Tài liệu Nghiên cứu sản xuất chế phẩm chlorophyll từ lá bắp và thử nghiệm sử dụng trong sản xuất trà hòa tan

i BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ------------ NGUYỄN THANH QUẢNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ LÁ BẮP VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Nha Trang - 2014 ii BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ------------ NGUYỄN THANH QUẢNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ LÁ BẮP VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Công nghệ sau thu hoạch Mã số : 60540104 Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Ngọc Bội PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân Khánh Hòa - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi được hoàn thành dưới sự tài trợ của đề tài: “Xây dựng quy trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu polyphenol, chlorophyll từ cây bắp”. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình khác. Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Quảng ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn này Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Khoa Sau đại học sự kính trọng, niềm tự hào được học tập và nghiên cứu tại trường trong những năm qua. Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS. Vũ Ngọc Bội Trưởng khoa Công nghệ Thực phẩm và PGS. TS. Trần Thị Thanh Vân -Trưởng phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Quảng Nam, lãnh đạo khoa Nông nghiệp, Tài nguyên và Môi trường đã tạo điều kiện và cho phép tôi được đi học để nâng cao trình độ. Xin cảm ơn quý thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm và các cán bộ - phòng Hóa phân tích và Triển khai Công nghệ - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Xin cảm ơn các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quí báu để công trình nghiên cứu được hoàn thành có chất lượng. Xin cảm ơn ThS. Đặng Xuân Cường - Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ Nha Trang đã luôn động viên, hỗ trợ nhiệt tình, cung cấp tài liệu và hỗ trợ kinh phí thực hiện đề tài nghiên cứu này từ nguồn kinh phí thực hiện đề tài: “Xây dựng quy trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu polyphenol, chlorophyll từ cây bắp”. Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè luôn luôn chia sẻ kịp thời cùng tôi trong quá trình nghiên cứu. iii MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ v DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY BẮP (NGÔ) ..................................................................3 1.1.1. Đặc điểm sinh học .............................................................................................3 1.1.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cây bắp .....................................4 1.1.3. Sản lượng bắp trong nước và trên thế giới .........................................................7 1.2. TỔNG QUAN VỀ CHLOROPHYLL ..................................................................8 1.2.1. Giới thiệu chung về chlorophyll ........................................................................8 1.2.2. Cấu trúc hóa học và đặc tính của chlorophyll .................................................... 9 1.2.3. Vai trò của chlorophyll ....................................................................................18 1.2.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chlorophyll ...............................................22 1.2.5. Các phương pháp xác định chlorophyll ...........................................................23 1.3. KỸ THUẬT SẤY PHUN ...................................................................................26 1.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy phun .....................................28 1.3.2. Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy phun .......................................32 1.3.3. Một số loại chất mang dùng trong thực phẩm ..................................................34 1.3.4. Một số nghiên cứu ứng dụng sấy phun trong thực phẩm ..................................36 1.4. TRÀ HÒA TAN .................................................................................................39 1.4.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 39 1.4.2. Một số sản phẩm trên thị trường ...................................................................... 39 1.4.3. Bao bì sử dụng đối với sản phẩm trà hòa tan ................................................... 40 CHƯƠNG II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 42 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU .......................................................................................42 2.1.1. Nguyên liệu .....................................................................................................42 2.1.2. Các phụ gia sử dụng ........................................................................................42 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................42 iv 2.2.1. Phương pháp phân tích hóa học .......................................................................42 2.2.2. Phương pháp phân tích vi sinh ........................................................................45 2.2.3. Phương pháp phân tích cảm quan ....................................................................45 2.2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm ........................................................................46 2.3. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ...............................................................................54 2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ...................................................................54 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.................................. 55 3.1. CHIẾT RÚT CHLOROPHYLL TỪ LÁ BẮP ....................................................55 3.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH SẤY PHUN THU NHẬN CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL ...........................................................57 3.2.1. Xác định chất mang .........................................................................................57 3.2.2. Xác định nhiệt độ không khí đầu vào ..............................................................62 3.2.3. Xác định tỷ lệ maltodextrin .............................................................................67 3.2.4. Xác định áp suất khí nén .................................................................................74 3.2.5. Xác định tốc độ bơm dịch ...............................................................................78 3.2.6. Sản xuất thử chế phẩm chlorophyll và đánh giá chất lượng chế phẩm .............83 3.3. THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TRONG SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN .......................................................................................................85 3.3.1. Xác định tỷ lệ đường aspartam ........................................................................85 3.3.2. Xác định tỷ lệ bổ sung ascorbic acid thích hợp ................................................ 86 3.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT TRÀ HÒA TAN TỪ CHẾ PHẨM CHLOROPHYL LÁ BẮP VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ...............88 3.4.1. Đề xuất quy trình sản xuất trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll lá bắp ..................88 3.4.2. Sản xuất thử sản phẩm trà hòa tan và đánh giá chất lượng sản phẩm ...............89 3.5. SỰ THAY ĐỔI CHẤT LƯỢNG CỦA CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL THEO THỜI GIAN BẢO QUẢN ..................................................................................................92 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ........................................................................ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 100 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 110 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT aw : Hoạt độ nước C : Carbon Chl : Chlorophyll DW : dry weight (chất khô) DE : Dextrose Equivalent DPPH : 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl DT : Dextrose EE : Encapsulation efficiency FAO : Food and Agriculture Organization HPLC : High Performance Liquid Chromatography IGC : International Grains Council MD : Maltodextrin PE : Polyethylene RP : Hoạt tính khử sắt (reducing power activity) TAA : Hoạt tính chống oxy hóa tổng (total antioxidant activity) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam UV : Untraviolet UV-Vis : Ultraviolet visible vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học cây bắp (%) ................................................................................. 5 Bảng 1.2. Thành phần hoá học của hạt ngô và các phụ phẩm khác ............................................ 6 Bảng 1.3. Hàm lượng chlorophyll trong một số loại thực vật tươi .............................................. 9 Bảng 1.4: Nồng độ chlorophyll được tính theo công thức tương ứng với các dung môi và phương pháp khác nhau ...............................................................................................................26 Bảng 1.5. Các chất bao gói cho sự bao gói các thành phần thực phẩm ......................................34 Bảng 1.6. Các nghiên cứu sấy phun về các loại thịt quả ............................................................ 37 Bảng 2.1. Các phương pháp định tính một số thành phần hóa thực vật trong dịch chiết chlorophyll ................................................................................................................................... 43 Bảng 3.1. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng của dịch chiết chlorophyll từ lá bắp cô đặc .................................................................................................................................................56 Bảng 3.2. Kết quả phân tích sơ bộ một số thành phần hóa thực vật của dịch chiết chlorophyll từ lá bắp cô đặc ..................................................................................................................................56 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chế phẩm chlorophyll sau sấy .....................57 Bảng 3.4. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng chế phẩm chlorophyll sấy ở các nhiệt độ khí đầu vào khác nhau từ 100oC  140oC ....................................................................................62 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến một số chỉ tiêu chất lượng chế phẩm chlorophyll thu nhận từ bắp ...............................................................................................70 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến một số chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm Chlorophyll sau sấy ......................................................................................................................74 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của tốc độ bơm dịch đến một số chỉ tiêu chất lượng của chế phẩm chlorophyll ....................................................................................................................................79 Bảng 3.8. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng, hàm lượng chlorophyll và hoạt tính chống oxy của chế phẩm sau sấy .................................................................................................84 Bảng 3.9. Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của chế phẩm sau sấy ............................84 Bảng 3.10. Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh vật của chế phẩm chlorophyll ........................84 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ đường aspartame đến chất lượng cảm quan của sản phẩm trà hòa tan ...........................................................................................................................................86 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ Ascorbic acid đến chất lượng cảm quan trà hòa tan ......87 Bảng 3.13. Tỷ lệ phối chế các thành phần tạo trà hòa tan ...........................................................87 vii Bảng 3.14. Kết quả đánh giá chỉ tiêu hoá lý sản phẩm trà chlorophyll hòa tan ..........................90 Bảng 3.15. Kết quả đánh giá trạng thái cảm quan sản phẩm trà hòa tan ....................................90 Bảng 3.16. Kết quả đánh giá tổng điểm cảm quan chung của sản phẩm trà chlorophyll hoà tan ........................................................................................................................................................90 Bảng 3.17. Kết quả kiểm tra các chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm trà hòa tan ................................91 Bảng 3.18. Kết quả sơ bộ tính toán chi phí nguyên vật liệu sử dụng trong sản xuất trà hòa tan 91 Bảng 3.19. Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll và hoạt tính DPPH trung bình của chế phẩm theo thời gian bảo quản .................................................................................................................92 Bảng 3.20. Kết quả kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của chế phẩm của theo thời gian bảo quản ....94 Bảng 3.21. Sự thay đổi trạng thái cảm quan của chế phẩm theo thời gian bảo quản .........95 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh về cây bắp ....................................................................................3 Hình 1.2. Bắp khi thu hoạch ...................................................................................................... 7 Hình 1.3. Hình dạng cấu trúc của chlorophyll ........................................................... 10 Hình 1.4. Chlorophyll phản ứng với base................................................................... 12 Hình 1.5. Sự tạo thành chlorophyllin từ chlorophyll................................................... 13 Hình 1.6. Chlorophyll phản ứng với Acid .................................................................. 14 Hình 1.7. Sự tạo thành các dẫn xuất của chlorophyll a và b do enzyme trong môi trường acid HCl ........................................................................................................ 15 Hình 1.8. Phổ hấp thụ quang của chlorophyll a và chlorophyll b cùng với dẫn xuất của chúng trong dịch chiết lá............................................................................................ 16 Hình 1.9. Phổ hấp thụ quang khác nhau của chlorophyll trong ethanol 95% và diethy ether 17 Hình 1.10. Cấu tạo vòi phun sương dạng đĩa quay và vòi phun áp lực ...................... 28 Hình 1.11. Cấu tạo buồng máy sấy phun ..............................................................................29 Hình 1.12. Quá trình làm khô một giọt dịch chứa chất rắn trong máy sấy phun ......... 31 Hình 1.13. Nguyên lý cấu tạo hệ thống thiết bị sấy phun ........................................... 31 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .........................................................................46 Hình 2.2: Bố trí thí nghiệm chọn loại chất mang ................................................................48 Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm chọn nhiệt độ khí đầu vào ......................................................49 Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ bổ sung chất mang ................................................49 Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm chọn áp suất khí nén ................................................................50 Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm chọn tốc độ bơm nhập liệu .....................................................51 Hình 2.7: Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ bổ sung đường aspartime ..............................52 Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ bổ sung ascorbic acid ....................................53 Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm xác định sự biến đổi của hàm lượng chlorophyll và hoạt tính chống oxy hóa của chế phẩm theo thời gian ................................................................54 Hình 3.1. Sơ đồ quy trình thu nhận dịch chiết chlorophyll từ lá bắp ...............................55 Hình 3.2. Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau .................................................................................................................58 Hình 3.3. Sự thay đổi hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau ...................................................................................................58 ix Hình 3.4. Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau ...................................................................................................59 Hình 3.5. Sự thay hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy tương ứng với các chất mang khác nhau .....................................................................................................................................59 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm sau sấy ...............................................................................................................................63 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm sau sấy .......................................................................................................................63 Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm sau sấy .......................................................................................................................64 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm sau sấy 64 Hình 3.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào đến độ ẩm và hoạt độ nước của chế phẩm sau sấy ...............................................................................................................................65 Hình 3.11. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm chlorophyll .....................................................................................................67 Hình 3.12. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hiệu suất thu hồi chlorophyll ..................................................................................................................................68 Hình 3.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hoạt tính chống oxy hóa tổng của chế phẩm chlorophyll ...............................................................................................68 Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm chlorophyll sau sấy .........................................................................................................69 Hình 3.15. Ảnh hưởng của các tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến độ ẩm và hoạt độ nước của chế phẩm ..............................................................................................................................69 Hình 3.16. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hàm lượng chlororphyll của chế phẩm chlorophyll ..................................................................................................................................75 Hình 3.17. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm chlorophyll .......................................................................................................................75 Hình 3.18. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm chlorophyll .......................................................................................................................76 Hình 3.19. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm chlorophyll ..................................................................................................................................76 x Hình 3.20. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hàm lượng chlorophyll của chế phẩm chlorophyll .......................................................................................................................80 Hình 3.21. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi chlorophyll của chế phẩm chlorophyll ................................................................................................................80 Hình 3.22. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm chlorophyll ................................................................................................................81 Hình 3.23. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hoạt tính khử sắt của chế phẩm chlorophyll ..................................................................................................................................81 Hình 3.24. Hình chụp vi ảnh (SEM) của chế phẩm chlorophyll ......................................85 Hình 3.25. Sơ đồ quy trình chế biến trà chlorophyll hòa tan từ dịch chiết chlorophyll lá bắp 88 Hình 3.26. Sự thay đổi hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm theo thời gian bảo quản ......93 Hình 3.27. Sự thay đổi hoạt tính chống oxy hoá tổng của chế phẩm theo thời gian bảo quản ..93 Hình 3.28. Sự thay đổi hoạt tính khử sắt của chế phẩm theo thời gian bảo quản .........94 1 MỞ ĐẦU Cây bắp (Zea mays L.) là một trong những cây lương thực được trồng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới. Thống kê của tổ chức nông lương thế giới (FAO) cho thấy, hiện nay bắp có sản lượng lớn thứ II (1016,43 triệu tấn năm 2013), diện tích trồng lớn thứ II (184,24 triệu ha diện tích thu hoạch năm 2013) so với các loại cây lương thực khác trên thế giới [100]. Ở nước ta, diện tích trồng bắp của cả nước vào khoảng 1,1 1,2 triệu ha (niên vụ 2013-2014) [2] và mỗi một ha trồng bắp có thể tạo ra khoảng 4,5 tấn phế liệu [105]. Hạt bắp được sử dụng làm lương thực và thức ăn chăn nuôi, phế liệu từ bắp như thân, lá, rễ v.v... mới chỉ được sử dụng làm chất đốt, thức ăn chăn nuôi, làm bột giấy, ethanol sinh học. Trong khi đó, thân và lá bắp giàu các hoạt chất sinh học như chlorophyll, polyphenol,... Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, chlorophyll là sắc tố xanh có các hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng đột biến gen,.... Vì thế, chlorophyll được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Hiện chlorophyll từ lá cây bắp chưa được nghiên cứu và ứng dụng trong đời sống gây ra sự lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên. Do vậy, việc nghiên cứu thu nhận các chất tự nhiên có trong các phần phế liệu từ bắp là một hướng nghiên cứu mới và cần thiết. Hướng nghiên cứu này không những làm tăng giá trị cho cây bắp mà còn sẽ góp phần tạo công ăn việc làm cho người lao động. Năm 2012, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Khánh Hòa đã giao cho ThS. Đặng Xuân Cường thực hiện đề tài: “Xây dựng qui trình chiết xuất, sản xuất đồ uống giàu polyphenol, chlorophyll từ cây Bắp”. Được sự đồng ý của chủ nhiệm đề tài và Trường Đại học Nha Trang, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm chlorophyll từ lá Bắp và thử nghiệm sử dụng trong sản xuất trà hòa tan” . Mục tiêu của đề tài + Mục tiêu chung: sản xuất chế phẩm chlorophyll từ dịch chiết lá Bắp từ đó thử nghiệm sản xuất trà hòa tan chứa chlorophyll từ lá bắp. + Mục tiêu cụ thể: * Thu nhận chế phẩm chlorophyll lá bắp theo kỹ thuật sấy phun làm khô dịch chiết chlorophyll từ lá bắp. * Sản xuất thử sản phẩm trà hòa tan chứa chlorophyll lá bắp. 2 Nội dung của đề tài 1) Nghiên cứu xác định điều kiện thích hợp để sấy phun dịch chlorophyll thu nhận từ lá bắp. 2) Xác định công thức phối chế phù hợp để sản xuất trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll từ lá bắp. 3) Nghiên cứu xác định chế độ bảo quản chế phẩm chlorophyll từ lá bắp Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài lần đầu tiên nghiên cứu một cách đầy đủ về quá trình sấy phun dịch chiết chlorophyll từ lá bắp và nghiên cứu sử dụng chlorophyll từ lá bắp trong sản xuất trà hòa tan - một sản phẩm mới có giá trị từ cây bắp - một loại cây trồng khá phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới. Các số liệu của đề tài là các số liệu mới làm cơ sở cho việc sản xuất thương mại trà hòa tan từ chế phẩm chlorophyll lá bắp. Số liệu nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm tài liệu cho những ai quan tâm đến lĩnh vực này. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài lần đầu tiên đề xuất hướng tận dụng phụ phẩm từ bắp trong sản xuất các đồ uống chứa chlorophyll từ lá bắp - đây là một chế phẩm có hoạt tính sinh học và tốt cho sức khoẻ con người. Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để tiến tới thương mại hoá sản phẩm từ phế liệu của cây bắp. Do vậy đề tài chính có ý nghĩa thực tiễn cao. 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY BẮP (NGÔ) 1.1.1. Đặc điểm sinh học Cây Bắp hay còn gọi là cây Ngô có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi Maydeae, họ hoà thảo (Poaceae hay Gramineae), bộ hoà thảo (Poales hay Graminales), lớp một lá mầm (Monocotylens), ngành hạt kín (Angiospermatophyta), phân giới thực vật bậc cao (Cosmobionia). Hình 1.1. Hình ảnh về cây bắp [8] Cây Bắp có tên tiếng Anh là “maize” và từ này xuất phát từ tiếng Tây Ban Nha (maíz) (thuật ngữ trong tiếng Taino để chỉ loài cây này). Nghiên cứu về di truyền học cho rằng, quá trình thuần hóa cây bắp diễn ra vào khoảng năm 7.000 trước công nguyên tại miền trung Mexico. Tổ tiên của cây bắp là loại cỏ Teosinte hoang dại mọc trong lưu vực sông Balsas. Cây Bắp được gieo trồng rộng rãi, nhanh chóng và được sử dụng làm lương thực chính của phần lớn các nền văn hóa tiền Columbus tại Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Nam Mỹ và khu vực Caribe. Chúng được trồng nhiều từ 50o vĩ Bắc đến 400 vĩ Nam và lên độ cao 3.300m ở châu Mỹ. Chúng có thể sống ở một số loại đất, nhưng tốt nhất là đất xốp, dễ thoát nước không thích đất mặn và lầy [8], [101]. 4 Tại Việt Nam, cây bắp đã được Trần Thế Vinh mang về từ Trung Quốc khi ông đi sứ vào cuối thế kỷ 17 (khoảng 1662-1723) (theo Lê Quý Đôn). Một số giả thuyết khác thì cho là cây Bắp và cây mè đều do ông Phùng Khắc Khoan (triều vua Lê Kính Tông) mang về từ đất Thục (Trung Quốc) và trồng đầu tiên tại Sơn Tây, phủ Quảng Oai sau đó bắp được phổ biến và phát triển ra khắp đất nước [8]. Cây bắp là cây hàng năm, thân thẳng và đơn độc, không đẻ nhánh, trừ một số giống địa phương. Chúng cao tới 2-3m. Các đốt ở gốc mang rễ. Lá hình mũi mác rộng. Hai mặt lá hơi ráp, mép lá có lông, lá dài 45-50 cm. Bẹ lá nhẵn có lông mềm, lưỡi bẹ ngắn và có lông. Cụm hoa đực ở ngọn cây, có lông. Cụm hoa cái ở nách lá lớn hình trụ và không cuống, có bẹ lá hẹp bao bọc. Đầu các nhụy có lông dài 10-20cm, quả bóng, cứng, có nhiều màu xếp 8-10 dãy. Hạt có tỷ lệ nảy mầm rất cao. Cây bắp sinh trưởng rất nhanh, có thể thu hoạch trong thời gian ngắn [10], [8]. 1.1.2. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cây bắp + Hạt Bắp: là phần chủ yếu và có giá trị kinh tế cao nhất. Hạt bắp có tỷ lệ tinh bột, protein và lipid cao nên được dùng làm lương thực và thực phẩm cho người, làm thức ăn gia súc gia cầm, làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất Dextrin, Dextrose, rượu, bia, sản xuất giấm, acetone, glycerine, glutene, điều chế môi trường nuôi cấy vi sinh vật,... Theo nghiên cứu của Hruska I. (1962) [10], trong bột bắp có chứa từ 66-73% carbohydrate, 6-21% protein, 3,5 – 7,0 % lipid, 1,3 % khoáng và nhiều sinh tố, v.v…. Hạt bắp vàng chứa nhiều sắc tố và cryptoxanthin (tiền vitamin A). Chúng có tác dụng làm tăng đậm độ màu của da gà và lòng đỏ trứng gia cầm. Hạt bắp chứa 2 loại protein là zein và glutelin. Zein có rất nhiều trong nội nhũ, thiếu tryptophan và lysine. Glutelin có ít hơn trong nội nhũ nhưng có nhiều trytophan và lysine hơn. Dầu bắp chứa nhiều acid béo không no đặc biệt là giầu acid linoleic. Vì thế bắp được sử dụng nhiều trong khẩu phần ăn của lợn nhằm làm cho mỡ mềm. Hạt bắp nghèo calcium, nhưng hàm lượng phospho tương đối khá vì có sự hoạt động của enzyme phytase trong hạt. Tỷ lệ Ca/P thấp, vì vậy cần bổ sung canxi khi sử dụng nhiều bắp trong khẩu phần ăn cho gia súc. 5 + Cây bắp: trong cây bắp có chứa lượng protein thô cao hơn các loại cỏ khác khi cây còn non. Tuy nhiên, giá trị dinh dưỡng của bắp biến động lớn, phụ thuộc vào thời kỳ sinh trưởng và thu hoạch, chế biến. Bảng 1.1. Thành phần hóa học cây bắp (%) [10] Chỉ tiêu Chất khô Mẫu Tính theo vật chất khô Protein Xơ Tro Lipid Tươi, 8 tuần tuổi 15,7 8,9 31,2 10,2 1,9 Tươi, 10 tuần tuổi 21,9 10,9 31,5 8,7 1,4 Tươi, giữa ra hoa 23,8 9,5 30,9 6,0 4,3 Tươi, chín sữa 16,0 11,3 29,4 8,1 1,9 Thân khô - 6,3 35,0 7,4 1,3 Ủ chua, chín sữa - 6,5 31,9 5,0 3,3 Thân lá của trái bắp khô thường dùng làm bột giấy. Thân lá tươi được dùng để nuôi đại gia súc. + Bắp và bột lõi bắp nghiền: Gồm toàn bộ trái bắp không kể vỏ bắp, loại thức ăn này có giá trị tốt đối với gia súc nhai lại. Nuôi bò bằng loại thức ăn này cho tăng trọng không sai khác với bò ăn bắp hạt có vỏ. Do hàm lượng xơ cao, nên hạn chế trong khẩu phần ăn của gia cầm, có thể sử dụng tối đa 50% loại thức ăn này cho lợn thịt. Trong điều kiện nóng ẩm, phải bảo quản bột thật khô, nếu không thì sẽ bị nấm mốc. + Lõi bắp: Lõi bắp chiếm khoảng 20% khối lượng toàn trái bắp. Đây là phần có giá trị dinh dưỡng thấp so với cỏ khô và không ngon miệng. Nếu còn độ ẩm cao thì nhanh chóng bị nấm mốc sau vài ngày. Tuy vậy, bột lõi trái bắp có thể làm nguồn thức ăn kết hợp với các loại thức ăn khác để vỗ béo bò thịt cho kết quả tốt. 6 Bảng 1.2. Thành phần hoá học của hạt ngô và các phụ phẩm khác [10] Chỉ tiêu Tính theo vật chất khô (%) Chất Mẫu khô Hạt ngô trắng 84,8 9,14 2,50 0,51 3,8 0,01 0,24 Bắp ngô và lá 88,4 8,29 6,89 1,18 3,12 0,04 0,23 Bắp ngô nghiền 86,2 8,25 0,25 1,14 3,05 0,03 0,22 Hạt ngô nghiền 87,8 12,1 1,4 1,4 5,5 0,02 0,33 - 2,1 36,5 2,8 0,8 0,05 0,06 Lõi nghiền Protein Xơ Tro Mỡ Ca P Lõi bắp dùng bán công nghiệp để làm ống vố (pipe). Ngoài ra, trong hóa công nghiệp, lõi bắp được sử dụng làm nguồn nguyên liệu để sản xuất chất Furfuran ứng dụng trong dược liệu và thuốc trừ sâu. Lõi còn được dùng làm than hoạt tính và trích dầu đốt. + Râu bắp: dùng trong dược liệu làm thuốc lợi tiểu và cầm máu. Theo nghiên cứu của Mc Giveve vào năm 1962, tác dụng lợi tiểu của râu bắp là do sự hiện diện của acid maizenic và các ion K+ (270 ppm), Ca2+ (14 ppm) đã kích thích hoạt động của não. Tác dụng cầm máu là do sự hiện diện của các vitamin, đặc biệt là vitamin K (16 đơn vị sinh lý/g) [8]. + Lá bắp: căn cứ vào vị trí trên thân và hình thái có thể chia lá bắp làm 4 loại: - Lá mầm: là lá đầu tiên khi cây còn nhỏ, chưa phân biệt được phiến lá với vỏ bọc lá. - Lá thân: lá mọc trên đốt thân, có mầm nách ở kẽ chân lá. - Lá ngọn: lá mọc ở ngọn, không có mầm nách ở kẽ lá. - Lá bi: là những lá bao bắp. Lá bắp điển hình được cấu tạo bởi bẹ lá, bản lá (phiến lá) và lưỡi lá (thìa lìa, tai lá). Tuy nhiên có một số loại không có thìa lìa làm cho lá bó, gần như thẳng đứng theo cây. 7 Hình 1.2. Bắp khi thu hoạch Số lượng lá, chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông tơ, màu lá, góc lá và gân lá thay đổi tùy theo từng giống khác nhau. Số lá là đặc điểm khá ổn định ở bắp, có quan hệ chặt chẽ với số đốt và thời gian sinh trưởng. Những giống bắp ngắn ngày thường có 15 - 16 lá, giống bắp trung bình: 18 - 20 lá, giống bắp dài ngày thường có trên 20 lá [8]. Do cây bắp là cây cần ánh sáng cường độ rất cao, nên chúng thường có màu xanh của chất Diệp lục (Chlorophyll). Chlorophyll tập trung chủ yếu ở lá, chiếm phần lớn trong thành phần các chất màu của lá bắp. Màu xanh của lá bi và nhiều lá không còn xanh khi hạt bắp ở thời điểm chín sinh lý và kết thúc sự phát triển [4]. Bắp có rất nhiều công dụng. Tất cả các bộ phận của cây bắp từ hạt, đến thân, lá đều có thể sử dụng được để làm lương thực, thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc, làm nguyên liệu cho công nghiệp (rượu bắp), sản xuất ethanol để chế biến xăng sinh học, thậm chí còn còn chế biến tạo ra một số vật dụng đồ dùng như điện thoại, đồ trang sức của phụ nữ…, một số bộ phận sinh học của bắp có chứa một số chất có vai trò như một loại thuốc chữa bệnh, làm chất đốt, v.v… [105]. 1.1.3. Sản lượng bắp trong nước và trên thế giới Theo báo cáo của Tổ chức nông lương thực thế giới [99], cây bắp là một trong những cây trồng lâu đời nhất, năng suất cao nhất với sản lượng toàn cầu trung bình hơn 4 tấn/ha, chiếm sản lượng đứng hàng thứ III sau lúa mì và đậu nành, nhưng diện tích canh tác đứng hàng thứ II. Theo báo cáo của Hội đồng ngũ cốc quốc tế (IGC) thì sản lượng bắp trong niên vụ 2012-2013 toàn cầu đạt 859 triệu tấn [48]. Ở Việt Nam, bắp là cây lương thực đứng hàng thứ 2 sau lúa gạo. Diện tích gieo trồng và năng suất, sản lượng cũng tăng mạnh, từ hơn 200 ngàn ha với năng suất 1 tấn/ha (năm 1960), đến năm 2009 đã vượt ngưỡng 1 triệu ha với năng suất 43 tạ/ha. So 8 với các nước, năng suất bắp ở nước ta vẫn thuộc loại khá thấp. Đặc biệt tại một số địa phương miền núi vùng sâu, vùng xa của các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Thanh Hóa, Quảng Nam, Lâm Đồng,… một số đồng bào dân tộc ít người sử dụng bắp là nguồn lương thực, thực phẩm chính, sử dụng các giống bắp địa phương và tập quán canh tác lạc hậu, nên năng suất bắp ở đây chỉ đạt trên dưới 1 tấn/ha. Sản lượng bắp trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu, vì vậy hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu khá nhiều bắp hạt (trị giá trên 500 triệu USD) để sản xuất thức ăn gia súc. Hiện nay và trong những năm tới, bắp vẫn là cây ngũ cốc có vai trò quan trọng ở nước ta [105]. Theo số liệu thống kê của Trung tâm Tin học – Thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tính đến thời điểm cuối tháng 6/2013 thì tổng sản lượng bắp cả nước đạt 2.513,4 nghìn tấn (tăng 9,5%), diện tích gieo bắp đến 15/07/2013 đạt 869,5 ngàn ha (tăng 9,6%) so với cùng kỳ năm 2012 [2]. Với lượng sản xuất lớn như vậy, đồng nghĩa với việc lượng phế phụ phẩm bỏ ra từ cây bắp sau khi thu hoạch là rất lớn, do mục đích chính của trồng bắp là để lấy hạt và mỗi cây bắp chỉ cho được 1 quả. Chính vì vậy, cây bắp là nguồn nguyên liệu dồi dào để tận thu, sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng khác từ cây bắp là điều vô cùng cần thiết. 1.2. TỔNG QUAN VỀ CHLOROPHYLL 1.2.1. Giới thiệu chung về chlorophyll Chất diệp lục hay còn gọi là Chlorophyll (Chl) là sắc tố màu xanh trong tảo biển và thực vật trên cạn. Chúng hấp thu năng lượng từ ánh nắng mặt trời và chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide (CO2) thành nguồn nhiên liệu chính của cây như carbohydrate, v.v... và giải phóng khí oxi (O2) vào khí quyển. Chl không những cho màu xanh mà còn che mờ các chất màu khác. Trong các phần xanh của cây, Chl có trong tổ chức đặc biệt, phân tán ở trong nguyên sinh chất, gọi là lục lạp hoặc hạt diệp lục [15]. Chl là một sắc tố tự nhiên, có thể được thêm vào theo luật pháp để chế biến thức ăn như một chất màu tự nhiên, không phải là một chất màu nhân tạo. Bằng cách bổ sung Chl đơn giản, hiệu quả trong quá trình chế biến thực phẩm mà không làm mất đi các yêu cầu sản phẩm của mình như là của chất màu nhân tạo tự do. Chính vì vậy, chúng được bổ sung không giới hạn trong sản xuất thực phẩm theo quy định của luật