BÁO CÁO " NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO CỦA HẠT ĐIỀU NHUỘM BẰNG MỘT SỐ DUNG MÔI KHÁC NHAU ĐỂ ỨNG DỤNG NHUỘM MÀU THỰC PHẨM " pdf

1 NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO CỦA HẠT ĐIỀU NHUỘM BẰNG MỘT SỐ DUNG MÔI KHÁC NHAU ĐỂ ỨNG DỤNG NHUỘM MÀU THỰC PHẨM A STUDY OF ANNATTO COLOUR EXTRACTION IN BIXA ORELLANA WITH DI

1

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO CỦA HẠT ĐIỀU NHUỘM BẰNG MỘT SỐ DUNG MÔI KHÁC NHAU ĐỂ ỨNG DỤNG

NHUỘM MÀU THỰC PHẨM

A STUDY OF ANNATTO COLOUR EXTRACTION IN BIXA ORELLANA WITH

DIFFERENT SOLVENTS FOR DYEING THE FOOD

SVTH: Đinh Thị Thủy Tiên, Trương Thị Vương Cang, Lê Thị Ánh,

Phan Thị Kiều Nguyên, Phan Thục Uyên, Võ Thị Ngọc Thanh

Lớp 08SHH; 08CHD, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng

GVHD: GS.TS Đào Hùng Cường, ThS Trần Thị Ngọc Bích

Khoa Hóa, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT

Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu chiết tách phẩm màu annatto trong hạt điều nhuộm bằng dung môi hữu cơ, dung dịch kiềm, dầu shortening, quy trình nhuộm màu hạt dưa và tạo màu bò khô Điều kiện chiết tách phẩm màu từ hạt điều nhuộm bằng dung môi etanol 80 0

8 giờ, ở 86 0

; với dung môi etyl axetat đạt hiệu suất tối ưu khi chiết với tỷ lệ rắn/lỏng 1/18 trong thời gian 6 giờ, ở nhiệt độ chiết là 86 0

; với dung dịch kiềm đạt hiệu suất tối ưu khi sử dụng NaOH 0,5M trong thời gian 5h, tỷ lệ rắn/lỏng 1/16, ở nhiệt độ 80 0 C sẽ chiết được 14,575% phẩm màu về khối lượng; với dung môi dầu shortening đạt hiệu suất tối ưu khi chiết với tỉ lệ rắn/lỏng là 1/ 7, thời gian chiết 6h, nhiệt độ 70 0 C sẽ chiết được 14,32% về khối lượng Kết quả sắc ký đồ của mẫu dịch chiết trong dung dịch kiềm so với mẫu hạt dưa sau khi nhuộm, và mẫu dịch chiết trong dầu Shortening so với bò khô sau khi tạo màu cho thấy hàm lượng phẩm màu annatto sau khi nhuộm hạt dưa và bò khô lớn hơn so với trước khi nhuộm Hạt dưa sau khi nhuộm và bò khô sau khi tạo màu có màu sắc đẹp mắt và không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng

Từ khóa: Chiết tách phẩm màu annatto; dung môi hữu cơ; dung dịch kiềm; dầu

shortening; quy trình nhuộm màu hạt dưa và tạo màu bò khô

ABSTRACT

This paper present the research results about extracting annatto colour in Bixa orellana with organic solvents, alkaline solution, shortening, processes of colouring melon seeds and dried beef The extraction of annatto colour in Bixa orellana with ethanol solvents 800 gives optimal efficiency at 860C with the ratio of solid/liquid 1/20 within 8h, the colour volum obtained is 7,92%; with ethyl acetate solvent gives optimal efficiency at 860C with the ratio of solid/liquid 1/18 within 6h, the colour volum obtained is 8,54%; with alkaline solution gives optimal efficiency when using NaOH 0,5M within 5h at 800C with the ratio of solid/liquid 1/16, the colour volum obtained is 14,575%; with shortening gives optimal efficiency at 700C with the ratio of solid/liquid 1/7 within 6h, the colour volum obtained is 14,32% The results of chromatograph of the sample extracts in alkaline solution with the dyed melon seeds, and the sample extracts in shortening with the dyed dried beef show the content of annatto colour after dyeing melon seeds and dried beef more than before dyeing The dyed melon seeds and the dyed dried beef with beautiful colour do not affect the health of users

Key words: annatto colour extraction; organic solvents; alkaline solution; shoterning;

process of colouring melon seeds and dried beef

2

1 Đặt vấn đề

Cách bày trí hấp dẫn và màu sắt đẹp mắt là một trong những yếu tố hàng đầu làm nên sự thành công của ngành Ẩm thực nói chung trên toàn thế giới Bởi thế từ xa xưa, các

bà nội trợ đã biết sử dụng những phẩm màu tự nhiên như quả gấc, lá cẩm, củ nghệ… để chế biến món ăn thêm phần thu hút Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, phẩm màu tổng hợp dần được ưa chuộng bởi đặc tính rẻ, màu sắc đẹp và phong phú,

độ bền màu cao… Tuy nhiên nỗi ám ảnh của người tiêu dùng về những phẩm màu tổng hợp độc hại ẩn chứa nhiều nguy cơ gây hại đến sức khỏe con người tăng đột biến trong rất nhiều loại thực phẩm hiện nay Do đó việc lựa chọn phẩm màu thiên nhiên không có độc tính để tạo màu cho thực phẩm đang là xu hướng được ưa chuộng Vì vậy, việc tìm ra một loại phẩm màu tự nhiên vừa đẹp, vừa có lợi cho sức khỏe, lại có độ bền màu cao đáp ứng được những yêu cầu của người sử dụng đang được các nhà khoa học quan tâm

Nhu cầu sử dụng chất màu thực phẩm của con người đang ngày càng gia tăng Một trong những loại phẩm màu được sử dụng phổ biến là chất màu annatto được lấy từ hạt điều nhuộm có màu đỏ và vàng Phẩm màu annatto được chiết từ hạt điều nhuộm là một loại phẩm màu tự nhiên được CODEX đưa vào danh mục sử dụng an toàn trong thực phẩm, dược phẩm, đem lại tính hấp dẫn cho thực phẩm Ngoài ra, loại phẩm màu này còn

có hoạt tính sinh học cao, do đó giá trị sử dụng của nó càng được nâng cao

Ở Việt Nam, cây điều nhuộm được trồng chủ yếu ở Nam bộ và Tây Nguyên Nó đã

và đang được viện Hóa học xây dựng mô hình cộng đồng nhằm góp phần bảo tồn và phát triển nguồn gene Việc nghiên cứu các quy trình tách chiết chất màu của hạt điều nhuộm có

ý nghĩa rất lớn nhằm đưa chất màu tự nhiên annatto vào ứng dụng rộng rãi, góp phần tích cực vào công cuộc phát triển cây công nghiệp nước ta Trên thế giới mỗi năm sản xuất trên 10.000 tấn phẩm màu annatto, điều đó cho thấy sự phổ biến của loại phẩm màu này Tuy nhiên việc chế biến và ứng dụng loại phẩm màu này chưa được ứng dụng trên quy mô công nghiệp ở nước ta, cũng như mong muốn xóa tan mối nghi ngờ về phẩm màu thực

phẩm đối với sức khỏe người sử dụng, nên nhóm chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chiết tách phẩm màu annatto của hạt điều nhuộmbằng một số dung môi khác nhau để ứng dụng nhuộm màu thực phẩm”

2 Giải quyết vấn đề

2.1 Nguyên liệu

Hạt điều nhuộm khô được mua ngẫu nhiên ở chợ Cồn, Quận Hải Châu, Đà Nẵng

2.2 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp chiết soxhlet chiết tách màu annatto bằng dung môi hữu cơ

 Phương pháp chưng ninh chiết tách phẩm màu annatto bằng dung dịch kiềm, dầu

shortening

 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis

 Ứng dụng phẩm màu annatto thu được để tạo màu cho hạt dưa và bò khô

 Phương pháp phân tích định tính, định lượng và kiểm tra hàm lượng kim loại nặng của phẩm màu annatto

3

 Dùng phương HPLC để kiểm tra cấu trúc của anntto trước và sau khi tạo màu bò

khô và nhuộm hạt dưa

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Nghiên cứu một số thông số của hạt điều nhuộm

 Độ ẩm trung bình: 11,413%

 Hàm lượng tro trung bình: 8,135%

 Hàm lượng một số kim loại: được trình bày ở bảng 1

Bảng 1 Hàm lượng một số kim loại của hạt điều nhuộm

Kim loại Hàm lượng (mg/ kg) TCVN (mg/ kg)

Căn cứ vào tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) cho vệ sinh thực phẩm về hàm lượng kim

loại nặng tối đa cho phép trong rau quả sấy khô (theo quyết định củ

-

3.2 Quy trình chiết tách phẩm màu annatto bằng dung môi hữu cơ

3.2.1

a Khảo sát độ cồn chiết tối ưu

 Theo mật độ quang

860

500 (M1), 600 (M2), 700 (M3), 800 (M4),

2

80 0

 T

800 : đạt 6,52%

80 0

Bảng 2

nm Mẫu

Mật độ quang (D)

456 2,361 2,381 2,512 2,856 2,715

485 1,708 1,734 1,854 3,025 2,812

4

b Khảo sát thời gian chiết tối ưu

 Theo mật độ quang

860

800

3

gần bằng nhau

 T

800 hần trăm khối lượng phẩm màu cao nhất: đạt 6,34%

c Khảo sát tỷ lệ rắn – lỏng chiết tối ưu

 Theo mật độ quang

860

800

4

nhất

 T

Đuổi dung môi trên bếp cách thủy ở 800

7,92%

1/20; ở 86 0

3.2.2 Chiết tách phẩm màu annatto trong dung môi etyl axetat

a Khảo sát thời gian chiết tối ưu

 Theo mật độ quang

860

Bảng 3

nm

Mẫu

Mật độ quang D

457 2,613 2,665 2,762 2,774

487 2,268 2,332 2,653 2,722

Bảng 4

nm

Mẫu

Mật độ quang D

456 2,431 2,673 1,675 1,721

486 2,014 2,882 1,303 1,312

Bảng 5

nm Mẫu

Mật độ quang (D)

487 2,621 2,688 2,675 2,712 2,643

5

4 giờ (M1), 6 giờ (M2),

5



 T

800 : đạt 4,46 %

b Khảo sát tỷ lệ rắn – lỏng chiết tối ưu

 Theo mật độ quang

860C trong 6h với dung môi etyl axetat có thể tích thay

đổ

6

nhất

 T

800 8,54%

rắn/lỏng 1/18, ở 86 o

 Kết luận chung:

màu chiết trong dung môi cồn thành phần màu có cả bixin và norbixin Cao màu chiết

trong dung môi etyl axeta

3.3 Khảo sát chiết phẩm màu annatto bằng dung môi kiềm

3.3.1 Khảo sát dung môi và nồng độ chiết tối ưu

Tiến hành chưng ninh 5 mẫu hạt điều nhuộm khoảng 10g bằng bếp cách thủy ở

900C Kết quả thực nghiệm khi xử lý 200 ml dung dịch NaOH và KOH có nồng độ (M)

khác nhau được trình bày ở hình 1 và hình 2

Bảng 6

nm Mẫu

Mật độ quang (D)

482 2,778 2,821 2,863 2,834 2,829

6

Bảng 7 Sự phụ thuộc A vào dung dịch kiềm với các nồng độ khác nhau

λ

(nm)

Mật độ quang (A)

453 1,2509 1,4731 1,5701 1,4281 1,0968 0,8809 1,4112 1,5313 1,324 1,2221

481 1,0395 1,1989 1,3051 1,1673 0,8468 0,7257 1,1557 1,2571 1,1214 0,9691

Axit hóa phần dịch chiết thu được bằng 200ml dung dịch HCl 3M, lọc, rửa lấy kết tủa Sấy kết tủa trong tủ sấy ở 700C, khi đã khô, đem ra, cân, tính hàm lượng chất màu theo

khối lượng nguyên liệu ban đầu

Bảng 8 Hàm lượng % chất màu khi chiết với các nồng độ dung môi khác nhau

Dung

môi

m0 10,004 10,006 10,012 10,012 10,007 10,007 10,009 10,009 10,011 10,008

m1 1,958 1,963 1,871 1,889 1,915 1,950 1,852 1,865 1,903 1,862

m2 2,72 2,961 3,038 2,868 2,594 2,524 2,763 2,958 2,704 2,579

%

chất

màu

7,617 9,974 11,656 9,778 6,785 5,736 9,102 10,920 8,001 7,164

m0: Khối lượng hạt điều nhuộm; m1: khối lượng giấy lọc; m2: khối lượng giấy lọc sau khi

lọc và sấy

Vậy dung dịch NaOH 0,5M chiết được nhiều chất màu nhất với hàm lượng là 10g trong thời gian 4h ở nhiệt độ 90 0

C

3.3.2 Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng

Kết quả tiến hành chưng ninh 5 mẫu hạt điều nhuộm ở nồng độ NaOH tối ưu là 1M ở nhiệt độ 900C với tỉ lệ hạt điều nhuộm/dung dịch NaOH (tỉ lệ R/L) được trình bày ở bảng 9

TT Mẫu MNaOH MKOH

Hình 1 Phổ UV-VIS chiết bằng NaOH

ở các nồng độ khác nhau Hình 2 Phổ UV-VIS chiết bằng KOH ở các nồng độ khác nhau

7

Bảng 9 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng đến quá trình chiết

% chất màu 10,517 11,239 12,807 11,925 11,521

Từ bảng trên, với tỉ lệ khối lượng hạt điều nhuộm (10,010g)/thể tích dung dịch NaOH (160ml), tức là tỷ lệ R/L khoảng 1/16 sẽ cho phần trăm phẩm màu hạt điều nhuộm tốt nhất là 12,807%

3.3.3 Khảo sát thời gian

Kết quả tiến hành chưng ninh 7 mẫu hạt điều nhuộm trên bếp cách thủy ở 900

C, dung dịch NaOH 1M, tỉ lệ R/L tối ưu 1/16 trong các thời gian khác nhau được trình bày ở bảng 10

Bảng 10 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết

m0 (g) 10,007 10,006 10,001 10,006 10,004 10,003 10,000

m1 (g) 1,851 1,810 1,935 1,790 1,822 1,765 1,823

m2 (g) 3,058 3,093 3,245 3,019 3,028 2,843 2,719

% chất màu 12,062 12,822 13,099 12,283 12,055 10,777 8,96

Từ bảng trên, ta thấy hàm lượng phẩm màu cao nhất khi sử dụng dung dịch NaOH 1M, tỉ lệ R/L 1/16 là 5 giờ Sự kéo dài thêm thời gian không làm tăng hiệu quả chiết

3.3.4 Khảo sát nhiệt độ

Kết quả tiến hành chưng ninh 5 mẫu hạt điều nhuộm khi sử dụng dd NaOH 1M, tỉ

lệ R/L 1/16 trong thời gian chiết tối ưu 6h ở các nhiệt độ khác nhau được trình bày ở bảng

11

Bảng 11 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết

Nhiệt độ (0

Kết quả cho thấy, phần trăm khối lượng phẩm màu hạt điều nhuộm đạt giá trị cao nhất là (14,575 %) ở nhiệt độ 80 0

C

3.4 Kết quả khảo sát điều kiện chiết tách phẩm màu annatto trong dầu shortening

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết

Tiến hành chưng ninh khoảng 10g hạt điều nhuộm trong 50g dầu shortening trên bếp cách thủy ở 700

C trong các thời gian khác nhau: 4h, 6h, 8h, 10h Dịch chiết thu được đem

đo phổ UV – Vis Mật độ quang của các mẫu được thể hiện trong bảng 12

8

Bảng 12 Mật độ quang của dịch chiết ở các thời gian chưng khác nhau

λ (nm) Mật độ quang A

M1 (4h) M2 (6h) M3 (8h) M4 (10h)

 Từ kết quả trên bảng, ta thấy thời gian chưng ninh tối ưu là 6h

3.4.2 Khảo sát tỷ lệ rắn lỏng tối ưu của quá trình chưng ninh

Tiến hành chưng ninh khoảng 10g hạt điều nhuộm trên bếp cách thủy ở 700C với các khối lượng dung môi khác nhau: 50g, 70g, 90g, 110g trong thời gian 6h Lấy dịch chiết đo phổ UV -Vis Mật độ quang của các mẫu được thể hiện trong bảng 13

Bảng 13 Mật độ quang của các dịch chiết với tỉ lệ rắn lỏng khác nhau

 Từ kết quả trên bảng, ta thấy tỉ lệ hạt điều nhuộm/khối lượng dầu tối ưu là 1: 7

 Kết luận: Chiết chưng ninh hạt điều nhuộm bằng dung môi dầu shortening với tỉ lệ hạt

điều nhuộm/khối lượng dầu là 1: 7, thời gian chiết 6h, nhiệt độ 70oC thì hiệu suất chiết đạt

cao nhất Đây là điều kiện chiết thích hợp trong phòng thí nghiệm

3.5 Kết quả nghiên cứu ứng dụng phẩm màu annatto nhuộm màu hạt dưa

3.5.1 Quy trình nhuộm màu hạt dưa

Thuyết minh quy trình Quy trình nhuộm hạt dưa

Nguyên liệu: 500g hạt dưa khô; 3ml dầu phụng;

25g cao màu với 100ml nước; 100g cát sạch

Hình 3 Hạt dưa thành phẩm Nhận xét: Sản phẩm hạt dưa có màu đỏ nâu sẫm,

mịn Theo đánh giá cảm quan thì hạt dưa nhuộm

HẠT DƯA

Xử lý nguyên liệu HẠT DƯA SAU

XỬ LÝ

Rang với cát HẠT DƯA CHÍN

NHUỘM HẠT DƯA

Cho màu annatto trong kiềm vào

Sấy khô HẠT DƯA THÀNH PHẨM

9

màu annatto có màu sắc tự nhiên rất đều màu,

không quá đậm, sáng bóng Khi để ẩm sẽ lấm

màu vào vải bông, vải lụa Màu khá bền với ánh sáng

và nhiệt độ thường

3.5.2 Kiểm tra phẩm màu trước và sau khi nhuộm hạt dưa

Phẩm màu sau khi chiết tách được và mẫu hạt dưa sau khi nhuộm xong mang đi chạy sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Kết quả sắc ký đồ tại bước sóng 482nm được trình bày

trên hình 4 Tại bước sóng 453nm được trình bày trên hình 5

Hình 4 Sắc ký đồ HPLC mẫu dịch chiết trong kiềm và mẫu nhuộm hạt dưa tại bước sóng 482 nm

Mẫu dịch chiết phẩm màu tại bước sóng 482 nm

Mẫu nhuộm hạt dưa tại bước sóng 482 nm

Hình 5 Sắc ký đồ HPLC mẫu dịch chiết trong kiềm và mẫu nhuộm hạt dưa tại bước sóng 453 nm

Mẫu dịch chiết phẩm màu tại bước sóng 453 nm

Mẫu nhuộm hạt dưa tại bước sóng 453 nm

Phẩm màu annatto chiết bằng dung dịch kiềm sau khi axit hóa hàm lượng chủ yếu

là norbixin Theo các nghiên cứu trước đây và theo kết quả phân tích định tính và định lượng ở trên thì tại hai bước sóng λ = 453 nm và λ = 482 nm là hai bước sóng hấp thụ cực đại của norbixin trong dung dịch kiềm

 Kết quả sắc ký đồ cho thấy có thể khẳng định là hàm lượng phẩm màu annatto sau

khi nhuộm hạt dưa lớn hơn so với trước khi nhuộm

3.6 Kết quả nghiên cứu ứng dụng phẩm màu annatto tạo màu cho bò khô

3.6.1 Quy trình tạo màu bò khô

10

Hình 6 Bò khô nhuộm màu annatto

Nhận xét: Sản phẩm bò khô có màu đỏ vàng tự nhiên, mùi thơm của các gia vị

Khi xé miếng bò ra thì thấy từng thớ thịt thấm đều màu annatto, chứng tỏ màu annatto có khả năng hấp thụ tốt trong thịt bò

3.6.2 Kết quả kiểm tra hàm lượng phẩm màu trước và sau khi tạo màu bò khô

Kết quả trên hình 7 cho thấy diện tích pic của dịch chiết trong dầu shortening thấp hơn nhiều so với dịch chiết sau khi nhuộm

Hình 7 Sắc ký đồ HPLC mẫu dịch chiết trong hòa tan trong ete dầu hỏa và mẫu tạo màu bò khô tại bước

sóng 487 nm

Mẫu dịch chiết trong dầu shortening – ete dầu hỏa tại bước sóng 487 nm

Mẫu tạo màu bò khô - ete dầu hỏa tại bước sóng 487 nm

Kết quả trên hình 8 cho thấy diện tích pic của dịch chiết trong dầu shortening thấp hơn rất nhiều so với dịch chiết sau khi nhuộm

THỊT BÒ

Xử lý nguyên liệu THỊT BÒ SAU

XỬ LÝ

Ướp gia vị, màu annatto trong dầu shortening THỊT BÒ ĐÃ

ƯỚP

THỊT BÒ SAU KHI

NGẤM GIA VỊ MÀU

Đun trên bếp cách thủy ở 50 o C trong 3 tiếng

Sấy ở 100 o C trong 1 tiếng

BÒ KHÔ