Nghiên cứu chiết tách một số chất màu thực phẩm từ kinh nghiệm sử dụng thực vật của đồng bào dân tộc thiểu số

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM HỖ TRỢ NGHIÊN CỨU CHÂU Á ---------------
--------------- ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CHẤT NHUỘM MÀU THỰC PHẨM TỪ KINH NGHIỆM SỬ DỤNG THỰC VẬT CỦA ĐỒNG BÀO DÂN TỘC THIỂU SỐ (BÁO CÁO TỔNG HỢP) HÀ NỘI – 2005 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRUNG TÂM HỖ TRỢ NGHIÊN CỨU CHÂU Á ---------------
------------- ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH CHẤT NHUỘM MÀU THỰC PHẨM TỪ KINH NGHIỆM SỬ DỤNG THỰC VẬT CỦA ĐỒNG BÀO DÂN TỘC THIỂU SỐ (BÁO CÁO TỔNG HỢP) Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Lưu Đàm Cư Cơ quan chủ trì: Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Hà Nội, 12- 2005 Đề tài này được hoàn thành với sự tài trợ toàn bộ của Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu Châu Á, ĐHQGHN 3 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN TT Họ và tên Cơ quan công tác 1 PGS.TS. Lưu Đàm Cư Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 2 TS. Nguyễn Thị Phương Thảo Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 3 TS. Nguyễn Thị Thủy Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 4 CN. Trương Anh Thư Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 5 CN. Bùi Văn Thanh Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 6 CN. Hà Tuấn Anh Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 7 CN. Phạm Văn Thính Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 8 PGS.TS. Bùi Thị Bằng Viện Dược liệu, Bộ Y tế 9 DS. Nguyễn Kim Phượng Viện Dược liệu, Bộ Y tế 10 KS. Nguyễn Dũng Đại học Bách khoa Hà Nội 11 Ông Tung Chải Lương Huyện Mường Khương, Lào Cai 4 LỜI CẢM ƠN Đề tài này được hoàn thành với sự tài trợ toàn bộ kinh phí của Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu Châu Á và Quỹ giáo dục Cao học Hàn Quốc – The Korea Foundation for Advanced Studies. Ban lãnh đạo Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã động viên và tạo điều kiện cho công trình nghiên cứu được tiến hành thuận lợi. Trong quá trình điều tra, nghiên cứu nhiều Ông, Bà người dân tộc thiểu số tại một số tỉnh miền núi phía Bắc đã tự nguyện cung cấp thông tin, tri thức và kinh nghiệm sử dụng các cây nhuộm màu truyền thống. Nhân dịp này, chúng tôi xin chân thành cám ơn Cơ quan tài trợ kinh phí và Các cơ quan, cá nhân đã giúp đỡ và tham gia trong quá trình thực hiện đề tài. 5 TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài : Nghiên cứu chiết tách một số chất màu thực phẩm từ kinh nghiệm sử dụng thực vật của đồng bào dân tộc thiểu số Mã số : Chủ nhiệm đề tài : PGS. TS. Lưu Đàm Cư Cơ quan chủ trì : Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Viện KHCN VN Cơ quan và cá nhân thực hiện TT Họ và tên Cơ quan công tác 1 PGS.TS. Lưu Đàm Cư Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 2 TS. Nguyễn Thị Phương Thảo Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 3 TS. Nguyễn Thị Thủy Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 4 CN. Trương Anh Thư Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 5 CN. Bùi Văn Thanh Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 6 CN. Hà Tuấn Anh Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 7 CN. Phạm Văn Thính Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật 8 PGS.TS. Bùi Thị Bằng Viện Dược liệu, Bộ Y tế 9 DS. Nguyễn Kim Phượng Viện Dược liệu, Bộ Y tế 10 KS. Nguyễn Dũng Đại học Bách khoa Hà Nội 11 Ông Tung Chải Lương Xã Mường Khương, tỉnh Lào Cai 1. Mục tiêu và nội dung của đề tài a. Mục tiêu của đề tài: - Thử nghiệm chiết tách chất màu thực phẩm từ nguyên liệu thực vật, từ đó đề xuất khả năng sản xuất chất màu cho công nghiệp thực phẩm. - Bảo tồn và phát triển tri thức bản địa, góp phần bảo tồn bản sắc, tập quán dân tộc và phát triển kinh tế – xã hội. b. Các nội dung nghiên cứu của đề tài 6 - Điều tra kinh nghiệm sử dụng cây nhuộm màu thực phẩm của các dân tộc thiểu số và nghiên cứu sàng lọc các loài thực vật để chiết tách chất màu. - Nghiên cứu kỹ thuật chiết tách chất màu từ một số loài thực vật - Nghiên cứu tính ổn định và độc tính cấp của chất màu có triển vọng - Ứng dụng thử nghiệm chất màu thực vật trong chế biến một số thực phẩm 2. Kết quả - Kết quả khoa học: + Đã điều tra và xác định thành phần các loài cây được các dân tộc thiểu số phía Bắc Việt Nam sử dụng để nhuộm màu cho các loại thực phẩm gồm 46 loài, trong đó có một số loài lần đầu tiên ghi nhận. Đề tài bổ sung số liệu về đa dạng hóa học của một số cây nhuộm màu tại Việt Nam. + Lựa chọn 3 loài cây có triển vọng để chiết tách chất màu gồm: Mật mông (Buddleja officinalis), Đậu biếc (Clitoria ternatea) và Cẩm (Peristrophe bivalvis). Xây dựng kỹ thuật chiết tách chất màu và thu nhận được chất màu từ 3 loài cây nói trên. Đề xuất quy trình chiết chất màu gồm 2 giai đoạn chính: chiết chất màu thô từ nguyên liệu bằng dung môi nước và loại các chất không màu bằng dung môi cồn - nước (4: 6). + Các sản phẩm màu được nghiên cứu tính ổn định với nhiệt độ, thời gian bảo quản và pH. Đồng thời đã xác định chất màu xanh chiết từ cây Đậu biếc không có độc tính cấp (không xác định được LD/50). Điều đó cho phép tiến hành các nghiên cứu tiếp theo để ứng dụng chất màu tự nhiên này vào công nghiệp thực phẩm và đời sống. + Đã thử sử dụng các chất nhuộm màu thu được trong chế biến thử nghiệm một vài loại thực phẩm (nhuộm xôi nhiều màu, cải thiện màu cho rượu Nếp cẩm và tạo màu vàng cho nước ép lõi dứa). Các sản phẩm có màu đẹp và không có mùi vị lạ. - Kết quả ứng dụng: Kết qủa nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở để xây dựng dự án “Bảo tồn nguồn gen cây nhuộm màu thực phẩm của dân tộc thiểu số” tại huyện Mường Khương, tỉnh Lào Cai. 7 - Kết quả đào tạo: Kết quả nghiên cứu bổ sung để hoàn thiện giáo trình cao học tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật. (Phần các cây thực phẩm dân tộc- Ethnic food plants) - Kết quả công bố: Kết quả nghiên cứu là một phần trong công trình công bố tại Hội nghị khoa học kỷ niệm 30 năm thành lập Viện KHCNVN, với tiêu đề “ Nghiên cứu tri thức bản địa góp phần bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển kinh tế-xã hội”. 3. Tình hình sử dụng kinh phí Kinh phí được sử dụng đúng mục đích, phù hợp với dự toán được phê duyệt, cụ thể: - Điều tra, khảo sát : 13.000.000 DVN - Thuê mướn lao động : 4.000.000 DVN - Hợp đồng nghiên cứu: 7.000.000 DVN - Nguyên vật liệu, hóa chất: 13.000.000 DVN - Các chi khác : 8. 000.000 DVN. Tỏng số : 45.000.000 đồng VN Cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (Xác nhận và đóng dấu) (Họ tên và chữ ký) Lưu Đàm Cư 8 PROJECT SUMMARY Project title: Study on extracting foodstuff-dyeing substances from experiences of using plants of ethnic minority people in the North of Vietnam. Code Number : Implementing Institute : Institute of Ecology and Biological Resources, VAST Cooperating Institution (s): TT Researcher’s name Institutions 1 Ass. Prof. Luu Dam Cu Insstitute of Ecology and Biologica Resources 2 Dr. Nguyen T. P. Thao Insstitute of Ecology and Biologica Resources 3 Dr. Nguyen Thi Thuy Insstitute of Ecology and Biologica Resources 4 BS. Truong Anh Thu Insstitute of Ecology and Biologica Resources 5 BS. Bui Van Thanh Insstitute of Ecology and Biologica Resources 6 BS. Ha Tuan Anh Insstitute of Ecology and Biologica Resources 7 BS. Phạm Văn Thinh Insstitute of Ecology and Biologica Resources 8 Ass. Prof. Bui Thi Bang Institute of Materia Medica 9 Ms. Nguyen Kim Phuong Institute of Materia Medica 10 En. Nguyen Dung Hanoi University of Polytechnics 11 Mr. Tung Chai Luong Muong Khuong commune, Lao Cai province 1. Objectives and Contents a. Objectives - Testing of extracting foodstuff-dyeing substances from plant materials and then putting forward possibility of prroducing dyeing substances for foodstuff industry. - Preserving and developing indigenous knowledge which contributes to preserve ethnic characters, habits and develope socio-economy. b. Contents: - Investigating experiences of using foodstuff-dyeing plants of ethnic minority people and screening these plants in order to extracting colour substances. 9 - Researching on methods of extracting foodstuff-dyeing substances from plants. - Researching the stability and toxicity of prospective colour substances. - Applying experimently foodstuff-dyeing substances into producing any food. 2. Results obtained - Results in science: + Investigating and identifying the plant composition which the ethnic minority people in the North of Vietnam used to dye foodstuff. There are 46 species, some of them have been firstly acknowledged. The project gives supplementary statistics about chemical diversity of some dyeing plant species in Viet Nam. + Selecting 3 prospective plant species for extracting colour substances: Buddleja officinalis, Clitoria ternatea and Peristrophe bivalvis. Planting technology of extracting colour substances and received colour substances from these plants. Putting forward the extractive process divided 2 main period: extracting the rough colour substance from boiled water and rejecting uncolour substance by mixed methanol – water (4: 6). + Researching on the stability of colour substance with temperature, preserving time, pH. And identifying the green substance extracted from Clitoria ternatea that has no toxicity (not able to identify LD/50). It makes possibility to carry out the following researchs to the application of colour substances in food industry and life. + Using colour substances received from the testing process of some foods (such as dyeing sticky rice with many colours, improve the colour of “ Ruou Nep cam” (Violet sticky rice alcohol) and make the yellow of pineapple core. The colour of these products is nice and the taste is fine (no strange taste). - Results in application: The result of Project contributes to make the basic of planning project “Conservation of genetic resources foodstuff-dyeing plants of ethnic communities in Muong Khuong distric, Lao Cai”. 10 - Results in education: The result of Project supply to complete the Master teaching meterial at Institute of Ecology and Biological Resources. (the part of Ethnic Food Plants) - Publication: The result of Project is a part of a work that had been publicated at the science conference on the occation of 30 years of establishing Vietnam National Center for Science and Technology, titled “Research on local knowledge to contribute to conserve biodiversity and develope socio-economy”. 3. Budget used The budget has been used to targets and fited with the revised estimate expenditure. Consist of: - Investigation expenditure : 13.000.000 DVN - Expenditure for hiring labour force: 4.000.000 DVN - Expenditure for research agreements: 7.000.000 DVN - Expenditure for meterial, chemical: 13.000.000 DVN - Other expenditures : 8. 000.000 DVN. Total budget: 45 .000.000 DVN Implementing Institution Principal Researcher (Full mane, signature and stamp) (Full name and signature) Luu Dam Cu 11 MỤC LỤC Nội dung Trang Danh sách những người thực hiện 3 Lời cám ơn 4 Tóm tắt đề tài bằng tiếng Việt 5 Tóm tắt đề tài bằng tiếng Anh 8 Bảng Mục lục báo cáo 11 Bảng ký hiệu và chữ viết tắt 12 Danh mục các bảng 12 Danh mục các hình 13 Phần chính báo cáo chÝnh 14 Mở đầu 14 I. Tổng quan tình hình nghiên cứu 15 II. Thời gian, địa điểm, phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 24 III. Kết quả và bàn luận 27 III.1. Kinh nghiệm sử dụng cây nhuộm màu của đồng bào dân tộc thiểu số 27 III..2. Nghiên cứu chiết tách chất màu từ nguyên liệu thực vật 31 III. 3. Nghiên cứu tính ổn định và độc tính của chế phẩm màu 35 III.4. ứng dụng thử nghiệm chất màu trong chế biến thực phẩm 37 Kết luận 39 Kiến nghị 40 Tài liệu tham khảo 41 Phần phụ lục 43 Phiếu đăng ký kết quả nghiên cứu 54 12 BẢNG GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết đầy đủ Viết tắt hoặc ký hiệu 1 Phụ gia thực phẩm PGTP 2 An toàn vệ sinh thực phẩm ATVSTP 3 Sắc ký lớp mỏng SKLM 4 Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật VSTTNSV 5 Chất màu thực phẩm CMTP DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng số liệu Trang Bảng 1. Danh mục CMTP được phép sử dụng ở Việt Nam 17 Bảng 2. Phân nhóm các cây theo màu nhuộm 27 Bảng 3. Đa dạng màu sắc của loài Peristrophe bivalvis 28 Bảng 4. Danh lục các cây sử dụng để chiết chất màu 32 Bảng 5. Hàm lượng và dạng sản phẩm màu của các cây nghiên cứu 34 Bảng 6. Biến đổi sắc màu của chế phẩm ở các mức pH khác nhau 35 Phụ lục 1. Danh lục các cây cho chất màu 43 Phụ lục 2. Phân bố chất màu trong các bộ phận của một số loài 47 Phụ lục 3. Kết quả sắc ký lớp mỏng của chất màu chiết từ lá Cẩm 49 Phụ lục 4. Kết quả sắc ký lớp mỏng chất màu trong hoa Mởt mông 50 13 DANH MỤC CÁC HÌNH TT Các hình Trang 1 H1. Cành và hoa cây Mật mông PL5. 1 2 H2. Chất màu chiết từ cây mật mông PL5. 1 3 H3. Hoa Đậu biếc PL5. 1 4 Gạo nhuộm bằng màu của hoa Đậu biếc PL5. 1 5 Cành và hoa cây Cẩm PL5. 1 6 Xôi nhuộm các màu bằng lá cẩm PL5. 1 7 Màu đen nhuộm bằng lá Sau sau PL5..2 8 Màu chiết từ gỗ Vang PL5. .2 9 Màu xanh nhuộm bằng lá cây Dứa thơm PL5.. 2 10 Màu đỏ chiết từ đài hoa cây Bụp dấm PL5.. 2 11 Màu chiết từ Sâm đại hành PL5. 2 12 Xôi nhuộm màu bằng thực vật PL5..2 14 PHẦN BÁO CÁO CHÍNH I. MỞ ĐẦU Chất màu thực phẩm là một phụ gia thực phẩm (PGTP) quan trọng, được sử dụng không chỉ trong chế biến thực phẩm, mà cả trong công nghiệp mỹ phẩm (kem trang điểm, thuốc nhuộm tóc,…), dược phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác. Nhu cầu về chất màu thực phẩm rất lớn và không ngừng tăng lên trong những năm gần đây. Nước ta do chưa sản xuất được, nên tất cả chất màu thực phẩm đều phải nhập từ nước ngoài. Một số trường hợp, sử dụng chất màu không đủ tiêu chuẩn gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ người tiêu dùng. Vì thế, nghiên cứu cây nhuộm màu thực phẩm và các chất màu từ chúng có ý nghĩa quan trọng đối với kinh tế xã hội của đất nước. Tài nguyên cây có chất màu ở Việt Nam cho tới nay được điều tra, nhiên cứu rất ít. Đề sẽ góp phần bổ sung tư liệu để từng bước hoàn chỉnh bộ dữ liệu Tài nguyên thực vật Việt Nam góp phần sử dụng bền vững nguồn tài nguyên của đất nước và tham gia vào phát triển kinh tế-xã hội. Nhuộm màu thực phẩm bằng thực vật là tri thức và kinh nghiệm truyền thống lâu đời của các dân tộc Viiệt Nam, nhất là đồng bào các dân tộc thiểu số. Hơn thế, với phong tục tập quán khác nhau, cư trú trên các vùng lãnh thổ có điều kiện tự nhiên riêng biệt; mỗi dân tộc có kinh nghiệm và tri thức độc đáo mang tính bản địa và văn hóa truyền thống. Do thời gian và kinh phí hạn hẹp, trong 2 năm (2004-2005) đề tài giới hạn nghiên cứu trong một vài dân tộc thiểu số (Tày-Nùng, Dao, Hmông, Thái, Pa dí, Tu dí) ở một số khu vực của vùng miền núi Phía Bắc. Đề án nhằm đạt các mục đích sau: - Thử nghiệm chiết tách chất màu thực phẩm từ nguyên liệu thực vật, từ đó đề xuất khả năng sản xuất chất màu cho công nghiệp thực phẩm. - Bảo tồn và phát triển tri thức bản địa góp phần bảo tồn tập quán, bản sắc dân tộc và phát triển kinh tế-xã hội. 15 II. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU II. 1 Tình hình nghiên cứu cây có chất màu ở Việt Nam Kinh nghiệm sử dụng tài nguyên thực vật của nhân dân ta rất phong phú và đa dạng dưới nhiều hình thức vào các mục đích khác nhau như: làm lương thực, thực phẩm, xây dựng, chăm sóc sức khoẻ, thẩm mỹ, làm cảnh. Đặc biệt phải kể đến mục đích nhuộm màu thực phẩm, các cây dùng để nhuộm màu gồm tất cả các loài thực vật có thể dùng trực tiếp hoặc được chế biến thành các sản phẩm dùng để nhuộm màu cho các loại thực phẩm. Từ lâu, các nhà khoa học đã tiến hành chiết tách các chất nhuộm màu thực phẩm từ thực vật. Tuy nhiên hiện vẫn còn phải sử dụng nhiều chất màu được tổng hợp bằng con đường hoá học. Khi chất màu nhuộm công nghiệp được đem vào sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt của nhân dân thì người ta đã phát hiện ra các nhược điểm của sản phẩm chất màu công nghiệp vì chúng có thể gây nên các tác dụng phụ (chúng có thể là tác nhân gây ung thư, rối loạn thần kinh, tiêu hoá hoặc ngộ độc gây tử vong...). Vì vậy trong những năm gần đây con người càng thấy được tính ưu việt của các sản phẩm tự nhiên và đã quan tâm nghiên cứu các chất nhuộm màu có nguồn gốc thực vật để sử dụng chúng nhất là trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm. Chất nhuộm 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, ..). Do vậy, nghiên cứu các loài cây cho màu nhuộm trong hệ thực vật Việt Nam là vấn đề cần được nghiên cứu có hệ thống cả hiện tại và lâu dài. Ở nước ta trong những năm trước đây, do khó khăn về điều kiện và phương tiện nên vấn đề này chưa được nghiên cứu nhiều. Một số công trình còn sơ sài với quy mô hẹp, hầu hết các số liệu, thông tin về cây nhuộm màu thực phẩm đều trích dẫn từ tài liệu nước ngoài, nên ít có khả năng ứng dụng. 16 Về điều tra cơ bản mang tính liệt kê các loài thực vật cho màu nhuộm mới chỉ có 2 công trình được tiến hành. Lưu Đàm Cư, Trần Minh Hợi (1995) đã sơ lược đánh giá các cây nhuộm màu nói chung thường gặp ở nước ta, và ghi nhận ở Việt Nam có trên 200 loài cây cho chất nhuộm màu thuộc 57 chi, thuộc 28 họ. Gần đây, Lưu Đàm Cư và cs (2002) đã điều tra phát hiện 114 loài cây được hoặc có thể sử dụng để nhuộm màu thực phẩm ở Việt Nam. Với hệ thực vật ở Việt Nam đa dạng và phong phú (ước tính có khoảng 11.000 đến 12.000 loài) chắc chắn đây sẽ là nguồn nguyên liệu cho chất nhuộm màu đa dạng và phong phú về chủng loài, vì vậy đây mới chỉ là bước nghiên cứu khởi đầu. Về nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ chiết tách chất màu từ thực vật, đáng lưu ý là công trình “Xây dựng quy trình công nghệ chiết tách và tổng hợp chất màu thực phẩm” (Nguyễn Thị Thuận, 1995), “Xây dựng quy trình công nghệ chiết tách cumarin từ củ nghệ” (Phạm Đình Tỵ, 2001), “Khả chiết tách chất màu thực phẩm từ cây Mật mông” (Nguyễn Thị Phương Thảo, Lưu Đàm Cư, 2003). Ngoài ra, đã có một số công bố về thành phần hóa học của dịch chiết từ cây Lá diễn và hạt Dành dành (Giang Thị Sơn và cs, 2001). Các công trình nói trên đã thu được những kết quả rất khả quan, chứng minh một cách khoa học về khả năng thực tế có thể sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm từ nguyên liệu thực vật của nước ta. Tuy nhiên các công trình mới chỉ nghiên cứu ở một số đối tượng cụ thể, thường gắn với các nghiên cứu làm thuốc chữa bệnh, do vậy chưa thấy hết tiềm năng các chất nhuộm màu thực phẩm trong cả hệ thực vật. Hơn nữa, do tính chất đề tài các công trình tập trung nghiên cứu một số chất nhuộm màu đặc biệt (curcumin từ cây nghệ chủ yếu cung cấp cho nghành Y- Dược) nên giá thành rất cao, chưa thể đưa vào phục vụ đời sống hàng ngày của nhân dân. Hiện nay, tất cả các chất nhuộm màu cho thực phẩm ở Việt Nam đều phải nhập khẩu từ nước ngoài. Do yêu cầu về ATVSTP, bộ Y tế nước ta chỉ cho phép nhập và sử dụng chất màu thực phẩm với số lượng hạn chế (Bảng 1) 17 Bảng 1. Danh mục các chất màu thực phẩm được phép sử dụng ở Việt nam TT Tên chất Màu và nhóm chất Nguồn gốc 1. Beta- apro- Carotenal Da cam, Họ caroten Tổng hợp 2. Beta-Carotene (Synthetic) Dacam, Họ caroten Tổng hợp 3. Canthaxanthine Đỏ, Họ caroten Tự nhiên 4. Caramel I - Plain Nâu, Xử lí nhiệt từ đường Tổng hợp 5. Caramel III - Ammonia process Nâu, Xử lí nhiệt từ đường Tổng hợp 6. Caramel IV- Ammonia sulfit process Nâu, Xử lí nhiệt từ đường Tổng hợp 7. Carmines Đỏ, nhóm Anthraquinon Tự nhiên 8. Azorubine (Carmoisine) Đỏ, nhóm Monoazo Tổng hợp 9. Carotenes (Natural extract) Da cam, Họ Caroten Tự nhiên 10. Annatto Extract Đỏ, chiết xuất từ Điều nhuộm Tự nhiên 11. Grape skin extract Tím, Chiết xuất từ vỏ quả nho Tự nhiên (từ vỏ quả nho) 12. Chlorophyll Xanh, nhóm Porphirin Tự nhiên 13. Chlorophyll Copper Complex Xanh, nhóm Porphirin Tự nhiên 14. Chlorophyll Copper Complex, Sodium and Potassium salts Xanh, nhóm Porphirin Tự nhiên 15. Brilliant Black PN Đen, nhóm Bisazo) Tổng hợp 16. Red 2 G Đỏ, nhóm Monoazo Tổng hợp 17. Allura AC Đỏ, nhóm Monoazo Tổng hợp 18. Amaranth Đỏ, nhóm Monoazo Tổng hợp 19. Ponceau 4R Đỏ, nhóm Monoazo Tổng hợp 18 20. Beta-apro-8-carotenic acid, Methyl or Ethyl Ester Da cam, họ caroten Tổng hợp 21. Indigotin Xanh chàm, họ indigo Tự nhiên 22. Titan dioxide Trắng, TiO2 Tổng hợp 23. Nâu HT Nâu, nhóm Bisazo Tổng hợp 24. Iron oxide, red Đỏ, FeO(OH).x H2O Tổng hợp 25. Iron oxide, black Đen, FeO.Fe2O3 Tổng hợp 26. Iron oxide, yellow Vàng, FeO(OH).xH2O Tổng hợp 27. Curcumin Vàng, nhóm cumarin Tự nhiên 28. Erythosin Đỏ, nhóm Xanthense Tổng hợp 29. Quinoline yellow Vàng, nhóm Quinophtalone Tổng hợp 30. Riboflavin (lactoflavin) Vàng, nhóm iso-alloxazine Tự nhiên 31. Sunset Yellow FCF Vàng, nhóm Monoazo Tổng hợp 32. Tartrazine Vàng, nhóm Monoazo Tổng hợp 33. Brilliant FCF Xanh, nhóm Triarylmethane Tổng hợp 34. Fast Green FCF Xanh, nhóm Triarylmethane Tổng hợp 35. Green S Xanh, nhóm Triarylmethane Tổng hợp (Nguồn: Trích trong "Danh mục các chất phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm". Cục Quản lý chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, Bộ Y tế, 2001) Như vậy, trong số 35 chất được phép sử dụng cho thực phẩm ở Việt Nam mới chỉ có 10 chất được chiết xuất từ thực vật (nguyên thủy hoặc phức chất) và hoàn toàn phải nhập từ nước ngoài. II. 2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất màu thực phẩm trên thế giới Chất nhuộm màu nói chung và chất nhuộm màu thực phẩm nói riêng đã được người dân các nước trên thế giới sử dụng vào cuộc sống từ thời xa xưa. Một 19 chất màu được dùng cho thực phẩm nhất thiết phải hội đủ ba tiêu chuẩn về mặt y tế của chất PGTP: + 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 cấp và trường diễn) + Không là nguyên nhân hoặc tác nhân gây bệnh. Ngoài ra, do yêu cầu riêng của thực phẩm, các chất nhuộm màu dùng trong lĩnh vực này không gây mùi lạ và làm thay đổi chất lượng thực phẩm. Hiện nay, nghiên cứu các chất nhuộm màu cho thực phẩm trên thế giới được tập trung vào các hướng chủ yếu sau đây: - Điều tra, phát hiện và nghiên cứu chiết tách các chất nhuộm màu thực phẩm từ nguyên liệu tự nhiên, nhưng chủ yếu từ thực vật. Đây là hướng nghiên cứu được đặc biệt quan tâm, bởi chất màu thu được thường có tính an toàn cao, giá thành hạ. Theo hướng nghiên cứu này nhiều chất màu đã được sản xuất và đưa vào ứng dụng (Chất nhuộm màu tím thu từ vỏ quả Nho, chất nhuộm màu đỏ thu từ hoa của cây Điều nhuộm, chất indigotine nhuộm màu xanh thu từ lá cây Chàm...) - Nghiên cứu bán tổng hợp chất nhuộm màu từ các hợp chất thu nhận từ thực vật. Đây là hướng 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 được sản xuất theo hướng này (Beta Carotenal, Beta- apro-carotenal...). Các chất nhuộm màu thực phẩm bán tổng hợp thường thuộc họ Carotene, họăc nhóm monoazo. - Nghiên cứu sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm bằng công nghệ sinh học: đây là hướng nghiên cứu đang được triển khai ở một số nước có trình độ kỹ thuật cao. Theo hướng nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm thu nhận chất nhuộm màu từ nuôi cấy mô một số loài thực vật (Aralia armata,...), hoặc sử dụng một số hệ men, một số loài vi khuẩn để 20 chuyển hoá hợp chất hữu cơ thành chất màu. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu này cho tới nay chưa đạt được kết quả thực tế. - Tổng hợp các chất vô cơ không có độc tính để nhuộm màu cho thực phẩm. Đây là hướng nghiên cứu được tiến hành từ lâu. Mặc dù vậy, các chất vô cơ có thể sử dụng cho thực phẩm còn rất hạn chế. Hiện nay các chất vô cơ được phép dùng cho thực phẩm mới chỉ có một số oxít sắt: FeO(OH)xH2O (màu đỏ), FeO.Fe2O3 (màu đen), FeO(OH).xH2O (màu vàng),…. Xu hướng hiện nay của thế giới là hạn chế dùng các chất nhuộm màu có nguồn gốc vô cơ trong công nghiệp thực phẩm. Do những tiêu chuẩn chặt chẽ về mức độ an toàn, cho tới nay thế giới mới chỉ thừa nhận 73 hợp chất (hoặc dịch chiết, phức chất) là chất nhuộm màu cho thực phẩm. Trong số này một số hợp chất chỉ được phép sử dụng trong một số quốc gia nhất định. Hiện nay có một số loại cây cho chất nhuộm màu thực phẩm được trồng và khai thác với số lượng lớn ở một số nước. Một vài sản phẩm trong số đó như "Cutch", là nước chiết sấy khô của cây Acacia catechu. Lượng sản xuất hàng năm trên thế giới của Cutch khoảng 6.000 - 9.000 tấn/ năm trong đó lượng được xuất- nhập khẩu giữa các nước khoảng 1.500 tấn/ năm. Nước sản xuất chính là Ấn Độ (các nước cũng sản xuất nhưng với số lượng ít hơn là Pakistan, Bangladesh, Myanmar và Thái lan), nước nhập khẩu chính là Pakistan. Trước đây, vào những năm giữa của thập kỷ 70, hàng năm các nhà máy công nghiệp của Ấn Độ đã sử dụng tới 63.000 tấn gỗ nguyên liệu. Trong thời gian từ 1988- 1993, Ấn Độ đã xuất sang Pakistan 1.000- 1.300 tấn/ năm. Ngoài Cutch ra, còn có một sản phẩm tự nhiên khác cũng được sản xuất và sử dụng với số lượng lớn, đó là Annatto (được lấy từ cây Điều nhuộm- Bixa orellana). Lượng sản phẩm trên thế giới hàng năm khoảng 10.000 tấn, lượng sản phẩm tham gia mậu dịch khoảng 7.000 tấn. Nước xuất khẩu chính các sản phẩm Annatto là Peru và Kenya, các nước nhập khẩu chính là Mỹ, Nhật và một số nước Đông Âu. Một số cây khác được trồng để làm nguyên liệu sản xuất các chất màu thực phẩm là: Indigofera tinctoria, Tagetes erecta, 21 Lawsonia inermis, Curcuma longa, Crocus sativus, Gardenia jasminoides, Medicago sativa, ... Riêng ở vùng Andhra Pradesh của Ấn Độ các cây sau được trồng với số lượng tương đối nhiều: Bixa orellana (1.200 ha), Indigofera tinctoria (800 ha), Tagetes erecta (120 ha) và Lawsonia inermis (20 ha). Bên cạnh việc sử dụng các chất màu thu được bằng các cách truyền thống thì ngày nay người ta còn áp dụng các kỹ thuật hiện đại để tăng nhanh quá trình tổng hợp tự nhiên. Trên thế giới trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu mới đã áp dụng công nghệ sinh học trong việc nâng cao sản lượng tổng hợp các chất màu tự nhiên. Các phương pháp mới chủ yếu dựa vào việc nuôi cấy tế bào các loài thực vật, vi sinh vật đã xác định là có các thành phần sắc tố được dùng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Năm 1995, Ajinomoto đã cho ra một phương pháp điều chế màu đỏ tự nhiên bằng cách nuôi cây mô sần của các cây thuộc chi Aralia (loài cho kết quả tốt nhất là Aralia cordata). Chất màu này được tổng hợp trong bóng tối, chất màu được tiết ra môi trường nuôi cấy. Năm 1995, Kondo T đưa ra phương pháp sản xuất anthraquinone từ một số cây thuộc họ cà phê (Rubiaceae). Tế bào được nuôi trong môi trường có nguồn Cac bon (C), muối vô cơ và muối Can xi (Canxi chloride hoặc Canxi nitrate) với nồng độ 5- 90mM/l. Lá Rubia akane được cắt thành những mảnh nhỏ và đưa vào một môi trường nuôi cấy có pH 5,8, các muối vô cơ (3 mM/l CaCL2), vitamin, 2,4- D, kinetin, đường mía và thạch... Sản lượng lớn anthraquinone được sản xuất ra ở các nồng độ CaCL2 từ 5- 90 mM/l. Narisu- Keshohin, 1991 đưa ra phương pháp sản xuất chất màu bằng cách nuôi cấy mô của lá cây Oải hương (Lavandula angustifolia). Nuôi tế bào trong điều kiện có ánh sáng thì cho hiệu suất cao hơn. Với phương pháp này sản phẩm được tạo ra ở dạng vảy lớn với hiệu suất cao. Phương pháp sản xuất màu đỏ hoa rum bằng nuôi trồng mô sần Hồng hoa (Carthamus tinctorius), Mitsui- Eng. Shipbldg được đề xuất vào năm 1990. Màu đỏ hoa rum được điều chế bằng cách nuôi mô sần hoa rum trong môi trường 22 kiềm, chất màu được tiết vào môi trường nuôi cấy. Chất màu này là màu tự nhiên, có màu sắc đẹp và ổn định . Các nghiên cứu về chất màu thực phẩm tự nhiên không chỉ được tiến hành đối với các loài thực vật mà còn được nghiên cứu đối với các tế bào vi sinh vật. Một số chi được quan tâm nhiều là Aspergillus, Pseudomonas... Năm 1996, Kasenkov O. I. đưa ra một phương pháp điều chế chất nhuộm thực phẩm màu đỏ từ các nguyên liệu thực vật. Theo phương pháp này các nguyên liệu thực vật phải được nghiền nát và tẩy trùng, sau đó ngâm trong môi trường lên men bởi Aspergillus, cuối cùng chúng được chọn lọc và cô đặc. Nguyên liệu thực vật là thành phần môi trường để nuôi cấy các loài thuộc chi Trichoderma (tốt nhất là Trichoderma koningi và Trichoderma longibrachiatum). Sử dụng phương pháp này, môi trường được đơn giản hoá và hiệu suất chất màu được tăng lên đáng kể. Cùng sử dụng Pseudomonas để sản xuất ra các sản phẩm màu, House- Food (1991) đã chỉ ra một số dòng có thể cho ra sản phẩm với hiệu suất cao. Các dòng đó là FERM BP- 2933, FERM BP- 2932. Trong dung dịch nuôi cấy Linsmaier- Skoog nếu có thêm một loại thực vật nhất định và muối sắt thì chúng có thể cho tới trên 400 ug sản phẩm/ ml. Chất màu ferropyrimine có thể thu trực tiếp từ môi trường nuôi cấy. Loài thực vật được chọn có thể thuộc các họ như: Liliaceae, Cruciferae, Polygonaceae, Leguminosae, Solanaceae và Gesneriaceae. Sử dụng các chất màu thực phẩm do có quan hệ trực tiếp đến sức khoẻ và tính mạng con người. Vì vậy ở nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ đã ban hành luật về sử dụng chất màu trong thực phẩm. Trong các Bộ luật về chất màu thực phẩm, các chất màu có nguồn gốc là sắc tố thực vật (chất mầu tự nhiên) được quy định ưu tiên. Ví dụ : điều Điều 26 trong Luật sử dụng chất màu của Ấn Độ : Điều 26: Các chất màu tự nhiên được sử dụng. Trừ những trường hợp được quy định cụ thể trong bộ luật này, các yếu tố màu tự nhiên cơ bản sau đây được sử dụng trong các loại thực phẩm. 1. Beta-carotene 2. Beta-apo-8-carotenal 3. Axit Methylester of Beta-apo-8' carotenoic 4. Axit Ethylester of Beta-apo-8' carotenoic 23 5. Canthaxanthin 6. Chlorophyll 7. Riboflavin (Lactoflavin) 8. Caramel 9. Annatto 10. Saffron 11. Curcumin (or turmeric) Danh mục các chất nhuộm màu thực phẩm trên thế giới được quy đinh chặt chẽ về Mã số và giới hạn sử dụng. Theo quy định của Liên minh Châu Âu (EU), các CMTP có mã số từ E100 đến E172. Đây là quy chế được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, Australia và một vài nước thuộc khu vực Thái Bình Dương sử dụng hệ thống Mã số với chữ đầu là A, nhưng ít được sử dụng. Luật sử dụng chất màu thực phẩm ở châu Âu cũng quy định rõ các sản phẩm màu được sử dụng trong chế biến thực phẩm. Tuy vậy, mỗi quốc gia có thể có quy định riêng cho từng chất cụ thể . Vì thế, có một số chất màu ở đây không được sử dụng trên tất cả các nước trong cộng đồng châu Âu (E 128 red 2F, E129 allura red, E133 brilliant blue FCF, E154 brown FK, E155 brown HT), hoặc được sử dụng nhưng hạn chế (ở Đức, các chất sau bị hạn chế sử dụng: E102 tartrazine, E110 sunset yellow, E123 amarnath, E127 erythrosine). Ở Đức cũng như ở một số nước khác có đưa ra danh sách các thực phẩm được sử dụng chất màu. Trong luật sử dụng chất màu thực phẩm ở châu Âu, các phụ lục từ II- V có đưa ra chi tiết về các thực phẩm đó. Tóm lại, hiện nay nghiên cứu chất màu thực phẩm trên thế giới được quan tâm rất lớn ở nhiều quốc gia với nhiều hướng nghiên cứu mới. Trong các hướng nghiên cứu đó, tìm kiếm và chiết tách chất màu từ thực vật vẫn được ưu tiên hàng đầu trong các nghiên cứu. 24 II. ĐỊA ĐIỂM, THỜI GIAN, PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II. 1. Địa điểm nghiên cứu Các cuộc điều tra thực địa để thu thập thông tin, kinh nghiệm, tri thức nhuộm màu được tiến hành tại các cộng đồng người dân tộc thiểu số ở các địa phương sau: - Tại cộng đồng người Khơ mú, xã Nà Tấu, huyện Điện Biên, Tỉnh Điện Biên. - Cộng đồng người Thái tại xã Nà ớt, Chiềng Yên, (Mai Châu, tỉnh Sơn La). - Cộng đồng người Tày tại xã Việt Lâm (Vị Xuyên, Hà Giang), xã một số xã thuộc huyện Tràng Định và Cao Lộc (Lạng Sơn), - Cộng đồng người Dao và Hmông tại các xã Bản Khoang, Sa Pả, Tả Phìn (Sapa, Lào Cai), Nà Hang (Tuyên quang). - Cộng đồng người Tày-Nùng-Pa dí-Tu dí,… thuộc các xã Mường Khương, Pha Long (Mường Khương, Lào Cai) Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Viện Sinh thái – Tài nguyên sinh vật (Viện KHCNVN) và Viện Dược liệu (Bộ Y tế) và Bộ môn Hóa Hữu cơ (ĐH Bách khoa Hà Nội). II. 2. Thời gian nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành trong hai năm: từ tháng 10 năm 2003 đến tháng 10 năm 2005. III. 3. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu Phương pháp luận: Theo nguyên tắc nghiên cứu thực vật dân tộc học (Ethnobotany) các cây thực phẩm dân tộc thuộc nhóm ưu tiên trong các nghiên cứu sàng lọc, bới đã được thực tế chứng minh và đào thải. Các kinh nghiệm được sử dụng đến ngày nay chứng tỏ đây là các sản phẩm không độc hại với người dùng. Tuy nhiên không phải bất cứ kinh nghiệm nào của các dân tộc cũng có thể ứng dụng với sự kết hợp khoa học hiện đại. Vì vậy, về nguyên tắc, các tri thức, 25 kinh nghiệm bản địa là khởi đầu hiệu quả nhất cho các nghiên cứu sàng lọc và phát triển. Trong quá trình nghiên cứu, các phương pháp sau đây được sử dụng: a. Phương pháp nghiên cứu thực vật Các nghiên cứu về thực vật được thực hiện theo theo các phương pháp điều tra truyền thống. Mẫu vật được cố định tạm thời tại thực địa bằng dung dịch Ethanol 50%, sau đó được được làm tiêu bản cố định. Các tiêu bản được lưu giữ và định tên tại viện Sinh thái và tài nguyên sinh vật. b. Phương pháp điều tra thu thập thông tin Nhằm thu thập các thông tin, kinh nghiệm chế biến và sử dụng thực vật để nhuộm màu cho thực phẩm trong các cộng đồng dân cư của nước ta. Để thu các thông tin, số liệu của lĩnh vực này, đã sử dung các phương pháp điều tra thực vật dân tộc học và xã hội học, bao gồm: - Phương pháp phỏng vấn (phỏng vấn mở, phỏng vấn sâu và phỏng vấn kiểm tra) - Phương pháp lập phiếu điều tra - Phương pháp tái hiện tri thức và kinh nghiệm c. Phương pháp chiết tách và nghiên cứu chất màu Sử dụng các phương pháp chiết tách phổ biến trong nghiên cứu hoá học với các hệ dung môi khác nhau. Các dung môi sử dụng trong các thí nghiệm chiết tách gồm: ethanol, ethanol-nước, ether petrol. Chiết tách được tiến hành trong điều kiện chiết nóng và chiết lạnh. Đồng thời sử dụng phương pháp Sắc ký lớp mỏng để tách các phức hợp màu và so sánh thành phần các sản phẩm màu với các hệ dung môi sau: - ethylacetic: acid acetic: acid formic: nước (10:1:1:2), - n-butanol: a. acetic: nước (4:1:2), - n-butanol: ethanol: amoniac: nước (7:2:2:2) Độ bền màu được đánh giá với tác động của các yếu tố - thời gian: theo rõi từ khi chiết tách tới hết 12 tháng 26 - nhiệt độ: đun sôi chất màu (100 oC) trong 120 phút - pH: nghiên cứu trong các môi trường pH từ 3 tới 11. d. Phương pháp đánh giá độc tính Độc tính của chế phẩm được đánh giá tại Viện Dược liệu, Bộ Y tế, thông qua độ độc cấp tính. Động vật thí nghiệm là chuột nhắt trắng thuần chủng (SWISS) trọng lượng 20-22 gam do Trung tâm chăn nuôi, Viện Quân y 103 cung cấp. Liều bán cấp (50% chuột chết) được tính theo phương pháp Behrens-Karber (chi tiết phương pháp ghi trong Phụ lục) 27 III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN III.1. Kinh nghiệm sử dụng các loài cây để nhuộm màu thực phẩm của đồng bào dân tộc thiểu số miền Bắc Việt Nam a. Thành phần loài cây nhuộm màu Cho tới nay đã điều tra phát hiện và ghi nhận 46 loài thực vật bậc cao thuộc 27 họ thực vật được đồng bào các dân tộc thiểu số ở các tỉnh miền Bắc Việt Nam sử đụng để nhuộm màu thực phẩm (Xem chi tiết trong phụ lục). Trong số này, một số loài (khoai vạc, mận, ngấy,…) thực chất là các loại thực phẩm có màu được sử dụng để nhuộm màu cho các loại thực phẩm khác. Mặc dù số lượng loài cây nhuộm màu được phát hiện không lớn, nhưng với kinh nghiệm truyền thống người ta có thể nhuộm thực phẩm thành hầu hết các màu trong tự nhiên (Bảng 2) Bảng 2. Phân nhóm các cây theo màu nhuộm (theo kinh nghiệm sử dụng) tt Màu nhuộm Số loài Các loài quan trọng 1 Đỏ 14 Gấc, Bụp dấm, Vang, Dền đỏ, Diễn (lá) 2 Hồng 2 Sim (hoa), Cẩm 3 Tím tươi 6 Cẩm, Mồng tơi, … 4 Tím đen 1 Cẩm (mẫu Tuyên Quang) 5 Nâu 1 Rè hoa đẹp 6 Xanh lá cây 9 Gừng (lá), Bồng bồng (lá), Dứa thơm (lá), Chít (lá) 7 Xanh rêu 2 Mơ leo (lá), Rau khúc (lá) 8 Xanh đậm 1 Đậu biếc 9 Vàng 11 Nghệ (củ), Mật mông (hoa), Cẩm, Vang (gỗ), Lõi thọ (hoa), Gạc nai (gỗ), Núc nác (gỗ) 10 Đen 6 Sau sau (lá), Gai (lá), Núc nác (than), Lúa (than), Muối (than), 28 Qua thống kê, thấy rõ rằng số loài dùng để nhuộm màu đỏ và vàng có số lượng lớn (tương ứng 14 và 11 loài); trong khi đó số lượng loài để nhuộm các màu nâu, xanh đậm và tím đen chỉ có 1 loài cho mỗi sắc màu. Điều này phần nào thể hiện thực tế tồn tại hợp chất có màu trong giới thực vật. Đáng chú ý là trong số các loài để nhuộm thực phẩm thành màu đen, chỉ có 3 loài chứa hợp chất tự nhiên cho màu đen (vỏ hạt đỗ đen, lá cây sau sau và lá cây gai), các loài còn lại được sử dụng dưới dạng than gỗ. Trong thực tế số lượng các loài cây được sử dụng phổ biến để nhuộm màu không nhiều. Một số loài chỉ được sử dụng trong một cộng đồng rất hẹp. Các loài cây nhuộm màu phổ biến trong hầu hết các dân tộc thiểu số gồm có: - Các loài cây dùng để nhuộm màu vàng: Nghệ vàng, Mật mông - Các loài cây dùng để nhuộm màu đỏ: Gấc, Cẩm, gỗ Vang - Các loài cây dùng để nhuộm màu xanh: Bồng bồng, Mơ dây, Dứa thơm - Các loài cây dùng để nhuộm màu tím: Cẩm, Mồng tơi - Các loài cây dùng để nhuộm màu đen: Sau sau (lá), Núc nác (than gỗ), cây Muối (than gỗ). Với cây Gai, lá được sử dụng phổ biến tại các vùng đồng bằng để làm bánh gai, nhưng rất ít được đồng bào dân tộc thiểu số sử dụng. Trong số các loài cây đã nghiên cứu, một số loài có sự đa dạng rất lớn về sắc màu. Nổi bật nhất trong nhóm này là loài Cẩm (Pristrophe bivalvis) thuộc họ Ô rô (Acanthaceae). Từ các mẫu thu tại một số địa phương, hiện đã phân biệt được 5 chủng hóa học (chemotype) theo các màu khác nhau (Bảng 2). Ngoài ra, hiện tượng này cũng gặp thấy ở loài Vang (Caesalpinia sappan) với 2 chủng màu đỏ (thu tại Cao Lộc, Lạng Sơn) và màu vàng (thu tại Sơn La). So với các kết quả trước đây đã công bố (Lưu Đàm Cư, 1995, 2002, 2003) chủng Cẩm cho màu vàng lần đầu tiên được phát hiện tại Việt Nam và thế giới. Bảng 3. Đa dạng sắc màu của loài Peristrophe bivalvis Tên Màu sắc Nơi thu mẫu P. bivalvis No.1 Đỏ tươi Hòa Bình, Lào Cai P. bivalvis No.2 Tím đen (thẫm) Na hang (Phú thọ) 29 P. bivalvis No.3 Tím tươi Mai Châu (Sơn La), Sa Pa (Lào Cai), Nà Tấu (Điện Biên) P. bivalvis No.4 Đỏ nâu Mường khương (Lào Cai) P. bivalvis No.5 Vàng Mường Khương, Sa Pa (Lào Cai) Ngoài loài Cẩm (P. bivalvis), loài gỗ Vang (Caesalpinia sappan L.) cũng phát hiện thấy các mẫu cho màu vàng (thu tại Chiềng Yên, Sơn La) và các mẫu cho màu đỏ tươi (thu tại Cao Lộc, Lạng Sơn). Như vậy, tiềm năng về chất nhuộm màu trong hệ thực vật Việt Nam rất lớn, không chỉ biểu thị ở số lượng các loài cây chứa chất nhuộm màu, mà trong mỗi loài cũng có thể cho nhiều chất màu khác nhau. Nhìn chung, do thời gian và địa điểm điều tra còn hạn chế, kết quả thu được mới chỉ là kết quả ban đầu. Trong tương lai số lượng các cây nhuộm màu thực phẩm truyền thống của Việt Nam chắc chắn sẽ còn tăng thêm trong các nghiên cứu sau này. Trong số các cây nhuộm màu thực phẩm nêu trên, một số loài được phát hiện lần đầu tiên, tới nay chưa được giới thiệu trong các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước (Lõi thọ, Rè hoa đẹp, chủng Cẩm cho màu vàng). b. Kinh nghiệm sử chế biến cây nhuộm màu của đồng bào dân tộc thiểu số Tất cả các dân tộc ở Việt Nam đều biết sử dụng 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. Bới lẽ nhuộm màu thực phẩm với họ không chỉ là vấn đề ẩm thực mà còn gắn truyền thống văn hoá và tâm linh (xôi trai-gái của người Giáy, xôi cúng mừng thọ của người Dao, xôi cúng năm mới của người Nùng,…). Để chiết tách hất màu khỏi nguyên liệu, hiện nay đồng bào các dân tộc thiểu số chủ yếu sử dụng phương pháp chiết bằng dung môi nước. Với kỹ thuật này, có thể chia ra 2 nhóm chính : 30 - Chiết bằng dung dịch nước nóng: Thường sử dụng với các loại nguyên liệu mà chất màu ở dạng liên kết chỉ hiện màu sau khi đun (ví dụ Cẩm, Sau sau), hoặc chất màu không bị biến đổi ở nhiệt độ cao (hoa Lõi thọ, gỗ Vang,…). Phương thức phổ biến được sử dụng thường là đun nguyên liệu trong nước tới sôi trong khoảng thời gian thích hợp với từng loại. - Phương pháp chiết lạnh : Thường giã nát nguyên liệu trong nước lạnh sau đó lọc để thu dịch chiết có chất màu. Một số loại nguyên liệu chứa chất màu dễ bị biến đổi ở nhiệt độ cao (màu tím trong quả Mồng tơi, màu hồng trong cánh hoa Sim) thường được chiết theo phương hức này. Với các màu thuộc nhóm này, chỉ sử dụng vào giai đoạn cuối cùng của quá trình chế biến thực phẩm (ví dụ: cho dịch màu vào xôi khi đã đun chín gạo và đảo đều). Ngoài ra, một số loại cây được sử dụng như một loại thực phẩm màu để nhuộm màu (không chiết tách chất màu). Trong trường hợp này, nguyên liệu có màu được trộn lẫn với thực phẩm để tạo mầu cho thực phẩm (giã lá Mơ leo, lá Bánh khúc với bột làm bánh màu xanh, …) Phân tích két 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 theo 3 nguyên tắc sau : i. Tạo màu bằng điều chỉnh pH môi trường Phương pháp thường dùng nhất là sử dụng nước muối măng chua để làm thay đổi pH của dịch chiết chất màu và qua đó làm thay đổi màu sắc của màu nhuộm. Thường được sử dụng phương pháp này để tạo các màu vàng đậm, vàng cam từ các dịch nhuộm có màu vàng tươi chiết từ củ Nghệ (Curcuma longa) và hoa Mật mông (Buddleja officinalis) khi đun với tro bếp. Thí nghiệm với dịch chiết từ củ Nghệ (Curcuma longa) cho thấy với thang pH từ cao xuống thấp (từ kiềm sang axit) màu sắc chuyển dần từ màu vàng tươi sang vàng đậm. Như vậy, cùng một loại nguyên liệu với các pH môi trường khác nhau có thể thu nhận được các màu sắc khác nhau. Kinh nghiệm này phù hợp với các quy định sử dụng chất màu trong các sản phẩm thực phẩm được chế biến trong các quy trình công nghiệp. ii. Tạo màu bằng kỹ thuật phối chế nguyên liệu 31 Đây là kinh nghiệm độc đáo của các dân tộc thiểu số lần đầu tiên được ghi nhận trong các cuộc điều tra tri thức bản địa ở Việt Nam. Với kỹ thuật truyền thống người 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 mặt 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 đã nhuộm màu được ngâm tiếp vào dung dịch thu được từ việc giã sống lá cây cẩm với tro bếp. - Để nhuộm xôi có màu xanh da trời, gạo được ngâm trong dịch chiết chủa cành lá cây Cẩm giã sống (tươi) với tro bếp. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi bổ sung tro bếp vào quá trình chế biến, dung dịch màu có pH thường bằng 9. Với môi trường kiềm, các hợp chất thuộc nhóm anthoxyanin thường hiện màu tím-xanh hoặc xanh. Tuy nhiên trong các trường hợp này, còn có vai trò của các ion (Ca++, Na+) trong than củi, nhưng chưa được làm rõ. iii. Tạo màu bằng chế biến nguyên liệu : Theo cách này, từ một loại nguyên liệu cho các sắc màu khác nhau khi chế biến khác nhau. Ví dụ : Lá Cẩm (Mường Khương) đun tươi cho màu tím tươi, 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 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. Với thời gian hạn chế, các kết quả thu được mới chỉ là một phần của nguồn tri thức vô giá này. Nghiên cứu bản chất khoa học của các tri thức, kinh nghiệm dân tộc là vấn đề lý thú nhưng rất rất phức tạp. Đây là những kết quả lần đầu tiên được ghi nhận, cần được nghiên cứu sâu sắc trong thời gian tới. 32 III. 2. Nghiên cứu chiết tách chất màu từ nguyên liệu thực vật a. Nguyên cứu sàng lọc các loài cây cho chiết tách chất màu Để có thể sử dụng làm nguyên liệu cho công nghệ chiết tách chất màu, các loài cần đạt các tiêu chí sau : - Hàm lượng màu trong nguyên liệu đủ lớn đáp ứng kỹ thuật chiết tách - Chất màu bền vững trong quá trình chiết tách. - Màu nhuộm đáp ứng nhu cầu sử dụng. Ngoài các tiêu chí trên, việc lựa chọn các loài dùng để chiết tách còn thoả mãn các điều kiện sau : - Là các loài cây hoang dại có khả năng cung cấp nguyên liệu ổn định (Mật mông), thường được người dân trồng để sử dụng, dễ trồng và cho năng suất cao (Cẩm, Đậu biếc). - Chất màu thuộc nhóm ưa nước (với các chất màu phải dùng dung môi đắt tiền không được lựa chọn trong khuôn khổ đề tài này) Từ kết quả phân tích, các loài cây sau đây được lựa chọn để nghiên cứu chiết tách chất màu sử dụng cho thực phẩm (bảng 4) Bảng 4. Danh lục các cây sử dụng để nghiên cứu chiết tách chất màu tt Tên cây Loại nguyên liệu Màu nhuộm 1 Mật mông (B.officinalis) Hoa Vàng 2 Đậu biếc (Critoria ternatea) Hoa Xanh đậm 3 Cẩm (Peristrophe bivalvis) Cành lá Tím Đây là 3 loài cây có thể sử dụng làm nguyên liệu chiết tách chất màu có triển vọng thực tế. Ngoài 3 loài nêu trên, còn các loài khác có khả năng làm nguyên liệu để sản xuất chất màu tự nhiên nhưng chưa được nghiên cứu. 33 b. Nghiên cứu chiết tách chất màu từ nguyên liệu thực vật b1. Lựa chọn các hệ dung môi cho kỹ thuật chiết tách Các hệ dung môi được nghiên cứu gồm: Cồn (ethanol 90%), n-hexan, và nước nống. Dung môi được lựa chọn cho chiết tách 3 loài cây nghiên cứu là nước nóng, với các lý do sau: - Các nguyên liệu được chiết bằng nước nóng (đun sôi trong 60 phút) và rút kiệt trong 3 lần liên tiếp không còn chứa chất màu (kiểm tra bằng các hệ dung môi khác). - Trong thực tế, người dân tộc thiểu số cũng chiết chất màu theo phương pháp này (chỉ dùng dung môi nước nóng hoặc lạnh). - Sử dụng nước nóng để chiết cho sản phẩm giá thành hạ, không độc hại, có độ an toàn công nghiệp cao nếu tổ chức sản xuất công nghiệp. -b.2. Nghiên cứu kỹ thuật chiết tách chất màu từ nguyên liệu thực vật. Xác định nguyên liệu: - Nguyên liệu để chiết tách chất màu từ cây Mật mông là hoa phơi khô. Với loài này, chất màu phân bố cả trong lá, hoa và thân cây, nhưng hàm lượng trong lá, thân không đáng kể. - Nguyên liệu chiết chất màu từ cây Đậu biếc là hoa (cánh hoa) và chỉ sử dụng cánh hoa vì các bộ phận khác không chứa chất màu. Nguyên liệu có thể dùng tươi hoặc khô, tuy nhiên nếu dùng hoa khô sẽ thuận lợi cho thí nghiệm do chủ động nguyên liệu. - Nguyên liệu để chiết chất màu từ cây cẩm là lá tươi. Với loài này chỉ dùng lá tươi, nếu để khô chất màu thuộc nhóm anthocyan sẽ bị biến đổi. Kỹ thuật chế biến lá cẩm khô không làm biến đổi anthocyan hiện đang được Phòng Thực vật dân tộc Viện STTNSV nghiên cứu. 34 Kỹ thuật chiết tách: Bước 1 : Chiết chất màu thô từ nguyên liệu Nguyên liệu đun trong bình cầu tỷ lệ 0,5 kg nguyên liệu + 2 lít nước, sôi trong 60 phút. Dùng bơm chân không rút hết dịch chiết, sau đó cho nguyên liệu vào đun lần 2 trong 30 phút. Tiếp tục lặp lại quá trình chiết rút cho tới khi dịch chiết không còn màu. Trong thực tế, sau lần chiết thứ 3 nguyên liệu hầu như đã bị rút kiệt chất màu. Trong các thí nghiệm không sử dụng bơm chân không để rút dịch, có thể phải chết tới 5 lần. Bước 2: Cô đặc dịch chiết Tất cả dịch chiết các lần được gộp chung và cô cách thủy tới dạng cao mền, sau đó sấy ở nhiệt độ thấp (45-500C) tới khô. Trong giai đoạn sấy khô, không được sấy ở nhiệt độ cao (trên 500C) chất màu có thể biến đổi. Do chất màu được chiết từ nguyên liệu bằng nước nóng, chế phẩm thu được ngoài các chất có màu chủ yếu thuộc nhóm anthocyanin còn có một số chất hữu cơ khác (gluxit, protein,…). Quá trình sấy khô dịch chiết thường kéo dài, ở nhiệt độ cao các chất thuộc nhóm gluxit dễ chuyển thành caramen làm cho màu của chế phẩm bị tối. Để tránh hiện tượng này, một số nước chỉ sản xuất chất màu ở dạng dịch chiết cô đặc (đối với chất màu tím thu từ vỏ quả Nho, hoặc màu đỏ thu từ quả Ớt). Để chế phẩm màu có chất lượng tốt, cao mền được sấy trong thiết bị hút chân không ở nhiệt độ thấp. Sau khi sấy, tán nhỏ chất màu thành bột, đóng gói hoặc tiếp tục xử lý để nâng cao chất lượng. Bước 3: Loại tạp chất từ chất màu thô Chất màu thu được từ phương pháp chiết nước thường có độ tinh khiết không cao, do có lẫn một số hợp chất hữu cơ tan trong nước (proteins, gluxit,…). Trong thực tế sản phẩm trên có thể được sử dụng để nhuộm màu cho thực phẩm, nhưng hay bị vón cục trong quá trình bảo quản. Vì vậy, để nâng cao chất lượng., sử dụng hỗn hợp dung môi nước: ethanol (4:6) để loại bỏ tạp chất. Cô đặc và sấy khô dịch chiết sẽ thu được chế phẩm màu có độ tinh khiết cao hơn. Các thông số kỹ thuật chi tiết của chế phẩm sẽ được nghiên cứu trong thời gian tới. 35 Kết quả chiết tách chất màu chất màu được trình bày trong bảng 5. Bảng 5. Hàm lượng và dạng sản phẩm màu của các loài nghiên cứu tt Tên cây Nguyên liệu Hàm lượng (% Khô KK) Màu sắc Dạng sản phẩm 1 Mật mông Hoa khô Thô: 21,00 Loại tạp chất: 10,5 Vàng tươi Vàng tươi Bột khô Bột khô 2 Đậu biếc Hoa khô Thô: 33,0 Loại tạp chất: 28,3 Xanh đậm Xanh đậm Bột khô Bột khô 3 Cẩm Cành, lá tươi* Cành lá khô Thô: 1,75 Thô: 9,72 Tím Tím Bột khô Bột khô Ghi chú: * Với loài Cẩm chỉ dùng lá tươi, nếu để khô chất màu thuộc nhóm anthocyanin sẽ bị biến đổi. Kỹ thuật chế biến lá Cẩm khô không làm biến đổi anthocyanin hiện đang được Phòng Thực vật dân tộc Viện STTNSV nghiên cứu. Như vậy, từ với các thí nghiệm đã tiến hành, có thể rút ra các nhận xét sau: - Cả