Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng làm chất màu cho nước giải khát

  • 80 trang
  • file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------
VÕ ĐÌNH NGUYÊN THẢO
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VI NHŨ TƯƠNG LUTEIN ỨNG
DỤNG LÀM CHẤT MÀU CHO NƯỚC GIẢI KHÁT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Khánh Hòa - 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
------
VÕ ĐÌNH NGUYÊN THẢO
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VI NHŨ TƯƠNG LUTEIN ỨNG
DỤNG LÀM CHẤT MÀU CHO NƯỚC GIẢI KHÁT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Công nghệ sau Thu hoạch
Mã số: 60 54 01 04
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. HOAØNG THÒ HUEÄ AN TS.TRAÀN QUANG NGOÏC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG KHOA SAU ĐẠI HỌC
TS. VŨ NGỌC BỘI
Khánh Hòa - 2015
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết luận
nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác.
Học viên
Võ Đình Nguyên Thảo
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm khoa,
và quý thầy cô giảng viên trường Đại học Nha Trang đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật
chất, cung cấp cho tôi những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong suốt thời gian học
tập tại trường, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Công nghệ
sau thu hoạch.
Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa đã tạo
điều kiện tốt nhất về dụng cụ và trang thiết bị trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS.Trần Quang Ngọc đã quan tâm hướng dẫn
và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Hoàng Thị
Huệ An đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp đỡ tôi trong việc nâng cao kiến
thức, rèn luyện kỹ năng thực nghiệm và tạo mọi điều kiện về trang thiết bị, vật tư cho
tôi tiến hành nghiên cứu.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp cho tôi
nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp này.
Nha Trang, tháng 04 năm 2015
Học viên
VÕ ĐÌNH NGUYÊN THẢO
iii
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................4
1.1 Tổng quan về chất màu thực phẩm............................................................................4
1.1.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm .....................................4
1.1.2. Phân loại chất màu thực phẩm...............................................................................4
1.1.2.1 Chất màu vô cơ....................................................................................................4
1.1.2.2 Chất màu tổng hợp ..............................................................................................5
1.1.2.3 Chất màu tự nhiên................................................................................................5
1.1.2.4 Chất màu tự nhiên bán tổng hợp .........................................................................7
1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm ..............................................................8
1.1.4 Tình hình nghiên cứu tách chiết và sử dụng chất màu tự nhiên.............................9
1.1.4.1 Trên thế giới ........................................................................................................9
1.1.4.2 Trong nước ........................................................................................................11
1.2 Tổng quan về chất màu lutein .................................................................................12
1.2.1 Tính chất vật lý và hóa học của lutein..................................................................13
1.2.2 Chức năng sinh học và ứng dụng của lutein.........................................................14
1.2.2.1 Chức năng sinh học của lutein...........................................................................14
1.1.2.2 Ứng dụng của chất màu lutein...........................................................................15
1.2.3. Các nguồn lutein tự nhiên....................................................................................16
1.3 Tổng quan về vi nhũ tương......................................................................................17
1.3.1. Định nghĩa về vi nhũ tương .................................................................................17
1.3.2. Ưu - nhược điểm của vi nhũ tương......................................................................18
1.3.3. Sự khác nhau giữa vi nhũ tương và nhũ tương....................................................18
iv
1.3.4 Thành phần của vi nhũ tương ..............................................................................20
1.3.5. Phương pháp điều chế vi nhũ tương....................................................................22
1.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vi nhũ tương..........................................23
1.3.6.1. Chất hoạt động bề mặt......................................................................................24
1.3.6.2. Chất đồng diện hoạt..........................................................................................24
1.3.6.3. Pha dầu .............................................................................................................24
1.3.7. Phân loại vi nhũ tương.........................................................................................25
1.3.8. Ưu - nhược điểm của các hệ vi nhũ tương dùng trong thực phẩm ......................25
1.3.8.1. Ưu điểm: ...........................................................................................................25
1.3.8.2. Nhược điểm: .....................................................................................................26
1.3.9. Một số đặc tính của vi nhũ tương và cách đánh giá ............................................26
1.3.10 Ứng dụng của vi nhũ tương trong thực phẩm ....................................................26
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vi nhũ tương ...................................27
1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài......................................................................27
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước .........................................................................29
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................30
2.1 Vật liệu - Hóa chất...................................................................................................30
2.2. Thiết bị....................................................................................................................30
2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................31
2.3.1. Quy trình dự kiến điều chế vi nhũ tương lutein ..................................................31
2.3.2. Tối ưu hóa điều kiện điều chế vi nhũ tương lutein tan trong nước .....................32
2.3.3 Thử nghiệm quy trình – Đánh giá chất lượng sản phẩm ......................................34
2.3.3.1 Thử nghiệm quy trình ........................................................................................34
2.3.3.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm ..........................................................................34
2.3.4. Khảo sát một số đặc tính hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein .............................34
2.3.5 Đánh giá độ ổn định của vi nhũ tương lutein .......................................................36
2.3.5.1 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH.....................................36
2.3.5.2. Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản....................36
2.3.6 Ứng dụng tạo màu cho đồ uống - Đánh giá độ bền màu của sản phẩm...............37
2.3.6.1. Chọn nồng độ vi nhũ tương lutein thích hợp để tạo màu .................................38
2.3.6.2. Đánh giá độ bền màu của sản phẩm sữa chua uống hương cam bổ sung vi nhũ
tương lutein..........................................................................................................38
v
2.3.7. Phương pháp đánh giá cảm quan.........................................................................38
2.3.8. Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................................39
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................40
3.1 Kết quả tối ưu hóa điều kiện điều chế vi nhũ tương lutein .....................................40
3.2 Thử nghiệm quy trình - Đánh giá chất lượng sản phẩm..........................................48
3.2.1 Thử nghiệm quy trình ...........................................................................................48
3.2.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm .............................................................................49
3.3 Đề xuất quy trình sản xuất thử nghiệm vi nhũ tương lutein....................................50
3.3 Đặc tính hóa – lý và độ ổn định của hệ vi nhũ tương lutein...................................51
3.3.1 Một số tính chất hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein............................................51
3.3.2 Kết quả đánh giá độ ổn định của vi nhũ tương lutein ..........................................54
3.3.2.1 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH.....................................54
3.3.2.2 Đánh giá độ bền màu cuả vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản.....................55
3.4 Ứng dụng tạo màu cho sản phẩm sữa chua uống hương cam và đánh giá độ bền
màu của sản phẩm theo thời gian bảo quản ...............................................................57
3.4.1 Chọn nồng độ vi nhũ tương lutein thích hợp để tạo màu .....................................57
3.4.2 Đánh giá độ bền màu của sữa chua uống hương cam theo thời gian bảo quản.............58
3.5 Giá thành ước tính cho sản phẩm vi nhũ tương lutein ............................................60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................62
Kết luận..........................................................................................................................62
Kiến nghị .......................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63
PHỤ LỤC
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT
λmax Wavelength of maximum Bước sóng hấp thụ cực đại
absorption
A Absorption Độ hấp thụ
VNT Microemulsion Vi nhũ tương
UV- Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại- khả kiến
w/w Weight / weight Trọng lượng / trọng lượng
HLB Hydrophilic Lipophilic Balance Chỉ số cân bằng ưa dầu ưa nước
O/W Oil / water Dầu / nước
W/O Water /oil Nước / dầu
HĐBM Surfactant Hoạt động bề mặt
µm Micrometer Micromet
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm .............................................. 4
Bảng 1.2 Những đặc tính cơ bản của một số chất màu tự nhiên thông dụng ............ 6
Bảng 1.3 Tính chất của một số chất màu tự nhiên bán tổng hợp .............................. 8
Bảng 1.4. Sự khác nhau giữa các hệ nhũ tương và vi nhũ tương ............................ 19
Bảng 1.5 Các thành phần của hệ vi nhũ tương ........................................................ 22
Bảng 2.1: Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng vi nhũ tương lutein và khoảng giá trị
khảo sát ..................................................................................................................... 32
Bảng 2.2: Bảng quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện điều chế ................... 33
vi nhũ tương lutein.................................................................................................... 33
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm theo phương án quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa. 40
Bảng 3.2: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm ............................................ 41
Bảng 3.3: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm ............................................ 42
Bảng 3.4: Điều kiện tối ưu nhận được bằng phần mềm Modde 5.0......................... 48
Bảng 3.5: Kết quả kiểm tra thực nghiệm mẫu vi nhũ tương lutein (500 g) ............. 49
Bảng 3.6: Bảng đánh giá chất lượng của vi nhũ tương lutein .................................. 49
Bảng 3.7 So sánh công thức một số loại vi nhũ tương............................................. 50
Bảng: 3.8 Một số tính chất hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein ............................... 51
Bảng 3.9: Kết quả đánh giá các chỉ tiêu vật lý theo thời gian bảo quản .................. 54
Bảng 3.10: Kết quả theo dõi độ bền của sữa chua uống bổ sung VNT lutein.......... 58
Bảng 3.11: Giá thành ước tính cho 1 lít sản phẩm vi nhũ tương lutein ................... 60
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans) ........................................13
Hình 1.2. Sự khác nhau về kích thước hạt của dung dịch keo (micellar solution),.......19
vi nhũ tương (microemulsion) và nhũ tương (emulsion) .............................................19
Hình 1.3. Các thành phần cơ bản của vi nhũ tương .....................................................22
Hình 1.4: Sơ đồ bào chế vi nhũ tương ..........................................................................23
Hình 1.5. Phân loại vi nhũ tương ..................................................................................25
Hình 2.1: Quy trình dự kiến điều chế vi nhũ tương lutein ............................................31
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ ổn định của VNT lutein theo pH ...................36
Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền của vi nhũ tương lutein ...........................37
theo điều kiện bảo quản .................................................................................................37
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ vi nhũ tương lutein bổ sung..................38
Hình 3.1: Tương quan giữa giá trị độ đục thực nghiệm và độ đục dự đoán .................42
từ mô hình (R2= 0,9889)................................................................................................42
Hình 3.2: Tương quan giữa giá trị độ màu thực nghiệm và độ màu dự đoán từ mô
hình (R2= 0,988) ............................................................................................................43
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ O/W, nồng độ Tween 80 và Leucithin ........................44
đến độ đục của vi nhũ tương..........................................................................................44
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ O/W, nồng độ Tween 80 và Leucithin ........................46
đến cường độ màu vi nhũ tương....................................................................................46
Hình 3.5: Sơ đồ quy trình điều chế vi nhũ tương lutein ................................................50
Hình 3.6. Các sản phẩm vi nhũ tương lutein .................................................................51
Hình 3.7 Hình ảnh vi nhũ tương lutein chụp bằng ........................................................52
kính hiển vi điện tử truyền quaTEM .............................................................................52
Hình 3.8 (a) Phổ hấp thụ khả kiến của vi nhũ tương lutein (λmax = 455; 484 nm)........53
(b) Phổ hấp thụ khả kiến của lutein tinh khiết (> 92%) trong n-hexan (λmax = 445;
472 nm)..........................................................................................................................53
Hình 3.9. Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH ...............................................55
Hình 3.10. Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản (mẫu
không bổ sung vitamin E 0,1%) ....................................................................................55
Hình 3.11 Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản ...................56
Hình 3.12 Tổng điểm cảm quan của sản phẩm theo tỷ lệ VNT lutein bổ sung để
tạo màu ..........................................................................................................................57
1
LỜI MỞ ĐẦU
Đối với thực phẩm thì yếu tố hấp dẫn người tiêu dùng trước tiên chính là màu
sắc. Tuy nhiên, do chạy theo lợi nhuận mà một số nhà sản xuất đã sử dụng phẩm màu
tổng hợp ngoài danh mục cho phép để nhuộm màu thực phẩm. Các loại phẩm màu này
có thể gây ngộ độc cấp tính hoặc có nguy cơ gây ung thư do sự tích lũy lâu dài của
những thành phần này trong cơ thể [29]. Trong số đó có Tartrazine (E102), một loại
phẩm màu thường dùng để tạo màu vàng cho mì ăn liền, nước giải khát, bánh mứt,
siro,… Theo một số nghiên cứu, E102 có khả năng làm tăng sự hiếu động thái quá ở
trẻ em, ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ, ảnh hưởng đến chức năng sinh sản của
nam giới…[30]. Chính vì vậy, hiện nay các nhà khoa học ngày càng quan tâm đến việc
tìm kiếm những chất màu tự nhiên có khả năng thay thế chất màu tổng hợp độc hại.
Một trong số những sắc tố tự nhiên được chú ý gần đây là lutein.
Trong bối cảnh đó, lutein được xem là sắc tố tự nhiên có tiềm năng ứng dụng
lớn trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm do không chỉ có màu vàng
sáng đẹp mà còn có tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa, ngăn ngừa bệnh thoái hóa
điểm vàng, ngăn ngừa bệnh tim mạch và một số bệnh ung thư [21], [24]. Lutein là một
loại sắc tố carotenoid có màu vàng – cam thường có trong nhiều loài thực vật như súp
lơ xanh, rau bina, rau ngót, vi tảo,… và đặc biệt là có trong cánh hoa cúc vạn thọ châu
Phi (Tagetes erecta L.) với hàm lượng khá lớn (khoảng 1,6 g/kg trọng lượng khô) [19].
Chính vì vậy, trên thế giới và ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu chiết
tách và tinh chế lutein từ hoa cúc vạn thọ nhằm ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất
chất màu thực phẩm [2].
Tuy nhiên, cũng như các carotenoid khác, với cấu trúc phân tử chứa mạch
hydrocarbon liên hợp khá dài, lutein tan được trong dầu nhưng kém tan trong nước và
lại dễ mất màu khi để trong không khí do bị phân hủy dưới tác dụng của các tác nhân
acid, chất oxy hóa, ánh sáng và nhiệt độ cao [8]. Do đó, để ứng dụng lutein làm chất
màu thực phẩm cần chuyển hóa lutein thành các dạng chế phẩm có khả năng phân tán
tốt trong pha nước và pha dầu, đồng thời bền màu dưới các điều kiện bảo quản thực
phẩm nhất định.
Vi nhũ tương (microemulsion) là một hệ phân tán có kích thước hạt từ
10– 200 nm, có độ trong suốt cao, bền nhiệt động học, phân tán tốt trong nước và dầu,
2
đồng thời giữ được hoạt tính của chất phân tán trong thời gian khá dài [21]. Do những
ưu điểm trên, phương pháp điều chế vi nhũ tương hiện đang được ứng dụng rộng rãi
trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm để tạo ra các chế phẩm chứa các
chất màu, tinh dầu, vitamin, dưỡng chất… để tăng độ bền và khả năng chuyển giao
hoạt chất [9], [14]. Các nghiên cứu cũng cho thấy để điều chế các hệ vi nhũ tương có
khả năng phân tán tốt trong pha nước và pha dầu, thường phải dùng một hệ gồm từ 2
đến 3 chất hoạt động bề mặt (HĐBM) khác nhau trong đó có chất HĐBM ưa dầu hơn
(có chỉ số HLB1 thấp) đến chất ưa nước hơn (có HLB cao). Trong một số trường hợp
có thể dùng thêm chất đồng hoạt động bề mặt (co-surfactant) – thường là alcol có
mạch dài trung bình, để giảm sức căng bề mặt của hệ và tăng tính ổn định của hệ vi
nhũ tương thu được [14].
Ở nước ta, lutein cũng đã được Bộ Y tế đưa vào danh mục các chất màu thực
phẩm được phép sử dụng từ năm 2012 [1]. Tuy nhiên, chất màu này hiện vẫn đang
được nhập khẩu với giá khá đắt (lutein 90% khoảng 8 – 11 triệu VNĐ/kg). Mặc dù đã
có một vài công trình nghiên cứu chiết tách lutein từ nguồn nguyên liệu cúc vạn thọ
trong nước để thay thế cho sản phẩm ngoại nhập nhưng chưa có công bố nào liên quan
về việc điều chế lutein vi nhũ tương nhằm ứng dụng làm chất màu thực phẩm [2], [9].
Việc điều chế vi nhũ tương lutein là một hướng đi mới, hứa hẹn được ứng dụng rộng
rãi và có hiệu quả trong thực phẩm để thay thế các chất màu vàng độc hại như Sudan
II, Tartrazine, đồng thời là tiền đề cho việc điều chế vi nhũ tương các chất khác. Do
vậy, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng
làm chất màu cho nước giải khát”.
Mục tiêu đề tài:
Xây dựng quy trình thích hợp điều chế vi nhũ tương lutein ổn định trong nước,
có thể ứng dụng làm chất màu thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu:
• Xây dựng quy trình thích hợp điều chế vi nhũ tương lutein ổn định trong nước.
• Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein trong một số điều kiện bảo
quản khác nhau.
1
HLB (Hydrophyl Lipophyl Balance): chỉ số cân bằng ưa dầu – ưa nước
3
• Ứng dụng tạo màu và đánh giá độ bền màu cho nước giải khát. Từ đó, đánh
giá khả năng ứng dụng của sản phẩm.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Tạo ra sản phẩm chất màu mới, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về
nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất màu.
Tạo ra dẫn liệu khoa học làm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu chất
màu thực phẩm.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Tạo ra được chế phẩm lutein tự nhiên, ứng dụng an toàn làm chất màu thực
phẩm, nhờ đó hạn chế việc sử dụng các chất màu tổng hợp gây hại cho sức khỏe người
tiêu dùng.
Góp phần làm đa dạng hóa, tăng thêm sự lựa chọn chất màu thực phẩm cho
những nhà chế biến, kinh doanh thực phẩm.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về chất màu thực phẩm
1.1.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm
Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng để đánh giá chất
lượng sản phẩm, làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm (bánh kẹo, nước giải
khát...). Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng đến chất lượng, mùi vị, độ ngọt của
thực phẩm, nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tương ứng, phù hợp lẫn nhau thì
người tiêu dùng sẽ không cảm nhận được chính xác mùi vị và chất lượng của thực
phẩm. Do vậy, việc bổ sung chất màu trong thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng:
Giúp phục hồi lại chất màu tự nhiên của thực phẩm khi những chất màu này bị
mất đi trong quá trình chế biến, hay trong quá trình bảo quản.
Xác định rõ hay nhấn mạnh cho người tiêu dùng chú ý tới mùi tự nhiên của rất
nhiều loại thực phẩm do giữa màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau.
Gia tăng màu sắc đặc hiệu cho những loại thực phẩm không có màu hay có màu
nhạt nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng.
Làm đồng nhất màu sắc của thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô sản phẩm khác.
Tạo cho thực phẩm có màu sắc hấp dẫn hơn [4].
1.1.2. Phân loại chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm được chia thành các nhóm chính: chất màu vô cơ, chất
màu tổng hợp, chất màu tự nhiên và chất màu bán tổng hợp.
1.1.2.1 Chất màu vô cơ
Chất màu vô cơ được sản xuất rất nhiều, tuy nhiên trong thực phẩm thường chỉ
dùng để trang trí. Phần lớn các chất màu vô cơ có tính độc nên cần phải thận trọng khi
sử dụng trong thực phẩm [4].
Bảng 1.1. Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm [4]
Tên chất màu Sử dụng Liều dùng (mg/kg thể trọng)
Cacbonat Canxi Ít dùng Không hạn chế
Bioxyt Titan Ít dùng Chưa có
Oxyt sắt Bánh kẹo và mứt 0,5
Oxyt nhôm Bánh kẹo và mứt 0,5
Bạc Bánh kẹo và mứt 0,5
Vàng Bánh kẹo và mứt 0,5
Chất màu rubi Vỏ phomai 0,5
5
1.1.2.2 Chất màu tổng hợp
Các chất màu tổng hợp là những chất màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng
hợp hóa học như Tartrazin, Azorubin, Amaranth...
Các loại chất màu hữu cơ tổng hợp được chia làm 3 nhóm:
Nhóm A: gồm các chất không mang độc tính nhưng gây ngộ độc tích lũy.
Nhóm B: gồm 5 loại màu là β-caroten tổng hợp, xanh lơ VRS (kí hiệu
CI.42090), Erythrozin (kí hiệu CI.45430), Indigocarmin (kí hiệu CI.73015), xanh lục
sáng FCF.
Nhóm C: bao gồm tất cả các loại màu hữu cơ tổng hợp khác nhau chưa được
nghiên cứu, hoặc nghiên cứu không rõ ràng.
Các chất màu tổng hợp được sử dụng trong phạm vi tương đối hẹp, thường sử
dụng trong sản xuất bánh kẹo và các lọai đồ uống không cồn, trong sản xuất đồ hộp
chủ yếu là đồ hộp hoa quả. Tất cả các chất màu tổng hợp đều độc với con người nên
khi sử dụng phải tuân theo sự chỉ dẫn trong tài liệu kỹ thuật [4].
Hiện nay một số chất màu hữu cơ tổng hợp, (đặc biệt là thuốc nhuộm azo) bị
hạn chế sử dụng do người ta nghi ngại về những ảnh hưởng không tốt của nó đối với
sức khỏe con người. Chẳng hạn, một số nghiên cứu đã phát hiện những enzyme trong
ruột non có khả năng xúc tác cho phản ứng khử các phẩm màu azo để sinh ra các tác
nhân gây ung thư.
1.1.2.3 Chất màu tự nhiên
Chất màu tự nhiên là những chất màu hữu cơ thu nhận được từ các nguồn
nguyên liệu tự nhiên có thể ăn được (động vật, thực vật, vi sinh vật). Ngoài ra chất
màu tự nhiên cũng có thể được hình thành trong quá trình nấu nướng (ví dụ: caramel).
Chất màu tự nhiên đã được con người biết đến và sử dụng từ lâu để tạo màu cho
thực phẩm. Ưu điểm của chất màu tự nhiên là không độc, tạo ra màu sắc đẹp cho sản
phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng. Một
số chất màu tự nhiên còn có họat tính sinh học tốt với sức khỏe (như khả năng chống
oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của cơ thể…). Tuy nhiên, so với chất màu tổng
hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền (dễ mất màu dưới tác dụng của ánh sáng,
nhiệt độ, pH) và có giá thành cao do việc thu hồi, tách chiết chúng từ các nguồn tự
nhiên khá tốn kém. Vì vậy, trước đây việc sử dụng chúng trong chế biến thực phẩm
6
chưa phổ biến lắm. Tuy nhiên, khoảng 25 - 30 năm gần đây, khi người tiêu dùng bắt
đầu lo ngại về sự an toàn của một số chất màu tổng hợp (ví dụ: Tartrazine gây nên sự
hiếu động thái quá và ảnh hưởng đến khả năng nhận thức ở trẻ em) thì người ta mới
bắt đầu quan tâm đến việc thương mại hóa và ứng dụng chất màu tự nhiên trong công
nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Để khắc phục nhược điểm của nhiều chất màu tự
nhiên là kém tan trong nước, nhạy cảm với tác nhân oxy hóa và nhiệt độ cao, các nhà
sản xuất đã ứng dụng các công nghệ hiện đại (điều chế chất màu dạng vi nang hay vi
nhũ tương) để tạo ra các loại phẩm màu với các gam màu khác nhau, đáp ứng yêu cầu
người sử dụng. Vì vậy, trong những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất chất
màu tự nhiên trên thế giới đang phát triển nhanh chóng và trở thành một trong những
lĩnh vực kinh doanh đầy tiềm năng.
Chất màu tự nhiên được chia làm ba nhóm chính:
- Anthocyan làm hoa quả có màu đỏ và màu xanh lam
- Carotenoid có màu vàng
- Chlorophyll: sắc tố xanh lá cây [4].
Bảng 1.2 Những đặc tính cơ bản của một số chất màu tự nhiên thông dụng [6]
Nguồn tự
Chất màu Màu sắc Đặc tính
nhiên
Curcumin Củ nghệ Vàng cam sáng Không tan trong nước. Nhạy với
ánh sáng khi hòa tan và có mặt
nước. Dùng phổ biến trong các
món tráng miệng và mứt quả.
Lutein Hoa cúc vạn Vàng kim Sắc tố carotenoid tan trong dầu.
thọ, cỏ linh Có nhiều trong thực phẩm tự
lăng nhiên. Đã phát triển thành sản
phẩm tan trong nước, bền với sự
oxy hóa nhằm tạo màu cho các
món tráng miệng, nước giải khát,
bánh nướng.
Carotene tự Dầu cọ, tảo Vàng kim cam Hỗn hợp carotenoid tan trong dầu
nhiên hỗn D.salina (chủ yếu là β-carotene). Nhạy với
hợp sự oxy hóa, có hoạt tính tiền
vitamin A.
Bixin/ Hạt điều Cam Bixin tan trong dầu; Norbixin
Norbixin nhuộm phân tán trong nước. Trước đây
dùng phổ biến ở EU, nay hạn
chế. Dùng phổ biến trong kem
lạnh, phomai, chất béo màu vàng,
cá hun khói.
7
Capsanthin/ Ớt ( Cam đỏ Carotenoid tan trong dầu. Mùi
Capsorubin Capsicum capsanthin phải < 250 ppm (quy
anmum L.) định của EU). Dùng trong các
món xốt, mứt quả, bánh nướng.
Lycopen Cà chua Đỏ cam Carotenoid tan trong dầu. Ít được
thương mại hóa do kém tan, giá
thành cao. Không có trong danh
mục chất màu ở Mỹ.
Acid Rệp son (cái) Cam – đỏ Tan trong nước, màu đỏ hơn khi
carminic ở Pêru tăng pH.
Carmin Rệp son (cái) Hồng – đỏ Là son nhôm của acid carminic.
ở Pêru Trong môi trường acid có thể
biến đổi màu và kết tủa.
Betanin Củ cải đỏ Hồng đến đỏ Tan trong nước, mất màu khi gia
nhiệt. Dùng phổ biến trong kem
lạnh, món tráng miệng.
Anthocyanin Vỏ nho đen, Hồng/đỏ/tím/xanh Có nhiều trong các loại hoa quả,
bắp cải tím. tùy theo pH rau màu đỏ. Nguồn tự nhiên lớn
nhất là vỏ nho (phế phẩm của
công nghiệp rượu vang). Dùng
phổ biến trong nước giải khát.
Chlorophyll Cỏ, linh lăng, Xanh lục Chlorophyll phân tán trong dầu,
tầm ma tan ít trong nước. Ít dùng do kém
tan, màu không tươi.
Đồng Cỏ, linh lăng, Lục lam Trao đổi Mg2+ trong khung
chlorophyll tầm ma porphyrin của chlorophyll bởi
Cu2+, tạo chất màu lục lam sáng
và bền hơn.
Crocin Cây nghệ tây, Vàng Carotenoid tan trong nước. không
quả dành còn trong danh mục chất màu của
dành EU.
TiO2 Khoáng vật Trắng Không tan trong nước. dùng
anatase trong mứt quả, bánh kem.
1.1.2.4 Chất màu tự nhiên bán tổng hợp
Chất màu tự nhiên bán tổng hợp là những chất màu được tổng hợp để có cấu
trúc phân tử giống như dạng tự nhiên của chúng. Được ứng dụng nhiều nhất là các
carotenoid tổng hợp như β-apocarotenal, β-carotene… Do các carotenoid này dễ bị
oxy hóa dẫn đến mất màu nên chúng thường được phối trộn với các chất chống oxy
hóa (như tocopherol, ascorbyl palmitat) để ngăn ngừa hiệu ứng này [4].
8
Bảng 1.3 Tính chất của một số chất màu tự nhiên bán tổng hợp [4]
Chất màu Màu sắc Tính chất
β-carotene (E160a) Vàng đến cam Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền
vitamin A
β-Apo-8’-carotenal (E160e) Cam hơi đỏ Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền
vitamin A nhưng kém hơn β-carotene
Ethyl ester của β-apo-8- Vàng/cam Tan trong dầu, có hoạt tính tiền vitamin
carotenoic acid (E160f) A nhưng kém hơn β-carotene
Riboflavin; Riboflavin 5’ vàng Tan ít trong nước, nhạy cảm với ánh
phosphate (E101) (I&II) sáng (dễ mất màu)
Canthaxanthin (E161g) Hồng hơi cam Chỉ cho phép dùng trong xúc xích
Strassbourg. Có trong cá hồi, tôm và
hồng hạc.
1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm
Về nguyên tắc, bổ sung chất màu thực phẩm nhằm phục hồi màu vốn có của
thực phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến. Không được dùng chất màu để che đậy
khuyết điểm của thực phẩm hoặc để người tiêu dùng nhầm lẫn về sự có mặt của một
vài thành phần thực phẩm [4]. Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ
sung vào một sản phẩm ta cần quan tâm đến các yếu tố sau:
- Trạng thái của chất màu: chất màu ở dạng lỏng hay dạng bột, người tiêu dùng
vẫn ưa dùng chất màu ở dạng lỏng hơn.
- Sự chuyển màu mới như thế nào: thường phối trộn nhiều màu với nhau để đạt
được màu mong muốn cho thực phẩm.
- Thành phần các chất trong thực phẩm: sự có mặt của protein, nước, chất béo,
tannin sẽ ảnh hưởng đến độ trong hay vẩn đục của chất màu phối trộn trong thực
phẩm đó.
- pH: sự ổn định cũng như sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh
hưởng của pH của môi trường thực phẩm.
- Điều kiện chế biến: đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng
màu phối trộn.
- Điều kiện bao gói: quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và ánh
sáng vào thực phẩm, có thể làm biến đổi chất màu.
9
- Điều kiện bảo quản và thời gian sử dụng: Chất màu sử dụng chỉ bền dưới
những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định [4].
Ngoài ra, chất màu thực phẩm cần phải hội đủ các tiêu chuẩn sau về phương
diện vệ sinh an toàn thực phẩm và cảm quan:
- Không có độc tính
- Không là nguyên nhân hay tác nhân gây bệnh
- Không gây mùi lạ và làm ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu tách chiết và sử dụng chất màu tự nhiên
1.1.4.1 Trên thế giới
Thuốc nhuộm màu nói chung và chất màu tự nhiên nói riêng đã được con người
nghiên cứu điều chế và sử dụng từ rất lâu. Tuy nhiên, trong vòng 20 – 25 năm gần đây
do lo ngại về tính an toàn của chất màu vô cơ và chất màu hữu cơ tổng hợp nên người
tiêu dùng có xu hướng chuyển sang lựa chọn những thực phẩm sử dụng chất màu tự
nhiên hay chất màu tự nhiên bán tổng hợp. Vì vậy, đã mở ra một bước phát triển mạnh
mẽ trong việc nghiên cứu và thương mại hóa các chất màu tự nhiên hay tự nhiên bán
tổng hợp. Tuy vậy, những chất màu tổng hợp đã được chứng nhận an toàn vẫn chiếm
thị phần khá lớn trên thị trường chất màu toàn cầu do giá thành rẻ và bền màu. Tính
đến năm 2000, thị trường chất màu toàn cầu ước tính khoảng 940 triệu USD, trong đó
chất màu tổng hợp chiếm 400 triệu USD (42%), chất màu tự nhiên là 250 triệu USD
(27%), chất màu tự nhiên bán tổng hợp là 189 triệu USD (20%), chất màu caramel
chiếm 100 triệu USD (11%). Theo dự báo, trong tương lai thị trường chất màu tự
nhiên và chất màu tự nhiên bán tổng hợp sẽ tăng trưởng 5 – 10% / năm, còn chất màu
tổng hợp thì thấp hơn (3 – 5% / năm) [6].
Sự thay đổi thị hiếu người tiêu dùng trong việc tìm đến các thực phẩm tự nhiên
hơn cũng đã đặt ra cho các nhà khoa học và các nhà sản xuất nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ hiện đại nhằm cải thiện những nhược điểm của chất màu tự nhiên là kém
tan trong nước, kém bền màu dưới tác dụng của nhiệt độ, acid và ánh sáng.
Việc nghiên cứu phát triển chất màu tự nhiên trong những năm gần đây bao
gồm các xu hướng sau:
Tìm nguồn sắc tố mới: Điều tra, phát hiện và nghiên cứu tách chiết chất màu từ
nguồn nguyên liệu tự nhiên (chủ yếu là từ thực vật). Đây là hướng nghiên cứu được
10
nhiều quan tâm vì chất màu thu được có độ an toàn cao. Theo hướng nghiên cứu này
nhiều chất màu đã được sản xuất và ứng dụng.
Ví dụ: chiết chất màu anthocyan (màu tím) từ vỏ quả nho; chất màu anthocyanin
acetyl hóa (có màu hồng ở pH thấp, màu tím hoa cà – tím đỏ ở pH 5 -6 , màu xanh lam
ở pH 7 – 8) từ cà rốt đen hay bắp cải đỏ (Brassica oleracea); betalain từ củ cải đỏ;
indigotin (màu xanh chàm) từ là cây chàm; annatto (màu đỏ - cam) từ hạt điều nhuộm;
lycopen (màu đỏ) từ cà chua hay màng hạt gấc; lutein ( màu vàng – cam) từ hoa cúc
vạn thọ; phycocyanin (màu xanh lam) từ vi tảo Spirulina…[6], [11].
Hiện nay, một số loài thực vật cho chất màu thực phẩm được trồng và khai thác
với số lượng lớn tại một số nước.
Ví dụ: cây điều nhuộm (Bixa orellana) được trồng nhiều ở Peru, Kenya, Ấn Độ để
thu chất màu annatto xuất khẩu sang Mỹ, Nhật, Đông Âu (10.000 tấn/năm); cây cúc
vạn thọ (Tagetes erecta) được trồng nhiều ở Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Peru để tách
chiết chất màu lutein; cây nghệ vàng (Curcuma longa) được trồng nhiều ở Ấn Độ để
chiết chất màu curcumin…[6], [11], [12].
Bán tổng hợp chất màu từ các hợp chất thu được từ thực vật: Đây là hướng nghiên
cứu có nhiều triển vọng, có thể sản xuất nhiều loại chất màu khác nhau (ví dụ: β-
carotene, β-apo-carotenal…). Tuy nhiên giá thành khá cao và đòi hỏi công nghệ phức
tạp.
Nghiên cứu sản xuất chất màu thực phẩm bằng công nghệ sinh học: Đây là hướng
nghiên cứu đang được triển khai ở các nước có trình độ kỹ thuật cao. Theo hướng này
các kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật, lên men vi sinh vật, ghép gen,... đã được
nghiên cứu ứng dụng để sinh tổng hợp chất màu (anthocyan, carotenoid, betalain,…)
từ các hợp chất hữu cơ có trong môi trường nuôi cấy. Trong đó, phương pháp nuôi cấy
mô thực vật được xem là hiệu quả hơn cả để sản sinh chất màu tự nhiên [20].
Ví dụ: Nuôi cấy mô sần cây Aralina để thu chất màu đỏ tự nhiên; nuôi cấy mô
sần cây Hồng hoa (Carthamus tinctorius) để thu màu đỏ hoa rum; điều chế chất màu
bằng cách cho nấm men Aspergillus phát triển trong môi trường nuôi cấy chứa nguyên
liệu thực vật (đã được nghiền nát và thanh trùng), chất màu thu được do quá trình sinh
tổng hợp bởi Aspergillus sau đó sẽ được chọn lọc và cô đặc [20].
Tuy nhiên, không thể sản xuất liên tục theo phương pháp này vì chất màu được
lưu giữ bên trong các mô chứ không tiết ra môi trường nuôi cấy. Vì vậy, cho đến nay