Quy trính tách chiết chlorophyll và anthocyanin từ nguyên liệu thực vật và ứng dụng trong CNTP

Bảng 1.1: Màu sắc sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được Báng 1.2: Tên hóa học biểu thị màu sắc Bảng 1.3: Các sắc tố tự nhiên hiện diện trong thực vật và tảo Bảng 1.4: Hàm lượng diệp lụ

Tp HCM, tháng 8 năm 2010

LỜI CÁM ƠN

Em xin chân thành cám ơn thầy Ths Trần Quốc Tuấn đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cám ơn các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm – trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ đã dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Cám ơn tất cả các bạn cùng khóa và các bạn sinh viên trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Tp HCM,15/08/2010

HỒ THỊ NGỌC ANH

ii

iii

Hiện nay, xu hướng thế giới đang quan tâm nghiên cứu để khai thác các chất màu có nguồn gốc tự nhiên từ rau, hoa quả, củ, lá… để dùng trong công nghệ thực phẩm, vì những chất màu tự nhiên thường không độc, an toàn cho người sử dụng

Trong bài luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu quá trình thu nhận chất màu chlorophyll và anthocyanin từ nguyên liệu là chồi dứa và hoa hồng

- Với chồi dứa, là phế phụ liệu không được dùng đến của nguyên liệu trái dứa, nên có thể tận thu nguồn phế phụ liệu này làm nguyên liệu chiết tách chất màu chlorophyll Với điều kiện ly trích chlorophyll là: 10g chồi dứa cần 0,4g NaOH pha trong 50ml nước đun cách thủy ở 90oC trong 90 phút cho hàm hượng chlorophyll thu được là cao nhất Chế phẩm có thể bổ sung thêm CuSO4 0,1 % (với 0,2 ml cho10g chồi dứa) để giữ màu xanh của sản phẩm Chế phẩm Chlorophyll thu được khá bền nhiệt ở nhiệt độ, tan tốt trong nước Hiệu suất thu nhận chế phẩm chlorophyll đạt 13,17% so với nguyên liệu tươi

- Với hoa hồng, có thể dùng hoa hồng tươi ở các vườn hoa hoặc hoa đã trở thành phế liệu ở các chợ hoa làm nguyên liệu chiết tách chất màu anthocyanin Dung môi thích hợp chất cho quá trình chiết xuất anthocyanin: C2H5OH : HCl 1% với tỉ lệ thể tích tương ứng 35 : 15 Chế phẩm anthocyanin thu được hiệu quả tốt nhất với diều kiện tách chiết ở 60oC trong 90 phút

- Chế phẩm màu thu được đã được ứng dụng trong nhuộm màu một số thực phẩm như: rau câu, kẹo dẻo, cho màu đẹp Kết quả nhận được là đáng khả quan trong việc sử dụng nhuộm màu thực phẩm Hơn nữa việc sử dụng màu tự nhiên là nhu cầu cấp thiết trong việc nhuộm màu thực phẩm hiện nay

- Với nguồn nguyên liệu dồi dào, chi phí thu mua nguyên liệu không quá cao là điều kiện thuận lợi để thu nhận chất màu, hạ giá thành sản phẩm Mặt khác sản phẩm chất màu chúng tôi thu được đáp ứng các yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm, có màu sắc tự nhiên, điều này chứng tỏ việc ứng dụng các chất màu tự nhiên trên được trong việc nhuộm màu thực phẩm là hết sức khả quan

iv

Trang bìa i

Nhiệm vụ đồ án Lời cám ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách hình v

Danh sách bảng biểu vi

Danh sách biểu đồ, đồ thị vii

GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU 1.1.1 Ý nghĩa của chất màu thực phẩm trong sản xuất 3

1.1.2 Phân loại chất màu 3

1.1.3 Một số chất màu tự nhiên và tổng hợp dùng trong thực phẩm 8

1.1.4 Cơ sở lý thuyết cơ bản về màu sắc 9

1.1.5 Danh pháp các chất màu 10

1.1.6 Sắc tố thực vật 12

1.1.7 Vài công dụng sắc tố thực vật trong các lĩnh vực 14

1.2 TỔNG QUAN VỀ DỨA (THƠM) VÀ CHẤT MÀU CHLOROPHYLL

iv

1.2.2 Chất màu Chlorophyll 16

1.2.2.1 Giới thiệu 17

1.2.2.2 Thành phần hóa học của lục lạp 17

1.2.2.3 Cấu trúc hóa học của Chlorophyll 18

1.2.2.4 Tính chất vật lý của Chlorophyll 19

1.2.2.5 Tính chất hóa học của Chlorophyll 20

a Tác dụng với acid 20

b Tác dụng với base 20

c Tác dụng với kim loại 21

d Quá trình oxy hóa chlorophyll 21

1.2.2.6 Tính chất quang hóa của chlorophyll 21

1.2.2.7 Vai trò của chlorophyll 24

1.3 TỔNG QUAN VỀ HOA HỒNG VÀ CHẤT MÀU ANTHOCYANIN 1.3.1 Hoa hồng 25

1.3.2 Chất màu Anthocyanin 26

1.3.2.1 Tình hình sử dụng 26

1.3.2.2 Cấu trúc Anthocyanin 27

1.3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của Anthocyanin 28

a Cấu trúc hóa học của anthocyanin 28

b pH 28

c Nhiệt độ 29

d Oxyae, hydrogenperoxide và acid ascorbic 29

iv

f Enzyme 29

g Kim loại 30

h Sự ngưng tụ 30

1.3.2.4 Vai trò của anthocyanin 30

a Đối với thực vật 30

b Đối với con người 31

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 VẬT LIỆU 2.1.1 Nguyên liệu để thu nhận Chlorophyll 33

2.1.2 Nguyên liệu để thu nhận Anthocyanin 33

2.2 PHƯƠNG PHÁP 2.2.1 PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT CHLOROPHYLL TỪ CHỒI DỨA 2.2.1.1 Xác định phổ hấp thu ánh sáng của chlorophyll 33

2.2.1.2 Xác định hàm lượng chlorophyll trong nguyên liệu 34

2.2.1.3 Phương pháp chiết tách chlorophyll từ nguyên liệu 34

2.2.2 THU NHẬN CHẾ PHẨM CHLOROPHYLL TỪ CHỒI DỨA 2.2.2.1 Khảo sát lượng NaOH tối ưu cho quá trình tách chiết chlorophyll 35

2.2.2.2 Khảo sát thời gian tối ưu cho quá trình tách chiết chlorophyll 35

2.2.2.3 Khảo sát tỉ lệ thể tích nước với nguyên liệu tối ưu cho quá trình tách chiết chlorophyll 35

2.2.2.4 Thu nhận chế phẩm chlorophyll từ nguyên liệu 36

2.2.1.5 Xác định hiệu suất thu chế phẩm chlorophyll so với lượng nguyên liệu tươi 36

iv

a Xác định độ ẩm chế phẩm chlorophyll 36

b Xác định hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm 37

c Xác định hiệu suất thu nhận chlorophyll trong chế phẩm so với hàm lượng chlorophyll trong nguyên liệu 37

d Xác định độ bền nhiệt của chế phẩm chlorophyll 38

2.2.2.7 Khảo sát sự thay thế Cu vào nhân Mg của chlorophyll 38

2.2.3 THU NHẬN CHẾ PHẨM ANTHOCYANIN TỪ HOA HỒNG 2.2.3.1 Xác định hệ dung môi thích hợp để chiết xuất Anthocyanin 39

2.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khả năng chiết xuất anthocyanin của dung môi 40

2.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến cường độ màu chiết xuất 41

2.2.3.4 Xác định hàm lượng anthocyanin 41

2.2.3.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến dịch chiết xuất 42

2.2.3.6 Khảo sát sự biến đổi màu theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau của dịch màu thô 42

2.2.3.7 Phương pháp tạo dạng bột màu 42

2.2.4 Ứng dụng nhuộm màu một số sản phẩm 42

2.2.4.1 Nhuộm màu sản phẩm rau cau 43

2.2.4.2 Nhuộm màu sản phẩm kẹo dẻo 44

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 THU NHẬN CHLOROPHYLL

iv

3.1.2 Xác định hàm lượng chlorophyll trong nguyên liệu 46

3.1.3 Khảo sát lượng NaOH phù hợp cho quá trình tách chiết chlorophyll 46

3.1.4 Khảo sát thời gian chiết đến quá trình tách chiết chlorophyll 48

3.1.5 Khảo sát tỉ lệ thể tích nước với trọng lượng nguyên liệu cho quá trình tách chiết chlorophyll 49

3.1.6 Hiệu suất thu nhận chế phẩm chlorophyll từ nguyên liệu tươi 50

3.1.7 Một số chỉ tiêu của chế phẩm bột chlorophyll 51

3.1.8 Khảo sát sự thay thế Cu vào nhân Mg của chlorophyll 51

3.1.9 Khảo sát độ bền màu theo nhiệt độ của chế phẩm chlorophyll có nhân Cu 53

3.1.10 Quy trình thu nhận chế phẩm bột chlorophyll 55

3.1.11 Thu nhận chế phẩm bột Chlorophyll 56

a Chế phẩm cao chlorophyll 56

b Chế phẩm bột chlorophyll (không nhân Cu) 56

c Chế phẩm bột chlorophyll nhân Cu 56

3.1.12 Sản phẩm rau cau và kẹo dẻo được nhuộm từ chế phẩm chlorophyll nhân đồng 57

3.2 THU NHẬN ANTHOCYANIN 3.2.1 Xác định hệ dung môi thích hợp để chiết xuất chất màu Anthocyanin 58

3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khả năng chiết xuất anthocyanin của dung môi 59

3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến cường độ màu chiết xuất 61

3.2.4 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến dịch chiết xuất 62

3.2.5 Khảo sát sự biến đổi màu theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau của dịch màu thô 65

3.2.6 Xác định hàm lượng Anthocyanin trong dịch trích thô 66

iv

3.2.8 Thu nhận chế phẩm bột Anthocyanin 70

3.2.7 Sản phẩm rau cau và kẹo dẻo được nhuộm từ chế phẩm bột hoa hồng 70

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

4.1 Kết luận 72

4.2 Đề nghị 73

Tài liệu tham khảo I

Hình 1.1: Cấu trúc của chlorophyll a và b

Hình 1.2: Cấu trúc của chlorophyll c

Hình 1.3: Cấu trúc của chlorophyll d

Hình 1.4: Phổ hấp thu của chlorophyll a và b

Hình 1.5: Cấu trúc của Anthocyanin

Hình 3.1: Cao chlorophyll

Hình 3.2: Chế phẩm bột từ dịch chiết chlorophyll (không nhân đồng)

Hình 3.3: Chế phẩm bột từ dịch chiết chlorophyll nhân đồng

Hình 3.4: Sản phẩm rau cau được nhuộm màu bằng chế phẩm bột màu Chlorophyll Hình 3.5: Sản phẩm kẹo dẻo được nhuộm màu bằng chế phẩm bột màu Chlorophyll Hình 3.6: Dịch màu được chiết xuất từ 3 hệ dung môi

Hình 3.7: Sự ảnh hưởng của pH đến dịch chiết xuất

Hình 3.8: Chế phẩm bột từ dịch chiết hoa hồng

Hình 3.9: Sản phẩm rau cau được nhuộm màu bằng chế phẩm bột màu Anthocyanin Hình 3.10: Sản phẩm kẹo dẻo được nhuộm màu bằng chế phẩm bột màu Anthocyanin

Bảng 1.1: Màu sắc sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được

Báng 1.2: Tên hóa học biểu thị màu sắc

Bảng 1.3: Các sắc tố tự nhiên hiện diện trong thực vật và tảo

Bảng 1.4: Hàm lượng diệp lục trong lá của một số thực vật (% chất tươi)

Bảng 3.1: Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly từ chồi Dứa ở các bước

sóng khác nhau

Bảng 3.2: Hàm lượng chlorophyll trong nguyên liệu

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của lượng NaOH đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết từ

chồi Dứa

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian chiết đến giá trị OD của dung dịch chlorophyll tách chiết

từ chồi dứa

Bảng 3.5: Tỉ lệ thể tích nước / trọng lượng nguyên liệu ảnh hưởng đến giá trị OD của dung

dịch chlorophyll tách chiết từ chồi dứa

Bảng 3.6: Hiệu suất thu nhận chế phẩm chlorophyll từ nguyên liệu tươi

Bảng 3.7: Độ ẩm, hàm lượng chlorophyll trong chế phẩm

Bảng 3.8: Lượng CuSO4 0,1% thêm vào dịch chiết chlorophyll thích hợp

Bảng 3.9: Độ bền nhiệt của chế phẩm chlorophyll trong thời gian 30 phút

Bảng 3.10: Độ hấp thu của dịch chiết bằng các hệ dung môi khác nhau

dung môi

Bảng 3.12: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến cường độ màu chiết xuất

Bảng 3.13: Ảnh hưởng của pH đến dịch chiết xuất

Bảng 3.14: Sự biến đổi màu theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau của dịch màu thô

Bảng 3.15: Nồng độ dung dịch chuẩn và giá trị OD tương ứng

Đồ thị 3.1: Phổ hấp thu ánh sáng của dung dịch chlorophyll trích ly từ chồi Dứa ở các bước

Đồ thị 3.4: Tỉ lệ thể tích nước / trọng lượng nguyên liệu ảnh hưởng đến giá trị OD của dung

dịch chlorophyll tách chiết từ chồi Dứa

Đồ thị 3.5: Đồ thị khảo sát sự thế nhân Cu vào nhân Mg của chlorophyll

Biểu đồ 3.6: Biểu đồ khảo sát độ bền nhiệt của chế phẩm chlorophyll trong thời gian 30 phút

Đồ thị 3.7: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến khả năng chiết xuất

anthocyanin của dung môi

Đồ thị 3.8: Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến cường độ màu chiết xuất

Đồ thị 3.9: Đồ thị khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến dịch chiết xuất

Đồ thị 3.10: Đồ thị khảo sát sự biến đổi màu theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau của dịch

màu thô

Đồ thị 3.11: Đồ thị biểu diễn sự tương ứng giữa nồng độ chất màu chuẩn CoSO4.7H2O và giá

trị OD tương ứng với λ=515nm

GIỚI THIỆU

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

Sở dĩ có thể nói như vậy vì trong các chất màu thực phẩm, ngoài các thành phần chất màu riêng biệt cho từng loại màu sắc, chúng còn chứa các thành phần có hoạt tính sinh học khác như vitamin, axit hữu cơ, glycoside, các chất thơm và các nguyên tố vi lượng

Các chất màu tự nhiên phổ biến thường gặp như màu vàng cam của gấc, màu vàng của nghệ, màu tím của lá cẩm, màu nâu của cà phê, ca cao, màu xanh của lá dứa hay màu đen của

lá gai… Về thực chất, chúng đều là những thành phần dễ trích ly, tạo được màu sắc và mùi thơm cho thực phẩm theo yêu cầu của người chế biến…

Các chất màu vàng cam hoặc màu đỏ lấy từ quả gấc là các hợp chất carotenoid như carotene, lutein và lycopene… là những phân tử mà cơ thể chuyển thành vitamin A Đây là chất kích thích mạnh mẽ tế bào miễn dịch, giúp bảo vệ cơ thể chống nhiễm khuẩn và ung thư; Lutein có thể làm giảm nguy cơ thoái hóa võng mạc, lycopene có thể giúp ngăn ngừa ung thư tuyến tiền liệt Carotenoid còn làm giảm nguy cơ bệnh tim mạch, giảm nồng độ Cholesterol máu và tác hại của ánh nắng mặt trời trên da…

β-Màu vàng của nghệ là chất màu thiên nhiên được dược điển công nhận với mã số E.100 để nhuộm màu dược phẩm thay thế chất màu tổng hợp như Tartrazine E.102 Nghệ có tác dụng chống viêm loét dạ dày, thông mật, kích thích tế bào gan và co bóp túi mật, làm giảm hàm lượng Cholesterol trong máu Nghệ còn có vai trò trong việc làm giảm tỉ lệ ung thư vú, tuyến tiền liệt, phổi và ruột kết nhờ đặc tính chống oxy hóa của Curcumin trong nghệ

Bên cạnh màu cam hấp dẫn của gấc, màu vàng tươi của nghệ, các chất có màu tím có thể lấy từ củ dền, lá cẩm… để làm bánh hoặc nấu xôi Lá cẩm có vị ngọt nhạt, màu thực phẩm đẹp

và không độc, tính mát, có tác dụng giảm ho và cầm máu Các chất màu tím Anthocyanin (E163) có được từ các nguyên liệu trên sẽ giữ màu tốt nhất ở pH 3,5-4

Ngoài ra còn nước lá dứa màu xanh vừa tạo màu, vừa tạo mùi thơm cho thực phẩm chế biến

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

Trong bài luận văn tốt nghiệp này, chúng tôi trích ly hợp chất màu chlorophyll từ chồi dứa (chồi thơm) và chất màu Anthocyanin từ hoa hồng Có thể nói, hai nguyên liệu này chiếm sản lượng rất lớn và là phế phụ liệu không được dùng đến Lựa chọn nguyên liệu theo hướng này nhằm giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm và tận thu các phế phụ liệu thực vật có ích Mục đích nghiên cứu của bài luận văn này là:

- Khảo sát các điều kiện tối ưu để tiến hành thu nhận hợp chất màu Chlorophyll từ chồi dứa

- Khảo sát các điều kiện tối ưu để tiến hành thu nhận hợp chất màu Anthocyanin từ hoa hồng

- Ứng dụng các chất màu thu được trong công nghệ thực phẩm như: nhuộm rau cau, thạch dừa, siro, bánh, mứt, kẹo dẻo, kem và các sản phẩm công nghiệp khác Trong giới hạn thời gian thực hiện đồ án tôi chỉ ứng dụng nhuộm hai sản phẩm thực phẩm là Rau Cau và Kẹo Dẻo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU

1.1.1 Ý nghĩa của chất màu thực phẩm trong sản xuất

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 của chúng nữa Màu sắc là một chỉ số quan trọng về giá trị cảm quan Màu sắc của sản phẩm không chỉ có giá trị về mặt hình thức mà còn có tác dụng sinh lý

rõ rệt Màu sắc thích hợp sẽ làm cho cơ thể đồng hóa thực phẩm đó dễ dàng hơn

Màu sắc bên ngoài còn là một yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng thực phẩm của người tiêu dùng, có thể kể đến những ảnh hưởng đó như sau:

• Về cảm quan: việc lựa chọn và đánh giá chất lượng thực phẩm sẽ vô cùng khó khăn nếu không có màu sắc

• Màu sắc giúp cho thực phẩm trở nên hấp dẫn hơn

• Màu sắc của thực phẩm có thể kích thích, giúp ngon miệng

Theo kinh nghiệm, người ta có thể dựa vào màu sắc để đoán biết chất lượng thực phẩm Mặc dù màu chỉ được dùng một lượng rất nhỏ, nhưng nó lại có vai trò quan trọng cho việc đánh giá chất lượng thực phẩm của khách hàng Chính vì vậy, phẩm màu được xem là một thành phần thực phẩm then chốt

Vì vậy, trong kỹ thuật sản xuất thực phẩm người ta không những 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 [6]

1.1.2 Phân loại chất màu: [6]

Dựa vào quá trình hình thành có thể chia chất màu thành 3 loại:

• Các chất màu tự nhiên

• Các chất màu hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật

• Các chất màu kỹ thuật

™ Chất màu tự nhiên: thường gặp chủ yếu ở trong các nguyên liệu thực vật, có thể chia

làm 3 nhóm chính:

• Chlorophyll: làm hoa quả có màu xanh lá cây

• Các Carotenoid: làm hoa quả có và rau có màu da cam, màu vàng và đôi khi có màu đỏ

• Các chất màu Flavonoid (anthocyanin) có trong không bào, xanh lam và đỏ

Rau quả chứa nhiều sắc tố khác nhau nên có nhiều màu sắc khác nhau, do đó mà từng loại thực phẩm có màu tự nhiên đặc trưng riêng biệt do sắc tố gây ra

Chlorophyll làm cho rau quả có màu xanh lá cây Trong thực vật, chlorophyll chiếm 1% chất khô và còn kèm theo các chất màu khác Trong quả xanh có 90-200 mg% Chlorophyll Anthocyanin là nhóm sắc tố làm cho rau quả có nhiều màu khác, từ đỏ đến tím Về bản chất hóa học, Anthocyanin là glucoside khi bị thủy phân cho đường và Anthocyanin Anthocyanin hòa tan dễ dàng trong nước Khi đun nóng lâu nó bị phá hủy và mất màu khi tác dụng với kim loại, Anthocyanin có thể bị đổi màu Anthocyanin có tính sát trùng, vì thế để chế biến từ các nguyên liệu có màu mạnh từ đỏ đến tím (trừ xanh) có thể rút ngắn thời gian thanh trùng

Carotenoid làm cho quả có nhiều màu khác nhau từ vàng đến đỏ Phổ biến nhất là Carotene, Licopene và Xanthophyll Carotene có màu da cam, có nhiều trong cà rốt (6-14 mg%), trong gấc (500 mg%) Licopen có màu đỏ đặc biệt là ở cà chua và một số quả khác Xanthophyll có màu vàng

Tỷ lệ giữa các Carotenoid trong quả tùy thuộc loài nguyên liệu và điều kiện khí hậu nuôi trồng

Carotene có 8 đồng phân α, β, γ và Licopene là một đồng phân

Carotenoid không tan trong nước nhưng tan nhiều trong chất béo, dễ bị oxy hóa, bền với kiềm nhưng không bền với acid Trong cơ thể con người, Carotene biến thành vitamin A nên Carotene được gọi là tiền vitamin A

Tất cả các sắc tố này là những hợp chất hóa học phức tạp và được tạo nên trong quá trình sống thích ứng của các loài 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 biến đổi đi theo những cách khác nhau Vì vậy, nguyên nhân của các thực phẩm lúc ở dạng tươi có màu sắc đẹp, sau khi chế biến màu

sắc thường bị kém đi một phần hoặc có khi mất hẳn Điều đó làm cho giá trị mặt hàng và giá trị sử dụng giảm đi và cuối cùng là giảm giá trị sinh lý bởi vì vẻ đẹp hấp dẫn bên ngoài của thức ăn đã bị kém sút và tiêu hóa sẽ khó khăn hơn do màu sắc không đẹp ảnh hưởng đến hệ thần kinh ức chế khả năng tiết dịch vị

Trong công nghiệp thực phẩm đang tiến hành nhiều công trình lớn để tìm ra các biện pháp giữ cho các sản phẩm có màu sắc đẹp Điều này có thể đạt được theo những cách sau đây:

• Xây dựng một quy trình gia công nguyên liệu bán thành phẩm để bảo toàn được tối

đa các chất màu có sẵn trong nguyên liệu

• Tách ra, cô đặc và bảo quản các chất màu từ chính nguyên liệu thực vật đó hoặc từ các nguyên liệu khác giàu màu sắc ấy Sau đó từ các chất màu tự nhiên đã cô đặc này có thể nhuộm màu cho chính nguyên liệu đó mà từ đó chúng ta thu lượm được các chất màu hoặc do những dạng nguyên liệu hoàn toàn khác

• Tổng hợp nhân tạo các chất màu giống như các màu tự nhiên của sản phẩm thực phẩm rồi dùng chúng để nhuộm màu cho các sản phẩm khác mà ở dạng tự nhiên không đủ mạnh hoặc bị mất màu ban đầu do quá trình chế biến

• Dùng các biện pháp kỹ thuật thích hợp để điều chỉnh các phản ứng theo chiều tạo

ra những chất màu mới từ những hợp phần có trong nguyên liệu

• Đối với mỗi nhóm chất màu, yêu cầu phải có những biện pháp khác nhau để bảo vệ màu tự nhiên của sản phẩm

Chẳng hạn như màu xanh của Chlorophyll trong thực vật trong quá trình đun trong môi trường acid sẽ chuyển thành một hợp chất hóa học mới -feofitin- có màu sẫm oliu

Do vậy, trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất đồ hộp rau, người ta thường dùng những biện pháp sau đây để bảo vệ màu xanh diệp lục:

- Gia nhiệt rau xanh trong nước cứng, carbonat kiềm thổ sẽ trung hòa một phần acid của dịch bào

- Gia nhiệt nhanh trong một lượng nước sôi lớn (3-4 lít/1kg) để giảm hàm lượng acid, acid lúc này sẽ bay đi cùng với hơi nước

- Hay theo một nguyên tắc khác mà trong đó rau vẫn giữ được màu xanh có thể bằng hai cách: cần phải áp dụng các biện pháp để có thể bảo vệ thật tốt lượng Chlorophyll có trong đó,

hoặc nếu không làm được như vậy thì phải bổ sung màu từ bên ngoài vào sao cho không khác

gì so với màu xanh tự nhiên về cả màu sắc lẫn cường độ màu

Trong công nghiệp từ lâu đã tiến hành các nghiên cứu theo cả hai hướng đó (một trong các phương pháp được áp dụng rộng rãi để bảo vệ màu sắc tự nhiên) thực chất của phương pháp là dẫn đến việc nâng cao pH của môi trường, tức là làm giảm lượng acid tự do, như vậy là ngăn cản khả năng oxy hóa của Chlorophyll Còn một số nghiên cứu khác cũng tiến hành theo chiều hướng đó bằng cách cho thêm vào trong hộp một ít Dinatriglutamat là chất đệm kiềm, hoặc cho thêm vào nước chần Ca(OH)2 và Canxiglutamat nâng cao pH lên đến 8.4 ÷ 8.8

Tất cả các phương pháp tương tự dựa trên cơ sở làm giảm hàm lượng acid và loại trừ tác dụng có hại của phản ứng aicd với Chlorophyll Tuy nhiên, phương pháp trên sẽ làm cho vitamin trong sản phẩm bị phá hoại và làm giảm giá trị thực phẩm của sản phẩm vì vitamin C chỉ được bảo vệ tốt hơn trong môi trường acid và nó là một chỉ số quan trọng trong thực phẩm Phương hướng khác là thay thế Chlorophyll sẵn có bị mất đi bằng các chất màu lấy từ ngoài vào (Một trong các phương pháp cổ điển là sử dụng CuSO4 trong quá trình chần rau quả xanh dựa trên sự tạo thành muối đồng cũng có màu xanh)

Sự khó khăn trong việc bảo vệ màu tự nhiên của sự chế biến sản phẩm thực phẩm và khả năng hạn chế trong việc sử dụng các phẩm màu tổng hợp, làm cho các nhà chuyên môn phải tìm ra các biện pháp điều chế được các chất màu cô đặc từ các nguyên liệu thực vật và để sử dụng chúng nhuộm màu ngay cho sản phẩm đó hoặc các sản phẩm khác

Một ưu việt lớn cho việc sử dụng các chất màu này là chúng không độc đối với cơ thể, điều này thường không đòi hỏi phải chứng minh, bởi vì như đã biết các chất màu này thu được

từ các nguyên liệu thực vật Tuy nhiên, điều đó không hoàn toàn đúng Vấn đề không là các chất màu này thu được từ nguyên liệu nào đó và cấu tạo hóa học của nó ra sao, mà còn chính các chất màu được trích ra từ nguyên liệu ban đầu, qua các quá trình nào đó và có tồn tại các vết của các hỗn hợp nào đó có gây hại cho con người trong chất màu thực phẩm hay không Mặc dù có những vấn đề quan trọng như thế, nhưng nói chung các chất màu thực vật tự nhiên thường ít độc hơn các chất màu tổng hợp, và việc sử dụng chúng trong các đồ hộp rau quả, thực phẩm đặc là hoàn toàn thích hợp

™ Chất màu nhân tạo hay tổng hợp

Ngoài các chất màu có nguồn gốc thực vật, người ta còn dung một số chất màu được tổng hợp từ nguồn gốc hữu cơ trong thực phẩm Tuy nhiên, các chất màu tổng hợp hóa học vẫn còn

bị hạn chế trong việc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm vì chưa biết hết được các tác dụng phức tạp của nó đối với cơ thể Khi chờ giải quyết vấn đề này thì phải ưu tiên dùng các chất màu có thành phần của các nguyên liệu thực vật, tuy nhiên chính các chất này lại ít bền trong quá trình sản xuất và bảo quản Do đó về lâu dài trong công nghiệp cần phải tìm các chất không độc và ít tác hại càng nhiều càng tốt Tạm thời khi chờ giải quyết các vấn đề kỹ thuật này một cách dứt khoát, việc sử dụng chất màu tổng hợp chỉ trong giới hạn cho phép mà thôi

Và theo quy định thì chất màu chứa trong thành phẩm không quá 0.03% [4]

Trong công nghiệp thực phẩm Liên Xô cũ thì các chất màu nhân tạo được sử dụng trong phạm vi tương đối hẹp, thường chỉ thấy sử dụng trong sản xuất bánh kẹo và sản xuất các thứ nước uống không có rượu Và ở đây việc nhuộm màu các sản phẩm thực phẩm, các chất gia vị

và đồ uống theo các điều luật ban hành ngày 8/3/1950 và hiện đang còn hiệu lực, cho phép nhuộm màu các sản phẩm sau đây của công nghệ thực phẩm:

Các sản phẩm bánh kẹo, trong số đó như mứt khô kẹo mềm, có thể nhuộm bằng chất màu

tự nhiên - đỏ son, vàng nghệ, màu chàm và saflo hay là Araman

Đồ uống khô và chè ngọt khô nhuộm bằng Carmin saflo hay là Araman

Araman (chất màu đỏ) là một muối natri của acid azo-β-naftodisulfo

Indigocarmin (chất màu xanh lá cây) là muối natri của acid Indigodisulfo

Tactrazin (nafto vàng) là muối sulfonatri của acid Dinitro-naftosulfo

Ngoài ra còn có Carotene màu vàng Carotene màu vàng, Annatto (olean), Chlorophyll và đường khan thường chiết từ màu xanh thực vật

Ở Mỹ, cơ quan bảo vệ sức khỏe cho phép sử dụng trong các ngành thực phẩm 15 chất màu hóa học nhân tạo mà nguốn gốc từ nhựa than đá và được coi như không có hại với sức khỏe con người, cũng như đủ bền khi sử dụng chúng Trong 15 chất màu nhân tạo đó được chia làm

2 nhóm:

- Các chất hòa tan trong nước có 13 loại màu

- Các chất hòa tan trong chất béo (dầu thực vật và dầu béo khác) gồm hai loại màu

Ở nước ta, đối với nghề làm đồ hộp như rau đậu đóng hộp, sau khi nấu chín thì rau đậu mất màu xanh tươi đẹp nên người ta phải dùng màu mà tẩm cho màu xanh trở lại Thường họ dùng phèn xanh (sulfat de cuivre) Theo quy định cứ 1kg rau hay đậu không nên dùng quá 100mg phèn xanh

Nói chung, màu nhân tạo hay màu hóa học đều có những ưu việt và khuyết điểm như sau:

- Ưu: cường độ màu rất mạnh nên chỉ cần dùng một lượng rất ít

- Khuyết: một số phẩm màu có thể gây độc cho con người

Do đó phẩm màu sử dụng trong thực phẩm phải đáp ứng các yêu cầu sau đây:

• Bền với tác động của nhiệt độ

• Hoàn toàn không độc

• Khả năng nhuộm màu tốt

• Không có mùi vị lạ

• Có khả năng dùng ở dạng lỏng, cô đặc, bột khô

• Màu phải bền không biên đổi hay biến đổi rất chậm trong quá trình bảo quản trong thời gian nhất định.[5]

1.1.3 Một số chất màu tự nhiên và tổng hợp dùng trong thực phẩm

Trong thực tế người ta có thể dùng chất màu tự nhiên hay tổng hợp để tạo màu cho các sản phẩm thực phẩm nhằm làm tăng giá trị cảm quan của chúng Các chất màu đỏ và vàng thường được sử dụng nhiều hơn Carotenoid là chất màu tự nhiên được sử dụng nhiều nhất

Tartrazin - vàng chanh - tạo màu cho mứt và kẹo, kem, đá, đồ uống có ga

Riboflavin - vàng - tạo màu cho soup, sản phẩm kẹo mứt

Zeaxanthin - vàng - tạo màu cho mỡ, đồ uống nóng và lạnh

Curcumin - vàng đỏ - tạo màu cho mù tạt

Sunset yellow - da cam - tạo màu cho đồ uống, cho sản phẩm đồ chua, mứt kẹo

β-caroten - da cam - tạo màu cho mỡ, soup, đồ uống, kẹo, sữa chua

Astaxantin - da cam - tạo màu cho đồ uống, sản phẩm cà chua, mứt , kẹo

Carmoisin - đỏ ánh xanh - tạo màu cho đồ uống, mứt kẹo, kem mứt quả

Araman - đỏ ánh xanh - tạo màu cho đồ uống, mứt quả, mứt kẹo, mứt nhừ

Ponceace 4R - đỏ tươi - tạo màu cho đồ uống, kẹo, cá hồi biển

Carmin - đỏ sáng - tạo màu cho đồ uống có rượu

Antoxianidin - đỏ tím (phụ thuộc pH) - tạo màu cho mứt nhừ, nước uống có ga

Erytrosin - đỏ anh đào - tạo màu cho quả, mứt nhừ và kẹo

Đỏ 2G - đỏ ánh xanh - tạo màu cho mứt kẹo

Indigocarmin - xanh đậm - phối hợp với màu vàng để tạo màu cho đồ uống, các sản phẩm mứt kẹo

Patent blue - xanh xám - chủ yếu là phối hợp với màu vàng để tạo màu cho bánh mứt, kẹo

và đồ uống

Brillant blue - xanh xám - cũng có tác dụng như màu Patet blue V

Greens - xanh lá cây - tạo màu cho dầu ăn

Rutin - chất glucoside màu vàng

Đen BN - tím xanh - tạo màu cho trứng cá, sản phẩm mứt kẹo

Gacdenin – màu vàng – tạo màu vàng sẫm cho sản phẩm [6]

1.1.4 Cơ sở lý thuyết cơ bản về màu sắc

Màu sắc có được là dựa vào sự cảm nhận ánh sáng của con người và dựa theo một dải hẹp quang phổ điện tử gọi là quang phổ ánh sáng nhìn thấy được Dải băng này trùng với một phần của bức xạ mặt trời, rộng từ biên ánh sáng cực tím đến hồng ngoại Chính xác hơn, màu sắc được mô tả bắng bước sóng (λ) hấp thụ tối đa (Amax) của quang phổ nhìn thấy được, biểu thị bằng nanomet (nm) (10-9m)

Ánh sáng trắng (bước sóng khoảng từ 380 đến 730nm) nhìn thấy được là khi sóng tới là toàn bộ quang phổ nhìn thấy được ở cùng một cường độ tương đối bằng nhau

Bất kì kính lọc nào hấp thụ một phần quang phổ ánh sáng trắng sẽ tạo ra cảm nhận màu Như vậy, vật chất rắn hay lỏng nào hấp thụ một phần quang phổ ánh sáng trắng và phản xạ lại hay truyền suốt phần ánh sáng còn lại thì chính vật chất đó sẽ có màu Một cái lá hấp thụ ánh sáng đỏ hay xanh dương sẽ làm cho chúng được nhìn thấy, lá có màu lục hay vàng - lục Nếu tất cả quang phổ ánh sáng đều bị hấp thụ thì vật đó sẽ có màu đen

Trên lý thuyết mô tả sắc tố theo bước sóng hấp thu, trong khi mắt người lại cảm nhận ánh sáng không được hấp thu

Bảng 1.1: Màu sắc sắc tố hấp thụ và màu sắc cảm nhận được

Báng 1.2: Tên hóa học biểu thị màu sắc [2]

Tiếp đầu ngữ hay tiếp vị ngữ Màu chỉ thị Ví dụ

Vàng ánh kim Xanh da trời

Đỏ cam Xanh lá cây

Aniline Arginine Aureomycin Aplysioazurin Carminic acid Chlorophyll

chrom- hoặc –chrome

Đỏ Vàng nhạt Vàng nâu

Đỏ máu Xanh dương đậm Trắng (không màu) Vàng

Đen Xám (màu tối) Tía

Tía

Đỏ chói Màu hoa hồng

Đỏ

Đỏ Hồng nâu Lấp lánh Xanh sáng Xanh tía Vàng

Chromatin Chrysophyta Citrus Cyanin Erythrocyte Riboflavin Fulvine Heamoglobin Indigo

Leucocyte Lutein Melanin Phaeophytin Porphyrin Purpurin Pyrrole Rhodophyta Rubella Rufigallol Sepiapterin Stibene Biliverdin Aplysioviolin Xanthophyll

1.1.6 Sắc tố thực vật

1.1.6.1 Sắc tố ở các bộ phận cây

Trong tế bào chất của tế bào thực vật, tồn tại những thể sống cần thiết cho hoạt động của tế bào gọi là lạp bộ Lạp bộ là hệ thống các lạp thể, gồm có: lục lạp, bột lạp (tạo tinh bột), sắc lạp, đạm lạp…Sắc tố được tạo ra thường chứa trong lục lạp và sắc lạp

- Diệp lạp (chloroplasts) hay lục lạp

Chứa các sắc tố cần thiết cho sự quang tổng hợp ở thực vật như diệp lục tố Chlorophyll 9%, Carotenoid 4,5%

Trong lục lạp, ban đầu có chất chlorophyllogen, tiền chất của diệp lục, sẽ tạo ra protochlorophyll chưa có màu xanh Chất protochlorophyll cần có ánh sáng để trở thành diệp lục Do đó khi cây mọc trong tối sẽ không có màu xanh mà có màu vàng, khi gặp ánh sáng sẽ hóa lục rất nhanh

- Sắc lạp (chloroplastes)

Sắc lạp có thể xuất hiện từ các lạp nhỏ giống như ty thể, tạo ra các sắc tố trừ diệp lục

Ở hoa Tulipa và nhiều hoa khác ta thấy các lạp tròn hay dài bắt đầu hình thành tạo lạp bột,

sau đó sắc tố xuất hiện đồng thời bột lạp biến mất Ở củ cà rốt, Carotene cũng xuất hiện trong các bột lạp

Ở hoa Iris, ban đầu ta thấy lạp tạo lipid, rồi sau đó lipid biến mất, các hạt nhỏ xantophyl

hình thành chứa trong các lạp này Ở quả cà đỏ, Licopene xuất hiện trong các lục lạp già và dần thay thế diệp lục nên quả từ lục trở nên đỏ

1.1.6.2 Sự biến động của sắc tố ở quả

Màu sắc của quả là do nhiều hợp chất màu khác nhau về bản chất và tác dụng sinh lý tạo nên Trong quá trình chín, thành phần của chất màu bị biến đổi nhiều Ở đa số quả, dấu hiệu chín đầu tiên là do sự biến đổi về màu sắc, thường từ màu xanh sang màu vàng, da cam, đỏ (đu đủ, ớt, cà chua, chuối, dưa, cam, quýt…) do lượng chlorophyll giảm xuống và lượng Carotenoid cũng như Anthocyanin và các Flavonoid tăng lên

Giữa chlorophyll và carotenoid không có sự chuyển hóa tương hỗ nào cả mà chỉ xảy ra sự phân hủy chlorophyll và sự tổng hợp carotenoid Cả hai quá trình trên đều do enzyme xúc tát tiến hành đồng bộ; đây là các dạng biến động của các sắc tố thường gặp Tuy vậy, không phải

bao giờ lượng Chlorophyll cũng giảm đi và lượng Carotenoid cũng tăng lên Chẳng hạn, màu vàng của táo chin là do lượng carotenoid tăng lên, còn nồng độ Xanthophill và Chlorophyll không thay đổi gì

Như vậy, sự biến đổi về màu sắc của quả khi chin có thể là do sự phân hủy chlorophyll (trước đây đã che lấp màu của các sắc tố khác) hoặc do sự biến đổi sắc tố khác, hoặc do cả hai nguyên nhân này Nhiệt độ, ánh sáng, oxy và phân bón là những yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự tạo thành carotenoid khi quả chín

1.1.6.3 Các nhóm sắc tố từ thực vật

Hầu hết các sắc tố có thể được gom lại khoảng 5 hoặc 6 nhóm cấu trúc, nhưng sự tiến hóa trong 3000 triệu năm đã tạo ra sự đa dạng rất phong phú, trong đó, có những sắc tố khác thường, không thể xếp vào nhóm nào trong các nhóm trên Bảng 1.3 dưới đây phân loại một lượng lớn các sắc tố hiện diện trong thực vật, bao gồm cả tảo Có nhiều sắc tố khác được tìm thấy trong sinh giới, đặc biệt là ở nấm, địa y, động vật không xương sống mà không tìm thấy ở thực vật

Bảng 1.3: Các sắc tố tự nhiên hiện diện trong thực vật và tảo [2]

Nhóm hóa học Tên thường Ví dụ Màu sắc nổi bật

Carotenoids

Flavonoids

Phenolics và Quinoids

Indigoids và dẫn xuất indole

Chlorophylls Cytochromes Phycobilins Carotenes Xanthophylls Anthocyanins Flavonols Flavones NaphthaquinonsAnthraquinone Tannin, lignin Betalains Phytomelanins Indigo

Xanh lá cây

Đỏ Xanh dương

Đỏ, vàng Vàng Xanh dương đến màu hoa cà Vàng kem

Trắng kem

Đỏ, xanh Tía, đỏ Nâu

Đỏ vàng Nâu đen Xanh hồng

1.1.7 Vài công dụng sắc tố thực vật trong các lĩnh vực

1.1.7.1 Trong thực phẩm và giải khát

Chất màu từ hạt điều Bixa orellana dùng nhuộm bơ, pho mat (ngâm trog dầu vừng 2-3 giọt

cho 1kg bơ) Nếu nhuộm nước thì dùng muối kiềm của Norbixin

Cây hồng hoa dùng làm gia vị, thuốc nhuộm vàng đỏ, dùng làm nguyên liệu chế màu vàng

đỏ không độc để làm thuốc nhuộm hay nhuộm thức ăn

Hạt cây Côla cola sp chứa catecola bị oxy hóa và trùng hợp hóa cho màu đỏ cola không

tan trong nước, dùng trong công nghiệp giải khát

1.1.7.2 Trong y học

Rutin chiết tách từ cây hoa Hòe Sophora japonica L, lúa mạch 3 góc Fagorum esculentum

là một loại vitamin B, có tác dụng tăng cường sức chịu đựng của mao mạch, bảo vệ sức chịu đựng bình thường của mao mạch Thường dung cho bệnh nhân bị cao huyết áp mà mao mạch

dễ vỡ, đề phòng đứt mạch máu não, xuất huyết cấp tính

Resecpin C33H40O9N2 trong rễ cây ba gạc Ấn Độ, là ancaloit màu vàng có tác dụng hạ huyết áp, tác dụng lên trung khu vận mạch ở hành tủy, tác dụng trấn tĩnh (an thần) và làm tim đập chậm do kích thích vagus

1.1.7.3 Trong mỹ phẩm

Lá cây móng tay thướng dùng để nhuộm đỏ móng tay, móng chân trong dịp tết đoan ngọ,

có tác dụng làm cho tóc và móng tay chóng mọc Tại Châu Âu, dùng lá móng tay để chế mỹ phẩm và làm thuốc nhuộm tóc

Cây hoa phấn có hoa đỏ thường được lấy nghiền nát bôi vào má để hóa trang có má hồng, phấn trong quả rất trắng và mịn được dùng xoa mặt hay phấn

1.1.7.4 Trong công nghiệp

Đằng hoàng Garcinia hanburyi cho chất nhựa dưới dạng cục màu đỏ vàng cam, hoặc dạng

bột màu vàng, dùng trong sơn, vẽ màu và chế vecni phủ lên kim loại

Bồ hòn Sapindus mukorossii làm nguyên liệu chế saponozit dùng trong công nghiệp giấy

và phim ảnh, nhuộm mạ kim loại

Từ lá và nhựa mủ cây bông hồng Calotropis gigatea làm một chất nhuộm màu vàng

Vỏ núc nác Oroxylem indicum (L) dung để nhuộm màu vàng

Từ lá và cành của đậu cọc rào Jatropha curcas chiết được chất màu dùng nhuộm bông

thành màu nâu rất bền màu

Rễ cây nhàu Morinda citrifolia nhuộm màu đỏ quần áo, vải lụa

Quả mặc nưa Diosyros mollis dùng để nhuộm màu đen Trước đây thường dùng quả

nhuộm tơ lụa và lĩnh, nhưng từ khi có hàng nylon, mặc nưa còn dùng nhuộm cả hàng nylon mặc mát như hàng bông

Trong vỏ cây dung Symplocos racemosa có chất sắc tố màu đỏ dùng nhuộm vải

1.2 TỔNG QUAN VỀ DỨA (THƠM) VÀ CHẤT MÀU CHLOROPHYLL

1.2.1 Dứa (thơm)

Dứa hay thơm hay khóm, tên khoa học Ananas comosus, là một loại quả nhiệt đới

Dứa có các lá gai mọc thành cụm hình hoa thị Các lá dài và có hình dạng giống mũi mác

và có mép lá với răng cưa hay gai Hoa mọc từ phần trung tâm của cụm lá hình hoa thị, mỗi hoa có các đài hoa riêng của nó Chúng mọc thành cụm hình đầu rắn chắc trên thân cây ngắn

và mập Các đài hoa trở thành mập và chứa nhiều nước và phát triển thành một dạng phức hợp được biết đến như là quả dứa (quả giả), mọc ở phía trên cụm lá hình hoa thị

Phân loại khoa học:

Tên gọi: Ananas comosus

Tên đồng nghĩa: Ananas sativus

Tại Việt Nam, dứa được trồng khá phổ biến, phân bố từ Phú Thọ đến Kiên Giang Tiền Giang là tỉnh có sản lượng dứa đứng đầu cả nước Năm 2007, sản lượng dứa của tỉnh Tiền Giang đạt 161.300 tấn Tiếp theo là Kiên Giang (85.000 tấn), Ninh Bình (47.400 tấn), Nghệ

An (30.600 tấn), Long An (27.000 tấn), Hà Nam (23.400 tấn), Thanh Hoá (20.500 tấn) Tổng sản lượng cả nước năm 2007 đạt 529.100 tấn

Dứa được trồng khắp nơi trong nước với sản lượng lớn, do đó rất thuận lợi trong việc tận thu phế liệu (chồi dứa) làm nguyên liệu để tách chiết chất màu Chlorophyll

1.2.2 Chất màu Chlorophyll

Chlorophyll là chất màu quan trọng trong thiên nhiên có màu xanh lá cây Thêm chlorophyll vào thực phẩm rất hạn chế vì độ bền màu thấp Thường sử dụng trong mỹ phẩm, dùng trong thực phẩm lượng rất nhỏ sản phẩm mứt kẹo, yoghurt và kem Ở Anh chlorophyll được tiêu thụ như chất màu, hơn 400 kg/năm

Phức chlorophyll và chlorophyll nhân Cu được phép sử dụng như chất màu thực phẩm rộng rãi ở châu Âu, ở châu Mỹ chỉ dùng sản phẩm về răng Đây là các sản phẩm được điều chế từ chlorophyll và có độ bền cao hơn Hàm lượng sử dụng chlorophyll nhân Cu là 30-50 ppm đối với sản phẩm kẹo có màu trong và từ 50-100 ppm đối với sản phẩm kem

Chlorophyll (diệp lục) là sắc tố xanh lá cây trong thực vật bao gồm một nhóm, có ít nhất 4 dẫn xuất tương tự nhau, tỷ lệ các dẫn xuất này thay đổi tùy theo loài thực vật mà chúng ta nghiên cứu Chlorophyll thương mại tan trong nước, trong ethanol và trong dầu tạo nên một dung dịch xanh đen Trên quan điểm hóa học, các chlorophyll đều có nhân tetrapyrrolic tương

tự như hem, nhưng nó kết hợp với nguyên tử Mg ở trung tâm Sự có mặt của một chuỗi hydrocacbon nhánh bên khiến cho phân tử có đặc tính tan trong lipid

Magiê có thể được thay thế bằng đồng, bằng cách như thế ta thu được hợp chất với đồng

có chức năng ester có khả năng xà phòng hóa vốn cải thiện tính tan trong nước Các hợp chất

có đồng này đều bền vững hơn Tuy nhiên vì các hợp chất này không tồn tại trong tự nhiên cho nên chúng không được coi là chlorophyll tự nhiên

1.2.2.1 Giới thiệu

Lạp bộ tất quan trọng và là thành phần đặc sắc của tế bào thực vật, lạp bộ là hệ thống các lạp thể hay lạp:

- Diệp lạp (chloroplastes) hay lục lạp chứa các sắc tố cần thiết cho sự quang tổng hợp

- Bột lạp (amyloplastes): tạo ra tinh bột

- Sắc lạp (chromoplastes): tạo ra các sắc tố trừ diệp lục

1.2.2.2 Thành phần hóa học của lục lạp [5]

Theo Granick, ta có thành phần đại lược sau đây của các lục lạp:

- Protein: 35-55% của lạp khô

- Lipid: 20-30%

- Diệp lục tố: 9%

- Carotenoid: 4,5%

- Acid nucleic: 2-3%

- Glucid, muối khoáng, phân hóa citocrom b, f, nhiều quinone (plastoquinone a, b, tocopherilquinone c), vitamin K, A, D, E Các nguyên tố khoáng thường gặp trong lục lạp là

Fe (80% Fe trong mô lá nằm ở lục lạp), Zn (65-70%), Cu (50%), K, Mg, Mn,…

- Ngoài ra trong lục lạp còn chứa trên 30 enzyme khác nhau Những enzyme này thuộc nhóm các enzyme thủy phân, enzyme của hệ thống oxy hóa khử

1.2.2.3 Cấu trúc hóa học của chlorophyll [5]

Chlorophyll là một dẫn xuất porphyrin có khung cơ bản là porphin và các dẫn xuất: dihydroporphin và tetrahydroporphin Porphin bao gồm 4 vòng pyrol nối với nhau bởi cầu nối methyl -CH=

Phân tử diệp lục tố không cân xứng, nó còn có thêm một vòng phụ pentanol gồm các nhóm carbonyl và carboxyl liên kết với methanol

Trong phân tử chlorophyll, các nhóm thế được gắn kết vào các vòng pyrol và một nguyên

tử Mg ở vị trí trung tâm liên kết với 4 nguyên tử Nitrogen Do đó, chlorophyll là một hợp chất Mg-porphyrin Cấu trúc của chlorophyll rất phức tạp, trải qua nhiều năm nghiên cứu các nhà khoa học mới khám phá ra rõ rệt, đến năm 1960, Strell và Woodward, đã tổng hợp được chlorophyll

Hình 1.1: Cấu trúc của chlorophyll a và b [12]

- Trong tự nhiên, chlorophyll tồn tại ở hai dạng:

Chlorophyll a: C55H72O5N4Mg

Chlorophyll b: C55H70O6N4Mg

- Hai loại này khác nhau về hàm lượng oxy, hydro và một số tính chất riêng

- Tỉ lệ Chlorophyll a / Chlorophyll b = 3/1

- Màu của chlorophyll b nhạt hơn màu của chlorophyll a Chlorophyll b khác chlorophyll a

ở chỗ: nhóm –CHO thay cho nhóm –CH3 ở chlorophyll a

- Ngoài 2 hai dạng chlorophyll a, b còn có các dạng khác: c, d, e được tìm thấy ở tảo

1.2.2.4 Tính chất vật lý của chlorophyll: [3]

™ Chlorophyll a: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg

- M = 893,48

- Dịch chiết trong cồn có màu xanh đậm

- Không tan trong nước

- Tan trong ethanol, acetol, benzene

- Tan ít trong ete dầu hỏa

- Nhiệt độ nóng chảy: Tnc=120-130oC

™ Chlorophyll b: C 55 H 70 O 6 N 4 Mg

- M = 907,46

- Dịch chiết trong cồn có màu xanh lá mạ

- Không tan trong nước

- Ít tan trong methanol

- Tan trong ethanol, acetol, benzene

- Nhiệt độ nóng chảy: Tnc=120-130o

™ Chlorophyll c:

- Không tan trong nước Hình 1.2: Cấu trúc của chlorophyll c [12]

- Ít tan trong ete dầu hỏa

- Tan trong ethanol, acetol, ethylacetate

™ Chlorophyll d:

- Không tan trong nước

- Ít tan trong ete dầu hỏa

- Tan trong ethanol, acetol, benzene

Hình 1.3: Cấu trúc của chlorophyll d [12] 1.2.2.5 Tính chất hóa học của chlorophyll [6]

a Tác dụng với acid

Dưới tác dụng của nhiệt độ và acid của dịch bào, màu xanh của chlorophyll bị mất đi tạo màu sẫm, một mặt là do protein bị đông tụ làm vỏ của tế bào phá hủy, mặt khác là do liên kết giữa chlorophyll và protein bị đứt làm cho chlorophyll dễ dàng tham gia phản ứng:

Chlorophyll a + 2NaOH → (C32H30ON4Mg)(COONa)2+ CH3OH+ rượu phytol

Chlorophyll b + 2NaOH → (C32H28ON4Mg)(COONa)2+ CH3OH+ rượu phytol

Khi xà phòng hóa ta có sản phẩm màu xanh đậm hơn, bền hơn

Các acid (C32H30ON4Mg)(COOH)2, (C32H28ON4Mg)(COOH)2 thu được là do xà phòng hóa chlorophyll a và b gọi là chlorophyllin hay chlorophyllic Các acid cũng như muối của chúng đều cho sản phẩm màu xanh đậm

Trong một số cây còn có enzyme chlorophyllase cũng có thể thủy phân được các liên kết ester này để giải phóng ra phytol và methanol Enzyme thường được định vị trong sắc lạp, khá bền với nhiệt độ và chỉ được hoạt hóa trong thời gian chín

c Tác dụng với kim loại

Khi tiếp xúc với các kim loại như Fe, Sn, Cu, Al thì chlorophyll sẽ bị sẫm màu do các kim loại này sẽ thay thế Mg trong chlorophyll và sẽ tạo ra các chất màu khác nhau như sau:

- Với Fe: cho màu nâu

- Với Sn và Al: cho màu xám

- Với Cu: cho màu xanh sáng

Trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là trong sả xuất đồ hộp rau, người ta thường dùng các biện pháp sau đây để bảo vệ màu xanh của diệp lục:

- Gia nhiệt nhanh trong một lượng nước sôi lớn (3 – 4lít/kg) để giảm lượng acid Acid lúc này sẽ bay đi cùng với hơi nước

- Gia nhiệt rau xanh trong nước cứng, cacbonat kiềm thổ sẽ trung hòa một phần acid của dịch bào

- Trong thực tế, để bảo vệ màu xanh của rau đậu đóng hộp, người ta thường cho vào hộp một ít dinatriglutamat Hoặc để nhuộm màu xanh cho đậu vàng người ta dùng chlorophyllin (chlorophyll + kiềm) Chlorophyll dễ bị hấp thụ trên bề mặt của hạt đậu và giữ được màu trên

bề mặt đó làm cho màu hạt rất đẹp

d Quá trình oxy hóa chlorophyll

Chlorophyll cũng có thể bị oxy hóa do oxy và ánh sáng (quang oxy hóa), do xúc tát với các lipid bị oxy hóa hoặc do tác dụng của enzyme lipoxydase Các quá trình oxy hóa này có thể xảy ra trong rau (nhất là rau sấy) bảo quản ở độ ẩm tương đối của không khí cao hơn thì chlorophyll lại bị biến đổi thành feofitin Một số hợp chất bay hơi có thể làm tăng (ethylene) hay làm chậm (khí CO2) sự biến hóa của chlorophyll

1.2.2.6 Tính chất quang hóa của chlorophyll

Diệp lục a và diệp lục b là những sắc tố quang hợp cơ bản ở đa số tảo và ở tất cả những thực vật bậc cao tự dưỡng, thường những diệp lục này đi kèm với nhau Gần đây thu được một

số lượng lớn thể đột biến của các loài cây khác nhau không có diệp lục b

Màu sắc sặc sở của các sắc tố là yếu tố lý tưởng cho việc nghiên cứu quang phổ Trong mỗi sắc tố lá khác nhau có một phổ hấp thụ duy nhất Chlorophyll a và b có phổ hấp thu mạnh nhất ở 600 – 675nm và 400 – 475nm Phổ hấp thụ mạnh nhất của các peak phụ thuộc vào tính phân cực của dung môi Ví dụ ở dung môi diethyl ether phổ hấp thụ ở peak là 660nm và 428

nm trong khi đó dung môi phân cực hơn là methanol là 665nm và 432nm

Hình 1.4: Phổ hấp thu của chlorophyll a và b [12]

Tỉ lệ hệ số phân tử gam của sự tắt trong cực đại hấp phụ:

- Đối với diệp lục a là:

)662(1.90

)420(5.117

= 1.3

- Đối với diệp lục b là:

)664(3.56

)455(6.158

= 2.8 (Trong bước ngoặc chỉ trị số bước song cực đại)

Tỉ lệ hệ số tắt đối với các dạng khác như:

- Đối với diệp lục c (trích từ tảo cát và tảo nâu) là:

)447(213

=10.1

- Đối với diệp lục d (chiếm thành phần nhỏ trong hồng tảo) là:

)688(6.98

)477(3.87

=0.89

Đối với những sắc tố khác nhau thì tỉ lệ hệ số tắt cũng rất khác nhau Màu xanh của diệp lục a và b là do kết quả hấp thu ở vùng quang phổ đỏ và xanh lam Nói chung cả hai loại diệp lục a và b đều không hoặc hấp thu rất ít ánh sáng màu xanh, điều nay cũng giúp chúng ta hiểu

rõ màu xanh hiện có của diệp lục Thực ra màu xanh hiện có của diệp lục không phải là màu xanh thuần khiết mà nó là kết quả của sự hấp thụ ở vùng quang phổ xanh lam (430nm) và đỏ (662 nm) Ngoài ra, màu của diệp lục còn phụ thuộc vào nhân Mg trong phân tử

Bảng 1.4: Hàm lượng diệp lục trong lá của một số thực vật (% chất tươi) [5]

Tên thực vật % Chất tươi Tên thực vật % Chất tươi

Linh sam Nguyệt quế Rau diếp dai Sồi

Tảo biển Tảo rau đá (tảo lục) Thích

Thông Vân sam

0.175 0.127 0.106 0.250 0.293 0.008-0.070 0.400-0.493 0.109-0.178 0.250 Hàm lượng diệp lục tố trong lá cây biến động từ 0.008-0.8% chất tươi Thường lệ, hàm lượng diệp lục của cây chịu bóng cao hơn ở cây ưa sáng Khi thiếu nhiều ánh sáng, hàm lượng diệp lục ít hơn rất nhiều so với diều kiện chiếu sáng bình thường Lá cây thích nghi với cường

độ ánh sáng yếu, chứa diệp lục tương đối nhiều

Tỉ số diệp lục a / diệp lục b:

- Ở cây ưa sáng:

diệp lục a / diệp lục b = 3.9

- Ở cây chịu bóng:

diệp lục a / diệp lục b ≈ 2.3 Tương quan giữa diệp lục, carotenoid và những sắc tố khác phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện sinh trưởng của cây

1.2.2.7 Vai trò của chlorophyll [1]

Các chlorophyll là các phẩm màu hòa tan trong nước, đạt tiêu chuẩn màu thực vật dùng cho ngành dược và ngành thực phẩm, dùng để nhuộm các loại thuốc viên, rượu và sirô

Chlorophyll tinh chế còn dùng để nhuộm màu thực phẩm, màu chlorophyll làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm, màu sắc thích hợp sẽ giúp cơ thể đồng hóa thực phẩm đó dễ dàng Trong y học, chlorophyll có nhiều tác động kích thích lên da non ở vết thương, chống nhiễm trùng các vết thương, trong việc điều trị tim mạch, điều hòa huyết áp, thiếu máu, mệt mỏi, xơ vữa động mạch Ngoài ra diệp lục còn dùng để nhuộm màu xanh cho thực phẩm và thuốc men hay các hàng mỹ phẩm

Trong y dược, chlorophyll được dùng để nhuộm các loại thuốc viên, thuốc nước Đặc biệt, chlorophyll có tác dụng giải độc, làm lành các vết thương ở da, ngăn ngừa khối u, khử mùi hôi

cơ thể…Năm 1947 trong điều kiện kháng chiến, chúng ta đã dùng cồn để chiết xuất chlorophyll từ lá tre rồi lắc dung dịch chlorophyll với dầu lạc tinh chế tạo ra được dầu chlorophyll đậm đặc, màu xanh lục thẫm, bền màu, chịu được nhiệt, hấp sạch sẽ để bôi, sát trùng và làm lành vết thương cho chiến sĩ quân đội nhân dân

Ngoài công dụng làm thuốc, kháng trùng, chất khử mùi, chlorophyll còn thường dùng để nhuộm màu dầu, mỡ, sáp, mỹ phẩm, xà phòng, kem đánh răng

1.3 TỔNG QUAN VỀ HOA HỒNG VÀ CHẤT MÀU ANTHOCYANIN

1.3.1 Hoa hồng

Hoa Hồng là tên gọi chung cho các loài thực vật có hoa dạng cây bụi hoặc cây leo lâu năm thuộc chi Rosa, họ Rosaceae, với hơn 100 loài với màu hoa đa dạng, phân bố từ miền ôn đới đến nhiệt đới Đa phần có nguồn gốc bản địa châu Á, số ít còn lại có nguồn gốc bản địa châu

Âu, Bắc Mỹ, và Tây Bắc Phi Các loài bản địa, giống cây trồng và cây lai ghép đều được trồng

làm cảnh và lấy hương thơm Đôi khi các loài này được gọi theo tiếng Trung là Tường vi

Hoa hồng mọc đứng hoặc mọc leo, thân và cành có gai Lá kép lông chim lẻ, lá chét khía răng, có lá kèm Hoa thơm, màu sắc đa dạng: hồng, trắng, vàng hay đỏ Hoa thường có nhiều cánh, đế hoa hình chén

Ở nước ta hoa hồng được trồng rất nhiều nơi Ở Đà Lạt, hoa hồng được trồng nhiều với quy mô công nghiệp

Với màu sắc đa dạng của các loại hoa hồng, chúng tôi chọn hoa hồng (màu đỏ) làm nguyên liệu để tiến hành khảo sát và thu nhận chế phẩm bột màu từ nguyên liệu này vì:

- Hoa hồng (màu đỏ) chứa hàm lượng Anthocyanin cao hơn các loại hoa hồng khác (tan trong dịch chiết xuất có màu đỏ đậm)

- Hoa hồng (màu đỏ) phổ biến hơn các loài hoa hồng khác và chiếm sản lượng lớn

- Là phế liệu sau 3-4 ngày thu hoạch vì hoa đã héo không còn đẹp để trưng bày hoặc bán

- Màu đỏ của hoa hồng được ứng dụng rất nhiều trong thực phẩm như nhuộm màu rau cau, kẹo dẻo, mứt, bánh, si rô, kem…

cho loại thức uống dạng đục Ở Châu Âu, anthocyanin được sản xuất theo phương pháp trích

ly mới chấp nhận được

Ứng dụng chính của chất màu anthocyanin là trong thức uống Thức uống trong có pH < 3,4 và không chứa SO2 là áp dụng lý tưởng của chất màu này Hàm lượng sử dụng là từ 30-40 ppm anthocyanin Khi sử dụng màu anthocyanin cần để yên sản phẩm ít nhất 24 giờ để chất màu có thời gian cân bằng Khi tồn trữ ở nhiệt độ trên 25oC hoặc để ngoài ánh sáng mặt trời sẽ gây sự mất màu đáng kể

Anthocyanin còn được dùng trong các loại chế phẩm trái cây như mứt và trái cây đóng hộp thì hàm lượng anthocyanin sử dụng từ 20-60 ppm và cần lưu ý màu sẽ hóa nâu khi tồn trữ trong thời gian lâu Các loại mứt kẹo có độ chua cũng là trường hợp áp dụng lý tưởng cho anthocyanin vì màu đỏ này bền trong môi trường acid Anthocyanin không sử dụng cho các sản phẩm hẹo dẻo vì sẽ hóa đục khi tan trong gelatin

1.3.2.2 Cấu trúc anthocyanin

Anthocyanin là hợp chất glycoside của 17 anthocyanidin khác nhau có mặt trong tự nhiên,

là dẫn xuất polyhydroxyl và polymethoxyl của hai phenylbenzopyrylium hoặc muối flavynium Khi thủy phân các anthocyanin sẽ thu nhận được các đường glucose, galactose hoặc rhamnose, ngoài ra còn có các đường đôi như rutinose, rambuboise, sophorose, genbiose hoặc laminariobiose thường ít hơn

Sự khác nhau giữa các anthocyanin là số lượng và vị trí các nhóm hydroxyl trong phân tử

và mức độ methyl hóa các nhóm hydroxyl Ngoài ra các anthocyanin có thể bị glycosyl hóa hoặc acid hóa bởi các loại đường và acid khác nhau tại những vị trí khác nhau nên số lượng các anthocyanin nhiều hơn các anthocyanidin gấp 15 đến 20 lần Trong vài trường hợp các gốc đường có thể bị acid hóa bởi các acid phenolic như p-coumeric, caffeic, ferulic hoặc sipanic, p-hydroxylbenzoic, oxalic, acid acetic Anthocyanin hòa tan khá tốt trong nước, khi bị đường hóa thì chúng càng dễ hòa tan

Cấu trúc tổng quát cation anthocyanin cơ bản: có cấu tạo chung là khung C: C6-C3-C6 Có

17 dạng cấu trúc anthocyanidin (aglycon), trong đó có 6 dạng phổ biến Đa số tên các aglycon (delphinidin, peonidin, petunidi…) phản ánh loài sinh vật mà chiết tách sắc tố ra đầu tiên