CƠ CHẾ TẠO GEL CAROTENOID

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TPHCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM MÔN: PHỤ GIA THỰC PHẨM ĐỀ TÀI GVHD: LÊ VĂN NHẤT HOÀI LỚP: DHTP7A NHÓM: 2 SINH VIÊN 1. NGUYỄN THỊ THÚY DIỄM 11051531 2. NGÔ THỊ NGỌC HƯƠNG 11044811 3. HÀ THỊ HUỲNH NHƯ 11031871 4. NGUYỄN TUYẾT TÂM 11030391 5. NGUYỄN MINH TIỀN 11072811 THÁNG 10 – 2013 PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 2 MỤC LỤC A. TỔNG QUAN VỀ CAROTENOID 3 I. ĐỊNH NGHĨA 3 1. Khái niệm 3 2. Nguồn gốc 3 II. CẤU TẠO CHUNG 3 III. TÍNH CHẤT CHUNG 4 1. Tính chất vật lí: 4 2. Tính chất hóa học 5 IV. PHÂN LOẠI 9 V. ỨNG DỤNG 10 VI. Bảng quy định phụ gia carotenoid 11 B. MỘT SỐ CAROTENOID THÔNG DỤNG 17 I. β-carotene 17 II. Lycopene 18 III. Capxanthin 18 IV. Birxin 19 V. Zeaxanthin 19 VI. Lutein 20 C. PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CURCUMIN 21 I. TÍNH CHẤT CỦA CURCUMIN 21 II. ỨNG DỤNG CỦA CURCUMIN TRONG THỰC PHẨM 22 III. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CURCUMIN TỪ NGHỆ 22  Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. 23  Phương pháp dùng dung môi dễ bay hơi. 26  Phương pháp dùng bình Soxhlet 29  Phương pháp dùng dung dịch chất lưỡng cực (aqueous hydrotrope solution). 30 IV. Bảng quy định phụ gia curcumin 32 PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 3 TÌM HIỂU VỀ CHẤT MÀU CAROTENOID A. TỔNG QUAN VỀ CAROTENOID I. ĐỊNH NGHĨA 1. Khái niệm Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ có tự nhiên trong thực vật và các loài sinh vật quang hợp khác như tảo, một số nấm và vi khuẩn, làm cho chúng có màu da cam, màu vàng và màu đỏ. Carotenoid không phải là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm các hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác dụng bảo vệ cơ thể cũng tương tự nhau Hiện nay có 600 loài carotenoid và sắp xếp theo 2 nhóm: xanthophylls và caroten. Có 50 loại carotenoid trong thực phẩm, khoảng 15 loại có trong máu người. 2. Nguồn gốc - Ở thực vật: tồn tại trong lạp thể tế bào, bị che lấp bởi màu của chlorophyl, phân bố trong các mô thường tạo màu vàng, cam, đỏ. Hầu hết màu vàng của hoa quả là do xantophyl, lutein. - Ở động vật: tạo màu vàng, đỏ cho lông cánh các loài chim. - Vi sinh vật: là chất màu nội bào. - Có trong đa số cây(trừ một số nấm), hầu như có trong tất cả cơ thể động vật. II. CẤU TẠO CHUNG - Tất cả hợp chất Carotenoid có thể được xem như dẫn xuất của licopen. PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 4 - Hợp chất Carotenoid ( C40) bị mất 1 nhóm đầu thì gọi là Apocarotenoid. Đây là những chất màu quan trọng. - Đặc điểm cấu trúc nổi bật nhất, đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid là chuỗi polyen liên hợp. - Các carotenoid được cấu tạo từ 8 đơn vị isoprene liên tiếp nhau ở trung tâm phân tử tạo nên cấu trúc đối xứng hợp chất hydro carotenoid như Keto, methoxyl, epoxy, acid được gọi chung là Xantophin. - Đa số là vòng 6 cạnh hoặc 5 cạnh ở 1 đầu hoặc 2 đầu. III. TÍNH CHẤT CHUNG 1. Tính chất vật lí: - Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi. - Nhiệt độ nóng chảy cao : 130- 220 0 C - Hòa tan trong chất béo, các dung dịch chứa chlor ( chloroform, dicholoromethane) và các dung môi không phân cực khác ngoại trừ 3 loại sau: + Bixin tan trong nước nhờ các nhóm carboxyl. + Astaxanthin tan trong nước nhờ nhóm keto enol. + Crocin tan trong nước nhờ tạo liên kết glycoside với disaccharide gentobiose. - Tính hấp thụ ánh sáng: chuỗi polyene liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid. Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C 9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên vòng. Ngoài ra trong mỗi dung môi hòa tan khác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau với cùng 1 loại. Khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh, chỉ cần 1 gam cũng có thể thấy bằng mắt thường. PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 5 - Màu sắc: các carotenoid tự do tạo màu kem, vàng, cam , hồng, đỏ tùy theo loại carotenoid, thể mang màu, nguồn nguyên liệu trồng, thời tiết…Một số hợp chất không có màu nhưng vẫn được xếp vào loại carotenoid. Dạng carotenoprotein tạo dãy màu từ xanh lá, tím, xanh dương, và đen khi đun nóng sẽ chuyển sang màu đỏ do protein bị biến tính. Bảng 1:Khả năng hấp thụ ánh sáng của một số carotenoid Carotenoid Số nối đôi liên hợp Bước sóng (nm)/ dung môi eter A/ Ảnh hưởng của nối đôi liên hợp Phytoene 3 275 285 296 Phytofluene 5 331 348 367 -carotene 7 378 400 425 Neurosprene 9 416 440 470 Lycopene 11 446 472 505 B/ Ảnh hưởng của vòng -carotene 11 431 462 495 -carotene 11 425 454 403 2. Tính chất hóa học - Không hòa tan trong nước, rất nhạy đối với acid và chất oxi hóa, bền vững với kiềm. Do có hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị oxi hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu khác. - Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxi hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại, enzim, nước. - Dễ bị oxi hóa trong không khí…> cần bảo quản trong khí trơ, chân không. Ở nhiệt dộ thấp nên bao kín tránh ánh sáng mặt trời. - Carotenoid khi bị oxi hóa tạo hợp chất có mùi thơm như các aldehide không no hoặc ketone đóng vai trò tạo hương thơm cho trà. PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 6 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của carotenoid : a) Yếu tố hóa học : Độ hoạt động của anken liên hợp : màu bền hơn do alkene liên hợp có chuyển vị . - Sự oxi hóa : + Phản ứng oxi hóa theo cơ chế gốc tự do như chất béo => chất chống oxi hóa cho nguyên liệu thực phẩm nhưng làm sản phẩm bị nhạt màu . +Sự oxi hóa carotenoids được đẩy mạnh nhờ chuyển thành dạng epoxide hoặc furanoxide nhờ sự đồng phân hóa .( trong nước ép đóng hộp , carotenoids chuyển thành dạng epoxide làm nhạt màu sản phẩm ( do mất 2 liên kết tiếp cách ) . - pH : carotenoids không tan trong nước nên không cần xét tác động của pH . b) Nhiệt độ : - Tăng nhiệt độ làm thay đổi tỉ lệ sản phẩm và có thể cả chiều hướng của phản ứng .Ví dụ :Tăng nhiệt độ đến 190 o C thì sản phẩm sẽ bị nhạt màu . c) Ánh sáng : - Ánh sáng kích thích phân tử , tạo nên gốc tự do giúp phân tử có được hệ alkene liên hợp . - Carotene nhạy với ánh sáng hơn vitamin A khi hàm lượng chất béo trong thực phẩm cao . - Sự ảnh hưởng của ánh sáng đến carotenoids trong trái cây và rau quả phức tạp hơn và còn phụ thuộc vào sự ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình chín . Bảng 3 : Độ bền với ánh sáng , nhiệt độ , acid của một số chất thuộc carotenoids . MÀU Tên màu Tính bền PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 7 Nhiệt độ Ánh sáng Acid Carotene Tốt Tốt Tốt  - carotene E160a Tốt Tốt Tốt Annatto Baxin E160b Tốt Tốt Tốt Annatto Nor Baxin E160b Tốt Tốt Tốt Curcumium Tốt Kém Tốt Lutein Tốt Tốt Tốt Biến đổi của carotenoid trong quá trình gia công chế biến thực phẩm So với chlorophyl, carotenoid bền vững hơn nhiều đối với tác động của nhiệt độ và môi trường chế biến. Carotenoid lại không tan trong nước nên hầu như không bị tổn thất khi ngâm rửa rau quả. Vì vậy trong điều kiện chế biến bình thường, màu của các sản phẩm tạo nên bởi các carotenoid không bị biến đổi. Tuy nhiên do tính chất hòa tan trong chất béo của các carotenoid, nên khi xào rán những loại rau quả có chứa nhiều carotenoid như cà rốt, cà chua, ớt… thì một phần carotenoid trong thực phẩm sẽ hòa tan trong chất béo có màu vàng da cam. Đối với một số món ăn để carotenoid hòa tan trong chất béo vừa làm tăng màu sắc hấp dẫn của món ăn vừa làm cho khả năng hấp thu của cơ thể đối với carotenoid. PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 8 Thông thường cả vitamin A và carotene khá bền với nhiệt độ nhưng ở nhiệt độ cao nó lại bị phá hủy gián tiếp thông qua sự oxy hóa các acid béo chưa no. Ví dụ: + Trong trứng vì mỡ thường tập trung ở lòng đỏ nên các loại vitamin tan trong mỡ như vitamin A và carotene cũng tập trung ở đó. Trong thành phần lipid của trứng chứa nhiều acid béo chưa no do đó ảnh hưởng đến tính bền của vitamin A trong khi bảo quản trứng. Đó là do sự oxy hóa các acid béo chưa no của lipid. Chỉ cần một lượng nhỏ lipid bị oxy hóa là đủ để oxy hóa hoàn toàn vitamin A của trứng. Do đó cần bảo quản trứng ở nhiệt độ thấp và ở các thiết bị chứa khí nito. Trong quá trình chế biến nhiệt các loại tôm cua…thành phần protein của chất xianin có ở vỏ tôm cua bị biến tính. Do đó, astacxanthin được tách ra dưới dạng sắc tố màu vàng đỏ. Khi luộc cua, rang tôm, tép…đều thấy hiện tượng của sản phẩm này xuất hiện màu đỏ. Bảo vệ màu vàng carotenoid - Carotenoid rất bền với nhiệt độ cao và các biến đổi phản ứng môi trường. - Vì carotenoid không hòa tan trong nước nên chúng không bị mất đi khi rửa, chần và các quá trình tương tự khác. - Vì carotenoid tan trong dầu mỡ nên khi rán hay đóng hộp các loại rau quả chứa nhiều carotenoid như cà rốt, ớt đỏ, cà chua… carotenoid sẽ chuyển vào dầu rán.Dầu rán là một thành phần rất có giá trị của đồ hộp, thường được bảo vệ tốt và sự mất màu cũng không đáng kể. - Hiện nay, trong công nghiệp thực phẩm đang tiến hành nhiều công trình lớn để tìm ra các biện pháp giữ cho các sản phẩm thực phẩm có màu sắc đẹp. Điều này có thể đạt được theo những cách sau: PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 9 + Xây dựng một quy trình kỹ thuật gia công nguyên liệu và bán thành phẩm để bảo toàn được tối đa các màu tự nhiên có sẵn nguyên liệu. + Tách ra, cô đặc và bảo quản các chất màu từ chính thực vật đó hoặc từ các nguyên liệu khác giàu màu, các chất màu tự nhiên cô đặc có thể dùng để nhuộm màu chính ngay nguyên liệu mà từ đó ta thu được chất màu hoặc cho những dạng nguyên liệu hoàn toàn khác. + Tạo nên các chất màu tổng hợp nhân tạo giống như các chất màu tự nhiên của sản phẩm thực phẩm và dùng nó để nhuộm các sản phẩm khác nhau mà ở dạng tự nhiên nó không đủ mạnh hoặc bị mất màu ban đầu do quá trình chế biến. + Phối hợp sử dụng các phương pháp kể trên theo những biện pháp khác IV. PHÂN LOẠI Có 2 hệ thống chính được dùng để phân loại carotenoid - Theo cấu trúc hóa học : có 2 lớp là carotenes và xanthophylls . - Theo chức năng: nhóm carotenoids cơ bản và nhóm carotenoids chuyển hóa . Phân loại carotenoid Cách phân loại Các nhóm chất Tiêu biểu Dựa trên cấu tạo hóa học Carotenes : là hidrocarbon .  -carotene , - carotene, b- cryptoxanthin . Xanhthophyll : có chứa các nhóm Lutein , zeaxanthin , violaxanthin, neoxanthin PHỤ GIA THỰC PHẨM DHTP7A Page 10 hidroxyl và keto . , fucoxanthin . Dựa trên chức năng Nhóm carotenoid cơ bản beta-carotene , neoxanthin,violaxanthin , zea xanthin . Nhóm carotenoid chuyển hóa   -carotene , capsanthin, lycopene, Bixin . V. ỨNG DỤNG Các carotenoid được dùng làm chất phụ gia cho nhiều thực phẩm như chất tạo màu cho các thực phẩm và nước uống. Năm 1954, - carotene tổng hợp được đưa vào thị trường đầu tiên bởi Roche. Nó cũng được dùng làm màu cho kem, bơ, nước ép trái cây… với tính an toàn cao hơn rất nhiều so với các chất màu nhân tạo. Đồng thời các carotenoid khác cũng được làm chất phụ gia cho thức ăn gia súc, tạo màu đỏ cho lòn đỏ trứng gà cũng như trứng các loại gia cầm khác, và tạo màu cho thịt của cá và động vật nuôi… - Trước đây, một số hợp chất carotenoid như xanthophylls, astaxanthin, zeaxanthin… là sản phẩm công nghiệp được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và được bổ sung vào thức ăn vật nuôi. Tuy nhiên, gần đây, các sản phẩm tổng hợp hóa học không được chấp nhận làm phụ gia cho thực phẩm và thức ăn vật nuôi do hậu quả không an toàn cho sức khỏe. Do đó, khuynh hướng hiện nay là phát hiện là phát hiện quá trình tạo các hợp chất carotenoid từ thiên nhiên. [...]...PHỤ GIA THỰC PHẨM - Hợp chất carotenoid đã được các nhà nghiên cứu dùng để sản xuất các loại thực phẩm và dược phẩm phục vụ nhu cầu phòng bệnh và chữa bệnh - Ngoài ra carotene cũng là nguồn nguyên liệu phong phú cho công nghiệp mỹ phẩm VI Bảng quy định phụ gia carotenoid NHÓM CAROTENOID INS Tên phụ gia 160a(i) Beta-caroten tổng hợp 160a(iii) Beta-Caroten,... 100 08.1.2 Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi dạng xay nhỏ 100 4&16 08.3.1.1 Sản phẩm thịt, thịt gia cầm và thịt thú xay nhỏ đã qua chế biến được chế biến (VD như ướp muối) không qua xử lý nhiệt 100 16 08.3.1.2 Sản phẩm thịt, thịt gia cầm và thịt thú xay nhỏ đã qua chế biến được xử lý (VD như ướp muối) và làm khô không xử lý nhiệt 20 16 08.3.1.3 Sản phẩm thịt, thịt gia cầm và thịt thú xay nhỏ lên... 100 15.2 Quả hạch đã qua chế biến bao gồm cả quả hạch được phủ và hỗn hợp hạnh nhân (ví dụ: quả khô ) 100 B MỘT SỐ CAROTENOID THÔNG DỤNG I β-carotene - Có màu vàng, cam, xanh lá; có nhiều trong cà rốt, các loại trái cây có màu vàng và rau xanh đậm Ở dạng tinh thể có màu đỏ đậm - Tan trong CS2, benzen, chloroform; ít tan trong methanol, ethanol và không tan trong nước - Cấu tạo: - Là chất chống oxi... trong các dung môi hữu cơ và dầu, không có khả năng chuyển hóa thành vitamin A - Là đồng phân mở vòng hai đầu của β-carotene Có màu đỏ tươi ( do nhiều liên kết đôi của carbon kết hợp với nhau) - Cấu tạo: - Có khả năng trung hòa các chất gây lão hóa da - Ở thực vật, tảo và các sinh vật quang hợp khác, lycopene là một chất trung gian quan trọng trong việc sinh tổng hợp của nhiều carotenoid III Capxanthin... trong việc sinh tổng hợp của nhiều carotenoid III Capxanthin - Có công thức cấu tạo là C40H58O3 DHTP7A Page 18 PHỤ GIA THỰC PHẨM - Là chất màu vàng có trong ớt chiếm đến 7/8 màu của ớt - Là dẫn xuất của carotene nhưng màu mạnh hơn các carotenoid khác gấp 10 lần - Trong ớt đỏ có nhiều hơn ớt xanh 35 lần IV Birxin - Là một tapocarotenoid được tìm thấy trong Annatto, một loại thực phẩm màu tự nhiên lấy từ... của bột trứng thương mại có được bằng cách phối màu vàng của curcumin với annatto Kem vani: phối curcumin và norbixin với tỉ tệ 20:12 ppm Yaghout: 5ppm curcumin để tạo màu vàng chanh Sản phẩm bơ sữa:curcumin tạo màu cho sản phẩm nhờ sự tạo thành nhũ tương dầu trong nước ,trong đó curcumin được phân bố trong pha dầu Bánh biscuit: 5-15 ppm curcumin và 5-15 ppm norboxin Kem chanh: nhuộm màu vàng với 5-15... lưỡng cực thu hồi trong bước này sẽ được cô đặc và tái chế để tiếp tục sử dụng Ở biến thể của phương pháp này, sau khi lọc thu được hỗn hợp lỏng dung dịch chất lưỡng cực và curcuminoid, có thể tiếp tục tiến hành việc pha loãng với nước hoặc không Sau đó, curcuminoid được tái thu hồi bằng việc trích ly tiếp tục với dung môi hữu cơ Các dung môi hữu cơ này thuộc nhóm hydrocarbon thơm và béo như benzene,... fucoxantin (C40H56O6) DHTP7A Page 20 PHỤ GIA THỰC PHẨM C PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CURCUMIN I TÍNH CHẤT CỦA CURCUMIN o Curcumin có màu sáng đậm và được dùng để tạo màu cho thực phẩm như một chất phụ gia, được biết tới với tên gọi E100 - Cấu tạo: Tính chất vật lý: Curcumin trích từ củ nghệ có dạng bột màu vàng, nhiệt độ nóng chảy 184 – 185 °C Curcumin không tan trong nước, tan trong cồn, aceton, metanol,... nướng mà vẫn giữ màu tươi cho sản phẩm thực phẩm nên được Sử dụng trong các quá trình chế biến nhiệt, giữ được màu khá tốt cho sản phẩm thực phẩm Mẫn cảm với ánh sáng => giảm khả năng sử dụng trong thực phẩm Không bền với ánh sáng và khi có sự hiện diện của SO2 với nồng độ ≥ 10 ppm Dung dịch curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thu cực đại ở bước sóng khoảng 420 – 430 nm Tính chất hóa học đặc trưng... trong môi trường pH thích hợp o Phản ứng cộng với Hydro DHTP7A Page 21 PHỤ GIA THỰC PHẨM o o o II Phản ứng tạo phức với kim loại Phản ứng của nhóm OH trên vòng benzene Phản ứng amin hóa ỨNG DỤNG CỦA CURCUMIN TRONG THỰC PHẨM Sau khi được khử mùi vị, màu nghệ thương mại được ứng dụng như một chất tạo màu trong các loại thực phẩm như phó mát, mù tạt, ngũ cốc, hoa quả dầm, bột khoai tây, trong súp, kem, . năng: nhóm carotenoids cơ bản và nhóm carotenoids chuyển hóa . Phân loại carotenoid Cách phân loại Các nhóm chất Tiêu biểu Dựa trên cấu tạo hóa học. thấy được của carotenoid là chuỗi polyen liên hợp. - Các carotenoid được cấu tạo từ 8 đơn vị isoprene liên tiếp nhau ở trung tâm phân tử tạo nên cấu trúc