Nghi n c u chi t xu t ch t m u betacyanin t v qu thanh long hylocereus spp

i

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô trong khoa Chế biến đã
hết lòng giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức cơ bản về lĩnh vực
công nghệ thực phẩm - là hành trang quý giá cho em vững bước vào đời.
Tôi vô cùng biết ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô phụ trách Bộ môn
Hóa, phòng thí nghiệm Hóa Cơ bản và phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Thị Huệ An đã tận tình hướng dẫn và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè tôi đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp
nhiều ý kiến quý báu, giúp tôi hoàn thiện hơn đề tài tốt nghiệp này.

Nha Trang, tháng 7 năm 2010
Sinh viên

NGUYỄN THỊ DÂU


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................i
MỤC LỤC ..............................................................................................................ii
DANG MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
Phần 1. TỔNG QUAN.............................................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM [4] .........................................3
1.1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất màu trong chế biến thực

phẩm ...............................................................................................................3
1.1.2. Vai trò chất màu thực phẩm ...................................................................3
1.1.3. Phân loại chất màu thực phẩm ...............................................................3
1.1.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm...............................................6
1.2. TỔNG QUAN VỀ THANH LONG ..................................................................6
1.2.1. Tên gọi ..................................................................................................6
1.2.2. Đặc điểm hình thái.................................................................................7
1.2.3. Đặc điểm sinh trưởng.............................................................................7
1.2.4. Phân loại thanh long ..............................................................................9
1.2.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long ở Việt Nam và trên thế giới . 10
1.3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU BETACYANIN [4][5]................................... 11
1.3.1. Khái niệm vế chất màu betalain và betacyanin:.................................... 11
1.3.2. Cấu trúc hóa học của các betalain và betacyanin.................................. 12
1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của betacyanin: ......................................... 13
1.3.4. Chức năng sinh học và ứng dụng ......................................................... 15
1.3.5. Tình hình khai thác và ứng dụng betacyanin tự nhiên làm chất màu
thực phẩm...................................................................................................... 16
1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT......................................... 17


iii

1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết ................................................. 17
1.4.2. Các phương pháp chiết ........................................................................... 19
1.4.3. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên............ 20
Phần 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 23
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 23
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 23
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ................................................................................. 23
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 24

2.2.1. Xác định thành phần khối lượng của quả thanh long:.............................. 24
2.2.2. Xác một số thành phần hóa học của vỏ thanh long.................................. 24
2.2.3. Quy trình dự kiến sản xuất betacyanin từ vỏ quả thanh long ................... 24
2.2.4. Xác định điều kiện thích hợp chiết betacyanin từ vỏ thanh long ............. 26
2.2.5. Lựa chọn quy trình thích hợp chiết betacyanin: ...................................... 30
2.2.6. Nghiên cứu phương pháp bảo quản dịch chiết betacyanin....................... 30
2.2.7. Thử nghiệm quy trình chiết - Đánh giá chất lượng sản phẩm ................. 32
2.2.8. Xử lý số liệu........................................................................................... 32
Phần 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................... 33
3.1. Thành phần khối lượng của quả thanh long..................................................... 33
3.2. Một số thành phần hóa học của vỏ thanh long................................................. 34
3.3. Xây dựng quy trình chiết betacyanin từ vỏ quả thanh long.............................. 34
3.3.1. Chọn dung môi chiết .............................................................................. 34
3.3.2 Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu............................................................. 35
3.3.3. Chọn thời gian chiết và số lần chiết ........................................................ 36
3.3.4. So sánh hiệu suất chiết của hai phương pháp .......................................... 40
3.4. Kết quả khảo sát độ bền màu của dịch chiết betacyanin .................................. 42
3.4.1. Khi không bổ sung vitamin C ................................................................. 42
3.4.2.Khi bổ sung vitamin C............................................................................. 44
3.5. Hoàn thiện quy trình chiết sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh
long – Sản xuất thử nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm ............................... 45


iv

3.6. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm. ............................................................... 49
KẾT LUẬN........................................................................................................... 50
Ý KIẾN ĐỀ XUẤT ............................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT

TIẾNG ANH

TIẾNG VIỆT

A

Absorbance

Độ hấp thụ

D

Dilution factor

Hệ số pha loãng

H

Hour

giờ

H2 O

Water

Nước

HPLC

High-Performance Liquid

(hay: LC)

Chromatography

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

MeCN

Acetonitrile

Axetonitril

Min

Minute

Phút

Nm

Nanometer

Nanomet

Ppm

part per million

phần triệu

R2

Correlation coefficient

Hệ số tương quan

Rpm

round per minute

vòng/phút

RT

Retention Time

Thời gian lưu

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

UV-Vis

Ultraviolet-Visible

Tử ngoại-khả kiến

v/v

Volume/volume

thể tích / thể tích

v/w

Volume/weight

thể tích/khối lượng

w/v

weight/volume

khối lượng/thể tích


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp ..................4
Bảng 1.2. Một số chất màu tự nhiên thông dụng ......................................................5
Bảng 3.1 : Thành phần khối lượng của quả thanh long .......................................... 33
Bảng 3.2. Một vài thành phần hóa học cơ bản của vỏ thanh long.......................... 34
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất chiết
betacyanin từ vỏ thanh long................................................................................... 37
Bảng 3.4. Kết quả sản xuất thử nghiệm dịch chiết betacyanin cô đặc..................... 48
Bảng 3.5. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng quan trọng của sản phẩm
betacyanin cô đặc .................................................................................................. 48
Bảng 3.6. Ước tính chi phí nguyên vật liệu để chiết betacyanin từ 1000 kg vỏ
thanh long.............................................................................................................. 49


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cây thanh long.........................................................................................9
Hình 1.2. Các loại thanh long ............................................................................... 10
Hình 1.3. Màu sắc của các loại hoa xương rồng thay đổi theo tỷ lệ betaxanthin
và betacyanin......................................................................................................... 12
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử acid betalamic và vài betacyanin thường gặp............... 13
Hình 1.5. Các dạng sản phẩm chất màu betacyanin từ củ cải đường ...................... 16
Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị chiết SFE..........................................................................21
Hình 1.7. Sơ đồ thiết bị chiết ASE .........................................................................21
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh
long phế liệu.......................................................................................................... 25
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện chiết betacyanin từ vỏ thanh long..29
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn lưa quy trình thích hợp chiết xuất betanin
từ vỏ thanh long..................................................................................................... 30

Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền màu của dịch chiết betacyanin
không bổ sung vitamin C....................................................................................... 31
Hình 3.1. Ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất chiết betacyanin ....................... 35
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết betacyanin.......... 36
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ siêu âm đến hiệu suất chiết
betacyanin từ vỏ thanh long................................................................................... 37
Hình 3.4. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần siêu âm............................... 38
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào thời gian ngâm chiết ..................... 39
Hình 3.6. Sự phụ thuộc của hiệu suất chiết vào số lần ngâm chiết.......................... 40
Hình 3.7. So sánh hiệu quả chiết của 2 phương pháp chiết..................................... 41
Hình 3.8. Độ bền màu của betacyanin khi chưa bổ sung vitamin C........................ 43
Hình 3.9. Độ bền màu của betacyanin khi bổ sung 0,01% (w/v) vitamin C............ 43
Hình 3.10: Mẫu bảo quản ở nhiệt độ phòng ........................................................... 45
Hình 3.11. Mẫu bảo quản ở 40C ............................................................................ 45
Hình 3.12. Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu betacyanin từ vỏ thanh long ..........46
Hình 3.13. Sản phẩm betacyanin cô đặc thu được..................................................48


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do thực hiện đề tài
Trong những năm gần đây, bên cạnh các loại nông sản được người tiêu dùng
trong và ngoài nước biết đến từ lâu như cà phê Đaklak, bưởi Phúc Trạch, nước mắm
Phú Quốc, vải thiều Lục Ngạn, quả thanh long Bình Thuận (Hylocereus spp.) cũng
đã trở thành một trong những mặt hàng được nhà nước bảo hộ nhãn hiệu độc quyền
trên phạm vi cả nước và trên thế giới.
Hiện nay, Việt Nam được xem là một trong 4 quốc gia có sản lượng thanh
long nhiều nhất thế giới. Chỉ tính riêng Bình Thuận, tổng sản lượng thanh long đạt

trên 130 nghìn tấn/năm với diện tích trồng thanh long lên đến gần 10 nghìn hecta.
Lượng thanh long phần lớn được xuất khẩu để cung ứng cho các thị trường châu Á,
châu Âu.
Ngoài việc xuất khẩu quả thanh long tươi, tỉnh Bình Thuận đang xây dựng
một dự án sản xuất thanh long đóng hộp xuất khẩu với công suất khoảng 7.000
tấn/năm [11]. Khi dây chuyền này đi vào hoạt động sẽ thải ra một khối lượng đáng
kể vỏ thanh long (trên 2000 tấn/năm). Nếu không được xử lý hay tận dụng, lượng
phế thải này không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn là một sự lãng phí rất lớn vì
vỏ thanh long chính là một nguồn sắc tố betcyanin tự nhiên quý giá, có thể ứng
dụng trong công nghiệp chất màu thực phẩm. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu
chiết xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp.” là một
hướng đi đúng và cần thiết hiện nay.
Những kết quả của đề tài này có thể xem là cơ sở ban đầu để nghiên cứu khả
năng chiết xuất và ứng dụng chất màu betacyanin từ vỏ quả thanh long trong công
nghiệp thực phẩm.
2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài
Mục đích của đề tài này là xây dựng quy trình thích hợp cho phép chiết
betanin từ vỏ quả thanh long Hylocereus spp.


2

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu điều kiện thích hợp cho phép chiết betacyanin từ vỏ quả thanh
long.
- Khảo sát độ bền của dịch chiết thu được trong những điều kiện khác nhau.
Từ đó, đề xuất phương pháp bảo quản và khả năng ứng dụng của chất màu
betacyanin trong công nghiệp thực phẩm.
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu của tôi còn hạn chế cũng như khó
khăn về điều kiện thực nghiệm nên mặc dù rất cố gắng đề tài này không tránh khỏi

những thiếu sót.
Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô cũng như sự góp ý từ các bạn sinh
viên để đề tài này có thể được hoàn thiện hơn.


3

Phần 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM [9][5]
1.1.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất màu trong chế biến thực phẩm
Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đầu tiên đối với mỗi
sản phẩm thực phẩm. Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng tới 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 được mùi vị và
chất lượng của thực phẩm. Thực vậy, trong một nghiên cứu của nhà thực phẩm học
Johnson với đề tài “Bảo vệ thực phẩm” năm 1983 đã chứng minh rằng vị ngọt của
nước giải khát trái dâu sẽ tăng lên 2-12% nếu ta tăng hàm lượng của chất màu của
loại nước giải khát này. Do vậy, việc sử dụng các chất màu trong chế biến thực
phẩm là điều rất cần thiết.
1.1.2. Vai trò chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm mặc dù không có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng,
nhưng có những chức năng quan trọng sau đây:
 Đảm bảo sự đồng nhất về màu sắc thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô
sản phẩm khác.
 Tăng cường màu sắc tự nhiên vốn có của thực phẩm để thu hút người tiêu
dùng.
 Làm cho người tiêu dùng chú ý đến mùi vị tự nhiên của thực phẩm do giữa
màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau.
 Tạo màu cho một số thực phẩm vốn không màu hay có màu nhạt (như các
loại kẹo, snack, nước giải khát,...) nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng.

 Phục hồi lại vẻ bên ngoài của thực phẩm do chất màu bị biến đổi trong quá
trình chế biến (Delgado-Vargas et al., 2000).
1.1.3. Phân loại chất màu thực phẩm


4

Chất màu thực phẩm được chia làm 3 nhóm chính: chất màu tự nhiên, chất
màu vô cơ , chất màu hữu cơ tổng hợp, chất màu tự nhiên.
1.1.3.1. Chất màu vô cơ:
Vào trước thế kỷ 20, phần lớn chất tạo màu thực phẩm đều có nguồn gốc từ
các loại khoáng vật tự nhiên độc hại.
Ví dụ: CuSO4 dùng để tạo màu cho các loại dưa chua, phèn nhôm để tẩy trắng
bánh mì, phomát được nhuộm màu bằng phẩm màu đỏ chứa Pb hay HgSO4,....
Tuy nhiên, cùng với việc ban hành những quy định về an toàn thực phẩm của
Hoa Kỳ năm 1960, ngành công nghiệp thực phẩm dần dần chuyển sang sử dụng các
loại chất màu hữu cơ tổng hợp.
1.1.3.2. Chất màu hữu cơ tổng hợp: là các chất màu được tổng hợp bằng
phương pháp hóa học.
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.
Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
Loại chất màu

Liều lượng sử dụng (mg/kg trọng lượng)

Amarant (Ký hiệu CI.16185)

0 - 0,15

Vàng mặt trời (Ký hiệu CI.15985)

0 - 5,00

Tartrazin (Ký hiệu CI.19140)

0 - 7,50

Nhóm B: gồm 5 loại màu là β-caroten tổng hợp, xanh lơ VRS (ký hiệu
CI.42090), Erythrozin (ký hiệu CI.45430), Indigocarmin (ký 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.
Chất màu hữu cơ tổng hợp có ưu điểm là tạo ra nhiều màu sắc phong phú, rẻ
tiền, và tiện lợi trong việc chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, 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


5

ngại về những ảnh hưởng không tốt của nó đối với sức khỏe con người. Chẳng hạn,
một số nghiên cứu gần đây 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. Do
đó, việc sử dụng chúng cần phải được tuân thủ những quy định hết sức chặt chẽ và
nghiêm ngặt.
1.1.3.3. Chất màu tự nhiên: là các loại chất màu hữu cơ được chiết tách từ
động vật hay thực vật.
Bảng 1.2. Một số chất màu tự nhiên thông dụng
Chất màu tự nhiên

Nguồn tự nhiên

Athocyanin

Vỏ nho, elderberries,…

Betalain

Củ cải đường, cây rau dền tím, vỏ quả thanh long...

Carotenoid
- Annato (Bixin)
- Canthaxanthin
- .Apocarotenal

Hạt điều
Nấm rơm, loài giáp xác, cá
Cam, rau xanh

Chlorophyll

Các loại rau xanh

Riboflavin

Sữa

Caramel

Đường saccharose

Các loại khác
- Turmeric
- Crocetin, Crocin

Cây nghệ
Cây nghệ tây

Những 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 tạo ra màu rất đẹp cho thực
phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng. Tuy
nhiên, so với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền và có giá thành
cao do việc thu hồi tách chiết chúng từ như các nguồn tự nhiên khá tốn kém. Do
vậy, việc sử dụng chúng hiện nay còn chưa rộng rãi lắm.
Tuy vậy, nhờ có độ an toàn cao và một số chất màu tự nhiên còn có tác dụng
tốt đối với sức khỏe (như có khả năng chống oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của


6

cơ thể,…) nên người tiêu dùng ngày càng có xu hướng ưa chuộng những loại thực
phẩm dùng chất màu tự nhiên. 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 [6], [8].
1.1.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm
Về nguyên tắc, bổ sung chất màu nhằm phục hồi màu vốn có của một số 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 không
thực của một vài thành phần chất lượng trong thực phẩm.
Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản phẩm

thực phẩm nào đó chúng ta cần quan tâm các yếu tố sau:


Trạng thái của chất màu: người tiêu dùng vẫn ưa dùng chất màu ở dạng

lỏng hơn là ở dạng bột.


Sự chuyển màu mới như thế nào: thường phối trộn nhiều màu với nhau để

tạo ra màu mong muốn phù hợp với thực phẩm của mình.


Thành phần các chất chứa trong thực phẩm cần phối trộn chất màu: sự

có mặt của protein, nước, tanin hay chất béo sẽ ảnh hưởng tới độ trong hay vẩn đục
của chất màu phối trộn vào 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 chất màu phối trộn vào.


Điều kiện bao gói: quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và

ánh sáng vào thực phẩm, do đó có thể làm biến đổi chất màu.


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.
1.2. TỔNG QUAN VỀ THANH LONG
1.2.1. Tên gọi
Tên Việt Nam: Thanh long


7

Họ: Xương rồng
Tên tiếng Anh: Pitaya (hay Pitahaya)
Tên khoa học : Hylocereus spp.
1.2.2. Đặc điểm hình thái
- Thanh long thuộc loại thân leo trườn, dài đến 10 m, phân nhánh nhiều, bám
vào các giá thể nhờ các rễ phụ rất phát triển.
- Thân và cành đều màu xanh lục, có 3 cạnh dẹp, mép có gai nhỏ, ngắn (2 - 4
gai ở mỗi mắt thân).
- Hoa rất to, mọc đơn độc trên cành, đường kính có thể đến 30 cm, màu trắng
hay trắng ngà. Hoa có nhiều lá đài và cánh, dính với nhau tạo thành ống. Hoa có rất
nhiều nhị.
- Trái màu đỏ tươi, hồng hay vàng vàng, mọng nước, có nhiều gai mềm do
những lá hoa còn lại, đường kính khoảng 10 cm. Vỏ trái rất dễ bóc. Phần thịt màu
trắng hồng chứa nhiều hột nhỏ li ti màu đen.
1.2.3. Đặc điểm sinh trưởng
Thanh long là loại cây thuộc họ xương rồng, chịu nắng hạn, dễ trồng. Một số

địa phương trong nước cũng trồng loại cây này nhưng xem ra thanh long phù hợp
hơn cả với vùng đất Bình Thuận.
Vào độ cuối tháng 3 Âm lịch hằng năm, thanh long ra hoa, đến tháng 5, những
cây ra hoa sớm đã có quả chín và kéo dài đến cuối tháng 8.
Thanh long ra hoa đồng loạt theo từng lứa, sau khi thụ phấn sẽ hình thành trái.
Trong vòng 10 ngày đầu, trái phát triển chậm sau đó tăng rất nhanh về kích thước
và trọng lượng. Trong 2 giai đoạn 16÷18 ngày và 28÷34 ngày sau khi nở, sự gia
tăng trọng lượng và đường kính của trái rất nhanh và đặc biệt là trong giai đoạn sau
nên nông dân có tập quán giữ trái trên cây để trái có trọng lượng cao hơn. Nếu trong
giai đoạn này tưới nước nhiều quá hoặc trời mưa lớn sẽ gây hiện tượng nứt quả.
Trong khi chín độ cứng của trái giảm hẳn. Độ cứng của trái giảm rất nhanh từ ngày
thứ 16 đến ngày thứ 25 sau khi hoa nở và sau đó độ cứng tiếp tục giảm nhưng chậm
hơn.


8

Theo sự phân nhóm trái theo cường độ hô hấp thì thanh long là loại trái có
cường độ hô hấp thấp khi chín (70÷100 mg CO2/kg/giờ). Cường độ hô hấp của trái
cao khi trái còn xanh và giảm dần khi chín. Với đặc điểm về cường độ hô hấp trên
thì trong điều kiện thích hợp về nhiệt độ, độ ẩm và phòng trừ nấm bệnh sau thu
hoạch tốt, thanh long có thể bảo quản trong 40 ngày. Ngoài ra, thanh long thuộc
nhóm trái không có đỉnh hô hấp khi chín. Vì vậy, khác với các loại trái cây khác
như chuối, xoài có thể hái trái khi còn xanh và sau đó ủ chín thì thanh long phải thu
hoạch đúng lúc trái chín; khi đó sẽ cho chất lượng trái tốt hơn.
Độ chua của trái giảm rất nhanh từ ngày thứ 22 đến ngày thứ 28 sau khi nở hoa
và tiếp tục giảm nhưng không đáng kể (từ 1,5% xuống 0,04%). Độ Brix (chỉ độ
ngọt của trái) tăng từ ngày thứ 25 (12%) sau khi hoa nở và cao nhất ở ngày thứ 28
và ngày thứ 43 (14%). Để tiêu thụ thị trường trong nước, nông dân thích để trái trên
cây lâu hơn vì người tiêu dùng thích trái có vị ngọt hơn.

Trong giai đoạn 16 ÷ 22 ngày sau khi nở hoa, sự chuyển màu xảy ra chậm
nhưng bắt đầu ngày thứ 22 màu đỏ bắt đầu xuất hiện, đỏ hoàn toàn vào ngày thứ 25
và sau đó đỏ sậm vào ngày thứ 31.
Quả thanh long có hình dạng giống quả su hào nhưng thon và dài, quả của nó có
3 dạng, trên quả có nhiều tai. Quả có chứa rất nhiều hạt giống như hạt vừng đen
nằm lẩn lộn trong ruột, thành phần chủ yếu là celluloza, khi ăn vào không tiêu hóa.
Khi bổ quả ra có mùi thơm dịu. Quả có thể chế biến thành nước uống hay rượu
vang và có thể phối hợp với các loại khác làm nước uống hỗn hợp. Hoa thanh long
có thể ăn được hoặc ngâm vào nước để uống giống chè.


9

Hình 1.1. Cây thanh long
1.2.4. Phân loại thanh long
Thanh long có các loại sau:
- Hylocereus undatus thuộc chi Hylocereus: có ruột trắng với vỏ hồng hay đỏ.
Loại này được trồng rộng rãi ở các tỉnh Bình Thuận, Long An, Tiền Giang…
- Hylocereus polyrhizus (hay Hylocereus costaricensis) thuộc chi Hylocereus:
có ruột đỏ với vỏ hồng hay đỏ. Loại này được lai tạo từ giống thanh long ruột trắng
Bình Thuận với giống ruột đỏ nhập từ Colombia..
- Selenicereus megalanthus thuộc chi Selenicereus: có ruột trắng với vỏ vàng.


10

Thanh long ruột trắng vỏ đỏ

Thanh long ruột trắng vỏ vàng

Thanh long ruột đỏ vỏ hồng

Thanh long ruột đỏ vỏ đỏ

.

Hình 1.2. Các loại thanh long

1.2.5. Tình hình sản xuất và tiêu thụ thanh long ở Việt Nam và trên thế giới
Việt Nam được đánh giá là một trong 4 quốc gia có trái thanh long nhiều nhất
thế giới. Hiện nay ở nước ta có hai vùng trồng thanh long xuất khẩu chính của cả
nước là Chợ Gạo (Tiền Giang) và Bình Thuận, trong đó Bình Thuận là tỉnh đứng
đầu cả nước về trái thanh long cả về sản lượng, diện tích, năng suất và chất lượng.
Tổng diện tích trồng thanh long của hai vùng này là 14 nghìn hecta, chiếm trên 90%
tổng diện tích cả nước.
Những năm gần đây thanh long luôn là loại trái cây có kim ngạch xuất khẩu ổn
định. Thanh long là một trong 40 mặt hàng xuất khẩu lợi thế của quốc gia đã được
Chính Phủ phê duyệt. Do đặc điểm khí hậu thuận lợi, thanh long ở Bình Thuận có


11

thể đạt năng suất tới 25 tấn/hecta. Chỉ tính riêng Bình Thuận, năm 2006 tổng sản
lượng trái thanh long đạt 130 nghìn tấn, trong đó xuất khẩu đạt 23 nghìn tấn thu về
kim ngạch gần 14 triệu USD. Hiện nay, Bình Thuận đã phát triển diện tích thanh
long lên đến gần 10 nghìn hecta.
Hiện nay trên thị trường thế giới có 4 loại thanh long: vỏ đỏ ruột trắng, vỏ đỏ
ruột đỏ, vỏ hồng ruột đỏ và vỏ vàng ruột trắng. Việt Nam xuất khẩu nhiều nhất loại
thanh long vỏ đỏ ruột trắng. Gần đây đã trồng được và xuất thêm loại thanh long vỏ
đỏ ruột đỏ.

Thanh long nước ta được xuất khẩu sang trên 20 thị trường trong đó các thị
trường lớn là Đài Loan, Trung Quốc, Hồng Kông, Singapore, Malaysia, Thái Lan…
và một số nước châu Âu. Thị trường châu Âu dù mới thâm nhập nhưng có triển
vọng phát triển, nhất là ở các nước Hà Lan, Pháp, Đức, Anh. Để tăng và mở rộng
cũng như xâm nhập vào nhiều thị trường hơn nữa thì Việt Nam đã xây dựng dự án
GAP. Dự án thanh long GAP đang hợp tác với các hộ trồng, nhà xuất khẩu và các
cơ quan nhà nước nỗ lực đạt chứng nhận EuroGAP và xây dựng chiến lược quảng
bá để đẩy mạnh xuất khẩu cũng như củng cố thương hiệu thanh long chất lượng cao
của Việt Nam.
Bên cạnh việc xuất khẩu quả thanh long tươi, tỉnh Bình Thuận đang xây dựng
một dự án sản xuất thanh long đóng hộp xuất khẩu với công suất khoảng 7.000
tấn/năm [11]. Khi dây chuyền này đi vào hoạt động sẽ thải ra một khối lượng đáng
kể vỏ thanh long (trên 2000 tấn/năm). Vì vậy, song song với việc phát triển các sản
phẩm chế biến từ thanh long, vấn đề nghiên cứu thu hồi chất màu betacyanin có
trong vỏ thanh long nhằm ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất cần thiết.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU BETACYANIN [9][8]
1.3.1. Khái niệm vế chất màu betalain và betacyanin:
Betalain là tên gọi chung của một nhóm sắc tố tự nhiên tan trong nước, có màu
từ vàng tươi đến da cam, đỏ tươi, đỏ sẫm, hồng cho đến màu đỏ-tím trong hoa, trái,
lá và củ của nhiều loài thực vật khác nhau (hoa xương rồng, vỏ thanh long, hoa
giấy, rau và củ dền…).


12

Betalain bao gồm 2 nhóm sắc tố chính:
-

Betaxanthin: là nhóm sắc tố betalain có màu vàng - cam

-

Betacyanin: là nhóm sắc tố betalain có màu đỏ - đỏ tím

Tùy thuộc tỷ lệ giữa 2 nhóm sắc tố này mà các bộ phận thực vật sẽ có màu
vàng chanh, vàng cam, cam, đỏ, đỏ tím hay tím đỏ (Hình 1.3)

Hình 1.3. Màu sắc của các loại hoa xương rồng thay đổi
theo tỷ lệ betaxanthin và betacyanin
1.3.2. Cấu trúc hóa học của các betalain và betacyanin
Các betalain có thể xem là dẫn xuất của acid betalamic, trong đó đầu
dihydropyridin được gắn với một nhóm chức chứa Nitơ thông qua nhóm chức vinyl
(Miller et al., 1968). (Hình 1.4).
Betacyanin đơn giản nhất là betanidin được cấu tạo từ một đơn vị phân tử acid
betalamic liên kết với một phân tử cyclo-DOPA (Wyler và Dreiding, 1961) (Hình
1.4).
Đa số các betacyanin khác được tạo thành do phản ứng glucosyl hóa một trong
hai nhóm chức – OH tự do của vòng cyclo-DOPA của betanidin, trong đó thường
gặp nhất là sự glucosyl hóa ở vị trí 5. Dẫn xuất betacyanin quan trọng và thường
gặp nhất trong tự nhiên là betacyanin (tức betanidin-5-O--glycosidase, có công
thức phân tử C24H26N2O13 và khối lượng mol M = 551,48) (Hình 1.4).
Sau đây sẽ giới thiệu một số tính chất lý-hóa cơ bản của betacyanin.


13

Betanidin
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử acid betalamic và vài betacyanin thường gặp
1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của betacyanin:
Sự tồn tại của hệ thống 6 nối đôi liên hợp trong betacyanin dẫn đến những tính

chất lý – hóa đặc trưng của hợp chất này.
1.3.3.1. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc:
Các phân tử betacyanin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến trong vùng từ
534 - 554 nm, tạo nên màu đỏ đến đỏ-tím.
1.3.3.2. Tính tan:
Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (- OH, - COOH, - NH) , các sắc
tố betacyanin đều dễ tan trong nước hay dung dịch etanol-nước,..
1.3.3.3. Tính không bền:
- Ảnh hưởng của pH:
Các betacyanin kém bền trong môi trường kiềm hay môi trường có hoạt độ
nước cao do bị thủy phân thành acid betalamic (có màu vàng) và amin (không
màu):


14

Acid betalamic hình thành có thể tiếp tục bị phân hủy và mất màu:

Phân hủy
tiếp tục

Phản ứng
sẫm màu

Ví dụ:
Trong môi trường kiềm betcyanin bị thủy phân giải phóng glucose và
betanidin. Màu sắc của betanin thay đổi theo pH như sau:
pH = 3,5 - 7,0: màu xanh lơ - đỏ (max = 537 nm). Đây là vùng pH mà betanin
bền màu nhất
pH < 3,5: màu tím-xanh lơ (max = 535 nm ở pH = 2)

pH > 7: màu tím-lơ đậm (max = 544 nm ở pH = 9).
Môi trường kiềm mạnh có thể làm betcyanin bị thủy phân thành betanidin
(màu đỏ) hay thành betaxanthin (màu vàng). Tuy nhiên, phản ứng thủy phân
betacynin có tính thuận nghịch. Khi thêm acid ascorbic, isoascorbic,
metaphosphoric hoặc acid gluconic vào dung dịch betanin bị thủy phân thì
betcyanin được tái tạo trở lại và dung dịch sẽ có màu sắc như ban đầu (Elbe và ctv.,
1981; Bilyk và Howard, 1982)
-

Ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt, oxy không khí, độ ẩm:

Betacyanin bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng. Nhiệt độ càng cao thì tốc
độ phân hủy càng mạnh. Do đó, betacyanin thường chỉ dùng để tạo màu cho các
thực phẩm bảo quản lạnh như kem, sữa chua, thức uống từ sữa,…(Pasch và ctv.,
1975).
Betcyanin cũng rất dễ bị oxy hóa khi có mặt trong các sàn phẩm có hàm lượng
nước cao hoặc chứa các ion kim loại (Ví dụ: Fe hay Cu). Các chất chống oxy hóa
như acid ascorbic và việc bao gói các sản phẩm có chứa betacyanin một cách thích


15

hợp có thể làm chậm quá trình này lại. Tuy nhiên, betacynin không bị biến đổi khi
thanh trùng sản phẩm có chứa hàm lượng đường cao.
1.3.4. Chức năng sinh học và ứng dụng
1.3.4.1. Tác dụng tạo màu:
Như đã biết, các betalain/betacyanin mang lại sự đa dạng, phong phú về màu
sắc cho hoa của nhiều loài thực vật. Nhờ vậy, tạo nên sức hấp dẫn đối với các loải
côn trùng, giúp cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt của thực vật được dễ dàng
(Clement và Mabry, 1996).

Nhờ có màu rất đẹp, các betalain được dụng làm chất màu trong công nghiệp
thực phẩm. Ở vùng Trung và Nam Mỹ từ lâu người dân địa phương từ lâu đã sử
dụng dịch chiết từ quả thanh long màu tím đỏ (Hylocereus polyrhizus) làm chất tạo
màu cho thực phẩm (Stintzing và ctv., 2002). Đặc biệt, betcyanin (chất màu có mã
số E162) được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt,
xúc xích, thịt muối, kem lạnh, yaourt, các loại nước giải khát, các loại mứt, kẹo, các
sản phẩm từ cà chua,…
Trong quá trình bảo quản, thành phần betalain/betacyanin trong các dịch chiết
sẽ dần dần bị phân hủy do ảnh hưởng của pH, nhiệt độ và hoạt độ nước. Do đó, các
thực phẩm chứa chất màu betalain dần dần bị phai màu hay mất màu tùy theo điều
kiện bảo quản. Do đó, các betalain/betacyanin có thể được thêm vào thực phẩm hay
dược phẩm để làm chỉ thị màu cho biết độ tươi hay độ mới của các sản phẩm này.
Khi màu của betalain bị chuyển thành màu nâu hay mất màu có nghĩa là các sản
phẩm trên được bảo quản không đúng cách và chất lượng đã bị biến đổi.
1.3.4.2. Tác dụng dược học:
Những nghiên cứu gần đây đã cho thấy củ cải đường là một trong 10 loại rau
quả có tác dụng oxy hóa mạnh nhất (Hanvorsen và ctv., 2002; Ou và ctv., 2002) và
dịch chiết củ cải đường có thể được sử dụng như là một phương thuốc ngăn ngừa
ung thư và chống xơ vữa động mạch. Điều này được giải thích là do củ cải đường
chứa một hàm lượng khá lớn betacyanin (300-600 mg/kg). Betacyanin có tác dụng
như là một chất chống oxy hóa nhờ khả năng bắt giữ các gốc tự do có thể làm đột


16

biến tế bào và gây ra những rối loạn trong sự trao đổi chất. Tác dụng chống oxy hóa
rất tốt của betacyanin cũng được giải thích bởi khả năng hấp thụ tốt betacyanin bởi
thành ruột non và sự gắn kết dễ dàng của betacyanin với màng tế bào do sự có mặt
của nhóm định chức cationic (-N+H).
1.3.5. Tình hình khai thác và ứng dụng betacyanin tự nhiên làm chất màu thực

phẩm
Nguồn betacyanin tự nhiên chủ yếu được khai thác thương mại hiện nay là củ
cải đường (Beta vulgaris). Dịch chiết betacyanin từ nguồn nguyên liêu này chứa
khoảng 95% betacyanin. Ngoài ra, cũng có một hàm lượng nhỏ sắc tố betaxanthin
(màu vàng), tuy nhiên màu này bị màu tím đỏ của betacyanin lất át [8]. Ngoài chất
màu betacyanin, dịch chiết củ cải đường còn có chứa các đường, muối hoặc các
protein tự nhiên. Do vậy, sau khi cô đặc, sản phẩm thô được tinh chế để loại bỏ các
tạp chất này. Ngoài ra, các acid thực phẩm (ví dụ: acid citric, lactic, L-ascorbic) có
thể được thêm vào làm tác nhân khống chế pH và chất ổn định. Sản phẩm
betacyanin thương mại có thể ở dưới dạng dịch chiết cô đặc hay ở dạng bột khô
(bằng cách trộn chất mang thích hợp với dịch chiết cô đặc rồi sấy phun). Các sản
phẩm betacyanin thô và tinh chế đã và đang được sử dụng rộng rãi làm phụ gia tạo
màu với sản lượng hàng năm ở EU có lúc lên đến gần 4000 tấn và đang có xu
hướng ngày càng gia tăng.

Hình 1.5. Các dạng sản phẩm chất màu betacyanin từ củ cải đường

Hiện nay cũng có một số nghiên cứu sinh tổng hợp betacyanin bằng phương
pháp nuôi cấy mô sẹo tế bào củ cải đường (Mukundan và ctv., 1998, 2001; Akita và
ctv., 2002). Tuy vậy, sản phẩm chất màu thu được có giá thành quá cao nên không
thể ứng dụng thương mại.


17

Do dịch chiết củ cải đường có mùi đất và nồng độ nitrite và nitrate cao nên
không hấp dẫn người tiêu dùng1 nên gần đây đã xuất hiện xu hướng nghiên cứu
chiết betacyanin từ vỏ thanh long thay thế cho củ cải đường [9][8][7]. Kết quả
nghiên cứu cho thấy đây cũng là nguồn betacyanin tiềm năng, có thể khai thác ứng
dụng làm chất màu thực phẩm.

1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT [1][2][4]
1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết
Chiết là quá trình chuyển chất cần chiết rút trong nguyên liệu vào dung môi
và được thực hiện bằng khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu.
a) Khuếch tán phân tử: là sự chuyển vật chất cần chiết rút từ pha này sang pha
khác do sự chuyển động nhiệt hỗn loạn trong môi trường tĩnh.
Khuếch tán phân tử theo định luật Fick I:

dm
dC
  DS
dt
dx

trong đó :
dm
: tốc độ hòa tan chất cần chiết
dt

S : diện tích tiếp xúc giữa chất cấn chiết và dung môi
dC
: gradient nồng độ
dx

D: hệ số khuếch tán phân tử, phụ thuộc vào nhiệt độ (T), độ nhớt của dung
môi () và bán kính phân tử chất cần chiết (r) theo công thức Einstein:

D

kT

6r

(k: hằng số Boltzmann)

Như vậy, tốc độ khuếch tán phân tử càng mạnh khi chênh lệch nồng độ chất
cần chiết giữa 2 pha tiếp xúc nhau, diện tích bề mặt tiếp xúc giữ nguyên liệu và
dung môi càng lớn, nhiệt độ càng cao và kích thước phân tử chất cần chiết càng
nhỏ.

1

Hiện nay, có thể hạn chế nhược điểm này bằng kỹ thuật siêu lọc và lên men dịch chiết củ cải đường với sự
có mặt của Candida utilis trong điều kiện kỵ khí (Adams et al., 1976).


18

b) Khuếch tán đối lưu: là sự vận chuyển vật chất từ môi trường này sang môi
trường khác trong dòng chuyển động của chất lỏng ở chế độ chảy xoáy. Khuếch tán
đối lưu là hình thái di chuyến vật chất trong dung dịch ở phạm vi nhỏ.
Khuếch tán đối lưu theo định luật Sucarep:

dm
 B.S .dC
dt

trong đó: dm, dt, dC và S có ý nghĩa giống như công thức khuếch tán phân tử ở trên;
B: hằng số tốc độ khuếch tán đối lưu.
Trong khuếch tán phân tử sự di chuyển vật chất nhờ vào động năng của
chuyển động nhiệt phân tử. Trong khuếch tán đối lưu di chuyển vật chất nhờ vào

năng lượng bên ngoài dẫn tới. Khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu được gọi là
khuếch tán nồng độ vì động lực của quá trình khuếch tán đều là do chênh lệch nồng
độ.
1.4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết
Trong quá trình chiết, để đạt được vận tốc chiết và hiệu suất chiết cao, cần cần
lưu ý các yếu tố sau:
a) Chênh lệch nồng độ chất cần chiết ở trong nguyên liệu và dung môi phải
cao để quá trình khuếch tán các phân tử cần chiết càng mạnh.
- Muốn vậy, có thể lợi dụng nguyên lý chiết ngược dòng để tạo ra sự chênh
lệch nồng độ lớn (trong chiết liên tục) hay thay mới dung môi chiết nhiều lần (trong
chiết gián đoạn).
- Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phải đủ lớn. Tuy nhiên chỉ lớn ở mức độ hợp lý
nhất định: nếu tỷ lệ này quá lớn sẽ làm cho nồng độ chất cần chiết trong dung dịch
chiết rút đuợc thấp, gây khó khăn và hiệu quả kinh tế kém (tốn năng lượng và thời
gian đuổi dung môi)
b) Hình thái, tính chất và cấu tạo của tổ chức nguyên liệu:
- Mức độ phá vỡ cấu trúc tế bào càng nhiều thì sự tiếp xúc giữa chất cần chiết và
dung môi càng tăng nên rút ngắn thời gian chiết và chiết triệt để hơn.
- Kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng
tăng, hiệu suất chiết tăng. Tuy nhiên cũng chỉ nên nhỏ tới mức nhất định vì quá nhỏ