3.3.1 Thời gian nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện từ ngày 15 tháng 6 năm 2019 đến ngày 15 tháng 9 năm 2019.
3.3.2 Địa điểm nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hóa phân tích, trường ĐH Nguyễn Tất Thành, 331 Quốc lộ 1A, Phường An Phú Đông, Quận 12, Tp.HCM.
3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.4.1 Quy trình trích ly đài hoa bụp giấm
25 g mẫu bụp giấm khô xay nhuyễn được trích ly tại nhiệt độ 50ºC trong 30 phút bằng 100 mL dung môi ethanol 70% (v/v) được acid hóa đến pH 2 bằng cách sử dụng acid hydrochloric 2 N. Sau khi trích ly, dịch trích được thu nhận bằng cách lọc qua giấy lọc Whatman No.2. Dịch lọc được cô đặc bằng thiết bị cô quay chân không ở nhiệt độ 55ºC trong 30 phút để loại bỏ dung môi ethanol.
Để xác định lượng chất mang cần thiết trong quá trình vi bao, dịch cô đặc được phân tích hàm lượng anthocyanin. Kết quả thu được cho thấy dịch bụp giấm cô đặc có hàm lượng anthocyanin là 1.08 g/L.
3.4.2 Quy trình sấy phun dịch trích anthocyanin từ đài hoa bụp giấm
Dịch trích anthocyanin sau khi cô đặc được phối trộn với maltodextrin theo tỉ lệ nồng độ giữa anthocyanin và chất mang là 1:50, 1:60, 1:70, 1:80, 1:90, 1:100. Quá trình sấy phun được tiến hành trong thiết bị sấy phun Labplant SD-06AG (Keison, UK). Tốc độ nhập liệu được cố định ở 500 mL/h. Nhiệt độ đầu vào được khảo sát ở 3 mức là 150°C, 160°C, 170°C với nhiệt độ đầu ra lần lượt là 91°C, 99 °C và 98°C. Các mẫu sau khi sấy phun được bảo quản lạnh ở 4°C trong túi polyethylene cho đến khi đem phân tích.
3.5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
3.5.1 Xác định hàm lượng anthocyanin
Hàm lượng anthocyanin được phân tích dựa trên phương pháp pH vi sai [36]. Chất màu anthocyanin thay đổi màu thuận nghịch khi thay đổi pH: dạng oxonium ở pH 1.0 có màu trong khi dạng hemiketal ở pH 4.5 lại không màu. Sự khác nhau về độ hấp thu của chất màu tại hai giá trị pH tỷ lệ với nồng độ chất màu có trong dung dịch. Kết quả được mô tả theo hàm lượng cyanidin-3-glucoside. Các phân tử anthocyanin đã bị phân hủy không thay đổi màu sắc khi thay đổi pH và không được tính toán trong hàm lượng anthocyanin tổng.
Dịch mẫu được pha loãng sử dụng hai hệ thống đệm: pH 1.0 (dung dịch KCl 0.2 M) và pH 4.5 (dung dịch natri acetate 0.1 M) và độ hấp thụ được đo ở 520 và 700 nm bằng máy quang phổ UV-Vis.
3.5.2 Xác định hàm lượng anthocyanin tổng của hạt vi bao (TAC)
Để thu được TAC, 100 mg mẫu được cân và phối trộn với 1 mL nước cất. Sau đó, mẫu được nghiền bằng chày để phá hủy cấu trúc vi bao. 10 mL ethanol 96% được sử dụng để chiết xuất trong 5 phút. Dịch lọc được thu nhận và xác định hàm lượng anthocyanin [37].
3.5.3 Xác định hàm lượng anthocyanin bề mặt của hạt vi bao (SAC)
Để thu được SAC, 100 mg mẫu được cân và phối trộn với 10 mL ethanol 96% Sau khi vortex 10 giây và ly tâm ở tốc độ 3000 rpm trong 3 phút, phần dịch phía trên được thu nhận và lọc qua màng lọc membrane kích thước 0.45 μm. Dịch lọc được thu nhận và xác định hàm lượng anthocyanin [37].
3.6 CÔNG THỨC TÍNH TOÁN
Hiệu suất vi bao anthocyanin (microencapsulation efficiency – ME) (%) được tính theo công thức sau:
𝑀𝑀(%) = 𝑀𝑀𝑀 −𝑀𝑀𝑀 𝑀𝑀𝑀
× 100
3.7 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Dữ liệu thực nghiệm được phân tích bằng phần mềm SPSS 15 (SPSS Inc. Chicago, U.S.A) sử dụng những kỹ thuật thống kê cơ bản. Phân tích phương sai một nhân tố (one-way ANOVA) được áp dụng để xác định sự khác nhau giữa các chế độ xử lý mẫu
và Tukey’s Multiple Range test được áp dụng để xác định sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình ở mức ý nghĩa 5%. Tất cả thí nghiệm và những chỉ tiêu phân tích được lặp lại 3 lần.
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN SẤY PHUN LÊN SAC VÀ TAC
Maltodextrin với DE thấp hơn chứa một tỷ lệ lớn các saccharide chuỗi dài, có thể dẫn đến nứt bề mặt và giảm rào cản oxy. Maltodextrin với DE cao hơn có thể tạo thành các hệ thống tường không thấm oxy và đậm đặc hơn để giữ lại các sắc tố anthocyanin tốt hơn [38]. Maltodextrin là một loại tinh bột thủy phân được sản xuất bằng cách thủy phân một phần tinh bột bằng acid hoặc enzyme thường được sử dụng làm nguyên liệu trong quá trình vi nang của các thành phần thực phẩm [39], [40]. Maltodextrin được coi là tác nhân vi bao tốt bởi vì nó thể hiện độ nhớt thấp ở hàm lượng chất rắn cao và độ hòa tan tốt. Maltodextrin được sử dụng chủ yếu làm chất hỗ trợ trong quá trình sấy phun, sấy khô nước ép trái cây, làm tăng nhiệt độ chuyển thủy tinh, làm giảm độ dính của bột và tạo sự ổn định cho bột. Rõ ràng, chúng có khả năng hình thành ma trận rất cần thiết trong việc hình thành các hệ thống tường [41]. Nó mang lại những ưu điểm có lợi như chi phí tương đối thấp, mùi thơm và hương vị trung tính, độ nhớt thấp ở nồng độ chất rắn cao và bảo vệ tốt các hương vị chống lại quá trình oxy hóa [42]. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của vật liệu tường này là khả năng nhũ hóa thấp và khả năng lưu giữ biên của các chất bay hơi [43], [44]. Do đó, nó thường được sử dụng trong hỗn hợp với các vật liệu tường khác. Các tác nhân chất mang có thể được kết hợp để có được một ma trận hiệu quả và ổn định hơn [42].
Ảnh hưởng của tỷ lệ chất mang và nhiệt độ sấy phun lên hàm lượng anthocyanin tổng từ đài hoa bụp giấm được thể hiện trên đồ thị Hình 4.1. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ sấy phun và tỷ lệ chất mang ảnh hưởng đáng kể lên hàm lượng anthocyanin tổng. Tỷ lệ chất mang tăng dẫn đến sự giảm đáng kể về hàm lượng anthocyanin tổng. Khi tăng tỷ lệ chất mang từ 1:50 đến 1:100 thì hàm lượng anthocyanin bề mặt giảm từ khoảng 75.63−95.81 đến 56.46−66.98 (mg/L) tương ứng.
Theo Do and Nguyen (2018) báo cáo rằng bằng cách tăng nhiệt độ không khí đầu vào, quá trình bay hơi đã được đẩy nhanh; một vật liệu tường mịn và ổn định hơn đã được hình thành, hoạt động như một ma trận bảo vệ lõi anthocyanin khỏi quá trình xử lý nhiệt. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng quá cao, TAC đã giảm đáng kể [45].
120 100 80 60 40 20 0 1:50 1:60 1:70 1:80 1:90 1:100 ACN:MD (w/w) 150°C 160°C 170°C
Hình 4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun (°C) và tỷ lệ anthocyanin:maltodextrin (w/w) lên hàm lượng anthocyanin tổng (TAC) (mg/g DW) của bột bụp giấm sấy phun
Sự tương tác tiêu cực giữa TAC và nhiệt độ không khí đầu vào đã được chứng minh bởi một số báo cáo. Theo báo cáo Tonon, Brabet and Hubinger (2008, 2010) nhiệt độ không khí đầu vào ảnh hưởng đáng kể đến TAC của bột Açai (Euterpe oleracea Mart.) [46], [47].
Một báo cáo tương tự Ersus and Yurdagel (2007) trong quá trình vi nang của anthocyanin được chiết xuất từ cà rốt đen (Daucuscarota L.) bằng ba nhiệt độ không khí đầu vào khác nhau (160°C, 180°C và 200°C) [48].
Dịch chiết anthocyanin từ gạo nếp đen (black glutinous rice) có hàm lượng TAC từ các viên nang siêu nhỏ được tạo ra bằng cách sấy phun nằm trong khoảng 617.29– 844.38 mg cyanidin-3-glucoside/100 g DW [49].
Tăng nhiệt độ không khí đầu vào (140°C, 160°C và 180°C) dẫn đến giảm TAC vì anthocyanin nhạy cảm với nhiệt [50].
Việc tăng giá trị DE từ 10 lên 20 dẫn đến việc tăng tỷ lệ các polysaccharide chuỗi ngắn, tạo điều kiện cho sự hình thành của một bức tường vi nang với hệ thống không thấm oxy hơn [51]. Hệ thống này có thể làm giảm các tác động tiêu cực từ nhiệt và oxy. Tuy nhiên, giá trị DE cao (DE 30) cho thấy kết quả tiêu cực lên TAC.
T A C (m g/
Ersus and Yurdagel (2007) đã báo cáo rằng maltodextrin DE cao hơn nhạy cảm hơn với nhiệt độ cao hơn do chứa chuỗi ngắn hơn. Phản ứng oxy hóa của aldehyde khi ở cấu trúc mở vòng của các phân tử có thể dẫn đến biến dạng cấu trúc trong quá trình phun [48]. Điều này sẽ làm giảm sự bảo vệ anthocyanin.
Nayak and Rastogi (2010) đã báo cáo rằng giá trị DE của maltodextrin tăng từ DE 21 đến DE 33 dẫn đến giảm hàm lượng anthocyanin và gây ra sự tăng cường độ dày của tường dẫn đến việc làm khô chậm hơn, so với cùng nhiệt độ sấy [52].
30 25 20 15 10 5 0 1:50 1:60 1:70 1:80 1:90 1:100 ACN:MD (w/w) 150°C 160°C 170°C
Hình 4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun (°C) và tỷ lệ anthocyanin:maltodextrin (w/w) lên hàm lượng anthocyanin bề mặt (SAC) (mg/g DW) của bột bụp giấm sấy phun
Ảnh hưởng của tỷ lệ chất mang và nhiệt độ sấy phun lên hàm lượng anthocyanin bề mặt từ đài hoa bụp giấm được thể hiện trên Hình 4.2. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ sấy phun và tỷ lệ chất mang ảnh hưởng đáng kể lên hàm lượng anthocyanin bề mặt. Tỷ lệ chất mang tăng dẫn đến sự giảm đáng kể về hàm lượng anthocyanin bề mặt. Khi tăng tỷ lệ chất mang từ 1:50 đến 1:100 thì hàm lượng anthocyanin bề mặt giảm từ khoảng 22.32−26.13 đến 5.25−8.57 (mg/L) tương ứng.
SAC là một lượng anthocyanin không nằm bên trong thành vi nang và vẫn còn trên bề mặt của vi nang. Do đó, SAC thấp hơn cho thấy đặc tính tốt hơn của vi nang [49]. S A C (m g/
SAC giảm khi nhiệt độ không khí đầu vào được tăng lên. SAC thấp nhất (24.69 ± 4.66 mg/100 g DW) được quan sát thấy ở 180°C. Kết quả cho thấy việc tăng nhiệt độ không khí đầu vào làm tăng hiệu quả vi bao. Hiệu suất vi bao cao nhất (96.72 ± 0.61%) được quan sát ở 180°C, khi hầu hết anthocyanin bị nhốt vào cấu trúc của ma trận
maltodextrin [53]
Do đó, SAC thấp hơn cho thấy đặc tính tốt hơn của vi nang. Đối với sấy phun, tiếp xúc nhiệt ảnh hưởng tiêu cực đến anthocyanin được giữ lại trong các viên nang siêu nhỏ. Tăng nhiệt độ không khí đầu vào (140, 160 và 180°C) gây ra giảm mạnh SAC [49].
Ảnh hưởng tiêu cực thu được từ các viên nang SAC bên ngoài phụ thuộc vào một lượng nhóm aldehyde được tăng lên bởi giá trị DE. Do đó, một vật liệu tường có giá trị DE cao (> DE 20) có thể không phù hợp với quá trình vi nang anthocyanin [49].
4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN SẤY PHUN LÊN ME
Hiệu suất vi bao là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả của quá trình vi bao. Giá trị này được tính toán dựa trên sự chênh lệch về nồng độ của hoạt chất mong muốn trên bề mặt so với toàn bộ hạt vi bao. Trong nghiên cứu này, hoạt chất được chọn làm mục tiêu là anthocyanin. Hiệu suất vi bao anthocyanin khi sấy phun bụp giấm ở điều kiện sấy phun bao gồm nhiệt độ sấy phun và tỉ lệ chất mang được trình bày trong Hình 4.3.
Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ sấy phun và tỷ lệ chất mang ảnh hưởng đáng kể lên hiệu suất vi bao anthocyanin. Tỷ lệ chất mang tăng dẫn đến sự tăng đáng kể về hiệu suất vi bao anthocyanin. Khi tăng tỷ lệ chất mang từ 1:50 đến 1:100 thì hiệu suất vi bao anthocyanin tăng từ khoảng 69.90−76.69% đến 85.83−90.69% tương ứng. Ngoài ra, ở tỷ lệ chất mang cao (1:100) thì nhiệt độ sấy phun ảnh hưởng không đáng kể lên hiệu suất vi bao anthocyanin.
Hiệu suất vi bao được cải thiện đáng kể khi tăng tỉ lệ lõi/vật liệu tường [54]. Trong quá trình vi bao bởi quá trình sấy phun, khi tăng nhiệt độ đầu vào dẫn đến sự giảm hiệu quả bảo vệ anthocyanin khi sử dụng chất mang maltodextrin với cùng chỉ số DE [55]. Theo báo cáo Mahdavi et al., (2016) khi vi bao dịch trích chứa anthocyanin từ trái barberry (Berberis vulgaris) sử dụng chất mang maltodextrin (DE 18−20) tại nhiệt độ sấy phun 150ºC, việc tăng tỷ lệ chất mang từ 1:1 lên 1:4 (w/w) làm tăng đáng kể hiệu suất vi bao anthocyanin từ 86.07 lên 93.09% [37].
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1:50 1:60 1:70 1:80 1:90 1:100 ACN:MD (w/w) 150°C 160°C 170°C
Hình 4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun (°C) và tỷ lệ anthocyanin:maltodextrin (w/w) lên hiệu suất vi bao anthocyanin ME (%) của bột bụp giấm sấy phun
Theo báo cáo Fredes et al., (2018) từ dịch trái cây Maqui (Aristotelia chilensis
(Mol.) Stuntz, Elaeocarpaceae) đã nhận thấy rằng hiệu quả của việc vi bao tăng lên khi tăng tỷ lệ vật liệu lõi/tường [54]. Điều này là do khả năng tương tác của phenolic với nguyên liệu tường [56].
Theo Minemoto et al. (2002), vì ở tỷ lệ thấp, lượng vật liệu tường có thể không đủ để bao phủ hoàn toàn các giọt vật liệu lõi và sự thiếu hụt này có thể dẫn đến giảm hiệu quả vi bao [57]. Ngoài ra, nếu lượng phenolic trong dịch nhập liệu cao hơn so với khối lượng chất mang, hàm lượng phenolic trên bề mặt bột cao hơn dẫn đến làm giảm hiệu suất vi bao [58].
Trong quá trình vi bao bằng cách sấy phun, việc tăng nhiệt độ không khí đầu vào từ 140 đến 180ºC dẫn đến khả năng lưu giữ anthocyanin giảm [55]. Khi nhiệt độ nhập liệu tăng, tuy độ nhớt của dịch nhập liệu và kích thước của hạt phân tán sẽ giảm nhưng nhiệt độ cao có thể dẫn đến sự bay hơi hoặc suy thoái của một số thành phần nhạy cảm với nhiệt [59]. Khi tăng nhiệt độ sấy phun trên 160ºC thì hàm lượng anthocyanin của bột cà rốt đen (Daucus carota L.) sử dụng maltodextrin DE (18−21) giảm [48].
M E (%
Nhiệt độ không khí vào cao dẫn đến sự hình thành nhanh chóng của màng bán thấm trên bề mặt giọt nước, giúp giữ lại vật liệu lõi tối ưu [60].
Theo Aghbashlo et al. (2013), nhiệt độ không khí sấy cao hơn làm tăng tốc độ sấy của các giọt nước, thúc đẩy sự hình thành nhanh chóng của lớp vỏ. Lớp vỏ, ngay khi hình thành, tạo ta một màng vững chắc xung quanh các hạt, ngăn chặn sự thất thoát thêm của vật liệu vi bao từ giọt [61]. Tuy nhiên, nhiệt độ không khí đầu vào trên 180ºC gây ra bọt khí và sự hình thành bọt khí quá mức đi kèm với cấu trúc bề mặt không hoàn chỉnh, sẽ làm tăng tổn thất trong quá trình sấy phun [62].
Giá trị hiệu suất vi bao cao khi sử dụng maltodextrin cũng như vật liệu tường cũng được quan sát trong nghiên cứu của [63]. Tốc độ của dòng nhập liệu đi đến đầu phun được điều chỉnh để đảm bảo rằng đạt được mức sấy mong muốn trước khi nó tiếp xúc với bề mặt của buồng sấy. Hơn nữa, việc điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ dòng khí vào thích hợp là rất quan trọng [59]. Tuy nhiên, hiệu suất vi bao gần như không thay đổi trong những mẫu sấy phun tại những nhiệt độ sấy phun khác nhau ở tỷ lệ vật liệu lõi với tường cao [60].
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
5.1 KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của điều kiện sấy phun bao gồm nhiệt độ sấy phun và tỉ lệ chất mang maltodextrin lên hàm lượng anthocyanin và hiệu suất vi bao của bột sấy phun bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.) được khảo sát. Nhiệt độ đầu vào được khảo sát ở 3 mức là 150°C, 160°C, 170°C và tỉ lệ giữa anthocyanin và chất mang maltodextrin được khảo sát là 1:50, 1:60, 1:70, 1:80, 1:90, 1:100 (w/w).
Hàm lượng anthocyanin được xác định trên bề mặt (SAC) và trên toàn bộ (TAC) hạt vi bao anthocyanin từ bụp giấm. Hai giá trị này được sử dụng để tính toán hiệu suất vi bao anthocyanin trong quá trình sấy phun bột bụp giấm. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng anthocyanin bề mặt (SAC) và hàm lượng anthocyanin tổng (TAC) giảm đáng kể khi tăng tỉ lệ anthocyanin:maltodextrin (w/w) được khảo sát 1:50, 1:60, 1:70, 1:80, 1:90, 1:100 (w/w).
Tại cùng mức tỉ lệ chất mang hàm lượng SAC giảm khi tăng nhiệt độ sấy phun trong khoảng 150‒170°C. Tuy nhiên, ở những mức tỉ lệ chất mang cao (1:90 và 1:100), việc tăng nhiệt độ sấy phun giúp lưu giữ hàm lượng anthocyanin trên bề mặt hạt vi bao. Đối với hàm lượng TAC, nhiệt độ cao ảnh hưởng có lợi lên sự lưu giữ anthocyanin trên toàn bộ hạt vi bao. Kết quả cho thấy tỉ lệ chất mang cao góp phần bảo vệ hợp chất anthocyanin bên trong mạng lưới chất mang tốt hơn. Mẫu bột sấy phun bụp giấm sử dụng chất mang với hàm lượng lớn hạn chế ảnh hưởng bất lợi của nhiệt độ sấy phun lên tính ổn định của anthocyanin.
5.2 KHUYẾN NGHỊ
Trong quá trình nghiên cứu, do thời gian thí nghiệm và điều kiện trang thiết bị còn