Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng, PH đến độ ổn định của dịch chiết betacyanin từ quả xương rồng nopal

Kỷ yếu kỷ niệm 35 năm thành lập Trường ĐH ng nghiệp Th ph m T h inh -2017) 174 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, ÁNH SÁNG, PH ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA DỊCH CHIẾT BETACYANIN TỪ QUẢ XƢƠNG RỒNG NOPAL Võ Thúy Vi Trường Đại họ ng nghiệp Th c ph m Tp. H h inh Email: vivt86@cntp.edu.vn Ngày nhận bài:29/06/2017; Ngày chấp nhận đăng: 30/08/2017 TÓM TẮT Xương rồng Nopal hay còn gọi là xương rồng tai thỏ là nguồn thực vật có giá trị dinh dưỡng cao. Quả xương rồng có chứa nhiều hợp chất betacyanin tan được trong nước, có màu vàng tươi đến da cam, đỏ tươi, đỏ thẫm, hồng cho đến màu đỏ tím. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của dịch chiết từ quả xương rồng Nopal như pH, nhiệt độ, ánh sáng được đánh giá thông qua hàm lượng betacyanin trong thời gian 10 ngày. Kết quả khảo sát cho thấy dịch chiết có màu sắc thay đổi từ tím sang hồng đến vàng khi pH tăng. Hàm lượng betacyanin giảm 11,1% so với hàm lượng thu được ban đầu khi bảo quản trong điều kiện không có ánh sáng, nhiệt độ 4 ºC, trong khi ở điều kiện nhiệt độ phòng có ánh sáng hàm lượng betacyanin giảm 57%. Từ khóa: betacyanin, xương rồng nopal, độ bền màu, pH, nhiệt độ. 1. GIỚI THIỆU Xương rồng Nopal thuộc xương rồng dạng phiến, nằm trong nhóm loài Opuntia species, có tên tiếng Anh là Prickly Pear Cactus (Tạm gọi là Xương r ng Lê gai, vì nó có gai và quả hình dạng trái lê), cây này có nhiều ở miền Tây Nam nước Mỹ và miền Bắc Mexico [1,2]. Ở Việt Nam, Nopal còn có tên gọi là Xương rồng Tai thỏ (vì nó có phiến lá giống tai con thỏ), Xương rồng Vợt (vì nó có hình dáng giống cây vợt bóng bàn, vợt tennis). Cây Nopal cao trung bình chừng 40-50 cm, cây lớn có thể lên 1 mét hoặc hơn. Cây có thể trồng dễ dàng từ phiến của nó. Ở Trung Mỹ, người dân dùng cây Nopal như một dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm. Xương rồng Nopal là một cây rất dễ tính, sinh trưởng và phát triển trên đất sa mạc, trên các vùng đất khô cằn, đất màu, nghèo dinh dưỡng với một lượng mưa hàng năm cực thấp, được trồng rải rác (làm hàng rào hoặc làm cảnh) ở vùng duyên hải từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận, Bình Thuận. Hiện nay, Việt Nam có nhiều dự án nhân giống và trồng trên diện rộng xương rồng Nopal để làm thức ăn cho gia súc, dùng làm rau xanh và ăn quả đặc biệt là các vùng đất ít mưa như Ninh Thuận. Trong một số nghiên cứu khoa học, giống xương rồng Nopal chứa nhiều hợp chất có giá trị dinh dưỡng cao. Pectin và chất nhầy của xương rồng Nopal có lợi cho hệ tiêu hóa. Hoa xương rồng Nopal được dùng để trị các tổn thương trên da như bị bỏng, đứt, côn trùng cắn, trầy xướt và cháy nắng nhờ khả năng làm se chặt các lớp biểu bì, làm giảm sự tiết dịch, phục hồi sự kích thích và cải thiện các lớp mô. Các phiến dạng lá của Nopal có thể chẻ ra, cắt thành miếng và đắp trực tiếp trên da để chữa các vết thương trên da. Quả xương rồng có chứa các hợp chất betacyanin, các hợp chất flavonoids, polyphenol có khả năng tạo màu và chống oxy hóa [3]. Betacyanin thuộc nhóm sắc tố tự nhiên betalain, tan trong nước, có màu vàng tươi đến da cam, đỏ tươi, đỏ thẫm, hồng cho đến màu đỏ tím, được tìm thấy trong hoa, trái, lá và củ của nhiều loại thực vật khác nhau như hoa xương rồng, vỏ thanh long, hoa giấy, rau và củ dền [3-6]. Nhờ có màu sắc sặc sỡ và phong phú, các betacyanin được sử dụng làm chất màu trong công nghiệp thực phẩm. Ở vùng Trung và Nam Mỹ từ lâu người dân địa phương đã sử dụng dịch chiết từ quả thanh long màu tím đỏ (Hylocereus ghiên u nh hư ng a nhiệt nh s ng p ến n nh h hiết ta anin từ qu 175 Polyrhizus) làm chất tạo màu cho thực phẩm. Đặc biệt betacyanin (chất màu có mã số E162 [4]) được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt, kẹo, kem, sữa chua Ngoài ra betacyanin còn có tác dụng như là một chất chống oxi hóa nhờ khả năng bắt giữ các gốc tự do có thể làm đột biến tế bào và gây ra những rối loạn trong sự trao đổi chất. ình . Xương rồng Nopal Trong quá trình bảo quản, thành phần betacyanin trong các dịch chiết bị phân hủy do ảnh hưởng của pH, nhiệt độ và hoạt độ nước. Các thực phẩm chứa chất betacyanin dần dần bị phai màu hay mất màu tùy theo điều kiện bảo quản. Trong nghiên cứu này, các ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, ánh sáng đến sự ổn định màu của dịch chiết từ quả xương rồng Nopal được đánh giá thông qua hàm lượng betacyanin bằng phương phá phổ hấp thu phân tử UV-Vis. ình 1. Cấu trúc một số betacyanin thường gặp: (a) betanin, (b) amaranthin, (c) betanidin, (d) phyllocactin,(e) gomphrenins [5] 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu Xương rồng Nopal, được lấy từ huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận. Chọn quả vừa chín, loại bỏ gai, rửa sạch, gọt vỏ rồi bảo quản ở 4 ºC. Các loại hóa chất tinh khiết như etanol tuyệt đối, axit clohidrit, natri hydroxit, đệm citrit. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Xử lý mẫu Cân chính xác 1,0000 g mẫu đã qua xử lý ở mục 2.1, cắt nhỏ nghiền mịn vào cốc thủy tinh 250 mL, ngâm chiết vào 50 mL hệ dung môi etanol:nước (1:20) là dưới hỗ trợ của sóng siêu âm ở 40 ºC. Sau 30 phút siêu âm, dịch chiết được lọc thu phần trong và đem đo quang ở bước sóng hấp thu cực đại . 2.2.2. X nh hàm lượng ta anin th o phương ph p UV-Vis Các phân tử betacyanin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến trong vùng từ 534-554nm, tạo nên màu đỏ đến đỏ-tím. Tiến hành đo quang tại bước sóng hấp thu cực đại với máy quang phổ phân tử UV-Vis [7,8]. (a) (b) (c) (d) (e) V Th Vi 176 Hàm lượng betacyanin trong bình định mức được xác định theo công thức: WL FVMA B     538 Trong đó: B: Hàm lượng betacyanin (mg/g) A538: Độ hấp thu quang học ở 538 nm M : Khối lượng phân tử của betacyanin (M= 550 g/mol) V: Thể tích chiết xuất (mL) F: Độ pha loãng ε: hệ số mật độ hấp thu của betacyanin (ε = 60000 L.mol-1cm-1) L: Chiều dày cuvet (cm) W : Trọng lượng của nguyên liệu sau khi loại ẩm (g) 2.2.3. ghiên u nh hư ng c a p ến s tha i màu sắc c a d ch chiết betacyanin Dịch chiết betacyanin được điều chỉnh tới các môi trường pH từ 1 đến 14. Màu sắc thay đổi trong các môi trường pH khác nhau được ghi nhận bằng hình ảnh cảm quan và giá trị hấp thu tại bước sóng hấp thu cực đại của betacyanin. 2.2.4. ghiên u nh hư ng c a nhiệt và nh s ng ến s tha i màu sắc c a d ch chiết betacyanin Độ bền màu của dịch chiết betacyanin theo nhiệt độ và ánh sáng được khảo sát trong các khoảng thời gian 10 ngày. Các mẫu được lưu trữ ở nhiệt độ phòng thí nghiệm 30 °C và trong điều kiện lạnh 4 ºC để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự phân hủy betacyanin. Sự thay đổi mật độ hấp thu của dịch chiết betacyanin trong các mẫu được lưu giữ ở điều kiện có ánh sáng và trong bóng tối được ghi nhận bằng máy quang phổ UV-Vis. Giá trị hàm lượng betacyanin trong các khoảng thời gian nghiên cứu được tính toán và đánh giá mức độ phân hủy betacyanin. 2.3. Khảo sát quy trình sấy phun thu betacyanin rắn Phương pháp sấy phun được lựa chọn để thu bột betacyanin từ dịch chiết. Do hàm lượng betacyanin trong dịch chiết bé, chất độn maltodextrin được sử dụng với tỷ lệ phối trộn là 15% khối lượng dịch chiết. Các thông số của quá trình sấy phun được tối ưu như sau: Nhiệt độ đầu vào 80 ºC, tốc độ dòng nhập liệu ban đầu 5 rpm, áp lực bơm 3 bar, tốc độ gió 50 m/s. 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Ảnh hƣởng của pH đến sự thay đổi màu sắc của dịch chiết betacyanin Phổ hấp thu phân tử UV-Vis của dịch chiết betacyanin từ quả xương rồng Nopal trong khoảng bước sóng từ 350 nm đến 700 nm được thể hiện ở Hình 3. Kết quả cho thấy dịch chiết có bước sóng hấp thu cực đại ở 538 nm phù hợp với khoảng hấp thu của betacyanin theo một số nghiên cứu trước đây [3,7,8]. ình 3. Phổ UV-Vis của dịch chiết betacyaninvà sự đổi màu của dịch chiết theo pH ghiên u nh hư ng a nhiệt nh s ng p ến n nh h hiết ta anin từ qu 177 Quan sát sự đổi màu của dịch chiết ở pH từ 1 đến 12 cho thấy, dịch chiết rất nhạy với môi trường pH khác nhau, cho màu thay đổi từ tím đến hồng rồi vàng. Ở môi trường pH từ 1 đến 5, dịch chiết chuyển từ màu tím (pH 1) sang hồng ở pH 3 và có màu hồng đậm dần tới pH 5. Từ pH 6 đến 11 thì chuyển dần sang màu nâu. Ở pH 12 dịch chiết có màu vàng do betacyanin phân hủy theo Hình 4. ình 4 Phản ứng phân hủy betacyanin tạo axit betalamic Giá trị độ hấp thu của betacyanin tại bước sóng hấp thu cực đại 538 nm trong các môi trường pH khác nhau (Hình 5) cho thấy dịch chiết hấp thu cao nhất ở pH5. Khi pH càng tăng thì dung dịch chuyển dần sang vàng do betacyanin bị phân hủy thành axit betalamic màu vàng tươi và cyclo-Dopa-5-O- glycoside không màu, làm giá trị mật độ quang giảm. Điều này cho thấy khi thu hoạch quả xương rồng Nopal nói riêng hay trái cây chứa betacyanin nói chung thì điều kiện môi trường pH cao sẽ làm thay đổi màu sắc trái cây, ảnh hưởng chất lượng sản phẩm [9]. ình 5. Đồ thị mật độ hấp thu của betacyanin tại theo pH 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của ánh sáng đến hàm lƣợng dịch chiết betacyanin Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của ánh sáng theo thời gian đến dịch chiết betacyanin được thể hiện ở Hình 6 cho thấy dịch chiết betacyanin không bền màu theo thời gian, màu sắc dịch chiết khi bảo quản ở điều kiện chiếu sáng biến đổi nhanh hơn ở điều kiện trong bóng tối. Sau 10 ngày bảo quản hàm lượng betacyanin giảm 57% so với mật độ quang của dịch chiết ban đầu (từ 0,410 mg BE/g mẫu xuống còn 0,176 mg BE/g mẫu. Đối với mẫu để trong tối, hàm lượng betacyanin giảm 48,8% (từ 0,410 mg BE/g mẫu xuống còn 0,210 mg BE/g mẫu). Kết quả này phù hợp với tính chất không bền màu của các hợp chất màu tự nhiên, cụ thể là betacyanin. ình 6. Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự thay đổi hàm lượng của dịch chiết betacyanin 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 Đ ộ h ấp t h u A pH 0,410 0,382 0,369 0,335 0,306 0,260 0,230 0,216 0,204 0,176 0,403 0,394 0,376 0,363 0,347 0,310 0,288 0,250 0,210 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 H àm l ư ợ n g m g B E / g Ánh sáng thường Bóng tối Thời gian lưu trữ (ngày) (Betanidin) (Axit betalamic) V Th Vi 178 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hàm lƣợng dịch chiết betacyanin Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ bền của betacyanin trong quá trình chế biến thực phẩm và bảo quản. Theo nhiều tài liệu sự phân hủy betacyanin tăng khi nhiệt độ và thời gian bảo quản tăng. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong 10 ngày bảo quản ở nhiệt độ 30 ºC dịch chiết quả xương rồng Nopal chuyển từ màu hồng sang nâu sáng, hàm lượng betacyanin trong dịch chiết giảm 48,8% có thể là do ảnh hưởng của các quá trình trùng hợp, khử nhóm cacboxyl hay sự phân hủy của betacyanin [9]. Trong khi ở điều kiện bảo quản lạnh (4 ºC) thì hàm lượng betacyanin giảm ít khoảng 11,1% (từ 0,410 mg/g còn 0,366 mg/g), dịch chiết vẫn giữ được màu hồng. Kết quả cho thấy màu dịch chiết quả xương rồng Nopal biến đổi nhanh chóng ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ thấp, màu biến đổi chậm hơn. Vì vậy cần bảo quản dịch chiết ở nhiệt độ thấp. ình 7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi hàm lượng của dịch chiết betacyanin 3.4. Kết quả sản phẩm sấy phun chất màu từ quả xƣơng rồng Nopal Sản phẩm sấy phun dịch chiết từ quả xương rồng Nopal có bột màu hồng tươi với hàm lượng Maltodextrin hỗ trợ cho quá trình sấy là 15%. Sản phẩm có dạng bột mịn, dễ tan trong nước và có thể được sử dụng trong thực phẩm như tạo màu cho nước ngọt, sữa chua, ướp các loại mứt quả hay nhuộm màu cho nhiều loại thực phẩm khác. Ngoài ra còn có thể sử dụng trong lĩnh vực hóa- mỹ phẩm như: son môi, phấn màu, ình Sản phẩm sấy phun từ dịch chiết quả xương rồng Nopal 4. KẾT LUẬN Màu sắc của sản phẩm là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đối với sản phẩm của ngành hóa mỹ phẩm và thực phẩm. Các hợp chất màu tự nhiên ngày càng được nghiên cứu, khai thác và ứng dụng làm phẩm màu. Kết quả khảo sát sự đổi màu của dịch chiết betacyanin theo pH cho thấy betacyanin nhạy cảm với các môi trường pH. Dịch chiết cho màu hồng tươi ở pH 5, pH càng cao màu sắc càng giảm. Dịch chiết betacyanin cũng chịu ảnh hưởng của ánh sáng và nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao sự phân hủy betacyanin càng nhanh. Betacyanin bảo quản tốt trong điều kiện trong tối, bảo quản lạnh (4 ºC). Điều này cho thấy dịch chiết betacyanin từ quả xương rồng Nopal có thể ứng dụng làm phẩm màu cho các sản phẩm cần bảo quản lạnh như sữa chua, kem,... 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 H àm l ư ợ n g m g B E / g m ẫu Thời gian lưu trữ (ngày) Nhiệt độ thường Nhiệt độ 4 độ C ghiên u nh hư ng a nhiệt nh s ng p ến n nh h hiết ta anin từ qu 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Der Marderosian A, Beutler JA, eds (2000), Facts and Comparisons: The Review of Natural Products, St. Louis, MO, Facts and Comparisons. 2. Omar Khatabi, Hafida Hanine, Driss Elothmani, Aziz Hasibc (2016), Extraction and determination of polyphenols and betalain pigments in the Moroccan Prickly pear fruits (Opuntia ficus indica), Arabian Journal of Chemistry, Volume 9, Supplement 1, Pages S278–S281. 3. Arthana Deka, Bhushan Subhash Chougule, Assma Parveen, Jyoti Prasad Lahan, Madhumita Barooah and Robin Chandra Boro (2015), Natural Pigment Betacyanin as Tracking dye For Gel Electrophoresis, India journal of natural products and resources, Vol 6, pp 23-26. 4. Letícia Christina Pires Gonçalves (2012), A comparative study of the purification of betanin, Food Chemistry 131 (2012) 231 -238, 5. 5. F. Delgado – Vargas, A. R. Jiménez, and O. Paredes- López (2000), Natural pigments: Carotenoids, Anthocyanins, and Betalains – Charscteristics, Biosynthesis, Processing, and Stability, Critical reviews in Food Sience and Nutrition, 40(3):173-289. 6. Henrilette Azeredo (2009), Betalains: properties, sources, applications, and stability – a review, International Journal of Food Science Technology , 44, 2365- 2376 7. Đào Văn Tấn, Phạm Thúy Hằng (2014), Định Lượng một số thành phần dinh dưỡng, khoáng trong quả thanh long ruột trắng ( hylocereus undatus (Haw.) Britton and Rose) và thanh long ruột đỏ ( hylocereus polyrhizus (Web.) Britton and Rose) trồng tại xã Vân Trục, huyện Lập Trạch, tỉnh Vĩnh Phúc, Tạp Chí Khoa Học Quốc Gia Hà Nội, tập 3, 1S, 2014. 8. Nassim Naderi, Hasanah M.Ghazali, Anis Shobirin Meor Hussin, Mehrnoush Amid and Mohd Yazid Abd.Manap (2012), Characterization and Quantification of Dragon Fruit (Hylocereus polyrhizus) Betacyanin Pigment Extracted by Two Procedures, Pertanika J. Trop. Agric. Sci. 35 (1): 33 – 40. 9. S. K Reshmi, K. M. Aravindhan and P. Suganya Devi (2012), The effect of light, temperature, pH on stability of Betacyanin pigments in Basella Alba fruit, Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research, vol 5, 107-110. ABSTRACT THE EFFECT OF LIGHT, TEMPERATURE, PH ON STABILITY OF BETACYANIN PIGMENTS EXTRACTED FROM PRICKY PEAR CACTUS FRUIT Vo Thuy Vi Ho Chi Minh City University of Food Industry Email: vivt86@cntp.edu.vn Pricky Pear Cactus, also known as rabbit's ears cactus, is a highly nutritious vegetable source. Cactus fruit contains several betacyanin compounds that are soluble in water, bright yellow to orange, magenta, crimson, pink to reddish. With colours diversity, betacyanins are used as additives in the food industry. The effect of pH, temperature, light on stability of betacyanin was investigated within 10 days. The results showed that extracts’s colour changed differently depends on pH. At The decreasing of betacyanins under temperature 4 ºC is less than those under the 30 ºC. At 4 ºC, the betacyanin content dropped by just 11,1% while at 30 ºC it dropped 57%. Keywords: Basella alba, betacyanin, color stability, pH, temperature, light.