy đủ về quá trình sấy phun dịch chiết chlorophyll từ lá bắp và nghiên cứu sử dụng chlorophyll từ lá bắp trong sản xuất trà hòa tan - một sản phẩm mới có giá trị từ cây bắp - một loại cây trồng khá phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới Các số liệu của đề tài là các số liệu mới làm cơ sở cho việc sản xuất thương mại trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll lá bắp Số liệu nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm tài liệu cho những ai quan tâm đến lĩnh vực này

Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài lần đầu tiên đề xuất hướng tận dụng phụ phẩm từ bắp trong sản xuất các

đồ uống chứa chlorophyll từ lá bắp - đây là một chế phẩm có hoạt tính sinh học và tốt cho sức khoẻ con người Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để tiến tới thương mại hoá sản phẩm từ phế liệu của cây bắp Do vậy đề tài chính có ý nghĩa thực tiễn cao

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY BẮP (NGÔ)

1.1.1 Đặc điểm sinh học

Cây Bắp hay còn gọi là cây Ngô có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi

Maydeae, họ hoà thảo (Poaceae hay Gramineae), bộ hoà thảo (Poales hay Graminales), lớp một lá mầm (Monocotylens), ngành hạt kín (Angiospermatophyta),

phân giới thực vật bậc cao (Cosmobionia)

Hình 1.1 Hình ảnh về cây bắp [8]

Cây Bắp có tên tiếng Anh là “maize” và từ này xuất phát từ tiếng Tây Ban Nha (maíz) (thuật ngữ trong tiếng Taino để chỉ loài cây này) Nghiên cứu về di truyền học cho rằng, quá trình thuần hóa cây bắp diễn ra vào khoảng năm 7.000 trước công

nguyên tại miền trung Mexico Tổ tiên của cây bắp là loại cỏ Teosinte hoang dại mọc

trong lưu vực sông Balsas Cây Bắp được gieo trồng rộng rãi, nhanh chóng và được sử dụng làm lương thực chính của phần lớn các nền văn hóa tiền Columbus tại Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Nam Mỹ và khu vực Caribe Chúng được trồng nhiều từ 50o vĩ Bắc đến 400

vĩ Nam và lên độ cao 3.300m ở châu Mỹ Chúng có thể sống ở một số loại đất, nhưng tốt nhất là đất xốp, dễ thoát nước không thích đất mặn và lầy [8], [101]

Tại Việt Nam, cây bắp đã được Trần Thế Vinh mang về từ Trung Quốc khi ông

đi sứ vào cuối thế kỷ 17 (khoảng 1662-1723) (theo Lê Quý Đôn) Một số giả thuyết khác thì cho là cây Bắp và cây mè đều do ông Phùng Khắc Khoan (triều vua Lê Kính Tông) mang về từ đất Thục (Trung Quốc) và trồng đầu tiên tại Sơn Tây, phủ Quảng Oai sau đó bắp được phổ biến và phát triển ra khắp đất nước [8]

Cây bắp là cây hàng năm, thân thẳng và đơn độc, không đẻ nhánh, trừ một số giống địa phương Chúng cao tới 2-3m Các đốt ở gốc mang rễ Lá hình mũi mác rộng Hai mặt lá hơi ráp, mép lá có lông, lá dài 45-50 cm Bẹ lá nhẵn có lông mềm, lưỡi bẹ ngắn và có lông Cụm hoa đực ở ngọn cây, có lông Cụm hoa cái ở nách lá lớn hình trụ

và không cuống, có bẹ lá hẹp bao bọc Đầu các nhụy có lông dài 10-20cm, quả bóng, cứng, có nhiều màu xếp 8-10 dãy Hạt có tỷ lệ nảy mầm rất cao Cây bắp sinh trưởng rất nhanh, có thể thu hoạch trong thời gian ngắn [10], [8]

1.1.2 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cây bắp

+ Hạt Bắp: là phần chủ yếu và có giá trị kinh tế cao nhất Hạt bắp có tỷ lệ tinh

bột, protein và lipid cao nên được dùng làm lương thực và thực phẩm cho người, làm thức ăn gia súc gia cầm, làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất Dextrin, Dextrose, rượu, bia, sản xuất giấm, acetone, glycerine, glutene, điều chế môi trường nuôi cấy vi sinh vật, Theo nghiên cứu của Hruska I (1962) [10], trong bột bắp có chứa từ 66-73% carbohydrate, 6-21% protein, 3,5 – 7,0 % lipid, 1,3 % khoáng và nhiều sinh tố, v.v…

Hạt bắp vàng chứa nhiều sắc tố và cryptoxanthin (tiền vitamin A) Chúng có tác dụng làm tăng đậm độ màu của da gà và lòng đỏ trứng gia cầm Hạt bắp chứa 2 loại protein là zein và glutelin Zein có rất nhiều trong nội nhũ, thiếu tryptophan và lysine Glutelin có ít hơn trong nội nhũ nhưng có nhiều trytophan và lysine hơn Dầu bắp chứa nhiều acid béo không no đặc biệt là giầu acid linoleic Vì thế bắp được sử dụng nhiều trong khẩu phần ăn của lợn nhằm làm cho mỡ mềm Hạt bắp nghèo calcium, nhưng hàm lượng phospho tương đối khá vì có sự hoạt động của enzyme phytase trong hạt Tỷ lệ Ca/P thấp, vì vậy cần bổ sung canxi khi sử dụng nhiều bắp trong khẩu phần

ăn cho gia súc

+ Cây bắp: trong cây bắp có chứa lượng protein thô cao hơn các loại cỏ khác khi cây còn non Tuy nhiên, giá trị dinh dưỡng của bắp biến động lớn, phụ thuộc vào thời kỳ sinh trưởng và thu hoạch, chế biến

Bảng 1.1 Thành phần hóa học cây bắp (%) [10]

Tính theo vật chất khô Chỉ tiêu

Mẫu

Chất khô

+ Bắp và bột lõi bắp nghiền: Gồm toàn bộ trái bắp không kể vỏ bắp, loại thức

ăn này có giá trị tốt đối với gia súc nhai lại Nuôi bò bằng loại thức ăn này cho tăng trọng không sai khác với bò ăn bắp hạt có vỏ Do hàm lượng xơ cao, nên hạn chế trong khẩu phần ăn của gia cầm, có thể sử dụng tối đa 50% loại thức ăn này cho lợn thịt Trong điều kiện nóng ẩm, phải bảo quản bột thật khô, nếu không thì sẽ bị nấm mốc

+ Lõi bắp: Lõi bắp chiếm khoảng 20% khối lượng toàn trái bắp Đây là phần

có giá trị dinh dưỡng thấp so với cỏ khô và không ngon miệng Nếu còn độ ẩm cao thì nhanh chóng bị nấm mốc sau vài ngày Tuy vậy, bột lõi trái bắp có thể làm nguồn thức

ăn kết hợp với các loại thức ăn khác để vỗ béo bò thịt cho kết quả tốt

Bảng 1.2 Thành phần hoá học của hạt ngô và các phụ phẩm khác [10]

Tính theo vật chất khô (%) Chỉ tiêu

Mẫu

Chất khô

Hạt ngô trắng 84,8 9,14 2,50 0,51 3,8 0,01 0,24 Bắp ngô và lá 88,4 8,29 6,89 1,18 3,12 0,04 0,23 Bắp ngô nghiền 86,2 8,25 0,25 1,14 3,05 0,03 0,22 Hạt ngô nghiền 87,8 12,1 1,4 1,4 5,5 0,02 0,33 Lõi nghiền - 2,1 36,5 2,8 0,8 0,05 0,06

Lõi bắp dùng bán công nghiệp để làm ống vố (pipe) Ngoài ra, trong hóa công nghiệp, lõi bắp được sử dụng làm nguồn nguyên liệu để sản xuất chất Furfuran ứng dụng trong dược liệu và thuốc trừ sâu Lõi còn được dùng làm than hoạt tính và trích dầu đốt

+ Râu bắp: dùng trong dược liệu làm thuốc lợi tiểu và cầm máu

Theo nghiên cứu của Mc Giveve vào năm 1962, tác dụng lợi tiểu của râu bắp là

do sự hiện diện của acid maizenic và các ion K+ (270 ppm), Ca2+ (14 ppm) đã kích thích hoạt động của não Tác dụng cầm máu là do sự hiện diện của các vitamin, đặc biệt là vitamin K (16 đơn vị sinh lý/g) [8]

+ Lá bắp: căn cứ vào vị trí trên thân và hình thái có thể chia lá bắp làm 4 loại:

- Lá mầm: là lá đầu tiên khi cây còn nhỏ, chưa phân biệt được phiến lá với vỏ bọc lá

- Lá thân: lá mọc trên đốt thân, có mầm nách ở kẽ chân lá

- Lá ngọn: lá mọc ở ngọn, không có mầm nách ở kẽ lá

- Lá bi: là những lá bao bắp

Lá bắp điển hình được cấu tạo bởi bẹ lá, bản lá (phiến lá) và lưỡi lá (thìa lìa, tai lá) Tuy nhiên có một số loại không có thìa lìa làm cho lá bó, gần như thẳng đứng theo cây

Hình 1.2 Bắp khi thu hoạch

Số lượng lá, chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông tơ, màu lá, góc lá và gân lá thay đổi tùy theo từng giống khác nhau Số lá là đặc điểm khá ổn định ở bắp, có quan hệ chặt chẽ với số đốt và thời gian sinh trưởng Những giống bắp ngắn ngày thường có 15

- 16 lá, giống bắp trung bình: 18 - 20 lá, giống bắp dài ngày thường có trên 20 lá [8]

Do cây bắp là cây cần ánh sáng cường độ rất cao, nên chúng thường có màu xanh của chất Diệp lục (Chlorophyll) Chlorophyll tập trung chủ yếu ở lá, chiếm phần lớn trong thành phần các chất màu của lá bắp Màu xanh của lá bi và nhiều lá không còn xanh khi hạt bắp ở thời điểm chín sinh lý và kết thúc sự phát triển [4]

Bắp có rất nhiều công dụng Tất cả các bộ phận của cây bắp từ hạt, đến thân, lá đều có thể sử dụng được để làm lương thực, thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc, làm nguyên liệu cho công nghiệp (rượu bắp), sản xuất ethanol để chế biến xăng sinh học, thậm chí còn còn chế biến tạo ra một số vật dụng đồ dùng như điện thoại, đồ trang sức của phụ nữ…, một số bộ phận sinh học của bắp có chứa một số chất có vai trò như một loại thuốc chữa bệnh, làm chất đốt, v.v… [105]

1.1.3 Sản lượng bắp trong nước và trên thế giới

Theo báo cáo của Tổ chức nông lương thực thế giới [99], cây bắp là một trong những cây trồng lâu đời nhất, năng suất cao nhất với sản lượng toàn cầu trung bình hơn 4 tấn/ha, chiếm sản lượng đứng hàng thứ III sau lúa mì và đậu nành, nhưng diện tích canh tác đứng hàng thứ II Theo báo cáo của Hội đồng ngũ cốc quốc tế (IGC) thì sản lượng bắp trong niên vụ 2012-2013 toàn cầu đạt 859 triệu tấn [48]

Ở Việt Nam, bắp là cây lương thực đứng hàng thứ 2 sau lúa gạo Diện tích gieo trồng và năng suất, sản lượng cũng tăng mạnh, từ hơn 200 ngàn ha với năng suất 1 tấn/ha (năm 1960), đến năm 2009 đã vượt ngưỡng 1 triệu ha với năng suất 43 tạ/ha So

với các nước, năng suất bắp ở nước ta vẫn thuộc loại khá thấp Đặc biệt tại một số địa phương miền núi vùng sâu, vùng xa của các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Thanh Hóa, Quảng Nam, Lâm Đồng,… một số đồng bào dân tộc ít người sử dụng bắp là nguồn lương thực, thực phẩm chính, sử dụng các giống bắp địa phương và tập quán canh tác lạc hậu, nên năng suất bắp ở đây chỉ đạt trên dưới 1 tấn/ha Sản lượng bắp trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu, vì vậy hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu khá nhiều bắp hạt (trị giá trên 500 triệu USD) để sản xuất thức ăn gia súc Hiện nay và trong những năm tới, bắp vẫn là cây ngũ cốc có vai trò quan trọng ở nước ta [105] Theo số liệu thống kê của Trung tâm Tin học – Thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tính đến thời điểm cuối tháng 6/2013 thì tổng sản lượng bắp cả nước đạt 2.513,4 nghìn tấn (tăng 9,5%), diện tích gieo bắp đến 15/07/2013 đạt 869,5 ngàn ha (tăng 9,6%) so với cùng kỳ năm 2012 [2]

Với lượng sản xuất lớn như vậy, đồng nghĩa với việc lượng phế phụ phẩm bỏ ra

từ cây bắp sau khi thu hoạch là rất lớn, do mục đích chính của trồng bắp là để lấy hạt

và mỗi cây bắp chỉ cho được 1 quả Chính vì vậy, cây bắp là nguồn nguyên liệu dồi dào để tận thu, sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng khác từ cây bắp là điều vô cùng cần thiết

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHLOROPHYLL

1.2.1 Giới thiệu chung về chlorophyll

Chất diệp lục hay còn gọi là Chlorophyll (Chl) là sắc tố màu xanh trong tảo biển

và thực vật trên cạn Chúng hấp thu năng lượng từ ánh nắng mặt trời và chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide (CO2) thành nguồn nhiên liệu chính của cây như carbohydrate, v.v và giải phóng khí oxi (O2) vào khí quyển Chl không những cho màu xanh mà còn che mờ các chất màu khác Trong các phần xanh của cây, Chl có trong tổ chức đặc biệt, phân tán ở trong nguyên sinh chất, gọi là lục lạp hoặc hạt diệp lục [15]

Chl là một sắc tố tự nhiên, có thể được thêm vào theo luật pháp để chế biến thức

ăn như một chất màu tự nhiên, không phải là một chất màu nhân tạo Bằng cách bổ sung Chl đơn giản, hiệu quả trong quá trình chế biến thực phẩm mà không làm mất đi các yêu cầu sản phẩm của mình như là của chất màu nhân tạo tự do Chính vì vậy, chúng được bổ sung không giới hạn trong sản xuất thực phẩm theo quy định của luật

pháp về phụ gia thực phẩm Trong thời đại ngày càng quan tâm trong phụ gia thực phẩm tự do, Chl có tầm quan trọng ngày càng tăng cho ngành công nghiệp thực phẩm Chl có nhiều trong hầu hết các loại thực vật, tảo và một số vi khuẩn Hàm lượng Chl trong cây xanh chiếm khoảng 1% chất khô [15] Hàm lượng Chl trong một số loại rau xanh được thể hiện trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Hàm lượng chlorophyll trong một số loại thực vật tươi [92]

1.2.2 Cấu trúc hóa học và đặc tính của chlorophyll

1.2.2.1 Cấu trúc hóa học của chlorophyll

Cấu trúc của Chl rất phức tạp, phải trải qua nhiều năm nghiên cứu các nhà khoa học mới khám phá rõ rệt Cấu trúc tổng quát của Chl được Hans Fischer tìm ra vào năm 1940 và đến năm 1960 cấu trúc lập thể của chlorophyll a (Chl a) đã được làm sáng tỏ hoàn toàn [82] Chl là chất dẫn xuất Porphyrin, là một nhóm các phức chất

Magiesium của vòng tetrapyrrole Tất cả Chl đều chứa một vòng isocyclic 5:5 vòng

macrocycle thường được xem như một phorbin Hình dạng cấu trúc hóa học của Chl được tóm tắt ở hình 1.3 bên dưới Hình dạng cấu trúc của Chl có một “đầu” và một

“đuôi” dài (ngoại trừ Chlorophyll c) Phần đầu gồm một vòng porphyrin hoặc nhân tetrapyrole Từ đó mở rộng một cái đuôi tạo một nhóm 20 Carbon gọi là phytol Dạng đuôi của Chlorophyll c thì ngắn và liên kết đến pyrole từ C17 Chl có cấu trúc rất giống với cấu trúc của hemoglobin, chỉ khác biệt rằng hemoglobin có nhân Fe2+ trong vòng porphyrin, còn ở Chl là một ion Mg2+[54], [51], [21], [37, 62]

Hình 1.3 Hình dạng cấu trúc của chlorophyll [54]

Trong tự nhiên, Chl tồn tại chủ yếu ở 2 dạng chính là Chl a và chlorophyll b (Chl b) Ngoài ra chlorophyll c và chlorophyll d cũng được phát hiện ở tảo Các dạng này khác nhau về thành phần của oxi, hydro và một số chất riêng Trong cấu tạo thì Chl a chỉ khác nhau với Chl b ở gốc R1, ở Chl a thì R1 là nhóm - CH3 còn ở Chl b thì R1 là nhóm –CHO (hình 1.3) Chl d khác với Chl a bởi sự hiện diện của một nhóm 3-formyl

và đã được tìm thấy cùng với isochlorophyll d (cấu trúc không rõ) trong dịch chiết

xuất từ rong đỏ, và có một số báo cáo về dấu hiệu của nó trong Chlorella [82]

Công thức phân tử của Chlorophyll:

- Phân tử lượng trung bình MW = 892

- Có màu lam tinh thể hình lá dày

- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong methanol, ethanol, acetone, benzen, Chloroform, Dimethyl, Dimethylsulfoxic, Dimethylacetamide, …

- Nhiệt độ nóng chảy: tnc =117-120oC

+ Chlorophyll-b:

- Phân tử lượng trung bình MW = 906

- Bột vi tinh thể xanh lá cây

- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone, benzen,…

- Nhiệt độ nóng chảy: tnc =120-130oC

+ Chlorophyll-c:

- Có 3 loại Chlorophyll c là Chlorophyll c1, Chlorophyll c2 và Chlorophyll c3 Phân tử lượng trung bình của Chlorophyll c1 là 610,95

Phân tử lượng trung bìnhcủa Chlorophyll c2 là 608,95

Phân tử lượng trung bìnhcủa Chlorophyll c3 là 652,95

- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone, benzen, v.v…

+ Chlorophyll-d:

- Phân tử lượng trung bình MW = 894

- Không tan trong nước, tan ít trong ethter dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone, benzen, v.v…[51]

Chl a là chất diệp lục dồi dào nhất, được tìm thấy trong tất cả các sinh vật hiếu khí tiến hóa Trong tất cả rêu, thực vật có mạch ống (tracheophytes), và trong một số tảo, Chl a cùng tồn tại với Chl b trong thực vật Chl b luôn luôn xuất hiện với một lượng nhỏ hơn Chl a nhưng tỷ lệ Chl b: Chl a của thực vật khoảng từ 1:2 đến 1:4,5; phụ thuộc vào loài và mức độ chiếu sáng [38] Tỷ lệ Chl a và b so với tổng carotenoid (a + b) / (x + c) là một chỉ số về độ xanh của thực vật Tỷ lệ (a + b) / (x + c) thường nằm trong khoảng 4,2 tới 5 ở lá phơi nắng và thực vật tiếp xúc với ánh nắng mặt trời,

và nằm từ 5,5 đến 7,0 trong lá cây trong bóng râm và cây tiếp xúc bóng râm Giá trị thấp hơn tỷ lệ (a + b) / (x + c) là một chỉ số của sự già đi, căng thẳng, tổn thương đến

bộ máy quang hợp của thực vật [55]

1.2.2.3 Tính chất hóa học của chlorophyll

a) Phản ứng với Base

Nếu cho Chl phản ứng với một Base, các hợp chất porphyrin magnesium và phyllins được tạo thành (hình 1.4 và 1.5) Các sản phẩm của phản ứng này cho màu xanh đậm và bền hơn Ngoài ra, sản phẩm khác của phản ứng này là chlorophyllin (tồn tại dạng muối với sodium copper) Chlorophyllin hòa tan trong nước, được điều chế bằng cách thủy phân chất diệp lục trong môi trường kiềm Trong phản ứng này, magnesium được thay thế bằng đồng, các nhóm este chứa methyl và phytyl được thay thế bởi sodium Trisodium copper chlorin e6 và disodium copper e4 là hai hợp chất phổ biến được tìm thấy trong hỗn hợp chlorophyllin thương mại [54],[104]

Hình 1.4 Chlorophyll phản ứng với base [104], [54]

Hình 1.5 Sự tạo thành chlorophyllin từ chlorophyll [104], [54]

Chlorophyll + 2HX acid, nhiệt độ Phaeophytin + MgX2 (1.1) [15]

Thời gian làm nóng và nhiệt độ ảnh hưởng đến mức độ phân hủy của Chl Ví dụ, nhiệt độ cao trong nồi áp suất và nồng độ acid không giảm bởi vì các acid dễ bay hơi được giữ lại, gây ra sự thay đổi nhanh chóng đối với Chl (hình 1.6) Việc sử dụng các hợp chất kiềm như nước kiềm làm giảm nồng độ acid trung bình [15]

Hình 1.6 Chlorophyll phản ứng với Acid [104], [54]

Trong môi trường acid, các ion magnesium trong Chl được thay thế bằng hai nguyên tử hydro tạo ra chất rắn màu nâu ô liu, phaeophytin Quá trình thủy phân này (đảo ngược của este hóa) tách ra phytol và phaeophorbide

c) Phản ứng với Enzyme

Hai enzyme có thể được tham gia vào quá trình thủy phân chất diệp lục, cụ thể là chlorophyllase và magnesium dechelatase đặc trưng trong thực vật Ngoài ra còn có enzyme lipoxilase tham gia xúc tác cho phản ứng oxy hóa Chl [104]

Chlorophyllase xúc tác cho cả hai sự hình thành của các liên kết este phytol cũng như thủy phân của nó và đã được xoắn lại nhiều lần trước đó như là một phần của cơ chế suy thoái Enzyme chlorophyllase trong một số cây cũng có thể thủy phân được các liên kết este này để giải phóng ra phytol và methanol Enzyme này thường tồn tại trong các sắc lạp thể (được định vị trong màng lục lạp), khá bền với nhiệt và chỉ được

hoạt hóa trong thời gian chín [41], [45],[104] Các enzyme này được định vị trong

màng lục lạp, được hòa tan và tinh chế từ nhiều nguồn khác nhau [41]

Hình 1.7 Sự tạo thành các dẫn xuất của chlorophyll a và b do enzyme trong môi

trường acid HCl [104]

d) Phản ứng oxy hóa

Chl có thể bị oxi hóa do oxy và ánh sáng (quang hóa), do tiếp xúc với các lipid

bị oxy hóa hoặc do tác dụng của enzyme lipoxilase Các quá trình oxy hóa này có thể xảy ra trong rau (nhất là rau sấy) bảo quản ở độ ẩm tương đối dưới 30%; khi độ ẩm tương đối của không khí cao hơn thì Chl lại bị biến đổi thành phaeophytin Một số hợp chất bay hơi có thể làm tăng (ethylen) hay làm chậm (CO2) sự biến đổi của Chl [100]

e) Tác dụng với kim loại

Dưới tác dụng của Fe, Sn, Al, Cu, thì Mg trong Chl bị thay thế và sẽ cho các màu khác nhau sau [15]:

- Với Fe sẽ cho màu nâu;

- Với Sn sẽ cho màu nâu xám;

- Với Al sẽ cho màu xám;

- Với Cu sẽ cho màu xanh sáng

1.2.2.4 Tính chất quang hóa của chlorophyll

Chl a, Chl b là những sắc tố quang hợp cơ bản ở tất cả các thực vật bậc cao tự dưỡng và ở đa số tảo, những chất diệp lục này thường đi kèm với nhau Nghiên cứu

gần đây cho thấy một số lượng lớn thể đột biến của một số loài cây không có Chl b [51] Chlorophyll có quang phổ huỳnh quang riêng biệt và đặc trưng của môi trường trong đó chúng được tìm thấy Tất cả Chl đều có tương tác với ánh sáng và do đó có

UV đặc trưng và có thể nhìn thấy quang phổ điện tử của chúng [38] Những sắc tố khác nhau thì có tỷ lệ hệ số tắt khác nhau Màu xanh của Chl a và b là do kết quả hấp thu ở vùng quang phổ đỏ và xanh lam, điều này giúp giải thích về màu xanh hiện có của Chl Ngoài ra, màu của Chl còn phụ thuộc vào nhân Mg trong phân tử Chl [55] Tất cả Chl có khả năng hấp thụ bức xạ ánh sáng mạnh nhất trong vùng 650nm và chịu trách nhiệm về màu xanh bên ngoài của nó (hình 1.8) [38] Thực chất màu xanh của Chl không phải là màu xanh thuần khiết mà là kết quả của sự hấp thu ở vùng quang phổ xanh lam và đỏ Mỗi sắc tố lá khác nhau có một phổ hấp thu khác nhau Chl

a và Chlorophyll b có phổ hấp thu mạnh nhất ở 600 – 675nm và 400 – 475nm Phổ hấp thu mạnh nhất của các đỉnh phụ thuộc vào tính phân cực của dung môi Ví dụ ở dung môi diethyl ether thì phổ hấp thu mạnh nhất ở đỉnh là 428nm và 660nm, trong khi đó ở dung môi methanol là 665nm và 432nm (hình 1.9) [55]

Hình 1.8 Phổ hấp thụ quang của chlorophyll a và chlorophyll b cùng với dẫn

xuất của chúng trong dịch chiết lá [55]

Hình 1.9 Phổ hấp thụ quang khác nhau của chlorophyll trong ethanol 95% và

diethy ether [55]

Đặc tính này có giá trị trong việc xác định Chl và các sản phẩm thứ cấp của chúng Đó là thực nghiệm mà phổ biến nhất khi Chl nhanh chóng bị mất màu khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh trong lúc đang điều chế trong ống nghiệm [38]

1.2.2.5 Sự mất màu của chlorophyll

Theo báo cáo của George A F H năm 1987 thì có khoảng 109 tấn Chl bị phá hủy mỗi năm trên đất liền và trong đại dương Sự phá hủy Chl trong hệ thống sinh học của thực vật cạn và dưới nước là do loài vật ăn cỏ, chết, ô nhiễm môi trường và do các mối nguy vật lý khác [38]

Một số mối nguy vật lý, điều kiện căng thẳng dẫn đến sự phân hủy của Chl Những mối nguy hiểm có thể được xem xét thuận tiện trong hai nhóm - áp lực của môi trường tự nhiên như nhiệt độ quá nóng, bức xạ nhiều và những yếu tố mà đang ngày càng gắn liền với các hoạt động của con người trong đó bao gồm khí, chất gây ô nhiễm lỏng và rắn khác nhau, từ khí thải công nghiệp (mưa axit) Ảnh hưởng khí hậu khác được công nhận là trực tiếp hoặc gián tiếp tham gia tiêu hủy chất diệp lục bao gồm

nhiệt độ quá cao hoặc kéo dài, lạnh, uv và bức xạ, bức xạ cao của ánh sáng có thể nhìn thấy kết hợp với nhiệt độ thấp, như trong lạnh gây ra quang tẩy, hoặc thậm chí bóng tối Thổ nhưỡng khô cằng như thiếu đạm có thể được đặc trưng bởi sự mất mát của chất diệp lục [38]

Trong thực vật, Chl tồn tại bền vững với không khí và ánh sáng Khi ánh sáng mạnh thì lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình về phía ánh sáng Tuy nhiên, khi cường độ ánh sáng quá mạnh hoặc thiếu CO2 hoặc dưới tác động của một số chất độc nào đó thì sự quang hợp của cây bị kìm hãm, cây bị vàng đi và mất màu dần [38]

Các điều kiện quan trọng gây ra sự phá hủy Chl như: sự phá hủy xuất hiện trong

sự liên quan với sự thay đổi nghiêm trọng trong vòng đời của cơ thể sống; sự phá hủy này có thể được tiếp tục với cả thời kỳ sống; sự phá hủy tăng dần do áp lực môi trường không thân thiện [38]

Sự mất màu của Chl thay đổi theo quá trình phát triển cá thể của cây, lúc cây còn non Chl dễ bị mất màu hơn khi cây già [88]

Sự bền vững của Chl trong tế bào là do chúng nằm trong phức hệ với protein lipoid Nhưng khi dung dịch Chl ở môi trường có ánh sáng và oxy thì sự quang hóa và oxi hóa xảy ra, dẫn đến Chl bị mất màu theo phản ứng:

Chl ở thực vật tồn tại trong lục lạp Tại đây chúng được bảo vệ bởi một lớp màng kỵ nước và sự tạo phức bền với phospholipid, polypeptide và tocopherols Khi Chl nằm ngoài môi trường bảo vệ này, ion magnesium của chúng trở nên không ổn định và có thể dễ dàng được thay thế bằng một acid yếu Để khắc phục vấn đề này, các ion magnesium thường được thay thế bằng một ion copper (Cu2+) để tạo thành phức màu xanh da trời hoặc xanh lá cây rất ổn định [38]

Phản ứng mất màu của Chl không bị ảnh hưởng bởi hydrogen peroxide hay hydrogen và 2,6-dichloroindophenol nhưng bị ức chế nhẹ bởi linolenic acid [88] 1.2.3 Vai trò của chlorophyll

1.2.3.1 Vai trò của chlorophyll trong thực vật

Chl có vai trò hết sức đặc biệt đối với thực vật và các loại tảo Chúng hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời và chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời, nước và

(1.2)

carbon dioxide (CO2) thành nguồn nhiên liệu chính của chúng như carbohydrate trong cây và giải phóng khí oxi (O2) vào khí quyển Chlorophyll b (Chl b) được tổng hợp từ Chl a bởi enzyme chlorophyllide oxygenase [64] Lượng Chl phân tán khắp các bộ phận trong thực vật và ở cây non nhiều hơn cây già và bị mất đi khi chín

Hàm lượng Chl trong lá cây biến động từ 0,008 – 0,8% so với lá tươi Hàm lượng Chl của cây chịu bóng cao hơn của cây ưa sáng Khi thiếu ánh sáng thì hàm lượng Chl ít hơn rất nhiều so với điều kiện chiếu sáng bình thường Lá cây thích nghi cường độ ánh sáng yếu thì chứa Chl càng nhiều Tỷ lệ Chl a/b trong lá cao hay thấp phụ thuộc vào từng giai đoạn phát triển khác nhau và trong lá trưởng thành tại điều kiện ánh sáng thấp hay cao cũng khác nhau [55] Trong lá cây ưa sáng thì lượng Chl a+b trung bình khoảng 40-70g/cm2 diện tích lá, còn ở lá cây ưa bóng râm khoảng 38-57g/cm2 diện tích lá [55] 1.2.3.2 Lợi ích sức khỏe và sử dụng

Chlorophyllin, chất dẫn xuất của Chl được sử dụng như phụ gia thực phẩm (đường bánh kẹo, món tráng miệng, nước sốt và gia vị, pho mát và nước giải khát) và thuốc thay thế Như một chất màu thực phẩm, chlorophyllin được gọi là màu xanh lá cây tự nhiên 3 và có số E là E141 (hay chỉ số INS là 140) Chỉ số ADI cho Chl là không giới hạn [99], trong khi với phức đồng của Chl và Chlorophyllin là 15 mg / kg thể trọng* ngày [95] Như thuốc thay thế, chất diệp lục có tác dụng tích cực đối với tình trạng kháng viêm, quá trình oxy hóa và chữa lành vết thương Chl và chlorophyllin có thể hình thành cấu trúc phức hợp với một số hóa chất gây ung thư như: aflatoxin B1 (trong bột) [86], chất chiết xuất từ nhiều loại gia vị, thảo mộc và thực vật bậc cao hoặc một số các amin dị vòng (trong thịt nấu chín) hoặc các hydrocarbon thơm mạch vòng (trong khói thuốc lá) [49] Sự hình thành các cấu trúc phức hợp này có thể giảm thiểu khả năng gây ung thư, tăng quá trình đào thải chất độc

ở đường tiêu hóa và số lượng các chất gây ung thư trong các mô nhạy cảm có thể bị giảm [34] Bên cạnh đó, nó sửa chữa các tế bào, tăng hemoglobin trong máu và thúc đẩy sự tăng trưởng tế bào [46, 60]

Một số nghiên cứu về tác dụng phòng ngừa ung thư của các dẫn xuất của Chl đã được thực hiện [31, 80] Chl là nguồn chất chống oxy hóa Những chất chống oxy hóa như vitamin A, C và E có khả năng bắt các gốc tự do gây tổn hại tới các tế bào khỏe mạnh trong cơ thể Nhiều nghiên cứu của Hoshina C cùng cộng sự, 1998 và Sato M

cùng cộng sự, 1986 đã chứng minh, Chl và các dẫn xuất của chúng có đặc tính chống oxy hóa Đặc tính chống oxy hóa của Chl và các dẫn xuất của chúng phụ thuộc vào sự hiện diện của ánh sáng [36] Chl được coi là siêu thực phẩm bởi đặc tính chống oxy hóa mạnh và giá trị dinh dưỡng của chúng Chúng bảo vệ tế bào khỏi sự oxy hóa bằng cách loại bỏ các gốc tự do [35, 97] Dịch chiết của Conyza triloba trong dung môi methanol và nước có hàm lượng Chl, hoạt tính bắt gốc tự do hoạt tính tạo phức với kim loại cao và tương đương với Trolox Mặt khác, bằng xét nghiệm DPPH, dịch chiết của Conyza triloba có hoạt tính bắt gốc tự do tốt hơn α –tocopherol [31]

Hoạt tính chống oxy hóa của 6 dẫn xuất Chl tự nhiên trong dịch chiết và Chlorophyllin được nghiên cứu bằng cách đo độ tác dụng bảo vệ của chúng chống lại quá trình oxy hóa lipid Đối với điều này, phương pháp khử các β-carotene và thử nghiệm khả năng bắt gốc tự do (DPPH) được sử dụng Các kết quả thu được theo phương pháp khử β-carotene cho thấy rằng tất cả các dẫn xuất của Chl được thể hiện của phản ứng phụ thuộc vào liều lượng Pheophorbide b, phaeophytin b là các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên mạnh nhất, các hoạt tính này có thể so sánh với butylated hydroxyl toluene (BHT) Hoạt tính chống oxy hóa của pheophorbide b là cao hơn so với pheophorbide a, điều này chứng minh tầm quan trọng cho các chức năng của nhóm aldehyde trong cấu trúc [85] Đối với Copper - Chlorophyllin, Shanab đã thử nghiệm ở

Copper-cả hai phương pháp, kết quả cho thấy hoạt tính chống oxy hóa của Copper – Chlorophyllin cao hơn so với chlorophyll tự nhiên, đồng thời chỉ ra bản chất tạo phức giữa kim loại với vòng porphyrin Cơ chế của hoạt tính chống oxy hóa được thể hiện bởi các dẫn xuất Chl tự nhiên là không thể dựa vào khả năng đóng góp hydro nhưng chúng có thể bảo vệ để chống lại quá trình oxy hóa acid linoleic và/hoặc ngăn ngừa sự phân hủy của hydroperoxides [85] Về mặt độc tính tế bào (cytotoxity) của các dẫn xuất Chl thì việc áp dụng pheophorbide và phaeophytin để chống lại tế bào ung thư đã cho thấy rằng sự hấp thu tế bào và ức chế đa số tế bào bệnh u tủy cho pheophorbide tốt hơn phaeophytin Do đó nó chỉ ra rằng các dẫn xuất của Chl có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc phòng chống ung thư [22] Chlorophyllin có thể ức chế phát triển của calcium oxalate dihydrate; mà chất này là nhân tố cơ bản hình thành sỏi calcium oxalate (gây sỏi thận) [36] Maekawa đã đánh giá hiệu quả kháng khuẩn của trà xanh, Chl và sodium copper chlorophyll trên vi khuẩn đường miệng và kết luận

rằng tất cả các chất thử nghiệm có hiệu quả nhưng ở mỗi người được thể hiện sự đặc trưng khác nhau Chl ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn đường miệng là đã được thử

nghiệm, đặc biệt là Porphyromonas gingivalis và Fusobacterium nucleatum Riêng

Copper chlorophyllin không thể hiện hoạt tính ức chế các vi khuẩn này [58] Những bệnh nhân bị tái phát viêm tụy mạn tính có thể được điều trị bằng Chl a mà không có bất kỳ tác dụng phụ bất lợi, chẳng hạn như các phản ứng dị ứng, hoặc cảm quang, hoặc gây độc cho gan [96]

Tác dụng trị liệu của Chl có thể được tóm tắt như sau:

- Kích thích hệ thống miễn dịch;

- Đem lại lợi ích đối với viêm xoang, chất lỏng tích tụ và phát ban da;

- Có khả năng giúp chống lại sự thiếu máu;

- Loại bỏ nấm mốc trong cơ thể;

- Thanh lọc máu và cơ thể, làm sạch độc tố của nó;

- Khả năng ngăn ngừa ung thư và đang được sử dụng trong điều trị ung thư;

- Làm sạch ruột;

- Khả năng giúp đỡ để trẻ hóa và tiếp sinh lực cho cơ thể;

- Giải độc của gan;

- Khả năng bình thường hóa huyết áp;

- Chống mùi hôi thối, mùi hôi cũng như mùi cơ thể là do các muối magiê mà

nó chứa [36]

Ngoài ra, các dẫn xuất của Chl đã được sử dụng trong sản xuất xà phòng, dầu gội

và kem đánh răng, nước súc miệng và trong và khử mùi cũng như trong băng phẫu thuật, băng và thuốc mỡ khử trùng [38] Chl cũng đã được nghiên cứu như là nguồn tiềm năng của các sắc tố trong mỹ phẩm; tảo nâu và đỏ được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp mỹ phẩm [46]

Mặc dù Chl là chất màu thực phẩm tự nhiên, nhưng hàm lượng của chúng không được biết đến một cách chính xác và có xu hướng không ổn định trong điều kiện pH khác nhau của các loại thực phẩm mà chúng được bổ sung Ngoài ra, chúng đắt hơn các chất tạo màu nhân tạo và chúng phải trải qua một biến đổi hóa học bằng cách thay thế các trung tâm magnesium với ion copper để cải thiện sự ổn định của chúng Phức

hợp đồng không bị hấp thụ bởi cơ thể và bị loại bỏ hoàn toàn trong quá trình bài tiết, nên chúng được coi là an toàn và được phép sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới như phụ gia thực phẩm [54]

1.2.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chlorophyll

1.2.4.1 Thế giới

Năm 1771, Joseph Priestley đã khám phá cơ bản về quá trình quang hợp ở Anh Năm 1800, Jean Senebier công bố bộ chuyên khảo của mình "Le physiologie vegètale," về nghiên cứu quang hợp được coi là một phần của sinh lý thực vật Năm

1817, lần đầu tiên các nhà khoa học người Pháp P Pellitier và J Caventou đã chiết sắc

tố từ lá cây bằng cồn với nước sôi và cũng đã biết về thành phần và vai trò sinh học của Chl Tại thời điểm đó, các nhà khoa học cho biết rằng cây xanh tiêu thụ carbon dioxide và giải phóng lượng và oxy [17]

Năm 1883, nhà sinh lý học người Đức Julius von Sachs cho thấy, chất diệp lục được tìm thấy trong các cấu trúc đặc biệt gọi là lục lạp của thực vật Ông đã chứng minh được chất diệp lục có liên quan tới quang hợp Nhiều nghiên cứu sau này chỉ ra, chất diệp lục là chất hóa học cần thiết cho quá trình quang hợp [17] Chl a và b đã được tinh chế bởi nhà khoa học người Đức, Richard Willstatter trong thời gian 1906-

1914 Willstatter cũng đã nhận được giải Nobel Hóa học năm 1915 cho công trình nghiên cứu của mình về “Cấu tạo hóa học của hồng cầu gần như đồng nhất với chlorophyll giúp tăng cường hồng cầu” [17]

Năm 1930, Hans Fischer đã nhận giải Nobel hóa học với công trình nghiên cứu

“Chlorophyll giúp thải lọc độc tố khỏi cơ thể” [17]

Năm 1965, một nhà khoa học Mỹ là Robert Burns Woodward đã giành giải thưởng cao quý trong Hóa học về việc tìm ra cấu trúc của các phân tử chất diệp lục Năm 1966, nhà khoa học người Mỹ, Everett M Burdick đã phát minh ra phương pháp phục hồi Chl từ cây đu đủ

Sau này, kể từ 1978 trở đi, với nhiều công trình nghiên cứu khác nhau thì các nhà khoa học đã chiết xuất và định lượng được Chl từ nhiều loài thực vật khác nhau trong các loại dung môi khác nhau Cụ thể, Moed và Hallegraeff (1978), Nusch (1980), Arvola (1981), Sartory và Grobbelaar (1984), hay Lichtenthaler K H và cộng

sự (1987, 1989) đã chỉ ra các phương pháp định lượng Chl trong các dung môi khác nhau như acetone, ethanol, methanol, dimethyl formamide, dimethyl sulfoxde [17] Việc tìm ra các đặc tính sinh học và lợi ích của Chl với sức khỏe con người đã được các nhà sản xuất lớn trên thế giới quan tâm và đã sản xuất các dòng sản phẩm nhằm mang lại sức khỏe tốt cho con người từ thực vật Tuy nhiên, các sản phẩm về Chl chủ yếu ở dạng dịch lỏng cô đặc khó bảo quản Gần đây một số công ty của Mỹ đã ứng dụng công nghệ cao mới sản xuất được chế phẩm Chlorophyllin nhưng với giá thành rất cao [17]

Hiện nay, trên thế giới mới nghiên cứu về mối tương quan giữa điều kiện tự nhiên, phân bón với hàm lượng Chl từ cây bắp Chiết tách, tinh chế để tạo ra sản phẩm

từ Chl cây bắp để ứng dụng trong thực phẩm vẫn chưa được công bố

1.2.4.2 Trong nước

Việc sử dụng Chl từ lá cây làm màu trong thực phẩm đã được ứng dụng từ rất lâu Tuy nhiên, việc nghiên cứu Chl trong nước cũng chỉ trong thời gian gần đây và chủ yếu áp dụng cho việc đánh giá năng suất sinh học sơ cấp ở vùng sinh thái biển ven bờ; xác định mức độ ô nhiễm môi trường nước [6], hay để xác định mức độ sinh trưởng của cây; hay sự thay đổi hàm lượng Chl, carotennoid và xác định alen kháng mặn ở một số giống lúa trong điều kiện mặn [47], v.v Một số công trình nghiên cứu gần đây cũng đã sử dụng những công nghệ mới để chiết tách Chl từ một số loại cây dược liệu hay cây trồng như dứa, nha đam, rau Dền xanh, rau Ngót [3] và một số loài rong từ biển [7] Năm 2011, Đặng Xuân Cường đã nghiên cứu chiết xuất và xác định hoạt tính sinh học của dịch chiết giàu Chl từ một số loài rong nâu [32] Tất cả các nghiên cứu này cũng chỉ mới xác định hoạt tính sinh học của Chl và chưa có ứng dụng trong sản xuất thực phẩm và đồ uống thông thường, chưa tạo ra được sản phẩm có giá trị cao cho sức khỏe cũng như giá trị kinh tế đặc biệt là dịch chiết từ lá bắp

Chlorophyll có quang phổ huỳnh quang riêng biệt, đặc trưng của môi trường mà chúng tồn tại Phổ huỳnh quang có thể tiết lộ một số lượng lớn các thông tin về các tính chất vật lý của Chl và vai trò của chúng trong quá trình quang hợp, nhưng so với

sự hấp thụ quang phổ, huỳnh quang đã không được sử dụng rộng rãi trong việc xác định hay ước lượng của chúng Phương pháp huỳnh quang có độ nhạy cao hơn trắc quang Vì vậy các mẫu có hàm lượng Chl a nhỏ thì ưu tiên sử dụng phương pháp huỳnh quang HPLC là phương pháp sử dụng thiết bị phức tạp hơn, nhưng vẫn dựa trên nguyên tắc của phương pháp huỳnh quang và trắc quang Phương pháp điện hóa xác định Chl a bằng cực phổ tuần hoàn trực tiếp bằng điện cực màng cacbon (SPCE) thu được mũi đơn thuận nghịch oxy hóa tại cực dương ở Ep = +400mV, điện cực so sánh là Ag/AgCl Theo nghiên cứu điện hóa cho kết quả là Chl a hấp thụ lên bề mặt màng SPCE Hiện tượng hút bám này cho phép phát triển phương pháp xác định Chl a dựa trên sự trao đổi trung gian bằng cực phổ tích góp hòa tan (Absorbtion Stripping Voltammetry - AdSV) Phương thức cuối cùng để tối ưu phương pháp là khảo sát pH của dung dịch đệm/tích góp, thời gian tích góp và lượng acetone của đệm tích góp Sử dụng phương thức tối ưu này để có thể xác định Chl a trong dung dịch đệm phosphate với nồng độ trong khoảng 0,014 – 2,24 M Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng của chúng, tùy vào điều kiện thực tế, mục đích cụ thể có thể sử dụng từng phương pháp để đạt được kết quả có độ chính xác là cao nhất [6]

Cơ sở để định lượng quang phổ của các sắc tố là định luật Lambert-Beer, việc xác định độ hấp thụ của dung dịch đối với các đặc tính dễ hấp thụ cụ thể của một hợp chất hòa tan với bước sóng riêng lẻ: A = cwd hoặc A = cmd [55, 56]

Phương pháp truyền thống để định lượng Chl và các sắc tố khác trong một dịch chiết cụ thể là phân tích quang phổ [81] Các hợp chất diệp lục khác nhau và các chất màu khác được định lượng bằng cách đo độ hấp thụ của mẫu ở các bước sóng đặc biệt

và sử dụng xây dựng hệ phương trình đặc biệt để tính toán nồng độ sắc tố [59]

Công thức tính nồng độ Chl (mg/g) được viết ở dạng sau:

Ca =  A 1 +  A 2

Cb =  A 3 +  A 4

Trong đó: - , , ,  : những hệ số phu thuộc vào dung môi

- Ca, Cb: nồng độ tương ứng của Chlorophyll a và b

- A: hệ số đo tắt bằng mg/l ở bước sóng cho biết theo m

Giá trị của các hệ số phụ thuộc vào dung môi, do đó với mỗi dung môi khác nhau có một công thức tính riêng [56]:

+ Đối với dung dịch acetone với 20% (v/v) nước:

- Theo phương pháp của Mackinney-Arnon:

+ Đối với dung dịch ether etylic:

- Theo Komar - Cigeil: Ca = 9,93 A660 - 0,777 A642,5

Bảng 1.4: Nồng độ chlorophyll được tính theo công thức tương ứng với các dung

môi và phương pháp khác nhau [70]

Mackinney [57] Methanol gchl / mL= 13,43 A 665 v / lV

Porra et al [71] Methanol gchl / mL= (16,29 A665 – 8,54A652) v/ lV

Methanol gchla+b/ mL= (22,12 A652 + 2,71A665) v/ lV Lichtenthaler

chl / mL= (16,72 A665 – 9,16A652) v/ lV Jeffrey và

Humphrey [50] Acetone gchl / mL=(11,85 A664 – 1,54A647 – 0,08A630)v/ lV Strickland và

Parsons [91] Acetone gchl / mL=(11,66 A665 – 1,31A645 – 0,14A630)v/ lV SCOR/UNESCO

[93] Acetone gchl / mL=(11,64 A663 – 2,16A645 – 0,10A630)v/ lV Lichtenthaler

1.3 KỸ THUẬT SẤY PHUN

Sấy là một trong những phương pháp hiệu quả nhất được sử dụng để bảo quản trái cây và rau quả Sấy khô là quá trình tách nước ra khỏi vật ẩm trong đó vật chất (hơi nước) đi từ pha rắn hay pha lỏng vào pha khí Mục đích quá trình này là do việc loại bỏ độ ẩm trong thực phẩm, làm cho vi sinh vật và các phản ứng suy thoái khác có thể được ngăn ngừa hoặc giảm thiểu [1] Hơn nữa, lợi thế quan trọng khác của sự mất nước là giảm chi phí vận chuyển và lưu trữ và các tiện ích trong sử dụng [79] Hiện nay, trong ngành công nghiệp thực phẩm có nhiều phương pháp làm khô được sử

dụng, bao gồm cả làm khô bằng năng lượng mặt trời, sấy không khí nóng, sấy chân không hoặc bằng khí trơ, đóng băng khô, sấy trống và sấy phun, sấy khô bằng lò vi sóng, v.v… Một phương pháp sấy thích hợp được lựa chọn tùy thuộc vào sản phẩm được sấy khô, kinh tế, sự sẵn có của thiết bị, và chất lượng mong muốn của sản phẩm thu được [79]

Sấy phun được sử dụng vào các ngành công nghiệp sữa từ cuối thập niên 1850 Hiện nay công nghệ này phục vụ các lĩnh vực khác nhau, kéo dài từ ngành công nghiệp thực phẩm đến hoá chất nông nghiệp, công nghệ sinh học, hóa chất nặng và quý hiếm, khai thác mỏ và luyện kim, nhuộm, các lĩnh vực dược phẩm khác nhau Số liệu thống kê cho thấy, hơn 25.000 máy sấy phun là thương mại được sử dụng ngày nay, với công suất bốc hơi của chúng khác nhau, từ vài kg/h đến trên 50 tấn/h [69] Sấy phun là công nghệ tiên tiến này sản xuất, bảo quản các sản phẩm dạng bột khô chất lượng cao [72] Là một trong những phương pháp làm khô tốt nhất để chuyển trực tiếp các vật liệu dạng lỏng thành dạng hạt rắn hoặc nữa rắn [63] Sấy phun là một

kỹ thuật mới được sử dụng để sản xuất bột từ nguyên liệu là các chất lỏng, dung dịch, nhũ tương hay dạng huyền phù trong một bước duy nhất Các nguyên liệu này được phun vào một môi trường khí nóng và biến nó thành các hạt trong một thời gian rất ngắn mà ít làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm [90] Một số nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của sấy phun để đóng gói các sản phẩm thực phẩm như carotenoid, vitamine, khoáng chất, hương liệu, các loại dầu không bão hòa, các enzyme và vi sinh vật probiotic [90]

Các sắc tố kém ổn định bởi vì chúng hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ và là các phân tử không bão hòa cao và thể hiện khả năng hòa tan trong nước thấp [61] Việc thay thế ứng dụng tốt nhất để tăng sự ổn định của carotenoids và cho phép kết hợp của chúng trong môi trường ưa nước là kỹ thuật bao gói vi nang, cải thiện rào cản vật lý để bảo

vệ các sắc tố [67] Trong số các kỹ thuật bao gói vi nang hiện nay, quá trình sử dụng nhiều nhất là sấy phun [20] Quá trình sấy phun tiến hành nhanh, không kịp đốt nóng sản phẩm quá nhiệt độ cho phép vì vậy giữ được màu sắc, hương vị tự nhiên và cải thiện thời gian sử dụng và sự ổn định của sản phẩm [72] Các đặc tính của các sản phẩm cuối cùng chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ đầu vào, tốc độ dòng chảy không khí, tốc độ dòng chảy nguồn cấp nguyên liệu, áp lực phun, các loại chất mang và nồng độ

của chúng Sấy phun thường được lựa chọn vì nó có thể xử lý vật liệu rất nhanh chóng trong khi cung cấp kiểm soát tương đối của sự phân bố kích thước hạt [66]

1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy phun

1.3.1.1 Một số bộ phận quan trọng của máy sấy phun

Các thành phần quan trọng của một hệ thống sấy phun bao gồm có vòi phun, dòng không khí, buồng sấy phun, cyclone thu mẫu, v.v Cụ thể ở hình 1.13

 Vòi phun

Vòi phun là "trái tim" của bất kỳ một hệ thống sấy phun Một trong những chức năng của phun là để phân tán vật liệu nạp vào thành những giọt nhỏ, làm tăng bề mặt tiếp xúc và cho phép phân phối tốt của vật liệu trong buồng sấy Những giọt phun không phải là lớn mà chúng tạo ra một sản phẩm khô không đầy đủ, cũng không quá nhỏ để việc thu hồi sản phẩm là khó khăn [90]

Có nhiều cấu hình được thiết kế khác nhau ccho vòi phun Tuy nhiên, các mẫu thiết kế phổ biến nhất là ở dạng đĩa quay tốc độ cao (hình 1.10), hai là vòi phun chất lỏng; Vòi phun không có không khí; vòi phun áp lực cao; vòi phun siêu âm [90, 94] Theo dữ liệu thực nghiệm tham khảo cho thấy, mối tương quan đối với sự phân

bố kích thước giọt ban đầu và vận tốc ban đầu cho cả tốc độ quay và áp lực vòi phun