Đặt vấn đề Hiện nay, các chất màu tự nhiên đang ngày càng đƣợc quan tâm, nó có vai trò là chất tạo màu không gây độc hại và đƣợc ứng dụng rộng rãi cho nhiều ngành công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm. Ở Việt Nam, chất màu tự nhiên rất đa dạng và có mặt trong hầu hết các loại rau củ quả nhƣ: carotenoid, chlorophyll, anthocyanin,. tạo ra màu sắc hấp dẫn cho các sản phẩm thực phẩm. Khoai lang là một trong năm loại lƣơng thực quan trọng nhất đối với các nƣớc đang phát triển và góp phần đảm bảo an ninh lƣơng thực (Oke và Workneh , 2013).
Khoai lang tím cung cấ p nhiều chất dinh dƣỡng tốt cho cơ thể nhƣ tinh bột , protein, các acid amin, vitamin A, B, C, E và hơn 10 loại nguyên tố vi lƣợng cần thiết khá c nhƣ calci, kẽm, sắt, magiê, kali, natri, phosphor,. Đăc biệt, khoai lang tím còn chứa nhiều hợp chất chống oxy hóa mạnh nhƣ phenol, anthocyanin, anthocyanidin,… giúp bảo vệ các lipoprotein tỷ trọng thấp khỏi các quá t rình oxy hóa, loại bỏ gố c tự do, ngăn ngừa ung thƣ, cải thiện chức năng thị giác, ức chế kết tụ tiểu cầu khác (Kano et al., 2005), có khả năng phòng chống bệnh tiểu đƣờng (Mastui et al., 2001), chống đột biến (Yoshimoto et al., 2001), giảm cholesterol và tăng cƣờng hệ miễn dịch (USDA, 2009),. Anthocyanin là hợp chất thuộc họ flavonoid, là sắc tố tan trong nƣớc phổ biến ở thực vật, thƣờng biểu hiện các màu tím, đỏ tía hoặc xanh trong các loại rau củ, trái cây, hoa lá và rễ của các loài thực vật (Gross, 1987). Ngoài việc cho màu sắc đẹp, anthocyanin còn có những hoạt tính sinh học rất tốt với sức khỏe con ngƣời nhƣ: khả năng chống oxy hóa cao nên đƣợc sử dụng để chống lão hóa, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thƣ, tác dụng chống các tia phóng xạ.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ các nhà nghiên cứu tìm ra đƣợc anthocyanin chứa một lƣợng lớn trong củ khoai lang tím và các phƣơng pháp tách chiết anthocyanin khác nhau nhƣ: phƣơng pháp chiết phân đoạn; phƣơng pháp sử dụng sóng siêu âm; phƣơng pháp tách chiết có hỗ trợ vi sóng và phƣơng pháp chiết Soxlet bằng các dung môi;… nhằm thu nhận đƣợc anthocyanin có nồng độ cao để ứng dụng tạo màu cho một số sản phẩm thực phẩm. Phƣơng pháp tách c 2 chiết có sự hỗ trợ của sóng siêu âm đã đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi trong lĩnh vực công nghệp thực phẩm và đạt hiệu quả hơn so với phƣơng pháp tách chiết khác với các ƣu điểm về thời gian tách chiết, tiết kiệm dung môi và năng lƣợng, tính chọn lọc, ít ảnh hƣởng đến cấu trúc. Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tách chiết anthocyanin từ củ khoai lang tím có hỗ trợ siêu âm”.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu quy trình sử dụng sóng siêu âm nhằm nâng cao hiệu quả tách chiết anthocyanin từ củ khoai lang tím.3 Yêu cầu nghiên cứu Xác định đƣợc kích thƣớc nguyên liệu thích hợp trong quá trình tách chiết anthocyanin từ củ khoai lang tím có hỗ trợ siêu âm. Xác định đƣợc hệ dung môi thích hợp trong quá trình chiết anthocyanin từ củ khoai lang tím có hỗ trợ siêu âm.
Xác định đƣợc tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp trong quá trình tách chiết anthocyanin từ củ khoai lang tím có hỗ trợ siêu âm. Xác định đƣợc điều kiện siêu âm trong quá trình tách chiết anthocyanin. Đề xuất quy trình sử dụng sóng siêu âm nhằm nâng cao hiệu quả tách chiết anthocyanin từ củ khoai lang tím.4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Giúp sinh viên hoàn thiện củng cố lại kiến thức lý thuyết đã học, tích lũy kinh nghiệm làm việc trong phòng thí nghiệm. Xác định đƣợc thành phần của hợp chất màu anthocyanin chiết từ khoai lang tím.2 Ý nghĩa thực tiễn Xây dựng đƣợc quy trình chiết tách anthocyanin từ khoai lang tím bằng phƣơng pháp sử dụng sóng siêu âm quy mô phòng thí nghiệm, đồng thời xác định đƣợc một số đặc tính của chất màu anthocyanin có trong khoai lang tím từ đó mở ra hƣớng ứng dụng chất màu tự nhiên trong thực tiễn.
c 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu về khoai lang tím 2.1 Nguồn gốc và đặc điểm của khoai lang tím Khoai lang là một loài cây nông nghiệp với các rễ củ lớn, chứa nhiều tinh bột, có vị ngọt, đƣợc gọi là củ khoai lang và nó là một nguồn cung cấp rau ăn củ quan trọng. Khoai lang thuộc họ bìm bìm, là loài cây thân thảo dạng dây leo sống lâu năm, có các lá mọc so le hình tim hay xẻ thùy chân vịt, các hoa có tràng hợp và kích thƣớc trung bình. Rễ củ ăn đƣợc có hình dáng thuôn dài và thon, lớp vỏ nhẵn nhụi có màu từ đỏ, tím, nâu hay trắng. Lớp cùi thịt có màu từ trắng, Hình 2.1: Khoai lang tím giống vàng, cam hay tím.
murasakimasari Đối với ngƣời dân Việt Nam, khoai lang là thực phẩm gần gũi. Khoai lang là loại cây sống nhiều năm, thân có nhựa mủ. Lá khoai lang là một loại rau dân dã rất ngon, lại mát và bổ. Củ và rau khoai lang còn là vị thuốc phòng chữa bệnh đã đƣợc dùng từ lâu trong dân gian, có nơi còn gọi nó là “sâm nam”.
Theo Đông y, củ khoai lang tính bình, vị ngọt, có tác dụng bồi bổ cơ thể, ích khí, cƣờng thận, kiện vị, tiêu viêm, thanh can, lợi mật, sáng mắt. Rau khoai lang tính bình, vị ngọt, dùng chữa tì hƣ, kém ăn, thận âm bất túc. Ngọn khoai lang luộc hoặc xào với tỏi là một món ăn ngon, có nhiều vitamin và chất khoáng, giàu chất xơ,… Các nhà khoa học đã chứng minh rằng chất xơ trong thực phẩm có tác dụng hạn chế hấp thu cholesterol trong ruột vào máu, hạn chế tỷ lệ mắc bệnh ung thƣ đại tràng. Theo Tây y, khoai lang có chứa hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng tƣơng đối nhiều.
Thành phần chủ yếu là carbonhydrate tinh bột, dễ đƣợc cơ thể tiêu hoá, hấp thu và tận dụng. Khoai lang có chứa nhiều nucoprotein, có khả năng cản trở c 4 cholesterol lắng đọng trên thành mạch, tránh xơ cứng động mạch, đồng thời giữ đƣợc tính đàn hồi của mạch máu, lại còn có thể tránh teo mô liên kết trong gan, thận… Trong khoai lang chứa một số chất đặc thù phòng bệnh ung thƣ ruột kết, ung thƣ vú. Khoai lang có thể thúc đẩy nhu động ruột, tránh bị táo bón (Viện dƣợc liệu, 2004). Khoai lang tím là một loại khoai lang đƣợc nghiên cứu đƣa vào sản xuất bởi Viện nghiên cứu Nông nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là Okinawan.
Đây là một nguồn chất màu tím tốt và ổn định vì nó có sản lƣợng lớn với hàm lƣợng anthocyanin cao (Ikuo SUDA và Cs, 2003). Khoai lang tím giống Murasa Kimasari có nguồn gốc Nhật Bản, do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hƣng Lộc nhập nội năm 1994 từ Công ty FSA. Giống tuyển chọn và giới thiệu năm 2002 (Hoang Kim, Nguyen Thi Thuy 2003) hiện đƣợc trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, bán tại các chợ đầu mối và siêu thị. Đặc tính nông học chủ yếu: Thời gian sinh trƣởng: 105-110 ngày.
Năng suất củ tƣơi: 10-22, tỷ lệ chất khô 27-30%, chất lƣợng củ luộc khá ngon, vỏ củ màu tím sẫm, thịt củ màu tím đậm, dạng củ đều đẹp, dây tím xanh, nhiễm nhẹ sùng và sâu đục dây. Cây khoai lang tím có đặc điểm thân to mập, ít phân cành có màu tím, khả năng sinh trƣởng phát triển mạnh. Rễ gồm có rễ con, rễ củ, rễ nữa chừng, rễ củ là trạng thái phình to ra với chức năng của một cơ quan lƣu trữ các chất dinh dƣỡng. Củ có dạng thuôn dài, vỏ nhẵn màu tím, ruột màu tím đậm, cấu tạo củ khoai lang gồm 3 phần: vỏ ngoài, vỏ cùi và thịt củ.
- Vỏ ngoài: mỏng, chiếm 1% trọng lƣợng củ, gồm những tế bào có chứa sắc tố, cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicellulose. Tác dụng: làm giảm các tác động bên ngoài, hạn chế sự bay hơi nƣớc của khoai lang trong quá trình bảo quản. - Vỏ cùi: chiếm 5-12%, gồm những tế bào chứa tinh bột, nguyên sinh chất và dịch thể. - Thịt củ: gồm các tế bào nhu mô có chứa tinh bột, hợp chất vô cơ.2 Thực trạng phân bố, thu hoạch Khoai lang cây lƣơng thực đƣợc trồng chủ yếu ở khu vực Tây Nam Bộ, trong đó phải kể đến Bình Tân là 1 huyện nhỏ nằm về phía tây nam của tỉnh Vĩnh Long với đặc trƣng là khí hậu nhiệt đới gió mùa quanh năm nóng ẩm đây là điều kiện thuận lợi cho phát triển nông nghiệp.
Trƣớc năm 2009, diện tích trồng khoai lang ở Bình Tân khoảng 5.000ha, đến năm 2011 diện tích tăng lên 9.800ha, con số đó đã tăng lên 14. Đây cũng là địa phƣơng trồng nhiều khoai lang nhất vùng đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là khoai lang tím Nhật Bản chiếm 70% diện tích trồng khoai lang toàn tỉnh. Đối với khoai lang, thời điểm thu hoạch sẽ quyết định năng suất và chất lƣợng của từng giống khoai, thông thƣờng thời điểm thu hoạch của các giống khoai lang dao động trong khoảng 90 đến 150 ngày sau khi trồng tùy theo đặc tính giống và điều kiện canh tác (Bourke, 2006; Nedunchezhiyan et al., 2012; Nguyễn Thị Lang, 2014). Khoai lang đƣợc trồng cả năm, gồm hai vụ: vụ sớm xuống giống khoảng tháng 11-12 dƣơng lịch, thu hoạch vào tháng 02-03 dƣơng lịch và vụ muộn xuống giống khoảng tháng 4-5 dƣơng lịch, thu hoạch vào tháng 7-8 dƣơng lịch, tập trung chủ yếu vào mùa hè nhờ thuận lợi cho sản xuất, năng suất cao và có giá bán khá cao.
Đặc biệt khoai lang trồng ở vùng này thƣờng rất ngon, có vị ngọt, dẻo và vị thơm đặc trƣng đƣợc thị trƣờng trong nƣớc và quốc tế ƣa chuộng. Ở Việt Nam, giống khoai lang tím Nhật có năng suấ t cao (khoảng 10- 25 tấn/ha), phẩm chấ t tố t , phù hơp với mục đích xuấ t khẩu do có chứa hàm lƣợng anthocyanins trong thịt củ (Lê Đoàn Ái Minh, 2011; Nguyễn Xuân Lai, 2011; Phạm Thị Thanh Nhàn và ctv., 2011; Nguyễn Thị Lang et al.3 Thành phần hóa học của khoai lang tím Khoai lang tím là một loại củ rất giàu tinh bột nên thƣờng dùng làm lƣơng thực nuôi sống con ngƣời. Phân tích thành phần dinh dƣỡng trong khoai lang ngƣời ta còn thấy rằng, khoai lang có chứa 1 lƣợng chất xơ khá cao tốt cho dạ dày giảm thiểu nguy cơ mắc các bệnh về đƣờng ruột.