màu ANTHOCYANIN

màu ANTHOCYANIN

MỤC LỤC

Trang:

I ANTHOCYANIN 1

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

I.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÀU SẮC VÀ ĐỘ BỀN CỦA ANTHOCYANIN 5

I.2.1 Cấu trúc 5

I.2.2 pH 8

I.2.3 Nhiệt độ 9

I.2.4 Oxy 10

I.2.5 Enzyme 11

I.2.6 Ánh sáng 12

I.2.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng 13

I.2.8 Các ion kim loại 14

I.2.9 Sunphurdioxide (SO2) 15

I.2.10 Acid ascorbic 16

I.3 CÁC CHẤT MÀU ANTHOCYANIN THƯƠNG MẠI 17

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, BẢO VỆ MÀU ĐỎ ANTHOCYANIN 18

II.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18

II.2 BẢO VỆ MÀU ĐỎ ANTHOCYANIN 20

II.2.1 Các phương pháp giữ màu 20

II.2.2 Bảo vệ màu đỏ anthocyanin 20

GIỚI THIỆU VỀ ANTHOCYANIN

I ANTHOCYANIN

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Anthocyanin là những hợp chất glycoside của anthocyanidin hiện có trong thiên nhiên bao gồm các dẫn xuất polyhydro và polymethoxy của

2 – phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium

Sự khác nhau giữa các anthocyanin được xác định bởi sự khác nhau giữa số lượng và vị trí của nhóm hydroxyl trong phân tử; mức độ methyl hóa của nhóm hydroxyl; bản chất, vị trí của các nhóm đường gắn vào phân tử; bản chất số nhóm acid mạch thẳng hay mạch vòng gắn vào phân tử

Hình I.1 Cation Flavylium (R 1 và R 2 là OH, H hoặc OCH 3 , R 3 là glucosyl hoặc H, R 4 là OH hoặc Glucosyl)

Các anthocyanin khi bị mất hết các nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycone, mỗi anthocyanindin có thể bị glycosyl hóa và acyl hóa bởi các loại đường và các acid khác nhau tại những vị trí khác nhau nên số lượng anthocyanin lớn hơn 10-20 lần so với số lượng anthocyaninidin

Sự glycosyl hóa các anthocyanin có thể xảy ra ở vị trí 7, 3’, 4’, 5’ đối với nhóm hydroxyl.Tuy nhiên, do án ngữ không gian nên sự glycosyl hóa không thể xảy ra ở vị trí 3’ và 4’.;

Căn cứ vào vị trí và số nhóm đường gắn vào anthocyanidin mà người ta phân loại anthocyanin thành 18 nhóm trong đó có dạng thông dụng nhất là 3- monoside,3- bioside, 3,5 – diglycoside và 3,7- diglycoside

Các loại đường thông thường nhất liên kết với anthocyanidin là glucose, các mono saccharide (rhamnose, galactose, xylose, arabinose), các disaccharide (rutinose, sabubiose,sophorose, ít thông dụng hơn là lathyrose, gentiobiose hoặc laminariobiose) Ngoài ra, các trisacchride cũng có thể liên kết với anthocyaninidin

Bảng I.1:Các anthocyanidin hiện có trong tự nhiên

6-

Hydyoxyanidin

(6- O HcY)

OH OMe H OH OH OH H Đỏ cam

Hình I.1 cho thấy ,sự methyl hóa các anthocyanin và những hợp chất glycoside của chúng thường xảy ra ở vị trí C-3’ và C-5’, đôi khi cũng xảy ra ở vị trí C-5 và C-7, Tuy nhiên thực tế cho thấy không có anthocyanin mà sự glycosyl hóa hoặc methoxyl hoa xảy ra đồng thời ở các vị trí C-3, -5,-7 và -4’, Nhóm hydroxyl ở một trong các vị tríC-5, V-7 hoặc C-4’ thì thích hợp choviệc hình thành cấu trúc quinonoidal (anhydro) base

Các anthocyanin thường bị acyl hóa bởi acid p-coumaric, cafeic, ferulic, hoặc những acid sinapic, đôi khi anthocyanin cũng bị acyl hóa bởi các acid như : p-hydroxybenoic, malonic, hoặc acetic Sự thay thế nhóm acyl thường xảy ra ở vị trí C-3 của nhóm hydroxyl đối với đ ường

Bảng I.2 Một số antoxianin phổ biến

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực Màu sắc của anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH môi trường Thông thường khi pH <

7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về

Antoxianin Antoxianidin Đường Có ở cây

Peonidin Enidin Hirsutidin

Hai glucoza Hai glucoza Glucoza, rarnnoza Galactoza Ramnoza, glucoza Hai glucoza Hai glucoza Glucoza Hai glucoza

Cúc tây (Asier), mỏ cò (polargonium) Hoa hồng

Quả anh đào (Cerasus) Quả mận (Prunus domestica) Quả việt quất (Vaccinium Vitis idaca Hoa cẩm quỳ (malva )

Hoa mẫu đơn (Paconia officinalis) Quả nho

Hoa anh thảo, hoa ngọc trâm (primula)

dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7 ÷ 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510÷540nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin: thường

pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh

Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả năng chống 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

Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, 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 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 là nghiên cứu khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho người sử dụng

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

Nguồn anthocyanin nhiều nhất là từ vỏ quả nho, bắp cải đỏ và bông dâm bụt.Hàng năm theo ươc tính tại các nước châu Âu khoảng 10000 tấn vỏ quả nho được trích để thu được khoảng 50 tấn anthocyanin Các phẩm màu gốc anthocyanin có thể là dung dịch cô đặc hoặc dạng bột có chứa các phụ gia khác

I.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÀU SẮC VÀ ĐỘ BỀN CỦA ANTHOCYANIN

So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanin là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường acid Ngoài ra, nó có thể phân hủy tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không tan

Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích và tinh chế chúng, đồng thời sự phân hủy này còn xảy ra trong quá trình sử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm

Độ bền của các anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hóa học của anthocyanin, pH, nhiệt độ, sự có mặt cua copigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng Vì vậy, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin là điều cần thiết trước khi ứng dụng nó như một chất màu thực phẩm

I.2.1 Cấu trúc

a Cấu trúc chuyển hóa

Trong môi trường nước các anthocyanin tự nhiên giống như chất chỉ thị pH Đỏ

ở pH thấp, đỏ xanh ở pH trung gian, và không màu ở pH cao Tại pH đã cho, tồn tại một cân bằng giữa 4 cấu trúc của anthocyanin và aglycone: quinonoidal (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation flavylium (AH+ ) màu đỏ, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu

Hình I.2 Cấu trúc chuyển hoá của anthocyanin trong nước

Khi pH <2.0, các anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flavylium màu đỏ (R3=0-đường) hoặc màu vàng (R3= H).Khi pH tăng, sự mất prôton xảy ra nhanh thành dạng quinononidal màu xanh dương hoặc màu đỏ.Dạng quinonoidal thường tồn tại như một hỗn hợp vì pKa của nhóm OH ở vị trí 4’,7 và 5 (nếu có) là tương tự.Khi để yên, sự chuyển hóa hơn nữa sẽ xảy ra đó là sự tách nước của cation flavylium cho dạng carbinol không màu hay pseudobase (hemiacetal), Dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng mở không màu

Cis (CE) và trans – chalcone – (CZ) được tạo thành từ carbinol pseudobase bởi phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Cả 2 chalcone bình thường bởi chung có nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong đó chalcone bình thường có nhóm carbonyl ở

kế cận vòng A

b Cấu trúc hóa học

Các pigment anthocyanin thường co độ bền thấp trong tế bào sống của chúng Như đã trình bày ở trên, độ bền của các anthocyanin phụ thuộcvào rất nhiều yếu tố: Cấu trúc hóa học của anthocyaninm, pH, nhiệt độ,sự có mặt của co – pigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO2, ánh sang, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Độ bền màu và cường độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số lượng của các nhóm hydroxyl, methoxyl, đường và các đường được acyl hóa Khi số nhóm hydroxyl trong vòng B tăng,cực đại hấp thu ở vùng thấy được dịch chuyển về phía có bước sóng dài hơn và màu thay đổi từ cam đến xanh dương

*Vd: bước sóng hấp thu cực đại trong dung dịch HCL 0,01% MeOH là 520 nm (cam) đối với pelgonidin, 535 nm (đỏ cam) đôi với cyaniding, 545 nm (đỏ xanh) đối với dephinidin.các nhóm methoxyl thay thế cá nhóm hydroxyl cho kết quả ngược lại.

Nhóm hydroxyl tại vị trí C-3 đặc biệt có ý nghĩa quan trọng vì nó dịch chuyển từ màu cam vàng đến màu đỏ nhưng 3 – deoxyanthocyanin : luteolinidin và tricetinidin có màu vàng; 3 – deoxyanthocyanidin bền hơn các anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và Sưêny, 1983)

Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C-5 và nhóm thế ở vị trí C-4, cả 2 bền hóa dạng có màu thông qua sự ngăn cản các phản ứng hydrat hóa đẫn đến dạng không màu

Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tínhbền của các anthocyanin sẽ giảm Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa,sẽ thu được kết quả ngược lại

*Ví dụ: sự có mặt của nhóm OH ở vị trí 4’ và 7 trong phân tử làm bên hóa đáng

kể các pigment, trong khi đó, sự methoxyl hoa có nhóm hydroxyl này làm giảm độ bền

Các anthocyanin được glycosyl hóa và acyl hóa sẽ cho dạng màu xanh, Sự glycol hóa những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của anthocyanin Vì vậy, các diglucoside bền hơn các monogluside của cùng một anthocyanin

*Vd: thời gian bán sống 9giảm 50% độ hấp thu tại bước song hấp thu cực đại)của các cianidin 3 – utinoside là 65 ngày tại nhiệt độ phòng trong dung dịch acid citric 0,01M, pH = 2,8 Trong khi đó anthocyanidintự do trong cùng điều kiện có thời gian bán sống chỉ có 12h

Anthocnin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin, cinerarrin, gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc acid yếu do lien kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và acid vòng thơm Brouillard (1981-1982) và Goto cùng với cộng viên(1982-1983) khảo sát rằng các anthocnin diacylate hóa được bền hóa bởi sự liên kết chặt sandwich nhờ sự tương tác giữa vòng anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm

I.2.2 pH

Trong môi trường nước, pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sắc của anthocyanin (Brouillard 1984,Mzza và Brouillard 1987) Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc của anthocyanin thsy đổi theo sự thay đổi của ph Sự thay đổi cấu trúc của anthocyanin khi

pH thay đổi đã dược đề cập trong phần cấu trúc chuyển hóa

Hinh 1.3 Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45 0 c

trong Oxygen và Nitrogen

Ở pH<2.0, dung dịch nthocyanin có màu hầu như đỏ ( R3= O- đường)hoặc vàng ( R3=H ) Khi tăng pH của dung dịch, màu của các anthocyanin nhạt dần Khi pH trong khoảng 4.0 – 6.0, hầu hết các anthocyanin đều có dạng không màu Nếu tiếp tục tăng

pH, dung dịch sẽ có màu tím hoặc xanh dương và màu này có thể chuyển sang màu vàng nếu để yên hoặc xử lý nhiệt

Sự biến tính của các anthocyanin tăng mãnh liệt với sự tăng của pH trong môi trường có oxy

Chẳng hạn : rubrobraxinin clorua là các anthocyanin của băp cải đỏ, là một triglucozit của xianidin

Khi pH = 2,4 - 4,0 có màu đỏ thắm

pH = 4 – 6 thì có màu tím

pH = 6 thì có màu xanh lam

pH là kiềm thì có màu xanh lá cây

I.2.3 Nhiệt độ

Hầu hết, các phản ứng hóa học liên quan đến độ bền anthocyanin và tốc độ phân hủy chúng đều phụ thuộc vào nhiệt độ Sự tăng theo hàm số logarith của các anthocyanin ứng với sự phân hủy anthocyanin ứng với sự tăng đại số của nhiệt độ Tính bền nhiệt của các anthocyanin phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, pH, sự có mặt của oxy, và sự tác động qua lại giữa các thành phần

Hình I.4 Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 – di Glucoside tại pH 3,7

Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũng bền với

sự gia tăng của nhiệt độ Sự hydroxyl hóa các aglycone làm giảm tính bền của anthocyanin, trong khi sự methxyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại

*Vd: anthocyanin 3- glycoside có độ bền nhiẹt lớn nhất tại pH = 1.8 - 2.0 với sự

có mặt của oxy trong khi anthocyanidin 3,5-diglycoside có độ bền nhiệt lớn nhất tại pH

Anthocyanidin 3 – glycoside thì không hình thành những dẫn xuất coumrin mà bước đầu tiên của sự phân hủy bao gồm sự chuyển hóa của dạng carbinol pseudobase không màu,sau đó là sự mở vòng pyrylium để hình thành dạng chalcone trước khi thủy phân liên kếtglycoside (hình 6-5)

Adams cho rằng, các anthocyanidin 3-glycoside khi được nung nóng ở pH = 2.0- 4.0 đầu tiên sẽ bị thủy phân liên kết glycoside (ở 100oC) sau đó là sự biến đổi aglycone thành chalcone Sự biến tính hơn nữa dẫn đến hình thành dạng sản phẩm màu nâu đặc biệt là với sự có mặt của oxy

Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thể bị phân huỷ và mất màu, đặc biệt là các anthocyanin của dây tây, anh đào, củ cải Ngược lại các anthocyanin của phúc bồn

tử đen cũng trong điều kiện đó lại không bị thay đổi.Nhìn chung khi gia nhiệt, các chất màu đỏ dễ dàng bị phân huỷ, còn các chất màu vàng thì khó hơn

Lượng anthocyanin còn lại của dâu sẽ lớn hơn khi đóng chai dưới điều kiện chân không hoặc nitrogen ( Baravingas và Cain, 1965) Độ bền của các pigment của nho côncrd, được sử dụng như là chất màu ở nước giải khát được tăng lên khi đóng hộp với nitrogen

I.2.5 Enzyme

Nhiều enzyme nội sinh trong tế bào của cây có khả năng làm mất màu anthocyanin Những enzyme này được gọi chung là anthocyanase Dựa vào đăc tính của các enzyme mà người ta phân làm 2 nhóm; Glycosidase và polyphenol oxidase (PPO) Các enzyme này thu được từ nấm (fugal)

+Glycosidase: là enzyme thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin tạo ra đường tự do và aglycone này kem bền hơn rất nhiều và mất màu rất nhanh khi có mặt của catecol(Huang 1955)

+Polyphenol oxidase (PPO): tác dụng lên anthocyanin với sự có mặt của O – diphenol thong qua cơ chế oxy hóa kết hợp ( h 6-6 ) TheoGromeck và Markakis, ự thêm vào glycosidase và PPO xúc tác cho quá trình peroxide hóa phân hủy anthocyanin

Hình 1.5 Sự biến tính anthocyanin với phản ứng oxy hoá catechol

Peng và Markakis đã đề nghị một cơ chế mà trong đó O – quinine được tạo thành bởi sự oxy hóa anthocyanin ( H-17 ) Blom phân lập được enzyme anthocyanin – glycosidase từ Aspergillus Niger và chỉ ra ảnh hưởng của nó trong quá trình thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin PPO là enzyme có ảnh hưởng yếu lên anthocyanin dạng quinonoidal base dễ bị thủy phân bởi PPO hơn dạng cation flavylium Tốc độ phân hủy bởi PPO phụ thuộc vào sự thay thế mô hình của vòng B và mức độ glycosyl hóa