Nghiên cứu thu nhận anthocyanin từ phế liệu gạo đen và xác định hoạt tính kháng oxy hóa của anthocyanin

Anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chết sự suy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN LỆ HÀ

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 cam đoan đây là nghiên cứu do tôi tiến hành tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghê Sinh học-Thực phẩm-Môi trường, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh

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

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Anh Toàn

LỜI CẢM ƠN

Tận đáy lòng con xin gửi vạn lời cảm ơn đến cha mẹ, cha mẹ đã gian lao nuôi dạy con thành người và là người thầy đầu đời của con Cha mẹ luôn là chỗ dựa vững chắc nhất của con, là người giúp con đứng vững sau mỗi lần vấp ngã, là nguồn động viên, động lực để con tiếp tục phấn đấu trong cuộc sống

Với lòng biết ơn sâu sắc Em xin chân thành cảm ơn toàn thể quý Thầy Cô Khoa Công nghệ sinh học-Thực phẩm-Môi trường, cùng toàn thể Thầy Cô Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý báo về cơ sở ngành cũng như chuyên ngành t ừ ngày em bước chân vào giảng đường đ ại học

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

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

Cảm ơn tất cả các bạn lớp 11DSH01 đã luôn khích lệ, động viên và giúp đỡ mình trong suốt quá trình học tập tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Xin chân thành c ảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015

SVTH: Lê Anh Toàn

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Gạo đen 5

1.1.1 Giới thiệu về gạo đen 5

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng 6

1.1.3 Những lợi ít cho sức khỏe 7

1.2 ANTHOCYANIN 9

1.2.1 Giới thiệu 9

1.2.2. Phân loại anthocyanin 9

1.2.3 Cấu trúc hóa học của anthocyanin 10

1.2.4 Đặc điểm, tính chất của anthocyanin 12

1.2.5 Đặc tính quang phổ của anthocyanin 13

1.2.6 Sự phân bố của anthocyanin 13

1.2.7 Sự chuyển đổi cấu trúc của anthocyanin trong môi trường lỏng 15

1.2.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin (tính không bền)(Chunhui Ma và cộng sự, 2012); (Mazza và Minitiati, 1993); (Francis, 1989) 17 1.2.9 Khả năng ứng dụng và các nguồn anthocyanin 24

1.2.10 Vai trò của các hợp chất anthocyanin 25

1.3 Phương pháp trích ly 29

1.3.1 Trích ly lỏng – lỏng 29

1.3.2 Trích ly rắn – lỏng 31

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly 32

1.4 Những nghiên cứu trong nước và trên thế giới 33

1.4.1 Trong nước 33

1.4.2 Trên thế giới 34

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 Thời gian và địa điểm 37

2.2 Vật liệu – Hóa chất – Dụng cụ và thiết bị 37

2.2.1 Nguyên Liệu 37

2.2.2 Dụng cụ 37

2.2.3 Thiết bị 37

2.2.4 Hóa chất 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu 38

Bố trí thí nghiệm 40

2.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định độ ẩm nguyên liệu 40

2.3.2 Thí nghiệ t .40

2.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly màu anthocyanin 41

2.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý nguyên liệu sơ bộ đến khả năng trích ly màu anthocyanin 43

2.3.5 Thí nghiệm 5: Tối ưu hóa tỷ lệ Ethanol:HCl (1%) làm dung môi trích ly anthocyanin 45

2.3.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly anthocyanin 47

2.3.7 Thí nghiệm 7: khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích

ly anthocyanin 49

2.3.8 ươ do DPPH 50

2.3.9 Thí nghiệm 9: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian cô - quay đến hoạt tính oxy hóa của anthocyanin 51

2.4 Các phươ ử dụng trong nghiên c u 52

2.5 Các phương pháp thống kê và xử lý số liệu 52

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Độ ẩm của nguyên liệu 53

3.2 Bước sóng hấp thu cực đại của Anthocyanin 53

3.3 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly 54

3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí nguyên liệu sơ bộ 56

3.5 Khảo sát tối ưu hóa tỷ lệ Ethanol và HCl(1%) làm dung môi trích ly 57

3.6 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly 59

3.7 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly 61

3.8 ương do DPPH 63

3.9 Thí nghiệm 9: Khảo sát ảnh hưởng c ủa thời gian cô quay đến hoạt tính oxy hóa của anthocyanin 64

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

4.1 Kết luận 69

4.2 KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1Gạo đen 5

Hình 1.2Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram gạo đen 6

Hình 1.3Sự chuyển hóa cấu trúc của phân tử Anthocyanin trong môi trường lỏng 16

Hình 1.4Cấu trúc chuyển hóa của anthocyanin trong nước 17

Hình 1.5 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 450C trong trường hợp có Oxygen hoặc Nitrogen 19

Hình 1.6Sự biến tính của anthocyanin 3,5-di Glucoside tại pH 3,7 20

Hình 1.7Sự biến tính anthocyanin với phản ứng oxy hóa catechol 21

Hình 1.8Phản ứng ngưng tụ của 22

Hình 1.9Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và anthocyanin 23

Hình 1.10Sự chuyển hóa malvin malvone bởi H2O2tạo thành từ sự oxy hóa vitamin C 24

Hình 1.11Sơ đồ trích ly theo một đoạn 30

Hình 1.12Sơ đồ trích ly theo nhiều đoạn giao dòng 30

Hình 1.13Sơ đồ trích ly liên tục nhiều đoạn nghịch dòng 31

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình tóm tắt nội dung thí nghiệm 39

Hình 2.3Quy trình trích l y Anthocyanin 40

ảo sát kích thước nguyên liệu đến khả .42

ảo sát xử lí nhiệt độ nguyên liệu đến khả .44

ối ưu hóa tỷ lệ Ethanol:HCl (1%) làm dung môiđến khả .46

ảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả .48

ảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả .50

Hình 3.1Bước sóng hấp thu cực đại của anthocyanin khi đo quang 53

Hình 3.2 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly 55

Hình 3.3Đồ thị biển diễn hàm lượng anthocyanin trích ly được khi xử lý nhiệt sơ bộ .56

Hình 3.4Đồ thị hàm lượng anthocyanin trích ly với tỷ lên dung môi Ethnol:HCl (1%) khác nhau 58

Hình 3.5Đồ thị hàm lượng anthocyanin với các nhiệt độ trính ly khác nhau 59

Hình 3.6Biểu đồ thể hiện hàm lượng anthocyanin trích ly với các thời gian khác nhau 62

Hình 3.7 Mối tương quan tuyến tính giữa % gốc tự do DPPH bị ức chế với LogCo (Co là nồng độ anthocyanin mg/ml) .63

Hình 3.8Mối tương quan giữa % gốc tự do DPPH bị ức chế với Lo g(Ascorbic acid, µg/ml) .63

Hình 3.9.Sự thay đổi nồng độ của anthocyanin trong dịch chiết bán thành phẩm theo thời gian cô quay 64

Hình 3.10Hiệu suất thu hồi anthocyanin trong quá trình cô quay dịch trích ly theo

thời gian 65

Hình 3.11Sự thay đổi về khối lượng của dịch chiết bán thành phẩm theothời gian cô quay .65

Hình 3.12Sự thay đổi về thể tích của dịch chiết bán thành phẩm theo thời gian cô quay .66

Hình 3.13.Ảnh hưởng của thời gian cô quay đến khả năng bắt gốc tự do DPPH của dịch trích ly anthocyanin từ gạo đen .66

Hình 4.1.Sơ đồ quy trình trích ly anthocyanin t ừ gạo đen 69

Hình 4.2.Dịch chiết anthocyanin trước cô quay .71

Hình 4.3.Dịch chiết sau cô đặc 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1Thành phần dinh dưỡng các loại gạo 6

Bảng 1.2Một số loại Anthocyanin phổ biến 9

Bảng 1.3Cấu trúc hóa học một số loại Anthocyanidin 11

Bảng 1.4Sự phân bố của Anthocyanin 14

Bảng 2.1Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly 41

Bảng 2.2Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ nguyên liệu đến khả năng trích ly 43

Bảng 2.3Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi Ethanol:HCl (1%) đến khả năng trích ly 45

Bảng 2.4Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly 47 Bảng 2.5Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly 49 Bảng 3.1Kết quả đo độ ẩm nguyên liệu 53

Bảng 3.2Kết quả khảo sát ảnh hưởng kích thước nguyên liệu đến khả năng trích ly .54

Bảng 3.3Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý nguyên liệu sơ bộ đến khả năng trích ly 56

Bảng 3.4Kết quả tối ưu hóa tỷ lệ dung môi Ethanol:HCl(1%) 57

Bảng 3.5Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly 59

Bảng 3.6Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly 61

Bảng 3.8.1So sánh giá trị IC50 của Ascorbic acid và anthocyanin 63

Bảng 3.9.1 Kết quả khả năng kháng DPPH của anthocyanin theo thời gian cô quay 67

Bảng 4.1.Đánh giá sơ bộ cảm quan của dịch chiết anthocynin 71

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong chế biến thực phẩm, màu sắc của thực phẩm góp phần làm cho món ăntrở nên đẹp mắt, ngon miệng và phong phú hơn chính vì thế mà màu sắc của thựcphẩm luôn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên giá trị cảm quan c ủa thựcphẩm đặc biệt là sản phẩm được chế biến theo quy mô công nghiệp

Hiện nay, tình hình sử dụng các hợp chất màu hóa học tổng hợp ngày càng phổ biến và mức độ an toàn đối với sức khỏe con người không cao Với mức độ ngày càng tăng và không kiểm soát được sẽ gây ra các tác hại và hậu quả nghiêm trọng cho người sử dụng Do đó, việc nghiên cứu các chất màu tự nhiên thu hút sự quan tâm c ủa nhiều nhà khoa học

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu từ nông nghiệp rất đa dạng nhưng chưa được nghiên cứu, ứng dụng có hiệu quả cao Gạo đen là nguồn nguyên liêu tốt nhất chống lại oxy hóa-chất được biết như giúp đỡ cải thiện chứng đỏ bừng ở một số người trong việc điều hòa chất nền Hoạt tính chống oxy hóa được tìm thấy trong ca phê

và trà nhưng ngày nay được xác định nhiều trong gạo đen Một vài nghiên cứu đã chứng minh rằng gạo đen chứa nhiều anthocyanin, là thành phần làm giảm nguy cơ bệnh tim mạch Nó sẽ ngăn chặn việc hình thành các mảng động mạch mà là nguyên nhân gây nên các bệnh tim mạch Hơn thế, nó đã được chứng minh rằng anthyacin có có khả năng điều khiển các cấp độ cholesterol mà nhiêu thực phẩm ngày nay không có

Hợp chất màu anthocyanin là thành tố quan trọng tạo thành hệ phức màu cho muôn loài cây trái mà cho đến nay chưa có chất màu tổng hợp nào thay thế được tính tự nhiên vốn có của nó Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc đẹp, hấp dẫn cho mỗi sản phẩm Anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chết sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch,

chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ

Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ Từ các tác dụng trên nhà khoa học đã tìm cách chiết tách anthocyanin từ những nguyên liệu khác nhau như: bắp cải tím, dâu tây, nho với các phương pháp khác nhau Đặc biệt, theo nghiên cứu mới nhất thì thành phần Anthocyanin được tìm thấy nhiều nhất trong ―gạo đen‖

Việt Nam ta là nước thuần nông Nên gạo đen được xem là nguyên liệu phổ biến dễ sử dụng và sản xuất Gạo đen, từ lâu đã được xem là một loại nông sản giàu dinh dưỡng và rất có lợi cho sức khỏe con người với các thành phần giàu chất chống oxy hóa, giàu chất xơ, giàu vitamin E, giàu khoáng chất và các loại axit amin thiết yếu Đặc biệt là thành phần lớp sắc tố anthocyanin

Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về việc tinh s ạch anthocyanin từ gạo đen để ra được một hợp chất tinh khiết, đồng thời nghiên cứu tính chất của anthocyanin từ gạo đen Trong khi đó, đây là một nguồn khai thác có khả năng thu nhận cao, và hiệu quả

Vì thế, chúng tôi tiến hành đồ án “Nghiên cứu thu nhận Anthocyanin từ phế liệu gạo đen và xác định hoạt tính kháng oxy hóa của anthocyanin”

2 Mục đích nghiên cứu

Xác định các thông số thích hợp cho quá trình trích ly chất màu anthocyanin nhằm tách chiết tối đa anthocyanin từ nguyên liệu phù hợp cho mục đích ứng dụng vào thực phẩm

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để thực hiện mục đích nghiên cứu, nhóm nghiên cứu thực hiện các thi

nghiệm như sau:

-Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu

- Xác định bước sóng hấp thu cực đại của anthocyanin từ gạo đen

-Xác định ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến quá trình trích ly

anthocyanin

- Xác định ảnh hưởng của xử lý nhiệt sơ bộ cho nguyên liệu đến quá trình trích ly anthocyanin

- Xác định tỷ lệ 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 ho ạt tính kháng oxy hóa c ủa anthocyanin

- Xác định thông số cho quá trình cô quay thu nhận dịch chiết anthocyanin cô đặc

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện mục đích nghiên cứu, nhóm nghiên cứu thực hiện các thi

nghiệm như sau:

-Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu

- Xác định bước sóng hấp thu cực đại của anthocyanin từ gạo đen

-Xác định ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến quá trình trích ly

anthocyanin

- Xác định ảnh hưởng của xử lý nhiệt sơ bộ cho nguyên liệu đến quá trình trích ly anthocyanin

- Xác định tỷ lệ 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 ho ạt tính kháng oxy hóa c ủa anthocyanin

- Xác định thông số cho quá trình cô quay thu nhận dịch chiết anthocyanin cô đặc

5 Các kết quả đạt được

Đã xác định được các thông số thích hợp cho quá trình trích ly chất màu anthocyanin nhằm tách chiết tối đa anthocyanin từ nguyên liệu phù hợp cho mục đích ứng dụng vào thực phẩm:

- Xác định được độ ẩm ban đ ầu của nguyên liệu là 11,26% ± 0,04

- Xác định được bước sóng hấp thu cực đ ại của anthocyanin từ gạo đen là λmax=535nm trong dung môi EtOH:HCl 1N

- Kích thước nguyên liệu là 0,0098 inches chohiệu quả trích ly anthocyanin với hàm lượng cao nhất

- Nguyên liệu ở điều kiện nhiệt độ phòng chohiệu quả trích ly anthocyanin với hàm lượng cao nhất

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

là EtOH:HCl 1% 95:5 (v:v)

- Xác định được nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích ly anthocyanin là

55oC

- Xác định thời gian thích hợp cho quá trình trích ly anthocyanin là 60 phút

- Xác định được ho ạt tính kháng oxy hóa của anthocyanin với giá trị IC50 =

- Chương 2 : Vật liệu và phương pháp

- Chương 3 : Kết quả, thảo luận

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Gạo đen

1.1.1 Giới thiệu về gạo đen

Gạo là một nhóm cây lương thực chính quan trọng cho hơn một nửa dân số trên thế giới Bên cạnh giống gạo trắng được tiêu thụ rộng rãi trên thế giới thì có nhiều giống lúa đặc biệt có chứa các sắc tố như gạo đen Khu vực Đông Nam Á là khu vực sản xuất chính về cây trồng nông nghiệp, khu vực này là nơi có lịch sử lâu dài về trồng gạo đen (Chunhu và cộng sự, 2003)

Theo cơ sở dữ liệu cụ thể về việc sản xuất lúa màu tới năm 2003 , Trung Quốc là quốc gia giàu có nhất tài nguyên gạo đen (62%) tiếp theo là Sri Lanka (8,6%), Indonesia (7,2%), Ấn Độ(5,1%), Philippines (4,3%), Bangladesh (4,1% ),

và vài năm Malaysia , Thái Lan và Myanma (R Sompong và cộng sự, 2011)

Từ thời xưa, gạo đen chỉ được dùng cho các vua chúa thời Trung Quốc Ngày hôm nay, gạo đen được sử dụng, buôn bán phổ biến trên thế giơi ở các nước như Anh, Úc và Châu Âu, mọi người đã khám phá ra nhiều lợi ích sức khỏe mà gạo đen đem lại

Gạo đen là một loại gạo có thành phần dinh dưỡng cao như protein, vitamin

và khoáng chất, đặc biệt là sắc tố anthocyanin (gây nên màu sắc của gạo) Sắc tố anthocyanin đã được báo cáo tác động cao đến sự giảm các cấp độ cholesterol trong

cơ thể, giảm các vấn đề tim mạch, chống oxy hóa, chống ung thư,…( R Sompong

và cộng sự, 2011)

Hình 1.1Gạo đen

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng

Bảng 1.1Thành phần dinh dƣỡng các loại gạo

Loại gạo Protein (gm) Khoáng (gm) Chất sơ (gm)

Hình 1.2Thành phần dinh dƣỡng có trong 100 gram gạo đen

Một phần nhỏ gạo đen chỉ chứ khoảng 160 caloride, nhƣng có một số lƣợng lớn các thành phần dinh dƣỡng Flvanoid (Anthocyanin), nó là một nguồn quan trọng trong sự hình thành cơ, khoáng chất quan trọng bao gồm:sắt và đồng; các protein thực vật tốt cho sức khỏe Chỉ bên ngoài vỏ của gạo đen đã có mức độ anthocyanin cao hơn so với nhiều thực phẩm khác (Dr.AXE, 2013)

1.1.3 Những lợi ít cho sức khỏe

a Làm giảm hàm lượng cholesterol

Theo công trình nghiên cứu của Salgado J M và cộng sự chứng minh rằng gạo đen sẽ làm giảm cholesterol huyết tương, triglyceride và các lipoprotein (Salgado JM và cộng sự, 2010)

Gạo đen thường có mối quan hệ với việc điều khiển hàm lựơng lipid trong máu Theo công trình nghiên c ứu của Yao và cộng sự, 2013 đã chứng minh rằng dịch trích của gạo đen có thể làm giảm hàm lượng cholesterol bằng việc ức chế các lipase ở tụy , làm giảm đi hàm lượng các chuỗi phân tử cholesterol, ức chế sự tăng cholesterol trong tế bào cacao-2 (Yao SL và cộng sự, 2013)

b Giảm nguy cơ tim mạch

Căn bệnh tim mạch là một vấn đề sức khỏe cộng đồng, đầu tiên nó là nguyên nhân gây chết trong các thành phố phát triển Chính vì thế, rất cần thiết nghiên c ứu các nguồn khác nhau như các thức ăn chức năng ngăn chặn và điều khiển các nguy

cơ rủi ro của bệnh (Salgado JM và cộng sự, 2010)

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng gạo đen có thể làm giảm nguy cơ hình thành các mảng bám trong động mạch, nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc làm sạch động mạch và ngăn chặn các cơn đột quỵ ở tim (Wen Hua Ling và cộng sự, 2000)

Gạo đen có chứa nhiều anthocyanin giúp duy trì các cấp độ cholesterol tốt cho sức khỏa bằng cách làm giảm tổng số cholesterol, cholesterol thấp LDL, tổng

số nồng độ triacylglycerol Đây là 3 yếu tố gây nên chứng sơ vữa động mạch (David Heber và cộng sự, 1999)

c Chống viêm, ung thư

Một nghiên cứu đã chứng minh hoạt tính chất chống ung thư của dịch trích gạo đen giàu anthocyanin làm giảm khả năng sống của tất cả các dòng ung thư vú Dịch trích này có tác dụng làm giảm sự chết theo chương trình tế bào (Apotosis), ức chế sự hình thành và phát triển của khối u (Chang Hui và cộng sự, 2010)

d Chống oxy hóa

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng gạo đen có thể giúp cơ thể giải độc và làm sạch các chất độc trong gan nhờ vào hoạt tính chất chống oxy hóa có trong gạo đen(Dr.AXE)

Một nghiên cứu gần đây, tình trạng chống oxy hóa trong máu, gan và một phần động mạch chính, động mạch chủ, được đánh giá yếu đi sau khi tính chế gạo đen (David Heber và cộng sự, 1999) Kết quả chứng minh gạo đen làm quá trình oxy hóa yếu, chứa nhiều hoạt chất chống oxy hóa trong máu, làm giảm đi các độc tố

ở gan và làm giảm đi việc hình thành các mảng bám ở động mạch (David Heber và cộng sự, 1999) [9]

e Tốt cho hệ tiêu hóa

Gạo đen và các hạt gạo khác như gạo chưa thuần, gạo đỏ hoặc gạo nâu có sự giống nhau về hàm lựơng chất xơ, với khoảng 2-3gram trên 1 chén cơm Hàm lượng chất xơ trong gạo đen có thể giúp ngăn chặn sự táo bón và các vấn đề tiêu hóa không mong muốn khác Chất xơ liên kết với chất thải bảvà các chất độc với các vấn đề tiêu hóa, làm chúng đẩy ra ngoài và góp phần điều hòa các chức năng ruột (Dr.AXE)

Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng chế độ ăn kiêng cao với chất xơ có trong các vỏ hạt có khả năng bảo vệ chống lại béo phì, các bệnh về tim, bệnh đ ái tháo đường và có lợi cho hệ tiêu hóa như hệ thống đường ruột (Shimabukuro và cộng sự, 2014) [33] Điều này được giải thích do chất xơ đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch độc tố trong cơ thể, làm giảm phản ứng viêm và làm sạch động mạch do chúng di chuyên các độc tố và mảng bám của cơ thể Gạo đen có thể giúp ngăn chặn các bệnh tiêu chảy (Satija A và cộng sự, 2012; Anderson JW và cộng sự, 2002) [34, 1]

Gạo đen có chứa cám trong vỏ hạt, nơi mà chất xơ được dự trữ và chất xơ có thể giúp hàm lượng đường glucose từ vỏ hạt đến cơ thể hấp thu trong khoảng thời

gian dài (Dr.AXE) [Error! Reference source not found.]

Anthocyanin là các s ắc tố flavonoid tan được trong nước mà có màu

từ đỏ đến xanh lam, tùy vào độ pH Chúng xuất hiện trong tất cả các mô của thực vật bậc cao, tạo ra màu ở lá, thân, rễ, hoa và quả, dù rằng không phải luôn ở lượng đầy đủ để có thể dễ nhận thấy được(Gross, 1987) Anthocyanin thường dễ thấy nhất

ở cánh hoa, nơi mà chúng có thể chiếm khoảng 30% trọng lượng khô của mô Chúng cũng chịu trách nhiệm cho màu tím nhìn thấy được ở mặt dưới của các loài thực vật nhiệt đới trong bóng mát chẳng hạn như Tradescantia zebrina; ở những thực vật này, anthocyanin bắt lấy ánh sáng mà đã đi xuyên qua lá và phản xạ ngược lại về phía vùng có chlorophyll, để tối đa hóa việc sử dụng ánh sáng có sẵn (Mohr et al., 1995)

1.2.2 Phân loại anthocyanin

1.2.2.1 Một số loại anthocyanin phổ biến

Bảng 1.2Một số loại Anthocyanin phổ biến

ramnoza (Cerasus)

glucoza

Quả việt quốc

dimetyl c ủa denfinidin)

Hai gulcoza Hoa c ẩm quỳ

(malva)

ngọc tram (primula)

1.2.2.2 Các anthocyanin đã được thương mại hóa

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

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

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

4 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

5 Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries là bột sấy khô của dịch trích từ bắp cải đỏ

6 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

1.2.3 Cấu trúc hóa học của anthocyanin

Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, hòa tan trong nước và chứa trong các không bào Về bản chất, anthocyanin là những hợp chất glycoside của các

dẫn xuất polyhydroxy và polymethoxy của 2-phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium (ChunHu và cộng sự, 2003)

Sự khác nhau giữa các anthocyanin được xác định bởi sự khác nhau giữa số lượng và vị trí của nhóm hydroxyl trong phân tử, mức độ methyl hóa của nhóm hydroxyl; bản chất, vị trí của các nhóm đường gắn vào phân tử, bản chất số nhóm acid mạch thẳng hay mạch vòng gắn vào phân tử (R Sompong và cộng sự, 2011)

Bảng 1.3Cấu trúc hóa học một số loại Anthocyanidin

Các anthocyanin khi bị mất hết các nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycone, mỗi anthocyanidin có thể bị glycosyl hóa và acyl hóa bởi các loại đường và các acid khác nhau tại những vị trí khác nhau nên số lượng anthocyanin lớn hơn 10-20 lần so với số lượng anthocyanidin Cho đến nay, người ta đã xác định được 18 loại aglycone khác nhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin, cyaniding, delphinidin, peonidin và maldivin ((Salgado JM và cộng sự, 2010; Yao

SL và cộng sự, 2013)

Trong tự nhiên, Anthocyanin rất hiếm khi ở trạng thái tự do (không bị glycosyl hóa) Nhóm hydroxyl tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trở nên không ổn định và làm giảm khẳ năng hòa tan c ủa nó so với anthocyanin tương ứng Vì vậy, sự glycosyl hóa luôn diễn ra đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy Nếu có thêm một phân tử đường nửa (loại đường phổ biến nhất là glucose, ngoài ra còn có

một vài loại monosaccharide (như galactose, ramose, arabinose), các lạo disaccharide (chủ yếu là rutinose, sambubisoe hay sophorose) hoặc trisaccharide),

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’ (Salgado JM và cộng sự, 2010; Yao SL

và cộng sự, 2013)

Sự methoxyl hóa các anthocyanin và các glucoside tương ứng diễn ra thông thường nhất là ở vị trí C-3’ và c-5’, cũng có thể gặp ở vị trí C-7 và C-5 Tuy nhiên, cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm thấy một hợp chất nào bị glycosyl hóa hay bị methoxyl hóa trên tất cả các vị trí C-3, C-5, -7 và -4’ do c ần thiết phải có ít nhất một nhóm hydroxyl tự do ở C-5, -7 hay -4’ để hình thành cấu trúc quinonoidal base (dạng cấu trúc của anthocyanin thườn tồn tại trong không bào thực vật có pH từ 2,5 – 7,5) (Salgado JM và cộng sự, 2010; Yao SL và cộng sự, 2013)

Sự acyl hóa cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đường hay ester hóa ở nhóm hydroxyl C-6 Các nhóm acyl hóa chính là các phenolic acid như caffeic, ferulic hay sinapic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malonic, axalic và succinic (Salgado JM và cộng sự, 2010; Yao SL và cộng sự, 2013)

1.2.4 Đặc điểm, tính chất của anthocyanin

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực màu sắc của anthocyanin luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác…khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzene thì màu càng xanh đ ậm (trong vòng benzene có thể có 1-2 hoặc 3 nhóm OH) (Yao SL và cộng sự, 2013)

Mức độ methyl hóa nhóm OH trong vòng benzene càng cao thì màu càng đ ỏ Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổi theo số lượng gốc đường được tính vào nhiều hay ít Tuy nhiên, mà anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH của môi trường

Khi pH>7 các anthocyanin có màu xanh và khi pH<7 có màu đỏ

Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium mà cam đến

đỏ

Ở pH = 4-5 chúng có thể chuyển về dạng bazo Cacbinol hay bazo Chalcon không màu

Ở pH = 7-8 lại về dạng bazo Quinodal Anhydro màu xanh

Nói chung anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dung dịch bão hòa Khi kết hợp với đường làm cho phân tử anthocyanin càng hòa tan hơn (ChunHu và cộng sự, 2003; Yao SL và cộng sự, 2013)

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

Tóm lại, trong môi trường acid, các anthocyanin là những bazo mạnh có thể tạo muối bền vững với acid Anthocyanin cũng có khẳ năng cho muối với bazo Như vậy, chúng có tính chất amphote Muối với acid thì có màu đỏ, còn muối với bazo thì có màu xanh

1.2.5 Đặc tính quang phổ của anthocyanin

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy Màu của anthocyanin tạo ra từ màu tím đến xanh của nhiều loại rau quả Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thết đến màu sắc của các anthocyanin, chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin Thông thường pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn Nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh (Terrence P McGarty., 2008)

Độ hấp phụ thể hiện bản chất của mỗi loại anthocyanin do khả năng hấp thụ khác nhau c ủa chúng Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, các anthocyanin có độ hấp thụ cực đại tại bước song 510-540nm Độ hấp thụ liên quan mật thiết đến màu sắc của anthocyanin (Timberlke C F và Bride P, 1976)

1.2.6 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 loài thực vật này, anthocyanin được tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào nằm bên ngoài như biểu bì (Mark R Alfenitoa và cộng sự, 1998)

Bảng 1.4Sự phân bố của Anthocyanin

Tên thực vật Tên thông thường Loại Anthocyanin

3-galactoside, 3-diglucoside

và 3-laminarriobioside, Pn-3-glucoside

Brassica oleraea Bắp cải tím (red cabbage)

Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacul hóa với malonoyl, feruloyl, diferuloyl, sinapoyl và díinapoyl

Fragaria spp Dâu tây (strawberry) Pg và Cy-3-glucoside

Glycine maxima Đậu nành (vỏ) Cy và Dp-3-glucoside Hibiscus sabdariffa L Hoa bụt giấm Cy, Pn, Mono- và Biosides

Raphanus sativus Củ cải đỏ (rễ) Pg và

Cy-3-sophoroside-5-glucoside acyl hóa với coumaroyl, feruloyl, caffeoyl

anthocyanin hay gặp nhất chính là Cyaidin-3-glucoside (P Bridle, C.F Timberlake, 1997)

1.2.7 Sự chuyển đổi cấu trúc của anthocyanin trong môi trường lỏng

Trong môi trường lỏng, dưới tác động của các giá trị pH khác nhau của môi trường, cấu trúc của phân tử anthcyanin sẽ trải qua một số chuyển hóa Ở một giá trị

pH xác định, diễn ra sự cân bằng giữa 4 cấu trúc anthocyanin:

Quinonoidal (anhydro) base (A): màu hơi tím

Cation flavylium (AH+): màu đỏ

Carbinol pseudobase (hay hemiacetal) (B): không màu

Chalcone: không màu

 Phương trình chuyển hóa:

Hình 1.3Sự chuyển hóa cấu trúc c ủa phân tử Anthocyanin trong môi trường

lỏng

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 vào giá trị pH Ở pH acid (pH<3), dung dịch anthocyanin cho màu đỏ đậm Khi pH tăng, màu sắc của dung dịch sẽ nhạt dẫn và chuyển sang không màu và cuối cùng có màu tím hay xanh dương ở pH cao (pH>6)

1.2.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin (tính không

bền)(Chunhui Ma và cộng sự, 2012); (Mazza và Minitiati, 1993); (Francis,

1989)

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

Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích và tinh chế chúng, đồng thời sự phân hủy này còn xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm

Độ bền của các anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hóa học 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

1.2.8.1 Cấu trúc

 Cấu trúc chuyển hóa (Fabio Galvano 2005)

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 đã cho, tồn tại một cân bằng giữa 4 cấu trúc của anthocyanin và aglycone: quinonoidal (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation flavylium (AH+) màu đỏ, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu

Hình 1.4Cấu trúc chuyển hóa của anthocyanin trong nước

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 nhanh thành dạng quinononidal màu xanh dương ho ặc màu đỏ Dạng quinonoidal thường tồn tại như một hỗn hợp vì pKa của nhóm OH ở vị trí 4’, 7 và 5 là tương tự

Khi để yên, sự chuyển hóa xảy ra: có sự tách nước của flavylium cho ra dạng pseudobase (hemiacetal), dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng mở không màu

Hai dạng Cí (CE) và trans-chalcone-(CZ) được tạo thành từ carbinol pseudobase bởi phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Cả hai chalcone này khác nhau so với chalcone bình thường là bởi chúng có nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong đó chalcone bình thường có nhóm carbonyl ở kế cận vòng A

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

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, gnthiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc acid yếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và acid vòng thơm Brouillard (1981-1982) và Goto cùng với cộng sự (1982-1983) khảo sát rằng các anthocyanin diacylate hóa được bền hóa bởi sự liên

kết chặt kiểu sandwich nhờ sự tương tác hiwax vòng anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm

1.2.8.2 pH

Trong môi trường nước pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sắc của anthocyanin (Brouillard 1984, Mzza và Brouillard 1987) Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc của anthocyanin thay đổi theo sự thay đổi của pH

Qua nghiên cứu của Lukton-1956 và của Adams-1972, cho thấy rằng ở pH= 2-4.5 ít ảnh hưởng đến sự phân hủy của anthocyanin trong suốt quá trình gia nhiệt khi không có oxy Khi có mặt oxy thì anthocyanin bị biến tính mạnh ở pH trên c ấu trúc của chúng cùng với độ bền màu thay đổi với sự thay đổi pH

Hình 1.5Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng

tại 450C trong trường hợp có Oxygen hoặc Nitrogen

1.2.8.3 Nhiệt độ(Anderson JW và cộng sự, 2002)

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

Hình 1.6Sự biến tính c ủa anthocyanin 3,5-di Glucoside tại pH 3,7

Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng c ủa pH thì nó cũng bền với sự gia tăng của nhiệt độ Sự hydroxyl hóa các aglycone làm giảm tính bền của anthocyanin, trong khi swk methyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại

Cơ chế của sự phân hủy nhiệt xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào bản than anthocyanin đó

Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thể bị phân hủy và mất màu Các chất màu đỏ dễ dàng bị phân hủy, còn các chất màu vàng thì khó hơn

1.2.8.5 Enzyme

Nhiều enzyme nội sinh trong tế bào của cây có khẳ năng làm mất màu anthocyanin Những enzyme này được gọi chung là anthocyanase Dựa vào đặc tính của enzyme mà người ta chia làm 2 nhóm:

Glycosidase: là enzyme thủy phân lien kết glycoside của anthocyanin tạo ra đường tự do và aglycone này kém bền hơn rất nhiều và mất nàu rất nhanh khi

có mặt của catecol (Huang 1955)

Polyphenol Oxidase (PPO): tác dụng lên anthocyanin với sự có mặt của O-diphenol thông qua cơ chế oxy hóa kết hợp Theo Gromeck và Markakis, sự thêm vào glycosidase và PPO xúc tác cho quá trình peroxide hóa phân h ủy anthocyanin

Hình 1.7Sự biến tính anthocyanin với phản ứng oxy hóa catechol

1.2.8.6 Ánh sáng(Wen Hua Ling và cộng sự, 2000)

Các anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sáng thấy được, và các nguồn pháp khúc xạ 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 màu xanh khi để trong bong tối năm 1968 Vanburen và các cộng sự tường trình rằng các digglucoside được acyl hóa và methyl hóa thì các anthocyanin trong rượu bền nhất khi để ngoài sáng, các diglucoside không bị acyl hóa là ít bền hơn và monoglycoside là kém bền nhất Năm 1975 Palamidis và Markakis đã tìm thấy rằng ánh sáng thúc đẩy quá trình phân hủy anthocyanin trong nước giả khát có CO2 được phối màu với anthocyanin từ xác nho Maccarone và cộng sự đã nghiên cứu sự quang hóa c ủa anthocyanin và chỉ ra rằng, anthocyanin digl ycosyl hóa tại vị trí C-3

và C-5 là bền hơn các anthocyanin môn glycoyl hóa tại vị trí C-3 đồng thời chúng bền hơn so với các aglycone tương ứng

1.2.8.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Ở nồng độ 100ppm, đường và các sản phẩm phân hủy của chúng có tác dụng thúc đẩy sự phân hủy các anthocyanin, trong đó fructose, arabinose, lactose và sorbose có khả năng phân hủy anthocyanin mạnh hơn glucose, sucrose và maltose.Tốc độ phân hủy của anthocyanin phụ thuộc vào tốc độ phân hủy của đường Tốc độ phân hủy của đường gồm có: furfura 1,5-hydroxymethyl furfural và acctaldehyde thu được từ phản ứng Mailard hoặc từ sự oxy hóa của acid ascorbic, polyuronic hoặc ở bản thân các anthocyanin Những sản phẩm phân hủy này dễ dàng ngưng tụ với các anthocyanin hình thành những họp chất phức tạp có màu nâu sẫm Sự phân hủy anthocyanin với sự góp mặt của furfural và HMF trực tiếp phụ thuộc và nhiệt độ và được thấy rõ nhất là trong nước trái cây sự có mặt của nó làm tăng thêm hiệu quả phân hủy của tất cả các loại đường và các dẫn xuất của chúng

Hình 1.8Phản ứng ngưng tụ của

a Cyanidin và furfural

b Cyanidin ketobase và furfural

1.2.8.8 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 khi kim lo ại tiếp xúc với anthocyanin trong quá trình chế biến rau quả hoặc sự cho thêm các muối kim loại vào trong thực phẩm

Sistrunk và Cash đã chứng minh rằng có thể bền hóa màu của dung dịch trích dâu bằng cách thêm vào đó muối thiếc Francis (1977) công bố rằng, các ion Ca, Fe,

Al tạo thêm sự bảo vệ cho anthocyanin của nước ép mận việt quốc (cranberry), nhưng sự biến đổi màu xảy ra là do sự tạo phức giữa ion kim loại và tannin, kết quả sau cũng cũng là không có lợi

1.2.8.9 Sunphurdioxide (SO2)

Các anthocyanin thường bị mất màu khi có mặt của SO2 Hiện tượng này thường xảy ra trong quá trình xử lý các sản phẩm thực phẩm có chứa anthocyanin bằng 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 (500-2000ppm), làm mất màu các anthocyanin của chúng trước khi chế biến, hơn nữa, chúng được desunfit hóa và màu anthocyanin được phục hồi

Hình 1.9Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và anthocyanin

SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30ppm) có thể ức chế sự biến tính do enzyme của anthocyanin trong quả anh đào nhưng không làm mất màu của 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 dung trong quá trình tẩy quả P hản ứng bất thuận nghịch này chưa được biết hoàn toàn

1.2.8.10 Acid ascorbic

Nhiều nhà khảo sát (Beatic và cộng sự 1943; Pederson và cộng sự 1947; Kertesz 1952; Meschter 1953; markakis à cộng sự 1957; Starr và Francis 1968)

quan sát sự biến mất đồng thời của acid ascorbic và anthocyanin trong nước trái cây tồn trữ và đề nghị một tương tác có thể có giữa 2 hợp chất này Acid ascorbic hiện 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 1.10Sự chuyển hóa malvin malvone bởi H2O2tạo thành từ sự oxy hóa

vitamin C

1.2.9 Khả năng ứng d ụng và các nguồn anthocyanin

Chất màu anthocyanin (E163) đã được cho phép sử dụng rộng rãi trong các loại thực phẩm như đồ uống (30-40ppm), mứt trái cây (20-60ppm), bánh kẹo (chewing gum, kẹo cứng, kẹo mềm), yoghurt, các sản phẩm tráng miệng hay các loại bột hòa tan uống liền Thông thường, hàm lượng cho phép sử dụng của anthocyanin không bị giới hạn và chủ yếu phụ thuộc vào từng quy trình sản xuất (Brasil, 2001)

Hiện nay, để đảm bảo sức khỏe người tiêu dung ngày càng quan tâm đến việc sử dụng các chất màu tự nhiên hơn là sử dụng các chất màu tổng hợp, vốn có thể gây ra những tác dụng xấu về sức khỏe cho người sử dụng Rất nhiều loại dịch trích từ các loại rau và trái có màu s ắc tạo bởi các anthocyanin đã được sử dụng để tạo màu cho thực phẩm (Shipp et al., 2010) Tuy nhiên, các nguồn nguyên liệu được lựa chọn để sản xuất anthocyanin thường bị giới hạn bởi năng suất thu nhận và giá trị kinh tế Một trong những nguồn thu nhận anthocyanin có hiệu quả hiện nay là

các nguồn mà trong đó anthocyanin đóng vai trò là một phụ phẩm của quá trình s ản xuất các sản phẩm có giá trị cao hơn

Ví dụ như anthocyanin từ bã nho ép, bã dâu tằm, hay từ quá trình sản xuất chất tạo ngọt tự nhiên Miraculin ở quả Miracle Trong đó, bã nho chính là nguồn nguyên liệu thu nhận anthocyanin có hiệu quả kinh tế vã dễ kiếm nhất nho là loại trái cây có ản lượng thu hoạch hàng năm cao nhất so với tất cả các loại trái cây khác Quá trình s ản xuất rượu vang từ nước ép từ nho đã tạo ra một lượng lớn phụ phẩm là bã nho Trong bã nho, các chất màu anthocyanin chính là những thành phần

có giá trị và có tiềm năng khai thác nhiều nhất Màu anthocyanin dạng bột sấy phun hay dạng dịch lỏng cô đặc từ nho đã được đưa ra thị trường từ nhiều năm với tên gọi thương mại là Enocolor và đã được giới thiệu sử dụng trong thực phẩm và mỹ phẩm

Các nguồn thu nhận phổ biến khác như: bắp cải tím, gạo nếp than, củ cải đỏ, khoai lang tím, carrot (black carrot), quả anh đào, blackberry và elderberry Trong

đó, các nguồn như củ cải đỏ, khoai lang tím, bắp cải tím cung cấp hàm lượng các anthocyanin được acyl hóa cao hơn, do đó nồng độ bền màu của dịch trích này cũng cao hơn

Hiện nay, xu hướng nghiên cứu chính đang tập trung vào việc khai thác các anthocyanin được acyl hóa có màu sắc, độ bền nhiệt, ánh sáng, pH, SO2 tốt hơn cùng với sự phat triển các kỹ thuật nuôi cấy mô, tế bào để có thể nâng cao khả năng ứng dụng của chất màu anthocyanin trong thực phẩm

1.2.10.Vai trò của các hợp chất anthocyanin

Điều chỉnh áp suất thẩm thấu trong các giai đoạn khô hạn và nhiệt độ thấp

Ngoài ra, Hale và cộng sự (2001, 2002) thấy rằng khi hàm lượng chất màu tăng thì khả năng tích tụ molybden và tungsten ở loài Brassica sp (Bắp cải) cũng tăng; hay ở mô có chứa Anthocyanin, khả năng bị tấn công bởi nấm mốc giảm đi (Coley và Aide, 1989) Theo Gould, MvKelvie và Markham (2002) Anthocyanin tích tụ trong tế bào là do kết quả của sự tổn thương cơ học hay do thiết hụt phosphorus hoặc nitrogen (Schalker-Scoot, 1999)

Nói chung người ta tin rằng Anthocyanin có khả năng làm tăng cường phản ứng chống oxy hóa của tế bào đồi với các yếu tố gây stress

1.2.10.2 Đối với sức khỏe con người

Ngoài những vai trò sinh lý đối với thực vật, các hợp chất Anthocyanin còn được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người.(Motohashi et al., 2008)

Các hợp chất Anthocyanin được hấp thu vào trong dạ dày ở dạng phân tử (Passamonti, Vrhovsek và Mattivi, 2002) hoặc có thể hỗ trợ bởi một cơ chế vận chuyển qua mật Ngoài ra, phân tử Anthocyanin cũng không bị biến đổi dưới tác dụng của hệ vi khuẩn trong ruột non Vì thế, phân tử Anthocyanin cũng không thay đổi trong huyết tương và nước tiểu Các nghiên cứu gần đây cho tấy các Anthocyanin chỉ được hấp thu cấp độ rất thấp, chỉ khoảng 0,016 % đến 0,11% lượng tiêu tụ ở người

Mặc dù chỉ được cơ thể hấp thu một lượng rất nhỏ, các phân tử Anthocyanin sau khi được chuyển hóa có thể biểu hiện những hoạt ính như chống ung thư, chống

xơ vữa động mạch, chống viêm, giảm mức độ thẩm thấu, độ vỡ của mao mạch, ức chế sự đông tụ của các tiểu huyết cầu và thúc đẩy sự tạo thành cytokine t ừ đó điều hòa các phản ứng miễn dịch Tất cả những ho ạt tính này đều dựa trên khả năng chống oxy hóa c ủa các athocyanin Cũng nhờ khả năng này, các hợp chất anthocyanin còn giúp bảo vệ màng dạ dày chống lại những tổn thương do sự oxy hóa, vì vậy hoãn lại giai đoạn đầu của bệnh ung thư dạ dày, ung thư ruột và ruột kế Hoạt tính và thành phần bảo vệ vi khuẩn đường ruột có thể bị thay đổi sau khi dung

các dịch trích từ các lo ại quả mọng (berry) có chứa các hợp chất flavonoid gồm cả anthocyanin.((Puupponen-Pimiã et al., 2001; Manach et al., 2005)

Một số hoạt tính sinh học của cyanindin-3-glucoside:

Giảm khả năng bị oxy hóa của LDL Bào vệ hồng cầu khỏi các tác động của sự oxy hóa

Gaimr sự phân tách DNA

Ức chế độc tính của các đại thực bào bằng cách giảm hàm lượng NO Ngăn chặn tác hại của tia UV trong liposome

Kháng viêm

Chống các bệnh tim mạch

Ức chế sự tác động và phát triển của các tế bào ung thư

 Hoạt tính chống oxy hóa

Sự thiếu electron tự nhiên c ủa các phân tử anthocyanin giúp cho các hợp chất này đặc biệt hoạt động Một số cơ chế chống oxy hóa của anthocyanin có được từ các nghiên cứu như:

Ngăn chặn các gốc hoạt động bằng cách cho hydro

Chalate các ion kim loại xúc tác cho các phản ứng oxy hóa

Liên kết với các protein, tạo phức chất bền

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của anthocyanin: rất nhiều các nghiên cứu đã cho thấy mối tương quan khá cao giữa hàm lượng màu trong nguyên liệu (trái cây, rau) với khả năng chống oxy hóa Ngoài ra, sự khác nhau về cấu trúc giữa các anthocyanin cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa Trên thực tế, bằng cách thay đổi vị trí và loại gốc hóa học gắn vào vòng thơm của phân tử anthocyanin, khả năng nhận electron độc thân từ các gốc tự do cũng sẽ khác nhau

 Hoạt tính chống ung thư

Cơ chế chống ung thwcuar anthocyanin nói riêng và các hợp chất phenolic nói chung vẫn chưa được xác định chắc chắn Một số nghiên cứu về khả năng chống ung thư của anthocyanin như:

Các anthocyanin trong khoai lang tím và bắp cải tím ức chế sự ung thư ruột kết trong chuột

Các aglycon có trong những loại anthocyanin phổ biến nhất như cyaniding, delphinidin, maldivin, pelargonidin và petunidin đều có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào ung the dạ dày, ruột kết, phổi, lồng ngực ở người Theo nghiên cứu này, nhóm hydroxyl tự do ở vị trí C3 trong dạng cấu trúc flavylium c ủa anthocyanidin góp phần ức chế sự phát triển của các dòng tế bào ung thư của người được khảo sát Trong anthocyanin, nhóm hydroxy ở vị trí C3 luôn bị thế bởi các gốc đường, và vì vậy, các anthocyanin không có được khả năng ức chế trên Ngoài ra,

số nhóm hydroxyl và methoxyl trong vòng B của cyanindin cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng ức chế các dòng tế bào ung thư được nghiên cứu.Hoạt tính ức chế cao nhất thuộc về maldivin, vốn có nhóm hydroxyl ở vị trí 3 và 4’ và nhóm methoxy ở các vị trí 3’ và 5’

Nghiên c ứu về khả năng ức chế sự di căn c ủa các tế bào ung thư của anthocyanin Sự di căn đòi hỏi tế bào phải có khả năng di động, khả năng kết dính

bề mặt và sự hoạt động của các protease ngo ại bào như serine protease, matallaproteinase (MNPs), cathepsine, nhằm phân hủy mạng lưới ngo ại bào (extracellular matrix – ECM), cho phép các tế bào di căn Trong đó, các enzyme quan trọng nhất là serine protease và MMPs MMPs là nhóm enzyme phân hủy phụ thuộc vào Zn có khả năng phân hủy các protein của mạng lưới ngoại bào như collagen, proteoglycan, fibronectin và elastin C ả MMP – 2 và MMP – 9 đều xuất hiện nhiều trong nhiều khối u ác tính và góp phần vào sự di căn Các hợp chất cyaniding 3-rutinoside and cyaniding 3-glucoside chiết suất từ qur dâu tằm được chứng minh là có khả năng ức chế các enzyme MMP, hạn chế sự di căn của dung tế bào ung thư được nghiên cứu

 Hoạt tính chống các bệnh tim mạch

Các hợp chất flavanoid nói chung và các anthocyanin nói riêng được cho là

có khả năng làm giảm nguy cơ mắc bệnh động mạch vành bởi khả năng ngăn chặn

sự oxy hóa các lipoprotein có tỉ trọng thấp (LDL) trong huyết tương Sự oxy hóa

các hợp chất này được xem như một bước quan trọng trong sự hình thành các khố i

xơ động mạch và từ đó dẫn đến căn bệnh động mạch vành

Vai trò của anthocyanin trong việc phòng chống các bệnh tim mạch có lien quan trực tiếp đến hoạt tính chống oxy hóa, giảm viêm, tăng độ bên và khả năng thẩm thấu của thành mạch máu, ức chế sự đông tụ của các tiểu huyết cầu

Những đặc tính của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay c ủa các nước trên thới giớ là nghiên cứu khai thác chất màu thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng

Quá trình trích ly chất lỏng bao gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn mở đầu: là giai đoạn trộn lẫn, phân tách 2 pha vào với nhau

để tạo sự tiếp xúc pha tốt cho dung chất truyền từ hỗn hợp đầu vào dung môi Nếu thời gian tiếp xúc pha đủ thì quá trình truyền vật chất xảy ra cho đến khi đạt cân bằng giữa hai pha

Giai đoạn kế tiếp: là giai đoạn tách, hai pha tách ra dễ dàng hay không tùy thuộc vào sự sai biệt khối lượng riêng giữa hai pha Một pha là pha trích gồm

chủ yếu dung môi và dung chất, một pha gọi là pha rafinat gồm chủ yếu phần còn lại của hỗn hợp ban đầu Thường thì các cấu tử trong hỗn hợp và dung môi đều ít nhiều hòa tan vào nhau vì thế trong hai pha đều có sự hiện diện của cả 3 cấu tử

Các phương pháp trích ly theo giai 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 trình truyền 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 1.11Sơ đồ trích ly theo một đoạn

Trích ly nhiều giai đoạn giao dòng: đây là sự kéo dài của quá trình trích ly một đoạn trong đó pha rafinat đi liên tục qua mỗi đoạn để được tiếp xúc với dung môi mới Quá trình cũng có thể thực hiện liên tục hay giai đoạn

Hình 1.12Sơ đồ trích ly theo nhiều đoạn giao dòng

S3 Y3

Pha trích Pha trích 3