vạn thọ - Sản xuất thử nghiệm và đánh giá chất lƣợng sản phẩm
3.3.1. Hoàn thiện quy trình chiết sản xuất chất màu lutein ester từ hoa cúc vạn thọ cúc vạn thọ Chọn số lần ngâm chiết 66.27 72.05 76.47 78.28 78.83 55.00 60.00 65.00 70.00 75.00 80.00 1 2 3 4 5 Số lần ngâm chiết (lần) H iệ u su ất c hi ết lu te in (% )
Từ những khảo sát trên , có thể đề xuất quy trình sản xuất chất màu lutein ester từ hoa CVT như sau (hình 3.5):
Thuyết minh quy trình
- Nguyên liệu
Sử dụng nguyên liệu là bột hoa cúc vạn khô (thu được bằng cách sất cánh hoa tươi ở 700C cho đến khi khô giòn, rồi nghiền thành bột mịn). Nguyên liệu được bảo quản trong bao bì kín, hút chân không, trong mát. - Ngâm chiết
Cân chính xác lượng nguyên liệu (G kg) cho vào bồn ngâm chiết có nắp đậy kín để hạn chế sự bay hơi của dung môi. Thêm vào đó một thể tích hỗn hợp ethanol: hexane 40/60 v/v (cứ 4 lít ethanol trộn với 6 lít hexane) với tỷ lệ dung môi: nguyên liệu là 10/1 v/w (cứ 1 kg nguyên liệu thêm vào đó 10 lít dung môi). Đậy kín hệ thống, để yên ở nhiệt độ phòng.
Cứ sau 3 ngày chiết rút dịch chiết một lần, thêm dung môi mới vào. Lặp lại như vậy 3 lần. Tất cả dịch chiết được gom lại vào một bồn chứa.
- Cô đuổi dung môi
Dịch chiết sau đó được hút vào bình chứa dung môi của hệ thống cô chân không. Tiến hành cô dịch chiết dưới áp suất thấp sao cho nhiệt độ sôi không quá 40oC, tránh ánh sáng tự nhiên.
Sau khi kết thúc quá trình cô dặc chân không, thu được dầu nhựa lutein (lutein ester thô) trong bình cô quay, Dung môi tách ra được đem chưng cất để thu ethanol và hexane tái sử dụng cho công đoạn ngâm chiết các mẻ nguyên liệu tiếp theo.
- Tinh chế
Dầu nhựa lutein cô đặc được tinh chế bằng cách hòa tan trong một thể tích tối thiểu isopropanol đã được đun nóng ở 75oC để hòa tan lutein ester. Lọc lấy dung dịch qua phễu lọc hút chân không để loại bỏ những tạp chất
không tan. Dịch lọc sau đó được làm lạnh đến 15oC, để qua đêm trong tủ mát để kết tinh lutein ester. Hỗn hợp lại được lọc qua phễu lọc hút chân không một lần nữa để thu tinh thể lutein ester nằm trên phễu lọc. Dịch lọc được cô chân không để thu hồi isopropanol tái sử dụng. Lặp lại quá trình tinh chế vừa rồi một lần nữa với tinh thể lutein ester.
- Sấy chân không
Sản phẩm lutein ester tinh thể thu được sau khi tinh chế được đem sấy chân không ở 50oC trong 3 h rồi đuổi dung môi còn sót lại bằng dòng khí N2. Sản phẩm thu được là bột màu lutein ester
Tất cả các thao tác trên nên thực hiện trong bóng tối.
Tất cả các dung môi và isopropanol đã thu hồi sẽ được lọc qua Na2SO4
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu lutein ester từ hoa cúc vạn thọ Bột màu lutein ester Thải isopropanol Sấy chân không Lutein ester tinh
chế Tinh chế Ngâm chiết
Bột hoa cúc vạn thọ
- Dung môi etanol- hexan 40:60 (v/v) + BHT 0,1% (w/v)
- Dung môi/ nguyên liệu 10:1 (v/w)
- Thời gian ngâm: 3 ngày/lần chiết. - Số lần chiết: 3 lần
Cô đuổi dung môi
Chưng cất Dung môi
Lọc
Dầu nhựa lutein
3.3.2. Kết quả thử nghiệm quy trình - Đánh giá chất lƣợng sản phẩm
Tiến hành thử nghiệm quy trình với 200 g bột hoa CVT khô (tiến hành 3 lần), thu được kết quả như sau:
Bảng 3.2. Kết quả thử nghiệm quy trình sản xuất lutein ester Mẫu Lượng
mẫu (g)
Hiệu suất thu nhận lutein ester (%)
Lượng dầu nhựa lutein ester (g) Lượng sản phẩm lutein ester (g) 1 200 70,49 13,19 4,46 2 200 66,62 12,15 4,10 3 200 69,34 13,12 4,39 T.Bình 200 68,82 12,82 4,32
Kết quả sản xuất thực nghiệm ở bảng 3.2 cho thấy:
Sử dụng hệ dung môi ethanol:hexane cho hiệu suất chiết lutein ester trung bình gần 70% với lượng sản phẩm lutein ester tinh chế là 4,32 g/ 200g bột hoa khô, ứng với 21,6 g sản phẩm/kg bột hoa khô. Hiệu suất này hơi thấp hơn kết quả thu được khi tiến hành chiết với các lượng mẫu nhỏ trong quá trình khảo sát (khoảng 76%) do sự hao hụt chất màu trong quá trình lọc, chiết (bám dính trên các dụng cụ chứa) tuy nhiên lượng tinh thể lutein ester thu được lại cho kết quả cao hơn so với hàm lượng lutein ester thu được 21g/kg bột hoa khô trong nghiên cứu của Philip T. (1977).
Kết quả phân tích % Carotenoid trong sản phẩm lutein tinh thể (bảng
PL4.7) cho thấy độ tinh khiết của sản phẩm thu được không cao: 39,76% carotenoid tổng số, thấp hơn so với nghiên cứu 51% của Philip T. (1977). Nếu xem toàn bộ lượng carotenoid này là lutein và giả thiết lutein ester trong mẫu tồn tại dưới dạng lutein dipalmitat thì có thể tính được hàm lượng lutein ester có trong sản phẩm chất màu nhận được là 72,34%. Mặt khác, thực nghiệm
cho thấy sản phẩm thu được không hẳn ở dạng bột khô mà hơi dẻo, sệt và có màu cam hơi sẫm. Điều này chứng tỏ sản phẩm còn một số tạp chất khó loại bỏ được trong quá trình tinh chế.
Sự khác nhau về độ tinh khiết giữa sản phẩm chúng tôi thu được và của Philip T. (1997) có lẽ xuất phát từ nguyên nhân là do Philip đã dùng hoa cúc vạn thọ đã qua ủ xi-lô để phá vỡ thành tế bào sắc tố chứa cellulose, pectin…. rồi sấy khô trước khi chiết, nguyên liệu chúng tôi sử dụng không qua bước xử lý như trên nên còn chứa các tạp chất pectin có thể bị chiết vào dung môi. Tạp chất pectin này bị nhựa hóa trong quá trình cô đặc sản phẩm, bám dính vào các tinh thể lutein ester trong quá trình kết tinh nên khó tách, làm giảm độ tinh khiết của sản phẩm.
Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lƣợng carotenoid trong sản phẩm lutein ester
Chỉ tiêu Kết quả
% Carotenoid tổng số 39,76
% Lutein dipalmitat 72,34
3.4. Kết quả khảo sát độ bền màu của lutein ester
Hình 3.7 và hình 3.8 trình bày kết quả khảo sát độ bền màu của dịch chiết lutein ester trong các điều kiện bảo quản khác nhau.
Kết quả đo cường độ màu của dịch chiết lutein ester ở bảng PL4.5 và bảng PL4.6 cho thấy:
- Trong điều kiện không cũng như có bổ sung BHT, mức độ suy giảm hàm lượng lutein còn lại trong các mẫu bảo quản đều theo quy luật là: mẫu bảo quản ở 40C bền màu hơn bảo quản ở nhiệt độ phòng trong tối; mẫu bảo quản ở nhiệt độ phòng trong tối bền màu hơn mẫu bảo quản dưới ánh sáng tự nhiên.
- Mẫu có bổ sung BHT bền hơn mẫu không chứa BHT. Chẳng hạn, đối với mẫu có BHT bảo quản ở 4oC (BHT-4) sau 7 tuần thì hàm lượng carotenoid giảm đi còn khoảng 85% nhưng mẫu không chứa BHT giảm đi còn khoảng 79%.
ĐỘ BỀN MÀU CỦA LUTEIN ESTER TRƢỜNG HỢP KHÔNG BỔ SUNG BHT 87.15 80.77 80.15 78.46 77.69 72.31 71.62 90.77 88.5 4 85.69 83.0 8 78.62 76.3 8 93.85 89.62 87.54 85.38 83.85 78.77 81.54 79.31 60.00 80.00 100.00 120.00 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian(tuần) % lu te in c òn lạ i KBHT - T S KBHT - T T KBHT -4
ĐỘ BỀN MÀU CỦA LUTEIN ESTER TRƢỜNG HỢP BỔ SUNG BHT 90.46 84.62 83.08 81.54 78.92 78.77 76.08 92.00 87.69 87.69 84.62 83.85 83.69 80.54 94.92 92.38 90.77 89.23 87.69 86.62 85.77 60.00 80.00 100.00 120.00 0 1 2 3 4 5 6 7
Thời gian( tuần)
% lu te in c òn lạ i BHT - T S BHT - T T BHT - 4
Hình 3.8. Độ bền màu của lutein ester khi bổ sung 0,1 % BHT (w/v)
Tuy nhiên, về cảm quan sự khác biệt về màu sắc của các mẫu trên trong cùng điều kiện không thấy sự khác biệt đáng kể. cho kết quả chênh lệch nhau không đáng kể. Thật vậy, qua quan sát bằng mắt cho thấy: Các mẫu bảo quản ở điều kiện thường trong tối, điều kiện thường có ánh sáng và ở 4oC cho màu sắc không khác biệt nhiều sau 7 tuần bảo quản (hình 3.7).
Như vậy, so với các carotenoid khác, lutein ester ít nhạy cảm hơn nhiều với oxy không khí và ánh sáng hơn các carotenoid khác. Các thực phẩm được tạo màu bằng lutein ester có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng hay ở 4oC mà không cần bồ sung BHT. Tuy nhiên, nếu bảo quản lâu dài thì nên giữ trong tối ở nhiệt độ thấp nhất có thể.
Đối với nguyên liệu bột màu lutein ester thì để đảm bảo % carotenoid như đã công bố, cần bảo quản trong tối, ở nhiệt độ thấp.
Mẫu KBHT-TS Mẫu KBHT-TT Mẫu KBHT-4
Hình 3.9. Mẫu dịch chiết không bổ sung BHT khi bảo quản
ở các điều kiện khác nhau
Mẫu BHT-TS Mẫu BHT-TT Mẫu BHT-4
Hình 3.10. Mẫu dịch chiết bổ sung BHT sau khi bảo quản
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu trên đây, có thể đi đến những kết luận sau: 1. Điều kiện thích hợp để chiết chất màu lutein từ bột hoa cúc vạn thọ khô bằng phương pháp ngâm chiết với hệ dung môi ethanol:hexane như sau:
- Tỷ lệ ethanol:hexane là 40:60 (v/v); - Tỷ lệ dung môi: nguyên liệu là 10/1 (v/w) - Thời gian ngâm chiết: 3 ngày/lần chiết - Số lần chiết: 3 lần
(Tiến hành ngâm chiết ở nhiệt độ phòng, trong tối, trong hệ kín) Hiệu suất chiết lutein ester của quy trình khoảng 69%.
2. Sản phẩm lutein ester thu được sau khi tinh chế có hàm lượng carotneoid tổng số khoảng 40%, ứng với hàm lượng lutein dipalmitat ước chừng 72%.
3. Sản phẩm chất màu lutein khá bền trong quá trình bảo quản. Tuy nhiên, chất màu bị phân hủy nhiều hơn dưới ảnh hưởng ánh sáng, nhiệt độ và khi không có mặt chất chống oxy hóa.
Ý KIẾN ĐỀ XUẤT
1. Cần nghiên cứu cải tiến phương pháp ngâm chiết để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu suất thu hồi lutein ester (thưc hiện ngâm chiết có khuấy trộn).
2. Cần xử lý nguyên liệu bằng phương pháp ủ enzyme để phá vỡ thành tế bào sắc tố trước khi chiết, nhằm dễ dàng loại bỏ các tạp chất trong quá trình tinh chế, nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm chất màu.
3. Cần đánh giá đầy đủ các chỉ tiêu cần đạt đối với sản phẩm để kết luận về khả năng ứng dụng làm chất tạo màu trong công nghiệp thực phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Anh
[1]. Albanes D, Taylor PR Virtamo J, et al., (1997), Effects of supplemental beta-carotene,cigarette smoking, and alcohol consumption on serum carotenoidsin the Alpha-Tocopherol, Beta-Carotene Cancer Prevention Study, Am J Clin Nutr, 66:336-372.
[2]. Alexandra Alves-Rodrigues, Ph.D.(2004), Absorption of Lutein vs Lutein Esters: dowe know the differences?, R&D Manager and Scientific Coordinator – Vitamins & Dietary Supplements Kemin Health, L.C., p.1-5.
[3]. Aneela Naz, Humaira Siddiqui, Mohammad Ahmad, Rubeena Saleem, Shaheen Faizi, Syed Iqbal Ahmad (2004), Hypotensive and toxicological study of citric acid and other constituents from Tagetes patula roots, Archives of pharmacal research, 27(10), P.1037-1042. [4]. Bedecarrats, G.Y., Leeson S. (2006), Dietary lutein influences immune
response in laying hens, J. Appl. Poult. Res, 15, P.183-189.
[5]. Bernards M. A. Garner S.R. and Neff* B. D. (2010), Dietary carotenoid levels affect carotenoid and retinoid allocation in female Chinook salmon Oncorhynchus tshawytscha, Journal of Fish Biology, 76, P.1474– 1490.
[6]. Bowen et al.(2001), lutein ester having high bioavailability, US. Patent: 6,313,169 B1.
[7]. Cantrill, R.(2004), Lutein from Tagetes erecta, Chemical and Technical Assessment (CTA), 52(12).
[8]. Caston L., Leeson S. (2004), Enrichment of eggs with lutein, Poult Sci, 83(10):1709-12.
[9]. Cintas, P., Luche, J.L.(1999), Green chemistry. The sonochemical approach, Green Chem, 1, 115–125.
[10]. Curini, R., Gentili, A., Marchese, S., Perret, D., Olmi, C., Sergi, M. (2004), Accelerated Solvent Extraction and Confrmatory Analysis of Sulfonamide Residues in Raw Meat and Infant Foods by Liquid Chroma- tography trospray Tandem Mass Spectrometry, J. Agric. Food Chem., 52(46), p.4–4624.
[11]. Evans FJ, Kasahara Y, Khan MT, Kitanaka S, Yasukawa K (2002),
Effect of metanol extract from flower petals of Tagetes patula L. on acute and chronic inflammation model, Phytother Res, 16(3):217-22.
[12]. Feeney-Burns L, Klein ML, Malinow MR, Neuringer M, Peterson LH (August 1980). "Diet-related macular anomalies in monkeys", Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 19 (8): 857–63.
[13]. Galanko JA, Littman A, Satia JA, Slatore CG, White E(2009), Long- term use of beta-carotene, retinol, lycopene, and lutein supplements and lung cancer risk: results from the VITamins And Lifestyle (VITAL) study, American Journal of Epidemiology, 169:815-828.
[14]. Gupta Y.C., Pathania N.S. and Sharma Y. D. (2002-09-09). "Let the flower of gods bless you". The Tribune, Chandigarh, India (web site). Retrieved 2007-09-01.
[15]. Hammond BR, Johnson EJ, Yeum KJ, et al. (June 2000)."Relation among serum and tissue concentrations of lutein and zeaxanthin and macular pigment density". Am. J. Clin. Nutr. 71 (6): 1555–62.
[16]. Huang X, Shi K, Tan R, Wu L (2009), Bioavailability comparison of free and esterified lutein for layer hens, Rev. Bras. Cienc. Avic. vol.11 no.2.
[17]. Hymavathi T.V., Peter Amala Sujith A. and Yasoda Devi P. (2010),
Supercritical Fluid Extraction of Lutein Esters from Marigold Flowers and their Hydrolysis by Improved Saponification and Enzyme Biocatalysis, International journal of Biological and life sciences, 6(2).
[18]. Kumar, T.K.(2004), Trans-lutein enriched xanthophylls ester concentrate and a process for its preparation, United States Patent, US 6,737,535, B2.
[19]. Kwak, T.Y. and Mansoori, G.A. (1986), Van der Waals Mixing Rules for Cubic Equations of State - Applications for Supercritical Fluid Extraction Modelling, Chemical Eng. Science, 41(5), p.1303-1309.
[20]. Levy, L. W. (2001), Trans- xanthophyll ester concentrates of enhanced purity and methods of making the same, US. Patent: 6,191,293 B1.
[21]. LI Gang-gang, LI Na, MIAO Chang-lin, SHI Gao-feng (2010), The extraction technology of lutein esters from Tagetes erecta, Food Sciences and Technology, 2010-09.
[22]. Luque de Castro, M.D., Luque-Garcia, J.L. (2003), Ultrasound: A powerful tool for leaching, Trends Anal. Chem., 22, 90–99.
[23]. Philip, T. (1977), Purification of lutein-fatty acid esters from plant materials, US. Patent: 4,048,203.
[24]. Pedroza-Islas R, Ponce-Palafox JT, Vernon-Carter EJ (1996),
Pigmentation of Pacific white shrimp (Penaeus vannamei) using Aztec marigold (Tagetes erecta) extracts as the carotenoid source, Arch Latinoam Nutr Sep;46(3):243-6.
[25]. Saha TN, Singh Kanwar P (2006), Genetic Variability, Heritability and Genetic Advance in French Marigold (Tagetes patula L.), Indian Journal of Plant Genetic Resources, 19 (2), p.206–208.
[26]. Serena Lim Sue Lynn (2003), A study on the extraction of lutein from selected locally grown vegetation, A thesis submitted in fulfillment of the requirements for the award of the degree of master of engineering ( chemical), University Teknologi Malaysia.
[27]. Soule, J.A. (1996), Novel annual and perennial Tagetes. p. 546-551. In: J. Janick (ed.), Progress in new crops. ASHS Press, Arlington, VA.
[28]. Thorne (2005), Lutein and zeaxanthin, Alternative Medicine Review, 10 (2), p.128-129.
[29]. United States Department of Agriculture (2011), "Genus: Tagetes L.", Germplasm Resources Information Network. Retrieved 2011-07-14.
Tiếng Việt
[30]. Hà Thị Bích Ngọc, Nguyễn Văn Mùi, Trần Thị Huyền Nga (2006), Điều tra hợp chất carotenoid trong một số thực vật của Việt Nam, Tạp chí khoa học ĐHQGHN, Khoa học tự nhiên và công nghệ, 23, p.130-134
[31]. TS. Lê Thị Hồng Nhan (2010), Công nghệ chất màu tự nhiên, Bài giảng, Trường Đại học Lạc Hồng, TP. HCM.
[32]. TS. Lý Nguyễn Bình (2011), Phụ gia trong chế biến thực phẩm, Bài giảng, khoa nông nghiệp và sinh học ứng dụng trường Đại học Cần Thơ. [33]. PGS.TS Nguyễn Duy Thịnh(2004), Các chất phụ gia dùng trong sản xuất thực phẩm, bài giảng ngành công nghiệp thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,Hà Nội.
[34]. Nguyễn Văn Cường (2012), Phân tích động học quá trình trích ly dầu từ hạt Jatropha có sự hỗ trợ của công nghệ Dic, tạp chí khoa học, 21a, p.45-51. [35]. ThS Trương Thị Mỹ Linh(2009), Phụ gia trong chế biến thực phẩm, Bài giảng, Trường Đại học Công nghệ Sài Gòn.
Internet [36]. http://baigiang.violet.vn/present/show?entry_id=240829. [37]. http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/7649283. [38]. http://en.wikipedia.org/wiki/Lutein. [39]. http://en.wikipedia.org/wiki/Tagetes_erecta. [40]. http://en.wikipedia.org/wiki/Tagetes. [41]. http://vi.wikipedia.org/wiki/Chi_Cuc_vạn_thọ.
PHỤ LỤC Phụ lục 1
Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng chất khô của cánh hoa.
a) Nguyên tắc :
Dùng nhiệt độ cao để làm bay hơi nước hết trong mẫu phân tích.
Dựa vào hiệu khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy để tính hàm lượng nước và hàm lượng chất khô có trong mẫu phân tích.
b) Tiến hành:
- Chuẩn bị cốc sấy : đem cốc đi rửa để ráo, sau đó sấy ở 105÷110o C đến khối lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm rồi đem cân và xác định khối lượng cốc sấy.
- Chuẩn bị mẫu: Nguyên liệu bột hoa CVT đem cân xác định khối lượng G (g) cho mỗi mẫu (khoảng 1 g/mẫu) cho vào 3 cốc sấy (đã được xác định khối lượng ở trên). Cân cốc có chứa mẫu để xác định khối lượng G1. Đưa cốc có chứa mẫu sấy ở 60÷70o C trong vòng 2 h, sau đó nâng nhiệt độ lên 105÷110o C và sấy trong vòng 2 h (thỉnh thoảng trộn đều). Lấy mẫu ra, để nguội trong bình hút ẩm và đem cân. Lặp lại quá trình sấy vài lần đến khi chênh lệch khối lượng giữa 2 lần cân liên tiếp không quá 0,2 mg. Ghi khối lượng cuối cùng (G2).
Hàm lượng nước trong nguyên liệu tinh theo công thức: %H2O = 1 2.100%
G G G
Trong đó:
G: khối lượng mẫu
Phụ lục 2
Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng lutein tổng số
a) Nguyên tắc: