Đề tài Nghiên cứu quy trình chiết tách chất màu tự nhiên từ hoa đậu biếc (Clitoria Ternatean) và ứng dụng trong chế biến một số thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT – NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ HOA ĐẬU BIẾC (CLITORIA TERNATEAN) VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN MỘT SỐ THỰC PHẨM. Chủ nhiệm: TS. Nguyễn Thị Tuyết Phối hợp: ThS. Trần Thị Duyên BÀ RỊA-VŨNG TÀU - NĂM 2020 ii THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI Tên đề tài : Nghiên cứu quy trình chiết tách chất màu tự nhiên từ hoa đậu biếc (Clitoria ternatean) và ứng dụng trong chế biến một số thực phẩm. Mã số: Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Thị Tuyết Danh sách cán bộ tham gia chính: STT Họ và tên Học vi Chức danh Đơn vị công tác 1 Trần Thị Duyên Thạc sỹ Giảng viên Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu Nội dung chính: Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm:  Xây dựng quy trình trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc  Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến màu và độ bền màu của anthocyanin  Khảo sát sự ảnh hưởng tỷ lệ dung môi đến khả năng trích ly anthocyanin  Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly anthocyanin  Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly anthocyanin  Nghiên cứu tính kháng khuẩn và ứng dụng chất màu tự nhiên anthocyanin vào một số thực phẩm. Kết quả đạt được: Đề tài tiến hành khảo sát được một số yếu tố tối ưu trong quá trình trích ly chất màu tự nhiên anthocyanin từ hoa đậu biếc. Tiến hành trích ly với tỉ lệ nguyên liệu và dung môi (hoa đậu biếc: etanol) là 1:10, tại nhiệt độ 60oC trong thời gian 2h. Khảo sát ứng dụng của bột hoa đậu biếc vào một số loại thực phẩm và tính kháng khuẩn của bột đối với vi khuẩn lactic và nấm men:  Bột khi ứng dụng vào thực phẩm có màu xanh biếc rất bắt mắt.  Bột không có tính kháng khuẩn nên sử dụng được trong thực phẩm có chứa vi khuẩn lactic và nấm men. Thời gian nghiên cứu: Từ 12/2018 – 7/2020 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký và ghi rõ họ tên) i MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.v DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................vi DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................ix LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................... 4 1.1. Hoa đậu biếc .............................................................................................. 4 1.1.1. Tên khoa học và mô tả ........................................................................ 4 1.1.2. Phân bố ................................................................................................ 5 1.1.3. Công dụng ........................................................................................... 5 1.1.4. Thành phần hóa học của hoa đậu biếc ................................................. 6 1.2. Tổng quan về chất màu thực phẩm ............................................................ 8 1.2.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm ................... 8 1.2.2. Vai trò chất màu thực phẩm ................................................................ 8 1.2.3. Phân loại chất màu thực phẩm ............................................................ 9 1.3. Giới thiệu về chất màu anthocyanin ........................................................ 11 1.3.1. Khái niệm vế chất màu anthocyanin ................................................. 11 1.3.2. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin ................................................... 11 1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của các anthocyanin .............................. 14 1.3.4. Khái niệm về các chất màu pyranoanthocyanin ................................ 19 1.3.5. Chức năng sinh học và ứng dụng của anthocyanin ........................... 20 1.4. Tổng quan về các phương pháp chiết .................................................... 22 1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết ........................................... 22 1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết .......................................... 23 1.4.3. Các phương pháp chiết ...................................................................... 25 1.4.4. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên .... 25 1.5. Tình hình nghiên cứu, khai thác và sử dụng anthocyanin tự nhiên ......... 28 1.5.1. Tình hình trên thế giới ............................................................................ 28 1.5.2. Tình hình trong nước .............................................................................. 29 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 31 2.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 31 2.1.1. Thời gian và địa điểm nghiêm cứu .................................................... 31 ii 2.1.2. Nguyên vật liệu nghiên cứu ............................................................... 31 2.2. Bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 31 2.2.1. Quy trình đề xuất để chiết tách chất màu từ hoa đậu biếc ................ 31 2.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của hệ dung môi đến khả năng trích ly chất màu từ hoa đậu biếc .......................................................................................... 33 2.2.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến khả năng trích ly anthocyanin ....................................................................................................... 34 2.2.4. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến màu của anthocyanin từ hoa đậu biếc ........................................................................................................... 36 2.2.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến khả năng trích ly ...37 2.2.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc ............................................................................. 38 2.2.7. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc ............................................................................. 40 2.2.8. Khảo sát sự ảnh hưởng của phương pháp chiết đến khả năng trích ly anthocyanin ....................................................................................................... 41 2.2.9. Khảo sát sự ảnh hưởng của số lần chiết đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc ............................................................................. 42 2.2.10. Khảo sát sự ảnh hưởng hàm lượng maltodextrin đến chất lượng bột hoa đậu biếc sau khi sấy phun ........................................................................ 44 2.2.11. Nghiên cứu ứng dụng bột màu sấy phun của hoa đậu biếc vào một số loại thực phẩm .................................................................................................. 44 2.2.12. Khảo sát sự ảnh hưởng của bột và cao boa đậu biếc đến một số loại vi sinh vật dùng trong chế biến thực phẩm....................................................... 45 2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 46 2.3.1. Phương pháp xử lý và bảo quản nguyên liệu .................................... 46 2.3.2. Phương pháp định tính thành phần cao ............................................. 46 2.3.3. Phương pháp xác định tính kháng khuẩn .......................................... 47 2.3.4. Phương pháp phân tích cảm quan ..................................................... 48 2.3.5. Phương pháp cô quay chân không..................................................... 51 iii 2.3.6. Phương pháp xác định hàm lượng anthocyanin bằng phương pháp vi sai ........................................................................................................... 51 2.3.7. Phương pháp xác định hiệu xuất chiết .............................................. 52 2.3.8. Phương pháp thống kê và xử lý số liệu ............................................. 52 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN .............................. 53 3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố trích ly ........................................................... 53 3.1.1. Ảnh hưởng của hệ dung môi đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc .................................................................................................... 53 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc .................................................................................................. 55 3.1.3. Ảnh hưởng của pH đến màu của anthocyanin từ hoa đậu biếc ......... 56 3.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến khả năng trích ly ... 57 3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc .................................................................................................... 59 3.1.6. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc .................................................................................................... 60 3.1.7. Ảnh hưởng của phương pháp chiết đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc .................................................................................................. 62 3.1.8. Ảnh hưởng của số lần chiết đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc ........................................................................................................... 63 3.1.9. Ảnh hưởng của hàm lượng maltodextrin đến chất lượng bột màu hoa đậu biếc .................................................................................................... 64 3.2. Định tính anthocyanin .............................................................................. 65 3.3. Nghiên cứu ứng dụng bột màu sấy phun của hoa đậu biếc vào một số loại thực phẩm ......................................................................................................... 66 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của bột và cao boa đậu biếc đến một số loại vi sinh vật dùng trong chế biến thực phẩm........................................................... 71 3.5. Quy trình hoàn thiện cho trích ly chất màu anthocyanin từ hoa đậu biếc...73 3.6. Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm .................................................... 74 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 75 4.1. Kết luận .................................................................................................... 75 iv 4.2. Kiến nghị .................................................................................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 77 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 80 Phụ lục 1. Kết quả xử lý ANOVA cho các thí nghiệm ........................................ 80 Phụ lục 2. Một số thiết bị sử dụng khi làm đồ án ................................................. 86 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MHA: Mueller Hinton Agar - Môi trường thạch Mueller Hinton. DMSO: Dimethyl sulfoxit, là một hợp chất hữu cơ lưu huỳnh với công thức (CH3)2SO. TSB: Tryptone Soy Broth - Môi trường dinh dưỡng TSB. vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cây hoa đậu biếc ......................................................................................... 4 Hình 1.2. Hoa đậu biếc ................................................................................................ 4 Hình 1.3. Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin .......................................... 12 Hình 1.4. Cấu trúc phân tử của các anthocyanidin thường gặp trong tự nhiên ........ 13 Hình 1.5. Ví dụ về cấu trúc của một anthocyanin phức tạp (delphinidin 3,7,3’,5’-tetra-(6-O-p-coumaroyl-β-glucosid)) .................................... 13 Hình 1.6. Sự thay đổi cấu trúc phân tử và màu sắc của anthocyanin theo pH .......... 15 Hình 1.7. Sự tổ hợp màu liên phân tử giữa delphinidin 3-glucosid và rutin tạo thành ra 2 dạng phức: phức kẹp (A) và phức song song (B) .............................................. 18 Hình 1.8. Sự tổ hợp màu nội phân tử của các antyhocyanin acyl hóa ...................... 19 Hình 1.9. Cấu trúc phân tử của một số pyranoanthocyanin ...................................... 20 Hình 1.10. Sơ đồ thiết bị chiết SFE .......................................................................... 27 Hình 1.11. Sơ đồ thiết bị chiết ASE .......................................................................... 27 Hình 1.12. Một số dạng sản phẩm anthocyanin thương mại .................................... 29 Hình 2.1. Quy trình chiết tách màu anthocyanin từ hoa đậu biếc ............................. 32 Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm chọn dung môi thích hợp .............................................. 34 Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm chọn nồng độ dung môi thích hợp ................................ 35 Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm chọn pH thích hợp ........................................................ 36 Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thích hợp .................. 38 Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm chọn nhiệt độ chiết thích hợp ....................................... 39 Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm chọn thời gian chiết thích hợp ...................................... 41 Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm chọn phương pháp chiết thích hợp ............................... 42 Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm chọn số lần chiết thích hợp ........................................... 43 Hình 3.1. Mẫu nước chiết ở nhiệt độ 60oC ............................................................... 53 Hình 3.2. Mẫu nước chiết ở nhiệt độ 60oC sau 12h .................................................. 53 Hình 3.3. Mẫu nước chiết ở nhiệt độ thường ............................................................ 53 Hình 3.4. Mẫu nước chiết ở nhiệt độ thường sau 12h ............................................... 53 Hình 3.5. Mẫu cồn chiết ở nhiệt độ 60oC .................................................................. 54 Hình 3.6. Mẫu cồn chiết ở nhiệt độ 60oC sau 12h .................................................... 54 Hình 3.7. Mẫu cồn chiết ở nhiệt độ thường .............................................................. 54 vii Hình 3.8. Mẫu cồn chiết ở nhiệt độ thường sau 12h ................................................. 54 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ dung môi đến hiệu suất chiết anthocyanin ........ 55 Hình 3.10. Màu sắc anthocyanin của hoa đậu biếc ở môi trường pH từ 1-14 .......... 56 Hình 3.11. Dãy đổi màu của anthocyanin trong pH(ph = 5÷9) ................................ 57 Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất chiết anthocyanin ............................................................................................................... 58 Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chiết anthocyanin ...................... 59 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chiết anthocyanin ..................... 61 Hình 3.15. Ảnh hưởng của phương pháp chiết đến hiệu suất chiết anthocyanin ..... 62 Hình 3.16. Ảnh hưởng của số lần chiết đến hiệu suất chiết anthocyanin ................. 63 Hình 3.17. Màu của từng loại bột với khối lượng maltodextrin tương ứng ............. 64 Hình 3.18. Định tính mẫu bột màu ............................................................................ 65 Hình 3.19. Định tính dung dịch chiết ........................................................................ 65 Hình 3.20. Ứng dụng của mẫu bột chứa 20g maltodextrin ....................................... 66 Hình 3.21. Ứng dụng của mẫu bột chứa 25g maltodextrin ....................................... 66 Hình 3.22. Ứng dụng của mẫu bột chứa 30g maltodextrin ....................................... 67 Hình 3.23. Sản phẩm chứa 2g bột rau câu ............................................................ 67 Hình 3.24. Sản phẩm chứa 4g bột rau câu ............................................................ 67 Hình 3.25. Sản phẩm chứa 6g bột rau câu ................................................................ 68 Hình 3.26. Sản phẩm chứa 40g nếp .......................................................................... 68 Hình 3.27. Sản phẩm chứa 50g nếp .......................................................................... 68 Hình 3.28. Sản phẩm chứa 60g nếp .......................................................................... 69 Hình 3.29. Sản phẩm chứa 40g bột bánh bò ............................................................. 69 Hình 3.30. Sản phẩm chứa 50g bột bánh bò ............................................................. 69 Hình 3.31. Bánh bao sau khi tạo hình ....................................................................... 70 Hình 3.32. Bánh bao chứa 0,8g bột màu ................................................................... 70 Hình 3.33. Bánh bao chứa 1g bột màu ...................................................................... 70 Hình 3.34. Bánh bao chứa 1,2g bột màu ................................................................... 70 Hình 3.35. Môi trường lỏng vi khuẩn Lactic ............................................................ 71 Hình 3.36. Môi trường hansen của nấm men ............................................................ 71 Hình 3.37. Khả năng kháng nấm men của bột màu .................................................. 72 Hình 3.38. Khả năng kháng nấm men của cao chiết ................................................. 72 viii Hình 3.39. Khả năng kháng lactic của bột màu ........................................................ 72 Hình 3.40. Khả năng kháng lactic của cao chiết ....................................................... 72 Hình 3.41. Quy trình hoàn thiện trích ly chất màu anthocyanin từ hoa đậu biếc.....73 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Chức năng các thành phần của cây hoa đậu biếc ....................................... 5 Bảng 1.2. Thành phần hóa học của cây hoa đậu biếc ................................................. 6 Bảng 1.3. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp ................... 9 Bảng 1.4. Một số chất màu tự nhiên thông dụng ...................................................... 10 Bảng 1.5. Các nhóm chính của anthocyanin ............................................................. 12 Bảng 2.1. Tỷ lệ nguyên liệu/etanol...37 Bảng 2.2. Điểm chất lượng sản phẩm bột màu từ hoa đậu biếc ............................... 50 Bảng 3.1. Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly với các nồng độ dung môi khác nhau .................................................................................................. 55 Bảng 3.2. Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly với các tỉ lệ nguyên liệu/dung môi khác nhau .............................................................................. 58 Bảng 3.3. Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly ở các nhiệt độ khác nhau .................................................................................................................. 59 Bảng 3.4. Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly với các khác khoảng thời gian khác nhau ...................................................................................... 61 Bảng 3.5. Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly bằng hai phương pháp khác nhau ............................................................................................ 62 Bảng 3.6. Kết quả thống kê hàm lượng