anthocyanin PHỤ GIA THỰC PHẨM

 Anthocyanin là những hợp chất glycoside của anthocyanidin hiện có trong thiên nhiên bao gồm các dẫn xuất polyhydro và polymethoxy của 2phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium.  Anthocyanin là một chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc nhóm flavonoid có màu đỏ, tím. Chúng là các sắc tố được cung cấp qua màu sắc của các loại thực vật và trái cây. Các loại thực vật và trái cây có các hoạt chất sinh học và các chất chống oxi hóa mạnh giúp bảo vệ cơ thể chúng ta loại trừ các gốc oxi hóa tự do có hại, đây là nguyên nhân gây ra bởi ánh nắng mặt trời và môi trường. Khi chúng ta ăn những loại thực phẩm này, chúng ta sẽ được cung cấp một lượng chất chống oxi hóa vào cơ thể mình.  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.  Các anthocyanin khi bị mất hết các nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycone, mỗi anthocyanindin 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 1020 lần so với số lượng anthocyaninidin  Các loại đường thông thường nhất liên kết với anthocyanidin là glucose, các mono saccharide (rhamnose, galactose, xylose, arabinose), các disaccharide (rutinose, sabubiose,sophorose, ít thông dụng hơn là lathyrose, gentiobiose hoặc laminariobiose). Ngoài ra, các trisacchride cũng có thể liên kết với anthocyaninidin.  Một số anthocyanin trong thương mại:  Encolor liqid DS (công ty Reggianna, Antociani, Italy ) là dịch trích vỏ nho cô đặc.  Redberry liqid 8801 được sản xuất bởi công ty Gillette Food Inc là dịch trích quả của alderberry, blackberry,blueberry, blackcurrant.  Sambucus NR 54 được sản xuất bởi công ty Gilette Food Inc là dịch trích anthocyanin từ elderberry.  San Red Liqid RCEX được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries ( Nhật ) là dịch cô dặc từ bắp cải đỏ mà chúng chứa anthocyanin diacyl hóa.  Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries là bột sấy khô của dịch tr ích từ bắp cải đỏ.  Powdered San Red PC được sản xuất bởi công ty San Ei Chemical Industries là bột sấy khô của dịch trích từ bắp cải tím

I. KHÁI NIỆM

 Anthocyanin là những hợp chất glycoside của anthocyanidin hiện có trong thiên nhiên bao gồm các dẫn xuất polyhydro và polymethoxy của 2-phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium

 Anthocyanin là một chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc nhóm flavonoid có màu đỏ, tím Chúng là các sắc tố được cung cấp qua màu sắc của các loại thực vật và trái cây Các loại thực vật và trái cây có các hoạt chất sinh học và các chất chống oxi hóa mạnh giúp bảo vệ cơ thể chúng ta loại trừ các gốc oxi hóa tự do có hại, đây là nguyên nhân gây ra bởi ánh nắng mặt trời và môi trường Khi chúng ta ăn những loại thực phẩm này, chúng ta sẽ được cung cấp một lượng chất chống oxi hóa vào cơ thể mình

 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

 Các anthocyanin khi bị mất hết các nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycone, mỗi anthocyanindin 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 anthocyaninidin

 Các loại đường thông thường nhất liên kết với anthocyanidin là glucose, các mono saccharide (rhamnose, galactose, xylose, arabinose), các disaccharide (rutinose, sabubiose,sophorose, ít thông dụng hơn là lathyrose, gentiobiose hoặc

laminariobiose) Ngoài ra, các trisacchride cũng có thể liên kết với anthocyaninidin

 Một số anthocyanin trong thương mại:

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

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

 Sambucus NR 54 được sản xuất bởi công ty Gilette Food Inc là dịch trích

anthocyanin từ elderberry

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

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

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

Bảng 1:Các Anthocyanidin hiện có trong tự nhiên

Pel argonidin(Pg) O

H

Auratinidin(Au) O

H

H

H

H

Delphinidin(Dp) O

H

H

Pulchellidin(Pl) O

H

Europinidin(Eu) O

H

H

H irsutidin(Hs) O

H

H 6- Hydyoxyanidin

(6- O HcY)

O H

O H

II. 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 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 I.2 Cấu trúc chuyển hoá 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 prôton xảy ra nhanh thành dạng quinononidal màu xanh dương hoặc màu đỏ.Dạng quinonoidal thường tồn tại như một hỗn hợp vì pKa của nhóm OH ở vị trí 4’,7 và 5 (nếu có) là tương tự.Khi để yên, sự chuyển hóa hơn nữa sẽ xảy ra đó là sự tách nước của cation flavylium cho dạng carbinol không màu hay pseudobase (hemiacetal), Dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng mở không màu

 Cis (CE) và trans – chalcone – (CZ) được tạo thành từ carbinol pseudobase bởi phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Cả 2 chalcone bình thường bởi chung có nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong đó chalcone bình thường có nhóm carbonyl ở kế cận vòng A

 Cấu trúc hóa học

 Các pigment anthocyanin thường co độ bền thấp trong tế bào sống của chúng Như đã trình bày ở trên, độ bền của các anthocyanin phụ thuộcvào rất nhiều yếu tố: Cấu trúc hóa học của anthocyaninm, pH, nhiệt độ,sự có mặt của co – pigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO2, ánh sang, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng

 Độ bền màu và cường độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số lượng của các nhóm hydroxyl, methoxyl, đường và các đường được acyl hóa Khi

số nhóm hydroxyl trong vòng B tăng,cực đại hấp thu ở vùng thấy được dịch chuyển về phía có bước sóng dài hơn và màu thay đổi từ cam đến xanh dương

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

 Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tínhbền của các anthocyanin sẽ giảm Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa,sẽ thu được kết quả ngược lại

 Anthocnin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin, cinerarrin, gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc acid yếu do lien kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và acid vòng thơm Brouillard (1981-1982) và Goto cùng với cộng viên(1982-1983) khảo sát rằng các anthocnin diacylate hóa được bền hóa bởi sự liên kết chặt sandwich nhờ sự tương tác giữa vòng anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm

 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng

 Ở nồng độ 100 ppm,đường và các sản phẩm phân hủy của chúng có tác dụng thúc đẩy sự phân hủy sự phân hủy các anthocyanin Fructose, arabinose,lactose và sorbose có khả năng phân hủy anthocyanin mạnh hơn glucose,sucrose,và maltose Tốc độ phân hủy của anthocyanin liên quan đến tốc độ phân hủy của đường Các sản phẩm phân hủy của đường gồm có:furfural,5 – hydroxymethyl furfural và acctaldehyde thude 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 hợp chất phức tạp có màu nâu sẫm Sự phân hủy anthocyanin với sự có mặt của furfural và HMF trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ và rõ nét nhất là trong nước trái cây sự có mặt của õy làm tăng them hiệu quả phân hủy của tất cả các loại đuờng và các dẫn xuất của chúng

 Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất không phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực

 Màu sắc của anthocyanin còn có thể thay đổi do hấp thụ ở trên polysaccharide Màu sắc của anthocyanin thay đổi theo nhiệt độ, khi đun nóng lâu các anthocyanin có thể phá hủy và mất màu.các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác…Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzen thì màu càng xanh đậm

 Mức độ methyl hóa các nhó OH ở vòng benzen thì màu càng đỏ.Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít

 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 thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH 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 baze cacbinol hay baze chalcon không màu

 Ở ph=7÷8 lại về dạng baze quinoinal anhydro màu xanh

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

 Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin còn 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, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ

 Những đặc tính quí báu 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 của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng

 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

 Nguồn anthocyanin nhiều nhất là từ vỏ quả nho, bắp cải đỏ và bông dâm bụt.Hàng năm theo ươc tính tại các nước châu Âu khoảng 10000 tấn vỏ quả nho được trích để thu được khoảng 50 tấn anthocyanin Các phẩm màu gốc anthocyanin có thể là dung dịch cô đặc hoặc dạng bột có chứa các phụ gia khác

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

III. PHÂN LOẠI

 Dựa vào cấu trúc phân tử người ta phân loại chất màu anthocyanin như sau:

Căn cứ vào vị trí và số nhóm đường gắn vào anthocyanin mà người ta phân loại

anthocyanin thành 18 nhóm trong đó có dạng thông dụng nhất là

3-monoside,3-bioside,3,5-diglycoside và 3,7-diglycoside

 Trong thực vật:

 anthocyanin có tính kháng khuẩn, kháng nấm, có vai trò tạo điều kiện cho sự thụ phấn, phát tán nhờ màu sắc sặc sỡ trên cành hoa và quả Mặt khác, anthocyanin là

chất có khả năng hấp thụ tia UV nhằm bảo vệ bộ gen của thực vật trước các tia tử ngoại Sinh tổng hợp anthocyanin ở vỏ được tăng cường để đáp ứng phù hợp với môi trường: hạn hán, ánh sáng mạnh, UV, nhiệt độ cao, thiếu nitơ và phosphor, nhiễm nấm, vi khuẩn, tổn thương, côn trùng, ô nhiễm…

 Anthocyanin được ứng dụng trong việc sản xuất hạt hoặc củ giống có màu (lúa, các loại đậu ) Dựa vào màu sắc, có thể đánh giá được chất lượng của nông sản phục vụ cho thu hoạch hoặc chế biến Bên cạnh đó, màu sắc hấp dẫn của nông sản cũng có ý nghĩa trong việc thụ phấn hoặc phát tán hạt giống thông qua động vật hoặc côn trùng

 Trong công nghiệp thực phẩm:

 Màu sắc có một ý nghĩa quan trọng trong sản xuất các sản phẩm thực phẩm và đồ uống Thông qua việc chiết xuất nguồn anthocyanin từ tự nhiên, con người sử dụng để thay thế các loại màu tổng hợp với khả năng chống oxy hóa cao, anthocyanin được sử dụng để bảo quản thực phẩm, kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa cho thực phẩm Kết quả nghiên cứu cho thấy, với một lượng nhỏ nguyên liệu vỏ khoai lang (1% khối lượng), khả năng bảo quản của các sản phẩm thực phẩm có chứa mỡ được kéo dài khá lâu và có thể so sánh với chất chống oxy hóa tổng hợp BHA

 Ngoài các tác dụng chống oxy hóa, anthocyanin còn được sử dụng như chất màu

tự nhiên tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho thực phẩm và khá an toàn Ví dụ: dịch chiết anthocyanin từ các loại rau củ có màu đỏ như vỏ quả nho, dâu tây, vỏ khoai lang… đã được dùng để làm chất màu thay thế màu tổng hợp trong sản xuất kẹo cứng

 Trong dinh dưỡng người:

 Anthocyanin không độc hại và không gây đột biến gene nên được sử dụng rộng rãi trong khẩu phần ăn của con người như là thành phần thực phẩm chức năng

 Anthocyanin cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc phòng và hỗ trợ điều trị các bệnh về mắt, bệnh ung thư, bệnh tim phổi, chống lão hóa và bệnh xơ cứng động mạch Đối với sức khỏe của con người, theo nghiên cứu của David Heber, Đại học Harvard (Mỹ), chất anthocyanin có thể cắt được cơn đau tim, giảm thiểu các tổn thương não liên quan đột quỵ và ngăn cản sự tạo thành các cục máu đông trong lòng mạch máu ( nguyên nhân dẫn đến tắc mạch, gây tai biến mạch máu não

và những cơn nhồi máu cơ tim đột ngột), hạn chế sự suy giảm sức đề kháng Các nhà khoa học cũng đã chứng minh được rằng anthocyanin có tác dụng tốt trong chống lão hóa, ngăn ngừa sự phát triển của các khối u, bướu, hạn chế nguy cơ bị đột quỵ, giảm nguy cơ mắc ung thư… Khi tiêm một lượng nhỏ anthocyanin chiết xuất từ khoai lang vào các tế bào ung thư ruột già, chất này đã chứng tỏ khả năng ngăn chặn tế bào ung thư phát triển Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện trong một

số trường hợp, sự biến đổi về cấu trúc của các phân tử anthocyanin cũng làm tăng khả năng chống ung thư của chúng Các nghiên cứu còn cho thấy anthocyanin còn

có tác dụng tốt trong việc điều hòa lượng đường huyết của những bệnh nhân đái tháo đường Khả năng chữa bệnh của anthocyanin vẫn đang được nghiên cứu để tìm hiểu cơ chế và ứng dụng trong y học Các ứng dụng trên đã mở ra một triển vọng về việc sản xuất thực phẩm, dược phẩm chức năng chữa bệnh có hiệu quả

V. QUI TRÌNH ỨNG DỤNG ANTHOCYANIN TRONG SẢN XUẤT KEM

 Nguyên liệu trong sản xuất kem:

 Sữa và các sản phẩm từ sữa:

• Sữa dùng cho sản xuất kem có thể là sữa tươi, sữa bột nguyên cream, sữa gầy, sữa béo, chất béo từ sữa như cream,bơ hay chất béo khan…Hàm lượng chất béo cao sẽ góp phần tạo nên cấu trúc đặc trưng của sản phẩm

 Đường:

• Đường được sử dụng là saccarozo và một số loại khác như glucose,đường nghịch đảo hay siro glucose-fructose Chúng tạo vị ngọt và điều chỉnh hàm lượng chất khô góp phần tạo cấu trúc cho kem

 Chất béo:

• Có thể sử dụng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hướng dương hoặc dầu cải để kết hợp với chất béo có trong sữa tạo tành kem

 Chất nhũ hóa:

• Trong sữa có chứa một số chất nhũ hóa như photphat, protein,…với hàm lượng nhỏ, vì vậy người ta phải bổ sung thêm chất nhũ hóa là lòng đỏ trứng nhưng giá thành cao Để giảm giá thành người ta sử dụng mono hoặc diglyceride, các este sorbitol hoặc các phân tử đường

 Chất ổn định:

• Các chất thường sử dụng có bản chất protein là gelatin, casein, albumin, globulin, hay cacbonhydrat là agar-agar, gum arabic, CMC,…để tạo mạng lưới không gian cho kem

 Chất tạo hương:

• Các hương liệu thường dùng là vani, dâu, sầu riêng, nho…để tạo hương thơm

đa dạng cho nhiều loại kem

 Chất màu:

• Chất màu được sử dụng theo từng hương như hương dâu có màu hồng,hương nho có màu nâu đỏ bằng cách thêm anthocyanin vào và nhiều hương khác với những chất màu khác nhau

 Một số nguyên liệu khác:

• Không khí, nước giúp tạo cấu độ mềm của kem, các acid như citric, tatric giúp tạo độ chua thích hợp và ức chế sự phát triển của vi sinh vật, chất chống

vi sinh vật,…

 Quy trình sản xuất:

 Chuẩn bị:

• Các nguyên liệu sẽ được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗi loại kem Các nguyên liệu khô như bột sữa nguyên, bột sữa gầy, một số chất màu như anthocyanin,…sẽ được cân.các nguyên liệu lỏng như sữa tươi,chất tạo nhũ, có thể cân hoặc đo thể tích hàm lượng sử dụng Riêng các chất béo như cream, bơ, dầu thực vật, phải được gia nhiệt lên 35oC-50oC để dễ phối trộn và bơm chúng trong các ống dẫn nguyên liệu

 Phối trộn:

• Nguyên liệu được đưa lần lượt vào thiết bị phối trộn theo trật tự nhất định và được đảo trộn thành một hỗn hợp đồng nhất Nhiệt độ phối trộn thường duy trì

50oC-60oC Một số trường hợp, người ta sẽ lọc và bài khí sau khi phối trộn hỗn hợp nguyên liệu Mục đích là làm tăng hiệu quả truyền nhiệt nhằm cải thiện hai quá trình tiếp theo là đồng hóa và thanh trùng

 Đồng hóa:

• Mục đích của quá trình là giảm kích thước các hạt chất béo và phân bố đều chúng trong hỗn hợp.Hỗn hợp được gia nhiệt lên đến 65oC-75oC trước khi đi vào thiết bị đồng hóa Thường sử dụng thiết bị đồng hóa hai giai đoạn Áp lực đồng hóa giai đoạn đầu thường là 200bar