So sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu này được thực hiện để so sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin trong vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm bằng phương pháp thực nghiệm. Ở cả hai phương pháp này, thời gian (10-110 giây đối với vi sóng; 5-25 phút đối với siêu âm) và mức năng lượng (200W; 400W; 600W đối với vi sóng; 20%, 25%, 30% đối với siêu âm) được khảo sát.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: So sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm

Kỷ yếu hội thảo khoa học – Phân ban công nghệ thực phẩm SO SÁNH HIỆU QUẢ TRÍCH LY CHẤT MÀU BETACYANIN TỪ VỎ QUẢ THANH LONG BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNG VÀ SIÊU ÂM Mạc Xuân Hòa1, Trần Thị Cúc Phương1, Nguyễn Lâm Nhu1, Nguyễn Thị Hồng Hạnh1 1 Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm Tp Hồ Chí Minh Email: hanhnguyen300995@gmail.com Ngày nhận bài: 15/6/2017; Ngày chấp nhận đăng: 2/7/2017 TÓM TẮT Nghiên cứu này được thực hiện để so sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin trong vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm bằng phương pháp thực nghiệm. Ở cả hai phương pháp này, thời gian (10-110 giây đối với vi sóng; 5-25 phút đối với siêu âm) và mức năng lượng (200W; 400W; 600W đối với vi sóng; 20%, 25%, 30% đối với siêu âm) được khảo sát. Trong phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng, hiệu quả trích ly betacyanin cao nhất (0,456 ± 0,004mg/100g) được xác định ở thời gian 30 giây và mức năng lượng 600W. Đối với trích ly có hỗ trợ siêu âm, điều kiện trích ly betacyanin tốt nhất (0,409 ± 0,003mg/100g) là 10 phút với mức năng lượng 25% (187,5W). Kết quả của nghiên cứu cho thấy trích ly có hỗ trợ vi sóng đã làm giảm đến 95% thời gian trích ly so với siêu âm. Từ khóa: betacyanin, trích ly có hỗ trợ siêu âm, trích ly có hỗ trợ vi sóng, vỏ thanh long 1. GIỚI THIỆU Thanh long là loại trái thuộc họ Cactacae, bộ Caryophyllales ([1], [2]). Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng trái thanh long chín chứa nhiều chất rắn hòa tan, các acid hữu cơ, protein và các chất khoáng khác như: K, Mg, Ca…[3]. Ngoài các thành phần kể trên, vỏ thanh long còn chứa nhiều betacyanin, là một chất màu tự nhiên và việc thu nhận betacyanin từ vỏ quả thanh long ngày càng được quan tâm nghiên cứu [4]. Betacyanin đóng vai trò tạo màu đỏ-tím cho các loại hoa quả. Chúng có tác dụng thay thế các chất màu nhân tạo, tạo màu sắc đa dạng cho các loại thực phẩm cũng như đóng vai trò là một chất chống oxy hóa. Ngoài ra, theo một số nghiên cứu trước đây, betacyanin có nhiều trong củ dền, thanh long ruột đỏ và cả vỏ quả thanh long (theo Sri Priatni và Aulia Pradita (2015)) ([2], [3]). Chất màu đóng vai trò quan trọng đối với mức độ chấp nhận của khách hàng. Trên thị trường hiện nay, việc sử dụng các chất màu nhân tạo ngày càng giảm mạnh do bản chất độc hại của nó (Chandrasekara và cộng sự 2012) [5]. Vì vậy, ngày nay, người tiêu dùng ngày càng quan tâm hơn đến các sản phẩm có nguồn gốc thiên nhiên. Đây là các sản phẩm đã được khoa học chứng minh là an toàn hơn đối với sức khỏe người tiêu dùng. Với các lý do nêu trên, xu hướng 190
Mạc Xuân Hòa, Trần Thị Cúc Phương, Nguyễn Lâm Nhu, Nguyễn Thị Hồng Hạnh thay thế các chất màu nhân tạo thành các chất màu tự nhiên đã được các nhà sản xuất hướng đến mặc dù giá thành của chúng có đắt hơn [2]. Để thu nhận chất màu tự nhiên từ thực vật, phương pháp trích ly bằng dung môi được sử dụng. Ngoài ra, để nâng cao hiệu quả quá trình trích ly, người ta còn sử dụng một số phương pháp khác để hỗ trợ cho quá trình như phương pháp vi sóng, phương pháp siêu âm;… Phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng giúp nâng cao hiệu quả trích ly so với phương pháp trích ly truyền thống vì vi sóng tác động đến phân tử bên trong môi trường trích ly, làm chúng quay cực và dịch trích sẽ từ từ nóng lên, đồng thời áp suất bên trong của phần tử chất rắn cũng sẽ tăng lên. Phương pháp này đã được một số tác giả sử dụng để trích ly hợp chất phenolic ở một số loại cây trồng (Beejmohun và cộng sự 2007; Proestos và Komanitis 2008) ([6], [7]). Gallo và cộng sự (2010) đã chiết xuất hợp chất phenolic từ 4 loài có tên: Cinnamomum zeylanicum, Coriandrumsativum, Cuminumcyminum và Crocus sativus. Họ đã chứng minh được rằng phương pháp này làm giảm thời gian trích ly đáng kể [8]. Theo một nghiên cứu khác của Tsubaki và cộng sự (2010) cũng chỉ ra điều tương tự với nguyên liệu là bã trà xanh, bã trà o-long và bã trà đen ([4], [9]). Phương pháp trích ly bằng siêu âm dùng năng lượng của sóng siêu âm hỗ trợ phá vỡ tế bào để tăng hiệu quả trích ly. Năng lượng siêu âm làm tăng dao động ở bề mặt, điều này có thể làm ảnh hưởng đến lớp ranh giới khuếch tán và tạo ra sự co dãn ở bề mặt vật liệu và từ đó ảnh hưởng đến quá trình truyền khối. Nhiều tác giả đã cho rằng, phương pháp siêu âm là một trong những phương pháp đầy triển vọng của quá trình trích ly [10]. Trên thực tế, đã có nhiều nhà nghiên cứu áp dụng phương pháp này cho việc trích ly các hợp chất phenolic trên các vật liệu khác nhau: hạt nho, lá olive ([4], [11], [12]). Cho tới nay chưa có nghiên cứu nào được thực hiện để so sánh hiệu quả hỗ trợ trích ly betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng hai phương pháp trên. Vì vậy, nghiên cứu này được tiến hành nhằm khảo sát ảnh hưởng của các thông số đầu vào và so sánh hiệu quả thu hồi betacyanincủa hai phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng và trích ly có hỗ trợ siêu âm. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Vật liệu Trong nghiên cứu này, nguyên liệudùng để trích ly betacyanin là vỏ thanh long ruột trắng (Hylocereus undatus) chín hoàn toàn, vỏ không bị sâu hay dập nát, mùi tự nhiên không bị ung thối và có khối lượng trung bình 500g/quả. Thanh long có xuất xứ tỉnh Long An. Thanh long mua về được rửa dưới vòi nước để loại bỏ bớt đất cát và tách vỏ quả. Vỏ quả thanh long được cắt nhỏ bằng dao, xay khô đồng đều bằng máy xay Philips, Indonesia, công suất tối đa 600W. Mẫu được cân 2,00 ± 0,01g cho vào bao ni-lon (tổng cộng 200 mẫu). Tất cả mẫu này sẽ được dùng xuyên suốt quá trình nghiên cứu để đảm bảo tính đồng nhất của nguyên liệu. Trong thời gian thực hiện, mẫu được bảo quản lạnh ở nhiệt độ khoảng 4oC, để ở nhiệt độ thường 1 giờ trước khi thí nghiệm. 2.2. Phương pháp Mẫu sau khi rã đông sẽ được đổ ra một cốc sạch 100ml và bổ sung chính xác 38,00 ± 0,01g nước cất đã chuẩn bị như trên. Bao nylon chứa mẫu sẽ được tráng lại nhiều lần với lượng nước cất này. Lúc này, mẫu sẽ được đem trích ly bằng 2 phương pháp hỗ trợ: vi sóng và siêu âm. 191
So sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm 2.2.1. Trích ly betacyanin bằng phương phápcó hỗ trợ vi sóng Thiết bị vi sóng được sử dụng trong nghiên cứu là lò vi sóng SHARP, Nhật Bản, công suất tối đa 800W. Mẫu sau khi cho nước cất vào (tỷ lệ 1:19g/ml [13]) sẽ được cho vào lò vi sóng ngay, trích ly ở 7 mốc thời gian (0, 10, 30, 50, 70, 90, 110 giây) với ba mức công suất là 200W, 400W, 600W (Bảng 1). Mẫu sau khi trích ly sẽ được làm nguội bằng nước đá, định mức đến 50ml trong bình định mức và đem lọc ngay (sử dụng giấy lọc Whatman số 4) vào bình tam giác 250ml. Hiệu quả của quá trình trích ly sẽ được xác định thông qua hàm lượng betacyanin có trong dịch lọc. Ngoài ra, nhiệt độ cuối của mẫu cũng được ghi nhận ở mỗi mẻ trích ly bằng nhiệt kế thủy tinh 0-100oC. Ở mỗi điều kiện trích ly, mẫu đối chứng được tiến hành song song với mẫu có vi sóng. Mẫu đối chứng là mẫu không được vi sóng. Bảng 1. Hàm lượng betacyanin (mg/100g) ở các điều kiện xử lý vi sóng khác nhau Thời gian xử lý (giây) Mức năng lượng (W) 0 10 30 50 70 90 110 0,294 0,314 0,361 0,388 0,445 0,318 0,271 200 (0,007) (0,003) (0,007) (0,002) (0,007) (0,006) (0,019) 0,294 0,348 0,387 0,456 0,287 0,255 400 0 (0,007) (0,001) (0,004) (0,010) (0,007) (0,007) 0,286 0,373 0,456 0,356 600 0 0 0 (0,001) (0,001) (0,003) (0,005) Giá trị hàm lượng betacyanin (mg/100g) được trình bày dưới dạng trung bình (độ lệch chuẩn). Các giá trị bằng 0 được đo ở các mẫu có betacyanin bị phân hủy hoàn toàn bởi nhiệt độ cao. 2.2.2. Trích ly betacyanin bằng phương pháp có hỗ trợ siêu âm Thiết bị siêu âm được sử dụng trong nghiên cứu là máy siêu âm Sonics, tần số 20 kHz, công suất cực đại 750W. Mẫu sau khi cho nước cất vào (tỷ lệ 1:19g/ml [13]) sẽ được cho ngay vào máy siêu âm, trích ly ở 6 mốc thời gian (0, 5, 10, 15, 20, 25 phút) với ba mức công suất là 20%, 25%, 30%, tương ứng là 150W, 187,5W, 225W (Bảng 2). Mẫu sau khi trích ly sẽ được làm nguội bằng nước đá, định mức đến 50ml trong bình định mức và đem lọc ngay (sử dụng giấy lọc Whatman số 4) vào bình tam giác 250ml. Hiệu quả của quá trình trích ly sẽ được xác định thông qua hàm lượng betacyanin có trong dịch lọc. Ngoài ra, nhiệt độ cuối của mẫu cũng được ghi nhận ở mỗi mẻ trích ly bằng nhiệt kế thủy tinh 0-100oC. Ở mỗi điều kiện trích ly, mẫu đối chứng được tiến hành song song với mẫu có siêu âm. Mẫu đối chứng là mẫu không được siêu âm. 192
Mạc Xuân Hòa, Trần Thị Cúc Phương, Nguyễn Lâm Nhu, Nguyễn Thị Hồng Hạnh Bảng 2. Hàm lượng betacyanin (mg/100g) ở các điều kiện xử lý siêu âm khác nhau Thời gian xử lý (phút) Mức năng lượng (%) 0 5 10 15 20 25 0,289 0,305 0,328 0,350 0,378 0,302 20 (0,003) (0,003) (0,002) (0,003) (0,012) (0,004) 0,289 0,327 0,409 0,304 0,293 0,280 25 (0,002) (0,004) (0,006) (0,003) (0,002) (0,001) 0,287 0,388 0,275 0,262 0,249 0,237 30 (0,003) (0,005) (0,003) (0,001) (0,002) (0,003) Giá trị hàm lượng betacyanin (mg/100g) được trình bày dưới dạng trung bình (độ lệch chuẩn). 2.2.3. Phương pháp phân tích hàm lượng betacyanin trong dịch trích ly sau lọc Dịch lọc trong bình tam giác sẽ được đem cân 2g cho vào bình định mức 10ml. Độ hấp thu được xác định ở bước sóng 538nm bằng máy quang phổ PhotoLab 6100-VIS (thanh bước sóng: 320 -1100nm) để xác định hàm lượng betacyanin, từ đó xác định hiệu quả quá trình trích ly. Hàm lượng betacyanin (mg/100g) sẽ được tính thông qua [2]: 𝐴.𝑉.𝐹.𝑀.100 Betacyanin (mg/100g) = 𝜀.𝐿.𝑊 Trong đó: A: Độ hấp thu V: Thể tích bình định mức (10ml) F: Hệ số pha loãng M: Phân tử lượng của betacyanin (550g/mol) 𝜀 = 60000l/mol.cm L: Chiều dày cuvet (1cm) W: Khối lượng (g) 2.2.4. Phương pháp xử lý thống kê Số liệu được xử lý bằng phần mềm JMP 10.0. Phương pháp phân tích phương sai 2 chiều (ANOVA, α= 0,05) được thực hiện để xác định có sự khác biệt hay không giữa các điều kiện trích ly bằng vi sóng và siêu âm đến hàm lượng betacyanin. Để tìm ra sự khác biệt có nghĩa giữa mức năng lượng và thời gian trích ly, ANOVA 2 biến được sử dụng với p ≤ 0,05. 193
So sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Ảnh hưởng của vi sóng lên hiệu quả trích ly betacyanin từ vỏ quả thanh long Kết quả thí nghiệm này nhằm để nghiên cứu ảnh hưởng của công suất và thời gian vi sóng lên hiệu quả trích ly betacyanin từ vỏ quả thanh long. Bảng 3. Kết quả phân tích phương sai 2 nhân tố về ảnh hưởng của công suất (W) và thời gian (giây) lên hàm lượng betacyanin thu được đối với phương pháp vi sóng Nguồn DF Tổng bình phương F p Công suất (W) 2 0,18353438 2319,026
Mạc Xuân Hòa, Trần Thị Cúc Phương, Nguyễn Lâm Nhu, Nguyễn Thị Hồng Hạnh Hình 1. Hàm lượng betacyanin biến đổi theo thời gian ở các mức công suất vi sóng Sự thay đổi hàm lượng betacyanin là do quá trình trích ly đạt hiệu quả trong khoảng thời gian nhất định. Khi đó hiệu quả trích ly tăng đến cực đại, nếu thời gian vi sóng vượt qua khoảng thời gian đó thì hàm lượng betacyanin giảm do nhiệt độ tăng đến 90oC, đây là nhiệt độ theo nghiên cứu trước đó của Lim S. D. và cộng sự (2011) [14] là có khả năng phân hủy mạnh betacyanin. Hình 2. Sự thay đổi nhiệt độ đo được theo thời gian ở các mức công suất vi sóng Công suất càng cao thì nhiệt độ tăng càng nhanh, nhiệt độ biến đổi mạnh đồng thời hàm lượng betacyanin cũng biến đổi mạnh theo nhiệt độ. Nhiệt độ tăng theo thời gian vi sóng đến điểm sôi (93oC) thì dịch sôi trào ra ngoài nên không thể thí nghiệm ở thời gian quá điểm sôi, tại nhiệt độ sôi betacyanin bị phân hủy mạnh nên giá trị betacyanin ở các mốc thời gian sau sôi xem như bằng 0 mg/100g. Bằng phần mềm JMP 10.0, điều kiện tối ưu của phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng được xác định là: thời gian 30 giây, ở mức công suất cao (600W). Khi đó hàm lượng betacyanin đạt cao nhất bằng 0,456 ± 0,004mg /100g. Như vậy phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng cho hiệu quả cao hơn gấp 1,6 lần hàm lượng betacyanin trong mẫu đối chứng (0,290 ± 0,006 mg/100g). 195
So sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm 3.2. Ảnh hưởng của siêu âm lên hiệu quả trích ly Betacyanin từ vỏ quả thanh long Kết quả thí nghiệm này nhằm để nghiên cứu ảnh hưởng của công suất và thời gian siêu âm lên hiệu quả trích ly betacyanin từ vỏ quả thanh long. Bảng 5. Kết quả phân tích phương sai 2 nhân tố về ảnh hưởng của công suất (W) và thời gian (phút) lên hàm lượng betacyanin thu được đối với phương pháp siêu âm Nguồn DF Tổng bình F p phương Công suất (W) 2 0,01810604 532,5305
Mạc Xuân Hòa, Trần Thị Cúc Phương, Nguyễn Lâm Nhu, Nguyễn Thị Hồng Hạnh Hình 3. Hàm lượng betacyanin (mg/100g) biến đổi theo thời gian ở các mức công suất siêu âm Sự thay đổi hàm lượng betacyanin là do quá trình trích ly đạt hiệu quả trong khoảng thời gian nhất định. Khi đó hiệu quả trích ly tăng đến cực đại, nếu thời gian vi sóng vượt qua khoảng thời gian đó thì hàm lượng betacyanin giảm do nhiệt độ cao (nhiệt độ trung bình trên 50oC, thời gian kéo dài, siêu âm hòa tan nhiều oxy) dẫn tới sụt giảm hàm lượng betacyanin [10], [14] Hình 4. Sự thay đổi nhiệt độ đo được theo thời gian ở các mức công suất siêu âm Công suất càng cao thì nhiệt độ tăng càng nhanh, nhiệt độ biến đổi làm hàm lượng betacyanin cũng biến đổi theo. Bằng phần mềm JMP 10.0, điều kiện tối ưu của phương pháp trích ly có hỗ trợ vi sóng được xác định là: thời gian 10 phút, ở mức công suất trung bình (25%, 187,5W). Khi đó hàm lượng betacyanin đạt cao nhất bằng 0,409±0,003 mg/100g. Như vậy phương pháp trích ly có hỗ trợ siêu âm cho hiệu quả cao hơn gấp 1,4 lần hàm lượng betacyanin trong mẫu đối chứng (0,290 ± 0,006 mg/100g). 3.3. So sánh hiệu quả trích ly giữa vi sóng với siêu âm Hiệu quả trích ly betacyanin ở điều kiện tối ưu của hai phương pháp được so sánh. Kết quả phân tích thống kê số liệu thực nghiệm ở Bảng 7 cho thấy có sự khác biệt nghĩa về hiệu quả trích ly giữa hai phương pháp (p = 0,0001< 0,05). 197
So sánh hiệu quả trích ly chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long bằng phương pháp vi sóng và siêu âm Bảng 7. Kết quả phân tích phương sai về khác nhau có nghĩa giữa hai hàm lượng betacyanin cao nhất thu được giữa hai phương pháp vi sóng và siêu âm Nguồn DF Tổng bình phương F p Phương pháp 1 0.00340817 288.0141
Mạc Xuân Hòa, Trần Thị Cúc Phương, Nguyễn Lâm Nhu, Nguyễn Thị Hồng Hạnh 5. Chandrasekara A.; Naczk M.; Shahidi F. - Effect of processing on the antioxidant activity of millet grains (2012). 6. Beejmohun V.; Fliniaux O.; Grand E.; Lamblin F.; Bensaddek L.; Christen P.; Kovensky J.; Fliniaux MA.; Mesnard F. - Microwave-assisted extraction of main phenolic compounds in flaxseed (2007). 7. Proestos C.; Komaitis M. - Application of microwave-assisted extraction to the fast extraction of plant phenolic compounds (2008). 8. Gallo M.; Ferracane R.; Graziani G.; Ritieni A.; Fogliano V. -Microwave assisted extraction of phenolic compounds from four different spices (2010). 9. Tsubaki S.; Sakamoto M.; Azuma J. - Microwave-assisted extraction of phenolic compounds from tea residues under autohydrolytic conditions(2010). 10. Esclapez M. D.; Garcí-Pe1rez J. V.; Mulet A.; Ca1reel J. A. - Ultrasound-Assisted Extraction of Natural Products (2011). 11. Ghafoor K.; Choi Y.H.; Jeon J.Y.; Jo I.H. - Optimization of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds, antioxidants, and anthocyanins from grape (Vitis vinifera) seeds (2009). 12. Japon-Lujan R.; Luque-Rodriguez J.M.; Luque de Castro M.D. -Dynamic ultrasound- assisted extraction of oleuropein and related biophenols from olive leaves (2006). 13. María Jesús Cejudo-Bastante; Nelson Hurtado; Angélica Delgado; Francisco J. Heredia - Impact of pH and temperature on the colour and betalain content of Colombian yellow pitaya peel (Selenicereus megalanthus) (2016). 14. Lim S.D.; Jusof Y.A.; Chin N. L.; Talib R. A.; Endan J. and Aziz M. G. - Effect of extraction parameters on the yield of betacyanins from pitaya fruit (Hylocereus polyrhizus) pulps (2011). ABSTRACT COMPARISON OF MICROWAVE AND ULTRASOUND-ASSISTED EXTRACTION FOR LEACHING BETACYANIN FROM DRAGON FRUIT PEELS Mac Xuan Hoa, Tran Thi Cuc Phuong, Nguyen Lam Nhu, Nguyen Thi Hong Hanh* Food Technology Faculty, Ho Chi Minh City University of Food Industry * Email: hanhnguyen300995@gmail.com Extraction of betacyanin from dragon fruit peels by microwave and ultrasound was studied by experimental method. In both microwave and ultrasound-assisted extractions, effects of extraction time (10-110 sec for microwave; 5-25 min for ultrasound) and different powers (200W, 400W, 600W for microwave; 20%, 25%, 30% for ultrasound) were investigated. In microwave-assisted extraction, the highest betacyanin (0.456mg/100g) was obtained in 30 sec and 600W power. For ultrasound-assisted extraction, the condition which acquired the highest betacyanin (0.409mg/100g) was 10 min and 25% power. Microwave reduced extraction time by 95% and betacyanin obtained in this method was higher (0.456mg/100g) compaired with 0.409mg/100g). Key words: microwave, ultrasound, betacyanin, dragon fruit peels 199