Tổng quan về các nguyên liệu chứa màu anthocyanne
Mµu ANTHOCYANCE Trang: 1 Màu ANTHOCYANCE Trang: 2 MụC LụC Trang: I. ANTHOCYANIN 1 I.1. GIớI THIệU CHUNG . .1 I.2. CáC YếU Tố ảNH HƯởNG ĐếN MàU SắC Và Độ BềN CủA ANTHOCYANIN . .5 I.2.1. Cấu trúc . .5 I.2.2. pH .8 I.2.3. Nhiệt độ .9 I.2.4 Oxy .10 I.2.5. Enzyme .11 I.2.6. ánh sáng 12 I.2.7. Đ-ờng và các sản phẩm biến tính của chúng 13 I.2.8. Các ion kim loại 14 I.2.9. Sunphurdioxide (SO 2 ) .15 I.2.10. Acid ascorbic 16 I.3. CáC CHấT MàU ANTHOCYANIN THƯƠNG MạI 17 II. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU, BảO Vệ MàU Đỏ ANTHOCYANIN 18 II.1 PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU 18 II.2 BảO Vệ MàU Đỏ ANTHOCYANIN . 20 II.2.1. Các ph-ơng pháp giữ màu .20 II.2.2. Bảo vệ màu đỏ anthocyanin . 20 Màu ANTHOCYANCE Trang: 3 GIớI THIệU Về ANTHOCYANIN I. ANTHOCYANIN I.1. GIớI THIệU CHUNG Anthocyanin là những hợp chất glycoside của anthocyanidin hiện có trong thiên nhiên bao gồm các dẫn xuất polyhydro và polymethoxy của 2 phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium. Sự khác nhau giữa các anthocyanin đ-ợc xác định bởi sự khác nhau giữa số l-ợng và vị trí của nhóm hydroxyl trong phân tử; mức độ methyl hóa của nhóm hydroxyl; bản chất, vị trí của các nhóm đ-ờng gắn vào phân tử; bản chất số nhóm acid mạch thẳng hay mạch vòng gắn vào phân tử. Hình I.1. Cation Flavylium (R 1 và R 2 là OH, H hoặc OCH 3 , R 3 là glucosyl hoặc H, R 4 là OH hoặc Glucosyl) Các anthocyanin khi bị mất hết các nhóm đ-ờng đ-ợc gọi là anthocyanidin hay aglycone, mỗi anthocyanindin có thể bị glycosyl hóa và acyl hóa bởi các loại đ-ờng và các acid khác nhau tại những vị trí khác nhau nên số l-ợng anthocyanin lớn hơn 10-20 lần so với số l-ợng anthocyaninidin Màu ANTHOCYANCE Trang: 4 Sự glycosyl hóa các anthocyanin có thể xảy ra ở vị trí 7, 3, 4, 5 đối với nhóm hydroxyl.Tuy nhiên, do án ngữ khng gian nên sự glycosyl hóa khng thể xảy ra ở vị trí 3 và 4.; Căn cứ vào vị trí và số nhóm đ-ờng gắn vào anthocyanidin mà ng-ời ta phân loại anthocyanin thành 18 nhóm trong đó có dạng thng dụng nhất là 3- monoside,3- bioside, 3,5 diglycoside và 3,7- diglycoside. Các loại đ-ờng thng th-ờng nhất liên kết với anthocyanidin là glucose, các mono saccharide (rhamnose, galactose, xylose, arabinose), các disaccharide (rutinose, sabubiose,sophorose, ít thng dụng hơn là lathyrose, gentiobiose hoặc laminariobiose). Ngoài ra, các trisacchride cũng có thể liên kết với anthocyaninidin. Bảng I.1:Các anthocyanidin hiện có trong tự nhiên Tên Nhóm thể Màu 3 5 6 7 3 4 5 Appigeninidin(AP) H OH H OH H OH Cam Lutcolinidin(Lt) H OH H OH OH OH H Cam Tricitinidin(Tr) H OH H OH OH OH OH Đỏ Pel argonidin(Pg) OH OH H OH H OH H Cam Auratinidin(Au) OH OH OH OH H OH H Đỏ cam Cyannidin(Cy) OH OH H OH OH OH H Đỏ cam Peonnidin(Pn) OH OH H OH OMe OH H Đỏ Rosinidin(Rs) OH OH H OMe OMe OH H Đỏ ánh xanh Delphinidin(Dp) OH H OH OH OH OH OH Đỏ ánh xanh Pettunidin(Pt) OH OH H OH OH OH OH Đỏ ánh xanh Pulchellidin(Pl) OH OMe H OH OH OH OH Đỏ ánh xanh Europinidin(Eu) OH OMe H OH OH OH OH Đỏ ánh xanh Malvidin(Mv) OH OH H OH OMe OMe OMe Đỏ ánh xanh H irsutidin(Hs) OH OH H OMe OH OH OMe Đỏ ánh xanh Canensindin(Cp) OH OMe H OH OH OH OMe Đỏ ánh xanh 6- Hydyoxyanidin (6- O HcY) OH OH OH OH OH OH H Đỏ OH OMe H OH OH OH H Đỏ cam Màu ANTHOCYANCE Trang: 5 Hình I.1 cho thấy ,sự methyl hóa các anthocyanin và những hợp chất glycoside của chúng th-ờng xảy ra ở vị trí C-3 và C-5, đi khi cũng xảy ra ở vị trí C-5 và C-7, Tuy nhiên thực tế cho thấy khng có anthocyanin mà sự glycosyl hóa hoặc methoxyl hoa xảy ra đồng thời ở các vị trí C-3, -5,-7 và -4, Nhóm hydroxyl ở một trong các vị tríC-5, V-7 hoặc C-4 thì thích hợp choviệc hình thành cấu trúc quinonoidal (anhydro) base. Các anthocyanin th-ờng bị acyl hóa bởi acid p-coumaric, cafeic, ferulic, hoặc những acid sinapic, đi khi anthocyanin cũng bị acyl hóa bởi các acid nh- : p- hydroxybenoic, malonic, hoặc acetic. Sự thay thế nhóm acyl th-ờng xảy ra ở vị trí C-3 của nhóm hydroxyl đối với đ -ờng Bảng I.2. Một số antoxianin phổ biến Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc v định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung mi phân cực. Màu sắc của anthocyanin lun thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH mi tr-ờng. Thng th-ờng khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 thì có màu xanh. ở pH = 1 các anthocyanin th-ờng ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon khng màu, ở pH = 7 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh . Anthocyanin có b-ớc sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại b-ớc sóng 510540nm. Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc Antoxianin Antoxianidin Đ-ờng Có ở cây Pelargonin Xianin Ceraxianin Prunixianin Idain Delfin Malvin Peo nin Enin Hirsutin Pelargonidin Xianidin Xianidin Xianidin Delfinidin Xirinhidin (este dimetyl của denfinidin) Peonidin Enidin Hirsutidin Hai glucoza Hai glucoza Glucoza, rarnnoza Galactoza Ramnoza, glucoza Hai glucoza Hai glucoza Glucoza Hai glucoza Cúc tây (Asier), mỏ cò (polargonium) Hoa hồng Quả anh đào (Cerasus) Quả mận (Prunus domestica) Quả việt quất (Vaccinium Vitis idaca Hoa cẩm quỳ (malva ) Hoa mẫu đơn (Paconia officinalis) Quả nho Hoa anh thảo, hoa ngọc trâm (primula) Màu ANTHOCYANCE Trang: 6 của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin: th-ờng pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh. Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên đ-ợc sử dụng khá an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí nh-: khả năng chống oxy hóa cao nên đ-ợc sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung th-; tác dụng chống các tia phóng xạ. Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất màu khác hình thành trong quá trình gia cng kỹ thuật khng có đ-ợc đã mở ra một h-ớng nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng ngày, đặc biệt trong cng nghệ chế biến thực phẩm. Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu h-ớng hiện nay của các n-ớc trên thế giới là nghiên cứu khai thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an toàn cao cho ng-ời sử dụng. Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy đ-ợc trong một số loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím nh-: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía t, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ . Nguồn anthocyanin nhiều nhất là từ vỏ quả nho, bắp cải đỏ và bng dâm bụt.Hàng năm theo -ơc tính tại các n-ớc châu Âu khoảng 10000 tấn vỏ quả nho đ-ợc trích để thu đ-ợc khoảng 50 tấn anthocyanin. Các phẩm màu gốc anthocyanin có thể là dung dịch c đặc hoặc dạng bột có chứa các phụ gia khác. Màu ANTHOCYANCE Trang: 7 I.2. CáC YếU Tố ảNH HƯởNG ĐếN MàU SắC Và Độ BềN CủA ANTHOCYANIN So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanin là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong mi tr-ờng acid. Ngoài ra, nó có thể phân hủy tạo thành dạng khng màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm khng 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 sử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm. Độ bền của các anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh-: cấu trúc hóa học của anthocyanin, pH, nhiệt độ, sự có mặt cua copigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO 2 , ánh sáng, enzyme, đ-ờng và các sản phẩm biến tính của chúng. Vì vậy, nghiên cứu các yếu tố ảnh h-ởng đến độ bền của anthocyanin là điều cần thiết tr-ớc khi ứng dụng nó nh- một chất màu thực phẩm. I.2.1. Cấu trúc a. Cấu trúc chuyển hóa Trong mi tr-ờng n-ớc các anthocyanin tự nhiên giống nh- chất chỉ thị pH. Đỏ ở pH thấp, đỏ xanh ở pH trung gian, và khng màu ở pH cao. Tại pH đã cho, tồn tại một cân bng giữa 4 cấu trúc của anthocyanin và aglycone: quinonoidal (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation flavylium (AH + ) màu đỏ, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) khng màu. Hình I.2 Cấu trúc chuyển hoá của anthocyanin trong n-ớc Màu ANTHOCYANCE Trang: 8 Khi pH <2.0, các anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flavylium màu đỏ (R 3 =0-đ-ờng) hoặc màu vàng (R 3 = H).Khi pH tăng, sự mất prton xảy ra nhanh thành dạng quinononidal màu xanh d-ơng hoặc màu đỏ.Dạng quinonoidal th-ờng tồn tại nh- một hỗn hợp vì pK a của nhóm OH ở vị trí 4,7 và 5 (nếu có) là t-ơng tự.Khi để yên, sự chuyển hóa hơn nữa sẽ xảy ra đó là sự tách n-ớc của cation flavylium cho dạng carbinol khng màu hay pseudobase (hemiacetal), Dạng này cân bng với dạng chalcone vòng mở khng màu. Cis (C E ) và trans chalcone (C Z ) đ-ợc tạo thành từ carbinol pseudobase bởi phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm. Cả 2 chalcone bình th-ờng bởi chung có nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong đó chalcone bình th-ờng có nhóm carbonyl ở kế cận vòng A. b. Cấu trúc hóa học Các pigment anthocyanin th-ờng co độ bền thấp trong tế bào sống của chúng. Nh- đã trình bày ở trên, độ bền của các anthocyanin phụ thuộcvào rất nhiều yếu tố: Cấu trúc hóa học của anthocyaninm, pH, nhiệt độ,sự có mặt của co pigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO 2 , ánh sang, enzyme, đ-ờng và các sản phẩm biến tính của chúng. Độ bền màu và c-ờng độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số l-ợng của các nhóm hydroxyl, methoxyl, đ-ờng và các đ-ờng đ-ợc acyl hóa. Khi số nhóm hydroxyl trong vòng B tăng,cực đại hấp thu ở vùng thấy đ-ợc dịch chuyển về phía có b-ớc sóng dài hơn và màu thay đổi từ cam đến xanh d-ơng. *Vd: b-ớc sóng hấp thu cực đại trong dung dịch HCL 0,01% MeOH là 520 nm (cam) đối với pelgonidin, 535 nm (đỏ cam) đi với cyaniding, 545 nm (đỏ xanh) đối với dephinidin.các nhóm methoxyl thay thế cá nhóm hydroxyl cho kết quả ng-ợc lại. Nhóm hydroxyl tại vị trí C-3 đặc biệt có ý nghĩa quan trọng vì nó dịch chuyển từ màu cam vàng đến màu đỏ nh-ng 3 deoxyanthocyanin : luteolinidin và tricetinidin có màu vàng; 3 deoxyanthocyanidin bền hơn các anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và S-êny, 1983). Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C-5 và nhóm thế ở vị trí C-4, cả 2 bền hóa dạng có màu thng qua sự ngăn cản các phản ứng hydrat hóa đẫn đến dạng khng màu. Màu ANTHOCYANCE Trang: 9 Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tínhbền của các anthocyanin sẽ giảm. Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa,sẽ thu đ-ợc kết quả ng-ợc lại. *Ví dụ: sự có mặt của nhóm OH ở vị trí 4 và 7 trong phân tử làm bên hóa đáng kể các pigment, trong khi đó, sự methoxyl hoa có nhóm hydroxyl này làm giảm độ bền. Các anthocyanin đ-ợc 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. *Vd: thời gian bán sống 9giảm 50% độ hấp thu tại b-ớc song hấp thu cực đại)của các cianidin 3 utinoside là 65 ngày tại nhiệt độ phòng trong dung dịch acid citric 0,01M, pH = 2,8. Trong khi đó anthocyanidintự do trong cùng điều kiện có thời gian bán sống chỉ có 12h. Anthocnin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (nh- ternatin, platyconin, cinerarrin, gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong mi tr-ờng trung tính hoặc acid yếu do lien 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 rng các anthocnin diacylate hóa đ-ợc bền hóa bởi sự liên kết chặt sandwich nhờ sự t-ơng tác giữa vòng anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm. Màu ANTHOCYANCE Trang: 10 I.2.2. pH Trong mi tr-ờng n-ớc, pH có ảnh h-ởng đáng kể lên màu sắc của anthocyanin (Brouillard 1984,Mzza và Brouillard 1987). Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc của anthocyanin thsy đổi theo sự thay đổi của ph. Sự thay đổi cấu trúc của anthocyanin khi pH thay đổi đã d-ợc đề cập trong phần cấu trúc chuyển hóa. Hinh 1.3 ảnh h-ởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu đ-ợc đun nóng tại 45 0 c trong Oxygen và Nitrogen ở pH<2.0, dung dịch nthocyanin có màu hầu nh- đỏ ( R 3 = O- đ-ờng)hoặc vàng ( R 3 =H ) Khi tăng pH của dung dịch, màu của các anthocyanin nhạt dần. Khi pH trong khoảng 4.0 6.0, hầu hết các anthocyanin đều có dạng khng màu. Nếu tiếp tục tăng pH, dung dịch sẽ có màu tím hoặc xanh d-ơng và màu này có thể chuyển sang màu vàng nếu để yên hoặc xử lý nhiệt. Sự biến tính của các anthocyanin tăng mãnh liệt với sự tăng của pH trong mi tr-ờng có oxy. Chẳng hạn : rubrobraxinin clorua là các anthocyanin của băp cải đỏ, là một triglucozit của xianidin Khi pH = 2,4 - 4,0 có màu đỏ thắm pH = 4 6 thì có màu tím pH = 6 thì có màu xanh lam pH là kiềm thì có màu xanh lá cây