M Ở ĐẦU
1.4.2.Các phương pháp chiết
Dựa vào cách tiến hành, có thể chia thành các phương pháp chiết sau:
1.4.2.1. Chiết gián đoạn:
Theo phương pháp này ta ngâm nguyên liệu vào dung môi. Sau một thời gian nhất định, khi giữa dung môi và nguyên liệu đạt nồng độ chất cần thiết ở mức độ
cân bằng, tiến hành đổ dung môi cũ ra, thay dung môi mới vào. Cứ như thế cho đến khi chiết hết chất cần chiết. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện. Nhược điểm là tốn công, tốn thời gian cũng như tốn dung môi chiết nên không kinh tế, không phù hợp với quy mô sản xuất lớn.
1.4.2.2. Chiết bán liên tục
Nguyên lý của phương pháp này là dùng nhiều thiết bị chiết gián đoạn bố trí thành một hệ thống liên hợp tuần hoàn nhằm mục đích giảm thời gian chiết, ít tốn công hơn, tiết kiệm được nhiều dung môi hơn. Đối với phương pháp này quá trình chiết thực hiện theo nguyên tắc dung môi đi từ nơi có nồng độ chất chiết cao đến nồng độ chất chiết thấp.
1.4.2.3. Chiết liên tục
Nguyên lý là ngâm dung môi trong dòng chuyển động cùng chiều hay ngược chiều của dung môi. Ưu điểm của phương pháp này là cho hiệu quả kinh tế cao, thích hợp cho sản xuất công suất lớn, áp dụng cho quy mô công nghiệp. Tuy nhiên, nhược điểm là thiết bị khá phức tạp, chi phí đầu tư lớn.
1.4.3. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên
1.4.3.1. Chiết nhờ siêu âm (Ultrasound-assisted extraction):
Nguyên liệu được trộn với dung môi thích hợp rồi chiết bằng siêu âm. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng siêu âm có khả năng phá vỡ màng tế bào của nguyên liệu, do đó giúp cho xâm nhập của dung môi vào bên trong tế bào dễ dàng hơn. Ngoài ra, siêu âm còn có tác dụng khuấy trộn mạnh dung môi, do đó gia tăng sự tiếp xúc của dung môi với chất cần chiết và cải thiện đáng kể hiệu suất chiết.
1.4.3.2. Chiết siêu tới hạn(SFE: Supercritical Fluid Extraction):
Đây là phương pháp chiết được quan tâm nhiều nhất hiện nay trong lĩnh vực chiết các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu tự nhiên nhằm ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm. Phương pháp này cho phép tự động hóa quá trình chiết và hạn chế việc sử dụng các dung môi hữu cơ độc hại. Dung môi chiết là một chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn2. Ở trạng thái này, chất lỏng có
2
những tính chất đặc biệt như có tính chịu nén cao, khuếch tán nhanh, độ nhớt và sức căng bề mặt thấp… Do đó, nó có khả năng khuếch tán mạnh vào nền nguyên liệu tốt hơn nhiều so với các dung môi thông thường, vì thế làm tăng hiệu suất chiết lên nhiều lần. Trong phương pháp này, thường dùng CO2 trạng thái siêu tới hạn làm dung môi chiết (đôi khi trộn với vài % dung môi phân cực nào đó như etanol, metanol, 2-propanol để làm tăng khả năng hòa tan carotenoit của CO2) do nó cho phép chiết nhanh, chọn lọc, không làm oxy hóa carotenoit và an toàn trong vận hành.
1.4.3.3.Chiết dung môi tăng tốc (ASE: Accelerated Solvent Extraction) hay
chiết dưới áp suất cao (PFE : Pressurized Fluid Extraction):
Đây cũng là một phương pháp chiết mới, cho phép chiết rất nhanh, tự động hóa, hiệu quả và tiết kiệm dung môi. Nguyên tắc của nó tương tự như phương pháp chiết Soxhlet cổ điển, ngoại trừ việc quá trình chiết được thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao (nhưng vẫn dưới điểm tới hạn của dung môi sử dụng). Trong phương pháp ASE, nguyên liệu cần chiết được xay nhỏ, làm khô (thường là đông khô), rồi nhồi vào một ống chiết (extraction cell). Ống chiết này được đặt trong lò duy trì ở nhiệt độ thích hợp (có thể điều chỉnh từ 40 – 2000C). Dung môi được bơm vào ống chiết và giữ ở áp suất 10 -20 MPa trong vài phút (static time), sau đó dịch chiết được đẩy vào một bình hứng bằng một thể tích dung môi mới (flush volume). Quá trình được lặp lại vài lần (cycles). Cuối cùng, toàn bộ dịch chiết được đẩy ra bằng một dòng khí trơ (N2)
Đề tài này sẽ nghiên cứu và so sánh hiệu quả chiết chất màu betcyanin từ vỏ quả thanh long ruột trắng (Hylocereus undatus) trồng ở Việt Nam bằng phương pháp ngâm chiết gián đoạn và phương pháp siêu âm. Từ đó, chọn lựa quy trình thích hợp cho việc chiết betacyanin từ nguồn nguyên liệu này.
Ngoài ra, đề tài còn khảo sát độ bền màu của dịch chiết betacyanin thu được trong một số điều kiện bảo quản khác nhau và đề xuất phương pháp thích hợp cho việc ứng dụng và bảo quản các loại thực phẩm bổ sung chất màu này.
Phần 2.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu
2.1.1.1. Nguyên liệu chính:
Trong nghiên cứu này, nguyên liệu dùng để chiết betacyanin là vỏ quả thanh long ruột trắng (Hylocereus undatus). Quả thanh long (chọn những quả vừa chín, vỏ có màu đỏ hồng đậm) được mua ở chợ Vĩnh Hải (Nha Trang).
2.1.1.2. Hóa chất
- Etanol tuyệt đối - Nước cất 1 lần - Na2SO4 khan - Acid ascorbic
Tất cả hóa chất đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA)
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị
2.1.2.1. Dụng cụ
Bình nón, phễu lọc thủy tinh, ống nghiệm, ống đong, bình định mức, pipet, bông y tế, giấy bạc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.2.2. Thiết bị
- Cân kỹ thuật 1 g (Việt Nam)
- Cân phân tích 1 mg (Shimadzu, Nhật) - Cân phân tích 0,1 mg (Satorius, Nhật) - Tủ sấy 10C (Memert , Đức)
- Bể siêu âm Elmasonic S300H (Elma, Đức) - Thiết bị cô quay RV 10 Control (IKA, Đức) - Quang kế UV-Vis Genesys 20 (Thermo, USA)
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Xác định thành phần khối lượng của quả thanh long
Quả thanh long được rửa sạch và lau khô nước. Sau đó, xác định thành phần khối lượng của thanh long như sau:
- Cân quả thanh long được khối lượng là mQ
- Tách vỏ. Cắt bỏ những phần không có màu đỏ (cuống, đầu, tai) và cạo bỏ lớp màu trắng nhầy bên trong (sát phần ruột quả), đem cân phần còn lại, được khối lượng là mV
- Phần ruột đem cân ta được khối lượng là mR
- Phần bỏ đi cũng được đem cân được khối lượng mB
Thành phần khối lượng của quả thanh long được tính như sau: % Vỏ = .100% Q V m m ; % Ruột = .100% Q R m m ; % Bỏ đi = .100% Q B m m
2.2.2. Xác một số thành phần hóa học của vỏ thanh long
a) Xác định hàm lượng nước: sấy ở 105 – 1100C đến khối lượng không đổi (Phụ lục 1)
b) Xác định hàm lượng betacyanin tổng số trong vỏ thanh long: chiết betacyanin bằng nước cất và đo độ hấp thụ của dung dịch ở 538 nm dùng H2O làm dung dịch so sánh (Phụ lục 2).
2.2.3. Quy trình dự kiến sản xuất betacyanin từ vỏ quả thanh long
Trên cơ sở kết quả của một số nghiên cứu liên quan, chúng tôi đề xuất quy trình dự kiến sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh long như sau:
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh long phế liệu
Điều kiện chiết thích hợp:
- Dung môi
- Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu - Thời gian chiết
- Nhiệt độ chiết
- Số lần chiết thích hợp - Phương pháp chiết
Bột màu betacyanin
Trộn với dung dịch maltodextrin Xử lý thích hợp
Lọc
Chiết
Vỏ thanh long phế thải
Dịch chiết betacyanin
Cô đuổi dung môi (áp suất thấp; < 400C) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sấy phun
Dịch chiết betacyanin thô cô đặc
Tinh chế
Giải thích quy trình
*Vỏ thanh long đem cắt bỏ các phần không có màu đỏ (cuống, đầu, tai) và nạo bỏ phần không màu bên trong. Sau đó, cắt thành miếng nhỏ, bảo quản lạnh (- 200C) đến khi chiết .
*Chiết xuất chất màu betacyanin trong vỏ quả thanh long bằng dùng môi và phương pháp chiết thích hợp (tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, thời gian, nhiệt độ và số lần chiết được chọn sao cho đạt hiệu suất chiết cao hợp lý)
*Lọc lấy dịch chiết.
*Cô đuổi dung môi dưới áp suất thấp: để tránh sự phân hủy betacyanin, tiến hành cô đặc dịch chiết ở nhiệt độ không quá 400C .
*Sau khi đuổi dung môi, thu được dịch chiết thô chứa betacyanin cô đặc
*Sau khi cô đuổi hết dung môi, tinh chế betacyanin bằng cách chiết betacyanin sang cloroform, sau đó kết tinh betacyanin bằng cách thêm etanol 3/1 (v/v) và để ở 40C qua đêm. Gạn và rửa tinh thể betacyanin bằng etanol lạnh [9]
*Hòa tan betacyanin tinh thể trong nước và bổ sung maltodextrin (tỷ lệ thích hợp)
* Sấy phun hỗn hợp betacyanin-maltodextrin để thu bột màu betacyanin.
2.2.4. Xác định điều kiện thích hợp chiết betacyanin từ vỏ thanh long
Vỏ quả thanh long tươi được cắt thành miếng nhỏ (2 - 3 mm), sau đó trộn đều, cân chính xác thành nhiều mẫu nhỏ (1÷ 2 g) rồi cho vào các ống nghiệm, bịt kín, bảo quản ở -200C đến khi chiết.
Betacyanin kém bền nhiệt nên chỉ nghiên cứu chiết bằng phương pháp ngâm chiết (ở nhiệt độ phòng, trong bóng tối) và phương pháp siêu âm.
Để xác định điều kiện chiết betacyanin bằng phương pháp chiết nhờ siêu âm và ngâm chiết, tiến hành các lô thí nghiệm sau:
2.2.4.1. Chọn dung môi chiết (Lô TN1):
Cố định tỷ lệ dung môi trên nguyên liệu là 5/1(w/v). Tiến hành chiết 1 lần bằng phương pháp siêu âm (5 min, ở 300C).
Dung môi chiết sử dụng là dung dịch etanol-nước, trong đó tỷ lệ etanol trong dung dịch (X1) thay đổi lần lượt từ 0 – 100% (v/v):
X1 = 0; 20; 40; 60; 80; 100 % (v/v)
Dịch chiết sau đó được pha loãng bằng etanol tuyệt đối rồi đo quang ở 538 nm để xác định hiệu suất chiết betacyanin theo công thức:
%H = (lượng betacyanin chiết được/ lượng betacyanin tổng số).100%
2.2.4.2. Chọn tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu (Lô TN2):
Dùng dung môi chiết thích hợp đã chọn. Tiến hành chiết 1 lần bằng phương pháp siêu âm (5 min, ở 300C), trong đó tỷ lệ dung môi/nguyên liệu (X2) thay đổi như sau:
X2 = 5/1; 10/1; 15/1; 20/1; 25/1; 30/1 (v/w)
Betacyanin kém bền nhiệt nên chỉ nghiên cứu chiết bằng phương pháp ngâm chiết (ở nhiệt độ phòng, trong bóng tối) và phương pháp siêu âm. Do thời gian chiết và số lần chiết phụ thuộc vào phương pháp chiết nên cần nghiên cứu ảnh hưởng sự thay đổi hiệu suất chiết theo thời gian chiết và số lần chiết bằng hai phương pháp chiết đã chọn.
2.2.4.3. Chọn thời gian chiết (Lô TN3):
a) Phương pháp siêu âm:
Dùng dung môi và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp đã xác định. Tiến hành chiết 1 lần. Ở đây ta khảo sát thêm yếu tố nữa là nhiệt độ siêu âm.
Nhiệt độ và thời gian siêu âm thích hợp được xác định phương pháp quy hoạch thực nghiệm toàn phần 2 yếu tố theo mô hình cấu trúc có tâm 22+ 3 (gồm 4 thí nghiêm ở biên và 3 thí nghiệm ở tâm), trong đó: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thời gian: X3 = 5 ÷ 35 (min); Nhiệt độ : T = 30 ÷ 80(0C)
Hàm mục tiêu (Y) là hiệu suất betacyanin chiết được (xác định bằng phương pháp đo quang).
Phương trình hồi quy thực nghiệm theo mô hình bậc hai được xác định bằng phầm mềm EXCEL:
Dùng chuẩn Student để loại bỏ các hệ số không có ý nghĩa và chuẩn Fisher để kiểm định tính tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm (độ tin cậy 95%). Sau đó, xác định các thông số tối ưu bằng phần mềm Maple 7.0.
b) Phương pháp ngâm chiết:
Dùng dung môi và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp đã xác định. Tiến hành chiết 1 lần, trong đó thời gian ngâm chiết (X3) thay đổi như sau:
X3 = 2; 4; 6; 8; 10; 12 (h)
2.2.4.4. Chọn số lần chiết (Lô TN4):
Dùng dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, thời gian chiết (và nhiệt độ chiết thích hợp, nếu chiết bằng phương pháp siêu âm), trong đó thay đổi số lần chiết (X4) như sau:
X4 = 1; 2; 3; 4 (lần)
Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thích hợp để chiết betacyanin tử vỏ thanh long bằng phương pháp siêu âm và phương pháp ngâm chiết được trình bày ở hình 2.2.
Ngâm chiết(X1opt ; X2 opt ; X4 = 1)
Số lần chiết (X4 opt)
X3 = t/gian (h) 2 4 6 4 8 10 12
Dịch chiết betacyanin
Tính hiệu suất thu hồi betacyanin
Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp (X2 opt)
X2 = Dmôi/N.Liệu (v/w) 5/1 10/1 15/1 20/1 25/1 30/1 Dịch chiết betacyanin
Tính hiệu suất thu hồi betacyanin
% Etanol thích hợp (X1opt)
Siêu âm (X1opt; X3 =5 min, X4 = 1 lần)
X1 = % etanol (v/v) 0 20 40 60 80 100
Lô TN 2
Lô TN3 Siêu âm (X1opt ; X2opt; X4=1)
X3= 5 ÷ 35 (min) T= 30 ÷ 80 (0C) Quy hoạch thực nghiệm
yếu tố toàn phần
Dịch chiết betacyanin
Tính hiệu suất thu hồi betacyanin
Thời gian (nhiệt độ) chiết thích hợp (X3 opt; Topt )
X4 = số lần chiết 1 2 3 4 4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dịch chiết betacyanin
Tính hiệu suất thu hồi betacyanin
Lô TN4 Siêu âm (Topt) /Ngâm chiết (X1 opt; X2opt ; X3 opt )
2.2.5. Lựa chọn quy trình thích hợp chiết betacyanin
Sau khi xác định được điều kiện chiết thích hợp để chiết betacyanin từ vỏ thanh long bằng phương pháp siêu âm và ngâm chiết, tiến hành chiết thử nghiệm trong các điểu kiện trên. So sánh hiệu suất chiết thu được. Từ đó, chọn quy trình chiết thích hợp nhất (Hình 2.3.)
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn lưa quy trình thích hợp chiết xuất betanin từ vỏ thanh long
2.2.6. Nghiên cứu phương pháp bảo quản dịch chiết betacyanin
Tiến hành khảo sát độ bền màu của dịch chiết betacyanin theo thời gian bảo quản trong các trường hợp sau:
Dịch chiết betacyanin
Vỏ thanh long đã xử lý
Tính hiệu suất chiết – So sánh
Quy trình chiết thích hợp Siêu âm (điều kiện thích hợp)
Lọc
Ngâm trong dung môi thích hợp
2.2.6.1. Không bổ sung vitamin C:
Dịch chiết được bảo quản và đánh giá độ bền màu trong 2 điều kiện: - Ở nhiệt độ phòng, dưới ánh sáng tự nhiên
- Bảo quản ở 40C, trong tối
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền màu của dịch chiết betacyanin không bổ sung vitamin C
Tiến hành: Cho vào 6 bình nón mỗi bình 20 ml dịch chiết betacyanin trong etanol, bịt kín lại (dùng giấy bạc và màng polyetylen). Sau đó, để 3 bình ở nhiệt độ phòng (ánh sáng tự nhiên), 3 bình còn lại giữ trong ngăn mát tủ lạnh (40C). Cứ sau 24 h tiến hành quan sát và đo độ hấp thụ của dung dịch ở bước sóng 538 nm (dùng etanol làm dung dịch so sánh).
Xác định %betacyanin còn lại theo công thức:
%betacyanin còn lại = (lượng betacyanin còn lại/lượng betacyanin ban đầu).100%
Dịch chiết betacyanin
- Bảo quản ở nhiệt độ phòng - Ánh sáng tự nhiên
Bảo quản lạnh (40 C), trong tối
Đo quang - Quan sát
1 2 3 4 5 6 7
Thời gian (ngày):
2.2.6.2. Khi bổ sung vitamin C
Tiến hành thí nghiệm tương tự như trên nhưng các dịch chiết betacyanin được bổ sung 0,1% (w/v) vitamin C. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các dịch chiết này được bảo quản trong 3 điều kiện: - Ở nhiệt độ phòng, dưới ánh sáng tự nhiên
- Ở nhiệt độ phòng, trong tối - Bảo quản ở 40C, trong tối
So sánh độ bền màu của dịch chiết betacyanin trong các điều kiện bảo quản nói trên. Từ đó, xác định phương pháp thích hợp cho việc bảo quản và ứng dụng dịch chiết betacyanin thu được.
2.2.7. Thử nghiệm quy trình chiết - Đánh giá chất lượng sản phẩm
Sau khi chọn được quy trình thích hợp để chiết betacyanin từ vỏ quả thanh long, tiến hành sản xuất thử nghiệm betacyanin với quy mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm thử nghiệm được đem phân tích để đánh giá chất lượng sản phẩm.
- Xác định dư lượng Pb: phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (phụ lục 3) - Xác định hàm lượng betacyanin tổng số trong sản phẩm: phương pháp đo
quang UV-Vis (phụ lục 2)
2.2.8. Xử lý số liệu
Các kết quả nghiên cứu đều là trung bình cộng của 3 lần xác định song song. Xử lý số liệu bằng phần mềm MS Excel 2003.
Vẽ đồ thị hai chiều bằng phần mềm Excel và đồ thị ba chiều bằng phần mềm Maple 7.0.
Phần 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thành phần khối lượng của quả thanh long
Kết quả xác định thành phần khối lượng của quả thanh long được trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần khối lượng của quả thanh long
Vỏ Ruột Phần bỏ đi
Mẫu Khối lượng (g) Tỷ lệ (%) Khối lượng (g) Tỷ lệ (%) Khối lượng (g) Tỷ lệ (%) 1 150 25,0 400 67,0 50 0,1 2 170 26,2 420 64,6 60 0,1 3 145 23,6 410 66,7 60 0,1 Trung bình - 24,9 - 66,1 - 0,1
Kết quả trên cho thấy :
- Phần ăn được trong quả thanh long chiếm tỷ lệ lớn (khoảng 66% trọng