a) Sơ đồ bố trí thí nghiệm:
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết
b) Thuyết minh sơ đồ:
Cân chính xác khoảng 1 g nguyên liệu (đã cắt nhỏ, trộn đều) cho vào các bình nón 100 ml. Thêm dung môi với tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp. Đậy kín rồi tiến hành chiết bằng phương pháp chiết và ở nhiệt độ thích hợp, trong đó thời gian chiết thay đổi như sau: 10; 20; 30; 40; 50; 60 (phút). Lọc lấy các dịch chiết, định
Lá Cẩm tươi
Chiết
(Dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ, phương pháp chiết thích hợp)
Thời gian chiết (cho 1 lần chiết)
Lọc
Dịch chiết
Đo độ hấp thụ
So sánh hiệu suất chiết Thời gian chiết
thích hợp
mức bằng nước cất đến một thể tích chính xác (D ml). Đo độ hấp thụ của các dung dịch ở 585 nm. Đánh giá hiệu suất chiết anthocyanin. Từ đó, chọn thời gian chiết phù hợp. 2.2.4.5. Bố trí thí nghiệm chọn số lần chiết: a) Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm xác định số lần chiết Lá Cẩm tươi Chiết
(Dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ,
phương pháp chiết, thời gian chiết thíchhợp)
Số lần chiết 1 lần 2 lần 3 lần 4 lần Lọc Dịch chiết tổng cộng sau Đo độ hấp thụ
Xác định hiệu suất chiết Số lần chiết
b) Thuyết minh sơ đồ:
Cân chính xác khoảng 1 g nguyên liệu (đã cắt nhỏ, trộn đều) cho vào các bình nón 100 ml. Tiến hành chiết (sử dụng dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ, phương pháp và thời gian chiết đã chọn).
Sau mỗi lần chiết, lọc lấy dịch. Lặp lại quá trình chiết như trên với bã còn lại cho đến khi đạt được số lần chiết n xác định (n = 1, 2, 3, 4). Gộp lấy dịch chiết thu được sau n lần chiết của từng mẫu một, định mức bằng nước cất đến một thể tích chính xác (D ml). Đo độ hấp thụ của các dung dịch ở 585 nm. Đánh giá hiệu suất chiết anthocyanin. Từ đó, chọn số lần chiết phù hợp cho mỗi dung môi và phương pháp chiết.
2.2.5. Đề xuất quy trình chiết anthocyanin từ lá Cẩm – Thử nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất chiết của toàn bộ quy trình trình – Đánh giá hiệu suất chiết của toàn bộ quy trình
Sau khi đã chọn được các thông số thích hợp như trên, có thể đề xuất các quy trình chiết anthocyanin lá Cẩm phù hợp với các dung môi và phương pháp chiết khác nhau. Tiến hành chiết thử nghiệm trên các mẫu lớn (0,5 kg/mẫu). Thu các dịch chiết tổng cộng. Đo quang để xác định hàm lượng anthocyanin chiết được và tính hiệu suất chiết của toàn bộ quy trình.
Các dịch chiết anthocyanin sau đó được cô đặc đến nồng độ nhất định để tiến hành sấy phun. Do thời gian hạn chế nên đề tài này không tiến hành sấy phun dịch chiết anthocyanin cô đặc để thu sản phẩm dạng bột.
2.2.6. Nghiên cứu một số đặc tính của chất màu anthocyanin chiết xuất từ lá Cẩm lá Cẩm
2.2.6.1. Khảo sát sự thay đổi màu sắc theo pH
Mỗi loại thực phẩm có pH nằm trong một khoảng xác định. Trong khi đó, một trong các đặc tính của anthocyanin là khả năng thay đổi màu sắc theo pH. Vì vậy, để có thể sử dụng chất màu anthocyanin chiết xuất từ lá Cẩm cho mục đích tạo màu một loại thực phẩm nào đó, cần nghiên cứu sự thay đổi màu sắc của chất màu này trong các khoảng pH khác nhau.
Lấy 1 ml dịch chiết anthocyanin cho vào 10 ống nghiệm có nút vặn. Pha loãng các dịch chiết trên 10 lần bằng các dung dịch đệm có pH lần lượt là 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10. Vặn chặt nút, lắc đều các dung dịch, để yên trong 5 phút. Quan sát màu sắc và ghi phổ hấp thụ UV-Vis của tất cả các dung dịch. Nhận xét, so sánh và kết luận.
b) Sơ đồ thí nghiệm:
Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến màu sắc của chất màu anthocyanin chiết xuất từ lá Cẩm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.6.2. Khảo sát độ bền màu của dịch chiết anthocyanin từ lá Cẩm trong các điều kiện bảo quản khác nhau các điều kiện bảo quản khác nhau
Độ bền của một chất màu trong quá trình bảo quản là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của thực phẩm. Nếu cường độ màu của chất màu giảm nhanh hay bị biến đổi sang màu khác thì sẽ tạo cho người tiêu dùng cảm giác sản phẩm đó đã bị hư hỏng mặc dù sản phẩm đó vẫn còn trong thời hạn sử dụng. Vì vậy, việc nghiên cứu độ bền của chất màu trong các điều kiện bảo quản
10 ống nghiệm
(Mỗi ống chứa 1 ml dịch chiết anthocyanin)
- Quan sát màu
- Ghi phổ hấp thụ UV-Vis của các dung dịch
Nhận xét – Kết luận
Pha loãng 10 lần bằng các dung dịch đệm
Thay đổi pH dung dịch đệm
khác nhau là điều có ý nghĩa quan trọng trước khi quyết định đưa một chất màu nào đó ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Do đó, chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự biến đổi nồng độ anthocyanin trong các dịch chiết chất màu từ lá Cẩm theo thời gian trong các điều kiện bảo quản sau:
Đậy kín, ở -20oC
Đậy kín, ở 40C
Đậy kín, ở nhiệt độ phòng, trong bóng tối
Đậy kín, ở nhiệt độ phòng, dưới ánh sáng tự nhiên Xác định % anthocyanin còn lại theo công thức:
% Anthocyanin còn lại = (Lượng anthocyanin còn lại/Lượng anthocyanin ban đầu).100%
Từ kết quả nghiên cứu, rút ra kết luận về khả năng sử dụng và điều kiện thích hợp để bảo quản chất màu anthocyanin.
Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm khảo sát độ bền màu của chất màu lá Cẩm trong một số điều kiện bảo quản khác nhau
Điều kiện bảo quản
Dịch chiết anthocyanin Đậy kín, ánh sáng tự nhiên, tphòng Đậy kín, trong tối, -20oC Đậy kín, trong tối, 4oC Đậy kín, trong tối, tphòng
Quan sát - Đo quang – Đánh giá
Thời gian bảo quản
2.2.7. Các phương pháp phân tích sử dụng trong đề tài
a) Xác định hàm lượng nước trong nguyên liệu: sấy ở 105- 1100C đến khối lượng không đổi (Phụ lục 1)
b) Xác định bước sóng hấp thụ cực đại của anthocyanin trong lá Cẩm
c) Xác định hàm lượng anthocyanin tổng số trong nguyên liệu lá Cẩm: chiết anthocyanin bằng nước cất và đo độ hấp thụ của dung dịch ở 585 nm d) Xác định hàm lượng anthocyanin trong các dịch chiết: Phương pháp đo
quang
2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu
Các kết quả đều là trung bình cộng của 3 lần thí nghiệm song song. Xử lý số liệu và vẽ đồ thị bằng phần mềm MS Excel 2003.
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần khối lượng cây Cẩm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả xác định thành phần khối lượng nguyên liêu của cây Cẩm được trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1 : Thành phần khối lượng của cây Cẩm
Phần lá tươi Phần lá vàng úa Phần cành
Mẫu Khối lượng (g) Tỷ lệ (%) Khối lượng (g) Tỷ lệ (%) Khối lượng (g) Tỷ lệ (%) 1 200 48,78 20 4,87 190 46,35 2 447 45,57 62 6,32 472 48,11 3 430 46,94 41 4,48 445 48,58 Trung bình - 47,10 - 5,22 - 47,68
Kết quả trên cho thấy phần lá sử dụng được và phần thân trong nguyên liệu ban đầu chiếm tỷ lệ gần tương đương (47 - 48%), còn phần hư hỏng khá ít (khoảng 5%). Mặc dù cả lá và thân cây Cẩm đều có chứa chất màu anthocyanin nhưng theo tài liệu [3] thì hàm lượng chất màu trong lá vào khoảng 12%, tức cao gấp 14 lần so với hàm lượng có trong thân (0,88%). Vì vậy, để sử dụng dung tích thiết bị chiết một cách hiệu quả hơn, cũng như để giảm chi phí dung môi và năng lượng cô đuổi dung môi về sau, chúng tôi chỉ sử dụng phần lá tươi làm nguyên liệu chiết tách chất màu. Tuy nhiên, việc thải bỏ phần thân (chiếm tới 48% nguyên liệu ban đầu) như vậy là khá lãng phí. Để giảm thiểu chất thải ra môi trường, có thể nghiên cứu tận dụng phần thân và lá hư hỏng làm phân vi sinh phục vụ cho nông nghiệp.
3.2. Một số thành phần hóa học của lá Cẩm
Kết quả phân tích (bảng 3.2) cho thấy:
- Lá Cẩm tươi chứa hàm lượng nước khá cao (khoảng 78,32%) nên rất dễ bị hư thối do vi sinh vật. Vì vậy, sau khi thu nguyên liệu nếu có thể thì tiến hành chiết
anthocyanin ngay. Nếu không, cần bảo quản nguyên liệu ở nơi mát, thoáng khí (trong vòng 2-3 ngày) để tránh ảnh hưởng đến chất lượng chất màu thu được. Ngoài ra, để giảm thiểu thể tích nguyên liệu cũng như để thuận tiện cho việc bảo quản, cần nghiên cứu phương pháp chuyển hóa nguyên liệu tươi thành dạng bột khô sao cho hạn chế tối đa sự phân hủy anthocyanin.
- Hàm lượng anthocyanin tổng số trong lá Cẩm rất cao (khoảng 3,93% trọng lượng tươi) so với một số nguồn thực vật giàu anthocyanin khác có ở nước ta (quả dâu ta: 1,188%; bắp cải tím: 0,909%; lá tía tô: 0,397%; trà đỏ: 0,335%, vỏ nho: 0,564%, vỏ cà tím: 0,441%. Như vậy, có thể nói lá Cẩm là một nguồn nguyên liệu giàu anthocyanin rất có giá trị ở nước ta cần được quan tâm khái thác để sử dụng làm chất màu thực phẩm.
Bảng 3.2. Một số thành phần hóa học cơ bản của lá Cẩm
Thành phần Hàm lượng
Nước (%) 78,32
Anthocyanin tổng số (mg/kg khô) 39.272
3.3. Xác định các thông số thích hợp cho quá trình chiết anthocyanin từ lá Cẩm 3.3.1. Chọn dung môi chiết 3.3.1. Chọn dung môi chiết
Kết quả xác định dung môi chiết được trình bày trên các hình 3.1, hình 3.2 và bảng PL3.1
Kết quả trên cho thấy:
Ở nhiệt độ phòng, khi tăng tỷ lệ etanol trong dung môi nước từ 0% đến 40% thì hiệu suất chiết anthocyanin tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng tỷ lệ etanol trong nước lên từ 40 đến 100% thì hiệu suất chiết lại giảm đi. Nguyên nhân là do chất màu anythocyanin trong lá cẩm mặc dù có nhiều nhóm chức phân cực (-OH, đường) nhưng có phân tử lượng khá lớn nên chúng chỉ có độ phân cực trung bình, do đó chỉ tan tốt trong các dung môi phân cực trung bình.
31.45 38.17 58.34 53.14 44.18 24.51 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0 20 40 60 80 100 Tỷ lệ etanol/nước (% v/v) H iệ u s u ấ t c h iế t (% )
Hình 3.1.Ảnh hưởng của tỷ lệ Etanol trong dung môi đến hiệu suất chiết anthocyanin
Ngoài ra, việc nghiên cứu phổ hấp thụ (hình 3.2) kết hợp với việc quan sát màu sắc của các dịch chiết từ lá Cẩm cũng cho thấy:
Khi tỷ lệ etanol không quá 40% thì phổ hấp thụ chỉ có 1 pic duy nhất ứng với pic 585 nm và dịch chiết có màu tím-hồng rất đẹp, nghĩa là dịch chiết chủ yếu chỉ chứa anthocyanin. Tuy nhiên, khi sử dụng dung môi chiết có tỷ lệ etanol lớn hơn 40% thì phổ hấp thụ của dịch chiết ngoài pic 585 nm đặc trưng cho các anthocyanin trong lá Cẩm còn chứa các pic lạ ứng với λmax = 435- 440 nm và 669 nm và dịch chiết có màu hồng hơi xanh lục. Điều này chứng tỏ khi đó chlorophyll trong lá Cẩm cũng đã được chiết vào dung dịch.
Do vậy, để thu được dịch chiết anthocyanin từ lá Cẩm nên dùng hỗn hợp dung môi EtOH 960-H2O chứa 40% etanol.
Dung môi: 100% H2O (λmax = 585 nm)
Dung môi: 20%EtOH 960
(λmax = 585 nm)
Dung môi: 40%EtOH 960
(λmax = 585 nm)
Dung môi: 60%EtOH 960
(λmax = 585; 669 nm) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dung môi: 80%EtOH 960
(λmax = 440; 585; 675 nm)
Dung môi: 100%EtOH 960
(λmax = 435; 585; 669 nm)
Hình 3.2. Phổ hấp thụ của các dịch chiết chất màu từ lá Cẩm khi thay đổi tỷ lệ EtOH và H2O trong dung môi chiết
3.3.2. Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết anthocynin được thể hiện ở hình 3.3 và bảng PL3.2.
46.70 63.63 66.62 67.41 69.87 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2/1 4/1 6/1 8/1 10/1
Tỉ lệ dung môi/nguyên liệu (v/w )
H ệ u s u ấ t c h iế t( % )
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết anthocyanin
Hình 3.3. cho thấy khi tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu từ 2/1 đến 4/1 thì hiệu suất chiết tăng nhanh nhưng từ giá trị 6/1 đến 10/1 thì hiệu suất chiết lại tăng không đáng kể. Nguyên nhân có thể là do ở tỷ lệ 2/1 dung môi chưa ngập hết nguyên liệu nên chưa đủ để các phân tử chất màu khuếch tán vào trong dung môi, còn ở tỷ lệ từ 4/1 trở lên dung môi đã ngập hết toàn bộ trong nguyên liệu nên hiệu suất chiết tăng lên. Mặc dù nếu tiếp tục tăng tỷ lệ dung môi/nguyên liệu trên 4/1 thì hiệu suất chiết tăng lên nhưng do khi đó mức độ tăng rất chậm nên hiệu quả kinh tế của quá trình tách chiết chất màu sẽ thấp. Vì vậy, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 4/1 là thích hợp nhất.
3.3.3. Chọn dung môi và nhiệt độ chiết
Hiệu suất chiết anthocyanin chịu ảnh hưởng nhiều bởi bản chất dung môi, nhiệt độ và phương pháp chiết. Thực vậy, các kết quả nghiên cứu (Hình 3.4 a. và 3.4.b và PL3.3, PL3.4) cho thấy:
- Nhìn chung, trong khoảng nhiệt độ dưới 800C thì khi nhiệt độ tăng thì hiệu suất chiết anthocyanin tăng lên. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ từ 800C lên 1000C thì
điều này không còn đúng nữa nếu dung dung môi chiết là nước chứa 40% etanol. Điều này có lẽ là do ở 1000C lượng etanol trong dung môi chiết bị bay hơi một phần (etanol có nhiệt độ sôi khoảng 78,40C), do đó tỷ lệ etanol trong dung môi sẽ thấp hơn 40%, kết quả là hiệu suất chiết anthocyanin giảm đi.
50.57 56.85 68.90 37.59 54.62 64.34 72.01 30.82 0 10 20 30 40 50 60 70 80 28 40 60 80 Nhiệt độ (oC) H iệ u s u ấ t c h iế t (% ) Nước cất Ethanol 96o/nước 40% (v/v)
a) Chiết bằng phương pháp siêu âm
33,38 47,73 62,76 80,25 33,11 46,55 61,44 65,54 64,83 24,97 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 28 40 60 80 100
Nhiệt độ chiết (oC)
H iệ u s u ấ t c h iế t (% ) Nước cất Etanol 96o/nước 40% t
b) Chiết bằng phương pháp ngâm chiết
Hình 3.4. Ảnh hưởng của dung môi và nhiệt độ đến hiệu suất chiết anthocyanin từ lá Cẩm khi chiết bằng các phương pháp khác nhau
47,81 62,12 63,13 63,25 54,69 44,72 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 10 20 30 40 50 60
Thời gian siêu âm (phút)
H iệ u s u ấ t ch iế t (% )
- Nếu sử dụng dung môi và nhiệt độ chiết như nhau (nhưng không quá 80oC) thì phương pháp siêu âm luôn luôn cho hiệu suất chiết lớn hơn so với phương pháp ngâm chiết. Điều này cũng hiển nhiên do dưới tác dụng của sóng siêu âm cấu trúc tế bào thực vật chứa sắc tố sẽ bị phá hủy mạnh. Riêng đối với phương pháp ngâm chiết 100oC thì hiệu suất chiết cao nhất với dung môi nước(80,25%) và cao hơn nhiều so với phương pháp ngâm chiết ở 80oC
Bên cạnh đó, thực nghiệm cho thấy khi chiết bằng dung môi etanol 96o/nước thì dịch chiết có màu tím hồng, còn nếu chiết bằng nước thì dịch chiết lại có màu tím tươi.
Như vậy, việc chọn lựa dung môi, nhiệt độ tùy thuộc vào điều kiện cơ sở vật chất cụ thể của cơ sở sản xuất và yêu cầu về màu sắc của sản phẩm chất màu anthocyanin thu được :
- Đối với cơ sở sản xuất thủ công thì nên chiết chất màu bằng cách thêm nước vào nguyên liệu lá Cẩm (tỷ lệ dung môi nguyên liệu là 4/1) rồi đun sôi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Đối với cơ sở sản xuất hiện đại hay phòng thí nghiệm có điều kiện thì nên chiết bằng dung môi nước chứa 40% etanol ở 800C bằng phương pháp siêu âm để giảm bớt chi phí cô đuổi dung môi sau này.
3.3.3. Xác định thời gian chiết
3.3.3.1. Phương pháp siêu âm
Kết quả xác định thời gian chiết bằng phương pháp siêu âm ở 800C (hình 3.5 và PL3.5) cho thấy:
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất chiết anthocyanin
Thời gian siêu âm khác nhau thì hiệu suất chiết cũng khác nhau, cụ thể là: hiệu