BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
& TRẦN THỊ VẺ
NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT CHẤT MÀU
ANTHOCYANIN TỪ RAU DỀN ĐỎ
Amaranthus tricolor
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Khánh Hòa, tháng 06 năm 2013 LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 2
1.1. Tổng quan về rau dền đỏ 2
1.1.1. Tên gọi 2
1.1.2. Thành phần hóa học trung bình trong lá rau dền đỏ 3
1.1.3. Đặc điểm hình thái và sinh trƣởng 4
1.1.4. Công dụng của rau dền đỏ 4
1.2. Tổng quan về chất màu thực phẩm 5
1.2.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm 5
1.2.2. Vai trò chất màu thực phẩm 6
1.2.3. Phân loại chất màu thực phẩm 6
1.2.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm 9
1.3. Giới thiệu về chất màu anthocyanin 10
1.3.1. Khái niệm vế chất màu anthocyanin 10
1.3.2. Phân loại Anthocyanin 11
1.3.3. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin 11
1.3.4. Tính chất vật lý và hóa học của các anthocyanin 15
1.3.5. Chức năng sinh học và ứng dụng của anthocyanin 22
1.3.5.1. Chức năng sinh học 22
1.3.5.2. Ứng dụng của anthocyanin 24
1.3.6. Tình hình nghiên cứu, khai thác và sử dụng anthocyanin tự nhiên 25
1.3.6.1. Tình hình trên thế giới 25
1.3.6.2. Tình hình trong nƣớc 25
- ii -
1.4. Tổng quan về các phƣơng pháp chiết 26
1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết 26
2
O dùng để chiết chất màu Anthocyanin
từ rau dền đỏ 48
3.3.2. Kết quả xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 49
3.3.3. Kết quả xác định lựa chọn dung môi và nhiệt độ chiết 50
3.3.4. Kết quả xác định thời gian chiết 52
3.3.4.1. Phƣơng pháp siêu âm 52
3.3.4.2. Phƣơng pháp ngâm chiết có gia nhiệt 53
3.3.5. Xác định số lần chiết 54
3.3.5.1. Phƣơng pháp siêu âm 54
3.3.5.2. Phƣơng pháp ngâm chiết gia nhiệt 55
3.4. Kết quả khảo sát khảo sát độ bền màu của dịch chiết anthocyanin trong các
điều kiện bảo quản khác nhau 56
3.5. Hoàn thiện quy trình chiết rút chất màu anthocyanin từ rau dền đỏ 57
3.6. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm 59
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHẦN PHỤ LỤC 63
- iv -
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
A Absorbance Độ hấp thụ
nm Nanometer Nanomet
Bảng 1.5
Các nhóm chính trong các anthocyanidin
12
Bảng 2.1
Bố trí thí nghiệm chọn dung môi, nhiệt độ đối với các
phƣơng pháp chiết khác nhau
39
Bảng 3.1
Thành phần khối lƣợng của rau dền đỏ
46
Bảng 3.2
Kết quả xác định hàm lƣợng nƣớc của rau dền đỏ
47
Bảng 3.3
Kết quả xác định hàm lƣợng anthocyanin của rau dền đỏ
47
Bảng 3.4
Ƣớc tinh chi phí nguyên vật liệu để chiết anthocyanin từ 1 kg
rau dền đỏ
59
- vi -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
STT
Tên hình vẽ và đồ thị
Trang
Hình 1.1
Rau dền đỏ
tạo thành ra 2 dạng phức: phức kẹp (A) và phức song song (B)
22
Hình 1.10
Sự tổ hợp màu nội phân tử của các antyhocyanin acylhóa
22
Hình 1.11
Một số dạng sản phẩm anthocyanin thƣơng mại
25
Hình 1.12
Sơ đồ thiết bị chiết SFE và ASE
31
Hình 2.1
Quy trình dự kiến tách chiết chất màu anthocyanin từ rau dền đỏ
và các yếu tố cần khảo sát
33
Hình 2.2
Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ Etanol/H
2
O thích hợp
36
Hình 2.3
Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
37
Hình 2.4
Bố trí thí nghiệm chọn dung môi, nhiệt độ chiết thích hợp
39
- vii -
Hình 2.5
Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết
Hình 3.7
Ảnh hƣởng của số lần siêu âm đến hàm lƣợng anthocyanin
54
Hình 3.8
Ảnh hƣởng của số lần chiết bằng phƣơng pháp ngâm chiết gia
nhiệt đến hàm lƣợng anthocyanin
55
Hình 3.9
Ảnh hƣởng của thời gian và điều kiện bảo quản đến độ bền màu
của dịch chiết anthocyanin từ rau dền đỏ
57
Hình 3.10
Sơ đồ quy trình tách chiết chất màu anthocyanin từ rau dền đỏ
58
- 1 -
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, việc lạm dụng chất màu tổng hợp trong chế biến thực phẩm dẫn
đến nguy cơ ngộ độc thực phẩm đang ngày càng gia tăng, làm ảnh hƣởng xấu tới
sức khoẻ ngƣời tiêu dùng. Vì vậy, xu hƣớng phát triển bền vững của thế giới hiện
nay là tìm kiếm và chiết tách các chất màu tự nhiên từ thực vật hay động vật để sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm.
Ở Việt Nam, rau dền đỏ (Amaranthus tricolor) từ lâu đã đƣợc dùng để sử
dụng nhƣ một món ăn trong bữa cơm hàng ngày . Tuy nhiên, việc chiết tách chất
màu rau dền đỏ và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm chƣa đƣợc quan tâm
nhiều. Trong khi đó, theo một số tài liệu tham khảo, chất màu trong rau dền đỏ có
hàm lƣợng tƣơng đối cao
[4]
. Chất màu này lại có bản chất là các anthocyanin nên dễ
tiếng Hy lạp "amarantos" (Αμάρανθος hoặc Αμάραντος) có nghĩa là (hoa) không
bao giờ tàn. Chi dền đƣợc cho là có nguồn gốc ở Trung Mỹ và Nam Mỹ nhƣng
khoảng 60 loài với khoảng 400 giống của nó hiện diện khắp thế giới, cả vùng có khí
hậu ôn đới lẫn nhiệt đới. Ở Việt Nam, rau dền thƣờng thấy là dền đỏ (Amaranthus
tricolor), dền cơm (Amaranthus viridis) làm rau ăn, dền gai (Amaranthus spinosus)
mọc hoang dại.
Hình 1.1. Rau dền đỏ
- 3 -
1.1.2. Thành phần hóa học của lá rau dền đỏ
Bảng 1.1. Thành phần hóa học trong 100 gam lá dền đỏ
[13]
Thành phần
Hàm lƣợng
Nƣớc
86,9 g
Protein
3,5 g
Chất béo
0,5 g
Tinh bột
6,5 g
Chất xơ
1,3 g
Phốtpho
67 mg
Sắt
3,9 mg
mầm và ra hoa sau đó khoảng 2 tháng rƣỡi.
1.1.4. Công dụng của rau dền đỏ [14]
Rau dền là loại rau mùa hè, có tác dụng mát gan, thanh nhiệt. Một số nghiên
cứu mới đây cho thấy: Rau dền có khả năng tăng thải trừ chất phóng xạ, thanh thải
chất độc vì có nhiều sterol, các acid béo không no.
Bộ phận dùng: Toàn cây và rễ. Theo Đông y dền cơm vị ngọt tính hàn. Dền
đỏ vị ngọt mát vào đại tràng. Có tác dụng thanh nhiệt, mát gan, ích khí và khai
khiếu. Dùng cho các trƣờng hợp kiết lỵ, táo bón, rối loạn tiết niệu, đau mắt đỏ, sƣng
đau họng, côn trùng cắn đốt. Có thể nấu, xào, ép nƣớc. Ngày dùng 100 – 250g.
Một số món ăn, bài thuốc có rau dền đỏ:
- Cháo rau dền đỏ (tử hiện chúc): Rau dền đỏ 200g. Rửa sạch, nấu lấy nƣớc lấy
nƣớc rau nấu cháo với gạo lứt. Ăn khi đói. Dùng cho phụ nữ trƣớc, sau khi sinh con
có hội chứng kiết lỵ dùng cho ngƣời cao tuổi viêm ruột, kiết lỵ.
- Canh rau dền: Rau dền đỏ 200g rửa sạch nấu canh. Dùng cho các bệnh nhân
ung thƣ cổ tử cung, hội chứng lỵ, u tuyến giáp trạng lành tính.
- Canh rau dền thịt lợn: Rau dền đỏ 60g, thịt lợn nạc 60g, nấu dạng canh. Dùng
cho các bệnh nhân bƣớu giáp trạng lành tính.
- Chữa phát ban: Rau dền 10g, rễ hoặc lá lức 10g, ké hoa vàng 8g, rễ sắn dây 8g,
cỏ mần trầu 8g, dây chiều 8g, rau má 8g, dây giác tía 8g, kinh giới 6g, cam thảo đất
- 5 -
6g, bạc hà 4g, gừng sống 2 lát, sắc uống. Chữa sốt nóng thời kỳ đầu. Lá dền đỏ 50g
rửa sạch thái lát nấu bỏ bã lấy nƣớc thêm gạo nếp nấu thành cháo. Ăn trong ngày.
Chữa hậu sản.
Theo kinh nghiệm dân gian lấy lá rau dền giã nát uống nƣớc và bã đắp chữa
rắn cắn. Rễ dền đỏ và rễ bí ngô với liều lƣợng bằng nhau, sắc uống chữa chảy máu
do sảy thai. Hạt dền cơm 20g chữa tiểu tiện không thông.
hữu cơ tổng hợp và chất màu tự nhiên.
1.2.3.1. Chất màu vô cơ
Vào trƣớc thế kỷ 20, phần lớn chất tạo màu thực phẩm đều có nguồn gốc từ
các loại khoáng vật tự nhiên độc hại.
Ví dụ: CuSO
4
dùng để tạo màu cho các loại dƣa chua; phèn nhôm để tẩy trắng bánh
mì; phẩm màu đỏ chứa Pb hay HgSO
4
, để tạo màu cho phomát.
Tuy nhiên, cùng với việc ban hành những quy định về an toàn thực phẩm của
Hoa Kỳ năm 1960, ngành công nghiệp thực phẩm dần dần chuyển sang sử dụng các
loại chất màu hữu cơ tổng hợp.
1.2.3.2. Chất màu hữu cơ tổng hợp
Là các chất màu đƣợc tổng hợp bằng phƣơng pháp hóa học. Các loại chất
màu hữu cơ tổng hợp đƣợc chia làm 3 nhóm:
- 7 -
Nhóm A: Gồm các chất không mang độc tính nhƣng gây ngộ độc tích lũy
Bảng 1.2. Liều sử dụng cho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
[8]
Loại chất màu
Liều lƣợng sử dụng (mg/kg trọng lƣợng)
Amarant (ký hiệu CI.16185)
Vàng mặt trời (ký hiệu CI.15985)
Tartrazin (ký hiệu CI.19140)
0 -
0,15
thời chúng lại có mùi, vị gần giống nhƣ
nguồn
tự
nhiên của chúng. Tuy nhiên,
so với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thƣờng kém bền và có giá thành cao
do việc thu hồi tách chiết chúng từ nhƣ các nguồn tự nhiên khá tốn kém. Do vậy,
việc sử dụng chúng hiện nay còn chƣa rộng rãi lắm. Tuy vậy, nhờ có độ an toàn
cao và một số chất màu tự nhiên còn có tác dụng tốt đối với sức khỏe (nhƣ có khả
năng chống oxy hóa, tăng cƣờng sức đề kháng của cơ thể,…) nên ngƣời tiêu dùng
ngày càng có xu hƣớng ƣa chuộng những loại thực phẩm dùng chất màu tự nhiên.
Do đó trong những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất chất màu tự nhiên
trên thế giới đang phát triển nhanh chóng và trở thành một trong những lĩnh vực
kinh doanh đầy tiềm năng.
Bảng 1.3. Bảng một số chất màu tự nhiên
[8]
STT
Chất màu
Màu
Liều dùng mg/kg khối
lƣợng cơ thể
1
Clorofil
Xanh lá cây
15
2
Antoxian
Đỏ và xanh lam
[8]
Chất màu tự nhiên
Nguồn tự nhiên
Anthocyanin
Vỏ nho, elderberries, rau dền đỏ, rau dền đỏ,…
Betalain
Củ cải đƣờng, cây rau dền tím, vỏ quả thanh long,
Carotenoid
- Annatto (Bixin)
- Canthaxanthin
- Apocarotenal
Hạt điều
Nấm rơm, loài giáp xác, cá
Cam, rau xanh
Chlorophyll
Các loại rau xanh
Riboflavin
Sữa
Caramel
Đƣờng saccharose
Các loại khác
- Turmeric
- Crocetin, Crocin
Cây nghệ
Cây nghệ tây, dành dành
Một trong những chất màu tự nhiên đƣợc quan tâm nhiều trong công nghệ
thực phẩm là các anthocyanin.
cho thực vật nhiều màu sắc rƣc rỡ khác nhƣ hồng, đỏ, cam và các gam màu trung
gian. Các anthocyanin khi mất hết nhóm đƣờng đƣợc gọi là anthocyanidin hay
aglycon. Mỗi anthocyanidin có thể bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đƣờng và
các acid khác tại các vị trí khác nhau. Vì thế lƣợng anthocyanin lớn hơn
anthocyanidin từ 15-20 lần. Hàm lƣợng anthocyanin trong các loài thực vật là tƣơng
đối lớn. Tuỳ vào số lƣợng và tỷ lệ khác nhau trong rau, quả, hoa và các bộ phận
khác nhau của thực vật làm cho chúng cho nhiều màu sắc khác nhau.
- 11 -
Ví dụ: Hàm lƣợng anthocyanin trong blackberry khoảng 1,15 g/kg , còn
trong đậu đỏ và đậu đen lên đến 20 g/kg.
1.3.2. Phân loại Anthocyanin [6]
Liều dùng: 0.1 mg/kg khối lƣợng cơ thể
- Có 4 loại anthocyanin là pelacgonidin, xianidin, denfinidin và apigenidin.
- Các chất màu đỏ tự nhiên khác là Anthoxyanin E163, Betain E162, chất
nhuộm màu eno E163 ii và Carmin E120.
Anthoxyanin E163 từ các nguyên liệu khác nhau nhƣ: quả phúc
bồn
tử
đen, quả nho, quả cơm cháy, quả thanh lƣơng trà , sử dụng tốt nhất ở
pH <4.
Betanin E 162 hay là nƣớc ép củ cải đỏ cô đặc có khả năng nhuộm
màu tốt nhất tại pH 3,5 - 5,0 ứng dụng chủ yếu trong chế biến các
sản phẩm sữa và sản xuất đƣờng.
Chất nhuộm màu eno từ nƣớc ép quả nho đỏ và quả cơm cháy, trong
môi trƣờng axit tạo ra màu đỏ, còn trong môi trƣờng trung tính và
kiềm tạo ra màu xanh.
Carnin E120 đƣợc chiết suất từ một loại côn trùng đặc biệt có tên gọi là
Coccus Sactic sống trên cây xƣơng rồng mọc nhiều ở Nam Mỹ và châu
Phi, E120 sử dụng rất tốt cho các sản phẩm sữa và thịt, nồng độ tốt nhất
Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của các anthocyanin
[12]
Sự acyl hóa cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đƣờng hay ester hóa ở
nhóm hydroxy C-6. Các nhóm acyl hóa chính là các phenolic acid nhƣ ρ-coumeric,
caffeic, ferulic hay sinapic acid và một loạt các acid nhƣ acetic, malic, malonic,
axalic và succinic.
- 13 -
Hiện nay từ thực vật đã phân lập đƣợc khoảng 539 anthocyanin khác nhau
(Andersen, 2005). Chúng khác nhau do sự khác nhau về các nhóm chức R1 đến R7
có trong phân tử. Các nhóm chức này có thể là nguyên tử hydro (-H), nhóm
hydroxyl (-OH), metoxy (-OCH3) hay là các phân tử đƣờng khác nhau gắn với
khung aglycon bởi liên kết glycosit. Tuy nhiên, chỉ có 6 loại anthocyanidin thƣờng
tìm thấy trong thực vật là cyanidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidin và
petunidin. Các glycosid của 3 loại anthocyanidin không bị metyl hóa (gồm
cyanidin, delphinidin và pelargonidin) là phổ biến nhất trong tự nhiên, chúng chiếm
80% sắc tố có trong lá, 69% sắc tố trong quả và 50% sắc tố trong hoa.
Bảng 1.5. Các nhóm chính trong các anthocyanidin
[16]
Anthocyanidin
R
1
R
2
-H
-OH
-OH
-OH
-OH
Cam
Capensinidin
-OCH
3
-OH
-OCH
3
-OH
-OCH
3
-H
-OH
Đỏ hơi xanh
Cyanidin
-OH
-OH
-H
-OH
-OH
-H
-OH
-OCH
3
-OH
-OH
-H
-OCH
3
Đỏ hơi xanh
Luteolinidin
-OH
-OH
-H
-H
-OH
-H
-OH
Cam
Pelargonidin
-H
-OH
-H
-OH
-OH
-H
-OH
-OH
-OCH
3
-H
-OH
Đỏ hơi xanh
Rosinidin
-OCH
3
-OH
-H
-OH
-OH
-H
-OCH
3
ĐỏTriacetidin
-OH
-OH
-OH
-H
-OH
Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá
phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực. Anthocyanin hòa tan tốt trong nƣớc
và trong dịch bão hòa. Khi kết hợp với đƣờng là cho phân tử anthocyanin hòa tan
hơn.
Màu sắc anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều
yếu tố khác,… Khi tăng số lƣợng nhóm OH trong vòng benzene thì màu càng xanh
đậm. Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzene càng cao thì màu càng đỏ.
Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đƣờng thì màu sắc cũng sẽ thay
đổi theo số lƣợng các gốc đƣờng đƣợc đính vào nhiều hay ít.
Một số thông số vật lý của anthocyanin
[1], [8]
Bƣớc sóng hấp thụ: λ = 520-617 nm.
Trọng lƣợng phân tử (molecular weight): 433,39 (g.mol
-1
).
Hệ số hấp thụ phân tử: ε = 15600
(L.mol
-1
.cm
-1
)
1.3.4.1. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc
Do phân tử có 8 nối đôi liên hợp nên các anthocyanin có khả năng hấp
thụ trong vùng khả kiến. Các anthocyanin có cấu trúc đơn giản thƣờng hấp thụ cực
đại trong vùng bƣớc sóng từ 500 540 nm, t
ạo
ra
1982; Mazza & Brouillard, 1990).
a) Ảnh hưởng của cấu trúc phân tử
Một số anthocyanin bền hơn các anthocyanin khác. Nói chung, việc tăng
số nhóm –OH trong phân tử làm giảm độ bền của nó, trong khi đó việc tăng số
nhóm – CH
3
làm tăng độ bền của phân
tử
(Brouillard,
1982). Màu sắc của các
thực phẩm chứa chất màu anthocyanin có bộ
khung
pelargonidin, cyanidin hay
delphinidin thƣờng kém bền hơn màu của các thực phẩm chứa khung petunidi,
malvidin. Ngoài ra, các anthocyanin chứa đƣờng galactose thƣờng bền hơn
khi chứa đƣờng arabinose. Gần đây, một số nghiên cứu còn cho thấy các
anthocyanin chứa các nhóm thế acyl hóa thƣờng bền trong quá trình chế biến và
bảo
quản
hơn
so với các chất màu tự nhiên khác. Sự bền hóa này là do sự giảm
khả năng tham gia phản ứng của phân tử anthocyanin với các phân tử nƣớc (tác
nhân nucleophile). Màu sắc của anthocyanin sẽ đƣợc ổn định hoàn toàn nếu các
Copyright: Tài liệu đại học ©