ĐỒ ÁN ANTHOCYANIN VÀ NHŨNG NGUYÊN LIỆU CHỨA ANTHOCYA

Cấu trúc hóa học của Anthocyanin: Anthocyanin thuộc nhóm các họp chất ịlavưnoid, có khả năng hòa tan trong nước và chứa trong các không bào.. Sỡ dĩ sự co-pịgment hóa nội phân tử giúp tă

Trường Đại học Kỳ Thuật Công Nghệ TP.HCM

Khoa Công nghệ Thực Phẩm

BỒ MỎN Công Nghê Thưc Phầm

Công Nghệ Thực Phâm (MSMH: 20471014)

ĐỀ TÀI:

ANTHOCYANIN VÀ NHŨNG NGUYÊN LIỆU CHỨA ANTHOCYANIN

GVHD: Cô Trần Thị Cúc PhươngSVTH: 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 đưòng sinh tồng họp Anthocyanin trong tế bào thực vật 9

5.2 Các yếu tố ảnh huởng đến quá trình sinh tống họp .9

6 Sir chuyển đối cấu trúc của Anthocyanin trong môi trường lỏ n g 9

7 Một sổ yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin 11

7.1 Cấu trúc .12

7.1.1 Cấu trúc chuyển h ó a 13

7.1.2 Cấu trúc hóa học 14

7.2 P H 15

7.3 Nhiệt đ ộ 16

7.4 O x y 17

7.5 Enzym e 19

7.6 Ánh sán g 20

7.7 Đường và các sản phẩm biến tính của chúng 22

7.8 Các ion kim lo ạ i 25

7.9 Sunphurdioxide(SC>2) 28

7.10 Acid Ascorbic .30

8 Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuât 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 th ư 14

9.2.3 Hoạt tính chống các bệnh tim mạch 15

Ket luận .16

II Các nguyên liệu có chứa Anthocyanin 17

1 Bắp cải tím .19

1.1 Tổng q u a n 20

1.2 Thành phần hóa học 22

Giới thiệu về phương pháp trích l y 25

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly 28

1.3 Quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tí m 30

Tiến hành thí nghiệm 14

Phương pháp thí nghiệm 15

Mục đích thí nghiệm 16

Chuân bị thí nghiệm 17

Bố trí thí nghiệm 19

Phương pháp nghiên c ú n 20

Ket quả nghiên cú n 22

1.4 Kết luận .25

2 Gạo nếp th a n 19

2.1 Tổng q u an 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 t â y 19

3.1 Tổng q u an 20

3.2 Thành phần hóa học 22

3.3 Phương pháp nghiên c ứ u 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 x é t 16

3.4 Kết luận 17

III Các chất Anthocyanin thương m ạ i 17

IV Phương pháp nghiên cứu, bảo vệ màu đở của Anthocyanin 19

1 Phương pháp nghiên cứu 20

Sơ đồ nghiên cứu 22

2 Bảo vệ màu đở của Anthocyanin 22

Mục Lục Bảng: Bảng l.Các Anthocyanin trong một số nguồn thực vật 17

Bảng 2 Thành phần hóa học của bắp cải 19

Bảng 3 Ánh hưởng của dung môi đcn 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 th a n 19

Bảng 6 Thành phần dinh dường của quả dâu tây 20

Bảng 7 Kết quá hàm lượng Anthocyanin theo độ chín của quả d âu 17

Bảng 8 Phần trăm màu còn lại theo thời gian ở 95°c tại các PH khác nhau của Anthocyanin thô chiết trong dung môi nước Sulfite và etanol/PBO .19

Mục L ụ c H ì n h : Hình 1 Cấu trúc của một số Anthocyanin tự nhiên 17

Hình 2 Con đường sinh tổng họp 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 lcn tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45°c trong trường họp 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 kctobase và furfural 17

Hình 9 Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 va Anthocyanin 19

Hình 10 Sự chuyển hóa Malvin thành Malvone bởi H2O2 tạo thành sự oxy hóa vitamin c 20

Hình 11 Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giừa 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 d ò n g 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 Ánh 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 Ket quả hàm lượng Anthocyanin ở các nồng độ SƠ2 khác n h au 20

Hình 24 Ket quả hàm lượng Anthocyanin ở các nhiệt độ khác n h au 20

I Tổng quan về Anthocyanin:

1 Giói thiệu:

Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật Thuật ngữ cmthocyanin 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, arìthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rưc rờ khác như hồng, đó, cam và các gam màu trung gian Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là

anthocyanidin hay aglycon Mồi anthocyanỉdin có thê bị glycosyl hóa acylate bởi các loại

đường và các acid khác tại các vị trí khác nhau Vì thế lượng anthocyanỉn lớn hơn

anthocyanidỉn từ 15-20 lần.

2 Cấu trúc hóa học của Anthocyanin:

Anthocyanin thuộc nhóm các họp chất ịlavưnoid, có khả năng hòa tan trong nước và chứa

trong các không bào về bản chất, các Anthưcyanin là những họp chất gỉycoside của các dẫn xuất poìyhydroxy và pơlymethơxy của 2-phenyỉbemopyryỉỉum hoặc muôi ỷỉavyỉium Cho đến nay, người ta đã xác định được 18 loại agỉycon khác nhau, trong đó 6 loại phô biến nhất là

peỉargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, petimidin và maldivin.

Trong tự nhiên, Anthocyanirì rất hiếm khi ớ trạng thái tự do (không bị glycosyl hóa) Nhóm

hydroxy tự do ớ vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trớ nên không ôn 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 Neu có thêm một phân tử đường sữa, vị trí tiếp theo bị

gỉycosyì 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

gaỉactose, rammose, arabinosè), các loại disaccharide (chủ yêu là rutinose, sambubiose hay sophorosè) hoặc trisaccharỉde tham gia vào quá trình g/ycosy/ hứa.

Sự methưxyỉ hóa các anthocyanin và các gỉucoside 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 họp chất nào bị gỉycosyỉ hóa hay bị methoxyì hóa trên tất cả các vị trí C-3, -

5, -7 và - 4 ’ do cần thiết phải còn ít nhất một nhóm hydroxyỉ tự do ở C-5, -7 hay -4 ’ đê hình

thành dạng cấu trúc qninonoidaì base (dạng cấu trúc của anthocyanirì thường tồn tại trong

không bào thực vật có pH từ 2,5 - 7,5)

Hĩnh 1: Cẩu trúc của một sổ Anthocyanidin tư nhiên Các Anthocyanìn tương ủng luôn

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

hydroxy C-6 Các nhóm acyỉ hỏa chính là các phenolic acid như p-coumeric, caffeic, ferulic

hay sinapic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malonic, oxalic và succinic.

3 Tính chất của Anthocyanin:

Anthocyanin tỉnh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là họp 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 đôi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều yếu tổ 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 Neu

nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đôi theo số lượng các gốc đưòng được đính vào nhiều hay ít

or5

được glycosyỉ hóa ở nhóm hydroxy C-3

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 Anthocycmin có màu đở

'> ơ pH = 1 các Anthocyanin thường ớ dạng muối oxonium màu cam đến đỏ.

> Ở pH = 4+5 chúng có thế chuyển về dạng bazơ Cacbinoì hay bazơ Chalcon không

màu

> Ở pH = 7+8 lại về dạng bazơ Quinoidal Anhydro màu xanh.

Màu sắc của anthocyanỉn còn có thê thay đôi 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 anthocycmin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanỉn: 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 anthocycmin là những bazơ mạnh và có thê 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

pham, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mồi sản phấm

Anthocyanin là họp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như:

> Khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chổng oxy hóa các sản phấm thực phấm, chống viêm, chống các tia phóng xạ

> Hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, sự phát triên 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 Anthocyanìn:

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 lóp tế bào nằm bên ngoài như biểu bì

Các họp chất cmthocyanin 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 Timber!ake, 1996) Các họ thực vật như vỉtaceae (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),

erỉcaceae (quả việt quốc) và brassicaceae (bắp cải tím) Các loại anthocycmin phô biến nhất là

các glucoside của cyanidin, kế đến là pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin và

maldivin số lượng các 3-glucosỉde nhiều gấp 2,5 lần các 3,5-glucoside Loại anthocyanin hay

gặp nhất chính là Cyaidin-3-gIucoside.

Bảng 1: Các Anthocyanin trong môt số nguồn thực vật

diglucoside và 3-laminarriobioside,

Pn-3-glucosideBrassica oleraea Bắp cải tím (red cabbage) Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacyl

hóa với malonoyl, p-coumaroyl, di- p-coumarol,feruloyl, diferuloyl, sinapoyl và disinapoyl

Raphanus sativus Củ cải dở (rễ) Pg và Cy-3-sophoroside-5-glucoside

acyl hóa với p-coumaroyl, feruloyl,

5 Quá trình sinh tống họp Anthocyanin:

5.1 Con đường sinh tống họp Anthocyanỉn trong tế bào thực vật:

Anthocyanin thường nằm trong các mô hoa và quả, trong các lóp tế bào biểu bì và dưới

biểu bì của lá và thân thực vật Trước đây, có người cho rằng quá trình sinh tổng họp

anthocyanin diễn ra trong các bào quan hình cầu nằm bên trong không bào, được gọi là các anthocyanoplast Các bào quan này xuất hiện rộng rãi ở cả các cây một lá mầm và cây hai lá

mầm Tuy nhiên, theo nghiên cứu cho thấy quá trình sinh tổng họp anthocyanin có thể không diễn ra trong các anthocycmưplast do ở đây có hàm lượng anthocyanin cao và pH thấp, trong khi

đó pH tối thích của tất cả các enzyme được biết tham gia vào con đường sinh tổng họp flavonoid

là pH trung tính

Quá trình sinh tổng họp anthocyanin được điều hòa bởi một hệ thống các gen Anthocyanin

chỉ xuất hiện ở các loài thực vật trên cạn mà không có ở các loài động vật, vi sinh vật hay thực

vật dưới nước Nguyên nhân do quá trình sinh tổng họp anthocyanin đòi hỏi phải có vật liệu khởi đầu đi từ quá trình quang hợp Dưới tác dụng của emzyme Chalcone synthase, Chalcone được tạo thành thông qua phản ứng ngưng tụ giữa 1 phân tử acid cinammic hoạt hóa (coenzyme A của

4-coumaric acid hay ít gặp hơn là của ferulic, caffeic, 5-hydroxy ferulic hay sinapic acid) và 3

phân tử malonyl-CoA Acid cinammic hoạt hóa được lay từ L-phenylalanine qua con đường sinh tông hợp phenylpropano ì dị gồm các enzyme Phenylalanine-ammonialyase, Cinammate-4-

Hydroxylase, 4-Coumarat-CoA ligase) Maỉonyỉ-CoA được tạo thành từ Acetyl-CoA qua phản

ứng xúc tác bởi enzyme Acetyỉ-CoA carboxylase Tiếp theo, phân tử Chalcone được đóng vòng thông qua phản ứng xúc tác bởi enzyme Chaỉcone isomerase hình thành các jlavanone đồng phân (như naringenin) Sau đó, chính các họp chất này được chuyên hóa thành các dihydroxyfla va no ỉ

ựlanva-3-ol) bởi enzyme flavanone-3-hydroxylase, đồng thời có thê kết hợp với cả enzyme 2- hydroxyỉase và một enzyme dehydratase Các dihydroxyỷìavonoỉ được xem là các tiền chất của anthocyanidin Các enzyme xúc tác cho quá trình chuyên hóa từ các dihydroxyflavonol thành các anthocyanidỉn cho đến nay vẫn chưa được xác định rõ ràng, có thế là các oxydo-reductase với

các họp chất trung gian là flavan-3,4-diol Ợeucoanthocyanidin) Sự khác nhau ở nhóm thế vòng

B có thê bắt đầu ở giai đoạn cinammic acid, nhưng chủ yếu diễn ra ở giai đoạn hình thành các họp chất trung gian C/5 (như chalcone/flavanone) sau đó.

Các hợp chất anthocyanìdin tự nhiên sẽ được gỉycosyỉ hóa ngay lập tức ớ nhóm hydroxy C-

3 do chúng không bền trong môi trường lỏng Quá trình glycosyl hóa tiếp theo, nếu có, sẽ xảy ra

theo dạng bậc thang, bắt đầu từ việc gắn các phân tử đường vào gốc 3-glycosyỉ và hoặc nhóm 5-

hydroxy Các uridine dỉphosphat (UDP)-đường đóng vai trò là chất cho gỉycosyl cho tất cả các enzyme glycosyl-transferase Quá trình acyl hóa Anthocyanin có thê xảy ra sau quá trình glycosyl hóa, xúc tác bởi các enzyme acy¡transferase.

5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tống họp:

Quá trình sinh tổng họp anthocyanin bị tác động bởi các yếu tố môi trường như: ánh sáng,

nhiệt độ, các hormone thực vật, nguồn dinh dường, những tác động cơ học và sự tấn công của các loài gây bệnh Trong đó, ánh sáng chính là yếu tố quan trọng nhất Ánh sáng hồng ngoại hoạt

hóa các phytocrome màu, là chất cảm ứng cho các enzyme trong con đường flavone-glucoside và

từ đó, giúp tổng họp anthocyanin trong tế bào Ngoài ra, cũng thường cần đến tia uv bên cạnh

các phytocrome hoạt động để cảm ứng các enzyme Trong môi trường nuôi cấy tế bào

Haplopappus gracilis, chỉ có tia u v có bước sóng nhỏ hơn 345nm mới kích thích được quá trình

tông hợp anthocyanin Dưới tác dụng của tia uv, hoạt tính của các enzyme phenylalanine-

ammonia-lyase, chalcone, synthase và chalcone isomerase tăng lên đáng kê.

Quá trình tích tụ Anthocyanin trong lá cây còn liên quan đến mức độ phát triên của lá, sự

thiếu hụt các chất khoáng đa lượng như N, p, mức độ tiếp xúc của lá với tia uv Ngoài ra, sự

tồng họp anthocyanin cũng có thể là một phản ứng của thực vật chống lại sự tấn công của các

loài ăn cỏ cũng như của các loài nấm mốc

Hình 2: Con đường sinh tông hợp Anthocyanỉn Enzyme: chaỉcone synthase (a); chaỉcone

isomerase (h); flavanone - 3 - hydroxylase (c); oxidoreductase (s) (d); gỉycosyỉ transferase (e)

GI = nhóm glycosyl; R \ R”=H, OH, OCH3 hay OG1

6 Sự chuyển đổi cấu trúc của Anthocyanin trong môi trường lỏng:

Trong môi trường lỏng, dưới tác động của các giá trị pH khác nhau của môi trường, cấu trúc của phân tử Anthocyanin sẽ trải qua một số chuyên hóa ơ một giá trị pH xác định, diễn ra

sự cân bàng giữa 4 cấu trúc Anthocyanin:

s Quinonoidaỉ (anhydro) base (A)\ màu hơi tím

S Cation /lavylium (AHr+): màu đó

s Carbinoỉpseudobase (hay hemiacetal) (B)\ không màu

•A Chaỉcone ©: không màu

❖ Phương trình chuyển hóa:

Sự chuyển đổi cấu trúc của Anthocyanin trong nước là do hoạt tính cao của gốc aglycone

(Anthocyanỉdìn) Gốc đường, nhóm methoxyl cũng như các nhóm acyỉ hóa cũng ảnh hưởng đáng

kể đến sự chuyển hóa trên

Hình 3: Sự chuyên hóa cấn trúc của phân tử Anthocyanin trong môi trường ì ỏng

Dạng quinonoidaỉ hase đươc tạo thành thông thường ở pH > 3 Cation flavylium tương đổi bền ở môi trường acid (như pH < 3) Trong môi trường trung tính hay acid yếu, Anthocyanỉn tồn

tại chủ yếu ở các dạng không màu Vì vậy, sự ôn định của các dạng mang màu, đặc biệt là dạng

quinonoidaì hase, một phần là do sự xuất hiện của các gốc acid gắn vào phân tử đường, hay còn

gọi là sự co-pịgment hóa nội phân tử Sỡ dĩ sự co-pịgment hóa nội phân tử giúp tăng độ bền của phân tử anthocyanin là do sự xếp chồng của vòng thơm trong gốc acid với vòng pyrylium của phân tử anthocyanin, giảm bớt khá năng bị các phân tử nước tấn công hình thành các họp chất

carhinol, chaỉcone không màu Ngoài ra, hiệu ứng copiment hóa ngoại phân tử cũng có thê giúp

làm bền các cấu trúc quỉnoidaì hase hay ion flavylium do sự có mặt của những phức chất không màu, như các flavone, flavonol Trong quá trình xử lý nhiệt và ánh sáng, quá trình copigment hóa

ngoại phân tử giữ vai trò quan trọng, ngăn chặn sự mất màu có thê xảy ra Cơ chế phân hủy do

nhiệt nói chung do sự chuyên hóa thuận nghịch của các ion flavylium thành các dạng chaỉcone

Chaỉcone là chất trung gian trong cả hai quá trình phân hủy do nhiệt và ánh sáng của anthocyanin Theo các nghiên cứu gần đây (Davis và cộng sự, 1983; Mazza và Brouỉllard, 1990)

hiệu ứng co-pigment hóa chính là cơ chế làm bền màu chính của anthocyanin trong thực vât do

nó làm giảm tỉ lệ giừa dạng không mang màu (ichalcone) và dạng mang màu thông qua việc tạo

phức với dạng mang màu, ngăn chặn quá trình chuyền hóa từ dạng mang màu sang dạng không mang màu

Trong dung dịch, Anthocyanin dạng không acyl hóa hay acyl hóa một đơn vị đóng vai trò

nhu một chất chỉ thị pH, tồn tại ở dạng acid hay base tùy thuộc vào giá trị pH Ở pH acid (pH <

3), dung dịch anthocyanin cho màu đó đậm Khi pH tăng, màu sắc của dung dịch sẽ nhạt dần và

chuyển sang không màu và cuối cùng có màu tím hay xanh dương ở pH cao (pH > 6)

7 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin:

So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanỉn là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ

thê hiện tính bên trong môi trường acid Ngoài ra, nó có thê phân hủy tạo thành dạng không màu

và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không tan

• Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích và tinh chế chúng, đồng thời

sự phân hủy này còn xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm

• Độ bền của các anthocyanỉn 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,

SỠ 2 , ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng.

7.1 Cấu trúc:

7.1.1 cấ u trúc chuyến hóa:

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

đỏ xanh ở pH trung gian, và không màu ở pH cao Tại pH đã cho, tồn tại một cân bằng giữa 4

cấu trúc của anthocyanin và agỉycone: quinonoidaỉ (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation

flavylium (AH+) màu đó, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu.

c

Hình 4: cấu trúc chuyên hoả của anthocyanỉn trong nước

Khi pH < 2.0, các anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cationỷlavylium màu đỏ (R.3=0-đường) hoặc màu vàng (R.3=H) Khi pH tăng, sự mất prôton xảy ra nhanh thành dạng quinononidaì màu xanh dương hoặc màu đở Dạng quinonoidal thường tồn tại như một hồn họp vì pKa của nhóm

OH ở vị trí 4 ’,7 và 5 là tương tự

Khi đe yên, sự chuyên hóa xảy ra : có sự tách nước của cation flavylium cho ra dạng

pseudohase (hemiacetal), Dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng mở không màu.

Hai dạng Cis (C e ) và trans-chaỉcone-(Cz) được tạo thành từ carhinol pseudobase bới 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 carhonyỉ ở cạnh vòng B, trong đó chaỉcone bình thường

• cyaniding: A,max = 535 nm (đỏ cam)

• dephinidin: A.max = 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 hon các anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và Sưêny, 1983)

Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C-5 và nhóm thế ở vị trí C-4, cả 2 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 bên hóa đáng kê cácpigment, 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 acid yếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và acid vòng thơm Brouillard (1981-1982) và Goto cùng với cộng viên (1982-1983) khảo sát ràng 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

7.2 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 Ơ2 Khi

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

trường họp có Oxygen hoặc Nitrogen

Đen 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 đôi với

sự thay đổi ph

Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phâm, Anthocyanin dễ dàng bị biến tính dưới tác dụng của nhiệt độ (Markakis 1974)

Hình 6: Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 - di Glucoside tại pH 3,7

Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũng bền với sự gia tăng của nhiệt độ Sự hydroxyl hóa các aglycone làm giảm tính bền của anthocyanin, trong khi

sự methxyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại

Ví dụ: Anthocyanin 3- glycoside có độ bền nhiệt lớn nhất tại pH = 1.8 - 2.0 với sự có mặt của oxy trong khi anthocyanidin 3,5-điglycoside có độ bền nhiệt lớn nhất tại pH =

Anthocyanidin 3 - glycoside thì không hình thành những dẫn xuất coumrin mà bước đầu tiên của sự phân hủy bao gồm sự chuyên hóa của dạng carbinol pseudobase không màu, sau đó là sự mở vòng pyrylium đe hình thành dạng chalcone trước khi thủy phân liên kết glycoside

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

có mặt của oxy

Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thê bị phân huỷ và mât 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 đôi.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 trung xúc tiến sự phân hủy của anthocyanin, do đó mà sinh ra những dạng sản phâm 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 nhừng tác nhân xúc tiến đặc biệt nhất trong nước ép của blueberry, cherry (anh đào), currant, nho, raspberry và 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

7.5 Enzyme

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

• Glycosidase: là enzyme thủy phân liên kết 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 vói sự có mặt của O-diphenol thông qua cơ chế oxy hóa kết họp 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 phản ứng oxy hoá catechol

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

7.6 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 anh hưởng đến anthocyanin:

• Tăng cường cho quá trình sinh tổng họp

• Xúc tiến sự biến tính của chúng

Năm 1964, Siegenman cho rằng những quả táo giống đỏ sẽ chuyến sang màu xanh khi đê trong bóng tối Năm 1968 Vanburen và các cộng sự tường trình ràng các diglucoside được acyl

hóa và methyl hóa thì các Anthocyanin trong rượu bền nhất khi đế 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 đây quá trình phân hủy anthocyanin trong nước giải khát có CO2 được 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

7.7 Đường và các sản phấm biến tính của chúng:

ơ nồng độ 100 ppm, đường và các sản phấm phân hủy của chúng có tác dụng thúc đây 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 phâm phân hủy của đường gồm có: furfura 1,5—hydroxymethyl furfural và acetaldehyde thu được từ phản ứng Mailard hoặc từ sự oxy hóa của acid ascorbic, polyuronic hoặc ở bản thân các anthocyanin Những sản phâm 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 hủy của tất cả các loại đuờng và các dẫn xuất của chúng

Hình 8: Phản ứng ngưng tụ của

a) Cyanidin và furfuralb) 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 có nhóm OH ở vị trí ortho gây ra hiệu ứng sâu 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 phầm

Sistrunk và Cash đã chứng minh rằng có thê bền hóa màu của dịch trích dâu bằng cách thêm vào đó muối thiếc Francis (1977) công bố rằng, các ion Ca, Fe, AI 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 đô 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 thê 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 ớ vị trí ortho

Hình 9: Sơ đồ Jurd đổi với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và anthocyanin

SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30 ppm) có thê ức chế sự biến tính do enzyme của anthocyanin trong quả anh đào nhưng không làm mất màu chúng (Goodman và Markakis, 1965 ) Sự tay màu bất thuận nghịch xảy ra trong quá trình tay quả với lượng lớn SO2 (0.8 - 1.5%) và soda (0.4 - 1.0%) được dùng trong quá trình tẩy quả Phản ứng bất thuận nghịch này chưa được biết hoàn toàn

7.10 Acid 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 tưong tác có thê có giữa 2 họp chất này Acid ascorbic hiện diện trong hầu hết các sản phâm trái cây,vitamin này bị oxy hóa tạo thành H2O2 và chính H2O2 làm mất màu anthocyanin

Hình 10: Sự chuyên hoá malvin thành malvone bởi H2 O2 tạo thành từ sự oxy hoá

vitamin c

Shrikhande và Francis đã tìm thây ràng 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 the làm mât màu anthocyanin nhưng tại tốc độ thấp hơn acid ascorbic

C H :O H

8 Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuất Anthocyanin hiện nav:

Chất màu Anthocyanin (E163) đã được cho phcp sử dụng rộng rãi trong các loại thực phẩm như đồ uống (30 - 40 ppm), mứt trái cây (20 - 60 ppm), bánh kẹo (chewing gum, kẹo cúng,

kẹo mềm), yoghurt, các sản phâm tráng miệng hay các loại bột hòa tan uống liền Thông thuờng, hàm lượng cho phép sử dụng của Anthocyanin không bị giới hạn và chủ yếu phụ thuộc vào từng quy trình sản xuất.

Hiện nay, đế đảm bảo sức khỏe người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến việc sử dụng các chất màu tự nhiên hơn là sử dụng các chất màu tong họp, vốn có thê 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 bới các Anthocyanin đã đươc sử dụng đê tạo màu cho thực phâm Tuy nhiên, các nguôn nguyên liệu được lựa chọn đê sản xuất Anthocyanin thường bị giới hạn bới năng suất thu nhận và giá trị kinh tế Một trong những nguồn thu nhận Anthocyanin có hiệu quả nhất hiện nay là các nguồn mà trong đó Anthocyanin đóng vai trò là một phụ phẩm của quá trình sản xuất các sản phẩm có giá trị cao hơn; ví dụ như Anthocyanin từ bã nho ép, bã dâu tàm, hay từ quá trình sản xuất chất tạo ngọt tự nhiên Miraculin ở quả Miracle Trong đó, bã nho chính là nguồn nguyên liệu thu nhận Anthocyanin có hiệu quả kinh tế và dễ kiếm nhất Nho là loại trái cây có sản lượng thu hoạch hằng năm cao nhất so với tất cả các loại trái cây khác Quá trình sản xuất rượu vang và nước ép từ nho đã tạo ra một lượng lớn phụ phâm là bã nho Trong bã nho, các chât màu Anthocyanin chính là những thành phần có giá trị và có tiềm năng khai thác nhiều nhất Màu Anthocyanin dạng bột sấy phun hay dạng dịch lỏng cô đặc từ nho đã được đưa ra thị trường từ nhiều năm với tên thương mại là Enocolor và đã được giới thiệu sử dụng trong thực phâm và mỹ phâm

Các nguồn thu nhận phô biến khác như: bắp cải tím, gạo nếp than, củ cải đỏ (red radish), khoai lang tím, carrot (black carrot), quả anh đào, blackberry và elderberry Trong đó, các nguồn như củ cải đỏ, khoai lang tím, bắp cải tím cung cấp hàm lượng các Anthocyanin được acyl hóa cao hơn, do đó độ bền màu của các dịch trích này cũng cao hơn

Hiện nay, xu hướng nghiên cứu chính đang tập trung vào việc khai thác các Anthocyanin được acyl hóa có màu sắc, độ bền nhiệt, áng sáng, pH, SƠ2 tốt hơn cùng với sự phát trien các

kỹ thuật nuôi cấy mô, tề bào đê có the nâng cao khả năng ứng dụng của chất màu Anthocyanin trong thực phẩm

9 Vai trò của các hop chất Anthocyanin:

9.1 Đối với thưc vât:

Trong giới thực vật, chlorophyll là loại chất màu chiếm ưu thế và đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình quang họp Sự xuất hiện của các chất màu khác, không phải màu xanh (Anthocyanin, Carotenoid), thường nhằm mục đích chính là tạo ra sự tương phản, thu hút các loài động vật, tạo điều kiện cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt giống của cây Các nghiên cứu mới đây đã chứng minh được ràng các Anthocyanin giúp che chở các diệp lạp, bảo vệ các diệp lạp chống lại cường độ ánh sáng cao, giúp ngăn sự ức chế quá trình quang họp Chalker- Scott (1999) đã đề ra 3 vai trò chính của Anthocyanin trong thực vật gồm:

V Hấp thụ các tia bức xạ

V Vận chuyển các monosaccharide

V Điều chỉnh áp suất thấm thấu trong các giai đoạn khô hạn và nhiệt độ thấp

Ngoài ra, người ta còn phát hiện ớ 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 tụ trong tế bào là do kết quả của sư tổn thương cơ học hay do thiếu hụt phosphoros hoặc nitrogen (Chalker-Scott,1999)

Nói chung, người ta tin rằng Anthocyanin có khả năng tăng cường phản ứng chống oxy hóa của tế bào đổi với các yếu tố gây stress

9.2 Đối với sức khỏe con người:

Ngoài những vai trò sinh lý đối với thực vật, các họp chất Anthocyanin còn được chứng minh là mang lại nhiều ích lợi về sức khỏe cho con người

Các họp chất Anthocyanin được hấp thu vào trong dạ dày ở dạng phân tử (Passamonti, Vrhovsek và Mattivi, 2002) hoặc có thể được hồ trợ bởi một cơ chế vận chuyển qua mật Ngoài

ra, phân tử Anthocyanin cũng không bị biến đối dưới tác dụng của hệ vi khuẩn trong ruột non

Vì thế, phân tử Anthocyanin cũng không thay đối trong huyết tương và nước tiểu Các nghiên cứu gần đây cho thấy các Anthocyanin chỉ được hấp thu ở mức độ rất thấp, chỉ khoảng 0,016% đến 0,11 % lượng tiêu thụ ở người

Mặc dù chỉ được cơ thê hấp thu một lượng rất nhỏ, các phân tử Anthocyanin sau khi được chuyên hóa có thê biêu hiện những hoạt tính như chông ung thư, chông xơ vữa động mạch, chống viêm, giảm mức độ thấm thấu, độ vỡ của mao mạch, ức chế sự đông tụ của các tiêu huyết cầu và thúc đẩy sự tạo thành cytokine từ đó điều hòa các phản ứng miễn dịch Tất cả nhừng hoạt tính này đều dựa trên khả năng chống oxy hóa của các Anthocyanin Cũng nhờ khả năng này, các hợp chất Anthocyanin còn giúp bảo vệ màng dạ dày chống lại nhừng thương tổn

do sự oxy hóa, vì vậy hoãn lại giai đoạn đầu của bệnh ung thư dạ dày, ung thư ruột và ruột kế Hoạt tính và thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột có thể bị thay đổi sau khi dùng các dịch trích từ các loại quả mọng (berry) có chứa các họp chat flavonoid gồm cá Anthocyanin

❖ Một số hoạt tính sinh học của cyanidin-3-glucoside:

■S Giám khá năng bị oxy hóa của LDL

s Bảo vệ hồng cầu khỏi các tác động của sự oxy hóa

s Giảm sự phân tách DNA.

s ứ c chế độc tính của các đại thực bào bằng cách giảm hàm lượng NO

s Ngăn chặn tác hại của tia uv trong liposome

s Kháng viêm

s Chống các bệnh tim mạch.

s ứ c chế sự tác động và phát triển của các tế bào ung thư.

9.2.1 Hoạt tính chống oxy hóa:

❖ Sự oxy hóa và sức khỏe con người:

Sự tạo thành quá mức các gốc tự do có thể làm vượt quá khẳ năng chống oxy hóa của các enzyme như glutathione peroxidase, catalase, Superoxide dismutase, và các hợp chất chổng oxy hóa như glutathione, tocopherol hay acid ascorbic Hậu quả là các protein, lipid và DNA sẽ là mục tiêu tấn công của các gốc tự do, làm tôn thương đến các enzyme, màng tế bào và các vật chất di truyền Các gốc tự do và các nhóm oxy hoạt động có liên quan đến một số rối loạn thần kinh trong cơ thê Ngoài ra, sự oxy hóa các lipoprotein tỉ trọng thấp là nguyên nhân chính thúc đấy cho các chứng bệnh tim mạch vành và bệnh xơ vữa động mạch

Tuy nhiên,tế bào cũng có những hệ enzyme và các chất chống oxy hóa giúp chống lại những tác động xấu bởi các gốc tự do Các chất chống oxy hóa tự nhiên có trong thực phẩm

(như a - tocopherol và acid ascorbic) cũng có thê vai trò quan trọng giúp ngăn chặn sư hình thành các gốc tự do.

❖ Một số cơ chế chống oxy hóa của Anthocyanin:

Sự thiếu electron tự nhiên của các phân tử Anthocyanin giúp cho các họp chất này đặc biệt hoạt động Một số cơ chế chống oxy hóa của Anthocyanin có được từ các nghiên cúư như:

s Ngăn chặn các gốc hoạt động bàng cách cho hydro

s Chelate các ion kim loại xúc tác cho các phản ứng oxy hóa

s Liên kết với các protein, tạo phức chất bền.

Phản ứng thế vào 2 nhóm hydroxy nằm ở vị trí ortho trong vòng B của Anthocyanin và cyanidin đóng vai trò quan trọng giúp on định các gốc tự do Ngoài ra, nhóm ortho- dihydroxy này còn có khả năng chelate các ion kim loại và từ đó ngăn chặn sự peroxy hóa lipid

Tsuda và cộng sự đã tìm cách giải thích cơ chế chống oxy hóa của Cyanidin-3- glucoside (C3G) bàng cách cho phản ứng với gốc alkylpcroxyl Dựa trên sản phẩm của phản ứng, các tác giả cho rang C3G chống oxy hóa theo cơ chế khác với alpha-tocopherol và giả thuyết rang C3G phá vờ cấu trúc và quét các gốc tư do

Các hợp chat flavanoid nói chung trong đó có Anthocyanin chổng oxy hóa bằng cách quét các gốc Ơ2 tự do, hay phản ứng với các gốc peroxy tham gia vào phản ứng oxy hóa dây chuyền Nhờ vào khả năng cho các gốc tự do H+, các họp chất này có thể ức chế được phản ứng peroxy hóa lipid

❖ Các yếu tổ ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của Anthocyanin:

Rất nhiều các nghiên cứu đã cho thấy mối tương quan khá cao giữa hàm lượng màu trong nguyên liệu (trái cây, rau) với khả năng chống oxy hóa Ngoài ra, sự khác nhau về cấu trúc giữa các Anthocyanin cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa Trên thực tế, bằng cách thay đổi vị trí và loại gốc hóa học gắn vào vòng thơm của phân tử Anthocyanin, khả năng nhận electron độc thân từ các gốc tự do cũng sẽ khác nhau

OH

Cyanidin Chuỗi DNA Phức cyanidin - DNA

Hình 12: Sự tạo phức giữa cyanidin và DNA

Theo kết quả nghiên cứu trên các Anthocyanin và aglycon cyanidin của chúng trong cherry chát, khả năng ức chế sự oxy hóa lipid của cyanidin cao hơn các glucoside của nó, từ đó cho thấy ràng hoạt tính chống oxy hóa của Anthocyanin là do aglycon quyết định, số luợng các gốc đuờng ớ vị trí C3 cũng có vai trò rất quan trọng đến khả năng chổng oxy hóa, số lượng các phân tử đường càng ít khả năng chống oxy càng cao hơn

Bằng phương pháp đo khả năng hấp thụ gốc oxy thấy rằng cyanidin - 3 glucoside có hoạt tính ORAC cao nhất trong số 14 loại Anthocyanin được kiểm tra và cao hơn 3,5 lần hoạt tính của Trolox (chất tương đương vitamin E) Chính vì vậy, người ta đang hướng đến khả năng sử dụng nhiều phương pháp khác nhau trong quá trình nuôi cấy huyền phù tế bào hoặc chọn giống thực vật nhằm thu được loại Anthocyanin như mong muốn

9.2.2.Hoạt tính chống ung thư:

Tất cả các căn bệnh ung thư đều do sự hình thành, tăng trưởng và suy vong của các tế bào bất bình thường Các khối u là do sự tích tụ của các tế bào với số lượng lớn hơn nhu cầu cần thiết cho sự phát triên, sửa chừa và hoạt động của các mô Trong các nghiên cứu in vitro và in vivo,

các hợp chất Anthocyanin đều cho thấy khả năng giảm sự tăng trướng của các tế bào ung thư và

ức chế sự hình thành khối u một cách đáng kê Co chế chống ung thư của Anthocyanin nói riêng

và các họp chat phenolic nói chung vẫn chưa được xác định chắc chắn, có thế liên quan đến khả năng ức chế các enzyme cyclooxygenase và hoạt tính chổng oxy hóa Một số nghiên cứu về khả năng chống ung thư của Anthocyanin như:

s Các Anthocyanin trong khoai lang tím và bắp cải tím ức chế sự ung thư ruột kết trong

chuột

s Các aglycon có trong những loại Anthocyanin phô biến nhất như cyanidin,

delphinidin, maldivin, pelargonidin và petunidin đều có khả năng ức chế sự phát triên của các tế bào ung thư dạ dày, ruột kết, phổi, lồng ngực ở người Theo nghiên cứu này, nhóm hydroxy tự do ở vị trí C3 trong dạng cấu trúc tlavylium của Anthocyanidin góp phần ức chế sự phát triển cùa các dòng tế bào ung thư của người được khảo sát Trong Anthocyanin, nhóm hydroxy ở vị trí C3 luôn bị thế bởi các gốc đường, và vì vậy, các Anthocyanin không có được khả năng ức chế như trên Ngoài ra, số nhóm hydroxyl và methoxyl trong vòng B của cyanidin cũng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng ức chế các dòng tế bào ung thư được nghiên cứu Hoạt tính ức chế cao nhất thuộc về maldivin, vốn có nhóm hydroxy ở vị trí 3 và 4 ’ và nhóm methoxy ở các vị trí 3’ và 5’

s Nghiên cứu về khả năng ức chế sự di căn của các tế bào ung thư của Anthocyanin Sự

di căn đòi hỏi tế bào phải có khả năng di động, khả năng kết dính bề mặt và sự hoạt động của các protease ngoại bào như serine protease, matalloproteinase (MMPs), cathepsine, nhằm phân hủy mạng lưới ngoại bào (extracellular matrix - ECM), cho phép các tế bào di căn Trong đó, các enzyme quan trọng nhất là serine protease và MMPs MMPs là nhóm enzyme phân hủy phụ thuộc vào Zn có khả năng phân hủy các protein của mạng lưới ngoại bào như collagen, proteoglycan, fibronectin và elastin

Cả MMP - 2 và MMP - 9 đều xuất hiện nhiều trong nhiều khối u ác tính và góp phần vào sự di căn Các hợp chất cyanidin 3-rutinoside and cyanidin 3-glucoside chiết suất

từ quả dâu tằm được chứng minh là có khả năng ức chế các enzyme MMP, hạn chế sư

di căn của dòng tế bào ung thư được nghiên cứu