Quy trính tách chiết chlorophyll và anthocyanin từ nguyên liệu thực vật và ứng dụng trong CNTP

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU 1 Ý nghĩa của chất màu thực phẩm trong sản xuất

1.1.1 Ý nghĩa của chất màu thực phẩm trong sản xuất

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 không chỉ tạo ấn tượng hình thức mà còn ảnh hưởng đến khả năng sinh lý của cơ thể Một màu sắc phù hợp giúp cơ thể dễ dàng đồng hóa thực phẩm, từ đó nâng cao giá trị sử dụng của sản phẩm.

Màu sắc bên ngoài là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá chất lượng thực phẩm của người tiêu dùng, ảnh hưởng đến sự lựa chọn và cảm nhận của họ về sản phẩm.

• Về cảm quan: việc lựa chọn và đánh giá chất lượng thực phẩm sẽ vô cùng khó khăn nếu không có màu sắc

• Màu sắc giúp cho thực phẩm trở nên hấp dẫn hơn

• Màu sắc của thực phẩm có thể kích thích, giúp ngon miệng

Theo kinh nghiệm, người ta có thể dựa vào màu sắc để đoán biết chất lượng thực phẩm

Mặc dù chỉ cần một lượng nhỏ, màu thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng thực phẩm của khách hàng Do đó, phẩm màu được coi là một thành phần thiết yếu trong ngành thực phẩm.

Trong kỹ thuật sản xuất thực phẩm, việc bảo vệ màu sắc tự nhiên là quan trọng, nhưng bên cạnh đó, người ta cũng thường thêm các chất màu mới để tạo ra những màu sắc phù hợp với tính chất và trạng thái của sản phẩm.

Dựa vào quá trình hình thành có thể chia chất màu thành 3 loại:

• Các chất màu tự nhiên

• Các chất màu hình thành trong quá trình gia công kỹ thuật

• Các chất màu kỹ thuật

Chất màu tự nhiên: thường gặp chủ yếu ở trong các nguyên liệu thực vật, có thể chia làm 3 nhóm chính:

• Chlorophyll: làm hoa quả có màu xanh lá cây

• Các Carotenoid: làm hoa quả có và rau có màu da cam, màu vàng và đôi khi có màu đỏ

• Các chất màu Flavonoid (anthocyanin) có trong không bào, xanh lam và đỏ

Rau quả có nhiều sắc tố khác nhau, tạo nên sự đa dạng về màu sắc Mỗi loại thực phẩm đều mang một màu tự nhiên đặc trưng, phản ánh sự phong phú của các sắc tố.

Chlorophyll là chất tạo nên màu xanh lá cây cho rau quả, chiếm khoảng 1% trong thành phần khô của thực vật và đi kèm với các sắc tố khác Ở quả xanh, hàm lượng chlorophyll dao động từ 90-200 mg%.

Anthocyanin là nhóm sắc tố tự nhiên, mang lại màu sắc từ đỏ đến tím cho rau quả Về mặt hóa học, anthocyanin là glucoside, có thể phân hủy thành đường và anthocyanin Chất này hòa tan tốt trong nước nhưng có thể bị phá hủy khi đun nóng lâu hoặc khi tiếp xúc với kim loại, dẫn đến sự thay đổi màu sắc Ngoài ra, anthocyanin có tính sát trùng, giúp rút ngắn thời gian thanh trùng khi chế biến các nguyên liệu có màu sắc mạnh từ đỏ đến tím (trừ xanh).

Carotenoid là hợp chất tạo màu cho quả, với các sắc thái từ vàng đến đỏ, bao gồm Carotene, Licopen và Xanthophyll Carotene, có màu da cam, chủ yếu có trong cà rốt (6-14 mg%) và gấc (500 mg%) Licopen, màu đỏ nổi bật, thường thấy ở cà chua và một số loại quả khác Cuối cùng, Xanthophyll mang màu vàng đặc trưng.

Tỷ lệ giữa các Carotenoid trong quả tùy thuộc loài nguyên liệu và điều kiện khí hậu nuôi trồng

Carotene có 8 đồng phân α, β, γ và Licopene là một đồng phân

Carotenoid là hợp chất không tan trong nước nhưng dễ tan trong chất béo, dễ bị oxy hóa, bền với kiềm nhưng không bền với acid Trong cơ thể con người, Carotene chuyển hóa thành vitamin A, do đó Carotene được xem là tiền vitamin A.

Tất cả các sắc tố thực vật là hợp chất hóa học phức tạp, hình thành trong quá trình sống thích ứng của cây cối Mức độ bền của các sắc tố này khác nhau, và trong quá trình bảo quản, chế biến nhiệt cùng các gia công khác, chúng có thể bị biến đổi Do đó, thực phẩm tươi thường có màu sắc đẹp, nhưng sau khi chế biến, màu sắc có thể thay đổi.

Sắc màu thực phẩm có vai trò quan trọng trong việc thu hút người tiêu dùng; tuy nhiên, khi màu sắc bị giảm sút hoặc mất đi, giá trị sản phẩm cũng như giá trị sử dụng sẽ bị ảnh hưởng Điều này dẫn đến việc giảm giá trị sinh lý của thực phẩm, vì vẻ đẹp bên ngoài không còn hấp dẫn, gây khó khăn trong quá trình tiêu hóa do sự ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thần kinh, ức chế khả năng tiết dịch vị.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, nhiều nghiên cứu đang được thực hiện nhằm tìm ra phương pháp bảo quản màu sắc hấp dẫn cho sản phẩm Các biện pháp này có thể bao gồm việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên, cải tiến quy trình sản xuất, và áp dụng công nghệ tiên tiến để duy trì độ tươi mới và chất lượng màu sắc.

• Xây dựng một quy trình gia công nguyên liệu bán thành phẩm để bảo toàn được tối đa các chất màu có sẵn trong nguyên liệu

Tách ra, cô đặc và bảo quản các chất màu tự nhiên từ nguyên liệu thực vật hoặc các nguồn nguyên liệu khác giàu màu sắc Những chất màu này sau khi được cô đặc có thể được sử dụng để nhuộm màu cho chính nguyên liệu đó, hoặc cho các nguyên liệu hoàn toàn khác, giúp thu lượm và tạo ra các sắc thái màu sắc độc đáo.

Tổng hợp nhân tạo các chất màu tương tự như màu sắc tự nhiên của thực phẩm, sau đó sử dụng chúng để nhuộm màu cho các sản phẩm khác Điều này đặc biệt hữu ích khi màu sắc tự nhiên không đủ mạnh hoặc bị mất đi trong quá trình chế biến.

Sử dụng các biện pháp kỹ thuật phù hợp để điều chỉnh phản ứng, nhằm tạo ra những chất màu mới từ các thành phần có trong nguyên liệu.

• Đối với mỗi nhóm chất màu, yêu cầu phải có những biện pháp khác nhau để bảo vệ màu tự nhiên của sản phẩm

TỔNG QUAN VỀ HOA HỒNG VÀ CHẤT MÀU ANTHOCYANIN 1 Hoa hồng

Hoa hồng, thuộc chi Rosa và họ Rosaceae, bao gồm hơn 100 loài thực vật có hoa dạng cây bụi hoặc cây leo lâu năm Chúng phân bố từ miền ôn đới đến nhiệt đới, chủ yếu có nguồn gốc từ châu Á, trong khi một số ít còn lại xuất phát từ châu Âu, Bắc Mỹ và Tây Bắc Phi Các loài hoa hồng, giống cây trồng và cây lai ghép thường được trồng để làm cảnh và lấy hương thơm, và đôi khi được gọi là Tường vi trong tiếng Trung.

Hoa hồng là loại cây có thể mọc đứng hoặc leo, với thân và cành có nhiều gai Lá của hoa hồng là lá kép lông chim, có lá chét khía răng và lá kèm Hoa hồng nổi bật với hương thơm dễ chịu và màu sắc đa dạng như hồng, trắng, vàng và đỏ, thường có nhiều cánh và đế hoa hình chén Tại Việt Nam, hoa hồng được trồng rộng rãi, đặc biệt là ở Đà Lạt, nơi hoa hồng được canh tác với quy mô công nghiệp.

Chúng tôi đã chọn hoa hồng màu đỏ làm nguyên liệu chính để khảo sát và thu nhận chế phẩm bột màu, nhờ vào sự đa dạng về màu sắc của các loại hoa hồng.

- Hoa hồng (màu đỏ) chứa hàm lượng Anthocyanin cao hơn các loại hoa hồng khác (tan trong dịch chiết xuất có màu đỏ đậm)

- Hoa hồng (màu đỏ) phổ biến hơn các loài hoa hồng khác và chiếm sản lượng lớn

- Là phế liệu sau 3-4 ngày thu hoạch vì hoa đã héo không còn đẹp để trưng bày hoặc bán

- Màu đỏ của hoa hồng được ứng dụng rất nhiều trong thực phẩm như nhuộm màu rau cau, kẹo dẻo, mứt, bánh, si rô, kem…

Nguồn cung cấp anthocyanin rất phong phú, bao gồm nho, bắp cải đỏ, dâu, táo, đào, cà tím và hoa bụp giấm Các anthocyanin, đặc biệt là từ quả nho, được sử dụng rộng rãi Tại Mỹ, dịch trích màu từ nho (Vitis labrusca) có thể được dùng trong thực phẩm ngoài thức uống, trong khi dịch trích từ vỏ nho (Vitis vinifera) chỉ được phép sử dụng trong nước uống Tuy nhiên, anthocyanin thường không được khuyến khích sử dụng.

Trong chương 1 của bài viết, Hồ Thị Ngọc Anh trình bày tổng quan về loại thức uống dạng đục, nhấn mạnh rằng anthocyanin được sản xuất tại Châu Âu thông qua phương pháp trích ly mới Chất màu anthocyanin chủ yếu được ứng dụng trong thức uống có pH < 3,4 và không chứa SO2, với hàm lượng sử dụng từ 30-40 ppm Để đảm bảo chất lượng, sản phẩm cần được để yên ít nhất 24 giờ để chất màu cân bằng Ngoài ra, việc bảo quản ở nhiệt độ trên 25°C hoặc tiếp xúc với ánh sáng mặt trời có thể dẫn đến sự mất màu đáng kể.

Anthocyanin được sử dụng trong các chế phẩm trái cây như mứt và trái cây đóng hộp với hàm lượng từ 20-60 ppm Tuy nhiên, cần lưu ý rằng màu sắc sẽ chuyển sang nâu nếu được lưu trữ lâu Mứt kẹo có độ chua là ứng dụng lý tưởng cho anthocyanin vì màu đỏ của nó bền trong môi trường acid Ngược lại, anthocyanin không phù hợp cho các sản phẩm hẹo dẻo do sẽ trở nên đục khi hòa tan trong gelatin.

Anthocyanin là hợp chất glycoside của 17 anthocyanidin tự nhiên, thuộc nhóm polyhydroxyl và polymethoxyl của phenylbenzopyrylium hoặc muối flavynium Khi thủy phân, anthocyanin giải phóng các đường như glucose, galactose và rhamnose, cùng với một số đường đôi như rutinose, rambuboise, sophorose, genbiose và laminariobiose, nhưng thường ít hơn.

Sự khác biệt giữa các anthocyanin chủ yếu nằm ở số lượng và vị trí của các nhóm hydroxyl trong phân tử, cũng như mức độ methyl hóa của chúng Các anthocyanin có thể bị glycosyl hóa hoặc acid hóa bởi nhiều loại đường và axit khác nhau, dẫn đến số lượng anthocyanin nhiều gấp 15 đến 20 lần so với anthocyanidin Ngoài ra, các gốc đường có thể bị acid hóa bởi các axit phenolic như p-coumeric, caffeic, ferulic, p-hydroxylbenzoic, oxalic và acid acetic Anthocyanin có khả năng hòa tan tốt trong nước, và khi được glycosyl hóa, khả năng hòa tan của chúng càng tăng lên.

Cấu trúc tổng quát cation anthocyanin cơ bản: có cấu tạo chung là khung C: C6-C3-C6 Có

Có 17 dạng cấu trúc anthocyanidin (aglycon), trong đó 6 dạng phổ biến nhất Tên gọi của các aglycon như delphinidin, peonidin và petunidin thường phản ánh loài sinh vật mà từ đó sắc tố được chiết tách lần đầu tiên.

1.3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin

Anthocyanin có độ bền cao trong môi trường acid, nhưng dễ bị biến tính và sẫm màu, dẫn đến tình trạng không hòa tan Độ bền của anthocyanin chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ, sự hiện diện của oxy, cấu trúc hóa học, ánh sáng, copigment, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng Cấu trúc hóa học của anthocyanin đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định và tính chất của chúng.

Các nhóm hydroxyl (-OH), methoxyl (-OCH3), đường và các nhóm đường bị acid hóa ảnh hưởng đến cường độ màu và độ bền của anthocyanin Khi số lượng nhóm hydroxyl (-OH) trong vòng B tăng, cực đại hấp thu dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn, dẫn đến sự thay đổi màu sắc từ cam sang xanh dương Chẳng hạn, trong dung dịch HCl 0,01% - MeOH, bước sóng hấp thu cực đại của pelargonidin (màu cam) là 520nm, cyanin (màu đỏ cam) là 535nm, và dephinidin (màu đỏ xanh) là 545nm.

Glycosyl hóa ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin, trong đó các diglycoside có độ bền cao hơn so với các monoglycoside của cùng một anthocyanidin khi đối mặt với nhiệt và ánh sáng Ngoài ra, pH cũng đóng vai trò quan trọng, không chỉ ảnh hưởng đến màu sắc mà còn đến tính bền của anthocyanin; chúng bền hơn trong môi trường acid so với môi trường trung tính hoặc kiềm, và pH cũng có khả năng làm thay đổi cấu trúc của anthocyanin.

Với pH acid (pH