3.1.1. Thành phần hóa học của củ dền
Tiến hành lấy mẫu phân tích thành phần hóa học cơ bản của củ dền, kết quả phân tích được trình bày ở hình 3.1 và ở bảng 3.1 (phụ lục 2).
Hình 3.1. Tỷ lệ các thành phần hóa học cơ bản của củ dền Nhận xét
Từ kết quả phân tích ở hình 3.1 cho thấy, có sự khác biệt về thành phần các chất cơ bản của củ dền trồng ở Việt Nam và củ dền trồng ở Châu Âu: hàm lượng nước trong củ dền ở Việt Nam cao chiếm 82,4% trong khi đó hàm lượng nước ở củ dền của một số nước Châu Âu khá thấp chỉ vào khoảng 76%; Hàm lượng glucid trong củ dền ở Việt Nam chỉ chiếm 10,3% trong khi đó hàm lượng glucid ở củ dền của một số nước Châu Âu lại cao tới 20%. Trong khi đó hàm lượng các chất khác chỉ chiếm 1,2% chủ yếu ở đây là chất mầu và các vitamin. Kết quả
Nước: 82,4% Protein: 1,8% Glucid: 10,3% Lipid: 0,5% Cellulose: 2,5% Tro: 1,3% Chất khác: 1,2%
phân tích này cho thấy nếu chỉ dùng củ dền để chiết lấy mầu hơi lãng phí bởi vì hàm lượng glucid rất cao 10,3% và hàm lượng protein là 1,8%. Do vậy nên nghiên cứu tận dụng phần bã sau khi chiết chất mầu để chế biến thành các sản phẩm hữu ích.
3.1.2. Thành phần hóa học dành dành
Tiến hành lấy mẫu phân tích thành phần hóa học cơ bản của quả dành dành, kết quả phân tích được trình bày ở hình 3.2 và ở bảng 3.2 (phụ lục 2).
Hình 3.2. Tỷ lệ các thành phần hóa học cơ bản của quả dành dành Nhận xét
Từ kết quả phân tích ở hình 3.2 cho thấy, dành dành có hàm lượng nước chiếm 75,3%, hàm lượng pectin chiếm 5%. Dành dành cũng có hàm lượng cellulose cao (chiếm 7,1%) chủ yếu là ở lớp vỏ. Khi sấy khô dành dành thì chính lớp vỏ này sẽ khô rất nhanh và tạo thành màng vỏ rất cứng gây khó khăn cho quá trình sấy hoặc phơi do vậy cần tách lớp vỏ này trước khi sấy khô thì quá trình sấy sẽ diễn ra nhanh hơn. Trong dành dành hàm lượng các chất khác chiếm 1,9% đây chủ yếu là chất mầu và các vitamin.
Glucid: 3,9% Nước: 75,3% Protein: 2,2% Lipid: 2,7% Cellulose: 7,1% Tro: 1,9% Chất khác: 1,9% Pectin: 5%
3.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH CHIẾT RÚT CHẤT MẦU TỪ CỦ DỀN VAØ QUẢ DAØNH DAØNH CHIẾT RÚT CHẤT MẦU TỪ CỦ DỀN VAØ QUẢ DAØNH DAØNH
3.2.1. Các thông số thích hợp cho quá trình chiết rút chất mầu từ củ dền 3.2.1.1. Chọn dung môi chiết chất mầu betacyanin từ củ dền 3.2.1.1. Chọn dung môi chiết chất mầu betacyanin từ củ dền
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm mỗi mẫu 5g củ dền đã sấy khô và xay nhỏ, chiết rút chất mầu từ củ dền bằng các dung môi khác nhau: Mẫu 1 chiết rút chất mầu từ củ dền bằng hỗn hợp dung môi aceton – nước theo tỷ lệ 5/5; Mẫu 2 chiết rút chất mầu bằng hỗn hợp dung môi methanol – nước theo tỷ lệ 5/5; Mẫu 3 chiết rút chất mầu bằng hỗn hợp dung môi ethanol – nước theo tỷ lệ 5/5; Mẫu 4 chiết rút chất mầu bằng nước cất. Quá trình chiết rút được tiến hành ở nhiệt độ phòng. Với tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu 12/1, thời gian chiết 3 ngày. Kết quả xác định khối lượng betacyanin được thể hiện ở hình 3.3 và bảng 3.3 (phụ lục 2).
31.74 26.55 31.2 8.81 0 10 20 30 40
Aceton-Nước Methanol-Nước Ethanol-Nước Nước cất Dung môi chiết
K hố i lươ ïng bet ac yan in (mg)
Hình 3.3. Ảnh hưởng của dung môi chiết đến khối lượng chất màu betacyanin Nhận xét
Từ kết quả phân tích hình 3.3 cho thấy, các mẫu chiết rút chất mầu từ củ dền bằng các dung môi khác nhau cũng khác nhau. Trong đó lượng betacyanin chiết
rút từ củ dền bằng dung môi aceton kết hợp với nước theo tỷ lệ 5/5 (mẫu 1) là cao nhất (31,74 mg), kế sau đó là mẫu 3 chiết rút bằng ethanol kết hợp với nước theo tỷ lệ 5/5 (31,20 mg) và mẫu 2 chiết rút bằng methanol kết hợp với nước theo tỷ lệ 5/5 (26,55 mg); Thấp nhất là mẫu 4 chiết rút betacyanin bằng dung môi nước (8,81 mg). Tuy vậy sự khác biệt về hiệu quả chiết betacyanin khi dùng hỗn hợp dung môi aceton kết hợp với nước và dung môi ethanol kết hợp với nước không nhiều. Kết quả này chứng tỏ hỗn hợp aceton kết hợp với nước theo tỷ lệ 5/5 là dung môi thích hợp cho quá trình chiết rút betacyanin từ củ dền. Kết quả phân tích này phù hợp với lý thuyết về tính chất lý – hóa học và cấu tạo của phân tử betacyanin. Theo cơ sở lý thuyết hóa học hữu cơ nước là dung môi có độ phân cực cao nhất (hằng số điện môi là 80), sau đó là đến methanol (33), ethanol (24) và thấp nhất là aceton (21). Trong khi đó betacyanin là phân tử chất mầu hòa có các nhóm ưa nước nên tan tốt trong các dung môi phân cực và nước. Điều này giải thích tại sao khi dùng aceton, methanol, ethanol để chiết betacyanin từ củ dền thì hiệu quả chiết betacyanin không cao vì các dung môi này có độ phân cực thấp (hằng số điện môi nhỏ). Tuy vậy nếu kết hợp dung môi nước và các dung môi phân cực khác theo tỷ lệ thích hợp thì hiệu quả chiết sẽ tăng; chẳng hạn khi kết hợp giữa aceton và nước theo tỷ lệ 5/5 thì hiệu quả chiết betacyanin cao hơn nhiều so với nếu dùng 100% là nước. Tương tự như vậy khi chiết betacyanin bằng các hỗn hợp dung môi khác: ethanol hay methanol kết hợp với nước thì hiệu quả chiết chất mầu sẽ tăng. Tuy nhiên nếu so sánh giữa các dung môi aceton, ethanol và methanol khi kết hợp với dung môi nước với cùng một tỷ lệ thì kết quả cho thấy dung môi aceton-nước khi chiết betacyanin cho hàm lượng cao nhất, rồi đến ethanol và sau cùng là methanol. Điều này được lý giải dựa vào phương trình Fick: d dm = - D.F. dx dc
Trong đó
dx dc
đóng vai trò quyết định. Theo lý thuyết thì aceton tạo ra gradien nồng độ cao hơn ethanol và methanol cho nên tạo ra khuếch tán phân tử cao hơn, chính vì thế hiệu suất chiết cao hơn.
Kết quả nghiên cứu ở trên cho phép ta chọn dung môi aceton kết hợp với nước làm dung môi chiết betacyanin. Tuy nhiên về quy mô công nghiệp, khi chọn aceton kết hợp với nước làm dung môi chiết betacyanin sẽ có một số nhược điểm như aceton có tính độc hơn ethanol và đắt tiền hơn ethanol hơn nữa khi dùng hỗn hợp aceton kết hợp với nước làm dung môi chiết betacyanin thì hàm lượng betacyanin thu được cao hơn không đáng kể so với dùng ethanol kết hợp với nước làm dung môi chiết betacyanin. Vì vậy, hỗn hợp dung dịch ethanol kết hợp với nước theo tỷ lệ 5/5 được lựa chon làm dung môi chiết betacyanin.
3.2.1.2. Xác định tỷ lệ phối trộn ethanol/nước để chiết rút betacyanin từ củ dền củ dền
Tiến hành 9 mẫu thí nghiệm mỗi mẫu 5g củ dền đã sấy khô và xay nhỏ, chiết rút chất mầu từ củ dền bằng hỗn hợp dung dịch ethanol – nước với tỷ lệ ethanol so với nước khác nhau: Mẫu 1 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 3/7; Mẫu 2 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 7/13; Mẫu 3 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 4/6; Mẫu 4 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 9/11; Mẫu 5 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 5/5; Mẫu 6 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 11/9; Mẫu 7 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 6/4; Mẫu 8 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 13/7; Mẫu 9 tỷ lệ giữa ethanol – nước là 7/3. Các mẫu đều chiết theo tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu 12/1, thời gian chiết 3 ngày, quá trình chiết rút tiến hành ở nhiệt độ phòng. Kết quả xác định khối lượng betacyanin được thể hiện ở hình 3.4 và bảng 3.4 (phụ lục 2).
21.06 22.76 29.28 31.20 28.88 25.30 21.47 16.14 26.25 0 5 10 15 20 25 30 35 3:7 7:13 4:6 9:11 5:5 11:9 6:4 13:7 7:3 Tỷ lệ ethanol/nước K ho ái lư ợ ng be ta cy ani n (m g)
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi ethanol - nước đến khối lượng chất màu betacyanin
Nhận xét
Kết quả phân tích ở hình 3.4 cho thấy, hàm lượng betacyanin tăng dần khi tăng tỷ lệ ethanol/nước và cao nhất khi tỷ lệ ethanol/nước là 5/5. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ này thì hàm lượng chất mầu thu được là giảm và thấp nhất là 7/3. Điều này được giải thích như sau: Hàm lượng chất mầu betacyanin thu được phụ thuôc chủ yếu vào 2 yếu tố (bản chất dung môi và gradien nồng độ do dung môi đó tạo ra). Như vậy nếu dùng nước nguyên chất để chiết thì điều kiện 1 thỏa mãn (betacyanin hòa tan tốt trong dung môi phân cực) tuy nhiên nước điều kiện 2 không được đáp ứng (nước tạo ra gradien nồng độ thấp) chính vì thế nếu tỷ lệ ethanol/nước là 0/10 thì hiệu suất chiết là thấp nhất. Nếu kết hợp ethanol với nước theo tỷ lệ tăng dần ethanol thì hàm lượng chiết thu được cao hơn là vì ethanol tạo ra gradien nồng độ và hiển nhiên tỷ lệ này càng cao thì gradien nồng độ càng lớn và hàm lượng chất mầu thu được càng nhiều. Tuy nhiên tỷ lệ này tăng đến một ngưỡng nào đó là dừng lại, nếu tiếp tục tăng thì hiệu suất chiết sẽ giãm vì bản chất nước kém hoà tan trong dung môi ít phân cực.
3.2.1.3. Xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và thời gian chiết
Sau khi xác định được dung môi chiết (dung môi ethanol) và tỷ lệ ethanol/nước (5/5) thì tiếp tục nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng chất mầu betacyanin thu được theo tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và theo thời gian chiết. Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm: mẫu 1 chiết chất mầu từ củ dền ở thời gian 1 ngày, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 8/1 – 16/1; mẫu 2 chiết chất mầu từ củ dền ở thời gian 2 ngày, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 8/1 – 16/1; mẫu 3 chiết chất mầu từ củ dền ở thời gian 3 ngày, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 8/1 – 16/1; mẫu 4 chiết chất mầu từ củ dền ở thời gian 4 ngày, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 8/1 – 16/1; mẫu 5 chiết chất mầu từ củ dền ở thời gian 5 ngày, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 8/1 – 16/1 Kết quả nghiên cứu này được trình bày ở bảng 3.5 (phụ lục 2) và hình 3.5.
15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 8/1 10/1 12/1 14/1 16/1
Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
K ho ái lư ợ ng be ta cya ni n (m g) 1 ngày 2 ngày 3 ngày 4 ngày 5 ngày
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và thời gian chiết đến khối lượng chất màu betacyanin
Nhận xét
Kết quả phân tích hình 3.5 cho thấy, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và thời gian chiết khác nhau thì hàm lượng betacyanin thu được cũng khác nhau. Hàm lượng betacyanin tăng theo thời gian chiết, hàm lượng này tăng nhanh từ ngày 1 đến ngày thứ 3 của quá trình chiết và cũng tăng nhanh từ tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
8/1 đến 12/1. Hàm lượng này đạt cao nhất tại ngày chiết thứ 3 và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 12/1. Nếu tiếp tục tăng số ngày chiết và tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thì hàm lượng tăng không đáng kể thậm chí còn giảm. Điều này được lý giải như sau: tỷ lệ dung môi/nguyên liệu càng tăng góp phần làm cho gradien nồng độ càng cao nên hiệu suất chiết tăng (tức là góp phần làm tăng khuếch tán phân tử), đồng thời với tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thì thời gian chiết cũng ảnh hưởng đến hiệu suất chiết vì theo định luật Fick thời gian chiết ảnh hưởng trực tiếp đến khuếch tán đối lưu. Thời gian càng lớn thì số lượng vật chất truyền qua bề mặt phân chia vào môi trường trong một đơn vị thời gian càng lớn có nghĩa là hiệu suất chiết càng tăng. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu lên nữa thì điều này không có ý nghĩa gì lớn mà ngược lại còn làm tiêu tốn dung môi, vật chứa cồng kềnh, tiêu tốn điện năng chưng đổi dung môi cho nên tỷ lệ này chỉ tăng đến một giới hạn nhất định. Nếu ta tiếp tục tăng thời gian chiết thì hiệu suất chiết càng tăng nhưng cũng nên tăng đến một giới hạn nhất định vì thời gian chiết quá lâu góp phần làm cho các nhân tố nhiệt độ, oxi, vi khuẩn và một số yếu tố khác làm ảnh hưởng đến chất lượng của chất mầu từ đó làm suy giảm hàm lượng mầu thu được.
Kết quả phân tích ở trên cho phép ta chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 12/1 và thời gian chiết là 3 ngày.
3.2.1.4. Xác định số lần chiết chất mầu betacyanin từ củ dền
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm, mỗi mẫu 5g củ dền sấy khô. Mẫu 1 chiết 1 lần; mẫu 2 chiết 2 lần; mẫu 3 chiết 3 lần; mẫu 4 chiết 4 lần. Các mẫu chiết rút chất mầu betacyanin từ củ dền điều chiết bằng hỗn hợp dung môi ethanol – nước với tỷ lệ ethanol so với nước là 5/5, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 12/1, thời gian chiết là 3 ngày, thực hiện chiết ở nhiệt độ phòng. Kết quả nghiên cứu thể hiện ở bảng 3.6 (phụ lục 2) và hình 3.6.
31.20 33.71 34.78 35.23 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 Số lần chiết T ổ ng k ho ái lươ ïng b et ac ya ni n( m g)
Hình 3.6. Ảnh hưởng của số lần chiết đến khối lượng chất màu betacyanin Nhận xét
Theo kết quả phân tích hình 3.6 cho thấy, số lần chiết khác nhau thì hàm lượng chất mầu thu được cũng khác nhau. Số lần chiết càng tăng thì hàm lượng mầu thu được cũng tăng, tổng hàm lượng chất mầu sau 2, 3, 4 lần chiết có tăng so với chiết 1 lần nhưng tăng không đáng kể. Điều này được giải thích dựa vào cấu trúc nguyên liệu. Củ dền có cấu trúc khá lỏng lẻo, chất mầu chủ yếu tập trung giữa các không bào. Bao bọc các tế bào là lớp cellulose và lớp lipoprotein. Chính vì thế chỉ cần phá vỡ lớp cấu trúc này thì dễ dàng thu nhận chất mầu. Quá trình sấy khô rồi xay nhỏ nguyên liệu là nhằm mục đích tăng hàm lượng chất khô tuyệt đối (tăng nồng độ chất mầu), phá vỡ cấu trúc tế bào nguyên liệu tạo điều kiện dễ dàng cho dung môi ngấm sâu vào nguyên liệu từ đó làm tăng hiệu quả chiết, thời gian chiết ngắn hơn.
Kết quả phân tích ở trên cho thấy, đối với nguyên liệu củ dền chỉ cần thực hiện chiết 1 lần cũng đủ đảm bảo hiệu suất thu chất mầu rất cao. Nếu chiết 2 lần thì hiệu suất có tăng hơn so với 1 lần nhưng tăng không đáng kể (1,6%), với lại nếu chiết 2 lần thì cần tiêu tốn 1 lượng dung môi đáng kể điều này làm tăng chi phí sản xuất cho nên đối với nguyên liệu củ dền ta chỉ chiết 1 lần là đạt yêu cầu.
3.2.1.5. Xác định nhiệt độ sấy nguyên liệu củ dền
Củ dền đem xử lý cắt lát mỏng sau và đem sấy lạnh mục đích là để tạo cân bằng ẩm sau đó tiến hành sấy thường. Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm, Mẫu 1 sấy khô (bằng tủ sấy thường) ở nhiệt độ 500C; Mẫu 2 sấy khô (bằng tủ sấy thường) ở nhiệt độ 600C; Mẫu 3 sấy khô (bằng tủ sấy thường) ở nhiệt độ 700C; Mẫu 4 sấy khô (bằng tủ sấy thường) ở nhiệt độ 800C. Sấy đến khi nào kiểm tra thấy độ ẩm nguyên liệu còn khoảng 7-12% thì kết thúc quá trình sấy, đem đánh giá cảm quan và xác định khối lượng chất mầu. Kết quả thể hiện ở bảng 3.7 (phụ lục 2) và hình 3.7. 28.13 31.45 26.77 22.71 0 5 10 15 20 25 30 35 50 60 70 80 Nhiệt độ sấy (độ C) K hố i lượ ng bet ac ya ni n (m g)
Hình 3.7. Ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến khối lượng chất màu betacyanin Nhận xét
Kết quả phân tích hình 3.7 cho thấy, nhiệt độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến