Tài liệu Nghiên cứu chiết xuất chất màu betacyanin từ vỏ quả 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):