Ứng dụng kiến thức bản địa về cây nhuộm màu vàng trong tách chiết chất màu sử dụng vào nhuộm màu thực phẩm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Tên đề tài: “ ỨNG DỤNG KIẾN THỨC BẢN ĐỊA VỀ CÂY NHUỘM MÀU VÀNG TRONG TÁCH CHIẾT CHẤT MÀU SỬ DỤNG VÀO NHUỘM MÀU THỰC PHẨM

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

Tên đề tài:

“ ỨNG DỤNG KIẾN THỨC BẢN ĐỊA VỀ CÂY NHUỘM MÀU VÀNG TRONG TÁCH CHIẾT CHẤT MÀU SỬ DỤNG

VÀO NHUỘM MÀU THỰC PHẨM ”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ thực phẩm Khoa : CNSH & CNTP

Khoá học : 2010 – 2014 Giáo viên hướng dẫn : ThS Lương Hùng Tiến

ThS Nguyễn Văn Bình

Khoa CNTP – CNSH - Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên, 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, cùng với sự nỗ lực, cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của các thầy cô giáo và nhà trường

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Lương Hùng Tiến, Trưởng bộ môn Công nghệ Thực phẩm, khoa CNSH - CNTP, trường Đại học Nông Lâm và ThS Nguyễn Văn Bình, giảng viên bộ môn Công nghệ Thực phẩm, khoa CNSH - CNTP, trường Đại học Nông Lâm đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực tập Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, cán bộ làm việc tại phòng thí nghiệm khoa CNSH - CNTP, trường Đại học Nông Lâm đã giúp đỡ tôi trong suốt khóa học cũng như trong thời gian tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các ông bà người dân tộc thiểu số tại một

số tỉnh miền núi phía Bắc đã cung cấp những thông tin, tri thức và kinh nghiệm sử dụng cây nhuộm màu truyền thống trong quá trình điều tra thực địa và xin chân thành cảm ơn gia đình bà Hoàng Thị Thập - xã Tân Lang - Huyện Văn Lãng -Tỉnh Lạng Sơn, bà Nông Thị Nuôi - xã Văn Trình - Huyện Thạch An - Tỉnh Cao Bằng đã cung cấp nguyên liệu cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới gia đình, bạn bè thân thiết đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập, rèn luyện và thực hiện đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do có nhiều hạn chế nên không thể tránh được những thiếu sót Rất mong các thầy cô, anh chị và bạn bè quan tâm đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực tập

Nguyễn Mạnh Cường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Danh mục các chất màu thực phẩm được phép sử dụng ở Việt Nam 8

Bảng 2.2: Màu sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được .22

Bảng 2.3: Mối liên quan giữa bước sóng và màu sắc .23

Bảng 3.1 Thiết bị thí nghiệm 24

Bảng 3.2 Dụng cụ thí nghiệm 25

Bảng 3.3 Lựa chọn nguyên liệu và dung môi chiết phục vụ chiết tách chất màu vàng 26

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của loại nguyên liệu đến khả năng chiết chất màu 27

Bảng 3.5 Bảng mã hóa các điều kiện tối ưu chiết tách chất màu vàng 28

Bảng 3.6 Bảng thiết kế thí nghiệm tối ưu chiết tách chất màu vàng 29

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của số lần tách chiết đến quá trình tận thu chất màu vàng 30

Bảng 3.8 Kiểm tra tính ổn định của dịch chiết trong các môi trường 30

Bảng 3.9 Bảng cho điểm thị hiếu theo thang Hedonic .33

Bảng 4.1 Kết quả điều tra kiến thức bản địa về cây nhuộm màu 36

Bảng 4.2 Kết quả đánh giá cảm quan màu sắc của gạo sau khi nhuộm màu vàng từ nguyên liệu khác nhau 38

Bảng 4.3 Kết quả đánh giá cảm quan màu vàng của xôi nhuộm bằng dịch chiết từ nguyên liệu dành dành tươi và khô 40

Bảng 4.4 Kết quả OD đối với nguyên liệu dành dành 42

Bảng 4.5 Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình chiết tách chất màu vàng 43

Bảng 4.6 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của số lần tách chiết đến quá trình tận thu chất màu vàng 47

Bảng 4.7 Biến đổi sắc màu của dich chiết ở pH môi trường khác nhau 48

Hình 2.1 Cấu tạo hóa học của Chlorophyll 10

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển hóa của chlorophyll 11

Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin 12

Hình 2.4 Công thức cấu tạo của một số carotenoid 14

Hình 4.1 Mật độ quang của dịch chiết hạt dành dành 39

Hình 4.2 Phổ hấp thụ ánh sáng của dịch chiết từ nguyên liệu dành dành 40

Hình 4.3 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ đến quá trình chiết tách chất màu từ nguyên liệu dành dành 44

Hình 4.4 Bề mặt đáp ứng của tỷ lệ dung môi đến quá trình chiết tách chất màu từ nguyên liệu dành dành 45

Hình 4.5 Bề mặt đáp ứng của thời gian đến quá trình chiết tách chất màu từ nguyên liệu dành dành 46

Hình 4.6 Giá trị OD thu được của dịch chiết sau mỗi lần chiết 48

Hình 4.7 Công thức cấu tạo của của gacdenin và α-croxetin 49

Phần 1 : MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 3

1.3 Yêu cầu của đề tài 3

Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Tổng quan về nguyên liệu 4

2.1.1 Dành dành 4

2.1.2 Mật mông 5

2.1.3 Nghệ 5

2.2 Tổng quan về chất màu 6

2.2.1 Định nghĩa 6

2.2.2 Phân loại 6

2.2.3 Các nhóm chất màu chính 9

2.2.4 Vai trò của chất màu thực phẩm 15

2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về cây nhuộm màu thực phẩm 15

2.3.1 Tình hình nghiên cứu cây có chất màu ở Việt Nam 15

2.3.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu thực phẩm trên thế giới 17 2.4 Nguyên tắc trích ly hợp chất từ thực vật 20

2.4.1 Dung môi trích ly 20

2.4.2 Phương pháp trích ly 21

2.5 Cơ sở lý thuyết về màu sắc và phương pháp so màu 21

Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 Nguyên vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 24

3.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu 24

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 24

3.1.3 Thời gian nghiên cứu 24

3.1.4 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 24

3.2 Nội dung nghiên cứu 25

3.3 Phương pháp nghiên cứu 25

3.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan 32

3.3.5 Quy trình chiết tách chất màu thực phẩm dự kiến 33

3.3.6 Phương pháp xử lí số liệu 34

Phần 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

4.1 Kết quả sưu tập kiến thức bản địa ở một số tỉnh miền núi phía Bắc về cây nhuộm màu thực phẩm 35

4.2 Kết quả nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu và dung môi chiết phục vụ chiết tách chất màu vàng 37

4.3 Kết quả ảnh hưởng của loại nguyên liệu đến khả năng chiết chất màu thực vật 39

4.4 Nghiên cứu tối ưu thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu đến khả năng chiết tách chất màu 41

4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết tách chất màu từ nguyên liệu dành dành 44

4.4.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi đến quá trình chiết tách chất màu từ nguyên liệu dành dành 45

4.4.3 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết tách chất màu từ nguyên liệu dành dành 46

4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của số lần tách chiết đến quá trình tận thu chất màu vàng 47

4.6 Nghiên cứu ổn định sắc màu 48

4.6.1 Với pH môi trường 48

4.6.2 Với nhiệt độ cao 48

4.7 Dự đoán nhóm chất màu vàng có trong nguyên liệu hạt dành dành 49

4.8 Kỹ thuật chiết tách màu vàng từ thực vật 50

Phần 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53

5.1 Kết luận 53

5.2 Kiến nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

sử dụng tương đối phổ biến bởi giá thành thấp, màu sắc phong phú, tuy nhiên, tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây hại đến sức khỏe con người Khác với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên là các chất màu có sẵn trong thực vật tự nhiên, không độc, sử dụng chất màu tự nhiên cho thực phẩm có tính ưu việt so với phẩm màu tổng hợp Chính vì vậy, xu thế nghiên cứu chiết tách chất màu từ thiên nhiên là mối quan tâm của các nhà hóa học thực phẩm, hứa hẹn sẽ mang lại lợi ích kinh

tế xã hội của đất nước nói chung và của ngành thực phẩm nói riêng

Ở Việt Nam, hiện nay, hầu hết các loại chất màu thực phẩm chưa tự sản xuất được, phải nhập khẩu từ nước ngoài Khi chưa chủ động được về kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm sẽ phải phụ thuộc vào nguồn cung cấp sản phẩm Theo thống kê của Chi cục quản lý thị trường một số tỉnh như thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Hà Nội, thành phố Thái Nguyên, hiện trên thị trường có nhiều các sản phẩm phẩm màu trôi nổi, không rõ nguồn gốc, xuất xứ, giá thành dao động từ 1000 đồng đến 2000 đồng/kg Theo kết quả

kiểm tra của Sở y tế các tỉnh, trong đó, tại Hà Nội, trên địa bàn thành phố thì 15% số ca ngộ độc do phẩm màu gây ra, trong đó, chỉ có 50% các loại phẩm màu thực phẩm ngoại nhập nằm trong danh mục cho phép của Bộ y tế Đa phần các nhóm phẩm màu trôi nổi trên thị trường là các phẩm màu được tổng hợp hóa học như amaranth (đỏ), brilliant blue (xanh), sunset yellow (vàng cam), tartazine (vàng chanh) Các loại màu tổng hợp này thường có độ bền màu cao, với một lượng nhỏ chất màu đã đạt theo yêu cầu mong muốn Tuy nhiên, các phẩm màu này có thể gây ngộ độc nếu không nguyên chất, hoặc có khả năng bị biến chất trong quá trình chế biến, khó đào thải ra khỏi cơ thể con người nên không được phép dung trong thực phẩm Nếu lạm dụng các loại phẩm màu này, khi tích lũy lâu dài trong cơ thể, sẽ có hại cho sức khỏe, có thể

là một trong các nguyên nhân gây ung thư hoặc có khả năng gây ra các ca ngộ độc cấp tính Vì vậy, nghiên cứu cây nhuộm màu thực phẩm và các chất màu

từ chúng có ý nghĩa quan trọng đối với sức khỏe cộng đồng và sự phát triển bền vững kinh tế xã hội của đất nước

Nhuộm màu thực phẩm bằng thực vật là tri thức và kinh nghiệm truyền thống lâu đời của các dân tộc Việt Nam, nhất là đồng bào các dân tộc thiểu số Hơn thế, với phong tục tập quán khác nhau, cư trú trên các vùng lãnh thổ có điều kiện tự nhiên riêng biệt, mỗi dân tộc có kinh nghiệm và tri thức độc đáo mang tính bản địa và văn hóa truyền thống Màu sắc sử dụng rất phong phú

và không thể không kể đến màu từ các loại lá như lá dứa, lá riềng, lá gừng, lá mây, cẩm tím, hoa mật mông, lá sau sau… đã tạo cho các sản phẩm thực phẩm thêm bắt mắt và tăng giá trị cảm quan Trên cơ sở nắm vững nhu cầu của thị trường, dựa trên nền tảng văn hóa dân tộc và thực hiện mục đích tạo ra chất màu tự nhiên theo quy mô công nghiệp, nhóm nghiên cứu tiến hành

nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng kiến thức bản địa về cây nhuộm màu vàng trong tách chiết chất màu sử dụng vào nhuộm màu thực phẩm”

1.2 Mục đích của đề tài

- Sưu tầm và sử dụng kiến thức bản địa về nhuộm màu vàng thực phẩm

của đồng bào dân tộc ở một số tỉnh miền núi phía Bắc ứng dụng vào lựa chọn, đánh giá nguyên liệu cho nghiên cứu chất màu vàng thực phẩm

- Nghiên cứu tối ưu các điều kiện chiết tách để nâng cao tỷ lệ thu hồi chất màu vàng thực phẩm

- Bước đầu xây dựng quy trình chiết tách màu vàng thực phẩm từ thực vật bản địa, làm tiền đề nghiên cứu sản xuất chất màu vàng quy mô công nghiệp

- Bảo tồn và phát triển kiến thức bản địa góp phần bảo tồn tập quán, bản sắc dân tộc và phát triển kinh tế - xã hội

1.3 Yêu cầu của đề tài

- Sưu tập được kiến thức bản địa ở một số tỉnh miền núi phía Bắc về cây nhuộm màu vàng thực phẩm

- Lựa chọn được nguyên liệu và dung môi chiết phục vụ chiết tách chất màu vàng thực phẩm

- Hoàn thiện được các điều kiện kỹ thuật chiết tách chất màu vàng từ thực vật phục vụ xây dựng quy trình tách chiết chất màu vàng từ thực vật

- Đề xuất được quy trình chiết tách chất màu vàng thực phẩm từ thực vật

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về nguyên liệu

Cho tới nay, đã điều tra phát hiện và ghi nhận 46 loài thực vật bậc cao thuộc 27 họ thực vật được đồng bào các dân tộc thiểu số ở các tỉnh miền Bắc Việt Nam sử dụng để nhuộm màu thực phẩm [7]

Trong số các loài thực vật đã tìm hiểu, một số loài chỉ được sử dụng trong cộng đồng rất hẹp Các loài cây nhuộm màu phổ biến trong hầu hết các dân tộc thiểu số gồm có:

- Các cây dùng để nhuộm màu vàng: nghệ vàng, mật mông, dành dành…

- Các cây để nhuộm màu đỏ: cẩm, gấc, gỗ vang…

- Các cây để nhuộm màu xanh: bồng bồng, lá mây, lá dứa, mơ dây…

- Các loại cây dùng để nhuộm màu tím: cẩm tím, mồng tơi…

- Các loài cây dùng để nhuộm màu đen: sau sau, núc nác, trám đen… Mặc dù loài cây nhuộm màu được phát hiện không lớn nhưng với kinh nghiệm truyền thống người ta có thể nhuộm thực phẩm thành hầu hết các màu trong tự nhiên Trong số đó, hiện nay người ta thường sử dụng một số loài thực vật như: nghệ, dành dành, mật mông,… để nhuộm màu vàng thực phẩm

2.1.1 Dành dành

Dành dành, có tên khoa học là Gardenia jasminoides thuộc họ Cà phê (Rubiaceae) Cây thuộc loại nhỡ cao hơn 1m, phân cành nhiều Lá mọc đối

hay mọc vòng 3, lá có hình trái xoan hay bầu dục dài, nhẵn bóng, lá kèm mềm

ôm lấy cả cành như bẹ lá Hoa mọc đơn độc ở đầu cành, màu trắng, rất thơm Cuống có 6 cạnh hình như cánh Quả mọng, hình thoi, dài khoảng 1,8cm; đường kính khoảng 0,6cm; màu vàng cam, có 6 sóng dọc màu vàng xanh Đỉnh quả có 6 lá đài tồn tại Cuống ngắn 0,3cm; cũng có 6 sóng dọc màu xanh Hạt dẹt, màu đỏ, kích thước 3 x 2mm, dính nhau thành một khối [31] Dành dành là cây của vùng lục địa Đông nam châu Á, mọc hoang ở nhiều nước Dân gian hay làm cảnh trước sân nhà hoặc hai bên lối đi, hoa dành dành có mùi thơm nhẹ nhàng dễ chịu

Quả dành dành chưa các iridoid glycoside: gardosid, shanzhisid, geniposid, acid geniposidid, geniposid, genipingentiobiosid, scandosid methylester, gardenosid [31]

Lá chứa một chất iridoid là cerbinal [31]

Hoa chứa steroid: acid gardenoic B; 2 cycloartan triterpenoid, acid gardenic và acid gardenolic B Tinh dầu: benzyl acetat, hydroxycentronenlal

và eugenol [31]

2.1.2 Mật mông

Mật mông tên khoa học là Buddleia officinalis Maxim, thuộc họ Bọ chó Buddleiaceae.Cây nhỡ, có nhánh non phủ lông đơn, sít nhau, màu hung hay trăng trắng và những lông tuyến Lá xoan hay thuôn ngọn giáo, dài 5 ÷ 15cm, rộng 1 ÷ 3cm, nhọn hay có mũi ở đầu, nguyên hay có răng, dài 5 ÷ 11cm, rộng 2 ÷ 4cm, nhẵn ở trên, có lông bột ở dưới, dạng màng hay hơi dai Hoa trắng, vàng vàng, thành chuỳ ở ngọn thường hẹp, dài 15cm, gồm những xim

có cuống, nhiều hoa Quả nang hoá sừng, thuôn bầu dục, hai lần dài hơn đài Hoa nở vào tháng 2 ÷ 4, quả vào tháng 5 ÷ 8 [32]

Cây mọc ở Cao Bằng, Lạng Sơn,… trên các núi đá vôi Thu hái hoa vào mùa xuân, lúc hoa chưa nở hết mang về phơi khô và được sử dụng dần

Hoa chứa chủ yếu 8 hợp chất flavonoid: acacetin, apigenin, luteolin, neobudofficide, linarin, luteolin-7-O-rutinoside, luteolin-7-O-glucoside và cosmosiin [32]

2.1.3 Nghệ

Nghệ còn có tên là uất kim, khương hoàng, safran des Indes

- Tên khoa học Curcuma longa L (Curcuma domestica Lour)

- Thuộc họ Gừng Zingiberaceae

- Ta dùng thân rễ gọi là khương hoàng (Rhizoma Curcumae longae) và

rể củ gọi là uất kim (Radix Curcumae longae)

Nghệ là một loài cây cao 0,60m đến 1m Thân rễ thành củ hình tròn hơi dẹt, khi bẻ hoặc cắt ngang có màu vàng cam sậm Lá hình trái xoan thon nhọn hai đầu, hai mặt đều nhẵn dài khoảng 45cm, rộng khoảng 18cm Cuốn lá có

bẹ, cụm hoa mọc từ giữa các lá lên, thành hình nón thưa, lá bắc hữu thụ khum

hình máng rộng, đầu tròn màu xanh lục nhạt, lá bắc bất thụ hẹp hơn, màu hơi tím nhạt Tràng có phiến, cánh hoa ngoài màu xanh lục vàng nhạt, chia thành

ba thùy, thùy trên to hơn, phiến cánh hoa trong cũng chia thành ba thùy, hai thùy hai bên đứng và phẳng, thùy dưới hõm thành máng sâu [13]

Thành phần hóa học của củ nghệ vàng gồm có: Chất màu curcumin, tinh dầu nghệ dễ bay hơi, chất xơ, chất khoáng, protein, chất béo, nước… [25]

và liều lượng cho phép [18]

Nhóm chất màu vàng: nhóm chất màu này thường được dùng nhiều trong sản xuất bánh kẹo, mứt, đồ uống, rượu, vỏ ngoài phomat, vỏ ngoài thịt chín [18]

Nhóm chất màu đỏ: chất màu đỏ tổng hợp amaranth có kí hiệu quốc tế là E123 dùng trong chế biến tôm đóng hộp với mức quy định 30 mg/kg trong sản phẩm cuối cùng [8]

Nhóm chất màu xanh: brillantblue FCF dùng trong dưa chuột dầm với mức quy định là 300 mg/kg, có thể dùng một mình hay kết hợp với màu khác [18]

Nhóm chất màu đen: màu đen sáng BN được kí hiệu E151 được dùng để trang trí thực phẩm [8]

2.2.2.2.Chất màu vô cơ

Các chất màu vô cơ chủ yếu dùng để trang trí thực phẩm, sử dụng các loại bột nhẹ để chống dính ở bền mặt FeO, F2O3 có màu đỏ dùng để trang trí

bề mặt thực phẩm như mứt, bánh kẹo Phần lớn các chất màu vô cơ đều có tính độc vì vậy cần thận trọng khi sử dụng [18]

Các chất màu được chiết xuất từ tự nhiên, không gây độc cho con người

vì vậy được coi là nguồn phụ gia thực phẩm an toàn nhất [18]

2.2.2.3 Chất màu tự nhiên

Chất màu tự nhiên là các loại màu được chiết tách từ động vật, thực vật hay từ chất khoáng Hợp chất màu này dễ bị phân hủy và mất đi trong quá trình chế biến thực phẩm Vì thế, cần phải có biện pháp kỹ thuật cần thiết để giữ màu sắc tự nhiên của sản phẩm [3]

Các chất màu được chiết xuất từ tự nhiên, không gây độc cho con người

vì vậy được coi là nguồn phụ gia thực phẩm an toàn nhất [18]

Phần lớn các chất màu thực phẩm đều có nguồn gốc từ tự nhiên không bền như các chất màu tổng hợp và chúng có mùi, vị gần giống với mùi tự nhiên của chúng Mặt khác, tuy xuất phát từ các nguồn tự nhiên như nhau nhưng thành phần của chúng cũng khác nhau Sự khác nhau phụ thuộc vào vị trí địa lí, khí hậu và điều kiện canh tác

Các chất màu tự nhiên thường gặp chủ yếu ở trong các nguyên liệu thực vật, có thể chia làm 3 nhóm chính: Chlorophyll (diệp lục hay chất màu xanh lá cây), các carotenoid (có trong lục lạp, cho quả và rau màu da cam, màu vàng và đôi khi có màu đỏ), các chất màu flavonoid (có trong các không bào, có màu

đỏ, xanh và vàng) [3]

Màu tự nhiên được phép sử dụng trên toàn thế giới Tuy vậy, việc cho phép sử dụng ở từng quốc gia cũng có sự khác nhau Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn màu phù hợp cho sản phẩm thực phẩm cần chú ý: màu sắc yêu cầu của sản phẩm, phù hợp với luật thực phẩm, dạng vật lí sử dụng (màu nước hay màu bột), thành phần của thực phẩm, điều kiện chế biến (nhiệt độ, thời gian chế biến), bao gói, các điều kiện bao gói (ánh sáng, nồng độ oxy…), yêu cầu bảo quản và các điều kiện bảo quản

Bảng 2.1 Danh mục các chất màu thực phẩm được phép sử dụng ở Việt

Nam [7]

TT Tên chất Màu và nhóm chất Nguồn gốc

TT Tên chất Màu và nhóm chất Nguồn gốc

2.2.3 Các nhóm chất màu chính

2.2.3.1 Chlorophyll

Chlorophyll là một sắc tố chlorin Các sắc tố chlorin được tạo thành thông qua con đường trao đổi chất và có cấu trúc khá giống như các sắc tố porphyrin khác (ví dụ như heme) Tại trung tâm của vòng chlorin là một ion

RB, 1960) [28] Chlorophyll a có màu xanh đậm sáng, công thức hóa học C55H72O5N4Mg Chlorophyll b có màu xanh vàng, công thức hóa học C55H70O6N4Mg

Hình 2.1 Cấu tạo hóa học của Chlorophyll [20]

Chlorophyll a: X= CH3 Chlorophyll b: X= CHO

Chlorophyl a (C55H72O5N4Mg) và chlorophyll b (C55H70O6N4Mg) không tan trong nước, tan ít trong ether dầu hỏa, tan trong ethanol, acetone, benzene…[21]

Chlorophyll có thể bị oxy hóa do oxy và ánh sáng, do xúc tác với các lipid bị oxy hóa hoặc do tác dụng của enzyme lipoxydase Các quá trình oxy hóa này có thể xảy ra trong rau bảo quản ở độ ẩm tương đối của không khí dưới 30%, còn khi độ ẩm tương đối cao hơn thì chlorophyll lại bị biến đổi thành pheophytin [21]

Ngoài ra, Chlorophyll có thể tác dụng với acid hay base Tác dụng với acid: khi gia nhiệt trong môi trường acid, màu xanh của chlorophyll bị mất đi tạo màu sẫm, một mặt là do protein bị đông tụ làm vỏ tế bào bị phá hủy, mặt

M g N N

N N

khác do chlorophyl bị H2 thay thế tại vị trí Mg chuyển thành pheophytin có màu xanh olive [21]

Tác dụng với base: khi cho tác dụng với kiềm nhẹ như carbonat kiềm, kiềm thổ chúng sẽ trung hòa acid và muối của dịch tế bào và tạo nên môi trường kiềm làm chlorophyll bị xà phòng hóa cho rượu phytol, methanol và acid chlorophilic Khi xà phòng hóa ta có sản phẩm có màu xanh đậm hơn, bền hơn [21]

Tác dụng với kim loại: sự tiếp xúc với kim loại như Fe, Cu, Al, Sn thì chlorophyll sẽ bị sẫm màu do các kim loại này sẽ thay thế Mg trong chlorophyll và sẽ cho ra các màu khác nhau (với Fe cho màu nâu, với Sn và

Al cho màu xám, với Cu cho màu xanh sáng) [21]

Hình 2.2 Sơ đồ chuyển hóa của chlorophyll [21]

Giá trị pH đóng vai trò khá quan trọng trong phản ứng giữ màu, gia tăng

pH giữ màu tốt hơn (có màu xanh đậm hơn) nhưng sản phẩm có màu sắc không ổn định Các muối anonium thường dùng trong phản ứng để làm chậm

sự hình thành pheophytin trong các loại rau quả lạnh đông có qua chần [21]

2.2.3.2 Anthocyanin

Các anthocyanin hiện thuộc nhóm chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp,

trong đó anthocyanin là sự kết hợp giữa anthos - nghĩa là hoa và kysanesos -

nghĩa là màu xanh [23]

Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng an toàn trong thực phẩm và dược phẩm với giá thành cao (khoảng 1000USD/100mg) Chúng tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và có nhiều trong rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, lá tía tô, gạo đỏ, hạt ngô đen… [16]

Theo Nguyễn Duy Thịnh (2008) [18], có 4 loại anthocyanin là pelacgonidin, xianidin, denfinidin và apigenidin

Anthocyanin là những glucozid do gốc đường glucose, galactose kết hợp với gốc aglucon có màu

Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin [21]

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực

Màu sắc của anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ (khi đun nóng lâu trong nước, anthocyanin bị phá hủy một phần), các chất màu và nhiều yếu

tố khác… Khi tăng nhóm OH trong vòng benzene thì màu càng xanh đậm Khi tác dụng với Sn có màu lam, với Al có màu tím, với Fe, Cu thì bị biến màu [21]

Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzene càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm OH ở vị trí thứ 3 kết hợp với các gốc đường thì màu

sắc cũng sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít [21]

Màu sắc của anthocyanin cũng thay đổi phụ thuộc rất mạnh vào pH môi trường Thông thường khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì

có màu xanh Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu

cam đến đỏ, ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về dạng base cacbinol hay base chalcon không màu, ở pH = 7 ÷ 8 lại về dạng base quinoidal anhydro

màu xanh Màu sắc của anthocyanin còn có thể thay đổi do độ hấp thụ ở trên polysaccarit [20]

Tóm lại, trong môi trường acid, các anthocyanin là các base mạnh và có thể tạo muối bền vững với acid Anthocyanin cũng có khả năng cho muối với base Muối với acid thì có màu đỏ, còn muối với base thì cho màu xanh [21]

2.2.3.3 Carotenoid

Carotenoid có công thức cấu tạo C40H56 là một loại hidratcarbon chưa bão hòa gồm 18 nguyên tử carbon hình thành 1 hệ thống các liên kết đơn, đôi xen kẽ, có 4 nhóm CH3 mạch nhánh Các loại carotene quan trọng là α-carotene, β-carotene, γ-carotene [10]

Carotenoid là nhóm chất hòa tan trong chất béo làm cho quả và rau có

màu da cam, màu vàng và màu đỏ Nhóm này gồm từ 65 ÷ 70 chất màu tự

nhiên, tiêu biểu là carotene, licopen, xantofil, capxantin và xitroxantin Carotenoid có trong đa số cây (trừ một số nấm) và hầu như có trong tất cả các

cơ thể động vật Hàm lượng carotenoid trong lá xanh chiếm khoảng 0,07 ÷

0,2% chất khô Tất cả các carotenoid đều không hòa tan trong nước, rất nhạy đối với acid và chất oxy hóa nhưng lại bền vững với kiềm Một trong những đặc điểm của carotenoid là có nhiều nối đôi luân hợp tạo nên những nhóm mang màu của chúng Màu của chúng phụ thuộc vào những nhóm này Tất cả các carotenoid tự nhiên có thể xem như dẫn xuất của licopen [18]

Thiên nhiên có đến khoảng 700 loại carotenoid khác nhau, trong đó có

50 loại carotenoid hiện diện trong thực phẩm Trong máu của người có

khoảng 15 loại được tìm thấy và chúng đang được chứng minh là đóng vai trò quan trọng đối với đời sống con người [30]

Hình 2.4 Công thức cấu tạo của một số carotenoid [10]

Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi Có độ hòa tan cao Hòa tan trong chất béo, các dung môi chứa clo

và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng, màu đỏ

Màu sắc của carotenoid được tạo ra nhờ sự có mặt của hệ các nối đôi liên hợp trong phân tử

Phần lớn các nối đôi này có cấu hình dạng trans Khả năng hấp thụ sóng mạnh nhất ở những bước sóng khác nhau của hệ nối đôi liên hợp được

sử dụng để phân tích cấu trúc, định tính cũng như định lượng carotenoid [10] Tính hấp thụ ánh sáng: Chuỗi polyne liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như các nhóm chức gắn trên vòng

2.2.4 Vai trò của chất màu thực phẩm

Chất màu không có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng nhưng chất màu có

vai trò rất lớn trong các mặt sau:

Gia tăng màu sắc đặc hiệu của thực phẩm có cường độ màu kém

Làm đồng nhất màu sắc của thực phẩm [21]

Tạo thực phẩm có màu sắc hấp dẫn hơn nhằm tăng tính thẩm mỹ

Tôn vinh văn hóa ẩm thực, tăng thêm giá trị tinh thần cuộc sống

Giúp phục hồi lại chất màu tự nhiên ban đầu của sản phẩm bị mất đi trong quá trình chế biến hay trong quá trình bảo quản [21]

Xác định rõ hay nhấn mạnh cho người tiêu dùng chú ý đến màu tự nhiên

ở rất nhiều thực phẩm [21]

Giúp người tiêu dùng xác định rõ được những thực phẩm đã được xác định theo thói quen tiêu dùng [21]

2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về cây nhuộm màu thực phẩm

2.3.1 Tình hình nghiên cứu cây có chất màu ở Việt Nam

Kinh nghiệm sử dụng tài nguyên thực vật của nhân dân ta rất phong phú

và đa dạng dưới nhiều hình thức vào các mục đích khác nhau như: làm lương thực, thực phẩm, xây dựng, chăm sóc sức khỏe, thẩm mỹ, làm cảnh Đặc biệt phải kể đến nhuộm màu thực phẩm, các cây dùng để nhuộm màu thực phẩm gồm tất cả các loài thực vật có thể dụng trực tiếp hoặc được chế biến thành các sản phẩm dùng để nhuộm màu cho các loại thực phẩm

Từ lâu, các nhà khoa học đã tiến hành chiết tách các chất nhuộm màu thực phẩm từ thực vật Tuy nhiên hiện vẫn còn phải sử dụng nhiều chất màu được tổng hợp bằng con đường hóa học Khi chất màu nhuộm công nghiệp được đem vào sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt của người dân thì người ta đã phát hiện ra các nhược điểm của sản phẩm chất màu công nghiệp vì chúng có thể gây nên các tác dụng phụ (tác nhân gây ung thư, rối loạn thần kinh, tiêu hóa, ngộ độc ) Vì vậy trong những năm gần đây con người càng thấy được tính ưu việt của các sản phẩm tự nhiên và đã quan tâm nghiên cứu các chất

nhuộm màu có nguồn gốc thực vật để sử dụng chúng nhất là trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm [7]

Chất nhuộm màu có nguồn gốc thực vật thuộc nhiều nhóm cấu trúc hóa học khác nhau, một số có thể hình nhìn thấy bằng trực giác, một số khác chỉ biểu hiện màu qua quá trình xử lý Do vậy, nghiên cứu các loài cây cho màu nhuộm trong hệ thực vật Việt Nam là vấn đề được nghiên cứu cả hiện tại và lâu dài

Về điều tra cơ bản mang tính liệt kê các loài thực vật cho màu nhuộm có công trình: Lưu Đàm Cư, Trần Minh Hợi (1995) [5] đã sơ lược đánh giá các cây nhuộm màu nói chung thường gặp ở nước ta, và ghi nhận ở Việt Nam có trên 200 loài cây cho chất nhuộm màu thuộc 57 chi, thuộc 28 họ Gần đây, Lưu Đàm Cư và cs (2002) [6] đã điều tra phát hiện 114 loài cây được hoặc có thể sử dụng để nhuộm màu thực phẩm ở Việt Nam Với hệ thực vật ở Việt Nam đa dạng và phong phú (ước tính có khoảng 11.000 đến 12.000 loài) chắc chắn đây sẽ là nguồn nguyên liệu cho chất nhuộm màu đa dạng và phong phú

về chủng loài Vì vậy, đây mới chỉ là bước nghiên cứu khởi đầu Công trình nghiên cứu “Bảo tồn và lưu trữ nguồn gen cây nhuộm màu thực phẩm của đồng bào vùng núi phía bắc” của Luân Thị Đẹp và cộng sự cho thấy tại 6 tình vùng núi phía bắc có 31 loài cây nhuộm màu thực phẩm thường xuyên được

bà con sử dụng Công trình nghiên cứa “Cây nhuộm màu truyền thống của người thái đen tại huyện Thuận Châu, Sơn La” của Lưu Đàm Ngọc Anh và công sự cho thấy có 30 loài thực vật dùng nhuộm màu thuộc 22 họ

Các nghiên cứu về kỹ thuật và công nghệ chiết tách chất màu từ thực vật, đáng lưu ý là công trình “Nghiên cứu sản xuất chất màu tự nhiên” (Ngô Thị Thuận, 1994) [19], “Xây dựng quy trình công nghệ chiết tách và tổng hợp chất màu thực phẩm” (Ngô Thị Thuận, 1995), “Khả chiết tách chất màu thực phẩm từ cây Mật mông” (Nguyễn Thị Phương Thảo, Lưu Đàm Cư, 2003) Ngoài ra, đã có một số công bố về thành phần hóa học của dịch chiết từ cây

Lá diễn và hạt Dành dành (Giang Thị Sơn và cs, 2001) “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto quy mô 10 kg/ mẻ

bằng dung dịch KOH” (Nguyễn Đắc Đạt,và cs, 2013), công trình “Nghiên

cứu quy trình chiết tách chất màu tự nhiên từ cây cẩm (Peristrophe bilvalvis(l.)Merr)” của Nguyễn Thị Thanh Hương và công sự trên tạp chí

Khoa học và công nghệ “Khảo sát ảnh hưởng của hệ dung môi, phương pháp

và nhiệt độ trích ly đến mật độ và độ bền màu của anthocyanin từ bắp cải tím” (Trịnh Kim Vẹn và cs, 2008), “ Xác định hàm lượng anthocyanin trong một

số nguyên liệu rau quả bằng phương pháp pH vi sai” (Huỳnh thị Kim Cúc và

cs, 2013)

Các công trình nghiên cứu nói trên đã thu được những kết quả rất khả quan, chứng minh một cách khoa học về khả năng thực tế có thể sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm từ nguyên liệu thực vật của nước ta Các công trình mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu về một số đối tượng cụ thể, thường gắn với các nghiên cứu làm thuốc chữa bệnh, do vậy chưa thấy hết tiềm năng các chất nhuộm màu thực phẩm trong cả hệ thực vật

2.3.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu thực phẩm trên thế giới

Hàng năm có khoảng 7000 tấn chất màu dùng trong thực phẩm, sản lượng chất màu tự nhiên chỉ đáp ứng được 1/3 nhu cầu sử dụng và chất màu nhân tạo vẫn là sự lựa chọn của không ít các doanh nghiệp thực phẩm Chất màu nhân tạo sẽ mất an toàn nếu không tuân thủ các quy định

về chủng loại cũng như liều lượng cho phép An toàn là yêu cầu hàng đầu của sản phẩm thực phẩm Bởi vậy nhu cầu sử dụng chất màu tự nhiên ngày càng trở nên cần thiết

Xu hướng sản xuất chất màu thực phẩm là chiết tách chất màu từ thực vật cho chất lượng rất tốt Đây là hướng nghiên cứu được đặc biệt quan tâm, bởi chất màu thu được thường có tính an toàn cao, giá thành hạ Nhiều chất màu đã được sản xuất và đưa vào ứng dụng (chất nhuộm màu tím thu từ vỏ quả nho, chất nhuộm màu đỏ thu từ hoa của cây điều nhuộm, chất indigotine nhuộm màu xanh thu từ lá cây chàm )

Hiện nay, nghiên cứu các chất nhuộm màu cho thực phẩm trên thế giới được tập trung vào các hướng sau:

- Điều tra, phát hiện và nghiên cứu chiết tách các chất nhuộm màu thực phẩm từ nguyên liệu tự nhiên nhưng chủ yếu từ thực vật Đây là hướng nghiên cứu được đặc biệt quan tâm bởi chất màu thu được thường có tính an toàn cao, giá thành hạ

- Nghiên cứu bán tổng hợp chất nhuộm màu từ các hợp chất thu nhận từ thực vật Đây là hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng, có thể sản xuất nhiều chất màu khác nhau Tuy nhiên giá thành sản phẩm cao và đòi hỏi công nghệ phức tạp

- Nghiên cứu sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm bằng công nghệ sinh học Đây là hướng nghiên cứu đang được triển khai ở một số nước có trình độ

vô cơ trong công nghiệp thực phẩm [7]

Do những tiêu chuẩn chặt chẽ về mức độ an toàn, cho tới nay thế giới mới chỉ thừa nhận 73 hợp chất (hoặc dịch chiết, phức chất) là chất nhuộm màu thực phẩm Trong số này một số hợp chất chỉ được phép sử dụng trong một số quốc gia nhất định

Hiện nay có một số loại cây cho chất nhuộm màu thực phẩm được trồng và khai thác ở một số nước với số lượng lớn Ví dụ: Cutch là nước

chiết sấy khô của cây acacia catechu Nước sản xuất chính là Ấn Độ, các

nước khác cũng sản xuất :Pakistan, Bangladesh, Myanmar và Thái Lan

Chất màu annatto được lấy từ cây điều nhuộm - bixa orellana Nước xuất

khẩu chính là Peru và Kenya, nước nhập khẩu chính: Mỹ, Nhật và một số nước Đông Âu [7]

Một số cây khác được trồng với mục đích làm nguyên liệu sản xuất chất màu thực phẩm: indigofera tinctoria, tagetes erecta, lawsonia inermis, curcuma longa, crocus sativus…

Trên thế giới trong những năm gần đây nhiều nghiên cứu mới đã áp dụng công nghệ sinh học trong việc nâng cao sản lượng tổng hợp các chất màu tự nhiên Các phương pháp mới chủ yếu dựa vào việc nuôi cấy tế bào các loài thực vật, vi sinh vật đã xác định là có thành phần sắc tố được sử dụng trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm Năm 1995, Ajinomoto đã cho ra phương pháp điều chế màu đỏ tự nhiên bằng cách nuôi cấy mô sần của

các cây thuộc chi Aralia Cùng năm 1995, Kondo T đưa ra phương pháp sản xuất anthraquinone từ một số cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae) Phương pháp sản xuất màu đỏ rum bằng nuôi trồng mô sần hồng hoa (Carthamus tinctorius), Mitsui-Eng.Shipbdg được đề xuất vào năm 1990 I.Narisu-

Keshohin, 1991 đưa ra phương pháp sản xuất chất màu bằng cách nuôi cấy

mô của lá cây oải hương (Lavandula angustifolia) [7]

Các nghiên cứu về chất màu thực phẩm tự nhiên không chỉ được tiến hành đối với các loài động vật mà còn nghiên cứu đối với các tế bào vi sinh

vật Một số chi được quan tâm nhiều là: Aspergillus, Pseudomonas… Năm

1996, Kasenkov O.I đưa ra một phương pháp điều chế chất nhuộm thực

phẩm màu đỏ từ các nguyên liệu thực vật được lên men bởi Aspergillus Sử

dụng nguyên liệu thực vật là thành phần môi trường để nuôi cấy các loài

thuộc chi Trichoderma thì môi trường được đơn giản hóa và thu được hiệu suất chất màu được tăng lên đáng kể Cùng sử dụng Pseudomonas để sản xuất

ra các sản phẩm màu, House-Food (1991) đã chỉ ra một số dòng có thể cho ra sản phẩm với hiệu suất cao Các dòng đó là: FERM BP-2933, FERM BP-

2932 Trong dịch nuôi cấy Linsmaier- Skoog nếu có thêm một loại thực vật nhất định và muối sắt thì chúng có thể cho tới trên 400 µg sản phẩm/ml Chất màu ferropyrimine có thể thu trực tiếp từ môi trường nuôi cấy Loài thực vật

được chọn có thể thuộc các họ như: Liliaceae, Crucifarae, Polygonaceae, Leguninosae, Solanaceae và Gesneriaceae [7]

Sử dụng các chất màu thực phẩm do có quan hệ trực tiếp đến sức khỏe con người Vì vậy, ở nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ đã ban hành luật về sử dụng chất màu trong thực phẩm Trong các Bộ luật về chất màu thực phẩm, các chất màu có nguồn gốc là sắc tố thực vật được quy định ưu tiên

Thế giới có Ủy ban tiêu chuẩn thực phẩm Codex quốc tế - CAC đưa ra các tiêu chuẩn quản lý chặt chẽ danh mục các chất màu về mã số và giới hạn

sử dụng Theo quy định của Liên minh châu Âu (EU), các chất màu thực phẩm có mã số từ E100 đến E172 Đây là quy chế được sử dụng rộng rãi trên thế giới Luật sử dụng chất màu thực phẩm ở châu Âu cũng quy định rõ các sản phẩm màu được sử dụng trong thực phẩm [7]

Tóm lại, hiện nay chỉ có 31% chất màu được sử dụng là chất màu tự nhiên, do đó nghiên cứu chất màu thực phẩm trên thế giới được quan tâm rất lớn ở nhiều quốc gia với nhiều hướng nghiên cứu mới Trong các hướng nghiên cứu đó, việc tìm kiếm và chiết tách chất màu từ thực vật vẫn được ưu tiên hàng đầu

Nước là loại dung môi phân cực mạnh, ngoài ra còn các alcol bậc thấp như methanol, ethanol, propanol, butanol…, các dung môi không phân cực như ether, ether dầu hoả, benzene, aceton, hexan… Các chất nằm trong hai nhóm trên gọi là các chất phân cực yếu hoặc trung bình như etylacetate, chloroform, aceton

Hợp chất chứa nhiều nhóm phân cực thì càng dễ hoà tan trong nước, hợp chất không chứa nhóm phân cực đều hoà tan trong ether và dung môi không phân cực [17]

2.4.2 Phương pháp trích ly

Nguyên tắc của trích ly bằng dung môi là dựa vào sự thẩm thấu dung môi vào tế bào, các chất trích ly hoà tan vào dung môi và khuếch tán ra khỏi tế bào Quá trình trích ly kết thúc khi chất cần trích đạt nồng độ cân bằng trong và ngoài

tế bào Quá trình trích ly bằng dung môi có ưu điểm là thiết bị đơn giản, có thể

xử lý một lượng rất lớn nguyên liệu và có thể thực hiện quy trình liên tục [17] Mỗi loại hợp chất có độ hoà tan khác nhau trong từng loại dung môi, vì vậy không thể có một phương pháp chiết xuất chung áp dụng cho tất cả các loại hợp chất Nếu dùng một dãy các dung môi từ không phân cực đến phân cực mạnh để chiết phân đoạn các chất trong nguyên liệu thì sẽ dễ thu nhận được: Trong phân đoạn chiết bằng ether và ether dầu hỏa sẽ có: chlorophyll, carotene, tinh dầu…[17]

Trong dịch ly trích bằng cồn có: glucoside, ankaloid, flavonid, các hợp chất phenol khác, nhựa, axit hữu cơ, tanin [17]

Trong dịch ly trích bằng nước có: glucoside, tanin, các đường, các hợp chất hydratccabon như: pectin, gốm, các protein thực vật và muối vô cơ [17]

2.5 Cơ sở lý thuyết về màu sắc và phương pháp so màu

Khi dãy ánh sáng trắng xuyên qua dung dịch màu, các bước sóng nhất định sẽ được hấp thu (tuỳ thuộc vào bản chất của dung dịch), trong khi những bước sóng khác thì gần như không bị ảnh hưởng Màu của dung dịch sẽ là màu của ánh sáng không hấp thu Những điều kiện này được tóm tắt trong bảng 2.2 sau đây:

Bảng 2.2: Màu sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được [16]

l: chiều dài của ánh sáng đi qua dung dịch (thường là 1cm)

lg(I0/Ie) : được gọi là mật độ quang (OD - optical density) hay khả năng hấp thụ, hay độ hấp thụ (A - absorbancy) Trong thực hành, giá trị này thu trực tiếp từ máy đo [17]

Từ phương trình trên, dễ dàng nhận thấy rằng khi l (độ dài) được giữ không đổi thì mật độ quang sẽ tỷ lệ thuận trực tiếp với nồng độ của chất màu

Vì vậy đường chuẩn (sẽ là một đường thẳng) có thể được vẽ từ một dãy các

dung dịch chuẩn với các nồng độ khác nhau Trong nhiều trường hợp độ hấp thu và nồng độ không tỷ lệ thuận [17]

Để so màu, người ta chọn điều kiện sao cho mật độ quang (OD) nằm trong khoảng 0,1 ÷ 1; tốt nhất 0,1 ÷ 0,5 [17]

Bảng 2.3: Mối liên quan giữa bước sóng và màu sắc [17]

Bước sóng

400

Tím (400÷465) Xanh da trời (465 ÷ 482) Xanh da trời - xanh lá cây (482 ÷ 497)

500

Xanh lá cây (497 ÷530) Xanh lá cây - vàng (491 ÷ 530) Vàng (575 ÷ 580)

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu

Các loài thực vật có khả năng nhuộm màu vàng đối với thực phẩm: nghệ vàng, hoa mật mông, hạt dành dành

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu

Các cuộc điều tra thực địa để thu thập thông tin, kinh nghiệm, tri thức nhuộm màu vàng thực phẩm được tiến hành tại các cộng đồng người dân tộc thiểu số ở các địa phương sau:

- Tại cộng đồng người dân tộc tại thị xã Cao Bằng, tỉnh Cao Bằng

- Tại cộng đồng người dân tộc tại thị xã Văn Lãng, tỉnh Lạng Sơn

- Tại cộng đồng người dân tộc tại tỉnh Tuyên Quang, Lạng Sơn, Hà Tây

- Tại phòng thí nghiệm Vi sinh, khoa Công nghệ sinh học – Công nghệ thực phẩm

3.1.3 Thời gian nghiên cứu

Thực hiện từ 12/2013 đến 5/2014

3.1.4 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

Hóa chất: Ca(OH)2, HCl, NaOH, ethanol và methanol (Trung Quốc)

Bảng 3.1 Thiết bị thí nghiệm

Máy đo quang phổ hấp thụ tử ngoại UV - Vis Mỹ

Bảng 3.2 Dụng cụ thí nghiệm

Bếp điện Trung Quốc Bình tam giác Việt Nam

Cân phân tích Trung Quốc Bình định mức Việt Nam

3.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Sưu tập kiến thức bản địa ở một số tỉnh miền núi phía Bắc

về cây nhuộm màu vàng thực phẩm và đánh giá lựa chọn nghiên cứu sử dụng tạo chất nhuộm màu thực phẩm

Nội dung 2: Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu và dung môi chiết phục vụ

chiết tách chất màu vàng đạt hiệu suất cao

Nội dung 3: Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật chiết tách chất màu vàng từ

và điều tra thực trạng sử dụng cây nhuộm màu vàng để làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm tại cộng đồng các dân tộc như cộng đồng dân tộc Tày, Nùng, Mông…

Kỹ thuật điều tra: Xây dựng hệ thống câu hỏi theo nội dung nghiên cứu nhằm thu thập thông tin về những kinh nghiệm của đồng bào các dân tộc trong hoạt động sản xuất thực phẩm truyền thống, những kinh nghiệm trong canh tác, quản lý và sử dụng cây nhuộm màu thực phẩm… Đối tượng điều tra được chọn theo phương pháp kết hợp giữa chọn ngẫu nhiên và phương pháp chọn có chủ định Đối với các hộ nông dân, tập trung điều tra các chủ hộ gia đình thuộc diện trung niên có kinh nghiệm trong việc sử dụng thực vật nhuộm màu vàng thực phẩm

3.3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu và dung môi chiết phục vụ chiết tách chất màu vàng

Thí nghiệm 1: Nghiên cứu lựa chọn dung môi chiết phục vụ chiết tách chất màu vàng từ thực vật

Bảng 3.3 Lựa chọn nguyên liệu và dung môi chiết phục vụ chiết tách chất

(g)

Thể tích dung môi (ml)

Khối lượng gạo

(g)

Loại dung môi

Nước nóng

Nước lạnh Ethanol Methanol

Với mục đích lựa chọn loại nguyên liệu có hàm lượng chất màu lớn nhất

và dung môi chiết thích hợp để sử dụng cho kỹ thuật chiết tách chất chất màu, tôi tiến hành thí nghiệm trên các loại nguyên liệu trên và với 4 loại dung môi khác nhau là nước nóng, nước lạnh, ethanol, methanol

Nguyên liệu làm sạch, mỗi mẫu thí nghiệm cân 10g nguyên liệu, lượng dung môi là 200ml và khối lượng gạo nếp để nhuộm xôi màu là 50g Nguyên liệu được

xử lí sơ bộ, bổ sung 200ml dung môi vào, tiến hành ngâm gạo nếp trong dịch chiết

đó trong vòng 4 ÷ 5 giờ Sau khi ngâm xong, tiến hành đo giá trị OD và đánh giá cảm quan mức độ ưa thích trên chỉ tiêu màu sắc để lựa chọn nguyên liệu cho màu sắc đẹp nhất

Sau khi lựa chọn nguyên liệu và dung môi thích hợp dựa vào kết quả đó thực hiện các thí nghiêm tiếp theo

Thí nghiệm 2: Xác định sự ảnh hưởng của loại nguyên liệu đến khả năng chiết chất màu vàng

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của loại nguyên liệu đến khả năng chiết chất màu

Sử dụng kết quả của thí nghiệm 1, mỗi mẫu thí nghiệm cân 10g nguyên liệu Đối với nguyên liệu khô đem sấy khô đến khối lượng không đổi Tiến hành chiết dịch từ 2 dạng nguyên liệu là khô và tươi Đem dịch chiết tiến hành đánh giá cảm quan mức độ ưa thích trên chỉ tiêu màu sắc và đo độ hấp thụ tại bước sóng cực đại để lựa chọn dạng nguyên liệu thích hợp cho kỹ thuật chiết tách chất màu vàng thực phẩm

3.3.1.3 Nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật chiết tách chất màu từ thực vật tạo ra chất màu vàng thực phẩm

Thí Nghiệm 3: Nghiên cứu tối ưu thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu đến khả năng chiết tách chất màu vàng

Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến nồng độ chất màu qua giá trị

OD tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box – Benhken với ba biến, ba cấp độ Giá trị các biến và thiết kế thí nghiệm được

Dịch sau chiết đem đo OD ở bước sóng 330 ÷ 530nm

Tiến hành thiết kế thí nghiệm theo mô mình Box- Behnken (BBD), với

ba cấp độ của nhân tố tương ứng là (-1,0,1)

Bảng 3.5 Bảng mã hóa các điều kiện tối ưu chiết tách chất màu vàng