Nghiên cứu phương pháp chiết tách cao màu annatto từ hạt điều nhuộm bằng dung dịch kiềm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA

VÕ THỊ THIÊN NHẪN
Đề tài:

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHIẾ T TÁCH
CAO MÀU ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM
BẰNG DUNG DỊCH KIỀM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN SƯ PHẠM

Đà Nẵng, 05/2014


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHIẾ T TÁCH
CAO MÀU ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM
BẰNG DUNG DỊCH KIỀM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN SƯ PHẠM
Sinh viên thực hiện : Võ Thị Thiên Nhẫn
Lớp

: 10SHH
Giáo viên hướng dẫn : GS. TS. Đào Hùng Cường

Đà Nẵng, 05/2014


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐHSP
KHOA HĨA

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

--------------------------

NHIỆM VỤ CỦA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Võ Thị Thiên Nhẫn
Lớp: 10SHH
1. Tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp chiết tách cao màu annatto từ hạt điều
nhuộm bằng dung dịch kiềm
2.Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:
Hạt điều khô, bộ dụng cụ chưng ninh. Máy đo quang UV-Vis, máy đo pH, máy
quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Tủ sấy, lị nung, cân phân tích, cốc thủy tinh,
bình tam giác, bếp cách thủy, cốc sứ, các loại pipet, bình định mức…
3. Nội dung nghiên cứu:
- Xác định độ ẩm, hàm lượng tro, hàm lượng kim loại trong hạt điều.
- Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi: NaOH, cồn, dung dịch amoniac.
- Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để khảo sát bước sóng hấp
thụ và dựa vào mật độ quang để chọn điều kiện tối ưu về phương pháp.
- Nhận định, lựa chọn giá trị tối ưu về phương pháp.

- Định tính, định lượng dịch chiết của quy trình đã chọn.
- Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn.
4. Giáo viên hướng dẫn: GS,TS. Đào Hùng Cường.
5. Ngày giao đề tài: 30/07/2013
6. Ngày hoàn thành: 20/05/2014
Giáo viên hướng dẫn

Chủ nhiệm khoa

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 5 năm 2014
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày…tháng…năm 2014
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt
thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn
sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cơ ở Khoa Hóa học– Trường Đại Học Sư
Phạm Đà Nẵng đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến
thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Các thầy cô
không những truyền đạt cho em những kiến thức sách vở mà còn chỉ bảo cho
em những kinh nghiệm cuộc sống, tất cả những điều đó sẽ giúp cho em vững tin
bước vào đời.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và s ự tri ân sâu sắc đến Thầy giáo GS.TS
Đào Hùng Cường, người đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để em nghiên cứu khoa
học. Thầy đã tận tình giúp đỡ, dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp này, cũng như hồn thành luận văn này. Em kính chúc thầy thật nhiều sức

khỏe để tiếp tục sự nghiệp trồng người của mình và gặt hái nhiều thành cơng trong
cơng việc cũng như trong cuộc sống.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cơ cơng tác tại phịng thí nghiệm
khoa Hóa trường Đại học Sư Phạm, Trường Đại Học Bách Khoa đã tạo điều kiện,
giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Trong quá trình làm luận văn, bước đầu làm quen với nghiên cứu khoa học, trình độ
lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài luận văn khơng thể
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp c ủa các thầy cơ
để giúp luận văn hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2014
Sinh viên

Võ Thị Thiên Nhẫn


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa
Trang phụ bìa
Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình ảnh
LỜI MỞ ĐẦU

1

Chương 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................4

1.1. Sơ lược về cây điều nhuộm.........................................................................................4
1.1.1. Đặc điểm sinh thái ....................................................................................................4
1.1.1.1. Tên gọi ....................................................................................................................4
1.1.1.2. Phân loại khoa học ................................................................................................4
1.1.1.3. Nguồn gốc và phân bố .........................................................................................4
1.1.2.

Đặc tính thực vật ...................................................................................................5

1.1.3.

Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm ..........................................................5

1.2. Chất màu tự nhiên ........................................................................................................6
1.2.1. Khái niệm..................................................................................................................6
1.2.2. Phân loại.....................................................................................................................7
1.3. Tính chất hóa học của phẩm màu annatto.................................................................9
1.3.1 Bixin ..........................................................................................................................10
1.3.2. Norbixin ..................................................................................................................11
1.4. Ứng dụng của phẩm màu hạt điều ...........................................................................13
1.4.1. Trong y dược ...........................................................................................................13
1.4.2. Trong thực phẩm.....................................................................................................13
1.4.3. Thuốc nhuộm màu tự nhiên...................................................................................14


1.5. Tình hình nghiên cứu.................................................................................................15
1.6. Một số phương pháp chiết tách phẩm màu .............................................................17
1.6.1 Nguyên tắc chiết tách phẩm màu annatto .............................................................17
1.6.2. Phương pháp chiết ..................................................................................................18
1.6.3. Phương pháp hòa tan trong dung môi hữu cơ .....................................................19

1.6.4. Phương pháp kết tinh..............................................................................................20
1.7. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ............................................20
1.7.1 Giới thiệu phương pháp ..........................................................................................20
1.7.2. Trang bị của phép đo ..............................................................................................21
1.7.3. Nguyên tắc phép đo ...............................................................................................21
1.8. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis ...........................................23
1.8.1. Giới thiệu phương pháp .........................................................................................23
1.8.2. Máy đo quang UV-Vis ...........................................................................................23
1.8.3. Nguyên tắc phép đo ...............................................................................................24
Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................26
2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất ................................................................................26
2.1.1. Thu gom nguyên liệu..............................................................................................26
2.1.2. Xử lí nguyên liệu ....................................................................................................26
2.1.3. Thiết bị-dụng cụ và hóa chất .................................................................................26
2.1.3.1. Thiết bị-dụng cụ...................................................................................................26
2.1.3.2. Hóa chất ................................................................................................................27
2.2. Các phương pháp xác định chỉ tiêu hóa lí ...............................................................27
2.2.1. Xác định độ ẩm .......................................................................................................27
2.2.2. Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp tro hóa mẫu ..................................27
2.2.3. Xác định hàm lượng một số kim loại trong hạt điều nhuộm, trong cao annat to
bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. ........................................................28
2.3. Phương pháp chiết và khảo sát các điều kiện chiết annatto từ hạt điều nhuộm 28
2.3.1. Phương pháp chiết ..................................................................................................29
2.3.2. Khảo sát điều kiện chiết .........................................................................................30
2.4. Kiểm tra đánh giá chất lượng phẩm màu annatto ..................................................31


2.4.1. Kiểm tra định tính ..................................................................................................31
2.4.2. Kiểm tra định lượng ...............................................................................................32
2.5. Sơ đồ nghiên cứu........................................................................................................32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ........................................................................34
3.1. Kết quả xác định một số chỉ tiêu hóa lí của hạt điều nhuộm ...............................34
3.1.1. Độ ẩm ......................................................................................................................34
3.1.2. Hàm lượng tro ........................................................................................................34
3.1.3. Hàm lượng kim loại ...............................................................................................35
3.2. Xây dựng quy trình chiết tách phẩm màu annatto trong dung môi NaOH ........35
3.2.1. Khảo sát nồng độ dung dịch NaOH chiết tối ưu ................................................35
3.2.2. Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng tối ưu ................................................................................38
3.2.3. Khảo sát thời gian chiết tối ưu .............................................................................40
3.2.4. Khảo sát nhiệt độ tối ưu ........................................................................................42
3.3. Khảo sát các điều kiện chiết tách phẩm màu annatto bằng hỗn hợp dung môi
cồn 85 độ và dung dịch amoniac. ....................................................................................44
3.3.1. Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng tối ưu ................................................................................44
3.3.2. Khảo sát thời gian chiết tối ưu .............................................................................46
3.3.2. Khảo sát nồng độ amoniac chiết tối ưu...............................................................47
3.4. Chọn dung môi chiết tối ưu ......................................................................................49
3.5. Kiểm tra, đánh giá chất lượng phẩm màu annatto .................................................51
3.5.1. Kết quả kiểm tra định tính .....................................................................................51
3.5.2. Kết quả đánh giá cảm quan và độc tính của phẩm màu .....................................52
3.5.3. Định lượng tổng phẩm màu ...................................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO

58


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAS

: Quang phổ hấp thụ phân tử

CTPT : Công thức phân tử
CTCT : Công thức cấu tạo
D : Mật độ quang
M : Mẫu
R/L : Tỉ lệ nguyên liệu rắn/ dung môi lỏng
UV-Vis: Phổ tử ngoại khả kiến
JECFA : Ủy ban chuyên gia Quốc tê về phụ gia thực phẩm do Tổ chức Nông
lương Liên hiệp quốc và Tổ chức Y tế thế giới phối hợp điều hành.
QCVN : Quy chuẩn Việt Nam
BYT : Bộ y tế
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam


DANH MỤC CÁC B ẢNG
Số
hiệu
bảng
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12

3.13
3.14
3.15
3.16
3.17

Tên bảng

Trang

Kết quả khảo sát độ ẩm hạt điều nhuộm
Kết quả khảo sát hàm lượng tro
Hàm lượng một số kim loại trong hạt điều nhuộm
Mật độ quang của dịch chiết ở các nồng độ NaOH khác nhau
Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hàm lượng phẩm màu
Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các tỉ
lệ rắn/lỏng khác nhau
Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến hàm lượng phẩm màu khi chiết
trong dung dịch NaOH
Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các
thời gian khác nhau
Ảnh hưởng của thời gian chiết trong dung dịch NaOH.
đến hàm lượng phẩm màu
Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các
nhiệt độ khác nhau
Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết trong dung dịch NaOH đến
hàm lượng phẩm màu
Mật độ quang của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac
ở các tỉ lệ R/L khác nhau
Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/ lỏng đến hàm lượng phẩm màu

trong dung môi cồn và amoniac
Mật độ quang của dịch chiết trong dung môi cồn và amoniac
ở các thời gian khác nhau
Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng phẩm màu trong
dung môi cồn và amoniac.
Mật độ quang của dịch chiết trong hỗn hợp cồn và dung dịch
amoniac ở các nồng độ dung dịch amoniac khác nhau.

34
34
35
36
37

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch amoniac khi chiết trong
cồn và dung dịch amoniac đến hàm lượng phẩm màu

3.18 Hàm lượng một số kim loại trong cao annatto.

39
39
41
41
42
43
45
45
46
47
48

49
53


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7

Đồ thị 3.1
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12

Tên hình

Trang

Cây điều nhuộm
Hoa và quả điều nhuộm non và chín
Hạt điều nhuộm non và già
Công thức cấu tạo của Chlorophyll
Công thức cấu tạo của một số hợp chất carotenoit
Công thức cấu tạo của Flavonoid
Phẩm màu annatto ở dạng bột và dạng chiết trong dầu
Ứng dụng của phẩm màu annatto trong thực phẩm, nước uống
Annatto tạo màu cho món ăn
Sợi nhuộm bởi phẩm màu anntto
Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
Hạt điều nhuộm khô
Bộ dụng cụ chưng ninh
Ngâm chiết hạt điều trong hỗn hợp cồn 85 độ và dung dịch
amoniac
Dịch chiết trong NaOH (1) và hỗn hợp cồn 85 độ và dung dịch
amoniac (2)
Phổ UV-Vis của dịch chiết với dung dịch NaOH ở các nồng

độ khác nhau
Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các tỉ lệ
R/L khác nhau
Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các thời
gian chiết khác nhau.
Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các nhiệt
độ khác nhau.
Phổ UV-Vis của dịch chiết trong cồn và dung dịch NaOH ở
các nồng độ dung dịch amoniac khác nhau
Phổ UV-Vis của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac ở
các tỉ lệ R /L khác nhau
Phổ UV-Vis của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac ở
các thời gian khác nhau.
Hiệu suất chiết tách phẩm màu ở các dung môi khác nhau
Cao màu annatto chiết trong cồn và dung dịch amoniac
Phẩm màu annatto tan trong dung dịch KOH và ít tan trong
cồn 96 độ

4
5
6
7
8
9
9
13
14
15
21
24

26
29

Phổ hấp thụ UV-Vis của cao màu annatto
Bột màu annatto

52
52
54

Phổ hấp thụ UV-Vis của cao màu cần định lượng

30
31
36
38
40
42
44
46
48
50
50
51


1

LỜI MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài

Tính thẫm mỹ là một trong những tiêu chí để đánh giá sự thành cơng của
nghệ thuật ẩm thực. Vì thế màu sắc và cách bày trí món ăn ln là những yếu tố
được chú trọng hàng đầu ngay từ khâu chế biến. Một món ăn với màu sắt bắt mắt sẽ
góp phần tạo nên sự hấp dẫn cho món ăn, kích thích thị giác và cả vị giác của thực
khách. Hòa theo guồng quay phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm, phẩm
màu tổng hợp dần được phổ biến bởi ưu điểm rẻ, màu sắc đa dạng, bắt mắt và bền
hơn so với phẩm màu tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng các phẩm màu tổng hợp
không rõ nguồn gốc, xuất xứ, chưa được kiểm định có khả năng sinh ung thư, độc
tính trên gen, độc tính thần kinh gây nguy hại đến sức khỏe con người. Chính vì thế,
trong những năm trở lại đây, việc sử dụng phẩm màu tự nhiên ngày càng trở nên
được ưu chuộng. Phẩm màu tự nhiên ngồi việc giúp các món ăn trở nên bắt mắt về
mặt thẩm mỹ còn là nguồn cung cấp các chất dinh dưỡng có lợi trong cơ thể, có tác
dụng chống ôxy hóa, kháng viêm, hỗ trợ ngăn ngừa ung thư đường tiêu hóa... .
Ngay từ xa xưa, ơng cha ta đã biết dùng các chất màu tự nhiên từ thực vật
như màu đỏ từ gấc, cà chua, ớt chín; màu tím từ hoa dâm bụt chua, lá cẩm; màu
xanh từ lá dứa thơm, rau ngót; màu vàng t ừ nghệ...để làm phụ gia cho thực
phẩm, giúp cho món ăn trơng ngon miệng, đẹp mắt, thu hút hơn. Một trong những
chất màu tự nhiên được sử dụng từ rất lâu và khá phổ biến đó là chất màu annatto
có màu đỏ và vàng được lấy từ hạt điều nhuộm. Người dân lấy chất màu bằng cách
đun dầu nóng, cho hạt điều vào, khuấy cho ra màu rồi lấy dịch đó để làm màu thực
phẩm hoặc cho trực tiếp hạt điều nhuộm vào trong thức ăn để tạo màu.
Và trên thế giới các nhà khoa học đã chứng minh được chất màu chiết từ hạt
điều nhuộm không gây độc hại, không ảnh hưởng đến sức khoẻ con người nên được
CODEX đưa vào danh mục các loại phẩm màu tự nhiên sử dụng an tồn trong thực
phẩm, dược phẩm, đem lại tính hấp dẫn cho thực phẩm. Ngồi ra, loại phẩm màu
này cịn có hoạt tính sinh học có tác dụng chữa bệnh: giảm cholesterol trong máu,


2

mang tính nhuận trường, chữa các bệnh như sốt, kiết lị, viêm gan, cao huyết áp,
động kinh, tiêu diệt các gốc tự do và các loại men gây ung thư trong thức ăn, nước
uống…., do đó giá trị sử dụng của nó càng được nâng cao.
Trước những nghiên cứu ứng dụng rộng rãi của phẩm màu annatto nói riêng
và hạt điều nói chung ở nước ta đã có nhiều nhà hóa học quan tâm nhưng đến nay
vẫn chưa có một quy trình cơng nghệ sản xuất ổn định và hiệu quả để triển khai quy
mô công nghiệp, hầu hết vẫn sản xuất lẻ tẻ và sử dụng tại gia. Ngoài ra nguồn
nguyên liệu cho loại phẩm màu này chỉ mọc ở vùng nhiệt đới nên ta rất có ưu thế.
Vì vậy việc nghiên cứu chiết tách chất màu với hàm lượng chất màu cao nhất là một
việc làm cần thiết, quan trọng và có ý nghĩa lớn nhằm ứng dụng rộng rãi chất màu
tự nhiên trong thực phẩm, góp phần tích cực phát triển cây cơng nghiệp ở nước ta.
Với mong muốn có thể góp phần vào việc nghiên cứu trên nên tôi chọn đề tài
“ Nghiên cứu phương pháp chiết tách cao màu annatto từ hạt điều nhuộm
bằng dung dịch kiềm.”
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chiết tách phẩm màu annatto
từ hạt điều nhuộm bằng dung môi vô cơ và hữu cơ, lựa chọn quy trình chiết tách
hiệu quả nhất và kiểm tra lại quy trình đã lựa chọn
- Kiểm tra, đánh giá chất lượng phẩm màu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng: hạt điều nhuộm
- Phạm vi nghiên cứu: Quá trình thực nghiệm được tiến hành tại phịng thí
nghiệm Hóa học, trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp chiết chưng ninh, ngâm chiết
- Phương pháp trọng lượng, phương pháp đo quang UV – Vis, AAS.
5. Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu lý thuyết
− Cây điều nhuộm: Mô tả, đặc điểm sinh thái

3

− Phẩm màu annatto: Nguồn gốc, thành phần hóa học, ứng dụng
− Các phương pháp chiết tách: Chưng ninh, hòa tan bằng dung môi, kết tinh.
− Phương pháp hấp thụ phân tử UV – Vis
− Phưuơng pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý: Xác định độ ẩm tồn phần, hàm
lượng chất hữu cơ, vô cơ…
 Nghiên cứu thực nghiệm
− Xử lý mẫu: Thu thập, phân loại, rửa, sấy…
− Xác định độ ẩm toàn phần, hàm lượng tro của mẫu điều nhuộm nghiên cứu.
− Xác định hàm lượng kim loại nặng trong hạt điều nhuộm bằng phương pháp
quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
− Chiết tách phẩm màu annatto bởi các dung môi vô cơ: NaOH, NH3, hữu cơ:
Rượu etylic 85%
− Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để khảo sát bước
sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát tối ưu các điều kiện chiết.
− Nhận định, chọn lựa giá trị tối ưu về phương pháp.
− Định tính, định lượng dịch chiết của quy trình đã chọn.
− Kiểm tra, đánh giá lại quy trình đã chọn.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
− Cung cấp thông tin khoa học về các quy trình tách chiết phẩm màu annatto trong
hạt điều nhuộm, nghiên cứu lựa chọn quy trình hiệu quả nhất.
− Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất phẩm màu annatto từ hạt điều
nhuộm trong công nghiệp.
7. Bố cục luận văn
Luận văn chia làm 3 chương:
Chương 1- Tổng quan tài liệu
Chương 2- Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3- Kết quả và thảo luận

4

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về cây điều nhuộm
1.1.1. Đặc điểm sinh thái [2],[4],[13], [19]
1.1.1.1. Tên gọi
-

Tên thường gọi : Cây Điều màu, Cây Cà ri, sâm phụng, chầm phù

-

Tên tiếng Anh: Achiote, Aploppas, Anatto, Annatto, Arnatto, Lipstick Tree.

-

Tên tiếng Pháp: Atole, Roucou, Roucouyer.

-

Tên khoa học: Bixa orellana L.

Hình 1.1. Cây điều nhuộm
1.1.1.2. Phân loại khoa học
Ngành (division): Thực vật có hoa (Angiospermae)
Lớp (class): Hai lá mầm (Eudicots)
Bộ (ordo): Cẩm quỳ (Malvales)
Họ (familia): Điều nhuộm (Bixaceae)

Chi (genus): Điều nhuộm (Bixa)
Loài (species): Bixa orellana
1.1.1.3. Nguồn gốc và phân bố
Điều nhuộm hay còn gọi là điều màu, cà ri (Bixa orellana) là một loài cây bụi
hay cây gỗ nhỏ thuộc họ Điều nhuộm (Bixaceae), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt
đới của Châu Mỹ. Cây điều nhuộm có được trồng nhiều ở Bolivia, Brazil,
Colombia, Ecuador, Jamaica, Mexico, Peru, Puerto Rico và Cộng hịa Đơ-mi-ni-ca.


5

Cây điều nhuộm đưọc nhập vào Ấn Độ và khu vực Đông Nam Á, do người Tây Ban
Nha đưa tới đây trong thế kỷ 17 để làm chất nhuộm màu thực phẩm có màu vàng
đỏ. Sau này được du nhập vào các nước Hoa Kỳ, Ấn Độ, Đông Nam Á và Châu
Phi.
Ở Việt Nam cây điều nhuộm được nhập nội để trồng trong thời kỳ Pháp
thuộc, hiện nay loài cây này mọc hoang dại hoặc được trồng rải rác ở vùng nam bộ
như Cà Mau, Kiên Giang, Cần Thơ...
1.1.2. Đặc tính thực vật [2],[4],[13]
Điều nhuộm là cây nhiệt đới, xanh lá quanh năm, có thể sống tới 50 năm.
Cây gổ nhỏ, cao 4-5 m, có thể đến 10 m, có nhiều cành. Lá đơn mềm, nhẵn, hình
tam giác, đầu nhọn, hình tim ở gốc, nhọn ở chóp, dài 12cm, rộng 7cm hoặc hơn;
cuống phình ở đỉnh, dài 3-4 cm. Hoa tương đối lớn, có màu tím hay trắng, mọc
thành chùy ngắn ở đầu cành ngọn hay các nhánh. Quả màu đỏ tím, hình cầu, bao
bọc bởi gai cứng, mọc thành chùm, hình tim, mở bằng hai van, mỗi mảnh chứa
nhiều hạt. Quả non có màu xanh thẫm, mềm dễ bóp, hạt bên trong màu đỏ tươi, ướt,
trơn. Quả già vỏ màu xanh hơi vàng, hạt màu đỏ thẫm, khô cứng. Khi quả chín, quả
bị khơ và tự nứt thành hai mảnh. Trong mỗi quả có khoảng 50 hạt. Hạt hơi có dạng
lập phương trên một cuống ngắn, xung quanh hạt có lớp lổn nhổn màu đỏ.

Hình 1.2. Hoa và quả điều nhuộm non và chín
1.1.3. Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm
Trong hạt khô của cây điều nhuộm (Bixa orellana) có chứa Cellulose: từ
40% đến 45% cellulose. Đường sucrose: từ 3,5% đến 5,5%. Chất béo: cố định 3%.


6

Chất màu : từ 4,5% lên 5,5%. Tinh dầu: từ 0,3% đến 0,9%. Protein: từ 13% đến
16%. Quả chứa nhiều vitamin A (khoảng 3,2%). Ngồi ra�n

khác thì mật độ quang tăng đạt giá trị cao nhất ở nồng độ 0,6M , cho thấy ở nồng độ
này phản ứng chuyển hóa bixin, norbixin của chất màu về dạng muối natri của
norbixin annatto xảy ra hoàn toàn. Sự tăng nồng độ cao hơn giá trị 0,6N cũng không


37

làm tăng hiệu suất phản ứng. Điều này có thể được giải thích vì với nồng độ cao
hơn 0,6N, NaOH còn dư sau phản ứng đã hòa tan hỗn hợp chất màu trong kiềm dư,
làm giảm hàm lượng chất màu chiết được.


Quan sát đồ thị ta thấy, đỉnh hấp thụ rõ ở 453 và 480 nm là bước sóng hấp

thụ cực đại của norbixin, cịn ở bước sóng hấp thụ cực đại của bixin là 430 nm thì
cho đỉnh khơng rõ, điều này chứng tỏ bixin đã bị kiềm hóa hầu như triệt để thành
dạng muối của norbixin.


Khảo sát theo phương pháp trọng lượng
Tiến hành chưng ninh 5 mẫu như mục 3.2.1.1, lọc nóng thu được dịch chiết.

Trung hịa bằng axit HCl đặc sao cho đạt giá trị pH = 6  7. Làm sạch dịch chiết
bằng cách chiết với dung môi n-hexan trong phễu chiết. Chiết cho tới khi n-hexan
không bị đổi màu. Đuổi dung môi trên bếp cách thủy ở nhiệt độ 60 0C, thu được cao
mềm annatto, sấy nhiều giờ trong tủ sấy ở nhiệt độ 50 0 C cho tới khô. Cân khối
lượng cao màu thu được và tính phần trăm khối lượng phẩm màu.
Kết quả được thể hiện trong bảng 3.5.
Trong đó :

m0 : khối lượng hạt điều
m1 : khối lượng cốc ban đầu
m2 : khối lượng cốc + chất màu sau khi chiết
m : khối lượng chất màu chiết được.

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến hàm lượng phẩm màu.
Nồng độ

m0

m1

m2

m

NaOH

(gam)

(gam)

(gam)

(gam)

1

0,2N

10,003

87,092

87,945

0,853

8,53

2

0,4N

10,013

104,588

105,544

0,956

9,55

3

0,6N

10,01

116,658

117,662

1,004

10,03

4

0,8N

10,009

93,881

94,786

0,905

9,04

5

1N

10,004

111,131

112,113

0,982

9,82

STT

% Cao màu


38



Từ kết quả trên có thể cho thấy ở nồng độ NaOH là 0,6N cho hàm lượng cao

màu chiết được cao nhất, phản ứng chuyển hóa xảy ra triệt để. Nồng độ tăng cũng
không kéo theo sự tăng hàm lượng phẩm màu sau đó. Vậy nồng độ NaOH chiết tối

ưu nhất ứng với các điều kiện thí nghiệm lúc này là 0,6N.


Chọn nồng độ NaOH là 0,6N để khảo sát các đi ều kiện tiếp theo.

3.2.2. Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng tối ưu


Khảo sát theo mật độ quang
Cách tiến hành:
Cho vào 5 bình cầu cùng một lượng hạt điều, đánh số thứ tự, thay đổi thể tích

dung mơi và tiến hành chưng ninh trong thời gian 6 tiếng ở 50 0C. Khối lượng hạt
điều/ thể tích dung dịch NaOH 0,6N như sau:
M1: 10,022g/100ml; M2: 10,003g/120ml; M3: 10,013g/140ml; M4: 10,002g/160
ml; M5: 10,006g/180ml.
Lọc nóng dịch chiết, trung hịa bằng dung dịch axit HCl đến pH = 6-7. Định
mức các dịch chiết sau khi trung hịa đến thể tích bằng nhau bằng nước cất. Hút 1
ml dịch chiết, cho vào bình định mức 50ml, định mức đến vạch bằng nước cất. Đo
UV-Vis với mẫu trống là nước cất.

Hình 3.2. Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các tỉ lệ R/L khác nhau.


39

Bảng 3.6. Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở ctỉ lệ R/L khác nhau.

Mật độ quang D

(nm)
Mẫu

M1

M2

M3

M4

M5

457

2,1730

2,0322

2,1437

2,2178

2,1185

483

2,2363

1,9190

2,1737

2,2599

2,0817



Nhận xét: Khi tăng thể tích dung dịch NaOH kéo theo sự tăng giá trị mật độ

quang, khi tăng lên 180 ml thì giá trị mật độ quang lại giảm. Như vậy giá trị mật độ
quang cao nhất ứng với thể tích dung dịch NaOH là 160ml. Cho thấy ở thể tích 160
ml này là tốt nhất cho q trình hịa tan của chất màu trong dung mơi NaOH, cho
màu đậm nhất, hàm lượng màu cao nhất.


Khảo sát theo phương pháp trọng lượng
Tiến hành đuổi dung môi, làm khô cao màu tương tự như mô tả trong phần

khảo sát nồng độ NaOH ta thu được kết quả hàm lượng phẩm màu của mỗi quá
trình chiết trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến hàm lượng phẩm màu khi chiết trong
dung dịch NaOH

Thể tích
STT

NaOH
(ml)

m0

m1

m2

m

(gam)

(gam)

(gam)

(gam)

% Cao màu

1

100

10,022

114,008

115,002

0,994

9,92

2

120

10,003

102,824

103,849

1,025

10,25

3

140

10,013

76,768

77,932

1,164

11,62

4

160

10,002

86,997

88,214

1,217

12,17

5

180

10,006

120,886

121,948

1,062

10,61

40



Kết quả khảo sát theo phương pháp khối lượng cũng cho thấy với khối lượng

hạt điều nhuộm là 10,002 và thể tích dung dịch NaOH 0,6N là 160ml cho phản ứng
chuyển hóa là tốt nhất nên hàm lượng chất màu cao nhất là 12,17%.


Như vậy chọn tỉ lệ R/L chiết tối ưu là 1/16 để khảo sát các yếu tố còn lại.

3.2.3. Khảo sát thời gian chiết tối ưu
 Theo mật độ quang
Lấy 5 mẫu hạt điều với mỗi mẫu 10g trong 160 dung mơi NaOH 0,6 N cho vào
bình cầu, đánh số thứ t ự. Chưng ninh ở nhiệt độ là 50 0C ở các thời gian khác nhau
là:
M1: 2 giờ, M2: 4 giờ, M3: 6 giờ, M4: 8 giờ, M5: 10 giờ.
Lọc nóng dịch chiết, trung hịa bằng dung dịch axit HCl đến pH = 6 -7. Hút 1ml
dịch chiết, cho vào bình định mức 50 ml, định mức đến vạch bằng nước cất. Đo
UV-Vis với mẫu trống là nước cất.

Hình 3.3. Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung môi NaOH ở các thời gian
chiết khác nhau.


41

Bảng 3.8. Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các
thời gian khác nhau

(nm)

Mật độ quang D
Mẫu

M1

M2

M3

M4

M5

453

1,7717

2,2418

1,6324

1,3371

1,3562

483

1,6089

2,3545

1,4388

1,1811

1,1384



Nhận xét: Khi tăng thời gian chiết, giá trị mật độ quang tăng lần lượt ở các

mẫu 1,2,3,4. Tuy nhiên khi kéo dài thời gian chiết (mẫu 5) thì giá trị mật độ quang
giảm, cho thấy sự chiết trong thời gian kéo dài ở nhiệt độ cao có thể là phá vỡ hệ
thống nối đôi liên hợp, dẫn đến biến đổi cấu trúc hợp chất mang màu, làm giảm
hiệu suất phản ứng. Vậy thời gian chiết thích hợp nhất là 4 giờ.
 Theo phương pháp trọng lượng
Tiến hành đuổi dung môi, làm khô cao màu tương tự như mô tả trong phần khảo sát
nồng độ NaOH ta thu được kết quả hàm lượng phẩm màu của mỗi quá trình chiết
trong bảng 3.11.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của thời gian chiết trong dung dịch NaOH
đến hàm lượng phẩm màu

Thời gian

m0

m1

m2

m

(giờ)

(gam)

(gam)

(gam)

(gam)

1

2

10,011

93,788

94,915

1,127

11,26

2

4

10,003

111,089

112,475

1,386

13,86

3

6

10,018

116,685

117,778

1,093

10,91

4

8

10,014

104,643

105,861

1,218

12,16

5

10

10,01

112,876

114,038

1,162

11,61

STT

% Cao màu

 Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng cho thấy khi tăng nhiệt độ thì

hàm lượng phẩm màu chiết được tăng và đạt cực đại với thời gian là 4 giờ. Sự
kéo dài thêm thời gian không làm tăng hiệu suất chiết phẩm màu.


42

 Như vậy, chọn thời gian chiết tối ưu cho quy trình này là 4giờ để khảo sát
yếu tố nhiệt độ.
3.2.4. Khảo sát nhiệt độ tối ưu
 Theo mật độ quang
Chuẩn bị 7 mẫu với mỗi mẫu 10g và 160 ml dung mơi NaOH 0,6N cho vào
bình cầu, đánh số thứ tự. Chưng ninh trong thời gian 4 giờ ở các nhiệt độ là :
M1: 300 C, M2: 350 C, M3: 400 C, M4: 450 C, M5: 500 C, M6: 550 C, M7: 600 C.
Lọc nóng dịch chiết, trung hịa bằng dung dịch axit HCl đến pH = 6 -7. Hút 1ml
dịch chiết, cho vào bình định mức 50 ml, định mức đến vạch bằng nước cất. Đo
UV-Vis với mẫu trống là nước cất.
Bảng 3.10. Mật độ quang của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở nhiệt độ khác nhau

(nm)
Mẫu

Mật độ quang D
M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

453

1,1099

1,0670

1,7716

1,6443

2,2997

2,4378

2,1837

482

0,9476

0,8927

1,6145

1,4639

2,2258

2,5179

2,3235

Hình 3.4. Phổ UV-Vis của dịch chiết trong NaOH ở các nhiệt độ khác nhau.


43

 Nhận xét: Theo phổ UV-Vis ta thấy giá trị mật độ quang tăng khi ta tăng
nhiệt độ chiết từ 30 đến 55 0 C, tuy nhiên khi tăng đến 60 0C, giá trị mật độ quang lại
giảm. Cho thấy khi nhiệt độ tăng, lượng chất màu chiết được tăng lên. Tuy nhiên
khi ở nhiệt độ 60 0C lượng chất màu khơng tăng mà lại giảm điều này có thể được
giải thích do có sự phân hủy một phần vì nhiệt của chất màu. Vì các hợp chất mang
màu của hạt điều nhuộm có hệ thống nối đơi liên hợp, nên khi tăng đến nhiệt độ
nhất định có thể phá hủy hệ thống nối đôi cách này, phá vỡ cấu trúc mang màu. Ở
nhiệt độ 55 0C cho mật độ quang cao nhất, chứng tỏ nhiệt độ 55 0C là nhiệt độ chiết
thích hợp nhất.


Theo phương pháp trọng lượng
Tiến hành đuổi dung môi, làm khô cao màu tương tự như mô tả trong phần

khảo sát nồng độ NaOH ta thu được kết quả hàm lượng phẩm màu của mỗi quá
trình chiết trong bảng 3.9.
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết trong dung dịch NaOH

đến hàm lượng phẩm màu
Nhiệt độ

m0

m1

m2

m

(0C)

(gam)

(gam)

(gam)

(gam)

1

30

10,009

113,028

114,112

1,084

10,83

2

35

10,016

106,039

107,154

1,115

11,13

3

40

10,015

112,474

113,747

1,273

12,71

4

45

10,019

112,576

113,807

1,231

12,29

5

50

10,012

112,947

114,408

1,461

14,59

6

55

10,023

105,771

107,295

1,524

15,21

7

60

10,024

112,583

113,943

1,36

13,57

STT



% Cao màu

Khi tăng nhiệt độ chiết kéo theo sự tăng hàm lượng phẩm màu và đạt cực đại

ở 55 0 C là 15,21%. Ở nhiệt độ cao hơn, chất màu bắt đầu bị phá vỡ cấu trúc mang
màu nên hiệu suất chiết giảm.


Vậy nhiệt độ chiết tối ưu là 55 0 C.


44



Từ quá trình khảo sát 4 yếu tố, nồng độ NaOH, tỉ lệ R/L, nhiệt độ và thời

gian chiết đã lựa chọn được các điều kiện chiết tối ưu cho mỗi yếu tố, từ đó xây
dựng được quy trình chiết tối ưu nhất đối với dung môi NaOH với nồng độ 0,6N, tỉ
lệ R/L là 1/16, nhiệt độ chiết là 55 0 C và thời gian chiết là 4h.
3.3. Khảo sát các điều kiện chiết tách phẩm màu annatto bằng hỗn hợp dung
môi cồn 85 độ và dung dịch amoniac.
3.3.1. Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng tối ưu
 Theo mật độ quang
Cách tiến hành:
Chuẩn bị 5 bình tam giác có nút nhám 100 ml, đánh số thứ tự. Cho vào mỗi
bình hỗn hợp dung dịch cồn 85 độ và amoniac 1% theo tỉ lệ 1:1 theo các thể tích

khác nhau: M1: 40 ml, M2: 50ml, M3: 60ml, M4: 70ml, M5: 80 ml.
Cho tiếp vào mỗi bình 10g hạt điều, đậy kín, để ở nhiệt độ phịng trong 25
giờ. Lọc lấy dịch chiết bằng phễu lọc, lấy 1ml dịch lọc cho vào bình định mức
100ml, định mức đến vạch bằng nước cất. Đo UV-Vis với mẫu trống là hỗn hợp cồn
85 độ và amoniac tỉ lệ 1:1.

Hình 3.5. Phổ UV-Vis của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac
ở các tỉ lệ R /L khác nhau.


45

Bảng 3.12. Mật độ quang của dịch chiết trong cồn và dung dịch amoniac ở các tỉ lệ
R/L khác nhau.

Mật độ quang D

(nm)
Mẫu

M1

M2

M3

M4

M5

451

0,51806

0,67646

0,91186

1,3480

1,0374

480

0,39747

0,53198

0,71550

1,1495

0,8362



Nhận xét: Khi tăng thể tích hỗn hợp dung mơi cồn và dung dịch amoniac thì

mật độ quang tăng, chứng tỏ thể tích tăng làm tăng hiệu suất phản ứng. Tuy nhiên,
mật độ quang đạt cực đại tại thể tích 60ml , sự tăng thể tích đến 70 ml không làm

tăng hiệu suất phản ứng nữa.
 Theo phương pháp trọng lượng
Vì dịch chiết được chiết trong dung mơi là cồn và dung dịch amoniac nên ta chỉ
cần cho bay hơi dung môi để thu được cao màu annatto. Tiến hành cô cạn các dịch
chiết ở trên bằng bếp cách thủy ở nhiệt độ 40 0C. Cân khối lượng phẩm màu và tính
phần trăm khối lượng phẩm màu thu được.
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của tỉ lệ R/L đến hàm lượng cao màu trong dung mơi
cồn và amoniac.

Thể tích hỗn hợp

m0

m1

m2

m

% Cao

C2H5 OH và NH3

(gam)

(gam)

(gam)

(gam)

màu

1

30

10,007

50,124

50,458

0,334

3,34

2

40

10,015

52,622

52,938

0,316

3,16

3

50

10,017

51,494

51,902

0,408

4,07

4

60

10,011

47,897

48,389

0,492

4,91

5

70

10,009

56,395

56,782

0,387

3,87

STT



Kết quả khảo sát theo phương pháp trọng lượng cho thấy ở khối lượng hạt

điều là 10,011g và thể tích dung mơi là 60ml thì cho hàm lượng cao màu cao nhất
đạt 4,91%.