Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công nghệ phẩm màu thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
#  "


NGUYỄN ĐÌNH ANH


S
S
Ả
Ả
N
N


X
X
U
U
Ấ
Ấ
T
T


V
V
À
À

Ứ
Ứ
N
N
G
G


D
D
Ụ
Ụ
N
N
G
G




C
C
U
U
R
R
C
C

U
U
M
M
I
I
N
N


T
T
R
R
O
O
N
N
G
G


C
C
Ô
Ô
N
N
G
G

N
N
G
G
H
H
Ệ
Ệ


P
P
H
H
Ẩ
Ẩ
M
M


M
M
À
À
U
U

T
T
H
H
Ự
Ự
C
C


P
P
H
H
Ẩ
Ẩ
M
M




Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm đại cương
Mã số: 2.11.01


TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, 2009

Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


Người hướng dẫn khoa học :
1. PGS. TS. Đào Hùng Cường
2. GS. TSKH. Lê Văn Hoàng


Phản biện 1: GS. TSKH. Lưu Duẩn
Phản biện 2: GS. TSKH. Nguyễn Bin
Phản biện 3: PGS. TS. Lê Tự Hải



Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận án cấp
nhà nước họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng 12
năm 2009.



Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Trung tâm Thông tin - Học liệu.
- Thư viện trường Đại học Bách Khoa- Đại học Đà Nẵng
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

1. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh, Phạm Thị Thùy

Phương (2005), “Điều kiện tối ưu để chiết tách curcumin từ củ nghệ
vàng bằng phương pháp chưng ninh”, Tuyển tập Báo cáo khoa học
30 năm xây dựng và phát triển trường Đại học Sư phạm - Đại học
Đà Nẵng 1975-2005, trang 99-103.
2. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2005), “Nghiên cứu
chiết curcumin thô từ củ nghệ vàng bằng dung dị
ch xà phòng”, Tạp
chí Hóa học & Ứng dụng, số 9 (69)/2007, ISSN 0866-7004, trang
42 ÷ 44.
3. Lê Văn Hoàng, Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh,
(2007), “Ảnh hưởng của điều kiện sấy đến hàm lượng curcumin của
củ nghệ vàng”, Tạp chí Hóa học & Ứng dụng, số 7 (67)/2007, ISSN
0866-7004, trang 48 ÷ 49.
4. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2007), “Phẩm màu tự
nhiên và ứng dụng của nó trong thực phẩm”, Tạp chí Khoa học &
Phát triển, số 129/2007, ISSN 1859 – 1438, trang 15 ÷ 18.
5. Đào Hùng Cường, Nguyễn Đình Anh (2008), “Nghiên cứu
ứng dụng curcumin trong phối màu thực phẩm”, Tạp chí Hóa học và
ứng dụng, số 7 (79)/2008, ISSN 9866-7004, trang 40 - 41.


1
M
M
Ở
Ở


Đ
Đ

Ầ
Ầ
U
U


1. Tính cấp thiết của luận án
Ngày nay, phẩm màu thực phẩm vừa tạo màu cho thực phẩm,
tăng cảm giác ngon miệng. Curcumin không chỉ có các chức năng
trên mà còn có nhiều đặc tính quý giá như tạo ra màu “tự nhiên” hơn,
an toàn hơn phẩm màu thực phẩm tổng hợp. Hơn nữa, curcumin còn
có khả năng bảo vệ thực phẩm chống tác nhân ô xy hóa (ôxy, tia tử
ngoại, hóa chất,…) và có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng.
Ở nước ta, curcumin
đã được chiết tách và dùng cho sản xuất
một số dược phẩm. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu về sản xuất và
ứng dụng nó trong công nghiệp thực phẩm. Do vậy, sử dụng củ nghệ
vàng – nguyên liệu sẵn có, dồi dào, giá rẻ – để sản xuất và ứng dụng
curcumin trong công nghệ thực phẩm sẽ đáp ứng nhu cầu phẩm màu
thực phẩm tự nhiên, an toàn và có hiệu quả kinh tế.
2. Mục
đích của đề tài
Mục đích của đề tài là nghiên cứu sản xuất curcumin thô từ củ
nghệ vàng của các tỉnh miền Trung Việt nam nhằm chế tác thành
màu thực phẩm đồng thời nghiên cứu sử dụng curcumin với các gam
màu thích ứng. Từ đó, thay thế dần phẩm màu vàng tatrazine hiện
đang sử dụng phổ biến trong sản suất thực phẩm.
3. Nội dung nghiên cứu
Các nội dung nghiên cứu gồ
m: nghiên cứu về sản xuất bột nghệ

từ củ nghệ vàng; về chiết tách curcumin thô; về tính chất lý-hóa, cấu
trúc, về thành phần curcumin trong sản phẩm chiết; về ứng dụng
curcumin thô trong công nghệ tạo màu thực phẩm.
2

4. Ý nghĩa khoa học
Ý nghĩa khoa học của luận án là: xác định được dạng tồn tại của
curcumin trong củ nghệ; xác định được các điều kiện công nghệ sấy
củ nghệ vàng để bảo toàn hàm lượng curcumin; xác định được các
thông số kỹ thuật để chiết tách curcumin; xác định được cấu trúc,
thành phần curcuminoid có trong sản phẩm chiết từ củ nghệ vàng ở
miền Trung Việt nam; tạo ra
được một số gam màu mới từ curcumin
với các chất màu khác theo mô hình RY’B; khẳng định được
curcumin thô không bị biến đổi cấu trúc do quá trình phối màu, do
tác động của các điều kiện công nghệ sử dụng, chế biến thực phẩm.
5. Ý nghĩa thực tiễn
Ý nghĩa thực tiễn của luận án bao gồm: khẳng định củ nghệ
vàng các tỉnh miền Trung Việt nam có hàm lượng curcumin đạt mức
trung bình so với c
ủ nghệ vàng quốc tế; đề xuất phương pháp đo màu
bằng thiết bị đo màu CIElab để dùng trong chọn lựa nguyên liệu giàu
curcumin; đề xuất 3 quy trình chiết tách curcumin thô có tính khả thi
cao ứng với các điều kiện công nghệ thích hợp; chế tạo và sử dụng
thiết bị để chiết tách curcumin thô bằng dung dịch xà phòng ở qui mô
pilot có tính khả thi cao; tạo ra các gam màu mới và sử dụng chúng
để nhuộm màu cho một số lo
ại thực phẩm.
6. Bố cục của luận án
Luận án gồm có 143 trang (không kể phần phụ lục), gồm: phần

mở đầu (5 trang); nội dung luận án gồm 3 chương: chương 1. Tổng
quan tài liệu (28 trang), chương 2. Nguyên liệu và phương pháp
nghiên cứu: (6 trang), chương 3. Kết quả và thảo luận (78 trang);
phần kết luận (5 trang). Luận án có 17 bảng, 52 hình vẽ, 171 tài liệu
tham khảo tiếng Việt, Tiếng Anh và các trang Web.
3
Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CURCUMIN
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Curcumin được Vogel chiết từ củ nghệ vàng năm 1815 [154].
Cấu trúc của curcumin được Lampe xác định vào năm 1910
[89], Roughley và Whiting công bố vào năm 1973 [120].
Curcumin tan trong dầu mỡ và trong các dung môi hữu cơ. Độ
bền màu của curcumin bị ảnh hưởng bởi ôxy, tia tử ngoại, môi trường
kiềm và các điều kiện công nghệ chiết tách. Theo FAO, curcumin an
toàn, không gây độc cho người sử dụng. Các phương pháp sấy củ
ngh
ệ gồm: sấy bằng năng lượng mặt trời [114], sấy lò (than, củi hay
điện) với nhiệt độ sấy thích hợp là 60
0
C [163]. Các phương pháp
chiết tách curcumin gồm: chiết bằng dung môi hữu có [73],[125],
CO
2
siêu tới hạn [158] và dung dịch xà phòng [138]. Đa số các công
trình đều tập trung nghiên cứu hoạt tính sinh học của curcumin và
nghiên cứu ứng dụng các hoạt tính này để điều trị bệnh ở người.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu cơ bản về curcumin gồm: nghiên cứu thành phần

hóa học của tinh dầu nghệ [13] và về chuyển hóa ar-tumeron [12] của
Phan Tổng Sơn; nghiên cứu về phản ứng acetyl hóa nhóm hydroxyl
của curcumin [2] và phản ứ
ng amin hóa β-diceton của curcumin
[1]của Đào Hùng Cường; nghiên cứu về tinh thể curcumin và tính
chất điện hóa trong nước muối NaCl 1% ở pH 9 [15] của Nguyễn Thị
Thu. Nghiên cứu chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng của Phạm
Đình Tỵ [17] năm 1989, Trần Thị Việt Hoa [5]; từ củ nghệ trắng Cao
Bằng của Lưu Thị Huế [6] năm 2003. Nghiên cứu tạo phức curcumin
với một số kim loại hay với các chấ
t tạo huyền phù của Trần Thanh
4

Lương [9]. Từ các nghiên cứu trong nước về curcumin, chúng tôi
nhận thấy: chưa có công trình nào nghiên cứu về sản xuất và ứng
dụng curcumin trong công nghệ thực phẩm.
1.2. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CURCUMIN
1.2.1. Cấu trúc của curcumin
1.2.1.1. Cấu trúc của curcumin
Curcumin là diferuloylmethane [94], trong phân tử có chứa các
liên kết đôi C=C, C=O, nhóm chức phenol, −OH và −OCH
3
[72]. Các
chất màu vàng trong củ nghệ gồm curcumin I, II và III [72] có cấu
trúc giống nhau. Tỷ lệ curcuminI/II/III trong củ nghệ thay đổi theo
giống nghệ, dung môi chiết tách [110],[86],[65],[121],[30].
1.2.1.2. Các dẫn xuất và chất đồng dạng với curcumin
Dẫn xuất tự nhiên của curcumin trong củ nghệ vàng có tên
chung là curcuminoid như cyclocurcumin, calebin A [135],[136].
1.2.2. Thành phần hóa học của củ nghệ

Bột nghệ khô có cacbon hydrat (62,86 %), protein (7,14 %), lipit
(10 %), các chất khác (19 %) [162], vitamin (C, E, K, B6), khoáng
chất (K, Mg, Ca, Na, Zn, ), trên 80 hoạt chất sinh học [169].
1.2.3. Tính chất của curcumin
1.2.3.1.
Tính chất vật lý
Curcumin ở dạng bột, màu cam-vàng, nóng chảy ở 176 ÷ 177
0
C,
rất bền màu ở trạng thái khô hoặc trong dung dịch có pH ≤ 7 [55].
Trong dung dịch, curcumin tạo màu vàng ở pH < 7,5 và màu đỏ ở pH
≥ 7,5. Dùng để nhuộm màu thực phẩm, curcumin tạo ra màu vàng
đẹp với nhiều gam màu rất khác nhau [165].
1.2.3.2. Tính chất hóa lý
Curcumin tan trong dung môi hữu cơ; tan không hoàn toàn trong
dầu mỡ động, thực vật; ít tan trong dung dịch ở pH ≤ 7, tan ở pH
5
kiềm nhưng dễ bị phân huỷ bởi kiềm [146]. Curcumin tan trong nước
khi phối trộn với chất phân tán [55] hay với chất hoạt động bề mặt
[71], [143].
1.2.3.3. Hoạt tính sinh học
Củ nghệ, bột nghệ và sản phẩm chiết từ củ nghệ có nhiều hoạt
tính sinh học khác nhau như kháng vi sinh vật, chống oxy hóa, điều
trị một số bệnh như HIV, ung thư, [33], [102], [101], [8].
1.2.4. Độc tính và liề
u sử dụng
Curcumin an toàn cho con người và động vật.
1.2.4.1. Độc tính sinh sản
1.2.4.2. Tác động lên sức khỏe người bệnh
1.2.4.3. Liều lượng curcumin sử dụng trong thực phẩm

Theo FAO, lượng sử dụng curcumin trong thực phẩm cho phép
từ 5÷500 mg/kg thể trọng [55].
1.3. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH CURCUMIN
1.3.1. Sản xuất nghệ khô
Sản xuất nghệ khô nhằm giảm khối lượng nguyên liệu và tạo
thuận lợ
i cho chiết tách curcumin về sau. Nghệ củ được sấy bằng lò
sấy (dùng năng lượng mặt trời, than, điện) [159]. Các tác nhân chính
làm suy giảm curcumin trong quá trình sấy bao gồm: ánh sáng, chất
ôxy hóa [36], nhiệt độ [163].
1.3.2. Sản xuất curcumin
Curcumin thô (≤ 90%), curcumin tinh (> 90%) thường được
chiết từ bột nghệ vàng bằng các dung môi hữu cơ khác nhau
[58],[50],[52] và hiệu chiết curcumin cũng thay đổi theo loại dung
môi sử dụng và phương pháp chiết: 1,1% [34] hay 1,5÷2% [125].
Dầu thực vật [107] hoặ
c dung dịch xà phòng [128] đã được dùng để
chiết curcumin thô và sản phẩm dùng làm phẩm màu thực phẩm.
6

1.3.3. Nguyên liệu sản xuất curcumin
Trong 9 loài thực vật, trong đó curcumin có nhiều nhất ở củ
nghệ vàng (Curcuma longa L.) từ 3 ÷ 8%.
1.4. ỨNG DỤNG CURCUMIN TRONG Y HỌC, THỰC PHẨM
VÀ MỸ PHẨM
1.4.1. Ứng dụng curcumin trong y học
1.4.2. Ứng dụng trong thực phẩm
1.4.2.1. Bảo vệ thực phẩm
Hoạt tính chống oxy hóa của curcumin cao gấp 8 lần so với
vitamine E [119] và mạnh hơn các chất chống ôxy hóa tổng hợ

p [93].
1.4.2.2. Sản xuất thực phẩm chức năng
1.4.2.3. Nhuộm màu thực phẩm
Rất nhiều loại thực phẩm được nhuộm màu bằng curcumin như
thực phẩm ăn kiêng, dầu mỡ và nhũ tương dầu mỡ; kem, sản phẩm từ
rau quả, bánh kẹo, bánh mì; thịt, cá, trứng và sản phẩm từ thịt, cá,
trứng; gia vị, súp, nước sốt, đồ uống, đồ
ăn tráng miệng [55].
1.4.3. Ứng dụng trong mỹ phẩm
Tóm lại:
Đã có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước về curcumin, đa số
là các nghiên cứu ứng dụng curcumin trong y học, do đó còn thiếu
các nghiên cứu về sản xuất, ứng dụng curcumin trong công nghệ thực
phẩm. Vì thấy, luận án “Sản xuất và ứng dụng curcumin trong công
nghệ phẩm màu thực phẩm” sẽ có ý nghĩa trên cả phương diện học
thuật (khoa họ
c) lẫn thực tiễn.
7
Chương 2: NGUYÊN LIỆU
VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LIỆU
2.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
2.2.1. Hóa chất
2.2.2. Thiết bị dùng trong nghiên cứu
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp hóa lý
2.3.1.1. Phương pháp đo cường độ màu sắc
2.3.1.2. Phương pháp xác định độ bền màu
2.3.1.3. Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ UV-vis
2.3.1.4. Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ IR

2.3.1.5. Phương pháp định danh curcumin dựa trên phổ LC/MS
2.3.2. Phương pháp hóa học
2.3.2.1.
Xác định lượng curcumin thô trong sản phẩm chiết bằng
phương pháp trọng lượng
2.3.2.2. Phương pháp định lượng curcumin bằng HPLC
2.3.2.3. Phương pháp xác định khả năng kháng ôxy hóa
2.3.3. Phương pháp sinh học
2.3.3.1. Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật
2.3.3.2. Phương pháp thử nghiệm độc tính cấp (LC
50
)
2.3.4. Phương pháp toán học
2.3.4.1. Phương pháp phân tích tương quan
2.3.4.2. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
8

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT NGHỆ Ở MỘT SỐ TỈNH
MIỀN TRUNG VIỆT NAM
3.1.1. Nghiên cứu củ nghệ vàng
3.1.1.1. Xác định hàm lượng curcumin trong củ nghệ vàng ở một
số tỉnh miền Trung Việt Nam
Củ nghệ ở một số tỉnh miền Trung nước ta có hàm lượng
curcumin ở mức trung bình (2,8 ÷ 3,12%) so với nghệ vàng ở Ấn độ
[57], Pakistan [78] (2,8 ÷ 9,3%). Củ nghệ Đắc lắ
c có nhiều curcumin
nhất (3,12%), củ nghệ Huế có ít curcumin nhất (2,65%).
3.1.1.2. Phân bổ curcumin trong củ nghệ vàng Đà Nẵng
Trong củ nghệ, curcumin ở lõi củ (3,22%), củ cái (2,82%), củ

nguyên (2,78%), củ nhánh (2,22%), vỏ củ (1,9%). Do đó, nên dùng
lõi củ, củ cái là nguyên liệu để nâng cao hiệu quả thu nhận curcumin.
3.1.1.3. Nghiên cứu dạng tồn tại của curcumin trong củ nghệ
Sử dụng kính hiển vi điện tử hiệu Bino (Bỉ) có gắn camera
Moticam 480, Nh
ật bản cho thấy lát nghệ tươi có màu vàng sáng,xem
lẫn túi tinh dầu nghệ; ở độ phóng đại 800 lần có các hạt tinh bột trong
tế bào củ nghệ (hình 3.1) .

Hình 3.1. Ảnh chụp lát cắt củ nghệ tươi dưới kính hiển vi
Túi tinh
dầu
Tinh bột
nghệ
9
Màu vàng của lát cắt nghệ tươi là do curcumin hòa tan trong
dịch tế bào, màu đỏ-nâu của túi tinh dầu là do curcumin hòa tan trong
tinh dầu nghệ tạo ra. Như vậy, curcumin hòa tan chủ tyếu trong tinh
dầu nghệ nên cần chọn dung môi phù hợp để chiết curcumin và sau
đó giải hấp curcumin được thuận lợi.

3.1.1.4. Quan hệ giữa màu vàng và hàm lượng curcumin trong củ
nghệ
Hàm lượng curcumin có quan hệ với cường độ màu vàng đo
bằng máy đo màu CIElab: tỷ lệ nghịch với độ sáng màu (l), tỷ lệ
thuận với màu đỏ (+a) và vàng (+b). Do đó, có thể sử dụng máy đo
màu CIElab để tuyển chọn nguyên liệu giàu curcumin.
3.1.2. Nghiên cứu một số thông số công nghệ quan trọng trong
quá trình sản xuất bộ
t nghệ làm nguyên liệu sản xuất curcumin

Mục tiêu của nghiên cứu thông số công nghệ sấy là nhằm tìm ra
các giá trị thích hợp để hạn chế tổn thất curcumin trong quá trình sấy.
3.1.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày lát nghệ đến sự thay
đổi hàm lượng curcumin
Cắt lát nghệ để sấy sẽ giảm thời gian sấy [65],[36]. Nghiên cứu
ảnh hưởng của chiều dày lát nghệ khi sấy ở 60
0
C, độ ẩm sau sấy là
10%, chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin đạt cực đại (2,9%)
khi chiều dày lát nghệ là 6mm. Sấy lát nghệ 6 mm đạt hiệu quả cao
hơn so với sấy cả củ cái (2,82%) ở cùng nhiệt độ (mục 3.1.1.2).
3.1.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy
Theo Martins [99], nhiệt độ sấy càng cao thì lượng curcumin bị
phân hủy càng tăng. Khi sấy tủ điện ở nhiệt độ từ 40-80
0
C (chiều dày
lát nghệ 6 mm), chúng tôi nhận thấy hàm lượng curcumin đạt cực đại
(2,92%) tại nhiệt độ 60
0
C. Kết quả này phù hợp với công bố của
FAO về nhiệt độ thích hợp sấy củ nghệ bằng lò sấy.
10

3.1.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp sấy đến sự thay
đổi hàm lượng curcumin trong củ nghệ
Nghiên cứu sấy bằng 3 phương pháp sấy khác nhau trong cùng
điều kiện sấy (nhiệt độ ≈ 40
0
C, chiều dày lát nghệ 6 mm), chúng tôi
nhận thấy hàm lượng curcumin của bột nghệ sấy bằng hồng ngoại đạt

3,04%, cao hơn khi sấy tủ điện (2,75%) và sấy mặt trời (2,17%). Mặt
khác, thời gian sấy hồng ngoại/tủ điện/sấy mặt trời là 8/60/73 giờ/mẻ.
Vậy, sấy bằng hồng ngoại đạt hiệu quả bảo tồn curcumin.
3.1.2.4. Tối ưu hóa sấy h
ồng ngoại
Gọi y là hàm mục tiêu, ta có: y = f (Z
1
, Z
2
), Z
1
là nhiệt độ sấy
(
0
C), Z
2
là chiều dày lát nghệ (mm). Tiến hành quy hoạch thực
nghiệm TĐY 2
2
với khoảng biến thiên Z
1
(55÷65
0
C), Z
2
(5÷7mm),
chúng tôi thu được phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm là:
y = 2,13 + 0,01Z
1
+ 0,03Z

2
. Do các hệ số b
ij
>0 nên y → max khi Z
1

và Z
2
→ max nên hàm lượng curcumin đạt cao nhất khi nhiệt độ sấy
(Z
1
) và chiều dày lát nghệ (Z
2
) ở mức cao nhất trong khoảng biến
thiên của chúng: y
tối ưu
= 3,25% ứng với Z
1
tối ưu
= 65
0
C, Z
2
tối ưu
= 7
mm. Kiểm chứng Z
1
tốiưu
, Z
2

tốiưu
bằng thực nghiệm, chúng tôi thu được
hàm lượng curucmin thô (3,23%) phù hợp với kết quả quy hoạch.
Từ kết quả này, chúng tôi đề xuất quy trình sấy nghệ bột bằng
hồng ngoại với các thông số tối ưu đã tìm được để ứng dụng cho sản
xuất bột nghệ dùng làm nguyên liệu sản xuất curcumin .
3.2. NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CURCUMIN THÔ
Để sử dụng chất màu vàng từ củ nghệ vàng, không nhấ
t thiết hải
chiết tách ra curcumin tinh khiết >90% vì hiệu suất thấp, phải dùng
dung môi hữu cơ và giá thành cao. Do đó, vấn đề đặt ra là chiết
curcumin thô với hiệu xuất cao và loại bỏ mùi vị hăng đặc trưng của
củ nghệ vàng để có thể sử dụng làm phẩm màu thực phẩm.
11
3.2.1. Nghiên cứu chiết curcumin thô bằng ethyl acetate/aceton
3.2.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ ethyl acetate/aceton đến
lượng curcumin thu nhận được
Chọn các tỷ lệ ethyl acetate/aceton là 7/1; 6/1; 5/1; 4/1; 3/1; 2/1;
1/1 để chiết curcumin trong 11 giờ, kết quả cho thấy hàm lượng
curcumin thô đạt cực đại (2,85%) ở tỷ lệ 5/1.
3.2.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết
Chọn tỷ lệ acetate/aceton là 5/1, tiến hành chiết curcumin trong
thời gian 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12 giờ, kết qu
ả cho thấy: hàm
lượng curcumin đạt cao nhất (2,98%) sau 11 giờ chiết.
Từ kết quả nghiên cứu chiết curcumin bằng ethyl acetate/aceton,
chúng tôi nhận thấy hiệu suất chiết curcumin thô đạt 2,98% khi sử
dụng ethyl acetate/aceton tỷ lệ 5/1 và chiết trong 11 giờ.
3.2.1.3. Đề xuất quy trình chiết curcumin thô bằng ethyl
acetate/aceton

Quy trình chiết curcumin (CurDM) bằng acetate/aceton:
Nghệ bột → Chiết ethyl acetate/aceton (60
0
C) → lọc → cất quay (thu
hồi dung môi) → loại tạp chất (diethyl ether) → sấy → CurDM
3.2.2. Nghiên cứu chiết curcumin thô bằng dầu lạc thô
Dầu lạc có thể dùng để chiết curcumin thô từ bột nghệ vàng bằng
phương pháp chưng ninh. Sản phẩm dầu lạc có chứa curcumin có thể
dùng nhuộm màu cho một số loại thực phẩm hoặc tiếp tục chiết tách
để thu nhận curcumin thô.
3.2.2.1.
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dầu lạc/nước đến hiệu
suất thu nhận curcumin
Dựa trên khảo sát sơ bộ, chúng tôi chọn tỷ lệ dầu lạc/nước ở các
mức là 0,25/1; 0,75/1; 1,25/1; 1,75/1 và 2,25/1 để chiết curcumin ở
12

60
0
C trong 12 giờ, chúng nhận thấy: hàm lượng curcumin tăng theo
tỷ lệ dầu lạc/nước từ 0,25/1 ÷ 1,75/1, đạt cực trị tại tỷ lệ 1,75/1.
3.2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian chưng ninh đến hiệu
suất thu nhận curcumin bằng dung môi dầu lực/nước
Tiến hành chiết curcumin bằng dầu lạc/nước tỷ lệ 1,75/1 với thời
gian thay đổi trong khoảng từ 2; 4; 6; 8; 9; 10; 11; 12 giờ, kết quả cho
th
ấy hàm lượng curcumin đạt tối đa (3,03%) sau 11 giờ chiết.
3.2.2.3. Đề xuất quy trình chiết curcumin bằng dung môi dầu
lạc/nước
Từ kết quả nghiên cứu, chúng tôi đề xuất quy trình chiết

curcumin thô bằng dầu lạc/nước như sau:
Bột nghệ → Chiết (60
0
C) → Lọc → Hòa tan (KOH 5%) → Lọc →
Kết tủa (HCl 5%) → sấy (60
0
C) → CurDL.
3.2.3. Nghiên cứu chiết curcumin bằng dung dịch xà phòng
Do có hoạt tính hoạt động bề mặt cao nên dung dịch xà phòng có
khả năng hấp thụ rất mạnh đối với nhiều chất hữu cơ, vì thế sử dụng
dung dịch xà phòng sẽ tăng được hiệu quả hấp thu curcumin từ bột
nghệ vàng. Sau đó, giải hấp curcumin ra khỏi dung dịch xà phòng
bằng acid để thu nhận curcumin thô (CurXP).
3.2.3.1. Ảnh h
ưởng của nồng độ kiềm đến hiệu suất thu nhận
curcumin thô
Dùng dung dịch xà phòng (điều chế từ dầu lạc và KOH có nồng
độ từ 20 ÷ 50%) để chiết curcumin từ bột nghệ trong thời gian 5 phút,
kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thô đạt cực đại (34,52%) tại độ
kiềm 40%.
13
3.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hiệu suất
thu nhận curcumin
Dùng dung dịch xà phòng (điều chế từ dầu lạc và KOH 40%) để
chiết curcumin thô từ bột nghệ vàng ở 30, 40, 50, 60, 70, 80 và 90
0
C.
Kết quả cho thấy hàm lượng curcumin thu được tỷ lệ thuận theo nhiệt
độ chiết và đạt cực đại (34,59%) tại 90
0

C.
3.2.3.3. Tối ưu hóa chiết curcumin bằng dung dịch xà phòng
Gọi y là hàm mục tiêu, ta có: y = f (Z
1
, Z
2
), trong đó Z
1
là nhiệt
độ chiết (
0
C), Z
2
là độ kiềm (%). Tiến hành quy hoạch thực nghiệm
toàn phần TĐY2
2
với khoảng biến thiên của Z
1
(85÷95
0
C), Z
2

(35÷45%), chúng tôi thu được phương trình hồi quy tương thích với
thực nghiệm: -36,74 + 0,541Z
1
+ 0,588Z
2
. Do b
0

<0 và b
1
, b
2
> 0 nên
y → max khi Z
1
và Z
2
→ max: hàm lượng curcumin thô đạt tối ưu
(y=38,15%) khi Z
1
= 95
0
C và Z
2
= 45%. Kiểm chứng Z
1
tốiưu
, Z
1
tốiưu


bằng thực nghiệm, chúng tôi thu được hàm lượng curucmin thô
(38,03%) phù hợp với kết quả tối ưu.
3.2.3.4. Nghiên cứu chiết curcumin bằng thiết bị tự tạo
Đã chế tạo được bộ phận chiết và trung hòa:

Hình 3.19. Bộ phận chiết Hình 3.20. Bộ phận trung hòa

14

3.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ THÀNH PHẦN
CURCUMIN TRONG SẢN PHẨM CHIẾT
3.3.1. Nghiên cứu một số tính chất của sản phẩm chiết
3.3.1.1. Nghiên cứu một số tính chất lý-hóa của sản phẩm
curcumin thô
Tính tan của curcumin thô thu được ở phần nghiên cứu trên được
thử nghiệm tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất
lượng 2, Đà nẵng, kết quả cho thấy: tất cả 3 loại curcumin thô
đều
không tan trong các dung dịch đệm có pH = 3; 7; 9, do đó không phù
hợp khi dùng để tạo màu cho thực phẩm không chứa chất béo.
Khả năng tạo màu của curcumin thô trong dung môi hữu cơ, dung
dịch đệm (ở các pH khác nhau) cho thấy: ở pH =3 và 7, curcumin thô
có màu từ vàng → vàng nhạt; ở pH =9, curcumin thô có màu vàng
cam. Như vậy, curcumin thô thu được có thể tạo màu vàng đặc trưng
trong dung môi hữu cơ và dung dịch.
3.3.1.2. Nghiên cứu tính chất sinh học sản phẩm chiết
Curcumin thô không có hoạt tính chống ôxy hóa, không kháng
một s
ố vi sinh vật kiểm định.
3.3.1.3. Nghiên cứu độc tính tế bào và độc tính cấp của curcumin
thô
Không gây độc tế bào dòng Hep-2, RD và LU. Không xác định
được liều gây chết LD
50
khi thử nghiệm trên chuột với liều dùng
curcumin thô từ 1 ÷ 3g/kg thể trọng trong 2 tháng.
3.3.2. Nghiên cứu cấu trúc và thành phần curcumin trong sản

phẩm chiết
3.3.2.1. Nghiên cứu cấu trúc của curcumin trong sản phẩm chiết
Đo phổ hồng ngoại các mẫu CurDM, CurXP và curPA (đối
chứng) bọc trong viên nén K
2
BrO
4
ở λ= 450 ÷ 4000 cm
-1
, chúng tôi
15
nhận thấy : CurDM và CurXP đều có chứa nhóm phenyl, hydroxyl,
nhóm xeton (–C=O), (–C=C–), (–C–O–C–) như curPA.
3.3.2.2. Nghiên cứu thành phần curcumin trong sản phẩm chiết
Thành phần các chất màu curcuminoid có trong sản phẩm chiết
được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng ghép khối phổ
(LC/MS). Từ CurDM, CurXP chúng tôi xác định được thành phần
curcuminoid như sau:

Thành phần curcuminoid Công thức CurDM CurXP
Calebin A C
21
H
20
O
7
+ +
Cyclocurcumin C
21
H

20
O
6
+ +
DMC C
20
H
18
O
5
+ +
BDMC C
19
H
16
O
4
+ +
1,10-Bisabaladiene-1,4-diol C
15
H
26
O
2
+
1,2-Dimethyl-4-(6-methyl-4-
heptenyl)-1,3-cyclohexandiene
C
16
H

26
+
1,3,10-Bisabaladiene-9-one C
15
H
22
O +
1,3,5,10Bisabaladiene-9-one C
15
H
20
O +
4-(4-Methylphenyl)-2-
pentanone
C
12
H
16
O
+ +
3.4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CURCUMIN THÔ TRONG
CÔNG NGHỆ TẠO MÀU THỰC PHẨM
3.4.1. Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng
Sơ đồ nghiên cứu ứng dụng CurXP như sau:
16


Ứng dụng CurXP trong thực phẩm không chứa chất béo là mục
tiêu chính của luận án này, do đó chúng tôi tiếp tục nghiên cứu sử
dụng curXP để tạo ra thêm các gam màu mới để đa dạng màu cho

thực phẩm. Đồng thời, nghiên cứu sản xuất gôm màu tan trong nước
để sử dụng cho thực phẩm không chất béo.
3.4.2. Nghiên cứu tạo màu mới theo mô hình RYB
3.4.2.1. Nghiên cứu phối màu theo mô hình RYB hoặc RY’B
Chúng tôi tạo ra 16 gam màu mới từ mô hình RYB, RY’B (hình
3.25), trong đ
ó công thức màu RYB 50:050 có nghĩa là đỏ (R) chiếm
50%, vàng (Y) 0% và lam (B) chiếm 50% tổng khối lượng chất màu.
Sự khác biệt về màu của các màu phối cùng công thức theo
RYB với RY’B là do thay thế màu vàng tatrazine bằng CurXP.
17

R
Y’
B
Y
RYB
33:33:33
RYB
50:0:50
RYB
75:0:25
RYB
50:50:0
RYB
75:25:0
RYB
25:75:0
RYB
0:50:50

RYB
0:75:25
RY’B
33:33:33
RY’B
50:0:50
RY’B
75:0:25
RY’B
50:50:0
RY’B
75:25:0
RY’B
25:75:0
RY’B
0:50:50
RY’B
0:25:75
RYB
25:50:25
RYB
25:25:50
RYB
50:25:25
RYB
42:42:16
RYB
42:16:42
RYB
25:0:75

RYB
0:75:25
RYB
16:42:42
RY’B
25:25:50
RY’B
25:50:25
RY’B
50:25:25
RY’B
16:42:42
RY’B
42:16:42
RY’B
42:42:16
RY’B
25:0:75
RY’B
0:75:25
Hình 3.25. Các màu gốc, màu phối theo mô hình RYB, RY’B
3.4.2.2. Nghiên cứu cường độ màu của các cặp màu phối
Kết quả so sánh cường độ màu (lab) của màu phối RYB với
RY’B cho thấy do Y được thay bằng CurXP nên giá trị l và a của
màu phối RY’B cao hơn so với RYB.

3.4.2.3. Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc chất màu sau phối hợp
Kết quả nghiên cứu so sánh của màu gốc và các màu phối theo cả
hai mô hình RYB và RY’B cho thấy, bước sóng cực đại đặc trưng
18

cho phân tử chất màu vàng, đỏ, lam và CurXP không thay đổi: không
biến đổi cấu trúc chất màu khi phối trộn theo mô hình RY’B, RYB.
3.4.3. Nghiên cứu khả năng hòa tan của curcumin trong nước
3.4.3.1. Nghiên cứu sản xuất gôm màu curcumin
Bổ sung CurXP và các màu phối RY’B vào gôm màu, chúng tôi
thu được gôm màu curcumin thô với khối lượng 580 g/mẻ. Gôm có
dạng đặc, dẻo, không dính, có màu đặc trưng theo chất màu sử dụng.
3.4.3.2. Nghiên cứu độ bền màu của gôm màu CurXP
* Ảnh hưởng của pH
Dùng gồm màu ở trên để tạo màu cho dung dịch có pH = 3; 5; 7
và 9, đo phổ UV-vis để xác định độ bền màu. Kết quả cho thấy: độ
bền màu giảm xuống 90 ÷ 95% sau 3 ngày thử.
* Ảnh hưởng của của chiếu sáng
Khi chiếu sáng các dung dịch được tạo màu bằng gôm màu đã
nêu ở treen, chúng tôi nhận thấy sau 20 ngày trong bóng tối độ bền
màu còn lại từ 93,6 ÷ 99,1%, khi chiếu sáng độ bền màu chỉ còn từ
82 ÷ 94 % so với ban đầu (100%).
* Ảnh hưởng của nhiệt độ
Giữ nhiệt độ của dung dịch gôm màu ở 25
0
C và 90
0
C trong 120
phút, kết quả cho thấy độ bền màu của các mẫu xử lý ở 90
0
C giảm từ
0,5 ÷ 3% so với mẫu ở 25
0
C.

* Ảnh hưởng của thời gian
Bảo quản các dung dịch gồm màu trong phòng có chiếu sáng tự
nhiên (không chiếu sáng trực tiếp) trong thời gian 20 ngày, kết quả
cho thấy độ bền màu của gôm màu CurXP giảm rất ít: từ 4 ÷ 5%.
3.4.4. Nghiên cứu tạo màu cho một số sản phẩm từ gôm màu
curcumin
Một số mẫu bánh, kẹo và nước ngọt nhuộm bằng gôm màu:
19


20
K
K
Ế
Ế
T
T


L
L
U
U
Ậ
Ậ
N
N


A. KẾT LUẬN

Công trình nghiên cứu “Sản xuất và ứng dụng curcumin trong
công nghệ phẩm màu thực phẩm” đã thu nhận được những kết quả
khoa học sau đây:
1) Xác định được mối quan hệ giữa sắc màu vàng nghệ với hàm
lượng curcumin trong củ nghệ ở các tỉnh Miền Trung và Tây nguyên
bằng phương pháp đo màu và định lượng nhanh curcumin. Màu vàng
càng đậm thì hàm lượng curcumin càng nhiều.
2) Đề xuất đượ
c quy trình sấy lát nghệ bằng bức xạ hồng ngoại
có tính khả thi cao nhằm bảo toàn curcumin trong quá trình sấy với
các thông số công nghệ cơ bản như sau:
– Chiều dày lớp vật liệu sấy: 1,5 cm
– Khoảng cách từ đèn hồng ngoại đến bề mặt lớp vật liệu sấy:
20 cm
– Chiều dày lát nghệ sấy: 7 mm
– Nhiệt đô sấy tối ưu: 65
0
C
– Thời gian sấy: 7 giờ
– Hàm ẩm của bột nghệ sau sấy: 8,9 %
3) Đề xuất được 3 quy trình công nghệ chiết tách curcumin có
tính khả thi cao với các chỉ số kỹ thuật cơ bản như sau:
– Tỷ lệ giữa ethyl acetate/aceton = 5/1 cho hiệu suất thu nhận
curucmin là cao nhất (2,85%) ở nhiệt độ 60
0
C trong thời gian 11 giờ.
– Tỷ lệ dầu lạc/nước = 1,75/1 cho hiệu suất thu nhận curcumin
thô là cao nhất (3,03%) trong thời gian 11 giờ ở 60
0
C.

– Dung dịch xà phòng được sản xuất từ dầu lạc thô và KOH
40% dùng để chiết tách curcumin ở nhiệt độ 90
0
C cho hiệu suất thu
21
nhận curcumin là 34,52%. Vì vậy, hiệu quả chiết tách curcumin thô
từ cao xuống thấp theo dung môi chiêt tách: dung dịch xà phòng >
dầu lạc/nước > ethyl acetate/aceton.
4) Thiết kế thành công 2 bộ phận chiết và trung hòa của thiết bị
chiết CurXP, chế tạo và sử dụng trong nghiên cứu của luận án. Thông
số cơ bản của thiết bị:
– Nhiệt độ chiết tách: 90
0
C
– Nồng độ kiềm: 45%
– Hiệu suất thu nhận curcumin: 38,59%
5) Xác định được thành phần curcuminoid và hàm lượng
curcumin trong các mẫu bột nghệ bằng các phương pháp quang phổ
(sắc ký lỏng cao áp HPLC, sắc ký lỏng ghép khối phổ LC/MS, IR và
UV-vis). Thành phần curcuminoid trong curcumin thô như sau:
– CurDM:
+ Calebin A:C
21
H
20
O
7
, m/z = 384,120906
+ Cyclocurcumin: C
21

H
20
O
6
, m/z = 369,12599
+ DMC: C
20
H
18
O
5
, m/z = 338,115425
+ BDMC: C
19
H
16
O
4
, m/z = 308,10486
+ 4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone: C
12
H
16
O, 176,120112
– CurXP:
+ Cyclocurcumin: C
21
H
20
O

6
, 369,12599
+ DMC: C
20
H
18
O
5
, m/z = 338,115425
+ BDMC: C
19
H
16
O
4
, m/z = 308,10486
+ 1,10-Bisabaladiene-1,4-diol:C
15
H
26
O
2
, m/z = 238,19328
+ 1,2-Dimethyl-4-(6-methyl-4-heptenyl)-1,3-cyclohexandiene:
C
16
H
26
, m/z = 218,20345
+ 1,3,10-Bisabaladiene-9-one:C

15
H
22
O, m/z = 218,157065
+ 1,3,5,10Bisabaladiene-9-one:C
15
H
20
O, m/z = 216,151415
22

+
4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone C
12
H
16
O, m/z = 176,120112
6) Curcumin thô (CurDM, CurDL và CurXP) không có hoạt
tính chống oxy hóa trên hệ đệm DPPH; không có hoạt tính kháng vi
sinh vật; không có độc tính đối với tế bào dòng Hep-2, RD và
LU;không xác định được liều gây chế 50% số dộng vật thử nghiệm
(LC50) ở mức liều lượng curcumin thô sử dụng từ 1,0 ÷3,0 g/kg thể
trọng.
7) Sử dụng chất màu CurXP để tạo các gam màu mới theo mô
hình màu RY’B nhằm tạo ra các gam màu mới phù hợp cho việc ứng
dụng vào công nghệ thực phẩ
m.
8) Sản xuất được gôm màu CurXP để sử dụng cho thực phẩm
không chứa chất béo.
9) Ứng dụng chất màu CurXP để nhuộm màu cho nước ngọt

không ga, bánh, kẹo.
B. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
1) Phát hiện mối quan hệ giữa cường độ màu vàng với hàm
lượng curcumin trong nguyên liệu. Màu củ nghệ càng đỏ-cam, hàm
lượng curcumin càng cao.
2) Định danh được 5 thành phần curcuminoid trong chất màu
CurDM và 8 thành phần curcuminoid trong chất màu CurXP, c
ủa củ
nghệ vàng Việt nam cụ thể:
+ Chất màu CurDM:
a) Calebin A, C
21
H
20
O
7
, m/z = 384,120906
b) Cyclocurcumin, C
21
H
20
O
6
, m/z = 369,12599
c) Demethoxycurcumin, C
20
H
18
O
5

, m/z = 338,115425
d) Bisdemethoxycurcumin, C
19
H
16
O
4
, m/z = 308,10486
e) 4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone, C
12
H
16
O, m/z =176,120112.
+ Chất màu CurXP:
23
a) Cyclocurcumin, C
21
H
20
O
6
, m/z = 369,12599
b) Demethoxycurcumin, C
20
H
18
O
5
, m/z = 338,115425
c) Bisdemethoxycurcumin, C

19
H
16
O
4
, m/z = 308,10486
d) 1,10-Bisabaladiene-1,4-diol, C
15
H
26
O
2
, m/z = 238,19328
e) 1,2-Dimethyl-4-(6-methyl-4-heptenyl)-1,3-
cyclohexandiene, C
16
H
26
, m/z = 218,20345
f) 1,3,10-Bisabaladiene-9-one, C
15
H
22
O, m/z = 218,157065
g) 1,3,5,10-Bisabaladiene-9-one, C
15
H
20
O,m/z = 216,151415
h) 4-(4-Methylphenyl)-2-pentanone, C

12
H
16
O, m/z= 176,120112.
3) Thiết lập được quy trình công nghệ thích hợp có tính khả thi
cao để thu nhận chất màu curcumin từ củ nghệ vàng ở các tỉnh Miền
Trung và Tây nguyên, trong đó:
− Lần đầu tiên nghiên cứu thành công quy trình chiết tách
curcumin bằng dung môi thực phẩm.
− Nghiên cứu ứng dụng thành công quy trình công nghệ
chiết tách curcumin bằng dung dịch xà phòng hóa ở Việt Nam.
4) Ứng dụng thành công chất màu curcumin thu được từ
nguyên liệu trong nước trong công nghệ phẩm màu thực phẩm: tạo
màu mới và nhuộm màu cho một số thực phẩm: bánh dẻo, kẹo gum
và nước ngọt.
C. KIẾN NGHỊ
1) Nghiên cứu khả năng hòa tan của curcumin cũng như ảnh
hưởng của các yếu tố pH trong nướ
c một cách toàn diện hơn.
2) Nghiên cứu phương pháp tinh chế curcumin thô đạt hiệu quả
cao
3) Nghiên cứu một số tính chất đặc trưng về độ bền màu của
curcumin khi chế biến nhiệt.
24

4) Tiếp tục nghiên cứu thêm về độ dày lát cắt ảnh hưởng đến
hiệu suất chiết tách, từ đó đưa ra được thông số tổn thất curcumin
trong quá trình sấy nghệ cả củ và thông số thực nghiệm để nâng cao
giá trị thực tiễn của nghiên cứu.
5) Nghiên cứu so sánh hiệu quả sử dụng dung môi diethyl ete để

rửa tách tinh dầu nghệ trong quá trình chiết tách curcumin so với
phương pháp tách tinh dầu b
ằng chưng cất lôi cuốn hơi nước.