Luận văn Khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nguyên liệu đến khả năng trích ly anthocyanin từ bắp cải tím

TRƯỜNG đẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÕ THỊ TRANG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU đẾN KHẢ NĂNG TRÍCH LY ANTHOCYANIN TỪ BẮP CẢI TÍM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ Ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành 08 Người hướng dẫn DƯƠNG THỊ PHƯỢNG LIÊN CẦN THƠ 2008 LỜI CẢM ƠN Trong suốt năm năm học tập tại trường đại học Cần Thơ, được sự chỉ dạy tận tình của các thầy cô, nay em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô. Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông nghiệp Và Sinh học Ứng dụng – Trường đại học Cần Thơ đã tận tình truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho tôi trong thòi gian qua giúp tôi có hành trang vững chắc tiến bước vào đời. Xin chân thành cảm ơn Cô Dương Thi Phượng Liên đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành đề tài này. Xin chân thành cảm ơn thầy Lý Nguyễn Bình, Trưởng bộ môn Công nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông nghiệp Và Sinh học Ứng dụng – Trường đại học Cần Thơ đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi thực hiện luận văn và hoàn thành quá trình nghiên cứu. Xin cảm ơn các bạn lớp Công nghệ Thực Phẩm khóa 29 đã giúp đỡ, góp ý kiến chân thành trong suốt thời gian tiến hành thí nghiệm cũng như suốt thời gian học tập. Cuối cùng xin gởi lời cảm ơn đến cha mẹ và những người thân đã nuôi dạy, tạo điều kiện cho con học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 07 tháng 06 năm 2008 Sinh Viên Võ Thị Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC  Trang MỤC LỤC ........................................................................................................ i DANH SÁCH BẢNG ..................................................................................... iii DANH SÁCH HÌNH ...................................................................................... iv TÓM LƯỢC .................................................................................................... v CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU............................................................................. 1 1.1 đặt vấn đề ............................................................................................................ 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 1 CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ........................................................ 2 2.1 Nguồn nguyên liệu................................................................................................ 2 2.1.1 Giới thiệu bắp cải tím ........................................................................................ 2 2.1.2 Thành phần hóa học ........................................................................................... 3 2.2 Một số loại rau quả chứa chất màu anthocyanin .................................................... 3 2.3 Giới thiệu chất màu anthocyanin........................................................................... 4 2.3.1 Khái quát ........................................................................................................... 4 2.3.2 Tính chất của anthocyanin ................................................................................. 5 2.3.3 Tác dụng ............................................................................................................ 7 2.3.4 Một số ứng dụng thương mại của anthocyanin ................................................... 8 2.4 Phương pháp trích ly............................................................................................. 8 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly ........................................................ 10 2.6 Quá trình sấy ...................................................................................................... 10 2.7 Quá trình lạnh đông ............................................................................................ 12 2.8 Quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ................................ 13 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ....... 14 3.1 Phương tiện thí nghiệm....................................................................................... 14 3.1.1 Nguyên liệu – Hóa chất sử dụng ...................................................................... 14 3.1.2 Dụng cụ - thiết bị ............................................................................................. 14 3.2 Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................... 14 3.2.1 Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bốc ẩm và độ ẩm nguyên liệu đến khả năng chiết tách và độ bền màu anthocyanin ................................................. 14 3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến hàm lượng màu anthocyanin sau khi trích .......................................................................................... 18 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN....................................................... 20 4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ bốc ẩm và độ ẩm nguyên liệu đến khả năng chiết tách và độ bền màu anthocyanin ........................................................................................... 20 4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ bốc ẩm và độ ẩm nguyên liệu đến khả năng chiết tách ... ................................................................................................................................. 20 4.1.2 Hàm lượng anthocyanin và % màu còn lại sau khi đun 95oC, 15 phút .............. 23 4.1.3 Hàm lượng anthocyanin còn lại sau thời gian bảo quản ở các điều kiện khác nhau ......................................................................................................................... 24 4.2 Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến hàm lượng anthocyanin sau khi trích .... 30 4.2.1 Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin trong các mẫu sau khi trích ly..... 30 4.2.2 Hàm lượng anthocyanin và % còn lại trong các mẫu sau 24 giờ ở các điều kiện bảo quản ................................................................................................................... 30 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ đỀ NGHỊ..................................................... 34 5.1 Kết luận ............................................................................................................. 34 5.2 Kiến nghị ........................................................................................................... 34 Một số hình ảnh về thiết bị sử dụng thí nghiệm ........................................................ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 36 PHỤ LỤC 1................................................................................................................ v PHỤ LỤC 2.............................................................................................................. vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Thành phần hóa học của bắp cải .................................................................... 3 Bảng 2. Một số loại anthocyanin phổ biến .................................................................. 4 Bảng 3. Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin ảnh hưởng bởi nhiệt độ xử lý và độ ẩm của nguyên liệu .............................................................................................. 20 Bảng 4. Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin thu được bởi chế độ xử lý so với mẫu đối chứng .......................................................................................................... 21 Bảng 5: Kết quả thống kê về hàm lượng anthoyanin còn lại sau khi đun 95oC, 15 phút ................................................................................................................................. 23 Bảng 6: Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin và % còn lại sau khi đun 95oC, 15 phút của các mẫu xử lý và mẫu đối chứng ........................................................... 23 Bảng 7: Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin còn lại sau 24 giờ ở điều kiện sáng ................................................................................................................................. 24 Bảng 8: Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin và % còn lại sau 24 giờ ở điều kiện sáng ......................................................................................................................... 25 Bảng 9: Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin còn lại sau 24 giờ ở điều kiện tối ... ................................................................................................................................. 26 Bảng 10: Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin và % còn lại sau 24 giờ ở điều kiện tối .................................................................................................................... 27 Bảng 11: Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin còn lại khi đun 95oC 15 phút sau 24 giờ ....................................................................................................................... 28 Bảng 12: Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin và % còn lại khi đun 95oC 15 phút sau 24 giờ .............................................................................................................. 28 Bảng 13: Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin trong các mẫu sau khi trích ly ................................................................................................................................. 30 Bảng 14: Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin còn lại và % còn lại sau 24 giờ ở ngoài sáng ............................................................................................................. 30 Bảng 15: Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin còn lại và % còn lại sau 24 giờ ở trong tối ................................................................................................................. 31 Bảng 16: Kết quả thống kê về hàm lượng anthocyanin còn lại và % còn lại sau 24 giờ sau khi đun 95oC 15 phút .......................................................................................... 32 DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Bắp cải tím .................................................................................................... 2 Hình 2: Công thức cấu tạo của Cyanidin 3,5 –diglucoside .......................................... 3 Hình 3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin ................................................ 5 Hình 4: Màu anthocyanin thay đổi theo pH ................................................................ 7 Hình 5: Quá trình trích ly một đoạn ............................................................................ 9 Hình 6: Quá trình trích ba đoạn giao dòng .................................................................. 9 Hình 7: Quá trình trích nhiều đoạn nghịch dòng ....................................................... 10 Hình 8: Sơ đồ quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ................ 13 Hình 9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1.............................................................................. 16 Hình 10: Mẫu nguyên liệu nghiền trước và sau khi cho bốc ẩm ............................... 17 Hình 11: Dịch anthocyanin sau khi trích ly ............................................................... 17 Hình 12: Ống nghiệm chứa dịch trích để bảo quản sau 24 giờ .................................. 18 Hình 13: Pha loãng dịch trích 10 lần ở pH=1 và pH 4,5 ........................................... 18 Hình 14: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2............................................................................ 19 Hình 15: đồ thị biểu diễn hàm lượng anthocyanin trong các mẫu sau khi xử lý ........ 20 Hình 16: đồ thị biểu diễn hàm lượng anthocyanin trong các mẫu trích ly sau khi xử lý và mẫu đối chứng ..................................................................................................... 22 Hình 17: đồ thị biểu diễn anthocyanin và phần trăm màu còn lại trong các mẫu sau khi đun 95oC, 15 phút ............................................................................................... 24 Hình 18: đồ thị biểu diễn Anthocyanin và phần trăm còn lại sau 24 giờ ở điều kiện sáng .......................................................................................................................... 26 Hình 19: đồ thị biểu diễn hàm lượng anthocyanin và phần trăm còn lại sau 24 giờ ở điều kiện tối ............................................................................................................. 27 Hình 20: đồ thị biểu diễn về so sánh mẫu xử lý tốt nhất với mẫu đối chứng ............. 29 Hình 21: đồ thị biểu diễn hàm lượng anthocyanin trong các mẫu xử lý .................... 32 Hình 22: Quy trình trích ly anthocyanin từ bắp cải ................................................... 34 Hình 23: Máy so màu Spectrometer.......................................................................... 35 Hình 24: Waterbath ................................................................................................. 35 Hình 25: Tủ sấy chân không .................................................................................... 35 Hình 26: pH kế ......................................................................................................... 35 Hình 27: Máy đo độ ẩm ............................................................................................. 35 Hình 28: Các loại cân phân tích ................................................................................ 35 TÓM LƯỢC Với mục đích tìm ra các điều kiện tối ưu để cho trích ly hàm lượng anthocyanin cao nhất và độ bền màu tốt nhất từ nguyên liệu bắp cải tím. Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bốc ẩm và độ ẩm nguyên liệu đến khả năng chiết tách và độ bền màu anthocyanin. Thí nghiệm được tiến hành trên cơ sở khảo sát khả năng chiết tách anthocyanin khi xử lý bốc ẩm mẫu ở nhiệt độ 10-15oC, 40oC, 50oC, và độ ẩm cần đạt là 15%, 20%, 25%. để thu được hàm lượng anthocyanin cao nhất cần xử lý nguyên liệu ở nhiệt độ 40oC và 15% ẩm. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến hàm lượng màu anthocyanin sau khi trích. Thí nghiệm tiến hành khảo sát các mẫu lạnh đông, mẫu sấy 40oC 15% ẩm, mẫu sấy – lạnh đông. để thu được hàm lượng anthocyanin cao nhất và đạt hiệu quả kinh tế chộn mẫu sấy 40oC 15% ẩm. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 1.1 đặt vấn đề Với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác các chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm thay thế các chất màu hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật nhằm tạo tính an toàn cao cho người sử dụng thực phẩm. Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ... Trong phạm vi nghiên cứu này, nguyên liệu được chọn để chiết tách anthocyanin là bắp cải tím với nội dung khảo sát các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm của nguyên liệu, quá trình lạnh đông nguyên liệu đến khả năng chiết tách anthocyanin. Thí nghiệm chọn hệ dung môi Ethanol – nước - HCl (với tỷ lệ 1:1 và 1%HCl) để chiết tách do qua nghiên cứu tài liệu việc sử dụng hệ dung môi này thu được hiệu suất trích tương đối cao và đạt hiệu quả kinh tế. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của thí nghiệm là tìm ra các điều kiện tối ưu để cho hàm lượng anthocyanin cao nhất và độ bền màu tốt nhất. Từ đó đề tài tiến hành các nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ bốc ẩm và độ ẩm nguyên liệu đến khả năng chiết tách và độ bền màu anthocyanin. - Khảo sát ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến hàm lượng màu anthocyanin sau khi trích CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Nguồn nguyên liệu 2.1.1 Giới thiệu bắp cải tím Bắp cải có tên khoa học là Brassica oleracea. var. capitata. Lizg. Bắp cải tím (Brassica oleracea var capitata ruba) bắt nguồn từ tây bắc Châu Âu. đến khoảng giữa thế kỉ 16 bắp cải đã trở thành loại rau quan trọng ở Châu Âu. Từ châu âu bắp cải tím được đưa đi trồng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Tại Việt Nam bắp cải tím được trồng nhiều ở đà Lạt. Tuy nhiên, việc sản xuất bắp cải tím ở khu vực nhiệt đới và á nhiệt đới còn ở mức hạn chế vì bắp cải tím thích hợp với những vùng núi cao hoặc nơi có mùa đông lạnh. Bắp cải tím sinh trưởng tốt nhất ở khu vực có nhiệt độ trung bình ngày 15-20oC, nhiệt độ dao động nhiệt độ ngày và đêm là 5oC. Vùng nhiệt đới chỉ gặp điều kiện này ở nơi có độ cao trên 800m so với mực nước biển. Nhiệt độ vượt quá 25oC bắp cải vẫn phát triển nhưng khả năng cuộn bắp hạn chế. Vì thế ở Việt Nam bắp cải tím được trồng nhiều ở đà Lạt. Bằng phương pháp tối ưu hoá thực nghiệm trong quá trình chiết tách, đã xác định được hàm lượng anthocyanin trong bắp cải tím đà Lạt chiếm khoảng 1,11%. Sắc tố chính được chiết xuất từ bắp cải tím đó là cyanidin 3,5-diglucoside của hệ màu anthocyanin và có màu sắc thay đổi rõ rệt theo pH môi trường. Trong môi trường acid nó có màu đỏ bền và khi môi trường chuyển sang base màu của nó chuyển sang xanh và ổn định trong thời gian dài. đây là đặc tính rất khác so với các anthocyanin của một số nguyên liệu khác (màu thay đổi liên tục tại pH kiềm) như lá tía tô, quả dâu,... Hình 1: Bắp cải tím Hình 2: Công thức cấu tạo của Cyanidin 3,5 -diglucoside 2.1.2 Thành phần hóa học Bảng 1. Thành phần hóa học của bắp cải Thành phần Hàm lượng vitamin K 73.35 mcg vitamin C 30.15 mg dietary fiber 3.45 g Mangan 0.18 mg Vitamin B6 (pyridoxine) 0.17 mg folate 30.00 mcg Acid béo omega- 3 0.17 g vitamin B1 (thiamin) 0.09 mg vitamin B2 (riboflavin) 0.08 mg Caci 46.50 mg Kali 145.50 mg Vitamin A 198.00 IU Tryptophan 0.01 g Protein 1.53 g Magie 12.00 mg (Nguồn: www.whfoods.com) Bắp cải là thực phẩm đầu tiên bị khám phá là gây ra bướu cổ khi được dùng trong thành phần thực phẩm cho thỏ ăn hàng ngày trong một cuộc nghiên cứu về bệnh giang mai vào năm 1928. Khám phá này sau đó được các nhà nghiên cứu khác xác nhận vào các năm 1929, 1933. Bắp cải thu hoạch vào mùa Đông có tác dụng mạnh hơn loại thu hoạch vào mùa Hè, và tác dụng này gia tăng khi bắp cải được hấp chín..và sau đó các nhà nghiên cứu ghi nhận nếu cho thỏ ăn thêm iodine trong khẩu phần hàng ngày chung với bắp cải, dù sống hay hấp chín, thì thỏ sẽ không bị bướu cổ. 2.2 Một số loại rau quả chứa chất màu anthocyanin Chất màu anthocyanin thường có trong những loại rau quả có màu đỏ, xanh và tím như: dâu tây, bắp cải, vỏ nho, hoa hồng… Bảng 2. Một số loại anthocyanin phổ biến Cây Anthocyanin Bắp cải tím Cúc tây Hoa hồng Quả anh đào Quả mận Quả việt quất Quả nho Hoa cẩm quỳ Hoa mẫu đơn Hoa anh thảo Rubrobraxinin Pelargonin Xianin Ceraxianin Prunixianin Idain Delfin Enin Malvin Peonin Hirxutin (Nguồn: hóa sinh công nghiệp - nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội) 2.3 Giới thiệu chất màu Anthocyanin 2.3.1 Khái quát Anthocyaninlà mono – hay diglucozit do gốc đường glucose, galactose hoặc ramnose kết hợp với gốc aglucon có màu gọi là anthocyanidin (anthocyanidol). Aglucon của chúng có cấu trúc cơ bản được mô tả trong hình 1. Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3,5,7; thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít. Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit. Do đó khi thủy phân anthocyanin thu được đường và anthpocyanidin. Anthocyaninhòa tan trong nước, còn các anthocyanidol thì không hòa tan trong nước. Các anthocyanidol và anthocyaninlà những chất tạo nên màu sắc cho hoa quả. Các anthocyanidol có màu đỏ, xanh, tím hoặc những gam màu trung gian. R1 OH 3 OH O+ B 7 A 3 R2 5 OH OH Hình 3: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1 và R2, thường là H, OH hoặc OCH3. 2.3.2 Tính chất của anthocyanin Antho