Nghiên cứu thu nhận và ứng dụng anthocyanin của khoai lang tím trong chế biến thực phẩm

i MỤC LỤC Lời cam đoan iv Danh mục chữ ký hiệu viết tắt v Danh mục bảng vii Danh mục hình vẽ, đồ thị ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan hợp chất màu anthocyanin 1.1.1 Cấu trúc anthocyanin 1.1.2 Sự phân bố anthocyanin tự nhiên 1.1.3 Đặc tính quang phổ anthocyanin 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu anthocyanin 1.1.5 Hoạt tính sinh học anthocyanin 13 1.1.6 Ứng dụng anthocyanin chế biến thực phẩm 16 1.2 Tổng quan khoai lang tím 18 1.3 Chiết tách anthocyanin 20 1.3.1 Dung môi chiết anthocyanin 20 1.3.2 Phương pháp chiết tách anthocyanin 21 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu anthocyanin từ KLT 25 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới 25 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 31 CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Nguyên liệu 34 2.2 Hoá chất thiết bị nghiên cứu 35 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 35 2.3.1 Phương pháp hóa lý 35 2.3.2 Phương pháp sinh học 39 2.3.3 Phương pháp toán học 40 2.3.4 Phương pháp lấy mẫu nghiên cứu 41 2.3.5 Phương pháp đánh giá cảm quan 41 ii 2.4 sơ đồ nội dung nghiên cứu 42 2.5 phƣơng pháp thực nghiệm 44 2.5.1 Nghiên cứu lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT 44 2.5.2 Nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ KLT 46 2.5.3 Nghiên cứu đặc tính, thành phần anthocyanin KLT 48 2.5.4 Nghiên cứu tạo chế phẩm màu anthocyanin dạng bột từ KLT 49 2.5.5 Nghiên cứu ứng dụng phẩm màu anthocyanin chế biến thực phẩm 49 2.5.6 Nghiên cứu tận dụng bã KLT sau chiết anthocyanin 51 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT 53 3.1.1 Lựa chọn vùng nguyên liệu KLT cho hàm lượng anthocyanin cao 53 3.1.2 Ảnh hưởng độ lớn nguyên liệu KLT đến hàm lượng anthocyanin 53 3.1.3 Một số thành phần hóa học nguyên liệu KLT 54 3.1.4 Sự tổn thất KLT sau thu hoạch 55 3.1.5 Xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin 58 3.2 Chiết tách anthocyanin từ KLT 64 3.2.1 Chiết tách anthocyanin từ paste KLT 65 3.2.2 Chiết tách anthocyanin từ bột KLT 75 3.2.3 So sánh trình chiết anthocyanin từ paste KLT bột KLT 76 3.2.4 Xác định hàm lượng anthocyanin KLT 77 3.2.5 Trung hòa dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT 79 3.2.6 Tinh dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT 79 3.3 Đặc tính, thành phần anthocyanin KLT 81 3.3.1 Đặc tính quang phổ chất màu anthocyanin từ KLT 81 3.3.2 Xác định thành phần anthocyanin KLT 82 3.3.3 Ảnh hưởng pH nhiệt độ đến độ bền màu anthocyanin từ KLT 90 3.3.4 Hoạt tính sinh học anthocyanin từ KLT 94 3.4 Tạo chế phẩm màu xây dựng tiêu chuẩn cho chế phẩm màu anthocyanin từ KLT 100 iii 3.4.1 Tạo chế phẩm màu anthocyanin từ dịch chiết KLT 100 3.4.2 Đề xuất quy trình thu nhận chế phẩm màu anthocyanin từ KLT 103 3.4.3 Xác định số tiêu chất lượng phẩm màu anthocyanin từ KLT 105 3.4.4 Xây dựng tiêu chuẩn cho phẩm màu anthocyanin từ KLT 106 3.5 Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT chế biến thực phẩm 113 3.5.1 Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT làm phụ gia tạo màu sản xuất kẹo dẻo 113 3.5.2 Nghiên cứu sản xuất bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT dạng thực phẩm chức 116 3.6 Tận dụng bã KLT sau chiết anthocyanin 123 3.6.1 Xác định số tiêu bã KLT 123 3.6.2 Điều kiện thủy phân tinh bột KLT 124 3.6.3 Thời gian lên men ethanol bã KLT 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127 A Kết luận 128 B Những đóng góp luận án 128 C Kiến nghị nghiên cứu 129 Các cơng trình khoa học cơng bố 130 Tài liệu tham khảo 131 iv LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Người cam đoan Tạ Thị Tố Quyên v DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Abs Absorbance Độ hấp thụ AAS Atomic Absorption Spectrometer Quang phổ hấp thụ nguyên tử Aspergillus niger Aspergillus niger Anthocyanin Anthocyanin Arabinoside Arabinoside BHT Butylated hydroxytoluene Butylated hydroxytoluene CT Crude anthocyanin extract Dịch chiết anthocyanin thô Cy Cyanidin Cyanidin Diode array detector Đầu dò iot Del Delphinidin Delphinidin Dp Delphinidin Delphinidin DPPH -diphenil--picryl-hydrazyl -diphenil--picryl-hydrazyl E coli Escherichia coli Escherichia coli ESI Electrospray ionization Ion hoá điện Gal Galactoside Galactoside Glc Glucoside Glucoside Glc-rut Glucosyl-rutinoside Glucosyl-rutinoside HPLC High performance liquid chromatography Sắc ký lỏng cao áp A niger Antho Ara DAD for Tổ chức Tiêu chuẩn hoá Quốc tế ISO International Organization Standardization KLT Purple sweet potato Khoai lang tím KPH Not detected Không phát LC Liquid chromatography Sắc ký lỏng LĐ Liquid anthocyanin pigment Chế phẩm màu anthocyanin dạng lỏng LS Pure anthocyanin extract Dịch chiết anthocyanin Mal Malvidin Malvidin MIC Minimum Inhibitory Concentration Nồng độ ức chế tối thiểu vi MS Mass spectrometry Khối phổ Mv Malvidin Malvidin Nuclear Magnetic Resonance Cộng hưởng từ hạt nhân Rutinoside Rutinoside PDA Detector Photodiode Array Đầu dò mạch quang điện Peo Peonidin Peonidin PE Polyethylen Polyethylen Pel Pelagorindin Pelagorindin Pet Petunidin Petunidin Vietnamese standards Quy chuẩn Việt Nam Decision of the Ministry of Health Quyết định Bộ Y tế RT Retention time Retention time Sam Sambubioside Sambubioside Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus NMR Rut QCVN QĐ-BYT S aureus S cerevisiae Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiae Sop Sophoroside Sophoroside SRB Sulforhodamine B Sulforhodamine B Powder anthocyanin pigment Chế phẩm màu anthocyanin dạng bột Vietnamese standards Tiêu chuẩn Việt Nam TSBT NMNM Total number of yeast spores mold Tổng số bào tử nấm men nấm mốc TSVSV HK Total aerobic microorganisms Tổng số vi sinh vật hiếu khí SP TCVN UPLC QTOF MS Xyl Ultra-performance chromatography liquid Sắc ký lỏng siêu hiệu suất Quadrupole time of flight Mass Thời gian bay tứ cực quang Spectrometer phổ kế Xyloside Xyloside Ultraviolet-visible Cực tím - Nhìn thấy v/v Volume/Volume Thể tích/thể tích max Maximum absorption wavelength Bước sóng hấp thụ cực đại UV-vis vii DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1 Cấu trúc số anthocyanidin phổ biến rau Bảng 1.2 Hàm lượng anthocyanin số nguyên liệu Bảng 1.3 Các anthocyanin số nguyên liệu Bảng 1.4 Một số điều kiện chiết anthocyanin áp suất thường 22 Bảng 1.5 Hàm lượng anthocyanin số giống KLT 27 Bảng 2.1 Thực đơn sản xuất kẹo dẻo 51 Bảng 3.1 Một số thành phần hoá học KLT 53 Bảng 3.2 Một số tiêu chất lượng paste KLT 60 Bảng 3.3 Một số tiêu chất lượng bột KLT 62 Bảng 3.4 Ảnh hưởng loại acid hàm lượng acid đến hàm lượng anthocyanin 65 Bảng 3.5 Cảm quan dịch chiết anthocyanin từ KLT 66 Bảng 3.6 Điều kiện thí nghiệm để thực phương pháp quy hoạch thực nghiệm quay cấp II 70 Bảng 3.7 Ma trận phương án quay cấp II kết thực nghiệm 71 Bảng 3.8 Tóm tắt điều kiện chiết anthocyanin từ paste KLT bột KLT 75 Bảng 3.9 Nồng độ ức chế nửa (IC 50) mẫu dịch chiết 76 Bảng 3.10 Một số tiêu dịch chiết CT LS 79 Bảng 3.11 Thời gian lưu diện tích peak 82 Bảng 3.12 Thành phần chất màu anthocyanin KLT 88 Bảng 3.13 Giá trị IC50 chất màu CT, LS vitamin C 94 Bảng 3.14 Đường kính vịng vơ khuẩn MIC dịch chiết anthocyanin từ KLT 96 Bảng 3.15 Hoạt tính gây độc tế bào ung thư dịch chiết CT 97 Bảng 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng maltodextrin đến trình sấy phun 100 Bảng 3.17 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đến trình sấy phun 101 viii Bảng 3.18 Ảnh hưởng tốc độ bơm nhập liệu đến trình sấy phun 102 Bảng 3.19 Một số tiêu lý hóa phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT 110 Bảng 3.20 Sự thay đổi số tiêu phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT trình bảo quản 112 Bảng 3.21 Yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT 113 Bảng 3.22 Kết đánh giá cảm quan mẫu kẹo dẻo 117 Bảng 3.23 Một số tiêu chất lượng kẹo dẻo 118 Bảng 3.24 Tỷ lệ phối trộn bột uống hòa tan giàu anthocyanin 121 Bảng 3.25 Chỉ tiêu cảm quan bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT 122 Bảng 3.26 Một số tiêu lý hóa bột uống hịa tan giàu anthocyanin 122 Bảng 3.27 Chỉ tiêu vi sinh vật thức uống hòa tan giàu anthocyanin 123 Bảng 3.28 Sự thay đổi số tiêu chất lượng của bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT theo thời gian bảo quản 125 Bảng 3.29 Đề xuất tiêu chất lượng cho sản phẩm bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT 126 Bảng 3.30 Một số tiêu chất lượng bã KLT 104 Bảng 3.31 Ảnh hưởng tỷ lệ bã KLT/nước đến q trình dịch hóa, đường hóa tinh bột KLT 105 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình vẽ, đồ thị Trang Hình 1.1 Cấu trúc gốc aglycon anthocyanin Hình 1.2 Một số nguyên liệu giàu anthocyanin Hình 1.3 Ảnh hưởng pH đến cấu trúc anthocyanin 10 Hình 1.4 Sơ đồ phân giải anthocyanin pH cao 10 Hình 1.5 Củ khoai lang tím 18 Hình 1.6 Một số giống KLT nước 19 Hình 1.7 Giống KLT trồng Việt Nam 20 Hình 1.8 Quy trình thu nhận anthocyanin 25 Hình 1.9 Cấu trúc chung anthocyanin KLT 28 Hình 2.1 Mặt cắt KLT giống HL491 sử dụng nghiên cứu 34 Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát đề tài 43 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất kẹo dẻo 51 Hình 3.1 Ảnh hưởng vùng nguyên liệu KLT đến hàm lượng anthocyanin 52 Hình 3.2 Phân loại nguyên liệu KLT theo khối lượng 52 Hình 3.3 Ảnh hưởng khối lượng nguyên liệu đến hàm lượng anthocyanin 52 Hình 3.4 KLT lơ L1 mọc mầm sau tuần tồn trữ 55 Hình 3.5 KLT lô L1 bị thối hỏng, khô héo sau tuần tồn trữ 55 Hình 3.6 Sự biến đổi màu KLT sau tuần tồn trữ 55 Hình 3.7 Sự tổn thất khối lượng KLT theo thời gian tồn trữ 55 Hình 3.8 Sự tổn thất hàm lượng tinh bột KLT theo thời gian tồn trữ 56 Hình 3.9 Sự tổn thất hàm lượng anthocyanin KLT theo thời gian tồn trữ 56 Hình 3.10 Ảnh hưởng phương pháp xử lý KLT đến hàm lượng anthocyanin 58 Hình 3.11 Ảnh hưởng trình gọt vỏ đến hàm lượng anthocyanin 59 x Hình 3.12 Paste KLT 60 Hình 3.13 Ảnh hưởng phương pháp làm khơ đến hàm lượng anthocyanin 60 Hình 3.14 Sự thay đổi độ ẩm sấy KLT nhiệt độ khác 61 Hình 3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến hàm lượng anthocyanin 61 Hình 3.16 Bột KLT 62 Hình 3.17 Sự biến đổi hàm lượng anthocyanin tinh bột bột KLT bảo quản 63 Hình 3.18 Ảnh hưởng dung môi chiết đến hàm lượng anthocyanin 64 Hình 3.19 Ảnh hưởng tỷ lệ ethanol/nước đến hàm lượng anthocyanin 66 Hình 3.20 Ảnh hưởng nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin 67 Hình 3.21 Ảnh hưởng thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin paste KLT 68 Hình 3.22 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng anthocyanin paste KLT 68 Hình 3.23 Ảnh hưởng thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin bột KLT 74 Hình 3.24 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng anthocyanin bột KLT 75 Hình 3.25 Ảnh hưởng số lần chiết đến tổng lượng anthocyanin paste KLT 77 Hình 3.26 Ảnh hưởng số lần chiết đến tổng lượng anthocyanin bột KLT 77 Hình 3.27 Phổ đồ anthocyanin dung dịch đệm pH 4,5 80 Hình 3.28 Sắc ký đồ HPLC anthocyanin từ KLT 82 Hình 3.29 Phổ khối lượng MS peak 83 Hình 3.30 Sơ đồ phân mảnh ion [M+H]+ có m/z = 787,23 84 Hình 3.31 Phổ khối lượng MS peak 85 Hình 3.32 Sơ đồ phân mảnh ion phân tử [M+H]+ có m/z = 907,25 86 Hình 3.33 Màu sắc dịch chiết CT theo pH 89 ... phần anthocyanin KLT 48 2.5.4 Nghiên cứu tạo chế phẩm màu anthocyanin dạng bột từ KLT 49 2.5.5 Nghiên cứu ứng dụng phẩm màu anthocyanin chế biến thực phẩm 49 2.5.6 Nghiên cứu. .. màu thu - Nghiên cứu ứng dụng chất màu anthocyanin từ KLT chế biến số sản phẩm thực phẩm - Nghiên cứu tận dụng bã KLT sau chiết chất màu anthocyanin Phƣơng pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên. .. hấp thu anthocyanin 1.1.6 Ứng dụng anthocyanin chế biến thực phẩm Hiện anthocyanin ứng dụng công nghệ thực phẩm chủ yếu lĩnh vực sản xuất thực phẩm chức phụ gia tạo màu thay màu nhân tạo chế biến