tiểu luận CHẤT màu CAROTENOID từ THỰC vật và VI SINH vật, NGUỒN gốc, đặc TÍNH và CHIẾT SUẤT

Vì vậy trong kỹ thuật sản xuất không chỉ bảo vệ màu sắc tự nhiên mà còn thêm chất màu mới tạo ra những màu sắc thích hợp với tính chất và trạng thái của sản phẩm.. Chất màu được sử dụng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN: HÓA SINH THỰC PHẨM 2

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

của carotenoid, tông hợp bài

MỤC LỤC

I PHẦN MỞ ĐẦU

II PHẦN NỘI DUNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAROTENOID 6

1.1 Khái niệm 6

1.2 Phân loại 6

1.3 Vai trò 6

1.4 Một số carotenoid tiêu biểu 7

2 NGUỒN GỐC CỦA CAROTENOID 7

2.1 Từ thực vật 10

2.2 Từ vi sinh vật 10

3 ĐẶC TÍNH, TÍNH CHẤT CỦA CAROTENOID 11

3.1 Tính chất vật lý 11

3.2 Tính chất hóa học 11

3.3 Hoạt tính sinh học 12

3.3.1 Tính chất chống oxy hóa của các carotenoid 12

3.3.2 Hoạt tính phòng chống xơ vữa động mạch 12

3.3.3 Hoạt tính phòng chống ung thư 12

3.3.4 Hoạt tính bảo vệ mắt 13

3.3.5 Hoạt tính bảo vệ da 13

3.3.6 Hoạt tính chống viêm khớp 13

4 CHIẾT SUẤT CAROTENOID TỪ THỰC VẬT VÀ VI SINH VẬT 14

4.1 Phương pháp sắc kí cột 14

4.2 Sắc ký bản mỏng 14

4.3 Sắc ký lỏng hiệu năng cao 15

4.4 Sắc ký cột lọc gel 15

4.5 Ngâm chiết 15

4.6 Phương pháp ly trích carotenoid 15

4.7 Chiết suất carotenoid từ lá trầu 16

4.8 Chiết suất carotenoid từ cà chua 19

4.9 Sản xuất carotenoid theo quá trình chuyển gen E.coli 20

5 ỨNG DỤNG CỦA CHẤT MÀU CAROTENOID 21

5.2 Dùng làm thực phẩm 22

5.1.Tạo màu cho sản phẩm 23

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I PHẦN MỞ ĐẦU

Chất lượng của các sản phẩm thực phẩm không những bao hàm giá trị dinh dưỡng mà còn bao hàm cả giá trị cảm quan Màu sắc thực phẩm không những có giá trị về mặt hình thức mà còn có tác dụng sinh lý rất rõ rệt Màu sắc thích hợp

sẽ giúp cho cơ thể đồng hóa thực phẩm đó dễ dàng Vì vậy trong kỹ thuật sản xuất không chỉ bảo vệ màu sắc tự nhiên mà còn thêm chất màu mới tạo ra những màu sắc thích hợp với tính chất và trạng thái của sản phẩm Chất màu được sử dụng rất nhiều loại màu khác nhau như clorofil chất màu xanh lá cây, carotenoid màu da cam màu vàng và đôi khi màu đỏ, flavonoid màu đỏ xanh và vàng, các chất màu vô cơ…được chiết suất từ nhiều nguồn gốc khác nhau từ thực vật, vi sinh vật Trong đó chất màu carotenoid có nguồn gốc, chiết suất từ thực vật và

vi sinh vật là chất có màu da cam, màu vàng và đôi khi màu đỏ Là nhóm các chất màu được biết đến từ rất lâu và được ứng dụng phổ biến trong sản xuất thực phẩm Đất nước ta với nhiều loại thực vật phong phú của miền nhiệt đới là nguồn tài nguyên đa dạng để tìm kiếm thêm các loại carotenoid mới, làm nguyên liệu đẻ sản xuất các carotenoid cung cấp cho nhu cầu sử dụng làm thuốc, thực phẩm chức năng, mỹ phẩm, phẩm màu, phụ gia trong thực phẩm… Để hiểu thêm về chất màu carotenoid nhóm chúng em tìm hiểu đề tài “chất màu carotenoid từ thực vật và vi sinh vật, nguồn gốc, đặc tính và chiết suất”

II PHẦN NỘI DUNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAROTENOID

1.1 Khái niệm

Carotenoids là nhóm chất màu hòa tan trong chất béo làm cho quả và rau có màu da cam, màu vàng và màu đỏ Loại chất màu này không chỉ tìm thấy ở thực vật mà còn trong những tế bào vi khuẩn, nấm, tảo và động vật Nhóm này gồm

từ 65 tới 70 chất màu tự nhiên, tiêu biểu là carotene, licopene , xanthophylls , capsanthin,… và đến bây giờ người ta đã tìm được hơn 500 loại carotenoid

Carotenoid là là nhóm tetraterpenoid, được tạo nên bởi 8 đơn vị isoprencce Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm các hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau

1.2 Phân loại

Theo cấu trúc hóa học: có 2 lớp là: carotenes và xanthophylls

+ Carotenes : là hidrocarbon ,α-carotene , β-carotene, b-cryptoxanthin

+ Xanhthophyll : có chứa các nhóm hidroxyl và keto, Lutein, zeaxanthin, violaxanthin, neoxanthin , fucoxanthin

Theo chức năng ( functionality ): nhóm carotenoids cơ bản ( primary carotenoids ) và nhóm carotenoids chuyển hóa ( secondary carotenoids )

+ Nhóm carotenoid cơ bản beta-carotene, neoxanthin, violaxanthin , zea xanthin

+ Nhóm carotenoid chuyển hóa: α-carotene , capsanthin, lycopene, Bixin

Chúng không bị mất màu trong các sản phẩm không chứa acid ascorbic so với việc sử dụng các hợp chất màu tổng hợp

Carotenoid tạo ra sự thuận lợi cho việc sản xuất, kinh doanh vì được xem là

an toàn

Carotenoid phổ biến ở nhiều loại thực vật và có nhiều chức năng

1.4 Một số carotenoid tiêu biểu

1.4.1 Carotenes:

Carotenes là chất màu thuộc nhóm màu

carotenoid

Có hoạt tính tiền vitamin A: gồm các hợp

chất carotene mà nổi bật là - carotene, một

hợp chất có tiền vitamin A mạnh nhất

Không có hoạt tính tiền vitamin A: gồm các

hợp chất lycopene, annatto, extract ( là dịch

chiết từ một loại hạt gọi là achiote, có nhiều ở

châu Mỹ, chứa các hợp chất bixin và dẫn xuất

norbixin), paprika extract ( là dịch chiết từ

một loại ớt đỏ Ấn Độ, chứa các hợp chất tạo

màu thuộc carotenoids)

Carotene có trong cà rốt, mơ, có màu da cam đặc trưng Caroten thường ở

đồng phân : α – Caroten, , γ – Caroten, β – Caroten

Trong đó, β – Caroten quan trọng nhất và tìm thấy được nhiều trong rau củ.Có màu vàng, có nhiều trong cà rốt, các trái cây có màu vàng, màu xanh đậm.Chính màu vàng của β – Caroten làm nền cho màu xanh của diệp lục tố đậm hơn các loại rau nghèo β – Carotene

1.4.2 Licopen

Licopen là một carotene màu

đỏ tươi, có trong quả cà chua và

một số quả khác Màu đỏ của cà

bão hòa, là một tetraterpene lắp

ráp từ tám đơn vị isoprene, hoàn

toàn bao gồm carbon và hydro Trong quá trình chín, hàm lượng của licopen

tăng lên 10 lần Tuy nhiên chất này không có hoạt tính vitamin

Là một chất có thể trung hòa các chất hóa học gây lão hóa làn da Ở thực vật, tảo và các sinh vật quang hợp khác, lycopen là một chất trung gian quan trọng trong việc sinh tổng hợp của nhiều carotenoid Bằng cách tạo thành vòng ở một đầu hoặc cả hai đầu của phân tử licopen thì sẽ được các đồng phân α, β, γ – caroten

Tất cả những carotene tự nhiên khác đều là dẫn xuất của licopen và carotene Chúng được tạo thành bằng cách đưa nhóm hydroxyl, cacbonyl hoặc metoxy vào mạch, nhờ phản ứng hydro hóa hoặc oxy hóa

1.4.3 Xantofil:

Là các dẫn xuất có chứa oxygen, trong đó có nhóm keto, hydroxyl hoặc epoxy nên chúng có độ phân cực lớn hơn Các hợp chất xantofil nổi bật là zeaxanthin, lutein, canthaxanthin, cryptoxanthin…

Xantifil có công thức C40H56O2 và có được bằng cách gắn thêm hai nhóm hydroxyl vào phân tử α – caroten, do đó có tên 3,3– dihydroxy - α – caroten Xantofil là nhóm sắc tố màu vàng sẫm nhưng màu sáng hơn caroten vì nó chứa ít một nối đôi hơn Trong lòng đỏ trứng gà có 2 xantofil là dihydroxyl - α - caroten và dihydroxyl – β – caroten với tỷ lệ 2 : 1 Xantofil cùng với caroten chứa trong rau xanh và cùng với caroten và licopen có trong cà chua, rau dền, củ dền, cải tím,…

1.4.4 Capxantin:

Capxantin có công thức C40H58O3

Capxantin là chất màu vàng có trong ớt đỏ Capxantin chiếm 7/8 chất màu của ớt

Chất màu này là dẫn xuất của caroten, nhưng có màu mạnh hơn các carotenoit khác 10 lần Trong ớt đỏ có các carotenoit nhiều hơn ớt xanh 35 lần…

2 NGUỒN GỐC CỦA CAROTENOID

Nhóm carotenoid rất phong phú về số lượng cũng như màu sắc nên các chất màu carotenoid được tìm thấy từ nhiều nguồn khác nhau trong thiên nhiên

2.1 Từ thực vật

Các carotenoid tồn tại ở phần diệp lục của mô xanh, thường bị che lấp bởi sắc tố chlorophyll và chỉ khi sắc tố chlorophyll bị mất đi thì màu carotenoid mới hiện ra khi trái cây chín thì màu xanh bị mất dần và hiện ra các màu đỏ, vàng, cam của carotenoid Còn khi carotenoid phân bố ở các mô thường (không có chlorophyll) thì tạo màu vàng, cam hay đỏ cho quả

2.2 Từ vi sinh vật

Carotenoid là chất nội bào của một số loài vi sinh vật như: vi khuẩn: giống Brevibacterium tạo canthaxanthin, Flavobacterium tạo zeaxanthin; nấm men: Rhodotorula; nấm mốc: Neurospora crassa, Penicillium sclerotiorum, Mucorals choanophoracea,…; tảo: Dunadiella

Ngày nay với sự phát triển của công nghệ gen, người ta đã phân lậpđược loài Phycomyces blakesleanus, Blakesleatripora có khả năng tổng hợp được -

carotene Dưới tác dụng của tress, áp suất cao, nhiệt độ cao, nồng độ muối, khoáng cao,… các giống tảo Dunadiella và Haemotococcus chuyển từ màu xanh sang màu cam vì một lượng lớn carotenoid được tạo ra ở lục lạp và tích lũy trên thành tế bào hoặc ở dạng những giọt béo: Dunadiella tạo -carotene; còn Haemotococcus tạo astaxanthin

3 ĐẶC TÍNH, TÍNH CHẤT CỦA CAROTENOID

3.1 Tính chất vật lý

Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi

Nhiệt độ nóng chảy cao: 130- 2200C

Có độ hòa tan cao,không tan trong nước Hòa tan trong chất béo, các dung môi chứa clor và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng, màu đỏ

Màu sắc của carotenoid được tạo ra nhờ sự có mặt của hệ các nối đôi liên hợp trong phân tử Phần lớn các nối đôi này có cấu hình dạng trans Khả năng hấp thụ sóng mạnh nhất ở những bước sóng khác nhau của hệ nối đôi liên hợp được sử dụng để phân tích cấu trú , định tính cũng như định lượng carotenoid Tính hấp thụ ánh sáng:chuỗi polyne liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như các nhóm chức gắn trên vòng Ngoài ra trong mỗi dung môi hòa tan khác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau với cùng một loại Khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh,chỉ cần một gam cũng thấy bằng mắt thường

Dễ bị oxi hóa trong không khí, cần bảo quản trong khí trơ, chân không.Ở nhiệt độ thấp nên bao kín tránh ánh sáng mặt trời Carotenoid khi bị oxy hóa:

+ Làm giảm chất lượng thực phẩm

+ Làm thay đổi màu sắc của thực phẩm

Tạo ra nhiều chất mùi (hợp chất có mùi thơm như aldehide không no hoặc ketone đóng vai trò tạo hương thơm cho trà)

Rất nhạy đối với acid và chất oxi hóa, bền vững với kiềm.Do có hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị oxy hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu khác

3.3 Hoạt tính sinh học

3.3.1 Tính chất chống oxy hóa của các carotenoid

Carotenoid là chất chống oxy hóa tự nhiên có khả năng bắt giữ oxy đơn phân

tử (oxy singlet) và các gốc tự do Có khả năng bảo vệ quang hóa

Carotenoid có khả năng hạn chế tác hại của các gốc oxy tự do β – Carotene cóa khả năng bảo vệ tế bào nhờ khả năng ức chế quá trình oxy hóa chất béo do các gốc tự do gây ra

3.3.2 Hoạt tính chống xơ vữa động mạch

Nguyên nhân của chứng xơ vữa động mạch là do sự tạo thành các cholesterol LDL oxy hóa

Carotenoid có khả năng ngăn chặn sự tạo thành LDL oxy hóa và các peroxide của chất béo

3.3.3 Hoạt tính chống ung thư

Carotenoid có khả năng ngăn chặn sự khởi phát, sự tăng sinh của tế bào ung thư cũng như sự tiến triển của căn bệnh này

Cơ chế có thể là nhờ khả năng làm tăng sự điều hòa trao đổi thông tin giữa các tế bào do làm tăng biểu hiện của gen kết nối p53, bảo vệ AND khỏi sự tấn công của các gốc tự do và tăng sự điều hòa chức năng miễn dịch

β – Carotene có khả năng tiêu diệt các chất bạch sản (leukoplakia), là chất gây tổn thương tiền ác tính của ung thư vòm họng, đồng thời việc bổ sung β – Carotene có thể làm tăng lượng nhân tố tiêu diệt khối u TNF – α trong huyết tương

Lycopene cũng là một carotenoid có tác dụng phòng chống nhiều căn bệnh ung thư, đặc biệt là đối với ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi và ung thư dạ dày

Lycopene còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển u ngực, có tác dụng ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư màng trong dạ con

Giúp phòng chống một số bệnh: ngăn ngừa ung thư tiền liệt tuyến, ung thư phổi Giải độc, bảo vệ gan, đặc biệt là chống ung thư gan, ung thư vú, ung thư

cổ tử cung có nguy cơ cao ở phụ nữ độ tuổi 30- 45; giúp chống đột quỵ; chống oxy hoá, có tác dụng chống các bệnh tim mạch ở những người không hút thuốc (Nghiên cứu của Manfed Engger do Folr (chương trình nghiên cứu về dinh dưỡng DSM )); giảm chứng viêm khớp Bảo vệ da Có tác dụng tăng sức đề kháng cho cơ thể cải thiện trí nhớ, tác động đến bộ não

3.3.4 Hoạt tính bảo vệ mắt

β – Carotene là tiền chất của vitamin A

Carotenoid đóng vai trò như là các chất bảo vệ quang hóa, bảo vệ các protein của mắt khỏi sự oxy hóa

Có chức năng bảo vệ mắt Lutein và zeaxanthin hấp phụ những phổ ánh sáng

có năng lượng cao và có hại nhất của ánh sáng mặt trời, kìm hãm việc hoạt hóa các gốc tự do, ngăn chặn phản ứng kích hoạt của ánh sáng, bảo vệ thị giác

3.3.5 Hoạt tính bảo vệ da

Carotenoid, đặt biệt là lycopene, do tính chất bảo vệ quang hóa, là tác nhân rất hữu hiệu trong các phản ứng nhạy quang, nên có tác dụng bảo vệ, phòng cống ung thư da

Carotenoid thiên nhiên có tác dụng kích thích sự hình thành sắc tố melanin

và chống lại các gốc tự do

Vitamin A còn giúp tạo lập tế bào lympho làm tăng khả năng đề kháng của

cơ thể, do đó hạn chế các bệnh nhiễm trùng đặc biệt là nhiễm trùng da

Lycopen có tác dụng cực kỳ quan trọng đối với sắc đẹp Giúp quá trình chuyển hoá chất trong tế bào làm đẹp da, tóc, tăng sức đề kháng cho da, chống lão hoá da

3.3.6 Hoạt tính chống viêm khớp

Nhiều nghiên cứu đã khẳng định khả năng giảm viêm sưng của nhóm chất carotenoid Các điều tra về dịch tễ học đã cho thấy mức tiêu thụ trung bình β – cryptoxanthin và zeaxanthin ở những bệnh nhân viêm khớp thấp hơn từ 20-40%

so với người khỏe mạnh Những người tiêu thụ β – cryptoxanthin và zeaxanthin nhiều nhất có nguy cơ mắc bệnh viêm đa khớp chỉ bằng một nửa so với nhóm tiêu thụ ít nhất Lutein và ly copene lại không có hoạt tính này

4 CHIẾT SUẤT CAROTENOID TỪ THỰC VẬT VÀ VI SINH VẬT

Một số phương pháp chiết xuất và tinh chế các carotenoid:

4.1 Phương pháp sắc kí cột

Sắc ký cột là phương pháp mà chất nhồi (là pha tĩnh: hấp phụ, trao đổi ion, phân gen) được nhồi vào cột, dùng để phân chia các chất trong hỗn hợp và tinh chế các chất Phương pháp sắc ký dựa vào sự phân bố khác nhau của các chất giữa hai pha động và tĩnh

Cách tiến hành:

 Nút kín bình ở bên dưới của cột sắc kí 600 × 40–mm bằng len thủy tinh

 Đặt cột sắc kí trên một hệ thống lọc chân không, dung bình lọc 1 lit để làm bình thu nhận

 Đặt một lớp chất hấp phụ dài khoảng 20cm bên trong cột

 San bằng lớp chất hấp phụ và rải lên trên một lớp Na2SO4 khan dày khoảng 2cm

 Rót chất rửa giải carotene vào trong cột cho tới khi chất rửa giải thấm ướt hoàn toàn chất hấp phụ

 Thay bình thu nhận bằng một cái bình sạch và rót phần dịch chiết vào trong cột

 Tất cả các chất sẽ được thấm vào lớp chất hấp phụ sau đó tiến hành rửa giải carotene cho tới khi các carotenoid tách biệt thành từng dải riêng biệt thì thu nhận vào bình

4.2 Sắc ký bản mỏng

Lượng 0,1gr cao khô các mẫu thực vật chứa carotenoid được hòa tan lại với 1ml hệ dung môi sắc ký bản rồi đem ly tâm ở 40C để loại bỏ cặn không tan, thu