Tối ưu hóa quy trình thu nhận anthocyanin từ củ dền với sự hỗ trợ của vi sóng làm chất màu trong thực phẩm

Tuy nhiên, mỗi loại thực vật chứa hợp chất Anthocyanin có cấu trúc khác nhau dẫn đến màu sắc khác nhau.Đồng thời, ở nước ta việc tách chiết chất màu từ củ dền đỏ vẫn chưa được nghiên cứu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỜI CẢM ƠN

Đồ án là việc nghiên cứu giữa lý thuyết và thực tế Hoàn thành một khóa luận là rất khó đối với bản thân em Nhưng sau ba tháng nghiên cứu và làm việc trên phòng thí nghiệm trường Đại học Nha Trang, cùng với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ

từ phía nhà trường, thầy cô và bạn bè em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình

Để có được kết quả này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS

Đỗ Lê Hữu Nam đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này trong thời gian qua Mặc dù công việc giảng dạy khá bận rộn nhưng thầy vẫn thu xếp thời gian để trao đổi, chỉ dẫn em, định hướng đi những ngày đầu tiên làm luận án, chia

sẻ kinh nghiệm thầy có trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Nha Trang, phòng thí nghiệm khu vực Công nghệ cao, trường cao đẳng kỹ thuật công nghệ Nha Trang và các khoa phòng ban đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian qua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án tốt nghiệp này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có thêm kiến thức làm hành trang vững chắc trong tương lai Một lần nữa em xin chúc quý thầy cô Trường Đại học Nha Trang dồi dào sức khỏe và thành công trong công tác giảng dạy

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 7 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Kim Thương

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan các số liệu và kết quả đạt được trong khóa luận này là công trình nghiên cứu thực tế, hoàn toàn trung thực được em làm thí nghiệm, thu thập thông tin và trình bày Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong khóa luận đã được nêu

rõ trong phần tài liệu tham khảo

Khánh Hòa, tháng 7 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Kim Thương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Khoa: Công nghệ Thực phẩm

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/KLTN của sinh viên)

Tên đề tài: Tối ưu hóa quy trình thu nhận anthocyanin từ củ dền với sự hỗ trợ của vi

sóng làm chất màu trong thực

Giảng viên hướng dẫn: Ts Đỗ Lê Hữu Nam

Sinh viên được hướng dẫn: Nguyễn Thị Kim Thương MSSV: 57130714

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM

Ngày kiềm tra:

……… ……

…

Đánh giá công việc hoàn thành:……%:

Được tiếp tục: Không tiếp tục:

Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/KL):

···

···

···

···

Điểm hình thức:……/10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết:………/10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ: Khánh Hòa, ngày….tháng….năm……

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CBHD iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ x

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10

1 Tổng quan về củ dền 10

1.1 Khái quát về củ dền 10

1.2 Mô tả thực vật 10

1.3 Thành phần hóa học của củ dền 11

1.4 Vùng Phân bố 13

1.5 Công dụng của củ dền đỏ 13

2 Tổng quan về Anthocyanin 16

2.1 Giới thiệu vể anthocyanin 16

2.2 Phân loại anthocyanin 16

2.3 Cấu trúc hóa học 17

2.4 Tính chất vật lý và hóa học của anthocyanin 19

2.4.1 Sự hấp thụ của ánh sáng và màu sắc 19

2.4.2 Tính tan 19

2.4.3 Tính không bền 19

2.5 Chức năng sinh học và ứng dụng của anthocyanin 24

2.5.1 Chức năng sinh học 24

2.5.2 Ứng dụng của anthocyanin 25

2.6 Tình hình nghiên cứu, khai thác và sử dụng anthocyanin tự nhiên 26

2.6.1 Tình hình trên thế giới 26

2.6.2 Tình hình trong nước 26

3 Tổng quan về màu thực phẩm 27

3.1 Khái quát về chất màu 27

3.2 Tầm quan trọng của chất màu trong thực phẩm 27

3.3 Phân loại chất màu thực phẩm 27

3.4 Nguyên tắc sử dụng màu thực phẩm 32

4 Tổng quan về phương pháp tách chiết 33

4.1 Khái niệm 33

4.2 Một số phương pháp chiết xuất thông thường và hiện đại 33

4.3 Các phương pháp chiết được sử dụng trong nghiên cứu 33

4.3.1 Phương pháp tách chiết với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 33

4.3.2 Phương pháp tách chiết với sự hỗ trợ vi sóng 34

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết 35

4.4.1 Kích thước nguyên liệu 36

4.4.2 Dung môi chiết 36

4.4.3 Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu 36

4.4.4 Thời gian chiết 37

4.4.5 Nhiệt độ chiết 37

4.4.6 Độ ẩm của nguyên liệu 38

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

1 Đối tượng nguyên cứu 39

1.1 Bột củ dền khô 39

1.2 Hóa chất 41

1.3 Dụng cụ 41

1.4 Thiết bị 41

2 Phương pháp nghiên cứu 41

2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 42

2.2 Khảo sát các thông số của quá trình trích ly 42

2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng anthocyanin thu được 43

2.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiết trong với sự hỗ trợ của phương pháp siêu âm đến hàm lượng anthocyanin thu được 44

2.5 Khảo sát ảnh hưởng của công suất của lò vi sóng đến hàm lượng anthocyanin thu được 47

2.6 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến hàm lượng anthocyanin thu được 48

2.7 Phương pháp tối ưu bằng bề mặt đáp ứng 49

3 Các phương pháp phân tích 50

3.1 Phương pháp quang phổ hấp thụ UV-Vis 50

3.2 Xác định hàm lượng anthocyanin tổng có trong nguyên liệu 50

4 Phương pháp xử lý số liệu 51

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52

1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng anthocyanin thu được 52

2 Kết quả khảo sát thời gian tách chiết với sự hỗ trợ của siêu âm đến hàm lượng anthocyanin thu được 53

4 Kết quả khảo sát thời gian vi sóng với công suất 90w 55

5 Kết quả ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để thực hiện quá trình tối ưu hóa thu nhận bột màu anthocyanin 56

6 Thu nhận bột màu chứa anthocyanin bằng sấy phun sương 60

7 Kết quả phân tích hóa học của bột màu anthocyanin 61

8 Kết quả kiểm tra sinh học của bột màu anthocyanin 62

9 Quy trình tối ưu hóa 63

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64

1 KẾT LUẬN 64

2 KIẾN NGHỊ 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHẦN PHỤ LỤC 67

Phụ lục 1 Bảng ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi đến hàm lượng anthocyanin chiết được 67

Phụ lục 2 Bảng ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hàm lượng anthocyanin chiết được 68

Phụ lục 3 Bảng ảnh hưởng của công suất vi sóng đến hàm lượng anthocyanin chiết được 69

Phụ lục 4 Bảng ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến hàm lượng anthocyanin chiết được 70

Phụ lục 5 Kết quả thu được hàm lượng anthocyanin từ giải pháp tối ưu hóa 71

Phụ lục 6 Giấy chứng nhận phân tích hóa học 72

Phụ lục 7 Giấy chứng nhận phân tích sinh học 73

Phụ lục 8 Một số thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 74

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VSATTP Hygiene and food safety Vệ sinh an toàn thực phẩm

UAE Ultrasound assisted extraction Siêu âm

MAE Microwave assisted extraction Vi sóng

SFE Supercritical fluid extraction Chiết lỏng siêu tới hạn

UHF Ultra high frequency Tần số cực cao

RSM Response surface methodology Phương pháp bề mặt đáp ứng

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1.1 Cây củ dền 3

Hình 1.2 Củ dền tròn và củ dền dài 4

Hình 1.3 Một số sản phẩm được chế biến từ củ dền 7

Hình 1.4 Bột củ dền được ứng dụng để làm thuốc 8

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin 10

Hình 1.6 Sự thay đổi cấu trúc phân tử và màu sắc của anthocyanin theo pH 13

Hình 1.7 Sự biến đổi của Anthocyanin 3,5 – di glucoside tại pH 3,7 15

Hình 1.8 Hình ảnh chuẩn bị nguyên liệu để làm bột củ dền 34

Hình 1.9 Bột màu anthocyanin thu được sau quá trình sấy phun sương 56

Sơ đồ 1 Quy trình chuẩn bị bột nguyên liệu từ củ dền 32

Sơ đồ 2 Quy trình bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nguyên liệu/ dung môi chiết 35

Sơ đồ 3 Quy trình bố trí thí nghiệm xác định thời gian của phương pháp siêu âm 37

Sơ đồ 4 Quy trình bố thí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của công suất lò vi sóng 39

Sơ đồ 5 Quy trình bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian vi sóng 40 Sơ đồ 6 Biểu đồ thể hiện giá trị thực nghiệm và sự phân bố ngẫu nhiên của 17 thí nghiệm 42

Sơ đồ 7: Quy trình tối yếu hóa thu nhận bột màu chứa Anthocyanin từ củ dền với sự hỗ trợ của vi sóng 57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thành phần hóa học trong 100 gam của củ dền - 12

Bảng 1.2: Các nhóm chính trong các anthocyanid [8] - 11

Bảng 1.3: Bảng một số chất màu tự nhiên [6] - 21

Bảng 1.4: Một số chất màu tự nhiên thông dụng [6] - 22

Bảng 1.5: Bảng một số chất màu nhân tạo [6] - 24

Bảng 1.6: Liều lượng sử dụng một số chất màu vô cơ [6] - 25

Bảng 1.7 Bố trí thí nghiệm của phần mềm DX6.net và kết quả hàm lượng anthocyanin thu được - 51

Bảng 1.8 Giải pháp tối ưu của hóa của phần mềm DX6.net - 53

Bảng 1.9 Kết quả thu được hàm lượng anthocyanin từ giải pháp tối ưu hóa 54

Bảng 1.10 Kết quả thu được hàm lượng anthocyanin từ giải pháp tối ưu hóa 55

Bảng 1.11 Phân tích hóa học của bột màu anthocyanin - 56

Bảng 1.12 Phân tích vi sinh của bột màu anthocyanin - 57

Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi ( g/ml ) đến hàm lượng anthocyanin thu được - 45

Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của thời gian chiết suất của siêu âm đến hàm lượng anthocyanin thu được - 47

Biểu đồ 3 Kết quả khảo sát công suất của vi sóng đến hàm lượng anthocyanin thu được - 48

Biểu đồ 4: Ảnh hưởng của thời gian vi sống ở công suất 90w đến hàm lượng anthocyanin thu được - 50

Biểu đồ 5 Biểu đồ thể hiện giá trị thực nghiệm và sự phân bố ngẫu nhiên của 17 thí nghiệm - 52

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay trong đời sống con người vẫn còn sử dụng các chất màu tổng hợp với mức độ an toàn đối với sức khỏe không cao Do đó, việc nghiên cứu các chất màu tự nhiên thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu rau, củ, quả rất đa dạng và phong phú nhưng chưa được nghiên cứu, ứng dụng có hiệu quả cao

Hợp chất Anthocyanin có nhiều trong các loại thực vật, tạo nên màu sắc khác nhau cho rau, củ, quả Chúng không những có màu sắc đẹp mà còn mang lại nhiều tính chất dược lý có lợi cho sức khỏe của con người

Tuy nhiên, mỗi loại thực vật chứa hợp chất Anthocyanin có cấu trúc khác nhau dẫn đến màu sắc khác nhau.Đồng thời, ở nước ta việc tách chiết chất màu từ củ dền đỏ vẫn chưa được nghiên cứu, mặc dù trong thành phần củ dền có chất này Để tận dụng

một phần về chất màu Anthocyanin có trong củ dền tôi chọn đề tài “ Tối ưu hóa quy trình thu nhận Anthocyanin từ củ dền với sự hỗ trợ của vi sóng làm chất màu trong thực phẩm”

2 Mục tiêu

Tách anthocyanin từ củ dền

Sấy phun thu được bột màu anthocyanin

3 Nội dung nghiên cứu

Xử lý củ dền tươi, thu nhận bột củ dền khô, bảo quản để làm nguyên liệu cho các nghiên cứu tiếp theo

Khảo sát các yếu tố nhiệt độ, thời gian vi sóng, công Suất siêu âm, thời gian siêu

âm đến quá trình trích ly

Ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để thực hiện quá trình tối ưu hóa thu nhận bột màu chứa anthocyanin

Kiểm tra chất lượng ( chỉ tiêu vi sinh, kim loại nặng) của bột màu anthocyanin

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đưa ra quy trình tối ưu hóa thu nhận Anthocyanin từ củ dền với sự hỗ trợ của vi sóng

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể ứng dụng để thử nghiệm chế biến trong thực phẩm để có lợi cho sức khỏe con người hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1 Tổng quan về củ dền

1.1 Khái quát về củ dền [16]

 Tên gọi:

- Tên gọi khác: Cây củ dền đỏ

- Tên tiếng anh: common beetroot

- Tên khoa học: Beta vulgaris var.rubra (L) Moq

- Tên đồng nghĩa: Beta vulgaris L.subsp.vulgaris

 Phân loại:

- Bộ (ordo): Cẩm Chướng (Caryophyllales)

- Họ (familia): Rau dền (Amaranthaceae)

- Chi (genus): Củ cải ngọt (Beta)

- Loài (species): Beta vulgaris

- Phân loại (subspecies): Beta vulgaris var.rubra

Hình 1.1 Cây củ dền

1.2 Mô tả thực vật

Củ dền có hai màu: màu tím than và màu đỏ thẫm, vỏ đen xù xì Trong tự nhiên cũng có hai dạng củ: Củ dền dài và củ dền tròn Khi cắt ngang củ thấy ruột củ có nhiều khoang đậm nhạt khác nhau tạo thành các vòng tròn đồng tâm Sở dĩ dền có màu đỏ là

nhờ hợp chất hỗn hợp tự nhiên betacyanin (đỏ) và betaxanthin (tím) cấu thành từ hóa tính thực vật [17]

Hình 1.2 Củ dền tròn và củ dền dài

- Cây củ dền là loại cây thân thảo một năm

- Thân: Thân đứng có vằn, ít phân nhánh Cao 40 – 50 cm

- Rễ: Cây có rễ phong thành củ nạc, ngọt, màu đỏ thẫm hoặc màu tím than

- Lá: Lá mọc so le, có cuồng, có phiến hình trứng, mùa lục, có mép lƣợn sóng, phiến lá phẳng, mép lá nhẵn hoặc gân nhẵn

- Hoa: Hoa màu lục nhạt, mọc thành bông khá dài Hoa mọc ở các phần trên của cành, không có lá bắc, lƣỡng tính, hợp nhất tại gốc và rụng cùng nhau khi quả bế chín Nhị hoa, đính quanh bầu; các chỉ nhị hình dùi; bao phấn thuôn dài Núm nhụy 2 hay (3-5) núm , bề mặt núm nhụy có nhũ

- Hạt: Hạt nằm ngang, hình cầu hơi thuôn; vỏ hạt dày, bóng, rời khỏi vỏ quả; nội nhũ hình khuyên hoặc gần hình khuyên, ngoại nhũ nhiều [16]

1.3 Thành phần hóa học của củ dền

Thông tin dinh dưỡng cơ bản

Loại Số lượng Nhu cầu hằng ngày Loại Số lượng Nhu cầu hằng ngày calo 180 KJ (43 kcal) Vitamin A 2 µg 0% canxi 16 µg 2% Nước 87.58 g Vitamin C 4,9 mg 6% Sắt 0,8 mg 10% Protein 1.17 g Vitamin D 0 µg - Magie 23 mg 6% cacbonhydrate 9.56 g Vitamin E 0,04 mg 0% Phôt pho 40 mg 6% Đường 6.76 g Vitamin K 0.2 µg 0% Kali 325 mg 7% Chất xơ 2.8 g Vitamin B1 0,031 mg 3% Natri 78 mg 5% Chất béo 0,2 g Vitamin B2 0,04 mg 3% Kẽm 0,35 mg 3% Bão hòa 0,03 g Vitamin B3 0,334mg 2% Đòng 0,08 mg 8% Bão hòa đơn 0,03 g Vitamin B5 0,155mg 3% Mangan 0,33 mg 14% Bão hòa đa 0,06 g Vitamin B6 0,067mg 5% Selen 0,7 µg 1% Omega- 3 0,01 g Vitamin B12 0 µg - Ghi chú: Tỷ lệ % so với nhu cầu hằng ngày của người lớn

Theo phân tích của Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ ( USDA) Omega- 6 0,06 g folate 109 µg 27%

choline 6 mg 1%

1.4 Vùng Phân bố

Chi củ cải ngọt (Beta L) có khoảng 20 loài có nguồn gốc ở vùng bờ biển Địa Trung Hải, vùng bờ biển Đại Tây Dương của Châu Âu (từ Hy Lạp đến Syria), Cận Đông và các bộ phận của Châu Á bao gồm Ấn Độ Chi này bao gồm các loại cây lâu năm hoặc hai năm một lần (hiếm khi) [16].

Củ dền hay củ cải đường (Beta vulgaris) được người Pháp đưa vào trồng thử ở trên vùng đất cát pha ở Tỉnh Ninh Bình nhưng kém phát triển

Sau đó người Pháp đem trồng ở Đà Lạt, cây mọc và phát triển tốt Trồng để lấy

củ làm rau ăn, vừa làm thuốc Lá và hạt cũng được sử dụng, lá thu hái quanh năm để dùng tươi, hạt thì lấy ở quả già [19].

1.5 Công dụng của củ dền đỏ

Củ dền được dùng làm rau ăn củ với nhiều cách chế biến khác nhau:[18]

 Củ dền xay được dùng làm nước sinh tố giải khát

 Củ dền được dùng để làm rau ăn sống trong các món salad củ

 Củ dền thái mỏng để bóp gỏi, gói thịt nướng

 Củ dền xào với nhiều món thịt hoặc món chay

 Củ dền nấu canh, nấu súp

 Củ dền bằm hoặc xắt nhỏ để tạo màu cho các món xào, nấu

 Củ dền được sử dụng làm mỹ phẩm làm đẹp như: son, mặt nạ,…

 Củ dền là nguyên liệu để sản xuất mứt dền, hoạt tạo màu sắc cho thực phẩm

 Củ dền làm thuốc để chữa bệnh [15]

- Củ dền còn có giá trị dinh dưỡng cao, nếu mỗi tuần hai lần ăn củ dền luộc, chất sắt, axit folic, calcium, vitamin C, A, B6 và các nguyên tố vi lượng khoáng chất như kali, phospho, magiê trong củ dền sẽ giúp cơ thể tăng sức bền, thư thái thần kinh (do được kích hoạt chất serotonin vốn là chất bổ thần kinh)

- Người ta thường dùng củ dền cắt nhỏ phơi khô và nghiền ra thành bột đựng vào trong hộp gỗ để dùng cho người già Củ dền là loại rau bổ dưỡng và tạo năng lượng kích thích ăn ngon miệng, giải nhiệt và lợi tiểu Nó là loại thuốc tốt cho những người thiếu ngủ, cho người bệnh thần kinh, bệnh lao và cả bệnh ung thư, cũng rất bổ ích khi

có bệnh dịch cúm Không dùng cho người bệnh đái tháo đường

Hình 1.4 Bột củ dền được ứng dụng để làm thuốc

- Người La Mã cổ đại có nhiều kinh nghiệm dùng củ dền để điều trị bệnh táo bón

và bệnh sốt Trong sách ẩm thực cổ đại La Mã Apicius cho biết món súp nấu với củ dền được dùng như một bài thuốc nhuận tràng

- Nhà y học cổ đại Hy Lạp Hippocrates (460 -370 trước công nguyên) được xem như cha đẻ của y học phương Tây đã khuyên dùng lá của cây dền đắp vết thương cho các binh tướng bị nạn trong chiến trận

- Từ thời Trung Cổ, củ dền đã được sử dụng trong điều trị nhiều loại bệnh, đặc biệt là các bệnh liên quan đến tiêu hóa và máu

- Platina (1421- 1481), nhà văn thời phục hưng người Ý trong tác phẩm của ông

có nói về việc nên dùng củ dền để khử mùi trong hơi thở của người ăn tỏi

Theo Tây y

- Củ dền có phân tử sắc tố betanin, chất này có tác dụng chống oxy hóa, củ dền được khuyên dùng ở Châu Âu trong nhiều thế kỷ qua

- Nước củ dền đỏ đã được chứng minh là giúp giảm cao huyết áp Nó có tác dụng đối vớ 25% dân số thế giới trong độ tuổi trưởng thành và là một nhân tố quan trọng trong việc ngăn ngừa bệnh tim mạch và bệnh đột quỵ

- Kết quả nghiên cứu của các chuyên gia Bệnh viện Barts (London) và trường đại học Y Khoa London cho thấy, mỗi người uống 500ml nước ép củ dền đỏ thì sau 24 giờ

sẽ có tác dụng giảm cao huyết áp rất tốt Hầu hết chúng ta không thích uống các loại nước uống màu đỏ vào buổi sáng nhưng các nghiên cứu lại cho thấy sẽ rất tốt cho sức khỏe nếu bạn thêm nước ép củ dền vào trong khẩu phần ăn hằng ngày của mình

- Tuy nhiên trong củ dền giống củ cải đường đều có chứa axit oxalic, muối oxalate trong củ dền có liên quan đến sự hình thành sỏi thận Do đó không nên lạm dụng ăn nhiều củ dền cũng như củ cải đường

2 Tổng quan về Anthocyanin

2.1 Giới thiệu vể anthocyanin

- Anthocyanin thuộc một trong những nhóm chất màu tự nhiên flavonoid tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật Thuật ngữ Anthocyanin bắt nguồn từ tiếng

Hy Lạp, trong đó Anthocyanin là sự kết hợp giữa Anthos – nghĩa là hoa và Kyanos – nghĩa lá xanh Tuy nhiên, không chỉ có màu xanh, Anthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc khác như màu hồng, đỏ, cam và các màu trung gian khác

- Trong các chất màu có nguồn gốc tự nhiên thì Anthocyanin là họ màu phổ biến nhất 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, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ Hàm lượng anthocyanin trong các loài thực vật là tương đối lớn Tuỳ vào số lượng và tỷ lệ khác nhau trong rau, quả, hoa và các bộ phận khác nhau của thực vật làm cho chúng cho nhiều màu sắc khác nhau Ví dụ: Hàm lượng anthocyanin trong blackberry khoảng 1,15 g/kg, còn trong đậu đỏ và đậu đen lên đến 20 g/kg [8]

2.2 Phân loại anthocyanin

 Có 4 loại anthocyanin là pelacgonidin, xianidin, denfinidin và apigenidin

 Các chất màu đỏ tự nhiên khác là Anthocyanin E163, Betaine E162, chất nhuộm màu eno E163 ii và Carmin E120 [5]

 Anthocyanin E163 từ các nguyên liệu khác nhau như: quả phúc bồn tử

đen, quả nho, quả cơm cháy, quả thanh lương trà , sử dụng tốt nhất ở pH <4

 Betanin E162 hay là nước ép củ cải đỏ cô đặc có khả năng nhuộm màu tốt nhất tại pH 3.5 - 5.0, ứng dụng chủ yếu trong chế biến các sản phẩm sữa và sản xuất đường

 Chất nhuộm màu eno E163 ii từ nước ép quả nho đỏ và quả cơm cháy, trong môi trường axit tạo ra màu đỏ, còn trong môi trường trung tính và kiềm tạo ra màu xanh

 Carnin E120 được chiết suất từ một loại côn trùng đặc biệt có tên gọi là Coccus Sactic sống trên cây xương rồng mọc nhiều ở Nam Mỹ và Châu Phi, E120 sử dụng rất tốt cho các sản phẩm sữa và thịt, nồng độ tốt nhất là từ 0,005 đến 0,025%

2.3 Cấu trúc hóa học

Anthocyanin là những glycosid do gốc đường kết hợp với gốc aglycon có màu (anthocyanin) Các anthocyanidin khi mất hết nhóm đường được gọi là anthocyanin hay aglycon Mỗi anthocyanin có thể bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đường và các acid khác tại các vị trí khác nhau Vì thế lượng anthocyanin lớn hơn anthocyanidin từ 15- 20 lần Aglycon của chúng có cấu trúc cơ bản được mô tả như sau [8]:

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin

Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3, 5, 7 thường được gắn vào vị trí 3 và

5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycosid, ở

vị trí 3 và 5 gọi là diglycosid Sự khác biệt giữa chúng là số lượng các nhóm hydro hóa, bản chất và số lượng các gốc đường liên kết với cấu trúc của chúng Đến nay có những báo cáo của 500 anthocyanin khác nhau và 23 anthocyanidin Các aglycon của

anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1 và R2 thường là nhóm

Apigeninidin -H -OH -H -H -OH -H -OH Cam

Aurantinidin -H -OH -H -OH -OH -OH -OH Cam

Capensinidin -OCH3 -OH -OCH3 -OH -OCH3 -H -OH Đỏ hơi

xanh Cyanidin -OH -OH -H -OH -OH -H -OH Tím đỏ E163a Delphinidin -OH -OH -OH -OH -OH -H -OH Tím,

xanh

E163b

Europinidin -OCH3 -OH -OH -OH -OCH3 -H -OH Đỏ hơi

xanh Hirsutidin -OCH3 -OH -OCH3 -OH -OH -H -OCH3 Đỏ hơi

xanh Luteolinidin -OH -OH -H -H -OH -H -OH Cam

Pelargonidin -H -OH -H -OH -OH -H -OH Cam,

Đỏ cam

E163d

Peonidin -OCH3 -OH -H -OH -OH -H -OH Tím đỏ E163e Petunidin -OH -OH -OCH3 -OH -OH -H -OH Tím E163f Pulchellidin -OH -OH -OH -OH -OCH3 -H -OH Đỏ hơi

xanh Rosinidin -OCH3 -OH -H -OH -OH -H -OCH3 Đỏ

Triacetidin -OH -OH -OH -H -OH -H -OH Đỏ

2.4 Tính chất vật lý và hóa học của anthocyanin

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là tập hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực Anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dịch bão hòa Khi kết hợp với đường là cho phân tử anthocyanin hòa tan hơn Màu sắc anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều yếu

tố khác,… Khi tăng số lượng các nhóm OH ở vòng benzene càng cao thì màu càng xanh đậm Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzene càng cao thì càng đỏ Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được tính vào nhiều hay ít [9].

Một số thông số vật lý của anthocyanin [5]:

Bước sóng hấp thụ: λ = 520-617 nm

Trọng lượng phân tử ( molecular weight ): 433.39 (g.mol-1 )

Hệ số hấp thụ phân tử: ε = 15600 (L.mol-1.cm-1)

Sự hấp thụ của ánh sáng và màu sắc 2.4.1.

Các anthocyanin có cấu trúc đơn giản thường hấp thụ cực đại trong vùng bước sóng từ 500- 540 nm, tạo ra màu sắc từ đỏ đến tím hồng hay tím xanh [9].

Ngoài ra, màu sắc của các anthocyanin còn được quyết định bởi cấu trúc phần glucosyl hóa, nhiệt độ, ánh sáng, pH dung dịch và sự tổ hợp màu

Tính tan 2.4.2.

Anthocyanin là hợp chất khá phân cực do phân tử chứa nhóm chức phân cực (-H, -OH, -OCH3 ) nên tan tốt trong dung môi phân cực như nước, metanol, axeton, etanol,…[9]

Tính không bền 2.4.3.

So với đa số các chất màu tự 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 dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không tan [9].

Độ bền của anthocyanin được quyết định bởi nhiều yếu tố bao gồm cấu trúc phân

tử, nồng độ anthocyanin, pH, nhiệt độ, cường độ và bản chất bức xạ ánh sáng chiếu

vào, sự tổ hợp màu, sự có mặt của các ion kim loại, enzyme, oxy, acid, ascorbic, đường, các sản phẩm phân hủy của chúng và sulfur dioxit

a) Ảnh hưởng của cấu trúc phân tử

Một số anthocyanin bền hơn các anthocyanin khác Nói chung, việc tăng số nhóm OH trong phân tử làm giảm độ bền của cấu trúc, trong khi đó việc tăng số nhóm –CH3 làm tăng độ bền của phân tử Màu sắc của các thực phẩm chứa chất màu anthocyanin có bộ khung pelargonidin, cyanin hay delphinidin thường kém bền hơn màu của thực phẩm chứa khung petunidi, malvidin Ngoài ra, các anthocyanin chứa đường galactose thường bền khi chứa đường arabinose[9]. Gần đây, một số nghiên cứu còn cho thấy các anthocyanin chứa các nhóm acyl hóa thường bền trong quá trình chế biến và dễ bảo quản hơn so với các chất màu tự nhiên khác Sự bền hóa màu là do sự giảm khả năng tham gia phản ứng của phân tử anthocyanin với các phân tử nước (tác nhân nucleophile) Màu sắc của anthocyanin sẽ được ổn định hoàn toàn nếu các anthocyanin mang các acid thơm ở vòng –B của cation flavylium thay vì là các acid mạch hở

b) Ảnh hưởng của pH

Các anthocyanin bền trong môi trường acid hơn trong môi trường kiềm Khi pH thay đổi, cấu trúc phân tử anthocyanin thay đổi theo, do đó màu sắc của anthocyanin thay đổi theo pH

Hình 1.6 Sự thay đổi cấu trúc phân tử và màu sắc của anthocyanin theo pH

Các anthocyanin cũng phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường[9]:

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

Ở pH = 1 các anthoccyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ

Ở pH =4 ÷ 5 chúng có thể chuyển ở dạng bazơ Cacbinol hay bazơ Chalcon không màu

Ở pH= 7 ÷ 8 lại về dạng bazơ Quinoidal Anhydro màu xanh

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại bước sóng 510 ÷ 540 nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của 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 càngmạnh

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

và mất màu

Hình 1.7 Sự biến đổi của Anthocyanin 3,5 – di glucoside tại pH 3,7

Nhiệt độ cao thúc đẩy sự phân hủy chất màu anthocyanin Nói chung, trên 700C

sẽ gây ra sự phân hủy và mất màu anthocyanin rất nhanh Đôi khi nhiệt độ tăng còn dẫn đến phản ứng Maillard của các đường trong anthocyanin cũng diễn ra (đặc biệt khi

có mặt oxy), làm anthocyanin biến thành màu nâu Tuy nhiên, các anthocyanin được acyl hóa thì bền nhiệt hơn các anthocyanin không bị acyl hóa Do vậy, màu nâu dịch chiết bắp cải đỏ (chứa anthocyanin bị acyl hóa) bền hơn màu của dịch ép quả nho đỏ (chứa anthocyanin không bị acyl hóa)

Ngoài ra, mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân hủy và biến đổi màu sắc anthocyanin phụ thuộc pH Ví dụ: ở pH = 2 ÷ 4 : Nhiệt độ tăng lên dẫn đến sự mất màu anthocyanin Nguyên nhân là do đã xảy ra sự thủy phân liên kết glycosyl của anthocyanin tạo ra cation flavylium kém bền và sau đó phân hủy thành chalcone không màu [9].

Nói chung, những yếu tố làm tăng độ bền của anthocyanin theo pH cũng làm tăng độ bền nhiệt của nó Ví dụ: ở 1000

C Pelarginidin 3 – glucosid bền hơn petunidin

3 – glucosid, còn petunidin 3 – glucosid lại bền màu malvidin 3 – glucosid Các arabinose của cyanidin và peonidin bền hơn galactose tương ứng khi xử lý nhiệt Ngược lại, nhiệt độ thấp làm bền hóa và có thể làm tăng hàm lượng anthocyanin Chẳng hạn [11] nhận thấy rằng hàm lượng anthocyanin trong dịch ép quả dâu tây tươi tăng lên sau 8 ngày bảo quản ở 00C Do đó, anthocyanin thường chỉ được dùng để tạo màu cho các thực phẩm bảo quản lạnh như kem, sữa chua, thức uống từ sữa,…

e) Ảnh hưởng của oxy không khí và tác nhân oxy hóa

Sự có mặt của oxy không khí làm tăng khả năng phá hủy các anthocyanin, đặc biệt khi có mặt acid ascorbic Khác với sự phân hủy nhiệt, các galactosid của anthocyanin bền đối với sự phá hủy bởi oxy hơn so với arabinosid Ngoài ra, pH càng cao thì sự phân hủy anthocyanin bởi oxy không khí càng mạnh Các anthocyanin cũng

phản ứng với các gốc tự do chứa oxy (ví dụ gốc peroxid) Trong phản ứng này, anthocyanin đóng vai trò là chất chống oxy hóa Vì vậy, anthocyanin được xem là có tác dụng ngăn ngừa các bệnh tim mạch [9]

f) Ảnh hưởng của acid ascorbic

Acid ascorbic thường được dùng bổ sung vào nước ép trái cây để bảo vệ chống oxy hóa và tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Mặt khác, acid ascorbic thúc đẩy sự phân hủy các anthocyanin Nguyên nhân là do khi đó xảy ra các phản ứng polymer hóa, ngưng tụ anthocyanin dẫn đến sự nhạt màu sắc tố hay sự phân hủy anthocyanin gây ra bởi H2O2 tạo thành trong quá trình oxy hóa acid Tuy nhiên, độ bền của màu các anthocyanin acyl hóa tăng lên khi có mặt acid ascorbic [9].

g) Ảnh hưởng của đường

Đường có thể có trong hoa quả, dịch chiết anthocyanin tự nhiên hay được bổ sung vào trong quá trình sản xuất, chế biến Nghiên cứu cho thấy đường (ví dụ: saccharose, fructose, glucose, xylose) và các sản phẩm phân hủy của chúng (ví dụ: furfural) làm giảm độ bền của các anthocyanin [11]. Phản ứng của anthocyanin với các sản phẩm phân hủy của đường và acid ascorbic dẫn đến sự tạo thành các sắc tố anthocyanin polymer hóa có màu nâu [12] Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy đường cũng có thể bảo vệ màu của các sản phẩm chứa anthocyanin khỏi sự phân hủy trong điều kiện bảo quản lạnh

h) Ảnh hưởng của enzyme

Sự bất hoạt enzyme làm tăng độ bền của anthocyanin [10]. Các enzyme phân hủy anthocyanin thường gặp nhất là glycoside ( làm phá vỡ liên kết cộng hóa trị giữa đường và khung aglycon của anthocyanin), peroxidase và các phenolase (như phenol, oxydase, polyphenol oxydase) Trong phản ứng phân hủy anthocyanin bởi enzyme, các enzyme trước tiên sẽ oxy hóa các hợp chất phenolic có trong môi trường tạo thành các quinon, sau đó quinon sẽ phản ứng với anthocyanin làm phân hủy chất màu và dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm ngưng tụ có màu nâu

i) Ảnh hưởng của sự tổ hợp màu

Ảnh hưởng của các anthocyanin có thể được ổn định hay tăng cường độ khi có mặt một số chất không màu hay màu nhạt có trong môi trường Hiện tượng này được

gọi là sự tổ hợp màu (copigmentstion) Chất làm ổn định hay tăng cường màu của anthocyanin được gọi là chất tổ hợp màu (copigment)

Ví dụ: Màu đỏ của nước ép quả nho chứa sắc tố oenin (tức Malvindin 3- glucosid) chuyển sang đỏ hơi xanh khi thêm tannin hay acid gallic [12].

Sự tổ hợp màu gây ra sự chuyển dịch cực đại hấp thụ của anthocyanin về phía vùng sóng dài (tương ứng chuyển từ màu đỏ sang màu xanh) và làm màu đậm hơn [11].Nguyên nhân của sự tổ hợp màu có thể là do sự tạo thành các phức nội phân tử, phức liên phân tử xảy ra trong dung dịch anthocyanin

Hiện tượng tổ hợp màu có thể được ứng dụng để cải thiện màu sắc của các sản phẩm giàu anthocyanin bằng cách thêm vào các dịch chiết thực vật giàu một chất copigment thích hợp

2.5 Chức năng sinh học và ứng dụng của anthocyanin

Chức năng sinh học 2.5.1.

a Đối với thực vật

Theo nhiều nghiên cứu, anthocyanin là một chất chống oxy hóa có tác dụng bảo vệ các tế bào thực vật khỏi tác hại của các gốc tự do và tia cực tím Ngoài ra, anthocyanin còn tạo cho các mô thực vật có màu từ đỏ đến tím, tạo nên màu sắc rực rỡ của nhiều hoa, do đó rất quan trọng trong việc thu hút côn trùng Cyaninidin-3- glucozit là một anthocyanin khá phổ biến trong các loài thực vật cũng đã được chứng minh là có tác dụng bảo vệ cây chống lại ấu trùng [14].

b Đối với người [13], [14]

Tác dụng chống oxy hóa:

Các tác nhân oxy hóa trong cơ thể bao gồm các gốc tự do, oxy nguyên tử, H2O2

và các oxid nitơ sinh ra trong quá trình trao đổi chất Sự dư thừa các tác nhân oxy hóa

có thể dẫn đến sự phá hủy và làm rối loạn chức năng của các enzym, màng tế bào và các gen, do đó có thể gây ra các bệnh viêm nhiễm, tim mạch, ung thư, lão hóa Phân tử anthocyanin chứa nhiều nối đôi liên hợp, đồng thời chứa các nhóm hydroxyl ở các vị trí C-3 của vòng C, C-3’,-4’ và -5’ ở vòng B nên rất hiệu quả trong việc bắt giữ gốc tự

do và ngắt mạch phản ứng oxy hóa dây chuyền [14]. Vì vậy, các anthocyanin thể hiện

hoạt tính chống oxy hóa mạnh Hoạt tính chống oxy hóa của các anthocyanidin mạnh hơn của các anthocyanin tương ứng và hoạt tính này giảm khi số phân tử đường liên kết với anthocyanidin càng nhiều [13]. Hoạt tính chống oxy hóa của nhiều anthocyanin

có thể tương đương với các chất chống oxy hóa thương mại như butylhydroquinone (TBHQ), butylated hydroytoluene (BHT), butylated hydroxyanisole (BHA) và vitamin E

tert-Khả năng ngăn ngừa bệnh tim mạch

Sự oxy hóa các lipoprotein mật độ thấp (LDL: low- density lipoproin) tạo ra các mảng bám cholesterol bị oxy hóa trên thành mạch máu, do đó dẫn đến chứng xơ vữa động mạch và kết quả là gây ra các bệnh tim Các nghiên cứu đã chứng minh các anthocyanin có khả năng ngăn ngừa sự oxy hóa các lipoprotein cũng như làm giảm sự keo tụ các phân tử cholestrol trên thành động mạch, do vậy có tác dụng ngăn ngừa bệnh tim mạch

Khả năng ngăn ngừa bệnh ung thư

Hoạt tính ngăn ngừa ung thư của các anthocyanin liên quan đến khả năng chống oxy hóa, chống tăng sinh tế bào ung thư, tác dụng kháng viêm, Nhiều nghiên cứu trên động vật đã cho thấy anthocyanin có hiệu quả ngăn ngừa nhiều loại ung thư như ung thư đường tiêu hóa (bao gồm ung thư dạ dày, ung thư ruột, ung thư vòm họng, ung thư thực quản), ung thư cột sống…

Ứng dụng của anthocyanin 2.5.2.

a Trong công nghiệp thực phẩm

Anthocyanin là sắc tố tự nhiên có khả năng tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho các sản phẩm Chúng đã được chứng minh là vừa an toàn cho người sử dụng vừa có lợi cho sức khỏe [9]. Do đó, anthocyanin ngày càng được sử dụng nhiều để làm chất tạo màu (mã số E163) trong nhiều loại thực phẩm như nước giải khát, rượu, thạch rau câu, kem…

b Trong y học

Anthocyanin còn là tập hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý giá nên nó không chỉ để tạo màu trong thực phẩm mà còn được sử dụng trong y học

của người da đỏ Bắc Mỹ, người Châu Âu, Trung Quốc dưới dạng lá, quả, rễ cây hay bột phơi khô Các dịch chiết hay hỗn hợp giàu anthocyanin (tuy không phải ở dạng tinh khiết) cũng đã được dùng để chữa các bệnh cao huyết áp, sốt, rối loạn chức năng gan, kiết lỵ, tiêu chảy, các bệnh về hệ bài tiết như sỏi thận, nhiễm khuẩn đường tiết niệu và các chứng cảm lạnh thông thường Một số nghiên cứu còn cho thấy việc sử dụng các dịch chiết anthocyanin giúp cải thiện thị lực, tăng cường tuần hoàn máu, chống ung thư nhọt, bảo vệ các mô khỏi tác hại của tia tử ngoại và có tác dụng hữu hiệu trong việc điều trị bệnh tiểu đường loại 2 [9].

2.6 Tình hình nghiên cứu, khai thác và sử dụng anthocyanin tự nhiên

Tình hình trên thế giới 2.6.1.

Trên thế giới chất màu anthocyanin thường được thu nhận từ dịch của quả nho, vỏ nho, bắp cải đỏ, củ cải đỏ.,… Hỗn hợp anthocyanin sử dụng rộng rãi nhất trong thực phẩm là anthocyanin từ vỏ nho (E163 và anthocyanin chiết xuất từ quả nho đen E163 Hiện nay, bắp cải đỏ [10] cũng được xem là nguồn anthocyanin tự nhiên có giá trị do có khả năng trồng với diện tích lớn, có thể thu hoạch quanh năm, tạo ra màu hồng sáng ở pH thấp và màu hồng/tím hoa cà ở pH trung tính, không có mùi lạ, bền với nhiệt và ánh sáng hơn so với các anthocyanin chiết từ các nguồn tự nhiên khác như vỏ nho, quả nho đen,… .[8]

Trong thực tế anthocyanin chủ yếu được chiết xuất dưới dạng thô để sử dụng trong thực phẩm do việc tinh chế anthocyanin khá khó khăn Sản phẩm anthocyanin thương mại có thể ở dưới dạng dịch chiết cô đặc hay ở dạng bột khô (bằng cách trộn dịch chiết anthocyanin cô đặc với chất mang thích hợp rồi sấy phun)

Tình hình trong nước 2.6.2.

Ở nước ta, điều kiện khí hậu không thuận lợi lắm cho việc phát triển các vùng nguyên liệu truyền thống để sản xuất chất màu anthocyanin như các nước vùng ôn đới Gần đây, chúng ta cũng đã chứng thực và thương mại hóa một số loài thực vật giàu anthocyanin như nho đỏ, nho đen, bắp cải tím,… Tuy nhiên, với sản lượng còn hạn chế, các nguyên liệu này chủ yếu chỉ dùng làm thực phẩm tươi hay đồ uống (rượu vang, nước ép quả nho,…) [8]

Việc tách chiết chất màu từ củ dền đỏ còn chưa được nghiên cứu rộng rãi mặc dù

trong thành phần của củ dền đỏ có chất màu này, do đó đây là cơ sở để em thực hiện

đề tài này

3 Tổng quan về màu thực phẩm

3.1 Khái quát về chất màu

Mỗi sản phẩm điều có màu sắc đặc trưng nhưng trong quá trình chế biến và bảo quản, dưới tác động của các yếu tố nhiệt độ, môi trường, nó dễ bị biến đổi màu, không đạt được màu mong muốn hoặc mất màu

3.2 Tầm quan trọng của chất màu trong thực phẩm

Chất màu trong thực phẩm là các yếu tố được bổ sung trong quá trình chế biến thực phẩm nhằm giúp cải thiện chất lượng, hương vị, màu sắc, thời gian sử dụng…Có thể được chiết xuất từ tự nhiên, hoặc tổng hợp từ các yếu tố hoá học trong phòng thí nghiệm, có thể cung cấp chất dinh dưỡng hoặc không[1].

Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đầu tiên đối với mỗi sản phẩm thực phẩm Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng tới chất lượng, mùi vị,

độ ngọt của thực phẩm Nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tương ứng, phù hợp lẫn nhau thì người tiêu dùng sẽ không cảm nhận được chính xác được mùi vị và chất lượng của thực phẩm Thực vậy, trong một nghiên cứu của nhà thực phẩm học Johnson với đề tài “Bảo vệ thực phẩm” năm 1983 đã chứng minh rằng vị ngọt của nước giải khát trái dâu sẽ tăng lên 2-12% nếu ta tăng hàm lượng của chất màu của loại nước giải khát này Do vậy, việc sử dụng các chất màu trong chế biến thực phẩm là điều rất cần thiết [6].

3.3 Phân loại chất màu thực phẩm [8]

Chất màu thực phẩm được chia ra làm 3 loại: chất màu tự nhiên, chất màu nhân tạo và chất màu vô cơ

 Chất màu tự nhiên: Chất màu tự nhiên chia làm 3 nhóm chính[8:

- Antoxian có màu đỏ và màu xanh lam

- Carotinoid có màu vàng

- Clorofin sắc tố xanh lá cây

Tất cả các sắc tố này là những hợp chất hoá học phức tạp và được tạo nên trong quá trình sống thích ứng với các loại thực vật

Mức độ bền của chúng rất khác nhau và trong quá trình bảo quản, chế biến nhiệt

và các gia công khác sẽ bị thay đổi đi theo những cách khác nhau

Vì vậy, lúc ở đang tươi sản phẩm thường có màu sắc đẹp, sau khi chế biến màu sắc sẽ bị kém đi một phần hoặc có khi mất màu hẳn Điều đó làm cho giá trị mặt hàng

và giá trị sử dụng giảm đi và vẻ hấp dẫn bên ngoài của thức ăn sẽ bị kém

Tính độc hại: các chất màu tự nhiên chiết rút từ rau, quả và cây thuốc không có tính độc hại

Sử dụng những chất màu thiên nhiên không độc, đáp ứng tiêu chuẩn y tế trong việc nhuộm màu thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng Vì vậy, lựa chọn nguyên liệu thực phẩm để lấy màu tự nhiên cho điều kiện chế biến gia đình vừa đảm bảo được an toàn thực phẩm mà còn giúp tăng cường sức khỏe

Thay thế các chất màu tổng hợp bằng các chất màu có sẵn từ thực phẩm tự nhiên trong chế biến thực phẩm không những giúp chúng ta có được màu sắc hấp dẫn cho thực phẩm, mà còn có thể làm tăng giá trị dinh dưỡng của thực phẩm

STT Chất màu Màu Liều dùng mg/kg khối

lượng cơ thể

6 Caramel Nâu đen 100

7 Poliphenol đã bị oxy hoá Nâu đậm Không hạn chế

Chất màu tự nhiên Nguồn tự nhiên

Anthocyanin Vỏ nho, elderberries, rau dền đỏ, rau dền đỏ,… Betalain Củ cải đường, cây rau dền tím, vỏ quả thanh long, Carotenoid

- Annatto (Bixin)

- Canthaxanthin

-  Apocarotenal

Hạt điều Nấm rơm, loài giáp xác, cá Cam, rau xanh

Chlorophyll Các loại rau xanh

 Chất màu nhân tạo: Chất màu nhân tạo là chất màu được tổng hợp hữu cơ từ các nguyên liệu tự nhiên

Ưu điểm

- Bền màu

- Đa dạng về màu sắc: màu vàng, màu đỏ, màu xanh, màu đen…

- Có thể tạo màu thích hợp với thị hiếu, có 3 phương pháp phối màu:

Ứng dụng

▪ Chất màu nhân tạo được sử dụng trong phạm vi tương đối hẹp, thường được sử

dụng sản xuất bánh kẹo và sản xuất nước uống, sản xuất đồ hợp chủ yếu là đồ hộp rau quả

▪ Cho phép nhuộm màu thực phẩm bằng các chất màu tổng hợp Nhiều trường

hợp cơ quan bảo vệ sức khỏe như cục VSATTP, viện dinh dưỡng cấm sử dụng vào trong thực phẩm các chất màu hữu cơ nhân tạo vì chưa biết hết được tác dụng phức tạp của nó đối với sức khỏe con người

6 Đỏ rệp Đỏ giống axit cacminic 0.75

10 Xanh lơ sáng FCF Xanh lơ sáng Chưa có

11 Xanh lục sáng BS Xanh lục sáng 5

 Chất màu vô cơ

- Các chất màu có nguồn gốc vô cơ chủ yếu dùng để trang trí thực phẩm

- Sử dụng các loại bột để chống hiện tượng dính giữa loại thực phẩm này với thực phẩm khác ở giữa 2 bề mặt thực phẩm

- Fe2O3; FeO ( màu đỏ): dùng để trang trí trên bề mặt thực phẩm như mứt, bánh kẹo

- Ag, Au được sử dụng trong các món ăn dành cho giới thượng lưu, cán dát thành các lá cực mỏng, sau đó cắt thành sợi nhỏ tạo ấn tượng màu rất tốt

- Đá quý được chế biến thành dạng bột để rắc lên bề mặt thực phẩm tạo ra độ phản quang tốt

Tính độc hại: phần lớn các chất màu vô cơ có tính độc hại và một số còn khó tiêu hóa sau khi sử dụng nên cần phải thận trọng khi sử dụng trong thực phẩm

STT Chất màu Sử dụng Liều dùng mg/kg khối

lượng cơ thể

1 Cacbonat Canxi Ít dùng Không hạn chế

2 Bioxyt Titan Ít dùng Chưa có

Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản phẩm thực phẩm nào đó chúng ta cần quan tâm các yếu tố sau[4]:

 Trạng thái của chất màu: người tiêu dùng vẫn ưu dùng chất màu ở dạng lỏng hơn là ở dạng bột

 Cách sử dụng: Thường phối trộn nhiều màu với nhau để tạo ra màu mong muốn phù hợp với thực phẩm của mình

 Phần các chất chứa trong thực phẩm cần bổ sung chất màu: Sự có mặt của protein, nước, tanin hay chất béo sẽ ảnh hưởng tới độ trong hay vẩn đục của chất màu khi bổ sung vào trong thực phẩm đó

 pH : Sự ổn định cũng như sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh hưởng bởi độ pH của thực phẩm

 Điều kiện chế biến: Đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng chất màu bổ sung vào

 Điều kiện bao gói: Quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và ánh sáng vào thực phẩm, do đó có thể làm biến đổi chất màu

 Điều kiện bảo quản và thời sử dụng: Chất màu sử dụng chỉ bền dưới những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định

4 Tổng quan về phương pháp tách chiết

4.1 Khái niệm

Quá trình chiết hay còn gọi là trích ly là dùng những dung môi hữu cơ hòa tan các chất khác, sau khi hòa tan, ta được hỗn hợp gồm dung môi và chất cần tách gọi là dịch chiết, đem hỗn hợp này tách dung môi ta sẽ thu được chất cần chiết và được thực hiện bằng khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu [3]

Khuếch tán phân tử là quá trình khuếch tán tự nhiên tuân theo định luật Frick Khuếch tán đối lưu thực chất là quá trình khuếch tán cưỡng bức được thực hiện nhờ sự chuyển động tương đối giữa vật liệu và dung môi Do hệ số khuếch tán đối lưu lớn hơn nhiều so với hệ số khuếch tán phân tử nên trong quá trình chiết muốn tăng hiệu quả chiết thì phải tăng cường khuếch tán đối lưu (ví dụ: tăng cường quá trình khuấy đảo)

4.2 Một số phương pháp chiết xuất thông thường và hiện đại

Phương pháp chiết xuất thông thường:

 Phương pháp ngâm tĩnh

 Phương pháp ngâm kiệt

 Phương pháp chiết hồi lưu và cất kéo hơi nước

 Phương pháp chiết Soxhlet

Phương pháp chiết xuất hiện đại

 Phương pháp chiết xuất hỗ trợ siêu âm (UAE)

 Phương pháp chiết bằng lỏng siêu tới hạn ( SFE )

 Phương pháp chiết dưới áp suất cao ( ASE )

 Phương pháp chiết hỗ trợ vi sóng ( MAE )

4.3 Các phương pháp chiết được sử dụng trong nghiên cứu

Phương pháp tách chiết với sự hỗ trợ của sóng siêu âm [6]

Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phân tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16 -20 kHz) Ngoài ra, sóng siêu âm có bản chất sóng dọc hay sóng nén, nghĩa là trong trường siêu âm các phân tử dao động theo phương cùng với phương truyền sóng

Trong quá trình chiết xuất, sóng siêu âm được áp dụng để tăng hiệu quả chiết nhờ tác dụng phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng cường khả năng tiếp xúc giữa dung môi và các chất tan trong nguyên liệu, làm tăng sự hòa tan vào dung môi và tăng quá trình khuếch tán chất tan Sóng siêu âm thường được dùng trong chiết xuất có tần số từ 20 KHz đến

100 MHz

Ưu điểm

Phương pháp chiết xuất với sự hỗ trợ của sóng siêu âm là rút ngắn thời gian chiết, có thể áp dụng hầu hết các loại dung môi với độ phân cực khác nhau, lượng dung môi sử dụng ít, chi phí thấp và giảm ô nhiễm môi trường

Nhược điểm

Phương pháp này không áp dụng được với những hợp chất dễ bị thủy phân hoặc

có hoạt tính không ổn định dưới tác dụng của sóng siêu âm

Hiện nay, việc sử dụng sóng siêu âm để hỗ trợ cho các quá trình tách chiết các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học hoặc mang màu từ các nguyên liệu thực vật để ứng dụng cho các lĩnh vực như dược phẩm, thực phẩm, nhuộm vật liệu dệt…đang nhận được nhiều sự quan tâm

Hiệu quả của phương pháp này trong việc tăng hiệu suất chiết, giảm thời gian chiết và tác dụng xấu đến hợp chất cần trích ly đã được chứng minh bởi sóng siêu âm tạo ra nhiều dòng chất lỏng nhỏ, chứa các bọt khí siêu nhỏ, có áp suất lớn, tác động trực tiếp lên bề mặt vật liệu chiết Khi các vi bọt khí này nổ sẽ tạo ra áp lực lớn, tác động vào các vị trí gần kề, làm vỡ các tế bào thực vật, tạo động lực cho các hợp chất tự nhiên dễ khuếch tán ra môi trường chiết

Phương pháp tách chiết với sự hỗ trợ vi sóng ( MAE ) [6]

4.3.2.

Vi sóng (micro – onde, microwave) là sóng cực ngắn hay còn gọi là sóng siêu tần, sóng UHF (ultra high frequency wave)