10.  TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 

10.1. Ngoài nước

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. Mộtchất màu được ong cho thực phẩm nhất thiết phải hội đủ ba tiêu chuẩn về mặt y tế của chất phụ gia thực phẩm:

+ 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 ong 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 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 ong 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 ong 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, 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 ong 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 ong 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 I, 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 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 tựnhiên 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

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 đầutrong các nghiên cứu.

10.2. Trong nước

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.

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. 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.

10.3. Danh mục các công trình đã công bố thuộc lĩnh vực của đề tài của chủ nhiệm và những thành viên tham gia nghiên cứu:

1. Production of probiotic preparation from Lactobacillus fermentum HA6, Luong Hung Tien, Ho Phu Ha, Le Thi Lan Chi, Ngo Xuan Binh; Tạp chí Khoa học kỹ thuật Nông Lâm Nghiệp, Đại học Nông Lâm TP HCM, Số 4 (Số đặc biệt), 2009

2. Nghiên cứu ứng dụng một số chế phẩm Enzyme thủy phân dịch bột sắn để cung cấp cho giai đoạn đường hóa và lên men đồng thời SSF (Simultaneous Saccharification and Fermentation). Trần Thế Hiển, Lương Hùng Tiến, Nguyễn Thế Hùng, Nguyễn Viết Hưng; Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, Số 13, 2009

3. Sản xuất chế phẩm probiotic từ L.Fermentum HA 6 bằng phương pháp sấy phun. Luong Hung Tien, Ho Phu Ha, Le Thi Lan Chi, Ngo Xuan Binh; Kỷ yếu hội nghị chào mừng 1 năm thành lập Viên nghiên cứu phát triển công nghệ cao về kỹ thuật  công nghiệp, ĐH Thái Nguyên 2010.

4. Incorporation of probiotic Lactobacillus fermentum HA6 into food products: an exploratory study. Hồ Phú Hà, Lương Hùng Tiến, Lê Thị Lan Chi; Journal of science & Technology ♣  No. 8 2A – 2011, p 27-31. Ha Noi University of Science and Technology, 2011

5. Nghiên cứu công nghệ sản xuất Surimi từ cá mè trắng; Đinh Thị Kim Hoa, Lương Hùng Tiến.; Kỷ yếu hội nghị khoa học tuổi trẻ các trường Đại học cao đẳng khối nông lâm ngư thủy toàn quốc lần thứ V, 2011

6. Phân lập nấm men từ quả sim phục vụ cho quá trình sản xuất rượu vang từ quả sim. Nguyễn Duy Dũng, Dương Thị Lan, Nguyễn Thị Thu Hà, Lương Hùng Tiến; Tuyển tập báo cáo Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học, Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên năm 2011.

7. Nghiên cứu các điều kiện công nghệ thích hợp để tổng hợp Gamma – cyclodextrin (γ – CD) bằng phương pháp enzyme. Nguyễn Thị Đoàn. Báo cáo khao học hội nghị công nghệ sinh học toàn quốc 2009

8. Lactobacilli and Dairy Propionibacterium with Potential as Biopreservatives Against Food Fungi and Yeast Contamination.  Phu-Ha Ho, Jian Biao Luo, and Michelle Catherine Adams.. Applied Biochemistry and Microbiology, 2009, Vol. 45, No. 4, pp. 414–418

9. Chromosome XII context is important for rDNA function in yeast.  Yeon-Hee Kim, Daisuke Ishikawa, Ho Phu Ha, Minetaka Sugiyama, Yoshinobu Kaneko and Satoshi Harashima.. Nucleic Acids Research 2006, 34(10):2914-2924

10. Inhibition of Escherichia coli by the lactic acid bacterium Lactobacillus plantarum B33 in mustard leaves fermentation. P.-H. Ho, S. Chu-Ky, K.T.M. Tran, T.M.H. Pham, T.T.H. Nguyen, and T.M. Le. 2^nd MoniQA International Conference: “Emerging and persisting food hazards: Analytical challenges and socio-economic impact”. Krakow, Poland 8-10 June 2010.

11. The effect of spray drying on the probiotic efficacy of a Lactobacillus sp.. Phu-Ha Ho, Michelle Catherine Adams and Thanh-Mai Le..  Proceeding of the 4^th Probiotic, Prebiotic and New Food, jointly with XXX International Congress on Microbial Ecology and Disease (SOMED), Rom, Italy September 2007.

12. Selection and identification of a novel probiotic strain of Lactobacillus fermentum isolated from Vietnamese fermented food.  Phu-Ha Ho and Michelle Catherine Adams.. Proceeding of 20^th Scientific Conference, Hanoi University of Technology, Hanoi 10/2006, 43-49 

13. Vietnamese traditional fermented foods as a source of novel probiotic bacteria.  Phu-Ha Ho, Michell Catherine Adams.. Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition 2005, 14:S93.

11. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Phẩm màu là chất phụ gia thực phẩm được sử dụng rất nhiều trong chế biến thực phẩm. Là một trong 5 chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan thực phẩm và góp phần làm tăng cảm giác ngon miệng, kích thích sự thèm ăn, mặc dù các chất màu này không phải là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng. Dựa trên các công trình nghiên cứu khoa học, khảo sát về độc tính cấp, độc tính trường diễn, sự phân huỷ của các chất, độ tinh khiết...mà các nước trên thế giới đã đưa ra danh sách các chất được phép sử dụng làm phụ gia trong quá trình chế biến thực phẩm. Tại Việt Nam, trong "Danh mục tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực, thực phẩm" ban hành kèm theo Quyết định số 867/QĐ - BYT, ngày 4/4/1998 của Bộ trưởng Bộ Y tế, quy định: (21 chất: 11 phẩm màu tự nhiên, 10 phẩm màu tổng hợp) được phép sử dụng làm phẩm màu thực phẩm. Những thức ăn có chứa phẩm màu trong danh mục được phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm của Bộ Y tế, dưới mức giới hạn dư lượng cho phép thì không gây ảnh hưởng độc hại cho sức khoẻ người tiêu dùng. Tuy nhiên nếu quá lạm dụng phẩm màu, hoặc chạy theo lợi nhuận, sử dụng các phẩm màu ngoài danh mục cho phép sử dụng để chế biến thực phẩm (đặc biệt là các phẩm màu tổng hợp) sẽ rất có hại đến sức khoẻ, có thể gây ngộ độc cấp tính và sử dụng lâu dài tích luỹ cao có thể gây ung thư.

Khác với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên là những chất màu sẵn có trong thực vật tự nhiên và không gây độc. Chất màu tự nhiên dễ kiếm, giá thành rẻ, cách sử dụng không phức tạp và không gây ra những mùi vị lạ cho sản phẩm (Trần Minh Tâm, 2010). Theo tác giả Nguyễn Văn Chinh (2002), ngoài chất màu, các chất màu thực phẩm tự nhiên còn chứa các thành phần hoạt tính sinh học khác như: các vitamin, các axit hữu cơ, glycozit, các chất thơm, các nguyên tố vi lượng. Do vậy, khi sử dụng chất màu tự nhiên để nhuộm màu không chỉ cải thiện được hình thức bên ngoài mà còn làm tăng giá trị đinh dưỡng của thực phẩm. Thêm nữa, một số loại cây nhuộm màu còn có chức năng dược lý và chữa bệnh như cây cẩm (Peristrophe bilvavis) , cây dành dành (Gardenia Jasminoides Ellis) (Phạm Huyên Thảo, 2009), và cây gai (Boehmeria nivea). Nhờ những ưu điểm của các chất nhuộm màu tự nhiên, hiện nay, đã có nhiều nước trên thế giới đã chiết tách và sử dụng các chế phẩm tự nhiên trong nhuộm màu thực phẩm. Theo Nguyễn Trọng Quang (2010), hiện nay trên thị trường thế giới đã có 73 chế phẩm nhuộm màu thực phẩm dưới dạng dịch chiết, hợp chất và phức chất.

Theo Thống kê của Viện Sinh thái và tài nguyên sinh vật (Viện KH - CN Việt Nam) và Tổ chức bảo tồn Thiên nhiên thế giới (IUCN) cho thấy,  hệ thực vật Việt Nam có trên 12.000 loài, trong đó nhóm cây nhuộm màu có khoảng 200 loài. Hiện nay, ở Việt Nam, có tới 112 loài cây được người dân sử dụng trực tiếp làm chất nhuộm màu thực phẩm. Trong đó có 18 loài cho màu nhuộm xanh, 57 loài cho màu nhuộm đỏ, 6 loài cho màu nhuộm tím, 28 loài cho màu nhuộm vàng và 2 loài cho màu nhuộm đen. Người dân Việt Nam ở một số vùng đã có kinh nghiệm lâu đời trong việc sử dụng các loại cây nhuộm màu thực phẩm với các nhóm màu như: màu xanh lá cây (gồm lá dứa, lá bồ ngót, lá tre, mây, lá khúc,..); màu nâu (cà phê, ca cao,..); màu vàng, cam, đỏ (hạt điều, gấc, củ dền, củ nghệ, quả dành dành); màu tím (lá cẩm, củ mỡ tím); và màu đen (lá gai) (Trần Minh Tâm, 2010). Đặc biệt, có 48 loài thuộc 27 họ được bà con dân tộc miền núi phía Bắc thường dùng để nhuộm màu quần áo, thực phẩm bằng những kinh nghiệm độc đáo mang đậm bản sắc dân tộc như cây mật mông cho màu vàng; cây chàm mèo cho màu xanh lam; cây cẩm cho màu tím, màu đỏ; lá dứa và rau khúc cho màu xanh lá cây; củ nâu cho màu nâu; mơ leo cho màu xanh rêu… Theo tác giả Trần Minh Tâm (2010), đến nay các nhà chế biến mới chỉ sử dụng chủ yếu các chất màu tổng hợp mà ít quan tâm, tận dụng các chất màu sẵn có trong tự nhiên. Một số nghiên cứu đã được triển khai về chiết tách màu trên một số cây như cây cẩm (Nguyễn Phương Thảo và cs., 2009), cây dứa thơm (Pandanus amaryllia Roxb) (Đào Hùng Cường & Nguyễn Thị Thanh Tú, 2010) và cây điều nhuộm (Bixa orellana L.) (Đào Hùng Cường & Phạm Thảo Thơ, 2009),... Tuy nhiên, so với số lượng 112 loài đã được xác định, phân bố rải rác ở các vùng trong cả nước, những nghiên cứu này chưa khai thác hết được tiềm năng sẵn có trong tự nhiên ở Việt Nam. Đặc biệt ở các tỉnh miền núi phía Bắc, hiện nay đa số các loài cây này chỉ được trồng theo lối kinh nghiệm ở cấp hộ gia đình hoặc mọc trong tự nhiên. Sơ bộ đánh giá của các nhà khoa học thuộc Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật Việt Nam cho biết, có 15 loài dễ chế biến và cho màu sắc đẹp, có độ an toàn cao. Đây là tiền năng lớn cho công nghiệp sản xuất màu nhuộm thực phẩm ở nước ta (Nguyễn Trọng Quang, 2010). Việc thu thập, nghiên cứu và sử dụng các cây nhuộm màu bản địa ở vùng miền núi phía Bắc là cần thiết nhằm góp phần bảo tồn, phát triển nhân rộng và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, đảm bảo an toàn thực phẩm cho người sử dụng cũng như hiệu quả kinh tế cao cho người dân thiểu số ở vùng núi phía Bắc.

12. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Mục tiêu tổng thể:

• Thu thập, nghiên cứu, bảo tồn vốn kiến thức bản địa về cây nhuộm màu thực phẩm. Làm tiền đề để xây dựng chương trình nghiên cứu sản xuất chất nhuộm màu có nguồn gốc thực vật ở qui mô công nghiệp.

Mục tiêu cụ thể:

• Tìm ra các chất nhuộm màu thực phẩm mới có nguồn gốc thực vật, bền mầu, an toàn.

Tăng cường năng lực nghiên cứu khoa học của các cán bộ nghiên cứu trẻ và các nhóm sinh viên tham gia nghiên cứu tạo tiền đề thực hiện các nhiệm vụ khoa học công nghệ.

15. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

15.1.  Nội dung nghiên cứu

    Nôi dung 1: Thu thập kiến thức bản địa về cây nhuộm màu thực phẩm và tập đoàn cây nhuộm màu thực phẩm.

           - Đánh giá kiến thức bản địa của bà con dân tộc miền núi phía Bắc về cây nhuộm màu thực phẩm.

          - Thu thập các tài liệu (báo cáo, các tài liệu nghiên cứu đã thực hiện) có liên quan đến việc sử dụng các chất nhuộm màu từ thực vật tại miền núi phía bắc Việt Nam.

- Điều tra, đánh giá hiện trạng, phân bố các cây nhuộm màu thực phẩm.

- Thu thập tập đoàn cây nhuộm màu thực phẩm: thu thập các nhóm cây nhuộm màu trên các màu chính tại địa bàn các địa phương đã lựa chọn.

Dựa trên kết quả điều tra, lựa chọn và thu thập các cây nhuộm màu thực phẩm được sử dụng trên địa bàn: ít nhất 10 cây nhuộm màu sử dụng để nhuộm các màu: Đỏ, tím, vàng, xanh, đen.

Nội dung 2: Phân tích và tách chiết thành phần chất nhuộm màu thực phẩm ở một số loại cây có giá trị

- Tách chiết các hợp chất màu trên các cây nhuộm màu thực phẩm có lượng chất màu cao, bền màu đã thu thập

Sử dụng các loại dung môi khác nhau để tách chiết các hợp chất màu thực phẩm nhằm xác định dung môi thích hợp với từng loại màu có trong cây nhuộm màu thực phẩm. Tối ưu hóa các điều kiện tách chiết hợp chất màu.

          - Phân tích định tính các chất nhuộm màu có trong cây nhuộm màu.

Nội dung 3: Thử nghiệm kỹ một số kỹ thuật pha chế chất nhuộm mầu (từ cây nhuộm màu) ở một số thực phẩm, đánh giá mực độ an toàn thực phẩm.

- Đánh giá mức độ an toàn thực phẩm của sản phẩm nhuộm màu.

- Phối chế các chất màu từ các hợp chất màu đã tách chiết.

Sử dụng các màu thực phẩm đã được tách chiết để phối hợp tạo ra các màu thực phẩm đẹp.

- Thử nghiệm nhuộm màu trên một số đối tượng thực phẩm

Sử dụng các chất nhuộm màu đã tách chiết để nhuộm màu sản phẩm thực phẩm. Đánh giá độ bền màu của phẩm màu đã tách chiết từ thực vật bằng phương pháp cảm quan.

Tải file Nghiên cứu và sử dụng một số loại cây thực vật bản địa tại vùng miền núi phía Bắc ứng dụng trong nhuộm màu thực phẩm tại đây

14.2. Phương pháp nghiên cứu

14.2.1. Thu thập kiến thức bản địa về cây nhuộm màu thực phẩm và tập đoàn cây nhuộm màu thực phẩm

- Phương pháp thu thập tổng hợp và phân tích tư liệu: Đề tài sử dụng tài liệu thứ cấp là các báo cáo khoa học và tài liệu hội thảo, các báo cáo về tình hình và hiện trạng nghiên cứu, sử dụng cây nhuộm màu thực phẩm bản địa, số liệu thống kê của các ban ngành và cơ quan; sách, báo, tạp chí, các tác phẩm đã xuất bản có liên quan đến nội dung của đề tài.

-  Phương pháp điều tra xã hội học:

Sử dụng phương pháp điều tra xã hội học trong nghiên cứu đề tài nhằm tìm hiểu được kiến thức tổng quan và kiến thức thực tế trong việc sử dụng tập đoàn cây nhuộm màu trong nhuộm màu thực phẩm của các dân tộc miền núi phía bắc.

Kỹ thuật điều tra: Xây dựng hệ thống câu hỏi theo nội dung nghiên cứu nhằm thu thập thông tin về những kinh nghiệm của đồng bào các dân tộc trong hoạt động sản xuất thực phẩm truyền thống; những kinh nghiệm trong canh tác, quản lý và sử dụng cây nhuộm màu thực phẩm… Đối tượng điều tra được chọn theo phương pháp kết hợp giữa chọn ngẫu nhiên và phương pháp chọn có chủ định. Đối với các cán bộ địa phương, tập trung điều tra các cán bộ làm công tác văn hoá thông tin, dân tộc, hội nông dân đại diện theo các nhóm tuổi: người già, già làng, trưởng bản; Đối với các hộ nông dân, tập trung điều tra các chủ hộ gia đình thuộc diện trung niên.

-  Xử lý thông tin

Toàn bộ việc quản lý, xử lý thông tin trong đề tài này sử dụng phần mềm thống kê sử dụng để quản lý, phân tích số liệu.

14.2.2. Phân tích và tách chiết thành phần chất nhuộm màu thực phẩm

- Chọn dung môi chiết (dầu thực vật, cồn, nước, …) để tiến hành chiết tách các chất nhuộm màu. Tiến hành ngâm mẫu trong dung môi trong thời gian từ 24-48 h có tiến hành khuấy đảo để thu dịch chiết. Thu dịch chiết để đo UV-vis nhằm xác định dung môi chiết thích hợp.

- Xác định các điều kiện tối ưu ảnh hưởng đến quá trình thu dịch chiết từ cây nhuộm màu thực phẩm: Tiến hành chưng mẫu cây nhuộm màu thực phẩm với dung môi thích hợp và thu dịch chiết. Để xác định điều kiện tối ưu nhằm thu sản phẩm có hiệu suất cao nhât, nhóm nghiên cứu khảo sát tỷ lệ khối lượng giữa cây nhuộm màu và dung môi (tỷ lệ rắn-lỏng) và thời gian tách chiết.

- Phân tích và xác định các thành phần chất màu thực phẩm đối với nhóm cây nhuộm màu:

   + Sử dụng phổ hồng ngoại với bước sóng thích hợp nhằm xác định các kiểu liên kết đặc trưng trong các chất màu chuẩn và các chất màu thô

   + Nghiên cứu phổ UV-vis xác định λ_max để đánh giá sự có mặt của chất màu chuẩn trong chất màu thô.

  + Nghiên cứu phổ LC/MS để xác định thời gian lưu tương ứng giữa các chất màu trong chất màu thô với dữ liệu về chất màu chuẩn.

14.2.3. Pha chế chất nhuộm màu, thử nghiệm và đánh giá mức độ an toàn:

- Xác định độc tính cấp và LD₅₀ của chất nhuộm màu trên chuột nhắt trắng chủng Swiss bằng phương pháp Litchfield – Wilcoxon: Chuột nhắt trắng được nuôi đến khi đạt trọng lượng 22-25 g (với chuột cái), chia chuột ngẫu nhiên vào 2 lô (mỗi lô 10 chuột được và 10 chuột cái nhốt riêng. Cho chuột uống chất màu với liều thông thường trong 4 tuần và cho chuột uống liều chết trội trong 5 ngày để xác định các chỉ tiêu với 2 mức xác định.

- Thử nghiệm các công thức pha chế thuốc nhuộm màu thực phẩm đã tách chiết. Nhuộm màu một số sản phẩm thực phẩm. Tiến hành đánh giá bằng cảm quan sự thay đổi về màu sắc của sản phẩm theo thời gian để xác định khả năng bền màu của thuốc nhuộm màu từ thực vật.

17. HIỆU QUẢ (giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội)

Kết quả nghiên cứu của đề tài được sử dụng cho:

 Các công ty chế biến thực phẩm, các trung tâm khuyến nông và các hộ nông dân. Phẩm màu thực phẩm góp phần đảm bảo vệ sinh và an toàn thực phẩm, nâng cao giá trị các sản phẩm thực phẩm. Tập đoàn cây nhuộm màu thực phẩm góp phần đa dạng hóa cây trồng, nâng cao giá trị hàng nông sản, xóa đói, giảm nghèo phát triển kinh tế xã hội các tỉnh miền núi phía Bắc.

Ý nghĩa đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ:

- Tăng cường năng lực nghiên cứu, đào tạo của Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên. Đề tài góp phần tạo điều kiện cho các cán bộ trẻ, sinh viên tham ra nghiên cứu khoa học, tạo ra sản phẩm phục vụ phát triển kinh tế xã hội khu vực miền núi phía Bắc. Góp phần sử dụng hiệu quả hệ thống thiết bị nghiên cứu của trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

- Kết quả nghiên cứu sẽ là ứng dụng cho các nghiên cứu tiếp theo sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm có nguồn gốc thực vật ở qui mô công nghiệp.

-  Nguồn gen cây nhuộm màu thực phẩm lưu giữ sẽ là ngân hàng cho các nghiên cứu về đa dạng sinh học và các nghiên cứu khác trong công nghệ sinh học.

Ý nghĩa thực tiễn với hiệu quả kinh tế xã hội:

- Góp phần đẩy mạnh và phát triển sản xuất cây nhuộm màu thực phẩm,lưu giữ, bảo tồn và phát huy vốn kiến thức bản địa của người dân vùng núi phía Bắc Việt.

- Đa dạng hóa các sản phẩm hàng hóa từ cây trồng bản địa.

- Bước đầu định hướng cho công nghiệp thực phẩm trong việc tạo nguồn cung cấp bền vững về phẩm màu thực phẩm an toàn, gia tăng chất lượng các sản phẩm thực phẩm trong công nghiệp chế biến thực phẩm.

- Góp xóa đói giảm nghèo cho bà con các dân tộc miền núi phía Bắc và phát triển kinh tế xã hội các tỉnh miền núi phía Bắc nói riêng, toàn quốc nói chung.

Cơ sở Sản xuất kinh doanh thuốc thành phẩm và y dược cổ truyền Thái Nguyên;

Các cơ sở chế biến thực phẩm khác.

Khoa CNSH&CNTP, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.