Đặt vấn đề Màu sắc là một thuộc tính cảm quan quan trọng của thực phẩm, đây cũng là một chỉ tiêu được người tiêu dùng sử dụng để đánh giá chất lượng thực phẩm như hương vị, độ an toàn, giá trị dinh dưỡng [1]. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, các chất màu tổng hợp được dùng phổ biến hơn so với các chất màu có nguồn gốc tự nhiên nhờ có giá thành sản xuất thấp, khả năng nhuộm màu tốt và tính ổn định cao [2]. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều người nghi ngờ sự an toàn của các chất màu được bổ sung vào thực phẩm [3]. Một số nghiên cứu cũng cho thấy chất màu tổng hợp cũng góp phần vào sự phát triển của chứng rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD) ở trẻ em và có thể gây ảnh hưởng đến đường hô hấp và các bệnh dị ứng [4, 5, 6].
Mặc dù các chất màu tổng hợp đang được sử dụng hiện nay đã được đánh giá là an toàn và có các quy định chặt chẽ về liều lượng sử dụng nhưng ngành công nghiệp thực phẩm vẫn đang tìm kiếm các nguồn thay thế để đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng [1]. Cụ thể, các công ty thực phẩm có xu hướng thay thế dần những chất màu tổng hợp và tận dụng các chất màu tự nhiên như anthocyanin từ khoai lang tím [7], curcumin từ củ nghệ [8], betalain từ củ dền [9] và betacyanin từ thanh long ruột đỏ [10]. Betacyanin là một dạng của betalain, có sắc tố đỏ - tím [11]. Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (- OH, - COOH, - NH), các sắc tố betacyanin dễ tan trong nước hoặc dung dịch ethanol [12].
Ngoài ra, sắc tố đỏ - tím của betacyanin khá ổn định trong khoảng pH từ 3 đến 7 và có pH tối ưu trong khoảng từ 4 đến 6 [13, 14, 15]. Vì vậy, betacyanin có thể được sử dụng để tạo màu cho đa dạng các loại thực phẩm như sữa [16], yogurt [17], xúc xích [18] và các loại đồ uống [19]. Betacyanin có thể được trích ly từ củ dền [20, 21, 22], rau dền [23], quả xương rồng lê gai [24, 25] và thanh long [26, 27]. Trong đó, vỏ thanh long ruột đỏ là một nguồn nguyên liệu tiềm năng ở Việt Nam; quá trình sản xuất các sản phẩm từ ruột thanh long như rượu vang, nước ép, kombucha, jam, thanh long sấy… sẽ thải ra một lượng lớn vỏ thanh long.
Vỏ thanh long chiếm khoảng 18 - 24 % tổng khối lượng của trái và thường được loại bỏ như một chất thải nông nghiệp [28, 29]. Các chất thải sinh học như vỏ thanh long cũng góp phần làm tăng sự ô nhiễm môi trường vì chúng sẽ tạo ra khí nhà kính và gây ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình phân hủy với số lượng lớn [30]. Thay vì loại bỏ vỏ thanh long, chúng có thể được sử dụng để sản xuất chất màu betacyanin, hàm lượng này trong vỏ quả có thể lên đến 35.12 mg/g mẫu, lớn hơn phần thịt quả (30. 1 Vì vậy, việc sử dụng vỏ thanh long để trích ly betacyanin ngoài mục đích thu nhận chất màu tự nhiên còn góp phần giảm thiểu tác động của phụ phẩm nông nghiệp đến môi trường và mở thêm hướng ứng dụng từ phụ phẩm này.
Tuy nhiên, betacyanin khá nhạy cảm với nhiệt độ, oxy, ánh sáng [15]. Vì vậy betacyanin dạng cô đặc và betacyanin dạng bột là giải pháp tối ưu giúp tăng thời gian bảo quản và đa dạng hóa ứng dụng của betacyanin [32]. Trong các nghiên cứu sản xuất bột betacyanin nói riêng và bột màu nói chung, sấy phun là kỹ thuật được áp dụng chủ yếu [10, 33, 34; 35]. Dù vậy, nhiệt độ sấy phun betacyanin trong các nghiên cứu khá cao: ở 160 oC [10], trong khoảng 155 - 175 oC [36] hoặc 120 - 180 oC [37].
Việc sử dụng nhiệt độ cao trong quá trình sấy phun góp phần làm giảm hiệu suất thu hồi betacyanin sau khi sấy [38]. Thay vì sử dụng phương pháp sấy phun, sấy thăng hoa ở nhiệt độ thấp sẽ tốt hơn cho sự ổn định của các chất nhạy cảm với nhiệt như betacyanin [39]. Kết quả nghiên cứu của Ravichandran và cộng sự [39] cho thấy phương pháp sấy thăng hoa dịch betalain trích ly từ củ dền cho hiệu suất thu hồi cao hơn và độ ổn định tốt hơn so với phương pháp sấy phun. Bên cạnh phương pháp sấy, các chất trợ sấy cũng đóng một vai trò quan trọng, đặc biệt là khi sấy các nguyên liệu có nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp (glass transition temperature - Tg).
Nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp được nghiên cứu là có góp phần trong việc làm tăng sự kết dính, vón cục của bột thành phẩm sau khi sấy [40]. Để tăng giá trị Tg, các chất trợ sấy (chất mang) có khối lượng phân tử lớn như maltodextrin, arabic gum, các loại tinh bột có thể được bổ sung [41, 42]; các chất chống đông vón như tricalcium phosphate, silicon dioxide, các muối của stearic acid cũng có thể được sử dụng nhằm cải thiện chất lượng bột sau khi sấy [43]. Theo những tài liệu chúng tôi tổng hợp được, các nghiên cứu về sấy thăng hoa chất màu betacyanin trích ly từ vỏ thanh long ruột đỏ vẫn còn hạn chế, đặc biệt là các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các chất mang khác nhau đến khả năng bảo quản của bột betacyanin. Vì vậy, đề tài này được thực hiện nhằm để khảo sát ảnh hưởng của bốn loại chất mang (maltodextrin, maltodextrin - arabic gum, maltodextrin - xanthan gum và tinh bột sắn) và chất chống đông vón tricalcium phosphate (TCP) đến chất lượng và sự ổn định của bột màu betacyanin trích ly từ vỏ thanh long ruột đỏ trong quá trình bảo quản.
Động học phân hủy betacyanin cũng được khảo sát để dự đoán thời hạn sử dụng của sản phẩm. Mục tiêu đề tài Đề tài được thực hiện nhằm mục tiêu khảo sát ảnh hưởng của bốn loại chất mang (maltodextrin, maltodextrin - arabic gum, maltodextrin - xanthan gum và tinh bột sắn) và 2 chất chống đông vón TCP đến khả năng bảo quản của bột betacyanin. Từ đó xác định động học phân hủy, xác định được chất mang thích hợp để hỗ trợ sự thu hồi betacyanin sau khi sấy hiệu quả nhất và đảm bảo được tính ổn định của sản phẩm trong thời gian bảo quản. Nội dung nghiên cứu Đề tài gồm các nội dung nghiên cứu như sau: Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng các chất mang và chất chống đông vón đến khả năng bảo quản của bột betacyanin.
Khảo sát ảnh hưởng của các chất mang và chất chống đông vón đến động học phân hủy betacyanin. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu này sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu khác sâu hơn về các sản phẩm bột màu tự nhiên nói chung và bột màu betacyanin nói riêng. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài góp phần mở rộng phạm vi nghiên cứu về các sản phẩm bột màu tự nhiên, nâng cao chất lượng sản phẩm khi đến tay người tiêu dùng. Ngoài ra, việc tận dụng vỏ thanh long còn giúp giảm thiểu những tác động tiêu cực của phụ phẩm nông nghiệp đến môi trường.
3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về thanh long ruột đỏ 2. Giới thiệu Thanh long là một loài xương rồng thuộc chi Hylocereus trong bộ Caryophyllales có nguồn gốc từ các vùng của nước Mỹ. Nhờ có các đặc tính dễ trồng như khả năng chịu hạn, chịu mặn tốt mà loại quả nhiệt đới này được trồng phổ biến tại 20 quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam [44, 45, 46, 47].
Dựa vào màu sắc của vỏ và thịt quả mà thanh long được chia làm 3 loại chính: thanh long ruột trắng - vỏ đỏ (Hylocereus undatus), thanh long ruột đỏ - vỏ đỏ (Hylocereus polyrhizus) và thanh long ruột trắng - vỏ vàng (Hylocereus megalanthus) [48]. Đặc biệt, loài H. polyrhizus được trồng nhiều tại các tỉnh của Việt Nam như Bình Thuận, Long An, Tiền Giang, Trà Vinh và Cà Mau [49].1 Các loại thanh long phổ biến Quả thanh long có 3 phần chính bao gồm phần thịt quả (47.60 %) và phần hạt (2. Phần thịt quả được sử dụng là chủ yếu dưới dạng tươi, ngoài ra thịt quả thanh long ruột đỏ còn được chế biến thành nhiều sản phẩm như rượu thanh long, nước ép thanh long, jam, jelly [52].
Trong quá trình chế biến thì chỉ có phần thịt quả được sử dụng còn phần vỏ quả sẽ được loại bỏ trong khâu xử lý nguyên liệu [53]. Tuy nhiên, vỏ quả chứa pectin, chất xơ, các hợp chất chống oxy hóa và betacyanin - đây là sắc tố tạo nên màu đỏ đặc trưng của quả. Vì vậy, vỏ thanh long ruột đỏ là nguồn nguyên liệu tiềm năng để thu nhận chất màu [54]. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của thanh long ruột đỏ Thanh long là một loại quả có nhiều carbohydrate, protein, vitamin, khoáng chất, betacyanin và các acid hữu cơ [55, 56, 57, 58, 59].
Theo nghiên cứu của Gunasena và cộng sự [60], quả tươi chứa 82.8 mg calcium và 8 - 9 mg vitamin C trên 100 g thịt quả tươi. Thành phần hóa học của quả thanh long ruột đỏ được biểu thị cụ thể trong Bảng 2. Khi so sánh với măng cụt, xoài, thơm, ổi, đu đủ thì thanh long ruột đỏ có hàm lượng các chất khoáng như natri, kali, phospho và magie cao hơn [56, 60, 61, 62]. 1 Thành phần hóa học của thịt quả thanh long ruột đỏ [60] Thành phần Tính trên 100g thịt quả tươi Nước (g) 82.300 Wu và cộng sự [63] kết luận rằng thịt quả có hàm lượng đường, amino acid và các acid hữu cơ (malic, citric, citramalic và oxalic acid) cao hơn so với vỏ quả.
Phần lớn carbohydrate có trong quả thanh long bao gồm các monosaccharide như glucose, frucrose và các oligosaccharide [64]. Bên cạnh đó, amino acid có trong quả thanh long hầu như là các amino 5 acid thiết yếu. Chúng không thể tự tổng hợp trong cơ thể con người mà cần được đưa vào thông qua thực phẩm ăn hàng ngày [65]. Bằng việc sử dụng phương pháp sắc ký (UPLC- MS/MS), các nhà khoa học đã tìm thấy 18 loại amino acid có trong thịt quả.
Đặc biệt, 8 loại trong số đó là amino acid thiết yếu có thể kể đến như histidine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan và valine. Tuy nhiên, hàm lượng protein có trong thanh long thấp hơn so với nhu cầu dinh dưỡng khuyến nghị [66, 67]. Ngoài ra, thanh long ruột đỏ còn chứa các hợp chất có hoạt tính sinh học với khả năng kháng oxy hóa cao điển hình là các polyphenol, flavonoid và betacyanin [68].