Các yếu tố ảnh hưởng tới màu và độ bền màu của ANTHOCYANIN

1.Cấu trúc hóa họcĐộ bền màu và cường độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số lượng của các nhóm hydroyl, methoxyl, đường và các nhóm đường được acyl hóa. Khi số nhóm hydroxyl của vòng B tăng, cực đại hấp thu ở vùng thấy được dịch chuyển về bước sóng dài hơn và màu sắc 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 = 520nm (cam)Cyanidin: λmax = 535nm (đỏ cam)Delphinidin: λmax = 545nm (đỏ xanh)Khi nhóm methoxy thay thế nhóm hydroxyl thì ta thu được kết quả ngược lại. Nhóm hydroxyl tại vị trí C3 có ý nghĩa quan trọng vì dung dịch anthocyanin chuyển từ màu vàng cam đến màu đỏ, điều này giải thích sự khác nhau giữa anthocyanin có màu đỏ trong khi đó 3deoxyanthocyanin: apigenidin, luteolinidin và tricetinidin có màu vàng nhưng 3deoxyanthocyanin bền hơn các anthocyanin khác 1,2Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C5 và nhóm thế ở vị trí C4, cả 2 biến hóa dạng có màu thông qua sự ngăn cản các phản ứng hydrat hóa dẫn đến sự tạo thành không màuKhi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tính bền của anthocyanin sẽ giảm. Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa kết quả sẽ 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 pigmet, trong khi đó sự methoxyl hóa có nhóm hydroxyl làm giảm độ bền.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MÀU VÀ ĐỘ BỀN MÀU CỦA ANTHOCYANIN Cấu trúc hóa học Độ bền màu cường độ màu anthocyanin phụ thuộc vào vị trí số lượng nhóm hydroyl, methoxyl, đường nhóm đường acyl hóa Khi số nhóm hydroxyl vòng B tăng, cực đại hấp thu vùng thấy dịch chuyển bước sóng dài màu sắc thay đổi từ cam đến xanh dương Ví dụ: bước sóng hấp thu cực đại dung dịch HCl 0,01% MeOH - Pelgonidin: λmax = 520nm (cam) Cyanidin: λmax = 535nm (đỏ cam) Delphinidin: λmax = 545nm (đỏ xanh) Khi nhóm methoxy thay nhóm hydroxyl ta thu kết ngược lại Nhóm hydroxyl vị trí C-3 có ý nghĩa quan trọng dung dịch anthocyanin chuyển từ màu vàng cam đến màu đỏ, điều giải thích khác anthocyanin có màu đỏ 3-deoxyanthocyanin: apigenidin, luteolinidin tricetinidin có màu vàng 3-deoxyanthocyanin bền anthocyanin khác [1],[2] Sự có mặt nhóm hydroxyl vị trí C-5 nhóm vị trí C-4, biến hóa dạng có màu thông qua ngăn cản phản ứng hydrat hóa dẫn đến tạo thành không màu Khi mức độ hydroxyl hóa aglycone tăng, tính bền anthocyanin giảm Tuy nhiên tăng methoxyl hóa kết ngược lại Ví dụ: có mặt nhóm OH vị trí 4’ phân tử làm bền hóa đáng kể pigmet, methoxyl hóa có nhóm hydroxyl làm giảm độ bền Các anthocyanin dược glycosyl hóa acyl hóa cho dạng có màu xanh Sự glycosyl hóa nhóm OH tự làm tăng tính bền anthocyanin, diglucoside bền monoglucoside nhóm anthocyanin Anthocyanin có chứa hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin, cinerarrin zebrrinin) bền môi trường trung tính acid yếu liên kết hydro nhóm hydroxyl nhân phenolic anthocyanin acid vòng thơm Brouillard (1981-1982) Gotto với cộng (1982-1983) khảo sát anthocnin diacylate hóa bền với liên kết kiểu sandwich nhờ tương tác vòng anthocyanin nhóm acyl vòng thơm.[3],[4],[5] Nồng độ Tăng nồng độ anthocyan để tăng cường độ ổn định màu sắc.[9] Sự ổn định màu sắc si rô dâu tây cải thiện cách tăng cường nồng độ anthocyanin Tăng nồng độ anthocyanin làm tăng cường độ màu lên nhiều lần Thay đổi nồng độ cyanin từ 10 -4 đến 10-2 tạo cường độ màu tăng gấp 300 lần Tăng hàm lượng anthocyanins giúp cải thiện ổn định chúng thông qua liên kết loại.[2],[10] pH Trong môi trường nước, pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sác anthocyanin.[1],[4] Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc anthocyanin thay đổi theo thay đổi pH “Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến màu anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm chất thị an toàn phân tích thực phẩm hóa học” NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH – NGUYỄN THỊ LAN Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng cho kết quả: Màu anthocyanin thay đổi theo pH: pH Màu Đỏ Đỏ Đỏ Đỏ nhạt Đỏ nhạt Tím nhạt Tím Xanh Xanh Như màu antho hoàn toàn thay đổi pH môi trường chuyển từ acid sang base gống chất thị acid-base (Phenolphtalein, metyl đỏ metyl da cam) Điều giải thích sau: Trong dung dịch acid, antho tồn dạng cation flavylium có màu đỏ Khi pH tăng dần, có công nước vào vòng pyran C, antho chuyển dần sang dạng base carbinol chalcone không màu Đây trình hydrat hóa, yếu tố tạo nên bạc màu dung dịch màu- nước Trong dung dịch base, có dịch chuyển H+ từ -OH vòng B, antho chuyển sang dạng anion có màu xanh Khi pH môi trường cao, ion H+ nhóm -OH lại bị phân huỷ điện tử không còn, màu xanh trở nên xanh ánh sáng hấp thụ trở thành đỏ Trong môi trường trung tính, hai dạng tồn nên dung dịch cho màu tím.[8] Nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến ổn định anthocyanin mà bị phá hủy trình chế biến bảo quản thực phẩm Sự màu sắc quan sát thấy nhiệt độ tăng.[15] Nhiệt độ cao yếu tố gây màu anthocyanin [B¹kowska et al., 2003; Furtado et al., 1993; Garcia-Viguera et al., 1999; Horuba³a, 1996] Các kết trình bày Dyrby et al [2001] cho thấy anthocyanins acylated từ bắp cải đỏ ổn định anthocyanins unacylated thu từ nho đỏ, nho đen cơm cháy Sự ổn định cao anthocyanins bắp cải đỏ 80 ° C khẳng định liệu chưa công bố Anna B¹kowska-Barczak (2005) [16] Sadilova, Carle, Stintzing (2007) nghiên cứu phân hủy nhiệt anthocyanin HPLCDAD-MS đánh giá mô hình dâu tây cơm cháy Sau 4h sưởi ấm, sản phẩm thoái hóa dâu tây có λ max = 253nm – sản phẩm phân cắt vòng B (acid protocatechuic) Đối với cơm cháy, sản phẩm thoái hóa xác định bước sóng 280nm.[24] Cơ chế phân hủy anthocyanin nhiệt độ không phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào chất anthocyanin Khi gia nhiệt, nhìn chung chất có màu đỏ dễ dàng bị phân hủy, chất màu vàng khó bị phân hủy Oxy Oxy đóng vai trò quan trọng trình phân hủy anthocyanin Sự diện oxy đẩy nhanh phân hủy anthocyanins thông qua chế oxy hóa trực tiếp và/hoặc thông qua hoạt động enzyme oxy hóa.[17] Sarni, Fulcrand, Souillol, Souquet, Cheynier (1995) báo cáo sản phẩm thoái hóa Cy-3-GLC Mv 3-GLC chứa axit caffeoyl tartaric gốc anthocyanin Hơn nữa, sản phẩm thoái hóa thay sản phẩm không màu kết trình tiếp tục oxy hóa.[21] Các tác giả phản ứng Mv 3-GLC axit o-quinone caftaric dẫn đến hình thành adducts (Sarni-Manchado, Cheynier, & Moutounet, 1997) Điều dạng hemiacetal sắc tố có nhiều phản ứng dạng flavylium.[22] Ánh sáng Ánh sáng ảnh hưởng đến anthocyanin theo hai cách khác Ánh sáng yếu tố cần thiết cho sinh tổng hợp anthocyanin, làm tăng thoái hóa chúng Anthocyanin giữ nguyên màu sắc chúng tốt bảo quản tối; thay đổi màu sắc nhận thấy sau 24 để ánh sáng so sánh với anthocyanin để tối, nhiệt độ phòng pH 2.3 Màu đồ uống có chứa anthocyanin bị khoảng 30% để tối, để phơi ánh sáng bị tới 50% sắc tố điều kiện bảo quản Sự anthocyanin lớn (70%) thấy ánh sáng huỳnh quang tăng nhẹ nhiệt độ bảo quản Furtado et al (1993) phát sản phẩm cuối trình thoái hóa ánh sáng anthocyanin giống trình thoái hóa nhiệt nó, nhiên, trình động học phản ứng thoái hóa lại liên quan đến kích thích ion dương flavylium.[11],[23] Enzym Nhiều enzyme nội sinh tế bào có khả làm màu anthocyanin Những enzyme gọi chung anthocyanase Dựa vào đăc tính enzyme mà người ta phân làm nhóm; Glycosidase polyphenol oxidase (PPO) Các enzyme thu từ nấm (fugal) - - Glycosidase: enzyme thủy phân liên kết glycoside anthocyanin tạo đường tự aglycone bền nhiều màu nhanh có mặt catechol Polyphenol oxidase (PPO): tác dụng lên anthocyanin với có mặt O-diphenol thông qua chế oxy hóa kết hợp Theo Gromeck Markakis, thêm vào glycosidase PPO xúc tác cho trình peroxide hóa phân hủy anthocyanin Hình 7: Sự biến tính anthocyanin với phản ứng oxy hoá catechol Với có mặt oxy, enzym PPO xúc tác cho trình oxy hóa acid chlorogenic (CG) vào o-quinone tương ứng (Chlorogenoquinone, CGQ) Quinone phản ứng với anthocyanins để tạo thành sản phẩm ngưng tụ màu nâu Kader et al (1999) làm việc với giải pháp mô hình chất tinh khiết đề xuất cyanidin 3-glucoside [anthocyanin ortho-diphenolic, (Cy 3GLC)] phân hủy trình oxy hóa tham gia enzym tạo o-quinone tái tạo phần hợp chất o-diphenolic (CG).[18] Những quan sát xác nhận PPO đóng vai trò quan trọng suy thoái anthocyanin.[19] Đường sản phẩm biến tính chúng Ở nồng độ 100 ppm, đường sản phẩm phân hủy chúng có tác dụng thúc đẩy phân hủy anthocyanin, fructose, arabinose, lactose sorbose có khả phân hủy anthocyanin mạnh glucose, sucrose, maltose Tốc độ phân hủy anthocyanin liên quan đến tốc độ phân hủy đường Các sản phẩm phân hủy đường gồm có: furfura l,5– hydroxymethyl furfural acctaldehyde thu từ phản ứng Mailard từ oxy hóa acid ascorbic, polyuronic thân anthocyanin Những sản phẩm phân hủy dễ dàng ngưng tụ với anthocyanin hình thành hợp chất phức tạp có màu nâu sẫm Sự phân hủy anthocyanin với có mặt furfural HMF trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ thấy rõ nước trái có mặt làm tăng thêm hiệu phân hủy tất loại đuờng dẫn xuất chúng.[11] Hình 8: Phản ứng ngưng tụ a) Cyanidin furfural b) Cyanidin ketobase furfural Các ion kim loại Một số ion kim loại đa hóa trị tương tác với anthocyanin có nhóm OH vị trí ortho gây hiệu ứng sâu màu (bathocromic) Hiện tượng xảy kim loại tiếp xúc với anthocyanin trình chế biến rau cho thêm muối kim loại vào thực phầm Sistrunk Cash chứng minh bền hóa màu dịch trích dâu cách thêm vào muối thiếc Francis (1989) công bố rằng, ion Ca, Fe, Al tạo thêm bảo vệ cho anthocyanin nước ép trái mận việt quất (cranberry), biến đổi màu xảy tạo phức ion kim loại tannin, kết sau lợi.[12] Trong công nghiệp đồ hộp, màu trái có chứa anthocyanin có phản ứng với thiếc đổ hộp (Culpepper caldwell, 1972) Trong phản ứng với thiếc, anthocyanin đóng vai trò chất khử cực catod anod Chất khử cực catod bị khử hydro sinh từ phản ứng kim loại acid, chất khử cực anod thường anthocyanin có nhóm hydroxyl vị trí ortho.[13] 10 SO2 Các anthocyanin thường bị màu có mặt SO2 Hiện tượng thường xảy trình xử lý sản phẩm thực phẩm có chứa anthocyanin SO2 Quá trình khử thuận nghịch bất thuận nghịch Trái nước xử lý lượng trung bình SO2 (500 – 2000 ppm), làm màu anthocynin chúng trước chế biến, nữa, chúng desunfit hóa màu anthocyanin phục hồi Jurd đề nghị sơ đồ phản ứng thuận nghịch SO2 anthocyanin đó, dạng có màu flavylium phản ứng với ion bisulphate tạo thành chromene-2-(hoặc 4)sulphonic acid.[11] Hình 9: Sơ đồ Jurd phản ứng thuận nghịch SO2 anthocyanin SO2 nồng độ thấp (khoảng 30 ppm) ức chế biến tính enzyme anthocyanin anh đào không làm màu chúng (Goodman Markakis, 1965 ) Sự tẩy màu bất thuận nghịch xảy trình tẩy với lượng lớn SO2 (0.8 – 1.5%) soda (0.4 – 1.0%) dùng trình tẩy Phản ứng bất thuận nghịch chưa biết hoàn toàn.[11] 11 Acid arsobic Nhiều nhà khảo sát quan sát biến đồng thời acid ascorbic anthocyanin nước trái tồn trữ đề nghị tương tác có hợp chất Acid ascorbic diện hầu hết sản phẩm trái cây, vitamin bị oxy hóa tạo thành H2O2 H2O2 làm màu anthocyanin Hình 11.1: Sự chuyển hoá malvin thành malvone H2 O2 tạo thành từ oxy hoá vitamin C Shrikhande Francis tìm thây ion đồng xúc tiến flavonoid làm giảm phân hủy hai acid ascorbic anthocyanin Những sản phẩm không màu Acid dehyroascorbic làm mât màu anthocyanin tốc độ thấp acid ascorbic.[12] Hình 11.2: Fla-2-ene tạo thành từ phản ứng vitamin C anthocyan TÀI LIỆU THAM KHẢO Mazza and Brouillard (1987), “Recent developments in the stabilization of anthocyanins in food products” Food Chemistry, 25, 207–225 Sweeny and Jacobucci (1983) “The chemistry of anthocyanins, anthocyanidins and related flavilyum salts, tetrahedron” 39,3005 Brouillard (1981), phytochemistry 20,143, Brouillard, R (1982) “Chemical structure of anthocyanins In P Markakis (Ed.), Anthocyanins as food colors (pp 1–40)” New York: Academic Press Brouillard (1984) Gotto với cộng (1982-1983), tetrahedron lett, 2181, 3695 L Fernando Reyes, L Cisneros-Zevallos (2007) “Degradation kinetics and colour of anthocyanins in aqueous extracts of purple- and red-flesh potatoes (Solanum tuberosum L.)”, Food Chemistry 100, 885–894 NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH – NGUYỄN THỊ LAN, “Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến màu anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm chất thị an toàn phân tích thực phẩm hóa học” Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Giusti, M M and Wrolstad, R E (2001) “Anthocyanins characterization and measurement with UV-Visible Spectroscopy” Food Analytical Chemistry Unit F1 2.1-13 10 Dao, L.T., Takeoka, G.R., Edwards, R, H., Berrios, J D J (1998) “Improved Method for the Stabilization of Anthocyanidins” Journal of Agriculture and Food Chemistry 46: p 3564-3569 11 HUỲNH THỊ THANH HUYỀN – TRẦN THỊ XUÂN HỒNG (2011).Đề tài “Anthocyanin nguyên liệu chứa anthocyanin” Trường đại học kĩ thuật công nghệ HCM 12 Francis, F J (1989) “Food colorants: anthocyanins” Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 28, 273–314 13 Culpepeper, I.W., and Caldwell,J.S(1927),J.Agric.Res.35,107 14 Viện công nghệ sinh học viện công nghệ thực phẩm Hà Nội (2011), ”Các tính chất cảm quan thực phẩm” 15 [Wang, W.-D and Xu, S.-Y (2007) “Degradation Kinetics of Anthocyanins in Blackberry Juice and Concentrate” Journal of Food Engineering, 82, 271-275] 16 Anna B¹kowska-Barczak (2005) “Acylated anthocyanins as stable, natural food colorants – a review.” Pol J Food Nutr Sci 2005, Vol 14/55, No 2, pp 107–116 17 Jackman, R L., Yada, R Y., & Tung, M A (1987) “A review: separation and chemical properties of anthocyanins used for their qualitative and quantitative analysis” Journal of Food Biochemistry, 11, 279e308 18 Kader, F., Irmouli, M., Nicolas, J P., & Metche, M (1999) “Degradation of cyanidin by caffeic acid o-quinone Determination stiochiomety and characterization of degraded products” Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47, 4625e4630 19 Kader, F., Irmouli, M., Nicolas, J P., & Metche, M (2001) “Proposed mechanism for the degradation of pelargonidin 3-glucoside by caffeic acid o-quinone” Food Chemistry, 75(2), 139e144 20 Kader, F., Irmouli, M., Nicolas, P., & Metche, M (2002) “Involvement of blueberryperoxidase in themechanisms ofanthocyanindegradation in blueberry juice” Journal of Food Science, 67(3), 910e915 21 Sarni, P., Fulcrand, H., Souillol, V., Souquet, J M., & Cheynier, V (1995) “Mechanisms of anthocyanin degradation in grape must-like model systems.” Journal of the Science of Food and Agriculture, 69(3), 385e391 22 Sarni-Manchado, P., Cheynier, V., & Moutounet, M (1997) “Reactions of polyphenoloxidase generated caftaric acid o-quinone with malvidin 3-O-glucoside” Phytochemistry, 45(7), 1365e1369 23 Elizabeth Contreras-Lopez, Araceli Castañeda-Ovando*, Luis Guillermo González-Olivares, Javier Añorve-Morga, Judith JaimezOrdaz, (2013) “Effect of Light on Stability of Anthocyanins in Ethanolic Extracts of Rubus fruticosus” Food and Nutrition Sciences, 2014, 5, 488-494, 24 Sadilova, E., Carle, R., & Stintzing, F C (2007) “Thermal degradation of anthocyanins and its impact on color and in vitro antioxidant capacity.” Molecular Nutrition & Food Research, 51, 1461e1471  ... môi trường nước, pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sác anthocyanin. [1],[4] Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc anthocyanin thay đổi theo thay đổi pH “Nghiên cứu ảnh hưởng pH đến màu anthocyanin từ bắp cải... cho màu tím.[8] Nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến ổn định anthocyanin mà bị phá hủy trình chế biến bảo quản thực phẩm Sự màu sắc quan sát thấy nhiệt độ tăng.[15] Nhiệt độ cao yếu tố gây màu anthocyanin. .. thiện cách tăng cường nồng độ anthocyanin Tăng nồng độ anthocyanin làm tăng cường độ màu lên nhiều lần Thay đổi nồng độ cyanin từ 10 -4 đến 10-2 tạo cường độ màu tăng gấp 300 lần Tăng hàm lượng anthocyanins