Đồ án Nghiên cứu chiết xuất chất màu carotenoit từ quả ớt sừng Việt Nam (Capsicum annuum L.)

i LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến TS.Hoàng Thị Huệ An đã hướng dẫn em tận tình chu đáo trong suốt thời gian thực hiện đề tài giúp em hoàn thành tốt đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm Hóa Cơ bản và Công nghệ Thực Phẩm đã tạo mọi điều kiện để cho em có thể hoàn thành nội dung đề tài. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, góp ý giúp em hoàn thiện hơn đề tài của mình. Nha Trang, tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hiền ii Mục lục LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ iv DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... v DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... vi CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ................................................................................................ 3 1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÀU THỰC PHẨM VÀ PHỤ GIA TẠO MÀU ................ 3 1.1.1 Vai trò và tác dụng của màu thực phẩm ................................................... 3 1.1.2 Phân loại chất màu thực phẩm ................................................................... 4 1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm ................................................. 7 1.2. Các phƣơng pháp chiết chất màu tự nhiên ....................................................... 8 1.2.1. Phƣơng pháp chiết gián đoạn: .......................................................................... 8 1.2.2. Chiết nhờ siêu âm (Ultrasound-assisted extraction) ........................................ 8 1.2.3. Chiết bằng Soxhlet ............................................................................................. 8 1.2.4. Chiết siêu tới hạn (SFE: Supercritical Fluid Extraction) ................................ 8 1.2.5. Chiết dung môi tăng tốc hay chiết dƣới áp suất cao ...................................... 9 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY ỚT .............................................................................. 10 1.3.1. Tên gọi ............................................................................................................... 10 1.3.2. Nguồn gốc - Phân loại ..................................................................................... 10 1.3.3 Đặc điểm hình thái .......................................................................................... 10 1.3.4. Đặc điểm sinh trƣởng ...................................................................................... 11 1.3.5. Các giống ớt phổ biến ở Việt Nam .................................................................. 12 1.3.6. Giá trị y học ...................................................................................................... 13 1.4. Các chất màu quan trọng của ớt .......................................................................... 14 1.4.1. Giới thiệu chung về carotenoit ....................................................................... 14 1.4.1.1. Cấu trúc – Phân loại: ................................................................................. 14 1.4.1.2. Tính chất lý-hóa: ........................................................................................ 15 1.4.1.3. Chức năng sinh học - Ứng dụng ............................................................... 15 1.4.2. Các carotenoit chứa trong quả ớt .................................................................. 16 1.5. Tình hình sản xuất và ứng dụng carotenoit chiết xuất từ ớt .............................. 18 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 21 2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 21 2.1.1 Nguyên liệu ....................................................................................................... 21 2.1.2 Hóa chất - Dụng cụ - Thiết bị .......................................................................... 21 2.1.2.1. Hóa chất: .................................................................................................... 21 2.1.2.2. Dụng cụ ...................................................................................................... 21 2.1.3. Thiết bị .............................................................................................................. 22 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................... 22 2.2.1 Xử lý nguyên liệu: ............................................................................................ 22 2.2.2. Xác định thành phần khối lƣợng của ớt nguyên liệu .................................... 23 2.2.3. Phƣơng pháp xác định một số thành phần hóa học của nguyên liệu ......... 23 2.2.3.1. Xác định hàm lượng nước trong ớt tươi và ớt bột nguyên liệu ............... 23 2.2.3.2. Xác định hàm lượng carotenoit tổng số trong ớt bột nguyên liệu. .......... 23 2.2.4. Xây dựng quy trình chiết xuất carotenoit từ ớt bột ................................ 23 2.2.4.1. Quy trình dự kiến chiết xuất carotenoit từ ớt bột: .................................... 23 iii 2.2.4.2. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quá trình chiết carotenoit từ ớt bột .................................................................................................. 25 2.2.5. Đề xuất quy trình thích hợp chiết carotenoit từ ớt: ...................................... 31 2.2.6. Thử nghiệm quy trình chiết - Đánh giá chất lƣợng sản phẩm.................... 32 2.2.7. Phƣơng pháp xử lý số liệu ............................................................................... 32 CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 33 3.1 Thành phần khối lƣợng của ớt tƣơi nguyên liệu ............................................. 33 3.2. Chọn điều kiện thích hợp để chiết carotenoit từ ớt bột nguyên liệu ................ 34 3.2.1. Chọn dung môi chiết ......................................................................................... 34 3.2.2. Chọn tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu .................................................................. 35 3.2.3. Kết quả xác định điều kiện chiết bằng phương pháp siêu âm ....................... 36 3.2.3.1. Xác định thời gian siêu âm ......................................................................... 36 3.2.3.2. Xác định số lần chiết bằng phương pháp siêu âm ...................................... 37 3.2.4. Kết quả xác định điều kiện chiết bằng phương pháp ngâm chiết ................. 38 3.2.4.1. Xác định thời gian ngâm chiết thích hợp .................................................... 38 3.2.4.2. Xác định số lần ngâm chiết thích hợp ......................................................... 39 3.2.5. Kết quả xác định điều kiện chiết bằng phương pháp Soxhlet ....................... 40 3.3. Chọn phƣơng pháp thích hợp để chiết carotenoit từ ớt bột ............................... 40 3.4. Đề xuất quy trình sản xuất chất màu carotenoit thô từ ớt tƣơi .......................... 42 3.4.1. Sơ đồ quy trình:................................................................................................. 42 3.4.2.Thuyết minh quy trình ....................................................................................... 43 3.5. Sản xuất thử nghiệm oleoresin ớt – Đánh giá chất lƣợng sản phẩm .................. 45 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................................................................ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 49 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT A Absorbance Độ hấp thụ Ax Axetone Axeton BHT Butylated Hydroxytoluene Butylat Hydroxytoluen D Dilution factor Hệ số pha loãng GC Gas Chromatography Sắc ký khí h hour giờ H2O Water Nước HPLC (hay: LC) High-Performance Liquid Chromatography Sắc ký lỏng hiệu năng cao min minute phút N2 Nitrogen gas Khí nitơ nm nanometer nanomet PE Petroleum ether Ete dầu mỏ ppm part per million phần triệu rpm round per minute vòng/phút UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại-khả kiến v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các chất màu tự nhiên ........................................................................................ 4 Bảng 1.2. Liều lượng các chất màu tự nhiên ...................................................................... 5 được sử dụng trong thực phẩm ............................................................................................ 5 Bảng 1.3. Liều lượng cho phép của chất màu hữu cơ tổng hợp nhóm A .......................... 6 Bảng 3.1.Thành phần khối lượng của ớt sừng Cayenne tươi .......................................... 33 Bảng 3.2. Một vài thành phần hóa học cơ bản của ớt nguyên liệu .................................. 33 Bảng 3.3. Hiệu suất thu hồi oleoresin ớt ........................................................................... 45 Bảng 3.4. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng quan trọng của sản phẩm oleoresin ớt .......................................................................................................................... 46 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ thiết bị chiết siêu tới hạn ......................................................................... 10 Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị chiết .............................................................................................. 10 dung môi tăng tốc ................................................................................................................ 10 Hình 1.3. Một số loại ớt thông dụng trên thế giới ............................................................. 11 Hình 1.4. Một số loại ớt thông dụng ở Việt Nam .............................................................. 13 Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc bộ khung cơ bản của các carotenoit ......................................... 14 Hình 1.6. Cấu trúc của các carotenoit chủ yếu có trong ớt (Capsicum annuum L.) và các sản phẩm từ ớt .................................................................................................................... 17 Hình 1.7. Sản phẩm oleoresin ớt của Công ty Hebei Hongri Natural Pigment Co., Ltd (Trung Quốc) ...................................................................................................................... 18 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến chiết xuất chất màu carotenoit .................................. 24 từ ớt bột nguyên liệu ........................................................................................................... 24 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn dung môi chiết thích hợp ................................... 26 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi /nguyên liệu ......................... 28 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian siêu âm thích hợp ......................... 29 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định số lần chiết ................................................... 30 bằng phương pháp siêu âm ................................................................................................ 30 Hình 3.1. Ảnh hưởng của dung môi chiết đến hiệu suất chiết ......................................... 34 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết ..................... 36 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất chiết ..................................... 36 Hình 3.4. Ảnh hưởng của số lần siêu âm đến hiệu suất chiết .......................................... 37 Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian ngâm chiết đến hiệu suất chiết ............................... 39 Hình 3.6. Ảnh hưởng của số lần ngâm chiết đến hiệu suất chiết .................................... 40 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình chiết carotenoit từ ớt tươi ........................................................ 42 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, trên thị trường các loại sản phẩm thực phẩm vô cùng phong phú và đa dạng cả về chất lượng, kiểu dáng, màu sắc Do đó, một sản phẩm thực phẩm muốn được người tiêu dùng lựa chọn thì không chỉ có chất lượng mà màu sắc cũng hết sức quan trọng. Màu sắc là yếu tố cảm quan giúp người tiêu dùng chú ý hơn đến sản phẩm. Ngoài ra, màu sắc phù hợp cũng giúp cho việc cảm nhận và tiêu hoá thức ăn được dễ dàng hơn. Chính vì thế màu sắc của thực phẩm luôn được các nhà thực phẩm quan tâm và chú trọng. Tuy nhiên, màu sắc của các sản phẩm thực phẩm hiện nay vẫn còn được tạo nên từ những chất màu tổng hợp nhân tạo. Những chất màu này có nhiều ưu điểm như rẻ tiền, tiện lợi khi sử dụng nhưng lại tạo ra nhiều nguy cơ mất an toàn cho người tiêu dùng. Thực tế cho thấy việc sử dụng màu đỏ để nhuộm màu cho hạt dưa có thể gây nên bệnh ung thư, các màu xanh, đỏ, tím, vàng trong các loại kẹo dành cho trẻ em cũng bị lên án. Để đảm bảo an toàn cho cuộc sống, người tiêu dùng hiện nay có xu hướng lựa chọn những loại thực phẩm chứa chất màu có nguồn gốc tự nhiên. Do đó, việc nghiên cứu chiết rút chất màu từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên gần đây đã được rất nhiều nhà khoa học quan tâm (ví dụ: chiết lycopen từ màng hạt gấc, bixin từ hạt điều, curcumin từ nghệ, astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm,) Ớt đỏ là một trong những nguồn tự nhiên chứa nhiều carotenoit và được trồng rất nhiều ở nước ta. Carotenoit không chỉ là chất tạo màu sắc mà còn có khả năng phòng ngừa bệnh ung thư và một số bệnh khác. Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa có nghiên cứu nào chiết rút chất màu từ ớt. 2 Để tận dụng nguồn carotenoit có sẵn trong ớt, chúng tôi đã thực hiện đồ án: “ Nghiên cứu chiết xuất chất màu carotenoit từ quả ớt sừng Việt Nam (Capsicum annuum L.)”. Đồ án thực hiện nhằm bước đầu giải quyết các nội dung sau: + Xây dựng quy trình chiết chất màu carotenoit từ quả ớt sừng + Ứng dụng quy trình để chiết xuất thử nghiệm chất màu carotenoit từ quả ớt sừng. + Đánh giá chất lượng sản phẩm carotenoit thu được và hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất. Trong quá trình thực hiện đồ án, cùng với sự giúp đỡ tận tình của cô Hoàng Thị Huệ An, các thầy cô phòng thí nghiệm Hóa Cơ bản, phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm và nhiều thầy cô khác, cộng với sự nỗ lực của bản thân đến nay đồ án đã cơ bản hoàn thành được nội dung đặt ra. Tuy nhiên, do vấn đề này còn khá mới mẻ với em do đó việc tìm hiểu các kiến thức chưa được đầy đủ, cộng với trang-thiết bị thí nghiệm không đồng bộ nên đồ án thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô và sự góp ý từ các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, ngày 25 tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hiền 3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÀU THỰC PHẨM VÀ PHỤ GIA TẠO MÀU [1] [2] 1.1.1 Vai trò và tác dụng của màu thực phẩm Hiện nay, màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đầu tiên mà người tiêu dùng yêu cầu đối với mỗi sản phẩm thực phẩm. Quan trọng hơn là màu sắc còn ảnh hưởng đến mùi vị, độ ngọt và chất lượng của thực phẩm. Nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tương ứng, phù hợp với nhau thì người tiêu dùng sẽ không cảm nhận được chính xác mùi vị của thực phẩm. Trong một nghiên cứu của nhà thực phẩm 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 màu của loại nước giải khát này. Vai trò của chất màu: Chất màu thường không có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng hay không có tác dụng làm tăng thêm giá trị dinh dưỡng, nhưng chất màu có ý nghĩa rất lớn trong những mặt sau: + Củng cố hay tăng cường màu ban đầu của thực phẩm để thu hút người tiêu dùng. + Đảm bảo sự đồng nhất, đều đặn không biến hoá của chất màu trong thực phẩm từ công đoạn này đến công đoạn khác trong quá trình chế biến. + Phục hồi lại những biến đổi bên ngoài của thực phẩm chủ yếu do chất màu tạo ra. + Tạo màu cho một số thực phẩm làm tăng giá trị cảm quan (như các loại kẹo, snack, nước giải khát) + Xác định rõ hay nhấn mạnh cho người tiêu dùng chú ý đến màu tự nhiên ở nhiều thực phẩm. 4 1.1.2 Phân loại chất màu thực phẩm Các phụ gia tạo màu được chia làm 3 nhóm chính: màu tự nhiên, chất màu vô cơ, chất màu hữu cơ tổng hợp. a) Màu tự nhiên Là các loại chất màu hữu cơ được chiết tách từ động vật, thực vật hay từ chất khoáng. Từ rất xa xưa, người ta đã biết sử dụng các chất màu thực vật tự nhiên để tạo màu cho thực phẩm. Ngoài chất màu, các chất màu thực phẩm tự nhiên còn chứa các thành phần hoạt tính sinh học khác như: các vitamin, các axit hữu cơ, glycozit, các chất thơm, các nguyên tố vi lượng. Chính vì vậy, khi sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm màu chẳng những cải thiện được hình thức bên ngoài mà lại còn làm tăng giá trị đinh dưỡng của thực phẩm. Trong công nghiệp thực phẩm, các chất nhuộm màu có nguồn gốc tự nhiên chỉ chiếm 6% trong tổng số các chất được sử dụng để tạo màu. Bảng 1.1: Các chất màu tự nhiên Chất màu Nguồn Athocyanin Vỏ nho, elderberries Betalain Củ cải đỏ, chard, quả cây xương rồng, pokeberries, cây hoa giấy, rau dền Caramel Tạo ra từ đường Carotenoit - Annato (bixin) - Canthaxanthin - -Apocarotenal Hạt điều Nấm rơm, loài giáp xác, cá Cam, rau xanh Chlorophyll Rau xanh Riboflavin Sữa Các loại khác -Turmeric -Crocetin, crocin Cây nghệ Cây nghệ tây 5 Bảng 1.2. Liều lƣợng các chất màu tự nhiên đƣợc sử dụng trong thực phẩm Loại chất màu Liều lƣợng cho phép (mg/kg thể trọng) Diệp lục tố Không hạn chế Phức hợp chlorophyll đồng 0 – 15 Riboflavin 0 – 0.5 Nghệ 0 – 0.5 Caroten Không hạn chế Muối kali và natri của phức hợp chlorophyll đồng 0 – 15 Caramel Không hạn chế Ƣu, nhƣợc điểm của chất màu tự nhiên:  Ưu điểm: Tạo màu đẹp trong chế biến thực phẩm, chúng lại có mùi, vị gần giống với nguồn tự nhiên của chúng, và đặc biệt chúng có độ an toàn cao.  Nhược điểm: Chất màu thực phẩm từ nguồn tự nhiên không bền như các chất màu tổng hợp, ngoài ra do chúng tồn tại trong động vật, thực vật và chất khoáng, để thu được chúng ở dạng tự nhiên thì rất tốn kém. b) Chất màu hữu cơ tổng hợp Đây là các chất màu tổng hợp bằng phương pháp hoá học. Hiện nay có nhiều chất màu hữu cơ được tổng hợp. Các chất màu này có rất nhiều tính chất khác nhau. Do đó việc sử dụng chúng trong thực phẩm cần phải được nghiên cứu hết sức nghiêm ngặt và có những quy định chặt chẽ. Các loại chất màu hữu cơ được chia làm 3 nhóm: nhóm A, nhóm B, nhóm C. 6 + Nhóm A: gồm những chất màu không mang độc tính và không gây ngộ độc tích luỹ Bảng 1.3: Liều lƣợng cho phép của chất màu hữu cơ tổng hợp nhóm A Loại chất màu Liều lƣợng sử dụng (mg/kg thể trọng) Amarant(ký hiệu CI.16185 0 – 0,15 Vàng mặt trời(Ký hiệu OI 15985) 0 – 5,00 Tartrazin(ký hiệu CI 19140) 0 – 7,50 + Nhóm B: gồm 5 loại màu, đòi hỏi phải được nghiên cứu kỹ trước khi có quyết định sử dụng: -caroten tổng hợp, Xanh (ký hiệu CI.42090), Erythozin (ký hiệu CI 45430), Indigotin (ký hiệu CI. 73015), Xanh Lục. + Nhóm C: bao gồm tất cả các loại màu hữu cơ khác chưa được nghiên cứu kỹ hoặc nghiên cứu chưa rõ ràng. Ƣu, nhƣợc điểm của chất màu hữu cơ tổng hợp:  Ưu điểm: cho nhiều gam màu phong phú, rẻ tiền và tiện lợi trong chế biến thực phẩm.  Nhược điểm: gây ảnh hưởng đến sức kh