CHẤT MÀU CAROTENOID

Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ chất màu chính tạo ra các màu vàng, da cam trong tự nhiên. Nó có tự nhiên trong thực vật và các sinh vật quang hợp khác, con người thì không thể tự tổng hợp ra được. Nhóm chất màu hòa tan trong chất béo mà không tan trong nước có màu từ vàng nhạt đến đỏ sậm tùy cấu trúc phân tử. Có khoảng 600 loại carotenoid khác nhau trong đó có 50 loại hiện diện trong thực phẩm. Carotenoid giúp chống các tác nhân oxy hóa bên ngoài Bảng : sự phân bố và đặc điểm của carotenoid ở sinh vật: Nguồn gốc đặc điểm Thực vật • Carotenoid thường tồn tại ở phần diệp lục của mô xanh, màu của chúng bị che lấp bơi màu của chlorophyll • hàm lượng carotenoid hầu như giống nhau ở các loài lá cây: bêtacaroten (2530%), lulein khoảng 45% ,violaxanthin khoảng 15% trên tổng số lượng carotenoid. Ngoài ra còn lượng nhỏ anpha –caroten, bêtacrytoxanthin. Zeaxanthin, atheraxanthin, lutein_5, 6_epoxdide • Carotenoid cũng phân bố trong các mô thường ( không có phản ứng quang hợp) tạo ta màu vàng, cam, đỏ,.. cho hoa quả như cà chua, cà rốt, bí đỏ…. Động vật • Carotenoid tạo màu vàng, đỏ cho lông cánh các loài chim: tạo màu lông và da vàng cho gà con, tôaj màu đỏ cho lòng trứng. • Trong số động vật biển như tôm hùm, cua,, tồn tại một dạng phức hợp giữa caroteoid và protein gọi là caroenoprotein lúc còn sống có màu xanh lá, tím hoặc xanh dương, nhưng khi nấu chín thì protein bị biến tính thì màu của carotenoid mới hiện ra. Vi sinh vật • Carotenoid là chất nội bào của một số loài vi sinh vật như: vi khuẩn (Brevibacterium tạo canthaxanthin, lavobacterium tạo zeaxanthin) nấm men ( Rhodotorula sp.) ,nấm mốc (Neurospora Crassa, Mucorals choanophoracea), tảo (Dunadiella) 2. CẤU TẠO: Tất cả hợp chất Carotenoid có thể được xem như dẫn xuất của licopen Hợp chất carotenoid( C40) bị mất 1 nhóm đầu thì gọi là Apocarotenoid. Đây là những chất màu quan trọng. Đặc điểm cấu trúc nổi bật nhất, đặc trưng cho màu thấy được của caroteinoid là chuỗi polyen liên hợp. Các carotenoid được cấu tạo từ 8 đơn vị isoprene liên tiếp nhau ở trung tâm phân tử tạo nên cấu trúc đối xứng hợp chất Hydro carotenoid như Keto, methoxyl, epoxy, acid được gọi chung là Xantophin Đa số là vòng 6 cạnh hoặc 5 cạnh ở 1 đầu hoặc 2 đầu. 3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ: Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dang lá hình thoi. Nhiệt độ nóng chảy cao: 130 2200C Hòa tan trong chất béo,các dung môi chứa clor và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng và màu đỏ. Tính hấp thụ ánh sáng : chuỗi polyene liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của caroteinoid . Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên vòng. Ngoài ra trong mỗi dung môi hoà tan khác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau với cùng 1 loại. Khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh, chỉ cần 1 gam cũng có thể thấy bằng mắt thường. Carotenoid trong tự nhiên ở dạng đồng phân trans ổn định hơn. Dạng đồng phân trans sẽ xoắn 180o dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng và bức xạ. Khả năng hấp thụ:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC& THỰC PHẨM

DANH SÁCH NHÓM 2:

1/ ĐỖ MINH LONG 11241911 2/ LÊ THANH TÙNG 11223591 3/ NGUYỄN HỮU CAM 11251181 4/ HUỲNH TƯỜNG HUY 11228351

5/ VÕ TỪ HUY 11083091

SẢN XUẤT CAROTENOID……….16

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO……….20

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chế biến thực phẩm hiện nay để nguyên vật liệu sau khi chế biến còn

-o0o -nguyên bản chất màu sắc như ban đầu là rất khó -o0o -nguyên nhân chủ yếu là do dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ làm cho sản phẩm thực phẩm bị biến đổi làm cho các hợp chất

và các sắc tố màu sắc bị bay hơi hay thay đổi cấu trúc làm cho máu sắc của các sản phẩm thực phẩm bị thay đổi

Để khắc phục tình trạng này và đáp ứng yêu cầu khó khăn của con người thì cần

có sự can thiệp của con người cho các sản phẩm thực phẩm bằng các chất tạo màu chothực phẩm (phụ gia thực phẩm) được thêm vào nhằm cải thiện màu sắc cho thực phẩm

Các chất tạo màu cho thực phẩm không có giá trị về dinh dưỡng nhưng là một trong những yếu tố quan trọng làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm và không được dùng để che đậy khuyết điểm cho thực phẩm

Việc sử dụng các chất tạo màu có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất thực phẩm Nhờ

đó mà sản phẩn thực phẩm trỡ nên bắt mắt hơn, hấp dẫn người tiêu dùng hơn Tuy nhiên nếu sử dụng không cẩn thận sẽ gây nên nguy hiểm cho người tiêu dùng Và hiệnnay có hơn khoảng 80 loại chất màu đang được sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm

Chính vì vậy nên nhóm chúng em thực hiện nghiên cứu chất màu cho thực phẩm

cụ thể là chất tạo màu carotenoide hiện đang được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm thực phẩm để làm tăng giá trị cảm quan thực phẩm

Phần I : CAROTENOIDE

-o0o -1 KHÁI NIỆM:

- Carotenoid là một dạng sắc tố hữu cơ chất màu

chính tạo ra các màu vàng, da cam trong tự nhiên

- Nó có tự nhiên trong thực vật và các sinh vật quang

hợp khác, con người thì không thể tự tổng hợp ra

được

- Nhóm chất màu hòa tan trong chất béo mà không

tan trong nước có màu từ vàng nhạt đến đỏ sậm tùy

cấu trúc phân tử

- Có khoảng 600 loại carotenoid khác nhau trong đó

có 50 loại hiện diện trong thực phẩm

- Carotenoid giúp chống các tác nhân oxy hóa bên

ngoài

Bảng : sự phân bố và đặc điểm của carotenoid ở sinh vật:

Nguồn gốc đặc điểm

Thực vật  Carotenoid thường tồn tại ở phần diệp lục của mô xanh, màu của chúng bị che

lấp bơi màu của chlorophyll

 hàm lượng carotenoid hầu như giống nhau ở các loài lá cây: bêta-caroten 30%), lulein khoảng 45% ,violaxanthin khoảng 15% trên tổng số lượng carotenoid Ngoài ra còn lượng nhỏ anpha –caroten, bêta-crytoxanthin

(25-Zeaxanthin, atheraxanthin, lutein_5, 6_epoxdide

 Carotenoid cũng phân bố trong các mô thường ( không có phản ứng quang hợp) tạo ta màu vàng, cam, đỏ, cho hoa quả như cà chua, cà rốt, bí đỏ…

Động vật  Carotenoid tạo màu vàng, đỏ cho lông cánh các loài chim: tạo màu lông và da

vàng cho gà con, tôaj màu đỏ cho lòng trứng

 Trong số động vật biển như tôm hùm, cua,, tồn tại một dạng phức hợp giữa caroteoid và protein gọi là caroenoprotein lúc còn sống có màu xanh lá, tím hoặc xanh dương, nhưng khi nấu chín thì protein bị biến tính thì màu của carotenoid mới hiện ra

Hình A: các loại quả chứa carotenoid

Vi sinh vật  Carotenoid là chất nội bào của một số loài vi sinh vật như: vi khuẩn

(Brevibacterium tạo canthaxanthin, lavobacterium tạo zeaxanthin) nấm men ( Rhodotorula sp.) ,nấm mốc (Neurospora Crassa, Mucorals choanophoracea), tảo (Dunadiella)

2 CẤU TẠO:

-Tất cả hợp chất Carotenoid có thể được xem như dẫn xuất của licopen

- Hợp chất carotenoid( C40) bị mất 1 nhóm đầu thì gọi là Apocarotenoid

- Đây là những chất màu quan trọng

- Đặc điểm cấu trúc nổi bật nhất, đặc trưng cho màu thấy được của

caroteinoid là chuỗi polyen liên hợp

- Các carotenoid được cấu tạo từ 8 đơn vị isoprene liên tiếp nhau ở trung

tâm phân tử tạo nên cấu trúc đối xứng hợp chất Hydro carotenoid như

Keto, methoxyl, epoxy, acid được gọi chung là Xantophin

- Đa số là vòng 6 cạnh hoặc 5 cạnh ở 1 đầu hoặc 2 đầu.

Hình 1: ớt đỏ hình 2: nấm blakeslea trispora

(loài nấm có carotenoid)

Hình 3: trứng gà (eggs) hình 4: Gấc đỏ(red beet)

3 TÍNH CHẤT VẬT LÝ:

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

- Nhiệt độ nóng chảy cao: 130- 2200C

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

- Tính hấp thụ ánh sáng : chuỗi polyene liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của caroteinoid Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy

khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào

nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như vào nhóm chức gắn trên

vòng Ngoài ra trong mỗi dung môi hoà tan khác nhau, khả năng hấp thụ

ánh sáng tối đa cũng khác nhau với cùng 1 loại Khả năng hấp thụ ánh

sáng mạnh, chỉ cần 1 gam cũng có thể thấy bằng mắt thường

- Carotenoid trong tự nhiên ở dạng đồng phân trans ổn định hơn Dạng đồngphân trans sẽ xoắn 180o dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng và bức xạ

- Khả năng hấp thụ:

Khả năng hấp thụ ánh sáng của mốt số carotenoid

Carotenoid Số nối đôi

liên hợp

Bước sóng (nm)/ dung môi ether

A/ Ảnh hưởng của nối đôi liên hợp

4 TÍNH CHẤT HÓA HỌC:

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

vững với kiềm Do có hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị oxi 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 oxi hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại, enzym, nước

- Dễ bị oxi 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 oxyhoá tạo hợp chất có mùi thơm như các aldehide không no hoặc ketone đóng vai trò tạo hương thơm cho trà

5 PHÂN LOẠI:

Có 2 cách để phân loại carotenoid

+ Dựa vào nguyên tố tạo thành chia carotenoid thành 2 loại:

- Loại chỉ chứa C, H như α, β_carotene, lycopen

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

+ Còn nếu dựa vào 6 C ở 2 đầu phân tử ta có các nhóm carotenoid không chứa vòng, chứa 1 vòng và chứa 2 vòng

5.1) Carotenes:

5.1.1) carotenes mạch hở (acyclic carotenes)

- Licopene:

Lycopene có trong quả cà chua và một số quả khác Màu đỏ của cà chua chín chủ yếu do có mặt licopen mặc dù trong cà chua còn có mặt một loạt các carotennoid khác ữa như:

 β Zeacaroten

5.1.3) Carotene hai vòng (Bicyclic carotene):

 α carotene

 β carotene

Capsanthin có công thức phân tử: C4H58O3, nó là một loại dẫn xuất của carotene

Capsanthin có trong ớt đỏ: chiếm 7/8 tất cả các chất màu của ớt

Capsanthin có cường độ màu mạnh hơn caroten trung bình gấp 10 lần, và trong ớt đỏ, có các carotenoid nhiều hơn trong ớt xanh 35 lần thì gấp 34 lần

 Astarxanthin

Trong trứng của loài giáp xác có chất màu xanh ve gọi là ovoverdin có thể coi như là muối dạng endiol của astarxanthin và nhóm amin của protein

Trong mai và giáp của cua, tôm thì astarxanthin cũng tham gia vào thành

phần của lipoprotein gọi là xyanyn Trong quá trình gia nhiệt do protein bị biến

tính và astarxanthin bị tách ra dưới dạng chất màu đỏ

 Canthaxanthin

Canthaxanthin có nhiều trong nấm, động vật thân mềm ở biển

5.2.3) Hợp chất epoxide

Violaxanthin

Violaxathin có mặt trong nước ép cam và cũng có trong lá xanh

 Mutatoxanthin

Mutatoxanthin cũng có nhiều trong cam

 Lucaxanthin

Lucaxanthin chính là thành phần carotenoid chính của quả cam

 Auroxanthin

 Neoxanthin

5.2.4) Hợp chất dicarboxylic acid và ester:

 Crocetin

Chất này tạo nên màu vàng của cây nghệ tây Nó không toàn tại trong cây dưới dạn

g diester và tạo liên kết glycoside với discaccharide gentiobiose Vì vậy mà diester này, còn gọi là crocin có thể hoà tan trong nước

 Bixin

Bixin là sản phẩm oxi hóa của các carotenoid có 40 nguyên tử C

Bixin là chất màu đỏ có trong quả cây nhiệt đới là Bixaorellana

Bixin được dùng để nhuộm màu dầu margarin và các sản phẩm thực phẩm khác

PHẦN II : ỨNG DỤNG CAROTENOID TRONG

Các carotenoid được dùng làm chất phụ gia cho nhiều thực phẩm như chất tạo màucho các thực phẩm và nước uống năm 1954, carotene tổng hợp được đưa vào thị trường đầu tiên bởi Roche.nó cũng được dùng làm màu cho kem, bơ nước ép trái cây… với tính an toàn cao hơn rất nhiều so với các chất màu nhân tạo đồng thời các carotenoid khác cũng được làm chất phụ gia cho thức ăn gia súc,tạo màu đỏ cho lòng

đỏ trứng gà cũng như trứng các loại gia cầm khác , và tạo màu cho thịt của cá và độngvật nuôi …

Trước đây, một số hợp chất carotenoids như xanthophylls, astaxanthin, zeaxanthin…

là sản phẩm công nghiệp được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và đã được bổ sung vào thức ăn vật nuôi.tuy nhiên gần đây các sản phẩm tổng hợp hóa học không được chấp nhận làm chất phụ gia cho thực phẩmvà thức ăn vật nuôi do hậu quả không

an toàn cho sức khỏe do đó khuynh hướng hiện nay là phát triển quá trình tạo các hơp chất carotenoid từ thiên nhiên

Hợp chất carotenoid đã được các nhà nghiên cứu dùng để sản xuất các loại thực phẩm và dược phẩm phục vụ nhu cầu phòng bệnh và chữa bệnh ví dụ như sản xuất một số chế phẩm làm thuốc chữa bệnh suy dinh dưỡng cho trẻ em và một số bệnh về mắt phòng chống lão hóa , thuốc bồi dưỡng cho phụ nữ có thai và sau khi sinh thuốc

để đề phòng và phòng chống một số căn bệnh ung thư và carotenoid còn dùng trong

mỹ phẩm

Quá trình oxy hóa với chất béo của carotenoid có thể quan sát được qua sự biến đổi màu của sản phẩm Sự mất màu của sản phẩm được ứng dụng trong chế biến bột mì.

Sự đổi màu của tiêu từ đỏ sang nâu trước tiên là do sự oxy hóa của

capsanthin mặc dù phần lớn là phản ứng melanoidin.

Capsanthin Những sản phẩm có mùi cũng được hình thành trong quá trình oxy hóa của carotenoid và được ứng dụng trong quá trình làm mứt.

Rượu vang được cất giữ lâu năm cũng có mùi đặc trưng do sự oxy hóa neoxanthin và một số carotenoid khác thành 1,2-dihydro-1,1,6-trymethyl naphthalene.

Hợp chất carotenoid đã được các nhà nghiên cứu dùng để sản xuất các loại thực phẩm và dược phẩm phục vụ nhu cầu phòng bệnh và chữa bệnh sản xuất một số chế phẩm làm thuốc chữa bệnh suy dinh dưỡng cho trẻ em và một số bệnh về mắt phòng chống lão hóa , thuốc bồi dưỡng cho phụ nữ có thai và sau khi sinh thuốc để

đề phòng và phòng chống một số căn bệnh ung thư

Carotenoid còn dùng trong mỹ phẩm như thuốc nhuộm.

PHẦN III: NGUỒN KHAI THÁC VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Sự phân bố các carotenoit trong động vật và thực vật không tuân theo quy luật tự nhiên nào Trong rau xanh (rau ngót) có các β-carotenoit và các xantophyl như lutein, neoxanthin Lycopen có nhiều trong cà chua Trong gấc và cà rốt có α-caroten, β-

caroten Capsanthin là sắc tố đỏ của ớt, đặc biệt là trong ớt cựa gà (paprika) Màu vàng của lòng đỏ trứng là do có mặt lutein, zeaxanthin và 1 lượng nhỏ β-caroten Thịt của cá hồi (saumon) là do màu hồng của astaxanthin Tuỳ theo từng đối tượng nguyên liệu cụ thể mà lựa chọn dung môi chiết suất thích hợp

Các dung môi và hệ dung môi hữu cơ thường được sử dụng là axeton, axeton : hexan (4:6), n-hexan : izopropanol (3:2) EtOH : n-hexan (4:3) là hệ dung môi rất hiệu quả để tách chiết các từ cà chua (Lin và Chen, 2003) Người ta cũng thường sử dụng n-hexan và dietyl ete làm dung môi để chiết lutein và zeaxanthin từ hoa cúc vạn thọ.

n-Nguyên liệu

Nghiền

Chiết tách n-hexan

Trung hòa MgCO3

Cô đặc

Xà phồng hóa KOH

carotenoid

Sơ đồ : sản xuất carotennoid

Nên chiết suất carotenoit từ nguyên liệu tươi, nếu là nguyên liệu khô thì nên hydrat hoá lại trước khi chiết Đồng nhất mẫu chiết bằng phương pháp nghiền hoặc nghiền kết hợp với giã Đối với các loại lá và các nguyên liệu khó chiết khác nên ngâm nguyên liệu vào dung môi chiết 15-30 phút trước khi nghiền để làm mềm thành tế bào, đồng thời tránh cho carotenoit khỏi bị đồng phân hoá và bị phân huỷ trong quá trình nghiền Có thể bổ sung MgCO3 và các tác nhân trung hoà khác để trung hoà các axit hữu cơ có trong mẫu nhằm tránh sự phân huỷ và đồng phân hoá nếu việc chiết suất được tiến hành nhanh chóng ngay sau khi xử lý mẫu thì không những ngăn chặn được sự oxy hoá bởi xúc tác của ezim mà còn không cần thiết phải bổ sung tác nhân trung hoà.

Việc lọc dịch chiết được thực hiện bằng phễu lọc thuỷ tinh (porosity 3, kích

thước lỗ 20-30 μm) hoặc dùng phễu Buchner Bã lọc được chiết lại cho đến khi mất màu, thường tiến hành chiết 3 lần

Tiến hành tách nước và dung môi khỏi dịch chiết bằng cách bổ sung ete dầu hoả (điểm sôi 35-60oC), dietyl ete, n-hexan, diclorometan hoặc hỗn hợp của chúng

Xà phòng hoá bằng KOH, có bổ sung chất oxy hoá BHT (butyl hydroxytoluen)

để loại clorophyl và các chất béo khác, thu carotenoit tổng

Để tách từng hợp chất carotenoit tinh khiết, người ta thường sử dụng phương pháp sắc ký cột mở (OCC) và HPLC điều chế

THF (tetrahydrofuran), etyl axetat, hexan, axeton và nước Để nhận biết các carotenoit, người ta thường dựa vào thời gian lưu và phổ UV tương ứng của các pic trong sắc ký đồHPLC Hầu hết các carotenoit đều có 3 đỉnh hấp thụ cực đại, chất nào trong phân tử có

số nối đôi liên hợp càng nhiều thì các đỉnh hấp thụ cực đại càng ở bước sóng lớn hơn

!!!!Lưu ý khi tiến hành:

Việc tách chiết sắc tố carotenoid là một điều khó khăn vì cần phải tránh sự tiếp xúc với ánh sáng, oxi, và nhiệt đô cao Do đó cần phải tiến hành trong điều kiện ánh sáng mờ

mờ và phải bảo quản sản phẩm trung gian trong bóng tối Nếu có thể thì tiến hành trong điều kiện chân không hoặc trong môi trường khí trơ Tránh để mẫu tiếp xúc với nhiệt độcao, nên làm lạnh mẫu khi tiến hành bị gián đoạn

- Mẫu cần phải được khử nước trước khi tiến hành trích xuất Bởi vì dư nước sẽ làm hạnchế sư trích xuất carotenoid Việc sử dụng các chất lỏng để trích xuất cũng rất quan trọng và phụ thuộc vào loại carotenoid cần kiếm Sử dụng hỗn hợp hexane/acetone làm chất lỏng trích xuất rất thuận tiện vì nó cũng được sử dụng trong quá trình kết tinh

- Một khi carotenoid đã được trích ly và cô lập, chúng có xu hướng không bền vững, khicác chất chống oxi hóa tự nhiên và các chất bảo vệ bị lấy đi

- Có thể thêm vào một chất chống oxi hóa THPQ, hỗn hợp tocopheron ) để tăng tính bền vững của carotenoid Sự hiện diện của kim loại và chất diệp lục cũng ảnh hưởng đến tính ổn định của sắc tố, nhưng vấn đề này đã được giải quyết nhờ dung dịch tách muối

- Sự khử muối có thể tạo ra các chất kết tủa, có thể loại bỏ được bằng phương pháp lọc

và rửa lại cặn lọc bằng chất dùng trích ly để thu hồi triệt để sắc tố

- Khi mẫu đi qua cột sắc kí, thì sắc tố được phân lập bằng một hỗn hợp dung môi

(hexane/acetone) Hỗn hợp này được sử dụng cho việc tạo tinh thể sau khi làm bão hòa bằng quá trình bốc hơi

PHẦN IV: NGUỒN THAM KHẢO

• SÁCH phụ gia và bao bì thực phẩm trang 61.