Betacyanin là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học như khả năng chống oxi hóa (Stinzing & cộng sự, 2002) và các hoạt động loại trừ gốc tự do. Betacyanin cũng có vai trò ức chế tế bào ung thư buồng trứng và bàng quang (Zou & cộng sự, 2005).
Tuy nhiên, trong quá trình chế biến và bảo quản, chất màu betacyanin sẽ dần bị phân hủy, Sự ổn định của hợp chất màu betacyanin bị ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt, oxy, ánh sáng, pH và độ ẩm (Woo & cộng sự, 2011). Chính các yếu tố này gây nên sự mất màu betacyanin trong các sản phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản. Các kích thích của ánh sáng dẫn đến khả năng phản ứng cao hơn hoặc giảm năng lượng hoạt hóa của phân tử (Jackman & Smith, 1996). Bên cạnh đó, betacyanin cũng rất dễ bị oxy hóa khi có mặt trong các sản phẩm có hàm lượng nước cao hoặc chứa các ion kim loại (ví dụ Fe3+ hay Cu2+). Bao gói sản phẩm với loại bao bì thích hợp kết hợp với sử dụng chất chóng oxy hóa như acid ascorbic giúp hạn chế sự mất màu betacyanin (Wong & Siow, 2015).
Ảnh hưởng của pH
Các betacyanin kém bền trong môi trường kiềm hay môi trường có nhiệt độ cao do bị thủy phân thành acid betalamic (có màu vàng) và amine (không màu). Sự thoái hóa của betacyanin được thể hiện trong Hình 1.4.
Trong môi trường kiềm betacyanin bị thủy phân giải phóng glucose và betanidin. Màu sắc của betacyanin thay đổi theo pH (Jcackan & Smith, 1996):
pH=3.5-7.0: màu đỏ-đỏ tím với mức hấp thụ cực đại ở bước sóng là 538 nm. Đây là vùng pH ổn định và ít gây ảnh hưởng đến sự ổn định màu của betacyanin.
pH<3.5: màu sắc thay đổi thành màu tím và mức hấp thụ cực đại được dịch chuyển sang bước sóng 570-640 nm.
pH>7: màu sắc chuyển sang màu tím-lơ đậm và màu xanh đạt cực đại ở pH 9.0 với độ hấp thụ cực đại ở bước sóng 543-544 nm.
Theo nghiên cứu của Von Elbe đã báo cáo rằng betacyanin ổn định trong pH từ 4.0- 6.0. Độ ổn định của betacyanin phụ thuộc vào pH, và độ ổn định tối đa của betacyanin nằm trong khoảng pH từ 5.5-5.8 khi có mặt của oxy (Von Elbe & cộng sự, 1974). Môi trường kiềm mạnh có thể làm betacyanin bị thủy phân thành betanidin (màu đỏ) hay thành betaxanthin (màu vàng).
Ảnh hưởng của ánh sáng
Betacyanin bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng. Theo nghiên cứu của Attoe & Von Elbe mẫu nước trái cây được bảo quản trong điều kiện tối có hàm lượng betacyanin tốt hơn so với lưu trữ trong điều kiện ánh sáng. Tính ổn định của betalanin bị ảnh hưởng bới ánh sáng vì nó kích thích electron của phân tử betacyanin đến trạng thái năng lượng cao hơn, dẫn đến năng lượng kích hoạt thấp hơn và do đó tốc độ phản ứng của phân tử cao hơn. Không giống như các mẫu nước trái cây, hàm lượng betacyanin của mẫu cô đặc không khác biệt đáng kể (p>0.05) giữa việc lưu trữ trong điều kiện có ánh sáng hoặc tối. Attoe & von Elbe đã báo cáo rằng khi nồng độ sắc tố tăng lên, ảnh hưởng của ánh sáng đến sự thoái hóa betacyanin là không đáng kể. Khi betacyanin tiếp xúc với ánh sáng và sự có mặt của oxy, sự thoái hóa betacyanin càng diễn ra nhanh hơn. Khi đó xảy ra các phản ứng hóa học vì oxy tấn công vào các gốc tự do dẫn đến betacyanin sẽ nhanh chóng bị biến đổi màu (Attoe & von Elbe, 1981).
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Theo nghiên cứu của von Elbe đã báo cáo rằng tốc độ phân hủy của betacyanin tăng nhanh khi gia tăng nhiệt độ và thời gian gia nhiệt. Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến độ bền của betacyanin trong quá trình chết biến thực phẩm và bảo quản (von Elbe & cộng sự, 1974). Theo báo cáo của Saguy & cộng sự trong 10 ngày bảo quản ở nhiệt độ 30oC dịch chiết quả xương rồng Nopal chuyển từ màu hồng sang màu nâu sáng, hàm lượng betacyanin trong dịch chiết giảm 48.8%. Trong khi bảo quản ở điều kiện lạnh 4oC thì hàm lượng betacyanin giảm ít khoảng 11.1%, dịch chiết vẫn giữ được màu hồng. Kết quả cho thấy màu dịch chiết của quả xương rồng Nopal biến đổi nhanh chóng ở nhiệt độ phòng và ổn định khi lưu trữ ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, betacyanin bị thoái hóa nhanh khi tăng nhiệt độ lên cao hơn 60oC (Saguy & cộng sự, 1978). Sau khi phân hủy liên kết aldimine của betacyanin có thể tạo ra acid betalamic có màu vàng sáng và cyclo-dopa-5- O- β-glucoside không màu. Phản ứng này có thể đảo ngược thông qua quá trình ngưng tụ (sắc tố có thể được tái tạo lại) ở nhiệt độ thấp (Herbach & cộng sự, 2006a ). Ngoài ra, quá trình đồng phân hóa, khử cacboxyl hóa hoặc phân tách betacyanin xảy ra do sự cộng hưởng không ổn định của cấu trúc chất màu (Castellar & cộng sự, 2003).
Ảnh hưởng của hoạt độ nước
Hoạt độ nước cũng ảnh hướng rõ rệt đến sự ổn định của betacyanin, hàm lượng betacyanin giảm khi tăng aw từ 0.32-0.75. Hoạt độ của nước là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến sự ổn định của betacyanin hay màu sắc của thực phẩm chứa betacyanin. Theo báo cáo của Cai & Corke sự ổn định của betacyanin cao khi ở hoạt độ thấp và có độ ẩm <5% do giảm các phản ứng xảy ra hoặc hạn chế sự hòa tàn oxy ngăn cản các quá trình oxy hoá xảy ra (Cai & Corke, 2001).
Ảnh hưởng của không khí
Ngoài các điều kiện về ánh sáng, nhiệt độ, pH thì không khí cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của betacyanin. Theo nghiên cứu của Attoe & von Elbe betacyanin không ổn định trong môi trường có oxy, theo báo cáo của nghiên cứu khi tiếp xúc với sự có mặt của oxy xảy ra quá trình oxy hóa và phân hủy betacyanin. Được quan sát thấy rằng hàm lượng betacyanin giảm xuống 15% trong điều kiện có oxy trong 6 ngày ở 15oC. Sự ổn định của betacyanin giảm tuyến tính khi tăng nồng độ oxy trong không khí và thời gian. Sự oxy hóa ảnh hưởng đến sự ổn định màu sắc của nước ép thanh long ruột đỏ vì betacyanin rất nhạy cảm với quá trình oxy hóa (Reynoso & cộng sự, 1997). Sự gia tăng tính ổn định của các sắc tố betanin đã được báo cáo khi loại bỏ oxy (Huang và von Elbe, 1987). Trong khi betacyanin ổn định hơn khi được lưu trữ ở môi trường nitrogen (Attoe & von Elbe, 1982).
Ảnh hưởng của các ion kim loại
Sự hiện diện của các ion kim loại như (Fe3+, Cu2+) có thể làm tăng tốc độ thoái hóa làm cho betacyanin nhanh chóng bị phai màu (Herbach & cộng sự, 2006). Theo báo cáo, việc bổ sung các phân tử tạo phức với kim loại như EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid) có thể làm giảm các hiệu ứng màu không mong muốn. Các phân tử chelating có thể tạo phức hợp với các ion kim loại hạn chế được sự thoái hóa của betacyanin.
Ảnh hưởng của các chất ổn định
Theo báo cáo của Retnoso & cộng sự việc bổ sung acid ascorbic vào dịch chiết chứa sắc tố betacyanin làm tăng sự ổn định của chất màu và bảo quản được trong thời gian lâu hơn (Retnoso & cộng sự, 1997). Kết quả nghiên cứu cho thấy phản ứng thủy phân betacyanin có tính thuận nghịch. Khi thêm acid ascorbic, isoascorbic, metaphosphoric hoặc acid gluconic vào dung dịch betanin bị thủy phân thì betacyanin được tái tạo trở lại và dung dịch sẽ có màu sắc như ban đầu (Elbe & cộng sự, 1981). Việc bổ sung acid ascorbic vào các mẫu nước ép có tác dụng ổn định trong việc giữ lại betacyanin. Đối với các mẫu cô đặc, acid ascorbic giúp ổn định betacyanin ở điều kiện khuấy trộn; trong khi ở điều kiện không khuấy trộn, betacyanin trong mẫu cô đặc tương đối ổn định ngay cả khi không có acid ascorbic. Theo Reynoso, acid ascorbic đã được sử dụng để chống lại quá trình oxy hóa vì nó hoạt động như một chất tẩy oxy trong một hệ thống kín. Ngoài ra acid citric và acid acetic cũng được tìm thấy có vai trò trong việc cải thiện tính ổn định của betacyanin nhưng vẫn kém hiệu quả hơn acid ascorbic (Reynoso & cộng sự, 1997).
Qua các yếu tố ảnh hưởng cho thấy betacyanin là một chất màu nhạy cảm dễ bị suy thoái ở nhiệt độ cao, pH cao, môi trường có oxy, hoạt độ nước cao và được cải thiện khi bổ sung các chất chống oxi hóa.