Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Nghiên cứu chất màu từ hạt đậu đen miền trung

TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong luận văn này, sẽ tiến hành nghiên cứu và khảo sát quá trình trích ly và tách hợp chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen bằng dung môi nước và ethanol tuyệt đối để tìm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU CHẤT MÀU TỪ HẠT ĐẬU ĐEN MIỀN TRUNG

CBHD: TS LÊ THỊ HỒNG NHAN TS LÊ THÀNH DŨNG HVTH: NGUYỄN THỊ XUÂN HỒNG MSHV: 10050122

LỚP : CNHH 2010

THÁNG 12/2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THỊ XUÂN HỒNG Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1984 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Công nghệ Hoá Học

 Đánh giá và đề xuất điều kiện sử dụng tối ưu cho chất màu từ đậu đen

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/03/2011 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LÊ THỊ HỒNG NHAN

TS LÊ THÀNH DŨNG Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ Môi trường đã tạo thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn Hồ Ngọc Mỹ Trang đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này cùng tất cả các bạn, các anh chị thực hiện luận văn tại Phòng thí nghiệm Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được sự thông cảm, giúp đỡ và góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn

Cuối cùng tôi xin gởi đến quý thầy cô và toàn thể các anh chị cùng các bạn lời chúc sức khỏe và thành công trong công việc

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong luận văn này, sẽ tiến hành nghiên cứu và khảo sát quá trình trích ly và tách hợp chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen bằng dung môi nước và ethanol tuyệt đối để tìm ra các điều kiện thích hợp và tối ưu, với mục đích ứng dụng vào trong các điều kiện chế biến thực phẩm khác nhau

Các thông số của quá trình (nồng độ dung môi, tỷ lệ trích ly, nhiệt độ, thời gian) lần lượt được thay đổi để xác định điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly anthocyanin

Các kết quả đạt được từ thực nghiệm:

 Các điều kiện thích hợp để trích ly dịch màu anthocyanin từ đậu đen: vỏ đậu đen xử lý được trích ly với tỷ lệ 6:1 (ml:g) tại nhiệt độ 60oC trong thời gian 45phút với dung môi ethanol 50% đạt hàm lượng anthocyanin khoảng 300.58mg/l và khả năng kháng oxy hóa khoảng 93.26% (ứng với nồng độ 0.5mg/l)

 Trong đề tài này, hoạt chất anthocyanin và màu sắc sản phẩm được nghiên cứu với bốn thông số đáp ứng là phương pháp pH vi sai, phương pháp xác định chỉ số polymer và nâu hoá, phương pháp đo màu theo hệ CIE, phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH

Các kết quả của luận văn này hy vọng có thể mở ra một hướng đi mới cho ngành công nghiệp thực phẩm về chiết xuất các chất màu từ các nguyên liệu thiên nhiên

ABSTRACT

In this project, investigations of extracting anthocyanin colorant from Vigna cylindrica Skeels using water and ethanol as green solvent were carried out The

obtain results were:

 For lab-scale process, blended calyces was extracted with ethanol 50 at60oC, the liquid: solid ratio of 6:1 (ml:g) for 45 mins and filtrate can be used as a liquid colorant to anthocyanin content of about 300.58mg/l and antioxidant characteristics about 93.26% (corresponding to the concentration of 0.5mg/l)

 Stability of the powder colorant was investigated in different storing conditions (temperature, radiation, time, concentration of solvent) Investigations were evaluated by four ways: total concentration of anthocyanin by pH differential method, indices for polymerized color and browning and appearance color by CIE system, antioxidant characteristics of the product when compared to Vitamin C

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I TÓM TẮT LUẬN VĂN II MỤC LỤC III DANH SÁCH HÌNH IV DANH SÁCH BẢNG V DANH SÁCH PHỤ LỤC VI

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Nguyên liệu 3

2.1.1 Giới thiều hạt đậu đen 3

2.1.1.1 Phân loại, mô tả 3

2.1.1.2 Thành phần dinh dưỡng 4

2.1.2 Giới thiệu về flavonoid và anthocyanin 8

2.1.2.1 Khái quát về flavonoid 8

2.1.2.2 Giới thiệu về anthocyanin 8

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của chất màu anthocyanin 10

2.1.3.1 Ảnh hưởng của pH 10

2.1.3.2 Ảnh hưởng của ánh sáng 12

2.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 12

2.1.3.4 Ảnh hưởng của hiện tượng copigment 13

2.1.3.5 Tác nhân oxy hóa 14

2.1.3.6 Enzyme 15

2.1.3.7 Đường và các sản phẩm biến tính của đường 15

2.1.3.8 SO2 16

2.1.3.9 Kim loại 16

2.2 Tác dụng sinh học của đậu đen và hợp chất anthocyanin 17

2.2.1 Vai trò của đậu đen đối với sức khỏe 17

2.2.2 Hoạt chất chống oxy hóa của hợp chất anthocyanin 18

2.2.2.1 Quá trình oxy hóa và nguyên nhân gây bệnh do mất cân bằng oxy

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 24

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 24

3.1 Nội dung nghiên cứu 24

3.1 Nội dung thực hiện 25

3.4 Phương pháp thực nghiệm 25

3.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu 25

3.4.2 Khảo sát điều kiện ngâm 26

3.4.3 Khảo sát điều kiện trích ly 26

3.6.3.3 Xác định sự biến đổi anthocyanin 30

3.6.4 Phương pháp đo màu theo hệ CIE 31

3.6.4.1 Nguyên tắc 31

3.6.4.2 Không gian màu 31

3.6.4.3 Xác định màu sắc của sản phẩm 34

3.6.5 Xác định khả năng kháng oxy hóa 34

3.6.5.1 Nguyên tắc 34

3.6.5.2 Tiến hành 35

3.6.5.3 Kết quả tính toán 36

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 37

4.1 Khảo sát sơ bộ nguyên liệu 37

4.2 Xây dựng quy trình trích ly dịch chất màu 38

4.2.1 Xác định phổ hấp thu cực đại 38

4.2.2 Đánh giá khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết màu tính trên hàm lượng anthocyanin 39

4.3 Khảo sát điều kiện ngâm trước trích ly 40

4.3.1 Khảo sát với dịch ngâm 41

4.3.2 Khảo sát với dịch chiết 45

4.3.3 Kết luận 52

4.4 Quá trình trích ly dịch màu 53

4.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ dung môi trích ly 53

4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly 56

4.4.3 Ảnh hưởng của thời gian trích ly 58

PHỤ LỤC

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1: Một số loại hoa quả có chứa anthocyanin 1

Hình 2.1: Đậu đen (Vigna cylindrica Skeels.) 3

Hình 2.2: Nhân và vỏ của hạt đậu đen xanh lòng 4

Hình 2.3: Giá trị dinh dưỡng trong hạt đậu đen cung cấp tương ứng với nhu cầu dinh dưỡng hàng ngày (%DV) 4

Hình 2.4: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid 8

Hình 2.5: Cấu trúc tổng quát của anthocyanin trong tự nhiên 10

Hình 2.6: Cấu trúc chuyển hóa của anthocynin (cyanindin-3-O-glucoside) ở môi trường pH khác nhau 11

Hình 2.7: Các dạng tồn tại của anthocyanin trong những môi trường pH khác nhau 12

Hình 2.8: Cơ chế oxy hoá gián tiếp anthocyanin 15

Hình 2.9: Ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ SO2 lên phổ hấp thu của malvidin- 3- glucoside 16

Hình 2.10: Phản ứng của anthocyanin như là chất khử cực cathode trong đồ hộp thiếc 17

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu về chất màu từ đậu đen 24

Hình 3.2: Hệ thống trích ly anthocyanin 26

Hình 3.3: Cấu trúc chuyển hóa giữa dạng flavylium cation (A) và hemiketal (B) R=H hay nhóm glycoside 28

Hình 3.4: Phản ứng giữa anthocyanin và bisulfite 30

Hình 3.5: Không gian màu CIELab và CIELCh 31

Hình 3.6: Không gian màu CIE- Lab 32

Hình 3.7: Không gian màu CIE-LCh 33

Hình 3.8: Giá để cuvet sử dụng khi đo màu trên máy so màu Minolta 34

Hình 4.1: Phổ hấp thu dịch chiết từ vỏ đậu đen 38

Hình 4.2: So sánh khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin từ vỏ đậu đen và ascorbic acid theo phương pháp DPPH 39

Hình 4.3: Hàm lượng anthocyanin của dịch ngâm theo thời gian ngâm và nhiệt độ

Hình 4.9: Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch màu chiết bằng EtOH theo thời gian

ngâm và nhiệt độ ngâm 50

Hình 4.10: Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch màu chiết bằng H2O theo thời gian

ngâm và nhiệt độ ngâm 50

Hình 4.11: Hàm lượng anthocyanin và chỉ số polyanthocyanin của dịch chiết theo

Hình 4.21: Hàm lượng anthocyanin và chỉ số polyanthocyanin của dịch chiết bằng

nước và acid citric (từ trái qua phải) theo các điều kiện ngâm khác nhau 66

Hình 4.22: Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết bằng nước và acid citric (từ trái

qua phải) theo các điều kiện ngâm khác nhau 67

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của đậu đen đã nấu chín 7

Bảng 2.2: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên 10

Bảng 2.3: Phần trăm màu còn lại R(%) và thời gian bán hủy của anthocyanin trong một số thực phẩm khi ở những nhiệt độ khác nhau 13

Bảng 4.1: Độ ẩm, độ tro của nguyên liệu 37

Bảng 4.2: Khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen và ascorbic acid theo phương pháp đánh bắt gốc tự do bằng thử nghiệm DPPH 39

Bảng 4.3: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm lên hàm lượng anthocyanin của dịch ngâm 41

Bảng 4.4: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm lên chỉ số polyanthocyanin của dịch ngâm 42

Bảng 4.5: Giá trị đo màu của dịch ngâm 43

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm lên hoạt tính kháng oxy hóa của dịch ngâm 44

Bảng 4.7: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm lên hàm lượng anthocyanin của dịch chiết 46

Bảng 4.8: Tỷ lệ phần trăm hàm lượng anthocyanin của dịch chiết 47

Bảng 4.9: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm lên chỉ số polyanthocyanin của dịch chiết 48

Bảng 4.10: Giá trị đo màu của dịch chiết 49

Bảng 4.11: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm lên hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết 50

Bảng 4.12: Ảnh hưởng của nồng độ ethanol tới các thông số của dịch chiết 53

Bảng 4.13: Ảnh hưởng nồng độ ethanol đến hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết 55

Bảng 4.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly tới các thông số của dịch chiết 56

Bảng 4.15: Ảnh hưởng của thời gian trích ly tới các thông số của dịch chiết 58

Bảng 4.16: Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly tới các thông số của dịch chiết 60

Bảng 4.17: Ảnh hưởng của số lần trích ly tới các thông số của dịch chiết 62 Bảng 4.18: Ảnh hưởng của điều kiện ngâm và dung môi đến các thông số của dịch

chiết 66

DANH SÁCH PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: Khả năng kháng oxy hóa của dịch chiết từ vỏ đậu đen tính trên hàm

lượng anthocyanin (phương pháp thử nghiệm DPPH)

I KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN NGÂM PHỤ LỤC 2: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm tới dịch ngâm PHỤ LỤC 3: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ngâm tới dịch chiết II KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TRÍCH LY

PHỤ LỤC 4: Ảnh hưởng của nồng độ dung môi trích ly PHỤ LỤC 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly

PHỤ LỤC 6: Ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly PHỤ LỤC 7: Ảnh hưởng số lần trích ly PHỤ LỤC 8: Ứng dụng

PHỤ LỤC 9: Kết quả nghiên cứu đã được công bố

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Trong thực phẩm, màu sắc giữ một vai trò rất quan trọng Nó làm cho sản phẩm bắt mắt hơn, gây chú ý cho người mua và tạo ảnh hưởng tốt về chất lượng của món hàng Nhưng làm sao để có được chất màu thực phẩm vừa đẹp, vừa có nhiều giá trị dinh dưỡng, phòng chống bệnh tật và an toàn cho người sử dụng là một nhu cầu cần thiết hiện nay Vì thế, nhiều nhà sản xuất luôn tìm tòi nghiên cứu các chất màu thực phẩm an toàn để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng

Chất màu trong thực phẩm gồm hai loại: chất màu tổng hợp và chất màu có nguồn gốc từ thiên nhiên Các chất màu tổng hợp được tạo ra đơn giản nhưng khi sử dụng với liều lượng lớn dễ gây ra các tác dụng phụ có hại cho sức khỏe như gây ngộ độc và các biến chứng gây ung thư Các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên có chứa nhiều hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe con người, giúp phòng chống nhiều bệnh tật và tăng cường sức đề kháng của cơ thể Vì thế, việc sử dụng các chất màu tự nhiên ngày càng được ưa chuộng hơn và đang dần thay thế cho các sản phẩm màu tổng hợp Tuy nhiên, các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên hiện nay còn rất ít và đang trong giai đoạn nghiên cứu để tìm ra phương pháp chiết tách một cách hiệu quả Đặc biệt, chất màu có thể đưa về dạng bột để kéo dài thời gian bảo quản, ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng

Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ

Hình 1.1: Một số loại hoa quả có chứa anthocyanin

Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid, bên cạnh có tác dụng là chất màu thiên nhiên anthocyanin còn được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm Ngoài ra, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả năng kháng oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư, tác dụng chống các tia phóng xạ

Với những đặc tính quí báu mà các chất màu hóa học hay các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu ứng dụng tổng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới, đó là nghiên cứu khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm tạo tính an toàn cao cho người sử dụng

Đậu đen tên khoa học là Vigna cylindrica Skeels (Dolichos catjang Burm f),

thuộc họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae) Tên khoa học của đậu đen hiện nay

chưa được xác định chính xác, nó còn có tên gọi là Vigna catiang Endl var Đậu

đen thường được dùng để nấu chè hoặc thổi xôi Hạt cũng thường được dùng trong việc chế thuốc và làm thuốc

Đề tài tập trung nghiên cứu chất màu từ hạt đậu đen miền Trung (khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa và độ bền màu) từ quy trình trích ly anthocyanin trong hai hệ dung môi là nước và ethanol tuyệt đối, ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực phẩm và hạn chế tác động đến môi trường

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1.1 Giới thiệu hạt đậu đen

2.1.1.1 Phân loại, mô tả [25]

Hình 2.1: Đậu đen (Vigna cylindrica Skeels)

Đậu đen có tên khoa học là Vigna cylindrica Skeels (Dolichos catjang Burm f) hay Vigna catiang Endl var, thuộc họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae) [1]

Đậu đen là loài cây thân cỏ mọc thường niên, sống thành bụi nhỏ, toàn thân không có lông Lá có dạng kép gồm 3 lá chét mọc so le, có lá kèm nhỏ Lá chét mọc ở giữa to và dài hơn lá chét hai bên Hoa màu tím nhạt, dạng cánh bướm Quả giáp dài tròn, trong chứa từ 7- 10 hạt Khi còn tươi quả có màu xanh Khi già và khô thì teo lại và có màu nâu Đậu đen được chia làm 2 loại: đậu đen xanh lòng và đậu đen trắng lòng [1] Đậu đen cũng như những loài cây họ đậu khác có khả năng tăng độ màu mỡ cho đất trồng do trong rễ có những nốt sần, làm nơi cư trú cho những vi sinh vật cố định đạm như Nitrobacter baccilus Hạt đậu đen có rất nhiều công dụng, ngoài làm thực phẩm còn được sử dụng trong đông y để chữa bệnh, có tác dụng bổ thận thủy [2]

Cây đậu đen sinh trưởng tốt ở những vùng khí hậu nóng ẩm Ở nước ta, đậu đen được trồng nhiều ở miền Bắc để lấy hạt, thường thu hoạch vào tháng 5 và tháng 6

Hình 2.3: Giá trị dinh dưỡng trong hạt đậu đen cung cấp tương ứng với nhu cầu

dinh dưỡng hàng ngày (%DV) [3]

 Protein:

Đậu đen là nguồn thực phẩm rất giàu protein Protein có trong đậu đen rất thích hợp cho những người ăn chay và rẻ hơn so với nguồn protein từ động vật Nhiều nghiên cứu về thành phần của đậu đen cho thấy đậu đen có đủ các loại protein thiết yếu, kể cả Arginin và 3 loại axit amin khác mà khoa học gọi là BCCAs, Leucin, Valin và Isoleucin Trong 100g đậu đen cung cấp:

0.97g Valin 1.26g Leucin 1.11g Isoleucin

BCAAs là chữ viết tắt của branched chain amino acids là thuật ngữ để chỉ 3 loại acid amin đặc biệt quan trọng trong nhóm 8 loại acid amin thiết yếu BCAAs đôi khi còn được gọi là những stress aminoacids, loại protein thường dùng để phục hồi hoặc sửa chữa những tổn thương từ những stress thể lực của những vận động viên và một số trường hợp bị thương nặng hay sau phẫu thuật, đặc biệt là cải thiện khả năng nhận thức ghi nhớ những tổn thương ở não do bệnh tật hay do thương tích [2]

Sử dụng kết hợp đậu đen và những ngũ cốc hoàn toàn có thể thay thế nguồn protein có trong các sản phẩm sữa, thịt tránh được sự cung cấp một lượng lớn năng lượng cũng như những chất béo bão hòa có trong những thực phẩm này

 Khoáng chất:

Đậu đen được đánh giá là nguồn thực phẩm dồi dào khoáng chất như Canxi (Ca), Sắt (Fe), Magie (Mg), Mangan (Mn) đặc biệt là hàm lượng cao Molypden (Mo) [3]

Mo:

Sulfite là loại chất bảo quản phổ biến trong công nghiệp Một số người nhạy cảm với sulfites có thể bị tăng nhịp tim, nhức đầu, giảm sự tập trung Mo là nguyên tố đóng vai trò quan trọng giúp cơ thể tránh khỏi sự dị ứng với sulfite Đây là thành phần thiết yếu của enzyme sulfite oxidase, là enzyme có khả năng giải độc sulfite Một chén đậu đen nấu chín (172g) cung cấp đến 172% nhu cầu Mo cần thiết cho cơ thể trong ngày Ngoài ra, khoa học còn cho biết một số những trường hợp thiếu Mo có thể dẫn đến bất lực ở nam giới

Mg:

Được xem là một kênh chuyển hóa Ca trong tự nhiên Khi Mg hiện diện với lượng đủ, các động mạch và tĩnh mạch phát tín hiệu làm thư giãn, giảm lưu lượng máu, oxy cũng như chất dinh dưỡng qua cơ thể [3]

Fe:

Là thành phần thiết yếu của hemoglobin, giúp vận chuyển oxy từ phổi đến các tế bào trong cơ thể Ngoài ra, Fe cũng là chìa khóa của hệ thống enzyme để chuyển hóa và sinh năng lượng

Ngoài ra, trong đậu đen cũng chứa P, Mn

 Polyphenols:

Nhiều nghiên cứu từ Journal of Agriculture and Food Chemistry cho biết, đậu đen có chứa những hợp chất có khả năng chống oxy hóa rất tốt, đặc biệt là anthocyanin Hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin trong đậu đen gấp 10 lần lượng tương ứng tìm thấy trong quả cam và tương đương với nho hay trong cây nam việt quất [2, 6] Nghiên cứu còn cho thấy, màu của vỏ đậu càng sậm thì hoạt tính của anthocyanin càng cao Đậu đen có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất theo sau là các loại đậu như đậu đỏ, đậu vàng và đậu trắng [3]

Thành phần polyphenol trong đậu đen có tác dụng tốt trong điều trị bệnh cao huyết áp Tuy nhiên, một số polyphenol trong đậu đen như tannin sẽ tạo phức với protein và Fe ngăn cản sự hấp thu chất dinh dưỡng

 Chất xơ:

Đậu đen có hàm lượng lớn chất xơ bao gồm chất xơ tan cũng như chất xơ không tan, thích hợp cho người bị bệnh tiểu đường, cao huyết áp hay mỡ máu Một chén đậu đen đủ cung cấp hơn phân nửa nhu cầu chất xơ của một người trong một ngày Chất xơ tan có khả năng làm chậm và giảm sự hấp thu mỡ qua màng ruột đồng thời kết dính một phần muối mật để đào thải ra ngoài, do đó góp phần làm hạ cholesterol trong máu Trong khi đó, chất xơ không tan có vai trò quan trọng trong việc làm tăng lượng phân, tăng nhu động ruột, chống táo bón, kết dính nhiều loại độc tố để thải ra ngoài giúp giảm nguy cơ một số rối loạn ở ruột già kể cả một số loại ung thư Tác dụng tổng hợp của chất xơ và chất chống oxy hóa có tác dụng làm giảm các loại mỡ xấu LDL và triglycerit [2]

 Vitamin:

Đậu đen là một trong những nguồn thực phẩm chứa nhiều loại vitamin như: vitamin C, vitamin PP, vitamin A, vitamin B2, vitamin B6 (Folate), vitamin B12 Trong đó, vitamin C chiếm hàm lượng cao nhất

Bảng 2.1 : Thành phần dinh dưỡng của đậu đen đã nấu chín [3] Black beans, cooked

1.00 cup 172.00 grams 227.04 calories

DV (%)

Nutrient Density

World's Healthiest Foods Rating

excellent DV>=75% OR Density>=7.6 AND DV>=10%very good DV>=50% OR Density>=3.4 AND DV>=5%

good DV>=25% OR Density>=1.5 AND DV>=2.5%Tập hợp nhóm vitamin B và những khoáng chất Ca, Mg trong đậu đen thô còn được xem như là những vi chất chống strees giúp làm nhẹ những cơn bốc hỏa ở phụ nữ tiền mãn kinh [2]

Thành phần Folate có trong đậu đen rất cần thiết cho những phụ nữ có thai Thiếu Folate có thể dẫn đến sự phát triển bất bình thường của thai nhi

2.1.2 Giới thiệu về flavonoid và anthocyanin

2.1.2.1 Khái quát về flavonoid

Đóng góp quan trọng tạo nên sự phong phú về màu sắc của giới thực vật chính là những hợp chất thuộc họ flavonoid Flavonoid tạo cho thực vật có màu sắc đỏ, xanh đến tím Đa số màu sắc của các loại hoa, lá và quả là do flavonoid tạo ra Flavonoid là những hợp chất polyphenolic có 15C, 2 vòng benzen được nối với nhau qua cầu nối mạch thẳng có 3C Cấu trúc hóa học của flavonoid dựa trên bộ khung 15C, có vòng Chromane gắn với nhân thơm B tại vị trí 2, 3 hay 4 [4]

Hình 2.4: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid

Flavonoid được chia thành 6 phân nhóm dựa vào nhóm thế trên vòng C Trong đó, trạng thái oxy hóa của vòng heterocyclic và vị trí của vòng B là những căn cứ quan trọng cho sự phân loại

6 phân nhóm đó là: 1 Chalcones 2 Flavone 3 Flavonol 4 Flavanone 5 Anthocyanins 6 Isoflavonoids Trong các phân nhóm trên, anthocyanins là một trong những nhóm quan trọng tạo nên màu sắc của nhiều loài hoa (bụt giấm ), quả (nho, dâu tằm ) và một số loài hạt (đậu đen, đậu đỏ )

2.1.2.2 Giới thiệu về anthocyanin

Anthocyanin là chất màu khá phổ biến, tan trong nước, có trong thực vật sống trên cạn (ngoại trừ xương rồng và cây củ cải đường) Anthocyanin có trong trái cây,

các loại hạt hay trong lá cây góp phần tích cực tạo nên sự chuyển biến màu sắc từ lúc còn xanh cho đến khi đã chín hay già Anthocyanin góp phần tạo nên màu sắc cho nhiều loài hoa và nhiều bộ phận khác nhau của thực vật từ màu đỏ đến đỏ thẫm, xanh đến tím, bao gồm cả màu vàng [5,6]

Đối với thực vật, anthocynin có hai vai trò quan trọng Anthocyanin có khả năng hấp thu mạnh ánh sáng UV, gây sự chú ý cho côn trùng Màu sắc mà anthocyanin tạo ra trong cánh hoa giúp thu hút các tác nhân thụ phấn và giúp phân tán hạt giống [5, 6] Ngoài ra, anthocyanin như lớp màng bảo vệ thực vật khi phơi ngoài ánh sáng, bảo vệ DNA của thực vật khỏi nguy cơ của ánh sáng Vì tia UV có khả năng làm hai sợi gen trong DNA đang xoắn kép bị gãy các liên kết, ngăn cản quá trình phân chia và nhiều quá trình thiết yếu của tế bào ví dụ như tổng hợp protein [5]

Từ “anthocyanin” được Marquart đưa ra năm 1895 để chỉ sắc tố màu xanh của

cây Centaurea cyanus Từ anthocyanin do chữ anthos: hoa, kyanos: xanh, về sau

được dùng để chỉ các sắc tố thuộc nhóm flavanoid có màu xanh, đỏ hoặc tím Trong cây khoảng 97% các sắc tố này ở dạng glycosid (anthocyanin = anthocyanosid) có trong mô tế bào Khi đun nóng anthocyanin trong dung dịch HCl 20%, phần đường trong phân tử (thường nối vào OH ở C-3) bị cắt và cho phần aglycol được gọi là anthocyanidin Sự khác nhau giữa các anthocyanin là số và vị trí các nhóm hydroxyl, mức độ methyl hóa các nhóm này, bản chất và số nhóm đường gắn vào phân tử, vị trí gắn của chúng, bản chất và số nhóm acid mạch thẳng hay vòng gắn vào phân tử [7]

Nhìn chung cấu tạo của anthocyanin gồm hai phần Phần đường thường là các loại như: glucose, galactose, arabinose, rhamnose, xylose và fructose Phần không đường: anthocyanidin Hai phần liên kết với nhau qua liên kết glycoside

Cyanidin là dạng phổ biến nhất của anthocyanidin, tiếp theo là delphinidin, peonidin, pelargonidin, petunidin và malvidin Trong đó, delphinidin có khả năng tạo màu xanh nhạt còn cyanidin và pelargonidin lại có khả năng tạo màu đỏ và tím Hiện nay trên thế giới đã phân lập được khoảng 540 loại anthocyanin, 90% trong số đó cấu tạo từ sáu anthocyanidin phổ biến sau: pelargonidin (Pg) (18%), cyanidin

(Cy) (30%), delphinidin (Dp) (22%), 20% còn lại là petunidin (Pt), malvidin (Mv) và peonidin (Pn)

Hình 2.5: Cấu trúc tổng quát của anthocyanin trong tự nhiên Bảng 2.2: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên [8]

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của chất màu anthocyanin

Anthocyanin là chất màu tự nhiên có nhiều công dụng tốt đối với sức khỏe như kháng viêm, chống oxy hóa, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, chống ung thư Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin có thể kể đến như tia UV, chỉ số pH, nhiệt độ, độ ẩm, đường, sự hiện diện của oxy, enzyme cũng như sự có mặt của ascorbic acid, sulfur dioxide, muối sulfite, ion kim loại, phản ứng ngưng tụ chất màu (copigment) và cấu trúc của chính anthocyanin [9, 11]

2.1.3.1 Ảnh hưởng của pH

pH là một trong những nhân tố ảnh hưởng đáng kể lên độ bền màu cũng như màu sắc của anthocyanin Cùng một hợp chất anthocyanin ban đầu nhưng nếu tồn tại trong những môi trường pH khác nhau thì phân tử anthocyanin sẽ tồn tại ở những dạng khác nhau và sẽ cho những màu sắc khác nhau: cation flavylium (màu đỏ), carbinol base, chalcone, quinonoidal base (màu xanh) và anion quinonoidal base [12]

Trong môi trường pH thấp 5- 1 , anthocyanin bền hơn so với trong môi trường có pH cao Trong môi trường có pH thấp, phần lớn anthocyanin tồn tại ở dạng cation flavylium, sự hiện diện ở nồng độ cao của flavylium làm cho phân tử anthocyanin bền hơn

Với các kết quả nghiên cứu trên những anthocyanin đơn giản năm 1988, Brouillard đã đưa ra cơ chế chuyển hóa cấu trúc của anthocyanin ở môi trường pH khác nhau như sau: tại pH nhỏ hơn 3 anthocyanin tồn tại ở dạng cation flavylium màu đỏ, khi pH tăng xảy ra sự cạnh tranh giữa hai phản ứng hydrat hóa cation flavylium và phản ứng chuyển vị proton liên quan đến các nhóm hydroxyl của phần aglycon Khi cation flavilium bị hydrate hóa cho ra dạng carbinol không màu, dạng này cân bằng với dạng chalcon vòng mở màu vàng hoặc không màu Phản ứng chuyển vị proton tạo ra dạng quinonoidal base Khi pH tăng trên 7, phản ứng khử proton xảy ra mạnh chuyển các quinonoidal base thành dạng anion quinonoidal có màu tím đến xanh [7, 13,15]

Hình 2.6: Cấu trúc chuyển hóa của anthocynin (cyanindin-3-O-glucoside)

ở môi trường pH khác nhau [12]

Hình 2.7: Các dạng tồn tại của anthocyanin trong những môi trường pH khác nhau

2.1.3.2 Ảnh hưởng của ánh sáng

Một trong các tác nhân môi trường ảnh hưởng lên độ bền của chất màu anthocyanin là ánh sáng Tia UV trong ánh sáng có khả năng ion hóa anthocyanin, tăng tốc độ phân hủy nhiệt làm mất hoạt tính của anthocyanin Do đó, cần bảo quản anthocyanin trong điều kiện thoáng mát, tránh ánh sáng mặt trời bằng cách đựng trong chai lọ sậm màu [16]

2.1.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ là một trong những tác nhân chính ảnh hưởng đến hoạt tính, độ bền của anthocyanin Khi bị nhiệt phân, các anthocyanin đều chuyển về dạng có cấu trúc chalcon, sau đó tiếp tục phân hủy thành carboxylic acid tương ứng với vòng B và carboxyl- aldehyde tương ứng với vòng A trong cấu trúc của anthocyanin Thí dụ, khi phân huỷ, malvin 3,5- diglucoside tạo thành syringic acid, 2,4,6-trihydroxylbenzaldehyde và phloroglucinol [16]

Yếu tố nhiệt độ tác động lên anthocyanin trong quá trình chiết xuất, chế biến cũng như bảo quản Khi nhiệt độ cao có thể làm tăng quá trình phân hủy anthocyanin, do đó cần bảo quản những sản phẩm chứa anthocyanin ở nhiệt độ thích hợp để không làm mất đi nguồn anthocyanin có trong thực phẩm

Bảng 2.3: Phần trăm màu còn lại R(%) và thời gian bán hủy của anthocyanin trong

một số thực phẩm khi ở những nhiệt độ khác nhau [17]

2.1.3.4 Ảnh hưởng của hiện tượng copigment

Trong môi trường nước, anthocyanin có thể tạo phức yếu với nhiều loại hợp chất như protein, tannin, các flavonoid khác, acid hữu cơ, acid nucleic, alkaloid, polysaccaride và các ion kim loại theo cơ chế tạo phức liên phân tử (intermolecular copigmentation) Hiện tượng trên gọi là copigment Đây là cơ chế chính tạo sự bền màu cho anthocyanin trong thực vật [16, 18]

Quá trình copigment không những ảnh hưởng đến cường độ màu mà còn ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin Quá trình này làm cho màu của anthocyanin ổn định hơn, xanh hơn và sáng hơn Mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc nhiều vào sự tương tác của các phân tử hữu cơ (flavonoid, polyphenol, acid hữu cơ) với phân tử anthocyanin Hiện tượng này xảy ra ngay trong điều kiện pH của mô sống [17]

Mục đích cơ bản của phản ứng copigment chính là bảo vệ màu của cation flavylium khỏi những tác động ái nhân của các phân tử nước [20] Các tác nhân copigment giàu điện tử sẽ kết hợp với ion flavylium nghèo điện tử, ngăn cản sự kết hợp giữa nước và ion flavylium giúp ion flavylium không bị chuyển về dạng pseudobase không màu Bản thân các tác nhân thường không màu nhưng khi được thêm vào dung dịch chứa anthocyanin, chúng sẽ tạo ra hiện tượng sâu màu, làm tăng độ hấp thu và độ bền của các anthocyanin [9, 18, 19]

Một số khảo sát cho thấy các tác nhân copigment cùng với nhiệt độ, ánh sáng, pH gây ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin Thí dụ, acid gallic làm bền màu của anthocyanin ở hai nhiệt độ khảo sát là 5oC và 20oC; quercetin chỉ làm tăng khả năng bền màu ở 5oC còn ở 20oC nó làm giảm khả năng bền màu; catechin làm giảm độ bền màu ở cả hai nhiệt độ trên Một nghiên cứu mới đây kết luận rằng, quá trình copigment hoá không có ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin ở nhiệt độ cao [6, 7]

Đã có những khảo sát về ảnh hưởng của hiện tượng copigment hóa tiến hành trong môi trường yoghurt và nước giải khát khi bổ sung anthocyanin và tác nhân copigment (acid tannic) Kết quả cho thấy, yoghurt có sử dụng anthocyanin chiết từ Isabel grapes (V labrusca L.) như chất tạo màu, trường hợp bổ sung acid tannic (acid tannic : anthocyanin 1:1) làm tăng thời gian bán hủy của anthocyanin t1/2 lên khoảng 2560h so với mẫu đối chứng không bổ sung acid tannic Trong khi đó, đối với nước giải khát, bổ sung acid tannic : anthocyanin 1:1 bảo quản ở 4oC ±1 làm kéo dài thời gian bán hủy của anthocyanin thành 924h [17]

2.1.3.5 Tác nhân oxy hóa

Các tác nhân oxy hóa có thể kể đến như O2, hydroperoxide (H2O2) hay acid ascorbic

Dưới tác dụng của oxy sẽ oxy hóa trực tiếp hay gián tiếp làm biến tính anthocyanin

Acid ascorbic trong điều kiện hiếu khí, bị oxy hoá thành hydroperoxide (H2O2) là tác nhân oxy hoá anthocyanin Lượng anthocyanin bị mất lớn nhất khi có mặt đồng thời oxy và acid ascorbic (vitamin C) [16]

Hình 2.8 : Cơ chế oxy hoá gián tiếp anthocyanin [16]

2.1.3.6 Enzyme

Một số enzyme có khả năng thủy phân anthocyanin, chúng được gọi chung là anthocyanase Do anthocyanin là những hợp chất mà cấu trúc hóa học có phân tử phenolic và phân tử đường nên các enzyme có sẵn trong tế bào thực vật như glucosidase và polyphenoloxidase (PPO) có khả năng thủy phân anthocyanin Glucosidase thủy phân liên glucoside tạo thành các aglycone PPO tác động trên anthocyanin khi có mặt của các - diphenol theo cơ chế oxy hóa gián tiếp [16]

Các anthocyanase được ứng dụng trong thực phẩm để loại bớt lượng anthocyanin thừa trong sản phẩm như mứt thạch khi chúng tạo màu không đồng đều và kém hấp dẫn

2.1.3.7 Đường và các sản phẩm biến tính của đường

Hầu hết đường làm giảm tính ổn định của anthocyanin Tuy nhiên, khi xét ảnh hưởng của đường lên sự ổn định của anthocyanin cũng cần quan tâm đến cấu trúc của chính anthocyanin đó và cả nồng độ cũng như loại đường thêm vào

Theo kết quả nghiên cứu của Wroslstad, Skrede, Lea và Enersen (1990), khi nồng độ của succrose tăng 20%, tính bền của anthocyanin từ dâu cũng tăng lên Mặt khác, khi nồng độ của succrose thấp (86g/l) trong dung dịch có pH = 3 vẫn làm tăng sự thoái biến của anthocyanin so với khi không thêm đường vào Ở nồng độ trên 100ppm, đường và các sản phẩm biến tính của chúng làm tăng sự phân hủy của anthocyanin [21]

Qua nghiên cứu cho thấy fructose, arabinose, galactose và sorbose có ảnh hưởng đến sự phân hủy của anthocyanin hơn là sucrose, glucose và maltose

Trong quá trình chế biến và tồn trữ thực phẩm cùng với sự biến tính của các anthocyanin, các sản phẩm biến tính như furfural, 5- hydroxymethylfurfural được tạo thành từ các phân tử đường và acid trong quá trình gia nhiệt Chúng phản ứng với anthocyanin tạo thành sản phẩm có màu nâu sẫm [16]

2.1.3.8 SO2

Trong một số thực phẩm ta dễ dàng tìm thấy sự có mặt của SO2 như một chất bảo quản Tuy nhiên, sự có mặt của SO2 cũng làm mất màu anthocyanin Đây là quá trình thuận nghịch, cho nên khi gia nhiệt hay cho vào acid mạnh thì hoàn toàn có thể hồi phục lại màu sắc cho anthocyanin

Không nên sử dụng SO2 dạng monomer làm chất bảo quản trong các sản phẩm có chứa anthocyanin mà nên sử dụng dạng benzoate và sorbate [22]

Hình 2.9: Ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ SO2 lên phổ hấp thu của

malvidin- 3- glucoside [7]

2.1.3.9 Kim loại

Những anthocyanin trong phân tử có nhóm hydroxyl ở vị trí ortho sẽ dễ dàng tác dụng với các ion kim loại đa hóa trị tạo hiệu ứng sâu màu Trong quá trình bảo quản các thực phẩm hay nước uống trong hộp kim loại, anthocyanin dễ bị mất màu do tương tác với ion trong vỏ kim loại Với đồ hộp làm bằng thiếc, anthocyanin đóng vai trò là chất khử cực cathode hay anode Chất khử cực cathode bị khử bởi hydro mới sinh ra từ tương tác giữa kim loại và acid Còn nếu là chất khử cực anode anthocyanin đó thường có hai nhóm hydroxyl ở vị trí ortho

Hình 2.10: Phản ứng của anthocyanin như là chất khử cực cathode

Nhiều công trình nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng của đậu đen và đã công bố nhiều kết quả khả quan lên sức khỏe mà đậu đen mang lại Trong đậu đen có chứa nhiều chất xơ tan và không tan rất tốt cho những người bị tim mạch và tiểu đường Chất xơ giúp cơ thể đào thải bớt chất béo và cholesterol ra khỏi cơ thể giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch Ngoài ra, trong đậu đen chứa nhiều vitamin và khoáng chất như: vitamin A, vitamin C, vitamin B1, vitamin B12 và các khoáng chất như Fe, Mn, Mo, P rất cần thiết cho sự phát triển của cơ thể Đậu đen được xem là thức ăn giàu dinh dưỡng với các thành phần dinh dưỡng trong đó được đánh giá rất tốt do chất lượng và hàm lượng khá cao Đặc biệt trong đậu đen rất giàu Mo, folate, chất xơ, trytophan thành phần các chất dinh dưỡng này cung cấp có thể vượt quá nhu cầu hàng ngày của một người

2.2.2 Hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất anthocyanin

2.2.2.1 Quá trình oxy hoá và nguyên nhân gây bệnh do mất cân bằng oxy hoá

Theo các nghiên cứu đã được công bố, khi có sự tăng quá nhiều gốc tự do sẽ gây ra tình trạng viêm nhiễm ở các cơ quan, các bệnh lý như tim mạch, bệnh thần kinh, đục thủy tinh thể, tăng nguy cơ các bệnh ung thư và nhất là sớm xuất hiện hiện tượng lão hoá Cơ quan dễ bị lão hóa nhất chính là lớp da bảo vệ cơ thể, là nơi dễ bị tác động của tia cực tím trong ánh nắng, hứng chịu tác hại của ô nhiễm môi trường cộng thêm lối sống của người thường xuyên bị stress, sai lầm trong dinh dưỡng, thói quen lạm dụng độc chất (như hút thuốc, uống rượu, kể cả dược phẩm) thì lớp da mịn màng của người phụ nữ nhất là da mặt sẽ chóng nhăn, cằn cỗi, không còn sức sống tươi mát do có sự bội tăng gốc tự do gây lão hoá [23]

Các quá trình oxy hóa, diễn ra dưới tác dụng của các gốc tự do, trong tế bào là cần thiết để tạo ra năng lượng hoặc trong các quá trình tổng hợp nucleic acid, protein, hormon

Gốc tự do hay chất oxy hóa là những phân tử hay hợp tử chất có chứa điện tử độc thân Chính do chứa điện tử độc thân mà gốc tự do có hoạt tính rất mạnh, sẵn sàng cướp điện tử (quá trình oxy hóa) của chất mà nó tiếp xúc do đó, hủy hoại nặng nề chất bị nó oxy hóa Gốc tự do được tạo ra trong cơ thể do quá trình trao đổi chất hay được đưa vào từ bên ngoài do vi sinh vật hay virus [23]

Các gốc tự do được tạo thành gồm các gốc có hoạt tính cao như hydroxyl HO, ion sắt (Fe2+

O), Cu(OH)2, những gốc tự do hoạt tính trung bình và yếu như superoxide anion O2•, peroxyl (ROO), hydrogen peroxide H2O2, singlet oxy (O1), nitric oxide (NO), peroxynitrite (ONOO-), alkoxyl (RO)… Gốc tự do trong tế bào sinh ra trong quá trình sinh dưỡng được kiểm soát chặt chẽ thông qua quá trình kháng oxy hóa nội tại bằng các hợp chất như glutathione, vitamin E, vitamin C và enzyme superoxide dismutase, ngoài ra cơ thể còn có các tế bào như neutrophil, monocyte, B-cell… có khả năng chống lại các yếu tố oxy hóa ngoại lai xâm nhập [7]

Tuy nhiên, trong tế bào có thể xuất hiện các gốc tự do được tạo ra quá nhiều do mất cân bằng trong hoạt động hoặc do các yếu tố bên ngoài như các chất độc, do

nhiễm vi sinh vật, do ozone, bức xạ UV, nhiễm phóng xạ, do thuốc lá Các gốc tự do dư thừa, khi cơ thể thiếu các yếu tố bảo vệ để ngăn chặn, có khả năng tương tác, phá hủy màng lipid không bão hòa của tế bào, làm giảm khả năng bảo vệ tế bào, dẫn đến sự xâm nhập của các tác nhân gây bệnh từ bên ngoài; oxi hóa các nucleic base làm thay đổi cấu trúc ADN, dẫn đến các quá trình đột biến, phát sinh các khối u, ung thư; làm hỏng cấu trúc các protein mang nhóm SH (các protein này đóng vai trò rất quan trọng như là chất mang hoặc chất hoạt hóa enzyme trong quá trình hô hấp), gây ra các bệnh nghiêm trọng về đường hô hấp…

Các gốc tự do dư thừa là nguồn gốc phát sinh các bệnh nguy hiểm nên các nghiên cứu đều hướng tới việc khảo sát khả năng kháng oxy hóa, quét gốc tự do trong quá trình tìm kiếm các hợp chất trong thiên nhiên có khả năng ngăn chặn hoặc chữa bệnh

2.2.2.2 Khả năng kháng oxy hóa của hợp chất anthocyanin và vai trò đối với sức

khỏe

Năm 2003 đã có hơn 400 anthocyanin được công bố và đến năm 2006 tổng số anthocyanin được khám phá đã lên tới hơn 550 loại khác nhau Nhiều nghiên cứu cho thấy anthocyanin có lợi cho sức khỏe của con người do có khả năng chống lại nhiều bệnh tật [6] Anthocyanin là đại diện cho những chất chống oxy hóa quan trọng Vài năm gần đây, nhiều tờ báo đã xuất bản các thông tin quan trọng liên quan đến hoạt tính chống oxy hóa ở mức độ invitro của anthocyanin và nhiều chức năng khác cũng như mối tương quan giữa khả năng chống oxy hóa và cấu trúc hóa học của nó Nhiều nghiên cứu cho thấy, anthocyanin có vai trò tích cực trong phòng chống và giảm thiểu nguy cơ mắc bệnh tim và ung thư nhờ vào hoạt động chống oxy hóa, kháng viêm và có hoạt tính chống lại nhiều bệnh tật khác [10]

Các đặc tính dược lý quan trọng của anthocyanin phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của chúng, như mức độ glycosyl hóa và số nhóm hydroxy trong phân tử Hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất anthocyanin gấp 10 lần hoạt tính của vitamin C, cao hơn nhiều lần so với vitamin E và so với BHA hay β-carotene cũng vẫn cao hơn [2] Đặc biệt, anthocyanin còn có khả năng tăng cường hoạt tính của vitamin C và một số loại flavonoid khác Khả năng chống oxy hoá của các hợp chất anthocyanin được giải thích bằng nhiều cơ chế như loại bỏ các gốc tự do, ngăn cản hoạt động

của các enzyme sinh ra gốc tự do hoặc tạo phức với các ion kim loại là xúc tác cho nhiều phản ứng oxy hoá [2] Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, loại rượu đỏ rất tốt cho sức khỏe là do trong quá trình chế biến còn giữ lại nhiều anthocyanin trong vỏ nho

Với khả năng chống oxy hóa mạnh, anthocyanin giúp cơ thể chống lại các bệnh tật sau:

 Ung thư  Lão hóa và các bệnh về thần kinh  Sưng, viêm

 Tiểu đường  Nhiễm trùng Nhiều nghiên cứu về tác động của anthocyanin lên bệnh ung thư đã được tiến hành Thử nghiệm anthocyanin chiết từ trái mâm xôi đen Rubus occidentalis L đã kiềm hãm được bệnh ung thư thực quản 30- 60% và 80% đối với ung thư ruột kết Anthocyanin có tác động lên cả giai đoạn đầu và giai đoạn phát triển của bệnh [6]

Anthocyanin kiềm hãm sự tăng sinh và nhân đôi của tế bào khối u bằng cách:  Ngăn cản sự phát triển của tế bào tiền ung thư

 Tăng tốc độ chuyển hóa các tế bào làm cho tế bào ung thư bị tiêu diệt nhanh hơn

 Giảm tiết các chất gây sưng viêm là nguyên nhân gây phát triển khối u  Ức chế sự hình thành các mạch máu nuôi dưỡng khối u

 Làm giảm tác động của DNA kích thích sự phát triển ung thư

2.2.3 Khả năng sản xuất và ứng dụng của hợp chất anthocyanin trong sản

xuất và đời sống

Đã có rất nhiều nghiên cứu về chất màu anthocyanin và tác dụng tốt của anthocyanin đối với sức khỏe của con người Qua đó, cho thấy tín hiệu khả quan về khả năng ứng dụng của chất màu anthocyanin trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Trong lĩnh vực thực phẩm, anthocyanin được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm và nước uống như là chất tạo màu tự nhiên Sự ra đời của chất màu tự nhiên anthocyanin góp phần tăng sự an toàn cho những sản phẩm thực phẩm cần sử dụng màu để tăng giá trị cảm quan, ngoài ra còn bổ sung thêm thành phần dinh

dưỡng như vitamin, khoáng chất, acid hữu cơ, .Trước đây, những chiết xuất anthocyanin từ acerola và acai được sử dụng như thành phần chức năng cũng như chất tạo màu cho những loại thức uống isotonic nhằm phát triển thị trường thực phẩm gắn liền với sức khỏe và cuộc sống tốt Theo ACNielsen Global Services (2004), trên toàn thế giới lượng thức uống isotonic và thức uống cung cấp năng lượng bán ra trong năm 2004 tăng 10% so với năm 2003 Trong năm 1996, hơn 77 triệu lít nước giải khát isotonic được bán ra trên thị trường Brazilian Tuy nhiên, khả năng ứng dụng của anthocyanin vào thực phẩm còn bị ảnh hưởng bởi sự kém ổn định của nó do tác động của nhiệt độ, ánh sáng, các tác nhân oxy hóa [21]

Anthocyanin là hợp chất thứ cấp được sử dụng như phụ gia thực phẩm với ký hiệu là E163 Anthocyanin đã được chấp nhận làm chất màu sử dụng trong thực phẩm ở Hoa Kỳ trong danh mục chất màu nước ép trái cây (21 CFR 73.250) hoặc chất màu nước ép rau quả (21 CFR 73.260) [6, 7]

Chất màu anthocyanin từ đậu đen có khả năng tạo ra màu tím cho sản phẩm mà vẫn an toàn và tăng giá trị dinh dưỡng cho sản phẩm Nhưng cho đến nay vẫn chưa có một nghiên cứu nào về khả năng trích ly anthocyanin từ đậu đen và ứng dụng nó vào trong hóa mỹ phẩm

Trong dược phẩm cũng như thực phẩm chức năng, nhiều chiết xuất anthocyanin từ các loại rau củ quả đã được đưa vào nhằm chữa bệnh và cải thiện sức khỏe cho con người trong việc điều trị và ngăn ngừa nhiều bệnh tật khác nhau Đặc biệt hiệu quả trong phòng ngừa và điều trị các bệnh tật như: chống lão hóa, giảm stress, giảm nguy cơ tim mạch và xơ vữa động mạch vành, giảm nguy cơ ung thư

Trong hóa phân tích thực phẩm và hóa học, các hợp chất anthocyanin được sử dụng như chất chỉ thị màu Trong môi trường có pH acid, base hay trung tính thì anthocyanin sẽ đổi màu nhất định, tương ứng là đỏ, xanh, tím Vì vậy, anthocyanin được sử dụng rộng rãi như chỉ thị pH trong các môi trường đặc biệt là môi trường thực phẩm

Trong mỹ phẩm, dựa vào khả năng chống oxy hóa tốt và phòng chống lão hóa, anthocyanin được đưa vào nhiều sản phẩm mỹ phẩm có tác dụng ngăn ngừa lão

hóa, giảm nếp nhăn Ngoài ra, thành phần anthocyanin cho vào mỹ phẩm cũng có tác dụng tạo ra màu sắc cho chính sản phẩm đó

Hiện nay, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhằm sản xuất ra chất màu anthocyanin có chất lượng tốt cũng như tìm ra các phương pháp nhằm làm tăng độ bền của chúng Trong số các phương pháp sản xuất bột màu từ dịch trích ly anthocyanin, hai phương pháp sấy phun và sấy đông khô tạo ra được bột màu có độ bền cao hơn các phương pháp khác nhờ vào môi trường có độ ẩm thấp trong quá trình

Phương pháp sấy đông khô là phương pháp phù hợp nhất đối với các chất màu không bền dưới tác dụng của nhiệt độ, trong đó có chất màu anthocyanin Tuy nhiên, với chi phí cao hơn nhiều lần so với phương pháp sấy phun nên trong thực tế, phương pháp sấy phun thường được chọn để thực hiện quy trình sản xuất chất màu tự nhiên [24]

Sấy phun là phương pháp phun dịch trích thành các giọt nhỏ dưới tác dụng của tác nhân sấy là dòng không khí nóng Sản phẩm sau quá trình sấy phun có thể ở các dạng như bột, hạt vô định hình, khối kết tụ tùy theo điều kiện vật lý và hóa học của quá trình Các nhà nghiên cứu đã đưa ra các thông số tối ưu cho quá trình sấy phun dịch trích ly từ đài hoa bụp giấm Để đạt được sản phẩm có chất lượng tốt nhất, các thông số thích hợp cho quá trình là: nhiệt độ sấy 178- 190oC, nhập liệu 9.5- 15%, áp suất phun 5- 6 bar [7]

Trước đây đã có đề tài nghiên cứu chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen miền Nam và đạt được những kết quả nhất định Xác định được điều kiện thích hợp để trích ly và tách hợp chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen với dung môi nước ethanol tỷ lệ 1:3, tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu vỏ đậu đen là 6/1, tại nhiệt độ 60oC trong thời gian 45 phút Hiệu suất thu bột khoảng 1.09%, hàm lượng anthocyanin trong bột khoảng 15.44 mg/g hay 1.54% Trong đề tài này, hoạt chất anthocyanin và màu sắc sản phẩm được nghiên cứu với ba thông số đáp ứng là phương pháp pH vi sai, phương pháp xác định chỉ số polymer và nâu hoá, phương pháp đo màu theo hệ CIE Các mẫu bột sau khi thu được sẽ được kiểm tra hàm lượng anthocyanin, kiểm tra các chỉ tiêu về độ tan, kim loại, kháng oxy hóa,… để có được mẫu bột màu an toàn có thể ứng dụng được trong công nghiệp thực phẩm [25]

Trên cơ sở kết quả đạt được đó tiến hành áp dụng điều kiện tối ưu để khảo sát sơ bộ với đậu đen Quảng Nam Tuy nhiên để đánh giá tốt hơn chất lượng chất màu anthocyanin, đề tài này tiến hành đồng thời 4 phương pháp: phương pháp pH vi sai, phương pháp xác định chỉ số polymer và nâu hoá, phương pháp đo màu theo hệ CIE và phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Nghiên cứu chất màu từ hạt đậu đen miền Trung (khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa và độ bền màu) từ quy trình trích ly anthocyanin trong hai hệ dung môi là nước và ethanol tuyệt đối, ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực phẩm và hạn chế tác động đến môi trường

Với mục đích nghiên cứu để sản xuất chất màu tự nhiên có thể ứng dụng trong thực phẩm, nội dung luận văn nghiên cứu ứng dụng chất màu từ hạt đậu đen

Nội dung cơ bản của đề tài được trình bày trong hình 3.1

Đậu đen nguyên hạt

Bóc vỏ

Xay nhỏ

Vỏ đậu đen xay nhỏ

Lọc Bã

Ngâm Khảo sát quá trình ngâm: - Thời gian ngâm: t

n

- Nhiệt độ ngâm : Tn

Xác định:

- Hàm lượng anthocyanin - Chỉ số Polyanthocyanin - Màu CIELCh

- Hoạt tính kháng oxy hóa

Dịch lọc

Trích ly

Khảo sát quá trình trích ly chất màu anthocyanin

- Tỷ lệ dung môi- nguyên liệu

- Thời gian trích ly - Nhiệt độ trích ly

- Nhiệt độ Dung môi