Nghiên cứu và ứng dụng chất máu từ khoai lang tím trong công nghệ hóa học

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng chất máu từ khoai lang tím Ipomoea batatas L. Poir trong công nghệ hóa học, mở ra hướng phát triển mới.

• Tác giả: Lý Tiểu Loan
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Hồng Nhan
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Chất Màu Từ Khoai Lang Tím Trong Công Nghệ Hóa Học
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH SÁCH HÌNH
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH PHỤ LỤC
• DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Khái quát về khoai lang tím
• 2.1.1. Nguồn gốc và phân bố
• 2.1.2. Thành phần dinh dưỡng
• 2.1.3. Vai trò của Khoai lang tím Nhật
• 2.2. GIỚI THIỆU VỀ FLAVONOID VÀ ANTHOCYANIN
• 2.2.1. Khái quát về flavonoid
• 2.2.2. Giới thiệu về anthocyanin
• 2.2.2.1. Khái quát về anthocyanin
• 2.2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của chất màu anthocyanin
• 2.2.2.3. Hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất anthocyanin
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 3.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 3.2. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
• 3.3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 3.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu
• 3.3.2. Xác định hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai
• 3.3.2.1. Xác định hàm lượng anthocyanin
• 3.3.2.2. Đánh giá chất lượng màu theo phương pháp polyanthocyanin
• 3.3.2.3. Xác định sự biến đổi anthocyanin
• 3.3.3. Phương pháp đo màu theo hệ CIE
• 3.3.4. Xác định khả năng kháng oxy hóa
• 3.3.4.1. Xác định giá trị IC50
• 3.3.4.2. Tiến hành xác định hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp DPPH cho từng nồng độ (sàng lọc)
• 3.3.4.3. Kết quả tính toán
• 3.3.5. Xác định độ tan bột màu
• 3.3.6. Xác định độ tro bột màu
• 3.3.7. Xác định hàm lượng kim loại trong bột màu
• 3.4. NỘI DUNG THỰC HIỆN
• 3.4.1. Đánh giá nguyên liệu
• 3.4.1.1. Xử lý nguyên liệu ban đầu
• 3.4.1.2. Xác định phổ hấp thu cực đại
• 3.4.1.3. Hiệu quả quá trình trích ly
• 3.4.2. Khảo sát các điều kiện trích ly dịch màu
• 3.4.3. Đánh giá sản phẩm dịch màu
• 3.4.4. Khảo sát quá trình tạo bột màu và tính chất bột màu
• 3.4.4.1. Tạo bột màu và tính chất bột màu
• 3.4.4.2. Độ bền bột màu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. ĐÁNH GIÁ NGUYÊN LIỆU
• 4.1.1. Xử lý nguyên liệu
• 4.1.2. Xác định phổ hấp thu cực đại
• 4.1.3. Hiệu quả trích ly
• 4.2. XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY DỊCH MÀU
• 4.2.1. Ảnh hưởng của dung môi
• 4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 4.2.3. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
• 4.2.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu so với dung môi
• 4.3. ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM DỊCH MÀU
• 4.4. TẠO BỘT MÀU VÀ TÍNH CHẤT BỘT MÀU
• 4.4.1. Tạo bột màu
• 4.4.2. So sánh sản phẩm bột màu anthocyanin chiết từ khoai lang tím với các sản phẩm chứa anthocyanin khác
• 4.4.3. Khả năng kháng oxy hóa của sản phẩm bột màu
• 4.4.4. Ảnh hưởng pH đến màu sắc của bột màu
• 4.5. ĐỘ BỀN BỘT MÀU
• 4.5.1. Ảnh hưởng của ánh sáng
• 4.5.2. Độ bền màu ngoại quan
• 4.5.3. Độ bền hàm lượng & tính chất màu
• 4.5.4. Độ bền khả năng kháng oxy hoá
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về khoai lang tím và chất màu

Khoai lang tím (Ipomoea batatas (L.) Poir) là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng, không chỉ cung cấp năng lượng mà còn chứa nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe. Chất màu từ khoai lang tím chủ yếu là anthocyanin, một loại flavonoid có khả năng chống oxy hóa cao. Nghiên cứu về chất màu từ khoai lang tím không chỉ giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng của thực phẩm mà còn mở ra cơ hội sử dụng trong công nghệ thực phẩm. Theo một nghiên cứu, anthocyanin có khả năng ức chế sự hình thành gốc tự do, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc khai thác các ứng dụng công nghệ từ khoai lang tím trong lĩnh vực hóa học và công nghệ sinh học.

II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện chiết xuất chất màu từ khoai lang tím. Quá trình chiết xuất được thực hiện bằng cách sử dụng các dung môi khác nhau, trong đó ethanol 60% được chọn làm dung môi chính. Nghiên cứu đã khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ, pH và thời gian chiết xuất đến hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết. Kết quả cho thấy, ở nhiệt độ 65°C trong 40 phút, hàm lượng anthocyanin đạt tối đa là 111 mg/L. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, điều chỉnh pH của dịch chiết có thể tạo ra các sắc thái màu sắc khác nhau, từ đó làm tăng khả năng ứng dụng trong ngành thực phẩm chức năng.

III. Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa

Hoạt tính kháng oxy hóa của bột màu từ khoai lang tím được đánh giá thông qua phương pháp DPPH. Kết quả cho thấy, bột màu có hoạt tính kháng oxy hóa cao với giá trị IC50 đạt 292,7 µg/mL. Tuy nhiên, khi điều chỉnh pH xuống 3, giá trị IC50 tăng lên 484 µg/mL, cho thấy hoạt tính kháng oxy hóa giảm rõ rệt. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo quản bột màu trong điều kiện tối ưu để duy trì tính chất hóa học và hoạt tính sinh học của anthocyanin. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị trong lĩnh vực khoa học mà còn mở ra cơ hội ứng dụng thực tiễn trong chế biến thực phẩm và sản xuất chất tạo màu tự nhiên.

IV. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Chất màu từ khoai lang tím có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong công nghệ thực phẩm. Với tính chất an toàn và tự nhiên, anthocyanin từ khoai lang tím có thể thay thế cho các chất tạo màu tổng hợp trong thực phẩm, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng và sức khỏe cho người tiêu dùng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bột màu từ khoai lang tím không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng thực phẩm mà còn có khả năng chống oxy hóa, giúp bảo quản thực phẩm lâu hơn. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh ngày càng nhiều người tiêu dùng tìm kiếm các sản phẩm an toàn và tự nhiên.

V. Kết luận và khuyến nghị

Nghiên cứu về chất màu từ khoai lang tím đã chỉ ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghệ hóa học và công nghệ sinh học. Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất và bảo quản chất màu không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tạo ra giá trị kinh tế cho nông sản địa phương. Để phát triển bền vững, cần tiếp tục nghiên cứu và mở rộng ứng dụng của khoai lang tím trong các lĩnh vực khác nhau, từ thực phẩm đến dược phẩm. Khuyến nghị nên có những nghiên cứu sâu hơn về tác động lâu dài của các chất chiết xuất này trong các sản phẩm tiêu dùng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu sử dụng phụ gia màu tự nhiên thay thế phẩm màu tổng hợp đang gia tăng mạnh mẽ nhằm đảm bảo an toàn sức khỏe và phòng ngừa các nguy cơ ung thư. Tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, diện tích canh tác khoai lang năm 2012 đạt gần 9.800 ha, trong đó riêng huyện Bình Tân tỉnh Vĩnh Long chiếm hơn 9.000 ha. Nguồn khoai lang tím Nhật Bản sở hữu sắc tố tím thẫm đặc trưng nhưng phần lớn chỉ tiêu thụ dưới dạng nông sản thô với giá trị thương phẩm thấp. Luận văn thạc sĩ tập trung giải quyết bài toán nâng cao giá trị chuỗi nông sản thông qua việc trích ly và tinh sạch hợp chất màu anthocyanin tự nhiên. Mục tiêu cụ thể của đề tài là tối ưu hóa quá trình xử lý nguyên liệu, xác lập các thông số chiết xuất bằng hệ dung môi thân thiện môi trường, đánh giá độ bền màu và hoạt tính kháng oxy hóa của sản phẩm bột màu. Nghiên cứu được triển khai từ tháng 1 năm 2013 đến tháng 6 năm 2013 tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hữu cơ thuộc Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng mẫu khoai thu hoạch vào tháng 8 năm 2012. Kết quả đạt được ghi nhận hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết đạt 111 mg/L và hàm lượng trong bột màu thành phẩm đạt 32 mg/g. Công trình mở ra hướng phát triển phụ gia màu sinh học đạt chuẩn cho ngành công nghiệp thực phẩm, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế cho nguồn nông sản nội địa tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết phân loại hợp chất tự nhiên họ flavonoid với khung cấu trúc cơ bản C6-C3-C6 và lý thuyết chuyển hóa sắc tố anthocyanin theo môi trường pH của Brouillard. Hợp chất anthocyanin trong tự nhiên gồm khoảng 540 loại khác nhau, trong đó 90% được cấu tạo từ 6 loại anthocyanidin chính bao gồm cyanidin chiếm khoảng 30%, delphinidin chiếm 22%, pelargonidin chiếm 18%, cùng petunidin, malvidin và peonidin. Dạng dẫn xuất cyanidin-3-glucoside với khối lượng phân tử 449,2 g/mol và hệ số hấp thu phân tử 26.900 L/cm.mol được lựa chọn làm chất chuẩn quy đổi. Khung lý thuyết về phản ứng đồng sắc tố (copigmentation) và cơ chế dập tắt gốc tự do DPPH cũng được tích hợp để phân tích độ ổn định và hoạt tính sinh học. Trong môi trường acid mạnh ở mức pH dưới 3, anthocyanin tồn tại chủ yếu ở dạng cation flavylium màu đỏ bền vững, sau đó chuyển dần sang dạng base carbinol không màu và dạng quinonoidal base màu xanh khi tăng dần độ kiềm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu chuẩn hóa gồm 10 kg củ khoai lang tím Nhật Bản nguyên vẹn được thu thập đồng nhất tại huyện Bình Tân, sau đó trải qua quá trình hấp chín, cắt lát, phơi khô tránh ánh sáng và nghiền mịn thành bột đồng nhất. Phương pháp phân tích quang phổ pH vi sai của AOAC đo ở bước sóng 542 nm và 700 nm được lựa chọn để định lượng chính xác monomer anthocyanin nhờ khả năng loại bỏ triệt để ảnh hưởng của độ đục và tạp chất nền. Chỉ số polyanthocyanin và mức độ nâu hóa được xác định thông qua phản ứng tẩy màu chọn lọc với dung dịch bisulfite ở bước sóng 420 nm và 542 nm. Sự biến đổi sắc độ ngoại quan được kiểm soát định lượng qua không gian màu CIE LCh* bằng thiết bị Chroma Meter CR-300. Hoạt tính chống oxy hóa được định lượng qua thử nghiệm quét gốc tự do DPPH để xác định nồng độ ức chế IC50. Toàn bộ chuỗi thực nghiệm được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2013 với độ ẩm mẫu bột kiểm soát ở mức 105°C.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát điều kiện trích ly đã xác định được hệ thông số tối ưu gồm dung môi ethanol 60%, tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi là 1/5 g/mL, nhiệt độ chiết 65°C trong thời gian 40 phút, thu được dịch chiết có nồng độ anthocyanin đạt 111 mg/L. Sau khi cô quay chân không thu hồi dung môi, sản phẩm bột màu tạo thành có sắc đỏ tím đặc trưng với hàm lượng anthocyanin đạt 32 mg/g ở dạng khô tuyệt đối. Hoạt tính chống oxy hóa của bột màu ban đầu rất cao với giá trị IC50 đạt 292,7 µg/mL; tuy nhiên khi điều chỉnh dịch chiết về môi trường pH 3 trước khi tạo bột, giá trị IC50 tăng lên mức 484 µg/mL, tương ứng với mức suy giảm khả năng bắt gốc tự do khoảng 65,4%. Trong quá trình theo dõi độ bền suốt 30 ngày tồn trữ, điều kiện bảo quản trong bóng tối ở nhiệt độ 10°C duy trì độ bền màu ngoại quan cao nhất và hạn chế tối đa quá trình tạo phức polymer màu nâu so với các mẫu để ngoài ánh sáng hoặc ở nhiệt độ phòng 25°C đến 30°C.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng độ bền màu ở môi trường pH acid được giải thích bởi sự ưu tiên tồn tại của cấu trúc cation flavylium mang điện tích dương, ngăn cản phản ứng hydrat hóa tạo thành chalcone không màu. Tuy nhiên, việc tăng nồng độ ion hydro lại ức chế khả năng nhường proton của các nhóm phenolic hydroxyl, dẫn đến việc giá trị IC50 của mẫu bột pH 3 tăng lên 484 µg/mL so với 292,7 µg/mL của mẫu không chỉnh pH. So với anthocyanin từ bắp cải tím hay đài hoa bụp giấm, chất màu từ khoai lang tím Nhật Bản có độ bền nhiệt và tính kháng oxy hóa vượt trội nhờ cấu trúc glycosyl hóa phức tạp. Các kết quả động học phân hủy anthocyanin và sự biến đổi chỉ số polyanthocyanin theo thời gian từ ngày 0 đến ngày 30 được trực quan hóa rõ nét thông qua các bảng ma trận thông số CIE LCh* và đồ thị đường biểu diễn sự suy giảm nồng độ ở các dải nhiệt độ 10°C và 25°C. Việc mô hình hóa dữ liệu dạng bảng và biểu đồ giúp phân định rõ vai trò của ánh sáng và nhiệt độ trong việc kích hoạt phản ứng oxy hóa phá hủy nhân thơm.

Đề xuất và khuyến nghị

• Chuẩn hóa quy trình tiền xử lý nông sản quy mô bán công nghiệp: Áp dụng công nghệ hấp nhiệt kết hợp sấy bơm nhiệt khép kín ở nhiệt độ dưới 50°C nhằm bảo toàn hoạt chất, mục tiêu duy trì nồng độ anthocyanin trong dịch chiết đạt trên 115 mg/L trong vòng 6 tháng tới do đội ngũ kỹ sư chế biến tại các hợp tác xã nông nghiệp phụ trách.
• Ứng dụng kỹ thuật sấy phun vi bao tạo màng bảo vệ: Doanh nghiệp sản xuất phụ gia thực phẩm cần thay thế phương pháp cô quay chân không bằng hệ thống sấy phun với chất mang maltodextrin tỷ lệ 10% đến 15%, vận hành ở nhiệt độ khí vào 160°C đến 180°C để nâng hàm lượng anthocyanin trong bột thành phẩm đạt trên 35 mg/g, hoàn thành trong lộ trình 12 tháng.
• Xây dựng bao bì tối ưu và quy chuẩn bảo quản chuỗi lạnh: Bộ phận kiểm soát chất lượng QA/QC tại các nhà máy chế biến cần áp dụng màng bao bì nhôm phức hợp chắn sáng 100% kết hợp hút chân không, duy trì nhiệt độ lưu kho ở 10°C nhằm đảm bảo độ lưu giữ màu sắc đạt trên 85% sau 180 ngày tồn trữ, triển khai trong 3 tháng.
• Phát triển công thức sản phẩm phối trộn chất trợ màu copigment: Viện nghiên cứu công nghệ thực phẩm cần phối hợp cùng các nhà sản xuất nước giải khát bổ sung acid tannic hoặc acid gallic theo tỷ lệ phân tử 1/1, hướng đến mục tiêu kéo dài thời gian bán hủy của chất màu trong môi trường lỏng lên hơn 900 giờ trong thời gian thử nghiệm 9 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm và đồ uống: Tận dụng trực tiếp quy trình chiết xuất thu hồi dịch màu 111 mg/L và bột màu đỏ tím 32 mg/g để tạo màu tự nhiên cho các dòng kẹo dẻo, thạch rau câu, sữa chua và nước giải khát cao cấp, thay thế hoàn toàn phẩm màu hóa học độc hại.
• Các nhà khoa học và giảng viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm - Hóa học: Kế thừa bộ dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về phương pháp đo quang phổ pH vi sai, xác định chỉ số polyanthocyanin và kỹ thuật đo màu CIE LCh* làm tài liệu tham khảo chuyên sâu cho các đề tài nghiên cứu chiết tách hợp chất tự nhiên.
• Doanh nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm sinh học: Khai thác hoạt tính chống oxy hóa mạnh với chỉ số IC50 đạt 292,7 µg/mL để phát triển các dòng kem dưỡng chống lão hóa da, son môi thiên nhiên và viên nang thực phẩm chức năng bảo vệ tế bào gan.
• Cơ quan quản lý nông nghiệp và hợp tác xã địa phương: Định hướng quy hoạch và gia tăng giá trị chuỗi cung ứng cho hơn 9.000 ha vùng chuyên canh khoai lang tím tại Vĩnh Long, thúc đẩy mô hình liên kết chế biến sâu nâng cao thu nhập cho nông dân.

Câu hỏi thường gặp

• Bột màu anthocyanin từ khoai lang tím có đáp ứng tiêu chuẩn an toàn thực phẩm không? Sản phẩm hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của Việt Nam về phụ gia thực phẩm và được xếp vào danh mục chất màu tự nhiên E163 tại Châu Âu. Kết quả phân tích ghi nhận hàm lượng kim loại nặng và độ tro đều nằm trong ngưỡng an toàn cho phép, không gây độc tính tế bào khi sử dụng trong thực phẩm.

• Vì sao quy trình chuẩn bị nguyên liệu bắt buộc phải hấp chín và phơi tránh sáng? Quá trình hấp chín giúp vô hoạt hoàn toàn enzyme polyphenoloxidase (PPO), ngăn chặn phản ứng oxy hóa làm biến tính sắc tố. Phơi sấy tránh ánh sáng trực tiếp giúp bảo vệ liên kết glycoside không bị tia cực tím phân hủy, đảm bảo hàm lượng anthocyanin trong bột thô đạt mức cao 32 mg/g.

• Điều kiện trích ly nào giúp tối ưu hóa hiệu suất thu hồi chất màu? Hiệu suất thu hồi đạt đỉnh khi sử dụng dung môi ethanol 60% với tỷ lệ nguyên liệu trên dung môi là 1/5 g/mL ở nhiệt độ 65°C trong 40 phút. Điều kiện này giúp hòa tan tối đa sắc tố với nồng độ anthocyanin trong dịch lọc đạt 111 mg/L mà không làm phân hủy cấu trúc nhiệt của phân tử.

• Sự thay đổi pH môi trường tác động như thế nào đến tính chất của bột màu? Độ acid tăng giúp ổn định cấu trúc flavylium bền vững nhưng làm giảm hoạt tính chống oxy hóa. Cụ thể, mẫu bột ở môi trường pH 3 có độ bền màu vượt trội hơn nhưng giá trị IC50 tăng từ 292,7 µg/mL lên 484 µg/mL, cho thấy khả năng kháng gốc tự do bị suy giảm.

• Cần áp dụng điều kiện bảo quản nào để hạn chế sự suy giảm chất lượng bột màu? Bột màu cần được đóng gói kín trong bao bì chắn sáng và bảo quản ở nhiệt độ thấp 10°C. Thử nghiệm thực tế chứng minh điều kiện này giúp duy trì sắc độ đỏ tím ổn định và ngăn ngừa hiện tượng polymer hóa nâu hóa trong suốt 30 ngày tồn trữ.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình tiền xử lý củ khoai lang tím bằng phương pháp hấp chín và sấy tránh sáng giúp bảo toàn tối đa hoạt chất.
• Xác lập điều kiện trích ly tối ưu bằng dung môi ethanol 60% ở 65°C trong 40 phút, thu được dịch màu có nồng độ anthocyanin 111 mg/L.
• Tạo thành công bột màu đỏ tím tự nhiên có hàm lượng anthocyanin 32 mg/g, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
• Khẳng định hoạt tính sinh học vượt trội của bột màu với giá trị nồng độ ức chế IC50 quét gốc tự do DPPH đạt 292,7 µg/mL.
• Chứng minh chế độ bảo quản trong bóng tối ở nhiệt độ 10°C giúp duy trì độ bền màu sắc và hoạt tính suốt 30 ngày.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là tạo nền tảng khoa học vững chắc cho việc sản xuất phụ gia màu thực phẩm an toàn từ nguồn nông sản khoai lang tím Việt Nam. Trong lộ trình 12 tháng tới, công nghệ sấy phun vi bao cần được tiếp tục hoàn thiện trên quy mô pilot. Các doanh nghiệp chế biến thực phẩm và dược mỹ phẩm nên chủ động tiếp nhận quy trình công nghệ để sớm thương mại hóa dòng phụ gia sinh học giá trị cao này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ngoài giá trị dinh dưỡng, cảm quan là một yếu tố quyết định làm nên chất lượng của sản phẩm thực phẩm. Trong đó, màu sắc là một trong những chỉ tiêu đánh giá cảm quan quan trọng, vì chúng biểu thị sự hấp dẫn và trạng thái tươi mới của sản phẩm. Chính vì thế, một số nhà sản xuất đòi hỏi sản phẩm của mình làm ra phải có màu sắc thật hấp dẫn để tạo ấn tượng với người tiêu dùng. Chất màu trong thực phẩm gồm hai loại: chất màu tổng hợp và chất màu có nguồn gốc từ thiên nhiên.

Các chất màu tổng hợp được tạo ra đơn giản nhưng khi sử dụng với liều lượng lớn dễ gây ra các tác dụng phụ có hại cho sức khỏe như gây ngộ độc và các biến chứng gây ung thư. Các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên có chứa nhiều hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe con người, giúp phòng chống nhiều bệnh tật và tăng cường sức đề kháng của cơ thể. Vì thế, việc sử dụng các chất màu tự nhiên ngày càng được ưa chuộng hơn và đang dần thay thế cho các sản phẩm màu tổng hợp. Nhưng các chất màu chiết xuất từ thực phẩm hiện nay còn rất ít và người ta cũng đang nghiên cứu để tìm ra các phương pháp có thể chiết tách các chất màu từ thực phẩm một cách hiệu quả để có thể ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng hơn.

Anthocyanin một hợp chất phenolic tan được trong nước với chức năng tạo màu sắc từ đỏ hồng tới xanh đậm cho các loài thực vật từ lâu đã được sử dụng như một chất màu tự nhiên an toàn cho thực phẩm. Chất màu anthocyanin có thể được khai thác từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau [1, 2]. Anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả năng chống oxy hóa cao, 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 thư; tác dụng chống các tia phóng xạ. Những đặc tính quý báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm.

Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác chất -1- màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng. Một trong những nguồn nguyên liệu mới cung cấp anthocyanin đang được quan tâm là khoai lang tím. Khoai lang tím tên khoa học là Ipomoea Batatas (L. Tại Việt Nam, khoai lang tím là nguồn nguyên liệu dồi dào được trồng nhiều ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long.

Với đối tượng nghiên cứu là khoai lang tím, mục đích của đề tài là “Nghiên cứu và định hướng ứng dụng của chất màu từ khoai lang tím Ipomoea Batatas (L.”, ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực phẩm. Những kết quả của đề tài hy vọng sẽ mang lại triển vọng trong việc ứng dụng các chất màu tự nhiên vào trong công nghiệp thực phẩm và nâng cao giá trị sử dụng của các nguồn nguyên liệu tại Việt Nam. -2- CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Khái quát về khoai lang tím Hình 2.

1: Khoai lang tím (Ipomoea Batatas (L.) Khoai lang tím có tên khoa học là Ipomoea Batatas (L. Khoai lang tím là cây hoa màu lương thực ăn củ và lấy dây lá, thân mọc bò, dài 2-3m, trồng hàng năm. Lá có nhiều hình, thường hình tim xẻ 3 thùy có cuống dài. Hoa màu tím nhạt hay trắng, mọc thành xim ít hoa ở đầu cành.

Rất ít khi thấy quả và hạt [3]. Củ hình thoi do rễ phồng lên, chứa tinh bột và đường, vỏ củ màu tím, thịt củ tím. 2: Củ Khoai lang tím Nhật. -3- Khoai lang tím không chịu được sương giá.

Chúng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ trung bình khoảng 24 °C. Phụ thuộc vào giống cây trồng và các điều kiện khác, các rễ củ sẽ phát triển đầy đủ trong vòng từ 2 đến 9 tháng. Với sự chăm sóc cẩn thận, các giống ngắn ngày có thể trồng như cây một năm để cho thu hoạch vào mùa hè tại các khu vực có khí hậu ôn đới. Chúng được nhân giống chủ yếu bằng các đoạn thân (dây khoai lang) hay rễ hoặc bằng các rễ bất định mọc ra từ các rễ củ trong khi lưu giữ bảo quản.

Trong các điều kiện tối ưu với 85-90% độ ẩm tương đối ở 13-16 °C, các củ khoai lang có thể giữ được trong vòng 6 tháng. Nhiệt độ thấp hoặc cao hơn đều nhanh chóng làm hỏng củ. Nguồn gốc và phân bố Khoai lang có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới Châu Mỹ. Ngày nay, khoai lang được trồng rộng khắp trong các khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm với lượng nước đủ để hỗ trợ sự phát triển của chúng.

Tại Việt Nam, theo số liệu thống kê, Vĩnh Long là địa phương có diện tích trồng khoai lang nhiều nhất vùng Đồng bằng sông Cửu Long và diện tích này có xu hướng tăng theo từng năm. Năm 2011, Vĩnh Long có khoảng 8,500 ha trồng khoai lang, 8 tháng đầu năm 2012, tỉnh có gần 9,800 ha trồng khoai lang (riêng huyện Bình Tân trồng hơn 9,000 ha). Trong vài năm gần đây, giống khoai lang tím Nhật được đưa vào trồng thử nghiệm và phát triển đại trà tại một số tỉnh, nhất là Vĩnh Long. Ở giống khoai lang tím này có sự khác biệt rõ rệt so với khoai lang tím Việt Nam trước đây (khoai lang như ngọc) ở sắc độ tím thẫm đến tím đen, dấu hiệu cho hàm lượng chất màu họ anthocyanin cao.

Tuy nhiên, mặt hàng này chỉ được sử dụng trong nước và giá thành rất rẻ. Vì vậy, trong luận văn này quá trình tách chất màu từ khoai lang tím nhằm đạt được dịch màu có hàm lượng anthocyanin cao được quan tâm khảo sát để tăng giá trị sử dụng của loại lương thực quen thuộc tại Việt Nam, góp phần tạo ra chất màu tự nhiên ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Thành phần dinh dưỡng Khoai lang tím chứa chất chống oxy hóa giúp ngăn ngừa bệnh tật như bệnh tim mạch và ung thư, giúp tăng miễn dịch, chống viêm, giúp da và xương khỏe mạnh. Khoai lang tím có hàm lượng dinh dưỡng cao trong số các loại thực phẩm có màu tím khác.

Khoai lang tím chứa nhiều chất chống oxy hóa từ anthocyanin và các hợp chất -4- polyphenolic. Ngoài ra, khoai lang tím còn chứa nhiều chất xơ, canxi, sắt, phức carbohydrate, chứa rất ít chất béo và natri [4]. 1: Giá trị dinh dưỡng trong khoai lang tím cung cấp tương ứng với nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày (%DV) [4]. Kích cỡ 1 phần 4 oz Tổng trong 1 phần Calories: 130 Calori từ chất béo 0 Giá trị cần cho mỗi ngày (%) Chất béo tổng 0 g 0% Chất béo bão hòa 0 g 0% Chất béo chuyển hóa 0 g 0% Cholesterol 0 g 0% Khoáng Na 0 mg 0% Carbohydrat tổng 29 g 10% Chất xơ 4 g 16% Đường 4 g Protein 2 g 4% Vitamin A <2% Vitamin C 20% Calcium 4% Iron 6% -5- 2.

Vai trò của Khoai lang tím Nhật Tác dụng dược lý của khoai lang : Cao chiết nước nóng khoai lang có hoạt tính ức chế mạnh aldose reductase ở thủy tinh thể chuột cống trắng. Hoạt chất ức chế mạnh là acid ellagic và acid 3,5-dicaffeoylquinic. Củ khoai lang có hoạt tính của lectin. Hoạt tính gây ngưng kết hồng cầu của củ khoai lang trên hồng cầu thỏ trypsin hóa mạnh gấp 4-8 lần so với trên hồng cầu không trypsin hóa.

Dây và củ khoai lang chứa các chất kháng nấm và kháng khuẩn. Khoai lang có công dụng chữa táo bón, chữa kiết lỵ đi ngoài không có nhầy máu, mụn nhọt, cảm cúm, chữa bỏng, băng huyết, tăng sữa. Khoai lang có chứa chất caiapo có khả năng chữa được bệnh tiểu đường [5]. Khoai lang chứa nhiều vitamin A, B, C, E, protein, tinh bột, chất nhựa, các axit amin và hơn 10 loại nguyên tố vi lượng cần thiết cho sức khoẻ cơ thể như: canxi, kẽm, sắt, magie…Vì vậy, các chuyên gia dinh dưỡng đã gọi khoai lang là loại “thực phẩm cân bằng dinh dưỡng nhất”.

Loại củ này không chứa chất béo và cholesterol, ngăn ngừa quá trình chuyển hoá đường trong thức ăn thành mỡ và chất béo trong cơ thể. Ăn khoai lang ở mức độ vừa phải rất có lợi cho hệ tiêu hoá vì thành phần vitamin C và các axit amin giúp kích thích nhu động ruột, làm quá trình tiêu hoá thức ăn trở nên nhanh hơn, ngăn ngừa tình trạng táo bón. Ngoài giá trị dinh dưỡng nêu trên, khoai lang còn là sự lựa chọn số 1 cho những người muốn giảm cân. Mặc dù có vị ngọt, nhưng khoai lang trên thực tế là thức ăn tốt cho những người mắc bệnh đái tháo đường do các nghiên cứu sơ bộ trên động vật cho thấy chúng hỗ trợ cho sự ổn định nồng độ đường trong máu và làm giảm sức kháng insulin [6].

Thịt của khoai lang tím có chứa nhiều anthocyanin, một chất màu có hoạt tính chống oxy hóa cực mạnh. Vì thế, anthocyanin trong khoai lang tím được xem là một chất bảo vệ con người chống lại những vết thương do oxy hóa và các gốc tự do tác động gây nên, bảo vệ sức khỏe về tim mạch, làm chậm và ức chế mọi phát triển của ung thư. Khoai lang tímcó khả năng trong việc giúp gan hoạt động lại. Nhóm nhà khoa học Han, KH et al, (2006b) đã thí nghiệm và kết kuận rằng chiết xuất khoai lang tím có thể bảo vệ gan hữu hiệu chống lại D-galactosamine (GaLN), vì chất này tạo ra độc tố trong gan và tạo ra những thay đổi của yếu tố ngoại tử của bướu như alpha (TNF- -6- alpha), lactate degydrogenase (LDH), alanine aminotransferase (ALT) và asparate ất chiết xuất được aminotranferase (ASF).

Chất đ ấy rằng hàm xét nghiệm cho chuột và thấy h ủa chuột trong đó đã lượng trong huyết tương của đ ngăn chặn những biến đổi hàm àm lượng lư ủa 3 chất của thiobarbituric acid-reactive của acid reactive substance (TBARS) và glutathione (GSH) trong gan chuột và lipd peroxidation roxidation [7]. ệp & Hóa thực phẩm của Tạp chí Nông nghiệp ủa Mỹ vừa công bố kết quả nghi nghiên ứu mới về tác dụng của khoai lang tím trong việc làm cứu ảm béo phì. l giảm huyết áp và giảm ph Cụ thể, những người ăn thường ờng xuyên xuy khoai lang tím giảm được ợc tới 4 điểm huyết áp, ất nhiều so với các loại rau xanh dạng củ khác.