ANTHOCYANIN VÀ NHỮNG NGUYÊN LIỆU CHỨA ANTHOCYANIN

Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật

Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM Khoa Công nghệ Thực Phẩm BỘ MÔN Công Nghệ Thực Phẩm ĐỒ ÁN MÔN HỌC Công Nghệ Thực Phẩm (MSMH: 20471014) ĐỀ TÀI: ANTHOCYANIN VÀ NHỮNG NGUYÊN LIỆU CHỨA ANTHOCYANIN GVHD: Cô Trần Thị Cúc Phương SVTH: 1. Huỳnh Thị Thanh Tuyền_0851100344 2. Trần Thị Xuân Hồng_ 0851100091 Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Năm học: 2011 Mục lục I. Tổng quan về Anthocyanin .3 1. Giới thiệu . 4 2. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin . 4 3. Tính chất của Anthocyanin .5 Công dụng .7 4. Sự phân bố của Anthocyanin 8 5. Qúa trình sinh tổng hợp Anthocyanin .8 5.1. Con đường sinh tổng hợp Anthocyanin trong tế bào thực vật 9 5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp .9 6. Sự chuyển đổi cấu trúc của Anthocyanin trong môi trường lỏng .9 7. Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin 11 7.1. Cấu trúc 12 7.1.1 Cấu trúc chuyển hóa .13 7.1.2. Cấu trúc hóa học 14 7.2. PH 15 7.3. Nhiệt độ 16 7.4. Oxy .17 7.5. Enzyme .19 7.6. Ánh sáng .20 7.7. Đường và các sản phẩm biến tính của chúng 22 7.8. Các ion kim loại .25 7.9. Sunphurdioxide(SO 2 ) 28 7.10. Acid Ascorbic .30 8. Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuất Anthocyanin hiện nay 34 9. Vai trò của các hợp chất Anthocyanin 37 9.1. Đối với thực vật 40 9.2. Đối với sức khỏe con người .12 9.2.1. Hoạt tính chống oxy hóa .13 9.2.2. Hoạt tính chống ung thư 14 9.2.3. Hoạt tính chống các bệnh tim mạch 15 Kết luận 16 II. Các nguyên liệu có chứa Anthocyanin .17 1. Bắp cải tím .19 1.1. Tổng quan .20 1.2. Thành phần hóa học 22 Giới thiệu về phương pháp trích ly .25 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly . 28 1.3. Quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím .30 Tiến hành thí nghiệm 14 Phương pháp thí nghiệm 15 Mục đích thí nghiệm 16 Chuẩn bị thí nghiệm 17 Bố trí thí nghiệm .19 Phương pháp nghiên cứu 20 Kết quả nghiên cứu 22 1.4. Kết luận 25 2. Gạo nếp than 19 2.1. Tổng quan .20 2.2. Thành phần hóa học 22 2.3. Quá trình và tinh chế Anthocyanin từ gạo nếp than 30 2.4. Nhận xét và kết luận 15 3. Dâu tây .19 3.1. Tổng quan .20 3.2. Thành phần hóa học 22 3.3. Phương pháp nghiên cứu 30 3.3.1. Nguyên liệu .14 3.3.2. Phương pháp 15 3.3.3. Tiến hành thí nghiệm .16 3.3.4. Kết quả nghiên cứu về các đặc tính của Anthocyanin .17 Nhận xét 16 3.4. Kết luận 17 III. Các chất Anthocyanin thương mại .17 IV. Phương pháp nghiên cứu, bảo vệ màu đỏ của Anthocyanin 19 1.Phương pháp nghiên cứu .20 Sơ đồ nghiên cứu .22 2. Bảo vệ màu đỏ của Anthocyanin .22 Mục Lục_Bảng: Bảng 1.Các Anthocyanin trong một số nguồn thực vật 17 Bảng 2. Thành phần hóa học của bắp cải .19 Bảng 3. Ảnh hưởng của dung môi đến hàm lượng và độ màu của Anthocyanin .20 Bảng 4. Tỷ lệ dung môi và hàm lượng Anthocyanin 17 Bảng 5. Thành phần hóa học của gạo nếp than 19 Bảng 6. Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tây .20 Bảng 7. Kết quả hàm lượng Anthocyanin theo độ chín của quả dâu 17 Bảng 8. Phần trăm màu còn lại theo thời gian ở 95 o C tại các PH khác nhau của Anthocyanin thô chiết trong dung môi nước Sulfite và etanol/H 2 O .19 Mục Lục_Hình: Hình 1. Cấu trúc của một số Anthocyanin tự nhiên 17 Hình 2. Con đường sinh tổng hợp Anthocyanin .19 Hình 3. Sự chuyển hóa cấu trúc của phân tử Anthocyanin trong môi trường lỏng 20 Hình 4. Cấu trúc chuyển hóa của Anthocyanin trong nước 17 Hình 5. Ảnh hưởng của PH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45 o C trong trường hợp có Oxygen hoặc Nitrogen 19 Hình 6. Sự biến tính của Anthocyanin 3,5_diglucoside tại PH 3,7 .20 Hình 7. Sự biến tính của Anthocyanin với phản ứng oxy hóa Catechol .20 Hình 8. Phản ứng ngưng tụ của a) Cyanidin và furfural và b) cyanidin ketobase và furfural 17 Hình 9. Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO 2 va Anthocyanin .19 Hình 10. Sự chuyển hóa Malvin thành Malvone bởi H 2 O 2 tạo thành sự oxy hóa vitamin C 20 Hình 11. Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa vitamin C và A 17 Hình 12. Sự tạo phức giữa Cyanidin và DNA 19 Hình 13. Bắp cải tím 20 Hình 14. Công thức cấu tạo của Cyanidin 3,5_diglucoside 20 Hình 15. Qúa trình trích ly một đoạn .20 Hình 16. Qúa trình trích ba đoạn giao dòng 17 Hình 17. Qúa trình trích nhiều đoạn nghịch dòng 19 Hình 18. Sơ đồ quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím .20 Hình 19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các hệ dung môi 20 Hình 20. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (Etanol-nước ) đến hàm lượng Anthocyanin 19 Hình 21. Hạt nếp than 20 Hình 22. Qủa dâu tây 20 Hình 23. Kết quả hàm lượng Anthocyanin ở các nồng độ SO 2 khác nhau 20 Hình 24. Kết quả hàm lượng Anthocyanin ở các nhiệt độ khác nhau .20 I. Tổng quan về Anthocyanin: 1. Giới thiệu: Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật. Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó Anthocyanin là sự kết hợp giữa Anthos – nghĩa là hoa và Kysanesos – nghĩa là màu xanh. Tuy nhiên, không chỉ có màu xanh, anthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rưc rỡ khác như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian. Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycon. Mỗi anthocyanidin có thể bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đường và các acid khác tại các vị trí khác nhau. Vì thế lượng anthocyanin lớn hơn anthocyanidin từ 15-20 lần. 2. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin: Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, 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. 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 sữa, 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’. 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). Hình 1: Cấu trúc của một số Anthocyanidin tư nhiên. Các Anthocyanin tương ứng luôn được glycosyl hóa ở nhóm hydroxy C-3 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 ρ-coumeric, caffeic, ferulic hay sinapic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malonic, axalic và succinic. 3. Tính chất của A nthoc y a nin: 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. Anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dịch bão hòa. Khi kết hợp với đường là cho phân tử anthocyanin hòa tan hơn. Màu sắc anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều yếu tố khác,… Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzene thì màu càng xanh đậm. Mức độ methyl hóa 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. Các Anthocyanin cũng phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường:  Khi pH > 7 các Anthocyanin có màu xanh và khi pH < 7 các Anthocyanin có màu đỏ.  Ở pH = 1 các Anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ.  Ở pH = 4÷5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ Cacbinol hay bazơ Chalcon không màu.  Ở pH = 7÷8 lại về dạng bazơ Quinoidal Anhydro màu xanh. Màu sắc của anthocyanin còn có thể thay đổi do hấp thụ ở trên polysaccharide . Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thể phá hủy và mất màu. Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510÷540nm. Đ ộ 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. Tóm lại, trong môi trường acid, các anthocyanin là những bazơ mạnh và có thể tạo muối bền vững với acid. Anthocyanin cũng có khả năng cho muối với bazơ. Như vậy chúng có tính chất amphote. Muối với acid thì có màu đỏ, còn muối với kiềm thì có màu xanh. ∗ Công dụng: Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá phổ biến và an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm. Anthocyanin 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, chống viêm, chống các tia phóng xạ…  Hạn chế sự suy giảm sức đề k háng, sự phát triển của các tế bào ung thư.  Ngoài ra, Athocyanin còn có vai trò thu hút côn trùng giúp cho sự thụ phấn của cây diễn ra tốt hơn. 4. Sự phân bố của Anthocyanin: anthocyanin tập trung ở những cây hạt kín và những loài ra hoa, phần lớn nằm ở hoa và quả, ngoài ra cũng có ở lá và rễ. Trong những loại thưc vật này, anthocyanin được tìm thấy chủ yếu ở các lớp tế bào nằm bên ngoài như biểu bì. 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 họ thực vật như vitaceae (nho) và rosaceae (cherry, dâu tây, mâm xôi, táo,…) là các nguồn anthocyanin chủ yếu. Bên cạnh đó còn có các họ thực vật khác như solanceae ( cà tím), saxifragaceae (quả lý đỏ và đen), ericaceae (quả việt quốc) và brassicaceae (bắp cải tím). 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. Bảng 1: Các Anthocyanin trong môt số nguồn thực vật Tên thực vật Tên thông thường Loại Anthocyanin Allium cepa Củ hành đỏ Cy-3-glucoside, 3-galactoside, 3- diglucoside và 3-laminarriobioside, Pn-3-glucoside Brassica oleraea Bắp cải tím (red cabbage) Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacyl hóa với malonoyl, ρ-coumaroyl, di-ρ- coumarol,feruloyl, diferuloyl, sinapoyl và disinapoyl Fragaria spp Dâu tây (strawberry) Pg và Cy-3-glucoside Glycine maxima Đậu nành (vỏ) Cy và Dp-3-glucoside Hibicus sabdariffa L Hoa bụt dấm Cy, Pn, mono- và biosides Raphanus sativus Củ cải đỏ (rễ) Pg và Cy-3-sophoroside-5-glucoside acyl hóa với ρ-coumaroyl, feruloyl, caffeoyl. Vitis spp Nho Cy, Pn, Dp, Pt và Mv mono và diglucoside; dạnh tự do và dạng acyl hóa Cy = cyanidin, Pg= pelagorindin, Pn= peonidin, Dp= delphinidin, Pt = petunidin, Mv= malvidin 5. Quá trình sinh tổng hợp Anthocyanin: [...]... Shrikhande và Francis đã tìm thây rằng các ion đồng xúc tiến và các flavonoid làm giảm sự phân hủy của cả hai acid ascorbic và anthocyanin Những sản phẩm không màu Acid dehyroascorbic cũng có thể làm mât màu anthocyanin nhưng tại tốc độ thấp hơn acid ascorbic Hình 11: Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa vitamin C và anthocyanin 8 Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuất Anthocyanin. .. 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 7.7 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... (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 hóa tạo thành H2O2 và chính H2O2 làm mất màu anthocyanin. .. glycoside của anthocyanin tạo ra đường tự do và 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 Hình 7: Sự biến tính anthocyanin với... chất màu tổng hợp, vốn có thể gây những tác dụng xấu về sức khỏe cho người sử dụng Rất nhiều loại dịch trích từ các loại rau và trái có màu sắc tạo bởi các Anthocyanin đã đươc sử dụng để tạo màu cho thực phẩm Tuy nhiên, các nguồn nguyên liệu được lựa chọn để sản xuất Anthocyanin thường bị giới hạn bởi năng suất thu nhận và giá trị kinh tế Một trong những nguồn thu nhận Anthocyanin có hiệu quả nhất hiện... giai đoạn khô hạn và nhiệt độ thấp Ngoài ra, người ta còn phát hiện ở Anthocyanin một số vai trò khác như: Hale và cộng sự (2001, 2002) thấy rằng khi hàm lượng chất màu tăng thì khả năng tích tụ molybden và tungsten ở loài Brassica sp (Bắp cải) cũng tăng; hay ở các mô có chứa Anthocyanin, khả năng bị tấn công bởi nấm mốc giảm đi (Coley và Aide,1989) Theo Gould, McKelvie và Markham (2002) Anthocyanin tích... nghiên cứu về vai trò của Anthocyanin đối với sức khỏe con người vẫn chưa thể giải thích rõ ràng về các cơ chế hoạt động sinh học, sự hấp thụ, sự phân bố trong cơ thể và trong các mô của Anthocyanin Một trong những vấn đề phức tạp nhất lúc này là trong cơ thể chất màu Anthocyanin không khi nào hoạt động riêng lẽ Bất cứ loại thực vật nào chứa Anthocyanin đều có chứa cả rất nhiều những hợp chất flavonoid... 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 hủy của tất cả các loại đuờng và các dẫn xuất của chúng Hình 8: Phản ứng ngưng tụ của a) Cyanidin và furfural b) Cyanidin ketobase và furfural 7.8 Các ion kim loại: Một số ion kim loại đa hóa trị có thể tương tác với các anthocyanin. .. 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 7.9 Sunphurdioxide (SO2) Các anthocyanin. .. 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 7.4 Oxy: Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phân hủy của anthocyanin,