TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 66 NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ĐIỀU NHUỘM BẰNG DẦU MEIZAN A STUDY OF BIXA ORRELENA COLOUR EXTRATION WITH MEIZAN OIL Đào Hùng Cường − Phan Thảo Thơ Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Hai thành phần chính của hạt điều nhuộm là bixin và norbixin, trong đó thành phần bixin tan tốt trong dầu thực vật. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi quả điều nhuộm được 4 tháng thì hàm lượng của bixin tích luỹ trong hạt đạt cực đại. Khi chiết tách bixin từ hạt annatto bằng dầu Meizan ở nhiệt độ 98 0 SUMMARY C với tỷ lệ rắn lỏng 15/10 trong 10h thì hàm lượng bixin thu được là khoảng 15%. The two major components of bixa orrelana pigment are bixin and norbixin, among which bixin dissolves well in food oil. This research result reveals that the maximum content of bixin in bixa orrelana is accumulated four months after the appearance of the green fruit. The bixin volume obtained is around 15% when extracted with Meizan oil at 98 0 C and with the ratio of optimum bixa orrelana and solvent volume (15/100) within 10 hours. 1. Mở đầu Ngày nay, ngành công nghệ thực phẩm luôn gắn liền với phẩm màu có nguồn gốc từ tự nhiên để làm tăng tính hấp dẫn của sản phẩm. Một trong những loại phẩm màu được sử dụng rộng rãi hiện nay là chất màu được lấy từ hạt điều nhuộm có màu đỏ và vàng. Chất nhuộm màu chủ yếu trong phần cơm hạt điều nhuộm là bixin có màu đỏ (este monomethyl của acid dicarboxilic norbixin), thành phần chiếm hơn 80% phần cơm của hạt điều [2]. Ngoài bixin, trong hạt điều màu còn có norbixin (acid dicarboxilic) là chất tạo ra màu vàng [1]. HOOC COOCH 3 HOOC COOCH 3 Các nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh được chất màu chiết từ hạt điều nhuộm không gây độc hại, không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên đã được CODEX đưa vào danh mục các loại phẩm màu tự nhiên được sử dụng an toàn cho thực phẩm và dược phẩm [4]. Loại phẩm này có hoạt tính sinh học cao, làm giảm lượng cholesterol trong máu, mang tính nhuận trường, chữa các bệnh như sốt, kiết lị; nó còn là chất chống oxi hoá mạnh, có khả năng tiêu diệt các gốc tự d o và các loại men hại gây α-bixin β-bixin TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 67 ung thư trong thức ăn, nước uống; một chất chống tia cực tím và chống oxi hoá giúp bảo vệ gan thường được sử dụng trong y học [1]. Ở Việt Nam ta, trong dân gian người ta thường đun nóng dầu ăn rồi cho hạt điều nhuộm vào đó để lấy dung dịch màu hoặc cho trực tiếp hạt điều vào trong thức ăn để tạo màu. Việc nghiên cứu ứng dụng chất màu từ hạt điều nhuộm tuy đã có một vài nhà hoá học ở nước ta quan tâm nhưng cho đến nay vẫn chưa có một quy trình công nghệ sản xuất ổn định và hiệu quả để có thể triển khai ở quy mô công nghiệp. Vì vậy việc nghiên cứu tìm ra phương pháp chiết tách chất màu và xác định thời điểm thu hoạch quả có chứa hàm lượng chất màu cao nhất là một việc làm cần thiết, quan trọng, có ý nghĩa lớn nhằm ứng dụng rộng rãi chất màu tự nhiên trong thực phẩm, góp phần tích cực phát triển cây công nghiệp ở nước ta. 2. Thực nghiệm 2.1. Nguyên liệu Quả điều được hái tại Tam Kỳ - Quảng Nam trên một cây điều đã được trồng 5 năm. Các loại quả được hái một cách ngẫu nhiên (hình 1), sau đó ph ân loại mẫu thí nghiệm theo độ chín của quả: Mẫu 1 - quả điều nhuộm rất non: là những quả có vỏ màu xanh nhạt, tươi, vỏ rất mềm và giòn; Mẫu 2 - quả điều nhuộm non: là những quả có vỏ màu xanh hơi đậm, vỏ mềm và giòn; Mẫu 3 - quả điều nhuộm hơi già: là những quả có vỏ màu xanh thẫm, vỏ hơi cứng hơn và hơi khó bấm; Mẫu 4 - quả điều nhuộm già: là những quả điều nhuộm có vỏ màu nâu, vỏ cứng và khó bấm; Mẫu 5 - quả điều nhuộm chín: là quả điều nhuộm có vỏ màu nâu đen, đen, vỏ rất cứng, khó bấm thường bị nứt. 2.2. Chiết tách bixin ∗ Chọn dung môi chiết Dùng dung môi là dầu thực vật để chiết tách bixin. Ngâm lần lượt 1g mẫu 4-hạt điều nhuộm già vào cùng một thể tích là 10ml các loại dầu hỗn hợp Meizan, Cooking oil, dầu đậu phụng và dầu đậu nành trong khoảng thời gian là 48 h. Thỉnh thoảng lắc, khuấy để quá trình chiết được dễ dàng. Thu lấy các dịch chiết để đo UV-Vis. ∗ Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện đến hiệu suất chiết tách bixin Tiến hành chưng ninh hạt điều nhuộm già với dầu thực vật thích hợp đã được chọn ở trên và thu lấy dịch chiết. Để xác định điều kiện tối ưu nhằm thu sản phẩm có Hình 1. Quả và hạt điều nhuộm già TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 68 hiệu suất cao nhất, chúng tôi tiến hành khảo sát, tỷ lệ giữa khối lượng hạt điều nhuôm với dung môi (tỷ lệ rắn lỏng) và thời gian chiết tách bixin. 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Khả năng hoà tan của bixin trong các loại dầu thực phẩm khác nhau Bảng 1. Khả năng hoà tan của bixin trong các dung môi dầu thực phẩm Dung môi Dầu Meizan Dầu Cooking oil Dầu đậu phụng Dầu đậu nành Màu sắc Đỏ đậm Đỏ Vàng Vàng Bằng cảm quan, chúng tôi nhận thấy dịch chiết của dầu Meizan có màu tốt nhất, có khả năng hoà tan bixin tốt nhất sau đó là dầu cooking oil. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn dầu Meizan để nghiên cứu quá trình chiết Bixin từ hạt điều màu. 3.2. Xây dựng đường chuẩn Hoà tan 1,542g bixin trong 100ml dầu Meizan để thu được dung dịch bixin có nồng độ là 0,0371M, tiếp tục pha loãng dung dịch chất màu trên thành các dung dịch có nồng độ khác nhau và đo quang phổ hấp thụ phân tử. Bảng 2. Nồng độ của dung dịch bixin Thể tích dung dịch bixin (ml) 0,1 0,2 0,4 0.50 0,6 0,8 Thể tích dầu Meizan (ml) 9,9 9,8 9,6 9.50 9,4 9,2 Nồng độ dung dịch (M) 0,00039 0,00075 0,00153 0,00189 0,00228 0,00306 Bảng 3. Mật độ quang của các dung dịch bixin có nồng độ khác nhau  (nm) Mật độ quang (D) 0,00039M 0,00075M 0,00153M 0,00189M 0,00228M 0,00306M 469 0,300 0,645 1,054 1,651 1,735 2,673 499 0,251 0,541 0,899 1,392 1,469 2,243 Hình 2. Phổ UV-Vis của các dung dịch bixin có nồng độ khác nhau Hình 3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ của dung dịch bixin ở bước sóng 469nm Hình 4. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ của dung dịch bixin ở bước sóng 499nm TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 69 Từ bảng 3 và hình 2, xây dựng đồ thị đường chuẩn biểu biễn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ của dung dịch bixin D = f(C) như ở đồ thị hình 3 và hình 4. Sau khi đo các giá trị mật độ quang của các dịch chiết của các mẫu phân tích, dựa vào hai đồ thị này, nồng độ bixin trong dịch chiết sẽ được xác định. 3.3. Chiết tách bixin bằng phương pháp chưng ninh 3.3.1. Khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng tối ưu của quá trình chưng ninh Tiến hành chưng ninh 5 mẫu hạt điều nhuộm già với khối lượng mỗi mẫu là 1g; 5g; 10g; 15g và 20g bằng bếp cách thuỷ ở nhiệt độ 98 0 Bảng 4. Mật độ quang của các dịch chiết C trong 10h với thể tích dầu Meizan là 100ml. Sau đó, pha loãng các dịch chiết 25 lần để đo các giá trị mật độ quang của các dung dịch chiết bằng phương pháp UV-Vis. Kết quả được thể hiện ở bảng 4 và hình 5.  (nm) Mật độ quang (A) Mẫu 1(1g) Mẫu 2 (5g) Mẫu 3(10g) Mẫu 4 (15g) Mẫu 5 (20g) 464 0,716 0,931 1,056 1,767 1,763 496 0,556 0,742 0,838 1,483 1,400 Tỷ lệ rắn lỏng tối ưu là 15/100 tương ứng với các giá trị mật độ quang là 1,767 (bước sóng 464nm) và 1,483 (bước sóng 496 nm). Biểu diễn giá trị mật độ quang 1,767 lên đồ thị đường chuẩn ở hình 3 và giá trị mật độ quang 1,483 lên đồ thị hình 4 thu được các đồ thị tương ứng ở hình 6, 7. Hai đồ thị này cho thấy nồng độ của bixin trong dịch chiết mẫu thí nghiệm 15g là 0,00216M. MËt ®é quang Nång ®é bixin 0.00075 0.00153 0.00189 0.00228 0.00306 0.645 1.054 1.651 1.735 2.673 (0.00216,1.767) 0.00306 0.00228 0.00189 0.00153 0.00075 2.243 1.469 1.392 0.899 0.541 Nång ®é bixin MËt ®é quang (0.00216,1.483) Hình 5. Phổ hấp thụ phân tử của các dịch chiết Hình 6. Nồng độ của bixin trong dịch chiết mẫu 15g tương ứng với giá trị mật độ quang 1,767 Hình 7. Nồng độ của bixin trong dịch chiết mẫu 15g tương ứng với giá trị mật độ quang 1,483 Vậy, nồng độ của bixin trong dịch chiết ban đầu là 0,00216 x 25 = 0,054 M Khối lượng bixin trong dịch chiết m = 0,054 x 0,1 x 394,25 = 2,129 (g) Hàm lượng bixin chiết được so với khối lượng hạt điều nhuộm khô ban đầu: 1 2 3 4 5 (1): Mẫu 1 (1g) (2): Mẫu 2 (5g) (3): Mẫu 3 (10 g) (4): Mẫu 4 (15g) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 70 bixin m 2,129 = ×100%=14,19% m 15 Hàm lượng bixin chiết được (so khối lượng hạt điều nhuộm khô ban đầu) là 14,19%. 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình chiết Bixin Lấy 5g hạt điều nhuộm già, chưng ninh bằng bếp cách thuỷ ở nhiệt độ 98 0 Tương tự như ở thí nghiệm khảo sát tỷ lệ rắn lỏng tối ưu, các dịch chiết được pha loãng 25 lần và đo phổ UV -Vis. Kết quả của phép đo được thể hiện ở bảng 5 và hình 8. C trong các thời gian khác nhau: 4h, 6h, 8h, 10h, 12h trong 100ml dầu Meizan. Bảng 5. Mật độ quang của dịch chiết ở các thời gian chưng khác nhau  (nm) Mật độ quang (A) M ẫu (4h) M ẫu (6h) M ẫu (8h) M ẫu (10h) M ẫu (12h) 464 0,722 0,923 0,944 1,928 1,305 496 0,539 0.710 0,754 1,621 0.998 Thời gian chưng ninh tối ưu là 10 h tương ứng với mật độ quang là 1,928 (ở bước sóng 464nm) và 1,621 (ở bước sóng 496 nm). Biểu diễn các giá trị mật độ quang 1,621 lên đường chuẩn ở hình 3 và 1,928 lên đường chuẩn ở hình 4 thu được các đồ thị tương ứng ở hình 9 và 10. Hai đồ thị này cho thấy nồng độ của bixin trong dịch chiết mẫu thí nghiệm 10h là 0,00234M. (0.00234,1.621) MËt ®é quang Nång ®é bixin 0.541 0.899 1.392 1.469 2.243 0.00075 0.00153 0.00189 0.00228 0.00306 (0.00234,1.928) 2.673 1.735 1.651 1.054 0.645 0.00306 0.00228 0.00189 0.001530.00075 Nång ®é bixin MËt ®é quang Hình 8. Phổ hấp thụ phân tử của các dịch chiết Hình 9. Nồng độ bixin trong dịch chiết mẫu 10h tương ứng với giá trị mật độ quang 1,621 Hình 10. Nồng độ bixin trong dịch chiết mẫu 10h tương ứng với giá trị mật độ quang 1,928 Từ hình 9 và 10, nồng độ của bixin trong dịch chiết mẫu phân tích 10h đã được pha loãng 25 lần là 0,00234M. Vậy, nồng độ của bixin trong dịch chiết ban đầu là 0,00234 x 25 = 0,0585 M. (1): Mẫu 4h (2): Mẫu 6h (3): Mẫu 8h (4): Mẫu 10h (5): Mẫu 12h 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 71 Khối lượng bixin trong dịch chiết m = 0,0585 x 0,1 x 394,25 = 2,3063 (g). Hàm lượng bixin chiết được so với khối lượng hạt điều nhuộm khô ban đầu: bixin m 2,306 = ×100%=15,37% m 15 4. Kết luận Nhóm tác giả đ ã nghiên cứu thành công quy trình sử dụng dung môi dầu thực phẩm là Meizan để tách chất màu là bixin từ hạt điều nhuộm với hiệu suất cao nhất là 15,37%. Điều kiện thích hợp của quy trình này là: Tỷ lệ khối lượng hạt điều nhuộm (g)/thể tích dung môi dầu Meizan (ml) (15/100); nhiệt độ 98 0 C; thời gian chiết là 10 giờ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C.T.S. Antonio, M.B.O. Lídia , [2] A.Z. Mercadante, A. Steck and H. Pfander, Isolation and structure elucidation of minor carotenoids from annato (Bixa Orellana L.), (Department of chemistry and Biochemistry, University of Berne, Freiestrasse3, CH-3012 Berne, Switzerland), Received 9 April 1997. Antigenotoxic and antimutagenic potential of an annatto pigment (norbixin) against oxidative stress, Genet. Mol. Res. 4 (1): 94-99 (2005). [3] A.Z. Mercadante, A. Steck and H. Pfander, Isolation and Indentification of New Apocarotenoitds from Annatto (Bixa orellana) Seeds, J. Agric. Food Chem. 1997, No. 45. [4] J. S. Michael, A.W. Lesley, P.A. Graeme, Analysis of Annatto (Bixa orellana) Food Coloring Formulations, J. Agric. Food Chem. 1998, No.46. . TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 1(30).2009 66 NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ĐIỀU NHUỘM BẰNG DẦU MEIZAN A STUDY OF BIXA ORRELENA COLOUR. thường đun nóng dầu ăn rồi cho hạt điều nhuộm vào đó để lấy dung dịch màu hoặc cho trực tiếp hạt điều vào trong thức ăn để tạo màu. Việc nghiên cứu ứng dụng chất màu từ hạt điều nhuộm tuy đã có. vỏ màu xanh thẫm, vỏ hơi cứng hơn và hơi khó bấm; Mẫu 4 - quả điều nhuộm già: là những quả điều nhuộm có vỏ màu nâu, vỏ cứng và khó bấm; Mẫu 5 - quả điều nhuộm chín: là quả điều nhuộm có vỏ màu