khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản đến độ bền màu và các tính chất kháng oxy hoá của dịch chiết betacyanins trích ly từ củ dền đỏ beta vulgaris l

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN BẢO QUẢN ĐẾN ĐỘ BỀN MÀU VÀ

TỔNG QUAN

Tổng quan về củ dền

Củ dền đỏ (Beta vulgaris L.) là một loài thực vật thuộc nhóm Conditiva, phân lớp

Caryophyllidae, bộ Caryophyllanae, mục Chenopodiales và họ Dền gai (Chenopodiaceae), họ này bao gồm gần 1400 loài và hơn 100 chi [26] Đây là loại thực vật thân thảo, với bộ rễ củ phát triển Cây có khả năng thích nghi và phát triển trên đất có hàm lượng muối cao, hạn chế nước; đồng thời chịu đựng được môi trường nóng, lạnh và điều kiện ánh sáng yếu [27]

Củ dền đỏ đã được biết đến và trồng trọt từ thời cổ đại với các loại có màu trắng và màu đỏ Beta maritima, loài củ cải biển có nguồn gốc từ Địa Trung Hải, được coi là tổ tiên của tất cả các giống củ cải được trồng ngày nay, bao gồm cả củ dền đỏ [28] Loài củ cải biển này được tìm thấy từ xa xưa trên các bờ biển châu Âu và Bắc Phi, Trung Đông và một số vùng thuộc châu Á [29] Người ta đã sử dụng củ cải biển từ 1000 năm trước Công nguyên Trong thời đế chế La Mã, lá của nó được dùng làm thực phẩm, trong khi rễ được dùng làm thuốc [29] Củ cải biển được thuần hóa đầu tiên ở phía đông Địa Trung Hải và Trung Đông Sau đó, nó trở nên phổ biến chủ yếu ở Ấn Độ, nơi không chỉ khai thác các đặc tính dinh dưỡng quan trọng của nó mà còn thường được sử dụng cho mục đích chữa bệnh [26]

Có ba phân loài của Beta vulgaris L bao gồm: B vulgaris (tập hợp tất cả các giống được thuần hóa), B maritima (có nhiều đặc điểm hình thái đa dạng) và B adanensis (một nhóm các cây bán niên sinh với đặc điểm cấu trúc riêng biệt) [30]

Củ dền đỏ là cây hai năm tuổi Trong năm đầu tiên, cây phát triển thân rễ (củ) và một cụm lá hình hoa thị Vào năm thứ hai, thân cây ra hoa và tạo hạt [26] Thân cây thẳng đứng, có màu sắc thay đổi từ xanh đậm đến đỏ thẫm tuỳ theo giống Lá có cuống và phiến lá tách lá dài thường dày hơn, có màu cam với sọc tím [26] Sang năm thứ hai, trên thân cây sẽ phát triển một thân phân nhánh mềm mại mang cụm hoa hình chuỳ [31] Hoa nhỏ, lưỡng tính, có năm cánh hoa Nhị đực chín sớm hơn nên chúng là kiểu thụ phấn dị giao, quá trình thụ phấn được thực hiện bởi gió và côn trùng [32] Hạt giống của củ dền đỏ thường có khả năng duy trì sức sống để nảy mầm trong 3 – 4 năm, dưới điều kiện thuận lợi có thể lên đến 8 – 10 năm [31] Củ dền đỏ có rễ chính (cọc) ăn sâu vào đất, trên rễ chính này mọc các rễ phụ mỏng, dày đặc, dài 1 – 2 cm Phần được tiêu thụ phổ biến là củ, dựa trên hình dạng củ có thể chia thành các nhóm hình trụ, hình cầu và hình dẹt Đến cuối mùa sinh trường, khoảng 1/3 thân củ sẽ nhô lên khỏi mặt đất, do đó việc thu hoạch có thể được thực hiện dễ dàng bằng tay và máy [26]

Thân củ của củ dền đỏ được đặc trưng bởi sự dày lên thứ cấp Trong mặt cắt ngang của củ cho thấy các bó mạch (gỗ) và mô dự trữ xếp thành các vòng tròn đồng tâm với một vùng mô phân sinh lưỡng tính (cambium) nằm giữa chúng Sự phân biệt rõ ràng thành các vòng này là do các tế bào nhu mô dự trữ có hàm lượng sắc tố đỏ đặc trưng của củ dền đỏ cao nhất [31]

Củ dền đỏ được biết đến với hàm lượng dinh dưỡng cao, mang lại nhiều tác dụng tích cực đối với sức khỏe Màu đỏ đặc trưng của củ dền đỏ là do hàm lượng cao của sắc tố betalain, đặc biệt là betacyanin Củ dền đỏ không chỉ giàu vitamin và các khoáng chất thiết yếu mà còn cung cấp nguồn chất xơ đáng kể, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Kể từ khi phát hiện ra đặc tính chống khối u của củ dền đỏ, các nghiên cứu về thành phần dinh dưỡng của nó đã được đẩy mạnh trên toàn thế giới [33, 34]

Hình 2.1 Thành phần dinh dưỡng trong củ dền đỏ [35]

Nhiều nghiên cứu cho thấy hàm lượng dinh dưỡng của củ dền đỏ tươi có thể bị ảnh hưởng nhiều bởi giống, điều kiện trồng và thu hoạch [34]

Bảng 2.1 Thành phần năng lượng trong 100g củ dền đỏ [36]

Thành phần năng lượng Đơn vị Hàm lượng

Củ dền đỏ là nguồn cung cấp carbohydrate và protein dồi dào (Bảng 2.1) Do hàm lượng chất béo thấp và không chứa cholesterol mà củ dền đỏ được đánh giá là phù hợp với chế độ ăn kiêng, giảm cân [37] Ngoài ra, củ dền đỏ còn chứa một lượng đáng kể các amino acid thiết yếu và không thiết yếu (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Lượng amino acid có trong củ dền đỏ [38]

❖ Hàm lượng khoáng của củ dền

Củ dền đỏ chứa hàm lượng lớn các khoáng chất đa lượng dạng kim loại, bao gồm kali, natri, magie và canxi (Bảng 2.3) Magie đóng vai trò quan trọng như một chất hoạt hóa enzyme, xúc tác quá trình chuyển hóa carbohydrate và tổng hợp amino acid [39]

Bảng 2.3 Hàm lượng khoáng chất trong 100g củ dền đỏ [36]

Khoáng chất Đơn vị Hàm lượng

Nghiên cứu của Csikkelné và cộng sự (2001) cho thấy hàm lượng vi lượng khoáng chất giữa các bộ phận khác nhau của cây củ dền đỏ có sự khác biệt đáng kể Nhìn chung, lá thường có hàm lượng khoáng chất cao nhất, tiếp theo là vỏ và thịt của củ Ví dụ, hàm lượng canxi trong lá là 156 mg/100g, trong khi giá trị này chỉ là 21 mg/100g ở vỏ củ và 10 mg/100g ở thịt củ Tương tự, nồng độ của kali, natri và magie ở lá cũng cao hơn nhiều hơn so với thân củ Trong số các khoáng chất vi lượng sắt, đồng, mangan và kẽm có hàm lượng dồi dào nhất trong lá củ dền đỏ [40]

❖ Các hợp chất có hoạt tính sinh học

Củ dền đỏ chứa betalain, ascorbic acid (vitamin C), carotenoid, polyphenol, flavonoid, saponin và hàm lượng nitrate cao (Hình 2.2) Một số thành phần sinh học giá trị khác cũng có mặt với lượng nhỏ, chẳng hạn như glycerin, betanin và folic acid (vitamin B9) [26] Hàm lượng vitamin cụ thể trong củ dền đỏ được thể hiện trong Bảng 2.4

Bảng 2.4 Hàm lượng vitamin trong 100g củ dền đỏ [36]

Vitamin Đơn vị Hàm lượng

Củ dền đỏ đã được chứng minh rằng có chứa hàm lượng đáng kể hợp chất phenolic

Nghiên cứu của Kathiravan và cộng sự (2014) cho thấy nồng độ phenolic acid trong củ dền đỏ là 50 – 60 μmol/g chất khô [41] Nemzer và cộng sự (2011) đã phân lập được các thành phần phenolic không bền vững cao từ vỏ củ dền đỏ, bao gồm các chất dime của 5,5,6,6– tetrahydroxy–3,3–biindolyl và 5,6 – dihydroxyindole carboxylic acid Ngoài ra, hai phenolic amide là N–trans–feruloyltyramine và N–trans-feruloyl homovanillylamine, được phát hiện trong thành tế bào hạt củ dền đỏ [38]

Hình 2.2 Tổng quan về các hợp chất có hoạt tính sinh học của củ dền đỏ [42]

Maraie và cộng sự (2014) báo cáo rằng củ dền đỏ chứa một lượng đáng kể các dẫn xuất của hydroxybenzoic acid và hydroxyquinamic acid, bao gồm epicatechin, catechin

Flavonoids Phenolics acid Phenolic amides

Flavonoid là một trong những thành phần hoạt tính sinh học có trong củ dền đỏ vì chúng có tiềm năng chống oxy hóa và nhiều tác dụng tích cực khác đối với sức khỏe [34] Mức độ chống oxy hóa của flavonoid phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của phân tử cụ thể, và hiệu lực chống oxy hóa có mối tương quan mạnh và tích cực với mức độ thủy phân [43] Flavonoid có mặt trong thực vật bậc cao và là các chất chuyển hóa trung gian của thực vật, chịu trách nhiệm tạo màu cho thân, lá, hoa và quả Flavonoid có thể tạo ra nhiều màu sắc khác nhau như vàng, cam, đỏ, tím và xanh lam [26] Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng củ dền đỏ chứa một lượng đáng kể flavonoid bao gồm catechin, epicatechin, rutin, betagarin và betavulgarin [44]

Saponin là các hợp chất hoạt tính sinh học do thực vật sản sinh để chống lại mầm bệnh và động vật ăn cỏ Theo các nghiên cứu trước đây, có 11 saponin triterpene được tìm thấy trong củ dền đỏ Mỗi saponin đều chứa dẫn xuất của oleanolic acid Betovulgarosides

I, II, III, IV, VI, VII, VIII được xác định từ rễ, trong khi betonulgarosides I, II, III, IV, V, IX và X được phát hiện trong lá [45, 46] Mikołajczyk-Bator và cộng sự (2016) cũng báo cáo sự hiện diện của 26 saponin triterpene trong củ dền đỏ, trong đó có 17 saponin triterpene chưa từng được phân lập trước đây ở củ dền đỏ và 7 saponin triterpene được xác định là hợp chất mới [47]

Betalain là sắc tố thực vật bậc cao, có chứa nitơ và hòa tan trong nước, được tìm thấy trong các loài thực vật thuộc bộ Caryophyllales Tên gọi betalain bắt nguồn từ tên Latin của củ dền đỏ (Beta vulgaris), vì đây là loài thực vật đầu tiên được xác định có chứa betalain Betalain được phân loại dựa trên cấu trúc đặc trưng của chúng (Hình 2.3) Betalain có thể được chia thành hai nhóm nhỏ là betacyanin (màu đỏ tía) và betaxanthin (màu vàng) [48] Betacyanin bao gồm betanin, isobetanin, protetanin và neobetanin Trong khi đó, betaxanthin được phân loại thành các nhóm như vulgaxanthin, miraxanthin, portulaxanthin và indicaxanthin [26]

Hình 2.3 Cấu trúc cộng hưởng của betalain (A), cấu trúc chung của betacyanin (B) và betaxanthin (C) [43]

Tổng quan về betacyanin

Betacyanin là các chất màu chứa nitơ, tan trong nước, nằm trong không bào tế bào và chịu trách nhiệm cho màu đỏ của hoa, quả và rau củ Chúng được tìm thấy trong hầu hết các họ thực vật thuộc bộ Caryophyllales (Centrospermae) như củ cải đường, xương rồng và rau dền Betacyanin (đỏ - tím) và betaxanthin (vàng cam) cùng tạo thành nhóm chất màu thực vật được gọi là betalain Betalain là các chất chuyển hóa thứ cấp được tổng hợp từ acid amin L-Tyrosine [9] L-Tyrosine là một amino acid thơm đóng vai trò trong quá trình tổng hợp protein và được tạo ra từ con đường shikimate Trong thực vật, nó đóng vai trò là tiền chất của nhiều chất chuyển hóa chuyên biệt [58] Đặc điểm chung của các betalain là đều có betalamic acid trong cấu trúc cốt lõi của chúng Từ cấu trúc cơ bản của betalamic acid, quá trình ngưng tụ với các phân tử khác nhau sẽ tạo ra hai phân loại cấu trúc chính của betalain là betacyanin và betaxanthin [59] Betacyanin được hình thành từ phản ứng ngưng tụ của betalamic acid với cyclo-DOPA [cyclo-L-(3,4-dihydroxyphenylalanine)] hoặc các dẫn xuất glucosyl của nó, trong khi sự tạo thành betaxanthin đến từ sự ngưng tụ của betalamic acid với các amino acid hoặc các dẫn xuất của chúng [60]

Hình 2.5 a Betalamic acid; b Cấu trúc chung của betacyanin; c Cấu trúc chung của betaxanthin [61]

2.2.2 Con đường sinh tổng hợp betacyanin

Hình 2.6 Con đường sinh tổng hợp betalain [62]

Betalain được tổng hợp từ axit amin L-tyrosine, có nguồn gốc từ con đường shikimate Ở hầu hết các thực vật, tiền chất là arogenate, được decarboxyl hóa thành tyrosine bởi hoạt động của arogenate dehydrogenase (ADH) [63] Quá trình sinh tổng hợp betalain bao gồm chuyển đổi L-tyrosine thành L-DOPA (L-3,4-dihydroxyphenylalanine) nhờ enzyme hydroxyl hóa [64] L-DOPA sau đó được chuyển thành betalamic acid (bộ khung cơ bản của các hợp chất kiểu betalain) thông qua phản ứng hai bước được xúc tác đầu tiên

DOPA, trong khi quá trình oxy hóa theo vùng đặc hiệu ở cả vị trí 2,3 và 4,5 đều được tìm thấy ở DODA của nấm [65] Do đó, L-DOPA được chuyển đổi theo enzyme thành 4,5-seco- L-DOPA Sau đó, chất trung gian này được sắp xếp lại để tạo thành betalamic acid Mặt khác, cyclo-DOPA được tạo ra từ L-DOPA, thông qua quá trình tái tạo thành vòng của dopaquinone Một nghiên cứu trước đây cho thấy CYP76AD1 (một cytochrome P450) tham gia vào quá trình hình thành dopaquinone / cyclo-DOPA [66] Cyclo-DOPA được glycosyl hóa bởi tác dụng của cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase (cDOPA5GT) để tạo thành cyclo-DOPA 5-O-glucoside ngưng tụ với betalamic acid để tạo thành betanin (một loại betacyanin) [64] Trong khi đó, betaxanthin được hình thành thông qua sự ngưng tụ của betalamic acid với các amine và amino acid [67] Trong quá trình sinh tổng hợp betalain, DODA là một enzyme then chốt kiểm soát quá trình tổng hợp betalamic acid, và hoạt động của DODA đã được xác nhận là ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng betalain trong nhiều loại thực vật [68]

2.2.3 Cấu trúc hoá học của betacyanin

Tất cả các betacyanin đều được cấu tạo từ hai aglycone đồng phân là betanidin và isobetanidin, chỉ khác nhau ở cấu trúc không gian tại vị trí C15 Việc glycosyl hóa và acyl hóa của nhóm hydroxyl C5 hoặc C6 của aglycone tạo ra sự đa dạng về cấu trúc của betacyanin [69]

Hình 2.7 Các cấu trúc của betacyanin [69]

Betacyanin chứa các monomer đường tiêu biểu như glucose, apiose và glucuronic acid Tuy nhiên, chúng cũng có thể chứa các monomer hiếm như sophorose và rhamnose

[70] Bên cạnh đó, phản ứng acyl hóa của betacyanin xảy ra thông qua liên kết giữa một nhóm acyl và một nhóm ester khác Betacyanin được phân thành bốn nhóm chính gồm betanin, amaranthin, gomphrenin và bougainvillea [71] Betanin là hợp chất màu đỏ ổn định nhất và khả năng chống oxy hóa của nó dựa trên sự đóng góp hydro và electron [60] Betanin (betanidin 5-O-β-D-glucopyranoside) là đại diện chính và là loại betacyanin phổ biến nhất được tìm thấy trong thế giới thực vật Trong số các betacyanin, betanin từ củ dền (Beta vulgaris L.) nổi bật với đặc tính chống oxy hóa và được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhất

Về cấu trúc, betanin và hầu hết các dẫn xuất của nó được cấu tạo từ aglycone (betanidin) liên kết bởi liên kết β-glucosidic với đơn vị glucose ở nguyên tử carbon C-5 [72] Betanidin là aglycone của hầu hết các betacyanin [9]

Hình 2.8 Một số dẫn xuất của betacyanin [73]

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của betacyanin a pH ra các hợp chất như 4-acid methylpyridine, 6-dicarboxylic hoặc 2,3-dihydro-5 và 6- dihydroindole-2-carboxylic acid [74] Theo nghiên cứu của Qin và cộng sự (2020), betalain có độ ổn định tốt nhất trong khoảng pH từ 3 đến 7 [75] Mặc dù chiết xuất betalain có độ ổn định trong một dải pH rộng nhưng betanin lại ổn định nhất ở độ pH từ 4 đến 5 [9] Ở giá trị pH < 3, cấu trúc betalain được chuyển đổi từ dạng anion (đỏ) sang dạng cation (tím), tạo ra sự thay đổi màu sắc có thể nhìn thấy từ màu đỏ sang màu xanh tím [76] Khi betacyanin ở trong môi trường kiềm mạnh, chúng sẽ bị phân hủy thành cyclo-dopa-5-O-glucoside không màu và betalamic acid màu vàng sáng [77] Trong nhiều nghiên cứu, betacyanin được báo cáo rằng ổn định hơn trong điều kiện acid nhẹ pH = 5 [78] b Hoạt độ nước

Sự hiện diện của nước là một trong những nguyên nhân làm tăng tốc độ thủy phân betacyanin Do đó hoạt độ nước cũng là một yếu tố quan trọng trong sự phân hủy của betacyanin Hoạt độ nước đóng vai trò trong việc đánh giá tính nhạy cảm của betanin đối với sự cắt đứt liên kết aldimine [24] Hoạt độ nước thấp hơn có thể cải thiện độ ổn định của betacyanin Giá trị hoạt độ nước dưới 0,63 đã được báo cáo rằng có thể làm tăng độ ổn định của betacyanin [79] Do đó, cần đảm bảo hoạt độ nước ở mức thấp để duy trì hoạt tính sinh học và độ ổn định của betacyanin c Oxygen

Sự hiện diện của oxygen có thể dẫn đến việc các sắc tố màu betalain bị phân hủy, làm cho sản phẩm mất đi màu sắc ban đầu Các sắc tố được nhận thấy rằng suy giảm trong dung dịch bão hòa không khí do phản ứng của betalain với oxygen phân tử Betalain và các sắc tố betacyanin được cho là không ổn định trong điều kiện có oxygen Độ ổn định của betalain giảm theo đường thẳng khi nồng độ oxygen tăng lên Tuy nhiên, độ ổn định của betalain được cho là tăng lên trong môi trường có nitrogen [79] d Ánh sáng Ánh sáng là một trong những yếu tố tác động tiêu cực đến độ ổn định của betacyanin Độ ổn định của betalain bị ảnh hưởng bởi ánh sáng như tia cực tím (UV) hoặc ánh sáng khả kiến, vì nó kích thích các chromophore betalain (nhóm thế chromophore là nhóm chức của phân tử hấp thụ ánh sáng mạnh nhất) là electron π lên trạng thái năng lượng cao hơn (π*), dẫn đến năng lượng hoạt hóa thấp hơn và phản ứng phân tử cao hơn [80] Ngoài ra, sự hấp oxygen [81] Do đó, việc bảo quản betalain trong môi trường tối hoặc điều kiện ánh sáng yếu là một biện pháp quan trọng để giảm thiểu sự phân hủy sắc tố và duy trì chất lượng của chúng e Nhiệt độ

Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ổn định của betacyanin Tác động bất lợi của nhiệt độ được lý luận là do đồng phân hóa, decarboxyl hóa hoặc phản ứng phân tách diễn ra ở nhiệt độ cao [82] Betacyanin bị thoái hóa có thể dẫn đến sự hình thành betalamic acid (BA) và cyclodopa-5-O-glucoside (CDG), là một phản ứng thuận nghịch có sự phụ thuộc nhiệt độ Do đó, khả năng giữ màu của betacyanin có thể được duy trì tốt hơn tại nhiệt độ bảo quản thấp Theo Torres và cộng sự (2020), betacyanin ổn định nhất ở 4 °C, trong khi ở 70 °C, tỷ lệ giữ màu của betacyanin suy giảm rõ rệt [81] Một nghiên cứu khác được thực hiện bởi Lombardelli và cộng sự (2021) cũng đã cho thấy rằng nhiệt độ cao hơn

40 °C có thể dẫn đến phân hủy chất màu lớn hơn [82]

2.2.5 Ứng dụng của betacyanin a Ứng dụng trong thực phẩm

Chiết xuất thực vật tự nhiên có chứa betacyanin ngày càng được ưa chuộng trong công nghệ thực phẩm như một giải pháp thay thế an toàn cho các chất tạo màu tổng hợp Theo mục 21 của Bộ luật Quy định Liên bang phần 73.40 thuộc Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA), bột củ dền giàu betanin đã được chấp thuận làm chất tạo màu thực phẩm màu đỏ tự nhiên [15] Nhờ đặc tính ổn định ở pH từ 3 đến 7 mà betalain được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là để tạo màu cho các sản phẩm có tính acid thấp và trung tính Chiết xuất betalain từ củ dền được dùng để tạo màu đỏ cho các món ăn như súp cà chua, nước sốt, bột nhão, món tráng miệng, mứt, kẹo và thạch [72] Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng để bảo vệ thịt khỏi sự đổi màu và kéo dài thời hạn sử dụng [83]

Do lợi ích liên quan đến sức khỏe, betalain cũng được coi là chất bổ sung chế độ ăn uống tự nhiên Các thử nghiệm thực hiện trên các bệnh nhân mắc bệnh động mạch vành đã chỉ ra tác dụng tích cực của thực phẩm bổ sung giàu betalain đối với các yếu tố nguy cơ xơ vữa động mạch Theo đó, 48 bệnh nhân nam tham gia nghiên cứu đã được bổ sung betalain động mạch đều giảm đáng kể [84] Bên cạnh việc cải thiện các chỉ số sinh hóa, betalain còn giúp giảm huyết áp tâm thu và tâm trương hiệu quả với liều dùng an toàn và hiệu quả được xác định là 50 mg betalain/betacyanin mỗi ngày [85] b Ứng dụng bao bì thông minh

Nhu cầu nâng cao thời hạn sử dụng thực phẩm, theo dõi chất lượng sản phẩm liên tục, hạn chế sử dụng chất bảo quản tổng hợp và giảm thiểu tác động môi trường đang thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của bao bì thông minh thế hệ mới trong ngành công nghiệp thực phẩm [86] Đặc tính nhạy cảm với pH của betacyanin đã được ứng dụng để tạo ra màng thông minh, mở ra tiềm năng to lớn trong lĩnh vực bao bì thực phẩm Fadhallah và cộng sự (2023) đã bổ sung betacyanin từ vỏ củ dền vào màng sinh học tinh bột sago để theo dõi tình trạng hư hỏng của thịt gà Bao bì thông minh này cho phép phát hiện sự thay đổi thịt gà, hiển thị màu đỏ tía khi thịt còn tươi ngon và chuyển sang màu vàng nếu thịt bị hỏng [87] Trong một nghiên cứu khác, betacyanin còn được sử dụng trong màng chỉ thị để theo dõi tình trạng sữa dê tươi bằng cách quan sát sự thay đổi màu sắc của màng [88] Nhờ vào những đặc tính nổi bật mà betacyanin ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các loại bao bì cảm biến, giúp theo dõi tình trạng của nhiều loại thực phẩm khác nhau như thịt lợn, cá [89, 90] Ứng dụng betacyanin trong bao bì thông minh không chỉ giới hạn ở vai trò tạo màu phụ gia, chất chống oxy hóa hay chất chống vi khuẩn mà còn được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đổi mới và phát triển các vật liệu đóng gói thông minh cho các sản phẩm thực phẩm c Ứng dụng mỹ phẩm

Trong lĩnh vực làm đẹp, người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến các mỹ phẩm thảo dược được chiết xuất từ các nguyên liệu thiên nhiên, chủ yếu là từ thực vật Chính vì vậy, nguồn betacyanin với những đặc tính nổi bật đã và đang được ứng dụng nhiều trong mỹ phẩm Một nghiên cứu cho thấy sắc tố betacyanin từ thanh long ruột đỏ có thể được sử dụng như chất tạo màu tự nhiên cho son môi Bổ sung chiết xuất betacyanin không chỉ mang lại màu sắc đẹp mắt cho son môi mà còn có khả năng kháng khuẩn, giảm hàm lượng chì và ngăn ngừa môi khô, lão hóa [91] Sari và cộng sự (2021) đã nghiên cứu công thức và sử dụng betacyanin chiết xuất từ củ dền đỏ để bào chế phấn má hồng Kết quả cho thấy, sản phẩm phấn má hồng này không bị nứt vỡ sau khi kiểm tra độ bền và giữ được độ pH ổn định betacyanin được kỳ vọng sẽ trở thành một nguyên liệu mỹ phẩm đầy hứa hẹn trong tương lai d Ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Ngoài ra, chiết xuất betacyanin còn được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác như chiết xuất betacyanin từ củ dền đỏ trong dung môi phân cực làm chất hấp thụ quang trong ứng dụng pin mặt trời nhạy cảm với thuốc nhuộm [93], nhuộm bông và lụa bằng thuốc nhuộm tự nhiên chiết xuất từ thanh long ruột đỏ [94]

2.2.6 Các nghiên cứu về mô hình động học phân hủy betacyanin

Tổng quan về chất giữ ẩm

Sorbitol thuộc nhóm carbohydrate, được gọi là rượu đường hoặc polyol Chúng tan dễ dàng trong nước và có sẵn tự nhiên trong nhiều loại trái cây và rau quả Bên cạnh đó, sorbitol còn được sản xuất từ glucose để ứng dụng trong thực phẩm và đồ uống chế biến nhằm mang lại vị ngọt, cải thiện kết cấu và duy trì độ ẩm [102] Sorbitol 70% là dạng sorbitol thương mại phổ biến nhất, được sản xuất bằng phương pháp cô đặc dưới điều kiện chân không [103]

Hình 2.9 Cấu trúc hóa học của sorbitol [102]

Nhờ khả năng hình thành liên kết hydro với nước, các nhóm hydroxyl trong chất giữ ẩm đóng vai trò quan trọng trong việc giảm lượng nước tự do [104] Nước tự do là yếu tố then chốt thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật và các phản ứng hóa học, dẫn đến sự hư hỏng thực phẩm Do đó, việc sử dụng chất giữ ẩm như sorbitol trong sản phẩm thực phẩm mang lại hiệu quả cao trong việc bảo quản và kéo dài thời hạn sử dụng [105]

Glycerol (hay còn gọi là glycerin) là một chất lỏng không màu, không mùi và có đặc tính nhớt [106] Tên gọi theo IUPAC của nó là propan-1,2,3-triol, cho thấy sự hiện diện của ba nhóm hydroxyl khiến nó hút ẩm và dễ tan trong nước Glycerol hòa tan được trong các chất lỏng phân cực khác nhau nhưng không tan trong các loại rượu bậc cao hơn, dung môi clo và các hợp chất không phân cực như dầu béo và hydrocarbon Do có liên kết hydro giữa các phân tử và bên trong phân tử, glycerin có điểm sôi cao (290°C ở áp suất thường) và độ nhớt lớn (1,412 Pa.s ở nhiệt độ phòng) Glycerol có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và công nghiệp polyme Trong ngành thực phẩm, glycerol thường được thêm vào để tăng khả năng giữ nước và đóng vai trò là dung môi cho các phụ gia thực phẩm khác nhau [20]

Hình 2.10 Cấu trúc hóa học của glycerol

Trong các loại chất giữ ẩm, glycerol được xếp vào loại polyol hút ẩm hiệu quả nhất Tác dụng giữ ẩm của glycerin trong thực phẩm là do khả năng của các nhóm hydroxyl của nó gắn và giữ nước Glycerol là một thành phần lý tưởng trong thực phẩm do một số đặc tính bao gồm không độc hại, dễ tiêu hóa, an toàn cho môi trường, cung cấp hương vị và mùi thơm dễ chịu [20].

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nguyên liệu và hoá chất

Nguyên liệu chính được sử dụng trong bài nghiên cứu là củ dền đỏ (Beta vulgaris L.), có xuất xứ tại Việt Nam, thu mua tại chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức (141 quốc lộ 1A, phường Tam Bình, thành phố Thủ Đức, TP HCM)

Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu được mua tại cửa hàng hóa chất Hóa Nam (TP HCM) có xuất xứ từ Trung Quốc, Mỹ và Việt Nam với độ tinh khiết 99%

Quy trình tạo bột củ dền

Củ dền đỏ sau khi thu mua được rửa trôi bụi bẩn và đất cát Sau đó, tiến hành gọt bỏ vỏ bằng dao đã vô trùng để thu phần thịt củ Phần thịt củ dền sẽ được cắt thành miếng với chiều dày là 3 mm Tiến hành sấy ở 60 °C trong vòng 10 giờ, sử dụng tủ sấy đối lưu (Memmert UF260, Đức) Sau khi kết thúc quá trình sấy, tiến hành nghiền nhỏ thành bột bằng máy nghiền (Y800, Trung Quốc) và sàng qua rây có kích thước lỗ 0,25 mm Bột củ dền đỏ tạo thành sẽ được đồng nhất với nhau, cho vào túi zip tối màu và bảo quản ở tủ đông -18°C để lưu trữ và phục vụ cho quá trình nghiên cứu

Gọt vỏ Cắt lát Sấy

Hình 3.2 Sơ đồ sản xuất bột củ dền

Quy trình tạo dịch chiết betacyanin

Quy trình trích ly betacyanin từ củ dền được thực hiện theo Nistor và cộng sự (2017) với một số điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện thí nghiệm: 4 g mẫu bột củ dền đỏ được phối trộn với 100 ml ethanol 70% Hỗn hợp được lắc với tốc độ 250 vòng/phút ở nhiệt độ

45 °C trong 30 phút (JeioTech, IST - 3075R, Hàn Quốc) Sau khi kết thúc quá trình lắc, tiến hành ly tâm hỗn hợp ở tốc độ 6000 vòng/phút trong 30 phút (Hermle Z366, Đức) Dịch chiết nổi phía trên sau quá trình ly tâm sẽ được giữ lại Sau đó, dịch chiết được đem đi cô đặc chân không ở 50°C (Yamato RE601B – O, Nhật Bản) để loại bỏ dung môi, tăng nồng độ chất khô cho sản phẩm Tất cả dịch chiết sau quá trình cô đặc phải được đồng nhất với nhau rồi mới tiến hành phối trộn theo các công thức bảo quản [107]

Phối trộn dịch trích sau cô đặc theo Bảng 3.1, sau đó bổ sung 0,02 % sodium benzoate và chỉnh về pH 5 bằng HCl Phân phối mẫu vào các ống thủy tinh tối màu sạch và bọc kín bằng giấy bạc để tránh ánh sáng Tiến hành bảo quản mẫu ở 3 nhiệt độ khác nhau: 10 °C (tủ Alaska), 25 °C (tủ vi khí hậu, Memmert ICH750, Đức), 33 °C (nhiệt độ phòng)

Bảng 3.1 Công thức phối trộn dịch màu betacyanin

Mẫu Dịch chiết betacyanin Nước cất Sorbitol Glycerol Nhiệt độ bảo quản

Ghi chú: C, S, G lần lượt là mẫu chuẩn (mẫu không bổ sung chất giữ ẩm), mẫu bổ sung sorbitol, mẫu bổ sung nước cất Các số đi kèm theo sau các ký hiệu (C, S, G) thể hiện nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C)

Nội dung nghiên cứu

Sản xuất bột củ dền

Củ dền được lựa chọn, rửa sạch và sấy Sau đó nghiền, rây thành bột mịn và bảo quản ở -18°C

- Xác định hàm lượng ẩm, hàm lượng tro của bột củ dền

- Xác định thông số màu L * , a * , b * của bột củ dền

Sản xuất dịch chiết betacyanin

- Trích ly betacyanin từ bột củ dền

- Sản xuất các mẫu dung dịch betacyanin khác nhau bằng cách bổ sung nước cất, sorbitol và glycerol vào dịch chiết với tỷ lệ 1:1

- Bảo quản các mẫu dịch chiết betacyanin ở ba nhiệt độ: 10 °C (trong 28 ngày), 25 °C (trong 25 ngày) và

Khảo sát ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) đến hàm lượng betacyanin và sự bền màu của dịch chiết betacyanin theo thời gian

- Xác định hàm lượng betacyanin của dịch chiết theo thời gian tại các nhiệt độ bảo quản

- Xác định các thông số màu L * , a * , b * của dịch chiết betacyanin theo thời gian tại các nhiệt độ bảo quản

Khảo sát ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C,

33 °C) đến khả năng chống oxy hóa của dịch chiết betacyanin sau quá trình bảo quản

- Xác định phần trăm kháng oxy hóa còn lại sau khi kết thúc quá trình bảo quản ở ba nhiệt độ bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH

- Xác định phần trăm kháng oxy hóa còn lại sau khi kết thúc quá trình bảo quản ở ba nhiệt độ bằng phương pháp khử sắt FRAP

Khảo sát động học phân hủy betacyanin

- Xác định hằng số phản ứng (k), thời gian bán hủy (t 1/2 ) của các mẫu dịch chiết ở các nhiệt độ bảo quản khác nhau

- Xác định năng lượng hoạt hóa (E a ) của các mẫu dịch Khảo sát một số chỉ tiêu hóa học của bột củ dền

3.4.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát một số chỉ tiêu của nguyên liệu

❖ Mục đích: Sản xuất bột củ dền và khảo sát các chỉ tiêu: độ ẩm, hàm lượng tro, thông số màu sắc (L*, a*, b*) trong bột nguyên liệu

❖ Cách tiến hành: Độ ẩm được xác định theo phương pháp AOAC 934.01 [108] được mô tả tại mục 3.5.1; hàm lượng tro được xác định theo phương pháp AOAC 923.03 [108] được mô tả tại mục 3.5.2

3.4.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) đến hàm lượng betacyanin và sự bền màu của dung dịch betacyanin theo thời gian

❖ Mục đích: Khảo sát ảnh hưởng của các chất giữ ẩm, nhiệt độ bảo quản đến hàm lượng betacyanin và độ bền màu của dịch chiết betacyanin từ củ dền đỏ

❖ Cách tiến hành: Chuẩn bị mẫu theo bảng 3.1 Lấy mẫu 3 ngày/lần ở nhiệt độ bảo quản

10 °C và 25 °C, lấy mẫu mỗi ngày ở nhiệt độ bảo quản 33 °C Sau khi lấy mẫu, tiến hành xác định các thông số màu sắc và hàm lượng betacyanin Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần

3.4.4 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản đến khả năng chống oxy hoá (bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH và phương pháp khử sắt FRAP) của dung dịch betacyanin sau quá trình bảo quản

❖ Mục đích: Đánh giá ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) đến khả năng năng kháng oxy hoá của của dung dịch betacyanin

❖ Cách thực hiện: Các dung dịch betacyanin bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau và được đánh giá khả năng kháng oxy hoá vào ngày cuối của quá trình bảo quản Khả năng chống oxy hoá của dung dịch betacyanin được xác định bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH (mô tả tại mục 3.5.6) và phương pháp khử sắt FRAP (mô tả tại mục 3.5.7)

3.4.5 Thí nghiệm 4: Khảo sát động học phân huỷ của dung dịch chất màu betacyanin theo thời gian

❖ Mục đích:Đánh giá ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) đến thời gian bán huỷ t 1/2 , năng lượng hoạt hoá (E a ) của dung dịch betacyanin trích ly từ củ dền đỏ

❖ Cách thực hiện: Động học phân huỷ của betalain trong điều kiện bảo quản có xu hướng tuân theo động học bậc một [100] lnC t

C o = −kt Trong đó: Ct và Co là nồng độ betacyanin (mg/L) tại thời điểm t và thời điểm 0 và k là hằng số tốc độ phản ứng (ngày -1 )

Thời gian bán huỷ (t 1/2 ) là thông số biểu thị thời gian mà nồng độ ban đầu của chất màu giảm đi một nửa so với nồng đồ ban đầu: t1

⁄ 2=ln2 k Phương trình Arrhenius được áp dụng để ước tính năng lượng hoạt hoá E a (KJ/mol) của phản ứng phân huỷ [101] ln(k) = ln(k o )− (E a

T) Trong đó: k là hằng số tốc độ phản ứng, R là hằng số khi lý tưởng (8,314 KJ/mol K) và T là nhiệt tuyệt đối (K),

Năng lượng hoạt hoá E a (kJ/mol) được tính bằng tích của hằng số khí lý tưởng R (8,314 KJ/mol K) và độ dốc của đồ thị thu được bằng cách vẽ lnk so với 1/T.

Phương pháp phân tích

3.5.1 Phương pháp xác định độ ẩm nguyên liệu Độ ẩm được xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi theo AOAC 934.01 [108]

❖ Nguyên tắc: Dùng nhiệt độ cao để tách nước tự do ra khỏi nguyên liệu Cân khối lượng thực phẩm trước và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước trong thực phẩm

❖ Cách tiến hành: Sấy đĩa petri ở nhiệt độ 105 °C đến khối lượng không đổi trong vòng

1 giờ Sau đó cho đĩa petri vào bình hút ẩm để làm nguội rồi đem cân ở cân phân tích với độ chính xác 0,0001 g Cân chính xác 3 g mẫu với cân phân tích cùng đĩa petri Sau đó, tiến hành sấy đối lưu đến khối lượng không đổi ở 105 °C trong vòng 6 giờ Sau khi sấy được 3 giờ thì cứ sau 1 giờ tiến hành cân thử 1 lần Lặp lại cho đến khi kết quả của

2 lần cân thử sai khác nhau không quá 0,5 mg Lấy giá trị trung bình của 3 lần lặp

❖ Kết quả: Độ ẩm (%) được tính theo công thức: x = m 1 − m 2 m 1 − m × 100 Trong đó: x: độ ẩm của nguyên liệu (%) m1: khối lượng đĩa petri và mẫu trước khi sấy (g) m2: khối lượng đĩa petri và mẫu sau khi sấy (g) m: khối lượng đĩa petri sau khi sấy đến khối lượng không đổi (g)

3.5.2 Phương pháp xác định hàm lượng tro của nguyên liệu

Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp nung ở nhiệt độ 550 °C trong 5 – 6 giờ theo AOAC 923.03 [108]

❖ Nguyên tắc: Dùng nhiệt độ cao (550 – 600 °C) nung cháy hoàn toàn các chất hữu cơ, phần còn lại đem cân và tính được phần trăm tro trong nguyên liệu

❖ Cách tiến hành: Nung chén sứ trong lò nung ở nhiệt độ 600 °C cho đến khối lượng không đổi Sau đó cho vào bình hút ẩm để làm nguội rồi đem cân ở cân phân tích với độ chính xác 0,0001 g Cân chính xác 3 g bột nguyên liệu vào chén sứ Sau đó, nung ở nhiệt độ 600 °C trong 6 giờ rồi cho vào bình hút ẩm để làm nguội Nung cho đến tro trắng nghĩa là đã loại bỏ hết các chất hữu cơ trong 5 giờ Trường hợp tro còn đen, lấy ra để nguội, cho thêm vài giọt H2O2 10 ml thể tích hoặc HNO3 đậm đặc và nung lại cho đến

2 lần cân tiếp theo không được cách nhau quá 0,0005 g Lấy giá trị trung bình của ba lần lặp

Hàm lượng tro (%) được tính theo công thức:

G2: khối lượng chén sứ và mẫu trước khi nung (g)

G1: khối lượng chén sứ và mẫu trước khi nung (g)

3.5.3 Phương pháp xác định các thông số màu của bột nguyên liệu và dung dịch betacyanin

Các thông số màu của bột nguyên liệu và dung dịch betacyaninđược đo bằng máy so màu CR – 400, Konica Minolta Xác định các giá trị L*, a*, b*

L* biểu thị độ sáng tối màu mẫu đo có giá trị từ 0 (đen) đến 100 (trắng) a* biểu thị mức bão hòa của màu mẫu đo đi từ lục đến đỏ b* biểu thị mức bão hòa của màu mẫu đo đi từ xanh lam đến vàng

3.5.4 Phương pháp xác định hàm lượng betacyanin của dung dịch

Hàm lượng betacyanin trong dung dịch được phân tích tham chiếu theo Liaotrakoon và cộng sự (2013), có sự hiệu chỉnh cho phù hợp Mẫu được phân tích bằng cách đo độ hấp thụ quang bằng UV – VIS tại bước sóng 538 nm Công thức tính hàm lượng betacyanin (mg/L mẫu) được trình bày như sau:

A: độ hấp thụ tại bước sóng 538 nm

DF: độ pha loãng ɛ: khả năng hấp thụ phân tử (6,5 ×10 4 L/mol.cm trong H2O)

MW: Khối lượng phân tử (550 g/mol)

Phần trăm betacyanin còn lại (%) t

BC0 là hàm lượng betacyanin ban đầu

BCt là hàm lượng betacyanin tại ngày t Độ bền màu của dịch chiết betacyanin được phân tích trong thời gian 18 ngày (đối với mẫu lưu trữ ở nhiệt độ 33 °C), 25 ngày (đối với mẫu lưu trữ ở nhiệt độ 25 °C), 28 ngày (đối với mẫu lưu trữ ở nhiệt độ 10 °C) Ngoài ra, chất giữ ẩm và nhiệt độ bảo quản cũng được khảo sát để nghiên cứu ảnh hưởng đến sự phân hủy betacyanin Sự thay đổi mật độ hấp thu của dịch chiết betacyanin trong các mẫu được lưu giữ ở điều kiện trong bóng tối được ghi nhận bằng máy quang phổ UV – VIS Giá trị hàm lượng betacyanin trong các khoảng thời gian nghiên cứu được tính toán và đánh giá mức độ phân hủy betacyanin

3.5.5 Phương pháp khử gốc tự do DPPH

❖ Nguyên tắc: Phương pháp DPPH: 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) là một gốc tự do bền, có màu tím và có độ hấp thu cực đại ở bước sóng 517 nm Khi có mặt chất chống oxy hóa, nó sẽ bị khử thành 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazine (DPPH-H), có màu vàng [109] Phương pháp này được chọn vì thử nghiệm đơn giản, dễ dàng, nhanh chóng và chỉ cần một lượng mẫu nhỏ Đo độ hấp thu tại bước sóng 517 nm để xác định khả năng khử gốc DPPH của chất chống oxy hóa trong mẫu cần phân tích

❖ Cách tiến hành a Chuẩn bị hoá chất

Dung dịch DPPH (0,039 g/l): Câc chính xác 0,0039 g DPPH Sau đó hoà tan 0,0039 g DPPH với khoảng 50 ml methanol và định mức lên 100 ml bằng methanol

Dung dịch chuẩn gốc ascorbic acid (1000 μg/ml): Cân 0,1 g ascorbic acid (chính xác đến 0,0001), hoà tan với 50 ml methanol rồi định mức lên 100 ml bằng methanol b Dựng đường chuẩn

Cho vào mỗi ống nghiệm 0,1 ml dung dịch ascorbic acid pha loãng ở các nồng độ từ

0 – 90 (μg/ml) và 3,9 ml dung dịch DPPH (0,039g/l) Lắc đều ống nghiệm và để yên trong bóng tối trong 30 phút Đo độ hấp thụ tại bước sóng 517 nm, với mẫu chuẩn là methanol Kết quả đường chuẩn % ức chế DPPH theo nồng độ ascorbic acid được biểu diễn ở Hình 3.3 c Phân tích mẫu

Pha loãng mẫu ở nồng độ thích hợp Các bước tiếp theo thực hiện tương tự như cách dựng đường chuẩn nhưng thay dịch chuẩn ascorbic acid bằng mẫu betacyanin d Tính toán kết quả

Phần trăm ức chế DPPH được xác định theo công thức:

Nồng độ ascorbic acid(ug/ml) Đường chuẩn ascorbic acid

Hình 3.3 Đường chuẩn % DPPH theo nồng độ ascorbic acid

Am: Mật độ quang ống chứa mẫu bảo quản

Phần trăm kháng oxy hoá còn lại được tính toán theo công thức:

Phần trăm kháng oxy hoá còn lại (%) =A t × 100

At: Khả năng kháng oxy hoá sau t ngày bảo quản (mg ascorbic acid/ml mẫu)

A0: khả năng kháng oxy hoá ban đầu (mg ascorbic acid/ml mẫu)

3.5.6 Phương pháp khử sắt FRAP

❖ Nguyên tắc: Phương pháp khử sắt dựa trên nguyên tắc khi có sựhiện diện của chất chống oxy hóa thì K3Fe(CN)6 sẽ phản ứng với chất chống oxy hóa tạo thành phức K4Fe(CN)6 Sau đó, K4Fe(CN)6 tiếp tục phản ứng với FeCl3tạo thành KFe[Fe(CN)6] phức này được phát hiện ở bước sóng 700nm [110]

❖ Cách tiến hành a Chuẩn bị hoá chất

- Đệm phosphate (0,2M pH = 6,6): Cân lần lượt 8 g NaCl; 0,2 g KCl; 3,58 g

Na2HPO4.12H2O; 0,24g KH2PO4 và hòa tan cùng khoảng 200 ml nước cất Sau đó định mức lên 1000 ml bằng nước cất Sau khi định mức, chỉnh về pH = 6,6 bằng HCl và bảo quản ở nhiệt độ phòng

- K3Fe(CN)6 (1%): Cân 1 g K3Fe(CN)6, sau đó hòa tan với khoảng 50 ml nước cất và định mức lên 100 ml bằng nước cất

- Cl3CCOOH (10%): Cân 10 g Cl3CCOOH, sau đó hòa tan với khoảng 50 ml nước cất và định mức lên 100 ml bằng nước cất

- FeCl3.6H20 (0.1%): Cân 0,7 g FeCl3, sau đó hòa tan với khoảng 50 ml nước cất và định mức lên 100 ml bằng nước cất

- Dung dịch ascorbic acid chuẩn (1000 μg/ml): Cân 0,1 g ascorbic acid, sau đó hòa tan với khoảng 50 ml nước cất và định mức lên bằng 100 ml nước cất b Dựng đường chuẩn

Cho 0,2ml ascorbic acid ở các nồng độ pha loãng khác nhau (0, 10, 20, 30, 40, 50 μg/ml), 0,6 ml K3Fe(CN)6 và 0,6 ml đệm phosphate vào ống nghiệm Lắc đều và ủ ở 50°C trong vòng 20 phút Thêm 0,6 ml Cl3CCOOH, 2 ml nước cất và 0,4 ml FeCl3 và lắc đều Tiến hành đo độ hấp thụ tại bước sóng 700 nm, với mẫu được sử dụng là nước cất Kết quả giá trị độ hấp thụ theo nồng độ ascorbic acid được biểu diễn ở Hình 3.4 c Phân tích mẫu

Pha loãng mẫu ở nồng độ thích hợp Các bước tiếp theo thực hiện tương tự cách dựng đường chuẩn nhưng thay dịch chuẩn ascorbic acid bằng mẫu betacyanin d Tính toán kết quả

Khả năng kháng oxy hoá theo phương pháp khử sắt FRAP được tính theo công thức:

FRAP (mgAAE/ml mẫu) = a × DF Trong đó: a (mg/ml): Nồng độ ascorbic acid từ đường chuẩn

DF: Hệ số pha loãng

3.5.7 Phương pháp xử lý số liệu

Tất cả kết quả được biểu thị bằng giá trị trung bình ± SD (độ lệch chuẩn) Quy trình phân tích phương sai (ANOVA) được thực hiện ở mức ý nghĩa p < 0,05 bằng phần mềm Minitab (version 17.1) và Microsoft Excel 2016 Sự khác biệt được chấp nhận là có ý nghĩa y = 0.0049x R² = 0.9993

Nồng độ ascorbic acid (ug/ml) Đường chuẩn ascorbic acid

Hình 3.4 Đường chuẩn độ hấp thụ theo nồng độ ascorbic acid

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN

Khảo sát một số chỉ tiêu của nguyên liệu

Để tiến hành nghiên cứu chiết xuất chất màu betacyanin hiệu quả, việc đánh giá các chỉ tiêu của bột nguyên liệu đóng vai trò quan trọng Các chỉ tiêu này cung cấp thông tin thiết yếu về đặc tính của nguyên liệu, ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất và chất lượng sản phẩm thu được Bảng 4.1 dưới đây trình bày kết quả phân tích các chỉ tiêu của bột củ dền đỏ bao gồm độ ẩm, hàm lượng tro, và thông số màu sắc L*, a*, b* của bột nguyên liệu

Bảng 4.1 Một số chỉ tiêu củ bột củ dền đỏ

Chỉ tiêu bột củ dền đỏ Độ ẩm (%) Hàm lượng tro

6,01 ± 0,26 5,53 ± 0,21 10,23 ± 0,23 16,19 ± 0,14 4,03 ± 0,11 Độ ẩm của bột củ dền đỏ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả trích ly và chất lượng sản phẩm cuối cùng Độ ẩm quá cao có thể gây khó khăn trong quá trình bảo quản nguyên liệu và ảnh hưởng đến độ ổn định của betacyanin trong thời gian bảo quản [111] Ngược lại, độ ẩm quá thấp có thể làm cho bột khó hòa tan và phân tán trong dung môi, làm giảm hiệu quả chiết xuất Kết quả phân tích trên cho thấy hàm lượng ẩm của bột củ dền đỏ nghiên cứu đạt giá trị 6,01% Độ ẩm này được đánh giá là hợp lý với yêu cầu bảo quản của các loại bột nói chung và phù hợp để tiến hành nghiên cứu trích ly betacyanin

Bên cạnh đó, bột củ dền đỏ có hàm lượng tro là 5,53 % Kết quả này tương đồng với số liệu hàm lượng tro thu được trong các nghiên cứu khác (5,06%; [112] và 5,23%; [113])

Sự chênh lệch nhỏ giữa các kết quả nghiên cứu có thể xuất phát từ một số yếu tố như giống củ dền đỏ sử dụng, điều kiện canh tác, phương pháp thu hoạch và quá trình tạo bột củ dền đỏ

Hình 4.1 Bột củ dền đỏ nghiên cứu

Kết quả đo màu thu được giá trị L*, a*, b* của bột củ dền đỏ lần lượt là 10,23; 16,19 và 4,03 So sánh với dữ liệu từ các nghiên cứu trước đây, giá trị a* và b* của mẫu bột củ dền đỏ trong nghiên cứu này thể hiện sự tương đồng với kết quả của Bunka và cộng sự (2022) (L*,94; a*,62; b*=3,75, [113]) và một nghiên cứu trước đó của Hamid và cộng sự (2018) (L*: 23,11; a*: 16,15; b*: 3,89, [114]) Mặc dù giá trị L* có phần thấp hơn so với một số nghiên cứu khác Tuy nhiên sự chênh lệch này là không đáng kể vì kết quả thu được có thể bị ảnh hưởng tùy thuộc vào đặc điểm của từng giống củ dền đỏ hay phương pháp chuẩn bị mẫu đo Bárta và cộng sự (2020) đã nghiên cứu đặc điểm của các loại giống củ dền đỏ khác nhau và cho thấy các thông số màu của bột củ dền đỏ phụ thuộc đáng kể vào giống [115] Ngoài ra, điều kiện đo lường khác nhau, chẳng hạn như nguồn sáng, góc chiếu sáng và thiết bị đo, cũng có thể góp phần vào sự khác biệt về kết quả.

Ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) đến hàm lượng betacyanin và độ bền màu của dung dịch betacyanin theo thời gian

°C, 33 °C) đến hàm lượng betacyanin và độ bền màu của dung dịch betacyanin theo thời gian

4.2.1 Ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C,

25 °C, 33 °C) đến hàm lượng betacyanin trong dung dịch betacyanin theo thời gian

Hàm lượng betacyanin là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng của dịch chiết trong quá trình bảo quản [99] Phân tích ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản đến hàm lượng betacyanin cung cấp thông tin hữu ích để lựa chọn phương pháp bảo quản phù hợp, góp phần kéo dài thời hạn sử dụng và nâng cao chất lượng dịch chiết betacyanin a Ảnh hưởng của chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) đến hàm lượng betacyanin của dung dịch màu theo thời gian

Bảng 4.2 Phần trăm betacyanin còn lại (%) của các mẫu bảo quản ở nhiệt độ 10°C, 25°C, 33°C

Các chữ cái (A, B, C,…), (a, b, c…) khác nhau trong cùng một hàng/cột thể hiện sự khác biệt có nghĩa thống kê (p < 0,05)

Kết quả Bảng 4.2 cho thấy, phần trăm betacyanin còn lại của mẫu có bổ sung chất giữ ẩm đều cao hơn đáng kể so với phần trăm betacyanin còn lại của mẫu C (mẫu bổ sung nước) ở các nhiệt độ bảo quản khác nhau Cụ thể, ngày 17 ở nhiệt độ 25 °C, phần trăm betacyanin còn lại của mẫu S33 và G33 lần lượt là 65,10 % và 70,68 %, cao hơn phần trăm betacyanin còn lại của mẫu C33 (52,89 %) Tương tự, ngày 15 ở nhiệt độ 33 °C phần trăm betayanin còn lại của mẫu C33 (21,95 %), thấp hơn đáng kể so với phần trăm betacyanin còn lại của mẫu S33 (40,86 %) và G33 (52,75 %) Nguyên nhân là vì betacyanin là sắc tố nitơ tan trong nước, do đó sự hiện diện của nước có thể làm tăng tốc độ thuỷ phân betacyanin và làm suy giảm hàm lượng betacyanin [78, 116] Các polyol (sorbitol, glycerol) cung cấp nhóm hydroxyl (-OH) tương tác hình thành liên kết hydro với các phân tử nước trong dịch chiết betacyanin làm giảm hoạt độ nước, từ đó hàm lượng betacyanin được ổn định hơn [78] Điều này cũng đã được chứng minh trong nghiên cứu của Cai và cộng sự (2001), hàm lượng betacyanin tăng từ 19,1 % lên 92,7 % khi hoạt độ nước giảm từ 23,4 % xuống dưới 5 % [117] Nghiên cứu của Kowalsaka và cộng sự (2020) cũng báo cáo việc sử dụng polyol có thể làm giảm hàm lượng nước tự do trong các sản phẩm thực phẩm [118]

Tuy nhiên ở nhiệt độ 25 °C và 33 °C, phần trăm betacyanin còn lại của mẫu bổ sung glycerol và của mẫu bổ sung sorbitol có sự khác biệt Cụ thể tại ngày 25, phần trăm betacyanin còn lại của mẫu G25 (54,28 %) cao hơn đáng kể (p < 0,05) so với của mẫu S25 (45,94 %) Tương tự ở ngày 11, phần trăm betacyanin còn lại của mẫu bổ sung glycerol cao hơn phần trăm betacyain còn lại của mẫu bổ sung glycerol G33 (60,14 %) cao hơn phần trăm betacyanin còn lại của mẫu bổ sung sorbitol S33 (56,64 %) Kết quả thí nghiệm cho thấy mặc dù glycerol có ít nhóm -OH hơn sorbitol nhưng mẫu bổ sung glycerol lại có tác dụng tích cực đến độ ổn định của betacyanin vì có phần trăm betacyanin giữ lại nhiều hơn mẫu bổ sung sorbitol khi nhiệt độ bảo quản tăng từ 25 °C đến 33 °C b Ảnh hưởng của nhiệt độ (10 °C, 25 °C, 33 °C) và thời gian bảo quản đến hàm lượng betacyanin theo thời gian

Dữ liệu Bảng 4.2 cho thấy phần trăm betacyanin còn lại trong các mẫu bổ sung nước (C), mẫu bổ sung sorbitol (S) và mẫu bổ sung glycerol (G) giảm dần khi nhiệt độ bảo quản tăng Cụ thể, ngày 17 ở nhiệt độ 10 °C và 25 °C, phần trăm betacyanin còn lại của các mẫu C10, S10, G10 lần lượt là 85,99 %; 89,51 % và 88,13 %, đều cao hơn đáng kể phần trăm betacyanin còn lại của các mẫu C25 (52,89 %), S25 (65,10 %), G25 (70,68 %) Tương tự ở ngày 14, khi nhiệt độ tăng từ 25 °C đến 33 °C thì phần trăm betacyanin còn lại của mẫu C25 (57,30 %) cao hơn so với phần trăm betacyanin của mẫu C33 (26,00 %) Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ bảo quản càng tăng thì phần trăm betacyanin còn lại của các mẫu càng giảm Theo Azeredo (2009), betacyanin tương đối nhạy cảm với nhiệt độ, nhiệt độ cao xúc tác quá trình phân huỷ betacyanin theo ba cơ chế chính sau: đồng phần hoá, decarboxyl hoá hoặc phân cắt betanin vì vậy làm suy giảm hàm lượng betacyanin trong mẫu [78] Xu hướng tương tự cũng được ghi nhận trong nghiên cứu của Das và cộng sự (2019) Khi tăng nhiệt độ bảo quản thì sự suy giảm betacyanin từ dịch chiết rau dền đỏ (Amaranthus cruentus) diễn ra nhanh hơn [119]

Song song với nhiệt độ bảo quản thì thời gian kéo dài cũng ảnh hưởng đến hàm lượng betacyanin Kết quả thí nghiệm cho thấy hàm lượng betacyanin của tất cả các mẫu bảo quản đều có xu hướng giảm dần theo thời gian bảo quản Cụ thể ở nhiệt độ 25 °C, phần trăm betacyanin còn lại của mẫu S25 tại ngày 17 (67,41 %) giảm khoảng 1,4 lần so với ngày đầu tiên (97,01 %) Nguyên nhân do trong củ dền đỏ có các enzyme nội sinh như β – glucosidase, polyphenol oxidase (PPO) và peroxidase Điển hình là enzyme PPO xúc tác phản ứng oxy hoá betacyanin, tạo ra các quinon bằng cách xúc tác oxy hoá các nhóm phenolic trong cấu trúc betacyanin thành các gốc tự do phenoxy (phenoxy radical) Gốc tự do phenoxy có tính khử cao, tiếp tục phản ứng với oxy không khí để tạo ra các quinon có màu nâu sẫm [78] Vì vậy hàm lượng betacyanin càng suy giảm khi thời gian bảo quản càng kéo dài Leong và cộng sự (2018) cũng thu được xu hướng tương tự, phần trăm betacyanin còn lại trích ly từ vỏ thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) có sự giảm dần theo thời gian [120]

4.2.2 Ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C,

25 °C, 33 °C) đến sự bền màu của dung dịch betacyanin theo thời gian

Ngoài hàm lượng betacyanin, sự bền màu của dung dịch cũng là một yếu tố quan trọng Vì vậy, sự thay đổi màu sắc của dung dịch màu theo thời gian cũng được khảo sát Các dung dịch betacyanin được đánh giá độ ổn định màu ở ba mức nhiệt độ khác nhau (33 °C, 25 °C và 10 °C) trong thời gian bảo quản tối đa (18, 25 và 28 ngày tương ứng) Đặc tính màu của dung dịch betacyanin được đánh giá qua các thông số L*, a*, b* và hình ảnh chụp dưới điều kiện ánh sáng đồng nhất, giúp so sánh sự thay đổi màu sắc trực quan ở các điều kiện nhiệt độ và chất giữ ẩm khác nhau Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Hình 4.2 và Bảng 4.3, 4.4, 4.5.

Hình 4.2 Sự thay đổi màu sắc của dung dịch betacyanin tại ngày 0, 18, 25 và 28

B ản g 4 3 Sự thay đổi chỉ số màu sắc của dung dịch betacyanin theo thời gian ở 10 °C thông qua các giá trị L*, a*, b* L*a*b* C10S10G10C10S10G10C10S10G10 018,88 ± 0,05Ba 18,82 ± 0,04C D a 18,84 ± 0,06Aa 1.93 ± 0.08Aa 1.5 ± 0.03A B c 1.78 ± 0.06Ab 0,92 ± 0,03Ba 0,96 ± 0,02Aa 0,98 ± 0,03Aa 118,93 ± 0,09A B a 18,80 ± 0,67Da 18,89 ± 0,10Aa 1.98 ± 0.05Aa 1.68 ± 0.08Ab 1.78 ± 0.04Ab 1,00 ± 0,07A B a 0,93 ± 0,06Aa 0,96 ± 0,09Aa 218,99 ± 0,18A B a 18,81 ± 0,09Da 18,88 ± 0,06Aa 2.03 ± 0.13Aa 1.69 ± 0.08Ab 1.76 ± 0.04Ab 0,97 ± 0,04A B a 0,96 ± 0,05Aa 1,00 ± 0,02Aa 319,07 ± 0,16A B a 18,83 ± 0,07C D a 18,92 ± 0,10Aa 1.96 ± 0.06Aa 1.69 ± 0.09A B b 1.75 ± 0.06Ab 1,06 ± 0,04A B a 0,98 ± 0,02Aa 1,08 ± 0,07Aa 719,08 ± 0,05A B a 18,84 ± 0,06C D a 18,89 ± 0,23Aa 2.01 ± 0.06Aa 1.51 ± 0.07B C c 1.72 ± 0.02Ab 1,10 ± 0,08A B a 1,01 ± 0,13Aa 1,08 ± 0,03Aa 919,14 ± 0,16A B a 18,83 ± 0,09C D b 18,90 ± 0,08A ab 1.82 ± 0.31Aa 1.35 ± 0.13Ca 1.75 ± 0.06Aa 0,99 ± 0,05A B a 1,05 ± 0,07Aa 1,08 ± 0,08Aa 1119,13 ± 0,06A B a 18,99 ± 0,03A B C D a 19,03 ± 0,46Aa 1.83 ±0.25Aa 1.21 ± 0.01Cb 1.72 ± 0.1Aa 1,18 ± 0,13Aa 1,01 ± 0,09Aa 1,07 ± 0,24Aa 1419,14 ± 0,02A B a 18,89 ± 0,05A B C D b 19,29 ± 0,13Aa 1.86 ± 0.06Aa 1.233± 0.1Cb 1.83 ± 0.09Aa 0,96 ± 0,04A B a 0,98 ± 0,08Aa 1,08 ± 0,11Aa 1719,17 ± 0,04A B a 19,11 ± 0,12Aa 19,11 ± 0,05Aa 1.84 ± 0.02Aa 1.21 ± 0.13Cb 1.74 ± 0.04Aa 1,17 ± 0,15Aa 0,97 ± 0,07Aa 1,07 ± 0,15Aa 1919,18 ± 0,05A B a 19,03 ± 0,11A B C a 19,17 ± 0,09Aa 1.86 ± 0.05Aa 1.19 ±0.13Cb 1.73 ± 0.03Aa 0,97 ± 0,06A B a 0,97 ± 0,05Aa 1,06 ± 0,06Aa 2219,19 ± 0,06Aa 19,07 ± 0,09A B a 19,15 ± 0,13Aa 1.91 ± 0.06Aa 1.12 ± 0.01Cc 1.75 ± 0.04Ab 1,07 ± 0,02A B a 0,99 ± 0,06Aa 1,03 ± 0,07Aa 2519,22 ± 0,13Aa 18,87 ± 0,04B C D b 18,85 ± 0,04Ab 1.82 ± 0.04Aa 1.26 ± 0.02Cb 1.77 ± 0.01Aa 0,98 ± 0,01A B a 0,94 ± 0,09Aa 1,08 ± 0,09Aa 2819,22 ± 0,13Aa 18,87 ± 0,06B C D b 18,90 ± 0,04Ab 1.84 ± 0.09Aa 1.35 ±0.00B C b 1.80 ± 0.07Aa 1,09 ± 0,15A B a 0,96 ± 0,16Aa 1,03 ± 0,02Aa hữ cái (a,b,c,…), (A,B,C,…) khác nhau trong cùng một hàng/cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)

B ản g 4 4 Sự thay đổi chỉ số màu sắc của dung dịch betacyanin theo thời gian ở 25 °C thông qua các giá trị L*, a*, b* C

L*a*b* C25S25G25C25S25G25C25S25G25 018,88 ± 0,05Ba 18,82 ± 0,04Ca 18,84 ± 0,06Aa 1,93 ± 0,08A B a 1,50 ± 0,03B C D c 1,78 ± 0,06Db 0,92 ± 0,03Ba 0,96 ± 0,02Aa 0,98 ± 0,03Aa 118,88 ± 0,02Ba 18,98 ± 0,06A B C a 19,01 ± 0,19Aa 1,98 ± 0,09Ab 1,78 ± 0,05A B b 2,64 ± 0,1B C a 0,98 ± 0,02A B a 0,95 ± 0,04Aa 1,03 ± 0,05Aa 218,93 ± 0,02Ba 18,99 ± 0,07A B C a 19,01 ± 0,02Aa 1,99 ± 0,06Ab 1,78 ± 0,03A B c 2,79 ± 0,07A B a 0,99 ± 0,03A B b 0,98 ± 0,5Ab 1,15 ± 0,06Aa 318,88 ± 0,39Ba 18,96 ± 0,12A B C a 18,99 ± 0,07Aa 1,78 ± 0,01A B C D b 1,81 ± 0,05A B b 2,88 ± 0,16A B a 1,02 ± 0,01A B b 1,03 ± 0,03Ab 1,13 ± 0,06Aa 719,21 ± 0,12A B a 18,87 ± 0,04B C b 18,95 ± 0,02Ab 1,78 ± 0,06A B C D b 1,87 ± 0,09Ab 3,12 ± 0,21Aa 1,16 ± 0,18A B a 0,96 ± 0,08Aa 1,10 ± 0,05Aa 919,39 ± 0,22A B a 18,92 ± 0,23A B C a 19,02 ± 0,21Aa 1,89 ± 0,15A B C b 1,76 ± 0,26A B C b 3,05 ± 0,09Aa 1,23 ± 0,11Aa 1,07 ± 0,04Aa 1,12 ± 0,08Aa 1119,24 ± 0,07A B a 18,96 ± 0,22A B C a 19,00 ± 0,02Aa 1,78 ±0,1A B C D b 1,91 ± 0,23Ab 2,78 ± 0,14A B a 1,10 ± 0,14A B a 1,06 ± 0,06Aa 1,09 ± 0,06Aa 1419,38 ± 0,11A B a 18,98 ± 0,14A B C b 18,91 ± 0,04Ab 1,71 ± 0,04B C D E b 1,70 ± 0,04A B C D b 2,61 ± 0,09B C a 1,00 ± 0,09A B a 0,94 ± 0,08Aa 1,04 ± 0,16Aa 1719,64 ± 0,39Aa 18,95 ± 0,17A B C b 18,91 ± 0,07Ab 1,66 ± 0,01C D Eb 1,70 ± 0,05A B C D b 2,37 ± 0,02Ca 1,14 ± 0,08A B a 0,94 ± 0,03Ab 1,083 ± 0,06A ab 1919,57 ± 0,18Aa 19,10 ± 0,08A B C b 18,94 ± 0,05Ab 1,63 ± 0,19C D Eb 1,44 ± 0,06C D b 2,40 ± 0,08Ca 0,93 ± 0,12Ba 0,91 ± 0,09Aa 1,12 ± 0,04Aa 2219,58 ± 0,04Aa 19,21 ± 0,13A B b 19,11 ± 0,12Ab 1,51 ± 0,07A Eb 1,39 ± 0,03Db 2,32 ± 0,22Ca 1,02 ± 0,03A B a 0,97 ± 0,07Aa 1,11 ± 0,09Aa 2519,58 ± 0,04Aa 19,27 ± 0,07Ab 19,13 ± 0,10Ab 1,57 ± 0,03D Eb 1,39 ± 0,02Dc 2,30 ± 0,02Ca 1,16 ± 0,12A B a 1,04 ± 0,08Aa 1,13 ± 0,10Aa hữ cái (a,b,c,…), (A,B,C,…) khác nhau trong cùng một hàng/cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)

B ản g 4 5 Sự thay đổi chỉ số màu sắc của dung dịch betacyanin theo thời gian ở 33 °C thông qua các giá trị L*, a*, b* L*a*b* C33S33G33C33S33G33C33S33G33 18,88 ± 0,05Ca 18,82 ± 0,04Aa 18,84 ± 0,06Aa 1,93 ± 0,08Da 1,50 ± 0,03Ec 1,78 ± 0,06Hb 0,92 ± 0,03Da 0,96 ± 0,02B C a 0,98 ± 0,03Aa ,09 ± 0,03B C a 18,94 ± 0,36Aa 18,91 ± 0,08Aa 1,88 ± 0,02Db 1,56 ± 0,04D Ec 2,31 ± 0,15Ga 0,97 ± 0,05C D a 0,94 ± 0,03Ca 1,09 ± 0,17Aa ,41 ± 0,06A B a 18,91 ± 0,14Aa 18,90 ± 0,35Aa 2,08 ± 0,02C D b 1,84 ± 0,03C D Eb 3,12 ± 0,17EFa 0,98 ± 0,05C D b 1,10 ± 0,12A B C ab 1,24 ± 0,09Aa ,40 ± 0,05A B a 18,98 ± 0,05Ab 18,90 ± 0,14Ab 1,98 ± 0,03Db 1,96 ± 0,14B C D b 3,00 ± 0,24Fa 0,98 ± 0,15C D a 1,13 ± 0,15A B C a 1,21 ± 0,02Aa ,40 ± 0,02A Ba 18,95 ± 0,05Aa 18,72 ± 0,47Aa 1,97 ± 0,01Dc 2,67 ± 0,18Ab 3,58 ± 0,10A BC D E a 1,00 ± 0,04CD b 1,25 ± 0,11Aa 1,20 ± 0,09A ab ,44 ± 0,15A B a 19,83 ± 0,12Ab 18,92 ± 0,11Ab 2,15 ± 0,03B C D b 2,06 ± 0,21B C b 3,68 ± 0,18A B C D a 1,07 ± 0,03B C D a 1,24 ± 0,21A B a 1,12 ± 0,17Aa ,47 ± 0,11A B a 18,92 ± 0,15Ab 18,84 ± 0,25Ab 2,20 ± 0,09A B C D b 2,29 ± 0,23A B C b 3,75 ± 0,18A B C D a 1,02 ± 0,07C D b 1,26 ± 0,05Aa 1,14 ± 0,07A ab ,49 ± 0,08A B a 19,08 ± 0,37Aa 18,98 ± 0,19Aa 2,37 ± 0,06A B C b 2,31 ± 0,19A B b 3,74 ± 0,24A B C D a 1,12 ± 0,11B C D a 1,21 ± 0,06A B C a 1,01 ± 0,13Aa 19,6 ± 0,07Aa 19,21 ± 0,06Ab 19,20 ± 0,15Ab 2,50 ± 0,06Ab 2,00 ± 0,09B C D c 3,98 ± 0,09Aa 1,16 ± 0,07A B C D a 1,19 ± 0,08A B C a 1,06 ± 0,10Aa 19,61 ± 0,18Aa 19,22 ± 0,30Aa 19,16 ± 0,10Aa 2,36 ± 0,08A B C b 2,14 ± 0,10B C b 3,92 ± 0,11A B a 1,23 ± 0,14A B C b 1,19 ± 0,10A B C b 1,08 ± 0,21Aa ,53 ± 0,19A B a 19,18 ± 0,14Aa 19,20 ± 0,16Aa 2,10 ± ± 0,18B C D b 2,00 ± 0,15B C D b 3,90 ± 0,25A B a 1,17 ± 0,20A B C D a 1,20 ± 0,04A B C a 1,03 ± 0,06Aa 19,66 ± 0,19Aa 19,24 ± 0,11A ab 19,18 ± 0,21Aa 2,11 ± 0,11B C D D b 2,00 ± 0,05B C D b 3,83 ± 0,24A B C a 1,26 ± 0,08A B C a 1,20 ± 0,06A B C a 1,06 ± 0,10Aa 19,67 ± 0,29Aa 19,23 ± 0,19A ab 19,07 ± 0,01Ab 2,09 ± 0,01C D b 2,19 ± 0,30B C b 3,55 ± 0,16A B C D E a 1,25 ± 0,04A B C a 1,19 ± 0,06A B C ab 1,09 ± 0,03Ab 19,70 ± 0,12Aa 19,14 ± 0,03Ab 19,08 ± 0,01Ab 1,93 ± 0,02Db 2,03 ± 0,18B C b 3,34 ± 0,17C D EFa 1,26 ± 0,03A B C a 1,20 ± 0,07A B C ab 1,05 ± 0,12Ab ,69 ± 0,290Aa 19,05 ± 0,20Ab 19,17 ± 0,07Ab 1,91 ± 0,25Db 2,13 ± 0,07B C b 3,26 ± 0,16C EFa 1,20 ± 0,10A B C D a 1,20 ± 0,10A B C a 1,03 ± 0,20Aa 19,71 ± 0,23Aa 19,23 ± 0,10Ab 19,05 ± 0,05Ab 2,13 ± 0,19B C D b 2,14 ± 0,03B C b 3,44 ± 0,030B C D EF a 1,25 ± 0,06A B C a 1,23 ± 0,06A B a 1,11 ± 0,11Aa 19,71 ± 0,26Aa 19,26 ± 0,14Ab 19,07 ± 0,11Ab 2,34 ± 0,10A B C b 2,19 ± 0,1B C b 3,11 ± 0,03EFa 1,32 ± 0,08A B a 1,27 ± 0,13Aa 1,13 ± 0,13Aa 19,76 ± 0,19Aa 19,30 ± 0,14Ab 19,17 ± 0,14Ab 2,44 ± 0,11A B b 2,16 ± 0,20B C b 3,69 ± 0,12A B C D a 1,42 ± 0,18Aa 1,27 ± 0,04A ab 1,06 ± 0,05Ab 19,81 ± 0,11Aa 19,23 ± 0,25Ab 19,19 ± 0,08Ab 2,19 ± 0,18A B C D b 2,17 ± 0,08B C b 3,72 ± 0,20A B C D a 1,44 ± 0,06Aa 1,27 ± 0,05Aa 1,07 ± 0,10Ab cái (a,b,c,…), (A,B,C,…) khác nhau trong cùng một hàng/cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) a Ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) sự bền màu của dung dịch betacyanin theo thời gian

Bảng 4.3 cho thấy kết quả thông số màu sắc L*, a*, b* đều không có sự khác biệt đáng kể giữa mẫu C10, S10 và G10 ở những ngày đầu bảo quản Tuy nhiên, sau 25 ngày, mẫu không bổ sung chất giữ ẩm (C10) thể hiện sự thay đổi đáng kể (p < 0,05) về độ sáng so với ngày đầu tiên, với giá trị L* tăng từ 18,88 đến 19,22 Giá trị L* tăng lên cho thấy các mẫu C10 sau 25 ngày có màu sắc sáng hơn so với ngày đầu bảo quản Trong khi đó, cũng tại ngày 25, mẫu bổ sung sorbitol (S10) và glycerol (G10) có giá trị L* dao động ít hơn, với giá trị L* lần lượt là 18,87 và 18,85, không có sự khác biệt đáng kể so với ngày đầu bảo quản Ngày 28 của quá trình bảo quản cũng cho thấy xu hướng tương tự, với thông số L* của S10 và G10 lần lượt là 18,87 và 18,90, thấp hơn rõ rệt so với giá trị L* của mẫu C10 (19,22; p < 0,05) Mặc dù giá trị L* cho thấy sự khác biệt giữa các mẫu, tuy nhiên các chỉ số a* và b* của cả ba mẫu C10, S10 và G10 đều thể hiện sự ổn định trong suốt quá trình bảo quản Ở nhiệt độ 25 °C và 33 °C, sự thay đổi về thông số màu của các mẫu không bổ sung chất giữ ẩm diễn ra rõ rệt hơn so với các mẫu có bổ sung chất giữ ẩm (Bảng 4.4 và Bảng 4.5) Cụ thể, từ ngày 17 trở đi, các giá trị L* của mẫu C25 đã bắt đầu thể hiện sự khác biệt so với ngày đầu (p < 0,05) Trong khi đó, sau 22 ngày, các mẫu S25 mới bắt đầu có sự thay đổi nhỏ về độ sáng L* Thậm chí ở ngày 25, thông số L* của mẫu G25 được nhận thấy vẫn không có sự khác biệt đáng kể so với ngày đầu bảo quản Xu hướng tương tự cũng được nhận thấy ở nhiệt độ 33 °C Giá trị L* của mẫu C33 đã bắt đầu thay đổi từ ngày 3 (p < 0,05)

Sự gia tăng độ sáng L* của mẫu C33 cho thấy betacyanin trong dung dịch màu bắt đầu phân hủy [41] Ngược lại, giá trị L* của các mẫu S33 và G33 ở ngày bảo quản thứ 18 vẫn không thể hiện sự khác biệt đáng kể so với ngày đầu Kết quả này cho thấy sorbitol và glycerol có hiệu quả trong việc duy trì độ sáng và hạn chế sự suy thoái betacyanin của dung dịch màu trong quá trình bảo quản

Tại mọi nhiệt độ bảo quản, các mẫu không bổ sung chất giữ ẩm đều cho thấy giá trị b* tăng nhanh hơn so với các mẫu bổ sung chất giữ ẩm, tương tự với xu hướng tăng lên của giá trị L* Việc gia tăng giá trị L* và b* có thể liên quan với các phản ứng phân hủy betacyanin Trong quá trình bảo quản, betacyanin có thể bị thủy phân, tạo ra betalamic acid đó làm giảm cường độ màu (tăng độ sáng L*) và chuyển đổi sắc tố sang hướng vàng (giá trị b* tăng) [116] Trong khi các mẫu C (không bổ sung chất giữ ẩm) có sự tăng nhanh về giá trị L* và b* thì các mẫu S và G lại cho thấy thông số L* và b* tăng rất chậm hoặc thậm chí không tăng tùy thuộc vào từng điều kiện bảo quản Xu hướng này có thể được giải thích do sorbitol và glycerol là những hợp chất ưa nước, có khả năng hút nước cao [121] Nhờ đặc tính này, chúng giúp ngăn cản sự di chuyển của các phân tử nước, từ đó làm chậm quá trình phân tách/thủy phân liên kết betacyanin aldimine do các phân tử nước tự do gây ra [116, 122] Thực tế, phản ứng phân hủy betacyanin đã được chứng minh rằng có liên quan đến sự hiện diện của nước, trong đó sự phân hủy betacyanin được nhận thấy giảm xuống khi giảm hoạt độ nước [123] Tương đồng với nhận định đó, màu sắc của dung dịch betacyanin ở thí nghiệm này cũng được nhận thấy rằng ổn định hơn khi bổ sung chất giữ ẩm Nhìn chung, kết quả cho thấy cả sorbitol và glycerol đều có tác dụng tích cực trong việc duy trì sự bền màu của dung dịch betacyanin trong quá trình bảo quản b Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) đến sự bền màu của dung dịch betacyanin theo thời gian

Nhiệt độ bảo quản có ảnh hưởng quan trọng đến sự bền màu của dung dịch betacyanin Dung dịch betacyanin được bảo quản ở các mức nhiệt độ khác nhau (10 °C, 25 °C và 33 °C) cho thấy các xu hướng thay đổi màu sắc khác nhau theo thời gian Kết quả ở Bảng 4.3, 4.4, 4.5 đều cho thấy khi tăng dần thời gian và nhiệt độ bảo quản thì các thông số L* và b* cũng tăng lên Ở nhiệt độ 10 °C, dung dịch betacyanin thể hiện sự ổn định màu sắc tốt nhất khi các giá trị L*, a*, b* đều không có sự khác biệt đáng kể so với ngày đầu tiên Tuy nhiên, ở 25 °C và 33 °C, các giá trị L* và b* có xu hướng tăng lên theo thời gian bảo quản Đặc biệt, tác động của nhiệt độ lên betacyanin được thể hiện rõ rệt nhất ở nhiệt độ bảo quản 33 °C (Bảng 4.5) Cụ thể ở ngày 9, độ sáng của các mẫu là 19,61 (C33); 19,22 (S33) và 19,16 (G33) Trong khi đó, cũng vào ngày 9, các mẫu C25, S25 và G25 lại cho thấy độ sáng ít thay đổi hơn so với kết quả thu được ở 33°C, thể hiện ở giá trị L* lần lượt là 19,39; 18,92; 19,02 Tại ngày 17 của quá trình bảo quản, giá trị L* của các mẫu bảo quản ở 25°C dao động từ 18,91 (G25) đến 19,64 (C25) Tuy nhiên ở cùng ngày 17, các mẫu bảo quản ở nhiệt độ 33 °C cho thấy giá trị L* cao hơn, với số liệu thu được từ 19,17 (G33) đến 19,76 (C33)

Song song với sự gia tăng của giá trị L*, chỉ số b* cũng thể hiện xu hướng tăng tương đồng Khi tăng dần thời gian và nhiệt độ bảo quản, thông số b* cũng cho thấy sự tăng lên đồng thời Như đã giải thích ở phần trên, sự tăng lên của giá trị L* và b* có liên quan đến sự phân hủy betacyanin Kết quả này cho thấy nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình phân hủy betacyanin, dẫn đến thay đổi màu sắc Nhiệt độ cao là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính ổn định của betacyanin, thúc đẩy các phản ứng hóa học như thủy phân, khử hydro và khử carboxyl hóa, dẫn đến thay đổi cấu trúc phân tử và đặc tính quang học [119] Dưới tác động của nhiệt độ cao, betacyanin trải qua quá trình thoái hóa, dẫn đến sự hình thành các hợp chất màu vàng, bao gồm neobetacyanin, betalamic acid và betaxanthin mới [116] Trong thí nghiệm này, tác động của nhiệt độ lên betacyanin được thể hiện rõ rệt nhất ở nhiệt độ bảo quản 33°C Tại nhiệt độ này, tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra nhanh hơn, dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ về giá trị L* và b* so với nhiệt độ 10 và 25 °C Kết quả này cũng cho thấy sự tương đồng với một nghiên cứu trước đó của Das và cộng sự (2018) Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng giá trị L* và b* của các mẫu chiết xuất betacyanin đều tăng dần theo thời gian và nhiệt độ bảo quản, dẫn đến màu sắc của dịch chiết thay đổi rõ rệt hơn [119]

Trong thí nghiệm này, a* được nhận thấy là không có sự thay đổi đáng kể Ở 33 °C, giá trị a* cho kết quả cao hơn so với 10 và 25 °C Tuy nhiên, một số tác giả đã mô tả rằng việc chỉ dựa vào hai giá trị a* và b* để mô tả sự khác biệt về màu sắc giữa các mẫu là chưa đủ chính xác Ví dụ, một mẫu có giá trị a* cao hơn trên trục đỏ-xanh không nhất thiết được coi là màu đỏ hơn, vì sắc thái không chỉ được xác định bởi các giá trị a* hoặc b* [82]

Ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) và nhiệt độ bảo quản (10°C, 25°C, 33°C) đến khả năng chống oxy hóa của dung dịch betacyanin sau quá trình bảo quản đo bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH và phương pháp khử sắt FRAP

Kết quả phần trăm chống oxy hóa còn lại (%) của các mẫu dịch chiết betacyanin được phân tích trong 18, 25 và 28 ngày bảo quản ở ba nhiệt độ khác nhau được trình bày trong Bảng 4.6 và Bảng 4.7

Bảng 4.6 Phần trăm chống oxy hoá còn lại theo phương pháp FRAP

Phần trăm chống oxy hoá còn lại (%) theo phương pháp FRAP

100,00 ± 0,00 Aa 88,83 ± 0,29 Bc 81,88 ±0,75 Cc 79,12 ± 2,00 Cb S10 100,00 ± 0,00 Aa 97,63 ± 1,21 Ba 88,02 ± 1,02 Ca 87,46 ± 0,22 Ca G10 100,00 ± 0,00 Aa 95,09 ± 1,78 Bab 87,01 ± 0,83 Ca 85,91 ± 1,38 Ca C25

100,00 ± 0,00 Aa 72,11 ± 1,48 Bf 67,89 ± 0,66 Ce S25 100,00 ± 0,00 Aa 88,43 ± 2,12 Bc 77,25 ± 0,82 Cd

Những chữ cái nhau (A, B, C, …), (a, b, c, …) khác nhau trong cùng một hàng/cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05)

Bảng 4.7 Phần trăm chống oxy hoá còn lại theo phương pháp DPPH

Phần trăm chống oxy hoá còn lại (%) theo phương pháp DPPH

Ngày 0 Ngày 18 Ngày 25 Ngày 28 o Aa Bd Cd Db

S10 100 ± 0,00 Aa 94,30 ± 1,29 Ba 88,14 ± 1,08 Ca 83,10 ± 3,87 Ca G10 100 ± 0,00 Aa 89,96 ± 2,14 Bab 84,81 ± 1,66 Ca 78,20 ± 2,62 Da C25

Những chữ cái nhau (A, B, C, …), (a, b, c, …) khác nhau trong cùng một hàng/cột biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) a Ảnh hưởng của các chất giữ ẩm (sorbitol, glycerol) đến khả năng chống oxy hóa của dung dịch betacyanin

Kết quả Bảng 4.6 và Bảng 4.7 cho thấy việc bổ sung chất giữ ẩm như sorbitol, glycerol có tác động đáng kể đến khả năng kháng oxy hóa của dung dịch betacyanin theo thời gian Ở mọi nhiệt độ bảo quản, phần trăm chống oxy hóa còn lại của các mẫu không bổ sung chất giữ ẩm (C10, C25 và C33) đều thấp hơn rõ rệt so với các mẫu có bổ sung sorbitol hoặc glycerol (p < 0,05) Cụ thể, kết quả của Bảng4.6cho thấy ở ngày 18 của quá trình bảo quản, phần trăm chống oxy hóa còn lại của mẫu C10 là 88,83 %, thấp hơn đáng kể so với phần trăm chống oxy hóa của mẫu S10 (97,63 %) và mẫu G10 (95,09 %) (p < 0,05) Xu hướng tương tự cũng được nhận thấy ở các mẫu bảo quản ở ngày 18 tại nhiệt độ 33 °C Phần trăm chống oxy hóa còn lại của mẫu C33 là 67,58 %, thấp hơn của mẫu S33 (79,88 %) và G33 (84,19 %) (Bảng 4.6) Số liệu này cho thấy, bổ sung chất giữ ẩm sorbitol và glycerol có tác động tích cực đến việc bảo vệ khả năng chống oxy hóa của các dung dịch betacyanin Kết quả tương tự cũng được nhận thấy khi các mẫu được đo bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH (Bảng 4.7) Như đã đề cập ở Chương 2, betacyanin trong củ dền đỏ đã được báo cáo là một trong những chất có hoạt tính chống oxy hoá mạnh mẽ Betacyanin là chất liên hợp imonium của acid betalamic với 3,4-dihydroxyphenylalanin (cyclo-DOPA), tạo thành betanidin, chứa các nhóm phenolic và amine vòng, cả hai đều là chất cho electron rất tốt, hoạt động như chất chống oxy hóa [124] Chính vì vậy, khi betacyanin bị phân hủy bởi các yếu tố môi trường và thay đổi cấu trúc, khả năng chống oxy hóa cũng có thể bị ảnh hưởng lợi cho phản ứng phân huỷ betacyanin, do đó tác động tiêu cực đến khả năng chống oxy hoá [116] Chất giữ ẩm như glycerol và sorbitol hoạt động bằng cách liên kết với các phân tử nước tự do trong dung dịch, từ đó làm cải thiện tính ổn định của betacyanin Điều này có thể giúp ngăn ngừa sự suy thoái betacyanin bởi các phản ứng hóa học như oxy hóa và thủy phân; do đó, duy trì khả năng chống oxy hóa của dung dịch màu tốt hơn Ngoài ra, glycerol và sorbitol với độ nhớt cao còn có thể hạn chế sự di chuyển của oxy, giúp bảo vệ betacyanin khỏi những phản ứng phân hủy [125] Nhờ các đặc tính này của sorbitol và glycerol mà việc bổ sung chất giữ ẩm có tác động hiệu quả đến khả năng kháng oxy hóa của dung dịch betacyanin

Dữ liệu thu được còn cho thấy ở nhiệt độ 10 °C, không có sự khác biệt đáng kể về ảnh hưởng của glycerol và sorbitol đến khả năng kháng oxy hóa của dung dịch betacyanin Tuy nhiên khi nhiệt độ bảo quản tăng lên 33 °C, glycerol được nhận thấy rằng tác động tích cực đến khả năng kháng oxy hóa của dung dịch hơn so với sorbitol Cụ thể ở ngày 18, phần trăm kháng oxy hóa còn lại của mẫu G33 (84,19 %) đều cao hơn đáng kể (p < 0,05) so với các mẫu S33 (79,88 %) và C33 (67,58 %) (Bảng 4.6) Khi thực hiện phương pháp khử gốc tự do DPPH, xu hướng tương tự cũng được tìm thấy ở các mẫu bảo quản tại 25°C sau 25 ngày, với kết quả phần trăm chống oxy hòa còn lại lần lượt là 82,39 % (G25) > 71,89 % (S25) > 52,09 % (C25) (Bảng 4.7) Số liệu này cho thấy, việc bổ sung glycerol có thể giúp duy trì khả năng chống oxy hóa của dung dịch betacyanin tốt hơn so với sorbitol b Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản (10 o C, 25 o C, 33 o C) và thời gian bảo quản đến khả năng chống oxy hóa của dung dịch betacyanin

Kết quả Bảng 4.6 và Bảng 4.7 cho thấy, khi tăng dần nhiệt độ và thời gian bảo quản thì phần trăm kháng oxy hóa của tất cả các mẫu đều giảm dần Dung dịch betacyanin được bảo quản ở các mức nhiệt độ khác nhau cho thấy khả năng kháng oxy hóa khác nhau theo thời gian Cụ thể, dữ liệu thu được ở Bảng 4.6 cho thấy sau 18 ngày, các mẫu được bảo quản ở nhiệt độ 10 °C có phần trăm kháng oxy hóa còn lại dao động từ 88,83 % (C10) đến 97,63

% (S10) Trong khi đó, cũng tại ngày 18, phần trăm kháng oxy hóa của các mẫu bảo quản ở

25 °C thể hiện mức độ giảm nhanh hơn, với số liệu thu được nằm trong khoảng 72,11 % (C25) đến 91,74 % (G25) Khả năng chống oxy hóa của các mẫu được nhận thấy rằng giảm mạnh mẽ nhất ở nhiệt độ 33 °C Tại nhiệt độ này vào ngày 18 của quá trình bảo quản, phần

Xu hướng tương tự cũng được nhận thấy khi các mẫu được đo khả năng kháng oxy hóa bằng phương pháp khử gốc tự do DPPH (Bảng 4.7) Nhìn chung, nhiệt độ bảo quản càng cao thì khả năng kháng oxy hóa của dung dịch betacyanin càng giảm

Ngoài ra, thời gian bảo quản cũng ảnh hưởng đến khả năng kháng oxy hóa của dung dịch betacyanin Mặc dù nhiệt độ thấp có thể giúp hạn chế sự suy giảm khả năng kháng oxy hóa của chất màu, tuy nhiên khi thời gian bảo quản kéo dài, phần trăm kháng oxy hóa của tất cả các mẫu đều giảm dần Cụ thể sau 28 ngày bảo quản ở 10 °C, phần trăm kháng oxy hóa còn lại của các mẫu C10, S10 và G10 lần lượt là 79,12 %; 87,46 % và 85,91 %; giảm đáng kể so với ngày đầu tiên (Bảng 4.6) Tương tự, ở nhiệt độ 33 °C vào ngày 18, phần trăm kháng oxy hóa còn lại của các mẫu giảm còn 67,58 % (C33); 79,88 % (S33) và 84,19 % (G33) (Bảng 4.6) Phương pháp khử gốc tự do DPPH cũng cho thấy kết quả tương đồng với xu hướng này (Bảng 4.7) Số liệu thu được cho thấy, tỷ lệ phần trăm chống oxy hóa còn lại giảm dần theo thời gian bảo quản cho tất cả các dung dịch betacyanin, bất kể chất giữ ẩm nào được sử dụng Hoạt tính chống oxy hóa của các mẫu giảm dần theo thời gian bảo quản cũng được nhận thấy là phù hợp với nghiên cứu của Nugrahani và cộng sự (2020) [126].

Động học phân huỷ của dịch chiết betacyanin trích ly từ củ dền

Các mô hình động học là công cụ hữu ích để nghiên cứu sự thay đổi chất lượng của thực phẩm trong quá trình xử lý nhiệt Do đó, việc dự đoán sự giảm màu trong quá trình xử lý nhiệt hoặc thời gian bảo quản có thể đạt được thông qua các thông số khác nhau như bậc phản ứng, hằng số tốc độ và năng lượng hoạt hóa Mô hình động học bậc nhất thường được đề xuất để đánh giá sự suy giảm chất lượng của một số sắc tố tự nhiên, trong đó có betacyanin [96] Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến động học phân huỷ betacyanin là nền tảng quan trọng để tìm ra nhiệt độ bảo quản phù hợp, góp phần giữ gìn chất lượng và giá trị của hợp chất này trong các sản phẩm ứng dụng y = -0.0074x - 0.0141 R² = 0.986 y = -0.0062x - 0.0065 R² = 0.9933 y = -0.0067x - 0.011 R² = 0.9903 -0.25

Hình 4.3 Động học phân huỷ của betacyanint trích ly từ củ dền đỏ trong quá trình bảo quản

A-bảo quản ở 10°C trong 28 ngày, B-Bảo quản quản ở 25°C trong 25 ngày,

Bảng 4.8 Các thông số động học của betacyanin từ củ dền đỏ

Dữ liệu Bảng 4.8 trình bày tóm tắt các thông số động học phân huỷ betacyanin trong mẫu bổ sung nước (C), mẫu bổ sung sorbitol (S) và mẫu bổ sung glycerol (G) ở ba điều kiện nhiệt độ khác nhau (10 °C, 25 °C, 33 °C) Các thông số này bao gồm hằng số tốc độ phân hủy (k) và chu kỳ bán rã (t 1/2 ), được tính toán dựa trên công thức mô tả chi tiết trong mục 3.4.5 Giá trị k càng lớn thì tốc độ phân huỷ betacyanin càng nhanh và giá trị t 1/2 càng nhỏ thì thời gian để betacyanin phân huỷ bằng một nửa lượng ban đầu của chúng càng ngắn Nói cách khác, betacyanin bị phân huỷ nhanh khi có giá trị k càng lớn và giá trị t 1/2 càng nhỏ [97]

Nhìn chung, khi nhiệt độ bảo quản tăng từ 10 °C lên 33 °C thì hằng số tốc độ phân huỷ (k) của cả các mẫu C, S, G tăng dần (Bảng 4.8) Cụ thể mẫu S10 có hằng số tốc độ phân hủy thấp nhất so với tất cả các mẫu ở mọi nhiệt độ, với giá trị k là 0,0062 ngày -1 Ngược lại, mẫu C33 thể hiện giá trị k cao nhất (0,096 ngày -1 ), hơn gấp 15,5 lần so với giá trị k của mẫu S10 (0,0062 ngày -1 ) Kết quả này cho thấy ở nhiệt độ bảo quản càng cao, tốc độ phân hủy betacyanin sẽ diễn ra càng nhanh Ngược lại với xu hướng của giá trị k, thời gian bán hủy t 1/2 của các dung dịch màu giảm xuống khi nhiệt độ bảo quản tăng lên Nhiệt độ tăng có thể khiến tốc độ phân hủy diễn ra nhanh hơn, từ đó thời gian bán hủy giảm Số liệu Bảng 4.8 ngày Trong đó, mẫu được bổ sung sorbitol bảo quản tại 10 °C (S10) thể hiện thời gian bán hủy cao nhất là 112 ngày, mẫu không bổ sung chất giữ ẩm bảo quản ở 33 °C (C33) có giá trị t 1/2 thấp nhất là 7 ngày Nguyên nhân vì nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định của betacyanin, nhiệt độ càng tăng thì tốc độ của phản ứng thuỷ phân betanin (màu đỏ) thành ra betalamic aicd (màu vàng) và cyclo–Dopa 5–O–β–glycoside (không màu) càng nhanh Bên cạnh đó, nhiệt độ cũng là chất xúc tác đẩy nhanh quá trình dehydrogen hoá betanin hình thành neobetanin (màu vàng) [127] Các nghiên cứu trước đó cũng đã báo cáo rằng sự phân hủy của betacyanin xảy ra nhanh hơn trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ cao hơn [128] Nghiên cứu của Kayin và cộng sự (2019) cho thấy tốc độ phân huỷ của betacyanin tăng dần khi nhiệt độ bảo quản tăng từ 25 °C đến 45 °C [129] Lombardelli và cộng sự (2021) cũng thu được xu hướng tương tự, thời gian bán huỷ giảm khi tốc độ phân huỷ tăng theo nhiệt độ [82] Một nghiên cứu khác của Tobolková và cộng sự (2020) cũng báo cáo rằng thời gian bán huỷ của betacyanin trong nước ép củ dền giảm từ 94,9 ngày xuống 14,7 ngày khi tốc độ phân huỷ tăng theo nhiệt độ bảo quản [99]

Ngoài ra khi không có chất giữ ẩm, các mẫu C (mẫu bổ sung nước) cho thấy hằng số tốc độ phân huỷ k cao hơn so với giá trị k của các mẫu có bổ sung chất giữ ẩm (S, G) dù được bảo quản ở cùng nhiệt độ Cụ thể, giá trị k của mẫu bổ sung chất giữ ẩm G33 (0,0425 ngày -1 ) và S33 (0,0606 ngày -1 ) đều thấp hơn nhiều so với giá trị k của mẫu C33 (0,096 ngày -

1) (Bảng 4.8) Xu hướng tương tự cũng được nhận thấy cả ở hai nhiệt độ bảo quản 10 °C và

25 °C Kết quả này cho thấy sorbitol và glycerol có ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy betacyanin trong các dung dịch màu Ngoài ra, mẫu C còn cho thấy thời gian bán rã thấp hơn so với các mẫu được bổ sung chất giữ ẩm ở mọi nhiệt độ Ví dụ, mẫu C33 có thời gian bán rã là 7 ngày, nhỏ hơn so với thời gian bán rã của mẫu S33 (11 ngày) và G33 (16 ngày) Tương tự, ở hai nhiệt độ còn lại là 10 °C và 25 °C, t 1/2 của mẫu C đều thấp hơn so với t 1/2 của các mẫu bổ sung chất giữ ẩm (S, G) (Bảng 4.8) Kết quả này cho thấy các mẫu bổ sung chất giữ ẩm (S, G) đều có hằng số tốc độ phân huỷ k thấp hơn và thời gian bán rã dài hơn khi so sánh đồng thời với mẫu C ở các nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C, 33 °C) Nguyên nhân có thể là do tốc độ thuỷ phân betacyanin phụ thuộc vào hàm lượng nước Tốc độ phân huỷ betacyanin xảy ra càng nhanh khi hoạt độ nước (a w ) càng cao, vì vậy hoạt độ nước (a w ) cũng là yếu tố quan trọng đối với sự ổn định betacyanin [78] Các chất giữ ẩm như sorbitol và glycerol cung cấp nhóm hydroxyl (-OH) tương tác hình thành liên kết hydro với các phân phân huỷ betacyanin [78] Vì vậy tốc độ phân huỷ của các mẫu có bổ sung chất giữ ẩm (S, G) nhỏ hơn so với tốc độ phân huỷ của mẫu không sử dụng chất giữ ẩm (C) ở các nhiệt bảo quản, hay nói cách khác các chất giữ ẩm góp phần làm giảm sự phân huỷ betacyanin Kết quả thí nghiệm cho thấy, nhiệt độ 10 °C là điều kiện nhiệt độ tốt nhất để bảo quản các dịch chiết betacyanin bên cạnh đó, các chất giữ ẩm cũng góp phần làm chậm quá trình phân huỷ betacyanin Để dự đoán động học phân huỷ của betacyanin chiết xuất từ củ dền đỏ trong các mẫu C, S,

G được bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau, đường hồi quy của giá trị k của betacyanin trong các mẫu (C, S, G) ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện trên mô hình Arrhenius [101].

Hình 4.4 Mô hình Arrhenrius ảnh hưởng của nhiệt độ lên hằng số tốc độ phân hủy

Bảng 4.9 Hệ số tương quan (R 2 ), năng lượng hoạt hoá (E a ) của betacyanin trong các dung dịch ở các điều kiện bảo quản khác nhau

Mẫu Hệ số a từ phương trình

Hình 4.5 phản ánh ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản lên tốc độ phân huỷ betacyanin trích ly từ củ dền đỏ E a càng cao, độ nhạy của hằng số tốc độ phản ứng k khi nhiệt độ thay đổi càng lớn, hay betacyanin càng dễ bị phân huỷ khi nhiệt độ thay đổi [82, 130] Kết quả từ Bảng 4.9 cho thấy giá trị E a của các mẫu C, S, G Trong đó mẫu C có giá trị E a cao nhất (79,576 KJ/mol), tức betacyanin trong mẫu C sẽ dễ bị phân huỷ khi nhiệt độ bảo quản tăng lên Ngược lại betacyanin trong mẫu bổ sung glycerol (mẫu G) sẽ khó bị phân huỷ nhất khi thay đổi nhiệt độ bảo quản vì có giá trị E a thấp nhất (57,696 KJ/mol) Xu hướng tương tự cũng được ghi nhận trong nghiên cứu của Fernández-López và cộng sự (2013), giá trị E a càng thấp thì betacyanin càng ổn định [131]

Kết quả nhìn chung sorbitol và glycerol có tác dụng làm tăng độ ổn định của betacyanin, dẫn đến tốc độ phân huỷ k chậm hơn và thời gian bán huỷ t 1/2 cao hơn so với mẫu không bổ sung chất giữ ẩm (C) Đặc biệt mẫu bổ sung glycerol cho kết quả bảo vệ betacyanin tốt nhất vì betacyanin trong mẫu G khó bị phân huỷ khi nhiệt độ tăng Bên cạnh đó, 10 °C là điều kiện nhiệt độ bảo quản tốt nhất để có thể kéo dài sử dụng và duy trì hoạt tính của betacyanin.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Các loại chất giữ ẩm (glycerol và sorbitol) và nhiệt độ bảo quản (10 °C, 25 °C và 33 °C) đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng dung dịch betacyanin Mẫu được bổ sung glycerol và sorbitol bảo quản tại 10 °C đều cho thấy duy trì hàm lượng betacyanin và độ bền màu tốt hơn so với mẫu không bổ sung chất giữ ẩm Cụ thể sau 28 ngày bảo quản thì phần trăm betacyanin còn lại của mẫu S10 và G10 khá cao (lần lượt là 84,17 % và 83,74 %) Đồng thời, các chỉ số màu của các mẫu S10, G10 vẫn thể hiện độ ổn định, không có sự khác biệt đáng kể so với ngày đầu bảo quản Mẫu S10 và G10 cũng cho thấy khả năng chống oxy hóa tương đương nhau và tốt hơn so với mẫu C10 Sau 28 ngày bảo quản, phần trăm chống oxy hóa còn lại trong mẫu S10 và G10 đều lớn hơn 75% ở cả hai phương pháp DPPH và FRAP Bên cạnh đó, mẫu không bổ sung chất giữ ẩm ở 33 °C (C33) thể hiện sự suy giảm khả năng kháng oxy hóa nhanh nhất so với các mẫu còn lại ở cùng một thời gian, với số liệu thu được lần lượt là 63,23 % và 67,89 % ở cả hai phương pháp DPPH và FRAP Kết quả quả phân tích động học phân hủy betacyanin trích ly từ củ dền cho thấy thời gian bán hủy của dịch chiết betacyanin dao động trong khoảng từ 7 đến 112 ngày Trong đó, mẫu được bổ sung sorbitol bảo quản tại 10 °C (S10) thể hiện thời gian bán hủy cao nhất là 112 ngày, mẫu không bổ sung chất giữ ẩm bảo quản ở 33 °C (C33) có giá trị t 1/2 thấp nhất là 7 ngày Ngoài ra, giá trị năng lượng hoạt hóa E a của mẫu G được nhận thấy là thấp nhất, với số liệu thu được là 57,6 kJ/mol, trong khi mẫu C có giá trị E a cao nhất (79,58 kJ/mol) Kết quả này đồng nghĩa với việc betacyanin trong mẫu không bổ sung chất giữ ẩm sẽ dễ bị phân hủy hơn khi nhiệt độ tăng lên Ngược lại, với giá trị E a thấp nhất, mẫu bổ sung glycerol sẽ giúp bảo vệ betacyanin tốt hơn khi nhiệt độ bảo quản tăng lên Dung dịch betacyanin khi ứng dụng vào các sản phẩm bảo quản ở nhiệt độ thấp như kem, thạch, sữa chua không chỉ giúp cải thiện tính cảm quan mà còn giúp tăng cường các tính chất kháng oxy hóa cho sản phẩm.

Kiến nghị

Trong quá trình thực hiền đề tài, do thời gian và điều kiện nghiên cứu còn hạn chế nên chúng tôi vẫn chưa thể tiến hành khảo sát nhiều yếu tố khác như nồng độ oxy, ion kim loại, các loại đường khác nhau đến sự ổn định màu của dung dịch betacyanin trích ly từ củ dền đỏ.