3.3.3.1. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV - Vis
Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV - Vis là phương pháp phân tích dựa trên sự so sánh độ hấp thụ bức xạ đơn sắc (mật độ quang) của dung dịch nghiên cứu với độ hấp thụ bức xạ đơn sắc (mật độ quang) của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định. Chủ yếu để xác định lượng nhỏ các chất, tốn ít thời gian so với phương pháp khác. Phương pháp này còn có thể áp dụng để phân tích định tính vì mối dung dịch màu chỉ hấp thụ những tia sáng có bước sóng nhất định (λmax) [12].
Phổ hấp thụ là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc giữa mật độ quang và bước sóng λ. Mỗi dung dịch màu đều hấp thụ ánh sáng ở những bước sóng khác nhau. Tuy nhiên trong số đó có một giá trị λ mà sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch màu là cực đại, ta gọi đó là λmax. Ứng với giá trị bước sóng λmax là mật độ quang cực đại Dmax. Với mỗi dung dịch nghiên cứu ta phải xác định bước sóng λmax trước khi tiến hành phân tích định lượng [12].
Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV - Vis để khảo sát bước sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát các điều kiện chiết [12].
3.3.3.2.Phương pháp chiết tách
Phương pháp chiết là phương 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. Phương pháp chiết bao gồm cả việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và cách chiết. Một phương pháp chiết xuất thích hợp có thể được 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 phương pháp chiết xuất chung áp dụng cho tất cả các hợp chất. Lựa chọn phương pháp chiết để có được 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.
Trong quá trình chiết sẽ xảy ra 3 quá trình là quá trình hòa tan, quá trình khuếch 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 hưởng đến quá trình chiết xuất là nguyên liệu, dung môi, kỹ thuật chiết.
3.3.4 Phương pháp đánh giá cảm quan
Các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm được đánh giá bằng phương pháp cho điểm thị hiếu theo thang Hedonic: Thang điểm từ 1 - 9, đánh giá mức độ ưa thích như sau:
Bảng 3.9. Bảng cho điểm thị hiếu theo thang Hedonic [22] Cực kì thích 9 điểm Rất thích 8 điểm Thích 7 điểm Tương đối thích 6 điểm Không thích cũng không ghét 5 điểm Tương đối không thích 4 điểm Không thích 3 điểm Rất không thích 2 điểm Cực kì không thích 1 điểm
Các thành viên của hội đồng cảm quan gồm 10 người sau khi thử nếm sẽ đánh dấu mức độ ưa thích của mình đối với các mẫu trên theo thang điểm từ 1- 9 [22].
Các phiếu cho điểm của mỗi thành viên sẽ được tập hợp lại để xử lí thống kê cho từng chỉ tiêu ghi trên mẫu. Mẫu nào đạt số điểm cao nhất thì coi như được ưa thích nhất [22].
3.3.5. Quy trình chiết tách chất màu thực phẩm dự kiến
Nguyên liệu
Chiết chất màu thô từ nguyên liệu
Sấy dịch cô đặc
Chất màu thực phẩm
3.3.6. Phương pháp xử lí số liệu
Kết quả được xử lý bằng phần mềm thống kê Design - Expert 7.0, để phân tích các hệ số hồi quy, bề mặt đáp ứng và tối ưu hóa thuật toán hàm mong đợi.
Các bước thực hiện bài toán quy hoạch
• Chọn các yếu tốảnh hưởng
• Chọn hàm mục tiêu Y
• Chọn miền khảo sát
• Tiến hành tối ưu hóa
Phần 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả sưu tập kiến thức bản địa ở một số tỉnh miền núi phía Bắc vềcây nhuộm màu thực phẩm cây nhuộm màu thực phẩm
Nghiên cứu thực hiện điều tra kiến thức bản địa về cây nhuộm màu thực phẩm tại các tỉnh miền núi Đông Bắc Việt Nam gồm: Thái Nguyên, Bắc Kạn, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang.
Kết quả điều tra được thể hiện trong bảng 4.1.
Kết quả điều tra cho thấy, trong thực tế số lượng các loài cây được sử dụng phổ biến để nhuộm màu vàng không nhiều. Một số loài chỉ được sử dụng trong cộng đồng rất hẹp. Các loài cây nhuộm màu vàng phổ biến trong hầu hết các dân tộc thiểu số gồm có: nghệ vàng, mật mông, dành dành…
Kết quả điều tra thu được có 6 loài cây có khả năng nhuộm màu vàng, trong đó tần suất sử dụng phổ biến nhất là nghệ, mật mông, hạt dành dành. Tuy nhiên theo nghiên cứu của Lưu Đàm Cư (2002) [6], số cây có thể thu màu vàng là 11 loài, trong đó một số loài phát hiện lần đầu tiên chưa được công bố trong và ngoài nước như: Lõi thọ, cẩm vàng…
Để chiết tách chất màu khỏi nguyên liệu, hiện nay đồng bào các dân tộc thiểu số chủ yếu sử dụng phương pháp chiết bằng dung môi nước, và thường sử dụng nước nóng để thu dịch chiết. Ngoài ra, việc sử dụng nước lạnh chiết thường áp dụng đối với một số loài không bền màu ở nhiệt độ cao.
Theo mức độ sử dụng của các loài cây, chúng tôi lựa chọn 03 loài: dành dành, mật mông và nghệ vàng là nguyên liệu tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
Bảng 4.1. Kết quảđiều tra kiến thức bản địa về cây nhuộm màu TT Tên khoa học Tên Việt
Nam
Màu
nhuộm Cách nhuộm
1 Aporosadioica (Roxb.)
Muell. –Arg. Thẩu tấu Vàng Vỏ cây đun sắc lấy
nước ngâm gạo.
2 Buddleia officinalis Maxim. Mật
mông hoa Vàng
Lấy hoa tươi rửa sạch
đun nước ngâm gạo
đểđồ xôi, có thể thu hái hoa phơi khô để
dùng dần.
3 Caesalpinia sappan L. Tô mộc
(Vang) Vàng
Lấy gỗ phần sát gốc cây, đem băm nhỏ, sắc 1-2h chắt lấy nước, hòa với nước tro bếp, lấy nước ngâm với gạo nếp 5- 6h, sẽđược xôi có mầu đỏ vàng. 4 Curcuma longa L. Nghệ vàng Vàng Giã nhuyễn phần củ, đổ nước nóng vào, khoắng đều, lọc lấy nước rồi ngâm gạo. 5 Gardenia augusta (L.) Merr. Dành dành Vàng Lấy hạt, hoa đun nước, ngâm gạo 5-6h sau đó đồ xôi.
6 Saraca diver Pierre Vàng
anh Vàng
Lấy hoa cây vàng anh
đem rửa sạch, đun sôi, 5-7 phút vớt bã của hoa vàng anh ra cho gạo vào nấu. Khi cơm chín có mầu vàng rất
đẹp và có mùi thơm rất quyến rũ.
4.2. Kết quả nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu và dung môi chiết phục vụchiết tách chất màu vàng chiết tách chất màu vàng
Việc lựa chọn nguyên liệu và dung môi cho quá trình chiết tách đóng vai trò quan trọng, đây là hai yếu tố chính quyết định tới lượng chất màu thu được. Hàm lượng chất màu trong nguyên liệu và khả năng hòa tan các chất của nó trong dung môi càng lớn thì lượng bột màu thu được sau chiết tách càng lớn. Tuy nhiên, nếu lượng dung môi quá lớn sẽ ảnh hưởng đến các công đoạn xử lý về sau.
Nguyên liệu được sử dụng cho chiết tách chất màu đạt tiêu chí:
Hàm lượng đủ lớn đáp ứng kỹ thuật chiết tách, chất màu bền vững trong quá trình chiết tách, màu nhuộm đáp ứng nhu cầu sử dụng, loài cây hoang dại có khả năng cung cấp nguyên liệu ổn định, thường được người dân trồng sử dụng dễ trồng cho năng suất cao, chất màu thuộc nhóm ưa nước [6].
Từ các tiêu chí trên, để lựa chọn được loại nguyên liệu tốt nhất cho chiết tách chất màu, chúng tôi tiến hành chiết tách chất màu từ 3 loại nguyên liệu cho màu vàng khác nhau: quả dành dành, nghệ vàng, mật mông.
Dung môi sử dụng gồm 4 loại dung môi khác nhau là nước nóng, nước lạnh, ethanol, methanol .
Tiến hành chiết tách trong điều kiện nhiệt độ 850C, thời gian chiết trong 90 phút và thu lại dịch chiết.
Sau đó ngâm gạo trong dịch chiết trong thời gian 6h, tiến hành đồ xôi và thu mẫu đánh giá cảm quan.
Kết quả nghiên cứu được trình bày tại bảng 4.2.
Các nguyên liệu khác nhau với các phương pháp chiết tách khác nhau đều được đánh giá cảm quan ở mức chấp nhận (≥ 5).
Bảng 4.2. Kết quảđánh giá cảm quan màu sắc của gạo sau khi nhuộm màu vàng từ nguyên liệu khác nhau
Công thức Nguyên liệu Phương pháp chiết Màu sắc
CT1.1 Dành dành Chiết nóng 7,9e CT1.2 Dành dành Chiết lạnh 5,9a CT1.3 Dành dành Chiết lạnh bằng ethanol 50% 6,7b CT1.4 Dành dành Chiết lạnh bằng methanol 50% 6,9ad CT2.1 Nghệ vàng Chiết nóng 7,7de CT2.2 Nghệ vàng Chiết lạnh 7,4d CT2.3 Nghệ vàng Chiết lạnh bằng ethanol 50% 7,1c CT2.3 Nghệ vàng Chiết lạnh bằng methanol 50% 6,9bc
CT3.1 Hoa mật mông Chiết nóng 7,0c
CT3.2 Hoa mật mông Chiết lạnh 6,2ab
CT3.3 Hoa mật mông Chiết lạnh bằng ethanol 50% 6,6ab
CT3.4 Hoa mật mông Chiết lạnh bằng methanol 50% 6,3ac
LSD0,05 0,759
Ghi chú: Trên cùng một cột các điểm trung bình có chữ giống nhau thì không có sự khác nhau có ý nghĩa ở mức ý nghĩa α = 0,05.
Nhìn vào bảng kết quả trên, với mức ý nghĩa α = 0,05, chúng tôi nhận thấy khả năng chiết tách chất màu vàng để nhuộm màu thực phẩm đối với từng nguyên liệu và phương pháp khác nhau là khác nhau.
Trong các công thức thí nghiệm trên, ta thấy công thức CT1.1 đối với nguyên liệu hạt dành dành,cho điểm cảm quan là cao nhất (đạt 7,9) với phương pháp chiết nóng và dung môi là nước cho khả năng nhuộm màu đẹp nhất. Giá trị cảm quan của xôi sau khi nhuộm giảm dần đối với dung môi ethanol
là 6,7 và methanol là 6,9. Điều này chứng tỏ chất màu vàng trong hạt dành dành tan tốt trong nước hơn là các loại dung môi còn lại. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của PGS.TS Ngô Thị Thuận (1994) [19] đã đưa ra.
Bên cạnh đó, việc sử dụng dung môi nước nóng được lựa chọn bởi các lý do sau:
- Trong thực tế, người dân tộc thiểu số cũng chiết chất màu theo phương pháp này (chỉ dùng dung môi nước nóng hoặc lạnh).
- Sử dụng nước nóng để chiết cho sản phẩm giá thành hạ, không độc hại, có độ an toàn công nghiệp cao nếu tổ chức sản xuất công nghiệp.
Đối với nguyên liệu là nghệ vàng và hoa mật mông điểm cảm quan thấp hơn, do dịch chiết còn mùi, vị đặc trưng ít người ưu thích cần khử mùi,vị khi sử dụng nhuộm màu cho các sản phẩm khác.
Kết luận: Lựa chọn dung môi nước nóng để sử dụng chiết tách chất màu từ hạt dành dành.
Hình 4.1. Mật độ quang của dịch chiết hạt dành dành
Từ hình 4.1 ta thấy khoảng hấp thụ cực đại đối với dịch chiết từ hạt dành dành là 480nm.
4.3. Kết quảảnh hưởng của loại nguyên liệu đến khả năng chiết chất màu thực vật thực vật
Nguyên liệu khô được tạo bằng cách cân 10g nguyên liệu tươi đem sấy 300C trong 8h khối lượng nguyên liệu sau khi sấy còn lại 7,4g. Sử dụng bước
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 3 3 0 3 4 0 3 5 0 3 6 0 3 7 0 3 8 0 3 9 0 4 0 0 4 1 0 4 2 0 4 3 0 4 4 0 4 5 0 4 6 0 4 7 0 4 8 0 4 9 0 5 0 0 5 1 0 5 2 0 5 3 0 O D Bước sóng nm OD
sóng cực đại là 480nm ở kết quả của thí nghiệm 1, tiến hành đo mật độ quang của dịch chiết lá sau sau tươi và lá sau sau khô và đánh giá cảm quan để lựa chọn loại nguyên liệu sử dụng tốt nhất cho quá trình chiết tách.
Bảng 4.3. Kết quảđánh giá cảm quan màu vàng của xôi nhuộm bằng dịch chiết từ nguyên liệu dành dành tươi và khô
Nguyên liệu Công thức Loại nguyên liệu OD (480nm) Màu sắc Dành dành CT4 Tươi 0,808b 7,5a CT5 Khô 0,816b 7,9a LSD0,05 0,010 0,569
Ghi chú: Trên cùng một cột các điểm trung bình có chữ giống nhau thì không có sự khác nhau có ý nghĩa ở mức ý nghĩa α = 0,05.
Hình 4.2. Phổ hấp thụ ánh sáng của dịch chiết từ nguyên liệu dành dành
Qua bảng 4.3 ta thấy, màu sắc của gạo sau khi nhuộm trong dịch chiết của dành dành đối với hai dạng nguyên liệu tươi và khô là không có sự khác biệt (công thức CT4 là 7,9 và công thức CT5 là 7,5). Điều này có thể được
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 3 3 0 3 4 0 3 5 0 3 6 0 3 7 0 3 8 0 3 9 0 4 0 0 4 1 0 4 2 0 4 3 0 4 4 0 4 5 0 4 6 0 4 7 0 4 8 0 4 9 0 5 0 0 5 1 0 5 2 0 5 3 0 O D Bước sóng nm tươ i
giải thích, do chất màu vàng có trong hạt dành dành không bị biến đổi ở nhiệt độ thấp, do đó khi nhuộm màu vào xôi không có sự khác biệt về màu sắc. Về giá trị OD thu được của hai dạng nguyên liệu tươi và khô hầu như không có sự khác biệt. Tuy nhiên, đối với nguyên liệu khô, giá trị OD đo được có giá trị thấp hơn, điều này có thể do trong quá trình sấy, lượng nước trong nguyên liệu bị mất đi dẫn đến các tế bào co lại gắn với nhau chặt chẽ hơn. Nên trong quá trình chiết tách, lượng chất màu nằm sâu trong nguyên liệu đi ra ngoài dung môi khó khăn hơn.
Đối với dạng nguyên liệu dành dành ta có thể sử dụng cả nguyên liệu tươi và dạng khô để thu dịch chiết màu vàng để đáp ứng đủ nguyên liệu trái vụ.
Tuy nhiên do dạng nguyên liệu khô cần thời gian sấy khô nguyên liệu, đồng thời lượng màu thu được vì vậy nguyên liệu được lựa chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo là nguyên liệu dành dành tươi.
4.4. Kết quả nghiên cứu tối ưu thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu đến khả năng chiết tách chất màu
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến chất màu thu được, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt chỉ tiêu theo thiết kế thí nghiệm của Box – Behnken với ba biến ba cấp độ.
Các số liệu thí nghiệm chiết tách chất màu vàng được xử lí trên phần mềm Design Expert 7.0 (Stat - Ease Inc., Minneapolis, USA). ANOVA được dùng để đánh giá tương tác giữa các biến với lượng chất màu thu được. Mức độ ý nghĩa của mô hình được đánh giá dựa trên hệ số xác định (R2). Ý nghĩa thống kê được kiểm tra bằng phép thử F (F - test).
Tiến hành giải bài toán tối ưu hóa theo phương pháp “hàm mong đợi”. Sử dụng phần mềm Design Expert 7.0 để tiến hành tối ưu hóa nhằm xác định được giá trị của bộ 3 yếu tố ảnh hưởng mà tại đó giá trị OD đo được là cao nhất.
Áp dụng phương pháp phân tích hồi quy các số liệu thí nghiệm, thu được mô hình đa thức bậc hai thể hiện nồng độ chất màu qua mật độ quang thu như sau:
Y = 0,95 + 0,007375*X1 – 0,017*X2 + 0,033*X3 +0,020*X1*X2 – 0,013*X1*X3 –0,022 *X2*X3 - 0,026*X12 – 0,050*X22 – 0,090* X32 Trong đó Y là nồng độ chất màu dự báo thu được.
Bảng 4.4. Kết quả OD đối với nguyên liệu dành dành TT TỶ LỆ NL/DM NHIỆT ĐỘ (0C) THỜI GIAN (Phút) OD CT6.1 0 0 0 0,948 CT6.2 0 1 -1 0,795 CT6.3 1 -1 0 0,89 CT6.4 -1 1 0 0,827 CT6.5 0 0 0 0,958 CT6.6 -1 -1 0 0,897 CT6.7 1 0 1 0,867 CT6.8 0 -1 1 0,878 CT6.9 1 1 0 0,898 CT6.10 0 1 1 0,795 CT6.11 -1 0 -1 0,784 CT6.12 1 0 -1 0,807 CT6.13 0 -1 -1 0,788 CT6.14 -1 0 1 0,895 CT6.15 0 0 0 0,954
Để đánh giá mô hình chúng tôi sử dụng phân tích ANOVA. Kết quả phân tích ANOVA được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 4.5. Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình chiết tách chất màu vàng
Nguồn Tổng bình phương Bậc tự do Bình phương trung bình F - value P - value Mô hình X1 X2