Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về hạt điều màu 1. Cây điều màu 1. Tên gọi và vị trí phân loại Tên thường gọi: cây điều màu, cây điều nhuộm, cây màu cà ri.
Những tên gọi khác: annatto, anatto,arnatto,achiote, aploppas,lipstick tree, (tiếng Anh),atole, roucou, roucouyer, annato, orelana (tiếng Pháp), kam tai (tiếng Thái), kesumba (tiếng Indonesia),urucum, acafroa–do–brasil hoặc anato (tiếng Bồ Đào Nha), Jarak belanda (tiếng Malaysia), Anotto (tiếng Ý). Tên khoa học: Bixa orellana L. Vị trí trong hệ thống phân loại (Chengaiah et al., 2010): Giới (Regnum): Thực vật (Plantae) Ngành (Division): Thực vật có hoa (Angiospermae) Lớp (Class): Hai lá mầm (Eudicots) Bộ (Ordo): Cẩm quỳ (Malvales) Họ (Familia): Điều màu (Bixaceae) Chi (Genus): Điều màu (Bixa) Loài (Species): Bixa orellana Linn 1. Nguồn gốc, phân bố và sản lượng Điều màu có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của châu Mỹ, được trồng nhiều ở Bolivia, Brazil, Colombia, Ecuador, Jamaica, Mexico, Peru, Puerto Rico và Dominica.
Cây điều màu du nhập vào Ấn Độ và khu vực Đông Nam Á do người 3 Tây Ban Nha đưa tới vào thế kỷ 17 để làm chất nhuộm màu thực phẩm. Sau đó được du nhập vào Hoa Kỳ, Ấn Độ và Châu Phi. Một số nước Châu Âu như Anh, Đan Mạch, Thụy Điển, Na Uy cũng đã thuần hóa loài cây này nhưng chúng phát triển kém hơn so với vùng nhiệt đới. Cây này cũng được trồng ở Hawaii và các đảo ở khu vực Thái Bình Dương.
Ở Việt Nam cây điều màu được nhập nội để trồng vào thời kỳ Pháp thuộc, hiện nay loài cây nàymọc hoang dại hoặc được trồng rải rác ở vùng đồng bằng Nam Bộ, Tây Nguyên và miền Trung để thu hoạch hạt, làm cảnh hoặc làm thuốc (Võ Văn Chi, 1969). Loại cây này có thể trồng vào bất kỳ thời điểm nào trong năm, sau hai năm cho thu hoạch hạt nếu được chăm sóc đúng cách. Cây điều màu ra hoa vào đầu mùa mưa (khoảng tháng 4, tháng 5), cho thu hoạch vào khoảng tháng 10 và tháng 11. Cây từ 4 năm tuổi có thể cho thu hoạch 270 kg hạt / ha.
Các nước đóng góp sản lượng nhiều nhất là Brazil, Peru, Kenya, và Dominican; các nước sản xuất ít hơn là Jamaica, Ấn Độ, Sri Lanka, Philippine,Thổ Nhĩ Kỳ, Angola, Colombia, Ecuador và Bolivia (ITC, 1993). Hiện nay sản lượng hạt điều màu trên toàn thế giới hàng năm khoảng 14 500 tấn hạt khô (số liệu năm 2010). Đặc điểm sinh học Điều màu là cây nhiệt đới, xanh quanh năm, có thể sống tới 50 năm. Thân dạng gỗ nhỏ, nhiều cành, cao khoảng 4 – 5 m, có cây cao đến 10 m.
Lá đơn mềm, nhẵn, hình ba cạnh, đầu nhọn, hình tim ở gốc, nhọn ở chóp, dài khoảng 12 cm, rộng 7 cm hoặc hơn; cuống phình ở đỉnh, dài 3 – 4 cm. Hoa tương đối lớn, có màu tía hoặc trắng, mọc thành chùy ngắn ở đầu ngọn. Quả nang hình tim, bao bọc bởi gai cứng, mọc thành chùm, màu đỏ tím, mở bằng hai van, mỗi mảnh nang chứa nhiều hạt, khi chín có màu đỏ tươi đến nâu. Trong mỗi quả có khoảng 50 hạt, hạt có dạng gần lập phương tập trung trên một cuống ngắn, cuống hạt nở ra thành một cái áo hạt ngắn màu đỏ, xung quanh hạt có lớp màu đỏ.
Vỏ quả non màu xanh thẫm, mềm, hạt ở trong có màu đỏ tươi, ướt, mềm và trơn. Khi già vỏ quả có màu xanh hơi vàng, hạt phía trong cứng, khô, khó bóp, hạt khô và có màu đỏ thẫm. Khi quả chín mà 4 không thu hoạch kịp thời thì quả bị khô và nứt ra làm khô các hạt ở trong và hạt tự rơi xuống đất, rất dễ phát tán để phát triển thành cá thể khác (Đỗ Tất Lợi, 1999). Cây, hoa và trái điều màu (Bixa orellana L.
Quả và hạt điều màu lúc mới thu hoạch 1. Thành phần hóa học của hạt điều màu Kết quả phân tích cho thấy hạt annattochứa 40 % đến 45 % cellulose, 3,5 % đến 5,5 % sucrose, 0,3 % đến 0,9 % tinh dầu, 3 % dầu không bay hơi, và 13 % đến 16 % protein (The Raintree Group, 1997). Nhìn chung, hàm lượng sắc số annatto trong hạt điều màu khoảng 5 % đối với loài có quả hình bán cầu, 3 % – 3,58 % đối với quả hình nón, còn quả hình oval chỉ có 1,5 % – 2 % (ITC, 1993; Mantovani et 5 al. Sắc tố annatto gồm cis–bixin (ester monomethyl của acid dicarboxylic norbixin), một phần trans–bixin và cis–norbixin, chúng có bản chất là carotenoid; trong đó bixin chiếm khoảng 70 – 82 % màu tổng số (McKeown và Mark, 1962; Aparnathi và Sharma, 1991).
Ngoài bixin và norbixin, hạt điều màu còn chứa alpha–và beta–carotencùng một số thành phần khác như tannin, ethereal oil, saponin, hợp chất tương tự dầu mustard, mono– và sesquiterpene bixaghanene, bixein, bixol, crocetin, ellagic acid, ishwarane, isobixin, phenylalanine, salicylic acid, threonine, tomentosic acid và tryptophan (The Raintree Group, 1997). Màu annatto chỉ nằm ở lớp áo hạt – aril of seed nên khi trích ly không cần thiết phải nghiền hạt (Smiths và Wallin, 2006; Amaral et al. Thực tế Nobre et al. (2006) và đã so sánh và thấy rằng hàm lượng annatto trích nguyên hạt và hạt nghiền nhỏ cho kết quả như nhau.
Lê Thị Hoa (2012) dùng dung môi KOH để so sánh hiệu suất trích ly màu của hạt điều màu nguyên hạt và bột hạt điều màu, kết quả cho thấy dạng nguyên hạt có hiệu suất trích ly màu cao hơn dạng bột. Cấu tạo phân tử Hình 1. Cấu trúc phân tử của norbixin (A) và bixin (B) (Magestea et al., 2012) 6 Màu annatto có bản chất là carotenoid, gồm 2 thành phần tạo màu chính là bixin và norbixin, công thức cấu tạo của bixin là C25H30O4 và norbixin là C24H28O4. Mạch carbon của bixin và norbixin có 9 nối đôi liên hợp xen kẽ đều đặn giữa các nối đơn.
Norbixin là một hợp chất dicarboxylic có hai gốc carboxyl tự do còn bixin là methyl ester của acid norbixin, nên bixin chỉ còn có một nhóm carboxyl tự do. Tính chất lý hóa Bixin có màu đỏ đến cam, phân tử phân cực yếu nên không tan trong nước, có thể tan trong dầu, dung môi hữu cơ như chloroform, ethyl acetate, acetone,. (Marco et al. Norbixin cho màu cam pha vàng, phân tử phân cực mạnh hơn, không tan trong nước pH thấp, tan tốt trong kiềm, tan không nhiều trong dung môi hữu cơ (Scotter, 2009).
Do có nhiều nối đôi trong mạch carbon nên cả bixin và norbixin đều dễ bị biến đổi khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng cường độ cao trong thời gian dài. Norbixin bị kết tủa trong môi trường pH thấp (thường là dưới 5,5), khi norbixin kết tủa thường tạo phức bền với protein, tinh bột và một số thành phần khác và tạo ra sự đồng đều màu sắc trong sản phẩm, đồng thời ngăn cản được hiện tượng bị trôi màu. Annatto rất bền trong môi trường kiềm (Lê Thị Anh Đào và ctv, 2000). Sự có mặt của nhiều nối đôi trong phân tử cũng khiến annatto dễ bị oxy hóa, đây là lý do annatto được coi là chất tạo màu, vừa là chất chống oxy hóa.
Nhiều tác giả như Kiokias và Gordon (2003), Cardarelli et al. (2008), Vasu et al. (2010), Santos et al. (2011) và Garcia et al.
(2012) đã công bố nghiên cứu về hoạt tính chống oxy hóa của annatto. Trong nhóm carotenoid, annatto là nhóm màu gần như duy nhất vẫn giữ màu khi thay đổi các dạng cấu trúc hóa học. Ở điều kiện nhiệt độ và pH nhất định, bixin bị thủy phân thành norbixin hoặc xà phòng hóa thành muối K+ hoặc Na+ của norbixin (Hình 1. Ở nhiệt độ thấp hơn 50 0C, bixin và norbixin khá ổn định, nhưng từ 50 0C trở lên, cis–bixin dễ bị phân hủy thành một số sản phẩm, trong đó có chất màu vàng C17 có tên là sắc tố McKeown và metaxilen (Preston và Rickard, 1980; Lê Thị Anh Đào và ctv, 2000) (Hình 1.
7 nhiệt nhiệt cis-bixin trans-bixin Hợp chất phân hủy Thủy phân (xà phòng hóa) Thủy phân (xà phòng hóa) Muối Na+ hoặc K+ Muối Na+ hoặc K+ của cis-norbixin của trans-norbixin Acid hóa (hoặc trung hòa) Acid hóa (hoặc trung hòa) cis-norbixin trans-norbixin Hình 1. Chuyển đổi qua lại giữa các dạng annatto (Smiths và Wallin, 2006) Hình 1. Phản ứng sinh sắc tố McKeown và metaxilen (Lê Thị Anh Đào và ctv, 2000) 1. Chế phẩm từ annatto dùng làm phụ gia thực phẩm Hình 1.
Chế phẩm bột annatto và huyền phù trong dầu (Walmart, 2013) 8 Trên thị trường, chế phẩm annatto được cung cấp dưới nhiều dạng tùy theo mục đích sử dụng như: lỏng, bột, bột vi tinh thể, sệt, nhũ, huyền phù trong dầu (Bảng 1. Chế phẩm annatto dạng sệt (oleoresin) bảo quản được lâu hơn so với dạng bột (Balaswamy et al. Phẩm màu annatto chiếm tới 70 % tổng sản lượng màu tự nhiên toàn cầu và riêng tại Brazil là 90 % (Veríssimo, 2003). Các loại chế phẩm annatto chủ yếu (Smith và Wallin, 2006) Tên chế Hàm lượng Mô tả chế phẩm Mô tả quy trình phẩm màu Annatto Bixin dạng sệt được 20 % bixin.
Không có tài liệu mô tả. A trích bằng dung môi rồi loại bỏ dung môi. Annatto Bixin dạng tinh thể Tối thiểu: Ngâm hạt với dung môi để hòa tan sắc tố. Lọc B được trích bằng dung 80 %, mong dịch chiết để loại thành phần không tan.
muốn: ≈ 90 đoạn tiếp theo là loại chất béo và sáp, loại dung % bixin. môi, kết tinh và sấy khô. Dư lượng dung môi: ≤ 50 ppm. Bột mịn với kích thước hạt nhỏ hơn 250 micron.
Annatto Bixin tinh thể được Tối thiểu 70 Hạt được xử lý như quy trình sản xuất Annatto B. C chiết, xà phòng hóa, % norbixin, Thêm kiềm loãng vào bột thu được, kế đến đun thủy phân, kết tủa mong muốn nóng để thủy phân sắc tố rồi làm nguội. Lọc dịch bằng acid, rửa rồi sấy ≈ 80 %. rồi acid hóa để tủa norbixin.
Lọc tủa, rửa, sấy rồi khô. nghiền, cuối cùng thu được bột norbixin. Annatto Dịch huyền phù bixin Tối thiểu 10 Cọ xát hạt điều màu trong dầu thực vật nóng để D thu được sau khi xử % bixin, tách sắc tố từ bề mặt của hạt. Rây sơ bộ để loại bỏ lý bằng dầu (không muốn hạt.
dùng dung môi). Annatto Tách bixin bằng dung Tối thiểu 25 Cọ xát hạt điều màu trong dung dịch kiềm nguội E dịch kiềm nguội, sấy % bixin, (KOH hoặc NaOH) để tách sắc tố. Acid hóa khô rồi nghiền thành mong muốn huyền phù thu được (H2SO4) để tủa bixin. Lọc, dạng bột.
rửa, sấy khô rồi nghiền tủa thành dạng bột. Annatto Dùng kiềm để thu rồi Tối thiểu 35 Cọ xát hạt điều màu trong dung dịch kiềm nguội F acid hóa để tủa % norbixin, (KOH hoặc NaOH) để tách sắc tố. Thêm kiềm vào norbixin, cuối cùng mong muốn huyền phù thu được rồi đun nóng để hòa tan sắc sấy khô thành dạng ≈ 40 %. tố, sau đó làm nguội, loại chất béo và sáp.
