Tiểu luận chất màu carotene và curcumin trong tự nhiên

Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM O0O Tiểu luận CHÁT MÀU CAROTENE, CURCUMIN TRONG TỰ NHIÊN Hải Phòng 04/2014 1 CHƯƠNG 1: CAROTENOID 1.Tính chất vật lý Ø Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi. Ø Nhiệt độ nóng chảy cao: 130- 220 0 C Ø Hòa tan trong chất béo,các dung môi chứa clor và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng và màu đỏ. Ø Tính hấp thụ ánh sáng : chuỗi polyene liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của caroteinoid . Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên vòng. Ngoài ra trong mỗi dung môi hoà tan khác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau với cùng 1 loại. Khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh, chỉ cần 1 gam cũng có thể thấy bằng mắt thường. Hình: sự biến đổi của carot trong chế biến 2.Tính chất hóa học Ø Không hòa tan trong nước, rất nhạy đối với axit và chất oxi hóa, bền vững với kiềm. Do có hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị oxi hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu khác. Ø Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxi hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại, enzym, nước. Ø Dễ bị oxi hóa trong không khí => cần bảo quản trong khí trơ, chân không. Ở nhiệt độ thấp nên bao kín tránh ánh sáng mặt trời. Ø Carotenoid khi bị oxy hoá tạo hợp chất có mùi thơm như các aldehide không no hoặc ketone đóng vai trò tạo hương thơm cho trà. 3.Phân loại carotenoid. Có 2 cách để phân loại carotenoid . Dựa vào nguyên tố tạo thành chia carotenoid thành 2 loại: - Loại chỉ chứa C, H như α, β_carotene, lycopen - Loại có chứa nhóm chức có mặt O như lutein, xanthophyll 2 Còn nếu dựa vào 6 C ở 2 đầu phân tử ta có các nhóm carotenoid không chứa vòng, chứa 1 vòng và chứa 2 vòng 3.1 Carotene a.C arotene: Hhình: trái cây giàu carotene Ø Carotene là chất màu thuộc nhóm màu carotenoid, trong đó β-carotene là loại quantrọng nhất và tìm thấy được nhiều trong rau củ. Ø β-carotenecó màu vàng, có nhiều trong cà rốt, các trái cây có màu vàng và các lọai rau màu xanh đậm. Chính màu vàng của β-carotene làm nền cho màu xanh của diệp lục tố đậm hơn ở các lọai rau giàu β-caroten Hình: trài cây giàu β-carotene Cấu tạo và phân loại: 3 - Carotene (C40H56) là một loại hidratcacbon chưa bão hòa, gồm 18 nguyên tử cacbon hình thành một hệ thống các liên kết đơn, đôi xen kẽ, có 4 nhóm CH3 mạch nhánh. - Các loại carotene quan trọng là α-carotene,β-carotene và γ-carotene. Trong cấu trúc hóa học của hợp chất beta-carotene có 11 liên kết đôi xen kẽ với các liênkết đơn tạo thànhchromophore làm carotene có màu đỏ hoặc cam. Tính chất hóa học và vật lý: - Carotene dễ bị oxi hóa ngoài không khí. - Không tan trong nước, chỉ tan trong lipit và cácdung môi hữu cơ. Carotene nguyên chất là các tinh thể đen có màu đỏ sáng của đồng và có ánh kim loại, dung dịch carotene có màu đỏ cam Tác dụng 4 - β-carotene là chất chống oxy hóa mạnh, ngăn chặn tế bào ung thư, chống sự hình thành của các cục máu đông trong thành mạch máu. - Khi được hấp thu vào cơ thể, β-caroten chuyển hóa thành vitamin A giúp bảo vệ niêm mạc mắt,tăng cường miễn dịch cơ thể. Trong các thử nghiệm cho rằng 30mg β-carotene mỗi ngày làm tăng tỷ lệ ung thư phổi và ung thư tuyến tiền liệt ở người hút thuốc và những người có tiền sử tiếp xúc với chất gây nghiện. b.Lycopene Cà chua gấc dưa hấu Hình: trái cây giàu lycopen Lycopene là một carotene màu đỏ tươi, được tìm thấy trong cà chua, các loại quả màu đỏ khác như cà rốt đỏ, dưa hấu và đu đủ (nhưng không có trong dâu tây) Cấu tạo 5 Giống như tất cả các carotenoid, lycopene là một hydrocarbon không bão hòa đa (một anken không thế), là một tetraterpene lắp ráp từ tám đơn vị isoprene, hoàn toàn bao gồm cacbon và hydro Tính chất Lycopene không hòa tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ và các loại dầu. Nếu lycopene bị oxy hóa (ví dụ, bằng cách phản ứng với các chất tẩy trắng hoặc acid), các liên kết đôi giữa các nguyên tử carbon sẽ bị phá vỡ, tách các phân tử và loại bỏ các chromophore Công dụng Là một chất có vai trò trung hòa các chất hóa học gây lão hóa làn da. Ở thực vật, tảo, và các sinh vật quang hợp khác, lycopene là một chất trung gian quan trọng trong việc sinh tổng hợp của nhiều carotenoid 3.2Xantophyl - Xantophyl là nhóm sắc tố màu vàng sẫm,công thức phân tử chung của phân tử này là C40H56On (n từ 1-6). - Xantophyl ở thực vật bậc cao và tảo luôn đi kèm với caroten (thường là cứ 1 caroten có 2 Xantophyl ). Xantophyl là dẫn xuất của carotene, trong đó: Lutenin là dẫn xuất của α-caroten. Lutein có nhiều trong lòng đỏ trứng gà Hình: trứng gà Zeaxantin là dẫn xuất β-caroten,zeaxantin lần đầu tiên được chiết ra từ hạt ngô 6 a.Capxantin CTCT : C40H58O3( 3, 3’ –dihydroxy–β,κ – carotene-6’ -one) Là chất màu vàng có trong ớt. Chiếm7/8 tất cả màu của ớt Là dẫn xuất của carotene nhưng màu mạnh hơn carotenoid khác 10lần. Trong ớt đỏ có nhiều hơn ớt xanh 35 lần b.Birxin Birxin là một tapocarotenoid được tìm thấy trong Annatto, một loại thực phẩm màu tự nhiên lấy từ hạt của cây achiote (Bixa nhuộm) Annatto hạt sắc tố chứa khoảng 5%, trong đó bao gồm bixin 70-80% 7 HÌNH : quả và hạt Bixa orellana c.Astarxantin Astarxantin là một carotenoid. Nó thuộc về một nhóm lớn hơn được gọi là tecpen. Nó được phân loại như là một hoàng thể tố,có nghĩa là "sắc tố vàng". Astarxantin cũng là dẫn xuất của carotene và có tên gọi là 3,3`-dihidroxy-4,4-dixeto–β-carotene 4.Cơ chế chống oxy hóa của carotene: Hoạt tính chống oxi hoá Crotenoit (Car)là chất chống oxi hoá tự nhiên có khả năng bắt giữ oxy đơn phân tử 1 O 2 (oxy singlet) và các gốc tự do, khả năng này liên quan đến chiều dài hệ nối đôi liên hợp và năng lượng của trạng thái triplet. a.Bảo vệ quang hoá Carotenoit có khả năng bảo vệ quang hoá do có khả năng bắt giữ các chất nhạy quang ở trạng thái triplet ( 3 Sens*) (electron quay cùng chiều) hoặc các oxy đơn phân tử. Sens 1 Sens* 3 Sen* (1) 3 Sens* + 3 O2  Sens + 1 O 2 (2) 8 hv hv 3 Sens* + Car  Sens + 3 Car (3) 1 O 2 + Car  3 O 2 + 3 Car (4) 1 O 2 được tạo thành trong các quá trình quang hoá, các phân tử của ozon với các hệ sinh học khác nhau thì có khả năng hoạt hoá protein, oxy hoá chất béo làm hỏng AND. Khả năng của carotenoit bắt giữ các 1 O 2 phụ thuộc vào số nối đôi liên hợp và cấu trúc phân tử của chúng. Các carotenoit có số nối đôi liên hợp lớn hơn 9 thì khả năng này cao. Trong cả hai phản ứng (3) và (4) , carotenoit triplet có thể dễ dàng mất năng lượng cho môi trường và trở về trạng thái ban đầu. Đặc tính này làm cho carotenoit là tác nhân rất hữu hiệu trong các phản ứng nhạy quang. 3 Ca Car + Q b.Phản ứng với các gốc tự do Một số dạng oxy hoạt động được tạo thành trong tế bào do quá trình trao đổi chất hoặc các quá trình khác theo sơ đồ sau: O 2 O 2 H 2 O 2 OH H 2 O Các dạng này có thể cắt đứt phân tử AND, các peroxyt của chất béo, thay đổi hoạt tính của enzim, khử trùng hợp các polysaccharit và tiêu diệt tế bào. Carotenoit có khả năng hạn chế tác hại của các gốc oxy tự do. β –caroten có khả năng bảo vệ tế bào nhờ khả năng ức chế quá trình oxy hoá chất béo do các gốc tự do gây ra. Theo giả thiết Burton G.W., Ingold K.V. (β-caroten: an unusual type of lipit antioxidant, science, 224, pp.569-573,1984): β-caroten + ROO β-carotene + ROOH(5) β-caroten + ROO ROO-β-caroten(6) β-caroten + O2  β-caroten-OO (7) β-caroten-OO + ROO   sản phẩm (8) Phản ứng của B-caroten với peroxy tự do có thể tạo ra gốc carotenoit tự do (phản ứng 5), nhưng cũng có thể tạo gốc cộng hưởng bền giữa B-caroten với gốc peroxy (phản ứng 6). Khi áp suất oxy đủ lớn thì phản ứng của gốc carotenoit với oxy sẽ xảy ra để tạo thành gốc carotenoit-oxy (phản ứng 7). 5.Chiết suất và tinh chế carotenoit 9 e - e - e - e - e- e - e - Sự phân bố các carotenoit trong động vật và thực vật không tuân theo quy luật tự nhiên nào. Trong rau xanh (rau ngót) có các β-carotenoit và các xantophyl như lutein, neoxanthin. Lycopen có nhiều trong cà chua. Trong gấc và cà rốt có α-caroten, β- caroten. Capsanthin là sắc tố đỏ của ớt, đặc biệt là trong ớt cựa gà (paprika). Màu vàng của lòng đỏ trứng là do có mặt lutein, zeaxanthin và 1 lượng nhỏ β-caroten. Thịt của cá hồi (saumon) là do màu hồng của astaxanthin. Tuỳ theo từng đối tượng nguyên liệu cụ thể mà lựa chọn dung môi chiết suất thích hợp. 10 Nguyên liệu Nguyên liệu Nghiền Nghiền Chiết tách Chiết tách n-hexan n-hexan Trung hòa Trung hòa MgCO3 MgCO3 Lọc Lọc Bã Bã Cô đặc Cô đặc Xà phồng hóa Xà phồng hóa KOH KOH carotenoi d carotenoi d [...]... II: CURCUMIN 13 Hình: cây nghệ 1.Khái quát về curcumin: Curcuminoid là các hợp chất có tác dụng tạo nên màu vàng cho củ nghệ Cùng với tinh dầu, các hợp chất curcuminoid tạo nên vị cay và mùi hăng đặc trưng cho củ nghệ Ngoài ra curcuminoid còn bảo vệ nghệ chống lại sự xâm nhập của nấm và vi sinh vật Cấu tạo : Curcuminoid là các hợp chất của phenol có trong củ nghệ Curcuminoid gồm chủ yếu là ba hợp chất. .. nước, tan trong cồn, aceton, metanol, dicloromethan, dicloetylen, benzen, acid acetic, 15 Dung dịch curcumin trong dung môi hữu cơ có độ hấp thu cực đại ở bước sóng khoảng 420 – 430 nm Curcumin trích từ củ nghệ có dạng bột màu vàng, nhiệt độ nóng chảy 184 – 185 °C Trong môi trường trung tính, dung dịch curcumin có màu vàng Môi trường acid, dung dịch có màu vàng ánh lục (vàng chanh) Dung dịch có màu từ... bisdemethoxycurcumin 14 CTHH: C19H16O4: C.A.S number: 33171-05-0, M = 308 Hình: Cấu trúc hóa học của curcuminoid, với I Curcumin: R1 = R2 = OCH3 II III Demethoxycurcumin: R1 = OCH3, R2 = Bisdesdemethoxycurcumin: R1=R2=H Hình: Các hợp chất curcuminoid 2.Tính chất vật lý: Màu của curcumin bền với nhiệt độ, không bền với ánh sáng và khi có sự hiện diện của SO2 với nồng độ ≥ 10 ppm Curcumin không tan trong nước,... sử dụng các chất lỏng để trích xuất cũng rất quan trọng và phụ thuộc vào loại carotenoid cần kiếm Sử dụng hỗn hợp hexane/acetone làm chất lỏng trích xuất rất thuận tiện vì nó cũng được sử dụng trong quá trình kết tinh - Một khi carotenoid đã được trích ly và cô lập, chúng có xu hướng không bền vững, khi các chất chống oxi hóa tự nhiên và các chất bảo vệ bị lấy đi - Có thể thêm vào một chất chống oxi... ra để thu chất màu (curcuminoid) và các chất rắn lơ lủng khác bằng nước nóng (ống dẫn) Nước nóng sau đó được gom lại và để bảo quản lạnh trong một tuần, cho các chất rắn lơ lửng lắng xuống Sau một tuần, nước được gạn đi, và phần cặn rắn được sấy khô trong lò ở 40°C Sau khi sấy khô, phương pháp sắc kí lỏng cao áp (HPLC) được dùng để xác định lượng curcuminoid thu được trong phần rắn khô Lượng curcuminoid... lưỡng cực sẽ phá hủy lớp đôi này và thâm nhập vào nội bào, làm curcuminoid có khả năng tan nhanh hơn trong dung dịch chất lưỡng cực - Lớp tế bào hóa bần được cấu tạo gồm lớp cellulose ngoài, lớp chất khô ở giữa và lớp cellulose trong Chính lớp chất khô giữa làm tế bào bần hầu như hoàn toàn khôcó kh ả năng thấm nước Dung dịch chất lưỡng cực phá thủng lớp chất khô giữa này và sau đó tới tế bào bần Lớp tế... với dung dịch chất lưỡng cực: trong khoảng 0-1000C, tốt nhất là ở nhiệt độ phòng 300C 25 Thời gian trộn và trích ly curcuminoid: 15 phút đến 24 giờ, tùy vào nồng độ chất lưõng cực và tốc độ khuấy trộn Nhiệt độ thực hiện pha loãng thu hồi curcuminoid: trong khoảng 0-800C, tốt nhất là 20-300C d.Các lợi thế của phương pháp Đây là một phương pháp trích ly curcuminoid đơn giản có tể thực hiện trong thực tế... 800C Curcuminoid kết tủa được tách khỏi dung dịch bằng cách gạn, lọc hay li tâm Sau đó curcuminoid được rửa với nước và sấy khô Còn dung dịch chất lưỡng cực thu hồi trong bước này sẽ được cô đặc và tái chế để tiếp tục sử dụng Ở biến thể của phương pháp này, sau khi lọc thu được hỗn hợp lỏng dung dịch chất lưỡng cực và curcuminoid, có thể tiếp tục tiến hành việc pha loãng với nước hoặc không Sau đó, curcuminoid... xoắn lại và là chất lưỡng cực xâm nhập vào các phần bên trong củ nghệ Khi đó chất lưỡng cực không chỉ làm tế bào căng lên , mà còn giải phóng tế bào khỏi các cấu trúc kết nối của nó, giúp việc trích curcuminoid trong vùng trụ trung tâm dễ dàng hơn 23 Hình:Tác dụng dung môi lưỡng cực Hình:Tế bào nghệ c.Các yếu tố ảnh hưởng quá trình và phương pháp đảm bảo hoạt tính Dung dịch chất lưỡng cực Chất lưỡng... bào nhựa và bó mạch nằm rải rác trong vùng mô trung tâm Như vậy, curcuminoid hiện diện trong tế bào nhựa có mặt ở lớp cortex và trụ trung tâm Trong phương pháp này, quá trình nghiền củ nghệ làm xáo lộn lớp biểu bì, lớp dưới biểu bì và lớp tế bào hóa bần, giúp lớp tế bào nhựa chứa curcuminoid có thể lộ - trực tiếp ra dung dịch chất lưỡng cực Ngoài ra, vì màng tế bào là lớp đôi phospholipid, chất lưỡng . nhiều trong rau củ. Ø β-carotenecó màu vàng, có nhiều trong cà rốt, các trái cây có màu vàng và các lọai rau màu xanh đậm. Chính màu vàng của β -carotene làm nền cho màu xanh của diệp lục tố. vòng và chứa 2 vòng 3.1 Carotene a.C arotene: Hhình: trái cây giàu carotene Ø Carotene là chất màu thuộc nhóm màu carotenoid, trong đó β -carotene là loại quantrọng nhất và tìm thấy được nhiều trong. Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM O0O Tiểu luận CHÁT MÀU CAROTENE, CURCUMIN TRONG TỰ NHIÊN Hải Phòng 04/2014 1 CHƯƠNG