HÓA học màu sắc chuyên đề hợp chất màu tự nhiên

Kalpana Palanai Viện Khoa học và Công nghệ Sathyabama, Chennai, Tamil Nadu, Ấn Độ ※ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ OPUNTIA FICUS-INDICA TRONG SẢN PHẨM THỰC P

HÓA HỌC MÀU SẮC

Chuyên đề: Hợp chất màu tự

nhiên

Department of Chemical Technology and Materials

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Nguyễn Văn Hiền (NT) Dịch văn bản, chỉnh sửa chung,

Phạm Nguyễn Thị Kim Ánh Thiết kế PPT

Giới thiệu về tác giả:

1. Saibaba Jagadeesan

2. Kirthiga Durairaj

3. Sathya Velusamy – Hướng nghiên cứu:

Sinh học và môi trường

※ Trung tâm nghiên cứu và phát triển, Tổ chức Nông nghiệp Quốc Gia,

Chennai, Tamil Nadu, Ấn Độ

4. Kalpana Palanai

Viện Khoa học và Công nghệ Sathyabama, Chennai, Tamil Nadu, Ấn Độ

※

TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA CHẤT MÀU TỰ NHIÊN

TỪ OPUNTIA FICUS-INDICA TRONG SẢN PHẨM THỰC PHẨM

Giới thiệu về tạp chí:

TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA CHẤT MÀU TỰ NHIÊN

TỪ OPUNTIA FICUS-INDICA TRONG SẢN PHẨM THỰC PHẨM

TJPRC Pvt Ltd (Transstellar Journal Publications and Research Consultancy) là một công ty TNHH tư nhân, dành riêng cho việc phổ biến

thông tin trên toàn cầu thông qua những cam kết tuyệt vời về chất lượng, độ

tin cậy và sự đổi mới Cho đến ngày hôm nay, TJPRC là một trong những

nhà xuất bản, nhà phân phối hàng đầu tạp chí trong nước và quốc tế, phục vụ hơn 10 triệu nhà khoa học, học giả nghiên cứu, tổ chức giáo dục, cơ quan chính phủ, công ty, khoa học, các thư viện kỹ thuật và các công ty nghiên cứu

tư nhân trên phạm vi toàn cầu Ngoài các ấn phẩm nghiên cứu, công ty còn cung cấp dịch vụ tư vấn các dự án nghiên cứu cho các cơ quan chính phủ,

cơ quan nghiên cứu khác nhau, v.v và cũng hỗ trợ các Tiến sĩ, học giả

trong các bài nghiên cứu và luận án của họ.

IJFST

Tạp chí Quốc tế về Khoa học & Công nghệ T

hực phẩm (IJFST) được xuất bản cho Viện Kh

oa học và Công nghệ Thực phẩm, IFST.

Tạp chí này có một lịch sử lâu đời về việc xuấ

t bản các về nhiều chủ đề, từ nghiên cứu thuầ

n túy trong các ngành khoa học khác nhau liê

n quan đến thực phẩm hoặc các thí nghiệm th

ực tế được thiết kế để cải tiến các quy trình kỹ thuật Hầu hết các khía cạnh của Khoa học và Công nghệ Thực phẩm đều được đề cập, ví dụ:

- Thành phần thực phẩm,

các thành phần chính và phụ

của thực phẩm, các khía cạnh

dinh dưỡng, sinh lý, cảm

quan, hương vị và vi sinh của

độ an toàn của thực phẩm;

- An toàn và an ninh thực

phẩm, sự hiểu biết về vi

sinh thực phẩm và độc học, kiểm soát các chất gây ô nhiễm trong thực phẩm và xác định các mối nguy hại

dưỡng cho con người, hiểu

được mối liên hệ giữa thành phần và chế biến thực phẩm đến chất lượng dinh dưỡng của thực phẩm, vai trò của chế độ ăn trong việc nâng cao sức khỏe người tiêu dùng, vai trò của các hợp chất có hoạt tính sinh học trong thực phẩm

và điều trị bệnh

- Màu sắc luôn là một thuộc tính quan trọng của thự

c phẩm, vì nó là một chỉ số về chất lượng và cũng là yếu tố quyết định mạnh mẽ đến việc chấp nhận thực phẩm Chất màu tự nhiên thay thế cho thuốc nhuộm tổng hợp trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩ

m đang được quan tâm do còn lo ngại về tính an toà

n Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào tính khả th

i của việc sử dụng quả Opuntia ficus-indica (cây xư ơng rồng lê gai) thuộc họ Cactaceae làm chất tạo mà

u tự nhiên trong thực phẩm Dung dịch chất màu đư

ợc tạo ra bằng cách chiết xuất, đồng nhất và cô đặc phần thịt quả ở 4C với 0,1% natri benzoat

Tóm tắt nghiên cứu:

Tóm tắt nghiên cứu:

Sau đó, nó được đánh giá về các đặc tính hóa lý, hóa

thực vật (chất chống oxy hóa, tannin, tổng hàm lượng

phenol, tổng số flavonoid), độ ổn định bảo quản và c

ác thông số dinh dưỡng Nghiên cứu cho thấy xương

rồng lê gai có một nguồn betalain cao (484,82mg / 10

0g), với dung dịch chất màu có độ pH từ 3 đến 9 và ổ

n định nhiệt đến 8C Theo nghiên cứu về vi sinh, dun

g dịch chất màu không có mầm bệnh, kết quả âm tính

với E.coli và Salmonella và có thời hạn sử dụng là 30

ngày trong điều kiện bảo quản lạnh Dung dịch chất

màu áp dụng cho sản phẩm thực phẩm đã được sàng l

ọc về giá trị màu sắc, cấu tạo và khả năng chấp nhận

cảm quan Phân tích cảm quan về khả năng chấp nhậ

n của sản phẩm cho thấy mức độ ưa thích cao đối với

sản phẩm thực phẩm có màu.

GIỚI THIỆU

Màu sắc rất quan trọng trong các sản phẩm bao gồm cả thực phẩm như một phương tiện để xác định, đánh giá chất lượng và giá trị thẩm mỹ cơ bản Nói chung, việc thưởng thức món ăn phụ thuộc vào sự hấp dẫn của mắt, màu sắc là yếu tố đầu tiên mà các giác quan cảm nhận được Bên cạnh hương vị và màu sắc, sự cảm nhận dường như có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Mục tiêu chung của việc thêm màu vào thực phẩm là làm cho nó trở nên hấp dẫn và dễ nhận biết (Sampathu và cộng sự, 1981)

Tuy nhiên, việc bổ sung chất tạo màu vào thực phẩm để tạo sự hấp dẫn không phải là gần đây Chiết xuất từ gia vị và rau quả đã được sử dụng sớm nhất vào năm 1500 trước Công nguyên ở Ấn Độ và Trung Quốc Chất tạo màu từ khoáng chất tự nhiên, thực vật và động vật được pha chế cùng với các loại gia vị, đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của nền văn minh sơ khai

Trên toàn thế giới, xu hướng ngày

càng tăng đối với các chất tạo màu

tự nhiên hơn là các hợp chất tổng

hợp trong hầu hết các sản phẩm tiêu

dùng bao gồm cả thực phẩm Nhiều

yếu tố, bao gồm các quy định cấm

hoàn toàn hoặc chọn lọc màu nhân

tạo trong thực phẩm và nhận thức

cá nhân để tiêu thụ các sản phẩm tự

nhiên an toàn có thể ảnh hưởng đến

nhu cầu sử dụng chất màu thực

phẩm tự nhiên

Điều này đòi hỏi phải có nhiều nghiên cứu hơn trong lĩnh vực chất màu thực phẩm tự nhiên để đáp ứng nhu cầu thế giới, trong đó các nhà nghiên cứu đang thiết lập các quy trình tiêu chuẩn hóa

để chiết xuất nhằm khắc phục những hạn chế của chất màu thực phẩm tự nhiên Từ xa xưa, loài người đã sử dụng các loại màu có nguồn gốc từ thực vật hoặc động vật tự nhiên như nghệ tây, nghệ, điều nhuộm, diệp lục,

và cây kim tước (Santhana Krishnan, 1981)

Cây điều nhuộm Cây kim tước (bọ cạp vàng)

Ngày nay càng có nhiều sự quan tâm và nhu cầu đối với chất màu tự nhiên trong thực phẩm, mặc dù chất màu tự nhiên có một số hạn chế khi so sánh với chất màu nhân tạo, nhưng cũng có những trường hợp chất màu tự nhiên có thể hoạt động trong khi chất màu tổng hợp không thành công,

ví dụ điển hình là màu của phô mai cheddar với điều nhuộm Ứng dụng của màu thực phẩm sinh học ngày càng tăng vì chúng an toàn để sử dụng trong thực phẩm ngoài giá trị dinh dưỡng và tính ổn định của chúng khi có vitamin 'C' (Freund et al., 1988)

Các nguồn chất tạo màu tự nhiên bao gồm nguồn gốc thực vật và động vật Chất tạo màu thực vật

có nguồn gốc từ rễ, lá, hoa, vỏ cây, quả và hạt của cây Có khoảng 500 nguồn thực vật có thể chiết xuất (Bhat, 1953) Dựa trên đặc điểm hóa học, các chất tạo màu tự nhiên có thể được phân loại thành carotenoid, chất diệp lục, anthocyanin, betalain, flavon, v.v

Trong số các thực vật bậc cao, sự xuất hiện của betalain bị hạn chế ở loài Caryophyllales, chúng tạo ra màu đỏ, vàng, hồng và cam Cho đến nay, hơn 50 cấu trúc của betalain tự nhiên đã được xác định, bao gồm hai nhóm hợp chất như betacyanins có màu tím đỏ và betaxanthin có màu vàng Trong vô số nguồn betalain

tự nhiên, củ dền đỏ (red beet) và xương rồng lê gai (prickly pear) là những thực phẩm duy nhất có chứa các loại hợp chất này Không giống như anthocyanins, chúng ít nhạy cảm hơn với sự thay đổi của độ pH và được sử dụng trong các món tráng miệng, đồ uống ở

Ấn Độ Dung dịch chiết xuất cô đặc trong nước của nó

có thể được phun khô và được sử dụng làm chất tạo màu thực phẩm (Freund et al., 1988)

Một trong những nguồn cung cấp betalain tốt nhất là xương rồng lê gai, Opuntia ficus-indica Mặc dù loài xương rồng lê gai có nguồn gốc từ các khu vực khô hạn và bán khô hạn, nhưng hiện nay nó đã được trồng trên toàn thế giới, đặc biệt là O ficus-indica để lấy quả (Inglese et al., 2002) Trong hoàn cảnh đó, nghiên cứu này được thiết kế với mục đích phát triển chất tạo màu thực phẩm tự nhiên từ quả của cây xương rồng lê gai (Opuntia ficus-indica)

và khám phá các sản phẩm thực phẩm ứng dụng của nó

Tổng quan nguyên vật liệu

Quả xương rồng tươi được thu mua từ các ngôi làng ở Quận Sivaganga, Tamil Nadu và các hóa chất cấp thực phẩm được sử dụng cho tất cả các việc nghiên cứu Quả chín tươi được tách vỏ, hạt, phần thịt cô đặc ở 4C và đồng nhất Natri benzoat 0,1% đã được thêm vào để tăng thời hạn sử dụng và được bảo quản trong các chai cấp thực phẩm trong điều kiện làm lạnh

Mặt cắt bên trong 1 quả xương rồng lê gai

Phân tích hóa lý và gần đúng

Phương pháp tiến hành nghiên cứu

Thông số Tham khảo

- Chất màu thu được

Bảng 1 Phương pháp phân tích các đặc tính lý hoá

và gần đúng của dung dịch chất màu thu được từ Opuntia ficus-indica

Thông số Tài liệu tham khảo

Hàm lượng chất béo Hernández-Urbiola et al., 2011

Hàm lượng sợi thô Retamal et al., 1987

Carbohydrate Salim et al., 2009

Tổng mức năng lượng Chiteva and Wairagu, 2013

Hàm lượng betalain của màu thực phẩm tự nhiên được chiết xuất và độ ổ

n định màu của nó được đánh giá bằng phương pháp và trình bày chi tiết bởi Butera và cộng sự., 2002 Hơn nữa, ảnh hưởng của các khoảng pH kh

ác nhau (1 đến 13) và nhiệt độ (40 đến 10C) lên độ ổn định màu đã được nghiên cứu Các khoảng pH khác nhau được điều chỉnh bằng 0,1M HCl / 0,1M NaOH Để kiểm tra độ ổn định của chất màu tự nhiên ở các khoảng nhiệt độ khác nhau, mẫu được lấy và đặt trong nồi cách thủy khoảng 15 phút ở nhiệt độ tương ứng

Độ ổn định của hàm lượng betalain được xác định trong máy quang phổ UV-VIS ở bước sóng 535nm (Lee và cộng sự, 2005)

Độ ổn định màu

Chất màu lỏng chiết xuất tự nhiên được nghiên cứu về độ ổn định đ

ối với nhiệt độ (ở nhiệt độ phòng và trong tủ lạnh) và ánh sáng (sử dụng chai trong suốt và có màu hổ phách)

Phân tích độ ổn định trong bảo quản

Phân tích vi sinh như tổng vi sinh vật hiếu khí (IS 5401, 2002), số lượng vi khuẩn Coliform (IS 5401, 2002) và vi khuẩn Salmonella (IS

5887, 1999) được thực hiện để nghiên cứu sự phát triển của vi sinh v

ật và phân tích xem chất màu có thể được sử dụng hay không trong t hực phẩm.

Phân tích vi sinh

Phân tích hóa thực vật như chất chống oxy hóa, tannin, flavonoid và tổng hàm lượng phenolic được thực hiện theo quy trình tiêu chuẩn nêu trong bảng Bảng 2.

Thông số Phương pháp và tài liệu tham khảo

Chất chống oxy hoá Brand-Williams et al., 1995

Tannins The modified vanillin assay (Price et al., 1978) Flavonoids Aluminium chloride method (Zhishen et al., 1999)

Tổng hàm lượng phenolic (Singleton and Rossi, 1995)Folin–Ciocalteau assay

Phân tích hóa thực vật

Bảng 2 Phương pháp phân tích hóa thực vật của dung dịch chất màu thu được từ

Opuntia ficus-indica

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

Nghiên cứu đã đánh giá cá

c khía cạnh khác nhau của

chất tạo màu tự nhiên có n

guồn gốc từ quả Opuntia s

p để chỉ ra tính ổn định và

tính khả thi cho việc bổ su

ng nó vào các sản phẩm th

ực phẩm.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

Phân tích các tính chất vật lý và hóa học

Sau khi biết chất màu tự nhiên

betalain có nguồn gốc từ Opuntia

sp nó được phân tích cho các thông

số lý hóa khác nhau và kết quả

được trình bày trong Bảng 3 Theo

kết quả, độ pH của dung dịch chất

màu từ thịt quả là 5,2, tuy nhiên khi

bổ sung natri benzoat, nó đã giảm

xuống còn 4,5, cho thấy bản chất có

tính axit và thời hạn sử dụng tốt

Khi chuẩn độ axit, độ axit thấp hơn của dung dịch chất màu cho thấy độ tươi và độ axit thấp của dung dịch chất màu tự nhiên biểu thị thời hạn sử dụng lâu dài Hàm lượng đường của dung dịch chất màu tự nhiên là 5, được biểu thị bằng khúc xạ kế dưới dạng giá trị độ brix Dung dịch chất màu tự nhiên được phát triển chứa hàm lượng đường 3,1%, cũng nằm trong phạm

vi chấp nhận được để kết hợp trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau

Bảng 3 Các đặc tính hóa lý của dung dịch

chất màu thu được từ Opuntia ficus-indica

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

Phân tích gần đúng

Việc phân tích gần đúng chất màu có nguồn gốc từ Opuntia bao gồm: tổng chất rắn,

độ ẩm, hàm lượng tro, chất béo, chất xơ thô, protein, carbohydrate và được trình bày trong Bảng 4 Hàm lượng chất rắn có trong mẫu là 7,24%, điều này sẽ giúp cho việc kết hợp dung dịch chất màu tốt hơn trong các sản phẩm thực phẩm khác nhau

Sấy khô, bảo quản, tiếp thị và nung là bốn khía cạnh quan trọng, trong đó độ ẩm đóng vai trò quan trọng nhất Độ ẩm của dịch quả là 93,9% Độ ẩm rất quan trọng đối với sự nhận thức cảm quan về thực phẩm và bất kỳ sự thay đổi nào cũng sẽ ảnh hưởng đến hương vị, kết cấu cũng như các đặc tính vật lý và hóa học Sự có mặt của độ ẩm tự do liên quan trực tiếp đến hoạt động của nước Điều này cho phép thực phẩm tương tác với vi sinh vật và môi trường của nó Phân tích hàm lượng tro giúp xác định hàm lượng và loại khoáng chất có trong thực phẩm, từ đó xác định được tính chất hóa lý của thực phẩm Hàm lượng tro của mẫu là 0,8%, với bột giàu kali, hàm lượng canxi, magiê, phốt pho khá cao và nghèo hàm lượng natri, sắt

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

Phân tích gần đúng

Mẫu đất khô được chiết xuất bằng ete dietyl có tác dụng hòa tan chất

béo, dầu, chất màu và các chất béo hòa tan khác để đánh giá hàm

lượng chất béo Hàm lượng chất béo có trong mẫu là 0,12% Sợi thô

được xác định trọng lượng sau khi phân hủy hóa học và hòa tan các

vật liệu khác có trong mẫu Mẫu được khử chất béo và xử lý liên tiếp

với nồng độ cụ thể của axit sunfuric và natri hydroxit để chiết xuất

sợi Theo phân tích, mẫu chứa ít chất sợi thô hơn 0,46% Lượng

protein, carbohydate, năng lượng có trong mẫu lần lượt là 0,19%,

4,93% và 19,96 Kcal

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

Độ ổn định màu

Tổng hàm lượng betalain của dung dịch chất

màu được chiết xuất với môi trường nước là

484,21 mg/ 100g Kết quả tương tự ở Opuntia

được báo cáo bởi Castellar và cộng sự (200

3) Độ pH có ảnh hưởng lớn đến sự ổn định c

ủa sắc tố betalain (Bảng 5) Độ hấp thụ của b

etalain ổn định trong khoảng từ pH 3 - 8 như

ng sau đó đã giảm (Hình 1) Betalain ổn định

trong các dung dịch có tính axit nhẹ trong đó

độ pH dao động từ 4.0 đến 6,0 (Von Elbe và

cộng sự, 1974) H1 Ảnh hưởng của pH đến

độ ổn định màu

Phạm vi pH Hàm lượng

Be-talain (mg/ 100g)

talain (mg/ 100g)

pH 10 255.8

pH 11 125.8

pH 12 59.8

H2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ ổn

định màu

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

Độ ổn định màu Do đó, cần tránh nhiệt độ cao và đun nóng lâu trong quá

trình chế biến, bảo quản và sử dụng betalain chiết xuất từ quả xương rồng Tuy nhiên, khi áp dụng cho các sản phẩ

m thực phẩm được nướng và hấp, màu vẫn giữ được tính chất của nó, ngay cả khi nó được trộn với các chất nền k hác ngay cả ở nhiệt độ cao Do đó, thịt quả ở mức nhiệt c

ó thể chấp nhận được, với hàm lượng betalain của chất tạ

o màu lỏng ổn định đến 8C.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự ổn

định của betalain, vì nghiên

cứu cho thấy betalain bị phá

hủy nhanh chóng ở nhiệt độ

cao hơn Betalain phân hủy ở

nhiệt độ cao (10C) Tuy nhiên,

nhiệt độ thấp (≤40°C) cũng ảnh

hưởng đáng kể đến sự ổn định

của betalain (Hình 2) Các kết

quả tương tự đã được báo cáo

bởi Jenshi Roobha và cộng sự,

(2011) ở lá chuối rừng (Musa

acuminata)