Khảo sát công nghệ và độ bền sản phẩm chất màu tự nhiên từ đài hoa bụp giấm

Các thông số của quá trình tỉ lệ trích ly, thời gian, nhiệt độ lần lượt được thay đổi để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch anthocyanin.. Tiến hành cô dịch trích ly th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH Dự THI GIẢI THƯỞNG EURÊKA

NĂM 2009

Tên công trình: KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ & ĐỘ BỀN SẢN PHẨM CHẤT MÀU Tự NHIÊN TỪ ĐÀI HOA BỤP GIẤM

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học tự nhiên 2

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Lộc Nam, nữ: Nam Dân tộc: Kinh

Khoa: Kỹ thuật ho á học

Ngành học: Hoá hữu cơ

Người hướng dẫn: TS Lê Thị Hồng Nhan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009

Kính pửi: Ban Chỉ đạo xét giải thưởng “EURÊKA”

Bộ Giáo dục và Đào tạo

Tên tôi là: Nguyễn Tấn Lộc Sinh ngày 25 tháng 11 năm 1986

Sinh viên năm thứ: 5 / Tổng số năm đào tạo: 5 Lớp: HC04CHC

Khoa: Kỹ Thuật Hoá Học Ngành học: Hoá hữu cơ

Đậ chỉ nhà riêng: 469/52 Nguyễn Kiệm P.9, Q.Phú Nhuận, TP.HCM

Số điện thoại: 01696019993

Địa chỉ email: tanbc_2511@yahoo.com

Tôi làm đon này kính đề nghi Ban Chỉ đạo cho tôi được gửi công trinh nghiên cứu khoa

học để tham dự Giải thưởng “EURẾKA”

Tên đề tài: KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ & ĐỘ BỀN SẢN PHẨM CHẤT MÀU Tự NHIÊN

TỪ ĐÀI HOA BỤP GIẤM

Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Lê Thi Hồng Nhan và không phải là luận văn tốt nghiệp

Neu sai, tôi xin chịu trách nhiệm trước Nhà trường và Bộ Giáo dục & Đào tạo

Bô Giáo duc và Đào tao

Địa chỉ 469/52 Nguyễn Kiệm P.9, Q.Phú Nhuận, TP.HCM

Số điện thoại: 01696019993 Địa chỉ email: tanloc_2511@yahoo.com

Thành tích:

Điểm trung bình chung học tập:

xép bại: Khá

Suy nghĩ về NCKH của sinh viên trong thòi gian học tập tại trường:

Nghiên cứu khoa học là một trong những hoạt động quan trọng khi học tập ở bậc đại học Nghiên cứu sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn những vấn đề, kiến thức đã được các thầy cô truyền đạt Việc nghiên cứu trong thời gian học tập tại trường dưới sự hướng dẫn của các thầy cô cũng giúp sinh viên có khả năng, phương pháp và kinh nghiêm để có thể tự nành sau này nghiên cứu các vấn đề khoa học khác

TÓM TẮT

Trong công trình này, tiến hành khảo sát quá trình trích ly dịch anthocyanin từ đài hoa bụp

giấm (Hibiscus Sabdariffa L.) bằng dung môi nước để thu được dịch màu anthocyanin có thể ứng

dụng làm chất màu tự nhiên trong công nghiệp thực phẩm Các thông số của quá trình (tỉ lệ trích

ly, thời gian, nhiệt độ) lần lượt được thay đổi để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình trích ly dịch anthocyanin Tiến hành cô dịch trích ly thu được tại điều kiện tối ưu thu được cao rắn để làm nguyên liệu cho các thí nghiệm đánh giá độ bền theo thời gian của anthocyanin ở các dạng và điều kiện tồn trữ khác nhau

Các kết quả đạt được từ thực nghiệm:

1 Điều kiện tối ưu để trích ly dịch anthocyanin từ đài hoa bụp giấm với dung môi nước

là tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu đài hoa là 8/1, tại nhiệt độ 80°c trong thời gian 30 phút

2 Anthocyanin trong cao rắn có độ bền khá tốt Sau 28 ngày tồn trữ, độ phân huỷ

anthocyanin là 5.68% ở điều kiện không có ánh sáng và 6.44% ở điều kiện có ánh sáng

3 Anthocyanin trong dung dịch bị phân huỷ theo thời gian, mức độ phân huỷ tuỳ thuộc

vào điều kiện pH của dung dịch và nhiệt độ tồn ưữ, ánh sáng có ảnh hưởng không đáng

kể đến độ bền của anthocyanin Dung dịch pH 2 có thể tồn trữ sau 28 ngày ở 10°c và 30°c, 18 ngày ở 40°c Dung dịch pH 4 ở 10°c, 30°c, 40°c có thể tồn trữ ưong khoảng thời gian lần lượt là 28 ngày, 7 ngày, 3 ngày còn dung dịch pH 6 là 9 ngày, 4 ngày, 1

ngày

Các kết quả công trình của này sẽ bổ sung với những nghiên cứu còn lại để cho

một đề tài hoàn chỉnh về đối tượng bột màu anthocyanin từ đài hoa bụp giấm

1 Đặt vấn đề

Chất lượng của các sản phẩm thực phẩm không những chỉ bao hàm giá trị dinh dưỡng mà còn bao hàm cả giá trị cảm quan Màu sắc của các sản phẩm thực phẩm là một chỉ số quan trọng của giá trị cảm quan Hiện nay trên thế giới, các chất màu có nguồn gốc tự nhiên ngày càng được sử dụng rộng rãi để thay thế các chất màu tổng hợp Việc sử dụng chất màu tự nhiên trong thực phẩm đem lại nhiều ưu điểm hơn việc sử dụng các chất màu tổng hợp Ngoài việc tạo màu sắc, các chất màu tự nhiên còn an toàn và có giá trị dinh dưỡng cao vì có chứa các thành phần có hoạt tính sinh học như vitamin, acid hữu cơ, glucoside, các nguyên tố vi lượng

Chất màu anthocyanin là một trong các chất màu được nghiên cứu sản xuất để có thể ứng dụng trong các ngành cồng nghiệp khác nhau, đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm Một nguồn sản xuất chất màu anthocyanin đang được ứng dụng rộng rãi là từ cây bụp giấm (tên khoa học là

Hỉbỉscus Sabdariffa L.) Tại Việt Nam, bụp giấm được trồng khá phổ biến ở các tỉnh miền Trung

và miền Đông nam bộ Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu này chưa được sử dụng hiệu quả

Hiện nay đã có các công trình nghiên cứu về chất màu anthocyanin từ đài hoa bụp giấm nhưng các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc thu được lượng chất màu cao mà chưa chú ý đến ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm Vì vậy, việc nghiên cứu chiết tách chất màu từ đài hoa bụp giấm bằng các dung môi xanh là cần thiết để có thể sử dụng nguồn chất màu tự nhiên tại Việt Nam ưong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm

2 Giải quyết vấn đề

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là để sản xuất chất màu tự nhiên có thể ứng dụng ưong sản xuất thực phẩm nhằm thay thế các chất màu tổng hợp đang được sử dụng

2.2 Nội dung nghiên cứu

Trong phạm vi công trình này, tác giả tập trung vào các nội dung:

- Tối ưu hoá quá trình trích ly dịch anthocyanin từ đài hoa bụp giấm bằng dung môi nước

- Khảo sát độ bền của cao rắn anthocyanin ở dạng rắn và trong dung dịch trong các điều kiện tồn trữ khác nhau

2.3 Phương pháp nghiền cứu

Thời gian: 0.0 min (Ở chế độ mặc định, máy sẽ cho kết quả khi khối lượng mẫu không đổi)

2.3.1.2 Phương pháp cân khối lượng

Cân chính xác khoảng m a {g) nguyên liệu cho vào đĩa petri (đã xác định khối lượng m) rồi đem

đặt vào tủ sấy trong 1 giờ Tủ sấy được sử dụng là tủ sấy Heraeus Nhiệt độ cài đặt là 105°c Sau

1 giờ, lấy mẫu ra đặt vào bình hút ẩm, để nguội 30 phút Xác định khối lượng tổng của mẫu và đĩa

23.2.2 Xác định hàm lượng anthocyanin

Hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly được xác định bằng phương pháp pH vi sai Hiệu

độ hấp thu của mẫu ở giá trị pH 1.0 và pH 4.5 tại bước sóng 520nm tỉ lệ với hàm lượng chất màu Hàm lượng anthocyanin được tính quy theo cyanidin-3- glucoside Cyanidin-3-glucoside được chọn vì đây là dạng phổ biến của anthocyanin trong tự nhiên Các nghiên cứu đã chứng minh rằng việc xác định hàm lượng anthocyanins bằng phương pháp pH vi sai và phương pháp HPLC cho kết quả tương tự nhau [2,3]

Trước khi tiến hành thí nghiệm, xác định độ pha loãng mẫu thích hợp bằng dung dịch đệm pH 1.0 để độ hấp thu tại bước sóng 520nm nằm trong khoảng tuyến tính trên đồ thị quan hệ giữa độ hấp thu và hàm lượng anthocyanin (độ hấp thu thường có giá trị từ 0.2 đến 1.4) Pha loãng mẫu theo độ pha loãng vừa xác định được bằng dung dịch đệmpH 1.0 và dung dịch đệmpH 4.5 [1,4]

Hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly quy theo cyanidin-3-glucoside được xác định theo công thức [1,4]:

DF: độ pha loãng l: bề dày cuvet (cm)

£ = 26900: Hệ số hấp thu phân tử (l.mol^cm1)

Hàm lượng anthocyanin tính theo khối lượng nguyên liệu được xác định theo công thức:

2.2.23 Cách tiến hành

a Khảo sát điều kiện trích ly địch anthocyanin

Sơ đồ 2.1 Quy trình khảo sát điều kiện trích ly dịch anthocyanin

Lấy lOg đài hoa bụp giấm xay nhỏ và nước cất cho vào bình cầu, gia nhiệt cách thuỷ bằng bếp

khuấy từ Hệ thống trích ly được lắp đặt như Hĩnh 2.1 Dịch trích ly thu được sau khi lọc hút chân

không được định mức đến 250ml (M) Lấy 0.5ml M định

mức đến 10ml bằng dung dịch đệm pH 1.0 (Mi) và lấy 0.5ml M định mức đến 10ml bằng dung

dịch pH 4.5 (M2) Xác định độ hấp thu của Mi và M2 tại bước sóng X = 520nm và X = 700nm

bằng máy UV-VIS Spectrophotometer Jenway 6505 Hàm lượng anthocyanỉn được xác định như

phần 2.3.2.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly được thay đổi để khảo sát:

- TI lệ thể tích dung môi/khối lượng nguyên liệu (x)

b Hiệu quả quá trình trích ly dịch anthocyanin

Tại điều kiện trích ly tối ưu đã xác định (tỉ lệ thể tích dung môi/nguyên liệu, thời gian trích ly, nhiệt độ ưích ly), tiến hành trích ly anthocyanin từ đài hoa bụp giấm nhiều lần để xác định hiệu quả ưích ly Trong thí nghiệm, giả định như sau khi trích ly 3 lần, hàm lượng anthocyanin còn lại không đáng kể

Hiệu quả quá trình trích ly dịch anthocyanin được tính theo công thức:

với, ãị: hàm lượng anthocyanin trong từng lần ưích

2.2.3 Khảo sát độ bền của cao anthocyanin

2.2.3.1 Hiệu suất thu cao rắn

Tiến hành trích ly đài hoa bụp giấm tại điều kiện trích ly xác định được trong phần trên Dịch anthocyanin thu được được đem đi cô quay để thu cao rắn Thực hiện hai lần, cao rắn được trộn đều để tạo hỗn hợp đồng nhất

Hiệu suất thu cao rắn được tính theo công thức:

H - g v - — xl00% (7)

m nl x(100-w nỉ )

với mnl: khối lượng nguyên liệu (g) unl: độ ẩm nguyên liệu

(%) mcr: khối lượng nguyên liệu (g) ucr: độ ẩm nguyên

liệu (%)

Sau khi ưích ly anthocyanin từ đài hoa bụp giấm, tiến hành cô quay dịch trích ly thu được sau lọc thu được cao rắn Độ bền của anthocyanin được khảo sát các dạng khác nhau (cao khô, trong dung dịch) và ưong các điều kiện tồn trữ khác nhau (nhiệt độ, pH, ánh sáng)

Hiệu quả trích ly (%) = — X100%

( 6 )

i=l

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ tiến hành khảo sát độ bền của cao anthocyanin

2.2.3.3 Khảo sát độ bền của anthocyanin ở dạng khô

Cân chính xác 0.5000g cao rắn cho vào chai, đậy kín tránh ẩm và bảo quản ở nhiệt độ phòng

Một nửa số chai được bọc giấy bạc để tránh tiếp xúc với ánh sáng Định kỳ lấy mẫu, tiến hành đo

độ hấp thu theo phương pháp pH vi sai và xác định hàm lượng anthocyanin trong cao rắn theo công

thức (4)

2.2.3.4 Khảo sát độ bền của anthocyanin trong dung dịch

Cân chính xác lOg cao rắn pha thành 50ml bằng nước cất (M) Hút 2ml M pha loãng thành

lOOml bằng các dung dịch đệm pH 2, pH 4, pH 6 chứa trong các chai Các chai được bảo quản

trong điều kiện có ánh sáng và không có ánh sáng ở các nhiệt độ 10°c (ưong tủ lanh), 30°c (nhiệt

độ thường), 40°c (trong bể điều nhiệt) Định kỳ lấy mẫu, tiến hành đo độ hấp thu theo phương pháp

pH vi sai và xác định hàm lượng anthocyanin trong dung dịch theo công thức (3)

2.4 Kết quả

2.4.1 Xác định độ ẩm của nguyên liệu

Độ ẩm của nguyên liệu được xác định bằng máy đo độ ẩm (phần 2.3.1.1) Độ ẩm trung bình

của nguyên liệu (đài hoa bụp giấm) là 11.47%, đạt tiêu chuẩn của nguyên liệu(<12%) Do vậy, nguyên liệu có thể sử dụng được

2.4.2 Khảo sát điều kiện trích ly dịch anthocyanỉn

Các thí nghiệm để khảo sát điều kiện trích ly anthocyanin từ đài hoa bụp giấm được tiến hành

theo Sơ đồ 2.1

2.4.2.1 Anh hưởng của tỉ lệ trích ly

X(ml/g)

Đồ thị 2.1 Hàm lượng anthocyanin trong dịch ưích theo sự thay đổi tỉ lệ trích ly

Qua các khảo sát thực nghiệm, kết quả cho thấy: khi tăng thể tích dung môi từ 70ml lên 80ml thì hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly tăng lên nhiều, tăng 24.81%, nếu tiếp tục tăng thể tích dung môi (trên 80ml) thì hàm lượng anthocyanin trong dung dịch giảm Khi thể tích dung môi

là lOOml thì hàm lượng anthocyanin giảm đi 14.52% so với hàm lượng anthocyanin cao nhất đạt được Theo lý thuyết, thể tích dung môi tăng thì quá trình khuếch tán chất tan càng dễ, làm tăng khả năng trích ly anthocyanin nên hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly tăng Tuy nhiên, khi

tăng lượng dung môi quá lớn, một số hợp chất khác trong nguyên liệu cũng khuếch tan ra nên làm cho hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly giảm

Qua khảo sát với tỉ lệ ưích ly khác nhau, với tỉ lệ ưích ly 8/1 thì thì dịch trích ly thu được có hàm lượng anthocyanin cao nhất Do đó, chọn trích ly với tỉ lệ 8/1 để làm điều kiện khảo sát các thông số tiếp theo

2.4.2.2 Ảnh hưởng của thời gian trích ly

t (phút)

Đồ thị 2.2 Hàm lượng anthocyanin ưong dịch trích theo thời gian trích ly

Qua các khảo sát thực nghiệm, kết quả cho thấy: nhìn chung, thời gian quá dài hay quá ngắn thì hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly đều không cao Với thời gian trích ly 60 phút thì dịch trích ly có hàm lượng cao nhất Tuy nhiên, so với hàm lượng anthocyanin thu được khi trích ly 30 phút, hàm lượng anthocyanin khi trích ly ở 60 phút cao hơn là không đáng kể Khi thời gian trích

ly tăng từ 15 phút lên 30 phút thì hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly tăng rõ rệt, tăng 14.30% (so với thời gian 15 phút) Trích ly trong khoảng 30 phút đến 60 phút thì hàm lượng anthocyanin tăng nhưng độ tăng không nhiều Nếu tiếp tục tăng thời gian trích ly thì hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly bắt đầu giảm nhanh, khi thời gian trích ly là 90 phút thì hàm lượng anthocyanin chỉ còn tương đương với thời gian trích ly là 15 phút Nguyên

nhân là do anthocyanin là hợp chất kém bền với nhiệt độ, khi ở trong điều kiện nhiệt độ cao với thời gian dài thì có thể bị phân huỷ

Từ đó, có thể thấy thời gian từ 30 phút đến 60 phút là thích hợp cho quá trình trích ly Tuy nhiên, với thời gian trích ly kéo dài gấp đôi nhưng hiệu quả ưích ly lại tăng không đáng kể Trong

khi đó, năng lượng tiêu tốn để duy trì quá trình trích ly ở 80°c là một yếu tố cần cân nhắc Do vậy,

để tiết kiệm năng lượng cũng như rút ngắn quá trình, thời gian trích ly là 30 phút được chọn để tiếp tục khảo sát cho thông số tiếp theo

2.4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly

T (°C)

Đồ thị 2.3 Hàm lượng anthocyanin trong dịch trích theo nhiệt độ trích ly

Qua các khảo sát thực nghiệm, kết quả cho thấy: khi tăng nhiệt độ là hiệu quả trích ly tăng, tức

hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly tăng Khi trích ly ở 80°c, hàm lượng anthocyanin trong dung dịch tăng 14.30% so với khi trích ly ở 30°c Nguyên nhân là do ở nhiệt độ cao, quá trình truyền khối xảy ra thuận lợi hơn Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ lên quá cao (trên 80°C), hàm lượng

anthocyanin trong dịch trích ly giảm nhanh vĩ anthocyanin bị phân huỷ bởi nhiệt

Từ đó, có thể nhận thấy nhiệt độ tối ưu cho quá trích ly là 80°c

Đồ thị 2.4 So sánh hiệu quả trích ly dịch anthocyanin trong các làn trích

Sau khi trích ly 3 lần, hiệu quả trích ly thu được trong thí nghiệm cho lần trích đầu tiên là 83.11% (tính trên nồng độ anthocyanin tổng cộng cả 3 lần trích) Các lần trích tiếp theo hiệu quả thu được giảm xuống rõ rệt: 14.27% cho lần ưích thứ hai và 2.61% cho lần trích thứ ba Do đó, khi ứng dụng vào sản xuất, ta chỉ cần trích ly 1 lần vì tổng hàm lượng anthocyanin ở 2 lần trích sau không đáng kể

2.4.3 Khảo sát độ bền của anthocyanin

2.4.3.I Xác định độ ẩm cửa cao rắn

Độ ẩm của cao rắn được xác định theo phương pháp cân khối lượng (phần 2.3.1.2) Độ ẩm

trung bình của cao rắn là 11.27% Độ ẩm này là độ ẩm của cao khi chuẩn bị sử dụng cho các nghiên cứu độ bền sản phẩm về sau

Hiệu suất thu hồi cao rắn là 38.28%

2.4.3.2 Khảo sát độ bền của anthocyanin ở dạng khô

Qua khảo sát thực nghiệm, kết quả cho thấy: sau 28 ngày, hàm lượng anthocyanin trong cao rắn giảm dần nhưng độ giảm không lớn, từ 31.36 mg/g ở ngày đầu còn 29.34 mg/g ở ngày cuối trong điều kiện tồn trữ có ánh sáng (giảm 6.44%) và từ 31.35mg/g ở ngày đầu còn 29.57mg/g ở ngày cuối trong điều kiện tồn trữ không có ánh sáng (giảm 5.68%) Có thể nhận thấy rằng, khi tồn

ưữ ở điều kiện có ánh sáng, hàm lượng anthocyanin giảm nhiều hơn so với khi tồn trữ ở điều kiện không có ánh sáng, tuy nhiên mức độ giảm chênh lệch không nhiều (6.44% so với 5.68%) Như vậy, anthocyanin trong cao rắn có độ bền khá tốt Trong thời gian khảo sát là 28 ngày, hàm lượng anthocyanin giảm chỉ vài phần trăm nên dự đoán ưong khoảng 2- 3 tháng, hàm lượng anthocyanin trong cao rắn còn ở mức khá cao Một điều cần quan tâm khi tồn trữ là điều kiện cách

ẩm phải tốt Ảnh sáng tuy có ảnh hưởng không nhiều nhưng tồn ưữ trong điều kiện không có ánh sáng vẫn tốt hơn để giảm thiểu sự phân huỷ anthocyanin

2.4.3.3 Khảo sát độ bền cửa anthocyanin trong dung dịch a

Khảo sát độ bền của anthocyanin theo pH