bài giảng công nghệ chất màu tự nhiên phần4 độ bền chất màu

CHẤT MÀU TỰ NHIÊN
Phần4: Độ bềnchấtmàu
TS. Lê Thị Hồng Nhan
1
Tổng quát
Chất màu: phân tử hấp thu trong vùng năng lượng
ánh sáng nhìn thấy do các yếutố:
y Hệ thống nối đôi liên hợp
y Cho-nhận điệntử
y Tác động của tetrapyrrole
y Sự oxy hóa
2
Mộtsố yếutốảnh hưởng
Cấu trúc phân tử
pH
Nhiệt độ
Ánh sáng Oxy
Enzyme
Đường và các sản
phẩm biến tính
Ion kim loại
Sulphur dioxide
Copigment
3
Cấu trúc phân tử
y Nối đôi liên hợp ảnh hưởng đếnkhả
năng tạomàu
y Nối đôi không liên hợp không bềnnhư
hệ thống nối đôi liên hợp
y => sự cân bằng tạo độ bền
y hệ carotenoid là điểnhìnhcủacấu

trúc nối đôi liên hợp
4
R
1
R
2
Perlagonidin H H
Cyanidin OH H
Peonidin OCH
3
H
Delphinidin OH OH
Petunidin OCH
3
OH
Malvidin OCH
3
OCH
3
Cấu trúc phân tử
5
Cấu trúc phân tử
y Độ bền màu của anthocyanin: tác động của sự có
mặt các nhóm hydroxyl, methoxyl, glycosyl và nhất
là nhóm acyl trong cấu trúc.
VD: maldivin glycoside, một loại anthocyanin chính
trong quả nho, là một trong số các chất có độ bền
màu cao nhất do trong phân tử có hai nhóm
methoxyl.
y Anthocyanin được acyl hoá bền hơn với sự thuỷ

phân so với khi chưa được acyl hoá, nhờ đó chúng
có độ bền màu cao trong điều kiện pH của các sản
phẩm thực phẩm.
y Sự acyl hoá bởi các acid hữu cơ mạch vòng cũng
làm cho anthocyanin bền hơn, trừ một vài trường
hợp đặc biệt
6
Tác động củapH
y Chất màu tan trong nướcdễ bịảnh hưởng màu
bởipH của dung dịch nước
y Chất màu không tan trong nước, không có các
nhóm ion hóa, ít khi bịảnh hưởng bởipH
y Anthocyanin là một trong những họảnh hưởng
mạnh bởipH
7
Tác động củapH
y Độ bền màu của anthocyanin phụ thuộc vào sự thay đổi
cấu trúc giữa các dạng cation flavylium, quinonoidal
base, carbinol pseudobase và chalcone tại các giá trị pH
khác nhau.
◦ - Đỏ ở pH thấp
◦ - Đỏ xanh ở pH trung gian
◦ - Không màu ở pH cao
y Tại giá trị pH thấp, anthocyanin tồn tại chủ yếu ở dạng
cation flavylium là cấu trúc bền nhất.
y Khi pH tăng, anthocyanin chuyển sang dạng quinonoidal
base màu xanh dương hoặc dạng carbinol pseudobase
không màu.
8
Tác động củapH

9
Tác động củapH
Phổ UV-VIS của anthocyanin trong môi trường pH 1.0 và
pH 4.5
10
Tác động củapH
y Trong môi trường acid hoặc trung tính, anthocyanin có
4 cấu trúc cùng tồntại: cation flavylium AH
+
, base
quinon A, Carbinol pseudo base B (hemicetal) và
chalcon
y Ở pH < 3, anthocyanin tồntạichủ yếu ở dạng flavylium
(AH
+
) nên dung dịch có màu đỏ.
y Ở giá trị pH sinh lý (pH 7.3 – 7.4), anthocyanin thường
tồntại ở dạng hemiacetal (B), cân bằng vớimộtlượng
nhỏ hai đồng phân củadạng chalcone (C
E
và C
Z
). Dung
dịch anthocyanin không màu khi tồntại ở hai dạng này
y Dạng quinon thường tồntạinhư là mộthỗnhợpvìpK
a
của các nhóm hydroxyl ở vị trí 4’, 7, 5 (nếucó) làtương
tự như nhau.
11
Cấu trúc chuyển hoá của anthocyanin trong nước

12
Nhiệt độ
y Độ bềncủa anthocyanin và tốc độ phân huỷ của
chúng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
y Số lượng và cấutrúccủa các glycosyl ảnh hưởng
đếntốc độ và cơ chế củasự phân huỷ nhiệtcủa
anthocyanin.
y Khi bị phân huỷ, các anthocyanin đềuchuyểnvề
sảnphẩm trung gian dạng chalcon, sau đótiếptục
phân huỷ thành carboxylic acid tương ứng với
vòng B và carboxy-aldehyde tương ứng với vòng A
trong cấutrúccủa anthocyanin.
VD: khi phân huỷ, malvin 3,5-diglucoside tạo thành
syringic acid, 2,4,6-trihydroxylbenzaldehyde và
phloroglucinol
13
Nhiệt độ
y Anthocyanin bị phân huỷ nhiệt đồng thờicósự tạo
thành các dạng polymer có màu nâu
VD: khi được gia nhiệt đến90
o
C, màu của
anthocyanin chuyểndầntừđỏsang đỏ nhạt, không
màu, vàng và cuối cùng là màu nâu.
y Tạicácđiềukiện nhiệt độ khác nhau, sự phân hủy
bịảnh hưởng bởicấutrúcvàpH
VD: độ bềncủachiếtxuấtcủabắpcải đỏ >
blackcurrant>vỏ nho>elderberry khi khảosátsuốt
6h ở 80
oC.

Tốc độ biến đổicủa anthocyanin củamẫu trong môi
trường dung dịch carbonate gấp đôi trong pH 3
14
Nhiệt độ
y Anthocyanin dễ dàng bị phân huỷ bởinhiệt trong
suốt quá trình chế biếnvàtồntrữ thựcphẩm.
y Sự tăng theo hàm số logarith củasự phân huỷ
anthocyanin ứng vớisự tăng đạisố của nhiệt độ.
Thí dụ, trong quá trình chế biến dâu tại100
o
C trong
1h phá huỷ 50% anthocyanin (tại 100
o
C, t
1/2
= 1h).
Trong suốt quá trình tồntrữở 38
o
C, thời gian bán
huỷ của anthocyanin là 10 ngày, ở 20
o
C là 54 ngày,
và khi làm lạnh tốtthời gian bán huỷ của
anthocyanin là 11 tháng
15
Nhiệt độ
y Dướitácđộng nhiệt, betanin bị isomer hóa thành
isobetanin => củ cải đường mất màu trong quá
trình chế biến nhiệt
y Sự biến đổi màu còn do sự thủy phân tạoraamine

của cyclodopa–5–0–glycoside và aldehyde của
betamic acid.
16
Nhiệt độ
17
Nhiệt độ
y Melanin có thểđược hình thành bởiphản ứng nâu
hóa do enzyme hay do ngưng tụ các polyphenol
y Mức độ tác động nhiệt trong quá trình caramel hóa
ảnh hưởng đếnmàusắc hình thành là do độ bền
nhiệt
18
Nhiệt độ
y Sự biến đổi màu xanh của rau khi tác động nhiệt độ:
chlorophyll chuyển thành pheophytin và pheophorbin
y Chlorophyll mất ion Mg ở trung tâm => pheophytin
y Pheophytin mất phytol=> Pheophorbin
y Sự tồntạicủa pheophytin làm màu xanh sậmhơn, tối
hơn
y Điềukiệnnấulâuvàmôitrường acid khi nấutạo nên
sự xuấthiện pheophytin nhiềuhơn
19
Nhiệt độ
y Myoglobin (iron tetrapyrroles) cấutrúctương tự
chlorophyll như vì ion sắt và các oxy liên kết nên
có màu đỏ
y Màu sắccủaprotein biến đổi nhiệt do sự biến đổi
của myoglobin
y Thịtsống: Ion sắt ở trạng thái oxy hóa +2 => màu
đỏ

y Thịt chín: Ion sắt ở trạng thái oxy hóa +3 => màu
nâu
y Ion sắtkếthợpvới NO => thịt duy trì màu hồng
y Ion sắtkếthợp CO => metmyoglobin => màu hồng
=> (thịt xông khói)
20
Ánh sáng
y Anthocyanin không bềndướitácdụng của tia UV
hoặc ánh sáng thấy đượccũng như các nguồn
sáng có khả năng ion hoá. Ánh sáng làm tăng tốc
độ phân huỷ nhiệtcủa anthocyanin bằng cách tạo
ra các cation flavylium ở trạng thái kích thích
21
Oxy và hydroperoxide
y Oxy có thể gây ra sự biến tính của anthocyanin
bằng cách oxi hoá trựctiếphoặcgiántiếp
Cơ chế oxy hoá gián tiếp anthocyanin
22
Oxy hóa và hydroperoxide
y Anthocyanin còn bị oxy hoá gián tiếpkhicómặtcủaacid
ascorbic. Trong điềukiệnhiếu khí, acid ascorbic bị oxy hoá
thành hydroperoxide (H
2
O
2
) là tác nhân oxy hoá anthocyanin.
Lượng anthocyanin bị mấtlớnnhấtkhicómặt đồng thời oxy
và acid ascorbic (vitamin C)
Sự chuyển hoá malvin thành malvone trong điềukiệncóH
2

O
2
23
Oxy hóa và hydroperoxide
y Carotenoid có thể bị oxy hóa tạo thành các acid
béo không no hay các dạng isomer, epoxide,
furanoxide
y Dẫnxuất benzopyran khó bị oxi hóa
y Dẫnxuất tetrapyrrole, ion sắt trung tâm bị oxi hóa
tạo metmyoglobin. Fe2+ thành Fe3+ dẫn đếnmàu
biến đổi. Sự biến đổixảy ra nhanh ở nhiệt độ cao
24
Enzyme
y Các enzyme làm phân huỷ anthocyanin đượcgọi
chung là anthocyanase.
y có hai loại enzyme trong tế bào thựcvật làm phân
huỷ anthocyanin là glucosidase và
polyphenoloxidase (PPO). Glucosidase thuỷ phân
liên glucoside tạo thành các aglycone. PPO tác
động trên anthocyanin khi có mặtcủa các o-
diphenol theo cơ chế oxy hoá gián tiếp theo
25