Ứng dụng của phẩm màu annatto ·············································

1.2.5.1. Tác dụng dược học [18]

Phẩm màu annatto có hoạt tính sinh học cao, làm giảm lƣợng cholesterol trong máu, mang tính nhuận trƣờng.

Nó còn là chất chống oxi hoá mạnh, có khả năng tiêu diệt các gốc tự do và các loại men hại gây ung thƣ trong thức ăn, nƣớc uống; một chất chống tia cực tím và chống oxi hoá giúp bảo vệ gan thƣờng đƣợc sử dụng trong y học.

Ngoài ra, phẩm màu annatto có thể sử dụng làm thuốc chữa bệnh cao huyết áp, các bệnh về tiêu hóa, chữa bao tử, chống oxi hóa bảo vệ gan, thuốc chống say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, các rối loạn trực tràng và đau đầu trong y học cổ truyền của một số quốc gia trong khu vực Nam Mỹ.

1.2.5.2. Phẩm màu trong thực phẩm [18]

Chất màu annatto đƣợc sử dụng rất nhiều trong thực phẩm. Chất màu thƣờng đƣợc đƣa vào để nhuộm màu cho các sản phẩm nhƣ: bánh, mứt, kẹo, nƣớc giải khát, kem bơ, các sản phẩm chế biến từ thịt, cá…Một số ứng dụng của phẩm màu điều nhuộm trong các sản phẩm thực phẩm thể hiện trên hình 1.8.

Annatto : gồm bixin và norbixin.

Phẩm màu bixin tan trong dầu: dùng cho các sản phẩm của chất béo và sữa, phô mai, bơ, margarin, lạp xƣởng, mì tôm, kem, đồ tráng miệng, thực phẩm nƣớng và bánh snack...

28

Phẩm màu norbixin tan trong nƣớc: dùng cho bánh kẹo, phô mai, cá xông khói, kem và sản phẩm của sữa, đồ tráng miệng, sản phẩm của ngũ cốc và bánh mì (phần ruột bánh), tạo màu cho đồ uống...

Hình 1.8. Ứng dụng của annatto trong thực phẩm

1.2.5.3. Thuốc nhuộm màu tự nhiên

Tại Đông Nam Á, ngƣời ta thu hái hạt để làm chất nhuộm màu, chính vì thế mà loài này có tên gọi điều nhuộm. Hạt điều nhuộm đã đƣợc thổ dân châu Mỹ sử dụng từ rất lâu để làm thuốc màu vẽ lên cơ thể, đặc biệt là môi, vì thế mà đôi khi nó còn đƣợc gọi tại khu vực này nhƣ là "cây son môi".

Annatto là nguồn sáng tự nhiên cho chất liệu silk. Màu cam của annatto là màu đƣợc ƣa chuộng trên chất liệu silk [12]. Mặc dù thuốc nhuộm tự nhiên không thể tồn tại lâu dài với thời gian nhƣng ngƣời ta đã phát triển quy trình lầm cho chất nhuộm có thể bền hơn trên vật liệu tơ sợi. Thuốc nhuộm không thấm vào vải tơ sợi nhiều, do đó thƣờng sử dụng các chất cắn màu nhƣ: kali nhôm sunfat K2.SO4.Al2(SO4)3, đồng sunfat CuSO4…để kéo dài tuổi thọ của thuốc nhuộm trên tơ sợi.

Thuốc nhuộm annatto có độ ái lực tƣơng đối cao đối với cả sợi nilông và polieste. Màu sắc trên sợi nilông và polieste có độ bền tƣơng đối trong khi giặt (xem hình 1.9).

Ngoài ra annatto còn đƣợc sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp, nó đƣợc thêm vào để tạo màu trong dầu gội, kem, mỹ phẩm, xà phòng…

29

Hình 1.9. Nhuộm sợi bởi phẩm màu annatto

1.2.6. Tình hình nghiên cứu sử dụng chất màu ở Việt Nam và trên thế giới

Ngày nay hóa màu đã trở thành một ngành công nghệ hóa chất kĩ thuật cao, sản xuất ra những vật liệu đặc biệt thuộc hai nhóm chính là thuốc nhuộm và bột màu để cung cấp cho các nhu cầu trong nhuộm vải, in hoa, gia công nhựa, da, giấy, sản xuất mực in, thực phẩm, dƣợc phẩm, gốm sứ, thủy tinh, hội họa, xây dựng,... Tỷ lệ các chất màu dùng theo công dụng nhƣ sau: nhuộm vải sợi là 54%; nhuộm nền cho da, giấy là 15%; dùng cho mực in và sơn là 25%; chất màu dùng cho các công dụng khác nhƣ dƣợc phẩm, thực phẩm,... là 6%.

Trên thế giới, các nƣớc có sản lƣợng các chất màu lớn nhất là Đức, Anh, Thụy Sỹ, Mỹ, Liên Xô (cũ), Nhật Bản, Ấn Độ,... Tuy nhiên, hiện nay các nƣớc này đã tiến hành sáp nhập và tái cơ cấu trong sản xuất kinh doanh. Về qui mô, doanh số sản phẩm màu của một số hãng lên đến 2 tỷ USD. Đáng chú ý là các nƣớc này đều có đại lý bán sản phẩm ở thị trƣờng Việt Nam. Riêng Annatto đƣợc lấy từ cây Điều nhuộm- Bixa orellana đƣợc sản xuất trên thế giới hàng năm vào khoảng 10.000 tấn, lƣợng sản phẩm tham gia mậu dịch khoảng 7.000 tấn. Nƣớc xuất khẩu chính các sản phẩm Annatto là Peru và Kenya, các nƣớc nhập khẩu chính là Mỹ, Nhật và một số nƣớc Đông Âu [18].

Ở nƣớc ta, với những mức độ khác nhau đã có các ngành công nghiệp: xi măng, gang thép, cơ khí, điện, điện tử, viễn thông, sản xuất ôtô, xe gắn máy, gốm sứ, thủy tinh, dệt nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm v.v... Tuy nhiên, chúng ta vẫn

30

còn thiếu ngành công nghiệp hóa màu (gọi tắt là ngành hóa màu) với quy mô lớn nhƣ những ngành khác. Chúng ta hầu nhƣ phải nhập 100% các chất màu nhƣ thuốc nhuộm, bột màu, màu cho thực phẩm,... Chính vì có nhu cầu về màu sắc trong các lĩnh vực kinh tế, đời sống, văn hóa, xã hội mà ở nƣớc ta đã và đang có nhiều nỗ lực trong nghiên cứu và sản xuất các chất màu. Tuy nhiên, các kết quả còn nhỏ và rời rạc và việc nghiên cứu chƣa có cơ bản. Thị trƣờng màu thực phẩm của nƣớc ta còn bị bỏ ngỏ, không quản lý đƣợc về chất lƣợng cũng nhƣ chƣa nắm đƣợc công nghệ. Hiện nay nƣớc ta cho phép lƣu hành 9 loại màu thực phẩm theo tiêu chuẩn Mỹ. Trong đó có 3 màu: sunset yellow (cam), tartrazin (vàng), allura red (đỏ). Ba loại màu này chiếm 80% thị trƣờng màu thực phẩm của một số nƣớc công nghiệp. Do nhập của họ nên tỷ lệ này ở nƣớc ta cũng có thể là nhƣ vậy. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đây là 3 loại màu thuộc họ azo mà ta đã nắm đƣợc kỹ thuật tổng hợp chúng. Với các dây chuyền công nghệ chiết suất màu tự nhiên, chúng ta đã chiết suất đƣợc 2 màu: màu đỏ điều cary (màu vàng annatto [Bixin]) và màu vàng nghệ (màu curcumin). Hai loại màu này rất quen thuộc trên thị trƣờng thế giới do có nhu cầu rất lớn dùng chúng thay cho màu tổng hợp dùng trong thực phẩm. Nguồn nguyên liệu của các màu này chỉ mọc ở vùng nhiệt đới, do đó ta rất có ƣu thế. Ƣớc tính, về màu đỏ điều cary, một nƣớc nhƣ Nhật Bản tiêu thụ khoảng 1500 tấn mỗi năm, ở châu Âu và Mỹ cũng có nhu cầu về mặt hàng này. Từ đó thấy rằng, ngành trồng và chế biến cây có màu tự nhiên có nhiều triển vọng và tiềm năng sẽ giải quyết nhiều công ăn việc làm, phát huy đƣợc lực lƣợng khoa học kỹ thuật trong nƣớc và tiềm năng đất đai khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam. Đất nƣớc ta có dân số 80 triệu ngƣời, nhu cầu về bột màu và thuốc nhuộm khá lớn, ƣớc tính khoảng 2 - 3 ngàn tấn/ năm, lƣợng ngoại tệ phải dùng để nhập bột màu và thuốc nhuộm cần tới khoảng 80 - 100 triệu USD.

Màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên là nhu cầu bức bách đối với đời sống hàng ngày. Màu thực phẩm phải luôn luôn bảo đảm an toàn tuyệt đối cho ngƣời tiêu dùng. Mặt khác, thị trƣờng màu thực phẩm ở Việt Nam đang bị các công ty nƣớc

31

ngoài chiếm lĩnh. Chúng ta cần tự lực sản xuất màu thực phẩm, tạo một xung lực, bƣớc nhảy cho sự phát triển của ngành này.

1.3. Phương pháp chiết tách

1.3.1. Phương pháp chiết

Phƣơng pháp chiết là phƣơng pháp thu lấy chất từ hỗn hợp nhiều chất bằng dung môi hữu cơ dùng để tách biệt, cô và tinh chế các cấu tử có trong hỗn hợp thành các cấu tử riêng [15].

Phƣơng pháp chiết bao gồm cả việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và cách chiết. Một phƣơng pháp chiết xuất thích hợp có thể đƣợc hoạch định một khi đã biết rõ thành phần hoá học của nguyên liệu, mỗi loại hợp chất có độ hoà tan khác nhau trong từng loại dung môi. Vì vậy không thể có một phƣơng pháp chiết xuất chung áp dụng cho tất cả các hợp chất [8]. Lựa chọn phƣơng pháp chiết để có đƣợc cao trích thô là công việc rất quan trọng để tránh phân hủy hợp chất, tránh các phản ứng phụ, các phản ứng chuyển vị.

Các quá trình xảy ra trong chiết xuất: trong quá trình chiết sẽ xảy ra 3 quá trình:

+ Quá trình hòa tan. + Quá trình khuyếch tán. + Quá trình thẩm thấu.

Ba quá trình này thực hiện liên tục cho đến khi quá trình chiết kết thúc. - Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chiết xuất:

+ Nguyên liệu + Dung môi + Kĩ thuật chiết

Những yếu tố thuộc về thành phần cấu tạo của dƣợc liệu: màng tế bào, chất nguyên sinh, một số tạp chất.

Những yếu tố thuộc về dung môi: độ phân cực, độ nhớt, sức căng bề mặt. Những yếu tố thuộc về kỹ thuật: nhiệt độ, thời gian, độ mịn, sự khuấy trộn, siêu âm, vi sóng…

32

1.3.1.1. Dung môi [8]

Dung môi dùng để chiết xuất các hợp chất ra khỏi dƣợc liệu rất đa dạng và thay đổi tùy theo bản chất của mỗi loại dƣợc liệu. Cơ sở để lựa chọn dung môi chiết xuất là tính phân cực của hợp chất chứa trong dƣợc liệu và của dung môi.

 Dung môi phân cực và không phân cực:

Quá trình hình thành một dung dịch là tùy thuộc vào đặc tính của chất tan và dung môi. Để hình thành một dung dịch trƣớc hết phải có sự phá vỡ các dây nối liên kết trong hợp chất tan và dung môi.

Để hiểu tính phân cực của dung môi, ta có thể so sánh giữa hai chất: ete và nƣớc.

Giữa ete và nƣớc có 3 điều khác nhau cơ bản:

- Hằng số điện môi của nƣớc là 200C là 80,4 trong khi của ete etylic là 4,34 - Nguyên tử hydro của phân tử nƣớc có khả năng liên kết với một nguyên tử mang điện âm của một hợp chất khác, hình thành dây nối liên kết hydro trong dung dịch nƣớc, trong khi ete etylic không có sự liên kết này.

Dây nối hydro hình thành ảnh hƣởng lớn đến tính hòa tan của hợp chất đối với dung môi

- Nƣớc có tác dụng nhƣ một axit vừa là một bazơ, còn ete chỉ là một bazơ rất yếu, không hoạt động nhƣ một axit.

Do những đặc tính trên, nƣớc đƣợc xem là một dung môi phân cực mạnh còn ete là một dung môi không phân cực. Các dung môi không phân cực mạnh ngoài nƣớc ra còn có các ancola bậc thấp nhƣ metanola, etanola, propanola, butanola... Các dung môi không phân cực ngoài ete còn có các hydro cacbua nhƣ ete dầu, benzen, toluen, hexan, heptan...

Các chất nằm giữa hai nhóm trên gọi là các chất phân cực yếu hoặc vừa nhƣ etyl axetat, clorofoc, axeton, đietyla clorua.

 Chất tan trong nước và dung môi phân cực:

33

- Chất phân cực : Các hợp chất hữu cơ nói chung không ion hóa nhƣng nếu chúng có chứa các nhóm hoặc nguyên tử mang điện âm có thể hình thành dây nối hydro với phân tử nƣớc thì chúng sẽ tan đƣợc trong nƣớc.

Những nhóm có khả năng tạo dây nối hydro nhƣ OH-, CO, NO, NH2 và các halogen gọi là nhóm phân cực.

Càng có nhiều nhóm phân cực thì phân tử ấy càng dễ hòa tan trong nƣớc. Nhƣng nếu mạch hydro cacbon của phân tử càng dài thì độ hòa tan càng giảm.

Thực nghiệm cho thấy một nhóm phân cực trong phân tử có khả năng hình thành liên kết hydro với phân tử nƣớc sẽ làm cho phân tử ấy tan đƣợc trong nƣớc nếu số cacbon của mạch không quá 5 hoặc không quá 6 nếu phân tử có thêm mạch nhánh. Nhƣng nếu phân tử có nhiều nhóm phân cực (2 nhóm trở lên) thì tỉ lệ này giảm xuống, một nhóm phân cực cho 3 hoặc 4 cacbon trong mạch thì phân tử ấy tan đƣợc trong nƣớc.

Yêu cầu dung môi vô cơ sử dụng [12]:

Hỗn hợp phản ứng là hỗn hợp lỏng-lỏng, rắn-lỏng cộng với dung môi hay tập hợp một số dung môi. Chúng có độ hòa tan khác nhau, nồng độ các chất khác nhau và có tác dụng tƣơng hỗ (thấm lấn), khuyết tán vào nhau

Dung môi đáp ứng những yêu cầu sau đây:

- Phải có tính hòa tan chọn lọc, tức là hòa tan tốt các chất cần tách mà không hòa tan hoặc hòa tan rất ít các chất khác. Đây là tính chất cơ bản không thể thiếu đƣợc.

- Không có tác dụng hóa học với các cấu tử của dung dịch.

- Nếu trích li lỏng, yêu cầu khối lƣợng riêng (p) của dung môi khác xa với (p) dung dịch. Tất nhiên cũng có loại thiết bị trích ly dung dịch có (p) rất gần nhau.

- Không phá hủy thiết bị.

- Không bị biến đổi thành phần khi bảo quản.

- Không độc khi thao tác, không tạo hỗn hợp nổ với không khí và khó cháy. - Rẻ tiền, dễ kiếm.

34

nóng, chƣng cất hoặc sấy. Sau khi tách ra không để lại mùi vị lạ và làm bẩn sản phẩm.

Dĩ nhiên dung môi không đƣợc phép làm thay đổi chất hòa tan về mặt hóa học. Các hỗn hợp dung môi nhƣ: nƣớc – ancol, nƣớc – đioxan, clorofom-ete dầu hỏa cũng có thể rất thích hợp, phải xác định thành phần thích hợp nhất cho những hỗn hợp nhƣ vậy trong những thí nghiệm sơ bộ.

1.3.1.2. Cách chiết

 Kĩ thuật chiết chất lỏng:

Dụng cụ chiết là phễu chiết.

Trƣớc khi chiết phải kiểm tra lại khóa và bôi vazơlin vào khóa phễu. Đỗ dung dịch vào phễu chiết, thêm dần dung môi vào sao cho thể tích chỉ chiếm khoảng 2/3 thể tích của phễu. Lƣợng dung môi cho vào khoảng 1/5 đến 1/3 thể tích dung dịch. Đậy nút, một tay giữ nút và phễu, một tay giữ khóa phễu,cẩn thận lắc nhẹ và dốc lên dốc xuống phễu nhiều lần. Khi lắc thƣờng làm tăng áp suất trong phễu, do đó phải để ngƣợc phễu, mở khóa phễu cho cân bằng với áp suất bên ngoài rồi đóng khóa phễu, lắc mạnh tiếp khoảng 1-

2 phút. Lắc xong, cặp phễu vào giá để yên một lúc cho phân lớp hai chất lỏng. Sau đó mở khóa phễu và tách lấy các phần khác nhau tùy thuộc vào tỉ khối của dung dịch. Nếu lớp dƣới là dung dịch cần lấy thì để lại một ít trong phễu, nếu lấy lớp trên thì cho chảy quá một ít chất lỏng.

Khi chiết những chất dễ tạo thành nhũ tƣơng phải chú ý lắc nhẹ. Nếu nhũ tƣơng tạo thành do một lƣợng kết tủa tạo thành trên bề mặt phân chia hai pha lỏng thì phải lọc, nếu do sức căng bề mặt thì thƣờng thêm rƣợu etylic để phá sức căng bề mặt phân chia giữa hai pha. Nếu do sự khác nhau về tỉ khối của chất lỏng không lớn lắm thì thƣờng thêm dung dịch NaCl bão hòa để tăng tỉ khối của dung dịch nƣớc. Tốt nhất là để yên lắng trong một thời gian lâu.

Chiết các chất rắn:

35 Dụng cụ chiết là bộ dung cụ chƣng ninh.

Cho chất rắn vào bình cầu có sẵn dung môi hòa tan ở nhiệt độ bay hơi của dung môi, sau đó lọc hoặc gạn lấy dung dịch. Muốn lấy chất từ dung dịch thì cất đuổi dung môi ở máy cô quay chân không hoặc bằng các phƣơng pháp thông thƣờng. Sự chiết chất trong hỗn hợp rắn phụ thuộc nhiều vào độ hòa tan của các chất vào dung môi lựa chọn và bề mặt tiếp xúc của chất rắn với dung môi và nhiệt độ. Để tăng khả năng chiết, ngƣời ta tiến hành nghiền nhỏ chất rắn rồi chiết ở nhiệt độ đã lựa chọn. Cần chú ý là khi cho nguyên liệu và dung môi vào cần xác định nhiệt độ sôi của

dung dịch khác so với nhiệt độ sôi của dung môi nhƣ thế nào để đối chiếu, lựa chọn nhiệt độ chƣng ninh.

1.3.2. Phương pháp tách

Có nhiều phƣơng pháp tách: phƣơng pháp làm bay hơi dung môi, kết tinh, gạn, li tâm, lọc...Trong đề tài, em sử dụng các phƣơng pháp sau:

1.3.2.1. Phương pháp làm bay hơi dung môi [16]

Có thể tách chất tan ra khỏi dung môi. Nếu lƣợng dung môi bé, tự bay hơi