TỔNG QUAN
Sơ lược về cây điều nhuộm
- Tên thường gọi : Cây Điều màu, Cây Cà ri, sâm phụng, chầm phù
- Tên tiếng Anh: Achiote, Aploppas, Anatto, Annatto, Arnatto, Lipstick Tree
- Tên tiếng Pháp: Atole, Roucou, Roucouyer
- Tên khoa học: Bixa orellana L
Hình 1.1 Cây điều nhuộm 1.1.1.2 Phân loại khoa học
Ngành (division): Thực vật có hoa (Angiospermae)
Lớp (class): Hai lá mầm (Eudicots)
Bộ (ordo): Cẩm quỳ (Malvales)
Họ (familia): Điều nhuộm (Bixaceae)
Chi (genus): Điều nhuộm (Bixa)
1.1.1.3 Nguồn gốc và p hân bố Điều nhuộm hay còn gọi là điều màu, cà ri (Bixa orellana) là một loài cây bụi hay cây gỗ nhỏ thuộc họ Điều nhuộm (Bixaceae), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của Châu Mỹ Cây điều nhuộm có được trồng nhiều ở Bolivia, Brazil, Colombia, Ecuador, Jamaica, Mexico, Peru, Puerto Rico và Cộng hòa Đô-mi-ni-ca
Cây điều nhuộm, được người Tây Ban Nha đưa vào Ấn Độ và Đông Nam Á trong thế kỷ 17 để làm chất nhuộm thực phẩm màu vàng đỏ, đã lan rộng sang Hoa Kỳ, Ấn Độ, Đông Nam Á và Châu Phi Tại Việt Nam, cây điều nhuộm được nhập nội trong thời kỳ Pháp thuộc và hiện nay mọc hoang dại hoặc được trồng rải rác ở các tỉnh miền Nam như Cà Mau, Kiên Giang và Cần Thơ.
1.1.2 Đặc tính thực vật [2],[4],[13] Điều nhuộm là cây nhiệt đới, xanh lá quanh năm, có thể sống tới 50 năm Cây gổ nhỏ, cao 4-5 m, có thể đến 10 m, có nhiều cành Lá đơn mềm, nhẵn, hình tam giác, đầu nhọn, hình tim ở gốc, nhọn ở chóp, dài 12cm, rộng 7cm hoặc hơn; cuống phình ở đỉnh, dài 3-4 cm Hoa tương đối lớn, có màu tím hay trắng, mọc thành chùy ngắn ở đầu cành ngọn hay các nhánh Quả màu đỏ tím, hình cầu, bao bọc bởi gai cứng, mọc thành chùm, hình tim, mở bằng hai van, mỗi mảnh chứa nhiều hạt Quả non có màu xanh thẫm, mềm dễ bóp, hạt bên trong màu đỏ tươi, ướt, trơn Quả già vỏ màu xanh hơi vàng, hạt màu đỏ thẫm, khô cứng Khi quả chín, quả bị khô và tự nứt thành hai mảnh Trong mỗi quả có khoảng 50 hạt Hạt hơi có dạng lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh hạt có lớp lổn nhổn màu đỏ
Hình 1.2 Hoa và quả điều nhuộm non và chín 1.1.3 Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm
Trong hạt khô của cây điều nhuộm (Bixa orellana) có chứa Cellulose: từ 40% đến 45% cellulose Đường sucrose: từ 3,5% đến 5,5% Chất béo: cố định 3%
Chất màu trong hạt cây điều tăng từ 4,5% lên 5,5%, trong khi tinh dầu dao động từ 0,3% đến 0,9% Hàm lượng protein trong hạt đạt từ 13% đến 16%, cùng với sự hiện diện của vitamin A khoảng 3,2% Ngoài ra, hạt cây điều còn chứa alpha và beta-carotenoids cùng với các khoáng chất quan trọng như selenium, magiê và canxi.
Chất màu annatto chủ yếu chứa bixin (đặc biệt là cis-bixin, một este monomethyl của acid dicarboxylic norbixin) chiếm hơn 80%, tạo màu đỏ, và norbixin (acid dicarboxylic) tạo màu vàng Tỷ lệ bixin và norbixin thay đổi tùy thuộc vào độ chín của hạt Ngoài bixin và norbixin, còn có một số lượng lớn các chất màu khác được nghiên cứu từ phần chiết của cây điều nhuộm, bao gồm 6 apocarotenoids (C 30 và C 32) và 8 diapocarotenoids (C 19, C 22, C 24, C 25) cùng một dẫn xuất của carotenoid (C 14), tuy nhiên chúng chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ.
Ngoài ra trong phần cơm của hạt điều còn chứa bixaghanene, bixein, bixol, crocetin, acid ellagic, ishwarane, isobixin, phenylalanine, salicylic acid, threonine, acid tomentosic, và tryptophan
Hình 1.3 Hạt điều nhuộm non và già
Chất màu tự nhiên
Chất màu tự nhiên là các sắc tố được chiết xuất hoặc chế biến từ nguyên liệu hữu cơ có sẵn trong tự nhiên, bao gồm thực vật và động vật Mỗi loại nguyên liệu sẽ mang lại màu sắc đặc trưng riêng, phản ánh sự đa dạng và đặc thù của chúng.
Chất màu tự nhiên thường chia ra 3 nhóm chính:
Clorophyl (màu xanh) còn gọi là diệp lục tố hay chất màu xanh lá cây của thực vật Hàm lượng clorophyl trong cây xanh chiếm 1% chất khô
Chlorophyll đóng vai trò quan trọng trong quang hợp, quá trình chính tạo ra chất hữu cơ và cung cấp oxy cho Trái Đất Ngoài việc mang lại màu xanh cho thực vật, chlorophyll còn có khả năng che lấp các sắc tố màu khác.
Clorophyl a: có công thức C 55 H 72 O 4 N 4 Mg
Hình 1.4 Công thức cấu tạo của Chlorophyll
Carotenoit là nhóm chất màu tan trong chất béo, tạo nên màu sắc đặc trưng cho quả và rau như cam, vàng và đỏ Nhóm này bao gồm từ 65 đến 70 chất màu tự nhiên, nổi bật với các thành phần như caroten, lycopen, xanthophy, capxantin và criptoxanthin.
Carotenoit là hợp chất có mặt trong hầu hết các loại cây cối và tất cả các cơ thể động vật, ngoại trừ một số nấm Hàm lượng carotenoit trong lá xanh thường chiếm khoảng 0,07 – 0,2% chất khô Các carotenoit không hòa tan trong nước, nhạy cảm với acid và chất oxy hóa, nhưng lại bền vững trong môi trường kiềm Đặc điểm nổi bật của carotenoit là chứa nhiều nối đôi liên hợp, tạo ra các nhóm màu sắc đặc trưng.
Tất cả các carotenoit tự nhiên có thể xem như dẫn xuất của licopen
+ Lycopen: màu đỏ, có nhiều trong cà chua
+ Caroten: màu da cam, có nhiều trong cà rốt, mơ
+ Xanthophyl: màu vàng lòng đỏ trứng gà (C 40 H 56 O), có nhiều trong lá xanh, đồng thời nó cũng có trong cà chua cùng với lycopen
+ Capxanthin: C 40 H 58 O 3 , 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 quít (C 40 H 56 O)
Astaxanthin là một dẫn xuất của carotenoid có màu vàng đỏ, xuất hiện trong các loài giáp xác và trong thành phần mai tôm cua Khi trải qua quá trình gia nhiệt, protein bị biến tính và astaxanthin được giải phóng dưới dạng sắc tố màu vàng đỏ.
Hình 1.5 Công thức cấu tạo của một số hợp chất carotenoit
Flavonoit, chất có màu đỏ, xanh, vàng, tồn tại trong các gian bào của rau, quả và hoa, tạo nên sự đa dạng màu sắc từ đỏ đến tím Chúng là những dẫn xuất của croman và cromon, thuộc nhóm phenylpropan với cấu trúc cacbon C6 – C3 Khi croman hoặc cromon kết hợp với một vòng phenol khác, chúng hình thành flavan.
Hình 1.6 Công thức cấu tạo của Flavonoid
Tính chất hóa học của phẩm màu annatto
Annatto là chiết xuất từ hạt điều nhuộm, an toàn và có hoạt tính sinh học cao, được CODEX công nhận là phẩm màu tự nhiên an toàn cho thực phẩm và dược phẩm Phẩm màu annatto có thể được sử dụng dưới dạng bột hòa tan trong nước hoặc chiết xuất trong dầu, với cis-bixin là thành phần chính tạo màu đỏ tan trong dầu, chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều Ngoài ra, norbixin là chất tạo màu vàng tan trong nước, cùng với các hợp chất khác như bixaghanene, bixein, bixol, crocetin, ellagic acid, và nhiều axit amin khác như phenylalanine, salicylic acid, threonine, tomentosic acid và tryptophan.
Hình 1.7 Phẩm màu annatto ở dạng bột và dạng chiết trong dầu
Annatto là một loại phẩm màu carotenoid nổi bật, với norbixin và bixin có tính tan hạn chế Tuy nhiên, nhờ vào hiệu lực màu sắc cao, sự hạn chế này không ngăn cản việc ứng dụng rộng rãi của annatto trong thực tế.
Annatto có thể bị biến đổi khi tiếp xúc với ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao trong thời gian dài, nhưng nó ổn định ở nhiệt độ dưới 100°C và bị chuyển hóa ở trên 125°C Trong môi trường pH thấp, norbixin sẽ kết tủa và liên kết với protein, tinh bột và các thành phần khác, giúp tạo ra màu sắc đồng đều cho sản phẩm Annatto rất bền trong môi trường kiềm và nhạy cảm với sự oxi hóa, mặc dù màu sắc của nó dễ bị biến đổi nhưng không bị ảnh hưởng bởi vi khuẩn.
- Danh pháp IUPAC: (2E,4E,6E,8E,10E,12E,14E,16Z,18E)-20-methoxy- 4,8,13,17-tetramethyl-20-oxoicosa-2,4,6,8,10,12,14,16,18-nonaenoic acid
- CTP T: C 25 H 30 O 4 , M94,50 g/mol, điểm nóng chảy : 198 0 C, điểm phân hủy : 217 0 C, max = 430,470 nm
Bixin là một carotenoid tinh thể màu đỏ, không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ như etyl axetat và axeton, cũng như trong dầu mỡ khi nóng.
Cis-bixin có mùi đặc trưng nhưng không có vị Khi được cung cấp nhiệt, cis-bixin chuyển hóa thành trans-bixin, một đồng phân bền hơn Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, hợp chất có thể bị thoái biến về cấu trúc Trong dầu, bixin dễ bị oxi hóa, và quá trình này diễn ra nhanh hơn khi tiếp xúc với ánh sáng hoặc kim loại, dẫn đến việc màu đỏ bị mờ và mất dần Việc thêm chất chống oxi hóa như axit ascorbic hoặc polyphenol có thể làm chậm quá trình oxi hóa này.
Khi tiếp xúc với kiềm metyl este sẽ bị thủy phân tạo thành axit dicarboxylic norbixin, một dẫn xuất tan trong nước
- Có tính oxy hóa và bảo vệ gan
- Chữa sốt, kiết lỵ, các bệnh về đường tiêu hóa
- Nhuận trường, chữa long đờm, bao tử, bệnh tim
- Danh pháp IUPAC : (2E,4E,6E,8E,10E,12E,14E,16E,18E)-4,8,13,17- tetramethylicosa-2,4,6,8,10,12,14,16,18-nonaenedioic acid
- CTP T: C 24 H 28 O 4 , M= 380,46 g/mol max = 453,48 nm và 482 nm
Khi thay thế nhóm –OCH3 trong công thức phân tử bixin bằng nhóm –OH, ta thu được norbixin, một acid dicarboxylic tan nhiều trong nước và dung dịch kiềm, nhưng ít tan trong etanol và không tan trong các dung môi hữu cơ Norbixin có màu vàng cam, có khả năng kết tủa trong dung dịch chứa hàm lượng Ca2+ cao, và khi phản ứng với protein, nó chuyển thành màu đỏ hồng đào, giữ màu tốt mà không lan ra xung quanh Dung dịch norbixin có thể được làm khô thành dạng bột, nhưng ở dạng này, annatto dễ bị oxi hóa, dẫn đến mất màu theo thời gian.
Norbixin có tính nhạy cảm với pH, chuyển từ màu vàng sang cam và sau đó sang hồng ở pH thấp Mặc dù norbixin thường kết tủa chậm ở pH 6,5, nhưng độ bền màu của nó không bị ảnh hưởng bởi pH.
Bixin chuyển thành dạng muối norbixin khi hòa tan trong dung dịch kiềm, ở pH=7, dạng này không hòa tan trong nước cis-Norbixin trans-Norbixin
- Chữa viêm gan, long đờm, ho
- Giảm huyết áp, giảm cholesterol trong máu, chữa động kinh
- Chống ung thư, là chất chống oxy hóa mạnh
Cấu trúc của hai thành phần chính trong chất màu annatto, bixin và norbixin, cho thấy chúng đều có đặc tính của axit carboxylic, với hệ thống nối đôi liên hợp Bixin có cấu trúc của este, trong khi norbixin mang tính chất của rượu.
Ứng dụng của phẩm màu hạt điều
Phẩm màu annatto có hoạt tính sinh học cao, làm giảm lượng cholesterol trong máu, mang tính nhuận trường
Các nối đôi liên hợp của bixin và norbixin có khả năng đặc biệt trong việc vô hiệu hóa các gốc tự do, mang lại tính chất chống ung thư và chống oxy hóa Chúng còn có tác dụng bảo vệ gan và chống lại tia cực tím, do đó thường được ứng dụng trong y học.
Phẩm màu annatto không chỉ được sử dụng trong ẩm thực mà còn có tác dụng chữa bệnh, bao gồm điều trị cao huyết áp, các vấn đề về tiêu hóa, đau bao tử, say nắng, viêm amiđan, bỏng, hủi, viêm màng phổi, ngừng thở, rối loạn trực tràng và đau đầu, theo y học cổ truyền của một số quốc gia Nam Mỹ.
1.4.2 Trong thực phẩm Đã từ lâu, người ta đã biết sử dụng phẩm màu trong quá trình chế biến thực phẩm Phẩm màu giúp cho sản phẩm bắt mắt hơn, tạo ảnh hưởng tốt về chất lượng sản phẩm Hiện nay, chất màu dùng trong thực phẩm chủ yếu gồm ba loại: chất màu tự nhiên, chất màu tổng hợp, màu được tạo ra qua chế biến thực phẩm Phần lớn chất màu tổng hợp được sử dụng nhiều trong thực phẩm do rẻ tiền, dễ sử dụng và bền màu Theo nghiên cứu, các chất màu tổng hợp có thể gây ung thư và có tác dụng không tốt đối với sức khỏe con người, còn chất màu tự nhiên thường không gây độc hại do được chiết suất từ các thành phần thiên nhiên, được sử dụng phổ biến để nhuộm màu cho các sản
Phẩm màu annatto được ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm và nước uống, bao gồm các sản phẩm như bánh kẹo, mứt, nước giải khát, kem, bơ và các sản phẩm chế biến từ thịt và cá.
Annatto, một gia vị truyền thống ở Việt Nam và nhiều quốc gia khác, đã được sử dụng từ hàng thế kỷ để tăng cường sức hấp dẫn và kích thích vị giác của món ăn Gia vị này thường được ướp với thịt lợn, thịt gà, cá, ngũ cốc và gạo, giúp làm nổi bật màu sắc và hương vị cho các món ăn Hiện nay, annatto được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, như tạo màu cho phomat, bơ, bột cà ry và bò khô Tại Việt Nam, hạt điều màu cũng được xay mịn để làm gia vị và tạo màu cho các món cá, thịt.
Nấu hạt trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật để thu được dịch chiết màu đỏ, có thể sử dụng cho các món xào, món súp hoặc trộn vào bột nhão để tăng thêm màu sắc hấp dẫn.
Annatto gồm: bixin và norbixin
Phẩm màu bixin tan trong dầu được sử dụng cho các sản phẩm như chất béo, sữa, phô mai, bơ, margarine, lạp xưởng, mì tôm, kem, đồ tráng miệng, thực phẩm nướng và bánh snack Trong khi đó, phẩm màu norbixin tan trong nước thích hợp cho bánh kẹo, phô mai, cá xông khói, kem, các sản phẩm từ sữa, đồ tráng miệng, sản phẩm ngũ cốc và bánh mì (phần ruột bánh), cũng như tạo màu cho đồ uống.
1.4.3 Thuốc nhuộm màu tự nhiên
Anntto là nguồn chất màu thực phẩm lâu đời, nổi bật với khả năng mang lại màu sáng cho sợi Tuy nhiên, công dụng của nó trước đây chỉ giới hạn trong thực phẩm do tính không bền vững của thuốc nhuộm Gần đây, các quy trình mới đã được phát triển để tăng cường độ bền của thuốc nhuộm annatto trên chất liệu tơ sợi, mở ra hướng phát triển mới Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn tạo ra màu sắc tự nhiên nổi bật trên vải sợi, đặc biệt là silk.
Hình 1.9 Annatto tạo màu cho món ăn
Hình 1.10 Sợi nhuộm bởi phẩm màu anntto
Thuốc nhuộm thường không thấm sâu vào vải tơ sợi, vì vậy cần sử dụng các chất cắn màu như kali nhôm sunfat, kali dichromate, đồng sunfat và sắt sunfat để giúp chất nhuộm bám lâu trên vải.
Thuốc nhuộm annatto có ái lực cao với sợi nylon và polyester, mang lại màu sắc bền trong quá trình giặt Tuy nhiên, độ bền màu của thuốc nhuộm này lại kém với ánh sáng do các liên kết đôi dễ bị oxi hóa Để cải thiện độ bền màu, người ta thường tăng độ dày của vải và sử dụng chất cắn màu Ngoài ra, annatto còn được ứng dụng trong ngành chăm sóc sắc đẹp, được thêm vào dầu gội, kem, mỹ phẩm và xà phòng để tạo màu.
Tình hình nghiên cứu
Hiện nay, ở Việt Nam đã có một số đề tài nghiên cứu về cây điều nhuộm và phẩm màu annatto:
Phạm Thành Quân đã tiến hành khảo sát độ bền và khả năng bền hoá của carotenoid từ Gấc (Momordica chinchinensis) và điều nhuộm (Bixa orellana) bằng phương pháp encapsul hoá với cyclodextrin Nghiên cứu này thuộc đề tài cấp trường của Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM.
Lại Quốc Thuần đã thực hiện một nghiên cứu về độ bền và phương pháp bền hóa hợp chất Carotenoid từ cây điều nhuộm (Bixa Orellana L) trong luận văn thạc sĩ ngành công nghệ hóa học tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, năm 2009 Nghiên cứu này góp phần quan trọng vào việc phát triển và ứng dụng các hợp chất tự nhiên trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm.
Đào Hùng Cường và Phan Thảo Thơ đã tiến hành nghiên cứu về thành phần và phản ứng chuyển hóa của các hợp chất hóa học trong hạt điều nhuộm tại miền Trung Tây Nguyên Đề tài này được thực hiện trong khuôn khổ một nghiên cứu cấp Nhà nước vào 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
-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
Đào Hùng Cường và Phan Thảo Thơ đã tiến hành nghiên cứu về việc chiết tách phẩm màu từ cây điều nhuộm bằng dầu Meizan Nghiên cứu này được công bố trong Tạp chí Khoa học và Công nghệ của Đại học Đà Nẵng, số 4(27), năm 2023.
Đào Hùng Cường và Phan Thảo Thơ đã thực hiện nghiên cứu về chiết tách nobixin từ hạt điều nhuộm dựa trên độ chín của chúng Nghiên cứu này được đăng tải trên Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, thuộc Hội Hóa học Việt Nam, số 5.
Đào Hùng Cường và Phan Thảo Thơ đã tiến hành nghiên cứu chiết tách bixin từ hạt điều nhuộm bằng dung môi thực phẩm Nghiên cứu này được công bố trong Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, số 11(95) của Hội Hóa học Việt Nam vào năm 2009.
Hoàng Thị Lĩnh và Vũ Mạnh Hải đã thực hiện nghiên cứu về khả năng nhuộm vải bằng chất màu tự nhiên chiết xuất từ hạt điều Kết quả nghiên cứu được công bố trong Tạp chí Hóa học, tại số đặc biệt của Hội thảo Nghiên cứu và Phát triển các sản phẩm tự nhiên diễn ra tại Hà Nội vào tháng 11 năm 2008.
Lê Thị Anh Đào, Đinh Ngọc Đức, và Phan Thị Sửu đã nghiên cứu về việc tách chiết chất màu đỏ từ hạt điều nhuộm (Bixa orellana.L) tại Việt Nam Nghiên cứu này được trình bày trong tuyển tập các công trình Hội nghị Khoa học và Công nghệ Hóa hữu cơ toàn quốc lần thứ ba vào năm 2001.
Nghiên cứu tách chiết crocin từ quả dành dành (Gardenia Jasminoides Ellis) và curcumin từ củ nghệ (Curcuma Longa L.) đã được thực hiện, cùng với việc chiết xuất bixin và norbixin từ hạt điều nhuộm (Bixa Orellana L.) và anthocyanin từ nếp than cũng như cây Bụp giấm (Hibiscus Sabdariffa L.) Ngoài ra, chlorophyll được chiết xuất từ phân tằm, tất cả đều thuộc đề tài NCKH của bộ môn Hóa Hữu cơ, ĐH Bách Khoa.
Hoàn thiện công nghệ chiết tách chất màu tự nhiên từ hạt Dành dành, hạt Điều nhuộm và Bụt dấm là một đề tài quan trọng thuộc Đề tài cấp Nhà nước, do Bộ môn hương liệu và phụ gia thực phẩm Hà Nội thực hiện.
Trên thế giới có một số công trình sau:
- G F Silva I ; Felix M C Gamarra II ; A L Oliveira III ; F A Cabral II , Extraction of bixin from annatto seeds using supercritical carbon dioxide,
IDepartment of Chemical Engineering, Federal University of Sergipe, CEP: 49100 -
The II Department of Food Engineering at the State University of Campinas and the III Department of Food Engineering at the School of Animal Science and Food Engineering, University of São Paulo, are located at Av Duque de Caxias Norte 225, Pirassununga, SP, Brazil, ZIP code 13635-900.
- 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,
Một số phương pháp chiết tách phẩm màu
1.6.1 Nguyên tắc chiết tách phẩm màu annatto
Hạt điều nhuộm được chiết xuất bằng dung môi để tạo ra dung dịch màu, sau đó nước chiết được lọc để loại bỏ các thành phần không hòa tan Quá trình tiếp theo bao gồm loại bỏ chất béo, dung môi, kết tinh và sấy khô Hạt điều nhuộm chủ yếu được xử lý theo ba phương pháp, trong đó có sự trích ly cơ học sử dụng dầu ăn hoặc dung dịch kiềm loãng, cùng với việc sử dụng một hoặc nhiều dung môi hữu cơ hoặc kết tinh.
Chiết với dầu là phương pháp nhuộm hạt điều bằng cách sử dụng dầu nóng và thiết bị gọi là “Raspeller” để loại bỏ lớp chất màu Phương pháp này thường được áp dụng cho thực phẩm chứa dầu hoặc mỡ, chẳng hạn như bơ thực vật Dịch chiết từ dầu chủ yếu bao gồm cis- và trans-bixin.
Chiết với nước: có thể dù ng nước để chiết norbixin cho dịch chiết có màu vàng cam
Chiết xuất với dung dịch kiềm loãng cho phép thu được muối kim loại kiềm của axit norbixin, trong khi dạng tự do của norbixin sẽ được kết tủa bằng axit loãng Sau đó, sản phẩm được lọc, rửa và sấy khô để đạt dạng rắn Ngoài ra, việc chiết bằng dung môi hữu cơ như chloroform, axeton, etanol, n-hexan và etyl axetat giúp loại bỏ dung môi, từ đó thu được tinh thể bixin với độ tinh khiết từ 80-90%.
Chiết là quá trình phân tách các chất bằng cách chuyển một chất hòa tan trong pha lỏng (thường là nước) sang một pha lỏng khác không hòa tan (thường là dung môi hữu cơ).
Chiết xuất là quá trình sử dụng dung môi phù hợp để hòa tan và tách chất cần tinh chế ra khỏi môi trường rắn hoặc lỏng khác Thông thường, người ta chọn dung môi có nhiệt độ thấp và ít tan trong nước, vì các chất hữu cơ cần tinh chế thường không hòa tan tốt trong nước Qua quá trình này, chất cần tách sẽ chuyển phần lớn vào dung môi, cho phép sử dụng phễu chiết để tách riêng dung dịch thu được ra khỏi nước.
Bằng cách lặp lại quá trình chiết xuất, chúng ta có thể tách hoàn toàn chất cần tinh chế từ dung môi đã chọn Sau đó, dung môi sẽ được cất ra và chất tinh khiết được thu hồi ở nhiệt độ và áp suất thích hợp Phương pháp chiết xuất thường sử dụng bình chiết Soxhlet, trong đó dung môi được đun nóng để bay hơi và liên tục chảy vào bình chứa hỗn hợp cần chiết tách, thường được gói trong giấy lọc Dung môi hòa tan chất rắn cần tinh chế và thông qua ống xiphong, dung dịch sẽ chảy xuống bì nh cầu bên dưới, trong khi dung môi nguyên chất tiếp tục được cất lên Phương pháp này không chỉ tiết kiệm dung môi mà còn mang lại hiệu quả cao trong quá trình chiết xuất.
Chiết đơn giản, một lần
Đun nóng hợp chất với dung môi trong bình cầu có sinh hàn hồi lưu, sau đó lọc nóng hoặc để lắng cho trong và chắt lọc Khi làm việc với lượng chất nhỏ, sử dụng ống nghiệm có lắp sinh hàn ngón tay hoặc sinh hàn không khí.
Để đạt hiệu quả cao trong quá trình chiết, cần thực hiện nhiều lần để tách hoàn toàn chất cần tinh chế ra khỏi dung môi đã chọn Sau đó, tiến hành cất dung môi và thu được chất tinh khiết ở nhiệt độ và áp suất phù hợp.
Trong trường hợp cần thiết, việc sử dụng bộ dụng cụ tự động là rất quan trọng Bộ dụng cụ này bao gồm bình cầu, thiết bị chiết và sinh hàn hồi lưu Dung môi trong bình cầu sẽ được làm bốc hơi từng phần, sau đó ngưng tụ và nhỏ vào chất chiết trong túi giấy lọc, rồi chảy trở lại bình Quá trình này giúp làm giàu cấu tử cần tách trong dung môi.
1.6.3 Phương pháp hòa tan trong dung môi hữu cơ [15]
Phương pháp này được áp dụng để tách và tinh chế các chất hữu cơ rắn, dựa trên nguyên tắc rằng các chất khác nhau có độ hòa tan khác nhau trong cùng một dung môi.
Dung môi lý tưởng cho quá trình tinh chế thường có độ hòa tan của chất rắn thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ Bằng cách tạo dung dịch bão hòa ở nhiệt độ cao, thường là nhiệt độ sôi của dung môi, các tạp chất sẽ được giữ lại trong dung dịch Quá trình kết tinh nhiều lần trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi khác nhau giúp thu được tinh thể tinh khiết hơn Ngoài ra, có thể sử dụng dung môi có độ hòa tan cao với tạp chất để loại bỏ chúng khỏi chất rắn cần tinh chế Một số dung môi phổ biến bao gồm nước, ancol metylic, axeton, axit axetic, ete, benzene, chloroform, etyl axetat, n-hexan, và ete dầu hỏa, hoặc đôi khi là hỗn hợp giữa chúng.
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
Kết tinh là một phương pháp quan trọng để tinh chế các chất rắn, diễn ra qua quá trình hình thành và phát triển của tinh thể từ trạng thái nóng chảy, dung dịch hoặc khí Để thực hiện kết tinh, cần hòa tan các sản phẩm thô trong dung môi thích hợp ở nhiệt độ cao cho đến khi đạt mức bão hòa, sau đó lọc nóng dung dịch để loại bỏ các thành phần chưa hòa tan Khi dung dịch nguội, hợp chất sẽ kết tinh ra ở dạng tinh khiết hơn Quá trình kết tinh bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau.
-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
Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Phương pháp AAS còn gọi là phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric)
Nguyên tử trong trạng thái bình thường không hấp thụ hay bức xạ năng lượng, nhưng khi ở dạng hơi nguyên tử tự do, chúng có khả năng này Mỗi nguyên tử chỉ hấp thụ bức xạ nhất định tương ứng với bức xạ mà chúng phát ra trong quá trình phát xạ Khi nhận năng lượng, nguyên tử có thể chuyển lên mức năng lượng cao hơn, được gọi là trạng thái kích thích.
Quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do trong trạng thái hơi tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử, là cơ sở cho phương pháp phân tích này Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử được sử dụng để xác định lượng nhỏ kim loại và á kim trong nhiều loại mẫu khác nhau, bao gồm quặng, đất, nước khoáng, mẫu sinh học, y tế, sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm, nước uống, phân bón và vật liệu.
Hình 1.11 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
1.7.2 Trang bị của phép đo
Bao gồm các bộ phận cơ bản sau:
Nguồn phát tia bức xạ cộng hưởng cho nguyên tố cần phân tích thường sử dụng đèn cathod rỗng HCL (Hollow Cathode Lamp) hoặc đèn phóng điện không điện cực EDL (Electronic Discharge Lamp).
Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích bao gồm hai loại kỹ thuật, trong đó có kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa (Flame AAS) Kỹ thuật này sử dụng khí C2H2 kết hợp với không khí nén hoặc oxit nitơ (N2O) để thực hiện quá trình phân tích.
+ Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa, sử dụng lò đốt điện, gọi là ETA-AAS (Electro -Thermal-Atomization AAS)
- Bộ đơn sắc có nhiệm vụ thu nhận, phân ly và ghi tính hiệu bức xạ đặc trưng sau khi được hấp thu
- Hệ điện tử/ máy tính để điều khiển và xử lý số liệu
Phép đo AAS dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu bức xạ đơn sắc qua đám hơi của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Để thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, cần phải tiến hành các quá trình cụ thể.
Quá trình nguyên tử hóa mẫu là bước quan trọng trong phân tích AAS, nơi mẫu phân tích được chuyển từ trạng thái rắn hoặc dung dịch sang trạng thái hơi của các nguyên tử tự do Để đạt hiệu suất cao và ổn định, cần chọn điều kiện và thiết bị phù hợp, có thể sử dụng ngọn lửa hoặc kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa Việc nghiên cứu và lựa chọn các điều kiện tối ưu cho quá trình nguyên tử hóa là cần thiết để đảm bảo độ chính xác cho từng nguyên tố phân tích trong mỗi mẫu cụ thể.
+Thành phần và tốc độ của hỗn hợp khí đốt tạo ra ngọn lửa
+Tốc độ dẫn của dung dịch mẫu
+Chiều cao đèn nguyên tử hóa
+Bề dày của môi trường hấp thụ
+Độ nhớt của dung dịch mẫu
Dung dịch phân tích và dung dịch chuẩn cần được chuẩn bị trong cùng điều kiện để đảm bảo có thành phần hóa học và vật lý đồng nhất, đặc biệt là về thành phần nền của mẫu, độ axit, và loại axit sử dụng làm môi trường.
Chiếu chùm tia sáng phát xạ của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử vừa điều chế, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định, tạo ra phổ hấp thụ đặc trưng Cường độ của chùm sáng bị hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ của nguyên tố trong môi trường hấp thụ Nguồn phát tia sáng này được gọi là nguồn bức xạ đơn sắc.
Nguồn phát bức xạ đơn sắc phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+Nguồn phát bức xạ đơn sắc phải tạo ra được chùm tia phát xạ thuần khiết, chỉ bao gồm một số vạch nhạy của yếu tố phân tích
Chùm tia sáng cần có cường độ cao và bền vững theo thời gian, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố vật lý hay dao động trong điều kiện làm việc Hơn nữa, sản phẩm cũng phải có giá cả hợp lý và dễ dàng sử dụng.
Quá trình ghi đo bao gồm hệ thống phân ly ánh sáng sau khi hấp thụ, detector, bộ khuếch đại và ghi đo Hệ thống máy quang phổ được sử dụng để thu thập, phân ly và chọn vạch hấp thụ của nguyên tố nghiên cứu nhằm đo cường độ của vạch đó.
Cường độ là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ, và trong một giới hạn nồng độ nhất định, nó có mối quan hệ tuyến tính với nồng độ C của nguyên tố trong mẫu phân tích Sau khi được detector ghi nhận và khuếch đại, cường độ của các vạch phổ hấp thụ sẽ được chuyển đến hệ thống chỉ thị, nơi nó tiếp tục được khuyếch đại và xử lý để xác định cường độ thực của vạch phổ hấp thụ.
Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis là một kỹ thuật phân tích hiệu quả, dựa trên việc so sánh độ hấp thụ bức xạ đơn sắc của dung dịch nghiên cứu với dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định Phương pháp này cho phép xác định lượng nhỏ các chất một cách nhanh chóng và tiết kiệm thời gian so với các phương pháp khác Ngoài ra, nó còn có khả năng phân tích định tính, vì mỗi dung dịch màu chỉ hấp thụ bức xạ ở những bước sóng nhất định ( max).
1.8.2 Máy đo quang UV-Vis
Máy UV-Vis là thiết bị phổ biến trong phòng phân tích, thường được kết nối với máy vi tính để thuận tiện trong việc ghi nhận phổ Nhờ vào các chương trình đo tự động với nhiều chế độ khác nhau, việc ghi phổ trở nên dễ dàng hơn Bên cạnh đó, máy còn cho phép lưu trữ và so sánh các phổ đối chiếu khi cần thiết.
Máy quang phổ UV-Vis bao gồm các bộ phận chính như nguồn phát bức xạ, bộ tạo đơn sắc, bộ phận chia chùm sáng, bộ phận đo và so sánh cường độ ánh sáng, bộ chuyển đổi tín hiệu điện (detector) và bộ phận ghi phổ.
Nguồn sáng cần có năng lượng đủ lớn trong vùng bước sóng hấp thụ của chất phân tích để đảm bảo khả năng dò tìm và đo chính xác Bên cạnh đó, sự ổn định của nguồn sáng trong suốt quá trình đo cũng là yếu tố quan trọng.
Bộ phận đơn sắc ánh sáng giúp tách chùm tia song song từ nguồn sáng thành các tia đơn sắc theo các phương khác nhau Các máy đơn giản thường sử dụng bộ kính lọc màu cho một vùng phổ nhất định hoặc lăng kính để tách các chùm tia đơn sắc Trong khi đó, các máy có độ phân giải và độ nhạy cao sử dụng bộ đơn sắc hóa là các bộ cách tử phản xạ.
Detector là thiết bị nhận diện ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện để đo cường độ ánh sáng Trong các thiết bị đơn giản, tế bào quang điện được sử dụng, trong khi các máy hiện đại với độ nhạy cao thường sử dụng ống nhân quang điện.
Bộ phận ghi phổ tiếp nhận tín hiệu điện đã được khuếch đại, xử lý và ghi lại phổ để chuyển vào máy tính, từ đó hiển thị và lưu trữ dữ liệu Phần mềm máy tính hỗ trợ đo độ hấp thụ của dung dịch tại các bước sóng khác nhau, lập đường chuẩn, quét phổ và thực hiện các phép toán như cộng, trừ, nhân, chia các phổ, cũng như phân tích dữ liệu từ phép đo hỗn hợp và định lượng toàn phổ.
Hình 1.12 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
(1) Nguồn phát bức xạ (4) Dung dịch chất nghiên cứu
(2) Bộ tạo đơn sắc (5) Dung môi
(3) Bộ chia chùm sáng (6) Detector
Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS dựa trên nguyên lý rằng các phân tử của chất hấp thụ ánh sáng đặc trưng cho cấu trúc của chúng Theo định luật hấp thụ quang Bouguer-Lambert-Beer, độ hấp thụ quang (A) phụ thuộc vào ba yếu tố: λ (chùm sáng kích thích), L (bề dày lớp dung dịch tính bằng cm) và C (nồng độ chất tính theo mol/l) Công thức tính toán độ hấp thụ quang được biểu diễn như sau: A = lg(I₀/I) = ε.l.C.
Trong đó : A là độ hấp thụ (còn gọi là mật độ quang và kí hiệu là D)
C là nồng độ chất tan (mol/L) l là bề dày của cuvet chứa mẫu (cm)
là hệ số hấp thụ mol (L.mol -1 cm -1 )
Từ độ hấp thụ tại một bước sóng cụ thể, chúng ta có thể xác định nồng độ của chất trong dung dịch Để phát bức xạ tử ngoại, người ta sử dụng đèn đơteri (D2), trong khi bức xạ khả kiến được phát ra từ đèn W/I2 Bộ tạo đơn sắc, thường là lăng kính thạch anh hoặc cách tử, có chức năng tách riêng từng dải sóng hẹp Chùm tia đơn sắc được chia sẻ và hướng tới cuvet chứa dung dịch mẫu và cuvet chứa dung môi Bộ phận phân tích (detector) sẽ so sánh cường độ chùm sáng đi qua dung dịch (I) và dung môi (I0) Tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện, sau đó được phóng đại và ghi lại để vẽ đường cong phụ thuộc của lgI0/I theo bước sóng.
Sử dụng máy vi tính, bộ tự ghi có khả năng ghi lại các số liệu quan trọng như giá trị bước sóng (λ) và độ hấp thụ (A) Đồng thời, chúng ta cũng có thể xác định hệ số hấp thụ mol (ε) theo định luật Lamber-Beer.
Dung môi sử dụng trong đo UV-Vis cần phải không hấp thụ ánh sáng ở vùng phổ cần đo Các dung môi phổ biến bao gồm metanol, etanol, và nước, cùng với các dung môi không màu như cloroform, dioxan và benzen Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, dung môi cần được tinh chế cẩn thận, vì ngay cả một lượng tạp chất nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả.
Chỉ các máy phổ đặc biệt mới có khả năng đo trong vùng tử ngoại xa (