Nghiên cứu bảo quản dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc (Clitoria ternatea)

Khóa luận khảo sát điều kiện bảo quản ảnh hưởng đến độ bền màu và tính chống oxy hóa của dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc (Clitoria ternatea).

• Tác giả: Huỳnh Thanh Ngân
• Người hướng dẫn: Ts. Vũ Trần Khánh Linh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản đến độ bền màu và các tính chất kháng oxy hóa của dịch chiết Anthocyanin trích ly từ hoa đậu biếc (Clitoria ternatea)
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc

Hoa đậu biếc (Clitoria ternatea) là một loại cây dân gian phong phú với giá trị dinh dưỡng cao, đặc biệt giàu anthocyanin - một sắc tố thiên nhiên quý giá. Dịch chiết hoa đậu biếc chứa nồng độ anthocyanin cao, mang lại màu xanh tím đặc trưng và nhiều lợi ích sức khỏe. Anthocyanin là những hợp chất polyphenolic có khả năng chống oxy hóa mạnh, giúp bảo vệ cơ thể khỏi các gốc tự do. Dịch chiết này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Tuy nhiên, việc bảo quản dịch chiết anthocyanin đặt ra nhiều thách thức do sự mất ổn định của các hợp chất này trong các điều kiện bảo quản không phù hợp.

1.1. Thành phần và công dụng của hoa đậu biếc

Hoa đậu biếc chứa nhiều dưỡng chất quý giá bao gồm anthocyanin, flavonoid, vitamin C và các chất kháng oxy hóa khác. Những hợp chất này giúp cải thiện sức khỏe con mắt, tăng cường miễn dịch và bảo vệ tim mạch. Dịch chiết hoa đậu biếc được sử dụng làm chất màu thiên nhiên trong thực phẩm, đồng thời mang lại các tác dụng dược liệu. Công dụng kháng oxy hóa mạnh của nó giúp ngăn chặn sự lão hóa sớm và hỗ trợ điều trị các bệnh liên quan đến stress oxy hóa.

1.2. Cấu trúc hóa học của anthocyanin

Anthocyanin có cấu trúc phân tử gồm một vòng benzopyran kết nối với một nhóm phenolic. Cấu trúc này quyết định khả năng chống oxy hóa và độ bền màu của dịch chiết. Các loại anthocyanin khác nhau như cyanidin, delphinidin, và malvidin đều có tính chất riêng. Sự biến đổi cấu trúc do các yếu tố môi trường (pH, nhiệt độ, ánh sáng) dẫn đến mất mầu và giảm hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết anthocyanin.

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của dịch chiết

Độ bền màu của dịch chiết hoa đậu biếc phụ thuộc vào nhiều điều kiện bảo quản khác nhau. Các yếu tố chính bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, pH, oxy hóa, và thời gian bảo quản. Nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh làm tăng tốc độ phân hủy anthocyanin, dẫn đến mất màu nhanh chóng. pH môi trường cũng là yếu tố quan trọng, vì anthocyanin bền nhất ở pH thấp (axit). Sự tiếp xúc với oxy trong không khí gây ra quá trình oxy hóa, làm suy giảm cả màu sắc và hoạt tính chống oxy hóa. Nghiên cứu khoa học cho thấy các điều kiện bảo quản tối ưu có thể kéo dài tuổi thọ dịch chiết hoa đậu biếc đáng kể.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và ánh sáng

Nhiệt độ cao và ánh sáng là những yếu tố chính gây phân hủy anthocyanin. Bảo quản ở nhiệt độ thấp (4-10°C) giúp duy trì độ bền màu tốt hơn so với nhiệt độ phòng. Ánh sáng visible và UV tăng cường quá trình oxy hóa, làm giảm nồng độ anthocyanin. Bảo quản dịch chiết hoa đậu biếc trong bóng tối hoặc với bao bì che phủ giúp giữ lại màu sắc và hoạt tính.

2.2. Ảnh hưởng của pH và điều kiện oxy hóa

Anthocyanin bền nhất ở pH axit (pH 1-3) và mất ổn định ở pH trung tính hoặc bazơ. Dịch chiết hoa đậu biếc cần được bảo quản ở môi trường axit để duy trì cấu trúc và màu sắc. Điều kiện oxy hóa ảnh hưởng đến cả hoạt tính chống oxy hóa và độ bền màu. Sử dụng bảo quản trong điều kiện không khí bị loại bỏ hoặc bằng nitrogen giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa.

III. Phương pháp bảo quản để duy trì hoạt tính chống oxy hóa

Để duy trì hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết hoa đậu biếc, cần áp dụng các phương pháp bảo quản khoa học. Bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4°C là phương pháp phổ biến nhất, giúp giảm tốc độ quá trình phân hủy anthocyanin. Sử dụng chất bảo quản như acid citric hoặc sodium benzoate giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn và giữ lại hoạt tính. Chất giữ ẩm như glycerin hoặc sorbitol giúp bảo vệ dịch chiết khỏi mất nước. Đóng gói trong bảo bì kín, không có ánh sáng và ở độ ẩm kiểm soát là điều kiện tối ưu. Nghiên cứu gần đây cho thấy sự kết hợp các phương pháp này có thể duy trì được 80-90% hoạt tính chống oxy hóa sau 6 tháng bảo quản.

3.1. Vai trò của chất bảo quản và chất giữ ẩm

Chất bảo quản như acid citric, sodium benzoate, và vitamin E có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ dịch chiết hoa đậu biếc. Chúng ức chế quá trình oxy hóa và ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây hỏng. Chất giữ ẩm duy trì độ ẩm thích hợp, ngăn chặn khô hóa và tinh lại của dịch chiết. Kết hợp hợp lý các chất này giúp bảo quản dịch chiết hoa đậu biếc hiệu quả và an toàn.

3.2. Điều kiện bảo quản tối ưu theo tiêu chuẩn

Các tiêu chuẩn khoa học khuyến cáo bảo quản dịch chiết anthocyanin ở nhiệt độ 2-8°C, độ ẩm 45-55%, trong bảo bì che phủ ánh sáng hoàn toàn. pH lý tưởng nên duy trì ở mức 2.5-3.5 để bảo vệ cấu trúc anthocyanin. Sử dụng nitrô hóa hoặc loại bỏ oxy giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Những điều kiện này giúp dịch chiết hoa đậu biếc duy trì độ bền màu và hoạt tính chống oxy hóa trong thời gian dài.

IV. Ứng dụng và hướng phát triển của dịch chiết hoa đậu biếc

Dịch chiết hoa đậu biếc có tiềm năng lớn trong các ngành công nghiệp khác nhau. Trong công nghiệp thực phẩm, nó được sử dụng làm chất màu thiên nhiên thay thế cho các chất tổng hợp, đáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng về sản phẩm tự nhiên. Trong lĩnh vực dược phẩm, các đặc tính chống oxy hóa mạnh của anthocyanin được khai thác để phát triển các sản phẩm bổ sung sức khỏe. Mỹ phẩm cũng là một thị trường tiềm năng với các sản phẩm chăm sóc da dựa trên dịch chiết hoa đậu biếc. Hiện nay, các nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện công nghệ trích ly, bảo quản dịch chiết hiệu quả, và phát triển các sản phẩm có giá trị cao. Những tiến bộ trong khoa học công nghệ sẽ mở ra những ứng dụng mới và tạo giá trị kinh tế cao.

4.1. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Dịch chiết hoa đậu biếc được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm chức năng, đồ uống, và các sản phẩm làm đẹp từ bên trong. Khả năng chống oxy hóa của anthocyanin giúp ngăn chặn lão hóa tế bào và hỗ trợ sức khỏe tim mạch. Trong dược phẩm, dịch chiết được sử dụng để phát triển các thuốc bổ sung hoặc hỗ trợ điều trị. Tính chất bảo quản và độ bền màu ổn định là yếu tố quan trọng để thành công thương mại hóa sản phẩm.

4.2. Hướng nghiên cứu và phát triển tương lai

Các nghiên cứu tương lai tập trung vào việc tối ưu hóa công nghệ trích ly anthocyanin để tăng hiệu suất. Cải tiến công nghệ bảo quản dịch chiết hoa đậu biếc bằng các phương pháp hiện đại như vi gói hóa hoặc cô đặc là những hướng đi mới. Phát triển các phương pháp đo lường độ bền màu và hoạt tính chống oxy hóa tiêu chuẩn hóa sẽ hỗ trợ kiểm chất lượng sản phẩm. Ứng dụng công nghệ AI và tự động hóa trong quản lý điều kiện bảo quản hứa hẹn những cải tiến đáng kể.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nâng cao chất lượng và an toàn thực phẩm là điều hết sức quan trọng đối với sức khỏe con người (Novais et al. Màu sắc đóng vai trò quan trọng trong việc thưởng thức món ăn vì màu sắc vừa tạo giá trị thẩm mỹ vừa là cơ sở để đánh giá chất lượng của thực phẩm. Do đó có thể nói màu sắc là yếu tố quan trọng làm tăng khả năng chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm thực phẩm (Jadhav et al. Theo Novais et al.

(2022), màu sắc có thể được coi là một trong những thuộc tính ấn tượng và quyến rũ nhất của thực phẩm. Tuy nhiên, hầu hết thực phẩm ngày nay đều được chế biến đa dạng với các mức nhiệt độ khác nhau trước khi đến tay người tiêu dùng. Vì vậy, các nhà sản xuất cần phải thay thế màu bị mất trong quá trình chế biến hoặc tạo màu cho các sản phẩm không màu hay kém hấp dẫn. Kết quả, nhiều sản phẩm đã bổ sung chất tạo màu thực phẩm để tăng cường màu sắc của thực phẩm, làm cho sản phẩm được ưa chuộng và tăng khả năng chấp nhận cảm quan (Jadhav et al.

Các phụ gia tạo màu thực phẩm đang được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, thức ăn chăn nuôi gồm hai nhóm: chất màu nhân tạo (có nguồn gốc từ các dẫn xuất nhựa than đá) (Vidana Gamage et al., 2021) và chất màu tự nhiên (có nguồn gốc từ thực vật, động vật hoặc khoáng chất) (Jadhav et al. Tuy nhiên, việc sử dụng lượng lớn màu tổng hợp gây ô nhiễm, làm mất cân bằng sinh thái và gây nguy hại cho sức khỏe con người (Jadhav et al. Chính vì vậy, ngành công nghiệp thực phẩm đã bắt đầu tìm hiểu và đầu tư mạnh vào chất tạo màu tự nhiên (Fu et al. Anthocyanin là nhóm sắc tố hòa tan trong nước lớn nhất thuộc nhóm flavonoid (Jing & Giusti, 2007).

Nhóm sắc tố này nổi bật với các đặc tính như màu sắc đa dạng ở các giá trị pH khác nhau, khả năng tương thích sinh học cao và tăng cường sức khỏe (Khoo et al., 2017; Oladzadabbasabadi et al. Cho đến nay, anthocyanin đã được chiết xuất từ các loại thực vật khác nhau như quả việt quất, khoai lang tím, bắp cải đỏ, vỏ hạt đậu đen, cà rốt đen, cà tím, mận đen, hoa đậu biếc, bụp giấm, dâu tằm, gừng đuốc và hoa hồng đỏ (Oladzadabbasabadi et al. Đặc biệt, với lượng anthocyanin dồi dào và các chất chuyển hóa thứ cấp khác, hoa đậu biếc (Clitoria ternatea L.) được cho là nguồn cung cấp sắc tố anthocyanin màu xanh tự 1 nhiên giúp nâng cao hình thức và giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm thực phẩm (Jeyaraj et al. Điểm độc đáo của anthocyanin có trong hoa đậu biếc là sự hiện diện của một lượng dồi dào anthocyanin polyacyl hóa được gọi là ternatin, hợp chất này tạo cho hoa có màu xanh rực rỡ (Jeyaraj et al., 2021; Vidana Gamage et al.

Do đó, hoa đậu biếc có tiềm năng được sử dụng như một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên hoặc phụ gia trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm (Jeyaraj et al. Hiện nay, để tạo màu cho thực phẩm, hoa đậu biếc được sử dụng ở các dạng như hoa tươi, hoa khô hoặc bột hoa. Tuy nhiên, các dạng này tồn tại một vài nhược điểm như bất tiện khi sử dụng (tốn thời gian, nhiều công đoạn xử lý), khó điều chỉnh cường độ màu, có thể bị bám bụi hay bị tái ẩm trong quá trình bảo quản (đối với hoa khô và bột hoa). Trong khi đó, chất màu dạng lỏng có thể khắc phục những hạn chế trên.

Mặt khác, chất màu dạng lỏng có khả năng phân tán sắc tố vào thực phẩm vượt trội hơn nhiều so với màu bột. Đồng thời, chất màu dạng lỏng dễ dàng bảo quản vì đóng gói nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích lưu trữ. Tuy nhiên, chất màu dạng lỏng cần lắc đều trước khi sử dụng và luôn tiềm ẩn nguy cơ vi sinh vật phát triển vì có hoạt độ nước cao (Muller, 2011). Do đó, việc bổ sung các phụ gia giúp giảm hoạt độ nước đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài thời gian bảo quản của các chất màu dạng lỏng.

Chất giữ ẩm (humectant) là phụ gia có khả năng liên kết nước và kiểm soát hoạt độ của nước (aw ) do sự có mặt của nhóm ưa nước như nhóm hydroxyl hình thành liên kết hydro với các phân tử nước (Badola et al. Việc bổ sung chất giữ ẩm vào thực phẩm là một biện pháp lâu đời nhằm tăng cường độ ổn định, gia tăng hương vị và hạn chế hư hỏng thực phẩm. Glycerol là một trong những polyol giữ ẩm hiệu quả nhất (Azelee et al. Với việc khảo sát yếu tố ảnh hưởng là ánh sáng, nghiên cứu của Özkan et al.

(2023) cho thấy glycerol có tác dụng bảo vệ anthocyanin tốt trong cả điều kiện bóng tối và ánh sáng. Ngoài glycerol, sorbitol cũng là phụ gia giữ ẩm phổ biến trong thực phẩm (Deis & Kearsley, 2012). Theo Badola et al. (2017), sorbitol có khả năng giảm hoạt độ nước tối đa trong các sản phẩm từ sữa ở 25°C.

Tuy nhiên, sorbitol chưa được sử dụng để giảm hoạt độ nước trong các chất màu dạng lỏng. Theo những tài liệu chúng tôi tổng hợp được, hiện nay có rất ít hoặc chưa có các nghiên cứu sử dụng chất giữ ẩm nhằm tăng tính ổn định của dung dịch màu anthocyanin khi bảo quản. Đề tài này được thực hiện nhằm khảo sát ảnh hưởng của chất giữ ẩm (glycerol, sorbitol) và nhiệt 2 độ (10 ℃, 25 ℃, 33 ℃) đến khả năng bảo quản dung dịch anthocyanin trích ly từ hoa đậu biếc. Từ kết quả thu được tìm ra loại chất giữ ẩm và nhiệt độ thích hợp cho việc bảo quản dung dịch màu.

Mô hình Arrhenius được sử dụng để phân tích động học phân hủy anthocyanin và dự đoán sự thay đổi chất lượng anthocyanin xảy ra trong quá trình bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau theo thời gian. Mục tiêu đề tài Đề tài này được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 ℃, 25 ℃, 33 ℃) đến sự ổn định, khả năng chống oxy hóa của dung dịch màu anthocyanin chiết xuất từ hoa đậu biếc theo thời gian. Từ đó tìm ra điều kiện thích hợp để bảo quản và đề nghị hướng ứng dụng hiệu quả dung dịch anthocyanin với vai trò là chất màu tự nhiên trong các sản phẩm thực phẩm. Nội dung nghiên cứu Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản đến độ bền màu và các tính chất kháng oxy hóa của dịch chiết anthocyanin trích ly từ hoa đậu biếc (Clitoria ternatea)” gồm các nội dung nghiên cứu sau: - Xác định hàm lượng một số thành phần hóa học có trong bột hoa đậu biếc.

- Khảo sát ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 ℃, 25 ℃, 33 ℃) đến hàm lượng anthocyanin và sự bền màu của dung dịch anthocyanin theo thời gian. - Khảo sát ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 ℃, 25 ℃, 33 ℃) đến khả năng chống oxy hóa (bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH và phương pháp khử sắt FRAP) của dung dịch anthocyanin sau quá trình bảo quản. - Khảo sát động học phân hủy của dung dịch màu anthocyanin theo thời gian. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.

Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu khả năng bảo quản của dịch chiết anthocyanin trích ly từ hoa đậu biếc giúp xác định điều kiện bảo quản thích hợp cho sự ổn định sắc tố của anthocyanin. Bên cạnh đó, kết quả của nghiên cứu là cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sau này về sự ổn định của chất màu anthocyanin nói chung và dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc nói riêng. Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu tạo ra một sản phẩm màu dạng lỏng phục vụ cho ngành công nghiệp thực phẩm, làm đa dạng hóa các mặt hàng về màu tự nhiên. Hơn nữa, dịch chiết màu anthocyanin mang đến sự tiện lợi cho người tiêu dùng, giúp tiết kiệm thời gian và dễ dàng sử dụng.

Tổng quan về hoa đậu biếc 2. Giới thiệu Hoa đậu biếc (Clitoria ternatea L.) có nguồn gốc từ các vùng cận nhiệt đới và phân bố rộng rãi ở Châu Phi, Châu Á, Úc, Bắc Mỹ, Nam Mỹ, Tây Bắc, Trung Nam và Tây Nam Thái Bình Dương (Chen et al. Cây đậu biếc thuộc loại thân thảo, dây leo, thường mọc hoang dại ở nhiều tỉnh miền Nam, Việt Nam (Trần, 2023). Hoa đậu biếc mọc ở nách lá, hoa cánh đơn (Clitoria ternatea var ternatea) hoặc cánh kép (Clitoria ternatea var pleniflora) có kích thước lớn hơn 5 cm; hoa màu tím hoặc màu hồng, phổ biến nhất là màu tím biếc; tràng hoa hình bướm và hướng xuống dưới; hoa mang mùi hương dịu nhẹ đặc trưng (Lâm et al.

Hoa đậu biếc cánh đơn (a) và cánh kép (b) (Hasanah et al. Thành phần dinh dưỡng và công dụng Hoa đậu biếc chứa khoảng 0.94 mg khoáng chất hòa tan, 41.27 mg protein thô và 29.18 mg carbohydrate hòa tan trên 100 g trọng lượng khô (Chen et al. Theo Lâm và cộng sự (2022), hoa cây đậu biếc có chứa các hợp chất như: anthocyanin, flavonoid, carotenoid, tinh dầu, triterpenoid tự do, tanin, saponin, acid hữu cơ, chất khử và hợp chất polyuronid, đặc biệt có khá nhiều anthocyanidin, một nhóm chất có tác dụng kháng oxy hóa. Tantituvanont et al.

(2008) chỉ ra rằng anthocyanin trong hoa đậu biếc chủ yếu là delphinidin - glucoside. Theo nghiên cứu của Saptarini et al. (2015), anthocyanin trong hoa đậu biếc có màu xanh lam ở pH 4, màu xanh lá cây ở pH 9 và màu vàng ở pH 12. Loài hoa này được sử dụng như một phương thuốc chữa bệnh lợi tiểu, tẩy giun sán, thấp khớp, viêm phế quản, rối loạn nội tiết, giảm cân và chống ung thư (Sapiee, 2013).

Thành phần 5 flavonoid có trong hoa đậu biếc có thể làm giảm nhiễm trùng ở đường hô hấp, chống viêm trong các thử nghiệm trên động vật và có khả năng chống oxy hóa (Chen et al. Theo Kamkaen & Wilkinson (2009), nụ hoa đậu biếc chứa hàm lượng anthocyanin và các flavonoid khác có tác dụng kháng oxy hóa rất cao. Tổng quan về anthocyanin 2. Giới thiệu Anthocyanin là sắc tố màu quan trọng trong tự nhiên có khả năng hòa tan trong nước, có nguồn gốc từ sự kết hợp của hai từ Hy Lạp là Anthos và Kyanos, (Anthos nghĩa là hoa và Kyanos có nghĩa là xanh lam) (Pervaiz et al.

Anthocyanin là chất chuyển hóa thực vật thứ cấp trong nhóm polyphenol, thuộc về một phần của hợp chất flavonoid (Galaffu et al.