Khóa luận Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen và ứng dụng trong chế biến kẹo dẻo (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen và ứng dụng trong chế biến kẹo dẻo (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY TRÌNH TRÍCH LY ANTHOCYANIN TỪ HẠT ĐẬU ĐEN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN KẸO DẺO GVHD: ThS. ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG ThS. PHAN THỊ ANH ĐÀO SVTH: TRẦN THỊ TRÚC GIANG MSSV: 11116020 S K L 0 0 4 0 7 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ KHÓA LUẬN: 2015 – 11116020 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY TRÌNH TRÍCH LY ANTHOCYANIN TỪ HẠT ĐẬU ĐEN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN KẸO DẺO GVHD: Ths. ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG Ths. PHAN THỊ ANH ĐÀO SVTH: TRẦN THỊ TRÚC GIANG MSSV: 11116020 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 7/2015 i
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Thị Trúc Giang Ngành: Công nghệ thực phẩm 1. Tên khóa luận: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen và ứng dụng trong chế biến kẹo dẻo. 2. Nhiệm vụ của khóa luận: - Tổng quan tài liệu về đậu đen và anthocyanin - Xác định một số chỉ tiêu hóa lý của hạt đậu đen - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen: hệ dung môi, tỷ lệ dung môi, thời gian - Xác định hàm lượng anthocyanin trong hạt đậu đen và hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc và độ bền màu của anthocyanin: pH, nhiệt độ, thời gian, điều kiện bảo quản - Ứng dụng anthocyanin làm phẩm màu trong chế biến kẹo dẻo - Đánh giá cảm quan sản phẩm kẹo dẻo và khảo sát độ bền màu của sản phẩm kẹo dẻo theo thời gian bảo quản. 3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: / /2015 4. Ngày hoàn thành khóa luận: / /2015 5. Họ tên người hướng dẫn 1: Ths. Đặng Thị Ngọc Dung Phần hướng dẫn: toàn bộ khóa luận 6. Họ tên người hướng dẫn 2: Ths. Phan Thị Anh Đào Phần hướng dẫn: trích ly và khảo sát anthocyanin ii
4. Nội dung và phần yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi Trưởng Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Trưởng Bộ Môn Người hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) iii
5. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến: Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM. Các Thầy Cô trong khoa Công nghệ Hoá học và Thực phẩm – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã dạy dỗ em trong suốt bốn năm và tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài này. Cô Đặng Thị Ngọc Dung và Cô Phan Thị Anh Đào – Giáo viên hướng dẫn đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho em nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện, do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô. iv
6. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định. Ngày tháng năm 2015 Ký tên v
7. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Tổng quan về cây đậu đen 1 1.1.1. Đặc điểm thực vật học 1 1.1.2. Phân bố và sinh thái 1 1.1.3. Thành phần hóa học của hạt đậu đen 2 1.2. Tổng quan về hợp chất màu anthocyanin 3 1.2.1. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin 3 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc của anthocyanin 4 1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoái hóa anthocyanin 6 1.2.4. Chức năng và hoạt tính sinh học của anthocyanin 9 1.3. Một số phương pháp xác định anthocyanin 10 1.4. Tình hình nghiên cứu về chất màu anthocyanin 11 1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước về chất màu anthocyanin 11 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về anthocyanin 13 1.5. Định hướng nghiên cứu 14 2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị nghiên cứu 15 2.1.1. Nguyên liệu nghiên cứu 15 2.1.2. Hóa chất 15 2.1.3. Thiết bị 15 2.2. Phương pháp nghiên cứu 15 2.2.1. Sơ đồ nghiên cứu 15 2.2.2. Nội dung nghiên cứu 16 2.2.3. Các phương pháp phân tích dùng trong nghiên cứu 25 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31 3.1. Một số chỉ tiêu hóa lý của hạt đậu đen 31 3.1.1. Kết quả xác định một số chỉ tiêu của hạt đậu đen 31 3.1.2. Kết quả xác định bước sóng hấp thụ cực đại 31 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen 32 vi
8. 3.2.1. Ảnh hưởng của hệ dung môi đến hàm lượng anthocyanin trích ly từ hạt đậu đen 32 3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (ethanol – nước) đến khả năng trích ly anthocyanin 33 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng trích ly anthocyanin 35 3.3. Xác định hàm lượng anthocyanin trích từ hạt đậu đen và hoạt tính chống oxy hóa của chúng 36 3.3.1. Hàm lượng anthocyanin trích ly từ hạt đậu đen 36 3.3.2. Hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin trích ly từ hạt đậu đen 37 3.4. Một số đặc tính của chất màu anthocyanin chiết từ hạt đậu đen 38 3.4.1. Ảnh hưởng của pH đến màu sắc của anthocyanin 38 3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến độ bền màu anthocyanin 41 3.4.3. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền màu màu anthocyanin 44 3.5. Ứng dụng bổ sung chất màu anthocyanin vào trong chế biến kẹo dẻo 47 3.5.1. Sản phẩm kẹo dẻo màu anthocyanin 47 3.5.2. Đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm kẹo dẻo màu anthocyanin 48 3.5.3. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến độ màu của sản phẩm 49 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 4.1. Kết luận 51 4.2. Kiến nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 vii
9. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Ảnh minh họa cây và hạt đậu đen 1 Hình 1.2. Phân loại cấu trúc của các dạng anthocyanin thường gặp 3 Hình 1.3. Cấu trúc và màu anthocyanin phụ thuộc vào pH 5 Hình 1.4. Các dạng phân tử của anthocyanin. (A) Flavylium cation; (B) carbinol pseudobase; (C) quinoidal base; (D) chalcone 5 Hình 1.5. Cơ chế của sự thoái hóa màu anthocyanin bởi phenoloxidase 7 Hình 1.6. Sự khử màu bisulfite của anthocyanin 9 Hình 1.7. Đặc tính quang phổ của anthocyanin củ cải tinh khiết (acylated pelargonidin – 3 – sophoroside – 5 – glucoside derivatives) trong dung dịch đệm pH = 1 và pH = 4.5 11 Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu 16 Hình 2.2. Quy trình trích ly anthocyanin 17 Hình 2.3. Quy trình sản xuất kẹo dẻo tạo màu từ anthocyanin 22 Hình 2.4. Phản ứng trung hòa gốc DPPH 26 Hình 2.5. Quy trình khảo sát hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH 27 Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của hệ dung môi đến hàm lượng anthocyanin 32 Hình 3.2. Biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi (ethanol – nước) đến hàm lượng anthocyanin 34 Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hàm lượng anthocyanin 35 Hình 3.4. Ảnh hưởng của giá trị pH khác nhau đến màu sắc của anthocyanin 38 Hình 3.5. Biểu đồ ảnh hưởng của pH đến bước sóng hấp thụ cực đại λmax 39 viii
10. Hình 3.6. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ (A) và giá trị DI (B) 40 Hình 3.7. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến % màu còn lại (A) và giá trị DI (B) 43 Hình 3.8. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản khác nhau đến % màu còn lại (A) và giá trị DI (B) 46 Hình 3.9. Sản phẩm kẹo dẻo màu anthocyanin 47 Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện điểm thị hiếu trung bình (1 = cực kì ghét, 5 = không thích cũng không ghét, 9 = cực kì thích) đối với sản phẩm kẹo dẻo màu anthocyanin được đánh giá bởi người tiêu dùng (n = 30) 48 ix
11. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của hạt đậu đen 2 Bảng 2.1. Bảng thành phần nguyên liệu chế biến kẹo dẻo màu anthocyanin 23 Bảng 2.2. Bảng tiêu chí đánh giá cảm quan thị hiếu 24 Bảng 2.3. Bảng công thức pha đệm citrate – phosphate có giá trị pH từ 2.6÷7 30 Bảng 3.1. Bảng kết quả xác định một số chỉ tiêu của nguyên liệu hạt đậu đen 31 Bảng 3.2. Kết quả hàm lượng anthocyanin trích ly trong các hệ dung môi khác nhau (mean ± SD, n = 3) 32 Bảng 3.3. Kết quả hàm lượng anthocyanin theo tỷ lệ dung môi (mean ± SD, n = 3) 34 Bảng 3.4. Kết quả hàm lượng anthocyanin theo thời gian trích ly (mean ± SD, n = 3) . 35 Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng anthocyanin trích ly từ hạt đậu đen 36 Bảng 3.6. Hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH của anthocyanin và acid galic (mean ± SD, n = 3) 37 Bảng 3.7. Bảng kết quả λmax mới, độ hấp thụ ở bước sóng 520nm và DI theo giá trị pH (mean ± SD, n = 3) 39 Bảng 3.8. Bảng kết quả % màu còn lại và giá trị DI ở các nhiệt độ gia nhiệt khác nhau (mean ± SD, n = 3) 42 Bảng 3.9. Bảng kết quả % màu còn lại và giá trị DI ở các điều kiện bảo quản khác nhau (mean ± SD, n = 3) 45 Bảng 3.10. Bảng kết quả giá trị L*, H, C* của mẫu kẹo dẻo theo thời gian bảo quản (mean ± SD, n = 3) 49 x
12. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT λmax : Bước sóng hấp thụ cực đại A : Absorbance (độ hấp thụ) C* : Chroma (sắc độ hay độ bão hòa) DM : Dry matter (chất khô) DF : Dilution factor (nhân tố pha loãng) DPPH : 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl DI : Degradation index (chỉ số thoái hóa) H : Hue angle (gốc màu) HPLC : High – performance liquid chromatography (sắc ký lỏng hiệu năng cao) L* : Lightness (độ sáng nhất) MW : Molecular weight (khối lượng phân tử) MS : Mass spectrometry (phổ khối lượng) NMR : Nuclear magnetic resonance (cộng hưởng từ hạt nhân) IC50 : 50% Inhibitory Capacity Value (nồng độ ức chế 50% DPPH) I% : Phần trăm ức chế SD : Standard deviation (độ lệch chuẩn) UV : Ultraviolet (tử ngoại) UV-Vis :Ultraviolet - visible (tử ngoại – khả kiến) xi
13. TÓM TẮT KHÓA LUẬN Trong bài khóa luận này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen (hệ dung môi, tỷ lệ dung môi, thời gian), một số đặc tính của chúng và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Kết quả nghiên cứu cho thấy, bằng phương pháp pH vi sai, đã xác định được ở điều kiện trích ly với hệ dung môi là ethanol – nước tỉ lệ 1:1 bổ sung 1% HCl, thời gian chiết là 80 phút cho khả năng trích ly anthocyanin tốt nhất. Đã xác định được hàm lượng anthocyanin trong hạt đậu đen ở điều kiện trên trong phòng thí nghiệm là 104.28mg/100g, hoạt tính chống oxy hóa khá mạnh với giá trị IC50 là 34.06µg/ml. Đồng thời, khảo sát được sự thay đổi màu sắc và độ bền màu của anthocyanin theo pH, nhiệt độ và điều kiện bảo quản. Kết quả cho thấy màu anthocyanin chuyển từ màu đỏ sang xanh khi môi trường pH thay đổi từ acid sang bazơ, tốc độ thoái hóa màu anthocyanin tăng theo nhiệt độ và đặc biệt khi có sự hiện diện của ánh sáng. Từ kết quả nghiên cứu, bước đầu ứng dụng chất màu anthocyanin chiết từ hạt đậu đen vào trong chế biến kẹo dẻo như một chất màu tự nhiên, đã đánh giá được mức độ ưa thích của người tiêu dùng đối với sản phẩm. Ngoài ra, đã khảo sát được độ bền màu của sản phẩm kẹo theo thời gian, kết quả khảo sát cho thấy màu của sản phẩm kém bền và không giữ được màu sắc như ban đầu sau 30 ngày bảo quản. xii
14. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Anthocyanin là hợp chất màu thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid, có màu từ đỏ đến tím, có nhiều trong rau quả như bắp cải tím, trà đỏ, quả dâu tầm, vỏ nho, khoai lang tím, đậu đen, dâu tây đỏ .Anthocyanin là thành phần chính trong việc tạo ra màu sắc đẹp cho các loại hoa quả trong thiên nhiên mà các loại hợp chất màu tổng hợp không thể thay thế được. Đặc biệt anthocyanin có liên quan đến một loạt các hoạt tính sinh học bao gồm khả năng chống oxy hóa (Tsuda, Horio, & Osawa, 2003; Wang, Cao, & Prior, 1997), kháng viêm (Wang & Mazza, 2002; Youdim, McDonald, Kalt, & Joseph, 2002), chống ung thư (Bomser, Madhavi, Singletetary, & Smith,1996; Hou, 2003), ức chế α – glucosidase (Matsui et al.,2001). Ngoài ra, anthocyanin còn có khả năng giảm nguy cơ bệnh tim mạch vành (Colantuoni, Bertuglia, Magistetti, & Donato, 1991), ức chế sự kết tụ tiểu cầu (Morazzoni & Magistretti, 1990) hoặc bảo vệ nội mạc (Youdim et al., 2002). Hạt đậu đen chứa một lượng lớn hợp chất màu chống oxy hóa anthocyanin. Các anthocyanin này rất tốt đối với sức khỏe con người. Do vậy, đây là một thành phần quan trọng cần được nghiên cứu ứng dụng trong thực phẩm. Bên cạnh đó, hiện nay việc sử dụng chất màu tổng hợp không an toàn trong thực phẩm một cách tràn lan, không kiểm soát ở nước ta gây tâm lý hoang man, không tin tưởng của người tiêu dùng và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, đang là vấn đề được quan tâm hàng đầu trong vệ sinh an toàn thực phẩm. Do đó, việc nghiên cứu các điều kiện chiết tách, xác định thành phần chất màu anthocyanin có nguồn gốc tự nhiên, đặc tính của chúng và các ứng dụng chất màu trong công nghệ thực phẩm là một vấn đề cần được quan tâm và cấp thiết. Vì lý do trên chúng tôi chọn đề tài khóa luận tốt nghiệp “ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen và ứng dụng trong chế biến kẹo dẻo”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly hợp chất màu anthocyanin chiết từ đậu đen, khảo sát một số đặc tính của anthocyanin và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. xiii
15. 3. Đối tượng nghiên cứu Hạt đậu đen (Vinga unguiculata (L.) Walp. ssp. Cylindrica (L.)) 4. Nội dung nghiên cứu - Khảo sát một số chỉ tiêu hóa lý của nguyên liệu như độ ẩm, độ tro, hàm lượng protein, carbohydrate - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng anthocyanin chiết từ đậu đen như hệ dung môi, tỷ lệ dung môi, thời gian chiết - Xác định hàm lượng anthocyanin trong hạt đậu đen ở quy mô phòng thí nghiệm và xác định hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin thu được từ đậu đen như pH, nhiệt độ, thời gian, điều kiện bảo quản - Ứng dụng hợp chất màu anthocyanin chiết từ đậu đen trong chế biến kẹo dẻo. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn  Ý nghĩa khoa học Xác định hàm lượng chất màu và khảo sát một số đặc tính của anthocyanin chiết từ hạt đậu đen.  Ý nghĩa thực tiễn Xác định điều kiện chiết tách anthocyanin từ đậu đen với qui mô phòng thí nghiệm. Ứng dụng chất màu anthocyanin chiết từ đậu đen trong chế biến kẹo dẻo. 6. Bố cục của đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục trong luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận xiv
16. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về cây đậu đen 1.1.1. Đặc điểm thực vật học Cây đậu đen có tên khoa học là Vinga unguiculata (L.) Walp. ssp. Cylindrica (L.), thuộc họ cánh bướm (Fabaceae). Ngoài ra, nó còn có tên gọi khác là Vigna cylindrica Skeels, Vigna catjang, cũng có thể gọi tắt là Vigna. Trong dân gian cây đậu đen còn được gọi là đỗ đen, ô đậu, hắc đại đậu, hương xị. Cây đậu đen có mô tả thực vật như sau: là loại cỏ mọc nằm ngang, toàn thân không có lông. Lá kép gồm 3 lá chét mọc so le, có lá kèm nhỏ, lá chét ở giữa to và dài hơn lá chét hai bên. Hoa màu tím nhạt. Quả giáp dài, tròn, trong chứa từ 7÷10 hạt màu đen. Hạt có vỏ màu đen, nhân hạt trắng hoặc xanh lòng (Đỗ Tất Lợi, 2004). Hình 1.1. Ảnh minh họa cây và hạt đậu đen 1.1.2. Phân bố và sinh thái Cây đậu đen có nguồn gốc ở châu Phi, sau đó lan sang Trung Á, Ấn Độ và nhiều khu vực khác của châu Á. Hiện nay, cây đậu đen được trồng khắp các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới ở châu Á, châu Phi và nam Mỹ. Ở Việt Nam, nó được trồng nhiều ở miền Bắc, thu hoạch vào tháng 5÷6 (Đỗ Tất Lợi, 2004). 1
17. 1.1.3. Thành phần hóa học của hạt đậu đen Trong vỏ hạt đậu đen còn có chứa một lướng lớn chất màu anthocyanin có khả năng chống oxy hóa (Đỗ Tất Lợi, 2004) và trong hạt đậu đen thô có chứa protein, chất béo, tro, nitrogen (bảng 1.1) Bảng 1.1. Thành phần hóa học của hạt đậu đen (Thangadurai, 2005) Thành phần g/100 g bột hạt thô Độ ẩm 5.7 ± 0.9 Protein 29.2 ± 1.3 Chất béo 9.8 ± 1.8 Chất xơ 4.9 ± 0.5 Tro 3.6 ± 2.1 Nitrogen tự do 52.5 Năng lượng ( kJ/100g chất khô) 1737 Hàm lượng protein có trong hạt đậu đen cao hơn so với các cây họ đậu khác như Cajanus cajan, Cicer arietinum, và Vigna umbellata. Giá trị năng lượng được đánh giá dựa trên cơ sở protein thô, chất béo thô và NFE (nitrogen free extractives) là 1737 kJ. Thành phần protein của hạt đậu đen gồm có albumin, globulin, prolamine, glutelin. Trong đó, albumin và globulin là hai thành phần chủ yếu của protein có trong hạt chiếm lần lượt 45% và 39% (Thangadurai, 2005). Các acid amin thiết yếu được tìm thấy trong hạt đậu đen bao gồm glutamate, aspartate, serine, threonine, proline, alanine, glycine, valine, cystine, methionine, leucine, isoleucine, tyrosine, phenylalanine, lysine, tryptophan, arginine (Thangadurai, 2005). Các acid béo chủ yếu trong hạt đậu đen bao gồm acid linoleic, palmitic, oleic và stearic chiếm lần lượt 35%, 24%, 16% và 14%. Các acid béo không bão hòa chiếm hơn 60% chất béo. Hạt đậu đen là nguồn phong phú chứa các chất khoáng như kali, photpho, kẽm và sắt. Ngoài ra, trong đậu đen còn có một lượng caroten, các loại vitamin như PP, B, C. 2
18. Mặc dù, hạt đậu đen có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng cần thiết cho con người nhưng việc sử dụng hạt đậu đen vẫn còn có một số hạn chế do trong hạt đậu đen có chứa các chất ức chế dinh dưỡng như L – DOPA, hydrogen cyanide, phytic acid (Thangadurai, 2005). 1.2. Tổng quan về hợp chất màu anthocyanin 1.2.1. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin Hình 1.2: Phân loại cấu trúc của các dạng anthocyanindin thường gặp (Guo & Xia, 2013) Anthocyanin thuộc nhóm flavonoid, là dẫn xuất polyhydroxyl và polymethoxyl của 2 – phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium, có bộ khung đặc trưng C6 – C3 – C6 chứa hai vòng benzoyl (A và B) được cách nhau bởi dị vòng (C) (hình 1.2). Trọng lượng phân tử của hầu hết anthocyanin trong khoảng 400 đến 1200 Da, phổ hấp thu của các anthocyanin nằm trong vùng UV – Vis: 465÷550nm và UV: 270÷280nm (Prior & Wu, 2006). Hiện nay, hơn 600 anthocyanin đã được định danh và xác định cấu trúc. Trong đó, chỉ có 6 loại anthocyanidin phổ biến được phân loại theo số lượng và vị trí của nhóm hydroxyl và được đặt tên như sau: cyanidin (50%), pelargonidin (12%), peonidin (12%), delphinidin (12%), petunidin (7%) và malvidin (7%) (hình 1.2) (Kong, Chia, Goh, Chia, & Brouillard, 2003). Nhóm mang màu của liên kết đôi liên hợp mang điện tích dương nằm trên dị vòng oxy là nguyên nhân của màu đỏ - cam đến xanh - tím được tạo bởi khi anthocyanin trong môi trường acid (Clifford & Scalbert, 2000). Các anthocyanin khác nhau có số lượng và vị trí của nhóm hydroxyl và methoxyl khác nhau dựa trên cơ sở bộ khung anthocyanidin. Ví dụ, tăng số nhóm hydroxyl hóa dẫn đến kết quả là chuyển sang bước sóng dài hơn làm thay đổi từ màu đỏ sang tím, bao gồm pelargonidin, cyanidin và delphinidin (Guo & Xia, 2013). 3
19. Các gốc đường như là glucose, rhamnose, galactose, xylose hoặc arabinose như 3 – glycoside hoặc 3, 5 – diglycoside thường được gắn với bộ khung. Các gốc đường này có thể là một đơn vị mono – hoặc disaccharide, mà có thể được acyl hóa với phenolic hoặc acid béo. Các đơn vị glycosidic liên kết với anthocyanidin bởi liên kết α- hoặc β - , với gốc đường được liên kết tại vị trí 3 trên vòng C hoặc vị trí 5, 7 trên vòng A. Các liên kết thường xuất hiện ở vị trí 3’-, 4’-, và 5’- của vòng B. Glycosyl hóa cũng có thể được tìm thấy, nhưng rất hiếm. Saccharide còn lại có thể được acyl hóa bởi phenolic hoặc acid béo. Hầu hết các tác nhân acyl hóa thông thường là các acid cinnamic, caffeic, ferulic, sinapic, acetic, malic, malonic, oxalic và succunic, được tìm thấy trong các acid béo. Như vậy, anthocyanin là hợp chất của anthocyanidin và đường, và có thể liên kết với các acid hữu cơ trong trường hợp anthocyanin bị acyl hóa (Prior & Wu, 2006). 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc của anthocyanin Màu sắc của anthocyanin phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, bao gồm các yếu tố sau: ♦ Mức độ hydroxyl hóa và methoxyl hóa Màu anthocyanin chuyển từ màu hồng sang xanh khi số lượng phenolic hydroxyl tăng và ngược lại chuyển từ xanh sang hồng khi các nhóm nhóm hydroxyl bị thay thế bởi nhóm methoxyl. Hydroxyl ở vị trí 3 làm thay đổi độ hấp thụ cực đại từ vùng màu vàng- cam sang đỏ. Tuy nhiên, các hydroxyl bị mất ổn định, và sự ổn định có thể được khôi phục lại nhờ sự glycosyl hóa của các hydroxyl. Sự glycosyl hóa và acyl hóa có thể ảnh hưởng đến màu của các sắc tố ở cùng mức độ (Markakis & Jurd, 2009). ♦ pH Anthocyanin như là một chất chỉ thị pH, có màu hơi đỏ ở pH thấp hơn 3 khi đó dạng cation chiếm ưu thế; khi pH được nâng lên, màu đỏ mất dần và không màu ở pH khoảng 4÷5; khi tiếp tục nâng cao pH thì có sự hiện diện của các anion và anthocyanin có màu tím và xanh (hình 1.3). 4
20. Đỏ, cation, ở pH thấp Không màu ở điểm Xanh, anion, ở pH cao đẳng điện Hình 1.3: Cấu trúc và màu của anthocyanin phụ thuộc vào pH ( R = glycosyl) (Markakis & Jurd, 2009) Các anthocyanin trong dung dịch dạng nước tồn tại ở 4 dạng chính: flavylium cation, quinoidal base, hemaiacetal base (carbinol pseudo-base) và chalcone. Trong dung dịch pH = 1÷3 thì dạng flavylium cation chiếm ưu thế và có màu đỏ. Khi pH tăng kèm theo mất proton flavylium cation và tạo thành dạng quinoidal base có màu xanh, sự hydrat hóa các flavylium cation được tích lũy và hình thành dạng carbinol pseudobase không màu. Các dạng này sẽ tự động mở vòng C để tạo thành dạng chalone có màu vàng (Guo & Xia, 2013) (hình 1.4). Hình 1.4: Các dạng phân tử của anthocyanin. (A) Flavylium cation; (B) carbinol pseudo- base; (C) quinoidal base; (D) chalcone (Guo & Xia, 2013) 5
21. ♦ Sự đồng sắc tố - sự tạo phức kim loại Anthocyanin có khả năng tạo phức yếu với một số hợp chất như gallotaninnin, flavonoid khác và các polysaccharide, nó cũng có thể tạo phức kim loại với muối kim loại (metalloanthocyanin). Các dạng phức này thường dẫn đến kết quả là làm thay đổi bước sóng hấp thụ ở bước sóng dài hơn (Markakis & Jurd, 2009). Bên cạnh đó, màu sắc của anthocyanin còn phụ thuộc vào hàm lượng anthocyanin, sự hiện diện của các flavonoid khác và dung môi (Markakis & Jurd, 2009). 1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoái hóa anthocyanin Màu của các anthocyanin thì không ổn định. Chúng có thể bị thoái hóa trong khi còn trong mô tươi hoặc trong quá trình chế biến và bảo quản (Markakis & Jurd, 2009). Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thoái hóa của anthocyanin trong thực phẩm gồm có: ♦ Cấu trúc phân tử Các anthocyanin khác nhau sẽ có độ bền màu khác nhau (ví dụ, pelargonidin, cyanidin, delphinidin thường kém bền hơn petunidin, malvidin). Số nhóm –OH trong phân tử tăng sẽ làm giảm độ bền màu và ngược lại khi số nhóm –CH3 trong phân tử tăng (Brouillard, 1982). Các anthocyanin chứa gốc đường arabinose kém bền hơn anthocyanin chứa đường galactose. Các anthocyanin chứa các nhóm thế acyl hóa thường bền hơn so với các chất màu tự nhiên khác. Các anthocyanin mang các acid thơm ở vòng-B thì màu sắc của anthocyanin ổn định hơn khi mang các acid mạch hở (Giusti & Wrolstad, 2003). ♦ Enzyme Các enzyme glycosidases, polyphenoloxiadases, peroxidases có liên quan đến sự phân hủy của anthocyanin (Francis & Markakis, 2009). Nấm glycosidase (anthocyanases) có thể thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin và tạo anthocyanidin không ổn định và phai màu một cách tự nhiên (Huang, 1955). Các hợp chất polyphenolic có trong anthocyanin bị ảnh hưởng bởi các hoạt động của phenoloxidase (hình 1.6). Proxidase là một enzyme làm phai màu anthocyanin, anthocyanin hoạt động như chất cho hydrogen để tạo hợp chất peroxide peroxidase-hydrogen (Markakis, 1963). 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4