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

Ant hocyani n còn l à hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như:khả năng chố ng oxy hó a cao nên được sử dụng để chống l ão hóa, hoặc chống oxyhóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chết sự

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN LỆ HÀ Sinh viên thực hiện : LÊ ANH TOÀN MSSV: 1151110362 Lớp: 11DSH01

TP Hồ Chí Minh, 2015

LỜI CAM ĐOAN

Là sinh viê n năm năm c uối của Tr ườ ng Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh, nay được vinh dự làm đồ án tốt nghiệp để hoàn t ất c hương trình học của mì nh Tôi c am đoan đây l à nghiên cứu do tôi tiến hành tại phòng thí nghiệm Kho a Cô

ng nghê Si nh học-Thực phẩm-Môi trườ ng, Trường Đại học Cô ng nghệ TP Hồ Chí Minh

Những số liệu, hì nh ảnh trong bài ho àn toàn trung th ực chưa từng có ai công bố

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2015

Si nh vi ên thực hi

ện

Lê Anh To àn

LỜI CẢM ƠN

Tận đ áy lòng con xin gửi vạn lời c ảm ơn đến c ha mẹ, c ha mẹ đ ã gian l ao nuôi dạycon thành người và l à người thầy đầu đời c ủa con Cha mẹ l uôn là c hỗ dựa vữngchắc nhất c ủa con, l à người giúp co n đứng vững s au mỗi l ần vấp ngã, là nguồn động

viê n, động lực để con tiếp t ục phấn đấu trong cuộc sống

Với lòng biết ơn sâu sắc Em xin chân thành cảm ơn toàn t hể quý Thầy Cô Khoa Công nghệ sinh học- Thực phẩm-Môi trường, c ùng to àn thể Thầy Cô Tr ường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt c ho

em những kiến thức quý báo về cơ sở ngành cũng như c huyên ngành t ừ ngày em bước chân vào gi ảng đường đ ại học

Đặc biệt, em xi n chân t hành cảm ơn TS.Nguyễ n Lệ Hà, người thầy đáng kính, đ

ã luôn t ận tình chỉ dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em ho àn thành phầnthực nghiệm c ủa đồ án

Em xi n chân thành cảm ơn t hầy Huỳnh Văn Thành và thầy Nguyễ n Tr ung Dũng

đã tạo điều kiệ n thuận lợi cho em thực hiệ n đồ án t ại phò ng thí nghiệm Khoa Công nghệ sinh học- Thực phẩm- Môi trường, Trường Đại học Cô ng nghệ TP Hồ Chí Minh

Cảm ơn t ất cả các bạn lớ p 11DSH01 đ ã luô n khíc h lệ, động viên và giúp đỡ mình trong suốt quá trình học t ập tại trường và trong quá trình l àm đồ án tốt

nghiệp

Xin c hân t hành c ảm ơn!

TP Hồ Chí Mi nh, t háng 8 năm 2015

SVTH: Lê Anh To àn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

i

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 di nh dưỡ ng 6

1.1.3 Những lợi ít c ho sức khỏe 7

1.2 ANTHOCYANIN .9

1.2.1 Giới thiệu 9

1.2.2 Phân loại anthocyanin 9

1.2.3 Cấu tr úc hó a học của ant hocyanin 10

1.2.4 Đặc điểm, tính chất của anthocyanin 12

1.2.5 Đặc tí nh quang phổ của ant hocyani n 13

1.2.6 Sự phân bố của anthocyanin 13

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

1.2.8 Một số yếu tố ảnh hưởng đế n độ màu của Ant hocyani n (tính khô ng bền)(Chunhui Ma và cộng sự, 2012); (Mazza và Mi nitiati, 1993); (Fr ancis, 1989) 17

1.2.9 Khả năng ứng dụng và các nguồn anthocyani n 24

1.2.10 Vai trò của c ác hợp chất ant hocyani n 25

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

i1.3 Phương pháp trích ly 29

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.3.1 Tríc h ly lỏng – lỏng 29

1.3.2 Tríc h 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 t hế giới 33

1.4.1 Tro ng nước 33

1.4.2 Trê n t hế giới 34

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 Thời gi an và đị a điểm 37

2.2 Vật liệu – Hó a chất – Dụng cụ và t hiết bị 37

2.2.1 Nguyên Liệu 37

2.2.2 Dụng cụ 37

2.2.3 Thiết bị 37

2.2.4 Hóa c hất 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 s át ảnh hưởng c ủa kíc h thước nguyên liệu đến khả năng trích ly màu anthocyanin .41

2.3.4 Thí nghiệm 4: Khảo s át ảnh hưởng c ủa nhiệt độ xử lý nguyê n liệu sơ bộ đến khả năng trích ly màu anthocyanin 43

2.3.5 Thí nghiệm 5: Tối ưu hóa tỷ lệ Et hanol:HCl (1%) l àm dung môi trích ly ant hocyani n .45

2.3.6 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưở ng của nhiệt độ đến khả năng trích ly ant hocyani n 47

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

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

ly ant hocyani n 49

2.3.8 ươ do DPPH 50

2.3.9 Thí nghiệm 9: Khảo s át ảnh hưởng c ủa thời gi an cô - quay đến hoạt tính o xy hó a của anthocyanin .51

2.4 Các phươ ử dụng trong nghiên c u 52

2.5 Các phương pháp thố ng kê và xử lý số liệu 52

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

3.1 Độ ẩm của nguyê n liệu 53

3.2 Bước sóng hấp thu cực đ ại của Ant hocyani n 53

3.3 Ảnh hưởng của kích thước nguyê n liệu đến khả năng trích l y 54

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

3.5 Khảo sát tối ưu hó a tỷ lệ Et hanol và HCl(1%) làm dung môi trích l y 57

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

3.7 Khảo sát ảnh hưởng của t hời gian đến khả năng trích l y 61

3.8 ương do DPPH 63

3.9 Thí nghiệm 9: Khảo s át ảnh hưởng c ủa thời gi an cô quay đến hoạt tính oxy hóa của ant hocyani n 64

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69

4.1 Kết luận

69 4.2 KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DPPH (2,2-Diphenyl-1-picrylhydr

azyl) IC50 (Effecti ve concentration of

50%) EtOH (Et hanol)

MeOH ( Methanol)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1Gạo đen 5Hình 1.2 Thành phần di nh dưỡng có trong 100 gr am gạo đen

23

Hình 1.10Sự chuyể n hóa mal vi n mal vo ne bởi H2O2tạo thành từ s ự oxy hóa vit ami n

C 24Hình 1.11Sơ đồ trích ly t heo một đoạn 30Hình 1.12Sơ đồ trích ly t heo nhiều đoạn giao dòng 30Hình 1.13Sơ đồ trích ly liên t ục nhiề u đoạn nghịch dòng

59

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.6Biểu đồ thể hiện hàm l ượng anthocyanin trích ly với c ác thời gi an khácnhau 62Hình 3.7 Mối tương quan t uyến tí nh giữa % gốc tự do DPPH bị ức chế với LogCo(Co là nồng độ ant hocyani n mg/ml)

63

Hình 3.8Mối tương quan giữa % gốc tự do DPPH bị ức c hế với Lo g( Ascorbic acid,µg/ ml) .63Hình 3.9.Sự t hay đổi nồng độ của anthocyani n trong dịch c hiết bán thành phẩm theo thời gi an cô

quay 64

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.10Hiệu s uất thu hồi ant hocyanin trong quá trình cô quay dịch trích l y t heo thời gi an

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng c ác loạigạo 6Bảng 1.2Một số loại Ant hocyani n phổbiến 9Bảng 1.3Cấu trúc hóa học một số loại Ant hocyani din

11

Bảng 1.4Sự phân bố của Ant hocyani n 14Bảng 2.1Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của kích t hước nguyê n liệu đến khả năng trích l y

41

Bảng 2.2Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của xử lý nhiệt độ nguyên liệu đến khả năng trích ly 43Bảng 2.3Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của t ỷ lệ dung môi Ethanol:HCl(1%) đến khả năng trích ly 45Bảng 2.4Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng trích ly 47Bảng 2.5Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của t hời gian đến khả năng trích l y 49

Bảng 3.1Kết quả đo độ ẩm nguyên liệu 53Bảng 3.2Kết quả khảo s át ảnh hưởng kích t hước nguyê n liệu đến khả năng trích l y 54Bảng 3.3Kết quả khảo s át ảnh hưởng c ủa nhiệt độ xử lý nguyê n liệu sơ bộ đến khảnăng trích l y

71

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu từ nông nghiệ p rất đa dạng nhưng chưađược nghiên cứu, ứng dụng có hiệu quả cao Gạo đen l à nguồ n nguyên liêu tốt nhấtchố ng lại oxy hóa-chất được biết như gi úp đỡ c ải thiệ n c hứng đỏ bừng ở một

số người trong việc điều hòa chất nền Ho ạt tính chống oxy hóa được tìm thấytrong ca phê và trà nhưng ngày nay được xác định nhiều trong gạo đen Một vàinghiên cứu đã chứng mi nh rằng gạo đen chứa nhiều ant hocyani n, là t hành phần l

àm giảm nguy cơ bệnh tim mạch Nó sẽ ngăn chặn việc hì nh t hành các mảngđộng mạc h mà là nguyên nhân gây nên c ác bệ nh tim mạc h Hơn t hế, nó đãđược chứng minh r ằng ant hyacin có có khả năng điều khiể n các cấp độcholesterol mà nhiêu thực phẩm ngày nay không có

Hợp chất màu ant hocyani n là thành tố quan trọng tạo thành hệ phức màucho muô n loài cây tr ái mà c ho đến nay c hưa có chất màu tổ ng hợp nào thay t

hế được tính t ự nhiên vố n có của nó Ngo ài t ác dụng là c hất màu thiê n nhiênđược sử dụng khá an toàn trong t hực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc đẹp, hấp dẫn chomỗi sản phẩm Ant hocyani n còn l à hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như:khả năng chố ng oxy hó a cao nên được sử dụng để chống l ão hóa, hoặc chống oxyhóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chết sự suy gi ảm sức đề kháng; có tác dụng l

àm bền thành mạch,

chống viêm, hạn c hế sự phát triển của c ác tế bào ung thư; tác dụng c hống cáctia phó ng xạ.

Tro ng các chất màu t hực phẩm có nguồn gốc tự nhiên t hì ant hocyani n l

à họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy đượctrong một số loại rau, ho a, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu,bắp cải tím, lá tía tô, hoa hi bicut, đậu đen, quả cà tí m, gạo nếp than, gạo đỏ

Từ c ác t ác dụng trên nhà khoa học đã tìm c ách c hiết tách anthocyanin từnhững nguyên liệu khác nhau như: bắp cải tím, dâu tây, nho với các phương phápkhác nhau Đặc biệt, theo nghiên cứu mới nhất thì thành phần Ant hocyaninđược tìm thấy nhiều nhất trong ―gạo đen‖

Việt Nam ta là nư ớc thuần nông Nên gạo đen được xem l à nguyê n liệuphổ biến dễ sử dụng và sản xuất Gạo đen, từ lâu đã được xem l à một loại nôngsản gi àu dinh dưỡng và rất có lợi cho sức khỏe con người với c ác thành phầngiàu c hất chống oxy hó a, gi àu chất xơ, gi àu vit ami n E, giàu khoáng chất và cácloại axit amin thiết yếu Đặc biệt là t hành phần lớp s ắc tố anthocyanin

Tuy nhiên, hiệ n nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về việc tinh s ạch

ant hocyani n từ gạo đen để ra được một hợp chất tinh khiết, đồng thời nghiê ncứu tính c hất c ủa anthoc yanin từ gạo đen Tro ng khi đó, đây l à một nguồn khaithác có khả năng t hu nhận cao, và hiệu quả

Vì t hế, chúng tôi tiến hành đồ án “Nghi ên cứu thu nhận Anthocyani n từ

phế li ệu gạo đen và xác đị nh hoạt tí nh kháng o xy hó a của anthocyani

3 Nhi ệm vụ nghi ên

cứu

Để thực hiện mục đích nghiên cứu, nhó m nghiên cứu thực hiện các t

hi nghiệm như s au:

-Xác định độ ẩm ban đầu c ủa nguyê n liệu.

- Xác đị nh bước sóng hấp t hu cực đại c ủa ant hocyani n từ gạo đen.-Xác định ảnh hưởng c ủa kích t hước nguyên liệu đến quá trình trích

ly ant hocyani n

- Xác đị nh ảnh hưởng của xử lý nhiệt sơ bộ c ho nguyê n liệu đế n quá trình trích ly ant hocyani n

- Xác đị nh tỷ lệ dung môi thích hợp c ho quá trình trích l y anthocyani n

- Xác đị nh nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích l y ant hocyani n

- Xác đị nh thời gi an thích hợp c ho quá trình trích l y anthocyani n

- Xác đị nh ho ạt tính kháng oxy hóa c ủa ant hocyani n

- Xác đị nh thông số cho quá trình cô quay thu nhận dịch c hiết anthocyanin cô

4 Phương pháp nghi ên cứu

Để thực hiện mục đích nghiên cứu, nhó m nghiên cứu thực hiện các t

hi nghiệm như s au:

-Xác định độ ẩm ban đầu c ủa nguyê n liệu

- Xác đị nh bước sóng hấp t hu cực đại c ủa ant hocyani n từ gạo đen

-Xác định ảnh hưởng c ủa kích t hước nguyên liệu đến quá trình trích

ly ant hocyani n

- Xác đị nh ảnh hưởng của xử lý nhiệt sơ bộ c ho nguyê n liệu đế n quá trình trích ly ant hocyani n

- Xác đị nh tỷ lệ dung môi thích hợp c ho quá trình trích l y anthocyani n

- Xác đị nh nhiệt độ thích hợp cho quá trình trích l y ant hocyani n

- Xác đị nh thời gi an thích hợp c ho quá trình trích l y anthocyani n

- Xác đị nh ho ạt tính kháng oxy hóa c ủa ant hocyani n

đặc

- Xác đị nh thông số cho quá trình cô quay thu nhận dịch c hiết anthocyanin cô

5 Các kết quả đạt được

Đã xác định được c ác thô ng số thích hợp c ho quá trình trích l y chất màuant hocyani n nhằm tác h c hiết tối đa anthocyanin từ nguyên liệu phù hợp cho mục đích ứng dụng vào thực phẩm:

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

- Xác đị nh được bước sóng hấp thu cực đ ại của ant hocyani n từ gạođen là λmax=535nm trong dung môi EtOH:HCl 1N

- Kích t hước nguyên liệu là 0,0098 inches chohiệu quả trích l y ant

hocyani n với hàm lượng c ao nhất

- Nguyên liệu ở điều kiện nhiệt độ phòng cho hiệu quả trích ly

anthocyanin với hàm lượng c ao nhất

- Xác đị nh được tỷ lệ dung môi thích hợp cho quá trình trích ly

anthocyanin là Et OH: HCl 1% 95:5 (v: v)

- Xác đị nh được nhiệt độ thích hợp c ho quá trình trích l y ant hocyani n l à

- Xác đị nh thời gi an thích hợp c ho quá trình trích l y anthocyani n l à 60 phút

- Xác đị nh được ho ạt tính kháng oxy hóa của anthocyani n với giá trị IC50 =

636 (µg/ml)

- Xác đị nh được các t hông số cho quá trình cô quay t hu nhận dịch c hiếtant hocyani n cô đặc Thời gian cô quay t hích hợ p là 15 phút Nhiệt độ cô quay ở 40-

45oC Nồng độ ant hocyani n trong dịc h chiết s au cô quay đ ạt 19,086 mg/ml Thể tích dịch s au cô quay còn lại 21,288 % so với thể tích ban đ ầu (100ml)

6 Kết cấu của đồ án

Nội dung c ủa báo c áo đồ án tốt nghiệp được s ắp xế p t heo thứ tự như s au:Nội dung báo cáo gồm có 3 chương :

- Chương 1 : Tổ ng quan

- Chương 2 : Vật liệu và phương pháp

- Chương 3 : Kết quả, thảo l uận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Gạo đen

1.1.1 Giới thiệu về gạ o

đen

Gạo l à một nhóm cây lương t hực c hính quan trọng c ho hơn một nửa dân

số trên thế giới Bên cạnh giống gạo trắng được tiêu thụ rộng rãi trên thế giới thì

có nhiề u giố ng lúa đặc biệt có chứa các s ắc 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 t hể về việc sản xuất lúa màu tới năm 2003 , Tr

ungQuốc là quốc gi a giàu có nhất tài nguyên gạo đen (62%) tiếp theo là SriLanka (8,6%), Indonesia (7,2%), Ấn Độ(5,1%), Philippines (4,3%), Bangl adesh(4,1% ) , và vài năm Malaysia , Thái Lan và Myanma (R Sompong và cộng sự,2011)

Từ t hời xưa, gạo đen chỉ được dùng cho c ác vua chúa thời Tr ungQuốc Ngày hôm nay, gạo đen được sử dụng, buôn bán phổ biế n trên t hế giơi ởcác nước như Anh, Úc và Châu Âu, mọi người đã khám phá r a nhiều lợi ích sứckhỏe mà gạo đen đem lại

Gạo đen l à một loại gạo có thành phần di nh dưỡng c ao như protein,vitamin và khoáng chất, đặc biệt là sắc tố anthocyanin ( gây nên màu s ắc củagạo) Sắc tố ant hocyani n đã được báo cáo tác động cao đến sự giảm các cấp độcholesterol trong cơ thể, giảm c ác vấn đề tim mạch, chống o xy hó a, chống ungthư,… ( R So mpo ng và cộng sự, 2011)

Hì nh 1.1Gạo đen

1.1.2 Thà nh phần dinh dưỡng

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng c ác loại gạo

Loại gạo Protein (gm) Kho áng ( gm) Chất sơ ( gm)

Hì nh 1.2 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gr am gạo đen

Một phần nhỏ gạo đen c hỉ chứ khoảng 160 caloride, nhưng có một số lượ

ng lớn các thành phần di nh dưỡng Fl vanoid ( Anthocyani n), nó là một nguồn

qu an trọng trong sự hình thành cơ, khoáng chất quan trọng bao gồm:s ắt vàđồng; c ác protein thực vật tốt cho sức khỏe Chỉ bên ngoài vỏ c ủa gạo đe n

đã có mức độ ant hocyani n cao hơn so với nhiề u thực phẩm khác (Dr.AXE,2013)

Gạo đen thường có mối quan hệ với việc điều khiể n hàm lựơng lipi d trongmáu Theo công trình nghiên c ứu c ủa Yao và cộng sự, 2013 đã chứng mi nh rằng dịch trích của gạo đen có thể làm gi ảm hàm lượ ng cholesterol bằng việc ứcchế các lipase ở tụy , làm giảm đi hàm lượng các chuỗi phân t ử cholesterol, ứcchế sự tăng cholesterol trong tế bào cacao-2 ( Y a o S L và cộng sự, 2013).

b Giảm nguy cơ ti m mạch

Căn bệ nh tim mạch là một vấn đề sức khỏe cộng đồng, đầu tiên nó lànguyên nhân gây chết trong c ác thành phố phát triển Chính vì t hế, rất c ần t hiếtnghiên c ứu các nguồn khác nhau như các thức ăn chức năng ngăn chặn và điềukhiển c ác nguy cơ rủi ro của bệnh (S a l g a d o J M và cộng sự, 2010)

Nhiều nghiên c ứu đã c hứng mi nh rằng gạo đen có thể l àm giảm nguy cơ hì nh

thành các mảng bám trong động mạch, nó đóng vai trò r ất quan trọng trong việc l

àm sạch động mạch và ngăn chặn c ác cơn đột quỵ ở tim (Wen Hua Ling vàcộng sự,

2000)

Gạo đen có chứa nhiều ant hocyani n giúp duy trì các cấp độ cholesteroltốt cho sức khỏa bằng cách l àm giảm tổng số cholesterol, cholesterol thấp LDL,tổng số nồng độ triacylgl ycerol Đây l à 3 yếu tố gây nên c hứng sơ vữa động mạc h(David Heber và cộng s ự, 1999)

c Chống viê m, ung thư

Một nghiên cứu đã chứng minh ho ạt tính chất chống ung thư của dịchtrích gạo đen gi àu ant hocyanin làm giảm khả năng sống c ủa tất c ả các dòng ung

t hư vú Dịch trích này có tác dụng làm giảm sự chết t heo chương trình tế bào (Apotosis), ức chế sự hình t hành và phát triển của khối u ( Chang Hui và cộng sự,2010)

d Chống oxy hóa

Nhiều nghiên cứu đã chứng mi nh rằng gạo đen có thể giúp cơ thể giải độc

và làm sạc h các chất độc trong gan nhờ vào hoạt tính chất chống oxy hó a cótrong gạo đen(Dr.AXE)

Một nghiên c ứu gần đây, tì nh tr ạng c hống oxy hóa trong máu, gan vàmột phần động mạc h chí nh, động mạch c hủ, được đ ánh gi á yếu đi s au khi tí nhchế gạo đen (Davi d Heber và cộng sự, 1999) Kết quả c hứng minh gạo đen làmquá trì nh oxy hóa yếu, chứa nhiều ho ạt chất chố ng oxy hóa trong máu, l àm gi ảm

đi các độc tố ở gan và làm giảm đi việc hình thành các mảng bám ở động mạc h(Davi d 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 sựgiống nhau về hàm lựơng chất xơ, với khoảng 2-3gram trên 1 c hén cơm Hàm lượng chất xơ trong gạo đen có thể giúp ngăn chặn sự táo bón và c ác vấn đềtiê u hóa khô ng mong muốn khác Chất xơ liên kết với chất thải bảvà c ác chấtđộc với c ác vấn đề tiêu hóa, làm chúng đẩy ra ngoài và góp phần điều hòa các chứcnăng ruột (Dr.AXE)

Nhiều nghiê n cứu đã chứng minh rằng chế độ ăn kiêng c ao với chất xơ

có trong các vỏ hạt có khả năng bảo vệ chố ng l ại béo phì, các bệ nh về tim, bệ

nh đ ái tháo đường và có lợi c ho hệ tiêu hóa như hệ thố ng đường ruột ( Shimabukuro và cộng sự, 2014) [33] Điều này được giải thích do chất xơ đóng vaitrò quan trọng trong việc làm s ạch độc tố trong cơ thể, làm gi ảm phản ứng viêm

và l àm sạc h động mạc h do chúng di chuyên các độc tố và mảng bám c ủa cơ t hể Gạo đen có thể gi úp ngăn chặn các bệ nh tiêu chảy (S a tij a A và cộ ng sự, 2012;

A

n d e r s o n J W 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 gi úp hàm l ượng đường gl ucose từ vỏ hạt đến cơ t hể hấp t hu trong khoảng

thời gian dài (Dr.AXE) [Error! Reference source not fo und.].

f Chống bệnh tiểu đường

Nhiều công trì nh nghiê n cứu đã c hứng minh r ằng khi có nguy cơ caophát triển bệnh đ ái tháo đường và táo bón, ăn gạo đen có nhiều lợi ích và ngăn chặn được sự chi phối c ác việc lọc carbo nhydrat ( Sh i m ab u k u r o M và cộng sự,2014)[33]

1.2 ANTHOCYANIN

1.2.1 Giới thiệu

Ant hocyani n hiện thuộc nhó m các chất màu tự nhiê n tan trong nư ớc lớnnhất trong thế giới thực vật Thuật ngữ ant hocyanin bắt nguồ n từ tiếng Hy Lạp,trong đó Ant hocyani n là sự kết hợ p giữa Anthos – nghĩa là hoa và Kysanesos –nghĩ a là màu xanh

Ant hocyani n l à các s ắc tố flavo noid t an được trong nước mà cómàu từ đỏ đến xanh lam, tùy vào độ pH Chúng xuất hiện trong tất cả các môcủa thực vật bậc cao, t ạo ra màu ở lá, thân, rễ, hoa và quả, dù rằng không phải luôn ở l ượng đầy đủ để có thể dễ nhận thấy được(Gross, 1987) Anthocyaninthường dễ thấy nhất ở cánh hoa, nơi mà c húng có t hể chiếm khoảng 30%trọng lượng khô c ủa mô Chúng cũng chịu trách nhiệm c ho màu tím nhì n t hấyđược ở mặt dưới của các loài thực vật nhiệt đới trong bóng mát chẳng hạn như

T

r a d e s ca n ti a z e b r i n a ; ở những thực vật này, anthocyanin bắt lấy ánh sáng mà đã

đi xuyên qua lá và ph ản xạ ngược lại về phía vùng có chlorophyll, để tối đa hóaviệc sử dụng ánh sáng có sẵn (Mo hr et al., 1995)

1.2.2 Phân l oại anthocyani n

1.2.2.1 Một số loại anthocyanin phổ biế n

Bảng 1.2Một số loại Ant hocyanin phổ biến

Loại Ant hocyani

n

Gốc Ant hocyani di

n

Loại Đường Có ở c ây

Pelargonin Pelargonidi n Hai gl ucoza Cúc t ây ( Asier),

mò cò

ramnoza (Cerasus)

glucoza

Quả việt quốc

dimetyl c

ủa denfini din)

Hai gulcoza Hoa c ẩm quỳ

(mal va)

ngọc tram(primul a)

1.2.2.2 Các anthocyanin đã được thương mại hóa

1 Encolor liqid DS ( công t y Re ggi anna, Antociani, Ital y) là dịch trích

5 Powdered San Re d PC được sản xuất bởi công ty San Ei ChemicalIndustries là bột s ấy khô của dịch trích từ bắp cải đỏ

6 Powdered San Re d PC được sản xuất bởi công ty San Ei ChemicalIndustries là bột s ấy khô của dịch trích từ bắp cải tím

1.2.3 Cấu trúc hóa học của a nthocya nin

Ant hocyani n t huộc nhó m các hợp chất flavonoid, hòa tan trong nước và chứa trong các khô ng bào Về bản chất, anthocyanin là những hợp chất glycoside của c ác

dẫn xuất pol yhydroxy và pol ymetho xy c ủa 2-phenyl benzopyrylium hoặc muối flavylium (ChunHu và cộng s ự, 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 mạc h t hẳng hay mạch vòng gắn vào phân tử (R Sompong và cộng

sự, 2011) Bảng 1.3Cấu trúc hóa học một số loại Ant hocyani din

Các ant hocyanin khi bị mất hết các nhóm đường được gọi là ant hocyanidin hay aglyco ne, mỗi ant hocyanidi n có thể bị glycosyl hóa và acyl hó a bởicác loại đường và các acid khác nhau t ại những vị trí khác nhau nên số lượnganthocyanin lớn hơn 10-20 lần so với số lượng anthocyanidi n Cho đến nay, người t

a đã xác đị nh được 18 loại agl ycone khác nhau, trong đó 6 lo ại phổ biến nhất

là pelar gonidi n, cyanidi ng, delphini din, peoni din và mal di vi n ((S a l g a d o J M

và cộng sự, 2010; Y ao S L và cộng sự, 2013)

Tro ng tự nhiên, Anthocyanin rất hiếm khi ở tr ạng t hái tự do ( khô ng

bị glycosyl hó a) Nhóm hydroxyl tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidi

n trở nên không ổn định và làm giảm khẳ năng hòa t an c ủa nó so với anthocyanin

t ương ứng Vì vậy, sự gl ycosyl hóa l uôn diễn ra đ ầu tiên ở vị trí nhó m hydroxy Nếu có thêm một phân tử đường nửa (loại đường phổ biến nhất làglucose, ngoài r a còn có

3-một vài loại monosaccharide (như galactose, ramose, arabinose), các lạodisaccharide (chủ yếu l à r utinose, sambubisoe hay sophorose) ho ặctrisaccharide), vị trí tiếp theo bị glycosyl hóa t hườ ng gặp nhất là ở C-5 Ngoài ra,

– 7,5) (S a l ga d o J M và cộng sự, 2010; Y a o S L và cộng sự,

2013)

Sự acyl hó a cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đườ ng hay ester hóa

ở nhó m hydroxyl C-6 Các nhóm ac yl hó a chính l à các phe nolic acid nhưcaffeic, ferulic hay si napic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malo nic,axalic và succinic ( a l g a d o J MS và cộng s ự, 2010; Y a o S L và cộng sự, 2013)

1.2.4 Đặc điểm, tính chất của a nthocya

nin

Ant hocyani n tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hì nh là hợp chấtkhá phân cực nên t an tốt trong dung môi phân cực màu s ắc của anthocyani n luôn l uôn thay đổi phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, các chất màu có mặt vànhiều yếu tố khác…khi t ăng số lượng nhóm OH trong vòng benzene thì màucàng xanh đ ậm (trong vò ng be nze ne có thể có 1-2 hoặc 3 nhóm OH) ( Y a o S L vàcộng sự, 2013)

Mức độ methyl hóa nhó m OH trong vò ng 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 thayđổi theo số lượng gốc đường được tính vào nhiều hay ít Tuy nhiên, màanthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ t huộc vào pH của môi trường

Ở pH = 1 các anthocyanin t hường ở dạng muối oxonium mà c am đếnđỏ.

Ở pH = 4-5 chúng có thể chuyển về dạng bazo Cac binol hay bazoChalcon khô ng màu.

Nói chung anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dung dịch bão hò

a Khi kết hợp với đường làm c ho phân tử anthocyani n càng hòa tan hơn(ChunHu và cộng sự, 2003; Y a o S L và cộng sự, 2013)

Màu s ắc của ant hocyani n còn có t hể thay đổi do hấp t hụ ở trên

polysaccharide Khi đun nóng lâu dài các ant hocyani n có thể bị phá hủy và mất màu

Tó m lại , trong môi trường acid, các ant hocyani n là những bazo mạnh cóthể tạo muối bền vững với acid Anthocyanin cũng có khẳ năng cho muối vớibazo Như vậy, chúng có tính chất amphote Muối với acid thì có màu đỏ, cònmuối với bazo t hì có màu xanh

1.2.5 Đặc tính quang phổ c ủa ant hoc

yanin

Ant hocyani n có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn t hấy Màucủa ant hocyani n tạo ra từ màu tím đến xanh của nhiề u loại rau quả Độ hấp thụ làyếu tố liên quan mật thết đến màu sắc của các anthocyanin, chúng phụ thuộc vào

pH của dung dịc h, nồng độ anthocyanin Thông t hườ ng pH t huộc vùng aci dmạnh có độ hấp t hụ lớn Nồng độ anthocyanin c àng lớn độ hấp t hụ c àngmạnh ( Terrence P McGart y., 2008)

Độ hấp phụ t hể hiệ n bản chất của mỗi loại ant hocyani n do khả năng hấp t hụ

khác nhau c ủa c húng Tro ng vùng ánh s áng nhì n th ấy, các ant hocyani n có

độ hấp thụ cực đại t ại bước song 510-540nm Độ hấp thụ liên quan m ật t hiếtđến màu s ắc của anthocyanin ( Timberlke C F và Bri de P, 1976)

1.2.6 Sự p hân b ố của a nthocya

nin.

Ant hocyani n tập trung ở những cây hạt kín và những loài ra hoa, phầnlớn nằm ở hoa và quả, ngoài ra c ũng có ở lá và rễ Tro ng những loài t hực

vật này, ant hocyani n được tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào nằm bê n ngoàinhư biểu bì (Mark R Alfenitoa và cộng sự, 1998).

Bảng 1.4Sự phân bố của Ant hocyani n

Tê n t hực vật Tê n t hông thường Loại Ant hocyani n

3-gal actoside, 3-digl ucoside và 3-lami narriobioside,Pn-3-glucosideBrassica oleraea Bắp c ải tím (red cabbage) Cy-3-sophoroside-5-

glucoside cac ul hó a với malono yl, feruloyl, diferuloyl, sinapoyl và díinapo yl

Fragari a s pp Dâu t ây (strawberry) Pg và Cy-3-glucoside

Glycine maxima Đậu nành ( vỏ) Cy và Dp-3-gl ucosideHibiscus sabdariffa L Hoa bụt gi ấm Cy, Pn, Mo no- và BiosidesRaphanus sati vus Củ cải đỏ (rễ) Pg và Cy-3-sophoroside-5-

glucoside ac yl hóa với ρ- coumaroyl, feruloyl, caffeoyl

mono và di glucoside;

dạng tự do và dạng acyl hóa

Cy = cyani ding, Pg = pelagorindin, Pn = peoni din, Dp = delphi nidi n, Pt = petunidi n,

Mv = mal vi din

Các hợ p c hất anthocyanin xuất hiệ n rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ,

73 loài và trong vô số giống t hực vật sử dụng l àm thực vật (Biridle và Ti

mberlake,

1996) Các học thực vật như vitaceae ( nho), và rosaceae (c herry, dâu tây, mâm xôi, táo, ) l à c ác nguồn anthocyanin c hủ yế u Bên cạch đó còn có các họ thực vật khác như solanceae (cà tím) , saxifragace ae (quả lý đỏ và đen), ericaeae ( việt quốc) và brrassicaeae ( bắp c ải tím) Các loại ant hocyani n phổ biến nhất là các glucoside của cyanidi ng, kế đến l à pelargo nidi n, peoni din và delphini din, sau

đó là pet uidi n và mal di vi n Số lượng các 3- glucoside nhiều gấp 2,5 lần c ác

3,5-gl ucoside Loại

ant hocyani n hay gặp nhất chí nh là Cyaidi n-3-glucoside (P B r i d l e ,C F T i m

b e r l a k e ,

1997)

1.2.7 Sự c huyển đổi cấu trúc của ant hocyani n trong môi trường l ỏng

Tro ng môi trường lỏ ng, dưới t ác động c ủa các gi á trị pH khác nhau củamôi trường, c ấu trúc c ủa phân tử anthc yani n sẽ trải qua một số chuyển hóa Ở mộtgiá trị pH xác định, diễn ra s ự cân bằng giữa 4 c ấu trúc ant hocyani n:

Cation flavyli um ( AH +): màu đỏ

màu Chalcone: không màu

 Phương trình chuyể n hóa:

AH+ A + H+

Hì nh 1.3Sự chuyển hóa cấu trúc c ủa phân tử Ant hocyanin trong môi

trường lỏngTro ng dung dịch, anthocyanin dạng khô ng acyl hóa hay acyl hóa một đơn

vị đóng vai trò như một chất chỉ thị pH, tồn t ại ở dạng acid hay base tùy t huộcvào giá trị pH Ở pH aci d (pH<3), dung dịc h anthoc yanin c ho màu đỏ đậm.Khi pH t ăng, màu sắc của dung dịch sẽ nhạt dẫn và chuyển sang khô ng màu vàcuối cùng có màu tím hay xanh dương ở pH cao ( pH>6)

1.2.8 Một số yếu tố ả nh hưởng đến độ màu của Ant hoc yani n (tính

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

(Francis,

1989)

So với đ a số các chất màu t hiên nhiên, ant hocyani n là c hất màu có độbền kém hơn, nó c hỉ thể hiện tính bền trong môi trường aci d Ngoài r a, nó cóthể phân hủy t ạo thành dạng khô ng màu và sản phẩm cuối c ùng c ủa sự phânhủy có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không t an

Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích và tinhchế chúng, đồng t hời sự phân hủy này còn xảy r a trong quá trình xử lý và bảoquản c ác sản phẩm t hực phẩm

Độ bền c ủa các ant hocyani n phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúchóa học của ant hocyani n, pH, nhiệt độ, sự có mặt của copigment, ion kim loại,oxy, acid ascorbic, SO2, ánh s áng, enzyme, đư ờng và các s ản phẩm biế n tính c ủachúng

1.2.8.1 Cấu trúc

 Cấu tr úc chuyể n hóa ( Fabio Gal vano 2005)

Tro ng môi trường nước c ác anthocyanin t ự nhiên giống như chất chỉ t hị

pH Đỏ ở pH thấp, đỏ xanh ở pH tr ung gian, và không màu ở pH cao Tại pH đã c

ho, tồn tại một cân bằng giữa 4 cấu trúc của anthocyanin và agl ycone:quino noidal (anhydro) bazo ( A) màu xanh, cation flavyli um ( AH+) màu đỏ,carbinol pseudobase (B), và c halcone (C) khô ng màu

Hì nh 1.4Cấu trúc c huyển hó a của anthocyanin trong nư ớc

Khi pH < 2,0, các ant hocyani n tồn tại chủ yế u dạng cation flavyli um màu

đỏ (R3=0-đường) hoặc màu vàng (R3=H) Khi pH tăng, sự mất proton xảy ranhanh thành dạng quinono nidal màu xanh dương ho ặc màu đỏ Dạng quino noidalthường

tồn tại như một hỗ n hợp vì pKa c ủa nhóm OH ở vị trí 4’, 7 và 5 là tương tự

Khi để yên, sự chuyển hóa xảy r a: có sự tác h nước của flavylium cho radạng pseudo base ( hemiacetal), dạng này cân bằng với dạng chalcone vò ng m

ở khô ng

màu

Hai dạng Cí ( CE) và trans-chalcone-(CZ) được t ạo thành từ c arbinol pseudo base bởi phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Cả haichalcone này khác nhau so với chalcone bì nh t hườ ng là bởi chúng có nhóm chứccarbonyl ở cạnh vò ng B, trong đó chalcone bình thườ ng có nhóm c arbonyl ở kế c

ận vò ng A

 Cấu tr úc hó a học

Độ bền màu và cường độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và sốlượng của các nhó m hydroxyl, met hoxyl, đường và các đường được ac yl hóa.Khi số nhóm hydroxyl trong vò ng B tăng, c ực đại hấp thụ ở vùng t hấy đượcchuyể n về phí a có bước song dài hơn và màu thay đổi từ cam đến xanh dương.(Mazza và brouillard, 1987; Iacobucci và Swe ny, 1983)

Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C-5 và nhóm t hế 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 hydro xyl hó a các aglyco ne tăng, tí nh bền c ủa các anthocyanin sẽ

giảm Tuy nhiên khi tăng sự metho xyl hó a, sẽ thu đ ược kết quả ngược

lại

Các ant hocyani n được gl ycosyl hóa và ac yl hóa sẽ cho dạng màu xanh

Sự glycol hóa những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của ant hocyani n Vìvậy, c ác digl ucoside bền hơn các mo nogl uside của c ùng một anthoc yanin

Ant hocyani n có chứa 2 hay nhiều nhó m ac yl (như ternatin, pl atyconi n,

cinerarrin, gnthiode nphi n và ze brrinin) là bề n trong môi trường trung tính hoặcacid yếu do liên kết hydro giữa c ác nhó m hydroxyl của các nhân phenolictrong ant hocyani n và acid vòng thơm Brouillar d (1981 -1982) và Goto cùng vớicộng sự (1982-1983) khảo s át rằng c ác ant hocyanin diacyl ate hóa đư ợc bề n hóabởi sự liên

kết chặt kiể u sandwich nhờ sự tương tác hi wax vò ng anthoc yanin và 2 nhómacyl

Qua nghiên cứu c ủa Lukto n-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 gianhiệt khi không có oxy Khi có mặt oxy t hì anthoc yanin bị biến tính mạnh ở pHtrên c ấu trúc của chúng c ùng với độ bền màu thay đổi với s ự thay đổi pH

Hì nh 1.5 Ảnh hưở ng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng

tại 450C trong trường hợp có Oxyge n hoặc Nitrogen