KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRÍCH LY VÀ ĐỘ BỀN MÀU ANTHOCYANIN TỪ ĐÀI HOA BỤP GIẤM HIBISCUS SABDARIFFA L. Sinh viên thực hiện : LÝ HOÀNG VŨ Ngành : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC Niên khoá : 20052009 THÁNG 8

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRÍCH LY VÀ ĐỘ BỀN MÀU
ANTHOCYANIN TỪ ĐÀI HOA BỤP GIẤM
HIBISCUS SABDARIFFA L.

Sinh viên thực hiện : LÝ HOÀNG VŨ
Ngành : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
Niên khoá : 2005-2009

THÁNG 8 - 2009

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRÍCH LY VÀ ĐỘ BỀN MÀU
ANTHOCYANIN TỪ ĐÀI HOA BỤP GIẤM
HIBISCUS SABDARIFFA L.

Tác giả

LÝ HOÀNG VŨ

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành

Công Nghệ Hoá Học

Giáo viên hướng dẫn
TS. LÊ THỊ HỒNG NHAN

THÁNG 8 - 2009

i


LỜI CẢM ƠN
Không gì có thể diễn tả được lòng biết ơn của con đối với Ba Mẹ. Con xin cảm

ơn Ba Mẹ và gia đình đã chăm sóc, dạy dỗ con, động viên, khuyến khích, hỗ trợ con,
cho con có được kết quả như ngày hôm nay.
Tôi xin chân thành cảm ơn Cô Lê Thị Hồng Nhan cùng toàn thể quý thầy cô
trong bộ môn Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM đã tận tình,
hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn Chị Vũ Thị Thanh Tâm đã nhiệt tình chỉ dẫn, truyền
đạt những kinh nghiệm quý báu, giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận
văn tốt nghiệp.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn cùng thực hiện luận văn tại
Phòng thí nghiệm Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, cùng các
sinh viên lớp DH05HH, trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ trợ tôi hoàn thành

tốt luận văn.

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Với mục đích xây dựng quy trình trích ly anthocyanin hoàn chỉnh từ đài hoa
bụp giấm Hibiscus Sabdariffa L. trong dung môi nước, ứng dụng để sản xuất phẩm
màu thực phẩm và hạn chế tác động đến môi trường, công trình nghiên cứu đã đạt
được các kết quả sau:
Các điều kiện thích hợp để trích ly bột màu anthocyanin ở quy mô phòng thí
nghiệm: trích với tỉ lệ dung môi / nguyên liệu là 8/1 (ml/g) tại 60oC trong thời gian 30

phút và hiệu suất thu cao khoảng 42%, hàm lượng anthocyanin trong cao khoảng
16mg/g hay 1.6%.
Qua các khảo sát thực hiện trên thiết bị pilot Comlex – 01, kết quả thích hợp
cho quá trình trích ly anthocynin từ đài hoa bụp giấm khô là:
• Nguyên liệu xay nhỏ
• Tỉ lệ scale-up từ 1:50 đến 1:200
• Tỉ lệ thể tích dung môi trên khối lượng nguyên liệu là 9/1 ở nhiệt độ
60oC trong thời gian 30 phút.
Độ bền màu của sản phẩm được khảo sát ở dạng bột màu khô và trong dung
dịch ở những điều kiện bảo quản khác nhau (pH, nhiệt độ, ánh sáng, thời gian). Trong
đề tài này, hoạt chất anthocyanin và màu sắc sản phẩm được nghiên cứu với ba thông
số đáp ứng là phương pháp pH vi sai, phương pháp xác định chỉ số polymer và nâu hoá

và phương pháp đo màu theo hệ CIE.
Bột màu sản phẩm thể hiện khả năng kháng oxy hoá tốt với chỉ số IC50 trong
phương pháp DPPH là 272.09µg/ml và 305.48µg/ml ở phương pháp MDA.
Bột màu sản phẩm đạt tiêu chuẩn vi sinh và hoá lý theo quyết định số
46/2007/QĐ/BYT của Bộ y tế.

iii


ABSTRACT
In this project, investigations of extracting anthocyanin colorant from calyces of
roselle, Hibiscus Sabdariffa L. using water as green solvent were carried out. The

obtain results were:
1.

For lab-scale process, blended calyces was extracted with water at 60oC,

the liquid/solid ratio of 8/1 (ml/g) for 30 mins and filtrate can be used as anthocyanin
colorant powder, filtrate was condensed to dry powder by rotary evaporator in yield of
42.6%.
2.

For pilot-scale with Complex-01, the extract condition was similar to the

lab-scale. In the Complex-01 system, extracting color from blended calyces could be
used in the scale-up ratio of 1:50 to 1:200 and was better than that from un-blended
materials.
3.

Stability of the powder colorant was investigated in different storing

conditions (radiation, time) and additional stabilizer or not. Investigations were
evaluated by three ways: total concentration of anthocyanin by pH differential method,
indices for polymerized color and browning and appearance color by CIE system.
4.

The powder product satisfied all Vietnamese standards for food colorant

with anthocyanin concentration of 2.6%.
5.

Antioxidant characteristics of the product is so hight when compared to

Vitamin C and Trolox.

iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ ...iii
ABSTRACT ................................................................................................................... iv
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH SÁCH HÌNH.................................................................................................. viii
DANH SÁCH BẢNG....................................................................................................xi
DANH SÁCH PHỤ LỤC ........................................................................................... xii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU...............................................................................................1
1.1

Đặt vấn đề..........................................................................................................1

1.2

Mục đích của đề tài...........................................................................................2

1.3

Nội dung của đề tài ...........................................................................................2

1.4

Yêu cầu ..............................................................................................................2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN.......................................................................................3
2.1

Nguyên liệu........................................................................................................3

2.1.1 Giới thiệu về hoa bụp giấm.............................................................................3
2.1.1.1

Phân loại, mô tả ............................................................................................. 3

2.1.1.2

Phân bố........................................................................................................... 3

2.1.1.3

Thành phần hóa học ....................................................................................... 4

2.1.2 Hợp chất anthocyanin trong bụp giấm............................................................5
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin................................8
2.1.3.1

Cấu trúc phân tử............................................................................................. 8

2.1.3.2

pH ................................................................................................................... 9

2.1.3.3

Nhiệt độ ........................................................................................................ 11

2.1.3.4

Ánh sáng ....................................................................................................... 12

2.1.3.5

Oxy và hydroperoxide................................................................................... 12

2.1.3.6

Enzyme.......................................................................................................... 13

2.1.3.7

Đường và các sản phẩm biến tính của chúng ............................................... 13

2.1.3.8

Các ion kim loại............................................................................................ 14

2.1.3.9

Sulphur dioxide (SO2)................................................................................... 15

2.1.3.10 Quá trình copigment hoá.............................................................................. 16
v

2.2

Tác dụng sinh học của bụp giấm và hợp chất anthocyanin........................16

2.2.1 Tác dụng dược lý của bụp giấm....................................................................16
2.2.2 Hoạt tính chống oxy hoá của hợp chất anthocyanin.....................................17
2.2.2.1

Quá trình oxy hoá và nguyên nhân gây bệnh do mất cân bằng oxy hoá...... 17

2.2.2.2

Tính chống oxy hoá của hợp chất anthocyanin............................................ 18

2.2.3 Ứng dụng của bụp giấm và hợp chất anthocyanin........................................18
2.2.4 Sử dụng chất màu anthocyanin trong các sản phẩm thực phẩm...................20
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................................................22
3.1

Nội dung nghiên cứu.......................................................................................22

3.2

Phương pháp thực nghiệm.............................................................................23

3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu ....................................................................................23
3.2.2 Xử lý nguyên liệu..........................................................................................23
3.2.3 Xác định hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai....................24
3.2.3.1

Nguyên tắc .................................................................................................... 24

3.2.3.2

Hoá chất ....................................................................................................... 24

3.2.3.3

Xác định hàm lượng anthocyanin................................................................. 25

3.2.4 Theo dõi chất lượng màu theo phương pháp polyanthocyanin ....................26
3.2.4.1

Nguyên tắc .................................................................................................... 26

3.2.4.2

Hoá chất ....................................................................................................... 26

3.2.4.3

Xác định sự biến đổi anthocyanin ................................................................ 26

3.2.5 Phương pháp đo màu theo hệ CIE ................................................................27
3.2.5.1

Nguyên tắc .................................................................................................... 27

3.2.5.2

Không gian màu ........................................................................................... 27

3.2.5.3

Xác định màu sắc của sản phẩm .................................................................. 30

3.2.6 Quy trình nghiên cứu ....................................................................................31
3.2.6.1

Hệ thống trích ly........................................................................................... 31

3.2.6.2

Khảo sát điều kiện trích ly cao rắn anthocyanin.......................................... 32

3.2.7 Khảo sát điều kiện trích ly anthocyanin ở quy mô pilot...............................34
3.2.8 Khảo sát độ bền màu của cao rắn anthocyanin.............................................36
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & BÀN LUẬN .....................................38
4.1

Xác định độ ẩm của nguyên liệu ...................................................................38

4.2

Xác định phổ hấp thu cực đại........................................................................38
vi


4.3

Khảo sát điều kiện trích ly cao rắn anthocyanin.........................................39

4.3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ trích ly ..........................................................................39
4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly ...................................................................40
4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian trích ly ..................................................................41

4.3.4 Nhận xét ........................................................................................................43
4.3.5 Kết luận.........................................................................................................44
4.4

Khảo sát điều kiện trích ly trên quy mô pilot ..............................................45

4.4.1 Khảo sát tỉ lệ khai triển .................................................................................45
4.4.2 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu........................................................49
4.4.3 Kết luận.........................................................................................................52
4.5

Khảo sát độ bền của cao anthocyanin ở dạng rắn.......................................53

4.5.1 Khảo sát độ bền của cao anthocyanin theo tổng hàm lượng anthocyanin....53
4.5.2 Khảo sát độ bền của cao anthocyanin theo chỉ số polymer và nâu hoá chất
màu .......................................................................................................................56
4.5.3 Ảnh hưởng của chất ổn định lên sự thay đổi màu sắc của cao anthocyanin 59
4.5.4 Nhận xét ........................................................................................................62
4.6

Kết luận ...........................................................................................................62

4.7

Kiểm tra chất lượng bột màu sản phẩm.......................................................64

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................67
5.1

Kết luận ...........................................................................................................67

5.2

Kiến nghị .........................................................................................................68

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................70

PHỤ LỤC .....................................................................................................................76

vii


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Bụp giấm (Hibiscus Sabdariffa Linn.) ...........................................................3
Hình 2.2: Đài bụp giấm phơi khô ...................................................................................4
Hình 2.3: Cấu trúc tổng quát của chất màu anthocyanin................................................7
Hình 2.4: Delphinidin và cyanidin .................................................................................7
Hình 2.5: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên......................................8
Hình 2.6: Phổ UV-VIS của anthocyanin trong môi trường pH 1.0 và pH 4.5 .............10

Hình 2.7: Cấu trúc chuyển hóa của anthocynin (cyanindin-3-O-glucoside) ở môi
trường pH khác nhau .....................................................................................................11
Hình 2.8: Cơ chế oxy hoá gián tiếp anthocyanin .........................................................12
Hình 2.9: Sự chuyển hoá malvin thành malvone trong điều kiện có H2O2 .................13
Hình 2.10: Phản ứng ngưng tụ của cyanidin và furfural ............................................14
Hình 2.11: Phản ứng của anthocyanin như là chất khử cực cathode trong đồ hộp thiếc
.......................................................................................................................................15
Hình 2.12: Ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ SO2 lên phổ hấp thu của malvidin -3glucoside........................................................................................................................15
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu về anhthocyanin ...............................................22
Hình 3.2: Cấu trúc chuyển hóa giữa dạng flavylium cation (A) và hemiketal (B). R=H
hay nhóm glycoside.......................................................................................................24
Hình 3.3: Phản ứng giữa anthocyanin và bisulfite .......................................................26

Hình 3.4: Không gian màu CEI Lab và CEI LCh ........................................................28
Hình 3.5: Không gian màu CEILab..............................................................................28
Hình 3.6: Không gian màu CEILCh.............................................................................29
Hình 3.7: Giá để cuvet sử dụng khi đo màu trên máy so màu Minolta........................30
Hình 3.8: Hệ thống trích ly anthocyanin ......................................................................31
Hình 3.9: Quy trình khảo sát điều kiện trích ly cao anthocyanin .................................32
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống pilot Complex-01 sử dụng cho quá
trình trích ly. ..................................................................................................................34
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống pilot Complex-01 sử dụng cho quá
trình cô đặc chân không.................................................................................................35

viii

Hình 3.12: Hình ảnh hệ thống pilot Complex-01 tại phòng thí nghiệm Hữu cơ, khoa
KT Hóa học, ĐH Bách Khoa TPHCM..........................................................................35
Hình 3.13: Hình ảnh lồng chứa nguyên liệu cho quá trình trích trong hệ thống pilot
Complex-01. ..................................................................................................................36
Hình 3.14: Quy trình thí nghiệm khảo sát độ bền của anthocyanin ở dạng khô ..........37
Hình 4.1: Phổ hấp thu của anthocyanin từ đài hoa bụp giấm......................................38
Hình 4.2: Hàm lượng anthocyanin trong cao khô tuyệt đối theo tỉ lệ trích ly..............39
Hình 4.3: Hàm lượng anthocyanin trong cao khô tuyệt đối theo nhiệt độ trích ly.......40
Hình 4.4: Hàm lượng anthocyanin trong cao khô tuyệt đối theo thời gian trích ly .....42
Hình 4.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển trên pilot Complex-01 đối với hàm lượng

anthocyanin trong cao rắn theo thời gian ......................................................................46
Hình 4.6: Ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển trên pilot Complex-01 đối với hiệu suất thu
cao rắn anthocyanin theo thời gian................................................................................46
Hình 4.7: Ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển trên pilot Complex-01 đối với hiệu suất thu
cao rắn và hàm lượng anthocyanin với tỉ lệ trích 8/1 (ml/g), tại nhiệt độ 60 oC trong
thời gian 30 phút............................................................................................................47
Hình 4.8: Hình ảnh mô tả hướng dòng chảy của dung dịch trích trong hệ thống pilot
Complex-01. ..................................................................................................................48
Hình 4.9: Đài hoa bụp giấm khi được xay nhuyễn và để nguyên. ...............................50
Hình 4.10: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu trên pilot Complex-01 đối với hiệu
suất thu cao rắn và hàm lượng anthocyanin với tỉ lệ khai triển 1:100, tại nhiệt độ 60 oC
theo thời gian .................................................................................................................50

Hình 4.11: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu trên pilot Complex-01 đối với hiệu
suất thu cao rắn và hàm lượng anthocyanin với tỉ lệ khai triển 1:100, tại nhiệt độ 60 oC
trong thời gian 30 phút. .................................................................................................51
Hình 4.12: Độ bền của cao anthocyanin (có và không có chất ổn định), hàm lượng
anthocyanin biến đổi theo thời gian. .............................................................................53
Hình 4.13: Độ bền của cao anthocyanin của mẫu trắng và D20 theo thời gian ...........54
Hình 4.14: Độ bền của cao anthocyanin sau 6, 10, 25 ngày tồn trữ không ánh sáng...55
Hình 4.15: Độ bền của cao anthocyanin (có và không có chất ổn định) theo thời gian
với biến đổi chỉ số polymer và nâu hóa.........................................................................56
ix

Hình 4.16: Độ bền của cao anthocyanin của mẫu trắng và D30 theo thời gian với biến
đổi chỉ số polymer và nâu hóa.......................................................................................57
Hình 4.17: Độ bền của cao anthocyanin sau 6, 10, 25 ngày tồn trữ không ánh sáng với
biến đổi chỉ số polymer và nâu hóa ...............................................................................58
Hình 4.18: Độ bền của cao anthocyanin (có hay không có chất ổn định) theo thời gian
với biến đổi các thông số màu sắc.................................................................................59
Hình 4.19: Độ bền của cao anthocyanin (có hay không có chất ổn định) theo thời gian
với biến đổi độ sai lệch màu sắc....................................................................................60
Hình 4.20: Ảnh hưởng của chất ổn định lên màu sắc của cao anthocyanin tại thời điểm
ban đầu...........................................................................................................................61
Hình 4.21: Ảnh hưởng của chất ổn định lên màu sắc của cao anthocyanin sau 25 ngày
bảo quản.........................................................................................................................61

x


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Cấu trúc của 6 anthocyanidin phổ biến trong tự nhiên ..................................7
Bảng 2.2: Màu sắc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên......................................8
Bảng 4.1: Độ ẩm của nguyên liệu.................................................................................38
Bảng 4.2: Hàm lượng anthocyanin trong cao rắn theo tỉ lệ trích ly .............................39
Bảng 4.3: Hàm lượng anthocyanin trong cao rắn theo nhiệt độ trích ly.......................40
Bảng 4.4: Hàm lượng anthocyanin trong cao rắn theo thời gian trích ly .....................42
Bảng 4.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển trên pilot Complex-01 ......45

Bảng 4.6: Phân bố kích thước nguyên liệu đài hoa bụp giấm xay nhỏ ........................49
Bảng 4.7: Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm bột màu bụp giấm...........................64
Bảng 4.8: So sánh cao anthocyanin từ bụp giấm và sản phẩm anthocyanin thương mại
.......................................................................................................................................65

xi


DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Hàm lượng anthocyanin trong cao khô tuyệt đối theo tỉ lệ trích ly
Phụ lục 2: Hàm lượng anthocyanin trong cao khô tuyệt đối theo nhiệt độ trích ly
Phụ lục 3: Hàm lượng anthocyanin trong cao khô tuyệt đối theo thời gian trích ly

Phụ lục 4: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển 1:25 trên pilot Complex-01
Phụ lục 5: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển 1:50 trên pilot Complex-01
Phụ lục 6: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển 1:100 trên pilot Complex-01
Phụ lục 7: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển 1:150 trên pilot Complex-01
Phụ lục 8: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khai triển 1:200 trên pilot Complex-01
Phụ lục 9: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ trích ly trên pilot Complex-01
Phụ lục 10: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu (đài hoa để
nguyên) trên pilot Complex-01
Phụ lục 11: Số liệu khảo sát độ bền mẫu TRẮNG sáng theo thời gian với biến đổi
tổng hàm lượng anthocyanin
Phụ lục 12: Số liệu khảo sát độ bền mẫu TRẮNG sáng theo thời gian với biến đổi chỉ
số polymer và nâu hóa

Phụ lục 13: Số liệu khảo sát độ bền mẫu TRẮNG sáng theo thời gian với biến đổi biến
đổi độ sai lệch màu sắc
Phụ lục 14: Số liệu khảo sát độ bền mẫu TRẮNG tối theo thời gian với biến đổi tổng
hàm lượng anthocyanin
Phụ lục 15: Số liệu khảo sát độ bền mẫu TRẮNG tối theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa
Phụ lục 16: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu TRẮNG tối theo thời gian với biến đổi
độ sai lệch màu sắc
Phụ lục 17: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D10 sáng theo thời gian với biến đổi tổng
hàm lượng anthocyanin
Phụ lục 18: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D10 sáng theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa

Phụ lục 19: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu D10 sáng theo thời gian với biến đổi độ
sai lệch màu sắc
xii


Phụ lục 20: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D10 tối theo thời gian với biến đổi tổng hàm
lượng anthocyanin
Phụ lục 21: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D10 tối theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa
Phụ lục 22: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu D10 tối theo thời gian với biến đổi độ sai
lệch màu sắc
Phụ lục 23: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D20 sáng theo thời gian với biến đổi tổng

hàm lượng anthocyanin
Phụ lục 24: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D20 sáng theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa
Phụ lục 25: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu D20 sáng theo thời gian với biến đổi độ
sai lệch màu sắc
Phụ lục 26: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D20 tối theo thời gian với biến đổi tổng hàm
lượng anthocyanin
Phụ lục 27: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D20 tối theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa
Phụ lục 28: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu D20 tối theo thời gian với biến đổi độ sai
lệch màu sắc
Phụ lục 29: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D30 sáng theo thời gian với biến đổi tổng

hàm lượng anthocyanin
Phụ lục 30: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D30 sáng theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa
Phụ lục 31: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu D30 sáng theo thời gian với biến đổi độ
sai lệch màu sắc
Phụ lục 32: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D30 tối theo thời gian với biến đổi tổng hàm
lượng anthocyanin
Phụ lục 33: Số liệu khảo sát độ bền mẫu D30 tối theo thời gian với biến đổi chỉ số
polymer và nâu hóa
Phụ lục 34: Số liệu khảo sát độ bền của mẫu D30 tối theo thời gian với biến đổi độ sai
lệch màu sắc

xiii


Phụ lục 35: Kết quả khảo sát hoạt tính kháng oxi hóa của bột màu sản phẩm tại Trung
tâm Sâm và Dược liệu Thành phố Hồ Chí Minh.
Phụ lục 36: Kết quả kiểm tra tiêu chuẩn Hoá lý của bột màu sản phẩm tại Viện Pasteur
Phụ lục 37: Kết quả kiểm tra tiêu chuẩn Vi sinh của bột màu sản phẩm tại Viện
Pasteur
Phụ lục 38: Kết quả kiểm tra hàm lượng kim loại nặng của bột màu sản phẩm tại Viện
Công nghệ hoá học
Phụ lục 39: Bài báo “Chất màu Anthocyanin từ đài hoa bụp giấm (Hibiscus Sabdariffa
L.) trích bằng dung môi nước”.

.

xiv


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Mở đầu

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Nếu như thành phần của thực phẩm mang lại giá trị dinh duỡng thì màu sắc của
chúng lại mang giá trị cảm quan. Thật vậy, khi đánh giá sản phẩm thực phẩm ngoài
yếu tố mùi vị thì màu sắc là một chỉ tiêu đánh giá cảm quan không thể thiếu. Chính vì
thế, một số nhà sản xuất đòi hỏi sản phẩm của mình làm ra phải có màu sắc thật hấp
dẫn để tạo ấn tượng với người tiêu dùng.
Chất màu trong thực phẩm gồm hai loại: chất màu tổng hợp và chất màu có
nguồn gốc từ tự nhiên. Nhiều nghiên cứu cho thấy chất màu tổng hợp có nhiều tác
dụng phụ có hại cho sức khoẻ như gây ngộ độc và các biến chứng gây ung thư... Vì
thế, việc sử dụng các chất màu tự nhiên ngày càng được ưa chuộng hơn và đang dần
thay thế cho các sản phẩm màu tổng hợp. Ngoài chức năng chính là tạo màu sắc, các
chất màu tự nhiên không độc hại, thậm chí có một số phản ứng tích cực đối với cơ thể
vì có chứa các thành phần có hoạt tính sinh học như vitamin, acid hữu cơ, glucoside,

các nguyên tố vi lượng…có giá trị dinh dưỡng cao.
Trong số các chất màu tự nhiên đang được nghiên cứu để ứng dụng trong các
lĩnh vực công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm thì
anthocyanin là nhóm hợp chất tạo màu quan trọng vì khả năng tạo dãy màu rộng của
chúng. Nguồn cung cấp anthocyanin dồi dào và có mặt phổ biến tại Việt Nam là từ đài
hoa bụp giấm (Hibiscus sabdariffa L.). Tuy vậy, nguồn nguyên liệu này chưa được sử
dụng một cách hiệu quả.
Đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về đối tượng chất màu anthocyanin từ đài hoa
bụp giấm. Tuy nhiên, các nghiên cứu theo hướng áp dụng vào quy trình công nghệ sản
xuất cụ thể thì chưa được quan tâm nhiều. Được sự phân công của Bộ môn Công nghệ
Hoá học trường Đại học Nông Lâm TP. HCM, dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Thị
Hồng Nhan, giảng viên trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, tôi xin thực hiện đề tài

-1-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Mở đầu

“KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TRÍCH LY VÀ ĐỘ BỀN MÀU ANTHOCYANIN TỪ
ĐÀI HOA BỤP GIẤM HIBISCUS SABDARIFFA L.”
Đề tài sẽ nghiên cứu và khảo sát quy trình trích ly chất màu anthocyanin từ đài
hoa bụp giấm bằng dung môi xanh là nước. Điều kiện trích ly thích hợp ở quy mô

phòng thí nghiệm được khai triển trên thiết bị pilot cụ thể. Sản phẩm chất màu sẽ được
khảo sát độ bền mô phỏng theo những điều kiện tồn trữ và sử dụng sản phẩm khác
nhau. Những kết quả của đề tài hi vọng sẽ mang lại triển vọng trong việc ứng dụng các
chất màu tự nhiên vào trong thực phẩm và nâng cao giá trị sử dụng của các nguồn
nguyên liệu tại Việt Nam.

1.2 Mục đích của đề tài
Xây dựng quy trình trích ly anthocyanin hoàn chỉnh từ đài hoa bụp giấm
Hibiscus Sabdariffa L.. với dung môi là nước, ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực
phẩm và hạn chế tác động đến môi trường.

1.3 Nội dung của đề tài

Tập trung nghiên cứu vào các nội dụng sau:
- Khảo sát quá trình trích ly cao rắn anthocyanin từ đài hoa bụp giấm bằng dung
môi nước.
- Khảo sát độ bền màu của cao rắn anthocyanin trong các điều kiện trong bảo
quản khác nhau.
Những kết quả thí nghiệm thu được sẽ được bổ sung vào các phần nghiên cứu
còn lại để được một đề tài hoàn chỉnh về bột màu anthocyanin từ đài hoa bụp giấm.

1.4 Yêu cầu
- Tìm được các điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly anthocyanin.
- Khảo sát và đánh giá các yếu tố làm tăng độ bền của cao rắn anthocyanin.

-2-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1

Nguyên liệu

2.1.1 Giới thiệu về hoa bụp giấm
2.1.1.1 Phân loại, mô tả
Bụp giấm (tên khoa học là Hibiscus sabdariffa L.) thuộc họ Bông (Malvaceae).
Tên gọi khác là cây giấm, bông bụt giấm, đay Nhật, Quế Mầu [1].
Bụp giấm là cây sống một năm, mọc thành từng bụi, cao 1-2m. Thân màu lục
hoặc đỏ tía, phân cành ở gốc. Cành nhẵn hoặc hơi có lông. Lá hình trứng, nguyên, mép
có răng, mọc so le. Hoa to, mọc đơn độc ở kẽ lá, màu vàng, ở giữa màu đỏ tía sẫm và
dường như không có cuống. Tràng hoa màu vàng hồng hay tía, có khi trắng. Quả nang,
hình trứng, nhọn đầu, có lông mịn, mang đài tồn tại; hạt nhiều, màu đen. Cây ra hoa từ
tháng 7 đến tháng 10. Bộ phận dùng là lá, hạt, đài hoa [2, 3].

Hình 2.1: Bụp giấm (Hibiscus Sabdariffa Linn.).
2.1.1.2 Phân bố
Có thể tìm thấy trên toàn cầu có hơn 300 chủng loại bụp giấm, có cả ở hai vùng
nhiệt đới và bán nhiệt đới. Bụp giấm có nguồn gốc ở Tây Phi. Hiện được trồng tương
đối phổ biến ở Ấn Độ, Malaysia, Philippin và Indonesia…Nhiều loài là cây trồng làm
cảnh, làm thuốc hoặc được trồng để lấy đọt, và đài hoa dùng làm rau chua [4].
-3-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

Ở nước ta, từ lâu cây bụp giấm được trồng làm cảnh khá phổ biến ở nước ta. Cây
này trồng nhiều ở miền Trung, có đặc tính không kén đất, ưa đất đồi núi, khí hậu nóng
ẩm ở Đông Nam bộ. Ở miền Bắc, cây được trồng thí điểm ở vùng Hà Tây và Bắc Thái.
Từ đầu thập niên 90 đến nay, bụp giấm (giống lấy từ Đức) được Công ty Dược liệu
TW II trồng nhiều ở Bà Rịa, Đồng Nai, Sông Bé, Bình Thuận (với diện tích khoảng
400 ha) để xuất khẩu. Năng xuất khoảng 400 -800kg đài khô/ha. Do hoa bụp giấm mau
héo nên xuất khẩu tươi không có lợi nên thị trường thế giới chỉ tập trung vào đài quả
khô. Đài hoa phơi khô bảo quản được lâu; sau khi ngâm nước, lại trở lại trạng thái tươi
[2-4].

Hình 2.2: Đài bụp giấm phơi khô.

2.1.1.3 Thành phần hóa học
• Polyphenol
Nhóm các hợp chất polyphenol là thành phần được quan tâm nhiều nhất trong
bụp giấm. Các hợp chất phenolic có trong bụp giấm chủ yếu là các anthocyanin như
delphinidin-3-glucoside, delphinidin-3-sambubioside, cyanidin-3-sambubioside (một
sắc tố màu đỏ dùng để nhuộm màu thức ăn và đồ uống, thay thế các loại hóa chất tổng
hợp thường gây độc), cyanidin-3-glucoside. Một nghiên cứu cho thấy, trong đài hoa
bụp giấm khô, có khoảng 1.5g anthocyanin trên 100g khối lượng khô (quy về
delphinidin-3-glucoside). Gần đây, các nhà nghiên cứu kết luận rằng delphinidin-3sambubioside và cyanidin-3-sambubioside là hai chất màu chiếm tỉ lệ cao nhất tạo ra
-4-

Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

mà đỏ tươi cho đài hoa bụp giấm. Ngoài ra, trong thành phần bụp giấm còn có các
flavonoid khác như gossypetin, hibiscetin và các hợp chất glucoside của chúng; acid
protocatechuic, eugenol và sterols (β-sitosterol và ergoesterol) [2, 5, 6].
• Carbohydrate
Nhóm carbohydrate có mặt trong bụp giấm gồm các gốc đường đơn (glucose,
fructose, sucrose…), oligosaccharide, polysaccharide, pectin, dịch nhầy.
Tỉ lệ carbohydrate trong bụp giấm khá cao (9.2 – 76.5%). Tuy nhiên, riêng ở
phần hoa, tỉ lệ carbohydrate chỉ có 3.3%, trong đó glucose chiếm tỉ lệ nhiều nhất, tiếp

theo là fructose và sucrose.
• Acid hữu cơ
Các acid hữu cơ có mặt trong bụp giấm gồm acid citric, acid tartaric, acid malic,
acid succinic, acid hibiscic và một số acid khác.
Acid hữu cơ chiếm khoảng 15-30% thành phần bụp giấm, trong đó acid citric và
acid tartaric chiếm trên 75% tổng số các acid có trong bụp giấm [2, 7].
• Vitamin
Bụp giấm có chứa nhiều loại vitamin như vitamin A, vitamin B (B1 và B2),
vitamin C, vitamin D,… trong đó, vitamin C chiếm hàm lượng cao nhất [8].
• Khoáng chất
Các khoáng chất vô cơ chiếm khoảng 9-10% khối lượng khô của bụp giấm, trong
đó chiếm tỉ lệ chủ yếu là kali, canxi, magie và kẽm. Thành phần các khoáng chất vô cơ

trong bụp giấm tuỳ thuộc vào loại đất trồng và môi trường phát triển của cây [2, 9].
2.1.2 Hợp chất anthocyanin trong bụp giấm
Trong các flavonoid, anthocyanin là nhóm đáng chú ý. Anthocyanin là họ màu
phổ biến nhất trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên. Là nhóm sắc tố
tan trong nước quan trọng nhất trong mô thực vật, anthocyanin đảm nhận những chức
năng khác nhau trong cây như: tạo ra màu đỏ, xanh, tím, đen và những màu trung gian
của rất nhiều rau trái và sản phẩm từ rau trái, anthocyanin trong cánh hoa có nhiệm vụ
thu hút các tác nhân thụ phấn và giúp phân tán hạt giống. Mặt khác, anthocyanin, như
các flavonoid khác, cũng có vai trò chống oxy hóa, ngăn cản tác dụng của tia UV.
-5-

Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

Nhóm hợp chất anthocyanin trong bụp giấm đã được nhiều nhà khoa học nghiên
cứu trong thời gian dài. Các công trình nghiên cứu về tính chất hoá học, tính chất phổ
IR, NMR, MS, các phương pháp phân tích định tính, định lượng đã được công bố [9].
Anthocyanin là hợp chất glycoside của các dẫn xuất polyhydroxide và
polymetoxy của 2-phenylbenzopyrylium hoặc muối flavilium. Đây là sắc tố rất phổ
biến trong thực vật. Từ “anthocyanin” được Marquart đưa ra năm 1895 để chỉ sắc tố
màu xanh của cây Centaurea cyanus. Từ anthocyanin do chữ anthos: hoa, kyanos:
xanh, về sau được dùng để chỉ các sắc tố thuộc nhóm flavanoid có màu xanh, đỏ hoặc

tím. Trong cây khoảng 97% các sắc tố này ở dạng glycosid (anthocyanin =
anthocyanosid) có trong mô tế bào. Khi đun nóng anthocyanin trong dung dịch HCl
20%, phần đường trong phân tử (thường nối vào OH ở C-3) bị cắt và cho phần aglycol
được gọi là anthocyanidin. Sự khác nhau giữa các anthocyanin là số và vị trí các
nhóm hydroxyl, mức độ methyl hóa các nhóm này, bản chất và số nhóm đường gắn
vào phân tử, vị trí gắn của chúng, bản chất và số nhóm acid mạch thẳng hay vòng gắn
vào phân tử. Các loại đường thông thường nhất liên kết với anthocyanidin là: glucose,
galactose, rhamnose, arabinose, di hay trisacharide tạo thành từ 4 loại đường đơn này.
Trong nhiều trường hợp các gốc đường bị acyl hóa bởi acid: p-coumaric, cafferic,
ferulic, sinapic, p-hydroxybenzoic, oxalic, sucinic, acetic… [10, 11]. Hiện nay trên thế
giới đã phân lập được khỏang 540 anthocyanin, 90% trong số đó cấu tạo từ 6
anthocyanidin phổ biến sau: pelargonidin (Pg) (18%), cyanidin (Cy) (30%),

delphinidin (Dp)(22%), 20% còn lại là petunidin (Pt), malvidin (Mv) và peonidin (Pn).
Trong đó delphinidin và cyanidin là hai loại anthocyanidin có hàm lượng cao nhất
trong hoa bụp giấm [12-14].

-6-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

Hình 2.3: Cấu trúc tổng quát của chất màu anthocyanin.

Bảng 2.1:Cấu trúc của 6 anthocyanidin phổ biến trong tự nhiên [14].
Vị trí nhóm thế

3

5

6

7

3’

4’

5’

Pelargonidin (Pg)

OH

OH

H

OH

H

OH

H

Cyanidin (Cy)

OH

OH

H

OH

OH

OH

H

Peonidin (Pn)

OH

OH

H

OH

OH

OH

OH

Delphinidin (Dp)

OH

OH

H

OH

OMe

OH

H

Petunidin (Pt)

OH

OH

H

OH

OMe

OH

OH

Malvidin (Mv).

OH

OH

H

OH

OMe

OH

OMe

Hình 2.4: Delphinidin và cyanidin.

-7-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin bao gồm: cấu trúc
phân tử, pH, nhiệt độ, ánh sáng, oxy, enzyme cũng như sự có mặt của acid ascorbic,
các gốc đường, sulphur dioxide hoặc các muối sulfite, ion kim loại và các tác nhân
copigment [6].
2.1.3.1 Cấu trúc phân tử
Số lượng các nhóm hydroxyl, metoxyl, đường và các đường được acyl hóa quyết
định màu sắc và độ bền màu của anthocyanin [15].
Khi số nhóm hydroxyl trong vòng B tăng lên thì cực đại hấp thu của vùng ánh
sáng thấy được (λvis-max) chuyển về bước sóng dài hơn và màu thay đổi từ cam đến

xanh dương. Ví dụ: bước sóng hấp thu cực đại trong dung dịch acid chlorhydric 0.01%
- methanol là 520nm (cam) đối với pelargonidin, 535nm (đỏ cam) đối với cyanidin,
545nm (đỏ xanh) đối với delphinidin. Khi nhóm metoxyl thế nhóm hydroxyl thì cho
kết quả ngược lại [16, 17].

Hình 2.5: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên.
Bảng 2.2: λvis-max và màu sắc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên [18].
Alycon

R1

R2

λvis-max(nm)/ màu

Pelargonidin (Pg)
Cyanidin (Cy)
Peonidin (Pn)
Delphinidin (Dp)
Petunidin (Pt)
Malvidin (Mv).

H
OH

OH
OMe
OMe
OMe

H
H
OH
H
OH
OMe

494/ cam
506/ cam đỏ
506/ cam đỏ
508/ đỏ
508/ đỏ
510/ đỏ xanh

-8-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

Sự có mặt của nhóm hyrdoxyl ở vị trí C5 và C4 làm bền hoá anthocyanin do
chúng ngăn cản các phản ứng hydrate hoá dẫn đến sự tạo thành dạng không màu [19].
Quá trình glycoxyl hoá cũng ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin. Cùng
một anthocyanidin thì các diglucoside bền nhiệt và ánh sáng hơn các monoglucoside
[16].
Anthocyanin không bị acyl hóa rất dễ mất màu trong môi trường trung tính hoặc
acid yếu. Sự mất màu này là do C2 bị hydrate hóa. Anthocyanin chứa hai hoặc nhiều
nhóm acyl (ternatin, platyconin, cinerarin, gentiodenphin và zebrinin) bền trong môi
trường trung tính hoặc acid yếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các
nhân phenolic trong anthocyanin và các acid vòng thơm. Các anthocyanin diacylate

hoá được bền hoá bởi sự liên kết chặt chẽ kiểu sandwich (sắp xếp nội phân tử) nhờ
tương tác giữa vòng anthocyanin và hai nhóm acyl vòng thơm [20]. Các chuỗi
saccharide linh động đóng vai trò như cầu nối cho phép các nhóm acyl vòng thơm gấp
qua mặt phẳng vòng pyrylium. Các kiểu sắp xếp này góp phần bảo vệ và tăng độ bền
màu của anthocyanin [18].
2.1.3.2 pH
pH không những ảnh hưởng đáng kể đến màu sắc của anthocyanin mà còn ảnh
hưởng đến tính ổn định của chúng. Tùy thuộc vào pH môi trường mà anthocyanin sẽ
tồn tại ở 5 dạng khác nhau: cation flavylium, carbinol base (hemiketon), chalcone,
quinonoidal base và anion quinonoidal base [12].
Năm 1988, từ những kết quả nghiên cứu trên những anthocyanin đơn giản,
Brouillard đã đưa ra cơ chế chuyển hóa cấu trúc của anthocyanin ở môi trườpng pH

khác nhau như sau: tại pH nhỏ hơn 3, anthocyanin tồn tại ở dạng cation flavylium màu
đỏ, khi pH tăng, xảy ra sự cạnh tranh giữa hai phản ứng hydrat hóa cation flavylium và
phản ứng chuyển vị proton liên quan đến các nhóm hydroxyl của phần aglycon. Khi
cation flavilium bị hydrate hóa cho ra dạng carbinol không màu, dạng này cân bằng
với dạng chalcon vòng mở màu vàng hoặc không màu. Phản ứng chuyển vị proton tạo
ra dạng quinonoidal base. Khi pH tăng trên 7, phản ứng khử proton xảy ra mạnh

-9-


Luận văn tốt nghiệp

Chương 2: Tổng quan

chuyển các quinonoidal base thành dạng anion quinonoidal có màu tím đến xanh [2123].

Hình 2.6: Phổ UV-VIS của anthocyanin trong môi trường pH 1.0 và pH 4.5 [24].
Theo Brouillard, trong môi trường acid, anthocyanin bền hơn so với trong môi
trường kiềm hay trung tính. Do đó, anthocyanin thường chỉ được ứng dụng trong các
sản phẩm có pH thấp [11].

-10-