Nghiên cứu sự ảnh của ph đến màu, độ bền màu và ứng dụng của anthocyanin từ bắp cải tím

Chỉ thị là chất đóng vai trò rất quan trọng trong Hóa học phân tích, cũng như Hóa học thực phẩm hiện nay. Trong Hóa học phân tích, chất chỉ thị giúp ta tiến hành phân tích mẫu, chuẩn độ, pha chế, phát hiện nhanh pH môi trường… một cách dễ dàng và chính xác. Cũng như trong Hóa học thực phẩm, chất chỉ thị giúp ta thuận lợi hơn trong việc xác định đặc tính môi trường của sản phẩm, từ đó có thể tiến hành kiểm tra, bảo quản sản phẩm một cách phù hợp hoặc có thể phát hiện nhanh sự có mặt của một số chất cấm trong thực phẩm như hàn the trong nem, chả… đặc biệt trong nền giáo dục hiện nay, chất chỉ thị là chất không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm hóa học của các cấp mà nhiều nhất là bậc Trung học. Hiện nay, trên thị trường có một số chất chỉ thị như: Phenolptalein, Metyl đỏ, Metyl da cam… Nhưng phần lớn những chất trên đều là chất chỉ thị tổng hợp được nhập khẩu với giá thành cao, kém an toàn cho người sử dụng. Vì vậy, cần có chất chỉ thị an toàn, chính xác, giá thành rẻ, dễ sử dụng là yêu cầu cấp thiết được đặt ra. Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid có màu đỏ, đỏ tía, xanh hiện diện trong một số rau quả như: quả nho, hoa bụt giấm, củ hành đỏ, củ cải đỏ... đặc biệt là dâu tây và bắp cải tím. Ngoài việc cho màu sắc đẹp, an toàn, có hoạt tính sinh học tốt đối với con người như: chống ung thư, chống viêm, chống oxy hóa... Anthocyanin còn được biết với sự thay đổi màu với từng khoảng pH khác nhau. Do có nhiều ưu điểm nên Anthocyain đang được nhiều người trong và ngoài nước quan tâm. Nhưng việc nghiên cứu, ứng dụng nó làm chất chỉ thị an toàn “thông minh” trong Hóa học phân tích và phân tích thực phẩm chưa được đề cập một cách đầy đủ. Do vậy, nghiên cứu sử dụng Anthocyanin làm chất chỉ thị 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.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5

1.1 Chất chỉ thị màu 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Một số chất chỉ thị màu và cấu tạo 6

1.2 Anthocyanin 9

1.2.1 Giới thiệu 9

1.2.2 Cấu trúc hóa học của Anthocyanin 9

1.2.3 Tính chất của Anthocyanin 10

1.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin 11

1.2.5 Một số chức năng và ứng dụng của Anthocyanin 21

1.2.6 Sự phân bố và một số loại rau quả có chứa Anthocyanin 21

1.3 Nguyên liệu và phương pháp chiết tách 22

1.3.1 Nguyên liệu 22

1.3.2 Các phương pháp trích ly 25

Kết luận 29

CHƯƠNG II: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Phương tiện nghiên cứu 30

2.1.1 Hóa chất sử dụng 30

2.1.2 Dụng cụ - Thiết bị 30

2.1.3 Nguyên liệu, chuẩn bị nguyên liệu và quy trình trích ly Anthocyanin từ bắp cải tím 30

2.2 Phương pháp và nội dung nghiên cứu 32

2.2.1 Phương pháp xác định hàm lượng và độ bền màu của Anthocyanin 32

2.2.2 Khảo sát sự ảnh hưởng tỷ lệ của hệ dung môi đến khả năng trích ly

Anthocyanin 34

2.2.3 Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly Anthocyanin từ bắp cải tím 35

2.2.4 Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly Anthocyanin từ bắp cải tím 36

2.2.5 Trích ly, cô đặc và bảo quản mẫu dịch màu Anthocyanin chiết từ bắp cải tím 36

2.2.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến màu của Anthocyanin từ bắp cải tím .37 2.2.7 Xác định khoảng đổi màu của Anthocyanin trong pH 39

2.2.8 So sánh độ chính xác tính chỉ thị của Anthocyanin với các chỉ thị khác 40 2.2.9 Nghiên cứu ứng dụng làm giấy chỉ thị phát hiện nhanh pH môi trường.42 Kết luận 43

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Ảnh hưởng của các yếu tố trích ly 44

3.1.1 Ảnh hưởng của hệ dung môi đến khả năng trích ly Anthocyanin từ bắp cải tím 44

3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ của hệ dung môi đến khả năng trích ly Anthocyanin từ bắp cải tím 47

3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly Anthocyanin 50

3.1.4 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly Anthocyanin 52

3.2 Nghiên cứu khả năng và ứng dụng làm chỉ thị của Anthocyanin 54

3.2.1 Cô đặc và bảo quản Anthocyanin 54

3.2.2 Ảnh hưởng của pH đến màu và độ bền màu của Anthocyanin 55

3.2.3 Khoảng đổi màu của Anthocyanin trong pH 61

3.2.4 Độ chính xác tính chỉ thị của Anthocyanin so với các chỉ thị khác 62

3.2.5 Ứng dụng làm giấy chỉ thị phát hiện nhanh pH môi trường 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

Bảng 1.1 Một số chất chỉ thị thường dùng trong các phòng thí nghiệm Hóa học 8

Bảng 1.2 Một số loại Anthocyanin phổ biến 22

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của bắp cải 24

Bảng 3.1 Kết quả thống kê hàm lượng Anthocyanin (%) sau khi trích trong các hệ dung môi và hệ dung môi 45

Bảng 3.2 Kết quả thống kê hàm lượng Anthocyanin (%) sau khi trích ly trong hệ với tỷ lệ Ethanol/Nước khác nhau 47

Bảng 3.3 Hàm lượng % Anthocyanin sau khi trích ly tại các nhiệt độ 50

Bảng 3.4 Hàm lượng Anthocyanin sau khi trích ly tại các thời gian 53

Bảng 3.5 Kết quả đo độ hấp thụ tại bước sóng λmax= 518 nm và λ = 700 nm 54

Bảng 3.6 Màu của Anthocyanin trong các pH khác nhau 56

Bảng 3.7 Bước sóng hấp thu cực đại của dịch màu theo pH 57

Bảng 3.8 Mối liên hệ giữa ánh sáng hấp thụ vào màu sắc ánh sáng hấp thụ 59

Bảng 3.9 Độ bền màu (%) của dịch màu Anthocyanin theo thời gian 60

Bảng 3.10 Màu sắc dịch Anthocyanin pH = 5 ÷ 8 62

Bảng 3.11 Kết quả xác định nồng độ NaOH bằng 20 ml HCl 0,1N 62

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của Metyl da cam 6

Hình 1.2 Metyl da cam trong môi trường kiềm và trung tính 6

Hình 1.3 Metyl da cam trong môi trường axit 6

Hình 1.4 Cân bằng chuyển dịch của Metyl da cam trong môi trường axit – bazơ 6

Hình 1.5 Cơ chế phản ứng điều chế Phenolptalein 7

Hình 1.6 Cân bằng chuyển dịch của Phenolptalein trong môi trường axit – bazơ 7

Hình 1.7 Cân bằng chuyển dịch của quỳ tím trong môi trường axit – bazơ 8

Hình 1.8 Cấu trúc cơ bản của aglucon của Anthocyanin 9

Hình 1.9 Cấu trúc chuyển hoá của Anthocyanin trong nước 11

Hình 1.11 Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 – diglucoside tại pH = 3,7 14

Hình 1.10 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 450C trong trường hợp có Oxygen hoặc Nitrogen 14

Hình 1.12 Sự biến tính Anthocyanin với phản ứng oxy hoá catechol 16

Hình 1.13 Phản ứng ngưng tụ của Cyanidin và Furfural 18

Hình 1.14 Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và Anthocyanin 19

Hình 1.15 Sự chuyển hoá malvin thành malvone bởi H2O2 tạo thành từ sự oxy hoá vitamin C 20

Hình 1.16 Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa vitamin C và Anthocyanin.20 Hình 1.17 Bắp cải tím 23

Hình 1.18 Công thức cấu tạo của Cyanidin 3,5 – diglucoside từ bắp cải tím .25 Hình 1.19 Quá trình trích ly một đoạn 26

Hình 1.20 Quá trình trích ba đoạn giao dòng 27

Hình 1.21 Quá trình trích nhiều đoạn nghịch dòng 27

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím 31

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến màu của Anthocyanin 38

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình thí nghiệm xác định khoảng đổi màu của Anthocyanin 40

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình thí nghiệm so sánh tính chỉ thị của Anthocyanin 41

hệ dung môi 45

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ hệ dung môi (Ethanol – Nước) đến hàm lượng Anthocyanin (%) sau khi trích ly 49

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly Anthocyanin 51

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly Anthocyanin 53

Hình 3.5 Phổ hấp thụ của dịch chiết tại bước sóng cực đại (λmax = 518 nm) và λ = 700nm 55

Hình 3.6 Dãy đổi màu của Anthocyanin trong pH (a: pH = 1 ÷ 6,5; b: pH = 7 ÷ 13) 56 Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đến bước sóng hấp thụ cực đại λmax 58

Hình 3.8 Đường tròn bổ trợ màu 58

Hình 3.9 Độ bền màu của Anthocyanin trong pH theo thời gian 60

Hình 3.10 Sự chuyển màu của Anthocyann trong pH = 5 ÷ 8 61

Hình 3.11 Sự chuyển màu của Anthocyanin khi chuẩn độ axit – bazơ 63

Hình 3.12 Mẫu giấy lọc trước và sau khi tẩm 64

Hình 3.13 Màu sắc giấy chỉ thị trong các môi trường 64

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Chỉ thị là chất đóng vai trò rất quan trọng trong Hóa học phân tích, cũng nhưHóa học thực phẩm hiện nay Trong Hóa học phân tích, chất chỉ thị giúp ta tiếnhành phân tích mẫu, chuẩn độ, pha chế, phát hiện nhanh pH môi trường… một cách

dễ dàng và chính xác Cũng như trong Hóa học thực phẩm, chất chỉ thị giúp ta thuậnlợi hơn trong việc xác định đặc tính môi trường của sản phẩm, từ đó có thể tiếnhành kiểm tra, bảo quản sản phẩm một cách phù hợp hoặc có thể phát hiện nhanh sự

có mặt của một số chất cấm trong thực phẩm như hàn the trong nem, chả… đặc biệttrong nền giáo dục hiện nay, chất chỉ thị là chất không thể thiếu trong các phòng thínghiệm hóa học của các cấp mà nhiều nhất là bậc Trung học Hiện nay, trên thịtrường có một số chất chỉ thị như: Phenolptalein, Metyl đỏ, Metyl da cam… Nhưngphần lớn những chất trên đều là chất chỉ thị tổng hợp được nhập khẩu với giá thànhcao, kém an toàn cho người sử dụng Vì vậy, cần có chất chỉ thị an toàn, chính xác,giá thành rẻ, dễ sử dụng là yêu cầu cấp thiết được đặt ra

Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid cómàu đỏ, đỏ tía, xanh hiện diện trong một số rau quả như: quả nho, hoa bụt giấm, củhành đỏ, củ cải đỏ đặc biệt là dâu tây và bắp cải tím Ngoài việc cho màu sắc đẹp,

an toàn, có hoạt tính sinh học tốt đối với con người như: chống ung thư, chốngviêm, chống oxy hóa Anthocyanin còn được biết với sự thay đổi màu với từngkhoảng pH khác nhau Do có nhiều ưu điểm nên Anthocyain đang được nhiềungười trong và ngoài nước quan tâm Nhưng việc nghiên cứu, ứng dụng nó làm chấtchỉ thị an toàn “thông minh” trong Hóa học phân tích và phân tích thực phẩm chưađược đề cập một cách đầy đủ Do vậy, nghiên cứu sử dụng Anthocyanin làm chấtchỉ thị là việc làm cần thiết, có ý nghĩa nhằm khai thác, phát triển hơn nữa các hợpchất hữu cơ có nguồn gốc thiên nhiên Từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành nghiên

cứu đề tài “Nghiên cứu sự ảnh của pH đến màu, độ bền màu và ứng dụng của Anthocyanin từ bắp cải tím”.

khẳng định màu Anthocyanin thay đổi từ đỏ đến xanh khi môi trường thay đổi từ axitsang kiềm

 Huỳnh Thị Kim Cúc và các cộng sự, Xác định hàm lượng Anthocyanin trong một số nguyên liệu rau quả bằng phương pháp pH vi sai, Tạp chí Khoa học

và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, tiến hành nghiên cứu xác định được hàm lượngAnthocyanin trong một số nguyên liệu rau quả thuộc khu cực miền Trung Việt Nambằng phương pháp pH vi sai Kết quả cho thấy một số nguyên liệu có hàm lượngAnthocyanin tương đối cao như: quả dâu ta 1,188%; bắp cải tím 0,909%; vỏ nho0,564%; vỏ cà tím 0,441%; lá tím tô 0,397%; trà đỏ 0,335%

 Nguyễn Thị Hiển và các cộng sự, Nghiên cứu chiết tách Anthocyanin từ Hibiscus Sabdariffa - ứng dụng để sản xuất giấy chỉ thị phát hiện nhanh hàn the trong thực phẩm, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Nông nghiệp Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu sản xuất được giấy chỉ thị phát hiện nhanh hàn the trong thựcphẩm có ngưỡng tối thiểu tốt hơn và độ nhạy tương tự như giấy nghệ

3 Mục đích nghiên cứu

Đề tài được thực hiện với mục đích khảo sát và chứng minh khả năng chỉ thịcủa Anthocyanin được chiết từ bắp cải tím, từ đó đưa ra đề xuất dùng Anthocyaninlàm chất chỉ chị axit – bazơ theo tiêu chuẩn Việt Nam

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Với mục tiêu tìm ra chất chỉ thị an toàn, chính xác, giá thành rẻ, dễ sử dụng

từ bắp cải tím nhằm thay thế một số chất chỉ thị hiện có Nội dung nghiên cứu của

đề tài bao gồm:

 Nghiên cứu cấu tạo, tính chất và ứng dụng từ đó đưa ra giải thích về sự đổimàu của Anthocyanin theo từng khoảng pH khác nhau

 Xây dựng quy trình trích ly và bảo quản Anthocyanin từ bắp cải tím

 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến màu và độ bền màu của Anthocyanin

 Khảo sát khả năng làm chất chỉ thị và ứng dụng làm giấy pH phát hiệnnhanh pH môi trường của Anthocyanin

 Đánh giá kết quả, kết luận về sự đổi màu và độ bền màu theo pH từ đó đưa

ra đề xuất dùng Anthocyanin làm chất chỉ thị an toàn cho tương lai

5 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp thu thập thông tin và số liệu

 Thu thập thông tin từ sách, báo và các đề tài nghiên cứu khoa học đã có

 Thu thập, tìm kiếm dữ liệu từ Internet

 Tham khảo ý kiến của các chuyên gia

 Phương pháp phân tích

Tiến hành trích ly Anthocyanin từ bắp cải tím, sau đó xác định hàm lượngAnthocyanin từ dịch chiết bằng phương pháp pH vi sai và xác định độ bền màubằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử

 Phương pháp xử lí số liệu

 Sử dụng phương pháp thống kê để xử lý số liệu thu thập được

 Sử dụng phương pháp cơ sở dữ liệu (phần mềm Excel) kết hợp với thống

kê để xác định các yếu tố ảnh hưởng

 Sử dụng một số phần mềm tin học khác phục vụ cho việc phân tích và xử

lí số liệu

6 Kết quả đạt được của đề tài

Đề tài tiến hành khảo sát được một số yếu tố thích hợp nhất trong quá trìnhtrích ly Anthocyanin từ bắp cải tím Tiến hành trích ly với hệ dung môi Ethanol –Nước – HCl 1% với tỷ lệ Ethanol/Nước là 1/1, tại nhiệt độ 40oC trong thời gian 75phút

Khảo sát khả năng chỉ thị và ứng dụng của dịch chiết Anthocyanin từ bắp cảitím:

 Dịch chiết sau khi cô đặc hàm lượng Anthocyanin có nồng độ dịchmàu Anthocyanin là 1071,068 mg/l và bước sóng hấp thụ cực đại tại pH = 1 là

λmax= 518nm

 Dịch chiết Anthocyanin đổi màu liên tục trong pH

 Dịch màu Anthocyanin có khoảng đổi màu hẹp, rõ rệt từ đỏ sang màu tímxanh với khoảng pH = 5,5 ÷ 7,5

 Tiến hành ngâm tẩm thành công giấy chỉ thị pH

7 Cấu trúc của đồ án

Đồ án gồm có 3 chương:

 Chương I Tổng quan lý thuyết

 Chương II Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

 Chương III Kết quả thực nghiệm và thảo luận

CHƯƠNG ITỔNG QUAN LÝ THUYẾT.1 Chất chỉ thị màu [2], [3]

1.1.1 Khái niệm

Chất chỉ thị màu là những axit hữu cơ yếu hay bazơ hữu cơ yếu, điện li thuậnnghịch (kí hiệu HA), và đặc biệt anion A- và phân tử HA có màu khác nhau Khicho chất chỉ thị màu vào nước thì cân bằng được thiết lập:

HA H O 2 H O 3  A 

 Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía phải (→) dung dịch có màu của A–

 Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía trái (←) dung dịch có màu của HA

 Nếu một trong một hệ có hai chất có màu khác nhau thì việc quan sát bằngmắt thường chỉ cho phép ta nhận được màu của một chất khi nồng độ của nó ít nhấtgấp 10 lần nồng độ chất kia Như vậy:

Hay

Hay

1.1.2 Một số chất chỉ thị màu và cấu tạo

a Metyl da cam (heliantin)

Metyl da cam là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit

KA = 4.10-4

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của Metyl da cam

Ở môi trường kiềm và trung tính Metyl da cam có màu vàng là màu của anion:

Hình 1.2 Metyl da cam trong môi trường kiềm và trung tính

Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H+) chuyển thành cation màu đỏ:

Hình 1.3 Metyl da cam trong môi trường axit

Cân bằng trong môi trường axit – bazơ được thiết lập như hình 1.4

Màu vàng da cam

Hình 1.4 Cân bằng chuyển dịch của Metyl da cam trong môi trường axit – bazơ

HCl NaOH

to, H2SO4 đ– H2O

b Phenolptalein

Người ta điều chế Phenolptalein bằng cách cho Andiđrit phtalic tác dụng vớiphenol theo phản ứng hình 1.5

Hình 1.5 Cơ chế phản ứng điều chế Phenolptalein

Phenolptalein hình thành ở dạng tinh thể không màu Trong môi trườngkiềm, trước hết Phenolptalein thủy phân tạo ra axit (I) đồng thời do sự ion hoá và sựtách nước tạo ra anion mang điện tích âm hai (II) có cấu tạo quinoit nên dung dịch

có màu đỏ thẫm Khi có dư kiềm, nhóm hiđroxi phenol thứ hai cũng ion hoá và bịtrung hoà nên không còn khả năng tạo thành cấu tạo quinoit Do vậy anion mang ba

HO

H H

OH

C O C

O O

C O C

O

Phenolptalein (dạng lactoit)

Hình 1.6 Cân bằng chuyển dịch của Phenolptalein trong môi trường axit– bazơ

Hình 1.7 Cân bằng chuyển dịch của quỳ tím trong môi trường axit – bazơ Bảng 1.1 Một số chất chỉ thị thường dùng trong các phòng thí nghiệm Hóa học

Chất chỉ thị Màu ởmôi trường axit Khoảngbiến đổi màu Màu ởmôi trường bazơMetyl da cam

Quỳ

Phenolptalein

Đỏ da camĐỏ

Đỏ (hồng)

Trên đây là những chất chỉ thị màu điển hình, phổ biến, được sử dụng rộngrãi nhất hiện nay Nhưng phần lớn đây là những chất chỉ thị màu tổng hợp kém antoàn, giá thành cao nên cũng có rất nhiều hạn chế trong việc sử dụng, đặc biệt làtrong y học, giáo dục và thực phẩm

Ngày nay, không những trong hoá học mà trong các ngành khác như y học,dược học, nông nghiệp, các phòng phân tích, phòng hoá nghiệm, trong giảng dạy chất chỉ thị màu được dùng rất rộng rãi Do vậy, cần có một chất chỉ thị màu antoàn, chính xác, rẻ tiền là một nhu cầu thiết yếu

1.1.2 Anthocyanin [11], [17], [15]

1.1.1 Giới thiệu

Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nước lớnnhất trong thế giới thực vật Thuật ngữ Anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hi 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 chothực vật nhiều màu sắc rực rỡ khác như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian.Các Anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là Anthocynidin hay Aglycon.Mỗi Anthocyanidin có thể bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đường và các axitkhác tại các vị trí khác nhau Vì thế lượng Anthocyanin lớn hơn Anthocyanidin từ15÷20 lần

1.1.2 Cấu trúc hóa học của Anthocyanin

Anthocyanin là những glycozit do gốc đường glucose, glactose, kết hợpvới gốc aglucon có màu được gọi là Anthocyanidin Aglucon của chúng có cấu trúc

cơ bản được mô tả trong hình 1.8 Các gốc đường có thể gắn vào vị trí 3, 5, 7;thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử Anthocyanin gắn đườngvào vị trí 3 gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit Khi thủy phânAnthocyanin thu được đường và Anthoxyanidol Các Aglucon của Anthocyaninkhác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1 và R2 thường là H, OH hoặcOCH3

Hình 1.8 Cấu trúc cơ bản của aglucon của Anthocyanin

1.1.3 Tính chất của Anthocyanin

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hay vô định hình là hợp chất khá phâncực nên tan tốt trong dung môi phân cực Màu sắc của Anthocyanin luôn luôn thayđổi phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, các chất có mặt và nhiều yếu tố khác khi tăng

số lượng nhóm OH trong vòng benzen thì màu càng xanh đậm (trong vòng benzen

có thể có 1, 2 hoặc 3 nhóm OH)

Mức độ methyl hóa nhóm OH trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ.Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổitheo số lượng gốc đường được đính vào nhiều hay ít Tuy nhiên màu Anthocyaninthay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH của môi trường

 Khi pH > 7 các Anthocyanin có màu xanh

 Khi pH < 7 các Anthocyanin có màu đỏ

 Ở pH = 1 các Anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ

 Ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơchalcon không màu

 Ở pH = 7 ÷ 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh

Màu sắc của Anthocyanin còn có thể thay đổi do hấp thụ ở trênpolysaccharide Khi đun nóng lâu dài các Anthocyanin có thể bị phá hủy và mấtmàu

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

Tóm lại, trong môi trường axit các Anthocyanin là những bazơ mạnh và cóthể tạo muối bền vững với axit Anthocyanin cũng có khả năng cho muối với bazơ.Như vậy, chúng có tính chất Amphote Muối với axit thì có màu đỏ, còn muối vớikiềm thì có màu xanh

1.1.1.2.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu 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 axit 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 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, axitascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng

a Cấu trúc

Cấu trúc chuyển hóa:

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

pH Đỏ ở pH thấp, đỏ xanh ở pH trung gian, và không màu ở pH cao Tại pH đãcho, tồn tại một cân bằng giữa 4 cấu trúc của Anthocyanin và Aglycone:quinonoidal (anhydro) bazơ (A) màu xanh, cation flavylium (AH+) màu đỏ, carbinolpseudobase (B), và chalcone (C) không màu (hình 1.9)

Hình 1.9 Cấu trúc chuyển hoá của Anthocyanin trong nước

 Khi pH < 2, các Anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flavylium màu

đỏ (R3=OH) hoặc màu vàng (R3=H) Khi pH tăng, sự mất proton xảy ra nhanh thànhdạng quinononidal màu xanh dương hoặc màu đỏ Dạng quinonoidal thường tồn tạinhư một hỗn hợp vì pKA của nhóm OH ở vị trí 7 và 5 là tương tự

 Khi để yên, sự chuyển hóa xảy ra: có sự tách nước của cation flavyliumcho ra dạng pseudobase (hemiacetal), dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng

mở không màu

Hai dạng Cis (CE) và trans–chalcone–(CZ) được tạo thành từ carbinolpseudobase bởi phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Cả 2 chalcone nàykhác nhau so với chalcone bình thường là bởi chúng có nhóm chức carbonyl ở cạnhvòng B, trong đó chalcone bình thường có nhóm carbonyl ở kế cận vòng A

Cấu trúc hóa học:

 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 thu cực đại trong dung dịch HCl 0,01%

 Pelgonidin: max = 520 nm (cam)

 Cyaniding: max = 535 nm (đỏ cam)

 Dephinidin: max = 545 nm (đỏ xanh)

 Khi nhóm methoxyl thay thế nhóm hydroxyl thì ta thu được kết quả ngượclại Nhóm hydroxyl tại vị trí C3 có ý nghĩa quan trọng vì dung dịch Anthocyaninchuyển từ màu cam vàng đến màu đỏ, điều này giải thích sự khác nhau giữaAnthocyanin có màu đỏ trong khi đó các 3 – deoxyAnthocyanin: Apigenidin,Luteolinidin và Tricetinidin có màu vàng nhưng 3 – deoxyanthocyanidin bền hơncác Anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và Sưêny, 1983)

 Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C5 và nhóm thế ở vị trí C4, cả 2biến hóa dạng có màu thông qua sự ngăn cản các phản ứng hydrat hóa dẫn đến sựtạo thành dạng không màu.

 Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tính bền của cácAnthocyanin sẽ giảm Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa, sẽ thu được kết quảngược lại

Ví dụ: Sự có mặt của nhóm OH ở vị trí 7 trong phân tử làm bền hóa đáng kểcác Pigment Trong khi đó, sự methoxyl hóa có nhóm hydroxyl này làm giảm độ bền

 Các Anthocyanin được glycosyl hóa và acyl hóa sẽ cho dạng màu xanh,

Sự glycol hóa những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của Anthocyanin Vì vậy,các diglucoside bền hơn các monogluside của cùng một Anthocyanin

 Anthocyanin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như Ternatin, Platyconin,Cinerarrin, Tiodenphin và Zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc axityếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trongAnthocyanin và axit 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 kiểu sandwich nhờ sự tương tác giữa vòng Anthocyanin và 2 nhómacyl vòng thơm

b 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 trúccủa Anthocyanin khi pH thay đổi đã được đề cập trong phần cấu trúc chuyển hóa

Năm 1956 Lukton nghiên cứu thấy rằng: Ở pH = 2,0 ÷ 4,5 thì vận tốc phânhủy pelargonidin 3- glucoside trong dịch ép của quả dâu không xác định được khikhông có O2 Khi có mặt O2 pH tăng nhanh, sự biến tính tăng lên mãnh liệt

Đến năm 1972, Adams nghiên cứu thấy rằng ở pH = 2,0 ÷ 4,0 ít ảnh hưởngđến sự phân hủy của Anthocyanin trong suốt quá trình gia nhiệt khi không có O2

Khi có mặt O2 thì Anthocyanin bị biến tính mạnh ở pH trên cấu trúc của chúngcùng với độ bền màu thay đổi với sự thay đổi pH.

c Nhiệt độ

Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, Anthocyanin dễ dàng bịbiến tính dưới tác dụng của nhiệt độ (Markakis 1974)

Hình 1.11 Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 – diglucoside tại pH = 3,7

Khi một cấu trúc của Anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nócũng bền với sự gia tăng của nhiệt độ Sự hydroxyl hóa các aglycone làmgiảm tính bền của Anthocyanin, trong khi sự methoxyl hóa, glycosyl hóa, acylhóa sẽ cho kết quả ngược lại

Hình 1.10 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45 0 C trong trường hợp có Oxygen hoặc Nitrogen

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 nhiệtlớn nhất tại pH = 4,0 ÷ 5,0.

Cơ chế của sự phân hủy nhiệt xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ

mà còn 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, cationflavylium chuyển thành dạng quinonoidal bazơ, tiếp theo là hình thành nhiều dạngsản phẩm trung gian và cuối cùng thu đựơc dẫn xuất coumarin và thành phầntương ứng với vòng B của Anthocyanidin Sự biến tính này không những đượcxúc tiến bởi nhiệt độ mà còn bị ảnh hưởng bởi oxy

Anthocyanidin 3–glycoside thì không hình thành những dẫn xuất coumarin

mà bước 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 100oC) sau đó là sự biếnđổi aglycone thành chalcone Sự biến tính hơn nữa dẫn đến hình thành dạng sảnphẩm màu 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,đặc biệt là các Anthocyanin của dâu tây, anh đào, củ cải Ngược lại cácAnthocyanin của phúc bồn tử đen cũng trong điều kiện đó lại không bị thay đổi.Nhìn chung khi gia nhiệt, các chất màu đỏ dễ dàng bị phân huỷ, còn các chấtmàu vàng thì khó hơn

d Oxy

Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phânhủy của Anthocyanin, do đó mà sinh ra những dạng sản phẩm không màu hoặc

Hình 1.12 Sự biến tính Anthocyanin với phản ứng oxy hoá catechol

màu nâu Chính sự oxy hóa trực tiếp dạng carbinol pseudobase đã gây ra sự kết tủa

và đóng váng trong nước trái cây

Trong quá trình đun nóng các Anthocyanin bị oxy hóa mãnh liệt Oxy vànhiệt độ là những tác nhân xúc tiến đặc biệt nhất trong nước ép của: blueberry,cherry (anh đào), currant, raspberry,…

Lượng Anthocyanin còn lại của dâu sẽ lớn hơn khi đóng chai dưới điềukiện chân không hoặc nitrogen (Baravingas và Cain, 1965) Độ bền của cácPigment của nho còn được sử dụng như là chất màu ở nước giải khát được tăng lênkhi đóng hộp với nitrogen

e 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 Anthocyanintạo ra đường tự do và aglycone này kém bền hơn rất nhiều và mất màu rất nhanh khi

có mặt của catecol (Huang 1955)

 Polyphenol oxidase (PPO): tác dụng lên Anthocyanin với sự có mặt củaO-diphenol thông qua cơ chế oxy hóa kết hợp Theo Gromeck và Markakis, sự thêmvào glycosidase và PPO xúc tác cho quá trình peroxide hóa phân hủy Anthocyanin

Peng và Markakis đã đề nghị một cơ chế mà trong đó O-quinine được tạothành bởi sự oxy hóa Anthocyanin Blom phân lập được enzyme Anthocyanin-glycosidase từ Aspergillus Niger và chỉ ra ảnh hưởng của nó trong quá trình thủyphân liên kết glycoside của Anthocyanin PPO là enzyme có ảnh hưởng yếu lênAnthocyanin dạng quinonoidal bazơ dễ bị thủy phân bởi PPO hơn dạng cationflavylium Tốc độ phân hủy bởi PPO phụ thuộc vào sự thay thế mô hình của vòng B

và mức độ glycosyl hóa

f Ánh sáng

Các Anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sángthấy được và các nguồn phát xạ khác Ánh sáng có 2 ảnh hưởng đến Anthocyanin:

 Tăng cường cho quá trình sinh tổng hợp

 Xúc tiến sự biến tính của chúng

Năm 1964, Siegenman cho rằng những quả táo giống đỏ sẽ chuyển sang màuxanh khi để trong bóng tối Năm 1968 Vanburen và các cộng sự tường trình rằngcác diglucoside được acyl hóa và methyl hóa thì các Anthocyanin trong rượu bềnnhất khi để ngoài ánh sáng, các diglucoside không bị acyl hóa là ít bền hơn vàmonoglucoside là kém bền nhất, năm 1975 Palamidis và Markakis đã tìm thấy rằngánh sáng thúc đẩy quá trình phân hủy Anthocyanin trong nước giải khát có CO2

được phối màu với Anthocyanin từ xác nho Macccarone và cộng sự đã nghiên cứu

sự quang hóa của Anthocyanin và chỉ ra rằng, Anthocyanin diglycosyl hóa tại vị trí

C3 và C5 là bền hơn các Anthocyanin monoglycoyl hóa tại vị trí C3 đồng thời chúngbền hơn so với các aglycone tương ứng

g Đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Ở nồng độ 100 ppm, đường và các sản phẩm phân hủy của chúng có tácdụng thúc đẩy sự phân hủy các Anthocyanin, trong đó fructose, arabinose, lactose

và sorbose có khả năng phân hủy Anthocyanin mạnh hơn glucose, sucrose, vàmaltose Tốc độ phân hủy của Anthocyanin liên quan đến tốc độ phân hủy củađường Các sản phẩm phân hủy của đường gồm có: furfura l,5–hydroxymethyl

furfural và acctaldehyde thu được từ phản ứng Mailard hoặc từ sự oxy hóa của axitascorbic, polyuronic hoặc ở bản thân các Anthocyanin Những sản phẩm phân hủynày dễ dàng ngưng tụ với các Anthocyanin hình thành những hợp chất phức tạp cómàu nâu sẫm Sự phân hủy Anthocyanin với sự có mặt của furfural và HMF trựctiếp phụ thuộc vào nhiệt độ và được thấy rõ nhất là trong nước trái cây sự có mặtcủa nó làm tăng thêm hiệu quả phân hủy của tất cả các loại đuờng và các dẫn xuấtcủa chúng.

Hình 1.13 Phản ứng ngưng tụ của:

a) Cyanidin và furfural b) Cyanidin ketobase và furfural

h 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 phầm

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 mận việt quất (cranberry),nhưng sự biến đổi màu xảy ra là do sự tạo phức giữa ion kim loại và tannin, kết quảsau cùng là không có lợi

(a)

(b)

Trong công nghiệp đồ hộp, sự mất màu của những trái cây có chứaAnthocyanin là do có phản ứng với thiếc của đổ hộp (Culpepper và caldwell, 1972).Trong phản ứng với thiếc, Anthocyanin đóng vai trò như chất khử cực catod hoặcanod Chất khử cực catod có thể bị khử bởi hydro mới sinh từ phản ứng giữa kimloại và axit, còn chất khử cực anod thường là các Anthocyanin có ít nhất 2 nhómhydroxyl ở vị trí ortho.

i Sunphurdioxide (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 desunfithóa 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 axit

Hình 1.14 Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch

giữa SO 2 và Anthocyanin

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 trình

tẩy 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.

j Axit ascorbic

Nhiều nhà khảo sát (Beatic và cộng sự 1943; Pederson và cộng sự 1947;Kertesz 1952; Meschter 1953; Markakis và cộng sự 1957; Starr và Francis 1968)quan sát sự biến mất đồng thời của axit ascorbic và Anthocyanin trong nước tráicây tồn trữ và đề nghị một tương tác có thể có giữa 2 hợp chất này Axit ascorbichiện diện trong hầu hết các sản phẩm trái cây, vitamin này bị oxy hóa tạo thành

H2O2 và chính H2O2 làm mất màu Anthocyanin

Hình 1.15 Sự chuyển hoá malvin thành malvone bởi H 2 O 2 tạo thành

từ sự oxy hoá vitamin C

Shrikhande và Francis đã tìm thấy rằng các ion đồng xúc tiến và cácflavonoid làm giảm sự phân hủy của cả hai axit ascorbic và Anthocyanin Nhữngsản phẩm không màu Axit dehyroascorbic cũng có thể làm mất màu Anthocyaninnhưng tại tốc độ thấp hơn axit ascorbic

Hình 1.16 Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa vitamin C và Anthocyanin

1.1.1.2.5 Một số chức năng và ứng dụng của Anthocyanin

Anthocyanin là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như:

 Khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặcchống 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

 Ngoài ra, Anthocyanin còn có vai trò thu hút côn trùng giúp cho sự thụphấn của cây diễn ra tốt hơn

Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá phổ biến và an toàntrong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm như: trong côngnghiệp bánh kẹo, sản xuất đồ uống nhẹ, sản xuất đồ uống có cồn, sản xuất kem

Những đặc tính quí 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 ramột hướng nghiên cứu mới, ứng dụng hợp chất màu Anthocyanin lấy từ thiênnhiên và trong đời sống hằng ngày, đặc biệt trong công nghệ hóa học phân tích vàchế biến thực phẩm Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của cácnước và trên thế giới là nghiên cứu, khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụngtrong hóa học và thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng.1.1.1.2.6 Sự phân bố và một số loại rau quả có chứa Anthocyanin

Anthocyanin tập trung ở những cây hạt kín và những loài ra hoa, phần lớnnằm ở hoa và quả, ngoài ra cũng có ở lá và rễ Trong những loại thưc vật này,Anthocyanin được 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 Timberlake,

1996) Các họ thực vật như vitaceae (nho), rosaceae (dâu tây), solanceae (cà tím), saxifragaceae (quả lý đỏ và đen), ericaceae (quả việt quốc) và brassicaceae (bắp cải

tím) Các loại Anthocyanin phổ biến nhất là các glucoside của cyanidin, kế đến làpelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin và maldivin Số lượng các 3–

glucoside nhiều gấp 2,5 lần các 3,5–glucoside Loại Anthocyanin hay gặp nhấtchính là Cyaidin-3-glucoside.

Chất màu Anthocyanin thường có trong những loại rau quả có màu đỏ, xanh

và tím như: dâu tây, bắp cải tím, vỏ nho, hoa hồng

Bảng 1.2 Một số loại Anthocyanin phổ biến

“Nguồn: Hóa sinh công nghiệp – nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội”

.1 Nguyên liệu và phương pháp chiết tách [11], [10]

1.1.1 Nguyên liệu

a Tổng quan về bắp cải tím

Bắp cải có tên khoa học là Brassica oleracea var capitata Lizg

Bắp cải tím (Brassica oleracea var capitata ruba) bắt nguồn từ Tây BắcChâu Âu Đến khoảng giữa thế kỉ 16 bắp cải đã trở thành loại rau quan trọng ởChâu Âu Từ Châu Âu bắp cải tím được đưa đi trồng rộng rãi ở nhiều nơi trên thếgiới Tại Việt Nam bắp cải tím được trồng nhiều ở Đà Lạt

Tuy nhiên, việc sản xuất bắp cải tím ở khu vực Nhiệt Đới và Á Nhiệt Đớicòn ở mức hạn chế vì bắp cải tím thích hợp với những vùng núi cao hoặc nơi cómùa đông lạnh.

Bắp cải tím sinh trưởng tốt nhất ở khu vực có nhiệt độ trung bình ngày15÷20oC, dao động nhiệt độ ngày và đêm là 5oC Vùng Nhiệt Đới chỉ gặp điều kiệnnày ở nơi có độ cao trên 800m so với mực nước biển Nhiệt độ vượt quá 25oC bắpcải vẫn phát triển nhưng khả năng cuộn bắp hạn chế Vì thế ở Việt Nam bắp cải tímđược trồng nhiều ở Đà Lạt

Bằng phương pháp tối ưu hoá thực nghiệm trong quá trình chiết tách,

đã xác định được hàm lượng Anthocyanin trong bắp cải tím Đà Lạt chiếm khoảng1,11% [11]

Sắc tố chính được chiết xuất từ bắp cải tím đó là cyanidin 3,5-diglucosidecủa hệ màu Anthocyanin và có màu sắc thay đổi rõ rệt theo pH môi trường Trongmôi trường axit nó có màu đỏ bền và khi môi trường chuyển sang bazơ màu của

nó chuyển sang xanh và ổn định trong thời gian dài Đây là đặc tính rất khác

so với các Anthocyanin của một số nguyên liệu khác (màu thay đổi liên tục tại

pH kiềm) như lá tía tô, quả dâu,…

Hình 1.17 Bắp cải tím

b Thành phần hóa học

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của bắp cải

Vitamin KVitamin CDietary fiberMangan

(pyridoxine)FolateAxit béo omega- 3Vitamin B1 (thiamin)Vitamin B2 (riboflavin)Caci

KaliVitamin ATryptophanProteinMagie

73.35 mcg30.15 mg3.45 g0.18 mg0.17 mg30.00 mcg0.17 g0.09 mg0.08 mg46.50 mg145.50 mg198.00 IU0.01 g1.53 g12.00 mg(Nguồn: www.whfoods.com)

Hình 1.18 Công thức cấu tạo của Cyanidin 3,5 –diglucoside từ bắp cải tím

Bắp cải là thực phẩm đầu tiên được phát hiện là gây ra bệnh bướu cổkhi được dùng trong thành phần thực phẩm cho thỏ ăn hàng ngày trong một cuộcnghiên cứu về bệnh giang mai vào năm 1928

Khám phá này sau đó được các nhà nghiên cứu khác xác nhận vào cácnăm 1929, 1933 Bắp cải thu hoạch vào mùa Đông có tác dụng mạnh hơn loại thuhoạch vào mùa Hè, và tác dụng này gia tăng khi bắp cải được hấp chín và sau đócác nhà nghiên cứu ghi nhận nếu cho thỏ ăn thêm iodine trong khẩu phần hàngngày chung với bắp cải thì thỏ sẽ không bị bướu cổ dù ăn sống hay hấp chín

Theo nghiên cứu, bắp cải tím có chứa hàm lượng chất màu Anthocyanintương đối cao, vì vậy chúng không những dùng làm một loại rau dùng cho bữa ănhàng ngày, mà còn có thể là một nguồn nguyên liệu dồi dào để thu nhận và sử dụngchất màu tự nhiên Anthocyanin

1.1.1.3.2 Các phương pháp trích ly

Trích ly là quá trình tách một hoặc một số chất tan trong chất lỏng hay chấtrắn bằng một chất lỏng khác – gọi là dung môi

a Trích ly lỏng – lỏng

Quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng một chất lỏng khác thì gọi làtrích ly lỏng – lỏng

Quá trình trích ly chất lỏng gồm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn đầu: Là giai đoạn trộn lẫn, phân tách 2 pha vào với nhau đểtạo sự tiếp xúc pha tốt cho dung chất truyền từ hỗn hợp đầu vào dung môi Nếuthời gian tiếp xúc pha đủ thì quá trình truyền vật chất xảy ra cho đến khi đạt cânbằng giữa hai pha

 Giai đoạn kế tiếp: Là giai đoạn tách pha, hai pha tách ra dễ dàng haykhông tùy thuộc vào sự sai biệt khối lượng riêng giữa hai pha Một pha là phatrích gồm chủ yếu dung môi và dung chất, một pha gọi là pha rafinat gồm chủyếu phần còn lại của hỗn hợp ban đầu Thường thì các cấu tử trong hỗn hợp vàdung môi đều ít nhiều hòa tan vào nhau vì thế trong hai pha đều có sự hiện diệncủa cả ba cấu tử

Các phương pháp trích ly theo đoạn:

 Trích ly một đoạn: Quá trình có thể thực hiện liên tục hay gián đoạn.Hỗn hợp ban đầu và dung môi được trộn lẫn với nhau tạo thành hỗn hợp, quá trìnhtruyền khối diễn ra giữa hai pha được tiến hành cho đến khi hệ cân bằng sau đó

để hỗn hợp lắng và tách pha

Hình 1.19 Quá trình trích ly một đoạn

 Trích ly nhiều đoạn giao dòng: Đây là sự kéo dài của quá trình trích lymột đoạn trong đó pha rafinat đi liên tục qua mỗi đoạn để được tiếp xúc với dungmôi mới Quá trình cũng có thể thực hiện liên tục hay gián đoạn.

 Trích ly liên tục nhiều đoạn nghịch dòng: Nguyên liệu và dung môi đingược chiều nhau Nguyên liệu đi vào đầu này còn dung môi đi vào đầu kia Hai phatrích và pha rafinat liên tục đi ngược chiều nhau qua mỗi đoạn cuối cùng được haidòng sản phẩm Quá trình này cần ít đoạn trích hơn quá trình nhiều đoạn giao dòngvới cùng 1 lượng dung môi hoặc cần ít dung môi hơn với cùng số đoạn trích

Hình 1.21 Quá trình trích nhiều đoạn nghịch dòng

 Trích ly liên tục nghịch dòng có hoàn lưu: Trong quá trình trích lyliên tục nghịch dòng, dòng sản phẩm trích có nồng độ lớn nhất khi đạt cân bằngvới dòng nhập liệu Việc sử dụng dòng hoàn lưu của pha trích làm pha trích cónồng độ cao hơn

b Trích ly rắn – lỏng

Hình 1.20 Quá trình trích ba đoạn giao dòng

Quá trình tách chất hòa tan trong chất rắn bằng một chất lỏng bằng cách chochất rắn tiếp xúc với chất lỏng thì gọi là trích ly rắn - lỏng.

Quá trình trích ly chất rắn phụ thuộc vào cấu tạo bề mặt và kích thước củachất rắn Nhiệt độ trích ly càng cao càng tốt vì nhiệt độ cao làm tăng độ hòa tan củadung chất vào dung môi, làm giảm độ nhớt do đó làm tăng hệ số khuếch tán và tăngtốc độ quá trình trích ly Tuy nhiên với sản phẩm tự nhiên, nhiệt độ trích ly quá cao

có thể làm tăng độ hòa tan của các chất không mong muốn vào dung dịch

Quá trình trích ly chất rắn có thể thực hiện gián đoạn, bán liên tục hoặc liêntục Trong mỗi trường hợp quá trình có thể là tiếp xúc pha theo bậc hoặc tiếp xúcpha liên tục Có hai phương pháp để tạo sự tiếp xúc pha là phun tưới chất lỏng qualớp vật liệu rắn hoặc nhúng chất rắn chìm hoàn toàn trong chắt lỏng Việc lựa chọnthiết bị trong một trường hợp bất kỳ phụ thuộc phần lớn trên trạng thái vật lý củachất rắn và dung chất trong chất rắn

Quá trình trích ly chất rắn được sử dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim,

nó đóng vai trò quan trọng trong việc luyện nhôm, cobalt, mangan, nikel và kẽm.Nhiều sản phẩm hữu cơ thiên nhiên được thu hồi bằng quy trình trích ly chất rắnnhư đậu nành, bông vải…bằng cách cho tiếp xúc với dung môi hữu cơ, tannin đượctách ra từ vỏ bằng cách cho tiếp xúc với nước, trà và cafe được trích ly bằng cáchcho tiếp xúc với nước nóng và nhiều dược phẩm khác nhau được thu hồi từ láthuốc, cây thuốc…

c Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly

Thực chất quá trình trích ly là quá trình khuếch tán, vì vậy sự chênh lệchnồng độ giữa 2 pha chính là động lực của quá trình Khi chênh lệch nồng độ lớn,lượng chất trích ly tăng, thời gian trích ly giảm ta thực hiện bằng cách tăng tỷ lệdung môi so với nguyên liệu

Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu với dung môi: Cần tăng diện tích tiếp xúcgiữa nguyên liệu với dung môi bằng cách nghiền nhỏ Nó còn làm vỡ cấu trúc tế bào,thúc đẩy quá trình tiếp xúc triệt để giữa dung môi và nguyên liệu Tuy nhiên, kích

thước và hình dạng của nguyên liệu sau khi làm nhỏ cũng có giới hạn vì nếu chúngquá mịn sẽ bị lắng động lên lớp nguyên liệu, tắc các ống mao dẫn khó trích ly.

Tính chất của nguyên liệu cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất trích ly

như độ ẩm của nguyên liệu

Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, phần tửchất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phần tử dung môi Tuynhiên nhiệt độ là yếu tố giới hạn, vì khi nhiệt độ cao quá có thể xảy ra các phảnứng khác không cần thiết gây khó khăn cho các quá trình công nghệ

Thời gian trích ly cũng ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly Khi thời gian tănglên lượng chất khuếch tán tăng nhưng thời gian phải có giới hạn, khi đã đạt đượcmức độ trích ly cao nhất nếu kéo dài thời gian sẽ ảnh hưởng đến độ tinh khiết củathời gian trích ly, do dung môi có thể hòa tan các chất khác trong nguyên liệukhông mang lại hiệu quả kinh tế

Kết luận:

Dựa vào các cơ sở lý thuyết trên, chúng tôi tiến hành tìm hiểu phương pháp

từ đó đưa ra phương tiện và nội dung nghiên cứu phù hợp, nhằm thực hiện mục tiêunghiên cứu của đề tài là chứng minh được khả năng và ứng dụng làm chất chỉ thị

pH môi trường của Anthocyanin từ bắp cải tím Từ đó, đưa ra hướng nghiên cứu vàứng dụng Anthocyanin làm chất chỉ thị màu an toàn cho tương lai Đây chính là nộidung cốt lõi và xuyên suốt trong quá trình thực hiện đồ án của chúng tôi

CHƯƠNG II PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Từ cơ sở lý thuyết trên, chúng tôi tiến hành thực hiện mục tiêu của đề tài bằngcác phương tiện và phương pháp nghiên cứu như sau:

2.1 Phương tiện nghiên cứu

Thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Nghiên Cứu Khoa Học,khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Thời gian thực hiện 15 tuần

2.1.1.3 Nguyên liệu, chuẩn bị nguyên liệu và quy trình trích ly Anthocyanin

từ bắp cải tím

a Nguyên liệu và chuẩn bị nguyên liệu

Bắp cải tím được mua ở siêu thị Vũng Tàu, đem rửa sạch, thái nhỏ (<5mm),cân mỗi phần 20g, nghiền nhỏ

Trích ly

Lọc

Dịch trích

Bảo quản,phân tích mẫu

Xử lý

Ngâm trong dung môi

Nguyên liệu

b Quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím [11]

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím

Nguyên liệu sau khi được xử lý, tiến hành trích ly theo sơ đồ quy trình chiếttách ở hình 2.1 Với các nhân tố điều kiện trích ly ban đầu tại nhiệt độ 30oC, trongthời gian 60 phút, tỷ lệ nguyên liệu và dung môi là 1:10 Mẫu sau khi trích ly đượcđem đi xác định hàm lượng chất màu và được bảo quản dùng cho toàn bộ quá trìnhnghiên cứu

Thí nghiệm được tiến hành như sau: Cho 20g mẫu bắp cải tím và 200mldung môi vào bình tam giác 250ml có nắp đậy Giữ hỗn hợp ở nhiệt độ 30oC bằng

bể điều nhiệt, trong 60 phút Sau đó đem đi lọc bằng thiết bị hút chân không Dịch