Nghiên cứu quy trình chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô ứng dụng làm chất chỉ thị phát hiện hàn the

TÓM TẮT:

Nghiên cứu được thực hiện nhằm chế tạo chất chỉ thị phát hiện hàn the bằng hợp chất anthocyanin, được chiết từ hoa đậu biếc khô. Quy trình được tiến hành từ giai đoạn chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc với dung môi EtOH:H₂O 1:1, ở nhiệt độ 60^oC trong 15 phút. Kết quả cho thấy, anthocyanin có khả năng ứng dụng trong thực phẩm của loại chất chỉ thị này, với ngưỡng phát hiện hàn the là 30ppm.

Từ khóa: anthocyanin, hàn the, hoa đậu biếc khô.

1. Đặt vấn đề

Theo thống kê của Cục An toàn thực phẩm thuộc Bộ Y tế năm 2016, mỗi năm, Việt Nam có khoảng 250-500 vụ ngộ độc thực phẩm với 7.000-10.000 nạn nhân và 100-200 ca tử vong. Trong đó, hàn the (Borax) là một trong những nguyên nhân gây nên các vụ ngộ độc thực phẩm trên [1]. Tuy hàn the từ lâu đã bị Bộ Y tế cấm sử dụng làm chất phụ gia thực phẩm theo Quyết định số 867/QĐ-BYT vào ngày 04/4/1998. Theo báo cáo kiểm tra của PGS.TS. Nguyễn Đức Vượng, năm 2014 đã phát hiện 8 trên 12 mẫu thực phẩm chả lụa dương tính với hàn the tại địa bàn Thành phố Đồng Hới [2].

Những năm gần đây, có thể thấy trên thực tế hàn the vẫn còn bị lạm dụng nhiều trong chế biến thực phẩm. Với đặc tính không màu, không mùi, không vị hàn the được sử dụng trái phép trong thực phẩm nhằm tăng thời hạn sử dụng từ các loại thực phẩm tưới sống cho đến thực phẩm đã qua chế biến. Một trong những ứng dụng của hàn the được sử dụng phổ biến là tăng độ giòn dai của các loại thực phẩm chế biến từ bột, thịt, cá như bún, mỳ, giò, chả, nem,… Khi được nạp vào cơ thể với liều lượng 5 gam trở lên sẽ gây ngộ độc cấp tính, có thể dẫn đến tử vong [3].

Hiện nay, các bộ kit kiểm tra nhanh hàn the trên thị trường chưa được phổ biến rộng rãi và thường có giá thành khá cao, khoảng 10.000 đồng cho một lần kiểm tra, với giá thành khá cao này chúng không phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng và đặc biệt là những bà nội trợ. Từ đây cho thấy nhu cầu về một loại kit kiểm tra hàn the với giá thành hợp lý và dễ dàng sử dụng cần được phổ biến đến người tiêu dùng.

Một số nghiên cứu gần đây cho thấy anthocyanin được ví như một chất chỉ thị pH. Hàn the là một chất có tính kiềm khi ở dạng dung dịch do đó những nghiên cứu về sử dụng anthocyanin làm chất chỉ thị phát hiện hàn the là rất khả thi. Những nghiên cứu này đã được thực hiện rộng rãi trên nhiều loại hoa quả, nhưng vẫn chưa có nghiên cứu nào về sử dụng anthocyanin trong dịch chiết hoa đậu biếc làm chất chỉ thị hàn the. Từ đó dẫn đến sự cần thiết thực hiện đề tài nghiên cứu “Chiết xuất dung dịch chứa anthocyanin từ hoa đậu biếc ứng dụng làm chất chỉ thị phát hiện hàn the".

2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1. Đối tượng nghiên cứu:

Dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô, được mua từ Công ty phẩm màu thảo mộc (phường 1, TP. Trà Vinh, tỉnh Trà Vinh).

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin

- Dùng 5 cốc thủy tinh 250mL có đánh số, cho lần lượt vào mỗi cốc 5g hoa đậu biếc và 100mL hỗn hợp dung môi nước-ethanol (tỷ lệ 1:1).

- Khuấy đều và gia nhiệt đến 60^oC trong thời gian lần lượt là 3 phút, 5 phút, 10 phút, 15 phút, 30 phút.

- Lọc bằng máy lọc chân không, lấy phần dung dịch.

- Đem dung dịch thu được đo bằng máy đo quang phổ hấp thụ UV-VIS theo phương pháp pH vi sai.

2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin

- Dùng 5 cốc thủy tinh 250mL có đánh số, cho lần lượt vào mỗi cốc 5g hoa đậu biếc và 100mL dung môi (tỷ lệ 1:1).

- Khuấy đều và gia nhiệt đến lần lượt 30^oC, 45^oC, 60^oC, 75^oC, 90^oC trong 10 phút.

- Lọc bằng máy lọc chân không, lấy phần dung dịch.

- Đem dung dịch thu được đo bằng máy đo quang phổ hấp thụ UV-VIS theo phương pháp pH vi sai.

2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (nước/ethanol) đến hàm lượng anthocyanin

- Dùng 5 cốc thủy tinh 250mL có đánh số, cho lần lượt vào mỗi cốc 5g hoa đậu biếc và 100mL dung môi theo tỷ lệ trong Bảng 1.

Bảng 1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (nước/ethanol) đến hàm lượng anthocyanin

- Khuấy đều và gia nhiệt đến 60^oC trong 10 phút.

- Lọc bằng máy lọc chân không, lấy phần dung dịch.

- Đem dung dịch thu được đo bằng máy đo quang phổ hấp thụ UV-VIS theo phương pháp pH vi sai.

2.2.4. Chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô trên điều kiện tối ưu

Từ các khảo sát trên đưa ra quy trình tối ưu để chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô và định lượng anthocyanin bằng phương pháp pH vi sai.

2.2.5. Xác định khoảng đổi màu của anthocyanin theo pH

- Đo sự thay đổi màu của dung dịch khi thêm NaOH 0.2M theo từng khoảng pH.

- Xác định giá trị màu thay đổi theo pH.

- Tiến hành tương tự với HCl 0.2M.

2.2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát hiện hàn the

* Điều chỉnh pH của dung dịch anthocyanin bằng axit HCl 0.2M

M.F. Mohamad và các cộng sự sử dụng dung dịch gồm 50mL hàn the 0.025M và 4.6mL HCl 0.1M để điều chỉnh anthocyanin trong dịch chiết hoa đậu biếc khô ở pH = 9 với màu dung dịch tương ứng là xanh rêu [4]. Như vậy, khi thêm HCl vào dung dịch anthocyanin sẽ có tác dụng:

- Điều chỉnh pH dung dịch xuống thấp tương ứng màu hồng-đỏ (pH = 2).

- HCl phản ứng với hàn the sinh ra axit yếu (pH = 9).

          Na₂B₄O₇.10H₂O + 2HCl → 4B(OH)₃ + 2NaCl + 5H₂O

Giúp dung dịch anthocyanin khi chỉ thị hàn the có sự đổi màu rõ rệt từ hồng - đỏ sang xanh rêu.

* Khảo sát nồng độ của anthocyanin đã điều chỉnh pH với hàn the

- Pha dung dịch hàn the Na₂B₄O₇.10H₂O 1000ppm.

- Cho lần lượt 1, 2,5, 5, 10, 20 mL dung dịch anthocyanin và 6mL hàn the 1000ppm vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước deion.

- Lập bảng màu quan sát được.

Từ khảo sát trên chọn ra thể tích anthocyanin thích hợp đảm bảo 2 yếu tố:

- Nồng độ anthocyanin không quá cao để giảm ngưỡng phát hiện tối thiểu hàn the.

- Dễ phân biệt màu sắc.

* Khảo sát ngưỡng đổi màu tối thiểu của anthocyanin đã điều chỉnh pH với hàn the.

- Cho lần lượt 1, 2, 3, 4, 5mL hàn the 1000ppm và thể tích anthocyanin tối ưu ở các thí nghiệm trên vào bình định mức 100mL, định mức đến vạch bằng nước deion.

- Lập bảng màu quan sát được.

2.2.7. Ứng dụng chỉ thị hàn the anthocyanin trên thực phẩm

Tiến hành kiểm tra hàn the trên một số loại chả mua ở địa bàn chợ Trà Vinh và so sánh với kit kiểm tra nhanh hàn the BK04 do Bộ Công an sản xuất.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (nước/ethanol) đến hàm lượng anthocyanin

Hình 1: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (nước/ethanol) đến hàm lượng anthocyanin

Bảng 2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (nước/ethanol) đến hàm lượng anthocyanin

Thực hiện chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô:

- Khối lượng nguyên liệu: 1 (g).

- Dung môi chiết (nước-ethanol): 1-0, 3-1, 1-1, 1-3, 0-1.

- Nhiệt độ chiết: 60^oC.

- Thời gian chiết: 10 phút.

Kết quả khảo sát cho thấy hàm lượng anthocyanin tăng ở tỷ lệ dung môi 1-0 (673,3 mg/L) đến cực đại ở tỷ lệ dung môi 1-1 (797,5 mg/L), khi thay đổi tỷ lệ dung môi nước/ethanol với sự hiện diện của ethanol trong dung môi, một phần các gốc phân cực được hòa tan vào dung môi làm tăng hàm lượng anthocyanin.

Từ tỷ lệ dung môi 1-1 hàm lượng anthocyanin bắt đầu suy giảm và giảm mạnh còn 116,2 mg/L ở tỷ lệ dung môi 0-1 điều này cho thấy lượng nước bị giảm mạnh không đủ để hòa tan các gốc không phân cực làm giảm hàm lượng anthocyanin.

Ở tỷ lệ dung môi 1-0 (100% nước) hàm lượng anthocyanin đại diện cho hàm lượng các gốc không phân cực, tương tự ở tỷ lệ dung môi 0-1 (100% ethanol) đại điện cho hàm lượng các gốc phân cực. Mặt khác, hàm lượng anthocyanin ở tỷ lệ dung môi 1-1 (797,5 mg/L) xấp xỉ tổng hàm lượng anthocyanin ở tỷ lệ dung môi 1-0 và 0-1 cho thấy sự hòa tan tuyệt đối giữa các gốc không phân cực và phân cực. Như vậy, tỷ lệ dung môi 1-1 là tối ưu để chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô và kết quả này cũng tương tự với các nghiên cứu trước đây [6].

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin

Bảng 3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin

Hình 2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin

Thực hiện chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô:

- Khối lượng nguyên liệu: 1 (g).

- Dung môi chiết (nước-ethanol): 1-1.

- Nhiệt độ chiết: 30^oC, 45^oC, 60^oC, 75^oC, 90^oC.

- Thời gian chiết: 10 phút.

Anthocyanin là một hợp chất dễ phân hủy bởi nhiệt độ theo thời gian nhưng nhiệt độ là yếu tố quan trọng để tối ưu quá trình chiết anthocyanin. Trong khảo sát này ở 30^oC, anthocyanin trong hoa đậu biếc khô đã hòa tan vào dung môi, nhưng hàm lượng khá thấp 591.1 mg/L. Hàm lượng anthocyanin tăng theo nhiệt độ đến 60^oC hàm lượng anthocyanin thu được cao nhất 825,6 mg/L. Hàm lượng anthocyanin giảm từ 60^oC đến 90^oC cho thấy quá trình phân hủy đã bắt đầu xảy ra.

3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin

Hình 3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin

Bảng 4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin

Thực hiện chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô:

- Khối lượng nguyên liệu: 1 (g).

- Dung môi chiết (nước-ethanol): 1-1.

- Nhiệt độ chiết: 60^oC

- Thời gian chiết: 3 phút, 5 phút, 10 phút, 15 phút, 30 phút, 60 phút.

Tương tự nhiệt độ thời gian là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô. Hàm lượng anthocyanin thu được tăng từ 663,3 mg/L (3 phút) và đạt cực đại ở 975,9 mg/L (15 phút), hàm lượng anthocyanin bắt đầu giảm dần theo thời gian còn 883.7 mg/L (30 phút) quá trình này chậm dần đến 60 phút còn 765,5 mg/L. Trong quá trình chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc khô quá trình phân hủy ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng anthocyanin thu được. Thời gian tối ưu là 15 phút, cao hơn hẳn do nguyên liệu sử dụng là hoa đậu biếc khô giúp giảm độ ẩm trong nguyên liệu làm tăng hiệu suất chiết.

3.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát hiện hàn the

3.4.1. Điều chỉnh pH của dung dịch anthocyanin bằng acid HCl 0.2M

Bảng 5. Điều chỉnh pH của dung dịch anthocyanin bằng acid HCl 0.2M

3.4.2. Khảo sát nồng độ của anthocyanin đã điều chỉnh pH với hàn the

Bảng 6. Khảo sát nồng độ của anthocyanin đã điều chỉnh pH với hàn the

Từ khảo sát trên chọn ra thể tích anthocyanin thích hợp đảm bảo 2 yếu tố:

- Nồng độ anthocyanin không quá cao để giảm ngưỡng phát hiện tối thiểu hàn the.

- Dễ phân biệt màu sắc.

Từ đây chọn ra thể tích anthocyanin là 2,5 mL tương ứng nồng độ anthocyanin là 2,5%.

3.4.3. Khảo sát ngưỡng đổi màu tối thiểu của anthocyanin đã điều chỉnh pH với hàn the

Bảng 7. Khảo sát ngưỡng đổi màu tối thiểu của anthocyanin đã điều chỉnh pH với hàn the

Màu sắc dung dịch có thể dễ dàng phân biệt được từ ống nghiệm 5 (60 ppm) đến ống ngiệm 2 (30 ppm), ở ống nghiệm 1 màu sắc thay đổi rất ít nhưng vẫn có thể nhận biết được. Ngưỡng phát hiện tối thiểu hàn the của chỉ thị là 30 ppm.

3.4.3. Kết quả ứng dụng chỉ thị hàn the bằng dung dịch anthocyanin trên thực phẩm

Tiến hành kiểm tra hàn the bằng chỉ thị anthocyanin và kit chỉ thị hàn the BK04 do Bộ Công an sản xuất trên một số loại chả được mua tại địa bàn chợ Trà Vinh.

Bảng 8. Một số loại thực phẩm được mua tại địa bàn chợ Trà Vinh

Kết quả chỉ thị hàn the anthocyanin tương đồng với kit chỉ thị hàn the BK04 đều cho kết quả dương tính với chả cá thu cho thấy dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc có khả năng làm chất chỉ thị phát hiện hàn the với ngưỡng phát hiện tối thiểu là 30 ppm.

Bảng 9. Kết quả ứng dụng chỉ thị hàn the bằng dung dịch anthocyanin trên thực phẩm

Bảng 10. Kết quả chỉ thị hàn the của bộ test kit BK04

4. Kết luận

Bằng phương pháp sấy bằng thiết bị bẫy nhiệt anthocyanin ít bị phân hủy trong quá trình sấy, ngoài ra nguyên liệu được sử dụng là hoa đậu biếc khô làm cho hiệu suất chiết cao.

Hỗn hợp dung môi nước-ethanol được sử dụng để tối ưu quá trình chiết ngoài ra một số nghiên cứu còn cho thấy dung môi chiết có chứa ethanol sẽ làm giảm quá trình phân hủy anthocyanin theo thời gian trong điều kiện không có ánh sáng và ở 30^oC so với dung môi nước [19].

Quy trình chiết tối ưu:

- Tỷ lệ dung môi nước-ethanol: 1-1.

- Nhiệt độ chiết: 60^oC.

- Thời gian chiết: 15 phút.

Dịch chiết anthocyanin từ hoa đậu biếc chỉ thị hàn the tối ưu:

- Nồng độ anthocyanin tối ưu: 2.5 ppm.

- Ngưỡng phát hiện tối thiểu: 30 ppm.

Chỉ thị hàn the anthocyanin từ hoa đậu biếc thể hiện nhiều ưu điểm so với các sản phẩm chỉ thị hàn the từ giấy nghệ như thời gian hiển thị kết quả nhanh, giá thành sản xuất rẻ, ngưỡng phát hiện thấp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Tố Uyên (2018). Số liệu thống kê thực phẩm bẩn trên thị trường hiện nay. Website: atvstp.org.vn, truy cập tại https://atvstp.org.vn/tin-tuc/lieu-thong-ke-thuc-pham-ban-tren-thi-truong-hien-nay
2. Nguyễn Đức Vượng (2014), “Nghiên cứu phân tích hàm lượng hàn the trong thực phẩm chả lụa trên địa bàn Thành phố Đồng Hới”, Tạp chí Thông tin khoa học & Công nghệ Quảng Bình, số 5.
3. Nguyễn Thị Thanh Thủy (2012), “Nghiên cứu chiết tách Anthocyanin từ đài hoa Hibiscus Sabdariffa - Ứng dụng để sản xuất giấy chỉ thị phát hiện nhanh hàn the trong thực phẩm”, Tạp chí Khoa học và Phát triển, 10(5), 738-746.
4. M.F. Mohamd. (2011). Degradation kinetics and colour of anthocyanins in aqueous extracts of butterfly pea. Asian Journal of Food and Agro-Industry, 4(05), 306-315.
5. Hoàng Thị Ngọc Nhơn (2017), “Nghiên cứu quy trình chiết tách Anthocyanin hiệu quả từ hành tím, hành lá, tỏi tía, cần tây, cần ta”, Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm, 12 (1), 100-107.
6. Tri Nhut Pham. (2019). Extraction of anthocyanins from Butterfly pea (Clitoria ternatea L. Flowers) in Southern Vietnam: Response surface modeling for optimization of the operation conditions. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, (542), 012-032.
7. Nyi Mekar Saptarini. (2015). Application of Butterfly Pea (Clitoria ternatea Linn) extract as an indicator of acid-base titration. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 7(2), 275-280.
8. Alessio Amaolo. (2017). The Butterfly Pea Flower as a pH Indicator”, International Scholastic Journal of Science, 11(1), 1-3.
9. Prof Dr Ali Esmail Al-Snafi. (2016). Pharmacological importance of Clitoria ternatea - A review. IOSR Journal of Pharmacy, 6(3), 68-83.
10. Padma S.Vankar, Jyoti Srivastava. (2010). Evaluation of Anthocyanin Content in Red and Blue Flowers. International Journal of Food Engineering, 6(4), 1-11.
11. Abdullah Muzi Marpaung. (2017). The colour degradation of anthocyanin - rich extract from butterfly pea (Clitoria ternatea L.) petal in various solvents at pH7. Natural Product research, 31(6), 1-8.

A STUDY ON USING ANTHOCYANINS EXTRACTED

FROM DRIED CLITORIA TERNATEA

TO IDENTIFY BORAX IN FOOD

• Master. NGUYEN XUAN THI DIEM TRINH

Tra Vinh University

ABSTRACT:

The study is to create an indicator which identifies borax in food by using anthocyanins extracted from dried Clitoria ternatea. Anthocyanins were extracted from dried Clitoria ternatea with EtOH:H2O (1:1) at 600C in 15 minutes. The study’s results show that anthocyanins can be used to identify borax with the threshold of 30ppm.

Keywords: anthocyanin, borax, dried Clitoria ternatea.

[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 4, tháng 2 năm 2021]