Bài giảng công nghệ chất màu và chất mùi tự nhiên

Bài giảng "CÔNG NGHỆ CHẤT MÀU VÀ CHẤT MÙI TỰ NHIÊN" Chromogen = Chromophore + Auxochrome Chromophore:chứa các nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị nối đôi, nối ba có khả năng tạo màu.. B

Trang 1

Bài giảng "CÔNG NGHỆ CHẤT

MÀU VÀ CHẤT MÙI TỰ NHIÊN"

Biên soạn: TS.GVC HOÀNG THỊ HUỆ AN

Trang 2

TS.GVC HOÀNG THỊ HUỆ AN 2

Tiếng Việt

1 Đỗ Thị Thúy Vân (2010), Hợp chất màu hữu cơ , ĐHSP Đà Nẵng

2 Văn Đình Đệ (2002), Sản xuất chất thơm thiên nhiên và tổng hợp , NXB KHKT, Hà Nội.

3 Vũ Ngọc Lộ (1996), Những Cây Tinh Dầu Việt Nam , NXB KHKT, Hà Nội.

Tiếng Anh

4 Bechtold, T., Mussack, R (2009), Handbook of Natural Colorants , Wiley & Sons

5 Vargas, F.D., Lopez, O.P., (2003), Natural Colorants for Foods and Nutraceutical Uses , CRC,

6 Hendry, Houghton (1996), Natural food colorants , Chapman& Hall

7 Horst Surbursg, Johannes Panten (2006), Common Fragrance and Flavor Materials:

Preparation, Properties and Uses , Wiley

8 David J Rowe (2005), Chemistry and Technology of Flavors and Fragrances , Blackwell.

9 Socaciu, C (2008), Food colorants chemical and functional properties , CRC Press.

10 Taylors, A.J, Linfoth, R.S.T (2010), Food flavors technology, 2nd edition, Wiley-Blackwell.

1.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT MÀU

• Chất màu(colorant) là những thành phần khi tồn

tại một mình hay tổ hợp với các thành phần khác

sẽ tạo ra hay làm biến đổi màu sắc của sản phẩm

Trang 3

Chromogen = Chromophore + Auxochrome

Chromophore:chứa các nhóm nguyên tử chưa bão hòa hóa trị (nối đôi, nối ba) có khả năng tạo màu.

• Chromophore độc lập (tạo màu mạnh): nhóm nitroso (-N=O); nitro (-NO2), azo (-N=N-); vòng quinoid (benzoquinone)

• Chromophore phụ thuộc (tạo màu yếu): etylen (-CH=CH-), carbonyl (C=O), azomethine (-CH=N-),…

 Auxochrome: chứa các nhóm nguyên tử âm điện (N, O, S, Halogen) bão hòa hóa trị, không có khả năng tạo màu nhưng khi gắn vào chomophore thì làm thay đổi màu hay cường độ màu

• Nhóm sâu màu (bathochromic group):hydroxyl (-OH), alkoxy (-OR), amino (-NH2); alkylat amin (-NR2, -NHR, …)

• Nhóm cao màu (hypsochromic group): -OCOCH3; -NHCOCH3;

-I > -Cl > -F –SO3H, -COOH (làm tăng tính tan của chất màu trong nước)

Trang 4

Hiện tượng bathochrome và (hypsochrome)

Bathochromic shift = Red shift

(Sự sâu màu)

Hypsochromic shift = Blue shift

(Sự cao màu)

Vàng Cam Đỏ Tía Tím Lam Lục

Thực nghiệm cho thấy sẽ xảy rahiện tượng bathochrome nếu:

 nối đôi liên hợp trong phân tử càng dài

 tăng số nhân thơm (đơn nhân  đa nhân)

 tăng số nhóm C=O liên kết trực tiếp với nhau

 kéo dài mạch carbon trong phân tử nhưng không phá vỡ hệ thống nối đôi liên hợp

 ion hóa nhóm trợ màu

 alkyl hóa nhóm amin, hydroxyl

Trang 5

Aniline Yellow (para-aminoazobenzene) là một loại thuốc nhuộm azo

a) Cho biết nhóm nào là chromophore, nhóm nào là auxochrome?

b) Thay nhóm –amino bằng lần lượt bằng nhóm –nitro (-NO2) và nhóm axetyl COCH3) Dự đoán hiện tượng xảy ra (bathochrmome hay hypsochrome?)

Trang 6

(-TS.GVC HOÀNG THỊ HUỆ AN 6

 Quan điểm: Hợp chất hữu cơ có màu do phân tử có chứa nhân thơm dạng

quinoid

1,4-Benzoquinone 1,4- Cyclohexandione Hydroquinone

( vàng) (không màu) (không màu)

Ưu điểm: giải thích được màu sắc thuốc nhuộm hữu cơ

Nhược điểm: chưa khái quát (có nhiều ngoại lệ)

Nitrobenzen

(vàng nhạt) (không màu) (không màu)

1.2.2 Thuyết hiện đại về màu sắc a) Giải thích màu sắc của các vật thể:

Màu sắc của một vật thể là kết quả của sự tương tác (hấp thụ, phản xạ, tán xạ, ) giữa ánh sáng (bức xạ khả kiến) với vật thể

Trang 7

Quan hệ giữa màu sắc của bức xạ bị hấp thụ và màu quan sát được

Đồng hồ màu (color wheel): Quan hệ giữa màu sắc của vật và màu bị hấp thụ)

Trang 8

b) Giải thích màu sắc của các hợp chất hữu cơ

Các chuyển dời electron có thể có trong phân tử hợp chất hữu cơ

 Bức xạ Vis chỉ gây ra chuyển dời n* và *

 Các hợp chất hữu cơ chứa các nối  liên hợp và các nguyên tử có cặp e không phân chia (electron n) có khả năng hấp thụ bức xạ Vis  có màu sắc

Trang 9

hexane hexane

200 360

205 255

ethanol ethanol

17 5,000

hexane hexane

15 10,000

290 180

n > π*

π > π*

Ethanal C=O

hexane 10,000

180

π > π*

1-Hexyne C≡C

hexane 15,000

171

π > π*

Ethene C=C

Solvent ε

λ m ax , nm Excitation

Example Chromophore

Các electron  và n trong nhóm C=O

Phổ hấp thụ UV của isoprene Đặc tính hấp thụ của một số chromophore

Các hiện tượng thay đổi màu và cường độ màu

Trang 10

và màu sắc của các hợp chất hữu cơ

Ảnh hưởng của hệ thống nối đôi liên hợp: số nối đôi liên hợp càng lớn 

E* = E*- E 0 = hc/λ càng nhỏ  λmax càng dài

Trang 11

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ

và màu sắc của các chất hữu cơ

Ảnh hưởng của nguyên tố âm điện trong mạch liên hợp:

- Mạch liên hợp phân tử có chứa nguyên tố âm điện mạnh (O, N) hiệu ứng liên hợp âm –C (liên hợp -: hút e)  e trong mạch càng linh động  hiệu ứng red shift

- Các nhóm nguyên tử âm điện gây hiệu ứng red shift đa số là nhóm C=Z

Ví dụ: –NO2, -CN; -CHO; -COR; -COOH; -CONH2.

Nguyên tố Z càng âm điện và có điện tích càng dương  hút e càng mạnh  hiệu ứng red shift càng mạnh :

Ví dụ: Nhóm –OH; -OR; -SH; -SR; -NH2; -NR2; -F; -Cl; - Br; -I,

•Nguyên tố X càng âm điện  hút e càng mạnh  liên hợp -p càng yếu  hiệu ứng red shift càng kém.

Ví dụ: -F < -OH < -NH2; -F < -Cl < - Br < -I, -OH < -NH2< -SH

Hiệu ứng liên hợp +C

Trang 13

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ

Ảnh hưởng của sự ion hóa phân tử

Hợp chất chứa nhóm thế -e hay +e có thể bị ion hóa  hiệu ứng red shifthay blue shifttùy thuộc bản chất nhóm thế và vị trí của nó trong mạch liên hợp.

-XH + -OH -  -X - + H 2 O

(Ví dụ: -OH ; -NH 2 ; -SH)

Ví dụ: Sự ion hóa gây hiệu ứng red shift

Sự ion hóa gây hiệu ứng blue shift:

-NR 2 + H +  N + HR 2

Benzaurin sulfoacid

Alizarin

Trang 14

 Ảnh hưởng của cấu tạo phân tử Phân tử phải có cấu tạo phẳng để xảy ra hiệu ứng liên hợp  khi

đó mới có khả năng có màu.

Nếu cấu tạo phẳng của phân tử bị phá vỡ sẽ xảy ra hiện tượng blue shift và hyperchromic effect

PHÂN LOẠI CHẤT MÀU

 Phân loại theo tính tan:

 Thuốc nhuộm (dye):hợp chất hữu cơ có màu mạnh, tan được trong

nước hay dung môi hữu cơ, có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho vật liệu khác (chất nền: substract).

 Sắc tố (pigment):chất màu hữu cơ và một số hợp chất vô cơ (oxyt

và muối kim loại) không tan trong nước hay dung môi hữu cơ và không có ái lực đối với chất nền Nó giữ nguyên cấu trúc tinh thể hay

dạng hạt phân tán trong quá trình sử dụng

Trang 15

 Phân loại chất màu theo nguồn gốc

kim loại Chúng có thể được điều chế công nghiệp hay từ khai thác khoáng sản

Ví dụ: PbCrO4(màu vàng); HgS (thần sa, màu đỏ son); ZnCrO4+ K2CrO4 (màu vàng chanh),…

 Chất màu hữu cơ

 Chất màu hữu cơ tự nhiên:là các chất màu nhận được thực vật từ động vật mà không dùng phản ứng hóa học

 Chất màu hữu cơ tổng hợp: được con người tổng hợp bằng

phản ứng hóa học từ dầu mỏ hay nhựa than đá

THUỐC NHUỘM

 Phân loại thuốc nhuộm:

 Phân loại theo bản chất hóa học: phân loại theo cấu trúc hóa học;

được sử dụng rộng rãi đối với các nhà hóa nhuộm tổng hợp cũng như các kỹ sư nhuộm.

Có 10 loại:

 Phẩm nhuộm nitro

* Phẩm nhuộm nitroso

* Phẩm nhuộm azo

* Phẩm nhuộm phenyl metan

* Phẩm nhuộm tryphenyl metan

* Phẩm nhuộm xeton, quinon

* Phẩm nhuộm indigo

* Phẩm nhuộm sulfur

* Phẩm nhuộm cơ nguyên tố

Trang 16

CHẤT MÀU THỰC PHẨM

 Khái niệm:Chất màu thực phẩm (food colorant) hay còn gọi là phẩm màu (food

dye) là các chất dùng để nhuộm màu thực phẩm, dược phẩm

 Phân loại chất màu thực phẩm:

 Phẩm màu vô cơ (Inorganic Colarant):là các hợp chất vô cơ có màu được tìm thấy trong tự nhiên hay được tổng hợp

 Phẩm màu tổng hợp (Synthetic Colorant):là những chất màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng hợp hữu cơ

Ưu điểm: rẻ, màu sắc đa dạng, cường độ màu mạnh, độ bền cao

Nhược điểm: đa số có độc tính, ảnh hưởng đến sức khỏe con người

 Phẩm màu tự nhiên (Natural Colorant):chất màu thu nhận được từ nguyên liệu

Trang 17

Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm

0,5 Bánh kẹo và mứt

Vàng

Bạc

Oxyt nhôm

Oxyt sắt

Chưa có

Ít dùng Bioxyt titan

Không hạn chế

Ít dùng Carbonat calcium

Liều dùng(mg/kg thể trọng)

Sử dụng Tên chất màu

Vàng Cây nghệ tây, quả dành dành

Crocin

Lục lam

Cỏ, linh lăng, tầm ma Đồng chlorophyll

Xanh lục

Cỏ, linh lăng, tầm ma Chlorophyll

Hồng – đỏ Rệp son cái ở Pêru

Carmin

Cam – đỏ Rệp son cái ở Pêru

Acid carminic

Đỏ cam

Cà chua Lycopen

Cam đỏ

Ớt (Capsicum anmum L.)

Capsanthin/ Capsorubin

Cam Hạt điều nhuộm

Lutein

Vàng cam sáng

Củ nghệ Curcumin

Màu sắc Nguồn tự nhiên

Chất màu

Một số chất màu tự nhiên thông dụng

Trang 18

Tính chất của một số chất màu giống tự nhiên

Chỉ cho phép dùng trong xúc xích Strassbourg Có trong cá hồi, tôm và hồng hạc.

Hồng cam Canthaxanthin (E161g)

Tan ít trong nước, dễ mất màu bởi ánh sáng Vàng

Riboflavin; Riboflavin 5’

phosphate (E101) (I&II)

Tan trong dầu, có hoạt tính tiền vitamin A nhưng kém hơn β-carotene

Vàng/cam Ethyl ester của β-apo-8-

carotenoic acid (E160f)

Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền vitamin A nhưng kém hơn β-carotene

Cam hơi đỏ β-Apo-8’-carotenal

Trang 19

Nhóm tetrapyrrole

 Phân tử chứa4 vòng pyrrole

 Có thể dạng thẳng (Eg: bilin, phytochrome) hay vòng (có khung porphyrin)

Tetrapyrroles: pigments of life

Hemoglobin

Trang 20

Oxymyoglobin

Dẫn xuất isoprenoid = terpenoid

Quinone: chứa vòng quinone

 Iridoid: bicyclic cis-fused cyclopentane-pyrans (chứa 2 vòng pyran và cyclopentane ngưng tụ cis)

1,4-Benzoquinone 1,4-Naphthoquinone 9,10-Anthraquinone

Carotenoid: là nhóm chất màu polyisoprenoid quan trọng nhất

Trang 21

Dẫn xuất isoprenoid (= Terpenoid)

Các kiểu liên kết có thể có trong các hợp chất terpenoid

1-1 link (head-to-head)

1-4 link (head-to-tail)

4-4 link (tail-to-tail)

(ít gặp trong tự nhiên)

(hay gặp trong tự nhiên)

Trong tự nhiên thường xảy ra liên kết 1-4

-Carotene Cũng có ngoại lệ: liên kết 4-4

Trang 22

• Là các hợp chất phenolic đặc trưng bởi 3 vòng:2 vòng thơm (vòng A, B) và

1 vòng pyran trung tâm (vòng C)

Các dẫn xuất benzopyran (R= H, OH, CH3)

Trang 23

Melanin

• Là các polymer chứa các monomer indolic hay phenolic.

• Melanin: tạo màu đen, xám, nâu (thực vật);

• Eumelanin: tạo màu đen, nâu (da, tóc người); bẫy ion kim loại nặng

Cấu trúc các melanin với vòng monomer indole

• Là phức giữa protein với các ion kim loại.

• Ion kim loại thường tạo liên kết phối trí với các nguyên tố N, O hay S có trong các amino acid của protein hay với 4 nguyên tử N trong nhân hem

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Ngấm kiệt quy mô nhỏ Ngấm kiệt quy mô công nghiệp

Chiết Soxhlet quy mô PTN Chiết Soxhlet quy mô công nghiệp

Trang 30

 Đồng hóa trong dung môi (Homogenization)

 Chiết dung môi tăng tốc (ASE: Accelerated Solvent Extraction) Hay: chiết dưới áp suất cao (PFE: Pressurized Fluid Extraction)

Sơ đồ thiết bị chiết dung môi tăng tốc (ASE)

Trang 31

Dionex ASE

 Chiết với sự hỗ trợ của siêu âm

(UAE: Ultrasound-assisted extraction )

Sơ đồ thiết bị chiết UAE

Trang 32

(MAE: Microwave-assisted extraction )

Lưu ý: MAE chỉ áp dụng cho dung môi chiết phân cực

Cơ chế chiết MAE

Thiết bị chiết MAE tự chế từ lò vi sóng

 Chiết siêu tới hạn (SFE: Supercritical Fluid Extraction)

Solvents:

 CO 2 : Chất chiết không phân cực

 CO 2 +(EtOH; MeOH; 2-propanol):

Chất chiết phân cực hay phân cực trung bình

Sơ đồ thiết bị SFE Giản đồ pha của CO 2

Sự khác nhau giữa các trạng thái khí, lỏng và siêu tới hạn của CO 2

Trang 33

2.3 MỘT SỐ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN

QUAN TRỌNG

2.3.1 CAROTENOID 2.3.2 CHLOROPHYLL 2.3.3 ANTHOCYANIN 2.3.4 BETALAIN

2.3.1 CAROTENOID

 PHÂN BỐ TRONG TỰ NHIÊN

Carotenoid là sắc tố màu vàng/cam/đỏ rất phổ biến trong tự nhiên

Trang 34

 CẤU TRÚC PHÂN TỬ

 Dẫn xuất isoprenoid (8 x C5 = C40) Bộ khung cơ bản là lycopen

 Sự đóng vòng, hydro hóa, dehydro hóa, oxy hóa, gắn các nhóm chức, chuyển hóa đồng

phân,  > 700 carotenoid (chưa kể dạng cis)

 PHÂN LOẠI:

 Caroten: hydrocarbon carotenoid

 Xanthophyll: caroten bị oxy hóa

Trang 35

 Tính chất vật lý:

 Hấp thụ bức xạ khả kiến (400 -500 nm)  Màu vàng/cam/đỏ

 Tan tốt trong dung môi không/ít phân cực

Trang 36

 Tính chất hóa học

• Có hoạt tính chống oxy hóa: bắt gốc tự do, bị oxy hóa bởi O2 (ion kim loại xúc tác)

• Dễ bị đồng phân hóa (trans  cis)

• kém bền dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt, acid (ion kim loại xúc tác)

 Bền ở < 50 0 C; pH = 2-7 (pH <2  cam đỏ  vàng cam)

 Ứng dụng

 Thực phẩm : phụ gia tạo màu thức ăn chăn nuôi

 Dược phẩm : chống oxy hóa, chống lão hóa; tăng sức đề kháng của cơ thể, ngăn ngừa bệnh tim mạch, ung thư, AIDS

 Mỹ phẩm : kem chống nắng, son môi

Trang 37

• Lycopen từ nấm Blakeslea trispora;

• -caroten từ vi tảo biển Dunalillea;

• lutein từ vi tảo Mureillopsis sp;

• astaxanthin từ vi tảo Haematococcus pluviallis hay nấm men Phaffia

rhodozyma

Vi tảo lục Haematococcus pluviallis

chuyển sang màu đỏ (giai đoạn tích lũy astaxanthin)

khi bị stress môi trường

Quy trìnhsản xuất carotenoid từ vi tảo

Trang 38

 PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

• Tách chiết từ các nguồn tự nhiên

Nguyên liệu

 Xử lý nguyên liệu : cơ học; nhiệt; hóa học (acid); sinh học (enzyme)

 Chiết carotenoid: hexan; dầu thực vật; (CO2-SFE)

 Cô đặc - Thu hồi dung môi

 Xà phòng hóa: nhiệt độ thấp; KOH/ether dầu mỏ; KOH/alcol

 Tinh chế: phân bố lỏng-lỏng; kết tinh lại; sắc ký cột

Tinh chế (lọc, kết tinh lại, phân bố lỏng/lỏng; sắc ký cột, )

Sơ đồ chiết và tinh chế carotenoid từ nguyên liệu tự nhiên

Trang 39

Sơ đồ chiết xuất:

a) lutein từ hoa vạn thọ; b) capsanthin từ ớt chuông

2.3.2 CHLOROPHYLL

Trang 40

- kỵ nước  không tan trong nước

- khi thủy phân liên kết ester giải phóng phytol tạo thành chlorophyllide

có tính ưa nước hơn

Trang 41

 Tính chất hóa học

 Kém bền nhiệt, ánh sáng; dễ bị oxy hóa

 Dễ bị phân hủy bởi acid, kiềm :

2.3.2 CHLOROPHYLL

Sự phân hủy chlorophyll bởi enzyme Phản ứng xảy ra khi đun nóng

rau xanh với Zn 2+

Trang 42

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	23,99 MB