Tổng quan về Anthocyanin: Nguồn gốc, Cấu trúc và Ứng dụng
MỤC LỤC
Con đường sinh tổng hợp Anthocyanin trong tế bào thực vật
Tuy nhiên, theo nghiên cứu cho thấy quá trình sinh tổng hợp anthocyanin có thể không diễn ra trong các anthocyanoplast do ở đây có hàm lượng anthocyanin cao và pH thấp, trong khi đó pH tối thích của tất cả các enzyme được biết tham gia vào con đường sinh tổng hợp flavonoid là pH trung tính. Dưới tác dụng của emzyme Chalcone synthase, Chalcone được tạo thành thông qua phản ứng ngưng tụ giữa 1 phân tử acid cinammic hoạt hóa (coenzyme A của 4- coumaric acid hay ít gặp hơn là của ferulic, caffeic, 5-hydroxy ferulic hay sinapic acid) và 3 phân tử malonyl-CoA.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp
Sỡ dĩ sự co-pigment hóa nội phân tử giúp tăng độ bền của phân tử anthocyanin là do sự xếp chồng của vòng thơm trong gốc acid với vòng pyrylium của phân tử anthocyanin, giảm bớt khả năng bị các phân tử nước tấn công hình thành các hợp chất carbinol, chalcone không màu. Theo các nghiên cứu gần đây (Davis và cộng sự, 1983; Mazza và Brouillard,1990) hiệu ứng co-pigment hóa chính là cơ chế làm bền màu chính của anthocyanin trong thực vât do nó làm giảm tỉ lệ giữa dạng không mang màu (chalcone) và dạng mang màu thông qua việc tạo phức với dạng mang màu, ngăn chặn quá trình chuyển hóa từ dạng mang màu sang dạng không mang màu.
Cấu trúc
Cấu trúc chuyển hóa
Nhóm hydroxyl tại vị trí C-3 có ý nghĩa quan trọng vì dung dịch Anthocyanin chuyển từ màu cam vàng đến màu đỏ, Điều này giải thích sự khác nhau giữa Anthocyanin có màu đỏ trong khi đó 3 – deoxyanthocyanin : apigenidin, luteolinidin và tricetinidin có màu vàng nhưng 3 – deoxyanthocyanidin bền hơn các anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và Sưêny, 1983). Anthocnin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin, cinerarrin, gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc acid yếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và acid vòng thơm.
Nhiệt độ
Drazdina cho rằng coumarin glycoside là sản phẩm phân hủy phổ biến của anthocyanin 3,5 – diglycoside và cơ chế của sự phân hủy là: đầu tiên, cation flavylium chuyển thành dạng quinônidal base, tiếp theo là hình thành nhiều dạng sản phẩm trung gian và cuối cùng thu đựơc dẫn xuất coumarin và thành phần tương ứng với vòng B của anthocyanidin, Sự biến tính này không những được xúc tiến bởi nhiệt độ mà còn bị ảnh hưởng bởi oxy. Ngược lại các anthocyanin của phúc bồn tử đen cũng trong điều kiện đó lại không bị thay đổi.Nhìn chung khi gia nhiệt, các chất màu đỏ dễ dàng bị phân huỷ, còn các chất màu vàng thì khó hơn.
Enzyme
Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phân hủy của anthocyanin, do đó mà sinh ra những dạng sản phẩm không màu hoặc màu nâu. Oxy và nhiệt độ là những tác nhân xúc tiến đặc biệt nhất trong nước ép của blueberry, cherry (anh đào), currant, nho, raspberry và dâu. Blom phân lập được enzyme anthocyanin-glycosidase từ Aspergillus Niger và chỉ ra ảnh hưởng của nó trong quá trình thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin.
Ánh sáng
Peng và Markakis đã đề nghị một cơ chế mà trong đó O-quinine được tạo thành bởi sự oxy hóa anthocyanin. PPO là enzyme có ảnh hưởng yếu lên anthocyanin dạng quinonoidal base dễ bị thủy phân bởi PPO hơn dạng cation flavylium. Macccarone và cộng sự đã nghiên cứu sự quang hóa của anthocyanin và chỉ ra rằng , anthocyanin diglycosyl hóa tại vị trí C-3 và C-5 là bền hơn các anthocyanin mono glycoyl hóa tại vị trí C-3 đồng thời chúng bền hơn so với các aglycone tương ứng.
Sunphurdioxide (SO 2 )
SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30 ppm) có thể ức chế sự biến tính do enzyme của anthocyanin trong quả anh đào nhưng không làm mất màu chúng (Goodman và Markakis, 1965 ).
Acid ascorbic
Shrikhande và Francis đã tìm thây rằng các ion đồng xúc tiến và các flavonoid làm giảm sự phân hủy của cả hai acid ascorbic và anthocyanin. Acid dehyroascorbic cũng có thể làm mât màu anthocyanin nhưng tại tốc độ thấp hơn acid ascorbic.
Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuất Anthocyanin hiện nay
Hiện nay, để đảm bảo sức khỏe người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến việc sử dụng các chất màu tự nhiên hơn là sử dụng các chất màu tổng hợp, vốn có thể gây những tác dụng xấu về sức khỏe cho người sử dụng. Một trong những nguồn thu nhận Anthocyanin có hiệu quả nhất hiện nay là các nguồn mà trong đó Anthocyanin đóng vai trò là một phụ phẩm của quá trình sản xuất các sản phẩm có giá trị cao hơn; ví dụ như Anthocyanin từ bã nho ép, bã dâu tằm, hay từ quá trình sản xuất chất tạo ngọt tự nhiên Miraculin ở quả Miracle. Hiện nay, xu hướng nghiên cứu chính đang tập trung vào việc khai thác các Anthocyanin được acyl hóa có màu sắc, độ bền nhiệt, áng sáng, pH, SO2 tốt hơn cùng với sự phát triển các kỹ thuật nuôi cấy mô, tề bào để có thể nâng cao khả năng ứng dụng của chất màu Anthocyanin trong thực phẩm.
Vai trò của các hơp chất Anthocyanin
Đối với thực vật
Màu Anthocyanin dạng bột sấy phun hay dạng dịch lỏng cô đặc từ nho đã được đưa ra thị trường từ nhiều năm với tên thương mại là Enocolor và đã được giới thiệu sử dụng trong thực phẩm và mỹ phẩm. Sự xuất hiện của các chất màu khác, không phải màu xanh (Anthocyanin, Carotenoid), thường nhằm mục đích chính là tạo ra sự tương phản, thu hút các loài động vật, tạo điều kiện cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt giống của cây. Ngoài ra, người ta còn phát hiện ở Anthocyanin một số vai trò khác như: Hale và cộng sự (2001, 2002) thấy rằng khi hàm lượng chất màu tăng thì khả năng tích tụ molybden và tungsten ở loài Brassica sp.
Đối với sức khỏe con người
Mặc dù chỉ được cơ thể hấp thu một lượng rất nhỏ, các phân tử Anthocyanin sau khi được chuyển hóa có thể biểu hiện những hoạt tính như chống ung thư, chống xơ vữa động mạch, chống viêm, giảm mức độ thẩm thấu, độ vỡ của mao mạch, ức chế sự đông tụ của các tiểu huyết cầu và thúc đẩy sự tạo thành cytokine từ đó điều hòa các phản ứng miễn dịch. Theo kết quả nghiên cứu trên các Anthocyanin và aglycon cyanidin của chúng trong cherry chát, khả năng ức chế sự oxy hóa lipid của cyanidin cao hơn các glucoside của nó, từ đó cho thấy rằng hoạt tính chống oxy hóa của Anthocyanin là do aglycon quyết định. Sự di căn đòi hỏi tế bào phải có khả năng di động, khả năng kết dính bề mặt và sự hoạt động của các protease ngoại bào như serine protease, matalloproteinase (MMPs), cathepsine, nhằm phân hủy mạng lưới ngoại bào (extracellular matrix – ECM), cho phép các tế bào di căn.
Các nguyên liệu có chứa Athocyanin
Thành phần hóa học
Bắp cải là thực phẩm đầu tiên được phát hiện là gây ra bệnh bướu cổ khi được dùng trong thành phần thực phẩm cho thỏ ăn hàng ngày trong một cuộc nghiên cứu về bệnh giang mai vào năm 1928. Bắp cải thu hoạch vào mùa Đông có tác dụng mạnh hơn loại thu hoạch vào mùa Hè, và tác dụng này gia tăng khi bắp cải được hấp chín.và sau đó các nhà nghiên cứu ghi nhận nếu cho thỏ ăn thêm iodine trong khẩu phần hàng ngày chung với bắp cải, dù sống hay hấp chín, thì thỏ sẽ không bị bướu cổ. Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, phần tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phần tử dung môi, tuy nhiên nhiệt độ là yếu tố giới hạn, vì khi nhiệt độ cao quá có thể xảy ra các phản ứng khác không cần thiết gây khó khăn cho các quá trình công nghệ.
Quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím
Khi thời gian tăng lên lượng chất khuếch tán tăng nhưng thời gian phải có giới hạn, khi đã đạt được mức độ trích ly cao nhất nếu kéo dài thời gian sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế. Sau khi chiết tách và làm sạch anthocyanin trong các hệ dung môi trên, tiến hành đo mật độ quang A, áp dụng công thức (2.1) thu được kết quả hàm lượng anthocyanin ở bảng 3 và biểu diễn trên hình 19. Tiến hành thí nghiệm tương tự, nhưng ở đây đo độ hấp thụ cực đại của anthocyanin ở bước sóng 515 nm và 420 nm và áp dụng công thức (2.2), ta tính được độ màu của anthocyanin có được từ các dung môi khác nhau.
Quá trình trích và tinh chế Athocyanin từ gạo nếp than
Họ phát hiện thấy chúng chứa hàm lượng rất cao chất chống oxi hóa Anthocyanin – một chất có tiềm năng chống lại bệnh ung thư, tim mạch và nhiều bệnh khác. Qua đó ta thấy, cùng một thời gian tại ph nhất định thì trong dung môi mà có C2H5OH thì độ hấp thu đạt giá trị cao hơn so với trong dung môi giữa acid với nước, do đó hàm lượng Athocyanin trích được nhiều hơn, nguyên nhân là do màu của Athocyanin tan được trong cồn. Vì vậy, trong quá trình trích chiết Athocyanin thì dung môi CH3COOH và C2H5OH là dung môi trích tốt nhất.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa vào sự khác nhau của các nồng độ SO2, nhiệt độ và độ chín của nguyên liệu ta có thể thu được Anthocyanin với các hàm lượng khác nhau cùng với một số đặc tính: độ màu, độ bền màu, hàm lượng màu….của chúng. Để nghiên cứu độ bền màu của Anthocyanin tách từ quả dâu người ta tiến hành đo độ hấp thu tại bước sóng hấp thu cực đại của mẫu trước và sau khi gia nhiêt. Khi gia nhiệt đến 95oC ở các dung môi và PH khác nhau thì độ bền màu của Anthocyanin giảm dần theo thời gian và theo chiều tăng của PH.
