Nghiên cứu xác định phương pháp nhằm ổn định màu sắc và trạng thái của các sản phẩm đồ uống lên men từ khoai lang tím Nhật Bản

Sự thay đổi màu sắc của sản phẩm nước uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản khi sử dụng các chất phụ gia khác nhau .... Sự thay đổi màu sắc của sản phẩm nước uống lên men lactic

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THỊ THẢO

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP NHẰM ỔN ĐỊNH MÀU SẮC

VÀ TRẠNG THÁI CỦA CÁC SẢN PHẨM ĐỒ UỐNG LÊN MEN

TỪ KHOAI LANG TÍM NHẬT BẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THỊ THẢO

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH PHƯƠNG PHÁP NHẰM ỔN ĐỊNH MÀU SẮC

VÀ TRẠNG THÁI CỦA CÁC SẢN PHẨM ĐỒ UỐNG LÊN MEN

TỪ KHOAI LANG TÍM NHẬT BẢN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giáo viên hướng dẫn : 1 TS Hoàng Thị Lệ Hằng

Bộ môn Bảo quản và Chế biến - Viện nghiên cứu Rau quả

2 Ths Đinh Thị Kim Hoa

Khoa CNSH - CNTP - Trường ĐHNL Thái Nguyên

Thái Nguyên, 2014

LỜI CAM ĐOAN

Thái nguyên, ngày 04 tháng 06 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Thảo

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài của khóa luận tốt nghiệp, tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên giúp đỡ của gia đình, thầy cô, bạn bè cũng như các cán

bộ công nhân viên trong và ngoài trường

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, các phòng ban liên quan, Ban chủ nhiệm khoa CNSH&CNTP, cùng toàn thể các thầy cô giáo khoa CNSH&CNTP đã giảng dạy, hướng dẫn để tôi

có những kiến thức như ngày hôm nay

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Hoàng Thị Lệ Hằng đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới các cán bộ của Bộ môn Bảo quản và Chế biến, Viện Nghiên cứu Rau quả - Trâu Quỳ - Gia Lâm - Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi thực hiện tốt nhiệm vụ của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Đinh Thị Kim Hoa đã nhiệt tình giúp đỡ, dạy bảo để tôi hoàn thành tốt khoá luận này

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè đã tận tình giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó

Thái nguyên, ngày 04 tháng 06 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Thảo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Thành phần hoá học của khoai lang (tính trong 100g sản phẩm) [2] 9Bảng 2.2 Các axit amin có trong protein toàn phần (tính theo 16g N) [10] 9Bảng 2.3 Hàm lượng các chất chống oxy hoá trong 100gcủa các loại khoai lang [6]

10Bảng 2.4 Hàm lượng các chất vi lượng trong các loại khoai lang 11Bảng 2.5 Các loại anthocyanin phổ biến trong thực phẩm 15Bảng 4.1 Sự thay đổi màu sắc của sản phẩm nước uống lên men lactic từ khoai lang tím

Nhật Bản khi sử dụng các chất phụ gia khác nhau 45Bảng 4.2 Sự thay đổi màu sắc của sản phẩm nước uống lên men lactic từ khoai lang tím

Nhật Bản khi sử dụng axit sorbic ở các nồng độ khác nhau 46Bảng 4.3 Ảnh hưởng của vitamin C đến sự thay đổi màu sắc của sản phẩm rượu vang từ

khoai lang tím Nhật Bản 47Bảng 4.4 Ảnh hưởng của tanin đến sự thay đổi màu sắc theo thời gian tàng trữ của sản phẩm

rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 48Bảng 4.5 Ảnh hưởng của loại chất phụ gia ổn định đến trạng thái của sản phẩm nước uống

lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 50Bảng 4.6 Ảnh hưởng của nồng độ CMC đến trạng thái của sản phẩm nước uống lên men

lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 51Bảng 4.7 Ảnh hưởng của chế độ đồng hoá đến trạng thái của sản phẩm nước uống lên men

lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 52Bảng 4.8 Ảnh hưởng của chế độ đồng hoá đến chất lượng nước uống lên men lactic từ

khoai lang tím Nhật Bản bổ sung CMC 0,05% 54Bảng 4.9 Ảnh hưởng của hàm lượng gelatin bổ sung tới hiệu quả lọc trong rượu vang từ

khoai lang tím Nhật Bản 55Bảng 4.10 Ảnh hưởng của hàm lượng gelatin bổ sung đến chất lượng cảm quan của rượu

vang từ khoai lang tím Nhật Bản 56Bảng 4.11 Ảnh hưởng của nồng độ bentonit bổ sung tới hiệu quả lọc trong của rượu vang từ

khoai lang tím Nhật Bản 57Bảng 4.12 Ảnh hưởng của nồng độ bentonit bổ sung đến chất lượng cảm quan của rượu

vang từ khoai lang tím Nhật Bản 57Bảng 4.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu quả lọc trong của rượu vang từ khoai lang tím

Nhật Bản 58

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 2.1 Củ khoai lang tím tươi 8

Hình 2.2 Cấu trúc của anthocyanin 13

Hình 2.3 Cấu trúc của một số anthocyanindin tự nhiên 14

Hình 2.4.Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím [12] 14

Hình 2.5 Sự biến đổi của anthocyanin ở các pH khác nhau 16

Hình 2.6 Công thức cấu tạo của axit xitric 28

MỤC LỤC

Trang

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU 1

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

PHẦN 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tổng quan về đồ uống lên men 3

2.1.1 Một số đồ uống lên men trên thế giới 3

2.1.2 Lợi ích của đồ uống lên men 5

2.2 Tổng quan về khoai lang tím 7

2.2.1 Nguồn gốc cây khoai lang 7

2.2.2 Thành phần hoá học của khoai lang tím 8

2.3 Anthocyanin và các yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của anthocyanin 12

2.3.1 Giới thiệu chung về anthocyanin 12

2.3.2 Tính chất của anthocyanin 15

2.3.3 Vai trò của anthocyanin 16

2.3.4 Công dụng của anthocyanin 17

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của anthocyanin 18

2.3.5.1 Cấu trúc 18

2.3.5.2 pH 20

2.3.5.3 Nhiệt độ 20

2.3.5.4 Oxy 21

2.3.5.6 Ánh sáng 22

2.3.5.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng 23

2.2.5.8 Các ion kim loại 23

2.3.5.9 Sunphurdioxide (SO2) 24

2.3.5.10 Axit ascorbic 24

2.2.5.11 Một số yếu tố khác 25

2.4 Các biện pháp chống biến màu các sản phẩm đồ uống lên men 25

2.4.1 Cơ chế bảo vệ màu anthocyanin 25

2.4.2 Các biện pháp chống biến màu đồ uống lên men 27

2.4.2.1 Sử dụng axit xitric 28

2.4.2.2 Sử dụng axit ascorbic 30

2.4.2.3 Sử dụng tannin 31

2.5 Các biện pháp ổn định trạng thái sản phẩm đồ uống lên men 33

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

3.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu 34

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34

3.1.2 Vật liệu nghiên cứu 34

3.1.2.1 Thiết bị nghiên cứu 34

3.1.2.2 Hoá chất sử dụng 34

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu 34

3.3 Nội dung nghiên cứu 35

3.4 Phương pháp nghiên cứu 35

3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 35

3.4.1.1 Các thí nghiệm cho nội dung 1: Nghiên cứu xác định loại và nồng độ chất phụ gia thích hợp nhằm ổn định màu của sản phẩm đồ uống lên men từ khoai lang tím Nhật Bản 35

3.4.1.2 Các thí nghiệm cho nội dung 2: Nghiên cứu xác định phương pháp và các thông số công nghệ nhằm ổn định trạng thái của sản phẩm đồ uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 37

3.4.1.3 Các thí nghiệm cho nội dung 3: Nghiên cứu xác định phương pháp và các thông số công nghệ nhằm ổn định trạng thái của rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 40

3.4.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu 41

3.4.2.1 Xác định hàm lượng chất khô hoà tan bằng chiết quang kế (Refactometer) 41

3.4.2.2 Xác định hàm lượng anthocyanin tổng số 41

3.4.2.3 Xác định độ nhớt bằng máy đo độ nhớt 43

3.4.2.4 Xác định độ đục của sản phẩm 43

3.4.2.5 Xác định độ màu của sản phẩm 43

3.4.3 Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan 44

3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 44

PHẦN 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45

4.1 Kết quả nghiên cứu xác định loại và nồng độ các chất phụ gia thích hợp nhằm ổn định màu của sản phẩm đồ uống lên men từ khoai lang tím Nhật Bản 45

4.1.1 Kết quả nghiên cứu xác định loại phụ gia thích hợp nhằm ổn định màu cho sản phẩm đồ uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 45

4.1.2 Kết quả nghiên cứu xác định nồng độ chất phụ gia thích hợp nhằm ổn định

màu cho sản phẩm đồ uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 46

4.1.3 Kết quả nghiên cứu xác định loại và nồng độ chất phụ gia thích hợp nhằm ổn định màu cho sản phẩm rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 47

4.1.3.1 Kết quả nghiên cứu sử dụng axit ascorbic để ổn định màu sắc của rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 47

4.1.3.2 Kết quả nghiên cứu sử dụng tanin để ổn định màu sắc của rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 48

4.2 Kết quả nghiên cứu xác định phương pháp và các thông số công nghệ nhằm ổn định trạng thái của sản phẩm đồ uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 49

4.2.1 Kết quả nghiên cứu sử dụng phương pháp hoá học 49

4.2.1.1 Kết quả nghiên cứu xác định loại chất phụ gia thích hợp nhằm ổn định trạng thái của sản phẩm đồ uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 49

4.2.1.2 Kết quả nghiên cứu xác định nồng độ chất thích hợp nhằm ổn định trạng thái của sản phẩm đồ uống lên men lactic từ khoai lang tím Nhật Bản 50

4.2.2 Kết quả nghiên cứu sử dụng phương pháp cơ học 52

4.2.3 Kết quả nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp 53

4.3 Kết quả nghiên cứu xác định phương pháp và các thông số công nghệ nhằm ổn định trạng thái của rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 55

4.3.1 Kết quả nghiên cứu sử dụng chất trợ lọc gelatin để làm trong rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 55

4.3.2 Kết quả nghiên cứu sử dụng chất trợ lọc bentonit để làm trong rượu vang khoai lang tím Nhật Bản 56

4.3.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ và hiệu quả lọc trong rượu vang từ khoai lang tím Nhật Bản 58

PHẦN 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60

5.1 Kết luận 60

5.2 Đề nghị 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

I Tài liệu tiếng Việt 61

II Tài liệu tiếng Anh 61

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Quá trình lên men được ứng dụng rất rộng rãi trong chế biến thực phẩm, sản phẩm của quá trình lên men đã góp phần làm gia tăng giá trị dinh dưỡng, chất lượng

và an toàn cho sản phẩm Trong đó, sản phẩm đồ uống lên men là nhóm thực phẩm

rất phổ biến, bao gồm nhiều loại như rượu vang, nước uống lên men,….Ngoài ra,

đồ uống lên men là một sản phẩm đáp ứng nhu cầu của mọi người trong các dịp họp mặt, giao lưu, hay làm quà biếu tặng,… Vì vậy kinh doanh sản phẩm đồ uống đã và đang có lợi thế trên thị trường Hiện nay, các sản phẩm đồ uống được chế biến từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau như quả táo, quả cam, quả chanh leo, lá chè xanh

và các loại ngũ cốc,…Tuy nhiên, các sản phẩm đồ uống nói chung và đồ uống lên men nói riêng từ nguyên liệu khoai lang tím chưa hoặc ít được biết đến trên thị trường thế giới và ở Việt Nam

Khoai lang tím là cây lương thực hiện đang được trồng phổ biến ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long, đặc biệt là tỉnh Vĩnh Long Khoai lang tím đang được phát triển rất mạnh do ưu điểm vượt trội về năng suất, chất lượng và thời vụ thu hoạch cũng như hiệu quả kinh tế mà nó đem lại cho người dân Ngoài giá trị cung cấp các loại vitamin, các chất khoáng, tinh bột dễ tiêu hóa cùng một hàm lượng đáng kể chất xơ thực phẩm, khoai lang tím Nhật Bản còn có những ưu điểm vượt trội so với khoai lang thường do có chứa anthocyanin hàm lượng khá cao Đây là một hoạt tính sinh học tự nhiên không những tạo ra hình thức bắt mắt mà còn có nhiều tác dụng như chống lão hóa, hạn chế sự giảm sức đề kháng do sự suy giảm của hệ thống miễn dịch Đó là lý do các nhà sản xuất ở Nhật Bản đã bắt đầu sử dụng khoai lang tím làm nguyên liệu chủ yếu để chế biến một số loại sản phẩm chức năng Vì vậy, việc tạo ra sản phẩm đồ uống lên men từ khoai lang tím nhằm tạo ra sản phẩm nước uống mới, có chứa hoạt chất sinh học tự nhiên đáp ứng xu hướng tiêu thụ hiện nay của người tiêu dùng

Tuy nhiên, cũng như các đồ uống khác thì hiện tượng biến màu và thay đổi trạng thái của sản phẩm sau chế biến là một trong những nguyên nhân làm giảm chất lượng cũng như độ hấp dẫn của sản phẩm lên men

Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

‘‘Nghiên cứu xác định phương pháp nhằm ổn định màu sắc và trạng thái của các sản phẩm đồ uống lên men từ khoai lang tím Nhật Bản”

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về đồ uống lên men

Đồ uống lên men là tập hợp các sản phẩm đồ uống được chế biến từ các loại nguyên liệu rau quả hoặc ngũ cốc và có sự tham gia của các các chủng vi sinh vật (nấm men, mốc, vi khuẩn) nhằm biến đổi chất lượng của nguyên liệu ban đầu theo hướng có lợi, đồng thời tạo ra sản phẩm phù hợp với nhu cầu và thị hiếu của ngườu tiêu dùng

2.1.1 Một số đồ uống lên men trên thế giới

Trong tự nhiên có rất nhiều sản phẩm được lên men như:

+ Đồ uống Boza: Boza là đồ uống thông dụng ở Anbani, Bulgari, Serbia,

Montenegro, Macedonia, Thổ Nhĩ Kỳ Thức uống này được làm từ bột bắp, lúa mì

và gạo, là chất lỏng có độ nhớt cao, chứa axit lactic và cồn khoảng dưới 1% được tạo ra trong quá trình lên men Boza có màu vàng nhạt, vị chua ngọt tùy theo các nước khác nhau [13]

Bột bắp, bột mì, bột gạo được trộn tương ứng với tỷ lệ (2 : 1 : 1) → nấu sôi hỗn hợp với 5 lần nước trong 1 giờ, khuấy liên tục → làm mát về nhiệt độ phòng qua đêm → chất sệt được pha loãng với tỷ lệ 2,5 : 1, thêm 20% đường và trộn kỹ → cấy 2% chủng từ Boza mua thành phẩm ở chợ → vô trùng bình tam giác 1 lít chứa 500ml hỗn hợp đã cấy chủng → nuôi ở 300C Quá trình lên men được theo dõi trong vòng 40 giờ [13]

+ Thức uống Amazake: là loại rượu của Nhật Bản được lên men từ gạo mà

chủ yếu là gạo lức Amazake sử dụng Lactobacillus làm vi sinh vật lên men Sản

phẩm có tinh bột, oligosarccharide, lactose, sữa nguyên kem

Chúng tôi trình bày thứ đồ uống tương tự Amazake của tác giả Yuij ODA và các cộng sự

Gạo (16g) ngâm trong 24 giờ → cho thêm nước cất trong 30 phút → nấu chín ở 1050C trong 20 phút → làm lạnh, thêm dung dịch nuôi cấy Lactobacillus

Môi trường nuôi Lactobacillus amylovorus gồm: 2% sữa không kem, 0,1%

cao men (pH = 6,8), 1% glucose, sucrose, tinh bột hoặc bắp khô, nước 100ml Khử trùng ở 1050C trong 30 phút (nếu dùng bắp thì khử trùng ở 1500C trong 4 giờ)

Từ kết quả khảo sát tác động của nhiệt độ lên pH, nồng độ axit lactic và nồng

độ đường hòa tan trong dịch thu được cho thấy sự đường hóa ở 370

C và 450C trong

24 giờ, vi khuẩn lactic đã tạo axit lactic một cách có hiệu quả từ đường (thủy phân

từ tinh bột của gạo) Hậu quả là dịch chứa nồng độ cao axit lactic làm xấu đi giá trị cảm quan và vị chua quá mạnh không thể chấp nhận Ngược lại dịch đường hóa ở

600C, không còn vị chua cho sự lên men axit lactic bị ức chế bởi nhiệt độ cao Điều kiện tốt nhất là nhiệt độ đạt 550C, pH=4,2, hàm lượng axit lactic là 1,89g/ml và độ Brix của dung dịch đường là 8,7

+ Đồ uống Sobia: là loại đồ uống được lên men từ bột malt và bột mì Sản

phẩm có pH trong khoảng từ 3,37 - 5,53, nồng độ axit lactic từ 0,1- 0,3%

Bột Malt (150-200g) + bột mì (150-200g) → thêm nước (8-10 lít) → trộn → lọc qua vải thưa → thêm đường (7 - 10%) → thêm quế và bạch đậu khấu → trộn → lên men ở nhiệt độ ấm (30 - 400C) trong 24 giờ → sản phẩm Khảo sát hàm lượng

vi sinh vật hiện diện trong 14 mẫu Sobia cho thấy: Tổng số vi khuẩn hiếu khí từ 4,17 - 8,09 log cfu/ml, trong khi đó vi khuẩn lactic tìm được từ 4,01 - 8,19 log

cfu/ml, Coliform từ 0,67 - 3,84 log cfu/ml, nấm men và mốc chiếm từ 3,06 - 6,29 log cfu/ml Trong số 12 vi khuẩn lactic đã được phân lập 86% là Lactobacillus spp

Gồm 96 thể phân lập và những loài vi khuẩn khác với tỷ lệ xác định Ở tất các mẫu Sobia, pH đều nằm trong khoảng từ 3,37 - 5,53 Nồng độ axit lactic từ 0,1 - 0,3% Kết quả nghiên cứu cho thấy sự lên men Sobia chính là sự lên men axit lactic [14]

+ Đồ uống Oat: Oat được lên men từ yến mạch Vi sinh vật được sử dụng để

lên men là: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus

acidophilus

Yến mạch được làm sạch bên ngoài → xay bằng máy và lọc qua rây Tinh bột của yến mạch cũng được xay 3 lần để có tổng số chất xơ trong bột là cao nhất Đường đã được nghiền nhỏ mua từ chợ, inulin thu từ Orafti, nồng độ chất lỏng

protein Giống vi khuẩn: Lactobacillus plantarum, L paracasei, L acidophilus[16]

Quy trình chế biến: Trộn 5% tinh bột, 4% đường, 0,2% inulin, 0,5% whey protein tạo thành 1 hỗn hợp đồng nhất → đun nóng từ từ (mỗi phút tăng 10C) cho đến sôi và cho sôi đều trong 3 phút để phá vỡ tinh bột yến mạch → đem khử trùng chất sệt vừa được nấu ở 1210C trong 15 phút → làm lạnh đến 370C, khuấy trộn suốt thời gian này để tránh sự tạo màng bề mặt [17]

+ Đồ uống Kunun Zaki: được tạo theo phương pháp truyền thống

Hạt ngũ cốc rửa sạch → ngâm trong nước → xay ướt để tạo dạng paste

→chia làm 2 phần → phần lớn đem nấu sôi với nước → phần nhỏ đem nghiền với các thành phần khác → lên men qua đêm → lọc → Kunun Zaki

Phương pháp cải tiến của Gaffa.T

Hạt lúa miến rửa sạch → ngâm với nước ấm tỷ lệ 1 : 2 ở nhiệt độ 60 -700C

và 0,5% sodium metabisulfit → ngâm trong 3 giờ → vớt ra và rửa kỹ với nước sạch

→ nghiền ướt cùng với các thành phần khác tạo dạng paste → chia thành 2 phần theo tỷ lệ 1 : 3 → cho nước ấm vào và nấu sôi phần lớn tạo dạng gelatin (chất lỏng trong suốt) → khi nhiệt độ hạ xuống còn 60 - 700C, thêm phần paste nhỏ vào → khuấy trộn, sự hóa lỏng và đường hóa xảy ra trong 6 giờ ở nhiệt độ 28 - 300C → lọc bằng vải vô trùng → đóng chai và thanh trùng Paster ở 600C trong 30 phút → sản phẩm Kunun - Zaki

+ Đồ uống Kunun Zaki: được tạo theo phương pháp cải tiến của B.J.O

Efliuvwevwere

Hạt kê (500g) → ngâm với 1 lít nước trong 24 giờ ở 270C → gạn nước và rửa sạch hạt kê, trộn thêm 10g gừng khô → cho nước vào với tỷ lệ 1 : 2 → chất sệt được sàng lọc → lắng từ 3 - 5 giờ → chia làm 2 phần

→ phần 1 nấu với nước (tỷ lệ 1 : 2), làm nguội ở 45 - 500C

→ phần 2 không nấu

→ hòa thêm 3 lít nước → lên men trong 8 giờ → thêm 2% đường → sản phẩm Kunun - zaki

+ Sữa chua yaourt: là sản phẩm lên men lactic từ sữa bò tươi, sữa bột hay

sữa động vật nói chung sau khi đã khử chất béo và thanh trùng vi khuẩn gây bệnh

Ngoài ra, lên men còn được sử dụng để sản xuất sữa chua, rượu vang, bia,

2.1.2 Lợi ích của đồ uống lên men

Các sản phẩm lên men từ vi sinh vật có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như: thực phẩm, y học, mỹ phẩm, các sản phẩm lên men nói chung và đồ uống lên men lactic nói riêng chiếm một vị trí đặc biệt Các thực phẩm tạo thành do quá trình lên men lactic rất phong phú như: đồ uống lên men từ ngũ cốc, phomai,

Trộn 2 phần theo tỷ lệ

1 : 1

sữa chua, rau củ, xúc xích khô, chao tương, … đều có tác dụng tốt cho sức khỏe và được nhìn nhận qua các tác dụng sau:

+ Tăng khả năng tiêu hoá hấp thụ: Dưới tác dụng của men vi sinh vật, gluxit

dạng phức hợp được cắt nhỏ thành các đường mạch ngắn, chất đạm được cắt nhỏ thành các axit amin dễ tiêu hoá hấp thụ Lactose là đường chỉ có trong sữa, để tiêu hoá đường sữa cần men lactaza, nhưng men này lại thường thiếu hụt ở người lớn và người ít sử dụng sữa, tạo ra tình trạng rối loạn tiêu hoá sau khi uống sữa

Khi lên men sữa chua, 70% đường lactose đã bị lên men và chuyển thành axit lactic, nên sử dụng sữa chua dễ dung nạp hơn Trong môi trường axit của thực phẩm lên men, các khoáng chất như canxi, kẽm, tăng khả năng hoà tan giúp dễ dàng hấp thụ hơn

+ Tăng sức đề kháng: Thực phẩm lên men còn là nguồn cung cấp vi khuẩn

lactic - loại vi khuẩn có lợi trong đường ruột Theo quy luật sinh tồn, vi khuẩn lactic bám vào niêm mạc đường tiêu hoá, cạnh tranh chỗ bám làm kìm hãm sự phát triển

của vi sinh vật gây bệnh như Ecoli, Salmonella (gây tiêu chảy), vi khuẩn Pylori

(gây viêm loét dạ dày) và nấm Candida Quá trình lên men còn tạo ra các chất kháng thể, chất kháng sinh ức chế vi khuẩn có hại

+ Tạo ra chất dinh dưỡng: Quá trình lên men làm tăng hàm lượng một số

vitamin Sữa lên men thường giàu vitamin nhóm B Nhờ các men, chất đạm được cắt nhỏ thành các axit amin được hấp thu trực tiếp và dễ dàng Các thực phẩm giàu đạm lên men là nguồn cung cấp các axit amin như nước mắm, tương, phô-mai

+ Loại trừ vi khuẩn có hại và các độc tố: Quá trình lên men có thể phân huỷ

các độc tố có trong thực phẩm như cyanogenic glucosid có trong khoai mì, măng hay mycotoxin trong hạt ngũ cốc Nếu sử dụng những thực phẩm này mà chưa qua chế biến hoặc chế biến không đúng cách thì cyamid sẽ giải phóng vào trong cơ thể

và gây ngộ độc Việc muối chua những loại thực phẩm này giúp loại bỏ được 95% cyanogenic glucoside trong vòng 3 ngày Cụ thể: lượng cyanogen glucoside trong măng tươi ngâm chua là 2,2 mg/100g, trong khi măng tươi chưa luộc là 32-38 mg/100g

90-Lên men lactic làm tăng nồng độ pH đã ức chế các vi khuẩn gây thối, các vi khuẩn có hại và ký sinh trùng

+ Đồ uống lên men từ ngũ cốc Boza được chứng minh là nguồn nguyên liệu dồi dào cung cấp cho việc sản xuất Bacteriocin từ vi khuẩn lactic acid với hoạt tính chống vi trùng gây hư hỏng thực phẩm và vi khuẩn gây bệnh Đồng thời với sự hiện diện của axit lactic sẽ giúp ích cho việc tiêu hóa của cơ thể được dễ dàng, làm đẹp

da và làm chậm quá trình lão hóa

Oat là thức uống được lên men từ yến mạch, sử dụng các giống vi sinh vật

như Lactobacillus plantarum, L paracasei, L acidophilus được coi như là thực

phẩm chức năng cung cấp cùng lúc cả Probiotic và Prebiotic Loại đồ uống yến mạch này không chứa sữa như vẫn có thể thay thế sữa và sữa đậu nành nhất là rất phù hợp với sức khỏe của người theo chế độ ăn chay

Những đồ uống lên men từ ngũ cốc có khả năng thế chỗ những vi khuẩn đường ruột có lợi bị kháng sinh phá huỷ Hỗ trợ khả năng tiêu hoá và ngăn chặn các

vi khuẩn gây bệnh, điều trị sự tăng trưởng quá nhanh của các sinh vật có hại trong ống tiêu hoá, làm giảm các triệu chứng rối loạn đường ruột kích ứng, có thể cả bệnh viêm đường ruột

2.2 Tổng quan về khoai lang tím

2.2.1 Nguồn gốc cây khoai lang

Khoai lang có tên khoa học là Ipomoea batatas (L.) Lamk là một loại thực

phẩm gần gũi với người dân Việt Nam Củ và rau khoai lang còn là vị thuốc phòng chữa bệnh đã được dùng từ lâu trong dân gian, có nơi còn gọi nó là “sâm nam” Theo Đông y, củ khoai lang tính bình, vị ngọt, có tác dụng bồi bổ cơ thể, ích khí, cường thận, kiện vị, tiêu viêm, thanh can, lợi mật, sáng mắt Các nhà khoa học đã chứng minh rằng chất xơ trong thực phẩm có tác dụng hạn chế hấp thu cholesterol trong ruột vào máu, hạn chế tỉ lệ mắc bệnh ung thư đại tràng Theo Tây y, khoai lang chứa một hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao và dễ được cơ thể tiêu hoá, hấp thu và tận dụng Ngoài ra, nó còn có chứa một số hoạt chất sinh học phòng và chữa một số bệnh như ung thư, … Khoai lang có thể thúc đẩy nhu động ruột, tránh

bị táo bón [5]

Khoai lang tím Nhật Bản là một loại khoai lang được nghiên cứu đưa vào sản xuất bởi Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Nhật Bản có tên là Okinawan Đây là một nguồn chất màu tím tốt và ổn định vì nó có sản lượng lớn với hàm

lượng anthocyanin cao (Ikuo SUDA và cộng sự, 2003), do Trung tâm Nghiên cứu

Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc nhập nội năm 1994 từ Công ty FSA

Hình 2.1 Củ khoai lang tím tươi

2.2.2 Thành phần hoá học của khoai lang tím

Củ khoai lang có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng có lọi cho sức khoẻ Thành phần chủ yếu là carbonhydrate tinh bột, dễ được cơ thể tiêu hoá, hấp thu và tận dụng Theo các kết quả nghiên cứu của Trung tân nghiên cứu và phát triển rau Châu Á khi phân tích 1600 mẫu khoai lang được trồng ở các địa điểm khác nhau cho thấy hàm lượng chất khô của khoai lang là 12,74-41,20%, hàm lượng tinh bột của khoai lang khô đạt 44,59-78,02%

Ngoài thành phần tinh bột, khoai lang còn chứa nhiều chất dinh dưỡng khác như: đường hoà tan 3%, protein 2%, vitamin 0,5% 100g khoai lang tươi có 0,2g chất béo, 0,9 g muối vô cơ (18 mg Ca, 20 mgP2O5, 0,4mg Fe), caroten 1,31g, vitamin C 30mg, vitamin B1 0,04 mg, axít nicotinic 0,5mg Khoai lang còn chứa 67% nước, có hoàng sắc tố, hồng sắc tố, ngoài ra trong thành phần của củ khoai lang còn có một hàm lượng polyphenol đáng kể, khi bị tác động của men oxyhóa, biến thành màu nâu Khi phơi khô giá trị dinh dưỡng của khoai tăng lên rất nhiều, trong 100g khoai lang khô có độ ẩm 11% có chứa 2,2g protid, 0,5 lipid, 80g glucid, 3,6g xenluloza, cung cấp cho cơ thể tới 342 calo

Trong thành phần của củ khoai lang còn chứa nhiều muối khoáng và các nguyên tố vi lượng rất cần cho cơ thể con người (34mg canxi; 49,4g photpho; 1mg sắt; 0,3mg caroten)

Bảng 2.1 Thành phần hoá học của khoai lang (tính trong 100g sản phẩm) [2] Sản phẩm

Khoai lang khô

Rau khoai lang

năng kiềm chế đột biến của tế bào ung thư, ngăn ngừa ung thư, hạ huyết áp, phòng ngừa bệnh tim mạch Đây là lý do các nhà sản xuất tại Nhật Bản sử dụng khoai lang tím làm nguyên liệu chính để chế biến các loại đồ uống chức năng Ngoài ra, chất màu trong khoai lang tím hiện đang được một số nhà nghiên cứu trên thế giới nghiên cứu để thu nhận chất màu thực phẩm thiên nhiên thay thế cho chất màu nhân tạo

Bảng 2.3 Hàm lượng các chất chống oxy hoá trong 100g

của các loại khoai lang [6]

Trong thành phần của khoai lang còn chưa khá nhiều sắt, canxi, kali và kẽm, trong khi đó kẽm và sắt là 2 chất rất thiếu trong gạo, đây cũng là một điểm vượt trội của khoai lang so với các loại nông sản phổ biến hiện nay (gạo) Như vậy, các vi chất có trong khoai lang khá dồi dào, ăn khoai lang đơn thuần bảo đảm cung cấp một lượng lớn vitamine A, đáp ứng 28% nhu cầu vitamine C, 25% chất manganese, 16% chất đồng, xơ và vitamine B6, 8%chất sắt và kali [4]

Bảng 2.4 Hàm lượng các chất vi lượng trong các loại khoai lang

Cũng như các loại nông sản khác, thành phần và hàm lượng các chất có trong

củ khoai lang phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như giống, kỹ thuật trồng trọt, môi trường canh tác và đặc biệt là phương pháp bảo quản và chế biến sau thu hoạch

Các nghiên cứu về khoai lang tím trên thế giới

Trong thành phần củ khoai lang tím có chứa một lượng chất anthocyanin nhất định, đây là chất có tác dụng chống oxy hoá, phòng chống ung thư,… Chính

vì vậy mà khoai lang tím đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu chế biến để nhằm tạo ra các sản phẩm có lợi cho sức khoẻ con người

Nghiên cứu của các nhà khoa học Trường Đại học bang Kansas (Mỹ) trình bày tại Hội nghị Thực nghiệm Sinh học mới đây cho biết, khoai lang tím có chứa một số thành phần chống ung thư, trong đó chủ yếu là anthocyanin, một chất sắc tố

tự nhiên thường được tìm thấy trong các loại rau củ, hoa quả màu tím như: nho, trái việt quất, bắp cải tím, dâu,… Anthocyanin không những có tác dụng giảm nguy cơ ung thư, kìm hãm sự phát triển của các tế bào gây ung thư mà còn có khả năng chống oxy hoá cao, chống viêm, chống lão hoá và tăng cường hệ miễn dịch cho cơ thể So sánh thành phần anthocyanin giữa khoai lang tím và các loại khoai lang khác, các nhà khoa học đều thấy lượng anthocyanin trong khoai lang tím cao hơn đáng kể [11]

Các kết quả nhiên cứu của CHU Wen-jing, TENG Jian-wen, XIA Ning and WEI Bao-yao (2007) về hoạt tính chống oxy hoá của rượu khoai lang tím đã cho thấy rằng khả năng chống oxy hoá của rượu từ khoai lang tím mạnh hơn vang đỏ ở cùng độ cồn 11%vol Hoạt tính chống oxy hoá ở nước ép khoai lang tương đương với ở rượu khoai lang trước và sau khi lên men [11]

Oki và các cộng sự tại Trung tân Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia Kyushu Okinawa khu vực, Koshi, Kumamoto (2010) đã xác định 8 loại anthocyanin chính trong 61 thực phẩm chế biến từ khoai lang tím giống Ayamurasaki và

Murasakimasari tại Nhật Bản Các kết quả nghiên cứu đã xác định được lượng anthocyanin trong 10 loại thực phẩm chính như bột khô, vải khô, khoai lang khô thường giao động từ 53,22-936,26 mg/100g, còn trong 13 loại đồ uống bao gồm đồ uống và giấm lên men có chứa lượng anthocyanin từ 1,19-131,95 mg/100ml và từ 33,00-376,39 mg/100g đối với 11 loại thực phẩm chiên, bao gồm cả chip và bánh bột chiên, 1,01-69,75 mg/100g đối với 27 loại thực phẩm thứ cấp chế biến, bao gồm

cả các đồ ăn ngọt phương Tây và Nhật Bản Cũng theo các nghiên cứu này, hàm lượng anthocyanin peonidin vượt quá 70% tổng hàm lượng anthocyanin trong 9 loại thực phẩm chế biến chính, 13 loại đồ uống, 6 loại thực phẩm chiên và 21 các thực phẩm chế biến thứ cấp [15]

Tác giả Wei Na Fu, Tuo Ping Li, You Feng Jia, Zhong Sheng Zhao, Wei Hou, Ying Chen (2011) đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ lên men rượu vang tím bằng các biện pháp như sử dụng enzyme trong quá trình thuỷ phân tinh bột từ khoai lang tím, làm trong rượu khoai lang tím bằng tác nhân làm trong chytosan, tăng khả năng chống oxy hoá của sản phẩm rượu khoai lang tím bằng các gốc tự do… [18]

2.3 Anthocyanin và các yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của anthocyanin

2.3.1 Giới thiệu chung về anthocyanin

Anthocyanin (tiếng Hy Lạp: anthos là hoa; kyanos là màu xanh đậm) là hợp

chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid có màu đỏ, đỏ tía, xanh 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 (Phạm Thị Thanh Nhàn, 2011)

Các hợp chất anthocyanin xuất hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73 loài và trong vô số giống thực vật sử dụng làm thực vật (Bridle và Timberlake, 1996) Các loại anthocyanin phổ biến nhất là các glucoside của cyanidin, kế đến là pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin và maldivin Số lượng các 3-glucoside nhiều gấp 2,5 lần các 3,5-glucoside Loại anthocyanin hay gặp nhất chính

là Cyaidin-3-glucoside

Anthocyanin có khả năng hòa tan trong nước và chứa trong các không bào

Về bản chất, các Anthocyanin là những hợp chất glycoside của các dẫn xuất polyhydroxy và polymethoxy của 2-phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium Cho đến nay, người ta đã xác định được 18 loại aglycon khác nhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, petunidin và maldivin

Hình 2.2 Cấu trúc của anthocyanin

Anthocyanin là các dẫn xuất polyhydroxy hay polymetoxy glycosyl hoá của 2-phenylbenzopyrylium chứa 2 vòng benzoyl (A và B) cách nhau bởi một dị vòng (C) (hình 2.2) Nói cách khác, anthocyanin là các hợp chất của anthocyanidin (tức cation flavylium, hay bộ khung aglycon) với đường (có thể liên kết với các acid hữu

cơ trong trường hợp anthocyanin bị acyl hoá) [1]

Trong tự nhiên, anthocyanin rất hiếm khi ở trạng thái tự do (không bị glycosyl hóa) Nhóm hydroxy tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trở nên không ổn định và làm giảm khả năng hòa tan của nó so với anthocyanin tương ứng Vì vậy, sự glycosyl hóa luôn diễn ra, đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy Nếu có thêm một phân tử đường nữa, vị trí tiếp theo bị glycosyl hóa thường gặp nhất là ở C-5 Ngoài ra, sự glycosyl hóa còn có thể gặp ở các vị trí C-7, C-3’, C-5’ [1]

Loại đường phổ biến nhất là glucose, ngoài ra cũng có một vài loại monosaccharide (như galactose, rammose, arabinose), các loại disaccharide (chủ yếu là rutinose, sambubiose hay sophorose) hoặc trisaccharide tham gia vào quá trình glycosyl hóa

Sự methoxyl hóa các anthocyanin và các glucoside tương ứng diễn ra thông thường nhất là ở vị trí C-3’ và C-5’, cũng có thể gặp ở vị trí C-7 và C-5 Tuy nhiên, cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm thấy môt hợp chất nào bị glycosyl hóa hay bị methoxyl hóa trên tất cả các vị trí C-3, -5, -7 và -4’ do cần thiết phải còn ít nhất một nhóm hydroxyl tự do ở C-5, -7 hay -4’ để hình thành dạng cấu trúc quinonoidal base (dạng cấu trúc của anthocyanin thường tồn tại trong không bào thực vật có pH

từ 2,5 -7,5) [1]

Hình 2.3 Cấu trúc của một số anthocyanindin tự nhiên

Sự acyl hóa cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đường hay ester hóa

ở nhóm hydroxy C-6 Các nhóm acyl hóa chính là các phenolic acid như coumeric, caffeic, ferulic hay sinapic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malonic, oxalic và succinic [1]

ρ-Hiện nay, từ thực vật đã phân lập được khoảng 539 anthocyanin khác nhau (Andersen, 2005) Chúng khác nhau do sự khác nhau về nhóm chức R1 đến R7 có trong phân tử Các nhóm chức này có thể là nguyên tử hidro (-H), nhóm hidroxyl (-OH), metoxy (-OCH3) hay là các phân tử đường khác nhau gắn với khung aglycon bởi liên kết glucosid Tuy nhiên chỉ có 6 loại anthocyanidin thường tìm thấy trong thực vật là cyanidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin và petunidin Các glucosid của 3 loại anthocyanidin không bị metyl hóa (bao gồm cyanidin, delphinidin và pelargonidin) là phổ biến nhất trong tự nhiên, chúng chiếm 80% sắc

tố có trong lá, 69% sắc tố trong quả và 50% sắc tố trong hoa (Shipp Jaclyn; Abdel – Aal ElSayed M, 2010)

Hình 2.4.Công thức và chất màu anthocyanin từ khoai lang tím [12]

Một số loại anthocyanin phổ biến trong thực phẩm được trình bày ở bảng 2.5

Bảng 2.5 Các loại anthocyanin phổ biến trong thực phẩm

Loại nông sản Anthocyanin

Đậu đỏ, đậu đen Pelargonidin, cyanidin, delphinidin

Màu sắc của anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, các chất màu

có mặt và nhiều yếu tố khác,… Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzene thì màu càng xanh đậm

Mức độ methyl hoá các nhóm OH ở vòng benzene càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay

đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít

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 xanh và khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ

- Ở pH = 1 các anthocyanin ở dạng muối oxonium có màu cam đến đỏ

- Ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về dạng bazo Cacbinol hay bazo Chalcon không màu

- Khi pH = 7 ÷ 8 lại về dạng bazo Quinoidal Anhydro có màu xanh

Màu sắc của anthocyanin còn có thế thay đổi do hấp thụ ở trên polysaccharide Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thể phá huỷ và mất màu

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510 ÷ 540 nm 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 phụ thuộc vùng axit mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh

Tóm lại, trong môi trường acid, các anthocyanin là những bazo mạnh và có thể tạo muối bền vững với acid Anthocyanin cũng có khả năng cho muối với bazo Như vậy, chúng có tính chất amphote Muối với acid thì có màu đỏ, còn muối với kiềm thì có màu xanh

Hình 2.5 Sự biến đổi của anthocyanin ở các pH khác nhau

(Nguồn: Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự, 2004 [1])

2.3.3 Vai trò của anthocyanin

Trong y học, anthocyanin thường được dùng để chống dị ứng, viêm loét do nguyên nhân nội sinh hay ngoại sinh, kháng nhiều loại vi khuẩn khó tiêu diệt, tăng

chức năng chống độc của gan, ngăn ngừa sự nhiễm mỡ gan và hoại tử mô gan, điều hòa lượng cholesterol trong máu, tránh nguy cơ tắc nghẽn xơ vữa động mạch, phục hồi trương lực tim, điều hòa nhịp tim và huyết áp, điều hòa chuyển hóa canxi, làm giảm đau do tác dụng co thắt cơ trơn, làm giảm các đám xuất huyết nhỏ trong bệnh tiểu đường, 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 Ngoài ra anthocyanin còn có thể có nhiều ứng dụng khác do các phản ứng đa dạng của chúng trong các enzyme và các quá trình trao đổi chất khác nhau, chính vì vậy việc quan tâm đến thực phẩm giàu anthocyanin ngày càng được tăng cường vì nó có lợi cho sức khỏe con người [1]

Trong thực phẩm, anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá phổ biến và an toàn, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm Ngoài ra anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quý như khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa cho các sản phẩm thực phẩm Tuy nhiên, chất màu anthocyanin thu được từ các loại nguyên liệu khác nhau sẽ có tính chất không giống nhau Vì vậy, khi thu được chất màu anthocyanin từ khoai lang tím, cần thiết phải khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của

nó khi bổ sung vào thực phẩm

Những đặc tính quý báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học và các chất màu khác hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên cứu cho việc 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

2.3.4 Công dụng của anthocyanin

Anthocyanin 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 quý như:

+ Khả năng chống oxy cao nên được sử dụng để chống lão hoá hay chống oxy hoá các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, chống viêm, chống các tia phóng xạ, …

+ Có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư

+ Ngoài ra, anthocyanin còn có vai trò thu hút côn trùng giúp cho sự thụ phấn của cây diễn ra tốt hơn

(Nguồn: Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự, 2004 [1])

2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ màu 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 axit 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

Các loại nông sản chứa anthocyanin thường có màu đỏ và tím Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình xử lý, chế biến và bảo quản các sản phẩm thực phẩm Tuy nhiên, nếu màng tế bào không bị phá hủy thì lượng anthocyanin được giữ lại rất cao Màu đỏ của trái mâm xôi vẫn giữ được tốt khi đông lạnh trong khi màu đỏ của trái dâu bị tan ra ngoài dịch ngâm cho đến khi không còn màu Khi

củ cải đường được gọt vỏ hoặc cắt khối bị mất màu nhiều hơn khi không gọt vỏ và

để nguyên củ Trước khi trích dịch quả nho thì người ta nghiền nhỏ và để cho lên men nhẹ để anthocyanin trong vỏ di chuyển vào dịch quả, sau đó trích ly sẽ thu được hoàn toàn anthocyanin

Độ bền của các anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hóa học của anthocyanin, pH, nhiệt độ, sự có mặt của copigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng

2.3.5.1 Cấu trúc

a Cấu trúc chuyển hoá

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

Khi pH < 2, các anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flavylium màu đỏ (R3=0-đường) hoặc màu vàng (R3=H) Khi pH tăng, sự mất proton 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 là tương tự

Khi để yên, sự chuyển hóa xảy ra có sự tách nước của cation flavylium cho

ra dạng pseudobase (hemiacetal) Dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng mở không màu

Hai dạng 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 này khác nhau so với chalcone bình thường là bởi chúng có nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong đó chalcone bình thường có nhóm carbonyl ở kế cận vòng A

b Cấu trúc hoá học

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

Ví dụ: Bước sóng hấp thu cực đại trong dung dịch HCl 0,01% MeOH đối với pelgonidin: λmax= 520 nm (cam), cyaniding: λmax= 535 nm (đỏ cam), dephinidin: λmax= 545 nm (đỏ xanh)

Khi nhóm methoxyl thay thế nhóm hydroxyl thì ta thu được kết quả ngược lại Nhóm hydroxyl tại vị trí C-3 có ý nghĩa quan trọng vì dung dịch anthocyanin chuyển từ màu cam vàng đến màu đỏ Điều này giải thích sự khác nhau giữa anthocyanin có màu đỏ trong khi đó 3-deoxyanthocyanin: apigenidin, luteolinidin

và tricetinidin có màu vàng nhưng 3-deoxyanthocyanidin bền hơn các anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và Sueny, 1983)

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

Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tính bền 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 bền hóa đáng kể các pigment, trong khi đó, sự methoxyl hóa 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

Anthocnin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin, cinerarrin, gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc axit yếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và axit 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 kiểu sandwich nhờ sự tương tác giữa vòng anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm

2.3.5.2 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 thay đổi theo sự thay đổi của pH Sự thay đổi cấu trúc của anthocyanin khi pH thay đổi đã được đề cập trong phần cấu trúc chuyển hóa Năm

1956 Lukton nghiên cứu thấy rằng: ở ph = 2 - 4,5 thì vận tốc phân hủy pelargonidin 3- glucoside trong dịch ép của quả dâu không xác định được khi không

có O2

Khi có mặt O2, pH tăng nhanh, sự biến tính tăng lên mãnh liệt

Đến năm 1972, Adams nghiên cứu thấy rằng ở pH = 2 - 4 ít ảnh hưởng đến

sự phân hủy của Anthocyanin trong suốt quá trình gia nhiệt khi không có O2 Khi có mặt O2 thì Anthocyanin bị biến tính mạnh ở pH trên cấu trúc của chúng cùng với độ bền màu thay đổi với sự thay đổi pH

2.3.5.3 Nhiệt độ

Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, Anthocyanin dễ dàng bị biến tính dưới tác dụng của nhiệt độ (Markakis 1974) Anthocyanin bị phân hủy chậm ở nhiệt độ thường và nhanh ở nhiệt độ cao

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

Cơ chế của sự phân huỷ xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào bản thân của anthocyanin đó Drazdina cho rằng coumarin glycoside

là sản phẩm phân hủy phổ biến của anthocyanin 3,5 - diglycoside và cơ chế của sự phân hủy là đầu tiên, cation flavylium chuyển thành dạng quinolnidal base, tiếp

theo là hình thành nhiều dạng sản phẩm trung gian và cuối cùng thu đựơc dẫn xuất coumarin và thành phần tương ứng với vòng B của anthocyanidin Sự biến tính này không những được xúc tiến bởi nhiệt độ mà còn bị ảnh hưởng bởi oxy

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 kết glycoside

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 Các nghiên cứu màu anthocyanin cũng cho thấy, trong dâu tây cho thấy khi tồn trữ ở 1,1oC lượng anthocyanin giảm rất ít so với khi tồn trữ ở 18,3o

C, 21,1oC và 37,8o

C Nhiều nghiên cứu trên quả nho Hy Lạp, quả mâm xôi và quả dâu cũng cho kết quả giống nhau

2.3.5.4 Oxy

Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phân hủy của anthocyanin, do đó mà sinh ra những dạng sản phẩm không màu hoặc màu nâu Chính sự oxy hóa trực tiếp dạng carbinol pseudobase đã gây ra sự kết tủa và đóng váng trong nước trái cây

Trong quá trình đun nóng các anthocyanin bị oxy hóa mãnh liệt Oxy và nhiệt độ là những tác nhân xúc tiến đặc biệt nhất trong nước ép của quả anh đào, nho dâu 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 còn được sử dụng như là chất màu ở nước giải khát được tăng lên khi đóng hộp với nitrogen

2.3.5.5 Enzyme

Nhiều enzyme ( thủy phân hay oxy hóa) nội sinh trong tế bào của nguyên liệu có khả năng làm mất màu anthocyanin Những enzyme này được gọi chung là anthocyanidaza 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 3-glycoside thành đường tự

do và anthocyanidin, aglycone này kém 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 thông qua cơ chế oxy hóa kết hợp Theo Gromeck và Markakis, sự thêm vào glycosidase và PPO xúc tác cho quá trình peroxide hóa phân hủy anthocyanin Các enzyme này có thể bị vô hoạt ở nhiệt độ 90 ÷ 100oC trong 45÷60 giây (Bùi Hữu Thuận, 2000)

Peng và Markakis đã đề nghị một cơ chế mà trong đó O-quinine được tạo thành bởi sự oxy hóa anthocyanin 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

2.3.5.6 Ánh sáng

Các anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sáng thấy được, và các nguồn pháp xạ khác Ánh sáng có 2 ảnh hưởng đến anthocyanin:

- Tăng cường cho quá trình sinh tổng hợp

- Xúc tiến sự biến tính của chúng

Năm 1964, Siegenman cho rằng những quả táo giống đỏ sẽ chuyển sang màu xanh khi để trong bóng tối Năm 1968, Vanburen và các cộng sự cho rằng các diglucoside được acyl hóa và methyl hóa thì các anthocyanin trong rượu bền nhất khi để ngoài ánh sáng, các diglucoside không bị acyl hóa là ít bền hơn và monoglucoside là kém bền nhất Năm 1975, Palamidis và Markakis đã tìm thấy rằng ánh sáng thúc đẩy quá trình phân hủy anthocyanin trong nước giải khát có CO2được phối màu với anthocyanin từ xác nho Macccarone và cộng sự đã nghiên cứu

sự quang hóa của anthocyanin và chỉ ra rằng, anthocyanin diglycosyl hóa tại vị trí C-3 và C-5 là bền hơn các anthocyanin mono glycoyl hóa tại vị trí C-3 đồng thời chúng bền hơn so với các aglycone tương ứng

2.3.5.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Ở nồng độ 100 ppm, đường và các sản phẩm phân hủy của chúng có tác dụng thúc đẩy sự phân hủy các anthocyanin, trong đó fructose, arabinose, lactose và sorbose có khả năng phân hủy anthocyanin mạnh hơn glucose, sucrose, và maltose Tốc độ phân hủy của anthocyanin liên quan đến tốc độ phân hủy của đường Các sản phẩm phân hủy của đường gồm có: furfura l,5-hydroxymethyl furfural và acctaldehyde thu được từ phản ứng Mailard hoặc từ sự oxy hóa của axit ascorbic, polyuronic hoặc ở bản thân các anthocyanin Những sản phẩm phân hủy này

dễ dàng ngưng tụ với các anthocyanin hình thành những hợp chất phức tạp có màu nâu sẫm.

Sự phân hủy anthocyanin với sự có mặt của furfural và HMF trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ và được thấy rõ nhất là trong nước trái cây sự có mặt của nó làm tăng thêm hiệu quả phân huỷ của tất cả các loại đường và các dẫn xuất của chúng

2.2.5.8 Các ion kim loại

Một số ion kim loại đa hóa trị có thể tương tác với các anthocyanin có nhóm

OH ở vị trí ortho gây ra hiệu ứng sẫm màu (bathocromic) Hiện tượng này xảy ra khi kim loại tiếp xúc với anthocyanin trong quá trình chế biến rau quả hoặc sự cho thêm các muối kim loại vào trong thực phẩm

Anthocyanin chứa glycoside o-dihydroxy như cyanidin, delphinidin tạo màu với kim loại Các hợp chất này ổn định với ánh sáng và pH Màu sắc muối kim loại của anthocyanin không chỉ phụ thuộc vào anthocyanin mà còn phụ thuộc vào ion kim loại đó và hầu hết có màu đỏ tía hơi xám Các ion kim loại này có trong các dụng cụ chứa đựng trong quá trình chế biến Các hộp thiếc dùng để chứa rau quả có chứa anthocyanin có thể bị trầy xước do quá trình vận chuyển, gia công làm cho thiếc di chuyển vào trong hộp làm cho cùi của quả việt quất chuyển sang xanh xám, anthocyanin tạo phức với thiếc cho màu xanh da trời trong một số nước berry Khi lớp thiếc bị bong tróc ra thì làm cho sắt bên trong bị phân hủy bởi acid trong thực phẩm (rau quả), ion sắt có thể ảnh hưởng lên anthocyanin, với muối Fe2+

, Fe3+ tạo phức màu xanh da trời với anthocyanin ở pH > 5,5 Nếu quả dâu được cắt bởi dao thép thì vết cắt sẽ trở nên sậm màu Muối nhôm được tạo thành với anthocyanin cũng làm thay đổi màu sắc ban đầu của nó, cyanidin 3-glycoside tạo phức đỏ với nhôm ở pH trên 5,5 Istrunk và Cash đã chứng minh rằng có thể bền hóa màu của dịch trích dâu bằng cách thêm vào đó muối thiếc Francis (1977) công bố rằng, các ion Ca, Fe, Al tạo thêm sự bảo vệ cho anthocyanin của nước ép trái mận việt quất

(cranberry), nhưng sự biến đổi màu xảy ra là do sự tạo phức giữa ion kim loại và tannin, kết quả sau cùng là không có lợi

Trong công nghiệp đồ hộp, sự mất màu của những trái cây có chứa anthocyanin là do có phản ứng với thiếc của đổ hộp (Culpepper và caldwell, 1972) Trong phản ứng với thiếc, anthocyanin đóng vai trò như chất khử cực catod hoặc anod Chất khử cực catod có thể bị khử bởi hydro mới sinh từ phản ứng giữa kim loại và acid, còn chất khử cực anod thường là các anthocyanin có ít nhất 2 nhóm hydroxyl ở vị trí ortho

2.3.5.9 Sunphurdioxide (SO 2 )

Các anthocyanin thường bị mất màu khi có mặt của SO2 Hiện tượng này thường xảy ra trong quá trình xử lý các sản phẩm thực phẩm có chứa anthocyanin bằng SO2 Quá trình khử này có thể là thuận nghịch hoặc bất thuận nghịch Trái cây

và nước quả được xử lý bằng một lượng trung bình SO2 (500 - 2000 ppm), làm mất màu các anthocyanin của chúng trước khi chế biến, hơn nữa, chúng được desunfit hoá và màu anthocyanin được phục hồi Jurd đã đề nghị sơ đồ phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và anthocyanin trong đó, dạng có màu flavylium phản ứng với ion bisulphate tạo thành chromene-2-(hoặc 4)- sulphonic axit

SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30 ppm) có thể ức chế sự biến tính do enzyme của anthocyanin trong quả anh đào nhưng không làm mất màu chúng (Goodman và Markakis, 1965) Sự tẩy màu bất thuận nghịch xảy ra trong quá trình tẩy quả với lượng lớn SO2 (0,8 - 1,5%) và soda (0,4 - 1%) được dùng trong quá trình tẩy quả Phản ứng bất thuận nghịch này chưa được biết hoàn toàn

2.3.5.10 Axit ascorbic

Nhiều nhà khảo sát Beatic và cộng sự, 1943; Pederson và cộng sự, 1947; Kertesz, 1952; Meschter, 1953; Markakis và cộng sự, 1957; Starr và Francis 1968, quan sát sự biến mất đồng thời của acid ascorbic và anthocyanin trong nước trái cây tồn trữ và đề nghị một tương tác có thể có giữa 2 hợp chất này Acid ascorbic hiện diện trong hầu hết các sản phẩm trái cây, vitamin này bị oxy hoá tạo thành H2O2 và chính H2O2 làm mất màu anthocyanin

Shrikhande và Francis đã tìm thấy các ion đồng xúc tiến và các flavonoid làm giảm sự phân huỷ của cả hai axit ascorbic và anthocyanin Những sản phẩm không màu, axit dehydroascorbic cũng có thể làm mất màu anthocyanin nhưng tại tốc độ thấp hơn axit ascorbic

2.2.5.11 Một số yếu tố khác

- H2O2 oxy hóa anthocyanin

- Anthocyanin ngưng tụ với chính nó và các chất hữu cơ khác tạo thành phức với protein, tannin, flavonoid, polysaccharide Phản ứng này làm gia tăng màu của anthocyanin, bền hơn trong chế biến và tồn trữ Màu ổn định của rượu vang đỏ được cho là sự liên kết của anthocyanin Các chất này ít nhạy cảm với

pH, sự liên kết ở vị trí C4 chống lại sự mất màu bởi SO2 Những phản ứng ngưng

tụ khác có thể dẫn đến sự mất màu: một số chất thân hạch như amino axit, catechin…có thể ngưng tụ với flavonoid cho chất không màu

2.4 Các biện pháp chống biến màu các sản phẩm đồ uống lên men

2.4.1 Cơ chế bảo vệ màu anthocyanin

Theo Rein (2005), sự ổn định của hợp chất màu anthocyanin chịu ảnh hưởng bởi bản chất của anthocyanin về cấu trúc, cũng như nồng độ của anthocyanin có trong sản phẩm, các tác nhân vật lý (ánh sáng, oxy, nhiệt độ), các tác nhân hóa học (pH, axit, các chất tạo phức) Các yếu tố gây ảnh hưởng đến sự ổn định của anthocyanin có thể được điều khiển theo hướng tích cực như chọn loại nguyên liệu tốt nhất cho sản phẩm có nồng độ anthocyanin đạt cao nhất, tránh ánh sáng trực tiếp, tránh để sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với oxy hay loại bỏ oxy ra khỏi sản phẩm,

sử dụng các chất tạo phức Việc sử dụng các chất tạo phức là một phương pháp chủ đọng được sử dụng nhằm làm ổn định hơn màu sắc của anthocyanin

Theo Lê Ngọc Tú và cộng sự (2003), anthocyanin trong rượu vang có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và mang những đặc tính tốt về giá trị cảm quan và dinh dưỡng Do bản chất của chúng là những hợp chất phenol nên rất dễ bị oxy hóa trong các điều kiện khác nhau Các hợp chất phenol có thể bị oxy hóa ngay ở nhiệt độ bình thường trong không khí ẩm, phản ứng này xảy ra nhanh hơn khi nhiệt độ cao và nhất là trong môi trường kiềm Đặc biệt, các hợp chất phenol bị oxy hóa rất mãnh liệt dưới tác dụng của enzyme oxy hóa với sự có mặt của oxy không khí hoặc có mặt các oxy nguyên tử giải phóng từ peroxyde

Mặt khác, màu của anthocyanin thay đổi theo pH của môi trường, khi pH thay đổi từ môi trường axit sang bazo, màu của anthocyanin đổi từ đỏ sang xanh, tương ứng với độ hấp thu cực đại λmax = 520-617nm (Nguyễn Thị Phương Anh & Nguyễn Thị Lan, 2007)

Các phản ứng liên quan đến anthocyanin và ảnh hưởng tới màu sắc:

Nếu thành phần của rượu vang được kiểm tra thường xuyên từ khi kết thúc quá trình lên men cho tới khi đóng chai thì thấy rằng nồng độ anthocyanin giảm đều đặn Anthocyanin tự do sẽ hoàn toàn biến mất sau vài năm mặc dù rượu vang vẫn giữ được màu tím đỏ Những phần tử này không ổn định và phải kết hợp với tannin

để tạo thành dạng chất màu bền vững hơn và những hợp chất màu này sẽ quyết định màu sắc của vang hoá già Nồng độ của tannin đóng vai trò quyết định đến màu sắc của vang hoá già

Sự kết hợp với anthocyanin làm tăng sự ổn định về màu Sự kết hợp với polysaccarit hoặc protein chưa được biết nhiều, phụ thuộc vào bản chất của các cấu

tử này và bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ Những thay đổi này cũng có ảnh hưởng lớn đến hương vị Sự polyme hoá tạo thành các procyanidin polymer có hoạt tính phản ứng với protein cao, do đó làm tăng đặc tính tannin Ngược lại, sự polymer hoá được trung gian bởi ethanol thì làm mềm hương vị hơn Mặc dù, chúng có cùng một

số lượng flavanol nhưng các phân tử này thường ít hoạt động hơn procyanidin Sự kết hợp với các cấu tử khác như anthocyanin, polysaccarit trung tính và protein làm giảm hoạt tính của chúng

Trong quá trình sản xuất rượu vang, chúng ta luôn phải đối mặt với sự sẫm màu và những biến đổi làm ảnh hưởng xấu đến màu sắc, vị và hương của rượu vang trắng Có rất nhiều phản ứng xảy ra nhưng quan trọng nhất là sự oxy hoá các hợp chất polyphenol như axit hydroxycinamic, proanthocyanidin, catechin và các dẫn xuất của nó Ngoài ra, sự tạo thành các hợp chất oligomers cũng là nguyên nhân gây

ra sự sẫm màu

Bản chất của sự oxy hoá các hợp chất polyphenol có thể là do phản ứng enzyme hoặc phản ứng có bản chất hoá học S ự oxy hoá enzyme xảy ra dưới tác dụng của enzyme polyphenol oxidase Nó oxy hoá chủ yếu các hợp chất mono/ orthodiphenolic Sự oxy hoá này chủ yếu xảy ra trong dịch quả nhiều hơn là trong rượu vang, vì enzyme này bị ức chế bởi ethanol Còn sự oxy hoá hoá học cũng xảy

ra với các hợp chất tương tự như oxy hoá enzyme, đây là nguyên nhân chính gây sẫm màu trong rượu vang Bản chất xúc tác tự nhiên của các phản ứng đó có lẽ là theo cơ chế oxy hoá và liên kết các hợp chất trung gian semequinnones (chủ yếu là các liên kết C-C, C-O và O-O…) Đây là nguyên nhân tạo thành các oligomers Các

phản ứng hoá học này sảy ra rất chậm trong rượu vang, nó còn đòi hỏi hàng tuần, hàng tháng, thậm chí còn cần có ion kim loại như Fe3+ xúctác cho sự oxy hoá

Cho đến nay, sự sẫm màu vẫn được xem như có liên quan chủ yếu ở sự tự khử của rượu vang, làm giảm chất lượng cảm quan của rượu vang Sự oxy hoá phenol tạo thành các phức chất phenol-protein dẫn đến sự giảm khả năng oxy hoá của rượu vang và giảm tính chất sinh học của các axit amin như lysine, cystein, tryptophan, histidin, methionine, …

Người ta có thể làm giảm sự tác động ảnh hưởng xấu đến màu sắc rượu vang của các hợp chất phenol bằng cách sử dụng một số tác nhân xử lý rượu vang Ptasium caseinane được sử dụng ở cuối quá trình lên men, sẽ tạo thành các phức protein-polyphenol, sau đó các chất này sẽ được hấp thụ và loại bỏ bởi bentonit Một số chất phụ gia làm trong khác như bentonit, gelatin, than hoạt tính, polyvininyl polypyrolidom cũng được sử dụng để làm ổn định dịch quả tránh các tác động có hại của hợp chất polyphenol

Sự ổn định màu của rượu vang cũng còn phải kể đến sự liên quan tới chất màu khác là anthocyanin Đây là sắc tố màu đỏ chủ yếu trong rượu vang Sự ổn định màu của sắc tố này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, pH, oxy,

SO2, … Nồng độ SO2 cuối khoảng 2,5g/l sẽ có tác dụng tẩy trắng màu của sắc tố anthocyanin này, sẽ làm tăng độ sáng màu cho rượu vang

Tóm lại, sự sẫm màu là một hiện tượng thường thấy trong quá trình sản xuất, bảo quản và tàng trữ rượu vang Mức độ ảnh hưởng của nó phụ thuộc vào nhiều yếu

tố khác nhau như nhiệt độ, pH, thời gian, oxy, SO2, … Việc nghiên cứu để hạn chế ảnh hưởng của sự sẫm màu rượu vang là rất có ý nghĩa

2.4.2 Các biện pháp chống biến màu đồ uống lên men

Trong các loại nông sản đưa vào chế biến thực phẩm, thường chứa tổ hợp các chất khác nhau Trong quá trình xử lý cơ nhiệt, chúng sẽ bị biến đổi và tương tác với nhau, để tạo thành những chất màu mới có ảnh hưởng đến chất lượng thành phẩm Chất màu được tạo thành hoặc biến đổi trong quá trình chế biến đồ uống do nhiều nguyên nhân Có thể do tác nhân vật lí: ánh sáng làm mất màu, tác dụng cơ học khuấy đảo làm màu sẫm lại,… Cũng có thể do tác nhân nhiệt đã kìm hãm hoặc kích thích các phản ứng màu do enzym gây ra, phân huỷ màu, hoặc xúc tác các phản ứng màu Song, sự biến đổi màu tự nhiên trong quá trình chế biến nông sản chủ yếu là do tác nhân hoá học Các phản ứng tạo màu trong thực phẩm thường

phức tạp và đa dạng: Phản ứng Mailar, Caramen làm sản phẩm có màu sẫm đi Do vậy trong quá trình chế biến cần phải có chế độ xử lí nhiệt phù hợp để hạn chế sự

thay đổi màu bất lợi, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm

Chất màu có trong sản phẩm đồ uống cũng có thể do các chất có bản chất là polyphenol (không màu) bị oxy hoá thành các quinol (màu xám) dưới tác dụng của

hệ enzim oxy hoá, do đó để đồ uống có màu sắc tự nhiên người ta thường vô hoạt enzym polyphenoloxidaza bằng nhiệt (chần, thanh trùng)

Ngoài ra, thêm một số phụ gia có tính khử để chuyển hoá quinol thành phenol, do đó cũng làm chậm hoặc ngăn cản sự sẫm màu Do enzyme thúc đẩy cho phản ứng hóa nâu do enzyme là polyphenol oxydase (phenolase), điều kiện khởi phát của phản ứng này là phải có sự hiện diện của ion kim loại và oxy trong môi trường axit nhẹ Việc sử dụng axit để chống phản ứng hóa nâu do enzyme trong chế biến thực phẩm là rất phổ biến Axit ascorbic được sử dụng nhằm tạo ra môi trường

pH tương ứng với tốc độ phản ứng hóa nâu do enzyme là thấp nhất Vì thế axit ascorbic được sử dụng từ lâu như là hóa chất chống sự hóa nâu do enzyme (Võ Tấn Thành, 2000) Người ta hay dùng vitamin C vào đồ uống với hàm lượng từ 0,5 - 1%

so với lượng sản phẩm Khi lượng vitamin này cao có thể kìm hãm sự tác động của enzym polyphenoloxidaza trước khi lượng vitamin này biến hết trong môi trường

2.4.2.1 Sử dụng axit xitric

Axit xitric là một acid hữu cơ thuộc loại yếu và nó thường được tìm thấy trong các loại trái cây thuộc họ cam quít Đây là chất bảo quản thực phẩm tự nhiên

và thường được thêm vào thức ăn và đồ uống để làm vị chua

Hình 2.6 Công thức cấu tạo của axit xitric

Ở lĩnh vực hóa sinh thì axit xitric đóng một vai trò trung gian vô cùng quan trọng trong chu trình axit xitric của quá trình trao đổi chất xảy ra trong tất cả các vật thể sống Ngoài ra axit xitric còn đóng vai trò như là một chất tẩy rửa, an toàn đối với môi trường và đồng thời là tác nhân chống oxy hóa

Tính axit của axit xitric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl (-COOH), mà mỗi nhóm carboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrate Các muối

citrate dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch axit Các ion citrate kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến nhất là muối calci citrate dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực phẩm Bên cạnh đó ion citrate có thể kết hợp với các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất bảo quản và làm mềm nước

Ở nhiệt độ phòng thì axit xitric tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng dạng bột hoặc ở dạng khan hay là dạng monohydrat có chứa một phân tử nước trong mỗi phân tử của axit xitric Dạng khan thu được khi axit xitric kết tinh trong nước nóng, trái lại dạng monohydrate lại kết tinh trong nước lạnh Ở nhiệt độ trên 74ºC dạng monohydrate sẽ chuyển sang dạng khan Về mặt hóa học thì axit xitric cũng có tính chất tương tự như các axit carboxylic khác Khi nhiệt độ trên 175ºC thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nước

Với vai trò là một chất phụ gia thực phẩm, axit xitric được dùng làm gia vị, chất bảo quản thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là nước giải khát, nó mang mã số E305 Muối xitrat của nhiều kim loại được dùng để vận chuyển các khoáng chất trong các thành phần của chất ăn kiêng vào cơ thể Tính chất đệm của các phức citrat được dùng để hiệu chỉnh độ pH của chất tẩy rửa và dược phẩm

Axit xitric thường được dùng với axit ascorbic hay sodium sulphite như những tác nhân chống enzyme phenolase và glucosidase Axit xitric hạ thấp pH của sản phẩm và do đó giảm tốc độ phản ứng hóa nâu do enzyme ( Nguyễn Thị Thu

Thủy, 2010)

Ở tỷ lệ axit xitric và axit ascorbic là 1:0 và nồng độ 0,1 % có tác dụng tạo đệm (Hoàng Ngọc Hùng và Chu Vũ Hùng, 2006) làm cho pH của dịch trích từ 1,5

hạ xuống 1,3 Ở pH =1 các anthocyanin tồn tại ở dạng oxonium hoặc flavylium có

độ hấp thụ cực đại (Nguyễn Thị Lan và Lê Thị Lạc Quyên, 2006), vì vậy mà nồng

độ anthocyanin còn lại cao

Axit xitric có tác dụng tạo phức nhưng bản thân anthocyanin đã có thể tự tạo phức để bền hơn trong dung dịch, nên không có hiệu quả trong việc bảo vệ màu anthocyanin

Sự hư hỏng của anthocyanin phụ thuộc vào nồng độ axit ascorbic có trong dung dịch Sự có mặt của axit xitric một phần ngăn ngừa sự hư hỏng của anthocyanin, nhưng sự phân hủy của axit ascorbic lại làm phân hủy anthocyanin nhanh chóng hơn

2.4.2.2 Sử dụng axit ascorbic

Vitamin C là chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự sống của sinh vật Ở lĩnh vực hóa sinh, vitamin C là chất chống oxi hóa, tham gia vào các quá trình tổng hợp enzym, tăng sức đề kháng, phục hồi sức khỏe, đặc biệt ngăn ngừa bệnh scurvy ở người Vitamnin C (axit ascorbic ) còn được dùng làm chất bảo quản thực phẩm, hương vị cho một số nước uống làm tăng giá trị dinh dưỡng

Vitamin C tồn tại trong thiên nhiên dưới ba dạng phổ biến là axit ascorbic, axit dehydroascorbic và dạng liên kết ascorbigen Vitamin C chỉ tồn tại dạng L trong các sản phẩm thiên nhiên (Lê Ngọc Tú và cộng sự, 2004)

Ở điều kiện nào thì sản phẩm oxy hóa đầu tiên của các hợp chất phenol cũng

là các chất o-quinone tương ứng Các o-quinine này là các chất hoạt động, chúng có thể gây ra hàng loạt các phản ứng quan trọng, hoặc là tự ngưng tụ với nhau để tạo thành các sản phẩm có màu hoặc không màu, tan và không tan trong nước Tuy nhiên, các hợp chất phenol bị oxy hóa, nếu trong hệ thống phản ứng có mặt những chất có tính khử mạnh như glucose, acid ascorbic (vitamin C)…thì các o-quinine sẽ oxy hóa chúng, còn bản thân sẽ trở lại trạng thái ban đầu, không còn khả năng ngưng tụ thành các chất màu nữa Phản ứng xảy ra được thể hiện phương trình sau:

O-diphenol + ½ O2 → O-quinone + H2O O-quinone + Axit ascorbic → O-dephenol + Axit dehydroascorbic

Theo Mayer thì axit ascorbic bảo vệ và làm giảm sự thoái hóa màu sắc của anthocyanin trong dâu tây, mận và đào, nhưng trong nước nho thì không

Vì axit ascorbic dễ bị hư hỏng trong điều kiện aw cao Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ bền của axit ascorbic, khi nhiệt độ cao axit ascorbic hư hỏng nhanh chóng, nhiệt độ tốt nhất để bảo vệ axit ascorbic là 0÷4oC pH cũng ảnh hưởng đến axit ascorbic, pH tối thích để bảo vệ axit ascorbic là 5÷6 Do axit ascorbic phân hủy dần theo thời gian bảo quản bởi các điều kiện trên nên không có tác dụng bảo vệ màu anthocyanin trong dịch trích Mặt khác, quá trình oxy hóa axit ascorbic ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như áp suất riêng phần oxy, pH, nhiệt độ, đặc biệt khi có mặt xúc tác là các ion kim loại nặng như Cu2+, Fe3+ thì tốc độ phản ứng tăng lên nhiều lần so với quá trình tự oxy hóa ngẫu nhiên không có xúc tác (các ion này có mặt trong thành phần khoai) Kết quả tạo H2O2, H2O2 sinh ra làm oxy hóa anthocyanin nên hàm lượng anthocyanin còn lại rất thấp Khi bổ sung axit ascorbic với nồng độ càng cao thì nồng độ H2O2 sinh ra trong dung dịch tương ứng càng cao nên hàm lượng anthocyanin bị phân hủy nhanh và còn lại thấp