Đặt vấn đề Trong thiên nhiên có rất nhiều loại cây cho ta một dạng đường năng lượng, có độ ngọt gấp hàng trăm thậm trí hàng nghìn lần so với đường sacroza như: Dioscorophilium cumminssi, Hemsleyapanicisseandens, Lippia duclcis, Synsepalum dulcificum, Thaumatococcus danielii…Tuy nhiên do khó khăn trong kỹ thuật thu hái và chế biến hoặc do các độc tố trong loại cây này, việc sử dụng chúng như một chất thay thế đường còn bị hạn chế. Cây cỏ ngọt (còn gọi là cỏ mật, cỏ đường, cúc ngọt, cây thay thế đường) là một trong những cây trong nhóm này được chú ý phát triển. Cây cỏ ngọt đã được biết đến từ những năm 1908, Resenack (1908) và Dieterich (1909) đã chiết xuất được glucozit từ lá cỏ ngọt. Đến năm 1931 Bridel và Lavieille mới xác định được glucozit mới chính là stevioside, chất ngọt cơ bản tạo nên độ ngọt cây này.
Chất steviozit sau khi thủy phân sẽ cho 3 phân tử Steviol isosteviol Chất Steviol ngọt hơn đường saccaroza 300 lần Steviozit công thức có độ ngọt gấp 300 lần so với saccaroza, ít năng lượng ngon không lên men, không bị phân hủy, bởi vậy rất có triển vọng để thay thế đường trong chế độ ăn kiêng. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy tác dụng của cỏ ngọt duy trì hàm lượng đường trong máu, cỏ ngọt còn tỏ ra có hiệu quả trong việc cải thiện chế độ tiêu hóa, điều hòa hoạt động của hệ động mạch và sự chuyển hóa, tạo ra một sự minh mẫn về trí óc, làm cho giấc ngủ sâu hơn, êm đềm hơn. [3] Xã hội ngày càng phát triển, kéo theo đó là những căn bệnh mang tính chất xã hội như béo phì, tiểu đường, cao huyết áp, tim mạch. Nhận thức được vấn đề đó, các nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang nỗ lực tìm ra những loại thực phẩm an toàn với cơ thể con người, cung cấp ít calo và không làm tăng lượng đường huyết.
Sau những nỗ lực tổng hợp từ các chất hóa học, chất tìm ra lại có nguy cơ gây ung thư cho người sử dụng, chính vì thế, hướng đi được lựa chọn là chiết xuất các hợp chất có sẵn trong thiên nhiên, nhằm hạn chế các hóa chất độc hại n 2 có tác động không tốt lên cơ thể con người, cây cỏ ngọt chính là một trong số những loại cây đang được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực đó. [2] Từ những lý do trên, tôi tiến hành “ Nghiên cứu quy trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt bằng than hoạt tính ” nhằm nâng cao hiệu quả tinh chế, giảm giá thành sản phẩm, đơn giản hóa quá trình sản xuất, đồng thời an toàn với người sản xuất cũng như người tiêu dùng. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu khảo sát quy trình và nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian, hàm lượng than hoạt tính đến quá trình tẩy màu dịch chiết cỏ ngọt. Mục đích nghiên cứu Loại bỏ các tạp chất màu ảnh hưởng đến cảm quan có trong dịch cỏ ngọt Đưa ra quy trình tẩy màu dịch chiết từ cỏ ngọt 1.
Ý nghĩa khoa học Thực hiện đề tài giúp sinh viên bổ sung kiến thức thực tiễn quan trọng cho lý thuyết đã học nghiên cứu và công tác sau này. Tẩy màu dịch cây cỏ ngọt, tạo sản phẩm ưa chuộng có thể thay thế các loại đường khác 1. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả thu được của đề tài là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo, từ đó có thể xây dựng quy trình công nghệ tẩy màu với hiệu suất tốt nhất. Đường này có thể dùng thay thế đường mía và đường hóa học tạo sản phẩm đường cạnh tranh trên thị trường.
n 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu về cây cỏ ngọt và Các chất tạo ngọt 2. Cây cỏ ngọt - Tên khoa học: Stevia rebaudiana (Bertoni) Hemsley - Tên đồng nghĩa: Eupatorium rebaudianum Bert - Tên thường gọi: Cúc ngọt, cỏ ngọt, cỏ mật [3] Hình 2.1: Hình ảnh cây cỏ ngọt (Stevia Rebaudiana (Bertoni) Hemsley) 2.khoa học - Giới: Plantae - Bộ: Asterales - Họ: Asteracee - Tông: Eupatorieae - Chi: Stevia [3] 2. Phân loại theeo loài Cỏ ngọt có khoảng 240 loài có nguồn gốc từ Nam Mỹ, Trung Mỹ, Mexico, và một vài tiểu bang hoa kỳ.
+ Một số loài cỏ ngọt tiêu biểu sau: - Stevia ovata n 4 - Stevia plummerae - Stevia rebaudiana - Stevia salicifolia - Stevia serrata + Đặc điểm của cây cỏ ngọt Cây cỏ ngọt là một chi của khoảng 240 loài thảo mộc trong họ Asteraceae có nguồn gốc cận nhiệt đới và nhiệt đới khu vực từ phía tây Bắc Mỹ đến Nam Mỹ. Là một loại cây cỏ nhỏ sống lâu năm. Thân, cành: Chiều cao thu hoạch: 0,5-0,6 m, tốt đạt 0,8-1,2 m. Thân cứng mọc thẳng, có rãnh dọc, thân non màu xanh già có màu tím, có hệ mầm phát triển mạnh, đường kính thân chính đạt 2,5-8 mm.
Cỏ ngọt phân nhiều cành khi ra hoa mới phân cành cấp 2,3. Cành cấp 1 thường xuất hiện từ các đốt lá cách mặt đất 10 cm, thông thường cành từ 25-30 tổng số cành trên cây có thể đạt 140 cành. Lá: Có màu xanh lục trên thân có 70-90 lá mọc đối, hình mũi mác hoặc hình bầu dục, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 50-70 mm, rộng 10-15mm, có 3 gân chính xuất phát từ cuống lá, mép lá có 12-16 răng cưa ở phân nửa phần trên, hai mặt có lông trắng mịn, cuống lá rất ngắn. Lá có vị ngọt rất đậm.
Hoa: Dài 10-12mm, có mùi thơm nhẹ. Cụm hoa hình đầu, có 4-7 hoa đơn lưỡng tính, mỗi hoa đơn hình ống có cấu trúc gồm 1 đế hoa với 5 đài màu xanh, 5 cánh tràng màu trắng khoảng 5mm hình ống, có 4-5 nhị dính trên tràng màu vàng sáng, mùa hoa từ tháng 5 đến tháng 9. Quả và hạt: Qủa và hạt cây nhỏ thuộc loại quả bễ, khi chín màu nâu thẫm 5 cạnh dài từ 2-2,5mm, hạt có 2 vỏ hạt có phôi nhưng nội nhũ trần vì vậy tỷ lệ nảy mầm thấp. Rễ: Hệ rễ chùm lan rộng ở 40cm có đọ sâu từ 20-30 cm, mọc nông từ 0- 30cm.Thành phần trong cây cỏ ngọt Cỏ ngọt bao gồm carbohydrate (61,93% dw – trọng lượng khô), protein (11,41% dw- trọng lượng chất khô), chất xơ thô (15,52% dw- trọng lượng chất khô), khoáng chất (K: 21,15; Ca: 17,7; Na: 14,93; Mg: 3,26 và Cu: 0,73; Mn: 2,89; Fe: 5,89 và Zn: 1,26) mg/100g dw và các axit amin thiết yếu.
Lá tự nhiên có chứa một hỗn hợp phức tạp của 8 deterpenoid glycosides như sau : n 5 Bảng 2.1 : 8 deterpenoid glycosides [6] Bảng 2.2 Thành phần trong cây cỏ ngọt [3] Thành phần % dựa trên trọng lượng khô Độ ẩm 5,37 Protein 11,41 Chất béo 3,73 Xơ thô 15,52 Tro 7,41 Carbohydrates 61,93 Đường khử 5,88 Đường không khử 9,77 Tổng số carbohydrates hòa tan 15,65 n 6 2.Hàm lượng chất khoáng trong cây cỏ ngọt: Cỏ ngọt chứa một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng quan trọng. Điều này cho thấy cỏ ngọt là một thành phần cần thiết để bảo vệ cơ thể, điều chỉnh và duy trì quá trình trao đổi chất khác nhau. Kali, canxi, magiê, natri và chất dinh dưỡng quan trọng, đã được tìm thấy với lượng hợp lý trong lá cỏ ngọt. Kẽm và mangan được coi là vi chất dinh dưỡng chống oxy hóa và do đó, sự hiện diện của chúng có thể thúc đẩy hệ thống miễn dịch và phòng chống các bệnh.
Sắt là một yếu tố cần thiết cho tổng hợp hemoglobin. Lượng sắt cao trong lá Stevia rất hữu ích trong việc duy trì mức huyết cầu tố bình thường trong cơ thể. Hơn nữa, lá Stevia cũng có thể được sử dụng để chống thiếu sắt, thiếu máu và rối loạn dinh dưỡng.3 : Thành phần chất khoáng trong cây cỏ ngọt [3] Khoáng vĩ Hàm lượng Khoáng vi Hàm lượng mô (mg/100g) lượng (mg/100g) K 21,15 Cu 0,73 Ca 17,70 Mn 2,89 Na 14,93 Fe 5,89 Mg 3,26 Zn 1,26 2. Hàm lượng axit amin trong cây cỏ ngọt Lá Stevia khô chứa các axit amin thiết yếu (arginin, lysine, histidine, phenylalanine, leucine, methionine, valine, therionine và isolucine) với lượng cao hơn so với những khuyến cáo của FAO và WHO cho người lớn hàng ngày cũng như các axit amin không thiết yếu (aspartate, serine, glutamic, proline, glycine, alanine, cystine và tyrosine).4: Thành phần axit amin của cỏ ngọt [6] Amino axit thiết yếu Amino axit không thiết yếu Hàm lượng Hàm lượng(g/100g) Tên Tên (g/100g) Lá stevioside FAO/WHO Lá stevioside Arginin 0,45 0,35 Aspartate 0,37 Lysine 0,70 0,58 Serine 0,46 Histidine 1,13 0,18 Glutamic 0,43 Phenyl alanine 0,77 0,63 Proline 0,17 Leucine 0,98 0,66 Glycine 0,25 Methionine 1,45 0,25 Alanine 0,56 Valine 0,64 0,35 Cystine 0,40 Therionine 1,13 0,34 Tyrosine 1,08 Isolucine 0,42 0,28 Tổng 7,67 3,62 Tổng 3,72 2.
Chất diệp lục (A và B), Carotenoids trong cỏ ngọt Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm các hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác dụng bảo vệ cơ thể cũng tương tự nhau. Carotenoid khá quen thuộc với chúng ta là beta-caroten hay còn gọi là tiền chất của vitamin A.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt [6] Lá tươi Lá khô Nội dung Nồng độ mg/100g Nồng độ mg/100g Chlorophyll A 77,40 40,71 Chlorophyll B 46,39 27,22 Carotenoids 30,50 7,67 Tổng 154,29 75,60 2. Các chất tạo ngọt trong cây cỏ ngọt 2. Stevioside - Chất ngọt chính trong cây Cỏ ngọt - Tên gọi: Stevioside - Số đăng kí CAS: 57817-89-7 - Tên đăng kí: (4α)-13-[(2-O-β-D-Glucopyranosyl-β-D-glucopyranosyl)oxy]kaur- 16-en-18-oic acid β-D-glucopyranosyl ester - Tên khác: Steviosin - Công thức phân tử: C38H60O18 - Khối lượng phân tử: 804 ,87 - Phần trăm nguyên tố: C 56 ,71%, H 7 ,51%, O 35 ,78% - Công thức cấu tạo: Hình 2.2: Cấu trúc hóa học Stevioside [6] n 9 * Tính chất lý hóa: - Tinh thể hút ẩm mạnh.
- Nhiệt nóng chảy : mp 198°. - Độ ngọt gấp 300 lần so với độ ngọt của đường. - Tan nhiều trong nước: 1 gram tan trong 800ml nước. Tan trong Dioxane.
Tan ít trong Alcohol. - Stevioside đạt ổn định ở nhiệt độ thấp hơn 1200C trong 1 giờ. Khi nhiệt độ lên tới 140°C thì bắt đầu phân hủy. Tới 2000C thì sự phân hủy xảy ra gần như hoàn toàn [6] 2.
Steviol - Công thức hóa học: C20H30O3 - Công thức cấu tạo: Hình 2.3: Cấu trúc hóa học của Steviol [3] Steviol là thành phần không đường của Glycosides, nó là cơ sở để xây dựng nên các phần tử đường khác như: Stevioside và Rebaudioside [3] 2. Steviolbioside - Công thức cấu tạo: R1 là H, R2 là G-G Là chất có hàm lượng rất nhỏ. Bên cạnh Stevioside là Rebaudioside, số lượng ít hơn nhưng ngọt hơn Stevioside 1 - 1,2 lần [3] 2. Rebaudioside A - Công thức hóa học: C44H70O23.3H2O - Công thức cấu tạo: R1 là G, R2 là G (2G) n 10 Hình 2.