Nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ cây cẩm

i LỜI CẢM ƠN  Em xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Thị Huệ An hướng dẫn tận tình tạo điều kiện động viên em hồn thành đồ án suốt thời thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy cơ, cán phịng thí nghiệm Hóa Cơ phịng thí nghiệm Cơng nghệ Thực phẩm nhiệt tình giúp đỡ em Em vơ biết ơn thầy cô ban giám hiệu trường đại học Nha Trang, ban chủ nhiệm khoa Chế biến tất thầy cô giáo truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt thời gian học tập rèn luyện trường để em vững bước vào đời Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè ln động viên, giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến để em hồn thành đề tài tốt nghiệp Nha Trang, tháng năm 2011 Sinh viên thực NGUYỄN THỊ TRANG ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .Error! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC BẢNG .vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU Chương1 TỔNG QUAN .2 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CẨM .2 1.1.1 Tên gọi – Phân loại .2 1.1.2 Đặc điểm hình thái .2 1.1.3 Đặc điểm sinh trưởng 1.1.4 Phân loại Cẩm 1.1.5 Công dụng Cẩm .5 1.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM 1.2.1 Tầm quan trọng chất màu chế biến thực phẩm .5 1.2.2 Vai trò chất màu thực phẩm 1.2.3 Phân loại chất màu thực phẩm .6 1.2.3.1 Chất màu vô 1.2.3.2 Chất màu hữu tổng hợp 1.2.3.3 Chất màu tự nhiên 1.3 GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU ANTHOCYANIN 1.3.1 Khái niệm vế chất màu anthocyanin 1.3.2 Cấu trúc hóa học anthocyanin 1.3.3 Tính chất vật lý hóa học anthocyanin 12 1.3.3.1 Sự hấp thụ ánh sáng màu sắc 12 1.3.3.2 Tính tan 12 1.3.3.3 Tính khơng bền 12 iii 1.3.4 Khái niệm chất màu pyranoanthocyanin 17 1.3.5 Chức sinh học ứng dụng anthocyanin 19 1.3.5.1 Chức sinh học 19 1.3.5.2 Ứng dụngcủa anthocyanin 20 1.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT 21 1.4.1 Các khái niệm trình chiết 21 1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình chiết 22 1.4.3 Các phương pháp chiết 23 1.4.3.1 Chiết gián đoạn 23 1.4.3.2 Chiết bán liên tục 24 1.4.3.3 Chiết liên tục 24 1.4.4 Vài kỹ thuật chiết đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên .24 1.4.4.1 Chiết nhờ siêu âm 24 1.4.4.2 Chiết siêu tới hạn 24 1.4.4.3 Chiết dung môi tăng tốc .25 1.5 Tình hình nghiên cứu, khai thác sử dụng anthocyanin tự nhiên 26 1.5.1 Tình hình giới 26 1.5.2 Tình hình nước 26 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 29 2.1.1 Nguyên liệu 29 2.1.2 Hóa chất - Thiết bị .29 2.1.2.1 Hóa chất .29 2.1.2.2.Thiết bị 29 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .29 2.2.1 Phương pháp xử lý bảo quản nguyên liệu 29 2.2.2 Xác định thành phần khối lượng nguyên liệu nghiên cứu 30 2.2.3 Quy trình dự kiến chiết xuất chất màu anthocyanin từ Cẩm .31 2.2.4 Xác định điều kiện thích hợp cho việc chiết anthocyanin từ Cẩm 32 iv 2.2.4.1 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ etanol 960-H2O thích hợp: 33 2.2.4.2 Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu: .34 2.2.4.4 Bố trí thí nghiệm chọn thời gian chiết 37 2.2.4.5 Bố trí thí nghiệm chọn số lần chiết: 38 2.2.5 Đề xuất quy trình chiết anthocyanin từ Cẩm – Thử nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất chiết tồn quy trình 39 2.2.6 Nghiên cứu số đặc tính chất màu anthocyanin chiết xuất từ Cẩm 39 2.2.6.1 Khảo sát thay đổi màu sắc theo pH 39 2.2.6.2 Khảo sát độ bền màu dịch chiết anthocyanin từ Cẩm điều kiện bảo quản khác 40 2.2.7 Các phương pháp phân tích sử dụng đề tài 42 2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu .42 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Thành phần khối lượng Cẩm 43 3.2 Một số thành phần hóa học Cẩm .43 3.3 Xác định thơng số thích hợp cho trình chiết anthocyanin từ Cẩm 44 3.3.1 Chọn dung môi chiết 44 3.3.2 Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 47 3.3.3 Chọn dung môi nhiệt độ chiết 47 3.3.3 Xác định thời gian chiết .49 3.3.3.1 Phương pháp siêu âm 49 3.3.3.2 Phương pháp ngâm chiết có gia nhiệt 50 3.3.4 Xác định số lần chiết 51 3.3.4.1 Phương pháp siêu âm 51 3.3.4.2 Phương pháp ngâm chiết gia nhiệt 52 3.5 Hoàn thiện quy trình chiết rút chất màu anthocyanin từ Cẩm –Thử nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất chiết tồn quy trình 53 v 3.5.1 Quy trình chiết: 53 3.5.2 Thử nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất chiết tồn quy trình 54 3.6 Khảo sát đặc tính chất màu anthocyanin .56 3.6.1 Sự thay đổi màu sắc dịch chiết theo pH .56 3.6.2 Kết khảo sát độ bền màu dịch chiết Cẩm điều kiện bảo quản khác .57 3.7 Tính tốn sơ giá thành sản phẩm 59 KẾT LUẬN 60 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Liều sử dụngcho phép số chất màu hữu tổng hợp Bảng 1.2 Một số chất màu tự nhiên thông dụng Bảng 1.3 Các nhóm anthocyanidin 10 Bảng 3.1 Thành phần khối lượng Cẩm 43 Bảng 3.2 Một số thành phần hóa học Cẩm 44 Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH đến màu sắc dịch chiết anthocyanin từ Cẩm 56 Bảng 3.4 Ước tinh chi phí nguyên vật liệu để chiết anthocyanin từ kg Cẩm (phương pháp ngâm chiết 1000C) 59 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cây Cẩm Hình 1.2 Cành hoa Cẩm Hình 1.3 Cấu trúc anthocyanin Hình 1.4 Cấu trúc phân tử anthocyanidin thường gặp tự nhiên 11 Hình 1.5 Ví dụ cấu trúc anthocyanin phức tạp 11 Hình 1.6 Sự thay đổi cấu trúc phân tử màu sắc anthocyanin theo pH 13 Hình 1.7 Sự tổ hợp màu liên phân tử delphinidin 3-glucosid rutin tạo thành dạng phức: phức kẹp (A) phức song song (B) 17 Hình 1.8 Sự tổ hợp màu nội phân tử antyhocyanin acyl hóa 17 Hình 1.9 Cấu trúc phân tử số pyranoanthocyanin 18 Hình 1.10 Sơ đồ thiết bị chiết SFE 25 Hình 1.11 Sơ đồ thiết bị chiết ASE 25 Hình 1.12 Một số dạng sản phẩm anthocyanin thương mại 26 Hình 1.13 Cấu trúc phân tử anthocyanin chiết xuất từ Cẩm 27 Hình 2.1 Thí nghiệm xác định thành phần khối lượng nguyên liệu 30 Hình 2.2 Quy trình dự kiến sản xuất chất màu anthocyanin từ Cẩm yếu tố cần khảo sát 31 Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ etanol 960-H2O thích hợp 33 Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung mơi/ngun liệu 34 Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm chọn dung mơi, nhiệt độ chiết thích hợp 35 Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết 37 Hình 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định số lần chiết 38 Hình 2.8 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH đến màu sắc chất màu anthocyanin chiết xuất từ Cẩm 40 Hình 2.9 Bố trí thí nghiệm khảo sát độ bền màu chất màu Cẩm số điều kiện bảo quản khác 41 viii Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ Etanol dung môi đến hiệu suất chiết anthocyanin 45 Hình 3.2 Phổ hấp thụ dịch chiết chất màu từ Cẩm thay đổi tỷ lệ EtOH H2O dung môi chiết 46 Hình 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết anthocyanin 47 Hình 3.4 Ảnh hưởng dung môi nhiệt độ đến hiệu suất chiết anthocyanin từ Cẩm chiết phương pháp khác 48 Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian siêu âm đến hiệu suất chiết anthocyanin 50 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian ngâm chiết đến hiệu suất chiết anthocyanin 50 Hình 3.7 Ảnh hưởng số lần siêu âm đến hiệu suất chiết anthocyanin 51 Hình 3.8 Ảnh hưởng số lần chiết phương pháp ngâm chiết gia nhiệt đến hiệu suất chiết anthocyanin 52 Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu anthocyanin từ Cẩm 53 Hình 3.10 Hiệu suất chiết chất màu anthocyanin từ Cẩm sử dụng phương pháp siêu âm phương pháp ngâm chiết có gia nhiệt 55 Hình 3.11 Ảnh hưởng pH đến màu sắc dịch chiết anthocyanin chiết từ Cẩm 56 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian điều kiện bảo quản đến độ bền màu dịch chiết anthocyanin 58 -1- MỞ ĐẦU Hiện nay, việc lạm dụng chất màu tổng hợp chế biến thực phẩm dẫn đến nguy ngộ độc thực phẩm ngày gia tăng, làm ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ người tiêu dùng Vì vậy, xu hướng phát triển bền vững giới tìm kiếm chiết tách chất màu tự nhiên từ thực vật hay động vật để sử dụng công nghiệp thực phẩm Ở Việt Nam, Cẩm (Peristrophe roxburghiana) từ lâu dùng để nhuộm màu gạo nếp để nấu xôi ngũ sắc dịp lễ hội Tuy nhiên, việc tách chiết chất màu Cẩm ứng dụng công nghiệp thực phẩm chưa quan tâm nhiều Trong đó, theo số tài liệu tham khảo, chất màu Cẩm có hàm lượng tương đối cao Chất màu lại có chất anthocyanin nên dễ tan nước, thuận lợi cho việc tách chiết ứng dụng thực tế Vì vậy, việc nghiên cứu thu hồi chất màu anthocynin có cẩm nhằm ứng dụng công nghiệp thực phẩm cần thiết Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đây, đồng ý khoa Chế Biến môn Công nghệ Thực phẩm, hướng dẫn TS Hồng Thị Huệ An, tơi thực đề tài: “Nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ Cẩm (Peristrophe roxburghiana) ” Đề tài đưa với mục đích : Đưa quy trình hồn thiện chiết xuất chất màu anthocyanin từ tự nhiên (cây Cẩm) để thay chất màu nhân tạo chế biến thực phẩm Do kiến thức, kinh nghiệm hạn chế khó khăn kinh phí, thiết bị nghiên cứu nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý q thầy bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Nha Trang, tháng năm 2011 Sinh viên thực NGUYỄN THỊ TRANG -2- Chương1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CẨM 1.1.1 Tên gọi – Phân loại [15] Tên Việt Nam: Cẩm Tên tiếng Anh: Magenta Plant Tên khoa học: Peristrophe roxburghiana Tên nhị thức: Peristrophe roxburghiana (Roem & Schult.) Bremek Chi: Cẩm (Peristrophe) Họ: Ơ rơ (Acanthaceae) Lồi: P roxburghiana 1.1.2 Đặc điểm hình thái [3]  Cây Cẩm (Peristrophe bivalvis (L.) Merr., syn P roxburghiana) thuộc loại thân thảo, lâu năm, cao khoảng 50 – 100 cm  Thân thường cạnh, có rãnh dọc sâu, cành non có lơng, sau nhẵn  Lá đơn, mọc đối; hình bầu dục hay trứng thn mũi giáo, thường có bớt màu trắng dọc gân; kích thước 2-10 cm x 1,2-3,6 cm; hai mặt có lơng khơng, gốc thn nhọn; chóp nhọn hay có có mũi hay tù tròn  Cụm hoa chùm hay nách lá, chùm ngắn; bắc cụm hoa thường hình trứng Đài dính nửa dưới, kích thước ngắn bắc hoa Tràng màu tím hay hồng, phân mơi, mơi có thuỳ cạn, ống hẹp kéo dài Nhị thò khỏi ống tràng Bầu ơ, có hay nhiều noãn 1.1.3 Đặc điểm sinh trưởng [3]  Cẩm thuộc loại ưa ẩm ưa bóng, khơng chịu úng, thường mọc ven rừng núi đá vôi ẩm, gần bờ suối trồng tán ăn quả, bên cạnh nguồn nước  Cây sinh trưởng mạnh vào xuân hè, có hoa vào mùa thu Vào cuối mùa thu nhiệt độ xuống thấp mưa bắt đầu bị rụng vào mùa đơng khơng cịn ... tài: ? ?Nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ Cẩm (Peristrophe roxburghiana) ” Đề tài đưa với mục đích : Đưa quy trình hồn thiện chiết xuất chất màu anthocyanin từ tự nhiên (cây Cẩm) để... 2.2.6 Nghiên cứu số đặc tính chất màu anthocyanin chiết xuất từ Cẩm 39 2.2.6.1 Khảo sát thay đổi màu sắc theo pH 39 2.2.6.2 Khảo sát độ bền màu dịch chiết anthocyanin từ Cẩm điều... lần chiết phương pháp ngâm chiết gia nhiệt đến hiệu suất chiết anthocyanin 52 Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu anthocyanin từ Cẩm 53 Hình 3.10 Hiệu suất chiết chất màu anthocyanin