Luận Văn Nghiên cứu chiết xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Nghiên cứu chiết xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANG MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT . vi
DANH MỤC CÁC BẢNG . vii
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
MỞ ĐẦU 1
Phần 1. TỔNG QUAN . 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM [4] . 3
1.1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất màu trong chế biến thực
phẩm . 3
1.1.2. Vai trò chất màu thực phẩm . 3
1.1.3. Phân loại chất màu thực phẩm . 3
1.1.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm . 6
1.2. TỔNG QUAN VỀ THANH LONG 6
1.2.1. Tên gọi 6
1.2.2. Đặc điểm hình thái . 7
1.2.3. Đặc điểm sinh trưởng . 7
1.2.4. Phân loại thanh long 9
1.2.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long ở Việt Nam và trên thế giới . 10
1.3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU BETACYANIN [4][5] . 11
1.3.1. Khái niệm vế chất màu betalain và betacyanin: 11
1.3.2. Cấu trúc hóa học của các betalain và betacyanin 12
1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của betacyanin: . 13
1.3.4. Chức năng sinh học và ứng dụng . 15
1.3.5. Tình hình khai thác và ứng dụng betacyanin tự nhiên làm chất màu
thực phẩm 16
1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT . 17
iii
1.4.1. Các kháiniệm cơ bản về quá trình chiết . 17
1.4.2. Các phương pháp chiết . 19
1.4.3. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên 20
Phần 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 23
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 23
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị . 23
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 24
2.2.1. Xác định thành phần khối lượng của quả thanh long: 24
2.2.2. Xác một số thành phần hóa học của vỏ thanh long 24
2.2.3. Quy trình dự kiến sản xuất betacyanin từ vỏ quả thanh long . 24
2.2.4. Xác định điều kiện thích hợp chiết betacyanin từ vỏ thanh long . 26
2.2.5. Lựa chọn quy trình thích hợp chiết betacyanin: 30
2.2.6. Nghiên cứu phương pháp bảo quản dịchchiết betacyanin . 30
2.2.7. Thử nghiệm quy trình chiết -Đánh giá chất lượng sản phẩm . 32
2.2.8. Xử lý số liệu . 32
Phần 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 33
3.1. Thành phần khối lượng của quả thanh long . 33
3.2. Một số thành phần hóa học của vỏ thanh long . 34
3.3. Xây dựng quy trình chiết betacyanin từ vỏ quả thanh long 34
3.3.1. Chọn dung môi chiết 34
3.3.2 Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu . 35
3.3.3. Chọn thời gian chiết và số lần chiết 36
3.3.4. So sánh hiệu suất chiết của hai phương pháp 40
3.4. Kết quả khảo sát độ bền màu của dịch chiết betacyanin 42
3.4.1. Khi không bổ sung vitamin C . 42
3.4.2.Khi bổ sung vitamin C . 44
3.5. Hoàn thiện quy trình chiết sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh
long –Sản xuất thử nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm . 45
iv
3.6. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm. . 49
KẾT LUẬN . 50
Ý KIẾN ĐỀ XUẤT . 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC
v
DANHMỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT
A Absorbance Độ hấp thụ
D Dilution factor Hệ số pha loãng
H Hour giờ
H2O Water Nước
HPLC
(hay: LC)
High-Performance Liquid
Chromatography Sắc ký lỏng hiệu năng cao
MeCN Acetonitrile Axetonitril
Min Minute Phút
Nm Nanometer Nanomet
Ppm part per million phần triệu
R
2
Correlation coefficient Hệ số tương quan
Rpm round per minute vòng/phút
RT
Retention Time Thời gian lưu
SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn
UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại-khả kiến
v/v Volume/volume thể tích / thể tích
v/w Volume/weight thể tích/khối lượng
w/v weight/volume khối lượng/thể tích
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp 4
Bảng 1.2. Một số chất màu tự nhiên thông dụng 5
Bảng 3.1 : Thành phần khối lượng của quả thanh long 33
Bảng 3.2. Một vài thành phần hóa học cơ bản của vỏ thanh long 34
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất chiết
betacyanin từ vỏ thanh long . 37
Bảng 3.4. Kết quả sản xuất thử nghiệm dịch chiết betacyanin cô đặc . 48
Bảng 3.5. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng quan trọng của sản phẩm
betacyanin cô đặc 48
Bảng 3.6. Ước tính chi phí nguyên vật liệu để chiết betacyanin từ 1000 kg vỏ
thanh long 49
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cây thanh long . 9
Hình 1.2. Các loại thanh long . 10
Hình 1.3. Màu sắc của cácloại hoa xương rồng thay đổi theo tỷ lệ betaxanthin
và betacyanin . 12
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử acid betalamic và vài betacyanin thường gặp . 13
Hình 1.5. Các dạng sản phẩm chất màu betacyanin từ củ cải đường 16
Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị chiết SFE 21
Hình 1.7. Sơ đồ thiết bị chiết ASE . 21
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh
long phế liệu 25
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện chiết betacyanin từ vỏ thanh long 29
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn lưa quy trình thích hợp chiết xuất betanin
từ vỏ thanh long . 30
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền màu của dịch chiết betacyanin
không bổ sung vitamin C . 31
Hình 3.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất chiết betacyanin . 35
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguy ên li ệu đến hiệu suất chiết betacyanin 36
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất chiết
betacyanin từ vỏ thanh long . 37
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần siêu âm . 38
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào thời gian ngâm chiết . 39
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần ngâm chiết 40
Hình 3.7. So sánhhiệu quả chiết của 2 phương pháp chiết . 41
Hình 3.8. Độ bền màu của betacyanin khi chưa bổ sung vitamin C 43
Hình 3.9. Độ bền màu của betacyanin khi bổ sung 0,01% (w/v) vitamin C 43
Hình 3.10: Mẫu bảo quản ở nhiệt độ phòng . 45
Hình 3.11. Mẫu bảo quản ở 40C 45
Hình 3.12. Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh long 46
Hình 3.13. Sản phẩm betacyanin cô đặc thu được 48
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do thực hiện đề tài
Trong những năm gần đây, bên cạnh các loại nông sản được người tiêu dùng
trong và ngoài nước biết đến từ lâu như cà phê Đaklak, bưởi Phúc Trạch, nước mắm
Phú Quốc, vải thiều Lục Ngạn, quả thanh long Bình Thuận (Hylocereus spp.)cũng
đã trở thành một trong những mặt hàng được nhà nước bảo hộ nhãn hiệu độc quyền
trên phạm vi cả nước và trên thế giới.
Hiện nay, Việt Nam được xem là một trong 4 quốc gia có sản lượng thanh
long nhiều nhất thế giới. Chỉ tính riêng Bình Thuận, tổng sản lượng thanh long đạt
trên 130 nghìn tấn/năm với diện tích trồng thanh long lên đến gần10 nghìn hecta.
Lượng thanh long phần lớn được xuất khẩu để cung ứng cho các thị trường châu Á,
châu Âu.
Ngoài việc xuất khẩu quả thanh long tươi, tỉnh Bình Thuận đang xây dựng
một dự án sản xuất thanh long đóng hộp xuất khẩu với công suất khoảng 7.000
tấn/năm [11]. Khi dây chuyền này đi vào hoạt động sẽ thải ra một khối lượng đáng
kể vỏ thanh long (trên 2000 tấn/năm). Nếu không được xử lý hay tận dụng, lượng
phế thải này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà cònlà một sự lãng phí rất lớn vì
vỏ thanh long chính là một nguồn sắc tố betcyanin tự nhiên quý giá, có thể ứng
dụng trong công nghiệp chất màu thực phẩm. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu
chiết xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp.” là một
hướng đi đúng và cần thiết hiện nay.
Những kết quả của đề tài này có thể xem là cơ sở ban đầu để nghiên cứu khả
năng chiết xuất và ứng dụng chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long trong công
nghiệp thực phẩm.
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài này là xây dựng quy trình thích hợp cho phép chiết
betanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp.
2
Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
-Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho phép chiết betacyanin từ vỏ quả thanh
long.
-Khảo sát độ bền của dịch chiết thu được trong những điều kiện khác nhau.
Từ đó, đề xuất phương pháp bảo quản và khả năng ứng dụng của chất màu
betacyanin trong công nghiệp thực phẩm.
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu của tôi còn hạn chế cũng như khó
khăn về điều kiện thực nghiệm nên mặc dù rất cố gắng đề tài này không tránh khỏi
những thiếu sót.
Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô cũng như sự góp ý từ các bạn sinh
viên để đề tài này có thể được hoàn thiện hơn.
3
Phần 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM [9][5]
1.1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất màu trong chế biến thực phẩm
Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đầu tiên đối với mỗi
sản phẩm thực phẩm. Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng tới chất lượng, mùi
vị, độ ngọt của thực phẩm. Nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tương ứng, phù
hợp lẫn nhau thì người tiêu dùng sẽ không cảm nhận được chính xác được mùi vị và
chất lượng của thực phẩm. Thực vậy, trong một nghiên cứu của nhà thực phẩm học
Johnson với đề tài “Bảo vệ thực phẩm” năm 1983 đã chứng minh rằng vị ngọt của
nước giải khát trái dâu sẽ tăng lên 2-12% nếu ta tăng hàm lượng của chất màu của
loại nước giải khát này. Do vậy, việc sử dụng các chất màu trong chế biến thực
phẩm là điều rất cần thiết.
1.1.2. Vai trò chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm mặc dù không có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng,
nhưng có những chức năng quan trọng sau đây:
 Đảm bảo sự đồng nhất về màu sắc thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô
sản phẩm khác.
 Tăng cường màu sắc tự nhiên vốn có của thực phẩm để thu hút người tiêu
dùng.
 Làm cho người tiêu dùng chú ý đến mùi vị tự nhiên của thực phẩm do giữa
màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau.
 Tạo màu cho một số thực phẩm vốn không màu hay có màu nhạt (như các
loại kẹo, snack, nước giải khát, .) nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng.
 Phục hồi lại vẻ bên ngoài của thực phẩm do chất màu bị biến đổi trong quá
trình chế biến (Delgado-Vargas et al., 2000).
1.1.3. Phân loại chất màu thực phẩm
4
Chất màu thực phẩm được chia làm 3 nhóm chính: chất màu tự nhiên, chất
màu vô cơ , chất màu hữu cơ tổng hợp, chất màu tự nhiên.
1.1.3.1. Chất màu vô cơ:
Vào trước thế kỷ 20, phần lớn chất tạo màu thực phẩm đều có nguồn gốc từ
các loại khoáng vật tự nhiên độc hại.
Ví dụ: CuSO
4
dùng để tạo màu cho các loại dưa chua, phèn nhôm để tẩy trắng
bánh mì, phomát được nhuộm màu bằng phẩm màu đỏ chứa Pb hay HgSO
4
,
Tuy nhiên, cùng với việc ban hành những quy định về an toàn thực phẩm của
Hoa Kỳnăm 1960, ngành công nghiệp thực phẩm dần dần chuyển sang sử dụng các
loại chất màu hữu cơ tổng hợp.
1.1.3.2. Chất màu hữu cơ tổng hợp: là các chất màu được tổng hợp bằng
phương pháp hóa học.
Các loại chất màu hữu cơ tổng hợp được chia làm 3 nhóm:
NhómA: gồm các chất không mang độc tính nhưng gây ngộ độc tích lũy.
Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
Loại chất màu Liều lượng sử dụng (mg/kg trọng lượng)


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. Hoàng Minh Châu (2003), Cơ sở hóa học phân tích, nhà xuất bản KHKT
[2]. Nguyễn Thị Cúc (2003), Nghiên cứu thử nghiệm chiết rút chất màu từ ruột
bí đỏ, luận văn tốt nghiệp trường Đại Học Nha Trang
[3]. Vũ Đăng Đô (1998), Cơ sở lý thuyết các quá trình hóa học, nhà xất bản giáo
dục
[4]. Nguyễn Thị Hương Giang(2004),Nghiên cứu thử nghiệm chiết rút chất màu
thực phẩm từ ruộ tquả bí đỏ bằng dung môi cồn, luận văn tốt nghiệp trường
Đại Học Nha Trang
[5]. Trần Kim Quy(1987), Kỹ thuật các chất màu, nhà xuất bản TPHCM
Tiếng Anh
[6]. Alison, D., Paul, C. (2000), Colouring our foods in the last and next
millennium, J. Food Sci. & Tech., 35, p.5-22.
[7]. Harivaindaran, K.V., Rebecca, O.P.S; Chandran, S. (2008), Study of Optimal
Temperature, pH and Stability of Dragon Fruit (Hylocereus polyrhizus) Peel for
Use as PotentialNatural Colorant, Pakistan J. Bio. Sci., 11 (18), 2259 –2263.
[8]. Henriette M.C.A., André N.S., Arthur C.R.S., Kênya C.B. M., Maria I. R.A.
(2007), Betacyanin Stability During Processing and Storage of a
Microencapsulated Red Beet Extract, American J. Food Tech., Vol 2 (4), 307- 312.
[9]. Lim Tze Han (2004), Betacyanins from Hylocereus undatus as natural food
colorants, Thesis of Master Science, National University of Singapore.
[10]. Lima,E.C., Krug, F. J., Arruda, M.A.Z. (1998), Direct determination in sweet
fruit-flavoured powder drinks by electrothermal atomic absorption
spectrometry, J. Spectrochimica Acta, Part B 53, p.601-611.
Internet
[11]. http://www.socongthuong.binhthuan.gov.vn/Detail_project.asp?ProId=3
[12]. http://en.wikipedia.org/wiki/Betalain