PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY TRÌNH TRÍCH LY ANTHOCYANIN TỪ HOA ĐẬU BIẾC

Danh sách bảngBảng 1.1 Chức năng các thành phần của cây hoa đậu biếc...2 Bảng 2.1 Hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly với các nồng độ dung môi khác nhau...9 Bảng 2.2 Hàm lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ SINH HÓA - THỰC PHẨM

…o0o…

THỰC TẬP THỰC TẾ

CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

ĐẾN QUY TRÌNH TRÍCH LY

ANTHOCYANIN TỪ HOA ĐẬU BIẾC

Sinh viên thực hiện:

PHAN NHỰT HUY

Cần Thơ - năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ SINH HÓA - THỰC PHẨM

…o0o…

THỰC TẬP THỰC TẾ

CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

ĐẾN QUY TRÌNH TRÍCH LY ANTHOCYANIN TỪ HOA ĐẬU BIẾC

Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

MSSV: 1900160

Ngành: CNTP-2019

Cần Thơ - năm 2022

Mục lục

Mục lục i

Danh sách bảng ii

Danh sách hình iii

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

2 NỘI DUNG 1

2.1 Tổng quan về hoa đậu biếc 1

2.2 Công dụng của anthocyanin trong hoa đậu biếc 2

2.3 Giới thiệu về anthocyanin 2

2.3.1 Cấu tạo 2

2.3.2 Tính chất anthocyanin 3

2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin 4

2.3.4.1 Ảnh hưởng của cấu trúc 4

2.3.4.2 Ảnh hưởng của pH 4

2.3.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 5

2.3.4.4 Ảnh hưởng của ánh sáng 5

2.3.4.5 Ảnh hưởng của enzyme 6

2.4 Ứng dụng của anthocyanin trong hoa đậu biếc 6

2.5 Vai trò của anthocyanin trong công nghệ thực phẩm 6

2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthycyanin từ hoa đậu biếc 8

2.6.1 Sơ đồ quy trình 8

2.6.2 Thuyết minh quy trình 9

2.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly 9

2.6.3.1 Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc 9

2.6.3.2 Ánh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến khả năng trích ly 10

2.6.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc 11

2.6.3.4 Ảnh hưởng của thòi gian đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc 11

2.6.3.5 Ảnh hưởng của số lần chiết đến khả năng trích ly anthocyanin từ hoa đậu biếc 12

3 KẾT LUẬN 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO 14

Danh sách bảng

Bảng 1.1 Chức năng các thành phần của cây hoa đậu biếc 2 Bảng 2.1 Hàm lượng anthocyanin trong dịch trích ly với các nồng độ dung môi khác nhau 9 Bảng 2.2 Hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết sau khi trích ly với các tỉ lệ nguyên liệu/dung môi khác nhau 10 Bảng 2.3 Hàm lưọng anthocỵanin sau khi trích ly ở các nhiệt độ khác nhau 11 Bảng 2.4 Kết quả thống kê hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly với các khác

khoảng thời gian khác nhau 12 Bảng 2.5 Hàm lượng anthocyanin sau khi trích ly với số lần chiết khác nhau 12

Danh sách hình

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin 3 Hình 1.2 Cấu trúc của một anthocyanin phức tạp (delphinidin 3,7,3’,5’-tetra-(6-O-p-coumaroyl-β-glucosid)) 3 Hình 1.3 Màu sắc anthocyanin của hoa đậu biếc ở môi trường pH từ 1-14 5 Hình 1.4 Quy trình chiết xuất anthocyanin cô đặc từ hoa đậu biếc 8

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Chất màu anthocyanin có thể được nghiên cứu dựa vào ảnh hưởng có lợi của chúng đối với sức khỏe con người (Motohashi S and Nakayama T, 2008) và các ứng dụng của chúng như sự lựa chọn tiềm năng để thay thế màu sắc tự nhiên trong thực phẩm (Shipp J., Abdel-Aa E M, 2010).Chúng còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí cho sức khỏe như khả năng chống oxy hóa, chống dị ứng, chống các tia phóng

xạ, chống viêm, chống vi khuẩn, chống đông huyết tạo các bệnh mạch vành và có tác dụng bảo vệ tim mạch và thuốc giãn mạch vành Anthocyanins không có độc tính và không có bất kỳ giới hạn tối đa cho các ứng dụng trong thực phẩm Chúng được ứng dụng rộng rãi trong các hoạt động sản xuất công nghiệp (Manach et al., 2005; Puupponen et al., 2001) Do vậy, nghiên cứu sử dụng anthocyanin làm chất màu thực phẩm là việc làm cần thiết, có ý nghĩa nhằm khai thác, phát triển hơn nữa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên Tuy là tốt về nhiều mặt về sức khỏe và kinh tế, nhưng vẫn còn nhiều điểm hạn chế do môi trường và các yếu tố tự nhiên ảnh hưởng,

do đó cần tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng đến anthnocyanin trong hoa đậu biếc

2 NỘI DUNG

2.1 Tổng quan về hoa đậu biếc.

- Tên khoa học và mô tả:

Hoa đậu biếc (Đậu biếc lam) có tên khoa học là Clitoria ternatea, cây thân thảo,

dây leo, có nguồn gốc từ vùng Caribe, miền Trung Mỹ và Mexico, sau đó được trồng nhiều ở Ấn Độ để ứng dụng vào y học cổ truyền (Mukherjee et al., 2008)

Hoa đậu biếc có màu xanh dương, sắc tố hoa màu xanh được sử dụng theo truyền thống như chất màu thực phẩm Hoa đậu biếc chứa anthocyanin có màu xanh dương, có tiềm năng được sử dụng làm chất màu xanh tự nhiên cho thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm ở pH trung tính (Lee P M et al., 2011)

Anthocyanin trong hoa đậu biếc gồm nhiều nhóm cơ bản và được xác định theo màu sắc: pelargonidin là màu cam, cyanidin cho màu đỏ, delphinidin cho màu xanh (Tri Nhut Pham, 2019) Anthocyanins là polyhydroxy glycosyl hóa và các dẫn xuất của 2-polymethoxy phenylbenzopyrylium cation, tức là các cation flavylium (Brouilard R et al., 1982) Anthocyanin là chất chống oxi hóa, đóng một vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa các bệnh tim mạch, thần kinh, ung thư và tiểu đường… (Konczak, I., Zhang, W., 2004)

Athocyanin không có độc tính và không có bất kì giới hạn tối đa nào cho các ứng dụng trong thực phẩm Tuy nhiên, anthocyanin không ổn định và rất dễ bị thoái hóa bởi các yếu tố như pH, nhiệt độ lưu trữ, cấu trúc hóa học, nồng độ, ánh sáng, oxy, dung môi, sự hiện diện của enzyme, favonoid, protein và ion kim loại (Rein M., 2005)

2.2 Công dụng của anthocyanin trong hoa đậu biếc

Trong y học cổ truyền, cây được sử dụng trong điều trị vàng da, đau nửa đầu, viêm họng, nhiễm trùng mắt, bệnh ngoài da, hen suyễn, sưng khớp, đau tai, sốt, nhiễm trùng đường tiết niệu, táo bón, rắn cắn, nhức đầu, khó tiêu, bệnh phong và rối loạn hệ thần kinh trung ương Các chất chiết xuất khác nhau của nó có tác dụng dược lý được báo cáo như nootropic, anxiolytic, thuốc chống co giật, thuốc an thần, chống viêm, chống tiểu đường, chống oxy hóa, chống căng thẳng, điều hòa miễn dịch, chống nhiễm trùng, chống oxy hóa và tăng cường trí nhớ.Công dụng các thành phần của cây hoa đậu biếc được thể hiện rõ ở Bảng 1.1

Bảng 1.1 Chức năng các thành phần của cây hoa đậu biếc

Thành phần Chức năng

Rễ Giải lo âu, thuốc chống trầm cảm, cogiật Thân Điều trị bệnh tình dục chẳng hạnnhư: vô sinh và bệnh lậu. Chất trích xuất hoa đậu biếc Ổn định nhiệt cơ thê

Nguồn: Jain N et al., 2003

2.3 Giới thiệu về anthocyanin

Các anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ Hi Lạp, trong đó anthocyanin là sự kết hợp giữa anthos nghĩa là Hoa và kysanesos nghĩa là màu xanh

Là sắc tố tự nhiên thuộc nhóm flavonoid Tuy nhiên không chỉ có màu xanh anthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rực rỡ khác nhau như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglucon Mỗi anthocyanin có thể bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đường và các axit khác tại các vị trí khác nhau Vì thế lượng anthocyanin lớn hơn lượng anthocyanidin từ 15÷20 lần (Kannan V., 2011)

2.3.1 Cấu tạo

Anthocyanin là những glycozit do gốc đường glucose, glactose,…kết hợp với gốc aglucon có màu được gọi là anthocyanidin được thể hiện ở Hình 1.1 Tuy nhiên, chỉ có 6 loại anthocyanidin thường tìm thấy trong thực vật là cyanidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin và petunidin Các glycosid của 3 loại anthocyanidin không bị metyl hóa (gồm cyanidin, delphinidin và pelargonidin) là phổ biến nhất trong

tự nhiên, chúng chiếm 80% sắc tố có trong lá, 69% sắc tố trong quả và 50% sắc tố trong hoa (Andersen R A ,2005)

2

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin.

Nguồn: Shipp, J., Abdel-Aa, E M ,2010

Các anthocyanidin thường liên kết với các đường glucose, galactose, rhamnose hay arabinose bởi liên kết 3-glycosid hay 3,5-diglycosid được thể hiện ở Hình 1.2

Hình 1.2 Cấu trúc của một anthocyanin phức tạp (delphinidin

3,7,3’,5’-tetra-(6-O-p-coumaroyl-β-glucosid)).

Nguồn: Kannan, V, 2011

2.3.2 Tính chất anthocyanin

+ Tính tan: Anthocyanin là hợp chất khá phân cực do phân tử chứa nhóm chức phân cực (H, -OH, -OCH3) nên tan tốt trong dung môi phân cực như nước, metanol, axeton, etanol,

+ Tính không bền: Độ bền của các anthocyanin được quyết định bởi nhiều yếu tố bao gồm cấu trúc phân tử, nồng độ anthocyanin, pH, nhiệt độ, cường độ và bản chất

bức xạ ánh sáng chiếu vào, sự tổ hợp màu, sự có mặt của các ion kim loại, enzym, oxy, acid ascorbic, đường, các sản phẩm phân hủy của chúng và sulfurdioxit (Anna Bakowska Barczak ,2005)

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin

2.3.3.1 Ảnh hưởng của cấu trúc

Bản chất và vị trí liên kết của các glycosyl và các nhóm acyl gắn vào aglucon thường ảnh hưởng đáng kể đến độ bền màu và khả năng hoạt động của anthocyanin Một số anthocyanin bền hơn các anthocyanin khác Nói chung, việc tăng số nhóm –

OH trong phân tử làm giảm độ bền của nó, trong khi đó việc tăng số nhóm – CH3 làm tăng độ bền của phân tử Màu sắc của các thực phẩm chứa chất màu anthocyanin có bộ khung pelargonidin, cyanidin hay delphinidin thường kém bền hơn màu của các thực phẩm chứa khung petunidi, malvidin Ngoài ra, các anthocyanin chứa đường galactose thường bền hơn khi chứa đường arabinose Gần đây, một số nghiên cứu còn cho thấy các anthocyanin chứa các nhóm thế acyl hóa thường bền trong quá trình chế biến và bảo quản hơn so với các chất màu tự nhiên khác Sự bền hóa này là do sự giảm khả năng tham gia phản ứng của phân tử anthocyanin với các phân tử nước (tác nhân nucleophile) Màu sắc của anthocyanin sẽ được ổn định hoàn toàn nếu các anthocyanin mang các acid thơm ở vòng –B của cation flavylium thay vì là các acid mạch hở (Nguyễn Thị Tuyết và Trần Thị Duyên, 2019)

2.3.3.2 Ảnh hưởng của pH

Khi pH thay đổi làm cho cấu trúc của anthocyanin thay đổi, từ đó dẫn đến sự thay đổi màu sắc Do trên gốc aglucon có mang điện tích dương nên các anthocyanin

có khả năng nhận H+ hoặc OH- nên làm thay đổi màu sắc của anthocyanin, khi tăng nhóm OH- màu của anthocyanin chuyển theo hướng sắc màu xanh

+ pH < 2: các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium (cation flavylium) màu cam đến đỏ

+ pH = 4 ÷ 5: chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu

+ pH = 6 ÷ 7: ở dạng anion quinoinoid có màu tím

+ pH = 7 ÷ 8: ở dạng bazơ quinoidal có màu xanh dương (Shipp J., Abdel-Aa E

M, 2010)

pH thấp (pH=1 và pH=2) thì màu dịch chiết bền và có màu đỏ, khi tăng lên (pH=3-5) thì các anthocyanin kém bền màu và có màu tím do anthocyanin tồn tại dưới dạng base quinon; khi pH=6-8 thì anthocyanin tồn tại dưới dạng quinondal anhydro nên có màu xanh đậm; khi pH=9-11 thì các anthocyanin có sự chuyển đổi từ xanh đạm sang vàng tạo nên màu xanh lá, anthocyanin có màu vàng và đậm dần ở pH=12-14 vì anthocyanin tồn tại dưới dạng chalcon được thể hiện ở Hình 1.3

4

Hình 1.3 Màu sắc anthocyanin của hoa đậu biếc ở môi trường pH từ 1-14

Nguồn: Mai Huỳnh Can et al., 2020 2.3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phân hủy anthocyanin tăng Đối với anthocyanin 3 -glucoside khi nhiệt độ tăng sẽ cắt đứt liên kết anthocyanin – 3 – -glucoside tạo thành các gốc aglucon, gốc aglucol là một gốc kém bền với nhiệt nên màu của anthocyanin giảm dần

Nhiệt độ cao thúc đẩy sự phân hủy chất màu anthocyanin Nói chung, ở trên 70

°C sẽ gây ra sự phân hủy và mất màu anthocyanin rất nhiều Đôi khi nhiệt độ tăng còn dẫn đến phản ứng Maillard của các đường trong anthocyanin cũng diễn ra (đặc biệt khi

có mặt oxy), làm anthocyanin biến thành màu nâu Tuy nhiên, các anthocyanin được acyl hóa thì bền nhiệt hơn các anthocyanin không bị acyl hóa Ngoài ra, mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân hủy và biến đổi màu sắc anthocyanin phụ thuộc vào

pH Ví dụ: Ở pH = 2 ÷ 4: nhiệt độ tăng dẫn đến sự mất màu anthocyanin Nguyên nhân là do đã xảy ra sự thủy phân liên kết glycosyl của anthocyanin tạo ra cation flavylium kém bền và sau đó phân hủy thành chalcone không màu

Nói chung, những yếu tố làm tăng độ bền của anthocyanin theo pH cũng làm tăng độ bền nhiệt của nó Ví dụ: Ở 100 oC pelargonidin 3-glucosid bền hơn petunidin 3-glucosid, còn petunidin 3-glucosid lại bền hơn malvidin 3-glucosid Các arabinose của cyanidin và peonidin bền hơn galactose tương ứng khi xử lý nhiệt

Ngược lại, nhiệt độ thấp làm bền hóa và có thể làm tăng hàm lượng anthocyanin

Do đó, anthocyanin thường chỉ dùng để tạo màu cho các thực phẩm bảo quản lạnh như kem, sữa chua, thứyc uống từ sữa,…(Shipp J., Abdel-Aa E M, 2010)

2.3.3.4 Ảnh hưởng của ánh sáng

Tương tự như nhiệt độ, ánh sáng thúc đẩy sự phân hủy anthocyanin tạo thành cation flavylium, sau đó chuyển hóa thành các dạng carbinol rồi chalcone không màu

Do vậy, các dịch chiết anthocyanin bền màu hơn khi bảo quản trong bóng tối Tuy nhiên, sự acyl hóa làm tăng độ bền của anthocyanin đối với ánh sáng. (Nguyễn Thị Tuyết và Trần Thị Duyên, 2019)

2.3.3.5 Ảnh hưởng của enzyme

Sự bất hoạt enzym làm tăng độ bền của anthocyanin Các enzym phân hủy anthocyanin thường gặp nhất là glycosidase (làm phá vỡ liên kết cộng hóa trị giữa đường và khung aglucon của anthocyanin), peroxidase và các phenolase (như phenol oxydase, polyphenol oxydase) Trong phản ứng phân hủy anthocyanin bởi enzym, các enzym trước tiên sẽ oxy hóa các hợp chất phenolic có trong môi trường tạo thành các quinon, sau đó các quinon sẽ phản ứng với anthocyanin làm phân hủy chất màu và dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm ngưng tụ có màu nâu (Nguyễn Thị Tuyết và Trần Thị Duyên, 2019)

2.4 Ứng dụng của anthocyanin trong hoa đậu biếc

Trên thế giới chất màu anthocyanin thường được thu nhận từ dịch chiết của quả nho, vỏ nho, bắp cải đỏ, củ cải đỏ,… Hỗn hợp anthocyanin sử dụng rộng rãi nhất trong thực phẩm là anthocyanin từ vỏ nho (E163 (i)) và anthocyanin chiết xuất từ quả nho đen (E163 (iii)) Hiện nay, bắp cải đỏ (Brassica oleracea L.) cũng được xem là nguồn anthocyanin tự nhiên có giá trị do có khả năng trồng với diện tích lớn, có thể thu hoạch quanh năm, tạo ra màu hồng sáng ở pH thấp và màu hồng/tím hoa cà ở pH trung tính, không có mùi lạ, bền với nhiệt và ánh sáng hơn so với các anthocyanin chiết từ các nguồn tự nhiên khác như vỏ nho, quả nho đen,… Trong thực tế anthocyanin chủ yếu được chiết xuất dưới dạng thô để sử dụng trong thực phẩm do việc tinh chế anthocyanin khá khó khăn Sản phẩm anthocyanin thương mại có thể ở dưới dạng dịch chiết cô đặc hay ở dạng bột khô (bằng cách trộn dịch chiết anthocyanin cô đặc với chất mang thích hợp rồi sấy phun) (Niraj Kumar Singh, 2017)

2.5 Vai trò của anthocyanin trong công nghệ thực phẩm

Trong công nghệ thực phẩm Anthocyanin là sắc tố tự nhiên có khả năng tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho các sản phẩm Chúng đã được chứng minh là vừa an toàn cho người sử dụng vừa có lợi cho sức khỏe Do đó, anthocyanin ngày càng được sử dụng nhiều để làm chất tạo màu (mã số E 163) trong nhiều loại thực phẩm như nước giải khát, rượu, thạch rau câu, kem…

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 chất màu thực phẩm nên tất cả đều phải nhập từ nước ngoài

6