i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT TẠO MÀU TRONG LÁ TÍA TÔ VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG TRONG CÁC SẢN PHẨM THỰC PHẨM Môn học Hóa học thực phẩm Mã môn học FOCH330650 21 2 01CLC Thực hiện Nhóm 4 Thứ 5, tiết 13 15 Giảng viên hướng dẫn ThS Đặng Thị Ngọc Dung Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2022 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO.
TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẠO MÀU
Khái niệm
Thực phẩm được đánh giá dựa trên thành phần, giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan, trong đó màu sắc đóng vai trò quan trọng Màu sắc ảnh hưởng trực tiếp đến cảm nhận về mùi, vị và chất lượng thực phẩm Quá trình chế biến có thể làm biến đổi hoặc mất đi các chất màu tự nhiên, do đó, nhiều sản phẩm như nước ngọt, bánh kẹo, kem và thức ăn nhẹ cần bổ sung chất tạo màu.
1.1.1 Khái niệm về chất tạo màu
Chất tạo màu là hợp chất được thêm vào thực phẩm để phục hồi hoặc tăng cường màu sắc trong quá trình sản xuất, góp phần nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm Chức năng chính của chất phụ gia này là tăng cường màu sắc có sẵn và đảm bảo tính đồng nhất của thực phẩm chế biến, điều này có thể phản ánh chất lượng sản phẩm Chất tạo màu có nhiều dạng như lỏng, bột, gel và bột nhão, và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm thương mại cũng như trong nấu ăn Ngoài ra, chúng còn được áp dụng trong nhiều lĩnh vực phi thực phẩm như mỹ phẩm, dược phẩm, thủ công mỹ nghệ và thiết bị y tế.
Hình 1 Phụ gia tạo màu được sử dụng trong thực phẩm
1.1.2 Phân loại chất tạo màu
Các hợp chất tạo màu cho thực phẩm không chỉ nâng cao giá trị cảm quan mà còn hỗ trợ quá trình đồng hóa sản phẩm trong cơ thể Chúng được phân loại thành ba nhóm chính.
- Chất tạo màu tự nhiên
- Chất tạo màu tổng hợp
- Chất tạo màu công nghiệp
Chất tạo màu tự nhiên
Chất tạo màu tự nhiên là hợp chất hữu cơ chiết xuất từ nguyên liệu tự nhiên với cấu trúc phân tử đa dạng và phức tạp Các sắc tố này thường được lấy từ nhiều nguồn tự nhiên như thực vật, côn trùng (như cochineal và lac), động vật (bao gồm nhuyễn thể, ốc murex, mực nang và vỏ sò), cũng như nấm (như Blakeslea trispora và Monascus spp.).
Vi khuẩn lam (Arthrospira spp.), hoặc thậm chí cả khoáng chất (như đất sét, đất son và malachit) (Mortensen, 2006; Singh và Srivastava, 2015)
Một số chất tạo màu tự nhiên phổ biến bao gồm Chlorophyll (Chlorophyl a, b), Carotenoid (carotenes, xanthophylls), Betalain (betaxanthin, betacyanin) và Flavonoid (chalcones, anthocyanins, flavonols), cùng với một số chất khác với mức độ thấp hơn Những chất này phân bố rộng rãi trong tự nhiên, tạo nên màu sắc đặc trưng cho nhiều loại trái cây, rau, hoa và các loài thực vật khác.
Rau quả có đa dạng sắc tố, dẫn đến nhiều màu sắc khác nhau, mỗi loại thực phẩm đều mang màu tự nhiên đặc trưng do các sắc tố này tạo ra.
Chlorophyll tạo nên màu xanh lá cây cho rau quả Trong thực vật, chlorophyll
Hình 2: Chlorophyll tạo màu xanh cho rau qủa chiếm khoảng 1% chất khô và ngoài ra còn kèm theo các chất màu khác Trong quả xanh có 90-200 mg% Chlorophyl
Anthocyanin là nhóm sắc tố tạo màu cho trái cây và rau củ, với màu sắc đa dạng từ đỏ đến tím Về mặt hóa học, anthocyanin là glucoside, khi thủy phân sẽ tạo ra đường và anthocyanin Chất này dễ hòa tan trong nước nhưng có thể bị mất màu khi đun nóng lâu hoặc phản ứng với kim loại Ngoài ra, anthocyanin còn có tính sát trùng, giúp giảm thời gian thanh trùng khi chế biến thực phẩm có màu mạnh từ đỏ đến tím.
Carotenoid là nhóm hợp chất tạo ra nhiều màu sắc khác nhau cho trái cây, từ vàng đến đỏ, với ba loại phổ biến nhất là Carotene, Licopene và Xanthophyll Carotene, có màu da cam, chủ yếu có trong cà rốt (6-14 mg%) và quả gấc (500 mg%) Trong khi đó, Licopene nổi bật với màu đỏ, thường xuất hiện trong cà chua và một số loại trái cây khác.
Xanthophyll có màu vàng Tỷ lệ giữa các Carotenoid trong quả phụ thuộc vào
Hình 3: Thực phẩm có chứa Anthocyanin
Carotenoid là nhóm hợp chất có mặt trong nhiều loại thực phẩm, bao gồm carotene và licopene, với carotene có 8 đồng phân khác nhau Những hợp chất này không tan trong nước nhưng dễ tan trong chất béo và có khả năng bị oxy hóa Chúng bền vững trong môi trường kiềm nhưng lại không ổn định trong môi trường acid Đặc biệt, carotene có vai trò quan trọng trong cơ thể con người khi được chuyển đổi thành vitamin A, do đó nó thường được gọi là tiền vitamin A.
Tất cả các sắc tố thực vật đều là hợp chất hóa học phức tạp, được hình thành trong quá trình thích ứng của thực vật Mức độ bền của chúng khác nhau và có thể thay đổi trong các quá trình bảo quản, chế biến nhiệt và gia công khác Do đó, thực phẩm tươi thường có màu sắc đẹp, nhưng sau khi chế biến, màu sắc có thể bị mất hoặc giảm đi Sự thay đổi này làm giảm giá trị hàng hóa và giá trị sử dụng, đồng thời ảnh hưởng đến giá trị sinh lý của thực phẩm, vì màu sắc kém hấp dẫn có thể gây khó khăn trong tiêu hóa do ức chế khả năng tiết dịch vị.
Sử dụng các chất màu thực phẩm từ nguyên liệu thực vật có ưu điểm lớn là không độc hại cho cơ thể Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn chính xác, vì vấn đề nằm ở quá trình chiết xuất và sự tồn tại của các vết hỗn hợp có thể gây hại cho con người trong chất màu Mặc dù có những mối quan tâm này, nhưng nhìn chung, các chất màu thực phẩm từ thiên nhiên vẫn được ưa chuộng.
Các chất màu tự nhiên được chiết xuất từ rau, củ, quả thường ít độc hại hơn so với các chất màu tổng hợp Việc sử dụng các chất màu này trong rau quả đóng hộp và thực phẩm đặc là hoàn toàn phù hợp.
Chất tạo màu tổng hợp nhân tạo
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, việc sử dụng chất tạo màu tổng hợp từ nguồn gốc hữu cơ vẫn còn hạn chế do những tác động phức tạp của chúng đối với sức khỏe con người chưa được hiểu rõ Do đó, ưu tiên hiện tại là sử dụng các chất màu từ nguyên liệu thực vật, mặc dù chúng có độ bền thấp trong quá trình sản xuất và bảo quản Về lâu dài, cần tìm kiếm các chất tạo màu không độc hại và ít gây hại nhất có thể Chất tạo màu tổng hợp nhân tạo, được tạo ra qua các phản ứng hóa học, là những phẩm màu chịu trách nhiệm về màu sắc, xuất hiện khi có nhiều liên kết đôi liên hợp trong phân tử, với sự chênh lệch năng lượng giữa các obitan phân tử trong phạm vi ánh sáng mà chúng ta có thể nhìn thấy.
Các chất màu nhân tạo nổi bật với độ bền màu cao và sự đa dạng về sắc thái, bao gồm các nhóm màu vàng, đỏ, xanh và đen, giúp tạo ra màu sắc phù hợp với sở thích của người tiêu dùng.
Màu thực phẩm đã được sử dụng từ lâu để nâng cao các đặc tính cảm quan của sản phẩm Hiện nay, nhu cầu giữ gìn màu sắc hấp dẫn trong thực phẩm ngày càng tăng, góp phần quan trọng vào trải nghiệm người tiêu dùng.
Thị trường tiêu thụ chất tạo màu tại Việt Nam và nước ngoài
❖ Giúp duy trì những yếu tố đặc trưng của thực phẩm và làm đồng nhất màu sắc cho thực phẩm
❖ Tăng cường độ màu cho các sản phẩm thực phẩm có cường độ kém
❖ Tăng độ đồng nhất cho sản phẩm
❖ Giúp cho người tiêu dùng nhận biết rõ các loại thực phẩm đã được xác định theo thói quen tiêu dùng
❖ Nâng cao chất lượng sản phẩm và thỏa mãn nhu cầu thẩm mỹ cho món ăn
1.2 Thị trường tiêu thụ chất tạo màu tại Việt Nam và nước ngoài
1.2.1 Thị trường Việt Nam Ở nước ta, việc sử dụng phẩm màu trong trong chế biến thực phẩm rất phổ biến Những thực phẩm có chứa chất tạo màu trong danh mục được phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm do Bộ Y tế quy định, dưới mức giới hạn dư lượng cho phép thì sẽ không gây ảnh hưởng đến sức khoẻ người tiêu dùng Trong “ Danh mục tiêu chuẩn vệ sinh đối với lương thực, thực phẩm” ban hành kèm theo Quyết định số 867/QĐ-BYT, ngày 4/4/1998 của Bộ trưởng Bộ Y tế, quy định: (21 chất: 11 phẩm màu tự nhiên, 10 phẩm màu tổng hợp) được phép sử dụng làm phẩm màu thực phẩm Tại Việt Nam, nhiều công ty sản xuất thực phẩm đã sử dụng phẩm màu trong quá trình chế biến, và đã được kiểm định chặt chẽ về vệ sinh an toàn thực phẩm nhằm đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng Tuy nhiên, trong những năm trở lại đây, việc lạm dụng chất tạo màu trong thực phẩm là một trong những vấn đề đáng lo ngại cho cộng đồng người tiêu dùng Nhiều nhà sản xuất đã sử dụng phẩm màu không có trong danh sách cho phép như là chất màu công nghiệp Sudan, Rhodamin B trong bột ớt, tương ớt hay trong hạt dưa với mục đích làm giảm đi chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận đã khiến cho tình trạng ngộ độc thực phẩm do phẩm màu ngày càng tăng Đồng thời việc buôn bán các loại phẩm màu vẫn chưa được các cơ quan quản lý chặt chẽ Điều này làm cho người tiêu dùng có thể dễ dàng tìm mua các loại phẩm màu không rõ nguồn gốc, xuất xứ hoặc thậm chí bị cấm sử dụng trong thực phẩm trên thị trường cũng làm gia tăng các ca bệnh ngộ độc thực phẩm
Trong những năm gần đây, sự phát triển của các chất tạo màu tự nhiên trong ngành công nghiệp thực phẩm đã thu hút nhiều sự quan tâm, nhờ vào nhu cầu toàn cầu ngày càng cao đối với sản phẩm tự nhiên Các đặc tính nâng cao sức khỏe của màu sắc tự nhiên, kết hợp với tính hữu cơ của sản phẩm, đã làm tăng sức hấp dẫn của chúng Thị trường chất tạo màu cũng ghi nhận sự tăng trưởng liên tục từ năm 2015 đến 2018.
Thị trường màu thực phẩm được định giá 2,1 tỷ đô la vào năm 2019 và dự kiến đạt 3,5 tỷ đô la vào năm 2027, với tốc độ CAGR 12,4% trong giai đoạn 2020-2027 Phân khúc màu tự nhiên chiếm khoảng 1/3 thị phần vào năm 2019 và tiếp tục xu hướng tăng trưởng nhờ vào nhu cầu ngày càng cao về lợi ích sức khỏe từ màu sắc tự nhiên Màu sắc từ carotenoid và nghệ được biết đến với khả năng hỗ trợ sức khỏe Các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về thực phẩm và đồ uống liên quan đến màu tổng hợp cũng sẽ thúc đẩy sự phát triển của thị trường Châu Âu dẫn đầu thị trường màu thực phẩm, với quy mô đạt 715,11 triệu đô la vào năm 2019 và dự kiến tăng trưởng với CAGR 11,4% từ 2020 đến 2027, nhờ vào sự hiện diện của các nhà sản xuất lớn và gia tăng tiêu thụ thực phẩm màu trong khu vực.
Thị trường màu thực phẩm tại châu Âu đang chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ nhờ vào lợi ích của phẩm màu, khả năng chi trả và sự mở rộng trong các lĩnh vực ứng dụng như bánh mì, bánh kẹo, sữa, sản phẩm thịt, hải sản và mỹ phẩm Tại Vương quốc Anh, lo ngại về an toàn thực phẩm đã thúc đẩy nhu cầu về màu sắc tự nhiên, trong khi ở Pháp, các công ty như Naturex đang phát triển chiết xuất curcumin 100% hữu cơ để tạo ra màu vàng cầu vồng cho nhiều sản phẩm ẩm thực Bắc Mỹ dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR 11,7% trong giai đoạn 2019-2027, khi các công ty trong ngành áp dụng nhiều chiến lược để mở rộng thị phần và duy trì tính cạnh tranh.
TỔNG QUAN VỀ CÂY TÍA TÔ VÀ CHẤT TẠO MÀU TRONG LÁ TÍA TÔ
Tổng quan về cây tía tô
Tía tô, có tên khoa học là Perilla frutescens (L.) Britton, thuộc giới Plantae, lớp Magnoliopsida, bộ hoa môi (Lamiales), họ bạc hà (Lamiaceae), chi Perilla Tại Việt Nam, cây tía tô còn được biết đến với các tên gọi như cây tử tô, tử tô tử, tô ngạnh, hom tô (tiếng Thái) và phằn cưa (tiếng Tày) Cây này phân bố rộng rãi, trải dài từ Ấn Độ đến Đông Á.
Tía tô là một loại cây thảo có chiều cao từ 0,5 đến 1m, với thân cây vuông có bốn cạnh lõm sâu và đường kính khoảng 0,5-1,5cm Màu sắc của thân cây thường là nâu tím hoặc tím đen, có nhiều cành và lông Biểu bì của cây bao gồm một lớp tế bào dẹt nhỏ với lớp cutin mỏng và các răng cưa rải rác Trên thân cây, các lỗ khí nổi bật hơn so với biểu bì, cùng với lông che chở đa bào tạo nên bề mặt lấm tấm Dưới lớp biểu bì là một vòng mô dày gồm các tế bào đa giác với kích thước không đồng đều.
Mặt trên của lá có gân hơi lồi, trong khi mặt dưới lồi nhiều hơn với biểu bì mỏng và dẹt Lông che đa bào thường chỉ xuất hiện ở gân lá, nhiều hơn ở mặt trên Mô dày có tế bào hình đa giác nhỏ, trong khi mô mềm chứa calci oxalat với tế bào tròn không đều Lá mọc đối, có mùi thơm, cuống lá dài từ 2-7cm, mép lá có khía răng, mặt trên màu xanh và mặt dưới màu tím, với lông nhám Phiến lá có biểu bì với lông tiết rải rác, mô mềm chiếm khoảng 2/5 chiều dày phiến lá, với một lớp tế bào hình chữ nhật chứa nhiều lục lạp, xếp vuông góc với biểu bì trên; có 4-5 lớp mô mềm khuyết tròn Biểu bì lá có các tế bào uốn lượn ngoằn ngoèo, tạo nên đặc điểm riêng biệt cho lá.
Lá tía tô đặc trưng với màu tím do sự hiện diện dày đặc của các tế bào màu hồng tím Khi cây già đi, số lượng tế bào này giảm, dẫn đến việc lá chuyển sang màu xanh.
Hoa nhỏ có màu trắng hoặc tím nhạt, mọc thành xim co ở nách lá hoặc đầu cành, với lá bắc xanh, hình trứng, dài hơn hoa Cuống hoa dài từ 1-3 mm, đài hoa màu xanh, hình chuông, có kích thước 3-4×2-3 mm, tồn tại đến khi quả khô Tràng hoa màu trắng, dài 3-4 mm, với nhị hóa đính ở 1/3 phía trên, 2 nhị phía dưới dài hơn 2 nhị phía trên Bao phấn màu tím, nứt dọc, chứa hạt phấn hình cầu, đường kính 40-45 µm Bầu noãn có hình vuông, đôi khi chỉ có 2 noãn phát triển thành quả Vòi nhụy dài 2-2,5 mm, với nửa dưới màu trắng và nửa trên màu tím nhạt, cả hai đầu nhụy đều thò ra ngoài.
Quả bé, hay còn gọi là quả bế tư, có hình dạng trứng hoặc gần hình cầu với gốc hơi nhọn, chứa 4 hạch nhỏ, mỗi hạch có 1 hạt Khi chưa chín, quả có màu trắng ngà và đường kính khoảng 1-1,5 mm Khi chín, quả khô lại với vỏ mỏng, giòn, dễ vỡ và có màu nâu đen với vân mạng lưới, dễ dàng rơi ra khỏi đài hoa thành từng quả riêng biệt Hạt cây tía tô có mùi thơm nhẹ khi vỡ và vị cay, trong khi toàn cây tía tô chứa tinh dầu thơm.
2.1.1 Thành phần hóa học và dinh dưỡng trong tía tô
Cây tía tô chứa tinh dầu phân bố trong cả thân và lá, với phần lá có hàm lượng tinh dầu từ 0,3-1,3% theo chất khô Các thành phần chính của tinh dầu bao gồm perilla aldehyde (53,60%), D-limonene (9,09%), caryophyllene (8,19%), và trans-alpha-bergamotene (6,35%) Tinh dầu thường được chiết xuất từ lá tía tô bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước hoặc trích ly với dung môi hữu cơ.
Trong phần hạt tía tô có dầu béo gồm acid oleic, linoleic và linolenic; amino acid: arginin, histidin, leucin, lysin, valin
Lá tía tô là một loại rau có hàm lượng dinh dưỡng cao và calo thấp, chỉ cung cấp 37 calo trong mỗi 100g Mặc dù chứa 1g chất béo, lá tía tô không có chất béo bão hòa Ngoài ra, lá tía tô cung cấp 23% lượng canxi và 9% lượng sắt khuyến nghị hàng ngày, cùng với sự phong phú về vitamin, làm cho nó trở thành một lựa chọn dinh dưỡng tuyệt vời.
C, với 43% lượng đề xuất hàng ngày trong khẩu phần 100 g Ngoài ra tía tô còn có hàm lượng chất xơ dồi dào với 100g sẽ có 7g chất xơ, hỗ trợ tốt cho quá trinh tiêu hóa, giúp no lâu hỗ trợ quá trinh giảm cân
2.1.2 Công dụng của cây tía tô
Cây tía tô, đặc biệt là tinh dầu tía tô, được ứng dụng rộng rãi trong y học, sản xuất nước hoa, dược mỹ phẩm và phụ gia thực phẩm Tinh dầu này chứa các hợp chất như perilla aldehyde, phenylpropanoid và β-caryophyllene, giúp ức chế vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm như Salmonella, tụ cầu khuẩn và trực khuẩn lị Ngoài ra, tinh dầu lá tía tô còn có khả năng khử mùi tanh của hải sản hiệu quả, làm cho nó trở thành thành phần lý tưởng trong các món sashimi, mận muối, món hầm và súp Cây tía tô không chỉ phổ biến ở các nước Đông Nam Á như Hàn Quốc, Nhật Bản và Việt Nam mà còn được ưa chuộng trên toàn thế giới.
Tinh dầu tía tô, được phép sử dụng tại Mỹ, là một phụ gia thực phẩm đa năng, không chỉ dùng để chế biến mà còn bảo quản thịt, cá và nhiều loại thực phẩm khác Chứa perillartine, một dẫn xuất của perilla aldehyde, tinh dầu này có vị ngọt gấp 2.000 lần đường mía nhưng lại rất ít calo, được sử dụng làm chất tạo ngọt thay thế tại Mỹ và Nhật Bản Ngoài ra, perillartine còn là phụ gia quan trọng trong ngành sản xuất thuốc lá để giảm mùi hăng cay Các hợp chất như perilal alcohol và limonene trong tinh dầu tía tô có tác dụng ức chế sự phát triển của các khối u như u vú, u gan và ung thư phổi ở chuột Với khả năng kháng khuẩn và tạo hương, tinh dầu tía tô được ứng dụng trong sản xuất nước hoa, xà bông, sữa dưỡng thể, cũng như trong các liệu pháp xông hơi giúp giảm căng thẳng và mệt mỏi.
Trong lĩnh vực y học, các nhà khoa học đã tiến hành nhiều nghiên cứu về cấy tía tô và phát hiện ra nhiều lợi ích đặc biệt cho sức khỏe con người.
Nghiên cứu gần đây cho thấy một số chiết xuất thảo mộc, bao gồm lá tía tô, có khả năng điều trị các bệnh nhiễm trùng cấp tính và ức chế sự nhân lên của virus SARS-CoV-2, góp phần vào hiệu ứng hô hấp đối với coronavirus.
Chiết xuất từ lá tía tô và etanol có tác dụng chống dị ứng nhờ vào glycoprotein có khả năng ức chế hyaluronidase và phân hủy tế bào mast, đồng thời giảm viêm đường hô hấp liên quan đến bệnh hen suyễn Lá tía tô cũng chứa luteolin, một flavonoid chống oxy hóa, cùng với các hợp chất triterpene và axit rosmarinic, được nghiên cứu có khả năng chống lại tế bào ung thư Ngoài ra, dầu hạt tía tô, giàu axit omega-3-alpha-linolenic, hữu ích trong việc kiểm soát các bệnh lý tự miễn dịch như viêm khớp dạng thấp, lupus và hen suyễn, giúp ngăn ngừa co thắt đường hô hấp và sốc phản vệ.
Chất tạo màu trong lá tía tô
Đánh giá chất lượng thực phẩm không chỉ dựa vào giá trị dinh dưỡng mà còn phụ thuộc vào giá trị cảm quan, trong đó màu sắc đóng vai trò quan trọng Màu sắc ảnh hưởng trực tiếp đến cảm nhận và hương vị của thực phẩm Hiện nay, chúng ta sử dụng màu tổng hợp để tạo màu sắc cho thực phẩm, nhưng cũng có xu hướng bảo tồn màu sắc tự nhiên Lá tía tô là một ví dụ điển hình, không chỉ mang lại màu sắc đẹp mà còn có hương thơm dễ chịu Sắc tố anthocyanin trong lá tía tô tạo ra màu đỏ tím đặc trưng, một hợp chất tự nhiên cũng có mặt trong nhiều loại trái cây và rau củ như nho, dâu, bắp cải tím, và cà tím Bên cạnh đó, chlorophyll trong tía tô tạo ra màu xanh lá cây, góp phần làm phong phú thêm màu sắc của thực phẩm.
CHLOROPHYLL (DIỆP LỤC) – CHẤT TẠO MÀU XANH CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM
Tổng quan về Chlorophyll trong lá cây tía tô
Màu xanh lá của tía tô được tạo ra nhờ chất chlorophyll, có vai trò quan trọng trong việc thu nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời Chlorophyll tham gia vào quá trình quang hợp, giúp cây chuyển đổi cacbon dioxit và nước thành tinh bột và oxy, đồng thời biến đổi quang năng thành hóa năng Nếu không có năng lượng này, cây không thể thực hiện các phản ứng phức tạp trong quá trình quang hợp.
Chlorophyll không chỉ tạo ra màu xanh cho thực vật mà còn có khả năng che lấp các màu sắc khác Chỉ trong những trường hợp đặc biệt, chlorophyll mới bị các màu khác làm mờ đi Tuy nhiên, khi trái cây chín hoặc lá cây già đi, màu xanh của chlorophyll sẽ thay đổi do sự mất đi của nó, được thay thế bởi các chất màu khác.
Chlorophyll có mặt trong các phần xanh của cây, được phân bố trong nguyên sinh chất của lục lạp (chloroplast) hoặc hạt diệp lục, tạo nên tổ chức đặc biệt.
Chlorophyll trong cây xanh chiếm khoảng 1% chất khô
Hình 11: Cấu tạo lục lạp Hình 10: Quá trình quang hợp.
Cấu trúc của Chlorophyll
Chlorophyll có cấu trúc hóa học tương tự hemoglobin trong máu, bao gồm 4 nhóm heme Trong khi hemoglobin gắn với nguyên tố sắt ở người, chlorophyll lại liên kết với nguyên tố magie ở thực vật và tảo.
Chlorophyll là một dẫn xuất porphyrin với cấu trúc cơ bản là porphin, bao gồm 4 vòng pyrol nối với nhau qua cầu nối methyl Phân tử diệp lục tố không cân xứng này còn có một vòng phụ pentanol chứa các nhóm carbonyl và carboxyl liên kết với methanol, tạo nên tính chất đặc biệt của nó.
Chlorophyll là một phân tử quan trọng, trong đó các nhóm thế được gắn kết vào các vòng pyrol và một nguyên tử Mg nằm ở vị trí trung tâm, liên kết với bốn nguyên tử Nitrogen Phân tử này bao gồm bốn vòng pyrole, được ký hiệu là A, B, C và D.
Chlorophyll có cấu trúc phức tạp với một vòng phụ thứ 5 (vòng E) và chứa chuỗi terpenoid fytol không bão hòa, este hóa với acid propionic tại C-17, tạo nên tính chất kỵ nước Nhân porphyrin của chlorophyll với 10 nối đôi liên hợp là yếu tố chính quyết định hoạt tính quang hóa của nó.
Chlorophyll là một hợp chất Mg-porphyrin có cấu trúc phức tạp Sau nhiều năm nghiên cứu, các nhà khoa học đã có những khám phá rõ rệt về nó Đến năm 1960, Strell và Woodward đã thành công trong việc tổng hợp chlorophyll.
Trong tự nhiên chlophyll tồn tại ở 2 dạng :
Hình 12: Cấu trúc hóa học của Chlorophyll
Hai loại này khác nhau về hàm lượng oxy, hydro và một số tính chất riêng Tỉ lệ
1 Màu của Chlorophyll 𝛽 nhạt hơn màu của Chlorophyll α
Chlorophyll 𝛽 khác Chlorophyll α ở chỗ: nhóm –CHO thay cho nhóm –CH3 ở Chlorophyll α Ngoài 2 hai dạng Chlorophyll α, 𝛽 còn có các dạng khác: c, d, e được tìm thấy ở tảo.
Phân loại Chlorophyll
Trong lá tía tô người ta nghiên cứu và biết được có sự có mặt của Chlorophyll a và Chlorophyll b
Chlorophyll-α có phân tử khối 893,48 đvc và được chiết xuất dưới dạng dịch chiết màu xanh đậm trong cồn Mặc dù chlorophyll-α không tan trong nước, nhưng nó dễ tan trong ethanol, acetol và benzene, đồng thời tan ít trong ete dầu hỏa.
Hình 13: Cấu trúc hóa học của Chlorophyll 𝛼, 𝛽, d
Hình 14: Cấu trúc của Chlorophyll α
Chlorophyll-α (C55H72O5N4Mg) là sắc tố quang hợp quan trọng, xuất hiện trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn Trong sinh vật nhân sơ, chlorophyll-α chủ yếu được tìm thấy với số lượng lớn trong vi khuẩn lam.
Chlorophyll-α hấp thụ năng lượng từ ánh sáng màu xanh tím và cam đỏ ở bước sóng 675 nm, đồng thời phản chiếu ánh sáng xanh, tạo nên màu xanh đặc trưng của diệp lục Phân tử diệp lục đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn năng lượng của quang hợp.
Chlorophyll là sắc tố quang hợp chính, cần thiết cho quá trình quang hợp Nó đóng vai trò trung tâm trong mảng anten, được cấu tạo từ các protein lõi gắn với chất diệp lục α và carotenoid Các sinh vật, đặc biệt là những loài quang hợp oxy, sử dụng Chlorophyll-α cùng với nhiều enzyme khác nhau để thực hiện quá trình sinh tổng hợp.
Chlorophyll-𝛽 có phân tử khối 907,4 đvc và dịch chiết trong cồn có màu xanh lá mạ Nó không tan trong nước nhưng hòa tan tốt trong ethanol, acetol và benzene, trong khi tan ít trong methanol.
Chlorophyll 𝛽 có cấu trúc tương tự như Chlorophyll 𝛼, nhưng khác nhau ở vị trí C-7 của vòng pyrol thứ hai, với Chlorophyll 𝛼 chứa nhóm methyl (–CH3) và Chlorophyll 𝛽 chứa nhóm formyl (–CHO) Sự khác biệt này cho phép Chlorophyll 𝛽 hấp thụ hiệu quả các bước sóng ngắn hơn Chlorophyll 𝛽 chủ yếu xuất hiện trong các sinh vật nhân chuẩn quang hợp, ngoại trừ tảo đỏ và tảo nâu, và trong sinh vật nhân sơ quang hợp, nó chỉ được tìm thấy ở prochlorophytes.
Hình 15: Cấu trúc của Chlorophyll β
Hàm lượng, tính chất và các yếu tố ảnh hưởng tới sự ổn định của Chlorophyll trong lá tía tô
3.4.1 Hàm lượng của Chlorophyll trong lá tía tô
Nghiên cứu cho thấy chế độ sấy ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng chlorophyll trong lá cây tía tô Cụ thể, khi sấy lá tía tô ở nhiệt độ 50 độ C, hàm lượng chlorophyll được bảo tồn tốt hơn, góp phần nâng cao giá trị dinh dưỡng của loại rau này.
90 hàm lượng chlorophyll a và b lần lượt dao động trong khoảng 940,10 - 1509,60 và 349,66 - 791,74 (àg/g DM) Trong đú khi sấy ở nhiệt độ 50 o C chlorophyll a và b lần lượt là 1509,60 và 791,74 (àg/g DM)
Một nghiên cứu tại Đại học Nông nghiệp Tứ Xuyên đã điều tra ảnh hưởng của các nồng độ khác nhau của Selen lên sắc tố chlorophyll của cây tía tô Kết quả cho thấy hàm lượng chlorophyll a trong lá tía tô giảm dần khi nồng độ Selen tăng lên Sự khác biệt giữa các nồng độ Selen 5, 10, 25 và 50 là rất đáng kể so với mẫu đối chứng.
75, 100 mg/kg , hàm lượng Chlorophyll giảm lần lượt là 3,80 %, 6, 9%, 15,9 % , 18,6
Chất diệp lục b (Chlorophyll b) có sự thay đổi đáng kể khi được xử lý bằng Selen Trong khoảng nồng độ từ 0-100mg/kg, hàm lượng Chlorophyll b sẽ tăng lên và đạt đỉnh tại nồng độ Selen 5mg/kg, với mức tăng 10,13% so với mẫu đối chứng Tuy nhiên, khi nồng độ Selen tiếp tục tăng, hàm lượng Chlorophyll b sẽ bắt đầu giảm.
25, 50, 75 ,100 mg/kg hàm lượng Chlorophyll b giảm lần lượt là 6,98%, 14,71%, 30,30%, 34,36%
3.4.2 Tính chất và các yếu tố ảnh hưởng tới sự ổn định của Chlorophyll trong lá tía tô
3.4.2.1 Dưới tác dụng của nhiệt độ và acid của dịch bào màu xanh bị mất đi
Nhiệt độ và acid có thể làm mất màu xanh của dịch bào, điều này xảy ra do protein bị đông tụ, dẫn đến sự phá hủy vỏ tế bào Đồng thời, liên kết giữa Chlorophyll và protein bị đứt, khiến Chlorophyll dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học.
Hình 16: Hàm lượng chlorophyll trong lá tía tô
▪ Một mặt protein bị đông tụ làm vỏ tế bào bị phá hủyLiên kết giữa
Chlorophyll và protein bị đứt làm Chlorophyll dễ dàng tham gia phản ứng
3.4.2.2 Tác dụng với các dung dịch kiềm nhẹ
Khi tiếp xúc với dung dịch kiềm nhẹ như cacbonat kiềm và kiềm thổ, các chất này sẽ trung hòa acid và muối acid trong dịch tế bào, tạo ra môi trường kiềm Điều này dẫn đến việc chlorophyll bị xà phòng hóa, hình thành Chlorophyllinic acid, metanol và rượu phytol.
Acid chlorophylinicc hay muối của nó làm cho sản phẩm có màu xanh đậm
C55H72O5N4Mg + NaOH → C32H30ON4Mg(COONa)2 + CH3OH + C20H39OH
Chlorophyll a Chlorophilinic acid Metanol Rượu phitol
C55H70O6N4Mg + NaOH → C32H28O2N4Mg(COONa)2 + CH3OH + C20H39OH
3.4.2.3 Oxy hóa do oxi và ánh sáng
Khi rau tiếp xúc với lipit bị oxy hóa hoặc enzym lipoxydaza, các quá trình này có thể xảy ra ở độ ẩm tương đối dưới 30% Tuy nhiên, nếu độ ẩm tương đối của không khí cao hơn, chlorophyll sẽ bị biến đổi thành feofitin.
3.4.2.4 Dưới tác dụng của Fe , Sn , Al , Cu
Mg trong Chlorophyll sẽ bị thay thế và cho ra các màu khác nhau
- Với Fe sẽ cho màu nâu
- Với Sn và Al cho màu xám
Tabel 1: Sơ đồ chuyển hoá của Chlorophyll
- Với Cu sẽ cho màu xanh sáng
Trong sản xuất thực phẩm , đặc biệt là đồ hộp người ta dùng biện pháp gia nhiệt nhanh để bảo vệ được màu xanh của diệp lục
Vai trò chlorophyl đối với cơ thể con người
• Tăng cường hồng cầu trong máu và cải thiện sức khỏe tim mạch, hệ tuần hoàn
Chlorophyll có cấu trúc tương tự như Hemoglobin, giúp tăng cường số lượng tế bào hồng cầu trong máu, từ đó giảm thiểu tình trạng thiếu máu, đặc biệt là thiếu máu não Điều này góp phần giảm các triệu chứng liên quan đến hệ thần kinh như mất ngủ, đau đầu, hoa mắt, chóng mặt và mệt mỏi Ngoài ra, Chlorophyll còn có khả năng phân giải các gốc tự do và giảm cholesterol trong máu, bảo vệ sức khỏe tim mạch.
• Hỗ trợ đào thải độc tố ra khỏi cơ thể
Cơ chế đào thải độc tố của Chlorophyll bao gồm việc tăng cường tuần hoàn và kích thích lưu lượng máu, từ đó nâng cao hàm lượng oxy trong máu, giúp thải khí thừa và kim loại nặng qua thận Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng Chlorophyll có khả năng chống lại tác hại của bức xạ, giảm nguy cơ và phòng ngừa bệnh ung thư.
• Tăng cường sức đề kháng, chống nhiễm trùng
Chlorophyll khi vào cơ thể tạo ra môi trường ái khí, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn ưa axit trong đường ruột Sự gia tăng này giúp kìm hãm vi khuẩn có hại kị khí, đồng thời kích hoạt enzym và tăng cường bạch cầu, từ đó nâng cao sức đề kháng của cơ thể.
Chlorophyll có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp loại bỏ các gốc tự do gây hại trong cơ thể Nhờ đó, khi tế bào bị tổn thương, chlorophyll bảo vệ chúng khỏi các yếu tố gây viêm nhiễm và tăng cường khả năng hồi phục Đồng thời, các chất độc hại thuộc nhóm Carcinogen như Aflatoxin, Amin dị vòng và Nitrosamin sẽ được bất hoạt và trung hòa, góp phần nâng cao sức khỏe tổng thể.
• Tăng cường chức năng của hệ tiêu hóa
Chlorophyll giúp tăng cường hoạt động của các lợi khuẩn trong đường ruột như probiotics và Lactobacillus, từ đó cải thiện quá trình tiêu hóa, giảm nguy cơ táo bón và tăng cường lưu thông dịch mật.
Quá trình tách chiết Chlorophyll từ lá tía tô
Phần trăm chất khô được xác định bằng cách làm khô 100g mẫu ở 110°C cho đến khi khối lượng không đổi Chlorophyll được chiết suất từ 30-50mg lá bằng methanol 99,9% để tăng tính ổn định và đảm bảo đủ hàm lượng nước cho quá trình tách ly Hỗn hợp được lưu trong chai thủy tinh và sau khi lọc bỏ bã, dịch chiết được ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 10 phút Dịch chiết tiếp tục được lọc tĩnh, sau đó cô đặc và sấy tùy theo điều kiện sử dụng Độ hấp thụ được đo ở 665,2 và 652,4 nm, và hàm lượng chlorophyll được tính theo công thức của Lichtenthaler (1987).
Nhiều thí nghiệm đã chỉ ra rằng các yếu tố như nhiệt độ, thời gian tiếp xúc, kích thước vật liệu và loại dung môi có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chiết xuất diệp lục Nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ chiết suất bằng cách cải thiện độ hòa tan và khuếch tán, nhưng cũng có thể gây phân hủy polyphenol Thời gian tiếp xúc lâu hơn giữa chất rắn và dung môi sẽ tăng lượng dịch chiết cho đến khi đạt điểm bão hòa Kích thước hạt nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc và giảm đường khuếch tán, từ đó nâng cao tốc độ truyền khối Ngoài ra, quy tắc ‘like dissolving like’ cho thấy dung môi phân cực sẽ hòa tan các hợp chất tương tự, và việc sử dụng nhiều dung môi hơn sẽ tối ưu hóa kết quả chiết xuất nhờ vào việc mở rộng tiếp xúc bề mặt.
CHẤT TẠO SẮC ĐỎ CHO THỰC PHẨM TRONG LÁ TÍA TÔ 24 4.1 Tổng quan về Anthocyanin trong lá tía tô
Cấu trúc hóa học của Anthocyanin
Anthocyanin là một hợp chất màu sắc, bao gồm gốc aglycon (hay còn gọi là anthocyanidin) kết hợp với các glucoside như glucose và galactose Khác với anthocyanidin không tan trong nước, anthocyanin lại hòa tan trong nước, góp phần tạo nên sự đa dạng màu sắc cho hoa, quả và rau củ.
Các anthocyanidin của Anthocyanin khác nhau là do các gốc R khác nhau
Arantinidin -H −OH −H −OH −OH −OH −OH
Cyanidin - OH −OH −H −OH −OH −H −OH
Delphinidin - OH −OH −OH −OH −OH −H −OH
Europhinidin −OCH3 −OH −OH −OH −OCH3 −H −OH
Hình 19: Cấu trúc của anthocyanidin của Anthocyanin
Tính chất và công dụng của Anthoccyanin
Perlagonidin −H −OH −H −OH −OH −H −OH
Mavildin - OCH3 −OH −OCH3 −OH −OH −H −OH
Peonidin −OCH3 −OH −H −OH −OH −H −OH
Petunidin −OH −OH −OCH3 −OH −OH −H −OH
Rosinidin -OCH3 −OH −H -OH -OH -H -OCH3
4.1.2 Tính chất và công dụng của Anthoccyanin
Anthocyanin ở dạng tinh khiết có thể tồn tại dưới dạng tinh thể hoặc vô định hình Đây là một hợp chất phân cực, do đó nó hòa tan tốt trong các dung môi phân cực Màu sắc của anthocyanin rất đa dạng và hấp dẫn.
Anthocyanin là một loại chất màu có khả năng thay đổi màu sắc tùy thuộc vào pH và các yếu tố khác Cụ thể, màu sắc của Anthocyanin thay đổi mạnh mẽ nhất khi pH của môi trường thay đổi Các nghiên cứu cho thấy, khi pH nhỏ hơn 7, Anthocyanin thường xuất hiện với màu đỏ, trong khi ở pH lớn hơn 7, nó sẽ chuyển sang màu xanh Nếu pH của môi trường là 1, màu sắc sẽ có những đặc điểm riêng biệt.
Anthocyanin là một hợp chất tự nhiên tạo ra màu sắc từ cam đến đỏ nhờ vào dạng muối oxonium Ở pH từ 4 đến 5, nó có thể chuyển thành bazơ cacbinol hoặc bazơ chalcon không màu, trong khi ở pH 7 đến 8, nó chuyển sang dạng bazơ quinoidal anhydro và tạo ra màu xanh Không chỉ là chất tạo màu an toàn cho thực phẩm, anthocyanin còn có nhiều hoạt tính sinh học cao, bao gồm khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp ngăn ngừa lão hóa và bảo vệ sản phẩm thực phẩm Hợp chất này cũng hỗ trợ tăng cường sức đề kháng, làm bền thành mạch, chống viêm nhiễm và hạn chế sự phát triển của tế bào ung thư, đồng thời bảo vệ tế bào khỏi tác hại của tia phóng xạ.
Anthocyanin là một hợp chất tự nhiên phổ biến, có mặt trong 27 họ thực vật, tạo ra màu sắc đỏ, tím và xanh thẫm ở nhiều loại rau, hoa và quả như hoa dâm bụt, rễ củ cải đỏ, lá tía tô, dâu tây và bắp cải tím Chúng chủ yếu tập trung trong tế bào biểu bì và hạ biểu bì của thực vật, đặc biệt trong các không bào gọi là anthocyanoplast Hàm lượng Anthocyanin trong rau quả thường dao động từ 0,1 đến 1,11% trên tổng chất khô, và thường đi kèm với flavonoid Màu sắc của rau quả có liên quan trực tiếp đến hàm lượng Anthocyanin, với quả càng đậm màu thì hàm lượng Anthocyanin càng cao Anthocyanin không phải là một chất đơn lẻ mà là một hỗn hợp của nhiều hợp chất khác nhau.
Anthocyanin trong một loại rau quả phụ thuộc vào loài, giống cây
Anthocyanin là hợp chất tự nhiên mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người Dưới đây là một số công dụng nổi bật của Anthocyanin mà bạn nên biết.
Anthocyanin đối với sức khỏe con người mà có thể bạn chưa biết:
Nghiên cứu cho thấy việc bổ sung đủ Anthocyanin có thể giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch Do đó, việc thường xuyên tiêu thụ các loại rau củ giàu Anthocyanin là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe tim mạch Điều này giúp hạn chế các bệnh liên quan như nhồi máu cơ tim và huyết áp cao, đặc biệt là đối với những người có tiền sử bệnh hoặc đang thừa cân, béo phì.
Tăng cường hệ miễn dịch
Anthocyanin không chỉ có lợi cho sức khỏe tim mạch mà còn bảo vệ lipid peroxidation và DNA khỏi tổn thương Nó hỗ trợ sản xuất cytokine, giúp tăng cường hệ miễn dịch và chống viêm nhiễm hiệu quả Bên cạnh đó, anthocyanin còn giúp cơ thể hấp thụ dưỡng chất tốt hơn và điều hòa nội tiết, làm giảm hoạt động của estrogen.
Anthocyanin đã được nghiên cứu và cho thấy khả năng ngăn ngừa sự hình thành tế bào ung thư nhờ vào tác dụng chống oxy hóa và chống viêm của nó Những đặc tính này giúp Anthocyanin can thiệp vào quá trình hình thành tế bào ung thư, từ đó hỗ trợ sức khỏe và giảm nguy cơ mắc bệnh.
Anthocyanin có khả năng cải thiện thị lực ban đêm và tầm nhìn tổng thể bằng cách bảo vệ mắt khỏi tổn thương do gốc tự do Nghiên cứu cho thấy hợp chất này không chỉ giúp tái sinh rhodopsin mà còn có tác dụng chống viêm, từ đó nâng cao sức khỏe mắt và tăng cường thị lực.
Anthocyanin không chỉ mang lại lợi ích cho sức khỏe mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc chăm sóc và làm đẹp da Hãy cùng khám phá những tác dụng tuyệt vời của anthocyanin trong việc cải thiện làn da nhé!
Khả năng chống oxy hóa cực tốt
Anthocyanin có khả năng vô hiệu hóa gốc tự do và chống oxy hóa, giúp làm chậm quá trình lão hóa da Vì vậy, khi lựa chọn sản phẩm làm đẹp, chị em nên ưu tiên các sản phẩm chứa dưỡng chất này để hỗ trợ quá trình chống lão hóa hiệu quả.
Tăng cường sự bền vững của các mô liên kết
Anthocyanin có khả năng đan chéo các sợi collagen, củng cố mạng lưới collagen, giúp da săn chắc và tăng độ đàn hồi Khi bổ sung collagen chống lão hóa, việc kết hợp với Anthocyanin từ việt quất sẽ mang lại hiệu quả vượt trội trong việc làm săn chắc và cải thiện độ đàn hồi của da.
Bảo vệ da khỏi các tác nhân gây hại
Các tác nhân xấu như tia UV, bụi bẩn, sắc tố đen và chất độc hại trong mỹ phẩm có thể gây hại cho da hàng ngày Anthocyanin giúp chống lại những tác động này, bảo vệ da từ sâu bên trong.
Tăng sức đề kháng, ngừa ung thư da
Anthocyanin có khả năng phòng ngừa ung thư và nâng cao chức năng miễn dịch, giúp tăng cường sức đề kháng cho cơ thể Ngoài ra, chất này còn có tác dụng bảo vệ da, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe làn da.
Quá trình sinh tổng hợp Anthocyanin
4.1.3.1 Con đường sinh tổng hợp Anthocyanin trong tế bào thực vật
Anthocyanin là một hợp chất tự nhiên thường xuất hiện trong các mô hoa và quả của thực vật, cũng như trong các lớp tế bào biểu bì và dưới lớp biểu bì ở lá và thân cây Trước đây, khi khoa học chưa phát triển, người ta tin rằng quá trình tổng hợp anthocyanin diễn ra trong các bào quan gọi là anthocyanoplast, có hình dạng cầu và nằm bên trong không bào.
Nghiên cứu cho thấy anthocyanoplast xuất hiện ở tất cả các loại cây một lá mầm và hai lá mầm Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp flavonoid hoạt động hiệu quả nhất trong môi trường pH trung tính Trong khi đó, quá trình tổng hợp anthocyanin diễn ra trong anthocyanoplast lại xảy ra ở pH thấp, nơi có hàm lượng anthocyanin cao.
Quá trình sinh tổng hợp anthocyanin ở thực vật được điều chỉnh bởi một hệ thống gen đặc thù, chỉ xuất hiện ở các loài thực vật trên cạn, không có ở thực vật dưới nước, động vật hay vi sinh vật Sự khác biệt này xuất phát từ yêu cầu cần thiết cho quá trình tổng hợp anthocyanin, đó là phải có vật liệu khởi đầu được tạo ra từ quá trình quang hợp của thực vật.
Trong tự nhiên, các hợp chất anthocyanidin không bền trong môi trường lỏng sẽ nhanh chóng được glycosyl hóa tại nhóm hydroxy C-3 Quá trình glycosyl hóa tiếp theo diễn ra theo dạng bậc thang, bắt đầu từ việc gắn các uridine diphosphat (UDP)-phân tử đường vào gốc 3-glycosyl hoặc nhóm 5-hydroxy thông qua các enzyme glycosyl-transferase Sau khi glycosyl hóa, quá trình acyl hóa anthocyanin có thể xảy ra dưới sự xúc tác của các enzyme acyltransferase.
4.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp:
Quá trình sinh tổng hợp Anthocyanin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, hormone thực vật, sự tác động cơ học và tấn công của bệnh Trong số đó, ánh sáng được coi là yếu tố quan trọng nhất, với ánh sáng hồng ngoại kích hoạt các phytocrome màu, từ đó cảm ứng các enzyme trong con đường flavone-glucoside để tổng hợp Anthocyanin Bên cạnh đó, tia UV cũng cần thiết để kích thích các enzyme, trong đó chỉ có tia UV với bước sóng nhỏ hơn 345nm mới có thể kích thích quá trình tổng hợp Anthocyanin trong tế bào Haplopappus gracilis Dưới tác động của tia UV, hoạt tính của các enzyme như phenylalanine-ammonia-lyase, chalcone synthase và chalcone isomerase tăng lên đáng kể.
Quá trình tích tụ anthocyanin trong lá cây phụ thuộc vào sự phát triển của lá, sự thiếu hụt các khoáng chất đa lượng như nitơ (N) và photpho (P), cũng như mức độ tiếp xúc của lá với tia UV.
Sự tổng hợp Anthocyanin ở thực vật không chỉ là một phản ứng tự nhiên mà còn là cơ chế phòng vệ chống lại sự tấn công của các loài ăn cỏ và nấm mốc.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin
Anthocyanin, mặc dù là một chất màu tự nhiên, nhưng có độ bền màu kém hơn so với nhiều chất màu khác Chất này chỉ bền trong môi trường acid, trong khi ở các môi trường khác, nó dễ dàng phân hủy thành dạng không màu Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy thường có màu nâu và không tan trong nước.
Quá trình phân hủy Anthocyanin có thể xảy ra trong khi ta trích và tinh chế
Anthocyanin là một hợp chất quan trọng trong thực phẩm, nhưng sự phân hủy của nó có thể xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản Độ bền màu của Anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc hóa học, pH, nhiệt độ, sự có mặt của copigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính Các yếu tố này sẽ được trình bày chi tiết dưới đây.
Anthocyanin tự nhiên hoạt động như một chỉ thị pH khi tan trong nước, cho thấy sự thay đổi màu sắc tương ứng với mức pH Nước có màu đỏ chỉ ra pH thấp, trong khi màu đỏ xanh biểu thị pH trung gian, và nước không màu phản ánh pH cao Sự tồn tại của Anthocyanin liên quan đến một cân bằng qua lại giữa bốn cấu trúc khác nhau của nó.
Hình 20: Cấu trúc chuyển hoá của Anthocyanin trong nước aglycone: quinonoidal (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation flavylium (AH + ) màu đỏ, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu
Khi pH dưới 2.0, hợp chất tồn tại chủ yếu dưới dạng cation flavylium màu đỏ (R3=0-đường) hoặc màu vàng (R3=H) Khi pH tăng, sự mất prôton diễn ra nhanh chóng, chuyển đổi sang dạng quinononidal màu xanh dương hoặc đỏ Dạng quinonoidal thường xuất hiện dưới dạng hỗn hợp do pKa của nhóm OH ở các vị trí 4’, 7 và 5 tương đối gần nhau.
Khi để yên, cation flavylium trải qua quá trình tách nước để chuyển hóa thành dạng pseudobase (hemiacetal), dạng này tồn tại trong trạng thái cân bằng với chalcone vòng mở không màu.
Hai dạng cis (CE) và trans–chalcone (CZ) được hình thành từ carbinol pseudobase thông qua phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm Điểm khác biệt giữa hai chalcone này và chalcone thông thường là sự hiện diện của nhóm chức carbonyl ở cạnh vòng B, trong khi chalcone thông thường có nhóm carbonyl ở vòng A.
Trong môi trường nước, độ pH có ảnh hưởng rất đáng kể đến màu sắc của
Anthocyanin có cấu trúc và độ bền màu thay đổi theo pH, ảnh hưởng đến màu sắc của nó Khi pH nằm trong khoảng 2 – 4.5, vận tốc phân hủy pelargonidin 3-glucoside trong dịch ép dâu không xác định được khi không có O2 Tuy nhiên, khi có O2, pH tăng nhanh và sự biến tính của Anthocyanin diễn ra mạnh mẽ Ở pH từ 2.0 đến 4.0, quá trình phân hủy Anthocyanin ít bị ảnh hưởng trong điều kiện không có O2, nhưng khi có O2, Anthocyanin bị biến tính mạnh và độ bền màu thay đổi theo pH.
Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, Anthocyanin dễ dàng bị biến tính dưới tác dụng của nhiệt độ
Cấu trúc của Anthocyanin có khả năng bền vững khi pH tăng cao và cũng giữ được tính ổn định khi nhiệt độ tăng Tuy nhiên, quá trình hydroxyl hóa các aglycone lại làm giảm độ bền của chúng.
Anthocyanin , trong khi sự methxyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại
Cơ chế của sự phân hủy nhiệt xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào bản thân Anthocyanin đó
Hình 21: Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45 0 C trong trường hợp có Oxygen hoặc Nitrogen
Hình 22: Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 – di Glucoside tại pH 3.7
Khi đun nóng lâu, anthocyanin dễ bị phân huỷ và mất màu, đặc biệt là trong dâu tây, anh đào và củ cải Ngược lại, anthocyanin trong phúc bồn tử đen không bị ảnh hưởng dưới điều kiện tương tự Tóm lại, các chất màu đỏ thường dễ phân huỷ khi gia nhiệt, trong khi các chất màu vàng có khả năng ổn định hơn.
Oxy và nhiệt độ xem như là những tác nhân xúc tác cho qúa trình phân hủy của
Anthocyanin là một trong những nguyên nhân gây ra sự hình thành các sản phẩm không màu hoặc màu nâu Sự oxy hóa trực tiếp của carbinol pseudobase đã dẫn đến hiện tượng kết tủa và đóng váng trong nước trái cây.
Khi gia nhiệt, các hợp chất Anthocyanin trong nước ép của blueberry, cherry, currant, nho, raspberry và dâu sẽ bị oxy hóa mạnh mẽ Oxy và nhiệt độ là hai tác nhân xúc tiến quan trọng nhất trong quá trình này.
Lượng anthocyanin trong dâu sẽ cao hơn khi được đóng chai dưới điều kiện chân không hoặc nitro Độ bền của các pigment trong nho, khi sử dụng làm chất màu cho nước giải khát, cũng được cải thiện khi được đóng hộp với nitrogen.
4.1.4.5 Các yếu tố ảnh hướng khác
Nhiều enzyme nội sinh trong tế bào của cây có khả năng làm mất màu
Anthocyanin là một loại enzyme được biết đến với tên gọi chung là anthocyanase Các enzyme này được phân thành hai nhóm chính dựa trên đặc tính của chúng: Glycosidase và polyphenol oxidase (PPO) Chúng thường được chiết xuất từ nấm (fungi).
Glycosidase là enzyme có khả năng thủy phân liên kết glycoside của Anthocyanin, tạo ra đường tự do và aglycone Aglycone này có độ bền kém hơn nhiều và dễ dàng mất màu nhanh chóng khi tiếp xúc với catecol (Huang 1955).
Polyphenol oxidase (PPO) tác động lên Anthocyanin khi có sự hiện diện của O-diphenol thông qua cơ chế oxy hóa kết hợp Theo nghiên cứu của Gromeck và Markakis, việc bổ sung glycosidase cùng với PPO thúc đẩy quá trình peroxide hóa và phân hủy Anthocyanin, ảnh hưởng bởi ánh sáng.
Các Anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sáng thấy được, và các nguồn pháp xạ khác Ánh sáng có 2 ảnh hưởng đến Anthocyanin :
• Tăng cường cho quá trình sinh tổng hợp
• Xúc tiến sự biến tính của chúng
Quy trình tách chiết Anthocyanin
Anthocyanins thường được chiết xuất bằng rượu có tính axit, trong đó metanol được axit hóa bằng axit clohydric là dung môi chiết xuất hiệu quả nhất Mặc dù etanol có hiệu quả kém hơn một chút, nhưng nó được ưa chuộng hơn trong các hệ thống thực phẩm do độc tính của metanol Ngoài ra, nước đã axit hóa hoặc nước có chứa sulfur dioxide (SO₂) cũng được sử dụng để chiết xuất anthocyanins từ nguyên liệu thực vật.
Buckmire và Francis (1978) đã chiết xuất anthocyanins từ quả thần kỳ bằng methanol chứa 0,03% HCl, tương tự như phương pháp chiết xuất anthocyanins từ nam việt quất (Chiriboga và Francis, 1973) và việt quất (Shewfelt và Ahmed, 1978) Ngoài ra, việc chiết xuất anthocyanins từ nam việt quất cũng có thể thực hiện bằng 95% ethanol chứa 1,5N HCl (Woo và cộng sự, 1980) Đối với nho, methanol có thể chứa 0,1% axit tartaric (Philip, 1974) hoặc 0,01% axit.
Sơ đồ Jurd cho phản ứng giữa SO2 và anthocyanin xitric đã được áp dụng trong việc chiết xuất anthocyanins từ chất thải nho Main et al (1978) sử dụng etanol chứa 0,01% axit xitric để chiết xuất, trong khi các nghiên cứu khác cho thấy metanol, etanol axit hóa, nước nóng và nước axit hóa cũng hiệu quả trong việc chiết xuất anthocyanins Metivier và cộng sự (1980) đã so sánh hiệu suất chiết xuất của các dung môi khác nhau, cho thấy metanol axit hóa cho năng suất cao nhất, trong khi nước axit hóa đạt năng suất thấp nhất.
Việc chiết xuất anthocyanin từ lá Tía tô thường sử dụng metanol axit hóa hoặc nước có tính axit Ryo (1974) đã phát minh ra phương pháp chiết xuất bằng dung dịch axit xitric đường-nước ở pH 1,6-3,0 Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã thử nghiệm ethanol và nước axit hóa với các nồng độ khác nhau của các loại axit như axit clohydric, axit xitric, axit tartaric và axit malic Lá tía tô khô được chọn làm nguyên liệu vì chúng giữ màu sắc tốt nhất Sau khi ngâm trong dung môi, dịch chiết được bảo quản ở nhiệt độ phòng và định kỳ phân tích tổng số anthocyanin được chiết xuất.
Hình 26: Chiết xuất anthocyanin từ lá tía tô bằng dung dịch axit etanol
Trong số bốn axit, axit clohiđric là hiệu quả nhất trong việc phục hồi anthocyanins, đạt hơn 60% ngay cả ở nồng độ 1%, trong khi các axit hữu cơ khác yêu cầu nồng độ cao hơn Axit malic là kém hiệu quả nhất, chỉ phục hồi 40% anthocyanins ở mức 30% Axit xitric và axit tartaric cho kết quả tốt hơn axit malic, với gần 60% anthocyanins được phục hồi; tuy nhiên, axit xitric cần nồng độ cao hơn (40%) so với axit tartaric (23%) để đạt được mức độ này Kết quả tương tự cũng được Metivier et al (1980) ghi nhận khi chiết xuất anthocyanins từ bã rượu vang.
Ethanol có khả năng thu hồi anthocyanins từ lá Tía tô nhưng cũng chiết xuất chất diệp lục, do đó, nước có tính axit được lựa chọn làm dung môi để chiết xuất anthocyanins từ lá Tía tô khô Dịch chiết HCl-etanol cho thấy sự hấp thụ diệp lục ở bước sóng 670 nm, trong khi dịch chiết nước-axit xitric không có sự hấp thụ này Trong số bốn axit khác nhau được thử nghiệm, axit clohydric là kém hiệu quả nhất, trong khi ba axit còn lại cho hiệu suất tốt hơn ethanol, với khả năng thu hồi trên 80% anthocyanins khi sử dụng nồng độ 30% Cuối cùng, axit xitric được chọn để điều chế chiết xuất.
Phổ hấp thụ của dịch chiết lá tía tô trong dung dịch etanol HCl và dung dịch nước xitric cho thấy anthocyanin của tía tô có khả năng cô đặc màng hiệu quả Điều này mang lại lợi ích về chi phí thấp, hương vị tốt và khả năng tạo chelat kim loại.
Lọc nước là một quy trình UF được cải tiến, trong đó nước được thêm vào màng lọc để nâng cao khả năng loại bỏ các thành phần trong dung dịch (Beaton và Klinkowski, 1983) Kỹ thuật này tỏ ra hiệu quả hơn so với quy trình UF thông thường khi xử lý nước muối đã qua sử dụng với hàm lượng muối cao khoảng 20% Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng 95% muối có thể được loại bỏ với lượng nước bổ sung so với tỷ lệ thức ăn ban đầu là 4, đồng thời hơn 90% anthocyanins từ cây tía tô cũng được phục hồi.
Thẩm phân điện (ED) là một quy trình màng hiệu quả để loại bỏ muối từ nước muối đã qua sử dụng, sử dụng các màng tích điện và sự chênh lệch điện thế làm động lực Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy quá trình ED có khả năng loại bỏ 90% muối đồng thời thu hồi 86% anthocyanins từ nước muối này.
Hình 28 minh họa quá trình thu hồi anthocyanin với các tỷ lệ nồng độ thể tích khác nhau, sử dụng màng GR81PP (UF) tại áp suất 11,5 bar và màng HS65PP (RO) ở áp suất 29,35 bar.
Chất tạo màu Shisonin trong lá tía tô
Nghiên cứu hóa học đầu tiên về sắc tố đỏ được thực hiện bởi Kondo vào năm 1931 Sau đó, vào năm 1936, Kuroda và Wada đã phân lập được sắc tố từ lá tía tô, được gọi là shisonin A.
B chloride, in its amorphous form, has been identified as a compound of shisonin A chloride and p-coumaric acid The complete structure of shisonine is characterized as cyanidine 3-(6-O-trans-p-coumaroyl-β-D-glucoside)-5-(β-glucoside).
Hình 29: Cấu tạo của Shisonin
Shisonin từ lá tía tô là một nguồn sắc tố đỏ tự nhiên tuyệt vời, được sử dụng làm chất tạo màu trong thực phẩm Nghiên cứu cho thấy rằng sự ổn định của màu sắc trong thực phẩm có chứa shisonin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như pH, ánh sáng, oxy, sự suy thoái của vi khuẩn, kim loại và các hóa chất khác.
4.2.1 Quy trình chiết tách shisonin
Lá tía tô tươi được xử lý bằng cách khuấy với 1% HCl-methanol trong 24 giờ ở nhiệt độ 5 °C Sau đó, các chiết xuất màu đỏ được lọc bằng lực hút và các filtrates được cô đặc đến một nửa thể tích trong máy bay hơi quay ở 40 °C Tiếp theo, chì acetate được thêm vào với lượng isomolar tương đương với HCl, và clorua chì trắng đã được kết tủa ở nhiệt độ 1-2 °C, sau đó được loại bỏ bằng phương pháp ly tâm.
Shisonin được tách ra bằng cách ly tâm ở 3000 rpm trong 15 phút, sau đó kết tủa bằng acetate chì và hòa tan trong 5% HCl-methanol Clorua shisonin thô được tách ra bằng ethyl ether, và clorua tinh khiết được thu nhận qua sắc ký giấy với giấy lọc Toyo, theo phương pháp của Kuroda & Wada (1936) Sắc ký giấy cho thấy điểm chính của shisonin tại Rf 0,65 cùng với các điểm nhỏ khác tại Rf 0,50, 0,39, 0,35 và 0,26 Các đốm anthocyanin kết hợp được xử lý bằng 0,5% HCl-methanol và chiết xuất sau đó được bay hơi dưới áp suất thấp ở 40°C, rồi tiếp tục khô trên KOH Mặc dù một số thử nghiệm kết tinh không thành công, clorua shisonin tinh khiết thu được có dạng vô định hình màu tím sáng bóng.
4.2.2 Ảnh hưởng của chất phụ gia và chất khác:
Các cation kim loại như Cu²⁺ và Fe³⁺, cùng với các carbohydrate như glucose, fructose, lactose và sucrose, cũng như các chất khác như glycine, leucine và hydrogen peroxide, đã được thử nghiệm ở nhiều nồng độ khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến tốc độ mất màu của dung dịch shisonin ở nhiệt độ 90 °C Bên cạnh đó, tác động của oxy đối với tốc độ phai màu cũng được đo thông qua dung dịch shisonin đệm.
Trong thí nghiệm, 5 ml dung dịch được cho vào ống nghiệm 20 ml, trong đó không khí trong không gian đầu được thay thế bằng oxy Sau khi niêm phong bằng nắp vặn, lò phản ứng được duy trì ở nhiệt độ 90 °C trong bồn nước và được lắc trong suốt thời gian thử nghiệm Ảnh hưởng của ánh sáng đối với quá trình tẩy trắng được xác định trên dung dịch có pH nhất định.
3 Các mẫu được đưa vào lọ 20 ml để tiếp xúc với ánh sáng ban ngày được đặt bên ngoài cửa sổ để tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng ban ngày trong 5 hoặc 10 giờ, và cường độ màu của các mẫu tiếp xúc được so sánh với điều khiển trong lọ bọc bằng lá nhôm
Quang phổ nhìn thấy (350-650 nm) của dung dịch shisonin đã được khảo sát ở các giá trị pH khác nhau Kết quả cho thấy shisonin có các đỉnh hấp thụ tại 514 nm, 515 nm, 518 nm và 520 nm tương ứng với pH 2, 3, 4 và 5; đồng thời, sự hấp thụ tối đa chuyển sang bước sóng dài hơn và giảm dần khi pH tăng Đặc biệt, ở pH 7, sự hấp thụ tối đa đạt 590 nm.
4.2.3 Độ ổn định màu sắc của shisonin: Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Khi các dung dịch shisonin được làm nóng ở các nhiệt độ khác nhau, cường độ màu của chúng giảm dần mà không có sự thay đổi về tối đa hấp thụ Cụ thể, ở nhiệt độ 98 °C và các mức pH 3, 4 và 5, độ hấp thụ giảm và cường độ màu cũng giảm cho đến khi đạt trạng thái cân bằng, ngoại trừ trường hợp pH 5.0.
Sự gia tăng cường độ màu sắc rõ rệt trong 3 giờ là kết quả của việc hình thành sắc tố nâu, đặc trưng bởi sự giảm đơn điệu trong khả năng truyền ánh sáng ở vùng UV Nghiên cứu về sự thay đổi màu sắc được thực hiện thông qua việc tính toán tỷ lệ phần trăm hấp thụ tại 515 nm, liên quan đến shisonin, sau quá trình làm nóng Ảnh hưởng của chất phụ gia cũng được xem xét trong nghiên cứu này.
Việc thêm glucose và lactose vào dung dịch đệm không ảnh hưởng đến shisonin, trong khi fructose và sucrose lại làm giảm đáng kể Tốc độ suy thoái của shisonin theo động học bậc nhất liên quan đến nồng độ fructose ban đầu Quá trình suy thoái shisonin khi có mặt fructose hoặc sucrose không được phát hiện trong nghiên cứu này Do đó, việc bổ sung fructose hoặc sucrose vào thực phẩm có màu shisonin cần được tránh để đảm bảo sự ổn định của màu sắc.
Thêm ion ferric và ion cupric dẫn đến sự sụt giảm shisonin, với ion cupric gây ra sự suy thoái lớn hơn, tạo thành kết tủa màu nâu, cho thấy các ion kim loại này hoạt động như chất xúc tác cho sự xuống cấp của shisonin Các axit amin glycine và L-leucine không ảnh hưởng đến tốc độ suy thoái ở pH 3, nhưng có tác dụng tăng nhẹ ở pH 4 Glucose kết hợp với glycine không làm thay đổi tốc độ suy thoái ở pH 3 nhưng giảm nhẹ ở pH 4 Hydrogen peroxide có tác động rõ rệt đến sự giảm shisonin, với mức giảm tỷ lệ nghịch với nồng độ của nó Không có chất phụ gia nào được thử nghiệm cho thấy tác dụng bảo vệ đối với sự suy thoái của shisonin Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng shisonin nhạy cảm với ánh sáng và oxy; việc lưu trữ dung dịch shisonin ở pH 3 dưới nitơ, tiếp xúc với ánh sáng ban ngày trong 5 và 10 giờ, làm tăng sự xuống cấp lần lượt là 28% và 51% Sự hiện diện của oxy trong không gian đầu của lọ làm giảm giá trị shisonin ở 90 °C, pH=3, chứng minh rằng cần bảo vệ các sản phẩm chứa shisonin khỏi tiếp xúc lâu dài với không khí hoặc ánh sáng.
Cyanidin-3-O-glucoside
Cyanidin-3-glucoside là một nguồn anthocyanin phong phú có trong trái cây và rau quả, được hình thành trong thực vật khi pH thấp Chất này cũng là nguyên nhân tạo ra màu đỏ đặc trưng cho lá tía tô.
Cy3G có khả năng quét gốc tự do superoxide nhưng không hiệu quả với gốc hydroxyl, và khả năng oxy hóa của nó thay đổi theo độ pH (58 mV/đơn vị pH) Sau khi hấp thụ, Cy3G trải qua quá trình chuyển hóa (pha I, II) bởi tế bào biểu mô miệng, được hấp thụ bởi biểu mô dạ dày (1%-10%) và tiếp tục chuyển hóa qua đường ruột (pha II và chuyển hóa vi sinh vật), đi vào máu (
