Nghiên cứu chiết tách phẩm màu annatto và phân lập bixin, norbixin của hạt điều nhuộm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ HOÀNG LINH

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU

ANNATTO VÀ PHÂN LẬP BIXIN, NORBIXIN

CỦA HẠT ĐIỀU NHUỘM

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

Mã số: 60 44 27

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2014

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. ĐÀO HÙNG CƯỜNG

Phản biện 1: TS. Giang Thị Kim Liên

Phản biện 2: TS. Đặng Quang Vinh

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn

tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

21 tháng 12 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, khi đời sống của người dân phát triển thì giá trị của

thực phẩm không chỉ dừng lại ở giá trị dinh dưỡng mà nó còn bao

hàm cả giá trị thẩm mỹ và vấn đề an toàn cho người sử dụng. Để tạo

cho thực phẩm có tính cảm quan cao về phương diện màu sắc, ngành

công nghệ thực phẩm chủ yếu sử dụng chất màu tổng hợp .

Hiện nay, trên thế giới đã chiết tách được rất nhiều phẩm màu

có nguồn gốc trong tự nhiên có giá trị kinh tế rất lớn và được sử

dụng rộng rãi, một trong số đó là chất màu được lấy từ phần cơm của

hạt điều nhuộm mà thành phần tạo màu chủ yếu là bixin và norbixin

(chất màu này còn được gọi là phẩm màu annatto).

Theo các công trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy chất

màu từ hạt điều nhuộm không gây độc hại, không ảnh hưởng đến sức

khoẻ con người nên đã được CODEX đưa vào danh mục các loại

phẩm màu tự nhiên. Phẩm màu annatto đứng vị thứ 2 trong ngành

công nghiệp, nó được sử dụng thường xuyên nhất trong công nghệ

thực phẩm, làm màu bơ thực vật, sản phẩm bơ sữa, là hương vị đặc

biệt để nấu thịt, cá và các món ăn khác trong bữa cơm. Nó còn được

sử dụng trong ngành sản xuất mỹ phẩm và dược phẩm do phẩm màu

annatto có hoạt tính sinh học cao: Làm giảm lượng cholesterol trong

máu mang tính thuận trường, chữa các bệnh như sốt, kiết lị, nó còn là

chất chống oxi hoá mạnh, có khả năng tiêu diệt các gốc tự do và các

loại men hại gây ung thư trong thức ăn, nước uống, một chất chống

tia cực tím và chống oxi hoá giúp bảo vệ gan thường được sử dụng

trong y học.

Chính nhờ ưu điểm đó trên thế giới, các phương pháp thường

được sử dụng để chiết tách chất màu từ hạt điều nhuộm là phương

2

pháp cơ học và phương pháp trích ly bằng dung môi hữu cơ. Ở Việt

Nam, việc nghiên cứu chiết tách, phân lập chất màu hạt điều nhuộm

đã được quan tâm song cho đến nay chưa có quy trình công nghệ sản

xuất ổn định, hiệu suất chưa cao.

Để giải quyết vấn đề trên tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chiết

tách phẩm màu annatto và phân lập bixin, norbixin của hạt điều

nhuộm”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định độ ẩm, hàm lượng tro, hàm lượng kim loại.

- Nghiên cứu khảo sát điều kiện chiết tách phẩm màu tự

nhiên annatto từ hạt điều nhuộm bằng phương pháp dung dịch NaOH

và bằng hỗn hợp cồn 850

- dung dịch amoniac.

- Phân lập, xác định cấu trúc bixin và norbixin tách ra từ

phẩm màu annatto.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng

Hạt điều nhuộm được mua ở chợ Cồn – Hải Châu – Đà Nẵng.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Thu gom, phân loại và xử lý mẫu hạt điều nhuộm khô.

- Xác định: độ ẩm, hàm lượng tro, hàm lượng kim loại.

- Phương pháp chiết bằng dung dịch NaOH và hỗn hợp cồn

850

- dung dịch amoniac.

- 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

điều kiện chiết.

3

- Các phương pháp phổ xác định cấu trúc: phổ hồng ngoại

(IR), phổ cộng hưởng từ

1H – NMR,

13C – NMR, DEPT, COSY,

HMBC, HSQC.

- Phương pháp tách và xác định cấu trúc chất màu: sắc ký

bản mỏng (SKBM), sắc ký cột (SKC).

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Cung cấp thông tin khoa học về quy trình tách chiết, phân

lập, xác định cấu trúc chất màu từ phẩm màu annatto trong hạt điều

nhuộm.

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất trong

hạt điều nhuộm cho hiệu suất cao.

6. Bố cục của luận văn

Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 – Tổng quan

Chương 2 – Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 – Kết quả và kiến nghị

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÂY ĐIỀU NHUỘM

1.1.1. Đặc điểm sinh thái [2][4][13][19]

1.1.2. Đặc tính thực vật [2][4][13]

1.1.3. Thành phần hóa học của hạt điều nhuộm

1.2. CHẤT MÀU TỰ NHIÊN [8][20]

1.2.1. Khái niệm

1.2.2. Phân loại

1.3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA PHẨM MÀU ANNATTO

[7][8][6][12]

1.3.1. Bixin

1.3.2. Norbixin

1.4. LIỀU LƯỢNG SỬ DỤNG

1.5. TIÊU CHUẨN TINH KHIẾT

1.6. ỨNG DỤNG CỦA PHẨM MÀU HẠT ĐIỀU [4][10][13][14]

1.6.1. Trong y dược

1.6.2. Trong thực phẩm

1.6.3. Thuốc nhuộm màu tự nhiên

1.7. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.8. SẮC KÝ

1.8.1. Sắc ký cột

1.8.2. Sắc ký bản mỏng

5

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIÊU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT

2.1.1.Thu gom nguyên liệu

Hạt điều khô được mua ở chợ Cồn, quận Hải Châu, Đà Nẵng.

Hạt được thu mua là loại hạt già, khô, có màu đỏ sẫm.

2.1.2.Xử lí nguyên liệu

2.1.3.Thiết bị - dụng cụ và hóa chất

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1.Phương pháp trọng lượng

a. Xác định độ ẩm

b. Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp tro hóa mẫu

2.2.2. Phương pháp vật lý

a. Phương pháp xác định cấu trúc hóa học bằng phổ hồng

ngoại (IR)

b. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

c. Phương pháp đo quang phổ hấp thụ phân tử UV – Vis

2.2.3. Một số phương pháp chiết tách phẩm màu

a. Nguyên tắc chiết tách phẩm màu annatto

b. Phương pháp chiết [15]

c. Phương pháp kết tinh [14]

2.3. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN

CHIẾT ANNATTO TỪ HẠT ĐIỀU NHUỘM

2.3.1.Phương pháp chiết

2.3.2.Khảo sát điều kiện chiết

a. Khảo sát theo giá trị mật độ quang A

b. Khảo sát theo phương pháp trọng lượng

6

2.4. PHÂN LẬP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC CHẤT TỪ CAO

MÀU ANNATTO

2.4.1. Chuẩn bị chất màu annatto

2.4.2. Tiến hành kiểm tra sắc ký bản mỏng (SKBM)

2.4.3. Tiến hành sắc ký cột phân tách chất màu

2.4.4. Kiểm tra các phân đoạn tách ra từ sắc ký cột bằng

sắc ký bản mỏng

2.5. SƠ ĐỒ CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU ANNATTO

Sơ đồ nội dung nghiên cứu của đề tài được trình bày ở hình 2.5.

Xử lý nguyên liệu Xác định độ ẩm,

hàm lượng tro

Xác định hàm

lượng kim loại

Chiết trong hỗn hợp

cồn 850C – dd

amoniac

Chưng ninh bằng

dung dịch NaOH

Phẩm màu không

tan trong nước kết

tủa

Hình 2.5. Sơ đồ quy trình chiết tách phẩm màu annatto

7

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU HÓA LÍ CỦA

HẠT ĐIỀU NHUỘM

3.1.1.Độ ẩm

Độ ẩm trung bình của hạt điều chiếm 10,5910%. Giá trị này

hạt điều nhuộm sẽ bảo quản được thời gian dài và nguyên liệu được

sử dụng trong quá trình chiết tách có tính ổn định cao.

3.1.2. Hàm lượng tro

Hàm lượng tro trung bình là 4,0790%. Giá trị hàm lượng tro

trung bình tương đối thấp nên có thể dự đoán hàm lượng kim loại

trong mẫu hạt điều nhuộm không lớn.

3.1.3. Hàm lượng kim loại

Hàm lượng kim loại nặng trong hạt điều nhuộm thấp hơn nhiều so

với hàm lượng tối đa cho phép. Do vậy, có thể sử dụng an toàn hạt điều

nhuộmtrong thực phẩm, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

3.2. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH PHẨM MÀU

ANNATTO TRONG DUNG DỊCH KIỀM

3.2.1. Khảo sát nồng độ dung dịch NaOH

Hình 3.1. Phổ UV-Vis của dịch chiết với dung dịch NaOH ở các

nồng độ khác nhau

8

Nhận xét: Kết quả khảo sát theo mật độ quang và phương

pháp trọng lượng, nồng độ dung dịch NaOH là 0,6N cho hàm lượng

cao màu chiết được cao nhất, phản ứng chuyển hóa xảy ra triệt để.

Nồng độ dung dịch NaOH tăng cũng không tăng hàm lượng cao

màu. Vậy nồng độ dung dịch NaOH chiết thích hợp nhất ứng với các

điều kiện thí nghiệm lúc này là 0,6N.

Chọn nồng độ dung dịch NaOH là 0,6N để khảo sát các điều

kiện tiếp theo.

3.2.2. Khảo sát tỉ lệ rắn lỏng

Hình 3.2. Phổ UV-Vis của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các tỉ

lệ R/L khác nhau

Nhận xét: Kết quả khảo sát theo theo mật độ quang và

phương pháp trọng lượng cho thấy với khối lượng hạt điều nhuộm là

10,002g và thể tích dung dịch NaOH 0,6N là 160 ml cho phản ứng

chuyển hóa là tốt nhất nên hàm lượng chất màu cao nhất là 12,170%.

Như vậy chọn tỉ lệ R/L chiết thích hợp là 1/16 để khảo sát

các yếu tố còn lại.

9

3.2.3. Khảo sát thời gian chiết

Hình 3.3. Phổ UV – Vis của dịch chiết trong dung dịch NaOH ở các

thời gian chiết khác nhau.

Nhận xét: Kết quả khảo sát theo mật độ quang và phương

pháp trọng, cho thấy quá trình chiết trong thời gian dài ở nhiệt độ cao

có thể phá vỡ hệ thống nối đôi liên hợp, dẫn đến biến đổi cấu trúc

hợp chất mang màu, làm giảm hiệu suất chiết tách. Vậy, thời gian

chiết thích hợp nhất là 4 giờ.

Như vậy, chọn thời gian chiết tốt nhất cho quy trình này là 4

giờ để khảo sát yếu tố nhiệt độ.

3.2.4. Khảo sát nhiệt độ

Hình 3.4. Phổ UV-Vis của dịch chiết trongdung dịch NaOH ở các

nhiệt độ khác nhau

Nhận xét: Cho thấy khi nhiệt độ tăng, lượng chất màu chiết

được tăng lên. Tuy nhiên, khi ở nhiệt độ 600C lượng chất màu giảm