Chất màu carotenoid trong thực phẩm

Danh mục các sơ đồ, hìnhHình 1.1 Quang phổ hấp phụ một số chất nhóm carotenoid 3Hình 1.2 sự biến đổi của carotenoid 4Hình 1.3 Thực phẩm giàu β – carotene 5 Hình 1.8 Thực phẩm giàu xantho

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCMVIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC- THỰC PHẨM

Lời cảm ơn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô củatrường Đại học Công nghiệp Tp.HCM đặc biệt là các thầy Lê Nhất Hoài đã nhiệt tìnhhướng dẫn để chúng em có thể hoàn thành bài tiểu luận này Trong quá trình học tập,cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo khó tránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy, Cô

bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bàibáo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng gópThầy, Cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáotốt nghiệp sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

Danh mục các sơ đồ, hình

Hình 1.1 Quang phổ hấp phụ một số chất nhóm carotenoid 3Hình 1.2 sự biến đổi của carotenoid 4Hình 1.3 Thực phẩm giàu β – carotene 5

Hình 1.8 Thực phẩm giàu xanthophyll 7Hình 1.9 Thực phẩm giàu capsaicin 7

Hình 1.11 Thực phẩm giàu astaxanthin 7

Hình 2.1 sự thay đổi màu sắc của cà chua khi bảo quản

ở nhiệt độ khác nhau

10

Hình 4.1 Nguồn thực vật chứa carotenoid 12Hình 4.2 Nguồn động vật chứa carotenoid 13Hình 4.3 Vi khuẩn quang hợp Deuteromycetes chứa carotenoid 13Hình 5.1 Sản phẩm màu carotenoid: bột gấc sấy khô 16Hình 5.2 Sản phẩm màu carotenoid: tinh bột nghệ 17Hình 5.3 Sản phẩm màu carotenoid: chiết suất bột xoài 17

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Chất màu thực phẩm không có nhiều ý nghĩa trong giá trị dinh dưỡng nhưng nó là mộttrong những phụ gia không thể thiếu trong chế biến thực phẩm Thế nhưng ở nước ta việcbuôn bán phẩm màu hiện nay chưa được quản lý chặt chẽ Rất nhiều loại phẩm màu hoặckhông rõ xuất xứ hoặc không được phép sử dụng trong thực phẩm lại bán rất nhiều, tự do

ở các chợ Điều đó đã dẫn đến khá nhiều vụ ngộ độc thực phẩm do các chất màu gây ra,mới đây nhất là vụ rất nhiều người ở Tam Đảo - Vĩnh Phú ăn xôi gấc có pha màu bị ngộđộc hàng loạt Ngoài ra còn rất nhiều trường hợp chưa được xác định hoặc thống kê.Theo thống kê của Chi cục quản lý thị trường TPHCM, hiện nay có hàng chục vụ kinhdoanh bột màu trái phép mà điển hình là các vụ như ở 34 Kim Biên - Quận 5 phát hiệnđang bán 1.000kg bột màu các loại không rõ xuất xứ hay tại 121/3 Lò Siêu - Quận 11 pháthiện 1.740kg bột màu công nghiệp Trung Quốc và không có nhãn hiệu Đây là số liệuđược thống kê "chính thống" Còn bao nhiêu kg bột màu kiểu như thế đang còn thả nổitrên thị trường? Nếu lượng bột màu đó không được phát hiện - đem bán ra thị trường sẽrất nguy hiểm cho người tiêu dùng Điều đó trở thành mối lo ngại, nỗi ám ảnh của ngườitiêu dùng khi phải sử dụng những sản phẩm có sử dụng đến chất màu Mới đây Trung tâm

y tế dự phòng có tổ chức đợt thanh tra cho thấy trong 203 mẫu nguyên liệu gồm 9 loạimàu thì 100% màu xanh dương, màu lá cẩm, tím nho, màu hồng đều là những màu khôngnằm trong danh mục, 2 trong số 32 mẫu màu xanh lá cây nằm trong danh mục cho phép

Từ số liệu trên cho thấy việc buôn bán, sử dụng bột màu phải được báo động và phảiđược quản lý hết sức chặt chẽ, kiểm soát việc buôn bán, sử dụng màu trong chế biến thựcphẩm phải được đặt đúng mức như việc kiểm soát các chất phụ gia độc hại khác

Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ có tự nhiên trong thực vật và các loài sinh vậtquang hợp khác như là tảo, một vài loài nấm và một vài loài vi khuẩn Hiện nay người ta

đã tìm được 600 loại carotenoid Khác với cây cỏ, con người không thể tự tổng hợp racarotenoid mà sử dụng carotenoid từ việc ăn thực vật nhằm bảo vệ bản thân mình.Carotenoid giúp chống lại các tác nhân oxy hóa từ bên ngoài Thiên nhiên có đến khoảng

600 loại carotenoid khác nhau, trong đó có 50 loại carotenoid hiện diện trong thực phẩm.Thế nhưng trong máu của người có khoảng 15 loại được tìm thấy và chúng đang đượcchứng minh là đóng vai trò quan trọng đối với đời sống con người Carotenoid không phải

là tên riêng của một chất nào mà là tên của một nhóm các hợp chất có công thức cấu tạotương tự nhau và tác dụng bảo vệ cơ thể cũng tương tự nhau Carotenoid khá quen thuộcvới chúng ta là bêta-caroten hay còn gọi là tiền chất của vitamin A Trong mấy năm gầnđây người ta còn nói nhiều đến các carotenoid khác như lycopen, lutein và zeaxanthin.Carotenoid là sắc tố được phân bố rộng rãi trong tự nhiên sau chlorophyll Hàm lượngcarotenid trong lá xanh chiếm khoảng 0.07% - 0.2% chất khô, trong trường hợp hạn hữungười ta thấy nồng độ carotenoid rất cao Người ta ước tính lượng carotenoid tạo đượctrong tự nhiên hàng năm là 10^8 lần (theo Weedon 1971) Ngày nay, hơn 650 loạicarotenoid đã được nhận biết và phân lập từ nguồn tự nhiên, và hơn 100 loại đã được tìmthấy trong rau trái (theo Britton và Hornero-Mensdez 1997) Trong trái cây và hoa, vai tròchính của carotenoid là thu hút động vật để đảm bảo sự phân tán của hạt giống và phấn

hoa (theo Bartley và Scolnik 1995) Carotenoid cũng có một vai trò rất quan trọng nữa làbảo vệ chơ chlorophyll và cơ quan quang hợp Trong cây, carotenoid có mặt và được tíchlũy ở các hạt plastid, cụ thể là nằm trong lục lạp liên kết với chlorophyll và trong sắc lạp(theo Goodwin và Britton 1988) Trong lục lạp, carotenoid tồn tại dưới dạng phứcchlorophyll – carotenoid – protein nằm trong màng thylakoid Tại đây, carotenoid đóngvai trò thu nhận ánh sáng, nhờ vào phổ hấp thu ánh sáng của carotenoid mà chúng có thểhấp thu được những photon mà chlorophyll không hấp thu Sắc lạp của quả chín, hoa, vàmột số rễ là nơi tích lũy rất nhiều carotenoid với cấu trúc hóa học cực kì đa dạng trongsắc lạp, carotenoid thường được tích lũy trong các cấu trúc giàu báo gọi là plastoglobule.Trong một số trường hợp nhất định như cà chua, cà rốt và mận, các carotenoid cũng tồntại dưới dạng tinh thể carotenoid, chủ yếu là carotene nằm trong chất nền (thao Sitte vàcộng sự 1980).

7

NỘI DUNG

1.1. Khái niệm- Định nghĩa

Nhóm carotenoid là các sắc tố hữu cơ tự nhiên được tìm thấy trong thực vật và một số cơthể sinh vật quang hợp, tảo, nấm mốc, nấm men và vi khuẩn Chúng là nhứng chất màukhông độc, tạo màu vàng, da cam, đỏ cho nhiều loại thực phẩm

1.2. Tính chất

1.2.1. Tính chất vật lý

- Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi

- Nhiệt độ nóng chảy cao: 130-220ºC

- Hòa tan trong chất béo, các dung môi chứa clor và các dung môi không phân cựckhác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng, màu đỏ

- Tính hấp thu ánh sáng: chuỗi polyene liên hợp đặc trưng cho màu thấy được củacarotenoid Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánhsáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạchvòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên vòng Ngoài ra trong mỗi dung môi hòa tankhác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau cới cùng một loại Khảnăng hấp thụ ánh sáng mạnh, chỉ cần 1 gam cũng có thể thấy bằng mắt thường

1.2.2. Tính chất hóa học

- Không hòa tan trong nước, rất nhạy đối với axit và chất oxy hóa, bền vững với kiềm

- hệ thống nối đôi liên hợp-> dễ bị oxy hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu khác

- Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxy hóa trục tiếp, tác dụng của ion kim loại, enzyme, nước

- Dễ bị oxy hóa trong không khí=> cần bảo quản trong khí trơ, chân không Ở nhiệt độ thấp nên bao kín tránh ánh sáng mặt trời

- Carotenoid khi bị oxy hóa tạo hợp chất có mùi thơm như các aldehide không no hoặc xetone đóng vai trò tạo hương cho trà

Hình 1.1 Quang phổ hấp thụ của một số chất nhóm carotenoid

Hình 1.3.2.2 sự biến đổi của carotenoid

1.3. Phân loại carotenoid

• Dựa vào phần cấu tạo, chia làm 2 loại:

- Loại chỉ chứa C, H như α-carotene, β-carotene, lycopene

- Loại có chứa nhóm chức có mặt O như lutenin, xanthophyll

Trong đó, beta carotene là loại quan trọng nhất.

• Dựa vào chức năng

- Nhóm carotenoid cơ bản:β-carotene

- Nhóm carotenoid chuyển hóa Al-carotene: capxathin, lycopene

 Một số chất màu tiêu biểu

9

+ Không tan trong nước chỉ tan trong lipid và các dung môi hữu cơ.

+ β-carotene khi hấp thu vào cơ thể sẽ chuyển hóa thành vitamin A giúp bảo vệ niêm mạcmắt và hệ miễn dịch

+ Không tan trong nước chỉ tan trong lipid và các dung môi hữu cơ.

+ Là chất chống oxi hóa cực mạnh, chống lão hóa, làm đẹp da

- Là dẫn xuất của carotene, trong đó Lutenin là dẫn

xuất của α-carotene, Lutenin thường có nhiều trong

lòng đỏ trứng gà

Hình 1.8 Thực phẩm giàu xanthophyll

1.3.4. Capsaicin

- Là chất màu vàng có trong ớt, chiếm 7/8 màu của ớt

- Là dẫn xuất của carotene nhưng màu mạnh hơn carotenoid khác gấp 10 lần trong ớt đỏnhiều hơn ớt xanh 35 lần

Hình 1.9 Thực phẩm giàu capsaicin

- CTCT: C40H56O3

Capsaicin Hình 1.10 Cấu tạo capsaicin

1.3.5. Astaxanthin

- Là dẫn xuất của carotene có màu vàng đỏ

- Có trong các loài giáp xác, trong thành phần của mai cua, tôm

Hình 1.11 Thực phẩm giàu astaxanthin

- Tham gia vào thành phần của lipoprotein gọi là xianin.

- Cấu tạo:

Astaxanthin

Hình 1.12 Cấu tạo astaxanthin

2.1. Sự biến đổi của carotenoid trong quá trình chế biến.

2.1.1. Sự oxi hóa

2.1.1.1. Sự oxi hóa không do enzyme

- Carotenoid khi tiếp xúc với không khí dần dần bị oxi hóa lại nối đôi tạp thành các hợpchất có màu nâu như hydroperoxide, carbonyl Sản phẩm ở dạng bột sấy khô ( có bề mặttiếp xúc với không khí lớn) đặc biệt dễ bị oxi hóa

- Thông thường carotene khá bền với nhiệt độ nhưng ở nhiệt độ cao nó lại bị phá hủy giántiếp thông qua sự oxi hóa các acid béo chưa no

- Tỷ lệ carotenoid bị mất đi do oxi hóa không chỉ phụ thược vào lượng oxi mà còn phụthược nhiệt độ, ánh sáng Tất cả các carotenoid đều nhạy cảm với ánh sáng mặt trời ánhsáng nhân tạo thì không có tác dụng xúc tác như ánh sáng mặt trời

Ví dụ: Sau 3h ở 650C chỉ có 15% lycopene bị mất đi, ở 1000C là 25%

- Khi giữ thịt ở 00C hay dưới 00C, mặc dù vẫn tồn tại những phản ứng hóa sinh chậm ở bêntrong và oxi hóa một phần bên ngoài nhưng carotenoid chỉ bị biến đổi không đáng kể.Nếu bảo quản ở nhiệt độ cao hơn, sau một năm có thể mất đi 10-20% carotenoid hòa tantrong mỡ

- Khi giữ trong các bao bì không thấm nước, trong chân không hay trong khí nito thì sự mấtmát rất nhỏ Nhìn chung carotenoid không bền với nhiệt độ khi có cả oxi và ánh sáng.Như vậy việc tăng nhiệt độ chỉ làm tăng thêm quá trình biến đổi nhất là quá trình oxi hóa

- Sự oxi hóa giảm đi khi có sự kết hợp sắc tố trong dầu Dầu tạo thành hàng rào bảo vệ khỏi

sự tấn công của oxi Ngoài ra người ta cũng dùng các chất chống oxi hóa như vitamin C,vitamin E, hydroquinone,…thêm vào sản phẩm như chất bảo vệ Vitamin C nhườnghydro trực tiếp cho peroxide Trong quá trình này vitamin E là chất trung gian

2.1.1.2. Sự oxi hóa bởi enzyme

Trong tế bào, carotenoid ổn định hơn khi tạo thành các phức hợp carotenoid – protein.Carotenoid bị tấn công bởi các enzyme oxi hóa chất béo:

- Peroxidase làm giảm lượng chất béo trên cơ chế:

peroxidase acid thực vật carotenoid

5,6-epoxide 5,8-epoxide

13

- Lipoxidase tạo thành các gốc tự do từ acid béo không no sau đó bắt đầu oxi hóa cáccarotenoid.

- Lipoperoxidase chỉ hoạt động khi có mặt acid béo không no bị oxi hóa bởi Lipoxidase

- Sự oxi hóa cùng với chất béo của carotenoid có thể quan sát được qua sự biến dổi màusản phẩm Sự mất màu được ứng dụng trong chế biến bột mì Sự đổi màu của tiêu từ đỏsang nâu mặc dù phần lớn do phản ứng Maillard nhưng trước tiên do sự oxi hóa củacapsaicin

- Những sản phẩm có mùi cũng được hình thành trong quá trình oxi hóa của carotenoidđược ứng dụng trong làm mứt Ngoài ra, rượu vang được cất giữ lâu năm cũng có mùi đặctrưng do sự oxi hóa astaxanthin và một số carotenoid khác thành 1,2-dihydro-1,1,6-trimethyl naphthalene

2.1.2 Sự đồng phân hóa

Carotenoid trong tự nhiên ở dạng đồng phân trans ổn định hơn Dạng đồng phân trans sẽxoắn 1800 dưới ảnh hưởng nhiệt độ, ánh sáng, bức xạ Đồng phân cis ít bền hơn, hấp thuánh sáng ở bước sóng ngăn hơn do đó có màu sáng hơn Đồng phân hóa do nhiệt độ làthay đổi xảy ra trong suốt quá trình sản xuất thực phẩm Ở nhiệt độ cao, sản phẩm dễ bịmất màu, nhiệt độ cao hay thấp ảnh hưởng nhiều hơn là việc cung cấp nhiệt

2.1.3 Sự nhiễm bẩn của kim loại

Một vào ion kim loại có thể xúc tác làm giảm chất lượng của carotenoid khi không cóchất béo

VD: người ta chứng tỏ được rằng Cu làm giảm chất lượng của lycopene 3,5 lần so với tỉ

lệ bình thường Ion đồng là chất xúc tác cho việc tạo thành gốc tự do

2.1.4 Sự ảnh hưởng của pH

Ở pH trung tính và kiềm, nhiệt độ sẽ phá hủy dễ dàng các loại vitamin trong đó cóvitamin A và carotenoid Thông thường thịt và các chế phẩm từ thịt đều có phH acid do

đó bảo vệ được ít nhiều vitamin

2.2 Sự biến đổi của carotenoid trong quá trình bảo quản

Trong quá trình bảo quản có thể xảy ra sự mất màu hay tổng hợp carotenoid tùy vào loạirau quả và điều kiện bảo quản (nhiệt độ, ánh sáng,…)

- Sự mất màu của carotenoid cũng diễn ra trong suốt thời gian lão hóa của cây nhưng chậmhơn chlorophyll Thành phần carotenoid cũng có thể thay đổi trong suốt quá trình lão hóa,hình thành nên các xantophyly ester và epoxyde (Biswal, 1995)

VD: + về sự giảm hàm lượng carotenoid: ở ớt ngọt nhiệt độ càng cao carotenoid trongnguyên liệu càng bị phá hủy nhanh Ớt ngọt bảo quản trong 9 ngày ở 700C hàm lượngcarotenoid mất 20%, còn khi bảo quản ở 150C là 60%, 170C là 80%.

+ về sự tổng hợp carotenoid: nhiệt độ thích hợp để bảo quản cà chua là 20-250C dưới

100C hay trên 300C sự phát triển sẽ bị ngăn chặn Sau 7 ngày cà chua sẽ bị ngả vàng vìtrên 300C sự tổng hợp lycopene bị ngăn chặn nhưng sự tổng hợp β-carotene vẫn tiếp tục

Hình 2.1 Sự thay đổi màu sắc của cà chua khi bảo quản ở nhiệt độ khác nhau

+ Trong bảo quản lạnh đông: hàm lượng carotenoid trong quá trình bảo quản lạnh đôngkhá ổn định, có rất ít hoặc không có sự biến đổi màu và đồng phân hóa

VD: làm lạnh và bảo quản khoai lang ở -170C trong 6 tháng không có sự thay đổi nhiềutrong hàm lượng và màu sắc của từng đồng phân carotene

- Tuy nhiên oxi và ánh sáng có ảnh hưởng đến sự ổn định của carotenoid trong suốt quátrình lạnh đông Vì vậy trước khi đóng gói rau củ quả để bảo quản lạnh đông cần loại bỏánh sáng và không khí để giữ màu carotenoid tốt hơn Thông thường người ta vô hoạtenzyme lipoxygenase trước khi bảo quản lạnh đông

Việc mất màu carotenoid phụ thuộc nhiều vào chủng loại rau quả, có chần hay khôngchần trước khi làm lạnh

VD: + Trong bảo quản lạnh đông cà rốt:

Có chần: bảo quản trong 12 tháng trong -200C hàm lượng carotene giảm rất ít

Không chần: hàm lượng carotene giảm đáng kể

+ Trong bảo quản cà chua: hàm lượng carotenoid giảm liên tục, làm màu đỏ nhạt dầntrong thời gian bảo quản 24 tháng ở -200C và -250C

15

Tổ chức Food Additives and Contaminants Committee (FACC) đã chấp nhận cho sử dụngcác chất màu vào thực phẩm và đưa ra danh mục các chất màu được sử dụng trong thựcphẩm Các loại carotenoid và ly trích chứa carotenoid đã được ứng dụng để làm chất tạomàu cho sản phẩm Carotenoid cũng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm, trịliệu.

- Ứng dụng của carotene trong công nghiệp thực phẩm và chăn nuôi gia súc bột

β-carotene theo phương pháp vi sinh được sử dụng để làm chất tạo màu, chất chống oxy hóa, chất phụ gia trong sản xuất các loại mỳ, mỳ ăn liền, kem, mỹ phẩm, nước uống, thuốc viên nang, viên nén Ngoài ra bột β-carotene tinh khiết, khô nấm sợi B.trispora chứaβ-carotene được bổ sung vào thức ăn người và thức ăn cho gia cầm hội đồng khoa học châu âu về thực phẩm, sức khỏe đã cho phép sử dụng β-carotene chiết xuất từ sinh khối nấm sợi B.trispora theo phương pháp lên men chìm có sục khí như là một vi chất dinh dưỡng có hoạt tính sinh học cao và không giới hạn liều lượng sử dụng ( trên 5% trong thực đơn thức ăn ) như đối với các chất màu tổng hợp

- Trước đây, một số hợp chất carotenoid như xanthophylls, astaxanthin, zeaxanthin… là sảnphẩm công nghiệp được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và được bổ sung vào thức

ăn vật nuôi Tuy nhiên, gần đây, các sản phẩm tổng hợp hóa học không được chấp nhậnlàm chất phụ gia cho thực phẩm và thức ăn vật nuôi do hậu quả không an toàn cho sứckhỏe Do đó, khuynh hướng hiện nay là phát triển quá trình tạo các hợp chất carotenoid từthiên nhiên

- Ứng dụng trong y học như chúng ta đã biết carotenoid là chất tiền vitamin A và được đưavào cơ thể theo con đường ăn uống trong cơ thể nó chuyển thành Vitamin A có vai tròxúc tác cho nhiều phản ứng diễn ra trong tế bào, đặc biệt nó như là đồng enzyme, như làthành phần cấu tạo nên hệ hocmon và dễ cố định các gốc tự do Carotenoid và Vitamin Acần thiết cho sinh sản và phản triển của tế bào, tham gia vào việc hình thành các tổ chức

mô, khung xương, làm chức năng màng bảo vệ cho các niêm mạc Ngoài ra còn đượcdùng làm thuốc bổ trị suy dinh dưỡng cho trẻ em và một số bệnh về mắt, phòng chống lãohóa, thuốc bồi dưỡng cho phụ nữ có thai và sau khi sinh, thuốc để phòng và điều trị một

- Lycopene có nhiều trong cà chua, dưa hấu, gấc…có nhiều lycopene

- carotene có nhiều trong cà rốt ( 0.098 mg/g ), xoài, bí đỏ ( 0.018 mg/g ), khoai lang…;xanthophyll có nhiều trong ớt đỏ, cam quýt…

- β-carotenoit và các xantophyl như lutein, neoxanthin có trong rau xanh ( rau ngót)

- Capsanthin là sắc tố đỏ của ớt đặc biệt là trong ớt cựa gà (paprika)

- Lutein,zeaxanthin và 1 lượng nhỏ β-caroten có trong long đỏ trứng gà

Ngoài ra còn nhiều loại rau củ và trái cây chứa hợp chất carotenoid