Chiết anthocyanin từ quả dâu bằng nước sulfured và một số đặc tính của chúng

CHIẾT ANTHOCYANIN TỪ QUẢ DÂU BẰNG NƯỚC SULFURED VÀ MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA CHÚNG EXTRACTION OF ANTHOCYANINS FROM MULBERRY BY SULFURED WATER AND ITS PROPERTY HUỲNH THỊ KIM CÚC Trường Cao đẳng Lương thực Thực phẩm LÊ VĂN HOÀNG – LÊ THỊ LỆ HƯỜNG Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Trong bài báo này, chúng tôi trình bày phương pháp chiết anthocyanin thô từ quả dâu trong nước SO2, đồng thời xác định một số đặc tính của chúng, bao gồm: độ màu, hàm lượng màu polyanthocyanin, độ bền màu tại các giá trị pH và nhiệt độ khác nhau. Kết quả cho thấy đối với quả dâu quá chín hàm lượng anthocyanin cao hơn so với quả chưa chín; Tại nồng độ SO2 1100ppm và nhiệt độ 600C cho hàm lượng anthocyanin tương đối cao; Khi chiết trong nước SO2 thì hàm lượng anthocyanin thấp hơn, nhưng độ bền màu cao hơn chiết trong dung môi etanol/nước (50/50). Từ kết quả nghiên cứu chúng tôi ứng dụng màu anthocyanin thô làm chất màu trong sản xuất kẹo cứng dâu. ABSTRACT In this article, we present a method of extracting anthocyanin from mulberry by sulfured water, at the same time we study its properties including: color density; polyanthocyanin color; color stability at different pH and temperature (0t). The results obtained are as follows: for well ripe mulberries the anthocyanin content is higher than unripe mulberries; at SO2 concentration of 1100ppm and temperature 600C, the highest anthocyanin content is found. When extracted by sulfured water the anthocyanin content is lower but color stability is higher than extracted by ethanol/water (50/50). From the results of this research, we have applied anthocyanin pigment to producing mulberry fruit candy. 1. Mở đầu Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid có màu đỏ, đỏ tía, xanh hiện diện trong một số rau quả. Ngoài việc cho màu sắc đẹp, an toàn, anthocyanin còn có những hoạt tính sinh học tốt đối với con người, vì vậy anthocyanin có khả năng giúp cơ thể chống và chữa một số bệnh như: chống ung thư, chống oxi hoá, chống tia tử ngoại và chống viêm. Việc chiết anthocyanin từ thực vật có thể thực hiện với nhiều loại dung môi khác nhau, trong bài báo này chúng tôi trình bày một phương pháp chiết anthocyanin từ quả dâu tằm, trong nước SO2, và một số đặc tính của chúng. 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Nguyên liệu Quả dâu tằm của Hội An, bắp cải tím mua tại Đà Nẵng. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Xác định hàm lượng anthocyanin: Theo phương pháp pH vi sai [4] 2.2.2. Xác định mật độ màu và hàm lượng màu polyanthocyanin [6] Nguyên tắc: anthocyanin sẽ kết hợp với bisulfite (Na2S4O8) tạo ra sản phẩm cộng không có màu. Anthocyanin-tanin là dạng polyme hoá (có màu) chống lại sự tẩy màu của bisulfite. Còn dạng monome thì cho phản ứng tẩy màu xảy ra nhanh chóng. Tiến hành: Dịch chiết anthocyanin thô pha loãng trong nước cất, chuẩn bị như sau: + Mẫu 1: 5,6ml mẫu thêm 0,4 ml nước cất. Đo độ hấp thụ tại 420nm, 700nm và λ max. Mật độ màu được tính theo công thức: ( ) ( )[ ] DFAAAAD nmnm ×−+−= 700max700420 λ (3) + Mẫu 2: 5,6ml mẫu thêm 0,4 ml bisulfite Natri. Đo độ hấp thụ tại 420nm, 700nm và λ max. Màu polyanthocyanin được tính: ( ) ( )[ ] DFAAAAP nmnm ×−+−= 700max700420 λ (4) Phần trăm màu polyanthocyanin được tính theo công thức (5): 100×= D PQ (%) (5) 2.2.3. Phương pháp đo màu sắc: Dùng máy đo màu sắc Minolta Chroma mater CT- 310. (Lightness) là độ sáng của màu, càng nhỏ thì màu càng đậm và ngược lại, = 0 đặc trưng cho màu đen tuyệt đối và =100 đặc trưng cho màu trắng tuyệt đối. Góc màu Theta (Hue angle) H=arctg(b*/a*), giá trị này càng gần 0o hay 360o thì màu đỏ càng nhiều. (chroma) đặc trưng cho độ bão hoà hay độ thuần khiết được tính bằng = ∗L ∗L ∗L ∗L ∗C ∗C 22 ∗∗ + ba [2]. 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu độ bền màu anthocyanin Để nghiên cứu độ bền màu của anthocyanin tách từ quả dâu, chúng tôi tiến hành đo độ hấp thụ tại bước sóng hấp thụ cực đại của mẫu trước và sau khi gia nhiệt. Độ bền màu được thể hiện bằng phần trăm màu còn lại so với ban đầu, xác định theo công thức (3.1) % Màu còn lại = 1A A .100% (3.1) (Trong đó: A là độ hấp thụ của mẫu tại thời điểm đo xác định; A1 là độ hấp thụ của mẫu tại bước sóng hấp thụ cực đại ban đầu với mỗi mẫu nghiên cứu) 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Ảnh hưởng của độ chín đến màu sắc và hàm lượng anthocyanin trong quả dâu Quả dâu được loại bỏ tạp chất và những quả dập nát, phân loại theo độ chín sau đó tiến hành đo màu bằng máy đo Minolta, xác định hàm lượng anthocyanin bằng phương pháp pH vi sai, kết quả được thể hiện ở bảng 3.1 sau: Bảng 3.1. Kết quả đo độ màu sắc và hàm lượng anthocyanin theo độ chín của dâu Loại Dâu Mô tả trạng thái L* C* H (o) Hàm lượng anthocyanin (%) Chưa chín Màu hồng nhạt, cứng 30,34 20,56 23,31 0,147 Gần chín Màu đỏ hồng, cứng 27,25 24,21 17,56 0,474 Vừa chín Màu tím đen, cứng 18,09 16,69 13,17 0,994 Quá chín Màu đen sẫm, mềm 12,72 6,09 5,86 1,287 Theo độ chín tăng dần thì giá trị L* giảm dần điều đó có nghĩa là màu đậm dần; Giá trị H giảm dần nên màu đỏ càng nhiều; Độ chói C* ở quả gần chín là cao nhất, quả quá chín thấp nhất; Hàm lượng anthocyanin tăng dần, ở quả vừa chín và quá chín hàm lượng anthocyanin tương đối cao, so với quả chưa chín cao hơn khoảng từ 6 đến 9 lần. Như vậy có thể nói quả dâu quá chín có nhiều màu đỏ nhất, độ chói ít nhất, độ đậm màu nhiều nhất, hàm lượng anthocyanin cao nhất. Dựa vào kết quả nghiên cứu trên, chúng tôi thấy rằng khi thu hoạch quả dâu chỉ nên thu hái những quả vừa chín và quá chín. Còn những quả chưa chín và gần chín thì không nên thu hái vì hàm lượng anthocyanin trong chúng còn rất thấp. 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ SO2 đến hàm lượng anthocyanin Tiến hành chiết anthocyanin thô với các dung môi có nồng độ SO2 là 500ppm, 700ppm, 900ppm, 1100ppm và 1500ppm, bổ sung 1% HCl, nhiệt độ 30oC, thời gian chiết 30 phút. Kết quả được thể hiện ở hình 3.1. Qua kết quả trên cho thấy hàm lượng anthocyanin trong quả dâu tăng lên khi tăng nồng độ SO2 và đạt giá trị cao ở nồng độ SO2 1100ppm, sau đó giảm dần. Điều này được giải thích dựa vào lý thuyết ưu trương và nhược trương (tức áp suất thẩm thấu liên quan đến sự chuyển khối của chất màu vào trong dung môi). Ở nước có nồng độ SO2 thấp, tế bào của nguyên liệu ở dạng ưu trương, thậm chí có thể gây ra sự hấp thụ nước, khi tiếp tục tăng nồng độ đến một giá trị nhất định tùy thuộc vào đặc điểm của nguyên liệu thì lúc đó tế bào sẽ trương nở cực đại và vỡ ra đồng thời giải phóng các chất màu nằm trong phần không bào. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nồng độ SO2 thì trạng thái nhược trương lại hình thành làm cho tế bào bị mất nước đồng thời cứng lại, làm giảm khả năng thấm của màng tế bào dẫn đến anthocyanin vẫn bị giữ nguyên trong phần không bào và quá trình chuyển khối xảy ra khó khăn hơn. Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ SO2 đến hàm lượng anthocyanin 0,764 0,906 0,995 1,144 0,902 0,785 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 H àm lư ợ ng a nt ho cy an in (% ) 500 700 900 1100 1300 1500 Nồng độ SO2 (ppn) Theo kết quả nghiên cứu [5] chiết anthocyanin từ quả lý chua đen (black currant) trong nước SO2 thì hàm lượng anthocyanin đạt giá trị lớn nhất tại nồng độ SO2 1000 1200ppm. Điều đó cho thấy có thể ở nồng độ SO2 1100ppm thì hầu như các tế bào của các nguyên liệu chứa anthocyanin bị trương nở tối đa nên đã giải phóng lượng anthocyanin nhiều. Vì vậy chúng tôi chọn nồng độ nước SO2 là 1100ppm để tiến hành một số nghiên cứu tiếp theo. ÷ 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin Tiến hành khảo sát tại các nhiệt độ chiết khác nhau: 30oC; 40oC; 50oC; 60oC và 70oC; Nồng độ SO2: 1100 ppm; Thời gian chiết: 30 phút. Sau khi phân tích và tính toán hàm lượng anthocyanin, kết quả được trình bày ở hình 3.2. Khi tăng nhiệt độ sẽ làm giảm độ nhớt đồng thời tăng vận tốc khuếch tán do đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển động của chất hòa tan từ nguyên liệu vào dung môi vì vậy mà hàm lượng anthocyanin tăng dần. Trong công nghệ thực phẩm nhiệt độ là yếu tố giới hạn bởi vì khi nhiệt độ tăng, các thành phần có trong thực phẩm rất dễ bị biến đổi. Hàm lượng anthocyanin đạt cao nhất tại 600C, điều này phù hợp với tính chất đặc trưng của anthocyanin là tan tốt trong nước ấm. Tại 700C hàm lượng anthocyanin bắt đầu giảm do ở nhiệt độ cao các anthocyanin bị thoái biến. Để giảm hàm lượng bị thoái biến do nhiệt đến mức thấp nhất người ta thường tiến hành chiết ở nhiệt độ thường. Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 H àm lư ợ ng a nt ho cy an in (% ) 0,939 0,998 1,128 1,25 1,13 30 40 50 60 70 Nhiệt độ (0C) 3.4. Kết quả xác định một số chỉ tiêu của anthocyanin thô khi chiết trong các dung môi khác nhau Tiến hành chiết anthocyanin thô từ quả dâu tằm với lượng nguyên liệu 10g trong 100ml dung môi nước SO2 có nồng độ 1100ppm và etanol/nước (50/50) đều bổ sung 1% HCl; Nhiệt độ chiết 30oC; Thời gian 30 phút. Sau đó pha loãng 10 lần dịch chiết và tiến hành phân tích, đo độ hấp thụ tại bước sóng 510nm. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.2. Bảng 3.2. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của anthocyanin thô khi chiết trong nước SO2 và etanol/nước Chỉ tiêu Dung môi chiết Mật độ màu Độ màu polyme Phần trăm màu polyme (%) Hàm lượng anthocyanin (%) Nước SO2 0,65 0,40 61,54 1,200 Etanol/nước (50/50) 8,61 0,96 11,14 1,264 Theo kết qủa ở bảng 3.2 ta thấy khi chiết trong nước SO2 thì hàm lượng anthocyanin, mật độ màu và độ màu polyme thấp hơn, nhưng phần trăm màu polyme lại nhiều hơn so với mẫu chiết trong dung môi etanol/nước (gấp 12,25 lần). Nguyên nhân là trong dung dịch, phân tử anthocyanin ở dạng monome và polyme, nước SO2 trong quá trình tiếp xúc với nguyên liệu đã khử một phần anthocyanin ở dạng monome, nhưng không khử được dạng polyme nên màu còn lại trong mẫu chiết bằng nước SO2 chủ yếu là chất màu ở dạng polyanthocyanin, vì vậy phần trăm màu polyme tăng lên. 3.5. Kết quả nghiên cứu độ bền màu anthocyanin thô ở nhiệt độ 30oC Tiến hành pha loãng dịch chiết anthocyanin thô trong các dung dịch đệm citrat- photphat có pH từ 3,0 đến 6,0, sau đó đo phần trăm màu còn lại tại bước sóng hấp thụ cực đại (510nm) ở 30oC, theo thời gian, kết quả được trình bày ở hình 3.4. Nước sulfite Etanol nướcNước sulf ite Etanol nước ) 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 Thời gian theo dõi (ngày) Ph ần tr ăm m àu c òn lạ i ( % 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 Thời gian theo dõi (ngày) Ph ần tr ăm m àu c òn lạ i ( % ) (a) (b) Nước sulfite Etanol nướcNước sulfite Etanol nước 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 Thời gian theo dõi (ngày) Ph ần tr ăm m àu c òn lạ i ( % ) 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 Thời gian theo dõi (ngày) Ph ần tr ăm m àu c òn lạ i ( % ) (c) (d) Hình 3.4. Phần trăm màu còn lại theo thời gian ở 30oC tại các pH khác nhau của anthocyanin thô chiết từ quả dâu tằm (a): pH=3,0; (b); pH=4,0; (c): pH=5,0; (d): pH=6,0 Với kết quả ở hình 3.4 ta nhận thấy: + Ở cùng một giá trị pH, cùng một nhiệt độ, độ bền màu giảm dần theo thời gian, anthocyanin chiết trong nước SO2 có độ bền màu cao hơn khi chiết trong dung môi là etanol/nước. Điều đó có nghĩa là anthocyanin thô chiết trong dung môi nước SO2 tương đối bền hơn chiết trong dung môi etanol/nước. + Ở pH = 4; 5 và 6 độ bền của anthocyanin kém hơn ở pH = 3. Sau 50 ngày, tại pH = 3 phần trăm màu còn lại của anthocyanin chiết trong nước SO2 là 76,717%, trong khi đó tại pH=6,0 là 65,27%. Nhưng với anthocyanin thô chiết trong dung môi etanol/nước là 71,76% và 57,35%. 3.6. Kết quả nghiên cứu độ bền màu anthocyanin thô ở nhiệt độ 95oC Tiến hành giống như nghiên cứu ở 3.5, nhưng nhiệt độ khảo sát là 95oC, thời gian gia nhiệt đến 60 phút, kết quả được trình bày ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Phần trăm màu còn lại theo thời gian ở 95oC tại các pH khác nhau của anthocyanin thô chiết trong dung môi nước sulfite và etanol/nước Thời gian pH = 3,0 pH = 4,0 PH = 5,0 pH = 6,0 Nước SO2 Etanol nước Nước SO2 Etanol nước Nước SO2 Etanol nước Nước SO2 Etanol nước Ban đầu 100 100 100 100 100 100 100 100 15 phút 97,54 96,36 96,36 94,47 95,84 92,65 94,82 91,30 30 phút 96,21 95,37 94,47 91,50 92,91 91,76 90,46 87,62 45 phút 94,12 89,79 91,63 86,81 90,71 88,82 88,56 84,95 60 phút 91,61 85,50 88,66 82,57 86,30 85,59 83,65 80,26 Khi gia nhiệt đến 95oC, ở các pH khác nhau, độ bền nhiệt của anthocyanin giảm dần theo thời gian và theo chiều tăng của pH. Ở cùng nhiệt độ và pH độ bền màu của anthocynin chiết trong nước SO2 cao hơn khi chiết trong etanol/nước. Ở 950C anthocyanin tương đối bền nhiệt khi gia nhiệt trong khoảng thời gian 60 phút, sau 60 phút, pH = 3 phần trăm màu vẫn còn 91,61% (chiết trong nước SO2 ) còn 85,50% (chiết trong etanol/nước), phần trăm màu còn lại thấp nhất tại pH=6,0, sau 60 phút gia nhiệt là 80,26%. So với các giá trị pH = 4; 5 và 6, tại pH = 3 anthocyanin ít bị thoái biến do nhiệt hơn. 3.7. Kết quả nghiên cứu ứng dụng màu anthocyanin thô trong sản xuất kẹo cứng dâu Từ các kết quả nghiên cứu trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu ứng dụng màu anthocyanin thô chiết từ quả dâu thay thế màu tổng hợp trong sản xuất kẹo cứng dâu, và tiến hành theo dõi sự biến đổi màu của sản phẩm trong thời gian bảo quản, bằng phương pháp đo màu sắc (2.3.2). Kết quả được trình bày ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Kết quả đo màu sắc của mẫu kẹo cứng dâu ở 30oC, theo thời gian bảo quản Các thông số Thời gian L * C* H Ban đầu 28,9 5,70 14,12 05 ngày 32,32 5,87 14,25 10 ngày 35,18 6,54 14,82 15 ngày 36,21 7,79 14,87 20 ngày 36,36 7,91 14,87 25 ngày 36,39 8,21 16,31 30 ngày 36,47 8,53 16,38 35 ngày 36,52 8,65 16,43 45 ngày 37,10 8,72 16,51 Theo thời gian bảo quản ở điều kiện nhiệt độ thường, giá trị L* tăng dần chứng tỏ độ đậm màu giảm dần, độ chói C* tăng dần, góc màu H tăng dần từ 14,12÷16,51 nghĩa là màu đỏ giảm dần, tuy nhiên mức độ giảm chậm. 4. Kết luận Đã nghiên cứu được ở quả dâu quá chín có màu đậm nhất, cho hàm lượng màu anthocyanin cao nhất; Với nước SO2 ở nồng độ 1100ppm và nhiệt độ 600C cho hàm lượng anthocyanin tương đối cao; Khi chiết trong nước SO2 thì hàm lượng anthocyanin, mật độ màu, độ màu polyme ít hơn, nhưng phần trăm màu polyme lại nhiều hơn so với mẫu chiết trong dung môi etanol/nước; Độ bền màu của anthocyanin chiết trong nước SO2 cao hơn khi chiết trong etanol/nước; Ở pH=3,0 anthocyanin bền hơn so với pH=4; 5 và 6; Khi gia nhiệt đến 950C anthocyanin tương đối bền trong khoảng thời gian 60 phút; đã nghiên cứu ứng dụng màu anthocyanin thô làm chất màu thay thế màu tổng hợp trong sản xuất keo cứng dâu. Từ kết quả này chúng tôi tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng màu tự nhiên anthocyanin trong chế biến các sản phẩm thực phẩm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Thị Kiều Nguyên, Bài giảng môn lý thuyết màu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 1996. [2] Lê Ngọc Tú, Hoá học Thực phẩm, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1994. [3] Akio Tsukui, Atsuko Suzuki, Sumi Nagayama and Norihiko Terahara, Stability of anthocyanin pigments from purple leaveas of perilla ocimoides, L. var.crispa, Nippon Shokuhin Kagaku Kaishi Vol. 43, No. 4, 113 – 119 (Article), 1996. [4] Fuleki, T., Francis, F. J., Quantitative Methods for Anthocyanins 2 Determination of total anthocyanin and degradation Index for Cranberry Juice, J. Food Science, Vil.33, 1968. [5] J.E.Cacace and G. Mazza, Extraction of anthocyanin other phenolic from black curants with sulfured water, Journal of Agriculture and Food chemitry, 2002. [6] John Wiley & Sons, Inc, Characterization and measurement of anthocyanins by UV- Visible spectroscopy, University of Maryland, 2000.