Luận văn thạc sĩ về sản xuất bột màu betacyanin từ củ dền trong công nghệ thực phẩm

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích công nghệ thực phẩm nghiên cứu sản xuất bột màu betacyanin từ củ dền, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực

• Tác giả: Đoàn Bạch Hải Vân
• Người hướng dẫn: TS. Lại Quốc Đạt
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu sản xuất bột màu betacyanin từ củ dền
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về betacyanin và củ dền

Betacyanin là một bột màu tự nhiên nổi bật, được chiết xuất từ củ dền (Beta vulgaris). Chất này không chỉ mang lại màu sắc hấp dẫn cho thực phẩm mà còn có nhiều lợi ích về sức khỏe. Củ dền, với hàm lượng betacyanin cao, đã trở thành một nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm. Việc nghiên cứu và sản xuất bột màu betacyanin từ củ dền không chỉ mở ra cơ hội cho việc tạo ra các sản phẩm thực phẩm tự nhiên mà còn góp phần vào việc phát triển các sản phẩm thay thế an toàn cho phẩm màu tổng hợp. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng betacyanin có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp bảo vệ tế bào khỏi sự tổn thương do gốc tự do.

1.1. Đặc điểm của betacyanin

Betacyanin là một sắc tố thuộc nhóm betalain, có cấu trúc hóa học đặc biệt cho phép nó tồn tại trong các điều kiện tự nhiên khác nhau. Sắc tố này có màu đỏ đến tím và được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng. Theo nghiên cứu, betacyanin có khả năng ổn định ở pH từ 4 đến 7, nhưng lại nhạy cảm với nhiệt độ và ánh sáng. Điều này có nghĩa là việc bảo quản và chế biến thực phẩm chứa betacyanin cần phải được thực hiện cẩn thận để giữ được tính chất dinh dưỡng và màu sắc của sản phẩm cuối cùng.

II. Phương pháp sản xuất bột màu betacyanin

Quá trình sản xuất bột màu betacyanin từ củ dền bao gồm nhiều bước, từ việc thu hoạch củ dền cho đến sấy phun để tạo ra sản phẩm bột. Đầu tiên, củ dền được ép để thu được dịch ép, sau đó thực hiện các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng và pH đến sự ổn định của betacyanin trong dịch ép. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh có thể làm giảm hàm lượng betacyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch ép. Việc áp dụng công nghệ sấy phun là một giải pháp hiệu quả để bảo quản betacyanin, giúp tạo ra sản phẩm bột với chất lượng cao.

2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và ánh sáng

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng betacyanin rất nhạy cảm với nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng từ 4 đến 50 độ C, hàm lượng betacyanin giảm đáng kể, với mức độ ổn định cao nhất tại 15 độ C. Đồng thời, ánh sáng cũng có tác động tiêu cực đến sự ổn định của betacyanin, làm giảm cả hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa trong dịch ép. Điều này cho thấy cần có các biện pháp bảo quản và chế biến phù hợp để giữ cho betacyanin không bị phân hủy.

III. Đánh giá chất lượng bột betacyanin

Chất lượng của bột betacyanin được đánh giá dựa trên hàm lượng betacyanin còn lại và hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc tăng nồng độ maltodextrin trong quá trình sấy phun có thể cải thiện hiệu suất thu hồi bột, tuy nhiên, điều này cũng có thể dẫn đến việc giảm hàm lượng betacyanin. Ngoài ra, nhiệt độ không khí đầu vào trong quá trình sấy phun cũng ảnh hưởng đến độ ẩm và hàm lượng betacyanin trong bột thành phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện sấy phun là rất cần thiết để sản xuất bột betacyanin chất lượng cao.

3.1. Ứng dụng thực tiễn của bột betacyanin

Bột betacyanin có tiềm năng lớn trong ngành thực phẩm, đặc biệt là trong việc sản xuất các sản phẩm thực phẩm tự nhiên và an toàn. Với khả năng tạo màu sắc hấp dẫn và các lợi ích về sức khỏe, betacyanin có thể được ứng dụng trong nhiều loại thực phẩm như nước giải khát, bánh kẹo và các sản phẩm chế biến từ rau củ. Nghiên cứu này không chỉ góp phần vào việc phát triển sản phẩm mới mà còn mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp thực phẩm tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU  Tính cấp thiết của đề tài Củ dền (Beta vulgaris) là rễ của một loại rau dền phình to ra tạo thành củ, củ dền ở Việt Nam có màu tím và đƣợc trồng phổ biến ở Đà Lạt. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng, củ dền chứa nhiều chất dinh dƣỡng, rất tốt cho sức khỏe con ngƣời. Hiện nay, củ dền đƣợc sử dụng ở dạng tƣơi để chế biến là chủ yếu. Bên cạnh lợi ích về mặt dinh dƣỡng, trong củ dền còn chứa thành phần betacyanin, là một chất màu tự nhiên có màu từ đỏ đến tím.

Do đó, trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất khảo sát sự ổn định của chất màu betacyanin trong một số điều kiện môi trƣờng, đồng thời xây dựng các thông số của quá trình sấy phun dịch ép nhằm góp phần đa dạng hóa sản phẩm từ củ dền, kéo dài thời gian bảo quản và tạo ra sản phẩm mới ứng dụng làm chất màu bổ sung vào thực phẩm hoặc nƣớc giải khát dinh dƣỡng và an toàn.  Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến betacyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch ép củ dền. Thu nhận chất màu betacyanin dƣới dạng bột bằng cách khảo sát và xác định các thông số của quá trình sấy phun dịch ép. Sản phẩm bột betacynain hòa tan đƣợc đánh giá để ứng dụng nhƣ một chất tạo màu từ tự nhiên để bổ sung vào thực phẩm.

 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu này đƣợc thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, đối tƣợng nghiên cứu là betacyanin trong củ dền có nguồn gốc tại Đà Lạt, Lâm Đồng. Quá trình khảo sát sự ổn định của betacyanin trong dịch ép và trong sản phẩm bột betacyanin hòa tan bằng cách xác định hàm lƣợng và khả năng chống oxy hóa trong dịch ép bằng phƣơng pháp thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH. 2  Nội dung nghiên cứu Luận văn này tập trung nghiên cứu các nội dung sau đây: - Phân tích một số thành phần trong dịch ép củ dền. - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng betacyanin và hoạt tính chống oxy hóa của dịch ép củ dền.

- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy phun dịch ép củ dền. - Đánh giá chất lƣợng bột betacyanin sấy phun từ dịch ép củ dền.  Tính mới của đề tài Đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về chất màu betacyanin trong một số loại thực vật nhƣ: vỏ thanh long, trái xƣơng rồng, rau dền, bông giấy tím, hạt thù du, củ dền,…; tuy nhiên, hầu hết các mẫu vật liệu thí nghiệm đều đƣợc chuẩn bị bằng phƣơng pháp chiết để lấy dịch. Trong những năm gần đây, nghiên cứu về betacyanin đƣợc mở rộng thêm trong dịch ép trái thanh long ruột đỏ nhƣng chỉ dừng lại ở thí nghiệm khảo sát hàm lƣợng và sự ổn định của betacyanin.

Vẫn chƣa có công bố khoa học nào về việc nghiên cứu betacyanin trong dịch ép củ dền đồng thời đƣa ra các thông số của quá trình sấy phun nhằm sản xuất chất bột màu betacyanin từ dịch ép củ dền.  Ứng dụng kết quả nghiên cứu của đề tài Kết quả nghiên cứu góp phần mở rộng ứng dụng của củ dền với mục đích định hƣớng sản xuất chất bột betacyanin hòa tan từ củ dền, sử dụng làm chất màu tự nhiên bổ sung vào thực phẩm và nƣớc giải khát. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về củ dền (Beta vulgaris) 1.

Nguồn gốc, phân loại Củ dền là cách gọi của ngƣời Việt Nam để chỉ một loại rau củ ôn đới có tên tiếng Anh là Beetroot hay còn gọi là Beet. Củ dền (hay còn gọi là củ cải đỏ) có tên khoa học là Beta vulgaris. Theo nghiên cứu của Linnaeus, phân loại tên khoa học của củ dền nhƣ sau [1]: - Bộ: Caryophyllales - Họ: Amaranthaceae - Chi: Beta - Loài: Beta vulgaris - Phân loài: Beta vulgaris var. rubra Trong các hệ thống phân loại cổ điển và hệ thống phân loại Cronquist (1981), Chi Củ dền (Beta) đƣợc đặt trong Họ Rau muối (Chenopodiaceae) thuộc Bộ Cẩm chƣớng (Caryophyllales) [2].

Tuy nhiên, theo cách phân loại của hệ thống APG (1998) và hệ thống APG II (2003) - là hệ thống phân loại sinh học thực vật hiện đại dựa trên việc phân tích phân tử đã xếp chi này vào Họ Dền (Amaranthaceae) thuộc Bộ Cẩm chƣớng (Caryophyllales). Chi Beta đƣợc phát hiện có nguồn gốc ở Bắc Phi, lan theo tuyến đƣờng biển Địa Trung Hải du nhập vào châu Á và châu Âu, để thích ứng với điều kiện khí hậu nông nghiệp mới, giống cây ban đầu đã trở nên đa dạng về màu sắc và hình dạng [3, 4]. Hiện nay, loại cây này vẫn còn là một cây trồng thƣơng mại rộng rãi ở Châu Âu, Mỹ và Canada [5, 6]. Tại Việt Nam, củ dền (Beta vulgaris) đƣợc ngƣời Pháp đƣa vào trồng thử ở trên vùng đất cát pha ở tỉnh Ninh Bình nhƣng kém phát triển.

Sau đó ngƣời Pháp đem thứ củ cải đỏ (var.) vào trồng ở Đà Lạt, cây mọc tốt và phát 4 triển. Dân ta trồng lấy củ để nấu canh, một số nơi dùng làm thuốc. Lá cũng đƣợc thu hái quanh năm nhƣ một loại rau xanh, hạt lấy ở quả già để gieo trồng. Phân loài củ dền trồng ở Đà Lạt (Việt Nam) là Beta vulgaris var.

hay Beta vulgaris ssp. Củ dền ở Việt Nam có hai màu: tím than và đỏ thẫm, vỏ đen xù xì có nhiều khoang, sở dĩ củ dền có màu đỏ tím là do trong thành phần có chứa hợp chất hỗn hợp tự nhiên betacyanin (màu đỏ tím) và betaxanthin (màu vàng cam) cấu thành nên hóa tính thực vật. Đặc tính thực vật Cây củ dền là loài cây thân thảo một năm. - Thân: thân đứng có vằn, ít phân nhánh.

- Rễ: phồng thành củ nạc, ngọt, màu đỏ tím. - Lá: có phiến hình trứng, có cuống, màu lục, có mép lƣợn sóng, phiến lá phẳng, mép lá nhẵn hoặc gần nhẵn. - Hoa: màu lục nhạt, mọc thành bông khá dài. Hoa mọc ở các phần trên của cành, không có lá bắc, thuộc loại hoa lƣỡng tính, hoa hợp nhất tại gốc và rụng khi quả chín.

Nhị hoa đính quanh bầu, có 5 nhị hoa với các chỉ nhị hình dùi; bao phấn thuôn dài, bề mặt núm nhụy có nhú. - Quả: quả hợp sinh ở đầu gần với bao hoa; vỏ quả mọng hay cứng lại ở ngoại biên. - Hạt: hình cầu hơi thuôn, nằm ngang; vỏ hạt dai, bóng, rời khỏi vỏ quả; nội nhũ hình khuyên hoặc gần hình khuyên; ngoại nhũ nhiều. Thành phần hóa học của củ dền Thành phần của củ dền đƣợc trình bày trong Bảng 1.

Một hợp chất khác là Biindolyl 5,5’,6,6’-Tetrahydroxy-3,3’ cũng đã đƣợc xác định có trong vỏ củ dền đỏ mặc dù chƣa có thông tin về lợi ích dinh dƣỡng đƣợc xác định [7].1: Cây củ dền Bảng 1. Thành phần dinh dƣỡng trong 100g củ dền tƣơi (trích Nguồn USDA Nutrient Database, 2016) Thành phần Đơn vị Giá trị dinh dƣỡng Năng lƣợng kJ 180 Năng lƣợng kcal 43 Carbohydrates g 9,56 - Sugars g 6,76 - Chất xơ g 2,8 Chất béo g 0,17 Tro g 1,08 Protein g 1,61 Nƣớc g 87,58 Vitamin A equiv. µg 2 Alpha carotene µg 20 Thiamine (vitamin B1) mg 0,031 Riboflavin (vitamin B2) mg 0,04 Niacin (vitamin B3) mg 0,334 Pantothenic acid (vitamin B5) mg 0,155 Vitamin B6 mg 0,067 Folate (vitamin B9) µg 109 6 Vitamin E mg 0,04 Vitamin K µg 0,2 Vitamin C mg 4,9 Choline mg 6 Betaine mg 128,7 Calcium mg 16 Sắt mg 0,8 Magnesium mg 23 Manganese mg 0,329 Phosphorus mg 40 Potassium mg 325 Sodium mg 78 Zinc mg 0,35 Copper mg 0,075 Manganese mg 0,329 Selenium µg 0,7 1. Giá trị của củ dền Củ dền chứa một hàm lƣợng lớn các chất dinh dƣỡng gồm: protein, carbohydrate, các nguyên tố vi lƣợng, các vitamin A, B, C, E và sắc tố betacyanin màu đỏ tím đặc trƣng.

Nhờ đó, củ dền không chỉ có tác dụng bồi bổ cơ thể mà còn có tác dụng nhuộm màu một số thực phẩm theo phƣơng pháp truyền thống của ngƣời Việt Nam. Về mặt dinh dưỡng: củ dền là loại rau củ giàu chất xơ, vitamin và khoáng chất, đƣợc sử dụng để chế biến món ăn hàng ngày. Về mặt dược học: củ dền có tác dụng: - Bảo vệ gan: do chứa betaine, chất này cũng đóng vai trò trong việc tăng cƣờng chức năng gan, giúp cơ thể phân giải mỡ, ngăn ngừa chứng mệt mỏi. 7 - Bảo vệ tim mạch: củ dền có chức năng hạ cholesterol, chống oxy hóa.

- Ngăn ngừa ung thƣ: nhiều nghiên cứu cho thấy củ dền có tác dụng ngăn ngừa ung thƣ phổi và ung thƣ da. Nƣớc ép củ dền ngăn chặn sự tổng hợp nitrosamine - đƣợc cho là nguyên nhân gây ung thƣ. - Ổn định trạng thái tinh thần: hợp chất nitrogen còn gọi là bataine có trong củ dền có tác dụng thƣ giãn tinh thần do kích thích quá trình tổng hợp serotonin với vai trò là chất dẫn truyền thần kinh. Về màu sắc: Màu đỏ tím của củ dền là hỗn hợp tự nhiên của màu đỏ tím (betacyanin) và màu vàng cam (betaxanthin).

Những màu này vừa là hóa chất thực vật đƣợc ứng dụng làm chất tạo màu cho thực phẩm, đồng thời cũng là chất chống oxy hóa giúp bảo vệ cơ thể chống lại gốc tự do. Về mặt y học dân tộc: củ dền có vị ngọt, hơi đắng, tính hàn, có tác dụng khai vị, mạnh tỳ, hạ khí, bổ nội tạng, làm thông huyết mạch, chữa đau đầu, củ dền đƣợc dùng kết hợp với các bài thuốc để chữa bệnh sốt cao và nhuận tràng. Về mặt giá trị kinh tế: tại Việt Nam, cây củ dền đỏ có thể gieo trồng quanh năm nhƣng thời gian thích hợp nhất cho cây là từ tháng 8 đến đầu tháng 2 năm sau. Cây củ dền là cây ít tốn kém về giống, phân bón, điều kiện chăm sóc, phòng chống sâu bệnh và có thể sử dụng đƣợc tất cả các bộ phận của cây.

Tình hình trồng củ dền trên thế giới và ở Việt Nam Trên thế giới, củ dền có khoảng 20 loài, phân bố từ vùng bờ biển Địa Trung Hải, vùng bờ biển Đại Tây Dƣơng của Châu Âu (từ Hy Lạp đến Syria), Cận Đông đến khu vực Châu Á bao gồm Ấn Độ, nhƣng chỉ có 3 phân loài đƣợc công nhận gồm: - Beta vulgaris ssp. vulgaris - Beta vulgaris ssp. maritime - Beta vulgaris ssp. adanensis Củ dền đƣợc trồng khắp nơi trên thế giới trong khu vực ôn đới với nhu cầu sản xuất chính ở Bắc Mỹ, châu Âu và Mỹ.

Tại châu Âu, sản xuất củ dền đƣợc tập trung 8 chủ yếu ở Anh và Pháp; nhƣng Ý, Hà Lan, Đức, Hy Lạp, Tây Ban Nha và Đan Mạch cũng đóng góp phần lớn về trọng yếu phẩm này.