(TIỂU LUẬN) NGHIÊN cứu QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT và TÍNH CHẤT của ANTHOCYANIN từ gạo ĐEN hữu cơ

Nhóm nghiên cứu quyết định chọn nguồn gạo đen hữu cơ từ thiên nhiên, khôngthuốc trừ sâu, không phân bón hóa học làm nguồn trích ly cho đề tài trích lyAnthocyanin, bên cạnh đó cũng sẽ ngh

Khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT VÀ TÍNH

CHẤT CỦA ANTHOCYANIN TỪ GẠO ĐEN HỮU CƠ

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

MSSV: 1211110099

TS Nguyễn Lệ Hà Đinh Thị Kiều My Lớp: 12DTP01

TP Hồ Chí Minh, 2016

LỜI CAM ĐOAN

Là sinh viên năm năm cuối của Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh,nay được vinh dự làm đồ án tốt nghiệp để hoàn tất chương trình học của mình Tôi camđoan đây là nghiên cứu do tôi tiến hành tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinhhọc-Thực phẩm-Môi trường, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh

Những số liệu trong bài hoàn toàn trung thực chưa từng có ai công bố

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Đinh Thị Kiều My

Với lòng biết ơn sâu sắc Em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý Thầy CôKhoa Công nghệ sinh học-Thực phẩm-Môi trường, cùng toàn thể Thầy Cô TrườngĐại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho emnhững kiến thức quý báo về cơ sở ngành cũng như chuyên ngành từ ngày em bướcchân vào giảng đường đại học.

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Lệ Hà, người thầy đángkính, đã luôn tận tình chỉ dẫn, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoànthành phần thực nghiệm của đồ án

Em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Văn Thành và thầy Nguyễn TrungDũng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đồ án tại phòng thí nghiệm KhoaCông nghệ sinh học-Thực phẩm-Môi trường, Trường Đại học Công nghệ TP HồChí Minh

Cảm ơn tất cả các bạn lớp 12DTP01 đã luôn khích lệ, động viên và giúp đỡmình trong suốt quá trình học tập tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016

SVTH: Đinh Thị Kiều My

MỤC LỤC

TRANG

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

Gạo đen 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Nguồn gốc của gạo đen hữu cơ 4

1.1.3 Công dụng của gạo đen hữu cơ 5

1.2 Anthocyanin 6

1.2.1 Giới thiệu 6

1.2.2 Sự phân bố của Anthocyanin 7

1.2.3 Cấu trúc hóa học của Anthocyanin 8

1.2.4 Tính chất của Anthocyanin 12

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc và độ bền của Anthocyanin 14

1.2.5.1 Cấu trúc 14

1.2.5.2 pH 18

1.2.5.3 Nhiệt độ 20

1.2.5.4 Oxy 22

1.2.5.5 Enzyme 22

1.2.5.6 Ánh sáng 23

1.2.5.8 Các ion kim loại 25

1.2.5.9 Sulfurdioxide (SO2) 26

1.2.5.10 Acid ascorbic 26

1.2.6 Các Anthocyanin đã được thương mại hóa 29

1.3 Những kết quả nghiên cứu trong nước và thế giới 29

1.3.1 Phương pháp tách chiết Anthocyanin từ gạo 29

1.3.2 Phương pháp trích ly Anthocyanin từ quả dâu Hội An 30

1.3.3 Phương pháp tách triết Anthocyanin từ bắp cải tím 31

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 32

2.1 Nguyên vật liệu 32

2.1.1 Nguồn gạo đen 32

2.1.2 Một số hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 32

2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 33

2.2.1 Xác định các thông số cho quá trình trích ly Anthocyanin từ gạo đen 33

2.2.1.1 Xác định tỷ lệ dung môi Nước-EtOH trong quá trình trích ly 35

2.2.1.2 Xác định tỷ lệ nguyên liệu tấm trong dịch trích ly 36

2.2.1.3 Xác định nhiệt độ thích hợp để trích ly Anthocyanin từ gạo đen 38

2.1.2.4 Xác định thời gian thích hợp trích ly Anthocyanin từ gạo đen 39

2.2.2 Khảo sát một số tính chất của Anthocyanin trong dịch trích ly từ gạo đen 40

2.2.2.1 Sự biến đổi hàm lượng Anthocyanin ở các pH khác nhau 40

2.2.2.2 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của Anthocyanin ở các nhiệt độ khác nhau 42

2.2.2.3 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích ly gạo đen trước khi cô quay và sau khi cô quay 43

2.3 Các phương pháp phân tích dùng trong thí nghiệm 43

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 43

CHƯƠNG 3 :KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Xác định các thông số cho quy trình trích ly Anthocyanin từ gạo đen 44

3.1.1 Xác định tỷ lệ dung môi nước: ethanol trong pha chế dung môi trích ly Anthocyanin từ gạo đen 44

3.1.2 Xác định tỷ lệ nguyên liệu và dung môi trong quá trình trích ly anthocyanin từ gạo đen 46

3.1.3 Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích ly Anthocyanin từ gạo đen 47

3.2 Khảo sát một số tính chất của Anthocyanin trong dịch trích ly gạo đen 53

3.3.1 Sự biến đổi của hàm lượng anthocyanin ở những pH khác nhau 53

3.3.2 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của Anthocyanin ở các nhiệt độ khác nhau 54

3.3.3 Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích ly từ gạo đen 58

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Kiến nghị 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC B SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 7

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Gạo đen 4

Hình 1.2 Cấu trúc phổ biến của Anthocyanin 11

Hình 1.3 Cation Flavylium 12

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc anthocyanin chuyển hóa trong nước 15

Hình 1.5 Những màu sắc phổ biến của các loại athocyanin 18

Hình 1.6 Sự chuyển đổi cấu trúc của anthocyanin trong điều kiện môi trường pH khác nhau 20

Hình 1.7 Sơ đồ sự biến tính của anthocyanin 3,5-diglucoside tại pH 3,7 21

Hình 1.8 Sự biến tính Anthocyanin với phản ứng oxy hóa atechol 23

Hình1.9 Phản ứng ngưng tụ 25

Hình 1.10 Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và Anthocyanin (Wiley, 2005) 26

Hình 1.11 Sự chuyển hóa malvin thành malvone bởi H2 O 2 tạo thành từ sự oxy hóa Ascorbic acid (Wiley, 2005) 27

Hình 1.12 Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa Ascorbic acid và Anthocyanin 27 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tóm tắt nội dung thí nghiệm khảo sát các thông số trích ly 34 Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ H2 O: Ethanol trong pha chế dung môi để trích ly anthocyanin từ gạo đen hữu cơ 35

Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nguyên liệu thích hợp để trích ly anthocyanin từ gạo đen 37

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp để trích ly Anthocyanin từ gạo đen 38

Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thích hợp để trích ly anthocyanin từ

gạo đen 39

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình tóm tắt nội dung thí nghiệm nghiên cứu tính chất của Anthocyanin 40

Hình 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Anthocyanin trong dịch trích 41

Hình 2.8 Bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của anthocyanin ở cá nhiệt độ khác nhau 42

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi H2 O:EtOH đến hiệu suất trích ly anthocyanin từ dịch chiết 44

Hình 3.2 Dịch trích ly các dung môi ở những tỷ lệ khác nhau 45

Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu và dung môi đến hiệu suất trích ly Anthocyanin từ gạo đen hữu cơ 46

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất trích ly Anthocyanin từ dịch chiết 48

Hình 3.5 Dịch trích ly anthocyanin ở các nhiệt độ khác nhau 50

Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến trích ly đến hiệu suất trích ly Anthocyanin trong dịch chiết 51

Hình 3.7 Dịch trích ly anthocyanin ở các thời gian khác nhau 52

Hình 3.8 Biểu đồ biểu thị sự biến đổi độ hấp thu của anthocyanin ở nhưng mức pH khác nhau 53

Hình 3.9 Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của Anthocyanin ở 00 C .54

Hình 3.10 Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của anthocyanin ở 20 C0 .55

Hình 3.11 Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của Anthocyanin ở 00 C .56

Hình 3.12 Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của anthocyanin ở các nhiệt độkhác nhau 57

Hình 3.13 Biểu đồ biểu thị sự ức chế gốc tự do của vitamin C 58

Hình 3.14 Biểu đồ biểu thị sự ức chế gốc tự do của dung dịch Anthocyanin đượctrích ly từ tấm đen 59

Hình 3.15 Biểu đồ biểu thị sự ức chế gốc tự do của dung dịch Anthocyanin đượctrích ly từ tấm đen sau cô quay 60Hình 3.16 Phản ứng màu của dung dịch DPPH khi cho dịch mẫu trích ly anthocyanin

từ gạo đen 61

Hình 3.17 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thích hợp để trích ly Anthocyanin từgạo đen 63

Hình 4.1 Dịch chiết Anthocyanin trước cô quay 65

Hình 4.2 Dịch chiết sau cô đặc 66

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của gạo đen 5

Bảng 1.2 Bảng các Anthocyanin có nguồn gốc thực vật 8

Bảng 1.3 Một số Anthocyanin phổ biến 9

Bảng 1.4 Các nhóm Anthocyanin hiện có 10

Bảng 3.1 Giá trị %I à IC50 của vitamin C 58

Bảng 3.2 Giá trị %I và kết quả IC50 của dịch trích ly anthocyanin từ gạo đen trước khi cô quay 59

Bảng 3.3 Giá trị %I và kết quả IC50 của dịch trích ly anthocyanin từ gạo đen sau cô quay 60

Bảng 3.4 So sánh giá trị IC50 của Ascorbic acid và Anthocyanin 61

Bảng 4 Đánh giá sơ bộ cảm quan của dịch chiết anthocynin………63

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Anthocyanin có mặt trong nhiều loại rau quả từ thiên nhiên Chất màuAnthocyanin là có độ hòa tan trong nước và trong các dung môi phân cực, nênchúng có thể dễ dàng trích ly bằng những dung môi trích ly thông thường mà khôngđộc hại đối với môi trường Bên cạnh đó màu sắc của chúng trải dài từ màu đỏ, màutím và màu xanh, có thể ứng dụng vào việc làm phụ gia tạo màu trong thực phẩmnhưng không độc hại

Thêm vào đó Anthocyanin có giá trị sinh học rất cao, chúng được đưa vào chế

độ ăn uống trong nhiều thế kỷ qua, nhờ vào tác dụng sinh học rất tốt như có khả năngđiều trị chứng huyết áp cao, sốt, rối loạn gan, rối loạn tiêu hóa Với xu hướng của thếgiới hiện nay, mọi người luôn ưa chuộng những sản phẩm có thành phần từ thiên nhiên,lành mạnh đối với sức khỏe con người Anthocyanin đã được đưa vào sử dụng dướidạng sản phẩm thực phẩm hay chất màu trong thực phẩm của con người

Với một đất nước nông nghiệp như Việt Nam từ ngàn xưa gạo đã trở thànhnguồn lương thực thiết yếu, nuôi sống biết bao thế hệ Nhưng ngày nay với cuộc sốngkhông ngừng phát triển, quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ, môi trường ngày càng bị

ô nhiễm trầm trọng Những hóa chất độc hại duới danh nghĩa là phụ gia thực phẩmđang thâm nhập vào cơ thể con người mỗi ngày Hiện nay Việt Nam là nước thuộc top

2 - những quốc gia dẫn đầu về tỷ lệ mắc bệnh ung thư, mỗi năm có khoảng 70000người chết vì bệnh ung thư và 200 000 mắc mới về bệnh ung thư Trong vòng năm nămnữa ung thư có thể sẽ trở thành đại dịch ở Việt Nam Bên cạnh đó theo điều tra mớinhất của hội tim mạch Việt Nam, 2016 có 48% người Việt Nam mắc bệnh tăng huyết

áp, đây là một con số đáng báo động Trong những năm gần đây các nghiên cứu khoahọc luôn hướng về những nghiên cứu tạo ra sản phẩm được chiết xuất từ thiên nhiên,cải thiện sức khỏe, chống oxy hóa, nâng cao sức đề kháng của con người

Với mong muốn có những chất màu từ thiên nhiên thay thế những chất màuhóa học đang từng ngày thâm nhập vào cơ thể con người, một thức uống giàu hợp

chất chống oxy hóa giúp cơ thể tăng cường sức đề kháng có thể chống lại bệnh ungthư Nhóm nghiên cứu quyết định chọn nguồn gạo đen hữu cơ từ thiên nhiên, khôngthuốc trừ sâu, không phân bón hóa học làm nguồn trích ly cho đề tài trích lyAnthocyanin, bên cạnh đó cũng sẽ nghiên cứu những tính chất cơ bản củaAnthocyanin để phục vụ cho quá trình bảo quản Anthocyanin để duy trì những hoạttính sinh học của chúng trong quá trình bảo quản.

2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài có hai mục đích bản bao gồm:

Xác định các thông số thích hợp cho quá trình trích ly chất màuAnthocyanin nhằm tách chiết tối đa Anthocyanin từ nguyên liệu phù hợp cho mụcđích ứng dụng vào thực phẩm

Nghiên cứu những tính chất của Anthocyanin trong quá trình bảo quản dịchchiết từ gạo đen

3 Nội dung nghiên cứu.

Để thực hiện mục đích nghiên cứu đã đề ra, nhóm nghiên cứu thực hiện cácnội dung sau:

 Xác định các thông số cho quá trình trích ly Anthocaynin từ gạo đen:

- Xác định tỷ lệ dung môi thích hợp cho quá trình trích ly Anthocyanin

- Xác định tỷ lệ nguyên liệu và dung môi thích hợp cho quá trình trích ly Anthocyanin

- Xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích ly Anthocyanin

- Xác định thời gian thích hợp cho quá trình trích ly Anthocyanin

 Xác định những tính chất của dịch trích ly Anthocyanin từ gạo đen:

- Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của Anthocyanin

4 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp thu thập thông tin: Phương pháp nghiên cứu tài liệu làm cơ sở

bố trí thí nghiệm Sử dụng phần mềm Endnote để tìm tài liệu

- Thực hành trong phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Gạo đen

1.1.1 Khái niệm

Gạo đen là loại gạo thuộc giống Oryza sativa L “GẠO ĐEN” là loại gạo có

màu tím đậm hoặc đen nhưng khi nấu chín sẽ chuyển sang màu đỏ tía hoặc tím Lớp

vỏ bên ngoài của gạo này là màu đen nhờ sắc tố Anthocyanin, một chất chống oxihóa Loại gạo này được bán dưới dạng “chưa xay xát”, với lớp vỏ ngoài nguyênvẹn Cho đến ngày nay, không dễ dàng có thể mua được gạo đen; loại gạo này rấtđáng giá và được người dân châu Á quan tâm đặc biệt trong nhiều thế kỷ và xuhướng tiêu thụ ngày càng cao ở Châu Âu, Bắc Mỹ

Hình 1.1 Gạo đen

Ngoài ra trong gạo đen còn có rất nhiều vitamin E giúp tăng cường hệ thốngmiễn dịch, giàu chất xơ, chất sắt và các vitamin thiết yếu, đặc biệt hàm lượng đườngtrong gạo đen thấp người tiểu đường dùng có thể ổn định lượng đường trong máu.Theo kết quả nghiên cứu của TS Zhimin Xu thuộc đại học bang Louisana, Mỹ Ôngnói rằng trong một muỗng canh gạo đen chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sứckhỏe hơn bất cứ “siêu thực phẩm” nào, bởi một muỗng gạo đen chứa nhiều chấtchống oxy hóa (Anthocyanin) hơn một muỗng canh trái việt quất

1.1.1 Nguồn gốc của gạo đen hữu cơ

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của gạo đen.

Gạo đen là loại gạo đặc biệt được sử dụng nhiều và tìm thấy ở các nước châu

Á Trung Quốc là nước có nhiều giống lúa đen hơn hết, tiếp theo Sri Lanka,Indonesia, India, Philippines, Bangladesh và Việt Nam Gạo đen thường tìm thấy ởloại phôi nhủ đục sáp của các nhóm indica và japonica Ở Việt Nam, gạo tím hayđen được dùng làm thuốc và cho tín ngưỡng, chỉ được trồng ở các vùng núi, dướidạng gạo tẻ hoặc nếp

Gạo đen hữu cơ được sản xuất từ phương pháp “canh tác hữu cơ”

Lúa được trồng theo phương pháp canh tác hữu cơ, không sử dụng phân bónhóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…, có sự kiểm soát, tác động của khoa học kỹthuật, công nghệ sinh học, sản phẩm được chế biến và đóng gói theo quy trình kép

Canh tác hữu cơ giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng gạo đen hữu cơ, đảm bảo antoàn sức khỏa cho người tiêu dùng và thân thiện với môi trường

1.1.2 Công dụng của gạo đen hữu cơ

Trong gạo đen chứa nhiều Anthocyanin, đây là hợp chất chống oxy hóa giúp

cơ thể chống lại nhiều bệnh Nó giúp cơ thể giảm nguy cơ đau tim bằng cách ngănchặn sự tích tụ mảng bám trong động mạch Ngoài ra nó giúp trung hòa những thiệthại của các gốc tự do, ngăn ngừa một số dạng ung thư, hỗ trợ giảm cholesterol trongmáu

Gạo đen chứa nhiều chất xơ gấp 5,9 lần rau cần tây giúp làm giảm nồng độcholesterol, kiểm soát hệ thống tiêu hóa Đối với người suy nhược cơ thể, chất xơnày có tác dụng kích thích tiêu hóa, tăng hấp thu Đối với người muốn giảm cân,chất xơ làm giảm cảm giác đói vì vậy nhanh chóng đạt hiệu quả cần thiết Ngoài rachất xơ có khả năng chống béo phì, ngừa ung thư ruột kết và rất tốt cho bệnh nhânđái tháo đường.

Trong gạo đen hữu cơ chứa selenium gấp 3,3 lần lòng đỏ trứng Selenium lànguyên tố vi lượng chống oxy hóa mạnh, giúp khử các gốc tự do có trong cơ thể, giúpngăn ngừa sự phá hủy tế bào, đặc biệt là tế bào gan, tốt cho người uống rượu biathường xuyên, người có vấn đề về gan như viêm gan và xơ gan, ngăn ngừa ung thư

Gạo hữu cơ đen chứa nhiều chất sắt, chất sắc là một phần của tế bào máu, nếu

cơ thể thiếu sắt sẽ dẫn đến thiếu máu Trong gạo đen hữu cơ cung cấp chất sắt cao hơn70% so với gạo lức và gấp 1,7 lần thịt bò, do đó gạo đen hữu cơ rất thích hợp chonhững phụ nữ thiếu máu sau khi sinh và những người cần bổ sung chất sắt tự nhiên

Trong gạo đen hữu cơ còn có hàm lượng mangan (gấp 1,54 lần gạo lứt).Mangan có tác dụng giúp giải phóng năng lượng từ protein, carbonhydrate, hỗ trợ

hệ thống miễn dịch và điều hòa hàm lượng đường trong máu

Gạo đen hữu cơ có hàm lượng kẽm gấp 1,7 lần thịt trai Kẽm tham gia vàothành phần của hơn 80 loại enzym điển hình như peptidase, đóng vai trò quan trọngcho quá trình tiêu hóa protein , phòng chống ung thư đường tiêu hóa, tắng cường hệthống miễn dịch

Ngoài ra trong gạo đen hữu cơ còn chứa các thành phần dinh dưỡng: cácamino acid, các nhóm acid béo Omega-3 và Omega-6, hơn 120 chất chống oxy hóa(acylated steryl glucoside, gama Aminobutyric) tác động mạnh mẽ lên gốc tự do

Đặc biệt trong gạo đen hữu cơ có chỉ số đường huyết từ thấp đến trung bình(< 58) nên rất thích hợp cho người tiểu đường

1.2 Anthocyanin

1.2.1 Giới thiệu

Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộcFlavonoid, là họ màu phổ biến nhất tồn tại ở thực vật bậc cao và tìm thấy đượctrong một số loại hoa, quả, hạt như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoahibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ…

Thuật ngữ Anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó Anthocyanin là

sự kết hợp giữa Anthos - nghĩa là hoa và Kysanesos - nghĩa là màu xanh Tuy nhiên,không chỉ có màu xanh, Anthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rực

rỡ khác như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian Các Anthocyanissn khi mấthết nhóm đường được gọi là Anthocyanidin hay aglycon Mỗi Anthocyanidin có thể

bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đường và các acid khác tại các vị trí khác nhau

Vì thế lượng Anthocyanin lớn hơn Anthocyanidin từ 15-20 lần Chúng được sửdụng làm phụ gia thực phẩm với ký hiệu là E613

1.2.2 Sự phân bố của Anthocyanin.

Anthocyanin tập trung ở những cây hạt kín và những loài ra hoa, phần lớn nằm

ở hoa và quả, ngoài ra cũng có ở lá và rễ Trong những loại thưc vật này, Anthocyaninđược tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào nằm bên ngoài như biểu bì

Các hợp chất Anthocyanin xuất hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73loài và trong vô số giống thực vật sử dụng làm thực vật (Bridle và Timberiake,

1996) Các họ thực vật như vitaceae (nho) và rosaceae (cherry, dâu tây, mâm xôi,

táo ) là các nguồn Anthocyanin chủ yếu Bên cạnh đó còn có các họ thực vật khác

như solanceae (cà tím), saxifragaceae (quả lý đỏ và đen), ericaceae (quả việt quất)

và brassicaceae (bắp cải tím) Các loại Anthocyanin phổ biến nhất là các glucoside

của cyanidin, kế đến là pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin vàmaldivin Số lượng các 3-glucoside nhiều gấp 2,5 lần các 3,5-glucoside LoạiAnthocyanin hay gặp nhất chính là Cyanidin-3-glucoside

Bảng 1.2 Bảng các Anthocyanin có nguồn gốc thực vật

Tên thực vật Tên thông thường Loại Anthocyanin

Allium cepa Củ hành tím Cy-glucoside, galactoside,

3-diglucoside và 3-laminarriobiosidc, glucoside

Pn-3-Brassica Bắp cải tím (red Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacyl hóaoleraea cabbage) với malonoyl, p-coumaroyl, di- p-

coumarol,feruloyl, diferuloyl, sinapoyl vàdisinapoyl

Fragaria spp Dâu tây Pg và Cy-3-glucoside

Raphanus Củ cải đỏ (rễ) Pg và Cy-3-sophoroside-5-glucoside acyl

diglucoside; dạng tự do và dạng acyl hóa

Cy = cyanidin, Pg= pelagorindin, Pn= peonidin, Dp= delphinidin, Pt =

petunidin, Mv= malvidin

1.2.3 Cấu trúc hóa học của Anthocyanin

Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, có khă năng hòa tan trongnước và chứa các không bào Về bản chất, các Anthocyanin là những hợp chất

hoặc muối flavylium Cho đến nay, người ta xác định được 18 loại aglycon khácnhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, petunidin

và maldivin

Bảng 1.3 Một số Anthocyanin phổ biến

Ceraxinanin Cynanindin Glucose, galactose Quả mận

Prunixianin Cynanindin Ramnoza, glucose Việt quất

Trong tự nhiên, Anthocyanin rất hiếm gặp khi ở trạng thái tự do (không bịglycoside hóa) Nhóm tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trở nênkhông ổn định và làm giảm khả năng hòa tan của nó so với các Anthocyanin tươngứng Vì vậy, sự glycosyl hóa luôn diễn ra, đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy Nếu cóthêm một phân tử đường sữa, vị trí tiếp theo bị glycosyl hóa thường gặp nhất là ở C-

5 Ngoài ra, sự glycosyl hóa còn có thể gặp ở các vị trí C-7, C-3’, C-5’ Loại đườngphổ biến nhất là glucose, ngoài ra cũng có một vài monosaccharide (như galactose,rammose, arabinose), các loại disaccharide (chủ yếu là rutinose, sabubiose haysophorose) hoặc trisaccharide tham gia và quá trình glycosyl hóa

Bảng 1.4 Các nhóm Anthocyanin hiện có

E-number

cam

OCH 3

OCH 3

Rosinidin -OCH 3 -OH -H -OH -OH -H - Đỏ

OCH 3

Hình 1.2 Cấu trúc phổ biến của Anthocyanin

olive/production-of-anthocyanins-in-grape-cell-cultures-a-potential-source-of-

(intechopen.com/books/the-mediterranean-genetic-code-grapevine-and-raw-material-for-pharmaceuti)

Sự methoxyl hóa các Anthocyanin và các glucoside tương ứng diễn rathông thường nhất là ở vị trí C-3’, và C-5’, cũng có thể gặp ở vị trí C-5 và C-7 Tuynhiên cho đến nay người ta chưa tìm thấy một hợp chất nào bị glycosyl hóa ở tất cả

vị trí C-3,-5,-7,-4 do đó cần thiết phải có ít nhất một nhóm hydroxyl tự do ở C-5, -7hay - 4’ để thành dạng cấu trúc quinonoidal base (dạng cấu trúc thường tồn tại trongkhông bào thực vật có pH từ 2,5 – 7,5)

Hình 1.3 Cation Flavylium (R1 và R2 là OH, H hoặc OCH3, R3 là glucosyl hoặc H, R4 là OH hoặc glucosyl)

(en.wikipedia.org/wiki/Anthocyanin)

Sự acyl hóa cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đường hay ester hóa ởcác nhóm hydroxy C-6 Các nhóm acyl hóa chính thức là các phenolic acid nhưbeta-coumercic, cafeic, ferulic hay sinap acid và một loạt các acid như acetic,malonic, axalic và succinic

1.2.4 Tính chất của Anthocyanin

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất kháphân cực nên tan rất tốt trong dung môi hữu cơ phân cực Anthocyanin hòa tốt trongnước và trong dung dịch bão hòa Khi kết hợp với đường làm cho phân tửAnthocyanin hòa tan nhanh hơn

Màu sắc Anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiềuyếu tố khác,…Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng pyran thì màu càng xanh đậm.Trong dung dịch acid, Anthocyanin tồn tại dạng ở cation flavylium có màu đỏ Khi pHtăng dần, có sự tấn công của nước vào vòng pyran C, Anthocyanin chuyển dần sangdạng base carbinol và chalcone không màu Đây chính là quá trình hydrat hóa, yếu tốchính tạo nên sự bạc màu của dung dịch màu-nước trong dung dịch base, có sự dịchchuyển của H+ từ -OH trên vòng B, Anthocyanin chuyển sang dạng anion có màuxanh Khi pH môi trường càng cao, ion H+ trong nhóm –OH còn lại bị phân hủy và khi

ấy điện tử không còn, màu xanh trở nên xanh hơn bởi vì ánh sáng hấp phụ trở

thành đỏ hơn Trong môi trường trung tính, cả hai dạng cùng tồn tại nên dung dịch

có màu tím

Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở trong vòng pyran càng cao thì màu đỏcàng đậm Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắccũng sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít

Các Anthocyanin cũng phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường:

 Khi ở pH>7 các Anthocyanin có màu xanh và khi pH< các Anthocyanin

 Ở pH = 7-8 lại về dạng bazơ Quinoidal Anhydro màu xanh

Màu sắc của Anthocyanin còn có thể thay đổi do hấp thụ trên polysaccharide.Khi đun nóng lâu dài các Anthocyanin có thể bị phá hủy và mất màu

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụcực đại tại bước sóng 510 ÷ 540nm Độ hấp thu là yếu tố liên quan mật thiết đếnmàu sắc của Anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độAnthocyanin: thường pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độAnthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh

 Khả năng hòa tan của Anthocyanin:

Athocyanin là những hợp chất phân cực, do đó các dung môi phổ biến nhấtđược sử dụng trong các phương pháp nghiên cứu là hỗn hợp dung dịch ethanol,methanol hoặc acetone (Kahkone, Hopia & Heinoen, 2001) Trong số các phương phápphổ biến nhất là những người mà sử dụng chất trích ly là methanol hoặc ethanol

ở pH axit (Amr & Al Tamimi, 2007) Từ những phương pháp này, việc khai thácvới methanol là hiệu quả nhất (Kapasakalidis, Rastall, & Gordon, 2006); trong thực

tế, nó đã được tìm thấy rằng trích ly Anthocyanin từ bột nho, với việc tách chiết vớimethanol là 20% hiệu quả hơn so với ethanol, và 73% hiệu quả hơn chỉ có nước

13

(Metivier, Francis, & Clydesdale, 1980) Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp thựcphẩm ethanol được ưa thích hơn do methanol rất độc Trong Anthocyanin chiết từnho đen, một dung dịch nước Trong một số nghiên cứu, dung môi với 80% EtOHbão hòa với SO2 được sử dụng chiết tách Anthocyanin (Romani et al, 1999), trongnghiên cứu quan sát rằng các loại dung môi, nồng độ SO2 và nhiệt độ ảnh hưởngđến quá trình khai thác Anthocyanin Các Anthocyanin từ lúa miến đen được chiếtxuất với HCl 0,1% trong MeOH và 70% acetone dịch nước (Awika et al, 2005).

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc và độ bền của Anthocyanin.

So với đa số các chất màu thiên nhiên, Anthocyanin là chất màu có độ bềnkém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường acid Ngoài ra, nó có thể phânhủy tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạngmàu nâu cộng với những sản phẩm không tan

Sự phân hủy Anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích ly và tinh chếchúng, đồng thời sự phân hủy này còn xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản cácsản phẩm thực phẩm

Độ bền của các Anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hóahọc của Anthocyanin, pH, nhiệt độ, sự có mặt của copigment, ion kim loại, oxy,acid ascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Vì vậy, nghiên cứu các yếu tổ ảnh hưởng đến độ bền của Anthocyanin là điều cầnthiết trước khi ứng dụng nó như một chất màu thực phẩm

1.2.5.1 Cấu trúc

a Cấu trúc chuyển hóa trong môi trường lỏng

Trong môi trường nước các Anthocyanin tự nhiên giống như chất chỉ thị pH

đỏ ở pH thấp, đỏ xanh ở pH trung tính và không màu ở pH cao

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc anthocyanin chuyển hóa trong

nước.(Jackman and Smith, 1992)

Tại pH đã cho, tồn tại một cân bằng giữa 4 cấu trúc của Anthocyanin vàaglycone: quinonoidal (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation flavylium (AH+) màu

đỏ, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu

Khi pH < 2.0, các Anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flavylium màu đỏ(R3=0-đường) hoặc màu vàng (R3 = H).Khi pH tăng, sự mất proton xảy ra nhanhthành dạng quinononidal màu xanh dương hoặc màu đỏ Dạng quinonoidal thườngtồn tại như một hỗn hợp vì pKa của nhóm OH ở vị trí 4’,7 và 5 (nếu có) là tương tự.Khi để yên, sự chuyển hóa hơn nữa sẽ xảy ra đó là sự tách nước của cationflavylium cho dạng carbinol không màu hay pseudobase (hemiacetal), dạng này cânbằng với dạng chalcone vòng mở không màu

Cis (CE) và trans-chalcone (Cz) được tạo thành từ carbinol pseudobase bởiphản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Cả 2 chalcone bình thường bởichung có nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong đó chalcone bình thường cónhóm carbonyl ở kế cận vòng A

Dạng quinonoidal base được tạo thành thông thường ở pH > 3 Cation flavyliumtương đối bền ở môi trường acid (như pH < 3) Trong môi trường trung tính hay acidyếu, Anthocyanin tồn tại chủ yếu ớ các dạng không màu Vì vậy, sự ổn định của cácdạng mang màu, đặc biệt là dạng quinonoidal base, một phần là do sự

xuất hiện của các gốc acid gắn vào phân tử đường, hay còn gọi là sự co-pigment hóanội phân tử Sở dĩ sự co-pigment hóa nội phân tử giúp tăng độ bền của phân tửAnthocyanin là do sự xếp chồng của vòng thơm trong gốc acid với vòng pyryliumcủa phân tử Anthocyanin, giảm bớt khả năng bị các phân tử nước tấn công hìnhthành các hợp chất carbinol, chalcone không màu Ngoài ra, hiệu ứng copiment hóangoại phân tử cũng có thể giúp làm bền các cấu trúc quinoldal base hay ionflavylium do sự có mặt của những phức chất không màu, như các flavone, flavonol.Trong quá trình xử lý nhiệt và ánh sáng, quá trình co-pigment hóa ngoại phân tử giữvai trò quan trọng, ngăn chặn sự mất màu có thể xảy ra Cơ chế phân hủy do nhiệtnói chung do chuyển hóa thuận nghịch của các ion flavylium thành các dạngchalcone Chalcone là chất trung gian trong cả hai quá trình phân hủy do nhiệt vàánh sáng của Anthocyanin Theo các nghiên cứu gần đây (Davis và cộng sự, 1983;Mazza và Brouiỉìard, 1990) hiệu ứng co-pigment hóa chính là cơ chế làm bền màuchính của Anthocyanin trong thực vât do, nó làm giảm tỉ lệ giữa dạng không mangmàu (chalcone) và dạng mang màu thông qua việc tạo phức với dạng mang màu,ngăn chặn quá trình chuyển hóa từ dạng mang màu sang dạng không mang màu.

Trong dung dịch, Anthocyanin dạng không acyl hóa hay acyl hóa một đơn

vị đóng vai trò như một chất chỉ thị pH, tồn tại ở dạng acid hay base tùy thuộc vàogiá trị pH Ở pH acid (pH < 3), dung dịch Anthocyanin cho màu đỏ đậm Khi pHtăng, màu sắc của dung dịch sẽ nhạt dần và chuyển sang không màu và cuối cùng cómàu tím hay xanh dương ở pH cao (pH > 6)

b Cấu trúc hóa học

Các pigment Anthocyanin thường có độ bền thấp trong tế bào sống củachúng Như đã trình bày ở trên, độ bền của các Anthocyanin phụ thuộc vào rất nhiềuyếu tố: Cấu trúc hóa học của Anthocyaninm, pH, nhiệt độ, sự có mặt của phản ứngco-pigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và cácsản phẩm biến tính của chúng

Độ bền màu và cường độ màu của các Anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và

số lượng của các nhóm hydroxyl, methoxyl, đường và các đường được acyl hóa.Khi số nhóm hydroxyl trong vòng B tăng, cực đại hấp thụ ở vùng thấy được dịchchuyển về phía có bước sóng dài hơn và màu thay đổi từ cam đến xanh dương

Ví dụ: bước sóng hấp thụ cực đại trong dung dịch HCL 0,01% MeOH là 535

nm (cam) đối với pelgonidin, 535 nm (đỏ cam) đối với cyaniding, 545 nm (đỏ xanh)đối với dephinidin.các nhóm methoxyl thay thế các nhóm hydroxyl cho kết quảngược lại Nhóm hydroxyl tại vị trí C-3 đặc biệt có ý nghĩa quan trọng vì nó dịchchuyển từ màu cam vàng đến màu đỏ nhưng 3 - deoxyAnthocyanin : luteolinidin vàtricetinidin có màu vàng; 3 - deoxyanthocyanidin bền hơn các anthocyanidin khác(Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và Sueny, 1983)

Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C-5 và nhóm thế ở vị trí C-4, cả 2 bềnhóa dạng có màu thông qua sự ngăn cản các phản ứng hydrat hóa dẫn đến dạngkhông màu

Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tính bền của các Anthocyanin

sẽ giảm Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa,sẽ thu được kết quả ngược lại

Ví dụ: sự có mặt của nhóm OH ở vị trí 4’ và 7 trong phân tử làm bền hóađáng kể các pigment, trong khi đó, sự methoxyl hóa có nhóm hydroxyl này làmgiảm độ bền

Các Anthocyanin được glycosyl hóa và acyl hóa sẽ cho dạng màu xanh Sựglycol hóa những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của Anthocyanin Vì vậy, cácdiglucoside bền hơn các monoglusidc của cùng một Anthocyanin

Ví dụ: thời gian bán sống (giảm 50% độ hấp thu tại bước sóng hấp thu cựcđại) của các cianidin 3 - utinoside là 65 ngày tại nhiệt độ phòng trong dung dịchacid citric 0,01M, pH = 2,8 Trong khi đó anthocyanidin tự do trong cùng điều kiện

có thời gian bán sống chỉ có 12h

Hình 1.5 Những màu sắc phổ biến của các loại athocyanin

olive/production-of-anthocyanins-in-grape-cell-cultures-a-potential-source-of-

(intechopen.com/books/the-mediterranean-genetic-code-grapevine-and-raw-material-for-pharmaceuti)Anthocianin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như tematin, platyconin,cinerarrin, gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc acidyếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trongAnthocyanin và acid vòng thơm Brouillard (1981-1982) và Goto cùng với cộngviên (1982-1983) khảo sát rằng các Anthocyanin diacylate hóa được bền hóa bởi sựliên kết chặt nhờ sự tương tác giữa vòng Anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm

1.2.5.2 pH

Trong môi trường nước, pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sắc củaAnthocyanin (Brouillard 1984,Mzza và Brouillard 1987) Cấu trúc, độ bền màu,màu sắc của Anthocyanin thay đổi theo sự thay đổi của pH Sự thay đổi cấu trúc củaAnthocyanin khi pH thay đổi đã được đề cập trong phần cấu trúc chuyển hóa

Ở pH < 2.0, dung dịch Anthocyanin có màu hầu như đỏ (R3 = O-đường)hoặc vàng (R3 = H) Khi tăng pH của dung dịch, màu của các Anthocyanin nhạtdần Khi pH trong khoảng 4.0-6.0, hầu hết các Anthocyanin đều có dạng khôngmàu Nếu tiếp tục tăng pH, dung dịch sẽ có màu tím hoặc xanh dương và màu này

có thể chuyển sang màu vàng khi để yên hoặc xử lý nhiệt

Sự biến tính của các Anthocyanin tăng mãnh liệt với sự tăng của pH trong môi trường có oxy.

Chẳng hạn: rubrobraxinin cloma là các Anthocyanin của bắp cải tím là một triglucozit của xianidin

Khi: pH = 2,4 - 4,0 có màu đỏ thắm

pH = 4 - 6 thì có màu tím

pH = 6 thì có màu xanh lam

pH là kiềm thì có màu xanh lá cây

Hình 1.6 Sự chuyển đổi cấu trúc của anthocyanin trong điều kiện môi

Hình 1.7 Sơ đồ sự biến tính của anthocyanin 3,5-diglucoside

tại pH 3,7 (Zhaohua Hou, 2013)

Khi một cấu trúc của Anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũngbền với sự gia tăng của nhiệt độ Sự hydroxyl hóa các aglycone làm giảm tính bềncủa Anthocyanin, trong khi sự methoxyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quảngược lại

Ví dụ: Anthocyanin 3-glycoside có độ bền nhiệt lớn nhất tại pH = 1.8 - 2.0với sự có mặt của oxy trong khi Anthocyanidin 3,5-diglycoside có độ bền nhiệt lớnnhất tại pH = 4.0 - 5.0

Cơ chế của sự phân hủy nhiệt xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ màcòn phụ thuộc vào bản thân Anthocyanin đó

Drazdina cho rằng coumarin glycoside là sản phẩm phân hủy phổ biến củaAnthocyanin 3,5 - diglycoside và cơ chế của sự phân hủy là: đầu tiên cấu trúc cationflavylium chuyển thành dạng quinonidal base, tiếp theo là hình thành nhiều dạngsản phẩm trung gian và cuối cùng thu được dẫn xuất coumarin và thành phần tươngứng với vòng B của anthocyanidin Sự biến tính này không những được xúc tiến bởinhiệt độ mà còn bị ảnh hưởng bởi oxy

Anthocyanidin 3-glycoside thì không hình thành những dẫn xuất coumrin màbước đầu tiên của sự phân hủy bao gồm sự chuyển hóa của dạng carbinolpseudobase không màu, sau đó là sự mở vòng pyrylium để hình thành dạngchalcone trước khi thủy phân liên kết glycoside

Adams cho rằng, các anthocyanidin 3-glycoside khi được nung nóng ở pH =2.0-4.0 đầu tiên sẽ bị thủy phân liên kết glycoside (ở 100°C) sau đó là sự biến đổiaglycone thành chalcone Sự biến tính hơn nữa dẫn đến hình thành dạng sản phẩmmàu nâu đặc biệt là với sự có mặt của oxy.

Khi đun nóng lâu dài các Anthocyanin có thể bị phân huỷ và mất màu, đặcbiệt là các Anthocyanin của dây tây, anh đào, củ cải Ngược lại các Anthocyanincủa phúc bồn tử đen cũng trong điều kiện đó lại không bị thay đổi Nhìn chung khigia nhiệt, các chất màu đỏ dễ dàng bị phân huỷ, còn các chất màu vàng thì khó hơn

1.2.5.4 Oxy.

Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phân hủycủa Anthocyanin, từ đó sinh ra những dạng sản phẩm không màu hoặc màu nâu Sựkết tủa và đóng váng trong nước trái cây có thể gây ra từ sự oxy hóa trực tiếp dạngcarbinol pseudobase

Oxy hóa mãnh liệt các Anthocyanin khi nung nóng Oxy và nhiệt độ lànhững tác nhân xúc tiến đăc biệt nhất trong nước ép của blueberry, cherry (anhđào), currant, nho, raspberry và dâu

Lượng Anthocyanin còn lại của dâu sẽ lớn hơn khi đóng chai dưới điều kiệnchân không hoặc nitrogen (Baravingas và Cain, 1965) Độ bền của các pigment củanho, được sử dụng như là chất màu ở nước giải khát được tăng lên khi đóng hộp vớinitrogen

1.2.5.5 Enzyme

Nhiều enzyme nội sinh trong tế bào của cây có khả năng làm mất màuAnthocyanin Những enzyme này được gọi chung là anthocyanase Dựa vào đặctính của các enzyme mà người ta phân làm 2 nhóm: Glycosidase và polyphenoloxidase (PPO) Các enzyme này thu được từ nấm (fugal)

+Glycosidase: là enzyme thủy phân liên kết glycoside của Anthocyanin tạo

ra đường tự do và aglycone này kém bền hơn rất nhiều và mất màu rất nhanh khi cómặt của catecol (Huang 1955)

+Polyphenol oxidase (PPO): tác dụng lên Anthocyanin với sự có mặt của diphenol thông qua cơ chế oxy hóa kết hợp (h 6-6) Theo Gromeck và Markakis, sựthêm vào glycosidase và PPO xúc tác cho quá trình peroxide hóa phân hủyAnthocyanin

o-Hình 1.8 Sự biến tính Anthocyanin với phản ứng oxy hóa atechol

(Wiley, 2005)Peng và Markakis đã đề nghị một cơ chế mà trong đó o-quinine được tạothành bởi sự oxy hóa Anthocyanin (H-17) Blom phân lập được enzyme

Anthocyanin - glycosidase từ Aspergillus niger và chỉ ra ảnh hưởng của nó trong

quá trình thủy phân liên kết glycoside của Anthocyanin PPO là enzyme có ảnhhưởng yếu lên Anthocyanin dạng quinonoidal base dễ bị thủy phân bởi PPO hơndạng cation flavylium Tốc độ phân hủy bởi PPO phụ thuộc vào sự thay thế mô hìnhcủa vòng B và mức độ glycosyl hóa

1.2.5.6 Ánh sáng.

Các Anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sángthấy được và các nguồn phóng xạ khác Ánh sáng có 2 ảnh hưởng đến Anthocyanin:tăng cường cho quá trình sinh tổng hợp và xúc tiến sự biến tính của chúng.

Những quả táo giống đỏ sẽ không chín đỏ mà xanh trong bóng tối(Siegenman, 1964 ) Vanburen và cộng sự (1948) tường trình rằng các diglycosideđược acyl hóa và methyl hóa là các diglycoside không bị acyl hóa là ít bền hơn vàmonoglycoside là kém bền nhất, Palamidis và Markakis (1975) đã tìm thấy rằng ánhsáng thúc đẩy quá trình phân hủy Anthocyanin trong nước giải khát có CO2 đượcphối màu với Anthocyanin từ xác nho Macccarone và cộng sự đã nghiên cứu sựquang hóa của Anthocyanin và chỉ ra rằng, Anthocyanin diglycosyl hóa tại vị trí C-

3 và C-5 là bền hơn các Anthocyanin mono glycoyl hóa tại vị trí C-3 đồng thờichúng bền hơn so với các aglycone tương ứng

1.2.5.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Ở nồng độ 100 ppm, đường và các sản phẩm phân hủy của chúng có tác dụngthúc đẩy sự phân hủy các Anthocyanin Fructose, arabinose, lactose và sorbose cókhả năng phân hủy Anthocyanin mạnh hơn glucose, sucrose,và maltose Tốc độphân hủy của Anthocyanin liên quan đến tốc độ phân hủy của đường Các sản phẩmphân hủy của đường gồm có: furfural, 5-hydroxymethyl furfural và acctaldehylđược thu từ phản ứng Mailard hoặc từ sự oxy hóa của acid ascorbic, polyuronichoặc ở bản thân các Anthocyanin Những sản phẩm phân hủy này dễ dàng ngưng tụvới các Anthocyanin hình thành những hợp chất phức tạp có màu nâu sẫm Sự phânhủy Anthocyanin với sự có mặt của furfural và HMF trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt

độ và rõ nét nhất là trong nước trái cây sự có mặt của oxy làm tăng thêm hiệu quảphân hủy của tất cả các loại đường và các dẫn xuất của chúng

Hình1.9 Phản ứng ngưng tụ của A: Cyanidin và furural; B:

Cyanidin ketobase và furural (Wiley, 2005)

1.2.5.8 Các ion kim loại.

Một số ion kim loại đa hóa trị có thể tương tác với các Anthocyanin có nhóm

OH ở vị trí ortho gây ra hiệu ứng sâu màu (bathocromic) Hiện tượng này xảy ra khikim loại tiếp xúc với Anthocyanin trong quá trình chế biến rau quả hoặc sự chothêm các muối kim loại vào trong thực phẩm

Sistrunk và Cash đã chứng minh rằng có thể bền hóa màu của dịch trích dâubằng cách thêm vào đó muối thiếc Francis (1977) công bố rằng, các ion Ca, Fe, Altạo thêm sự bảo vệ cho Anthocyanin của nước ép trái việt quất (cranberry), nhưng

sự biến đổi màu xảy ra là do sự tạo phức giữa ion kim loại và tannin, kết quả saucùng là không có lợi

Trong công nghiệp đồ hộp, sự mất màu của những trái cây có chứa Anthocyanin

là do có phản ứng với thiếc của đổ hộp (Culpepper và Caldwell, 1972) Trong phản ứngvới thiếc, Anthocyanin đóng vai trò như chất khử cực catod hoặc anod Chất khử cựccatod có thể bị khử bởi hydro mới sinh từ phản ứng giữa kim loại và acid, còn chất khửcực anod thường là các Anthocyanin có ít nhất 2 nhóm hydroxyl

ở vị trí ortho

1.2.5.9 Sulfurdioxide (SO2)

Các Anthocyanin thường bị mất màu khi có mặt của SO2 Hiện tượng nàythường xảy ra trong quá trình xử lý các sản phẩm thực phẩm có chứa Anthocyaninbằng SO2 Quá trình khử này có thể là thuận nghịch hoặc bất thuận nghịch Trái cây

và nước quả được xử lý bằng một lượng trung bình SO2 (500-2000 ppm), làm mấtmàu các Anthocyanin của chúng trước khi chế biến, hơn nữa, chúng được desulfithóa và màu Anthocyanin được phục hồi Jurd đã đề nghị sơ đồ phản ứng thuậnnghịch giữa SO2 và Anthocyanin trong đó, dạng có màu flavylium phản ứng với ionbisulphate tạo thành chromene - 2 - (hoặc 4 ) - sulphonic acid

Hình 1.10 Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO 2 và

Anthocyanin (Wiley, 2005)

SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30 ppm) có thể ức chế sự biến tính doenzyme của Anthocyanin trong quả anh đào nhưng không làm mất màu chúng(Goodman và Markakis, 1965 ) Sự tẩy màu bất thuận nghịch xảy ra trong quá trìnhtẩy quả với lượng lớn SO2 (0.8 - 1.5% ) và soda (0.4 - 1.0%) được dùng trong quátrình tẩy quả Phản ứng bất thuận nghịch này chưa được biết hoàn toàn

1.2.5.10 Acid ascorbic

Nhiều nhà khảo sát (Beatic và cộng sự 1943; Pederson và cộng sự 1947; Kertesz1952; Meschter 1953; Markakis và cộng sự 1957; Starr và Francis 1968) quan

sát sự biến mất đồng thời của acid ascorbic và Anthocyanin trong nước trái cây tồntrữ và đề nghị một tương tác có thế có giữa 2 hợp chất này Acid ascorbic hiện diệntrong hầu hết các sản phẩm trái cây, vitamin này bị oxy hóa tạo thành H2O2 và chính

Hình 1.12 Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa Ascorbic acid và

Anthocyanin.

1.2.6 Ứng dụng của Anthocyanin

Anthocyanin được dùng như chất màu thực phẩm với tính an toàn cao vàmàu sắc đa dạng đẹp mắt

Khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, chống viêm, chống các tia phóng xạ

Hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, sự phát triển của các tế bào ung thư

Athocyanin còn có vai trò thu hút côn trùng giúp cho sự thụ phấn của cây diễn

Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thựcphẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, Anthocyanin còn là hợp chất cónhiều đặc tính sinh học quý như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng đểchống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm

sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triểncủa các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ.

Những đặc tính quý báu của Anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chấtmàu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra mộthướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu Anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trongđời sống hằng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm Điều đó hoàntoàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khaithác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàncao cho người sử dụng

1.2.7 Các Anthocyanin đã được thương mại hóa

Encolor liqid DS (công ty Reggianna, Antociani, Italy) là dịch trích vỏ nho côđặc

Redberry liqid 88-01 được sản xuất bởi công ty Gillette Food Inc, là dịchtrích quả của alderberry, blackberry, blueberry, blackcurrant

Sambucus NR 54 được sản xuất bởi công ty Gilette Food Inc, là dịch tríchAnthocyanin từ elderberry

San Red Liqid RC-EX được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries( Nhật) là dịch cô đặc từ bắp cải đỏ mà chúng chứa Anthocyanin diacyl hóa

Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries

là bột sấy khô của dịch tr ích từ bắp cải đỏ

Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries

là bột sấy khô của dịch trích từ bắp cải tím

1.3 Những kết quả nghiên cứu trong nước và thế giới

1.3.1 Phương pháp tách chiết Anthocyanin từ gạo.

Anthocyanin là hợp chất màu với những hoạt tính sinh học quý giá, người taluôn tìm những biện pháp trích ly chúng nhiều nhất từ nhiều nguồn nguyên liệu

Trong gạo tím có thể chứa hàm lượng Anthocyanin cao và trong đó có haithành phần chủ yếu: cyanidin và peonidin Trong những bài nghiên cứu trích lyAnthocyanin từ gạo đen thường sẽ chọn ra những loại dung môi, thời gian, nhiệt độ

để thu được Anthocyanin cao nhất

Như bài nghiên cứu về việc trích ly Anthocyanin từ gạo tím Sóc Trăng,nhóm nghiên cứu đã lựa chọn khảo sát các các yếu tố trong quy trình trích ly: tỷ lệdung môi trích ly H2O:EtOH, pH của dung môi trích ly để cho hiệu quả trích ly caonhất, nhiệt độ, thời gian để thu hồi lượng Anthocyanin cao nhất

Ngoài ra còn có nghiên cứu khác sử dụng dung môi MeOH:HCl 1% tỉ lệ85:15 (v:v) (R.Sompong, 2010)

Với mỗi nghiên cứu sử dụng một dung môi khác nhau sẽ sẽ cho ra hiệu quảkhác nhau Việc sử dụng dung môi sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố nhiệt độ và thờigian khác nhau

1.3.2 Phương pháp trích ly Anthocyanin từ quả dâu Hội An.

Trong quả dâu, Anthocyanin được phân bố ở tế bào, với bản chất là một hợpchất thiên nhiên khá phân cực

Vì vậy trong quá trình nghiên cứu lựa chọn những hệ dung môi tách chiếtkhác nhau để có thu được lượng Anthocyanin nhiều nhất:

+ Methanol - nước - HCl (tỷ lệ 1:1,1% HCl)

+ Ethanol - nước - HCl (tỷ lệ 1:1,1% HCl)

+ Nước - HCl (1%)

+ Nước - formic acid (5%)

+ Nước - acetic acid (5%)

Hệ dung môi tốt cho quá trình tách chiết chất màu Anthocyanin là nước là 1:1 (với 1% HCl) Hệ dung môi này cũng có thể dùng để tách chất màu