Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dầu đậu phộng quy mô 10 kg nguyên liệumẻ

ĐOÀN THỊ LƯU LUYẾN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM BẰNG DẦU ĐẬU PHỘNG QUY MÔ 10KG NGUYÊN LIỆU/MẺ Chuyên ngành : Hóa hữu cơ LUẬN V

ĐOÀN THỊ LƯU LUYẾN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM BẰNG

DẦU ĐẬU PHỘNG QUY MÔ 10KG

NGUYÊN LIỆU/MẺ

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Đào Hùng Cường

Đà Nẵng - Năm 2014

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tác giả

ĐOÀN THỊ LƯU LUYẾN

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Bố cục luận văn 4

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM 5

1.1.1 Thực vật học về cây điều nhuộm 5

1.1.2 Phân bố 6

1.1.3 Thời gian thu hoạch 6

1.1.4 Thành phần các chất có trong hạt điều 6

1.1.5 Công dụng 7

1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦU ĐẬU PHỘNG 7

1.2.1 Thực vật học về cây đậu phộng 7

1.2.2 Nguồn gốc và phân bố 8

1.2.3 Thành phần sinh hóa của hạt đậu phộng 9

1.2.4 Công dụng của đậu phộng 11

1.3 ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN 12

1.3.1 Khái niệm 12

1.3.2 Phân loại 12

1.3.3 Ứng dụng của chất màu tự nhiên 15

1.3.4 Một số phương pháp dùng trong chiết tách chất màu tự nhiên 16

1.4 ĐẠI CƯƠNG VỀ PHẨM MÀU ANNATTO 17

1.4.1 Giới thiệu 17

axit 21

1.4.5 Tiêu chuẩn về hàm lượng sử dụng 21

1.4.6 Tiêu chuẩn tinh khiết 21

1.4.7 Ứng dụng của phẩm màu annatto 22

1.4.8 Tình hình nghiên cứu 24

CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 26

2.1.1 Nguyên liệu chính 26

2.1.2 Hóa chất 26

2.1.3 Máy móc – Dụng cụ 26

2.2 KHẢO SÁT MỘT SỐ THÔNG SỐ HÓA LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO 27

2.2.1 Khảo sát một số thông số hóa lý của hạt điều nhuộm 27

2.2.2 Khảo sát một số thông số hóa lý của dầu đậu phộng 30

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.3.1 Các phương pháp dùng trong phân tích chất màu tự nhiên 32

2.3.2 Phương pháp chưng ninh chiết tách phẩm màu annatto trong hạt điều nhuộm bằng dầu đậu phộng 35

2.3.3 Phương pháp toán học nghiên cứu sự ảnh hưởng đồng thời của nhiệt độ chiết, thời gian chiết và tỉ lệ R/L đến hàm lượng chất màu 38

2.3.4 Phương pháp định tính 41

2.3.5 Phương pháp đánh giá cảm quan và kiểm tra hàm lượng kim loại nặng của phẩm màu annatto 41

3.1.1 Kết quả khảo sát một số thông số hóa lý của hạt điều nhuộm 42

3.1.2 Kết quả khảo sát một số thông số hóa lý của dầu đậu phộng 45

3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN CHIẾT PHẨM MÀU ANNATTO TRONG HẠT ĐIỀU NHUỘM BẰNG DẦU ĐẬU PHỘNG 47

3.2.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết 47

3.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết 49

3.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng hạt điều nhuộm/thể tích dầu đậu phộng 52

3.2.4 Thuyết minh quy trình 54

3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG ĐỒNG THỜI CỦA NHIỆT ĐỘ CHIẾT, THỜI GIAN CHIẾT VÀ TỈ LỆ R/L ĐẾN HÀM LƯỢNG CHẤT MÀU 55

3.3.1 Các bước tiến hành nghiên cứu nhận thông tin 55

3.3.2 Các kết quả thu nhận được sau khi tiến hành nghiên cứu 62

3.4 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHẨM MÀU ANNATTO 66

3.4.1 Kết quả định tính phẩm màu annatto 66

3.4.2 Kết quả đánh giá cảm quan và hàm lượng kim loại nặng của phẩm màu 67

3.5 PHÂN TÍCH, XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO BẰNG DẦU ĐẬU PHỘNG VỚI QUY MÔ 10KG NGUYÊN LIỆU/MẺ 68

3.5.1 Sơ đồ công nghệ 68

3.5.2 Lựa chọn các thông số tối ưu để thu nhận hàm lượng chất màu cao nhất 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (bản sao)

A : Mật độ quang (độ hấp thụ)

U : Độ ẩm của hạt điều nhuộm (%)

H : Hàm lượng tro của hạt điều nhuộm (%)

Wt : hàm lượng chất béo của dầu đậu phộng

2 Các chữ viết tắt

AAS : Quang phổ hấp thụ nguyên tử

CTCT : Công thức cấu tạo

CTPT : Công thức phân tử

UV-Vis : Phổ tử ngoại khả kiến

JECFA : Ủy ban hợp tác chuyên gia của tổ chức lương thực thế giới và tổ chức y tế thế giới về các chất phụ gia thực phẩm QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

BYT : Bộ Y tế

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

bảng

1.1 Thành phần sinh hóa của hạt đậu phộng (% khối lượng) 9 1.2 Một số tính chất chung của dầu đậu phộng 10

3.3 Hàm lượng một số kim loại trong hạt điều nhuộm 44 3.4 Kết quả xác định khối lượng riêng của hạt điều nhuộm khô 45 3.5 Hàm lượng một số kim loại trong dầu đậu phộng 46

3.7 Mật độ quang của dịch chiết ở các nhiệt độ chiết khác nhau 48

3.9 Mật độ quang của dịch chiết ở các thời gian chiết khác nhau 50 3.10 Tỷ lệ khối lượng hạt điều nhuộm/thể tích dầu đậu phộng 52 3.11 Mật độ quang của các dịch chiết với tỉ lệ khối lượng hạt

điều/thể tích dầu khác nhau

53

3.12 Khoảng, mức biến thiên của các yếu tố 56 3.13 Ma trận quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần TYT 23 56

3.16 Các thí nghiệm nhận thông tin tại tâm 58 3.17 Các giá trị thực nghiệm của mô hình kế hoạch hóa 62

3.19 Kết quả các hệ số b trong phương trình hồi quy 63

3.23 Khối lượng hạt điều nhuộm sau quá trình làm sạch 71 3.24 Thể tích dịch màu sau quá trình nấu, lọc 71 3.25 Mức tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn 71 3.26 Bảng cân bằng vật chất tính cho 10kg nguyên liệu 72

3.29 Bảng thông số kĩ thuật các thiết bị chính 80 3.30 Bảng chi phí nguyên vật liệu cho 1 mẻ sản xuất 80

Số

hiệu

hình

1.12 Công thức cấu tạo của β-Carotene 15

2.4 Sơ đồ thiết bị đo quang phổ hấp thụ nguyên tử 33 2.5 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 34 2.6 Bộ dụng cụ chưng ninh trong dầu đậu phộng 35

3.2 5 mẫu điều sau khi nung ở 5000C 43 3.3 4 mẫu dịch chiết sau khi chiết ở 500C, 600C, 700C, 800C 48 3.4 Phổ hấp thụ phân tử của dịch chiết theo nhiệt độ 49 3.5 4 mẫu dịch chiết sau khi chiết trong 2 giờ, 4 giờ, 6 giờ, 8 giờ 50 3.6 Phổ hấp thụ phân tử của dịch chiết theo thời gian 51 3.7 4 mẫu dịch chiết với tỷ lệ 4,5/30; 4,5/50; 4,5/70; 4,5/90 52 3.8 Phổ hấp thụ phân tử của dịch chiết theo tỉ lệ hạt điều nhuộm/thể

tích dầu

53

3.9 Mẫu phẩm màu annatto thu được khi chiết theo quy trình

phòng thí nghiệm so với mẫu dầu đậu phộng

55

3.10 Thiết bị thí nghiệm chưng ninh dầu đậu phộng quy mô 1kg/mẻ 58

3.13 Phổ hấp thụ UV-Vis trong dầu đậu phộng 67

3.15 Sơ đồ công nghệ chiết tách annatto 69 3.16 Mô hình dây chuyền công nghệ chiết tách chất màu annatto 70

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trên thế giới nói chung và Việt Nam chúng ta hiện nay nói riêng, vấn đề

vệ sinh an toàn thực phẩm đang trở thành một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu Vấn đề này trở nên cấp thiết vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người tiêu dùng Trong các vấn đề đó, có một vấn đề đang rất

“nóng” hiện nay đó là việc lựa chọn và sử dụng các loại phẩm màu trong chế biến và bảo quản thực phẩm

Phẩm màu là chất phụ gia thực phẩm, được thêm vào thực phẩm để thay thế các màu sắc bị mất trong quá trình sản xuất hay làm cho thực phẩm trông hấp dẫn hơn Tuy nhiên việc sử dụng phẩm màu còn tùy tiện, chưa được quản

lí chặt chẽ, không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng

Việc thay thế các phẩm màu công nghiệp bằng các phẩm màu có sẵn trong tự nhiên là một trong những biện pháp được đánh giá là hiệu quả để giải quyết vấn đề trên Sử dụng phẩm màu có sẵn từ thực phẩm tự nhiên trong chế biến thực phẩm không những giúp chúng ta có được màu sắc hấp dẫn cho thực phẩm mà còn có thể làm tăng giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Sở dĩ có thể nói như vậy vì trong phẩm màu thực phẩm tự nhiên, ngoài các thành phần chất màu riêng biệt cho từng loại màu sắc, chúng còn chứa các thành phần có hoạt tính sinh học khác như vitamin, axit hữu cơ, glycozit, các chất thơm và các nguyên tố vi lượng Trong tự nhiên, các phẩm màu phổ biến thường gặp như màu vàng của nghệ, màu đỏ vàng của điều nhuộm, màu tím của lá cẩm, màu xanh của lá dứa hay màu đen của lá gai… Về thực chất, những phẩm màu hay được sử dụng đều là những thành phần dễ trích ly, tạo được màu sắc

và mùi thơm cho thực phẩm theo yêu cầu của người chế biến

Phẩm màu annatto lấy từ hạt điều nhuộm là một phẩm màu tự nhiên có

nguồn gốc lâu đời, được sử dụng rất phổ biến Trong hạt điều nhuộm có chứa chất bixin màu đỏ, norbixin màu vàng, là thành phần chính của phẩm màu annatto Có nhiều loại dung môi được sử dụng để chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm như: các loại dầu, dung môi kiềm loãng, các loại dung môi hữu cơ… Ở Việt Nam, từ xa xưa, người dân đã biết sử dụng dầu đậu phộng để chiết tách chất màu từ hạt điều nhuộm nhưng quy trình này mới chỉ dừng lại ở mức độ kinh nghiệm

Để đưa ra quy trình chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dầu đậu phộng ổn định hơn, đơn giản hơn, có hiệu suất cao hơn và có thể sử

dụng quy trình này ở quy mô công nghiệp tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu xây

dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dầu đậu phộng quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định các thông số kĩ thuật của quy trình chiết tách

- Xác định các thông số tối ưu của quy trình chiết tách bằng quy hoạch thực nghiệm

- Xây dựng quy trình công nghệ chiết tách phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dầu đậu phộng quy mô 10kg nguyên liệu/mẻ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tư liệu trong và ngoài nước

về đặc điểm hình thái thực vật, thành phần hóa học, ứng dụng của cây điều nói chung và ứng dụng của chất màu annatto nói riêng

- Tổng hợp, nghiên cứu tài liệu về phương pháp chiết tách và công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

4.2.1 Phương pháp vật lý

- Thu gom và xử lý mẫu hạt điều nhuộm thô

- Xác định độ nhớt của dầu đậu phộng

- Xác định khối lượng riêng của hạt điều nhuộm

4.2.2 Phương pháp hóa học

- Xác định hàm lượng chất béo của dầu đậu phộng

- Phương pháp chưng ninh chiết tách phẩm màu annatto bằng dầu đậu phộng

- Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis khảo sát bước sóng hấp thụ Dựa vào độ hấp thụ quang để nghiên cứu khảo sát điều kiện chiết thích hợp

- Phương pháp phân tích định tính, định lượng phẩm màu annatto

- Phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS xác định hàm lượng kim loại nặng trong hạt điều và trong phẩm màu annatto

4.2.3 Phương pháp toán học

- Tối ưu hóa quy trình thực nghiệm bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Cung cấp các thông tin khoa học về thành phần và cấu tạo một số hợp chất trong phẩm màu annatto

- Cung cấp kết quả nghiên cứu về quy trình tách chiết chất màu annatto

từ hạt điều nhuộm, bao gồm xác định các chỉ số hóa lý, xác định các điều kiện

tối ưu của quy trình chiết tách phẩm màu annatto

- Sử dụng các kết quả nghiên cứu phòng thí nghiệm để xây dựng dây chuyền công nghệ chiết tách phẩm màu annatto bằng dầu đậu phộng và có thể ứng dụng dây chuyền này vào thực tế sản xuất phẩm màu annatto từ hạt điều nhuộm

6 Bố cục luận văn

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Những nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM

1.1.1 Thực vật học về cây điều nhuộm

Hình 1.1 Cây điều nhuộm Hình 1.2 Hoa và quả điều nhuộm

Tên khoa học: Bixa orellana L

Tên thường dùng: Xiêm phụng, môi son, điều nhuộm, điều màu, cà-ri,… Ngành: Magnoliophyta

Lớp: Magnoliopsida

Họ: Bixaceae

Chi: Bixa

Bộ: Malvales (tức bộ cẩm quỳ)

Điều nhuộm là loại cây bụi, thân gỗ nhỏ, cao 3 - 6m Vỏ màu xám tro

Lá đơn mọc cách, phiến lá dài 15 - 24cm, rộng 10 - 17cm, hình tim hoặc tim trứng [12]

Hoa lưỡng tính, màu đỏ tím hay trắng, lớn (đường kính 4 - 5cm), hợp thành chùy ở đầu cành, có lông tơ [12]

Quả nang cỡ bằng trái cau, mọc chùm, hình tim, đường kính 2 - 4cm, trên mặt có gai mềm, dài 1,5cm, mở bằng hai van Khi quả còn non, vỏ màu xanh thẫm, mềm, phía trong chứa hạt màu đỏ tươi, ướt, trơn, dễ bóp nát [9]

Khi quả già, vỏ màu xanh vàng, bên trong hạt đỏ thẫm, thô, cứng, khó bóp Khi quả chín, quả có thể tự khô, tự nứt [12]

Hạt hơi có dạng lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh tẽ nở thành áo, hạt ngắn màu đỏ

1.1.2 Phân bố

Điều nhuộm có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của Trung Mỹ [12] Cây được trồng tại khu vực Đông Nam Á do người Tây Ban Nha đưa tới đây vào thế kỷ 17

Ở Việt Nam, điều nhuộm phát triển tốt ở vùng Tây Nguyên [12] trên các nương rẫy cũ, quanh làng bản ở độ cao dưới 400m (so với mặt nước biển) và một số nơi của Quảng Nam

1.1.3 Thời gian thu hoạch

Cây điều cho hạt có chứa thành phần bixin với hàm lượng cao nhất vào tháng 1, 2 và tháng 8, 9 hàng năm (sau khi cây điều cho quả non 4 tháng) [10]

1.1.4 Thành phần các chất có trong hạt điều

Hình 1.3 Quả điều màu còn tươi Hình 1.4 Quả điều màu khi khô

Nước chiếm 20 – 30%, tùy theo khí hậu từng vùng và thời gian thu hoạch Vỏ quả chứa tinh dầu 0,05%, nhựa 1 - 1,65%, tamin, cellulose Trong cơm quả có chất dễ bay hơi 20 - 28%, oclean 4,0 - 5,5%, sucrose 3,5 - 5,2%, saponin, palmitin, phytosterol, vitamin A [8] Hạt chứa 40% đến 45%

cellulose, 3,5% đến 5,5% đường sucrose, 0,3% đến 0,9% tinh dầu, 3% dầu, 4,5% đến 5,5% chất màu annatto, và 13% đến 16% protein và các thành phần (selenium, magiê, canxi…)

1.1.5 Công dụng

Ở châu Mỹ, người ta dùng cơm quả và hạt làm thuốc tẩy giun Các bộ phận của cây có thể sử dụng để làm thuốc chống say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, các rối loạn trực tràng và đau đầu trong y học cổ truyền của một số quốc gia trong khu vực Nam Mỹ Ở nhiều nước nhiệt đới, người ta thường dùng nó chữa lỵ

Ở các nước Đông Dương, Inđônêxia, Trung Quốc, chất màu của điều nhuộm dùng làm thuốc săn da và xổ nhẹ [12] Ở Campuchia, lá được xem như

có tính chất hạ nhiệt, thường dùng chữa sốt phát ban, sốt rét và các chứng sốt khác Nhựa từ quả cũng được sử dụng để điều trị bệnh đái tháo đường típ II hay chống nhiễm nấm

Điều nhuộm còn được dùng làm chất nhuộm màu thực phẩm (mã châu

Âu E160b) Nước chiết hạt là chất màu da cam dùng để nhuộm màu thức ăn, lụa,…

1.2 ĐẠI CƯƠNG VỀ DẦU ĐẬU PHỘNG

1.2.1 Thực vật học về cây đậu phộng

Tên khoa học: Arachis hypogaea L

Tên thường dùng: đậu phộng, lạc, lạc hoa sinh (Hán Việt),…

Hình 1.5 Cây, quả và hạt đậu phộng Hình 1.6 Hoa đậu phộng

Đậu phộng là cây thân thảo đứng, sống hằng niên Thân phân nhánh từ gốc, có các cành toả ra, cao 30 – 100 cm tùy theo giống và điều kiện trồng trọt [19], [9]

Rễ cọc, có nhiều rễ phụ, rễ cộng sinh với vi khuẩn tạo thành nốt sần [19]

Lá kép mọc đối, kép hình lông chim với bốn lá chét, kích thước lá chét dài 4 - 7 cm và rộng 1 - 3 cm Lá kèm 2, làm thành bẹ bao quanh thân, hình dải nhọn [19]

Cụm hoa chùm ở nách, gồm 2 - 4 hoa nhỏ, màu vàng Dạng hoa đậu điển hình màu vàng có điểm gân đỏ, cuống hoa dài 2 - 4 cm [19]

Quả hình trụ thuôn, không chia đôi, thon lại giữa các hạt, có vân mạng [19] Quả chứa từ 1 đến 4 hạt, thường là 2 hạt, hạt hình trứng, có rãnh dọc Hạt chứa dầu lên đến 50% [19]

1.2.2 Nguồn gốc và phân bố

Cây lạc có nguồn gốc lịch sử ở Nam Mỹ Vào thời kỳ phát hiện châu

Mỹ, cùng vói sự thâm nhập của châu Âu vào lục địa mới, người ta mới biết cây lạc [19]

Ở Việt Nam, cây lạc từ Trung Quốc nhập vào nước ta khoảng thế kỷ

17-18 Hiện nay cây đậu phộng có khoảng 1000 giống khác nhau được trồng khắp các nước vùng nhiệt đới và á nhiệt đới Do ít mẫn cảm với thời gian

chiếu sáng và có tính chịu hạn tốt cho nên lạc được trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới từ 40 vĩ độ Bắc đến 40 vĩ độ Nam

1.2.3 Thành phần sinh hóa của hạt đậu phộng

Nhìn chung, đậu phộng là một nguồn thức ăn giàu về dầu (44 - 56%) và protein (25 - 34%) Thành phần sinh hóa của hạt đậu phộng được trình bày trong bảng 1.1 [26]

Bảng 1.1 Thành phần sinh hóa của hạt đậu phộng (% khối lượng)

a Dầu trong hạt đậu phộng

Dầu đậu phộng là một hỗn hợp glicerid gồm: 80% axit béo không no và 20% axit béo no

Các glicerid trong dầu đậu phộng chứa 3 acid béo chính:

- Acid oleic: 43-65%

- Acid linoleic: 20-37%

- Acid palmitic: 14-20%

Dầu đậu phộng chứa các vitamin hòa tan trong dầu, trong đó nhiều nhất

là vitamin E Hai acid bão hòa có trong dầu đậu phộng là acid arachidic (C20)

và acid lignoceric (C24) – đây là 2 acid béo bão hòa dạng cis nên không gây nguy hiểm cho tim mạch

Ở nhiệt độ bình thường, dầu đậu phộng là một chất lỏng màu vàng nhạt,

có độ nhớt thấp, có hương thơm và mùi vị như hạt dẻ

Một số tính chất chung của dầu đậu phộng được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số tính chất chung của dầu đậu phộng

b Một số thành phần khác

Ngoài những thành phần trên, trong hạt đậu phộng còn chứa một số các vitamin như thiamine (vitamin B1), vitamin B2, vitamin B6 và một số vi khoáng như magie, mangan, sắt, đồng, photpho, kali,…

Như vậy, đậu phộng là một nguồn thức ăn giàu lipid, protein và vitamin Bên cạnh đó, đậu phộng còn có hương thơm và mùi vị đặc biệt Vị ngọt điển hình và mùi thơm nhẹ được tạo nên từ đường và một số chất hữu cơ bay hơi khác Thành phần các chất bay hơi có hơn 100 chất như pentan, octan, metylformal,…

1.2.4 Công dụng của đậu phộng

a Giảm nguy cơ sinh con dị tật

Nguồn axít folic chứa trong đậu phộng rất cần thiết cho phụ nữ khi mang thai Nhiều nghiên cứu cho thấy, phụ nữ trước khi mang thai hoặc trong thời

kỳ đầu mang thai, nếu được bổ sung 400 micrograms axít folic mỗi ngày sẽ

có thể giảm nguy cơ sinh con khuyết ống thần kinh đến 70% [26]

b Ổn định đường huyết

1/4 chén đậu phộng có thể cung cấp cho cơ thể 35% nhu cầu mangan cần thiết mỗi ngày Mangan là một khoáng chất đóng vai trò vào quá trình chuyển hóa chất béo và carbohydrate, giúp hấp thụ canxi và duy trì sự ổn định đường huyết [26]

Theo nhiều nghiên cứu, thường xuyên ăn các loại đậu có thể giảm nguy

cơ mắc bệnh tim mạch Đậu phộng là loại đậu giàu chất béo không bão hòa,

có lợi cho tim [26]

1.3 ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN

1.3.1 Khái niệm

Chất màu tự nhiên là các chất màu được chiết xuất ra hoặc được chế biến từ các nguyên liệu hữu cơ (thực vật, động vật) sẵn có trong tự nhiên, những chất vốn có và tồn tại trong các thành phần của nguyên liệu, mỗi loại nguyên liệu khác nhau thì sẽ có màu sắc khác nhau mang đặc thù của chính

nó [4]

1.3.2 Phân loại

Chất màu tự nhiên thường gặp chủ yếu ở trong các nguyên liệu thực vật

và có thể chia ra 3 nhóm chính:

- Flavanoit (có màu đỏ, xanh, vàng…), chất này có trong các gian bào

- Clorophyl (màu xanh) còn gọi là diệp lục tố hay chất màu xanh lá cây

- Carotenoid (màu da cam, vàng, đôi khi có màu đỏ), chất này có trong lục lạp

a Flavanoit

Flavonoit là những dẫn xuất của cromman và crommon, thuộc nhóm phenilpropan vì chúng có chứa khung cacbon từ C6 – C3 – C6 Khi cromman và crommon bị ngưng tụ với một vòng phenol được dẫn xuất có tên flavan [27]

O

B

Hình 1.9 Công thức cấu tạo của Flavonoit

Flavonoit có trong các không bào, có màu đỏ, xanh và vàng

Tỉ lệ các flavonoit trong rau quả và hoa khác nhau, do đó làm cho chúng

có màu sắc khác nhau

b Clorophyl

Clorophyl là chất màu xanh lá cây của thực vật hay còn gọi là hạt diệp lục Clorophyl phân tán ở trong chất nguyên sinh gọi là hạt diệp lục hay lục lạp Hàm lượng clorophyl trong cây xanh chiếm 1% chất khô

Clorophyl có vai trò cực kì quan trọng trong quá trình quang hợp - quá trình chủ yếu tạo ra các chất hữu cơ và tạo ra nguồn oxy duy nhất trên quả đất Clorophyl có 2 loại:

+ Clorophyl a: có công thức C55 H72 O4N4Mg

+ Clorophyl b: có công thức C55H70O6N4Mg

Hình 1.10 Công thức cấu tạo của Clorophyl

Tất cả các carotenoid tự nhiên, đều có thể xem như dẫn xuất của lycopen:

+ Lycopene: màu đỏ, có nhiều trong cà chua

+ Carotene: màu da cam, có nhiều trong cà rốt, mơ

+ Xanthophyl: màu vàng lòng đỏ trứng gà (C40H56O), có nhiều trong lá xanh, rau xanh cùng với clorophyl và caroten, đồng thời nó cũng có trong cà chua cùng với lycopen

+ Capxanthin: C40H58O3, là dẫn xuất của caroten, nhưng có màu nhạt hơn các carotenoid khác 10 lần Chiếm 7/8 tổng số chất màu của ớt

+ Criptoxanthin: Là một dẫn xuất monohidroxy của α-caroten, chất màu chính của cam quýt (C40H56O) [4]

+ Astacxanthin: là dẫn xuất của caroten có màu vàng đỏ, có ở các loài giáp xác Trong thành phần của mai tôm cua, astacxanthin cũng tham gia vào thành của lipoprotein gọi là xianin Trong quá trình gia nhiệt, protein bị biến tính, astacxanthin bị tách ra dưới dạng sắc tố màu vàng đỏ

Hình 1.11 Công thức cấu tạo của Lycopene

Hình 1.12 Công thức cấu tạo của β-Carotene

1.3.3 Ứng dụng của chất màu tự nhiên

Carotenoid là nhóm chất màu tự nhiên được sử dụng nhiều nhất Tartrazin có màu vàng chanh tạo màu cho mứt và kẹo, kem đá, đồ uống có gas

Riboflavin màu vàng tạo màu cho súp, sản phẩm mứt kẹo Sunset yellow màu da cam tạo màu cho đồ uống, mứt quả, cá hồi biển, cua β- carotene da cam tạo màu cho mỡ, đồ uống, mứt kẹo, sữa chua…

Màu xanh lá cây chỉ lấy từ thực vật chủ yếu là màu xanh của nhóm clorophyl được chiết từ lá dứa, lá tre, mây, lá khúc, bồ ngót Thường dùng để nhuộm màu các loại bánh

Màu nâu thông dụng nhất là màu caramel (còn gọi là nước màu, hoặc nước hàng, khi đun đường cháy), thường dùng trong gia đình để kho, nấu, làm bánh hoặc tạo màu cho các sản phẩm nước ngọt có ga như cola, xá xị (trong công nghiệp nước giải khát) Ngoài ra, màu nâu còn được lấy từ cà phê, ca cao…

Màu vàng cam đỏ chủ yếu được tạo thành nhờ nhóm carotenoid tan trong dầu và nhóm flavonid tan trong nước của các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật Ngoài ra còn có thể dùng betalain cartamin được chiết xuất từ dành dành, củ nghệ, hạt điều, củ dền… dùng để nhuộm màu bánh, xôi và một

số món ăn trong gia đình

1.3.4 Một số phương pháp dùng trong chiết tách chất màu tự nhiên

a Phương pháp hòa tan trong dung môi hữu cơ

Phương pháp hoà tan trong dung môi hữu cơ được dùng để tách và tinh chế các chất hữu cơ rắn, dựa trên nguyên tắc là các chất khác nhau có độ hoà tan khác nhau trong cùng một dung môi [14]

Dung môi thích hợp để lựa chọn thường là dung môi trong đó có độ hoà tan của chất rắn cần tinh chế thay đổi nhiều theo nhiệt độ Bằng cách tạo dung dịch bão hoà ở nhiệt độ cao (thường là nhiệt độ sôi của dung môi), các tạp chất sẽ ở lại trong dung dịch Bằng cách kết tinh lại một số lần trong cùng một dung môi, hoặc trong các dung môi khác nhau, người ta có thể thu được tinh thể cần tinh chế ở dạng khá tinh khiết Cũng có khi người ta dùng một dung môi có độ hoà tan với tạp chất nhiều hơn để loại tạp chất ra khỏi chất rắn cần tinh chế

Dung môi thường là nước, ancol etylic, ancol metylic, axeton, axit axetic, ete, benzen, cloroform, etyl axetat, n-hexan, ete dầu hoả… hoặc đôi khi là hỗn hợp giữa chúng [17]

Khi cần tách hai hay nhiều chất chứa trong hỗn hợp với những lượng tương đương nhau, người ta dùng phương pháp kết tinh phân đoạn

b Phương pháp chiết

Chiết là dùng dung môi thích hợp có khả năng hoà tan chất đang cần tách và tinh chế để tách chất đó ra khỏi môi trường rắn hoặc lỏng khác [3] Thường người ta dùng một dung môi có nhiệt độ sôi thấp và ít tan trong nước (vì các chất hữu cơ cần tinh chế thường ít tan trong nước), chất đó sẽ chuyển phần lớn lên dung môi và ta có thể dùng phễu chiết để tách riêng dung dịch thu được ra khỏi nước

Có 2 phương pháp chiết thường hay sử dụng đó là chiết trong hệ chất lỏng và chiết trong hệ rắn lỏng

c Phương pháp kết tinh

Kết tinh là quá trình hình thành phát triển của tinh thể từ tướng nóng chảy, dung dịch hay khí Với ý nghĩa hẹp, kết tinh là quá trình của chất rắn được chuyển thành dung dịch khi bão hòa trong dung môi ở nhiệt độ cao và tách ra thành trạng thái rắn khi làm lạnh dung dịch (rắn → hòa tan → rắn) [3] Sản phẩm thu được sau phản ứng thường kèm theo các chất phụ, do đó đòi hỏi phải tiến hành kết tinh lại Kết tinh là phương pháp tinh chế quan trọng dựa trên tính bão hòa chất rắn cần tinh chế khi đun nóng trong dung môi thích hợp, loại bỏ chất phụ và chất kết tinh trở lại khi làm lạnh Do đó quá trình gồm các giai đoạn:

- Chuẩn bị dung dịch kết tinh trong dung môi thích hợp

- Lọc dung dịch nóng loại bỏ chất phụ không tan

- Làm lạnh dung dịch và gây mầm tinh thể

Annatto bị biến đổi khi để dưới ánh sáng mạnh trong thời gian kéo dài, bền trong môi trường kiềm, kém bền trong môi trường axit Trong môi trường

pH thấp, norbixin bị kết tủa, nó có thể liên kết với protein, tinh bột và thành phần khác để tạo sự đồng đều màu trong sản phẩm Annatto ổn định ở nhiệt

độ dưới 1000C và trên 1250C thì bị chuyển hóa thành chất khác [8]

1.4.2 Phân loại

Theo báo cáo tiêu chuẩn kỹ thuật về các phụ gia thực phẩm và chất gây ô nhiễm môi trường trong cuộc họp lần thứ 67 tại Roma (Ytalia) của tổ chức FAO/WHO cho thấy chất màu annatto chia làm các loại có giá trị thương mại sau: Annatto B: phẩm màu thu được khi chiết hạt điều với dung môi là nước, lọc bỏ nguyên liệu không tan, đuổi dung môi, kết tinh và làm khô

Annatto C: Thêm dung dịch kiềm vào annatto B, đun nóng và để nguội Sau đó lọc dung dịch và axit hóa để thu kết tủa norbixin Lọc kết tủa, sấy khô

và xay thành dạng bột

Annatto D: Chất màu thu được khi chiết hạt điều với dung môi là dầu nóng

Annatto E: chất màu thu được khi chiết hạt điều với dung môi kiềm, sau

đó axit hóa để tạo kết tủa Lọc kết tủa, rửa, làm khô thu sản phẩm

Annatto F: hạt điều cọ xát với dung dịch kiềm, thêm tiếp dung dịch kiềm bổ sung để tạo dạng huyền phù, đun nóng thu được chất màu Để nguội và loại bỏ phần chất béo và phần bã Dung dịch thu được đem axit hóa để tạo kết tủa Annatto G: là sản phẩm khi thêm dung dịch K2CO3 vào annatto E

1.4.3 Thành phần

Chất màu annatto bao gồm thành phần chính là bixin và norbixin trong

đó bixin (este monomethyl của acid dicarboxilic) là chất tạo màu đỏ chiếm tỉ

lệ hơn 80% và norbixin (acid dicarboxilic) là chất tạo màu vàng Ngoài bixin

và norbixin, annatto chứa bixein, bixaghanene, bixol, crocetin, acid ellagic,

ishwarane, isobixin, salicylic acid, phenylalanine, threonine, acid tomentosic,

Bixin có cấu trúc hóa học không ổn định khi bị cô lập và chuyển đổi thành dạng trans - bixin (β - bixin) - một dạng đồng phân hình học

Dung dịch norbixin làm khô tạo thành dạng bột nhưng dạng này dễ bị oxi hóa, dẫn đến mất màu theo thời gian

Bixin chuyển thành muối norbixin khi hòa tan trong dung dịch kiềm (pH>7), dạng này không hòa tan trong nước Để tăng khả năng hòa tan của bixin và norbixin trong nước và trong dầu, người ta sử dụng chất tạo nhũ sữa như: polyssorbatos, propylene glycol Sự tạo thành nhũ thể có vai trò quan trọng trong việc ứng dụng chất màu trong thực phẩm với pH thấp (không thể tiến hành với muối norbixin) [5]

Từ cấu trúc của bixin và norbixin ta thấy chúng có tính chất hóa học của một axit cacboxylic, của hệ nối đôi liên hợp, của este (đối với bixin), của rượu (đối với norbixin)

1.4.4 Phản ứng của bixin và norbixin với dung dịch kiềm và dung dịch axit

HO

O X

O

Hình 1.18 Phản ứng của bixin với dung dịch kiềm và dung dịch axit

Khi ngâm hạt điều vào trong dung dịch kiềm nói chung và với dung dịch KOH nói riêng, kết hợp với khuấy trộn, phần cơm của hạt điều tan vào dung dịch làm cho dung dịch có màu vàng, khi axit hóa cho kết tủa

1.4.5 Tiêu chuẩn về hàm lượng sử dụng

Cuộc họp lần thứ 67 của tổ chức FAO/WHO về chất phụ gia tổ chức tại Rome (Ý) đã quy định về liều lượng cho phép sử dụng hằng ngày của bixin là

0 - 0,12mg/kg trọng lượng cơ thể, đối với norbixin và muối của nó là 0 - 0,6mg/kg trọng lượng cơ thể (dựa theo kết quả nghiên cứu 90 ngày trên chuột bằng phương pháp NOEL) với chỉ số an toàn là 100

1.4.6 Tiêu chuẩn tinh khiết

Tiêu chuẩn tinh khiết do FAO/WHO quy định [24]:

Sản phẩm chiết trong dung môi hữu cơ (axeton, methanol, hexan), dung môi dầu và kiềm:

Ngoài ra, phẩm màu annatto có thể sử dụng làm thuốc chữa bệnh cao huyết áp, các bệnh về tiêu hóa, chữa bao tử, thuốc chống say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, các rối loạn trực tràng và đau đầu trong y học cổ truyền của một số quốc gia trong khu vực Nam Mỹ

b Ứng dụng trong thực phẩm

Hình 1.19 Hạt dưa và bò khô nhuộm màu annatto

Trong thực phẩm, màu giữ một vai trò rất quan trọng, giúp cho thực phẩm bắt mắt hơn, tạo ảnh hưởng tốt về chất lượng của thực phẩm

Phẩm màu bixin tan trong dầu: dùng cho các sản phẩm của chất béo và sữa, phô mai, bơ, margarin, lạp xưởng, mì tôm, kem, đồ tráng miệng, thực phẩm nướng và bánh snack

Phẩm màu norbixin tan trong nước: dùng cho bánh kẹo, phô mai, cá xông khói, kem và sản phẩm của sữa, đồ tráng miệng, sản phẩm của ngũ cốc

và bánh mì (phần ruột bánh), tạo màu cho đồ uống

c Ứng dụng trong công nghiệp nhuộm

Hình 1.20 Các loại vải nhuộm màu annatto

Tại Đông Nam Á, người ta thu hái hạt để làm chất nhuộm màu, chính vì thế mà loài này có tên gọi điều nhuộm Hạt điều nhuộm đã được thổ dân châu

Mỹ sử dụng từ rất lâu để làm thuốc màu vẽ lên cơ thể, đặc biệt là môi, vì thế

mà đôi khi nó còn được gọi tại khu vực này như là "cây son môi"

Annatto là nguồn sáng tự nhiên cho chất liệu silk [8] Màu cam của annatto là màu được ưa chuộng trên chất liệu silk Mặc dù thuốc nhuộm tự nhiên không thể tồn tại lâu dài với thời gian nhưng người ta đã phát triển quy trình làm cho chất nhuộm có thể bền hơn trên vật liệu tơ sợi Thuốc nhuộm không thấm vào vải tơ sợi nhiều, do đó thường sử dụng các chất cắn màu như: kali nhôm sunfat K2SO4.Al2(SO4)3, đồng sunfat CuSO4…để kéo dài tuổi thọ của thuốc nhuộm trên tơ sợi Thuốc nhuộm annatto có độ ái lực tương đối cao đối với cả sợi nilông và polieste Màu sắc trên sợi nilông và polieste có độ bền tương đối trong khi giặt

Ngoài ra annatto còn được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc sắc đẹp, nó được thêm vào để tạo màu trong dầu gội, kem, mỹ phẩm, xà phòng…

1.4.8 Tình hình nghiên cứu

a Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay ở Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu về cây điều nhuộm

và phẩm màu annatto:

- Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu thành phần và phản

ứng chuyển hóa hợp chất hóa học của hạt điều nhuộm miền Trung, Tây Nguyên, Đề tài cấp Nhà nước, năm 2008

- Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách bixin từ hạt

điều nhuộm bằng dung môi hữu cơ, Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng, năm

2007

- Phạm Thành Quân, Khảo sát độ bền và bền hoá carotenoid từ Gấc

[Momordica chinchinensis (Lour.) Spreng] và điều nhuộm (Bixaorelana L.) bằng phương pháp encapsul hoá với cyclodextrin, Đề tài cấp trường, Khoa

Kỹ thuật Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

- Lại Quốc Thuần, Khảo sát độ bền và phương pháp bền hóa hợp chất

Carotenoid từ điều nhuộm (Bixa Orellana L), Luận văn thạc sĩ ngành công

nghệ hóa học Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, năm 2009

- Đào Hùng Cường, Phan Thảo Thơ, Nghiên cứu chiết tách phẩm màu

hạt điều nhuộm bằng dung dịch kiềm, Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng,

năm 2008

b Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới có một số công trình sau:

- G F SilvaI; Felix M C GamarraII; A L OliveiraIII; F A CabralII ,

Extraction of bixin from annatto seeds using supercritical carbon dioxide,

IDepartment of Chemical Engineering, Federal University of Sergipe, CEP: 49100-000, Sergipe - SE, Brazil, IIDepartment of Food Engineering, State University of Campinas, IIIDepartment of Food Engineering, School of

Animal Science and Food Engineering, University of São Paulo, Av Duque

de Caxias Norte 225, CEP: 13635-900, Pirassununga, SP – Brazil

- Scotter, M J., Thorpe, S A., Reynolds, S L., Wilson, L A & Strutt, P

R, Characterisation of the principal colouring components of Annatto using

high performance liquid chromatography with photodiode-array detection,

Food Addit Contam., 1994

- Scotter, M J., Wilson, L A., Appleton, G P & Castle, L, Analysis of

Annatto (Bixa orellana) food colouring formulations 1, J Agric Food Chem.,

1998

- Preston, H.D and Rickard, M.D., Extraction and chemistry of annatto,

Food Chemistry 5, 1980

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Hóa chất vô cơ: dung dịch HCl, dung dịch HNO3

Hóa chất hữu cơ: dầu đậu phộng, clorofom

2.1.3 Máy móc – Dụng cụ

- Tủ sấy, tủ nung, bếp điện, bếp cách thủy, nhiệt kế, bình hút ẩm, cân phân tích, ống nghiệm, bình tam giác, cốc thuỷ tinh, cốc sứ, pipet, bình định mức, phễu chiết…

- Bộ chưng ninh, máy đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis(phòng thí

nghiệm khoa Hoá, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng), máy đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (phòng thí nghiệm khoa Sinh, trường Đại học Sư phạm,Đại học Đà Nẵng)

2.2 KHẢO SÁT MỘT SỐ THÔNG SỐ HÓA LÝ CỦA NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO

2.2.1 Khảo sát một số thông số hóa lý của hạt điều nhuộm

a Xác định độ ẩm của hạt điều nhuộm

Lấy 5 cốc sứ nhỏ có kí hiệu sẵn cho vào sấy ở nhiệt độ 90oC đến khối lượng không đổi và đem đi cân xác định khối lượng của mỗi cốc là mo (g)

- Lấy một lượng xác định hạt điều nhuộm và đem đi cân trên cân phân tích được m1 (g)

- Cho hạt điều nhuộm vào các cốc sứ đã được chuẩn bị rồi đem đi sấy, điều chỉnh ở nhiệt độ 100oC trong thời gian 3h sau đó đem cân Cứ như vậy đến khi khối lượng mẫu và cốc không đổi (sai số 0.01 g) thì cho vào bình hút

ẩm để làm nguội Cân được m2 (g)

Độ ẩm mỗi mẫu được tính theo biểu thức sau (tính theo % khối lượng) (%) = ( ) × 100(%) (2.1)

Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 5 mẫu

(%) = ∑ (%) (2.2) Trong đó:

· mo: Khối lượng cốc sứ (g)

· m1: Khối lượng cốc sứ và mẫu trước khi sấy (g)

· m2: Khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi sấy (g)

· U (%): Độ ẩm của mỗi mẫu

· Utb (%): Độ ẩm trung bình

b Xác định hàm lượng tro của hạt điều nhuộm

Để xác định hàm lượng tro và các nguyên tố vô cơ trong cơ thể động vật, thực vật người ta dùng các phương pháp tro hóa mẫu

Trong đề tài này sử dụng phương pháp tro hóa mẫu bằng phương pháp khô - ướt kết hợp Mẫu được xử lý sơ bộ, phân huỷ chất hữu cơ bằng H2SO4đặc và thêm H2O2 để làm tăng nhanh quá trình phân huỷ Sau đó được nung ở 500-550oC trong chén thạch anh, các chất hữu cơ bị đốt cháy, trong tro còn lại các chất vô cơ khó bay hơi

Khối lượng tro chính là phần chất còn lại sau khi nung

Mẫu vừa xác định độ ẩm (m2) được đem đi tro hóa bằng cách nung trong

lò nung ở nhiệt độ 500-550oC (nếu ở nhiệt độ cao hơn thì một số kim loại sẽ bay hơi) trong 4 đến 6 tiếng cho đến khi mẫu biến hoàn toàn thành tro trắng Lấy mẫu ra làm nguội đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm, cân lại mẫu đến khối lượng không đổi, có khối lượng m3

Hàm lượng tro chính là hiệu số giữa khối lượng cốc sau khi sấy và khối lượng mẫu sau khi đem tro hóa

Công thức tính:

(%) = × 100% (2.3) (%) = ∑ (%) (2.4)

Trong đó:

· m1: Khối lượng hạt điều nhuộm (g)

· mo: Khối lượng cốc sứ (g)

· m3: Khối lượng cốc sứ và mẫu sau khi tro hoá (g)

· H (%): Hàm lượng tro của mỗi mẫu

· Htb (%): Hàm lượng tro trung bình