Tổng quan nghiên cứu

Rau ngót (Sauropus androgynus) là một loại rau quý, giàu chlorophyll – sắc tố màu xanh lá cây tự nhiên có vai trò quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm và y học. Chlorophyll không chỉ tạo màu xanh đặc trưng cho sản phẩm mà còn có khả năng chống oxy hóa, hỗ trợ sức khỏe con người. Tuy nhiên, chlorophyll rất dễ bị biến đổi màu và phân hủy trong quá trình bảo quản do tác động của nhiệt độ, ánh sáng, pH và enzyme, gây khó khăn trong ứng dụng thực tế. Nghiên cứu này tập trung vào việc giữ ổn định chất màu chlorophyll chiết xuất từ rau ngót, nhằm nâng cao hiệu suất trích ly và kéo dài thời gian bảo quản màu sắc.

Mục tiêu chính của luận văn là khảo sát ảnh hưởng của các muối kim loại (NaCl, Na2CO3, ZnSO4) trong quá trình tiền xử lý và trích ly đến hàm lượng và độ ổn định của chlorophyll. Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh và Trường Đại học Thủ Dầu Một, trong khoảng thời gian từ tháng 02 đến tháng 12 năm 2023. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm tự nhiên, an toàn, đồng thời góp phần nâng cao giá trị kinh tế của rau ngót và các nguyên liệu thực vật giàu chlorophyll khác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về cấu trúc và tính chất hóa học của chlorophyll, đặc biệt là vai trò của ion Mg2+ trong vòng porphyrin quyết định màu sắc và độ bền của sắc tố. Chlorophyll a và b là hai dạng phổ biến trong thực vật, có tính tan trong dung môi hữu cơ và dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với nhiệt độ, ánh sáng, pH và enzyme chlorophyllase. Việc bổ sung các muối kim loại như Na+, Zn2+, và CO3^2- có thể tạo phức hợp với chlorophyll, giúp ổn định cấu trúc và kéo dài thời gian bảo quản màu sắc.

Ngoài ra, mô hình trích ly rắn-lỏng và phương pháp hỗ trợ vi sóng (Microwave-Assisted Extraction - MAE) được áp dụng để tăng hiệu suất chiết xuất chlorophyll. MAE giúp phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật nhanh chóng, giảm thời gian trích ly và tăng hàm lượng chlorophyll thu nhận.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Rau ngót được thu hoạch tại thành phố Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương, với kích thước lá chuẩn (dài 4-6 cm, rộng 15-30 mm). Nguyên liệu được bảo quản trong điều kiện phòng mát (15°C) và sử dụng trong vòng 3 ngày.

  • Phương pháp tiền xử lý: Lá rau ngót được chần ở nhiệt độ 90°C trong 180 giây, nhằm bất hoạt enzyme, tăng độ thẩm thấu và bảo vệ màu sắc chlorophyll.

  • Phương pháp trích ly: Sử dụng dung môi ethanol 40% với bổ sung muối NaCl, Na2CO3, ZnSO4 ở nồng độ 1%. Trích ly thông thường ở nhiệt độ phòng, khuấy 500 vòng/phút trong 25 phút hoặc trích ly hỗ trợ vi sóng công suất 550W trong 3 phút, sau đó khuấy 7 phút.

  • Phân tích: Hàm lượng chlorophyll tổng được xác định bằng phương pháp quang phổ UV-VIS tại bước sóng 648 nm và 664 nm theo công thức thực nghiệm. Độ ổn định màu sắc được đánh giá qua cảm quan màu sắc và theo dõi hàm lượng chlorophyll trong quá trình bảo quản ở 4°C và nhiệt độ phòng.

  • Thiết kế thí nghiệm: Bao gồm khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ chần, ảnh hưởng của muối kim loại trong quá trình chần và trích ly, ảnh hưởng của hỗ trợ vi sóng, và khảo sát hàm lượng muối Na2CO3 tối ưu.

  • Cỡ mẫu: Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần để đảm bảo tính thống kê, xử lý số liệu bằng phần mềm Statgraphics Centurion XIX.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của điều kiện chần đến hàm lượng chlorophyll:

    • Nhiệt độ chần 90°C trong 180 giây là điều kiện tối ưu, đạt hàm lượng chlorophyll thu nhận cao nhất khoảng 0.033 mg/g chất khô, với hiệu suất thu nhận 25.2%.
    • Thời gian chần dưới 180 giây làm enzyme chưa bị bất hoạt hoàn toàn, dẫn đến màu sắc dịch trích chuyển sang xanh olive; thời gian chần quá dài làm giảm hàm lượng chlorophyll do hòa tan vào nước chần.

  2. Ảnh hưởng của muối kim loại trong quá trình chần và trích ly:

    • Bổ sung 1% Na2CO3 trong dung dịch trích ly làm tăng hàm lượng chlorophyll thu nhận lên đến 1.032 mg/g chất khô, cao hơn đáng kể so với mẫu đối chứng và các muối NaCl, ZnSO4.
    • Mẫu trích ly có bổ sung Na2CO3 có thời gian bảo quản ổn định màu lâu nhất: 104 ngày ở 4°C và 39 ngày ở nhiệt độ phòng, gấp khoảng 4 lần so với mẫu đối chứng.
    • Bổ sung ZnSO4 làm giảm nhanh hàm lượng chlorophyll trong ngày đầu bảo quản, không phù hợp để giữ ổn định màu.

  3. Ảnh hưởng của phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng:

    • Trích ly có hỗ trợ vi sóng (550W, 3 phút) rút ngắn thời gian chiết xuất còn 7 phút, nhưng hàm lượng chlorophyll thu nhận giảm nhẹ so với phương pháp thông thường.
    • Tuy nhiên, bổ sung Na2CO3 trong quá trình trích ly hỗ trợ vi sóng vẫn giữ được hàm lượng chlorophyll cao (khoảng 1.015 mg/g chất khô) và hiệu suất thu nhận đạt 36.9%.

  4. Đặc tính bột chlorophyll sau sấy phun:

    • Bột chlorophyll thu được từ dịch trích ly có bổ sung Na2CO3 và sấy phun với whey protein có độ ẩm khoảng 5.4%, màu sắc xanh lá mịn, tan tốt trong nước, phù hợp làm chất màu thực phẩm tự nhiên.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc chần ở nhiệt độ 90°C trong 180 giây vừa đủ để bất hoạt enzyme chlorophyllase và peroxidase, ngăn ngừa sự phân hủy chlorophyll, đồng thời làm tăng độ thẩm thấu của tế bào, giúp tăng hiệu suất trích ly. Việc bổ sung Na2CO3 trong dung dịch trích ly không chỉ làm tăng hàm lượng chlorophyll thu nhận mà còn kéo dài thời gian bảo quản màu sắc nhờ khả năng ổn định ion Mg2+ trong vòng porphyrin, hạn chế sự mất màu do oxy hóa và biến đổi enzyme.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng NaCl hoặc ZnSO4, Na2CO3 thể hiện ưu thế vượt trội về khả năng giữ màu và tăng hiệu suất chiết xuất. Phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng giúp rút ngắn thời gian chiết xuất, phù hợp cho quy mô sản xuất công nghiệp, mặc dù có sự giảm nhẹ hàm lượng chlorophyll do tác động nhiệt vi sóng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàm lượng chlorophyll theo thời gian bảo quản ở hai điều kiện nhiệt độ, cũng như bảng so sánh hiệu suất thu nhận chlorophyll dưới các điều kiện chần và trích ly khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng điều kiện chần 90°C trong 180 giây cho nguyên liệu rau ngót trước khi trích ly để tối ưu hóa hiệu suất thu nhận chlorophyll và bảo vệ màu sắc.

  2. Bổ sung 1% Na2CO3 trong dung dịch trích ly nhằm tăng hàm lượng chlorophyll thu nhận và kéo dài thời gian bảo quản màu sắc, đặc biệt trong các sản phẩm thực phẩm tự nhiên.

  3. Sử dụng phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng với công suất 550W trong 3 phút để rút ngắn thời gian chiết xuất, phù hợp cho quy mô sản xuất công nghiệp, đồng thời duy trì hàm lượng chlorophyll cao.

  4. Phát triển sản phẩm bột chlorophyll sấy phun kết hợp với whey protein để tạo ra chất màu thực phẩm tự nhiên, có độ ổn định cao và dễ dàng ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

  5. Khuyến nghị bảo quản sản phẩm chlorophyll ở nhiệt độ 4°C và tránh ánh sáng để duy trì màu sắc và hàm lượng chlorophyll trong thời gian dài.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm về quy trình trích ly và giữ ổn định chlorophyll từ rau ngót, hỗ trợ phát triển các đề tài liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và thực phẩm tự nhiên: Thông tin về điều kiện trích ly và bảo quản chlorophyll giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm.

  3. Chuyên gia phát triển sản phẩm và kỹ sư công nghệ: Áp dụng phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng và bổ sung muối Na2CO3 để cải thiện hiệu suất và độ bền màu của nguyên liệu tự nhiên.

  4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng thực phẩm: Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá và kiểm soát chất lượng các sản phẩm chứa chlorophyll tự nhiên, đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần chần rau ngót trước khi trích ly chlorophyll?
    Chần giúp bất hoạt enzyme chlorophyllase và peroxidase, ngăn ngừa phân hủy chlorophyll, đồng thời làm tăng độ thẩm thấu của tế bào, giúp chiết xuất chlorophyll hiệu quả hơn.

  2. Muối nào giúp giữ ổn định màu chlorophyll tốt nhất?
    Na2CO3 được chứng minh là muối kim loại hiệu quả nhất trong việc tăng hàm lượng chlorophyll thu nhận và kéo dài thời gian bảo quản màu sắc so với NaCl và ZnSO4.

  3. Phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng có ưu điểm gì?
    Phương pháp này rút ngắn thời gian chiết xuất đáng kể, giảm công sức và năng lượng tiêu thụ, đồng thời duy trì hàm lượng chlorophyll cao, phù hợp cho sản xuất quy mô lớn.

  4. Thời gian bảo quản chlorophyll trong điều kiện tối ưu là bao lâu?
    Dịch trích ly chlorophyll bổ sung Na2CO3 có thể bảo quản ổn định màu sắc và hàm lượng trong khoảng 104 ngày ở 4°C và 39 ngày ở nhiệt độ phòng.

  5. Bột chlorophyll sau sấy phun có thể ứng dụng như thế nào?
    Bột chlorophyll có màu xanh lá mịn, độ ẩm thấp, tan tốt trong nước, thích hợp làm chất màu tự nhiên trong các sản phẩm thực phẩm như nước giải khát, bánh kẹo và thực phẩm chức năng.

Kết luận

  • Đã xác định được điều kiện chần tối ưu là 90°C trong 180 giây để bảo vệ và tăng hiệu suất trích ly chlorophyll từ rau ngót.
  • Bổ sung 1% Na2CO3 trong dung dịch trích ly giúp tăng hàm lượng chlorophyll thu nhận lên đến 1.032 mg/g chất khô và kéo dài thời gian bảo quản màu sắc gấp 4 lần so với mẫu đối chứng.
  • Phương pháp trích ly hỗ trợ vi sóng rút ngắn thời gian chiết xuất còn 7 phút, giữ được hàm lượng chlorophyll cao, phù hợp cho ứng dụng công nghiệp.
  • Bột chlorophyll sau sấy phun có đặc tính phù hợp làm chất màu thực phẩm tự nhiên, an toàn và ổn định.
  • Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm chức năng, đồng thời tối ưu hóa quy trình bảo quản để nâng cao giá trị sản phẩm.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình trích ly và bảo quản chlorophyll đã nghiên cứu vào sản xuất thực tế, đồng thời phát triển các sản phẩm thực phẩm tự nhiên giàu chlorophyll nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng về sản phẩm an toàn và có lợi cho sức khỏe.