BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẤT MÀU ANTHOCYANIN TỪ
HẠT ĐẬU ĐEN
VIGNA CYLINDRICA SKEELS

Sinh viên thực hiện : LÝ TIỂU LOAN
NGUYỄN THỊ HỒNG TRÂM
Ngành : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
Niên khoá : 2006-2010


Chương 1: Tổng quan

THÁNG 9 - 2010

ii


NGHIÊN CỨU CHẤT MÀU ANTHOCYANIN TỪ HẠT ĐẬU ĐEN
VIGNA CYLINDRICA SKEELS (VIGNA CATIANG ENDL. VAR)

Tác giả

LÝ TIỂU LOAN
NGUYỄN THỊ HỒNG TRÂM

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành

Công Nghệ Hoá Học

Giáo viên hướng dẫn
TS. LÊ THỊ HỒNG NHAN

THÁNG 9 - 2010
i


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ba Mẹ cùng gia đình đã dạy dỗ, động viên, khuyến
khích và tạo điều kiện để tôi có được kết quả như hôm nay.
Tôi xin chân thành cảm ơn Cô Lê Thị Hồng Nhan cùng toàn thể quý thầy cô
trong bộ môn Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM đã tận tình,
hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm
TPHCM, cùng toàn thể quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ hóa học đã tận tình chỉ
dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập, đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức cơ bản về
lĩnh vực công nghệ Công nghệ Hóa học.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn, các anh chị cùng thực hiện luận
văn tại Phòng thí nghiệm Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, cùng
toàn thể các bạn sinh viên lớp DH06HH, trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ
trợ tôi hoàn thành tốt luận văn.
Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự thông cảm, giúp đỡ và góp ý kiến
của quý thầy cô và các bạn.
Cuối cùng tôi xin gởi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô và toàn thể các anh chị
cùng các bạn. Chúc quý thầy cô và các anh chị, các bạn luôn thành công trong công

việc.

ii


ABSTRACT
The aim of this thesis was to research and survey extraction and separation of
anthocyanin pigment from black bean by using water and absolute alcohol as the
solvent to determine the appropriate and optimitic conditions, with the obtained
anthocyanin pigments can be applied as a natural pigment in the food industry.
The parameter of the process (solvent concentration, extraction rate, temperature,
time) are changed in turn to determine appropriate conditions for anthocyanin
extraction. Extraction solution in appropriate conditions was rotavapored to collect
anthocyanin pigment for determining the content evaluating extraction productivity
and testing appropriate norm to be sure that the obtained sample are safety.
The results obtained from experiments:
•

Determine the appropriate conditions for extraction and separation of
anthocyanin pigment from black beans with the absolute alcohol/water is
3/1 and the solvent/black bean peel ratio is 6/1, at temperatures 60 oC
during 45minutes. Retrieve productivity of powder is about 1.03% with
anthocyanin content is about 16.7mg /g or 1.67%.

•

In this thesis, anthocyanin pigment and the color of product was studied
with three response parameters: pH-differential method, indices for pigment
degradation polymeric color and browning and color measurement method
by CIE system. The obtained powder sample will be examined for many

norms as anthocyanin content, the indicators on solubility, metal,
antioxidant activity, ... to get the powder product which is safety and applied
in food industry.

Hopefully, the result of this thesis will open a new direction for using the
extracted powder from natural materials in food industry.

iii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn này, sẽ tiến hành nghiên cứu và khảo sát quá trình trích ly và tách
hợp chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen bằng dung môi nước và cồn tuyệt đối để tìm
ra các điều kiện thích hợp và tối ưu, với mục đích thu được bột màu anthocyanin có
thể ứng dụng làm chất màu tự nhiên trong các ngành công nghiệp thực phẩm.
Các thông số của quá trình (nồng độ dung môi, tỉ lệ trích ly, nhiệt độ, thời gian)
lần lượt được thay đổi để xác định điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly
anthocyanin. Dịch trích ly tại điều kiện thích hợp được tiến hành cô quay chân không
để thu bột màu anthocyanin, từ đó xác định hàm lượng anthocyanin có trong bột màu,
đồng thời đánh giá hiệu suất trích ly và kiểm tra các chỉ tiêu thích hợp để có được mẫu
bột màu an toàn.
Các kết quả đạt được từ thực nghiệm:
•

Xác định được điều kiện thích hợp để trích ly và tách hợp chất màu

anthocyanin từ hạt đậu đen với dung môi nước cồn tỉ lệ 1:3, tỉ lệ dung môi/ nguyên
liệu vỏ đậu đen là 6/1, tại nhiệt độ 60 oC trong thời gian 45 phút. Hiệu suất thu bột
khoảng 1.09%, hàm lượng anthocyanin trong bột khoảng 15.44 mg/g hay 1.54%.
• Trong đề tài này, hoạt chất anthocyanin và màu sắc sản phẩm được nghiên cứu

với ba thông số đáp ứng là phương pháp pH vi sai, phương pháp xác định chỉ số
polymer và nâu hoá và phương pháp đo màu theo hệ CIE. Các mẫu bột sau khi thu
được sẽ được kiểm tra hàm lượng anthocyanin, kiểm tra các chỉ tiêu về độ tan, kim
loại, kháng oxy hóa,… để có được mẫu bột màu an toàn có thể ứng dụng được trong
công nghiệp thực phẩm.
Các kết quả của luận văn này hy vọng có thể mở ra một hướng đi mới cho ngành
công nghiệp thực phẩm về các chất bột màu chiết xuất từ các nguyên liệu thiên nhiên.

iv


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
ABSTRACT ................................................................................................................ iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................. iv
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................. viii
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... xi
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ xii
DANH SÁCH PHỤ LỤC .......................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .................................................................................................1
1.1

Đặt vấn đề ..........................................................................................................1

1.2

Mục đích của đề tài ...........................................................................................3


1.3

Nội dung của đề tài ...........................................................................................3

1.4

Yêu cầu ..............................................................................................................3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .........................................................................................4
2.1

Nguyên liệu ........................................................................................................4

2.1.1 Giới thiệu về hạt đậu đen ................................................................................4
2.1.1.1 Phân loại, mô tả.....................................................................................4
2.1.1.2 Thành phần dinh dưỡng.........................................................................5
2.1.2 Giới thiệu về Flavonoid và anthocyanin .........................................................9
2.1.2.1 Khái quát về Flavonoid .........................................................................9
2.1.2.2 Giới thiệu về anthocyanin ....................................................................10
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin..............................11
2.1.3.1 Ảnh hưởng của pH ...............................................................................12
2.1.3.2 Ảnh hưởng của ánh sáng .....................................................................14
2.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ .......................................................................14
2.1.3.4 Ảnh hưởng của hiện tượng copigment .................................................15
2.1.3.5 Tác nhân oxy hóa .................................................................................16
2.1.3.6 Enzyme .................................................................................................17
v


2.1.3.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng .....................................17

2.1.3.8 SO2 .......................................................................................................18
2.1.3.9 Kim loại ...............................................................................................19
2.2

Tác dụng sinh học của đậu đen và hợp chất anthocyanin ..........................19

2.2.1 Vai trò của đậu đen đối với sức khỏe............................................................19
2.2.2 Hoạt tính chống oxy hoá của hợp chất anthocyanin .....................................20
2.2.2.1 Quá trình oxy hoá và nguyên nhân gây bệnh do mất cân bằng oxy hoá
.............................................................................................................20
2.2.2.2 Khả năng kháng oxy hóa của hợp chất anthocynin và vai trò đối với
sức khỏe .............................................................................................................21
2.2.3 Khả năng sản xuất và ứng dụng của hợp chất anthocyanin trong sản xuất và
đời sống ..................................................................................................................23
CHƯƠNG 3:PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ....................................................26
3.1

Nội dung nghiên cứu.......................................................................................26

3.2

Phương pháp thực nghiệm.............................................................................28

3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu ....................................................................................28
3.2.2 Xác định độ ẩm .............................................................................................28
3.2.3 Xác định hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai....................29
3.2.3.1 Nguyên tắc ...........................................................................................29
3.2.3.2 Hoá chất...............................................................................................29
3.2.3.3 Xác định hàm lượng anthocyanin ........................................................30
3.2.4 Theo dõi chất lượng màu theo phương pháp polyanthocyanin ....................31

3.2.4.1 Nguyên tắc ...........................................................................................31
3.2.4.2 Hoá chất...............................................................................................31
3.2.4.3 Xác định sự biến đổi anthocyanin .......................................................31
3.2.5 Phương pháp đo màu theo hệ CIE ................................................................32
3.2.5.1 Nguyên tắc ...........................................................................................32
3.2.5.2 Không gian màu ...................................................................................32
3.2.5.3 Xác định màu sắc của sản phẩm .........................................................35
3.2.6 Quy trình nghiên cứu ....................................................................................36
3.2.6.1 Hệ thống trích ly ..................................................................................36
vi


3.2.6.2 Khảo sát điều kiện trích ly bột anthocyanin ........................................37
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & BÀN LUẬN ........................................39
4.1

Đánh giá nguyên liệu ......................................................................................39

4.2

Xây dựng quy trình trích ly dịch chất màu ..................................................39

4.2.1 Xác định phổ hấp thu cực đại .......................................................................39
4.2.2 Khảo sát đối tượng chiết ...............................................................................41
4.2.3 Khảo sát điều kiện ngâm trước khi trích ly...................................................47
4.2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm .............................................................47
4.2.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm ...........................................................51
4.2.4 Khảo sát hiệu quả trích ly .............................................................................52
4.2.4.1 Chiết 1 lần............................................................................................53
4.2.4.2 Chiết 3 lần............................................................................................57

4.2.5 Kết luận .........................................................................................................60
4.3

Khảo sát quy trình trích ly chất màu............................................................61

4.3.1 Khảo sát nồng độ cồn của dịch chiết ............................................................61
4.3.2 Khảo sát tỉ lệ chiết.........................................................................................66
4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly ...................................................................70
4.3.4 Kết luận .........................................................................................................74
4.4

Đánh giá sản phẩm .........................................................................................76

4.4.1Khả năng kháng oxy hóa của sản phẩm bột màu anthocyanin chiết từ vỏ đậu
đen ........................................................................................................................76
4.4.2 So sánh sản phẩm bột màu anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen với các sản
phẩm chứa anthocyanin khác .................................................................................79
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................82
5.1

Kết luận ...........................................................................................................82

5.2

Kiến nghị .........................................................................................................83

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................86
PHỤ LỤC .....................................................................................................................89

vii



DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2.1: Đậu đen (Vigna cylindrica Skeels) ................................................................4
Hình 2.2: Giá trị dinh dưỡng trong hạt đậu đen cung cấp tương ứng với nhu cầu dinh
dưỡng hàng ngày (%DV) ..............................................................................5
Hình 2.3: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid ..................................9
Hình 2.4: Cấu trúc tổng quát của anthocyanin trong tự nhiên.....................................11
Hình 2.5: Cấu trúc chuyển hóa của anthocynin (cyanindin-3-O-glucoside) ở môi
trường pH khác nhau ...................................................................................13
Hình 2.6: Các dạng tồn tại của anthocyanin trong những môi trường pH khác nhau .14
Hình 2.7 : Cơ chế oxy hoá gián tiếp anthocyanin .......................................................17
Hình 2.8: Ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ SO2 lên phổ hấp thu của malvidin-3glucoside .....................................................................................................18
Hình 2.9: Phản ứng của anthocyanin như là chất khử cực cathode trong đồ hộp thiếc
.....................................................................................................................19
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu về anthocyanin ................................................27
Hình 3.2: Cấu trúc chuyển hóa giữa dạng flavylium cation (A) và hemiketal (B). R=H
hay nhóm glycoside ....................................................................................29
Hình 3.3: Phản ứng giữa anthocyanin và bisulfite ......................................................31
Hình 3.4: Không gian màu CIELab và CIELCh .........................................................33
Hình 3.5: Không gian màu CIE-LCh...........................................................................34
Hình 3.6: Giá để cuvet sử dụng khi đo màu trên máy so màu Minolta .......................35
Hình 3.7: Hệ thống trích ly anthocyanin .....................................................................36
Hình 3.8: Quy trình khảo sát điều kiện trích ly bột anthocyanin từ vỏ đậu ................37
Hình 4.1: Phổ hấp thu của dịch chiết cồn từ vỏ đậu đen .............................................40
Hình 4.2: Hàm lượng anthocyanin trong vỏ đậu và trong bột đậu đen .......................42
Hình 4.3: Polyanthocyanin của dịch chiết từ hai dạng nguyên liệu ............................42
Hình 4.4: Màu sắc dịch chiết anthocyanin với 2 dung môi nước và cồn ....................43


viii


Hình 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm lên hàm lượng anthocyanin thoát ra dịch
ngâm ............................................................................................................47
Hình 4.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm lên chỉ số polyanthocyanin của dịch ngâm .48
Hình 4.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm lên giá trị màu LCh của dịch ngâm với thời
gian ngâm là 4, 8, 12h .................................................................................49
Hình 4.8: Phần trăm anthocyanin thất thoát trong dịch ngâm ......................................50
Hình 4.9: Hàm lượng anthocyanin trong các mẫu dịch chiết một lần ..........................53
Hình 4.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên chỉ số polyathocyanin của dịch chiết một lần
.....................................................................................................................53
Hình 4.11: Màu LCh của dịch chiết H2O một lần ở nhiệt độ ngâm khác nhau tương
ứng với thời gian ngâm 4h, 8h, 12h ............................................................54
Hình 4.12: Màu LCh của dịch chiết EtOH một lần ở nhiệt độ ngâm khác nhau tương
ứng với thời gian ngâm 4h, 8h, 12h ............................................................54
Hình 4.13: Hàm lượng anthocyanin trong ba lần chiết khi Tn = 60 oC và tn = 4h ........57
Hình 4.14: Khảo sát hàm lượng anthocyanin trong ba lần chiết liên tiếp khi thay đổi
thời gian ngâm lần lượt 4, 8, 12h ................................................................58
Hình 4.15: Tỷ lệ anthocyanin trong 3 lần chiết liên tiếp (tn = 4h) ................................58
Hình 4.16: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn lên hàm lượng anthocyanin và chỉ số
polyanthocyanin trong bột màu...................................................................62
Hình 4.17: Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn lên hiệu suất chiết anthocyanin ......63
Hình 4.18: Khảo sát màu sắc bột màu theo sự thay đổi nồng độ cồn ..........................65
Hình 4.19: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi trích ly lên hàm lượng anthocyanin
và polyanthocyanin của bột màu.................................................................67
Hình 4.20: Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chiết lên hiệu suất trích ly anthocyanin ......67
Hình 4.21: Giá trị màu LCh của bột màu anthocyanin theo tỷ lệ trích ly ...................68
Hình 4.22: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết.......................................................71
Hình 4.23 : Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết lên hiệu suất trích ly ..................................71

Hình 4.24: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết lên màu sắc của bột anthocyanin .72
Hình 4.25: So sánh khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin từ vỏ đậu đen và
Vitamin C theo phương pháp test DPPH ....................................................76

ix


Hình 4.26: So sánh nồng độ ức chế 50% các gốc tự do (IC50) của anthocyanin chiết từ
vỏ đậu đen và Vitamin C theo phương pháp test DPPH .............................77
Hình 4.27: Khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen so với
Trolox theo phương pháp test MDA não ....................................................78

x


DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của đậu đen đã nấu chín ........................................8
Bảng 2.2: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên .................................11
Bảng 2.3: Phần trăm màu còn lại R(%) và thời gian bán hủy của anthocyanin trong
một số thực phẩm khi ở những nhiệt độ khác nhau .................................15
Bảng 4.1: Độ ẩm, độ tro của nguyên liệu ....................................................................39
Bảng 4.2: Giá trị đo màu của dịch chiết EtOH100 từ vỏ đậu đen ...............................40
Bảng 4.3: Hàm lượng anthocyanin ..............................................................................41
Bảng 4.4: Khảo sát hàm lượng anthocyanin theo thời gian ngâm và nhiệt độ ngâm ..46
Bảng 4.5: Giá trị đo màu của dịch ngâm và dịch chiết đậu đen theo thời gian và nhiệt
độ ngâm khác nhau....................................................................................47
Bảng 4.6: Hàm lượng anthocyanin trong mỗi lần chiết liên tiếp (tn = 4h) ..................57
Bảng 4.7: Khảo sát nồng độ cồn của dung môi chiết ..................................................61
Bảng 4.8: Hàm lượng anthocyanin trong bột theo tỷ lệ dung môi trích ly ..................66

Bảng 4.9: Hàm lượng anthocyanin trong bột theo nhiệt độ trích ly ............................70
Bảng 4.10: Khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen và Vitamin
C theo phương pháp đánh bắt gốc tự do bằng thử nghiệm DPPH ............76
Bảng 4.11: Khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen và Trolox
theo phương pháp xác định sản phẩm của quá trình peroxy hóa lipid (định
lượng MDA) ..............................................................................................77
Bảng 4.12: So sánh nồng độ IC50 của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen và Vitamin C,
Trolox, anthocyanin từ đài hoa bụp giấm ................................................79
Bảng 4.13: Kết quả kiểm tra chất lượng sản phẩm bột màu từ vỏ đậu đen ...............800
Bảng 4.14: So sánh bột màu anthocyanin từ hạt đậu đen và sản phẩm anthocyanin
thương mại ..............................................................................................811

xi


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
DPPH: 1,1-diphenyl-2picrylhydrazyl
DV: Daily value
HTCO: Khả năng kháng oxy hóa
MDA: Malonyl dialdehyd
P: Polyanthocyanin

xii


DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Giá trị độ ẩm và độ tro của nguyên liệu
Phụ lục 2: Giá trị đo màu của dịch chiết cồn từ vỏ đậu đen
Phụ lục 3: Hàm lượng anthocyanin trong mỗi lần chiết liên tiếp
Phụ lục 4: Giá trị đo màu của mẫu ngâm trong 4h chiết nước 3 lần

Phụ lục 5: Giá trị đo màu của mẫu ngâm trong 4h chiết cồn 3 lần
Phụ lục 6: Giá trị đo màu của mẫu ngâm ở 30 oC, 4h chiết 1 lần
Phụ lục 7: Giá trị đo màu của mẫu ngâm ở 60 oC, 4h chiết 1 lần
Phụ lục 8: Giá trị đo màu của mẫu ngâm ở 30 oC, 8h chiết 1 lần
Phụ lục 9: Giá trị đo màu của mẫu ngâm ở 60 oC, 8h chiết 1 lần
Phụ lục 10: Giá trị đo màu của mẫu ngâm ở 30 oC, 12h chiết 1 lần
Phụ lục 11: Giá trị đo màu của mẫu ngâm ở 60 oC, 12h chiết 1 lần
Phụ lục 12: Giá trị đo màu của các mẫu dịch ngâm trong thời gian 4h, 8h, 12h
Phụ lục 13: Số liệu khảo sát hàm lượng anthocyanin của dịch chiết 1 lần ngâm 4h
Phụ lục 14: Số liệu khảo sát hàm lượng anthocyanin của dịch chiết 1 lần ngâm 8h
Phụ lục 15: Số liệu khảo sát hàm lượng anthocyanin của dịch chiết 1 lần ngâm 12h
Phụ lục 16: Số liệu khảo sát dịch ngâm ở các thời gian 4h, 8h, 12h
Phụ lục 17: Số liệu khảo sát ảnh hưởng nồng độ cồn trong dung môi trích đến hàm
lượng anthocyanin và hiệu suất trích ly
Phụ lục 18: Giá trị polyanthocyanin của sản phẩm bột màu khi thay đổi nồng độ cồn
của dung môi trích ly
Phụ lục 19: Giá trị màu LCh của sản phẩm bột màu khi thay đổi nồng độ dung môi
chiết
Phụ lục 20: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly lên hàm lượng anthocyanin
và hiệu suất trích ly
Phụ lục 21: Giá trị polyanthocyanin của sản phẩm bột màu khi thay đổi tỷ lệ dung môi
trích ly
Phụ lục 22: Giá trị màu LCh của sản phẩm bột màu khi thay đổi tỷ lệ dung môi chiết

xiii


Phụ lục 23: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết lên hàm lượng anthocyanin
và hiệu suất thu khối lượng bột
Phụ lục 24: Giá trị polyanthocyanin của sản phẩm bột màu khi thay đổi nhiệt độ trích

ly
Phụ lục 25: Số liệu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên giá trị LCh của sản
phẩm bột màu
Phụ lục 26: Kết quả khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của bột màu sản phẩm tại Trung
tâm Sâm và Dược liệu Thành phố Hồ Chí Minh
Phụ lục 27: Kết quả kiểm tra hàm lượng muối và các ion kim loại nặng có trong mẫu
bột màu sản phẩm tại Viện Khoa Học và Công nghệ Việt Nam-Viện Công
Nghệ Hóa Học

xiv


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Ngày nay khi nền công nghiệp thực phẩm phát triển thì việc sản xuất ra các chất

màu thực phẩm với quy mô công nghiệp có màu sắc hấp dẫn người tiêu dùng là một
việc đơn giản. Trong các món ăn hằng ngày, màu sắc thực phẩm mang lại giá trị cảm
quan, hấp dẫn giúp mọi người ăn ngon miệng hơn. Nhưng làm sao để có được chất
màu thực phẩm vừa đẹp, vừa có nhiều giá trị dinh dưỡng, phòng chống bệnh tật và an
toàn cho người sử dụng là một nhu cầu cần thiết hiện nay. Vì thế, nhiều nhà sản xuất
luôn tìm tòi nghiên cứu các chất màu thực phẩm an toàn để đáp ứng nhu cầu của người
tiêu dùng.
Chất màu trong thực phẩm gồm hai loại: chất màu tổng hợp và chất màu có nguồn
gốc từ thiên nhiên. Ngày nay, các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên được giới chuyên
môn đánh giá cao và không còn xa lạ với người tiêu dùng. Người ta đang dần dần thay
thế chất màu tổng hợp từ hóa học bằng chất màu chiết xuất từ các nguyên liệu thiên
nhiên. Nhiều nghiên cứu cho thấy chất màu tổng hợp có nhiều tác dụng phụ có hại cho

sức khoẻ như gây ngộ độc và các biến chứng gây ung thư... Vì thế, việc sử dụng các
chất màu tự nhiên ngày càng được ưa chuộng hơn và đang dần thay thế cho các sản
phẩm màu tổng hợp. Các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên có chứa nhiều hoạt chất
sinh học có lợi cho sức khỏe con người, giúp phòng chống nhiều bệnh tật và tăng
cường sức đề kháng của cơ thể. Tuy nhiên, các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên hiện
nay còn rất ít và đang trong giai đoạn nghiên cứu để tìm ra các phương pháp có thể
chiết tách một cách hiệu quả. Đặc biệt, có thể đưa về dạng bột để kéo dài thời gian bảo
quản, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và đảm bảo an toàn cho sức
khỏe người tiêu dùng.
Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid hiện
diện trong một số rau quả, ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên anthocyanin còn
được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản
phẩm. Ngoài ra, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả
năng kháng oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc làm chất chống oxy
-1-


hóa trong các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng
làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác
dụng chống các tia phóng xạ.
Với những đặc tính quí báu mà các chất màu hóa học hay các chất màu khác hình
thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên
cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng
ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm. Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu
hướng hiện nay của các nước trên thế giới, đó là nghiên cứu khai thác chất màu từ
thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm tạo tính an toàn cao cho người sử dụng.
Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu
phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số
loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía
tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ...

Đậu đen tên khoa học là Vigna cylindrica Skeels (Dolichos catjang Burm. f),
thuộc họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae). Tên khoa học của đậu đen hiện nay
chưa được xác định chính xác, nó còn có tên gọi là Vigna catiang Endl. var.
Đậu đen được nhân dân miền Bắc trồng nhiều để lấy hạt nấu chè hoặc thổi xôi.
Hạt cũng thường được dùng trong việc chế thuốc và làm thuốc. Ở Campuchia cũng
thấy có trồng loại đậu này.
Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về chất màu anthocyanin từ thực vật, trong đề tài
này chúng tôi sử dụng một nguyên liệu mới đó là hạt đậu đen. Được sự phân công của
Bộ môn Công nghệ Hoá học trường Đại học Nông Lâm TP. HCM, dưới sự hướng dẫn
của TS. Lê Thị Hồng Nhan, giảng viên trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, chúng tôi
xin thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU CHẤT MÀU ANTHOCYANIN TỪ HẠT ĐẬU
ĐEN”
Đề tài sẽ nghiên cứu và khảo sát quy trình trích ly chất màu anthocyanin từ hạt
đậu đen bằng hai dung môi rẻ tiền là nước và cồn tuyệt đối. Những kết quả của đề tài
hi vọng sẽ mang lại triển vọng trong việc ứng dụng các chất màu tự nhiên vào trong
công nghiệp thực phẩm và nâng cao giá trị sử dụng của các nguồn nguyên liệu tại Việt
Nam.

-2-


1.2.

Mục đích của đề tài
Xây dựng quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen trong hai hệ dung môi là

nước và cồn tuyệt đối, ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực phẩm và hạn chế tác động
đến môi trường

1.3.


Nội dung của đề tài
Tập trung nghiên cứu vào các nội dung sau:
−

Khảo sát dạng nguyên liệu từ hạt đậu đen để trích ly anthocyanin.

−

Khảo sát điều kiện ngâm hạt đậu đen trước khi trích ly.

−

Khảo sát quá trình trích ly bột anthocyanin từ hạt đậu đen bằng hai dung

môi nước và cồn tuyệt đối.
Khảo sát độ bền màu của bột anthocyanin trong các điều kiện bảo quản khác

−

nhau.
Xác định độ tan của bột màu anthocyanin trong các dung môi khác nhau từ

−

không phân cực đến phân cực.
Những kết quả thí nghiệm thu được hi vọng có thể ứng dụng được trong công
nghiệp thực phẩm và mở ra một hướng nghiên cứu mới về bột màu anthocyanin từ hạt
đậu đen.


1.4.

Yêu cầu
−

Tìm được các điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly anthocyanin.

−

Chiết tách được chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen để cung cấp chất màu

thực phẩm tự nhiên cho thị trường.
−

Kiểm tra các chỉ tiêu và các yếu tố trong bột màu để xác định được mẫu bột

màu an toàn trong thực phẩm.
−

Xác định độ tan của bột màu anthocyanin trong các dung môi khác nhau để

có những ứng dụng cụ thể.

-3-


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1.

Nguyên liệu


2.1.1.

Giới thiệu hạt đậu đen

2.1.1.1. Phân loại, mô tả

Hình 2.1: Đậu đen (Vigna cylindrica Skeels)
Đậu đen có tên khoa học là Vigna cylindrica Skeels (Dolichos catjang Burm. f)
hay Vigna catiang Endl. var, thuộc họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae) [1].
Đậu đen là loài cây thân cỏ mọc thường niên, sống thành bụi nhỏ, toàn thân
không có lông. Lá có dạng kép gồm 3 lá chét mọc so le, có lá kèm nhỏ. Lá chét mọc ở
giữa to và dài hơn lá chét hai bên. Hoa màu tím nhạt, dạng cánh bướm. Quả giáp dài
tròn, trong chứa từ 7-10 hạt. Khi còn tươi quả có màu xanh. Khi già và khô thì teo lại
và có màu nâu. Đậu đen được chia làm 2 loại: đậu đen xanh lòng và đậu đen trắng
lòng [1]. Đậu đen cũng như những loài cây họ đậu khác có khả năng tăng độ màu mỡ
cho đất trồng do trong rễ có những nốt sần, làm nơi cư trú cho những vi sinh vật cố
định đạm. Hạt đậu đen có rất nhiều công dụng, ngoài làm thực phẩm còn được sử dụng
trong đông y để chữa bệnh, có tác dụng bổ thận thủy [2].

-4-


Cây đậu đen sinh trưởng tốt ở những vùng khí hậu nóng ấm. Ở nước ta, đậu đen
được trồng nhiều ở miền Bắc để lấy hạt, thường thu hoạch vào tháng 5 và tháng 6.
2.1.1.1. Thành phần dinh dưỡng

Trong số các loại đậu làm thực phẩm thông dụng cho con người, đậu đen được
các nhà dinh dưỡng đặc biệt quan tâm do trong đậu đen có thành phần dinh dưỡng rất
phong phú.


Hình 2.2: Giá trị dinh dưỡng trong hạt đậu đen cung cấp tương ứng với nhu cầu dinh
dưỡng hàng ngày (%DV) [3]
ƒ Protein
Đậu đen là nguồn thực phẩm rất giàu protein. Protein có trong đậu đen rất thích
hợp cho những người ăn chay và rẻ hơn so với nguồn protein từ động vật. Nhiều
nghiên cứu về thành phần của đậu đen cho thấy đậu đen có đủ các loại protein thiết
yếu, kể cả Arginin và 3 loại axit amin khác mà khoa học gọi là BCCAs, Leucin, Valin
và Isoleucin. Trong 100g đậu đen cung cấp:
0.97g Valin
1.26g Leucin
1.11g Isoleucin
BCAAs là chữ viết tắt của branched chain amino acids là thuật ngữ để chỉ 3 loại
acid amin đặc biệt quan trọng trong nhóm 8 loại acid amin thiết yếu. BCAAs đôi khi
-5-


còn được gọi là những stress aminocids, loại protein thường dùng để phục hồi hoặc
sửa chữa những tổn thương từ những stress thể lực của những vận động viên và một số
trường hợp bị thương nặng hay sau phẫu thuật, đặc biệt là cải thiện khả năng nhận thức
ghi nhớ những tổn thương ở não do bệnh tật hay do thương tích [2].
Sử dụng kết hợp đậu đen và những ngũ cốc hoàn toàn có thể thay thế nguồn
protein có trong các sản phẩm sữa, thịt tránh được sự cung cấp một lượng lớn năng
lượng cũng như những chất béo bão hòa có trong những thực phẩm này.
ƒ Khoáng chất
Đậu đen được đánh giá là nguồn thực phẩm dồi dào khoáng chất như Canxi (Ca),
Sắt (Fe), Magie (Mg), Mangan (Mn) đặc biệt là hàm lượng cao Molypden (Mo) [3].
Mo
Sulfite là loại chất bảo quản phổ biến trong công nghiệp. Một số người nhạy cảm
với sulfites có thể bị tăng nhịp tim, nhức đầu, giảm sự tập trung. Mo là nguyên tố đóng

vai trò quan trọng giúp cơ thể tránh khỏi sự dị ứng với sulfite. Đây là thành phần thiết
yếu của enzyme sulfite oxidase, là enzyme có khả năng giải độc sulfite. Một chén đậu
đen nấu chín (172g) cung cấp đến 172% nhu cầu Mo cần thiết cho cơ thể trong ngày.
Ngoài ra, khoa học còn cho biết một số những trường hợp thiếu Mo có thể dẫn đến bất
lực ở nam giới.
Mg
Được xem là một kênh chuyển hóa Ca trong tự nhiên. Khi Mg hiện diện với
lượng đủ, các động mạch và tĩnh mạch phát tín hiệu làm thư giãn, giảm lưu lượng
máu, oxy cũng như chất dinh dưỡng qua cơ thể [3].
Fe
Là thành phần thiết yếu của hemoglobin, giúp vận chuyển oxy từ phổi đến các tế
bào trong cơ thể. Ngoài ra, Fe cũng là chìa khóa của hệ thống enzyme để chuyển hóa
và sinh năng lượng.
Ngoài ra, trong đậu đen cũng chứa P, Mn.
ƒ Polyphenols
Nhiều nghiên cứu từ Journal of Agriculture and Food Chemistry cho biết, đậu
đen có chứa những hợp chất có khả năng chống oxy hóa rất tốt, đặc biệt là

-6-


anthocyanins. Hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin trong đậu đen gấp 10 lần
lượng tương ứng tìm thấy trong quả cam và tương đương với nho hay trong cây nam
việt quất [2, 6]. Nghiên cứu còn cho thấy, màu của vỏ đậu càng sậm thì hoạt tính của
anthocyanin càng cao. Đậu đen có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất theo sau là các
loại đậu như đậu đỏ, đậu vàng và đậu trắng [3].
Thành phần polyphenol trong đậu đen có tác dụng tốt trong điều trị bệnh cao
huyết áp. Tuy nhiên, một số polyphenol trong đậu đen như tannin sẽ tạo phức với
protein và Fe ngăn cản sự hấp thu chất dinh dưỡng.
ƒ Chất xơ

Đậu đen có hàm lượng lớn chất xơ bao gồm chất xơ tan cũng như chất xơ không
tan, thích hợp cho người bị bệnh tiểu đường, cao huyết áp hay mỡ máu. Một chén đậu
đen đủ cung cấp hơn phân nửa nhu cầu chất xơ của một người trong một ngày. Chất
xơ tan có khả năng làm chậm và giảm sự hấp thu mỡ qua màng ruột đồng thời kết dính
một phần muối mật để đào thải ra ngoài do đó, góp phần làm hạ cholesterol trong máu.
Trong khi đó, chất xơ không tan có vai trò quan trọng trong việc làm tăng lượng phân,
tăng nhu động ruột, chống táo bón, kết dính nhiều loại độc tố để thải ra ngoài giúp
giảm nguy cơ một số rối loạn ở ruột già kể cả một số loại ung thư. Tác dụng tổng hợp
của chất xơ và chất chống oxy hóa trong đậu đen có tác dụng làm giảm các loại mỡ
xấu LDL và triglycerit [2].
ƒ Vitamin
Đậu đen là một trong những nguồn thực phẩm chứa nhiều loại vitamin như:
vitamin C, vitamin PP, vitamin A, vitamin B2, vitamin B6 (Folate), vitamin B12.
Trong đó, vitamin C chiếm hàm lượng cao nhất.

-7-


Bảng 2.1 : Thành phần dinh dưỡng của đậu đen đã nấu chín [3]
Black beans, cooked
1.00 cup
172.00 grams
227.04 calories

Nutrient

Amount

DV


Nutrient World's Healthiest

(%)

Density

Foods Rating

Molybdenum

129.00 mcg 172.0

13.6

Excellent

Folate

255.94 mcg 64.0

5.1

Very good

Dietary fiber

14.96 g

59.8


4.7

Very good

Tryptophan

0.18 g

56.3

4.5

Very good

Manganese

0.76 mg

38.0

3.0

Good

Protein

15.24 g

30.5


2.4

Good

120.40 mg

30.1

2.4

Good

0.42 mg

28.0

2.2

Good

240.80 mg

24.1

1.9

Good

3.61 mg


20.1

1.6

Good

Magnesium
Vitamin B1 (thiamin)
Phosphorus
Iron
World's Healthiest
Foods Rating

Rule

Excellent

DV>=75% OR Density>=7.6 AND DV>=10%

Very good

DV>=50% OR Density>=3.4 AND

Good

DV>=5%

DV>=25% OR Density>=1.5 AND DV>=2.5%

-8-



Tập hợp nhóm vitamin B và những khoáng chất Ca, Mg trong đậu đen thô còn
được xem như là những vi chất chống strees giúp làm nhẹ những cơn bốc hỏa ở những
phụ nữ tiền mãn kinh [2].
Thành phần Folate có trong đậu đen rất cần thiết cho những phụ nữ có thai. Thiếu
Folate có thể dẫn đến sự phát triển bất bình thường của thai nhi.
2.1.2.

Giới thiệu về flavonoid và anthocyanin

2.1.2.1. Khái quát về flavonoid

Đóng góp quan trọng tạo nên sự phong phú về màu sắc của giới thực vật chính là
những hợp chất thuộc họ flavonoid. Flavonoid tạo cho thực vật có màu sắc đỏ, xanh
đến tím. Đa số màu sắc của các loại hoa, lá và quả là do flavonoid tạo ra. Flavonoid là
những hợp chất polyphenolic có 15C, 2 vòng benzen được nối với nhau qua cầu nối
mạch thẳng có 3C. Cấu trúc hóa học của flavonoid dựa trên bộ khung 15C, có vòng
Chromane gắn với nhân thơm B tại vị trí 2, 3 hay 4 [4].

Hình 0.3: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid
Flavonoid được chia thành 6 phân nhóm dựa vào nhóm thế trên vòng C. Trong
đó, trạng thái oxy hóa của vòng heterocyclic và vị trí của vòng B là những căn cứ quan
trọng cho sự phân loại. 6 phân nhóm đó là:
1. Chalcones
2. Flavone
3. Flavonol
4. Flavanone
5. Anthocyanins
6. Isoflavonoids


-9-