Luận án Ứng dụng phẩm màu giàu Anthocyanin từ khoai lang tím trong chế biến thực phẩm

Lời cam đoan . iv

Danh mục chữ và ký hiệu viết tắt . v

Danh mục các bảng . vii

Danh mục các hình vẽ, đồ thị . ix

MỞ ĐẦU . 1

CHưƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. 5

1.1. Tổng quan về hợp chất màu anthocyanin. 5

1.1.1. Cấu trúc của anthocyanin. 5

1.1.2. Sự phân bố anthocyanin trong tự nhiên . 6

1.1.3. Đặc tính quang phổ của anthocyanin . 8

1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin. 9

1.1.5. Hoạt tính sinh học của anthocyanin . 13

1.1.6. Ứng dụng của anthocyanin trong chế biến thực phẩm . 16

1.2. Tổng quan về khoai lang tím. 18

1.3. Chiết tách anthocyanin. 20

1.3.1. Dung môi chiết anthocyanin . 20

1.3.2. Phương pháp chiết tách anthocyanin . 21

1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu anthocyanin từ KLT. 25

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới. 25

1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. 31

CHưƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHưƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 34

2.1. Nguyên liệu. 34

2.2. Hoá chất và thiết bị nghiên cứu . 35

2.3. Phương pháp nghiên cứu. 35

2.3.1. Phương pháp hóa lý. 35

2.3.2. Phương pháp sinh học . 39

2.3.3. Phương pháp toán học. 40

2.3.4. Phương pháp lấy mẫu nghiên cứu. 41

2.3.5. Phương pháp đánh giá cảm quan . 41ii

2.4. sơ đồ và nội dung nghiên cứu. 42

2.5. phương pháp thực nghiệm . 44

2.5.1. Nghiên cứu lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT . 44

2.5.2. Nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ KLT. 46

2.5.3. Nghiên cứu đặc tính, thành phần anthocyanin của KLT . 48

2.5.4. Nghiên cứu tạo chế phẩm màu anthocyanin dạng bột từ KLT . 49

2.5.5. Nghiên cứu ứng dụng phẩm màu anthocyanin trong chế biến thực phẩm

. 49

2.5.6. Nghiên cứu tận dụng bã KLT sau khi chiết anthocyanin. 51

CHưƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. 53

3.1. Lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT . 53

3.1.1. Lựa chọn vùng nguyên liệu KLT cho hàm lượng anthocyanin cao . 53

3.1.2. Ảnh hưởng của độ lớn nguyên liệu KLT đến hàm lượng anthocyanin 53

3.1.3. Một số thành phần hóa học của nguyên liệu KLT. 54

3.1.4. Sự tổn thất của KLT sau thu hoạch. 55

3.1.5. Xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin . 58

3.2. Chiết tách anthocyanin từ KLT . 64

3.2.1. Chiết tách anthocyanin từ paste KLT . 65

3.2.2. Chiết tách anthocyanin từ bột KLT. 75

3.2.3. So sánh quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT và bột KLT . 76

3.2.4. Xác định hàm lượng anthocyanin trong KLT. 77

3.2.5. Trung hòa dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT. 79

3.2.6. Tinh sạch dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT. 79

3.3. Đặc tính, thành phần anthocyanin của KLT. 81

3.3.1. Đặc tính quang phổ của chất màu anthocyanin từ KLT . 81

3.3.2. Xác định thành phần anthocyanin của KLT . 82

3.3.3. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến độ bền màu của anthocyanin từ

KLT . 90

3.3.4. Hoạt tính sinh học anthocyanin từ KLT. 94

3.4. Tạo chế phẩm màu và xây dựng tiêu chuẩn cho chế phẩm màu

anthocyanin từ KLT . 100iii

3.4.1. Tạo chế phẩm màu anthocyanin từ dịch chiết KLT. 100

3.4.2. Đề xuất quy trình thu nhận chế phẩm màu anthocyanin từ KLT . 103

3.4.3. Xác định một số chỉ tiêu chất lượng của phẩm màu anthocyanin từ KLT

. 105

3.4.4. Xây dựng tiêu chuẩn cho phẩm màu anthocyanin từ KLT. 106

3.5. Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT trong chế biến thực

phẩm . 113

3.5.1. Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT làm phụ gia tạo màu

trong sản xuất kẹo dẻo. 113

3.5.2. Nghiên cứu sản xuất bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT như

một dạng thực phẩm chức năng . 116

3.6. Tận dụng bã KLT sau khi chiết anthocyanin. 123

3.6.1. Xác định một số chỉ tiêu của bã KLT . 123

3.6.2. Điều kiện thủy phân tinh bột KLT. 124

3.6.3. Thời gian lên men ethanol bã KLT. 126

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 127

A. Kết luận . 128

B. Những đóng góp mới của luận án . 128

C. Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo . 129

Các công trình khoa học đã công bố . 130

 

pdf154 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 841 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Ứng dụng phẩm màu giàu Anthocyanin từ khoai lang tím trong chế biến thực phẩm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thất của KLT sau thu hoạch. 3.1.5. Xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin KLT sau thu hoạch nếu tồn trữ ở nhiệt độ phòng sự tổn thất xảy ra mạnh, do đó cần nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu KLT nhằm thuận lợi cho việc bảo quản và chiết tách anthocyanin. Nghiên cứu xử lý nguyên liệu KLT để chiết anthocyanin được thực hiện theo phương pháp mô tả ở mục 2.5.1.4 chương 2. 3.1.5.1. Phương pháp xử lý nguyên liệu KLT tươi Quá trình xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin tương đối khó hơn những nguyên liệu giàu anthocyanin khác. Nguyên nhân là do nguyên liệu KLT có cấu trúc cứng, chắc, đồng thời hệ enzyme polyphenoloxydase hoạt động rất mạnh, nên trong quá trình xử lý, KLT dễ tiếp xúc với oxy không khí gây nên quá trình oxy hóa các hợp chất polyphenol (trong đó có anthocyanin) làm cho hàm lượng anthocyanin giảm mạnh. Theo kết quả nghiên cứu của Yang và cộng sự (2008) là quá trình làm nhỏ và sấy khô nguyên liệu KLT bằng không khí nóng làm mất 65% anthocyanin [116]. Vì vậy, đối với nguyên liệu KLT tươi không nên làm nhỏ, sấy 51.67c 61.65b 90.96a 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6S ự t h a y đ ổ i h à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in s o v ớ i b a n đ ầ u , % Thời gian, tuần L1 L2 L3 59 khô để bảo quản và chiết tách anthocyanin. Với mong muốn có được quy trình chiết anthocyanin triệt để, đồng thời yêu cầu thiết bị không quá đắt tiền, dễ áp dụng cần nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin. a) Ảnh hưởng của phương pháp phá vỡ cấu trúc KLT tươi Anthocyanin nằm ở không bào của tế bào thực vật, do đó để quá trình chiết anthocyanin được thuận lợi cần nghiên cứu phương pháp phá vỡ cấu trúc nguyên liệu. Kết quả hàm lượng anthocyanin của KLT với 3 phương pháp xử lý khác nhau được trình bày ở Hình 3.10 (Phụ lục 6.3). Kết quả trên Hình 3.10 cho thấy mẫu M3 cho hàm lượng anthocyanin nhiều nhất, tiếp đến là M2 và mẫu M1 là ít nhất. Điều này có thể được giải thích như sau: - Mẫu M1 là KLT tươi nên trong Hình 3.10. Ảnh hưởng của phương pháp xử lý KLT đến hàm lượng anthocyanin M1: Xay nhỏ; M2: Xay trong dung môi; L3: Hấp chín, đánh nhỏ nguyên liệu có chứa enzyme oxy hóa các hợp chất polyphenol, khi nghiền các hợp chất polyphenol đã tiếp xúc với oxy không khí nên bị oxy hóa dưới tác dụng của enzyme polyphenol oxydase (trong đó có anthocyanin), vì vậy làm cho hàm lượng anthocyanin giảm đáng kể [44]. - Với mẫu M2 do KLT được ngâm trong dung môi vừa xay nhỏ vừa chiết anthocyanin nên hạn chế sự tiếp xúc của anthocyanin với oxy không khí, đồng thời ở nhiệt độ chiết 70°C một phần enzyme oxy hóa các hợp chất polyphenol bị vô hoạt nên hàm lượng anthocyanin thu được cao hơn mẫu M1. - Với mẫu M3 do quá trình hấp chín đã vô hoạt hoàn toàn hệ enzyme oxy hóa các hợp chất polyphenol nên hàm lượng anthocyanin thu được cao nhất (gấp 1,43 lần so với mẫu M1 và 1,08 lần so với mẫu M2). Từ kết quả nghiên cứu trên phương pháp xử lý nguyên liệu KLT tươi để chiết 139.90c 184.84b 199.78a 100 120 140 160 180 200 220 M1 M2 M3 H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Mẫu khoai lang tím 60 tách anthocyanin được chọn là KLT cần được hấp chín để vô hoạt các enzyme oxy hóa hợp chất polyphenol, sau đó đánh nhỏ tạo thành dạng paste để phá vỡ cấu trúc nguyên liệu nhằm thuận lợi cho quá trình chiết anthocyanin. Phương pháp xử lý nguyên liệu này rút ngắn thời gian chiết và cho hàm lượng anthocyanin cao hơn khoảng 6,7% so với phương pháp xử lý KLT và chiết tách anthocyanin tham khảo theo Bridgers và cộng sự (2010) [34] ở mục 3.1.1. b) Ảnh hưởng của quá trình gọt vỏ Kết quả xác định hàm lượng anthocyanin của 2 mẫu KLT nguyên vỏ và gọt vỏ được thể hiện trên Hình 3.11. Qua kết quả trên Hình 3.11 có thể nhận thấy với mẫu KLT nguyên vỏ cho hàm lượng anthocyanin cao hơn mẫu gọt vỏ. Điều này chứng tỏ vỏ của nguyên liệu KLT không làm ảnh hưởng đến quá trình chiết Hình 3.11. Ảnh hưởng của quá trình gọt vỏ đến hàm lượng anthocyanin anthocyanin. Mẫu KLT gọt vỏ hàm lượng anthocyanin giảm nhẹ, điều này có thể được giải thích là quá trình gọt vỏ đã làm thất thoát một phần chất màu anthocyanin theo vỏ. Từ kết quả nghiên cứu này có thể nhận thấy đối với nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin không cần tiến hành gọt vỏ. Vậy phương pháp xử lý nguyên liệu KLT tươi để chiết tách anthocyanin được chọn là rửa sạch, để nguyên vỏ, hấp chín, đánh nhỏ tạo thành dạng paste KLT. c) Một số chỉ tiêu chất lượng của paste KLT KLT được rửa sạch, hấp chín đánh nhỏ bằng máy đánh trộn tạo thành dạng paste, sau đó tiến hành xác định một số chỉ tiêu chất lượng. Kết quả một số chỉ tiêu cảm quan và lý hóa của paste KLT được trình bày ở Bảng 3.2. Kết quả ở Bảng 3.2 và Hình 3.12 cho Hình 3.12. Paste KLT 199.82a 196.63b 100 120 140 160 180 200 220 Nguyên vỏ Gọt vỏ H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in ( m g /1 0 0 g ch ấ t k h ô ) Mẫu khoai lang tím 61 thấy paste KLT có màu tím tự nhiên, mùi đặc trưng của KLT, không có mùi vị lạ. Độ ẩm và hàm lượng tinh bột của paste KLT cao. Độ chua của paste KLT nằm trong giới hạn cho phép đối với các loại bột thực phẩm. Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu chất lượng của paste KLT Chỉ tiêu Kết quả Cảm quan Màu tím tự nhiên, mùi đặc trưng của KLT, không có mùi vị lạ; khối bột nhão, không đóng cục (Hình 3.14) Lý hóa Độ ẩm (%) 65,51 ± 0,08 Đường khử (% chất khô nguyên liệu) 6,52 ± 0,06 Tinh bột (% chất khô nguyên liệu) 83,34 ± 0,0,38 Độ chua (số ml NaOH 0,1N/10g) 1,98 ± 0,05 3.1.5.2. Sản xuất bột KLT để chiết tách anthocyanin Paste KLT có độ ẩm lớn, khó bảo quản, do đó cần nghiên cứu làm khô sau khi hấp chín, tạo thành bột KLT nhằm thuận lợi cho công tác bảo quản và chiết tách anthocyanin. a) Ảnh hưởng của phương pháp làm khô Kết quả hàm lượng anthocyanin của các mẫu với 3 phương pháp làm khô: phơi nắng, sấy bằng không khí nóng ở áp suất thường và sấy chân không được trình bày ở Hình 3.13 (Phụ lục 6.4). Kết quả trên Hình 3.13 cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng anthocyanin trong bột KLT giữa Hình 3.13. Ảnh hưởng của phương pháp làm khô đến hàm lượng anthocyanin 2 phương pháp sấy bằng không khí nóng và phơi nắng khi trời nắng to. Sấy chân không cho hàm lượng anthocyanin cao hơn phương pháp sấy bằng không khí nóng và phơi khô, điều này có thể là do sấy chân không thời gian làm khô ngắn hơn nên 200.55b 200.33 b 207.41a 100 120 140 160 180 200 220 Phơi nắng Sấy không khí nóng Sấy chân không H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Phƣơng pháp làm khô 62 chất màu anthocyanin ít bị biến đổi [110]. Sự chênh lệch về giá trị hàm lượng anthocyanin giữa sấy chân không và sấy áp suất thường không lớn lắm (khoảng 4%), nhưng phương pháp sấy chân không đòi hỏi thiết bị sấy phức tạp với chi phí cao hơn. Với phương pháp phơi nắng cho hàm lượng anthocyanin tương đương với sấy bằng không khí nóng ở áp suất thường, tuy nhiên phương pháp này phụ thuộc vào thời tiết và khó đảm bảo vệ sinh. Vì vậy, để sản xuất bột KLT có thể sử dụng phương pháp sấy chân không trong điều kiện thiết bị cho phép hoặc có thể sấy bằng không khí nóng ở áp suất thường. b) Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng anthocyanin Kết quả sự thay đổi độ ẩm trong quá trình sấy và hàm lượng anthocyanin của các mẫu bột KLT sau khi sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau được trình bày ở Hình 3.14 và 3.15 (Phụ lục 6.5). Hình 3.14. Sự thay đổi độ ẩm khi sấy KLT ở các nhiệt độ khác nhau Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng anthocyanin Kết quả trên Hình 3.14 và Hình 3.15 cho thấy trong khoảng nhiệt độ sấy 60- 90°C khi tăng nhiệt độ sấy thì thời gian sấy được rút ngắn và hàm lượng anthocyanin trong bột KLT tăng. Hàm lượng anthocyanin đạt cực đại khi sấy ở 90°C trong thời gian 90 phút (206,70mg/100g chất khô). Điều này cho thấy anthocyanin từ KLT có khả năng ổn định màu khá tốt. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ sấy lên 100°C trong thời gian sấy 60 phút thì hàm lượng anthocyanin bắt đầu giảm do anthocyanin bị thoái hóa bởi nhiệt độ [110]. Trong quá trình tiến hành thực nghiệm có thể nhận thấy mẫu bột KLT sấy ở 65.05 7,82 7,33 7,16 7,19 7,46 0 10 20 30 40 50 60 70 0 30 60 90 120 150 180 210 Đ ộ ẩ m , % Thời gian, phút 60 70 80 90 100 195.27d 200.42c 204.31 b 206.70 a 201.03c 100 120 140 160 180 200 220 60 70 80 90 100H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Nhiệt độ sấy (°C) 63 90°C có hàm lượng anthocyanin cao tuy nhiên bề mặt bên ngoài chai cứng nên gây khó khăn cho quá trình nghiền nhỏ. Điều này được giải thích là do nhiệt độ sấy cao bề mặt bên ngoài của KLT đã hình thành lớp màng cứng. Đối với mẫu bột KLT sấy ở 80°C tuy có hàm lượng anthocyanin không bằng mẫu sấy ở 90°C nhưng xốp, khô đều. Do đó, nhiệt độ sấy KLT để sản xuất bột KLT được chọn là 80°C. c) Một số chỉ tiêu chất lượng của bột KLT KLT được hấp chín, sấy khô và nghiền nhỏ, tiến hành xác định một số chỉ tiêu cảm quan và lý hóa của bột KLT, kết quả được trình bày ở Bảng 3.3. Bảng 3.3. Một số chỉ tiêu chất lượng của bột KLT Chỉ tiêu Kết quả Cảm quan Màu tím tự nhiên, mùi đặc trưng của KLT, không có mùi vị lạ; bột khô rời, không ẩm ướt, đóng khối (Hình 3.19). Lý hóa Độ ẩm (%) 8,05 ± 0,02 Đường khử (% chất khô nguyên liệu) 7,46 ± 0,11 Tinh bột (% chất khô nguyên liệu) 81,78 ± 0,25 Độ chua (số ml NaOH 0,1N/10g) 2,83 ± 0,09 Kết quả ở Bảng 3.3 và Hình 3.16 cho thấy bột KLT có hàm lượng tinh bột thấp hơn và hàm lượng đường khử cao hơn paste KLT. Điều này có thể giải thích do quá trình làm khô một lượng nhỏ tinh bột bị thủy phân tạo thành đường. Độ chua của bột KLT cao hơn paste KLT, tuy nhiên vẫn nằm trong Hình 3.16. Bột KLT giới hạn cho phép đối với các loại bột thực phẩm. Bột KLT có độ ẩm thấp (8,05%), do đó thuận lợi cho việc bảo quản ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, hàm lượng đường khử của bột KLT khá cao nên cần bảo quản trong bao bì kín để tránh hút ẩm. 64 d) Sự biến đổi một số thành phần hóa học của bột KLT khi bảo quản Kết quả sự biến đổi hàm lượng tinh bột và anthocyanin của bột KLT khi bảo quản ở nhiệt độ phòng (20-30oC) được trình bày ở Hình 3.17 (Phụ lục 6.9 và 6.10). Kết quả trên hình 3.16 cho thấy sau 6 tháng bảo quản hàm lượng tinh bột hầu như không thay đổi và hàm lượng anthocyanin giảm còn 62,53% so với ban đầu. Điều này có thể giải thích là do bảo quản bột KLT ở nhiệt độ phòng nên chất màu anthocyanin bị thoái hóa theo thời gian [44]. Hình 3.17. Sự biến đổi anthocyanin và tinh bột của bột KLT khi bảo quản Kết luận 1: - Nguyên liệu KLT giống HL491 được trồng tại Vĩnh Long có hàm lượng anthocyanin cao hơn so với được trồng tại Quảng Nam và Đắk Lắk. - Nguyên liệu KLT có một số thành phần hóa học tương tự các loại khoai lang khác, hàm lượng các kim loại nặng As, Hg, Pb, Cd đều không phát hiện, vì thế an toàn cho người sử dụng. - KLT sau khi thu hoạch nếu tồn trữ ở nhiệt độ phòng sự tổn thất hàm lượng anthocyanin rất lớn. Sự tổn thất anthocyanin của KLT cao hơn so với sự tổn thất khối lượng và tinh bột, do đó cần có phương pháp bảo quản, xử lý, chế biến ngay. - Phương pháp xử lý KLT để chiết tách anthocyanin gồm các bước: hấp chín, đánh nhỏ tạo dạng paste hoặc hấp chín, cắt lát, sấy khô, nghiền nhỏ tạo bột KLT. - Điều kiện để làm khô KLT sau khi hấp chín là sấy chân không hoặc sấy bằng không khí nóng ở 80°C ở áp suất thường. 3.2. CHIẾT TÁCH ANTHOCYANIN TỪ KLT Quá trình chiết anthocyanin từ KLT tương đối khó hơn các nguyên liệu giàu anthocyanin khác. Nguyên nhân là do KLT chứa hàm lượng tinh bột cao nên dễ làm đục dịch chiết, gây khó khăn cho quá trình lọc sau khi chiết. Do đó cần nghiên cứu điều kiện chiết nhằm hạn chế được sự hòa tan của tinh bột. Để chiết tách 92.10 86.40 81.73 74.60 68.89 62.53 100 99.79 99.87 99.67 99.86 99.91 99.88 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 P h ầ n t ră m c ò n l ạ i (% ) Thời gian (tháng) Anthocyanin Tinh bột 65 anthocyanin từ KLT, tùy thuộc vào mùa vụ hay trái vụ có thể tiến hành chiết tách anthocyanin từ paste KLT hoặc bột KLT. 3.2.1. Chiết tách anthocyanin từ paste KLT 3.2.1.1. Điều kiện chiết tách anthocyanin từ paste KLT Nghiên cứu điều kiện chiết tách anthocyanin từ paste KLT được thực hiện theo phương pháp mô tả ở mục 2.5.2.1 chương 2. a) Ảnh hưởng của loại dung môi đến quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT Theo các kết quả đã công bố methanol và ethanol là hai loại ancol thường dùng để chiết anthocyanin [2], [34], [38]. Kết quả hàm lượng anthocyanin thu được khi chiết trên hai hệ dung môi chứa methanol và ethanol được thể hiện trên Hình 3.18 (Phụ lục 7.1). Kết quả trên Hình 3.18 cho thấy khi chiết bằng hệ dung môi methanol cho hàm lượng anthocyanin cao hơn hệ dung môi ethanol 1,6%. Điều này có thể được giải thích là do methanol có độ phân cực lớn và phân tử lượng nhỏ hơn ethanol nên có khả năng xâm nhập sâu vào cấu trúc tế bào KLT để lôi kéo phân tử anthocyanin tốt hơn. Tuy nhiên, hàm lượng anthocyanin thu được khi chiết bằng hệ dung môi methanol cao hơn ethanol không Hình 3.18. Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng anthocyanin nhiều, nhưng methanol là dung môi độc, còn ethanol là dung môi rẻ tiền, không độc và được sử dụng phổ biến trong công nghệ thực phẩm. Vì vậy, dung môi ethanol được chọn để chiết anthocyanin từ KLT trong các nghiên cứu tiếp theo. b) Ảnh hưởng của acid dùng để acid hóa dung môi chiết tách Để acid hóa môi trường chiết tách anthocyanin từ KLT một số nghiên cứu trước đây đã sử dụng nhiều loại acid khác nhau như: acid HCl, acid acetic, acid citric [2], [105], [106]. Do đó, cần nghiên cứu ảnh hưởng của từng loại acid đến quá trình chiết tách anthocyanin. Kết quả ảnh hưởng của acid đến hàm lượng anthocyanin từ KLT được trình bày ở Bảng 3.4 (Phụ lục 7.2). 195.78 b 199.12 a 100 120 140 160 180 200 220 Ethanol Methanol H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Hệ dung môi 66 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của loại và nồng độ acid đến hàm lượng anthocyanin Loại acid Nồng độ Hàm lượng anthocyanin Acid acetic (% v/v) 2 183,21 d ± 1,17 4 188,77 c ± 0,93 6 193,83 b ± 0,58 8 195,85 a ± 0,64 10 196,02 a ± 0,82 Acid citric (% w/v) 0,5 188,41 c ± 0,96 1,0 193,18 b ± 1,53 1,5 197,21 a ± 0,84 2,0 197,58 a ± 0,95 2,5 197,87 a ± 0,68 Acid HCl (% v/v) 0,25 187,90 d ± 0,86 0,50 194,73 c ± 1,07 0,75 198,48 b ± 0,82 1,00 202,72 a ± 0,79 1,25 203,16 a ± 1,24 Kết quả Bảng 3.4 cho thấy: - Khi acid hóa dung môi bằng acid acetic, nếu tăng hàm lượng từ 2-10% (v/v) thì ban đầu lượng anthocyanin thu được tăng lên và đạt 195,85mg/100g chất khô ở hàm lượng acid acetic 8% (v/v), sau đó hàm lượng anthocyanin tăng lên không đáng kể (sự khác nhau không có nghĩa). Điều này có thể được giải thích khi tăng hàm lượng acid acetic khả năng phân ly tạo ion H+ tăng làm tăng độ phân cực của dung môi chiết tách nên hàm lượng anthocyanin thu được tăng lên, nếu tiếp tục tăng hàm lượng acid acetic lên trên 8% thì khả năng phân ly của acid acetic không tăng lên nữa nên hàm lượng anthocyanin tăng lên không đáng kể. - Khi acid hóa dung môi bằng dung dịch acid citric, nếu tăng hàm lượng từ 0,5-1,5% (w/v) thì hàm lượng anthocyanin tăng lên và đạt 197,21mg/100g chất khô, sau đó nếu tiếp tục tăng lượng acid citric thì hàm lượng anthocyanin thu được không tăng lên nữa, điều này có thể được giải thích tương tự như với acid acetic. - Khi acid hóa dung môi bằng acid HCl đậm đặc, nếu tăng hàm lượng từ 0,25- 67 1,00% (v/v) hàm lượng anthocyanin tăng lên và đạt 202,72mg/100g chất khô, sau đó nếu tiếp tục tăng hàm lượng HCl thì hàm lượng anthocyanin không tăng lên nữa, điều này có thể được giải thích tương tự như acid acetic và acid citric. Hàm lượng anthocyanin cao nhất khi chiết tách bằng dung môi acid hoá bởi HCl cao hơn so với acid acetic là 3,64% và acid citric là 2,67%. Điều này có thể là do khi chiết trong môi trường có HCl thì anthocyanin đã liên kết với ion Cl- giúp anthocyanin ít bị thoái hóa trong quá trình chiết tách [2]. Với kết quả nghiên cứu này 1% (v/v) HCl đậm đặc được dùng để acid hóa dung môi chiết tách anthocyanin từ KLT. c) Ảnh hưởng của tỷ lệ các dung môi đến quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT Kết quả cảm quan của dịch chiết và hàm lượng anthocyanin của các mẫu khi thay đổi tỷ lệ ethanol/nước được thể hiện ở Bảng 3.5 và Hình 3.19 (Phụ lục 7.3). Bảng 3.5. Cảm quan dịch chiết anthocyanin từ KLT STT Tỷ lệ ethanol/nước, v/v Đặc điểm cảm quan của dịch chiết 1 100/0 Trong suốt 2 75/25 Trong suốt 3 50/50 Hơi đục 4 25/75 Đục, khó lọc 5 0/100 Rất đục khó lọc Kết quả đồ thị trên Hình 3.19 cho thấy nếu chỉ dùng ethanol hoặc nước thì hàm lượng anthocyanin thu được thấp hơn nhiều so với hỗn hợp dung môi ethanol và nước. Với tỷ lệ ethanol/nước = 25/75 cũng cho hàm lượng anthocyanin tương đối cao. Với tỷ lệ ethanol/nước = 75/25 và 50/50 cho hàm lượng anthocyanin cao nhất và không khác nhau nhiều (sự khác Hình 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/nước đến hàm lượng anthocyanin nhau không có nghĩa). Tuy nhiên, kết quả ở Bảng 3.5 cho thấy rằng mẫu dịch chiết 180.57d 203.62a 202.89a 198.60b 188.78c 100 120 140 160 180 200 220 100/0 75/25 50/50 25/75 0/100 H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Tỷ lệ ethanol/nƣớc (v/v) 68 khi chiết với tỷ lệ ethanol/nước ≤ 50/50 khả năng kết tủa tinh bột kém, gây dịch chiết đục, khó khăn cho việc lọc tách bã ra khỏi dịch chiết và dịch chiết thu được đục cần ly tâm trước khi xác định hàm lượng anthocyanin. Với ethanol/nước = 75/25 đã hạn chế được sự hòa tan của tinh bột nên thuận lợi cho quá trình lọc tách dịch chiết chất màu ra khỏi bã và dịch chiết thu được trong suốt. Do đó, dung môi ethanol/nước = 75/25 và 1% (v/v) HCl đậm đặc được chọn để chiết anthocyanin từ KLT trong các nghiên cứu tiếp theo. d) Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT Nhiệt độ chiết tách càng cao hàm lượng anthocyanin thu được càng nhiều. Tuy nhiên, khi chiết ở nhiệt độ cao chỉ nên chiết ở thời gian ngắn để tránh chất màu anthocyanin bị thoái hóa. Theo kết quả nghiên cứu về điều kiện chiết anthocyanin từ KLT của Truong và cộng sự [106], nhiệt độ thích hợp khi chiết anthocyanin từ KLT trong thiết bị kín, áp suất cao (1500psi) là 80-120°C trong thời gian 60 giây. Tuy nhiên, điều kiện chiết này đòi hỏi hệ thống thiết bị áp suất cao, công nghệ phức tạp, chi phí đầu tư thiết bị lớn. Với mong muốn tăng hiệu suất chiết tách anthocyanin từ KLT trong điều kiện áp suất thường, quá trình chiết tách dễ thực hiện và giảm chi phí đầu tư thiết bị, khoảng nhiệt độ từ 50°C được chọn để khảo sát chiết anthocyanin từ KLT. Kết quả hàm lượng anthocyanin của các mẫu khi thay đổi nhiệt độ chiết được thể hiện trên Hình 3.20 và Phụ lục 7.4. Qua đồ thị trên Hình 3.20 có thể nhận thấy trong khoảng nhiệt độ 50- 80°C khi tăng nhiệt độ chiết thì hàm lượng anthocyanin thu được tăng. Tuy nhiên, khi chiết ở áp suất thường và tỷ lệ ethanol/nước = 75/25 bổ sung 1% (v/v) HCl nhiệt độ dung môi chỉ có thể nâng tối đa là 80°C, do đó nhiệt độ chiết anthocyanin từ KLT được chọn là 80°C trong các nghiên cứu tiếp theo. Hình 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng anthocyanin 181.64d 187.72c 202.20b 207.51a 100 120 140 160 180 200 220 50 60 70 80 H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Nhiệt độ chiết tách (°C) 69 e) Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT Kết quả hàm lượng anthocyanin của các mẫu khi thay đổi thời gian chiết được thể hiện trên Hình 3.21 (Phụ lục 7.5). Kết quả trên đồ thị Hình 3.21 cho thấy trong khoảng thời gian 60- 180 giây, thời gian chiết càng lâu thì hàm lượng anthocyanin thu được càng cao. Nếu tiếp tục tăng thời gian chiết thì hàm lượng anthocyanin thu được Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin của paste KLT tăng lên không đáng kể (sự khác nhau không có nghĩa). Do đó, thời gian chiết anthocyanin từ KLT ở 80°C được chọn là 180 giây trong các nghiên cứu tiếp theo. f) Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến quá trình chiết anthocyanin Khi chiết anthocyanin từ KLT lượng dung môi càng nhiều thì hàm lượng anthocyanin thu được càng cao, nhưng gây tốn dung môi và kéo dài thời gian cô đặc để tách dung môi nên có thể làm cho chất màu bị thoái hóa [44]. Vì vậy cần phải xác định tỷ lệ nguyên liệu/dung môi để hiệu quả chiết cao nhất và lượng dung môi sử dụng không quá nhiều. Kết quả hàm lượng anthocyanin của các mẫu khi thay đổi tỷ lệ nguyên liệu/dung môi được thể hiện trên hình 3.22 và phụ lục 7.6. Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng anthocyanin của paste KLT 197.04b 204.74b 207.89 a 208.90a 208.93a 100 120 140 160 180 200 220 60 120 180 240 300 H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Thời gian (giây) 147.04g 162.79f 174.62e 183.06d 195.50c 201.17b 207.15a 207.84a 208.18a 100 120 140 160 180 200 220 1/4 1/6 1/8 1/10 1/12 1/14 1/16 1/18 1/20 H à m l ƣ ợ n g a n th o cy a n in s (m g /1 0 0 g c h ấ t k h ô ) Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 70 Kết quả trên Hình 3.22 cho thấy khi tăng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi từ 1/2 lên 1/16 thì ban đầu hàm lượng anthocyanin tăng mạnh, sau đó hàm lượng anthocyanin tăng nhẹ. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi > 1/16 thì hàm lượng anthocyanin tăng lên không đáng kể. Do đó, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1/16 được chọn để chiết anthocyanin từ KLT trong các thí nghiệm tiếp theo. Như vậy, điều kiện thích hợp để chiết chất màu anthocyanin từ paste KLT cho hàm lượng cao là: dung môi ethanol/nước là 75/25 bổ sung 1% (v/v) HCl đậm đặc, nhiệt độ 80°C, thời gian 180 giây, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/16. Phương pháp chiết anthocyanin từ paste KLT với các điều kiện này đã rút ngắn đáng kể thời gian chiết anthocyanin và hàm lượng anthocyanin thu được tăng lên khoảng 11% so với phương pháp chiết sử dụng theo nghiên cứu của Bridgers và cộng sự (2010) [34] ở mục 3.1.1. Với những ưu điểm của phương pháp chiết anthocyanin từ paste KLT này chúng tôi đã gửi đơn lên Cục Sở hữu trí tuệ yêu cầu xem xét đơn và cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích. Giải pháp này đã được Cục Sở hữu trí tuệ công bố đơn trên sở hữu công nghiệp và đang trong giai đoạn thẩm tra nội dung. 3.2.1.2. Tối ưu hóa điều kiện chiết anthocyanin từ paste KLT Với kết quả khảo sát trên đã tìm được điều kiện chiết tách anthocyanin từ paste KLT cho hàm lượng cao, tuy nhiên khi ứng dụng anthocyanin làm phụ gia tạo màu trong chế biến thực phẩm không chỉ mong muốn chất màu thu được có hàm lượng anthocyanin cao, mà còn có độ màu lớn. Do đó cần nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện chiết tách anthocyanin từ paste KLT với hai mục tiêu là hàm lượng anthocyanin cao và độ màu của anthocyanin lớn. a) Chọn yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu Quá trình chiết tách chất màu anthocyanin từ KLT phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có 3 yếu tố ảnh hưởng lớn đến hàm lượng anthocyanin và độ màu của anthocyanin là: nhiệt độ chiết, thời gian chiết và hàm lượng ethanol trong hệ dung môi [38]. Căn cứ vào kết quả khảo sát điều kiện chiết tách chất màu anthocyanin từ KLT ở trên, các khoảng ảnh hưởng của các yếu tố được chọn để tối ưu là: - Z1: nhiệt độ chiết, 60-80°C; 71 - Z2: thời gian chiết, 150-210 giây; - Z3: hàm lượng ethanol trong hệ dung môi ethanol:nước với 1% HCl đậm đặc, 65-85% (v/v). Mục tiêu của bài toán đặt ra là tối ưu quá trình chiết để thu được chất màu vừa có hàm lượng anthocyanin cao vừa có độ màu lớn, hai hàm mục tiêu được chọn là: + y1 là hàm mục tiêu hàm lượng anthocyanin chiết tách được, mg/100g chất khô nguyên liệu; y1 = f(Z1 , Z2, Z3); y1  max + y2 là hàm mục tiêu độ màu của anthocyanin; y2 = f(Z1, Z2, Z3); y2  max. b) Tổ chức thí nghiệm Từ các kết quả nghiên cứu đơn biến có thể khẳng định mối quan hệ giữa hàm mục tiêu y1, y2 và biến (các yếu tố ảnh hưởng) không thể biểu diễn bởi các quan hệ tuyến tính. Do vậy các phương trình hồi quy được chọn là các đa thức bậc hai ba biến. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm quay cấp II theo Box và Hunter được chọn để thực hiện ng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_ung_dung_pham_mau_giau_anthocyanin_tu_khoai_lang_tim.pdf
Tài liệu liên quan