Đang tải... (xem toàn văn)
Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG # " NGUYỄN ĐÌNH ANH S S Ả Ả N N X X U U Ấ Ấ T T V V À À Ứ Ứ N N G G D D Ụ Ụ N N G G C C U U R R C C U U M M I I N N T T R R O O N N G G C C Ô Ô N N G G N N G G H H Ệ Ệ P P H H Ẩ Ẩ M M M M À À U U T T H H Ự Ự C C P P H H Ẩ Ẩ M M Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đại cương Mã số: 2.11.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2009 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học : 1. PGS. TS. Đào Hùng Cường 2. GS. TSKH. Lê Văn Hoàng Phản biện 1: GS. TSKH. Lưu Duẩn Phản biện 2: GS. TSKH. Nguyễn Bin Phản biện 3: PGS. TS. Lê Tự Hải Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận án cấp nhà nước họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng 12 năm 2009. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Trung tâm Thông tin - Học liệu. - Thư viện trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 1. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh, Phạm Thị Thùy Phương (2005), “Điều kiện tối ưu để chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng bằng phương pháp chưng ninh”, Tuyển tập Báo cáo khoa học 30 năm xây dựng và phát triển trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng 1975-2005, trang 99-103. 2. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2005), “Nghiên cứu chiết curcumin thô từ củ nghệ vàng bằng dung dị ch xà phòng”, Tạp chí Hóa học & Ứng dụng, số 9 (69)/2007, ISSN 0866-7004, trang 42 ÷ 44. 3. Lê Văn Hoàng, Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh, (2007), “Ảnh hưởng của điều kiện sấy đến hàm lượng curcumin của củ nghệ vàng”, Tạp chí Hóa học & Ứng dụng, số 7 (67)/2007, ISSN 0866-7004, trang 48 ÷ 49. 4. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2007), “Phẩm màu tự nhiên và ứng dụng của nó trong thực phẩm”, Tạp chí Khoa học & Phát triển, số 129/2007, ISSN 1859 – 1438, trang 15 ÷ 18. 5. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2008), “Nghiên cứu ứng dụng curcumin trong phối màu thực phẩm”, Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 7 (79)/2008, ISSN 9866-7004, trang 40 - 41. 1 M M Ở Ở Đ Đ Ầ Ầ U U 1. Tính cấp thiết của luận án Ngày nay, phẩm màu thực phẩm vừa tạo màu cho thực phẩm, tăng cảm giác ngon miệng. Curcumin không chỉ có các chức năng trên mà còn có nhiều đặc tính quý giá như tạo ra màu “tự nhiên” hơn, an toàn hơn phẩm màu thực phẩm tổng hợp. Hơn nữa, curcumin còn có khả năng bảo vệ thực phẩm chống tác nhân ô xy hóa (ôxy, tia tử ngoại, hóa chất,…) và có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng. Ở nước ta, curcumin đã được chiết tách và dùng cho sản xuất một số dược phẩm. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu về sản xuất và ứng dụng nó trong công nghiệp thực phẩm. Do vậy, sử dụng củ nghệ vàng – nguyên liệu sẵn có, dồi dào, giá rẻ – để sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm sẽ đáp ứng nhu cầu phẩm màu thực phẩm tự nhiên, an toàn và có hiệu quả kinh tế. 2. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là nghiên cứu sản xuất curcumin thô từ củ nghệ vàng của các tỉnh miền Trung Việt nam nhằm chế tác thành màu thực phẩm đồng thời nghiên cứu sử dụng curcumin với các gam màu thích ứng. Từ đó, thay thế dần phẩm màu vàng tatrazine hiện đang sử dụng phổ biến trong sản suất thực phẩm. 3. Nội dung nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu gồ m: nghiên cứu về sản xuất bột nghệ từ củ nghệ vàng; về chiết tách curcumin thô; về tính chất lý-hóa, cấu trúc, về thành phần curcumin trong sản phẩm chiết; về ứng dụng curcumin thô trong công nghệ tạo màu thực phẩm. 2 4. Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa khoa học của luận án là: xác định được dạng tồn tại của curcumin trong củ nghệ; xác định được các điều kiện công nghệ sấy củ nghệ vàng để bảo toàn hàm lượng curcumin; xác định được các thông số kỹ thuật để chiết tách curcumin; xác định được cấu trúc, thành phần curcuminoid có trong sản phẩm chiết từ củ nghệ vàng ở miền Trung Việt nam; tạo ra được một số gam màu mới từ curcumin với các chất màu khác theo mô hình RY’B; khẳng định được curcumin thô không bị biến đổi cấu trúc do quá trình phối màu, do tác động của các điều kiện công nghệ sử dụng, chế biến thực phẩm. 5. Ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa thực tiễn của luận án bao gồm: khẳng định củ nghệ vàng các tỉnh miền Trung Việt nam có hàm lượng curcumin đạt mức trung bình so với c ủ nghệ vàng quốc tế; đề xuất phương pháp đo màu bằng thiết bị đo màu CIElab để dùng trong chọn lựa nguyên liệu giàu curcumin; đề xuất 3 quy trình chiết tách curcumin thô có tính khả thi cao ứng với các điều kiện công nghệ thích hợp; chế tạo và sử dụng thiết bị để chiết tách curcumin thô bằng dung dịch xà phòng ở qui mô pilot có tính khả thi cao; tạo ra các gam màu mới và sử dụng chúng để nhuộm màu cho một số lo ại thực phẩm. 6. Bố cục của luận án Luận án gồm có 143 trang (không kể phần phụ lục), gồm: phần mở đầu (5 trang); nội dung luận án gồm 3 chương: chương 1. Tổng quan tài liệu (28 trang), chương 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu: (6 trang), chương 3. Kết quả và thảo luận (78 trang); phần kết luận (5 trang). Luận án có 17 bảng, 52 hình vẽ, 171 tài liệu tham khảo tiếng Việt, Tiếng Anh và các trang Web. 3 Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CURCUMIN 1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Curcumin được Vogel chiết từ củ nghệ vàng năm 1815 [154]. Cấu trúc của curcumin được Lampe xác định vào năm 1910 [89], Roughley và Whiting công bố vào năm 1973 [120]. Curcumin tan trong dầu mỡ và trong các dung môi hữu cơ. Độ bền màu của curcumin bị ảnh hưởng bởi ôxy, tia tử ngoại, môi trường kiềm và các điều kiện công nghệ chiết tách. Theo FAO, curcumin an toàn, không gây độc cho người sử dụng. Các phương pháp sấy củ ngh ệ gồm: sấy bằng năng lượng mặt trời [114], sấy lò (than, củi hay điện) với nhiệt độ sấy thích hợp là 60 0 C [163]. Các phương pháp chiết tách curcumin gồm: chiết bằng dung môi hữu có [73],[125], CO 2 siêu tới hạn [158] và dung dịch xà phòng [138]. Đa số các công trình đều tập trung nghiên cứu hoạt tính sinh học của curcumin và nghiên cứu ứng dụng các hoạt tính này để điều trị bệnh ở người. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Nghiên cứu cơ bản về curcumin gồm: nghiên cứu thành phần hóa học của tinh dầu nghệ [13] và về chuyển hóa ar-tumeron [12] của Phan Tổng Sơn; nghiên cứu về phản ứng acetyl hóa nhóm hydroxyl của curcumin [2] và phản ứ ng amin hóa β-diceton của curcumin [1]của Đào Hùng Cường; nghiên cứu về tinh thể curcumin và tính chất điện hóa trong nước muối NaCl 1% ở pH 9 [15] của Nguyễn Thị Thu. Nghiên cứu chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng của Phạm Đình Tỵ [17] năm 1989, Trần Thị Việt Hoa [5]; từ củ nghệ trắng Cao Bằng của Lưu Thị Huế [6] năm 2003. Nghiên cứu tạo phức curcumin với một số kim loại hay với các chấ t tạo huyền phù của Trần Thanh 4 Lương [9]. Từ các nghiên cứu trong nước về curcumin, chúng tôi nhận thấy: chưa có công trình nào nghiên cứu về sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm. 1.2. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CURCUMIN 1.2.1. Cấu trúc của curcumin 1.2.1.1. Cấu trúc của curcumin Curcumin là diferuloylmethane [94], trong phân tử có chứa các liên kết đôi C=C, C=O, nhóm chức phenol, −OH và −OCH 3 [72]. Các chất màu vàng trong củ nghệ gồm curcumin I, II và III [72] có cấu trúc giống nhau. Tỷ lệ curcuminI/II/III trong củ nghệ thay đổi theo giống nghệ, dung môi chiết tách [110],[86],[65],[121],[30]. 1.2.1.2. Các dẫn xuất và chất đồng dạng với curcumin Dẫn xuất tự nhiên của curcumin trong củ nghệ vàng có tên chung là curcuminoid như cyclocurcumin, calebin A [135],[136]. 1.2.2. Thành phần hóa học của củ nghệ Bột nghệ khô có cacbon hydrat (62,86 %), protein (7,14 %), lipit (10 %), các chất khác (19 %) [162], vitamin (C, E, K, B6), khoáng chất (K, Mg, Ca, Na, Zn, ), trên 80 hoạt chất sinh học [169]. 1.2.3. Tính chất của curcumin 1.2.3.1. Tính chất vật lý Curcumin ở dạng bột, màu cam-vàng, nóng chảy ở 176 ÷ 177 0 C, rất bền màu ở trạng thái khô hoặc trong dung dịch có pH ≤ 7 [55]. Trong dung dịch, curcumin tạo màu vàng ở pH < 7,5 và màu đỏ ở pH ≥ 7,5. Dùng để nhuộm màu thực phẩm, curcumin tạo ra màu vàng đẹp với nhiều gam màu rất khác nhau [165]. 1.2.3.2. Tính chất hóa lý Curcumin tan trong dung môi hữu cơ; tan không hoàn toàn trong dầu mỡ động, thực vật; ít tan trong dung dịch ở pH ≤ 7, tan ở pH 5 kiềm nhưng dễ bị phân huỷ bởi kiềm [146]. Curcumin tan trong nước khi phối trộn với chất phân tán [55] hay với chất hoạt động bề mặt [71], [143]. 1.2.3.3. Hoạt tính sinh học Củ nghệ, bột nghệ và sản phẩm chiết từ củ nghệ có nhiều hoạt tính sinh học khác nhau như kháng vi sinh vật, chống oxy hóa, điều trị một số bệnh như HIV, ung thư, [33], [102], [101], [8]. 1.2.4. Độc tính và liề u sử dụng Curcumin an toàn cho con người và động vật. 1.2.4.1. Độc tính sinh sản 1.2.4.2. Tác động lên sức khỏe người bệnh 1.2.4.3. Liều lượng curcumin sử dụng trong thực phẩm Theo FAO, lượng sử dụng curcumin trong thực phẩm cho phép từ 5÷500 mg/kg thể trọng [55]. 1.3. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CURCUMIN 1.3.1. Sản xuất nghệ khô Sản xuất nghệ khô nhằm giảm khối lượng nguyên liệu và tạo thuận lợ i cho chiết tách curcumin về sau. Nghệ củ được sấy bằng lò sấy (dùng năng lượng mặt trời, than, điện) [159]. Các tác nhân chính làm suy giảm curcumin trong quá trình sấy bao gồm: ánh sáng, chất ôxy hóa [36], nhiệt độ [163]. 1.3.2. Sản xuất curcumin Curcumin thô (≤ 90%), curcumin tinh (> 90%) thường được chiết từ bột nghệ vàng bằng các dung môi hữu cơ khác nhau [58],[50],[52] và hiệu chiết curcumin cũng thay đổi theo loại dung môi sử dụng và phương pháp chiết: 1,1% [34] hay 1,5÷2% [125]. Dầu thực vật [107] hoặ c dung dịch xà phòng [128] đã được dùng để chiết curcumin thô và sản phẩm dùng làm phẩm màu thực phẩm. 6 1.3.3. Nguyên liệu sản xuất curcumin Trong 9 loài thực vật, trong đó curcumin có nhiều nhất ở củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) từ 3 ÷ 8%. 1.4. ỨNG DỤNG CURCUMIN TRONG Y HỌC, THỰC PHẨM VÀ MỸ PHẨM 1.4.1. Ứng dụng curcumin trong y học 1.4.2. Ứng dụng trong thực phẩm 1.4.2.1. Bảo vệ thực phẩm Hoạt tính chống oxy hóa của curcumin cao gấp 8 lần so với vitamine E [119] và mạnh hơn các chất chống ôxy hóa tổng hợ p [93]. 1.4.2.2. Sản xuất thực phẩm chức năng 1.4.2.3. Nhuộm màu thực phẩm Rất nhiều loại thực phẩm được nhuộm màu bằng curcumin như thực phẩm ăn kiêng, dầu mỡ và nhũ tương dầu mỡ; kem, sản phẩm từ rau quả, bánh kẹo, bánh mì; thịt, cá, trứng và sản phẩm từ thịt, cá, trứng; gia vị, súp, nước sốt, đồ uống, đồ ăn tráng miệng [55]. 1.4.3. Ứng dụng trong mỹ phẩm Tóm lại: Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về curcumin, đa số là các nghiên cứu ứng dụng curcumin trong y học, do đó còn thiếu các nghiên cứu về sản xuất, ứng dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm. Vì thấy, luận án “Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm” sẽ có ý nghĩa trên cả phương diện học thuật (khoa họ c) lẫn thực tiễn. 7 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN LIỆU 2.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 2.2.1. Hóa chất 2.2.2. Thiết bị dùng trong nghiên cứu 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Phương pháp hóa lý 2.3.1.1. Phương pháp đo cường độ màu sắc 2.3.1.2. Phương pháp xác định độ bền màu 2.3.1.3. Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ UV-vis 2.3.1.4. Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ IR 2.3.1.5. Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ LC/MS 2.3.2. Phương pháp hóa học 2.3.2.1. Xác định lượng curcumin thô trong sản phẩm chiết bằng phương pháp trọng lượng 2.3.2.2. Phương pháp định lượng curcumin bằng HPLC 2.3.2.3. Phương pháp xác định khả năng kháng ôxy hóa 2.3.3. Phương pháp sinh học 2.3.3.1. Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật 2.3.3.2. Phương pháp thử nghiệm độc tính cấp (LC 50 ) 2.3.4. Phương pháp toán học 2.3.4.1. Phương pháp phân tích tương quan 2.3.4.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 8 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT NGHỆ Ở MỘT SỐ TỈNH MIỀN TRUNG VIỆT NAM 3.1.1. Nghiên cứu củ nghệ vàng 3.1.1.1. Xác định hàm lượng curcumin trong củ nghệ vàng ở một số tỉnh miền Trung Việt Nam Củ nghệ ở một số tỉnh miền Trung nước ta có hàm lượng curcumin ở mức trung bình (2,8 ÷ 3,12%) so với nghệ vàng ở Ấn độ [57], Pakistan [78] (2,8 ÷ 9,3%). Củ nghệ Đắc lắ c có nhiều curcumin nhất (3,12%), củ nghệ Huế có ít curcumin nhất (2,65%). 3.1.1.2. Phân bổ curcumin trong củ nghệ vàng Đà Nẵng Trong củ nghệ, curcumin ở lõi củ (3,22%), củ cái (2,82%), củ nguyên (2,78%), củ nhánh (2,22%), vỏ củ (1,9%). Do đó, nên dùng lõi củ, củ cái là nguyên liệu để nâng cao hiệu quả thu nhận curcumin. 3.1.1.3. Nghiên cứu dạng tồn tại của curcumin trong củ nghệ Sử dụng kính hiển vi điện tử hiệu Bino (Bỉ) có gắn camera Moticam 480, Nh ật bản cho thấy lát nghệ tươi có màu vàng sáng,xem lẫn túi tinh dầu nghệ; ở độ phóng đại 800 lần có các hạt tinh bột trong tế bào củ nghệ (hình 3.1) . Hình 3.1. Ảnh chụp lát cắt củ nghệ tươi dưới kính hiển vi Túi tinh dầu Tinh bột nghệ 9 Màu vàng của lát cắt nghệ tươi là do curcumin hòa tan trong dịch tế bào, màu đỏ-nâu của túi tinh dầu là do curcumin hòa tan trong tinh dầu nghệ tạo ra. Như vậy, curcumin hòa tan chủ tyếu trong tinh dầu nghệ nên cần chọn dung môi phù hợp để chiết curcumin và sau đó giải hấp curcumin được thuận lợi. 3.1.1.4. Quan hệ giữa màu vàng và hàm lượng curcumin trong củ nghệ Hàm lượng curcumin có quan hệ với cường độ màu vàng đo bằng máy đo màu CIElab: tỷ lệ nghịch với độ sáng màu (l), tỷ lệ thuận với màu đỏ (+a) và vàng (+b). Do đó, có thể sử dụng máy đo màu CIElab để tuyển chọn nguyên liệu giàu curcumin. 3.1.2. Nghiên cứu một số thông số công nghệ quan trọng trong quá trình sản xuất bộ t nghệ làm nguyên liệu sản xuất curcumin Mục tiêu của nghiên cứu thông số công nghệ sấy là nhằm tìm ra các giá trị thích hợp để hạn chế tổn thất curcumin trong quá trình sấy. 3.1.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày lát nghệ đến sự thay đổi hàm lượng curcumin Cắt lát nghệ để sấy sẽ giảm thời gian sấy [65],[36]. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày lát nghệ khi sấy ở 60 0 C, độ ẩm sau sấy là 10%, chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin đạt cực đại (2,9%) khi chiều dày lát nghệ là 6mm. Sấy lát nghệ 6 mm đạt hiệu quả cao hơn so với sấy cả củ cái (2,82%) ở cùng nhiệt độ (mục 3.1.1.2). 3.1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy Theo Martins [99], nhiệt độ sấy càng cao thì lượng curcumin bị phân hủy càng tăng. Khi sấy tủ điện ở nhiệt độ từ 40-80 0 C (chiều dày lát nghệ 6 mm), chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin đạt cực đại (2,92%) tại nhiệt độ 60 0 C. Kết quả này phù hợp với công bố của FAO về nhiệt độ thích hợp sấy củ nghệ bằng lò sấy. 10 3.1.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp sấy đến sự thay đổi hàm lượng curcumin trong củ nghệ Nghiên cứu sấy bằng 3 phương pháp sấy khác nhau trong cùng điều kiện sấy (nhiệt độ ≈ 40 0 C, chiều dày lát nghệ 6 mm), chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin của bột nghệ sấy bằng hồng ngoại đạt 3,04%, cao hơn khi sấy tủ điện (2,75%) và sấy mặt trời (2,17%). Mặt khác, thời gian sấy hồng ngoại/tủ điện/sấy mặt trời là 8/60/73 giờ/mẻ. Vậy, sấy bằng hồng ngoại đạt hiệu quả bảo tồn curcumin. 3.1.2.4. Tối ưu hóa sấy h ồng ngoại Gọi y là hàm mục tiêu, ta có: y = f (Z 1 , Z 2 ), Z 1 là nhiệt độ sấy ( 0 C), Z 2 là chiều dày lát nghệ (mm). Tiến hành quy hoạch thực nghiệm TĐY 2 2 với khoảng biến thiên Z 1 (55÷65 0 C), Z 2 (5÷7mm), chúng tôi thu được phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm là: y = 2,13 + 0,01Z 1 + 0,03Z 2 . Do các hệ số b ij >0 nên y → max khi Z 1 và Z 2 → max nên hàm lượng curcumin đạt cao nhất khi nhiệt độ sấy (Z 1 ) và chiều dày lát nghệ (Z 2 ) ở mức cao nhất trong khoảng biến thiên của chúng: y tối ưu = 3,25% ứng với Z 1 tối ưu = 65 0 C, Z 2 tối ưu = 7 mm. Kiểm chứng Z 1 tốiưu , Z 2 tốiưu bằng thực nghiệm, chúng tôi thu được hàm lượng curucmin thô (3,23%) phù hợp với kết quả quy hoạch. Từ kết quả này, chúng tôi đề xuất quy trình sấy nghệ bột bằng hồng ngoại với các thông số tối ưu đã tìm được để ứng dụng cho sản xuất bột nghệ dùng làm nguyên liệu sản xuất curcumin . 3.2. NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CURCUMIN THÔ Để sử dụng chất màu vàng từ củ nghệ vàng, không nhấ t thiết hải chiết tách ra curcumin tinh khiết >90% vì hiệu suất thấp, phải dùng dung môi hữu cơ và giá thành cao. Do đó, vấn đề đặt ra là chiết curcumin thô với hiệu xuất cao và loại bỏ mùi vị hăng đặc trưng của củ nghệ vàng để có thể sử dụng làm phẩm màu thực phẩm. 11 3.2.1. Nghiên cứu chiết curcumin thô bằng ethyl acetate/aceton 3.2.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ethyl acetate/aceton đến lượng curcumin thu nhận được Chọn các tỷ lệ ethyl acetate/aceton là 7/1; 6/1; 5/1; 4/1; 3/1; 2/1; 1/1 để chiết curcumin trong 11 giờ, kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thô đạt cực đại (2,85%) ở tỷ lệ 5/1. 3.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết Chọn tỷ lệ acetate/aceton là 5/1, tiến hành chiết curcumin trong thời gian 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12 giờ, kết qu ả cho thấy: hàm lượng curcumin đạt cao nhất (2,98%) sau 11 giờ chiết. Từ kết quả nghiên cứu chiết curcumin bằng ethyl acetate/aceton, chúng tôi nhận thấy hiệu suất chiết curcumin thô đạt 2,98% khi sử dụng ethyl acetate/aceton tỷ lệ 5/1 và chiết trong 11 giờ. 3.2.1.3. Đề xuất quy trình chiết curcumin thô bằng ethyl acetate/aceton Quy trình chiết curcumin (CurDM) bằng acetate/aceton: Nghệ bột → Chiết ethyl acetate/aceton (60 0 C) → lọc → cất quay (thu hồi dung môi) → loại tạp chất (diethyl ether) → sấy → CurDM 3.2.2. Nghiên cứu chiết curcumin thô bằng dầu lạc thô Dầu lạc có thể dùng để chiết curcumin thô từ bột nghệ vàng bằng phương pháp chưng ninh. Sản phẩm dầu lạc có chứa curcumin có thể dùng nhuộm màu cho một số loại thực phẩm hoặc tiếp tục chiết tách để thu nhận curcumin thô. 3.2.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dầu lạc/nước đến hiệu suất thu nhận curcumin Dựa trên khảo sát sơ bộ, chúng tôi chọn tỷ lệ dầu lạc/nước ở các mức là 0,25/1; 0,75/1; 1,25/1; 1,75/1 và 2,25/1 để chiết curcumin ở 12 60 0 C trong 12 giờ, chúng nhận thấy: hàm lượng curcumin tăng theo tỷ lệ dầu lạc/nước từ 0,25/1 ÷ 1,75/1, đạt cực trị tại tỷ lệ 1,75/1. 3.2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian chưng ninh đến hiệu suất thu nhận curcumin bằng dung môi dầu lực/nước Tiến hành chiết curcumin bằng dầu lạc/nước tỷ lệ 1,75/1 với thời gian thay đổi trong khoảng từ 2; 4; 6; 8; 9; 10; 11; 12 giờ, kết quả cho th ấy hàm lượng curcumin đạt tối đa (3,03%) sau 11 giờ chiết. 3.2.2.3. Đề xuất quy trình chiết curcumin bằng dung môi dầu lạc/nước Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất quy trình chiết curcumin thô bằng dầu lạc/nước như sau: Bột nghệ → Chiết (60 0 C) → Lọc → Hòa tan (KOH 5%) → Lọc → Kết tủa (HCl 5%) → sấy (60 0 C) → CurDL. 3.2.3. Nghiên cứu chiết curcumin bằng dung dịch xà phòng Do có hoạt tính hoạt động bề mặt cao nên dung dịch xà phòng có khả năng hấp thụ rất mạnh đối với nhiều chất hữu cơ, vì thế sử dụng dung dịch xà phòng sẽ tăng được hiệu quả hấp thu curcumin từ bột nghệ vàng. Sau đó, giải hấp curcumin ra khỏi dung dịch xà phòng bằng acid để thu nhận curcumin thô (CurXP). 3.2.3.1. Ảnh h ưởng của nồng độ kiềm đến hiệu suất thu nhận curcumin thô Dùng dung dịch xà phòng (điều chế từ dầu lạc và KOH có nồng độ từ 20 ÷ 50%) để chiết curcumin từ bột nghệ trong thời gian 5 phút, kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thô đạt cực đại (34,52%) tại độ kiềm 40%. 13 3.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hiệu suất thu nhận curcumin Dùng dung dịch xà phòng (điều chế từ dầu lạc và KOH 40%) để chiết curcumin thô từ bột nghệ vàng ở 30, 40, 50, 60, 70, 80 và 90 0 C. Kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thu được tỷ lệ thuận theo nhiệt độ chiết và đạt cực đại (34,59%) tại 90 0 C. 3.2.3.3. Tối ưu hóa chiết curcumin bằng dung dịch xà phòng Gọi y là hàm mục tiêu, ta có: y = f (Z 1 , Z 2 ), trong đó Z 1 là nhiệt độ chiết ( 0 C), Z 2 là độ kiềm (%). Tiến hành quy hoạch thực nghiệm toàn phần TĐY2 2 với khoảng biến thiên của Z 1 (85÷95 0 C), Z 2 (35÷45%), chúng tôi thu được phương trình hồi quy tương thích với thực nghiệm: -36,74 + 0,541Z 1 + 0,588Z 2 . Do b 0 <0 và b 1 , b 2 > 0 nên y → max khi Z 1 và Z 2 → max: hàm lượng curcumin thô đạt tối ưu (y=38,15%) khi Z 1 = 95 0 C và Z 2 = 45%. Kiểm chứng Z 1 tốiưu , Z 1 tốiưu bằng thực nghiệm, chúng tôi thu được hàm lượng curucmin thô (38,03%) phù hợp với kết quả tối ưu. 3.2.3.4. Nghiên cứu chiết curcumin bằng thiết bị tự tạo Đã chế tạo được bộ phận chiết và trung hòa: Hình 3.19. Bộ phận chiết Hình 3.20. Bộ phận trung hòa 14 3.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ THÀNH PHẦN CURCUMIN TRONG SẢN PHẨM CHIẾT 3.3.1. Nghiên cứu một số tính chất của sản phẩm chiết 3.3.1.1. Nghiên cứu một số tính chất lý-hóa của sản phẩm curcumin thô Tính tan của curcumin thô thu được ở phần nghiên cứu trên được thử nghiệm tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng 2, Đà nẵng, kết quả cho thấy: tất cả 3 loại curcumin thô đều không tan trong các dung dịch đệm có pH = 3; 7; 9, do đó không phù hợp khi dùng để tạo màu cho thực phẩm không chứa chất béo. Khả năng tạo màu của curcumin thô trong dung môi hữu cơ, dung dịch đệm (ở các pH khác nhau) cho thấy: ở pH =3 và 7, curcumin thô có màu từ vàng → vàng nhạt; ở pH =9, curcumin thô có màu vàng cam. Như vậy, curcumin thô thu được có thể tạo màu vàng đặc trưng trong dung môi hữu cơ và dung dịch. 3.3.1.2. Nghiên cứu tính chất sinh học sản phẩm chiết Curcumin thô không có hoạt tính chống ôxy hóa, không kháng một s ố vi sinh vật kiểm định. 3.3.1.3. Nghiên cứu độc tính tế bào và độc tính cấp của curcumin thô Không gây độc tế bào dòng Hep-2, RD và LU. Không xác định được liều gây chết LD 50 khi thử nghiệm trên chuột với liều dùng curcumin thô từ 1 ÷ 3g/kg thể trọng trong 2 tháng. 3.3.2. Nghiên cứu cấu trúc và thành phần curcumin trong sản phẩm chiết 3.3.2.1. Nghiên cứu cấu trúc của curcumin trong sản phẩm chiết Đo phổ hồng ngoại các mẫu CurDM, CurXP và curPA (đối chứng) bọc trong viên nén K 2 BrO 4 ở λ= 450 ÷ 4000 cm -1 , chúng tôi 15 nhận thấy : CurDM và CurXP đều có chứa nhóm phenyl, hydroxyl, nhóm xeton (–C=O), (–C=C–), (–C–O–C–) như curPA. 3.3.2.2. Nghiên cứu thành phần curcumin trong sản phẩm chiết Thành phần các chất màu curcuminoid có trong sản phẩm chiết được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng ghép khối phổ (LC/MS). Từ CurDM, CurXP chúng tôi xác định được thành phần curcuminoid như sau: Thành phần curcuminoid Công thức CurDM CurXP Calebin A C 21 H 20 O 7 + + Cyclocurcumin C 21 H 20 O 6 + + DMC C 20 H 18 O 5 + + BDMC C 19 H 16 O 4 + + 1,10-Bisabaladiene-1,4-diol C 15 H 26 O 2 + 1,2-Dimethyl-4-(6-methyl-4- heptenyl)-1,3-cyclohexandiene C 16 H 26 + 1,3,10-Bisabaladiene-9-one C 15 H 22 O + 1,3,5,10Bisabaladiene-9-one C 15 H 20 O + 4-(4-Methylphenyl)-2- pentanone C 12 H 16 O + + 3.4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CURCUMIN THÔ TRONG CÔNG NGHỆ TẠO MÀU THỰC PHẨM 3.4.1. Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng CurXP như sau: 16 Ứng dụng CurXP trong thực phẩm không chứa chất béo là mục tiêu chính của luận án này, do đó chúng tôi tiếp tục nghiên cứu sử dụng curXP để tạo ra thêm các gam màu mới để đa dạng màu cho thực phẩm. Đồng thời, nghiên cứu sản xuất gôm màu tan trong nước để sử dụng cho thực phẩm không chất béo. 3.4.2. Nghiên cứu tạo màu mới theo mô hình RYB 3.4.2.1. Nghiên cứu phối màu theo mô hình RYB hoặc RY’B Chúng tôi tạo ra 16 gam màu mới từ mô hình RYB, RY’B (hình 3.25), trong đ ó công thức màu RYB 50:050 có nghĩa là đỏ (R) chiếm 50%, vàng (Y) 0% và lam (B) chiếm 50% tổng khối lượng chất màu. Sự khác biệt về màu của các màu phối cùng công thức theo RYB với RY’B là do thay thế màu vàng tatrazine bằng CurXP. [...]... chiết tách curcumin bằng dung môi thực phẩm − Nghiên cứu ứng dụng thành công quy trình công nghệ chiết tách curcumin bằng dung dịch xà phòng hóa ở Việt Nam 4) Ứng dụng thành công chất màu curcumin thu được từ nguyên liệu trong nước trong công nghệ phẩm màu thực phẩm: tạo màu mới và nhuộm màu cho một số thực phẩm: bánh dẻo, kẹo gum và nước ngọt C KIẾN NGHỊ 1) Nghiên cứu khả năng hòa tan của curcumin cũng... LUẬN A KẾT LUẬN Công trình nghiên cứu Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm đã thu nhận được những kết quả khoa học sau đây: 1) Xác định được mối quan hệ giữa sắc màu vàng nghệ với hàm lượng curcumin trong củ nghệ ở các tỉnh Miền Trung và Tây nguyên bằng phương pháp đo màu và định lượng nhanh curcumin Màu vàng càng đậm thì hàm lượng curcumin càng nhiều 2) Đề xuất được quy... khối phổ LC/MS, IR và UV-vis) Thành phần curcuminoid trong curcumin thô như sau: – + + + + + – + + + + + C16H26, + + trọng 7) Sử dụng chất màu CurXP để tạo các gam màu mới theo mô hình màu RY’B nhằm tạo ra các gam màu mới phù hợp cho việc ứng dụng vào công nghệ thực phẩm 8) Sản xuất được gôm màu CurXP để sử dụng cho thực phẩm không chứa chất béo 9) Ứng dụng chất màu CurXP để nhuộm màu cho nước ngọt... cứu sản xuất gôm màu curcumin Bổ sung CurXP và các màu phối RY’B vào gôm màu, chúng tôi RY’B 75:0:25 thu được gôm màu curcumin thô với khối lượng 580 g/mẻ Gôm có dạng đặc, dẻo, không dính, có màu đặc trưng theo chất màu sử dụng RY’B 25:0:75 RY’B 42:42:16 Hình 3.25 Các màu gốc, màu phối theo mô hình RYB, RY’B 3.4.2.2 Nghiên cứu cường độ màu của các cặp màu phối Kết quả so sánh cường độ màu (lab) của màu. .. tiếp) trong thời gian 20 ngày, kết quả 3.4.2.3 Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc chất màu sau phối hợp Kết quả nghiên cứu so sánh của màu gốc và các màu phối theo cả hai mô hình RYB và RY’B cho thấy, bước sóng cực đại đặc trưng cho thấy độ bền màu của gôm màu CurXP giảm rất ít: từ 4 ÷ 5% 3.4.4 Nghiên cứu tạo màu cho một số sản phẩm từ gôm màu curcumin Một số mẫu bánh, kẹo và nước ngọt nhuộm bằng gôm màu: ... Cyclocurcumin: C21H20O6, m/z = 369,12599 1) Phát hiện mối quan hệ giữa cường độ màu vàng với hàm DMC: C20H18O5, m/z = 338,115425 lượng curcumin trong nguyên liệu Màu củ nghệ càng đỏ-cam, hàm BDMC: C19H16O4, m/z = 308,10486 lượng curcumin càng cao 4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone: C12H16O, 176,120112 2) Định danh được 5 thành phần curcuminoid trong chất màu CurXP: CurDM và 8 thành phần curcuminoid trong. .. Hep-2, RD và chiết CurXP, chế tạo và sử dụng trong nghiên cứu của luận án Thông LU;không xác định được liều gây chế 50% số dộng vật thử nghiệm số cơ bản của thiết bị: (LC50) ở mức liều lượng curcumin thô sử dụng từ 1,0 ÷3,0 g/kg thể – – – 0 Nhiệt độ chiết tách: 90 C Nồng độ kiềm: 45% Hiệu suất thu nhận curcumin: 38,59% 5) Xác định được thành phần curcuminoid và hàm lượng curcumin trong các mẫu bột nghệ. .. bằng CurXP nên giá trị l và a của màu phối RY’B cao hơn so với RYB 3.4.3.2 Nghiên cứu độ bền màu của gôm màu CurXP * Ảnh hưởng của pH Dùng gồm màu ở trên để tạo màu cho dung dịch có pH = 3; 5; 7 và 9, đo phổ UV-vis để xác định độ bền màu Kết quả cho thấy: độ bền màu giảm xuống 90 ÷ 95% sau 3 ngày thử * Ảnh hưởng của của chiếu sáng Khi chiếu sáng các dung dịch được tạo màu bằng gôm màu đã nêu ở treen, chúng... thất curcumin c) Bisdemethoxycurcumin, C19H16O4, m/z = 308,10486 trong quá trình sấy nghệ cả củ và thông số thực nghiệm để nâng cao d) 1,10-Bisabaladiene-1,4-diol, C15H26O2, m/z = 238,19328 giá trị thực tiễn của nghiên cứu e) 1,2-Dimethyl-4-(6-methyl-4-heptenyl)-1,3- 5) Nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng dung môi diethyl ete để cyclohexandiene, C16H26, m/z = 218,20345 rửa tách tinh dầu nghệ trong. .. chiết tách curcumin so với f) 1,3,10-Bisabaladiene-9-one, C15H22O, m/z = 218,157065 g) 1,3,5,10-Bisabaladiene-9-one, C15H20O,m/z = 216,151415 h) 4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone, C12H16O, m/z= 176,120112 3) Thiết lập được quy trình công nghệ thích hợp có tính khả thi cao để thu nhận chất màu curcumin từ củ nghệ vàng ở các tỉnh Miền Trung và Tây nguyên, trong đó: − Lần đầu tiên nghiên cứu thành công quy . cứu ứng dụng curcumin trong y học, do đó còn thiếu các nghiên cứu về sản xuất, ứng dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm. Vì thấy, luận án Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm. liệu sản xuất curcumin Trong 9 loài thực vật, trong đó curcumin có nhiều nhất ở củ nghệ vàng (Curcuma longa L.) từ 3 ÷ 8%. 1.4. ỨNG DỤNG CURCUMIN TRONG Y HỌC, THỰC PHẨM VÀ MỸ PHẨM 1.4.1. Ứng. 3.4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CURCUMIN THÔ TRONG CÔNG NGHỆ TẠO MÀU THỰC PHẨM 3.4.1. Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng CurXP như sau: 16 Ứng dụng CurXP trong thực phẩm không chứa