Tài liệu Nghiên cứu tổ hợp chất màu tự nhiên từ thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------- VŨ THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU TỔ HỢP CHẤT MÀU TỰ NHIÊN TỪ THỰC VẬT Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS. LÊ HOÀNG LÂM HÀ NỘI - 2017 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là kết quả nghiên cứu và làm việc của tôi. Các số liệu trong luận văn là trung thực, thực tế tại nơi nghiên cứu. Hà Nội, tháng 06 năm 2017 Tác giả luận văn Vũ Thị Thu Hằng i Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy, cô giáo và tập thể. Lời đầu tiên cho em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Lê Hoàng Lâm đã tận tình hƣớng dẫn, đóng góp những ý kiến quý báu, tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo giảng dạy tại Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm đã truyền đạt những kiến thức quý giá để em hiểu hơn kiến thức chuyên môn và thêm yêu ngành nghề đã chọn. Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô ở Bộ môn Quản lý chất lƣợng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em làm thí nghiệm hoàn thành đề tài này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới chị Loan và các anh chị ở Công ty TNHH Công nghệ phẩm Ba Đình đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm thực nghiệm. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè đã khích lệ, động viên và giúp đỡ tôi vƣợt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Vũ Thị Thu Hằng ii Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................1 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3 1.1. Tình hình nghiên cứu, sử dụng phẩm màu tự nhiên trong thực phẩm..............3 1.1.1. Ƣu điểm và công dụng của phẩm màu tự nhiên .........................................3 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu tự nhiên trong thực phẩm trên thế giới ..................................................................................................................4 1.1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu tự nhiên trong thực phẩm ở Việt Nam ..............................................................................................................6 1.2. Tổng quan về cây Cẩm - Peristrophe bivalvis (Schult.) Bremek ..................10 1.2.1. Đặc điểm hình thái, sinh thái của cây Cẩm ..............................................10 1.2.2. Sử dụng cây Cẩm trong dân gian .............................................................11 1.2.3. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về cây Cẩm ...............................12 1.3. Tổng quan về cây Dành dành - Gardenia jasminoides Ellis ..........................13 1.3.1. Đặc điểm hình thái, sinh thái của cây Dành dành ....................................13 1.3.2. Sử dụng quả Dành dành trong dân gian ...................................................14 1.3.3. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về quả Dành dành .....................15 1.4. Tổng quan về cây Đậu biếc - Clitoria ternatea ..............................................16 1.4.1. Đặc điểm hình thái, sinh thái của cây Đậu biếc .......................................16 1.4.2. Sử dụng cây Đậu biếc trong dân gian.......................................................16 1.4.3. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về cây Đậu biếc ........................17 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................19 2.1. Vật liệu ............................................................................................................19 2.1.1. Nguyên liệu ..............................................................................................19 iii Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng 2.1.2. Hóa chất và thiết bị ...................................................................................20 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................22 2.2.1. Phƣơng pháp hóa lý ..................................................................................22 2.2.2. Phƣơng pháp cảm quan ............................................................................23 2.2.3. Phƣơng pháp đo màu ................................................................................24 2.2.4. Phƣơng pháp thu nhận các dịch màu cơ sở ..............................................25 2.2.5. Phƣơng pháp phối màu .............................................................................30 2.2.6. Nghiên cứu sự biến đổi về màu sắc của các chế phẩm màu thu đƣợc theo các điều kiện ứng dụng khác nhau .....................................................................30 2.2.7. Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm màu trên sản phẩm bánh gạo................32 2.2.8. Phƣơng pháp xử lý số liệu ........................................................................37 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................38 3.1. Nghiên cứu tạo màu cơ sở ..............................................................................38 3.2. Xây dựng tỷ lệ phối trộn tạo màu xanh lục, màu tím và màu da cam............38 3.3. Sản xuất chế phẩm dạng bột màu xanh lục, màu tím và màu da cam ............39 3.3.1. Sản xuất chế phẩm dạng bột màu xanh lục ..............................................39 3.3.2. Sản xuất chế phẩm dạng bột màu tím ......................................................41 3.3.3. Sản xuất chế phẩm dạng bột màu da cam ................................................42 3.4. Xác định đặc tính của các chế phẩm màu thu đƣợc .......................................43 3.5. Đánh giá tính bền của các chế phẩm màu thu đƣợc .......................................45 3.5.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến độ bền màu của các bột màu ......................45 3.5.2. Ảnh hƣởng của pH đến độ bền màu của các bột màu .............................49 3.5.3. Ảnh hƣởng của thời gian bảo quản đến độ bền màu của các bột màu ....52 3.6. Ứng dụng trong sản xuất bánh gạo .................................................................54 3.6.1. Xác định tỷ lệ bổ sung màu trong bánh gạo .............................................54 3.6.2. Đánh giá tính ổn định về màu sắc của bánh gạo theo thời gian bảo quản ............................................................................................................................56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................61 iv Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ/ thuật ngữ Chú giải ANOVA Analysis of Variance Phân tích phƣơng sai w/v Weight/ Volume Khối lƣợng/ thể tích (g/ml) v/w Volume/ Weight Thể tích/ khối lƣợng (ml/g) v/v Volume/ Volume Thể tích/ thể tích (ml/ml) w/w Weight/ Weight Khối lƣợng/ khối lƣợng (g/g) v Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các thiết bị sử dụng ..................................................................................21 Bảng 2.2. Bảng phối màu ..........................................................................................60 Bảng 3.1. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của các màu cơ sở .........................................38 Bảng 3.2. Bảng phối trộn tạo sắc tố xanh lục ...........................................................38 Bảng 3.3. Bảng phối trộn tạo sắc tố tím ....................................................................39 Bảng 3.4. Bảng phối trộn tạo sắc tố da cam ..............................................................39 Bảng 3.5. Đặc tính của các chế phẩm màu thu đƣợc ................................................43 Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến độ bền màu của bột màu xanh lục ..............46 Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến độ bền màu của bột màu tím ......................47 Bảng 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến độ bền màu của bột màu da cam ................48 Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của pH đến độ bền màu của bột màu xanh lục ......................49 Bảng 3.10. Ảnh hƣởng của pH đến độ bền màu của bột màu tím ............................50 Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của pH đến độ bền màu của bột màu da cam ......................51 Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian bảo quản đến độ bền màu của bột màu xanh lục ..............................................................................................................................53 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của thời gian bảo quản đến độ bền màu của bột màu tím ...53 Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của thời gian bảo quản đến độ bền màu của bột màu da cam ...................................................................................................................................54 Bảng 3.15. Bánh gạo sau khi nhuộm màu xanh lục ..................................................55 Bảng 3.16. Bánh gạo sau khi nhuộm màu tím ..........................................................55 Bảng 3.17. Bánh gạo sau khi nhuộm màu da cam ....................................................55 Bảng 3.18. Sự biến đổi màu sắc của bánh gạo nhuộm màu xanh lục theo thời gian bảo quản ....................................................................................................................56 Bảng 3.19. Sự biến đổi màu sắc của bánh gạo nhuộm màu tím theo thời gian bảo quản ...........................................................................................................................57 Bảng 3.20. Sự biến đổi màu sắc của bánh gạo nhuộm màu da cam theo thời gian bảo quản ....................................................................................................................58 vi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cây Cẩm tím ............................................................................................. 10 Hình 1.2. Cây Cẩm đỏ ............................................................................................... 10 Hình 1.3. Cây Dành dành ......................................................................................... 14 Hình 1.4. Quả Dành dành ......................................................................................... 14 Hình 1.5. Cây Đậu biếc ............................................................................................. 16 Hình 2.1. Lá Cẩm đỏ ................................................................................................ 19 Hình 2.2. Lá Cẩm tím ................................................................................................ 19 Hình 2.3. Hạt Dành dành sấy khô .............................................................................20 Hình 2.4. Hoa Đậu biếc .............................................................................................20 Hình 2.5. Quy trình tách chiết màu vàng từ hạt Dành dành .....................................25 Hình 2.6. Quy trình tách chiết màu tím từ lá Cẩm tím .............................................26 Hình 2.7. Quy trình tách chiết màu đỏ từ lá Cẩm đỏ và Cẩm tím ............................27 Hình 2.8. Quy trình tách chiết màu xanh lam từ hoa Đậu biếc .................................29 Hình 3.1. Quy trình phối trộn và thu hồi chế phẩm màu xanh lục............................40 Hình 3.2. Quy trình phối trộn và thu hồi chế phẩm màu tím ....................................41 Hình 3.3. Quy trình phối trộn và thu hồi chế phẩm màu da cam ..............................42 Hình 3.4. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của dung dịch từ chế phẩm màu lục ..............44 Hình 3.5. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của dung dịch từ chế phẩm màu tím .............44 Hình 3.6. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của dung dịch từ chế phẩm màu da cam .......44 Hình 3.7. Chế phẩm bột màu xanh lục ......................................................................45 Hình 3.8. Chế phẩm bột màu tím ..............................................................................45 Hình 3.9. Chế phẩm bột màu da cam ........................................................................45 Hình 3.10. Biến đổi màu sắc của bột màu xanh lục theo nhiệt độ ............................46 Hình 3.11. Biến đổi màu sắc của bột màu tím theo nhiệt độ ....................................47 Hình 3.12. Biến đổi màu sắc của bột màu da cam theo nhiệt độ ..............................48 Hình 3.13. Biến đổi màu sắc của bột màu xanh lục theo pH ....................................49 Hình 3.14. Biến đổi màu sắc của bột màu tím theo pH ............................................51 Hình 3.15. Biến đổi màu sắc của bột màu da cam theo pH ......................................52 vii Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Từ khi màu tổng hợp ra đời, chúng đã chiếm ƣu thế nhờ có thể chủ động sản xuất với số lƣợng lớn, màu sắc đa dạng, tƣơi đẹp, bền và rẻ. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, y học đã ghi nhận: không một loại chất màu tổng hợp nào là an toàn tuyệt đối cho sức khỏe con ngƣời. Chính vì vậy, ở mỗi quốc gia đều hạn chế dùng màu tổng hợp và đƣa ra một danh mục các chất màu tổng hợp đƣợc phép sử dụng. Khi xã hội ngày càng hiện đại, chất lƣợng cuộc sống đƣợc nâng cao thì con ngƣời ngày càng quan tâm hơn tới sức khỏe của mình. Việc thay thế chất màu tổng hợp bằng chất màu tự nhiên không những cải thiện đƣợc giá trị cảm quan mà còn làm tăng giá trị dinh dƣỡng của thực phẩm. Bởi chất màu tự nhiên có nguồn gốc thực vật thƣờng an toàn, dễ kiếm, sử dụng đơn giản và còn chứa các thành phần có hoạt tính sinh học tốt cho cơ thể nhƣ: các vitamin, axit hữu cơ, glycozit, các nguyên tố vi lƣợng. Nƣớc ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nên có hệ thực vật vô cùng phong phú và đa dạng, chứa đựng tiềm năng lớn về các loài cây dùng để nhuộm màu cho thực phẩm. Đồng thời, nhuộm màu thực phẩm bằng thực vật là tri thức và kinh nghiệm truyền thống lâu đời của các dân tộc Việt Nam. Từ lâu trong dân gian, đồng bào dân tộc thiểu số phía Bắc đã biết dùng cây nhuộm màu đun lấy nƣớc ngâm gạo nếp nhuộm xôi ngũ sắc trong các dịp lễ hội. Tuy nhiên, việc kết hợp kinh nghiệm dân gian và khoa học hiện đại trong phối trộn màu để tạo thành chất màu mới chƣa đƣợc nghiên cứu một cách khoa học và bài bản. Do đó, với mong muốn giữ gìn kinh nghiệm quý báu của đồng bào dân tộc thiểu số và phát huy đƣợc tiềm năng về các loài cây nhuộm màu của đất nƣớc. Nội dung đề tài khóa luận với định hƣớng: “Nghiên cứu tổ hợp chất màu tự nhiên từ thực vật” đã đƣợc tôi lựa chọn. 1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng 2. Mục tiêu của đề tài - Tạo ra sắc tố mới: màu xanh lục, màu tím và màu da cam bằng cách phối trộn các chất màu cơ sở. 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tạo ra màu cơ sở - Nghiên cứu phối trộn màu cơ sở để tạo thành sắc tố mới. - Nghiên cứu đặc tính của sắc tố mới. - Nghiên cứu sự biến đổi màu sắc của sắc tố mới ở các điều kiện ứng dụng khác nhau (nhiệt độ, pH và thời gian bảo quản). - Ứng dụng nhuộm màu trên bánh gạo. - Đánh giá tính ổn định về màu sắc của bánh gạo đƣợc nhuộm màu theo thời gian bảo quản. 2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tình hình nghiên cứu, sử dụng phẩm màu tự nhiên trong thực phẩm 1.1.1. Ƣu điểm và công dụng của phẩm màu tự nhiên Ngày nay, con ngƣời đã nhận thức đƣợc sự bất lợi trong quá trình sử dụng các chất màu hóa học. Xu hƣớng tìm kiếm, sản xuất và sử dụng các chất màu có nguồn gốc tự nhiên đang đƣợc quan tâm nhiều trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc. Thay thế các chất màu tổng hợp bằng các chất màu tự nhiên trong chế biến thực phẩm không những giúp chúng ta có đƣợc màu sắc hấp dẫn cho thực phẩm mà còn có thể làm tăng giá trị dinh dƣỡng cho thực phẩm. Một số kết quả nghiên cứu ban đầu về phẩm màu chiết từ thực vật cho thấy đây là phẩm màu khá an toàn, có triển vọng phát triển thành thƣơng phẩm sử dụng trong thực phẩm do đã đƣợc sử dụng khá rộng rãi trong dân gian, chƣa từng gặp có hiện tƣợng ngộ độc. Đặc điểm nổi bật của các cây cho màu này là ngoài tác dụng để nhuộm màu thực phẩm, chúng còn có tác dụng chữa bệnh rất tốt nhƣ hoạt tính kháng viêm, chống oxi hoá, ức chế miễn dịch, hạ đƣờng huyết... Các chất màu tự nhiên phổ biến thƣờng gặp nhƣ: màu đỏ, vàng, cam của Gấc (Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng), màu vàng của Nghệ (Curcuma longa L.), màu tím của lá Cẩm (Peristrophe bivalvis, syn. P. roxburghina), màu nâu của Cà phê (Coffea arabica L.), Ca cao (Theobroma cacao L.), màu xanh của lá Dứa (Pandanus amaryllifolius Roxb, P. odurus Ridl)... Về thực chất, chúng đều là những thành phần dễ trích ly, tạo đƣợc màu sắc và mùi thơm đặc trƣng cho từng loại thực phẩm theo yêu cầu của ngƣời chế biến [2]. Các chất màu vàng cam hoặc màu đỏ lấy từ quả Gấc (Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng) là các hợp chất carotenoid nhƣ β-caroten, lutein và lycopen - những phân tử mà cơ thể chuyển hóa thành vitamin A. Đây là chất kích thích mạnh tế bào miễn dịch, giúp bảo vệ cơ thể chống nhiễm khuẩn và có khả năng ngăn ngừa ung thƣ, lutein có thể làm giảm nguy cơ thoái hóa võng mạc, lycopen có thể giúp ngăn ngừa ung thƣ tuyến tiền liệt. Carotenoid còn có tác dụng làm giảm 3 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng nguy cơ bệnh tim mạch, giảm nồng độ cholesterol trong máu và tác hại của ánh nắng mặt trời trên da [33]. Màu vàng của Nghệ (Curcuma longa L.) là chất màu thiên nhiên đƣợc dƣợc điển công nhận với mã số E100 để nhuộm màu dƣợc phẩm thay thế chất màu tổng hợp nhƣ tartrazine E102. Nghệ có tác dụng chống viêm loét dạ dày, thông mật, kích thích tế bào gan và co bóp túi mật, làm giảm hàm lƣợng cholesterol trong máu. Nghệ còn có vai trò trong việc làm giảm tỉ lệ ung thƣ vú, tuyến tiền liệt, phổi và ruột kết nhờ hoạt tính chống oxi hóa của curcumin, curcumin là thành phần quan trọng của bột carry thƣờng dùng để nấu ăn [25, 31]. Bên cạnh màu đỏ hấp dẫn của Gấc, màu vàng tƣơi của Nghệ, các chất có màu tím có thể lấy từ củ Dền đỏ (Xylopia vielana Pierre), lá Cẩm (Peristrophe bivalvis (L.) Merr.)...để làm bánh hoặc nấu xôi. Lá Cẩm (Peristrophe bivalvis (L.) Merr.) có vị ngọt nhạt, màu thực phẩm đẹp và không độc, tính mát, có tác dụng giảm ho và cầm máu. Ngoài ra, còn có lá Dứa (Pandanus amaryllifolius Roxb.) cho màu xanh vừa tạo màu, vừa tạo mùi thơm hƣơng nếp cho thực phẩm chế biến [19, 21]. Màu tự nhiên không chỉ dùng trong thực phẩm mà còn dùng trong mỹ phẩm. Từ lâu đời nay một số nƣớc châu Á đã sử dụng cây Lá móng (Lawsonia inermis L.) để nhuộm móng tay, móng chân và nhựa cây Sim (Rhodomyrtus tomentosa (Aiton) Hassk.) để nhuộm răng đen [16]. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu tự nhiên trong thực phẩm trên thế giới Chất màu nói chung và chất màu thực phẩm nói riêng đã đƣợc ngƣời dân các nƣớc trên thế giới sử dụng vào cuộc sống từ thời xa xƣa. Một chất màu đƣợc dùng cho thực phẩm nhất thiết phải hội đủ ba tiêu chuẩn nhƣ sau: [3] - Nhuộm thực phẩm thành màu theo mục đích, phù hợp với công nghệ chế biến thực phẩm. - Không có độc tính (gồm cả độc tính cấp, bán trƣờng diễn và trƣờng diễn) - Không là nguyên nhân hoặc tác nhân gây bệnh. 4 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng Ngoài ra, do yêu cầu riêng của thực phẩm, các chất màu dùng trong lĩnh vực này không gây mùi lạ và không làm thay đổi chất lƣợng thực phẩm. Hiện nay, nghiên cứu các chất nhuộm màu thực phẩm trên thế giới đƣợc tập trung vào các hƣớng chủ yếu sau đây: - Điều tra, phát hiện và nghiên cứu chiết, tách các chất màu thực phẩm từ nguyên liệu thực vật tự nhiên: Đây là hƣớng nghiên cứu đƣợc đặc biệt quan tâm, bởi chất màu thu đƣợc thƣờng có tính an toàn cao, giá thành hạ. Theo hƣớng nghiên cứu này nhiều chất màu đã đƣợc sản xuất và đƣa vào ứng dụng (chất màu tím thu từ vỏ quả Nho, chất màu đỏ thu từ hoa của cây Điều nhuộm, chất màu xanh indigotine thu từ lá cây Chàm...) - Nghiên cứu bán tổng hợp chất màu từ các hợp chất có nguồn gốc từ thực vật: Đây là hƣớng nghiên cứu có nhiều triển vọng, có thể sản xuất nhiều chất màu khác nhau, tuy nhiên giá thành sản phẩm cao và đòi hỏi công nghệ phức tạp. Mặc dù vậy, hiện nay nhiều chất màu đang sử dụng đƣợc sản xuất theo hƣớng này (βcaroten, β-aprocarotenal...). Các chất màu thực phẩm bán tổng hợp thƣờng thuộc họ caroten hoặc nhóm monoazo. - Nghiên cứu sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm bằng công nghệ sinh học: Đây là hƣớng nghiên cứu sử dụng một số hệ men, một số loài vi khuẩn để chuyển hoá hợp chất hữu cơ thành chất màu hiện đang đƣợc triển khai ở một số nƣớc có trình độ kỹ thuật cao. Trên thế giới trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu mới đã áp dụng công nghệ sinh học trong việc nâng cao sản lƣợng tổng hợp các chất màu tự nhiên. Các phƣơng pháp mới chủ yếu dựa vào việc nuôi cấy tế bào các loài thực vật và vi sinh vật đã đƣợc xác định là có các thành phần sắc tố đƣợc dùng trong công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm và mỹ phẩm. Tóm lại, hiện nay nghiên cứu chất màu thực phẩm trên thế giới đƣợc quan tâm rất lớn ở nhiều quốc gia với nhiều hƣớng nghiên cứu mới. Trong các hƣớng 5 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng nghiên cứu đó, tìm kiếm và chiết tách chất màu từ thực vật vẫn đƣợc ƣu tiên hàng đầu trong các nghiên cứu [3]. 1.1.3. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu tự nhiên trong thực phẩm ở Việt Nam Theo số liệu thống kê thì ở Việt Nam đã xác định đƣợc 128 loài thuộc 89 chi, 54 họ thực vật bậc cao có chứa chất màu. Trong số các loài đƣợc nghiên cứu, có thể thấy hệ thực vật Việt Nam chứa nhiều cây quan trọng hiện đang đƣợc khai thác và trồng với quy mô lớn để sản xuất chất màu tự nhiên nhƣ: Strobilanthes cusia Indigofera spp. (để thu indigotin), Amaranthus spp. (để thu amaranth), Bixa orellana (để thu bixin) ... Mặc dù có số lƣợng lớn các loại thực vật bậc cao, nhƣng Việt Nam không có một số loài cây cho chất màu quan trọng đƣợc sản xuất với khối lƣợng lớn trên thế giới (Haemaloxylum campechianum L., Caesalpillia catechu). Trong quá trình điều tra, đã phát hiện một số loài cây chứa chất màu chƣa đƣợc ghi nhận trong các tài liệu đã công bố (Gmelina spp.); đồng thời đã phát hiện sự đa dạng về chất màu trong một số loài cây ở nƣớc ta (loài Cẩm có 4 dạng, loài Vang có 2 dạng). Với các kết quả thu đƣợc có thể nhận thấy hệ thực vật Việt Nam là nguồn tài nguyên phong phú và đa dạng để chiết tách các chất nhuộm màu. Kinh nghiệm sử dụng tài nguyên thực vật của nhân dân ta rất phong phú và đa dạng dƣới nhiều hình thức với các mục đích khác nhau, trong đó có cây nhuộm màu. Từ xa xƣa, các tài liệu khảo cổ cho thấy nhiều cộng đồng ngƣời Việt cổ đã biết sử dụng chất màu lấy từ cây cỏ và khoáng chất để vẽ hình và nhuộm thân thể. Sau này, các dân tộc sinh sống trên đất nƣớc ta đã khai thác và sử dụng cây nhuộm màu vào nhiều mục đích khác nhau trong đó có chế biến thực phẩm. Đồng bào các dân tộc nƣớc ta có nhiều tri thức và kinh nghiệm độc đáo trong việc chế biến và sử dụng cây cỏ để nhuộm màu cho nhiều loại thực phẩm. Hiện nay, nguồn tri thức và kinh nghiệm quý giá đó chỉ lƣu truyền trong phạm vi các cộng đồng và có nguy cơ bị thất thoát, trong khi nhu cầu về các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên trên thế giới đang rất đƣợc quan tâm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, để nhuộm màu cho một số loại thực phẩm (xôi, bánh,..) đồng bào các dân tộc 6 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng thiểu số ở các tỉnh phía Bắc sử dụng 48 loài thuộc 27 họ thực vật. Tất cả các loài nêu trên đều là các loài thực vật có hoa. Trong đó, 21 loài sử dụng lá hoặc cành lá; 7 loài sử dụng hoa hoặc đài hoa; 4 loài sử dụng gỗ than; 11 loài sử dụng quả hoặc hạt; 3 loài sử dụng củ hoặc rễ [3]. Nhƣ vậy số lƣợng các cây đƣợc đồng bào các dân tộc thiểu số dùng để nhuộm màu thực phẩm không nhiều so với tổng số các cây chứa chất màu trong hệ thực vật Việt Nam đã đƣợc biết cho tới nay. Tuy nhiên đây là các loài đã đƣợc sử dụng qua nhiều thế hệ đƣợc đánh giá qua thực tế trong thời gian dài nên có độ an toàn cao vì vậy triển vọng ứng dụng rất lớn. Có thể thấy rằng, tri thức và kinh nghiệm sử dụng thực vật để nhuộm màu của các dân tộc thiểu số hiện vẫn còn chƣa đƣợc hiểu rõ và cần nghiên cứu. Chất màu có nguồn gốc thực vật thuộc nhiều nhóm cấu trúc hoá học khác nhau, một số có thể nhìn thấy bằng trực giác, một số khác chỉ biểu hiện màu qua quá trình xử lý (thuỷ phân, oxi hoá...). Do vậy, nghiên cứu các loài cây cho màu nhuộm trong hệ thực vật Việt Nam là vấn đề rất phức tạp. Đây là nguồn tài nguyên lớn cần đƣợc nghiên cứu có hệ thống cả hiện tại và lâu dài. Ở nƣớc ta trong những năm trƣớc đây, do khó khăn về điều kiện và phƣơng tiện nên vấn đề này chƣa đƣợc nghiên cứu, hiện nay các công trình nghiên cứu về chất màu có nguồn gốc từ thực vật không nhiều và chủ yếu ở một số cơ quan nghiên cứu nhƣ: Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Hóa học, Viện Công nghệ thực phẩm, Viện Dƣợc liệu...Các công trình nghiên cứu thƣờng dựa vào kinh nghiệm sử dụng các loài thực vật phổ biến trong dân gian để nhuộm màu thực phẩm và chƣa có bƣớc nghiên cứu mang tính đột phá để phát hiện ra các loài mới cho chất nhuộm màu đáp ứng nhu cầu xã hội. Về điều tra cơ bản mang tính liệt kê các loài thực vật cho màu nhuộm mới chỉ có hai công trình sơ lƣợc đánh giá các cây nhuộm màu nói chung thƣờng gặp ở nƣớc ta của Lƣu Đàm Cƣ (1995) và Trần Minh Hợi (2001) [3]. Từ năm 2000, phòng Thực vật dân tộc học, Viện Sinh thái và tài nguyên sinh vật đã tiến hành điều tra, nghiên cứu kinh nghiệm sử dụng các cây nhuộm màu của đồng bào các dân tộc thiểu số tại một số tỉnh phía Bắc. Các kết quả cho thấy các loài cây nhuộm màu của 7 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng nƣớc ta khá phong phú và đƣợc sử dụng rất độc đáo, tuy nhiên đây là vấn đề còn cần đƣợc nghiên cứu trong nhiều năm [3]. Về nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ chiết tách chất màu từ thực vật, đáng lƣu ý là các công trình: - “Xây dựng quy trình công nghệ chiết tách và tổng hợp chất màu thực phẩm” của Nguyễn Thị Thuận (1995). - “Xây dựng quy trình công nghệ chiết tách curcumin từ củ nghệ” của Phạm Đình Tỵ (2001). - “Khả năng chiết tách chất màu thực phẩm từ cây Mật mông” của Nguyễn Thị Phƣơng Thảo, Lƣu Đàm Cƣ (2003). - “Nghiên cứu quy trình tách chiết chất màu tự nhiên từ cây Cẩm” của Nguyễn Thị Thanh Hƣơng, Trịnh Thị Thủy (2012). - “Nghiên cứu quy trình công nghệ chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng Việt Nam” của Lƣơng Đức Bằng, Nguyễn Thị Chinh (2012). Ngoài ra, đã có một số công bố về thành phần hóa học của dịch chiết từ cây Lá diễn và hạt Dành dành của Giang Thị Sơn (2001)... Cho tới nay các cây nhuộm màu thực phẩm ở nƣớc ta mới chỉ đƣợc nghiên cứu bƣớc đầu và các công trình mới chỉ nghiên cứu ở một số đối tƣợng cụ thể, thƣờng gắn với các nghiên cứu làm thuốc chữa bệnh, do vậy chƣa thấy hết tiềm năng các chất màu thực phẩm trong cả hệ thực vật. Do chƣa có đủ các cơ sở khoa học cần thiết, nên tài nguyên các cây nhuộm màu thực phẩm ở nƣớc ta hầu nhƣ chƣa đƣợc khai thác sử dụng để phục vụ đời sống nhân dân và sự nghiệp phát triển kinh tế, xã hội của đất nƣớc. * Kinh nghiệm chế biến các loài cây nhuộm màu thực phẩm của đồng bào các dân tộc Tất cả các dân tộc Việt Nam đều biết sử dụng nguyên liệu thực vật để nhuộm màu trong quá trình chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, qua thực tế điều tra có thể nhận thấy dân tộc Dao, Tày, Nùng và Giáy là các cộng đồng thiểu số có nhiều kinh nghiệm đặc sắc trong lĩnh vực nhuộm màu thực phẩm. Bởi lẽ, nhuộm màu thực 8 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng phẩm với họ không chỉ là vấn đề ẩm thực mà còn gắn truyền thống văn hoá và tâm linh (xôi trai - gái của ngƣời Giáy, xôi cúng mừng thọ của ngƣời Dao, xôi cúng năm mới của ngƣời Nùng,...). Phân tích kết quả điều tra, có thể nhận thấy đồng bào dân tộc thiểu số có khả năng phối chế các cây nhuộm màu để tạo ra các màu theo ý muốn. Nhìn chung, kỹ thuật phối chế chất màu dựa trên ba nguyên tắc sau: - Tạo màu bằng điều chỉnh pH môi trường: Phƣơng pháp thƣờng dùng nhất là sử dụng nƣớc muối măng chua để làm thay đổi pH của dịch chiết chất màu và qua đó làm thay đổi màu sắc của màu nhuộm. Thƣờng sử dụng phƣơng pháp này để tạo các màu vàng đậm, vàng cam từ các dịch nhuộm có màu vàng tƣơi chiết từ củ Nghệ và hoa Mật mông khi đun với tro bếp. Dịch chiết từ củ Nghệ cho thấy với môi trƣờng từ kiềm sang axit, màu sắc chuyển dần từ màu vàng tƣơi sang vàng đậm...Nhƣ vậy, cùng một loại nguyên liệu, với các pH môi trƣờng khác nhau có thể thu nhận đƣợc các màu sắc khác nhau [3]. - Tạo màu bằng kỹ thuật phối chế nguyên liệu: Đây là kinh nghiệm độc đáo của các dân tộc thiểu số lần đầu tiên đƣợc ghi nhận trong các cuộc điều tra tri thức bản địa ở Việt Nam. Với kỹ thuật truyền thống, ngƣời dân tộc thiểu số phối chế một số loài cây khác nhau để tạo ra các màu không có sẵn trong nguyên liệu, thậm chí không có trong cơ thể thực vật. Ví dụ: + Để tạo màu xanh cổ vịt cho thực phẩm, dùng dịch chiết từ cây Mật mông để nhuộm gạo thành màu vàng, sau đó gạo đƣợc ngâm tiếp vào dung dịch thu đƣợc từ việc giã lá cây Cẩm tƣơi với tro bếp. + Để nhuộm xôi có màu xanh da trời, gạo đƣợc ngâm trong dịch chiết của cành lá cây Cẩm tƣơi giã với tro bếp [3]. - Tạo màu bằng chế biến nguyên liệu: Theo cách này, từ một loại nguyên liệu sẽ cho các sắc màu khác nhau khi chế biến khác nhau. Ví dụ: Lá Cẩm (Mƣờng Khƣơng) tƣơi đun cho màu tím, nếu phơi tái hoặc sao cho tái đun sẽ cho màu tím đậm. Sự thay đổi màu sắc ở đây liên quan tới quá trình chuyển hoá các hợp chất hữu cơ thông qua hoạt hoá các hệ men. Nhìn 9 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng chung tri thức và kinh nghiệm chế biến các cây nhuộm màu của các dân tộc thiểu số ở Việt Nam rất phong phú và độc đáo [3]. 1.2. Tổng quan về cây Cẩm - Peristrophe bivalvis (Schult.) Bremek 1.2.1. Đặc điểm hình thái, sinh thái của cây Cẩm Cây Cẩm có tên khoa học Peristrophe bivalvis (Schult.) Bremek. (P.tinctoria (Roxb.) Nees), thuộc họ Ô rô - Acanthaceae. Theo các nhà thực vật [12, 17], thì chi Cẩm (Peristrophe Ness) có bốn loài, trong đó chỉ có loài Cẩm (lá Cẩm) ở Bắc Bộ, tên khoa học là: Peristrophe bivalvis (L.) Merr. [tên đồng nghĩa là: Peristrophe roxburghiana (Schult) Bremek, Justicia bivalvis L., J. roxburghiana Schult, Dicliptera bivalvis (L.) Juss., P. tinctoria (Roxb.) Ness.] và loài Kim loung nhuộm (P. montana (Wall.) Nees) ở Nam Bộ đƣợc coi là cây nhuộm màu. Cây Cẩm thuộc loại cây thân thảo, cao khoảng 30-60 cm thƣờng đƣợc trồng hoặc mọc hoang ở những nơi ẩm ƣớt miền núi phía Bắc. Cây Cẩm có cành non có lông về sau nhẵn, thân thƣờng có 4 cạnh và có rãnh dọc sâu. Lá đơn mọc đối, hình bầu dục hay trứng hoặc thuôn mũi giáo, thƣờng có bớt màu trắng ở dọc gân, kích thƣớc 1,2-3,6 cm, hai mặt có lông hay nhẵn, gốc lá thuôn nhọn, chóp lá nhọn hoặc hơi tù tròn. Cụm hoa chùm ở ngọn hay nách lá, chùm ngắn, lá bắc, cụm hoa thƣờng hình trứng. Đài 5 răng đều dính nhau ở nửa dƣới, kích thƣớc ngắn hơn lá bắc hoa. Tràng màu tím hay hồng, phân 2 môi, môi dƣới có 3 thùy cạn, ống hẹp kéo dài. Nhị thò ra khỏi ống tràng. Bầu 2 ô, mỗi ô có 2 hoặc nhiều noãn. Quả không mang hạt, ra hoa khoảng tháng 10-11 [11]. Hình 1.1. Cây Cẩm tím Hình 1.2. Cây Cẩm đỏ 10 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng Cây Cẩm thuộc loại cây ƣa ẩm và ƣa bóng, nhƣng không chịu úng, thƣờng mọc ở ven rừng núi đá vôi ẩm, gần bờ suối và đƣợc trồng dƣới tán các cây ăn quả, bên cạnh các nguồn nƣớc. Cây Cẩm sinh trƣởng mạnh vào xuân hè, vào cuối mùa thu khi nhiệt độ xuống thấp và ít mƣa cây bắt đầu bị rụng lá và vào mùa đông thì cây hầu nhƣ không còn lá. Hàng năm, cây Cẩm ra hoa vào tháng 4-7 và có quả vào tháng 7-9. Cây Cẩm có vùng phân bố tƣơng đối rộng, phân bố rải rác ở hầu hết các tỉnh miền núi phía Bắc nƣớc ta nhƣ: Cao Bằng, Lạng Sơn, Sơn La, Tuyên Quang, Hà Giang, Yên Bái, Lào Cai, Lai Châu, Hoà Bình. 1.2.2. Sử dụng cây Cẩm trong dân gian * Sử dụng cây Cẩm trong nhuộm màu thực phẩm Trong dịp lễ hội, đồng bào dân tộc thiểu số thƣờng dùng cành và lá cây Cẩm cắt nhỏ, đun lấy nƣớc màu ngâm gạo nếp nhuộm xôi ngũ sắc (tím, tím đỏ, tím đen, đỏ, hồng) [4]. Màu từ cây Cẩm rất đẹp, không độc, tan rất tốt trong nƣớc, không ảnh hƣởng đến mùi vị thực phẩm, không bị đổi màu ở nhiệt độ cao, bền màu trong thời gian dài, rất thích hợp để nhuộm màu thực phẩm. Ở dạng phơi khô, cây Cẩm vẫn cho màu nhƣng không đẹp bằng dạng tƣơi. Vì thế, việc sử dụng lá cây Cẩm hoàn toàn phải phụ thuộc vào mùa tự nhiên và chỉ đƣợc dùng nhiều ở những nơi trồng đƣợc cây Cẩm [5]. Kinh nghiệm chiết chất màu và nhuộm màu thực phẩm từ cây Cẩm ở các vùng dân tộc khác nhau rất khác nhau, tại huyện Mƣờng Khƣơng - Lào Cai, trong số 14 dân tộc thì dân tộc Nùng có nhiều kinh nghiệm pha chế màu phong phú nhất. Từ một giống cây Cẩm tím, trong quá trình chế biến, bà con dân tộc thiểu số đã có nhiều kinh nghiệm độc đáo tạo đƣợc thêm nhiều màu sắc khác nhau từ tím huế, tím đen, xanh da trời và xanh cổ vịt. Nếu đem đun sôi cành lá cây Cẩm tím tƣơi với nƣớc, thì ta đƣợc dịch tím Huế; nếu đem giã cành lá cây Cẩm tím tƣơi thì đƣợc dịch có màu tím đen. Khi cho một ít tro bếp (tro có màu trắng, đốt từ loại củi trắc) vào dịch chiết lá cây Cẩm tƣơi ta đƣợc màu xanh da trời. Sau khi ngâm gạo vào nƣớc chiết từ lá cây Cẩm, gạo có màu tím huế, nhƣng nếu ngâm gạo tiếp vào nƣớc màu trên ta sẽ đƣợc xôi màu xanh 11 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Vũ Thị Thu Hằng cổ vịt. Tùy theo lƣợng tro cho vào dịch chiết từ lá cây Cẩm, ta sẽ thu đƣợc các gam màu tím khác nhau. Qua nhiều đợt điều tra, phỏng vấn của Nguyễn Thị Phƣơng Thảo và cộng sự về tri thức sử dụng các cây nhuộm màu của các dân tộc thiểu số tại huyện Mƣờng Khƣơng (Lào Cai) cho thấy về lĩnh vực này kinh nghiệm của cộng đồng dân tộc rất độc đáo và phong phú [3]. Những kinh nghiệm này đã gắn chặt với các nhu cầu của cuộc sống, phong tục và tập quán của họ từ bao đời nay. * Sử dụng cây Cẩm trong y học cổ truyền Theo y học cổ truyền thì lá cây Cẩm có vị ngọt, nhạt, tính mát, có tác dụng thanh phế, chỉ khái, tán ứ, chỉ huyết. Thƣờng dùng để điều trị các bệnh nhƣ: Lao phổi, khái huyết, ho, nôn ra máu; viêm phế quản cấp tính, ỉa chảy, lỵ, ổ tụ máu, bong gân cấp. Liều dùng 15-30 g, dạng thuốc sắc, dùng ngoài giã đắp, không dùng cho phụ nữ có thai [1]. Ở Trung Quốc, cây Cẩm có tên là Quan âm thảo hay Dã đinh thanh, là duợc liệu có vị đắng, tính bình, có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, tiêu thũng, chỉ huyết, chữa viêm họng, thấp khớp, nhiễm trùng đuờng tiết niệu, kinh phong ở trẻ em, lao hạch, mụn nhọt và giảm xuất huyết, kìm hãm nghẽn mạch và cầm máu [8]. 1.2.3. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về cây Cẩm * Tình hình nghiên cứu về cây Cẩm ở nước ngoài Cây Cẩm tuy đã đuợc sử dụng khá phổ biến trong dân gian để nhuộm màu thực phẩm, nhung cho tới nay trên thế giới mới chỉ có một công trình nghiên cứu về thành phần hóa học của cây này. Từ dịch chiết etanol của lá cây Cẩm, Qin Jieping và các cộng sự ở Trung Quốc đã phân lập và xác định đuợc cấu trúc hóa học của hai chất là: peristrophamid và peristrophin [24]. Theo một công bố gần đây (Guihaia, 2007), chất màu zilanine đƣợc phân lập từ cây Peristrophe baphica có tác dụng chữa bệnh tiểu đuờng, có hoạt tính miễn dịch, chống oxi hoá và kháng virus viêm gan B. Các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng zilanine là chất màu tự nhiên rất có triển vọng để nghiên cứu phát triển thành 12