Đang tải... (xem toàn văn)
uất phát từ các vấn đề trên, nghiên cứu này được thực hiện với mục đích xác định điều kiện tách chiết betacyanin từ vỏ thanh long bằng phư ng pháp vi sóng, sau đó sấy phun tạo bột màu [r]
(1)NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BỘT MÀU BETACYANIN THU NHẬN TỪ VỎ QUẢ THANH LONG (Hylocereus undatus)
Đào Thị Mỹ Linh*, Nguyễn Thị Quỳnh Mai, Trần Hạ Nghi, Huỳnh Thị Duyên
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM *Email: linhdtm@cntp.edu.vn
Ngày nhận bài: 02/8/2018; Ngày chấp nhận đăng: 15/11/2018 TÓM TẮT
Nghiên cứu thực với mục tiêu thu nhận betacyanin từ vỏ long ruột trắng Các yếu tố khảo sát trình tách chiết thu dịch có chứa betacyanin bao gồm tỷ lệ nguyên liệu:dung môi (1:25-1:100 (w/v)), công suất vi sóng (70, 210, 350, 490 W), thời gian vi sóng (0-180 giây) pH (3-7) Dịch thu sau tách chiết quay làm tăng hàm lượng betacyanin Q trình sấy phun thực với thông số khảo sát lựa chọn nồng độ maltodextrin (4-8%) nhiệt độ đầu vào (130-170 °C) Bột betacyanin đánh giá qua số đặc tính cấu trúc, khả kháng gốc tự DPPH phenolic tổng Kết cho thấy hàm lượng betacyanin cao tách chiết nước cất với tỷ lệ nguyên liệu:dung môi 1:50 (w/v), pH 7, cơng suất vi sóng 350 W thời gian 90 giây Hiệu suất thu hồi betacyanin cao bổ sung maltodextrin nồng độ 4% (w/v), nhiệt độ sấy phun 150 °C Bột betacyanin có hàm lượng phenolic tổng số 141,86 mg GAE/100 mL, hoạt tính khử gốc tự DPPH 19,62 (mg/mL) Bột có cấu trúc hạt mịn đồng chụp SEM, quét phổ hồng ngoại FTIR xuất liên kết đặc trưng betacyanin Sản phẩm bột màu betacyanin có tiềm ứng dụng chất màu thực phẩm có nguồn gốc sinh học
Từ khóa: Betacyanin, chất màu thực phẩm, maltodextrin, DPPH, vỏ long, vi sóng
1. MỞ ĐẦU
Betacyanin dư ng chất thực vật (phytochemical) có sắc tố màu đỏ, tồn nhiều trái cây, rau củ đặc biệt hoa giấy, củ dền, củ cải đỏ, long ruột đỏ Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (-OH, -COOH, -NH), sắc tố betacyanin dễ tan nước hay dung dịch ethanol Betacyanin có tác dụng chống lại rối loạn liên quan đến stress tim mạch, ung thư, l o hố, đồng thời có khả chống oxy hóa thơng qua loại bỏ gốc tự [1] Chính vậy, chất màu tự nhiên nói chung sắc tố đỏ nói riêng cho thấy tiềm tốt việc sử dụng thay chất màu tổng hợp thực phẩm, m phẩm, dược phẩm, dinh dư ng [2, 3] Bên cạnh nguồn nguyên liệu phổ biến sử dụng khai thác chất màu betacynin củ cải đỏ vỏ long c ng thu hút nhiều
sự quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học Wu et al. (2006) đ chứng minh vỏ
thịt long ruột đỏ có hoạt tính chống oxy hóa cao, chứa hàm lượng lớn chất chống oxy hóa polyphenol chứng minh có tác dụng chống lại hiệu tăng sinh khối u ác tính [4] Nhiều nghiên cứu khác c ng thực tách chiết thu nhận bột màu betacyanin từ vỏ long xác định hoạt tính sinh học sản phẩm [5-7]
(2)(rượu vang, nước ép, mứt, sấy) s tạo lượng lớn vỏ c n giàu betacyanin ì vậy, việc tận dụng vỏ long thu bột màu betacyanin s góp phần giảm thi u tác động phụ phẩm nông nghiệp đến môi trường, đồng thời mở thêm hướng ứng dụng từ phụ phẩm
uất phát từ vấn đề trên, nghiên cứu thực với mục đích xác định điều kiện tách chiết betacyanin từ vỏ long phư ng pháp vi sóng, sau sấy phun tạo bột màu betacyanin đánh giá số tính chất l hóa sản phẩm
2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nguyên liệu
Quả long ruột trắng (Hylocereus undatus) thu gom x Phú Ng i Trị, huyện Châu Thành, t nh Long An Nghiên cứu thực khơng sâu bệnh, có độ chín sinh l đo giá trị đo độ màu vỏ phư ng pháp so màu vật rắn có giá trị ho
từ 4o11 - 7o28, C từ 28,02-30,41; L từ 31,73-33,98 Quả long tư i rửa sạch, phần thịt tách riêng sử dụng cho nghiên cứu khác, phần vỏ loại tai xanh, cắt nhỏ thành miếng có kích thước x cm, sau sấy khơ nhiệt độ 70 oC 16 Vỏ khô xay máy xay bột khô rây qua kích thước lỗ 0,4 mm, bột thu có giá trị độ màu (ho
từ 18o33-19o33, C từ 17,78-19,92; L từ 47,42-51,25) bảo quản túi nhôm nhiệt độ oC thời gian 1-3 ngày trước sử dụng
Maltodextrin DE10 dạng bột mịn, màu trắng mua từ Himedia (Ấn Độ), DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) cung cấp Merk (Đức)
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tách chiết betacyanin
Quá trình tách chiết betacyanin thực phư ng pháp vi sóng với dung mơi nước cất Các yếu tố khảo sát gồm tỷ lệ nguyên liệu (bột vỏ long): nước cất (1:25, 1:50, 1:75, 1:100 w/v), cơng suất vi sóng (70, 210, 350, 490 W), thời gian vi sóng (0, 30, 60, 90, 120, 150, 180 giây) pH (3, 4, 5, 6, 7) Sau đó, hỗn hợp lọc thơ qua rây 0,4 mm, dịch lọc ly tâm tốc độ 5500 v ng/phút 15 phút Dịch chứa betacyanin thu nhận hàm lượng betacyanin xác định mô tả mục 2.2.4 [8]
2.2.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy phun
Dịch thu sau trình tách chiết cô quay nhiệt độ 60 oC, áp suất 65 cmHg, sau sấy phun đ thu nhận bột màu betacyanin Quá trình sấy phun tiến hành tốc độ nhập liệu 360 (mL/h), áp suất 70 kPa, yếu tố khảo sát gồm nồng độ maltodextrin (4, 6, 8% w/v) nhiệt độ đầu vào (130, 150, 170 o
C) Hiệu suất thu hồi betacyanin xác định đ đánh giá ảnh hưởng yếu tố
2.2.3 Đánh giá số đặc tính bột màu
Khả khử gốc tự DPPH sản phẩm xác địnhdựa theo phư ng pháp
(3)Tỷ lệ phần trăm hoạt tính kháng oxy hóa xác định theo cơng thức sau:
Tỷ lệ % hoạt tính bắt gốc tự DPPH = C m 100
C
OD OD
OD
Trong đó: ODm vàODc: giá trị mật độ quang OD mẫu dịch chiết đối chứng
Dựa vào tỷ lệ % hoạt tính bắt gốc tự DPPH, phư ng trình tư ng quan tuyến tính xây dựng đ xác định giá trị IC50 (nồng độ mà bắt 50% gốc tự DPPH) Mẫu tư ng ứng với giá trị IC50 thấp có hoạt tính kháng oxy hóa cao
Ch tiêu tổng vi khuẩn hiếu khí xác định cơng ty TNHH TÜ Rheinland iệt Nam Hàm lượng phenolic tổng phân tích Trung tâm Cơng nghệ Việt Đức - Trường ĐH Cơng nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh
SEM FTIR phân tích Ph ng Thí nghiệm Cơng nghệ Nano – SHPTLabs Ph ng Thí nghiệm Phân tích trung tâm - ĐH Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh 2.2.4 Phương pháp phân tích
Xác định hàm lượng betacyanin:
Hàm lượng betacyanin xác định phư ng pháp đo quang phổ Hàm lượng betacyanin xác định định luật Lambert-Beer với độ hấp thu 538 nm Hàm lượng betacyanin (BC) tính theo mg/100g chất khô [10]
Xác định độ nhớt:
Độ nhớt dung dịch xác định nhớt kế mao quản Phương pháp so màu vật rắn:
Màu sắc bột betacyanin đo máy so màu vật rắn CR-400/CR-410 Konica Minolta ác định giá trị L, h° C
0
arctan /
h b a C a2b2
Trong đó:
- h° (heu) góc độ đ xác định tơng màu (0° 360° tông màu đỏ; 90° tông màu
vàng; 180° tông màu xanh lá; 270° tông màu xanh lam)
- C (Chroma): độ b o h a màu (đậm nhạt); L (Lightness): độ sáng hay tối
của màu; a: trị số tông màu đỏ; b: trị số tông màu vàng
Xử lý số liệu: Tất thí nghiệm lặp lại lần, số liệu thu nhận xử l
bằng phần mềm Microsoft Excel 2010, Statgraphics centurion I OriginPro 8.5 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết khảo sát điều kiện ảnh hƣởng đến trình tách chiết betacyanin 3.1.1 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu dung mơi
(4)trích ly lọc, ly tâm tốc độ 5500 v ng/phút 15 phút, sau xác định hàm lượng betacyanin độ nhớt
Hình Sự thay đổi hàm lượng betacyanin độ nhớt theo tỷ lệ nguyên liệu:dung môi Các ký tự abcd là giá trị trung bình cột, thể khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)
Kết Hình cho thấy tăng lượng nước cất dùng đ trích ly, độ nhớt giảm từ 39,17 mPa.s xuống 2,91 mPa.s Độ nhớt giảm giúp cho qua trình lọc dịch chiết qua rây dễ dàng h n Tuy nhiên, tỷ lệ nguyên liệu:dung môi 1:50, hàm lượng betacyanin tổng đạt cao (63,91 mg/100g) với độ nhớt 10,80 mPa.s Hàm lượng betacyanin tổng thấp (54,62 mg/100g) trích ly tỷ lệ 1:25 (thấp h n mức cao 1,17 lần) Lượng nước sử dụng dẫn đến việc tách chiết khơng hồn tồn betacyanin, tăng tỷ lệ nước cao có th gây l ng phí cơng đoạn sau trình tách chiết ì h a tan chất vào dung mơi q trình vật l nên Cacace Mazza (2003) đ giải thích rằng: lượng dung môi tăng s tạo điều kiện cho hoạt chất sinh học tiếp xúc với dung môi dẫn đến khả thẩm thấu cao h n; hiệu suất thu nhận thành phần hoạt tính sinh học s khơng tiếp tục tăng đ đạt cân [14] ì vậy, tỷ lệ bột vỏ nước chọn 1:50 (w/v) cho nghiên cứu
3.1.2 Ảnh hưởng vi sóng
(5)Hình Sự thay đổi hàm lượng betacyanin theo cơng suất (a) thời gian (b) vi sóng Các ký tự abcd là giá trị trung bình cột, thể khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)
Kết thực nghiệm cho thấy cơng suất ảnh hưởng có nghĩa đến hiệu tách chiết betacyanin (p < 0,05) i sóng công suất 350 W thu dịch chiết chứa hàm lượng betacyanin cao nhất, tiếp tục tăng công suất vi sóng hàm lượng betacyanin s giảm xuống (Hình 2a)
Theo kết Hình 2b, thời gian vi sóng 90 giây cho kết hàm lượng betacyanin cao (67,52 mg/100g), cao h n 1,11 lần so với thời gian 60 giây; hàm lượng betacyanin thấp (44,82 mg/100g) vi sóng với thời gian 180 giây (thấp h n mức cao 1,5 lần) Thời gian vi sóng tăng hàm lượng betacyanin c ng s tăng dần Tuy nhiên 90 giây hàm lượng betacyanin tổng đ dừng lại mức tối đa mà không tăng thêm Sau khoảng thời gian này, hàm lượng betacyanin giảm chúng bị phân hủy thành betaxanthins có màu vàng Betalain thường biết đến chất màu không ổn định nhiệt, tốc độ phân hủy tăng nhanh với gia tăng nhiệt độ thời gian gia nhiệt [11] Do đó, hàm lượng betalain bị giảm mạnh trích ly nhiệt độ cao thời gian dài Kết nghiên cứu Cardoso-Ugarte et al. (2013) c ng ch tiến hành vi sóng khoảng thời gian 90-120 giây s thu betacyanin cao nhất, c n betaxanthins thu cao thời gian xử l vi sóng khoảng 140-150 giây [15] Từ l trên, vi sóng với cơng suất 350 W thời gian 90 giây chọn đ trích ly thu nhận betacyanin nghiên cứu
3.1.3 Ảnh hưởng pH
Betacyanin nhóm sắc tố có màu đỏ - đỏ tím, ổn định màu sắc betacyanin bị ảnh hưởng lớn pH, pH tăng, mơi trường kiềm mạnh có th làm betacyanin bị thủy phân thành betanidin (màu đỏ) hay thành betaxanthin (màu vàng) [17, 18] Tuy nhiên phản ứng thủy phân betacyanin có tính thuận nghịch, điều kiện mơi trường acid betacyanin tái tạo trở lại dung dịch s có màu sắc ban đầu [19]
(6)Hình Sự thay đổi hàm lượng betacyanin theo pH dung môi chiết Các ký tự abcd là giá trị trung bình cột, thể khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)
3.2 Ảnh hƣởng nồng độ maltodextrin nhiệt độ sấy phun đến hiệu suất thu nhận bột màu betacyanin
Maltodextrin bổ sung vào dịch chiết trước sấy nhằm mục đích tăng nồng độ chất khơ, tạo điều kiện cho q trình sấy phun thực dễ dàng h n Khi bổ sung maltodextrin với tỷ lệ 4, 6, 8% (w/v) nồng độ chất khô dịch chiết betacyanin trước sấy tư ng ứng 6, 8, 10 (°Bx) Nghiên cứu Zaini (2009) đ ch việc bổ sung nhiều maltodextrin sấy phun nhiệt độ đầu vào cao s khiến bột trở nên kết dính độ ẩm tăng lên [20]
Hình Ảnh hưởng nồng độ maltodextrin (a) nhiệt độ sấy phun (b) đến hiệu suất thu hồi betacyanin
Các ký tự abcd là giá trị trung bình cột, thể khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)
(7)được 8,59% Tỷ lệ bổ sung maltodextrin thấp sản phẩm tạo thành có hàm lượng betacyanin cao, nồng độ maltodextrin 4% 6% (w/v), độ ẩm bột màu tư ng ứng 8,26% 8,77% Kết xử l số liệu hiệu suất thu hồi betacyanin cho thấy khơng có khác biệt mặt thống kê 4% 6% (w/v) Nhìn chung, độ ẩm bột sấy phun khơng có thay đổi đáng k q trình khảo sát ảnh hưởng nồng độ maltodextrin m khảo sát, độ ẩm bột sấy phun nhỏ h n 10% phù hợp với nghiên cứu Tze et al. (2012) [21] Ngoài ra, mẫu bột đo độ màu thông qua phư ng pháp so màu vật rắn, kết th Bảng Cả mẫu cho giá trị ho nhỏ, 10o
, chứng tỏ khung màu đỏ Giá trị ho
tăng lên tăng nồng độ maltodextrin, đồng thời giá trị C giảm dần Do vậy, tỷ lệ maltodextrin cao độ màu đỏ giảm dần, điều c ng ghi nhận tư ng ứng quan sát mẫu mắt thường, màu hồng đậm nồng độ maltodextrin 4% (w/v) (Hình 5) ét độ sáng mẫu bột, mẫu bột bổ sung 4% maltodextrin có độ tối (tư ng ứng giá trị L cao nhất) Điều có th giải thích mẫu có giá trị a (trị số tông màu đỏ) cao nên s làm tăng độ tối mẫu Như vậy, đ thu hồi bột có hàm lượng betacyanin cao, đạt độ ẩm thích hợp đồng thời tiết kiệm chi phí nồng độ maltodextrin 4% (w/v) thích hợp cho trình sấy phun
ảng Các giá trị liên quan đến độ màu mẫu bột sấy phun
Tỷ lệ bổ sung maltodextrin L a b ho C
4% 50,93 23,46 7,89 3°08 24,75
6% 48,24 20,15 5,20 3°96 20,81
8% 45,75 18,64 4,58 4° 15 19,19
Hình Màu sắc bột betacyanin
sau sấy phun với nồng độ maltodextrin (a): 4%, (b): 6%, (c): 8% (w/v)
Nhiệt độ đầu vào ảnh hưởng lớn đến trình sấy phun, nhiệt độ thấp hay cao gây bất lợi cho trình thu hồi bột màu betacyanin Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ sấy phun đến hiệu suất thu hồi betacyanin th Hình 4b Hiệu suất thu hồi đạt 21,36% nhiệt độ đầu vào thấp (130 oC), độ ẩm sản phẩm cao (12,26%) làm tăng bám dính thành thiết bị, gây tổn thất khối lượng bột, từ giảm hiệu suất thu hồi tổng khối lượng bột thu Khi tăng nhiệt độ lên 150 oC, độ ẩm sản phẩm giảm xuống (8,77%), hiệu suất thu hồi bột tăng lên đáng k (51,47%) Khi nhiệt độ sấy tiếp tục tăng, khả tách ẩm bột tăng lên, độ ẩm sản phẩm tạo thành thấp (7,59%), trình tạo bột thuận lợi h n hàm lượng betacyanin giảm tác động nhiệt độ, bột màu betacyanin bị màu, sản phẩm chuy n sang màu trắng maltodextrin