Nghiên cứu chiết tách, tinh chế chất màu từ hạt cây điều nhuộm bằng phương pháp koh

Một trong những loại phẩm màu được người dân sử dụng phổ biến hiện nay là chất màu annatto được lấy từ hạt điều nhuộm có màu đỏ và vàng.. Và trên thế giới các nhà khoa học đã chứng minh

TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-

NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Võ Thị Ngọc Thanh

Vis, cân điện tử, tủ sấy, tủ nung, bình hút ẩm, nhiệt kế

3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định độ ẩm, hàm lượng tro hoá, hàm lượng kim loại trong hạt điều

nhuộm

- Khảo sát chọn dạng nguyên liệu chiết tối ưu, nồng độ KOH chiết tối ưu, thời gian chiết tối ưu, tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu, nhiệt độ chiết tối ưu

- Đo IR xác định một số nhóm chức trong chất màu annatto

- Định tính, định lượng chất màu annatto trong dung dịch KOH

- Đánh giá cảm quan và độc tính của chất màu annatto

4 Giáo viên hướng dẫn: GS.TS Đào Hùng Cường

5 Ngày giao đề tài: 25/09/2011

6 Ngày hoàn thành đề tài: 25/05/2012

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa Hoá ngày 25/05/2012

Kết quả điểm đánh giá Ngày tháng năm 2012

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS Đào Hùng Cường đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng dạy các bộ môn và các thầy

cô công tác tại phòng thí nghiệm Khoa Hoá – Trường Đại học Sư Phạm, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong thời gian nghiên cứu đề tài

Cuối cùng, em chân thành cảm ơn gia đình và tất cả bạn bè đã động viên và giúp đỡ em hoàn thành khoá luận của mình

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2012

Võ Thị Ngọc Thanh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

STT Tên hình Trang

3.5 Phổ UV – Vis của dịch chiết với thời gian chiết thay đổi 40 3.6 Phổ UV – Vis của dịch chiết với thể tích chiết thay đổi 43 3.7 Phổ UV – Vis của dịch chiết với nhiệt độ chiết thay đổi 45 3.8 Phổ hồng ngoại của norbixin chiết trong dung dịch KOH 47 3.9 Phẩm màu annatto tan trong dung dịch KOH và ít tan trong cồn 960

48 3.10 Phổ hấp thụ phân tử của norbixin chiết trong dung dịch KOH 49

để chế biến món ăn thêm phần thu hút

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, các phẩm màu tổng hợp dần dần được ưa chuộng bởi đặc tính rẻ, màu sắc đẹp và phong phú, độ bền màu cao… Tuy nhiên việc dùng các phẩm màu tổng hợp chưa được quản lý chặt chẽ và nghiêm ngặt nên nỗi ám ảnh của người tiêu dùng về những phẩm màu tổng hợp không an toàn ẩn chứa nhiều nguy cơ gây hại đến sức khỏe con người tăng đột biến trong rất nhiều loại thực phẩm hiện nay Do đó việc lựa chọn phẩm màu thiên nhiên không có độc tính để tạo màu cho thực phẩm đang là xu hướng được ưa chuộng Vì vậy, việc tìm ra một loại phẩm màu tự nhiên vừa đẹp, vừa có lợi cho sức khỏe, lại có độ bền màu cao đáp ứng được những yêu cầu của người sử dụng đang được các nhà khoa học quan tâm Một trong những loại phẩm màu được người dân

sử dụng phổ biến hiện nay là chất màu annatto được lấy từ hạt điều nhuộm có màu

đỏ và vàng Người dân lấy chất màu bằng cách đun dầu nóng, cho hạt điều mua trên thị trường vào, cho ra màu rồi lấy dịch đó để làm màu thực phẩm hoặc cho trực tiếp hạt điều nhuộm vào trong thức ăn để tạo màu

Và trên thế giới các nhà khoa học đã chứng minh được chất màu chiết từ hạt điều nhuộm không gây độc hại, không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên được CODEX đưa vào danh mục các loại phẩm màu tự nhiên sử dụng an toàn trong thực phẩm, dược phẩm, đem lại tính hấp dẫn cho thực phẩm Ngoài ra, loại phẩm màu này còn có hoạt tính sinh học có tác dụng chữa bệnh: giảm cholesterol trong maú, mang tính nhuận trường, chữa các bệnh như sốt, kiết lị, viêm gan, cao huyết áp, động kinh, tiêu diệt các gốc tự do và các loại men gây ung thư trong thức ăn, nước uống…., do đó giá trị sử dụng của nó càng được nâng cao

Ở Việt Nam, cây điều nhuộm được trồng chủ yếu ở Nam bộ và Tây Nguyên

Nó đã và đang được viện Hóa học xây dựng mô hình cộng đồng nhằm góp phần bảo tồn và phát triển nguồn gene Việc nghiên cứu các quy trình tách chiết chất màu của hạt điều nhuộm có ý nghĩa rất lớn nhằm đưa chất màu tự nhiên annatto vào ứng dụng rộng rãi, góp phần tích cực vào công cuộc phát triển cây công nghiệp nước ta Trên thế giới mỗi năm sản xuất trên 10.000 tấn phẩm màu annatto, điều đó cho thấy

sự phổ biến của loại phẩm màu này Tuy nhiên việc chế biến và sản xuất loại phẩm màu này chưa được ứng dụng trên quy mô công nghiệp ở nước ta

Để góp phần giải quyết vấn đề trên cũng như mong muốn xóa tan mối nghi ngờ

về phẩm màu thực phẩm đối với sức khỏe người sử dụng, tôi chọn đề tài:

“NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH, TINH CHẾ CHẤT MÀU TỪ HẠT CÂY ĐIỀU NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KOH”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM

1.1.1 Tên gọi [5], [6], [8]

Tên thường gọi: Cây điều nhuộm, cây điều màu, cây cà-ri

Tên khoa học: Bixa orellana L (bắt nguồn từ tên nhà thám hiểm người Tây Ban Nha Francisco de Orellana)

Các tên khoa học cũ từng gọi: Bixa acuminata, B americana, B odorata, B platycarpa, B purpurea, B tinctoria, B

upatensis, B urucurana, Orellana

americana, O orellana

Những tên gọi khác: Annatto,

rocouyer- annato(French), achiote

(Spanish), annatto tree (Anh), orelana

(Pháp), kam tai (Thái), kesumba

(Indonesia), Acafroa-do-Brasil hoặc anato

(Bồ Đào Nha), jarak belanda (Malaysia),

anotto (Ý), xiêm phung, cham pou,

champuk shralok (Campuchia), kamset (Lào)

Phân loại khoa học:

Hình 1.1 Cây điều nhuộm

34 cm Hoa lưỡng tính màu đỏ tím hay trắng, lớn (đường kính 4-5 cm) mọc thành chuỳ ở đầu cành, có lông tơ Bầu hai lá noãn với hai giá noãn mang nhiều noãn Quả to, đỏ tía, hình cầu, trên mặt có gai mềm, mở bằng hai van, mỗi mảnh mang ở trong rất nhiều hạt Hạt hơi hình lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh tễ nở

ra thành một thứ áo hạt ngắn màu đỏ

Khi quả non, vỏ quả màu xanh thẫm, mềm, dễ bóp, hạt phía trong màu đỏ tươi, ướt, trơn, dễ bóp nát Khi quả già, vỏ quả màu xanh hơi vàng, hạt phía trong màu đỏ thẫm, khô, cứng, khó bóp Khi quả chín mà không thu hoạch kịp thời thì quả bị khô

và tự nứt, hạt phía trong khô lại và rơi xuống đất, dễ phát tán và phát triển thành cây điều khác

1.1.3 Đặc điểm sinh thái [6], [8], [9]

Cây có nguồn gốc ở các vùng nhiệt đới châu Mỹ, hiện đang được trồng phổ biến ở Ấn Độ và một số nước Đông Nam Á như Lào, Campuchia

Ở nước ta, thường trồng quanh năm và trồng phổ biến ở các tỉnh Tây Nguyên, một số nơi ở tỉnh Quảng Nam Trồng đến năm thứ hai thì cây điều nhuộm có quả và

có thể thu hoạch được, một cây cho tối đa 270 kg hạt màu

Thời gian thu hoạch:

Cây này bắt đầu thu hoạch hạt giống từ năm 2 nếu trồng rừng đã được chăm sóc đúng cách, nhưng thu hái quanh năm khi cây được 4 năm

Hình 1.2 Quả điều nhuộm non Hình 1.3 Quả điều nhuộm chín

Thời gian thu hoạch quả điều nhuộm để chiết tách bixin với hàm lượng cao nhất là vào khoảng tháng 1, 2 và tháng 8, 9 hằng năm (Khoảng 4 tháng sau khi cây điều nhuộm cho quả non)

1.1.4 Thành phần hoá học trong hạt điều nhuộm [3], [5], [6]

Trong cơm của hạt điều nhuộm có 20-30% nước, đường, chất dễ bay hơi chiếm 20-28%, oclean 4,0-5,5%, sucrose 3,5-5,2%, 0,3-0,9% tinh dầu, saponin, palmitin, phytosterol, vitamin A(chủ yếu là caroten)

Thành phần quan trọng nhất là bixin và norbixin (trong dịch chiết annatto của hạt điều) Bixin (chủ yếu là cis-bixin) là este monomethyl của acid dicarboxilic norbixin, chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều Nó có màu đỏ tươi, có tinh thể Hợp chất thiên nhiên cis-bixin kém bền, dễ chuyển thành dạng bền vững trans-bixin hay izobixin Bixin kết tinh trong acid axetic hình thành phiến màu đỏ tươi, tan trong các dung môi hữu cơ, trong dầu khi thêm acid sunfuric đặc thì chuyển thành xanh Thuỷ phân kiềm thì tạo thành norbixin Norbixin là acid dicarboxilic, có màu vàng, tan trong nước

Bên cạnh bixin một số lượng lớn các chất màu khác được nghiên cứu tính chất

từ phần chiết của cây điều nhuộm bao gồm 6 apocarotenoids (C30 và C32), 8 diapocarotenoids (C19, C22, C24, C25) và một dẫn xuất của carotenoid (C14)

Hình 1.4 Hạt cây điều nhuộm

Chúng chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ Một số hợp chất chiết trong nước và trong dầu từ hạt annatto như

C

H O

Methyl (4Z)-4,8-dimethyl-12-oxo-dodecyl-2,4,6,8,10-pentaenoate

C

H O

Cần chú ý rằng trong các dung môi khác nhau có thể chiết thành phần chất khác nhau Hầu hết các hợp chất có mặt trong mẫu dầu và nước là các secquiterpen, trong đó khoảng 38% chất dễ bay hơi tìm thấy trong mẫu dầu, 89% trong mẫu nước

Monorterpenes

α-pinene camphene β- pinene β- phellandrene β-myrcene limonene eucalyptol trans-ocimene α- terpineol 2-carene 3,7-dimethyl-1,6-octadien-3-ol Terpinen-4-ol

Sesquiterpenes

β-thujene α-cubebene ylangene cycloisosativene copaene

isoledene germacrene-D α-bergamotene santanlene

allo-aromadendrene eudesma-4(14),11-diene isosativene

β- panasinsen β-humulene δ-aristolene γ- muurolene β-maaliene β-selinene 2-methylpyridine 3- methylpyridine 4- methylpyridine 2-pentylfuran 5-methyl-2-furancarboxandehyde

Arenes

Toluene p-xylenα-gurjunene γ-neoclovene chamigren germacrene-B valencene α-panasinsen γ-selinene γ-elemene patchoulene δ-cadinene

cyperene spathulenol

1.1.5 Tính chất hoá học của phẩm màu annatto [3], [4], [8], [9], [11]

1.1.5.1 Phẩm màu annatto

Annatto là chất màu tự nhiên

chiết từ hạt điều nhuộm không gây

độc hại, không ảnh hưởng đến sức

khoẻ con người nên đã được

Codex đưa vào danh mục các loại

C và trên 1250C thì bị chuyển hoá

1.1.5.2 Tính chất của chất mang màu [3]

CH3

cis- Bixin

(6‟- methylhydrogen - 9‟- cis - 6,6‟- diapocarotene - 6,6‟- dioate)

Bixin có màu đỏ, có mùi hạnh nhân, không vị, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ như etyl axetat, acid axetic, axeton,….và trong dầu, mỡ nóng Bixin ở dạng tinh thể, khi hoà tan trong nước thì ở dạng huyền phù Dạng tồn tại của bixin trong dầu bị oxy hoá theo thời gian, sự oxy hoá xảy ra nhanh hơn khi

để ở ngoài ánh sáng hoặc khi xuất hiện dấu vết kim loại Bixin sẽ bị mờ và mất dần màu sắc Khi thêm chất chống oxy hoá như acid ascobic hoặc polyphenol thì làm chậm sự oxy hoá

Khi tiếp xúc với kiềm, metyl este sẽ bị thủy phân tạo thành axit dicarboxylic norbixin, một dẫn xuất tan trong nước

HO

O X

CH3O

cis-Norbixin

(9‟- cis - 6,6‟- diapocarotene - 6,6‟- dioic acid)

Norbixin có màu vàng, tan nhiều trong nước, có khả năng kết tủa trong dung dịch có hàm lượng Ca2+

cao, norbixin phản ứng với protêin chuyển thành màu đỏ hồng đào

Dung dịch norbixin làm khô tạo thành dạng bột nhưng dạng này dễ bị oxy hoá dẫn đến mất màu theo thời gian Tại ranh giới giữa prôtêin và bột bền dưới tác dụng của nhiệt và ánh sáng

Bixin chuyển thành muối norbixin khi hoà tan trong dung dịch kiềm, pH=7, dạng này không hoà tan trong nước Để tăng sự hoà tan của bixin và norbixin trong nước và trong dầu, người ta sử dụng chất tạo thể nhũ sữa: polyssorbatos, propylene glycol Sự tạo nhũ thể sữa có vai trò quan trọng ứng dụng chất màu trong thực phẩm với pH thấp (không thể tiến hành với muối norbixin)

1.1.6 Liều lượng sử dụng [8], [9]

Tại cuộc họp lần thứ 67 của FAO/WHO về chất phụ gia tổ chức tại Rome, quy định liều lượng cho phép sử dụng hằng ngày của bixin là: 0-12mg/kg bw, norbixin và muối của nó là: 0-0,6mg/kg bw (dựa vào nghiên cứu 90 ngày trên chuột của Noel (Noobservedeffect Level) với chỉ số an toàn là 100

1.1.7 Tiêu chuẩn tinh khiết (do FAO/WHO quy định) [8], [9]

* Sản phẩm chiết với dung môi hữu cơ (axeton, methanol, hexan):

Asen (As) : không lớn hơn 3mg/kg

Chì (Pb) : không lớn hơn 10mg/kg

Thuỷ ngân (Hg): không lớn hơn 1mg/kg

Cadmi(Cd) : không lớn hơn 1mg/kg

Kim loại nặng : không lớn hơn 40mg/kg

* Sản phẩm chiết với dung môi kiềm hoặc dầu:

Asen ( As) : không lớn hơn 3mg/kg

C

O

OH O

trans-Norbixin

(9‟- trans - 6,6‟- diapocarotene - 6,6‟- dioic acid)

Chì (Pb) : không lớn hơn 10mg/kg

Thuỷ ngân (Hg): không lớn hơn 1mg/kg

Cadmi (Cd) : không lớn hơn 1mg/kg

Kim loại nặng : không lớn hơn 40mg/kg

1.1.8 Ứng dụng của phẩm màu hạt điều nhuộm trong thực tế [8], [9], [11]

Phẩm màu annatto rất có giá trị trong thương mại, bao gồm các loại:

Annatto B: hạt điều chiết với dung môi nước, lọc loại bỏ nguyên liệu không tan, đuổi dung môi, kết tinh và làm khô

Annatto C: thêm dung dịch kiềm vào annatto B, đun nóng và để nguội Sau

đó dung dịch được lọc và axit hoá để kết tủa norbixin Kết tủa được lọc, rửa sạch, làm khô và xay thành bột nhỏ

Annatto D: hạt điều cọ xát với dầu nóng để tạo chất màu

Annatto E: chất màu được chiết với dung dịch kiềm, sau đó thêm axit để tạo kết tủa Lọc, rửa, làm khô kết tủa thu được sản phẩm

Annatto F: hạt điều cọ xát với dung dịch kiềm, thêm tiếp dung dịch kiềm bổ sung để tạo thể vẩn, đun nóng ta thu được chất màu Để nguội rồi loại bỏ phần béo

và phần bã Dung dịch thu được đem axit hoá tạo kết tủa

Annatto G: là sản phẩm khi thêm K2CO3 vào annatto E

Phẩm màu annatto được xuất khẩu qua Bắc Mỹ, Châu Âu (màu cam của phomat cứng, màu đỏ của phomat edam Hà Lan…) Màu annatto dùng thay thế cho màu vàng của nghệ (rất đắt) Annatto đã từng được dùng để làm chất để sâu màu chocola ở Châu Âu Chúng được dùng để tô màu cho thịt lợn quay, nước xốt ở Trung Quốc Còn ở Việt Nam, màu này được dùng trong cari, bột bánh, gà quay mật ong, làm màu cho món chim nướng để tạo được sự lôi cuốn về màu sắc Ở Mexico, annatto được trộn với thứ gia vị khác tạo thành gia vị màu đỏ gạch gọi là: achiote paste và adobo, gia vị này là thứ yêu thích của người dân Mexico Đầu bếp Mexico thường sử dụng achiote với axit axetic để ướp thịt hoặc thêm vào nước xốt Hạt điều nhuộm được sử dụng làm phụ gia màu gần như không vị trong ẩm thực châu Mỹ Latinh, Jamaica và Philipines Vì annatto không có nguồn gốc động vật, cũng không được chế biến với các nguyên liệu động vật nên nó an toàn cho việc ăn kiêng

Hình 1.8 Bột điều nhuộm Hình 1.9 Chất màu trên thịt lợn

quay

b Trong dược học:

Dạng bột nhão hoặc dạng dầu của hạt điều nhuộm được sử dụng rộng rãi, nhưng toàn bộ cây điều đã được các bộ lạc rừng nhiệt đới dùng trong y học từ nhiều thế kỉ trước Lá có tác dụng tốt với hệ thống cơ quan bài tiết và tăng thêm thể tích của nước trong trường hợp thiếu hụt thận Nó còn có tác dụng bảo vệ gan và giảm choletrol Trà từ chồi non dùng làm thuốc chống kiết lị, bệnh sốt Hoa được bộ lạc Cojede làm thuốc xổ, chống đờm dãi ở trẻ em mới sinh Nước chiết từ hạt chống sâu bọ và bảo vệ tia tử ngoại mặt trời Annatto được phát hiện bởi người Ấn Độ maynan cổ, sử dụng như một màu thiết yếu của thức ăn, màu nghệ thuật Người Mỹ gốc da đỏ bôi lên tóc và cơ thể phần cơm hạt điều để tránh nắng và sâu bọ Y học truyền thống Braxin dùng annatto cho chứng ợ nóng, đau dạ dày do gia vị của thức ăn…Y học Peru dùng nó để chống nhiễm trùng da, giúp da kéo da non, chữa các bệnh về gan và dạ dày Nước chiết từ rễ làm giảm huyết áp ở chuột và phục hồi cơ thể ở lợn Rượu của quả khô và lá được tìm thấy tác dụng chống vi khuẩn tụ cầu Ngoài ra nước chiết từ hạt điều nhuộm còn làm giảm cholesterol trong máu ở chuột, thỏ, chó Trong những thí nghiệm lâm sàng, kết quả được xác nhận trong vòng mười ngày tiêu thụ (thay vì mười lăm ngày như đã định trước) bởi lượng chất béo trong máu giảm nhanh so với mức bình thường Nó làm tăng quá trình trao đổi chất của chất béo, kết quả làm giảm lượng triacylglycerol và cholesterol Ngoài ra,

nó còn được dùng để điều trị bệnh đái đường hay chống nhiễm nấm

c Trong công nghiệp:

Annatto là nguồn sáng tự nhiên cho chất liệu silk: chất nhuộm bền trên chất liệu tơ sợi, hầu như không thấm vào tơ sợi (chỉ thấm với tơ sợi prôtêin), làm thuốc nhuộm ở dạng bột bằng cách làm mềm phần hạt và bột trong nước, lọc, phơi khô rồi nén thành dạng thích hợp

Hình 1.12 Annatto nhuộm các loại vải

Mặc dù nó có thể đem lại màu sáng cho sợi nhưng công dụng của nó chỉ giới hạn trên phạm vi thực phẩm do thuốc nhuộm không thể tồn tại lâu dài với thời gian Người ta phát triển các qui trình làm cho chất nhuộm bền trên chất liệu tơ sợi hơn

và điều này đã dẫn đến một sự mở đầu của một kỷ nguyên mới đối với thuốc nhuộm annato bởi nó có thể dùng một cách tiết kiệm để tạo ra màu sáng của chất nhuộm tự nhiên trên vải sợi, đặc biệt là silk Màu cam mà chất nhuộm annatto đem lại bắt nguồn từ sự kết hợp giữa hai chất tạo màu đó là Bixin và Norbixin Bixin là thành phần chính của chất nhuộm và chiếm 80% trong khi Norbixin chất nhuộm vàng chiếm tỷ lệ còn lại Annato tạo ra chất nhuộm màu cam dựa trên cấu trúc carotenoid Tỷ lệ chất nhuộm có thể thay đổi từ 10-12% tuỳ theo số cân nặng của hạt Thuốc nhuộm không thấm vào tơ sợi nhiều Nhưng chúng lại thấm ở một mức

độ nhất định đối với tơ sợi protein Vì vậy, chúng ta cần phải sử dụng chất cắm màu

để giúp chất nhuộm tồn tại lâu trên tơ sợi Những chất cắm màu có sẵn như kali nhôm sunfat (K2SO4.Al2(SO4)3), kali dichromate (K2Cr2O7), đồng sunfat (CuSO4)

và sắt sunfat (Fe2(SO4)3) thường được sử dụng để kéo dài tuổi thọ cuả thuốc nhuộm trên tơ sợi Tuỳ vào từng giai đoạn các chất cắm màu được thêm vào tơ sợi, 3

phương pháp cắm màu trước, cắm màu đồng thời và cắm màu sau đang được sử

dụng rộng rãi

Hơn thế nữa chất màu annatto còn được dùng để nhuộm màu vàng đỏ trên nilông và polyester: thuốc nhuộm có ái lực cao đối với sợi nilông và polyester, màu sắc bền trong khi giặt Quá trình nhuộm thu nhiệt khi tỉ lệ hấp thụ thuốc nhuộm tăng lên cùng với độ tăng của nhiệt độ Đặc biệt bixin có khả năng nhuộm sợi ion hoá và không ion hóa bằng những cơ chế khác nhau Trên nilông, thuốc nhuộm nhìn bề ngoài có vẻ như được hấp thụ vào những vị trí tuyệt đối trong khi đối với polyester

sự hấp thụ chủ yếu phụ thuộc vào sự tiếp xúc không ion

1.2 CHẤT MÀU TỰ NHIÊN [2], [11]

1.2.1 Khái niệm

Chất màu tự nhiên là các chất màu được chiết suất ra hoặc được chế biến từ các nguyên liệu hữu cơ (thực vật, động vật) sẵn có trong tự nhiên, những chất vốn có và

tồn tại trong các thành phần của nguyên liệu, mỗi loại nguyên liệu khác nhau thì sẽ

có màu sắc khác nhau mang đặc thù của chính nó

Ví dụ: Caroten tự nhiên được chiết suất từ các loại quả có màu vàng, curcumin được chiết suất từ củ nghệ, màu caramen được chế biến từ đường Nhóm phẩm màu có nguồn gốc tự nhiên có nhược điểm là độ bền kém, sử dụng với lượng lớn nên giá thành sản phẩm cao

1.2.2 Phân loại

Chất màu tự nhiên thường chia ra 3 nhóm chính:

- Clorophyl (màu xanh) còn gọi là diệp lục tố hay chất màu xanh lá cây

- Carotenoid (màu da cam, vàng, đôi khi có màu đỏ), chất này có trong lục lạp

- Flavanoit (có màu đỏ, xanh, vàng…), chất này có trong các gian bào

1.2.2.1 Clorophyl

Khái niệm:

Clorophyl là chất màu xanh lá cây của thực vật hay còn gọi là hạt diệp lục clorophyl phân tán ở trong chất nguyên sinh gọi là hạt diệp lục hay lục lạp Hàm lượng clorophyl trong cây xanh chiếm 1% chất khô Công thức cấu tạo của clorophyl thể hiện trên hình 1.8

Vai trò:

Clorophyl có vai trò cực kì quan trọng trong quá trình quang hợp - quá trình chủ yếu tạo ra các chất hữu cơ và tạo ra nguồn oxy duy nhất trên quả đất Clorophyl không những cho màu xanh mà còn có khả năng che mờ các chất màu khác

Phân loại: Clorophyl có 2 loại

 Hoá tính

- Dưới tác dụng của nhiệt độ, axit của dịch bào thì màu xanh bị mất đi vì Mg

bị axit lấy mất và clorophyl biến thành pheophytin màu sẫm oliu

Clorophyl + 2HX → MgX2 + Pheophytin (màu sẫm oliu)

Vì vậy những sản phẩm thực phẩm chua như lá me bị mất màu xanh và có màu oliu ngay trong quá trình chần

- Khi cho tác dụng với kiềm nhẹ (cacbonat kiềm và kiềm thổ) thì chúng sẽ trung hoà axit và muối axit của dịch bào và tạo nên môi trường kiềm làm clorophyl

bị xà phòng hoá cho sản phẩm có màu xanh đậm, đó là các muối phức tạp có Mg gọi là clorophylin hay clorophylit: (C32H30ON4Mg)(COOH)2 ,

(C32H28O2N4Mg)(COOH)2

- Dưới tác dụng của Fe, Sn, Al, Cu, thì Mg trong clorophyl sẽ bị thay thế và cho màu khác như:

+ Với Fe: cho màu nâu

+ Với Sn, Al: cho màu xám

+ Với Cu: cho màu xanh sáng bền

* Cách bảo vệ màu clorophyl trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là đồ hộp rau quả:

- Làm giảm hàm lượng axit tự do (tức là tăng pH trong nguyên liệu)

Hình 1.13 Công thức cấu tạo của Clorophyl

- Gia nhiệt nhanh trong một lượng nước sôi lớn 3-4 lít nước/1kg thực phẩm (để làm giảm lượng axit, axit sẽ bay hơi cùng với nước)

- Gia nhiệt rau xanh trong nước cứng; cacbonat kiềm sẽ trung hoà một phần axit dịch bào

- Cho vào đồ hộp rau quả một ít chất đệm kiềm như đinatri glutamat (để tăng pH)

1.2.2.2 Carotenoid

Carotenoid là những chất màu vàng hay đỏ có nguồn gốc thực vật hay động vật Chúng tạo nên màu của cà rốt, cà chua, lòng đỏ trứng, lá vàng mùa thu Đến nay, các nhà khoa học đã biết tới hơn 600 loại carotenoid khác nhau

Từ công thức phân tử C40, carotenoid có cấu trúc tetratecpen và thường chứa các nối đôi liên hợp, số lượng các nối đôi đã quyết định màu của carotenoid

Hình 1.14 Công thức cấu tạo của một số carotenoid

* Tính chất của carotenoid:

- Không tan trong nước, tan trong chất béo

- Rất nhạy (không bền với axit và chất oxy hoá)

- Bền vững đối với kiềm

Tất cả các carotenoid tự nhiên đều có thể xem như dẫn xuất của lycopen: + Lycopen: màu đỏ, có nhiều trong cà chua

+ Caroten: màu da cam, có nhiều trong cà rốt, mơ

+ Xanthophyl: màu vàng lòng đỏ trứng gà (C40H56O), có nhiều trong lá

xanh, đồng thời nó cũng có trong cà chua cùng với lycopen

+ Capxanthin: C40H58O3, là dẫn xuất của caroten, nhưng có màu nhạt

hơn các carotenoid khác 10 lần Chiếm 7/8 tổng số chất màu của ớt

+ Criptoxanthin: Là một dẫn xuất monohidroxy của α-caroten, chất màu chính của cam quít (C40H56O)

+ Astacxanthin: là dẫn xuất của caroten có màu vàng đỏ, có ở các loài giáp xác, trong thành phần của mai tôm cua Trong quá trình gia nhiệt, protein bị biến tính, astacxanthin bị tách ra dưới dạng sắc tố màu vàng đỏ

* Những biến đổi của carotenoid trong quá trình gia công chế biến thực phẩm:

So với clorophyl, carotenoid bền vững hơn nhiều đối với tác động của nhiệt độ

và môi trường chế biến Carotenoid lại không tan trong nước nên hầu như không bị tổn thất khi ngâm rửa rau quả Vì vậy trong điều kiện chế biến bình thường, màu của các sản phẩm tạo nên bởi các carotenoid không bị biến đổi

Tuy nhiên, do tính chất hoà tan trong chất béo của các carotenoid, nên khi xào rán những loại rau quả có chứa nhiều carotenoid như cà rốt, cà chua, ớt… thì một phần carotenoid trong thực phẩm sẽ hòa tan trong chất béo và làm cho chất béo có màu vàng da cam

Đối với một số món ăn để carotenoid hoà tan trong chất béo vừa làm tăng màu sắc hấp dẫn của món ăn vừa làm cho khả năng hấp thu của cơ thể đối với carotenoid

Trong quá trình chế biến nhiệt các loại tôm cua… thành phần protein của chất xianin có ở vỏ tôm cua bị biến tính Do đó, astacxanthin được tách ra dưới dạng sắc

tố màu vàng đỏ Khi luộc cua, rang tôm tép… đều thấy hiện tượng của sản phẩm này xuất hiện màu đỏ

Cách bảo vệ màu vàng carotenoid:

+ Carotenoid rất bền với nhiệt độ cao và các biến đổi phản ứng của môi trường

+ Vì carotenoid không hoà tan trong nước nên chúng không bị mất đi

khi rửa, chần và các quá trình tương tự khác

+ Vì carotenoid tan trong dầu mỡ nên khi rán hay đóng hộp các loại rau quả chứa nhiều carotenoid như cà rốt, ớt đỏ, cà chua…carotenoid sẽ chuyển vào dầu rán

1.2.2.3 Flavonoid

Khái niệm:

Flavonoid là những dẫn xuất của cromman và crommon, thuộc nhóm phenilpropan vì chúng có chứa khung cacbon từ C6 – C3 – C6 Khi cromman và crommon bị ngưng tụ với một vòng phenol được dẫn xuất có tên flavan

Hình 1.15 Công thức cấu tạo của Flavonoit

Flavonoit có trong các không bào, có màu đỏ, xanh và vàng

Tỉ lệ các flavonoit trong rau quả và hoa khác nhau, do đó làm cho chúng có màu sắc khác nhau

Tính chất:

Nhóm màu này hòa tan trong nước Trong rau quả và hoa, số lượng cũng như

tỷ lệ các flavonoit khác nhau, do đó làm cho chúng có nhiều màu sắc khác nhau:

Antoxian là mono hay diglucozit do gốc đường glucoza, galactoza hoặc ramnoza kết hợp với gốc aglucon có màu gọi là antoxianidin Khi thủy phân antoxian thì thu được đường và antoxianidin (antoxianidol)

Antoxian và antoxianidol là những chất tạo nên màu sắc cho hoa quả, antoxian tan trong nước còn antoxianidol thì không

Tính chất chung của antoxian :

- Hòa tan trong nước và trong dung dịch bão hòa Khi kết hợp với đường thì làm cho phân tử này càng hòa tan hơn

- Màu sắc thì luôn luôn thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, các chất màu có mặt

và nhiều yếu tố khác

+ Khi tăng số lượng OH trong vòng benzen thì màu xanh càng đậm

+ Khi metyl hóa nhóm OH ở trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ + Màu sắc của antoxian còn phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường: Khi pH > 7 các antoxian cho màu xanh

Khi pH < 7 các antoxian cho màu đỏ

+ Màu sắc của antoxian có thể bị thay đổi do hấp thụ ở trên polysacarit + Các antoxian dễ bị phá huỷ và mất màu khi đun nóng lâu

+ Các màu sắc của hoa có được là do tổ hợp của các andoxianidin và các este metylic của chúng với axit và bazơ

1.2.3 Ứng dụng của chất màu tự nhiên

Trong thực tế người ta có thể dung các chất màu tự nhiên hoặc tổng hợp để tạo màu cho các sản phẩm thực phẩm, để làm tăng giá trị cảm quan cho chúng, các chất màu đỏ, màu vàng thường được sử dụng nhiều hơn

Carotenoid là nhóm chất màu tự nhiên được sử dụng nhiều nhất

Tartrazin có màu vàng chanh tạo màu cho mứt và kẹo, kem đá, đồ uống có gas

Riboflavin màu vàng tạo màu cho xúp, sản phẩm mưt kẹo Sunset yellow màu da cam tạo màu cho đồ uống, mứt, quả, cá hồi biển, cua

β- carotene da cam tạo màu cho mỡ, đồ uống, mứt kẹo, sữa chua…

Màu xanh lá cây chỉ lấy từ thực vật chủ yếu là màu xanh của nhóm clorophyl được chiết từ lá dứa, lá tre, mây, lá khúc, bồ ngót Thường dùng để nhuộm màu các loại bánh

Màu nâu thông dụng nhất là màu caramel (còn gọi là nước màu, hoặc nước hàng – khi đun đường cháy), thường dùng trong gia đình để kho, nấu, làm bánh hoặc tạo màu cho các sản phẩm nước ngọt có ga như cola, xá xị (trong công nghiệp nước giải khát) Ngoài ra, màu nâu còn được lấy từ cà phê, ca cao…

Màu vàng cam đỏ chủ yếu được tạo thành nhờ nhóm carotenoid tan trong dầu

và nhóm flavonid tan trong nước của các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật Ngoài

ra còn có thể dùng betalain cartamin được chiết suất từ quả dành dành, củ nghệ, hạt điều, củ dền… dùng để nhuộm màu bánh, xôi và một số món nấu trong gia đình

1.3 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CHẤT MÀU [5], [13]

1.3.1 Nguyên tắc

Hạt điều nhuộm chiết với dung môi tạo dung dịch màu Nước chiết được lọc để loại bỏ nguyên liệu không hoà tan Sau đó là quá trình liên quan đến việc loại bỏ chất béo, dung môi, kết tinh và sấy khô Hạt điều nhuộm về cơ bản có thể được xử

lý theo hai cách Một là sự trích ly cơ học sử dụng dầu ăn hoặc dung dịch kiềm loãng Một quá trình khác là dùng một hay nhiều dung môi hữu cơ

a Sự trích ly cơ học

Chiết với dầu: hạt điều nhuộm được massaga trong dầu nóng, để loại bỏ lớp

chất màu bằng một thiết bị nào đó và người ta gọi là „Raspeller‟ Những chuyên gia

kỹ thuật cho rằng có thể thay dầu bằng propylen glycol như một tác nhân tạo thể vẩn nhưng khối lượng kéo theo là rất nhỏ

Trong các công thức chế biến các loại thức ăn truyền thống ở các nước Châu

Mỹ La Tinh, hạt điều nhuộm được đun với dầu, tách bả thu được dịch màu và dịch màu trong dầu này được dùng với gạo, súp và bánh mì bắp Một hệ thống xử lý trực tiếp có thể được áp dụng trong công nghiệp Hạt điều nhuộm ngâm trong dầu để thu được dung dịch bixin sền sệt, hỗn hợp được đun nóng và lọc Chất lỏng thu được ở quá trình trên có thể được bán như một chất màu dùng cho thức ăn cần độ béo cao

Chiết với dung dịch kiềm loãng: về nguyên tắc thì sự mài mòn cơ học đối với

dung dịch kiềm loãng cũng tương tự nhưng phải khuấy hạt điều nhuộm Sau quá trình tách và loại bỏ lớp vỏ, thêm vào axit thì ta thu được kết tủa norbixin

b Sự chiết bằng dung môi

Hạt điều nhuộm được chiết trong dung môi hữu cơ (cloroform, axeton, etanol, hexan, etyl axetat), loại bỏ dung môi thu được tinh thể bixin Sự chiết hạt điều nhuộm bằng dung môi hữu cơ tạo ra sản phẩm bixin vi tinh thể có độ tinh khiết 80-90%

1.3.2 Phương pháp chiết

Chiết là dùng dung môi thích hợp có khả năng hoà tan chất đang cần tách và tinh chế để tách chất đó ra khỏi môi trường rắn hoặc lỏng khác Thường người ta dùng một dung môi có nhiệt độ sôi thấp và ít tan trong nước (vì các chất hữu cơ cần tinh chế thường ít tan trong nước), chất đó sẽ chuyển phần lớn lên dung môi và ta

có thể dùng phễu chiết để tách riêng dung dịch thu được ra khỏi nước

Bằng cách lặp đi lặp lại việc chiết một số lần, ta có thể tách hoàn toàn chất cần tinh chế vào dung môi đã chọn, sau đó cất loại dung môi và lấy chất tinh khiết ở nhiệt độ

và áp suất thích hợp

Người ta cũng thường chiết một chất từ hỗn hợp rắn bằng một dung môi hoặc hỗn hợp dung môi với một dụng cụ chuyên dùng đặc biệt gọi là bình chiết Soxhlet Dung môi được đun nóng, cho bay hơi liên tục chảy vào bình chứa hỗn hợp cần chiết tách (thường gói trong giấy lọc), nó sẽ hoà tan chất rắn cần tinh chế và nhờ một ống xiphông, dung dịch chảy xuống bình cầu bên dưới, dung môi nguyên chất lại liếp tục được cất lên Phương pháp này tiết kiệm được dung môi và hiệu quả tương đối cao

 Chiết đơn giản, một lần

Ta đun nóng hợp chất với dung môi trong bình cầu có sinh hàn hồi lưu, lọc nóng hoặc để lắng cho trong rồi chắt Khi thao tác với những lượng chất nhỏ, ta

dùng ống nghiệm có lắp sinh hàn ngón tay hoặc lắp ống sinh hàn không khí

 Chiết đơn giản, nhiều lần

Nói chung, muốn làm cho quá trình chiết được lặp đi lặp lại nhiều lần thao tác

đã được mô tả ở trên Trong trường hợp đó ta nên dùng những bộ công cụ công tác

tự động Những bộ công cụ như vậy bao gồm một bình cầu, một thiết bị chiết và một ống sinh hàn hồi lưu Dung môi ở trong bình cầu được làm bốc hơi từng phần,

Hình 1.17 Ống Soxhlet

dung môi được ngưng tụ nhỏ vào chất được chiết đựng trong một cái túi bằng giấy lọc và sau đó lại chảy vào bình Trong quá trình đó cấu tử cần được tách được làm giàu thêm trong dung môi

Các thiết bị chiết:

+ Bộ dụng cụ Thilepape

Công dụng của ống Thilepape dựa trên

nguyên tắc của máy chiết có dòng chảy liên tục, có

nghĩa là dung môi được ngưng tụ ở ống sinh hàn,

rồi thường xuyên nhỏ xuống hợp chất khi còn

nóng, dung dịch chiết nhỏ liên tục xuống bình cầu

Sau khi quá trình chiết kết thúc, ta đóng khóa lại

và có cất dung môi thừa lên ống và lấy dung môi

đó từ ống nhánh bên cạnh Ngoài ra, với những

phụ kiện khác, ta có thể dùng ống Thilepape cho

những mục tiêu khác nữa, như chiết chất lỏng với

dung môi nặng hoặc nhẹ để xác định lượng nước

được cất loại trong hỗn hợp đẳng phí

+ Dụng cụ chiết Soxhlet

Dụng cụ chiết Soxhlet chỉ khác ống

Thilepape ở chỗ nó có thêm một ống xi-phông đặt

ở bên cạnh, chỉ để dung dịch chiết chảy vào bình

khi nào mức chất lỏng trong ống chiết đạt được

khuỷu trên của ống xi-phông Chất được chiết cần

có tỷ khối lớn hơn là dung môi

+ Nguyên tắc:

Chiết Soxhlet là một kiểu chiết liên tục đặc

biệt thực hiện nhờ một trang bị riêng của nó Kiểu

chiết này cũng như kiểu chiết lỏng- lỏng nên về

bản chất của sự chiết vẫn là định luật phân bố chất

Hình 1.16 Ống Thilepace

trong hai pha không trộn vào nhau Song ở đây pha mẫu là ở trạng thái lỏng, bột, hoặc dạng mảnh Còn dung môi chiết (chất hữu cơ) là dạng lỏng

Ví dụ: Chiết lấy dầu mentol từ lá bạc hà bằng dung môi hữu cơ n-hexan hay benzen Chiết các thuốc trừ sâu hoặc bảo vệ thực vật trong mẫu rau quả, mẫu đất bằng n-hexan Vì thế đây là kiểu chiết của hệ chiết có thể là cả đồng thể và dị thể,

mà chất phân tích nằm trong mẫu rắn, bột, lá, sợi…

Các trang thiết bị và ví dụ:

Trang thiết bị của kỹ thuật chiết soxhlet là hai loại:

1 Hệ soxhlet thường và đơn giản

2 Hệ soxhlet tự động (Auto-soxhlet)

Cách chiết theo hệ (1) là đơn giản vận hành bằng tay, còn cách (2) là vận hành một cách tự động Kỹ thuật này chủ yếu sử dụng để chiết tách chất hữu cơ nằm trong pha rắn hay bột hay mảnh nhỏ, hay các vật liệu khô (lá cây), vì thế nên nó là

hệ chiết dị thể

Kỹ thuật chiết này có ưu điểm là chiết triệt để, song các điều kiện chiết phải nghiêm ngặt thì mới có kết quả tốt Vì thế hệ thống vận hành chiết từ động cho kết quả tốt hơn nhưng phải có hệ thống trang bị hoàn chỉnh Nó thích hợp chiết các chất hữu cơ từ các đối tượng mẫu khác nhau Chất phân tích có trong mẫu rắn, bột, vật mẫu xốp khô (lá cây)… kỹ thuật này được ứng dụng chủ yếu để tách các hợp chất

hữu cơ từ các mẫu cây lá, rau quả hoặc mẫu đất như ví dụ trên