Đang tải... (xem toàn văn)
Kinh Tế - Quản Lý - Kinh tế - Quản lý - Công nghệ thực phẩm Hú A HỌC CÓNG NGHỆ THựC PHẨM NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TÔ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TRÍCH LY ANTHOCYANIN TỪ KHOAI LANG TÍM (IPOMOEA BATATAS (L.) LAM) TRỒNG TẠI TỈNH VĨNH LONG, VIỆT NAM NGUYỄN LÊ TẤN THIỆN - HOÀNG THỊ THU HANG - TRẦN MINH PHÚC - LƯƠNG THỊ PHƯƠNG LIÊN - BÙI THẾ VINH TÓM TẮT: Anthocyanin ngày càng được sử dụng nhiều hơn như một chất tạo màu tự nhiên và an toàn. Mục tiêu của nghiên cứu là xác định được các thông số của quá trình trích ly anthocyanin từ khoai lang tím được trồng tại tỉnh Vĩnh Long, Việt Nam. Kết quả cho thấy, kích thước của nguyên liệu khoai lang tím, tỷ lệ khoai lang tímdung môi, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly, và nồng độ ethanol sử dụng lần lượt là 3-5 mm; 18; 70°C; 50 phút; và 30. Từ khóa: khoai lang tím, anthocyanin, quá trình trích ly. 1. Đặt vấn đề Ngày nay, do các vấn đề về an toàn, việc sử dụng các chất tạo màu tự nhiên để thay thế thuốc nhuộm tổng hợp ngày càng được ưu tiên. Theo hệ thống đánh số được sử dụng bởi úy ban Tiêu chuẩn thực phẩm quốc tế (Codex Alimentarius Commission), anthocyanin (bất kỳ chất nào có nguồn gốc từ chất tạo màu anthocyanin) được liệt kê là chất tạo màu tự nhiên (Ove et al., 2019). Vì vậy, chúng tôi có sự chú ý nhiều hơn đến các nguồn nguyên liệu tiềm năng khác giàu anthocyanin như khoai lang tím dùng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm. Khoai lang tím được coi là thực phẩm tốt cho sức khỏe do có hương vị độc đáo, lượng chất xơ cao và có lợi cho sức khỏe. Các nghiên cứu đã chứng minh tác dụng chống tăng đường huyết và chống tăng axit uric, chống oxy hóa, chông béo phì và chống viêm mạnh mẽ, có thể được phát huy bởi các thành phần hoạt tính sinh học của nó (Wang et al., 2022). Nhiều loại phương pháp trích ly đã được sử dụng để trích ly hàm lượng anthocyanin, trong số đó có 2 phương pháp đã được sử dụng thường xuyên, đó là hệ thống hồi lưu (reflux system) và hệ thông 2 pha lỏng thân nước (two-phase aqueous system). Các dung môi khác nhau đã được sử dụng trong quá trình trích ly như etanol, axeton và axit clohydric (HC1),... Trong thời gian trích ly anthocyanin, metanol được axit hóa trong nước và etanol đã được sử dụng phổ biến nhất. Trong đó, ethanol được ưu tiên dùng làm dung môi để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Hơn nữa, các yếu tô khác nhau ảnh hưởng đến sự ổn định của sắc tố SỐ20-Tháng 82022 353 TẠP CHÍ CÔNG THƯƠNG anthocyanin, như: giá trị pH, nhiệt độ, sự hiện điện của oxy,... (Ove etal., 2019). Nghiên cứu về quá trình trích ly anthocyanin trên khoai lang tím của tác giả Cù Thị Ngọc Thúy (2014) đã đưa ra điều kiện trích ly cho hàm lượng anthocyanin cao là nhiệt độ 80°C, thời gian 180 giây và tỷ lệ ethanol trong hệ dung môi là 75 (vv); Ngoài ra, tác giả Phạm Thị Mai Quế và Nguyễn Minh Thủy (2016) đã trích ly anthocyanin từ vỏ khoai lang tím đã được hấp ở nhiệt độ 100°C trong 4 phút, sau đó sấy ở 50°C trong 4 giờ có thể tăng hiệu quả trích ly và thu nhận được hàm lượng anthocyanin đạt được cao nhất là 0,2, gấp 7 lần so với mẫu đối chứng; và cũng cho thấy thời gian, nhiệt độ và nồng độ ethanol ảnh hưởng quan trọng đến hiêu quả trích ly anthocyanin. Các điều kiện tối ưu (nhiệt độ, thời gian và nồng độ ethanol) đạt được là 5 l°c, 44 phút và 68, tương ứng. Tính ổn định của anthocyanins tăng lên khi tăng nồng độ của chính chất tạo màu. Do đó, điều mong muôn là cô đặc tập trung anthocyanin sau khi trích ly và tinh chế (Chandrasekhar etal., 2015). ơ Việt Nam, khoai lang là cây lương thực đứng hàng thứ ba sau lúa, ngô và đứng thứ hai về giá trị kinh tế đối với cây có củ sau khoai tây. Theo sô'''' liệu báo cáo của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Vĩnh Long, hiện nay khoai lang tím hiện được trồng với diện tích khoảng 14.000 ha, sản lượng hàng năm trên 370.000 tấn, tổng giá trị kinh tế đạt khoảng 750 triệu đồnglha hằng năm (Nguồn báo cáo Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn năm 2019). Như vậy, Vĩnh Long có vùng nguyên liệu khoai lang lớn, dễ tìm và giá thành tương đối rẻ, nhất là dòng khoai lang tím Nhật. Khoai lang tím được bán trực tiếp cho thương lái, người dân với giá thành không ổn định. Vì vậy, cần thiết nghiên cứu trích ly anthocyanin từ khoai lang tím Vĩnh Long nhằm tạo ra các sản phẩm giá trị gia tăng cao như phẩm màu thực phẩm, dược phẩm,... góp phần phát triển kinh tế địa phương, giảm thất thoát sau thu hoạch... là việc làm rất cần thiết. 2. Đối tưựng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu Khoai lang tím tươi được thu nhận ở huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long. Khoai lang tím tươi sau khi thu nhận được làm sạch để loại bỏ phần không tốt, rửa sạch bằng nước và để ráo. Khoai lang tím ráo cho vào bao bì tồn trữ ở 4 - 5°c cho quá trình sử dụng (hoặc sử dụng ngay). 2.2. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất - Thiết bị, dụng cụ: pH kế (Ohaus); Nhiệt kế (China); Bếp điện từ (Korea King, Hàn Quốc); Water bath (Memmert, Đức); Micropipette (100- lOOOpl) (Đức); Cân phân tích độ chính xác ±0,0001 g (Ohaus, Trung Quốc); Dụng cụ phân tích như cốc thủy tinh, bình tam giác, bình định mức. - Hóa chất: Ethanol (99,97) (Việt Nam); Methanol (99,97) (Trung Quốc); Citric acid monohydrate (Trung Quốc); HC1 đậm đặc (Trung Quốc); Kali Clorua (KC1) (Trung Quốc); Natri acetat (CH3COONa) (Trung Quốc); Nước cất. 2.3. Quy trình thí nghiệm Quy trình trích ly athocyanin từ khoai lang tím như sau: Nghiên cứu trích ly anthocyanin từ khoai lang tím được thực hiện trên cơ sở các nghiên cứu của Pham etal. (2019), Tạ Thị Tố Uyên (2018). Tiến hành thí nghiệm như sau: Khối lượng mỗi mẫu khoai lang tím khô được sử dụng cho mỗi đơn vị thí nghiệm là 50 g. Quá trình trích ly được thực hiện ở các điều kiện cố định nhiệt độ ở 50°C, trong thời gian 50 phút, dung môi sử dụng là ethanol (30) theo tỷ lệ 1:1. sản phẩm dịch trích ly sau lọc Quy trình chiết suất athocyanin Nguyên liệu khoai lang tươi ■ "■ Rửa sạch bằng nước, để ráo Cắt nhỏ Sấy nóng ở nhiệt độ 70°C trong 3 giò Nguyên liệu khoai lang tím khô X , Trích ly anthocyanin V > Dịch chiết anthocyanin X , 354 Số 20 - Tháng 82022 HÓA HỌC-CÔNG NGHỆ THựC PHẨM được tiến hành phân tích, đánh giá hàm lượng anthocyanin và chọn ra thông số để có giá trị hàm lượng anthocyanin tốt nhát. Các yếu tô được khảo sát ảnh hưởng đến quá trình trích ly anthocyanin thay đổi, gồm: Kích thước của nguyên liệu khoai lang tím (3 nhân tố: 3-5 mm; 10 mm; 15 mm) (Thí nghiệm 1); Tỷ lệ khoai lang tím khô: dung môi (3 nhân tố: 15; 18; 110) (Thí nghiệm 2); Nhiệt độ trích ly (3 nhân tố: 50°C; 70°C; 90) (Thí nghiệm 3); Thời gian trích ly (3 nhân tố: 30 phút; 50 phút; 70 phút) (Thí nghiệm 4); Nồng độ ethanol (3 nhân tô: 10; 30; 50) (Thí nghiệm 5). Các thông số thu nhận được từ kết quả thí nghiệm trước được sử dụng cho thí nghiệm sau đó. 2.4. Phương pháp phân tích Phương pháp xác định hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai. Xác định anthocyanin trong dịch trích theo phương pháp pH vi sai (Giustivà Wrolstad, 2000), dựa trên nguyên tắc chất màu anthocyanin thay đổi theo pH. Tại pH=l, các anthocyanin tồn tại ở dạng oxonium hoặc flavium có độ hâp thụ cực đại, tại pH - 4,5 thì chúng lại ở dạng carbinol không màu. Phương pháp pH vi sai cho phép xác định hàm lượng anthocyanin tổng số chính xác và nhanh chóng, thậm chí khi có sự hiện diện của các hợp chất can thiệp khác (Stanciu et al., 2010). Xác định quang phổ hấp thu cực đại (Ảvịs max) Chỉnh đường nền bằng nước cất từ bước sóng 400 đến 700 nm. Pha loãng bột khoai lang bằng nước cất. Cho dịch vừa pha vào cuvet và quét qua máy quang phổ với bước sóng từ 400 đến 700 nm (phổ hâp thu cực đại của anthocyanin nằm trong khoảng từ 500 đến 550 nm). Bước sóng hấp thu cực đại được ghi nhận là bước sóng tại đó độ hấp thu A đo được cao nhát. Xác định độ pha loãng mẫu (DF) Xác định độ pha loãng mẫu thích hợp bằng dung dịch đệm pH 1.0 để độ hấp thu tại bước sóng cực đại (521 nm) nằm trong khoảng tuyến tính trên đồ thị quan hệ giữa độ hấp thu và hàm lượng anthocyanin (độ hấp thu thường có giá trị từ 0.2 đến 1.2). Xác định hàm lượng anthocyanin Chuẩn bị mẫu: Pha loãng mẫu theo độ pha loãng DF xác định ở phần trên bằng dung dịch đệm pH 1.0 và dung dịch đệm pH 4.5. Ôn định mẫu trong thời gian 15 phút. Chỉnh điểm 0 cho máy bằng nước cât. Đo độ hấp thu của dung dịch vừa pha tại các bước sóng (Àyis max = 521nm) và 700nm (độ đục của mẫu). Phương pháp xác định Mẩu được pha loãng trong 2 dung dịch đệm: đệm kali clorua 0,025 M (pH l,0) và đệm natriaxetat 0,4 M (pH 4,5). Tất cả các phép đo độ hấp thu bằng máy đo quang phổ được thực hiện ở bước sóng 520 nm và 700 nm. Xác định khối lượng anthocyanin theo công thức: A.M.K.V ~ a = „1 (s) £.1 Trong đó: A — (^520nm.pH=l ~ ^700nmpH=l) - (^520nm.pH=4,5~ A700nm pH=4i5) A520nm, A700nm: Độ hấp thụ tại bước sóng 520 và 700 nm, ở pH= 1 và pH = 4.5 a: Lượng anthocyanin (g); M: Khối lượng phân tử của anthocyanin, được biểu diễn qua cyanidin 3- glucozide (449.2 gmol); 1: Chiều dày cuvet (lem); K: Độ pha loãng; V: Thể tích dịch chiết (1); £: Hệ số hấp thụ phân tử, (26900 mol’1 cm-1 tại À. = 520 nm) (Gabriela etal., 2010). Hàm lượng anthocyanin toàn phần () = ax 100mx(100-w)x 10’2 Trong đó, a: Lượng anthocyanin (g); m: Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g); w: Độ ẩm nguyên liệu () (Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2005). Xác định nồng độ anthocyanin (mgL) theo công thức: Nông độ anthocyanin =----- ----- f- ụngL) £.1 M: Khôi lượng phân tử của anthocyanin, được biểu diễn qua cyanidin 3-glucozide (449.2 gmol); 1: Chiều dày cuvet (1cm); DF: Độ pha loãng, e: Hệ số hấp thụ phân tử, (26900 mol-1 cm 1 tại À. = 520 nm) (Gabriela etal., 2010). 2.5. Phương pháp xử lý sốliệu Các thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, lặp lại 3 lần. Thông số thích hợp được lựa chọn từ kết quả của thí nghiệm trước được sử dụng cho thí nghiệm kế tiếp. SỐ20-Tháng 82022 355 TẠP CHÍ CÔNG THƯƠNG Kết quả của các thí nghiệm được thông kê và phân tích theo phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XVII, phân tích phương sai ANOVA và kiểm định LSD để kết luận sự sai khác giữa các nghiệm thức. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Thành phần hóa học của củ KLT sử dụng trong thí nghiệm Các thành phần cơ bản của khoai lang tím thu nhận tại Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long như hàm lượng nước, protein, chất béo, anthocyanin và các thành phần khác được phân tích (Bảng 1) làm cơ sở để thu nhận dịch chiết anthocyanin trong quá trình trích ly. Bảng 1. Bảng thành phần hóa học của khoai lang tím tươi Thành phẩn Đơn V Giá tri trên 100g Nước g 68,190 ±0,11 Protein g 0, 356 ±0,04 Chất béo g 0,351 ±0,14 Anthocyanin g 0,067 ±0,01 Thành phẩn khác g 31.036 ±0,08 Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng anthocyanin trong khoai lang tím đạt 0,067 ± 0,01 g100 g trọng lượng tươi thấp hơn so với báo cáo của Wang et al. (2022) (0,10-0,97 mgg trọng lượngtươi). Thành phần hóa học của củ khoai lang không cố định mà dao động tùy thuộc giống, kỹ thuật canh tác, đất trồng, khí hậu,... Sự hao hụt của khoai lang khi bảo quản phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của khoai, những biến đổi sinh lý, sinh hóa, thành phần hóa học, giống, điều kiện gieo trồng chăm sóc, độ chín thu hoạch, kỹ thuật khi thu hoạch, vận chuyển và những yếu tố kỹ thuật khi bảo quản. Sau thu hoạch, khoai lang rất nhanh bị giảm chất lượng do trọng lượng mất, tổn thương cơ học, nẩy mầm, sâu bệnh. Anthocyanins từ khoai lang tím tương đôi ổn định trong nhiều điều kiện bảo quản, chẳng hạn như dưới nhiều ánh sáng, độ pH khác nhau và nhiệt độ khác nhau. Chính vì những đặc tính này, anthocyanin đã trở nên phổ biến. Tuy nhiên, hàm lượng anthocyanin trong khoai lang tím tương đối thấp, chỉ 0,10-0,97 mgg trọng lượng tươi (Wang et al„ 2022). 3.2. Ánh hưởng của kích thước khoai lang tím đến quá trình trích ly anthocyanin Kết quả xác định hàm lượng anthocyanin trong dung dịch trích ly ở các nghiệm thức cho thấy (Hình 3.2 B): Ớ mẫu sử dụng khoai lang tím có kích thước 3-5 mm (253,6 mgL) cao hơn so với mẫu có kích thước là 10 mm (229,6 mgL) và 15 mm (198,5 mgL); khác biệt có ý nghĩa thống kê (P