Nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ cây cẩm

i

LỜI CẢM ƠN


Em xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Thị Huệ An đã hướng dẫn tận tình và
tạo mọi điều kiện và động viên em hoàn thành đồ án của mình trong suốt thời thực
hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ phòng thí nghiệm Hóa Cơ bản
và phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm đã nhiệt tình giúp đỡ em.
Em vô cùng biết ơn các thầy cô trong ban giám hiệu trường đại học Nha
Trang, ban chủ nhiệm khoa Chế biến cùng tất cả các thầy cô giáo đã truyền đạt cho
em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường để
em vững bước vào đời.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn động viên,
giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến để em hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Nha Trang, tháng 6 năm 2011
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THỊ TRANG





ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined.
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
MỞ ĐẦU 1
Chương1. TỔNG QUAN 2
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY CẨM 2
1.1.1. Tên gọi – Phân loại 2
1.1.2. Đặc điểm hình thái 2
1.1.3. Đặc điểm sinh trưởng 2
1.1.4. Phân loại cây Cẩm 4
1.1.5. Công dụng của cây Cẩm 5
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
1.2.3.1. Chất màu vô cơ 6
1.2.3.2. Chất màu hữu cơ tổng hợp 6
1.2.3.3. Chất màu tự nhiên 7
1.3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU ANTHOCYANIN 8
1.3.1. Khái niệm vế chất màu anthocyanin 8
1.3.2. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin 9
1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của các anthocyanin 12
1.3.3.1. Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc 12
1.3.3.2. Tính tan 12
1.3.3.3. Tính không bền 12
iii

1.3.4. Khái niệm về các chất màu pyranoanthocyanin 17
1.3.5. Chức năng sinh học và ứng dụng của anthocyanin 19
1.3.5.1. Chức năng sinh học 19

1.3.5.2. Ứng dụngcủa anthocyanin 20
1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT 21
1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết 21
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết 22
1.4.3. Các phương pháp chiết 23
1.4.3.1. Chiết gián đoạn 23
1.4.3.2. Chiết bán liên tục 24
1.4.3.3. Chiết liên tục 24
1.4.4. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên 24
1.4.4.1. Chiết nhờ siêu âm 24
1.4.4.2. Chiết siêu tới hạn 24
1.4.4.3. Chiết dung môi tăng tốc 25
1.5. Tình hình nghiên cứu, khai thác và sử dụng anthocyanin tự nhiên 26
1.5.1. Tình hình trên thế giới 26
1.5.2. Tình hình trong nước 26
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2. 1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 29
2.1.1. Nguyên liệu 29
2.1.2. Hóa chất - Thiết bị 29
2.1.2.1. Hóa chất 29
2.1.2.2.Thiết bị 29
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.2.1. Phương pháp xử lý và bảo quản nguyên liệu 29
2.2.2. Xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu nghiên cứu 30
2.2.3. Quy trình dự kiến chiết xuất chất màu anthocyanin từ lá Cẩm 31
2.2.4. Xác định điều kiện thích hợp cho việc chiết anthocyanin từ lá Cẩm 32
iv

2.2.4.1. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ etanol 96
0

-H
2
O thích hợp: 33
2.2.4.2. Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu: 34
2.2.4.4. Bố trí thí nghiệm chọn thời gian chiết 37
2.2.4.5. Bố trí thí nghiệm chọn số lần chiết: 38
2.2.5. Đề xuất quy trình chiết anthocyanin từ lá Cẩm – Thử nghiệm quy
trình – Đánh giá hiệu suất chiết của toàn bộ quy trình 39
2.2.6. Nghiên cứu một số đặc tính của chất màu anthocyanin chiết xuất từ
lá Cẩm 39
2.2.6.1. Khảo sát sự thay đổi màu sắc theo pH 39
2.2.6.2. Khảo sát độ bền màu của dịch chiết anthocyanin từ lá Cẩm
trong các điều kiện bảo quản khác nhau 40
2.2.7. Các phương pháp phân tích sử dụng trong đề tài 42
2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu 42
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43
3.1. Thành phần khối lượng cây Cẩm 43
3.2. Một số thành phần hóa học của lá Cẩm 43
3.3. Xác định các thông số thích hợp cho quá trình chiết anthocyanin từ lá
Cẩm 44
3.3.1. Chọn dung môi chiết 44
3.3.2. Chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 47
3.3.3. Chọn dung môi và nhiệt độ chiết 47
3.3.3. Xác định thời gian chiết 49
3.3.3.1. Phương pháp siêu âm 49
3.3.3.2. Phương pháp ngâm chiết có gia nhiệt 50
3.3.4. Xác định số lần chiết 51
3.3.4.1. Phương pháp siêu âm 51
3.3.4.2. Phương pháp ngâm chiết gia nhiệt 52
3.5. Hoàn thiện quy trình chiết rút chất màu anthocyanin từ lá Cẩm –Thử

nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất chiết của toàn bộ quy trình 53
v

3.5.1. Quy trình chiết: 53
3.5.2. Thử nghiệm quy trình – Đánh giá hiệu suất chiết của toàn bộ quy
trình 54
3.6. Khảo sát đặc tính của chất màu anthocyanin 56
3.6.1. Sự thay đổi màu sắc dịch chiết theo pH 56
3.6.2. Kết quả khảo sát độ bền màu của dịch chiết lá Cẩm trong các điều
kiện bảo quản khác nhau 57
3.7. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm 59
KẾT LUẬN 60
ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN PHỤ LỤC



vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp 7
Bảng 1.2. Một số chất màu tự nhiên thông dụng 8
Bảng 1.3. Các nhóm chính trong các anthocyanidin 10
Bảng 3.1. Thành phần khối lượng của cây Cẩm 43
Bảng 3.2. Một số thành phần hóa học cơ bản của lá Cẩm 44
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến màu sắc dịch chiết anthocyanin từ lá Cẩm 56
Bảng 3.4. Ước tinh chi phí nguyên vật liệu để chiết anthocyanin từ 1 kg cây
Cẩm (phương pháp ngâm chiết ở 100

0
C) 59













vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cây Cẩm 4
Hình 1.2. Cành và hoa cây Cẩm 4
Hình 1.3. Cấu trúc cơ bản của các anthocyanin 9
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử của các anthocyanidin thường gặp trong tự nhiên 11
Hình 1.5. Ví dụ về cấu trúc của một anthocyanin phức tạp 11
Hình 1.6. Sự thay đổi cấu trúc phân tử và màu sắc của anthocyanin theo pH 13
Hình 1.7. Sự tổ hợp màu liên phân tử giữa delphinidin 3-glucosid và rutin tạo
thành ra 2 dạng phức: phức kẹp (A) và phức song song (B) 17
Hình 1.8. Sự tổ hợp màu nội phân tử của các antyhocyanin acyl hóa 17
Hình 1.9. Cấu trúc phân tử của một số pyranoanthocyanin 18
Hình 1.10. Sơ đồ thiết bị chiết SFE 25

Hình 1.11. Sơ đồ thiết bị chiết ASE 25
Hình 1.12. Một số dạng sản phẩm anthocyanin thương mại 26
Hình 1.13. Cấu trúc phân tử của các anthocyanin chiết xuất từ lá Cẩm 27
Hình 2.1. Thí nghiệm xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu 30
Hình 2.2. Quy trình dự kiến sản xuất chất màu anthocyanin từ lá Cẩm và các
yếu tố cần khảo sát 31
Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ etanol 96
0
-H
2
O thích hợp 33
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 34
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm chọn dung môi, nhiệt độ chiết thích hợp 35
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết 37
Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm xác định số lần chiết 38
Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến màu sắc của chất
màu anthocyanin chiết xuất từ lá Cẩm 40
Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm khảo sát độ bền màu của chất màu lá Cẩm trong
một số điều kiện bảo quản khác nhau 41
viii

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ Etanol trong dung môi đến hiệu suất chiết
anthocyanin 45
Hình 3.2. Phổ hấp thụ của các dịch chiết chất màu từ lá Cẩm khi thay đổi tỷ lệ
EtOH và H
2
O trong dung môi chiết 46
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hiệu suất chiết
anthocyanin 47
Hình 3.4. Ảnh hưởng của dung môi và nhiệt độ đến hiệu suất chiết

anthocyanin từ lá Cẩm khi chiết bằng các phương pháp khác nhau 48
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến hiệu suất chiết anthocyanin 50
Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian ngâm chiết đến hiệu suất chiết anthocyanin 50
Hình 3.7. Ảnh hưởng của số lần siêu âm đến hiệu suất chiết anthocyanin 51
Hình 3.8. Ảnh hưởng của số lần chiết bằng phương pháp ngâm chiết gia nhiệt
đến hiệu suất chiết anthocyanin 52
Hình 3.9. Sơ đồ quy trình sản xuất chất màu anthocyanin từ lá Cẩm 53
Hình 3.10. Hiệu suất chiết chất màu anthocyanin từ lá Cẩm khi sử dụng
phương pháp siêu âm và phương pháp ngâm chiết có gia nhiệt 55
Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH đến màu sắc dịch chiết anthocyanin chiết từ lá
Cẩm 56
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian và điều kiện bảo quản đến độ bền màu
của dịch chiết anthocyanin 58





- 1 -
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 hưởng xấu tới
sức khoẻ người tiêu dùng. Vì vậy, xu hướng 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, cây Cẩm (Peristrophe roxburghiana) từ lâu đã được dùng để
nhuộm màu gạo nếp để nấu xôi ngũ sắc trong các dịp lễ hội. Tuy nhiên, việc tách
chiết chất màu cây Cẩm và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm chưa được quan
tâm nhiều. Trong khi đó, theo một số tài liệu tham khảo, chất màu trong cây Cẩm có

hàm lượng tương đối cao. Chất màu này lại có bản chất là các anthocyanin nên dễ
tan trong nước, do đó thuận lợi cho việc tách chiết và ứng dụng trong thực tế. Vì
vậy, việc nghiên cứu thu hồi chất màu anthocynin có trong cây lá cẩm nhằm ứng
dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất cần thiết.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên đây, được sự đồng ý của khoa Chế Biến
và bộ môn Công nghệ Thực phẩm, dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Thị Huệ An,
tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chiết xuất chất màu anthocyanin từ cây
Cẩm (Peristrophe roxburghiana) ”.
Đề tài đưa ra với mục đích :
Đưa ra quy trình hoàn thiện chiết xuất chất màu anthocyanin từ tự nhiên (cây
Cẩm) để thay thế chất màu nhân tạo trong chế biến thực phẩm.
Do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế cũng như khó khăn về kinh phí, thiết
bị nghiên cứu nên đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được
sự góp ý của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, tháng 6 năm 2011
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN THỊ TRANG
- 2 -
Chương1. TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY CẨM
1.1.1. Tên gọi – Phân loại [15]
Tên Việt Nam: cây Cẩm
Tên tiếng Anh: Magenta Plant
Tên khoa học: Peristrophe roxburghiana
Tên nhị thức: Peristrophe roxburghiana (Roem. & Schult.) Bremek
Chi: Cẩm (Peristrophe)
Họ: Ô rô (Acanthaceae)
Loài: P. roxburghiana

1.1.2. Đặc điểm hình thái [3]
 Cây Cẩm (Peristrophe bivalvis (L.) Merr., syn. P. roxburghiana) thuộc loại
cây thân thảo, lâu năm, cao khoảng 50 – 100 cm
 Thân thường 4 cạnh, có rãnh dọc sâu, cành non có lông, về sau nhẵn.
 Lá đơn, mọc đối; hình bầu dục hay trứng hoặc thuôn mũi giáo, thường có bớt
màu trắng ở dọc gân; kích thước 2-10 cm x 1,2-3,6 cm; hai mặt có lông hoặc không,
gốc lá thuôn nhọn; chóp lá nhọn hay có khi có mũi hay hơi tù tròn.
 Cụm hoa chùm ở ngọn hay nách lá, chùm ngắn; lá bắc cụm hoa thường hình
trứng. Đài 5 răng đều dính nhau ở nửa dưới, kích thước ngắn hơn lá bắc hoa. Tràng
màu tím hay hồng, phân 2 môi, môi dưới có 3 thuỳ cạn, ống hẹp kéo dài. Nhị 2 thò
ra khỏi ống tràng. Bầu 2 ô, mỗi ô có 2 hay nhiều noãn.
1.1.3. Đặc điểm sinh trưởng [3]
 Cẩm thuộc loại cây ưa ẩm và ưa bóng, nhưng không chịu úng, thường mọc ở
ven rừng núi đá vôi ẩm, gần bờ suối và được trồng dưới tán các cây ăn quả, bên
cạnh các nguồn nước.
 Cây sinh trưởng mạnh vào xuân hè, có hoa vào mùa thu. Vào cuối mùa thu khi
nhiệt độ xuống thấp và ít mưa cây bắt đầu bị rụng lá và vào mùa đông thì cây hầu
như không còn lá.
- 3 -
 Cây Cẩm có vùng phân bố tương đối rộng, phân bố rải rác ở hầu hết các tỉnh
miền núi phía Bắc nước ta như Lạng Sơn, Tuyên Quang, Hà Giang, Yên Bái, Lào
Cai, Lai Châu, Hoà Bình… và một số tỉnh khác như Khánh Hòa, Daklak…Hiện nay
hiếm khi gặp cây Cẩm mọc hoang dại nên để thuận tiện cho việc sử dụng, người dân
ở các địa phương trên chỉ trồng 1- 2 m
2
ngay trong vườn nhà hoặc trên nương rẫy.
 Cây Cẩm sinh trưởng và phát triển tốt trên loại đất đáp ứng đủ các yếu tố sau:
+ Giàu mùn, tơi xốp, thành phần cơ giới từ nhẹ đến trung bình, giàu dinh
dưỡng.
+ Độ ẩm cao, dễ thoát nước.

+ Có độ che bóng (vì cây Cẩm sẽ tổng hợp rất ít chất màu trong điều kiện nhiệt
độ cao và chiếu sáng mạnh).
Đất được cầy bừa kỹ, dọn sạch cỏ và lên luống cao 20 cm, rộng 1,0-1,2 m. Vào
mùa xuân, tháng 2-3 chọn các cành Cẩm bánh tẻ khoẻ mạnh, cắt bỏ bớt lá để giảm
bớt sự bay hơi nước, cắt phần thân thành những đoạn hom dài khoảng 15-20 cm,
mỗi hom có 2-3 mắt, sau đó đem đi trồng với khoảng cách hố cách hố 30-40 cm,
hàng cách hàng 30-40 cm. Để cây sinh trưởng tốt ta nên bón lót 8-10 tấn phân
chuồng đã ủ hoai cho 1 ha, đối với các khu vực nương rẫy, đất dốc có thể bón thêm
100-150 kg lân và 50 kg kali. Sau khi bón lót phân chuồng, phân lân và phân kali,
rắc một ít đất và đặt từ 3-5 hom giống/hố, lấp đất, chỉ để 1-2 mắt ló trên mặt đất,
nén chặt gốc. Sau đó tưới nước và duy trì độ ẩm của đất trong vòng 7-10 ngày đầu
để hom ra rễ và đâm chồi mới. Trong thời gian đầu, cần chú ý giữ sạch cỏ dại và
thường xuyên duy trì độ ẩm. Cẩm có thể trồng dưới tán cây ăn quả, trồng xen với
ngô, đậu tương hay các cây rau khác.
Sau mỗi lứa thu hoạch cần làm cỏ, xới xáo mặt luống để cây tiếp tục sinh
trưởng tốt. Để lứa cắt sau có năng suất cao, lứa thu trước nên cắt cây ở độ cao cách
mặt đất khoảng 10-15cm. Sau khi thu hoạch phải làm cỏ, vun gốc và bón phân. Nếu
chăm sóc tốt, trồng một lần cây Cẩm có thể cho thu hoạch liên tục trong 3-4 năm.
Sau khi trồng khoảng 3-4 tháng, có thể thu lứa 1 (tháng 6-7). Khi cây cao khoảng
- 4 -
40-50 cm có thể cắt phần cành mang lá dài 30-40 cm để làm nguyên liệu chiết chất
màu. Nếu gặp thời tiết thuận lợi và chăm sóc tốt thì có thể thu hái 2-3 lứa Cẩm/năm.


Hình 1.1. Cây Cẩm [14], [16]

Hình 1.2. Cành và hoa cây Cẩm
1.1.4. Phân loại cây Cẩm [3]
Cây Cẩm tuy thuộc cùng một loài Peristrophe Roxburgiana nhưng có bốn
dạng có các màu sắc khác nhau là đỏ, vàng cam, tím hồng, tím đậm. Theo “Danh
lục các loài thực vật Việt Nam” (2005) thì chi Peristrophe Nees có 4 loài, trong đó
chỉ có loài Cẩm (P. bivalvis (L.) Merr.) ở Bắc Bộ và loài Kim loung nhuộm (P.
montana (Wall.) Nees) ở Nam Bộ được coi là cây nhuộm màu. Cẩm Đỏ và Cẩm
Tím được trồng, riêng Cẩm Vàng còn mọc hoang nên được gọi là Cẩm dại. Cây
Cẩm chủ yếu được nhân giống bằng cành, hiện tại chưa phát hiện cây con từ hạt.
Bốn dạng Cẩm có tên khác nhau được đặt theo công dụng, màu sắc của dịch
chiết, theo hoa văn trên mặt lá, theo hình dạng hay màu sắc của lá hoa.
Về hình thái, cây Cẩm được chia làm các dạng sau:
- 5 -
 Cẩm Đỏ (tên dân tộc Nùng: Chằm thủ): Lá hình bầu dục, gốc lá thon, xanh
đậm, có nhiều lông, mặt trên không có bớt trắng, dịch chiết ra có màu đỏ.
 Cẩm Tím (Chằm lai): Lá hình trứng rộng, gốc tròn, xanh nhạt, mỏng, ít lông,
diện tích mang đốm trắng ở dọc gân lá lớn, dịch chiết ra có màu tím.
 Cẩm Tím (Chằm khâu): Lá hình bầu dục, gốc tròn hay thon, xanh đậm, dầy, ít
lông, ít gặp đốm trắng ở dọc gân lá, dịch chiết ra có màu tím.
 Cẩm Vàng (Chằm hiên): Lá hình trứng, gốc lá thon, đầu lá thon nhọn, 2 mặt
có lông rải rác, phiến lá thường nhăn nheo, đặc biệt là mép lá, dịch chiết ra có màu
vàng xanh.
1.1.5. Công dụng của cây Cẩm
Ở Việt Nam cây Cẩm từ lâu đã được dùng để nhuộm màu gạo nếp để nấu xôi
ngũ sắc trong các dịp lễ hội.
Trong y học cổ truyền, cây Cẩm được dùng trị lao phổi, khái huyết, ho nôn ra
máu, viêm phế quản cấp tính, ỉa chảy, lỵ, ổ tụ máu, bong gân. Tại Trung Quốc, Cẩm
được coi là dược liệu có vị đắng, tính bình, có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, tiêu
thũng, chỉ huyết, chữa viêm họng, thấp khớp, nhiễm trùng đường tiết niệu, kinh

phong ở trẻ em, lao hạch, mụn nhọt.

1.2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM
1.2.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm
Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đầu tiên đối với mỗi
sản phẩm thực phẩm. Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng tới chất lượng, mùi
vị, độ ngọt của thực phẩm. Nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tương ứng, phù
hợp lẫn nhau thì người tiêu dùng sẽ không cảm nhận được chính xác được mùi vị và
chất lượng của thực phẩm. Thực vậy, trong một nghiên cứu của nhà thực phẩm học
Johnson với đề tài “Bảo vệ thực phẩm” năm 1983 đã chứng minh rằng vị ngọt của
nước giải khát trái dâu sẽ tăng lên 2-12% nếu ta tăng hàm lượng của chất màu của
loại nước giải khát này. Do vậy, việc sử dụng các chất màu trong chế biến thực
phẩm là điều rất cần thiết.
- 6 -
1.2.2. Vai trò chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm mặc dù không có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng,
nhưng có những chức năng quan trọng sau đây:
 Đảm bảo sự đồng nhất về màu sắc thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô sản
phẩm khác.
 Tăng cường màu sắc tự nhiên vốn có của thực phẩm để thu hút người tiêu
dùng.
 Làm cho người tiêu dùng chú ý đến mùi vị tự nhiên của thực phẩm do giữa
màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau.
 Tạo màu cho một số thực phẩm vốn không màu hay có màu nhạt (như các
loại kẹo, snack, nước giải khát, ) nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng.
 Phục hồi lại vẻ bên ngoài của thực phẩm do chất màu bị biến đổi trong quá
trình chế biến (Delgado-Vargas và cs., 2000).
1.2.3. Phân loại chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm được chia làm 3 nhóm chính: chất màu vô cơ, chất màu
hữu cơ tổng hợp và chất màu tự nhiên.

1.2.3.1. Chất màu vô cơ:
Vào trước 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 dưa 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 được tổng hợp bằng phương pháp hóa học.
Các loại chất màu hữu cơ tổng hợp được chia làm 3 nhóm:
Nhóm A: gồm các chất không mang độc tính nhưng gây ngộ độc tích lũy.
- 7 -
Bảng 1.1. Liều sử dụngcho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
Loại chất màu
Liều lượng sử dụng (mg/kg trọng lượng)
Amarant (ký hiệu CI.16185)
Vàng mặt trời (ký hiệu CI.15985)
Tartrazin (ký hiệu CI.19140)
0 - 0,15
0 - 5,00
0 - 7,50

Nhóm B: gồm 5 loại màu là β-caroten tổng hợp, xanh lơ VRS (ký hiệu
CI.42090), erythrozin (ký hiệu CI.45430), indigocarmin (ký hiệu CI.73015), xanh
lục sáng FCF.

Nhóm C: bao gồm tất cả các loại màu hữu cơ tổng hợp khác nhau chưa được
nghiên cứu hoặc nghiên cứu không rõ ràng.
Chất màu hữu cơ tổng hợp có ưu điểm là tạo ra nhiều màu sắc phong phú, rẻ
tiền, và tiện lợi trong việc chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, hiện nay một số chất màu
hữu cơ tổng hợp (đặc biệt là thuốc nhuộm azo) bị hạn chế sử dụng do người ta nghi
ngại về những ảnh hưởng không tốt của nó đối với sức khỏe con người. Chẳng hạn,
một số nghiên cứu gần đây phát hiện những enzym trong ruột non có khả năng xúc
tác cho phản ứng khử các phẩm màu azo để sinh ra các tác nhân gây ung thư. Do
đó, việc sử dụng chúng cần phải được tuân thủ những quy định hết sức chặt chẽ và
nghiêm ngặt.
1.2.3.3. Chất màu tự nhiên: là các loại chất màu hữu cơ được chiết tách từ
động vật hay thực vật.
Những chất màu tự nhiên đã được con người biết đến và sử dụng từ lâu để tạo
màu cho thực phẩm. Ưu điểm của chất màu tự nhiên là tạo ra màu rất đẹp, đồng thời
chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng. Tuy nhiên, so với
chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền và có giá thành cao do việc
thu hồi tách chiết chúng từ như các nguồn tự nhiên khá tốn kém. Do vậy, việc sử
dụng chúng hiện nay còn chưa 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 (như có khả năng chống
oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của cơ thể,…) nên người tiêu dùng ngày càng có
xu hướng ưa chuộng những loại thực phẩm dùng chất màu tự nhiên. Do đó, trong
- 8 -
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 1.2. Một số chất màu tự nhiên thông dụng
Chất màu
tự nhiên
Nguồn tự nhiên
Anthocyanin Vỏ nho, elderberries, lá cẩm…

Betalain Củ cải đường, 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 Đường saccharose
Các loại khác
- Turmeric
- Crocetin, Crocin

Cây nghệ
Cây nghệ tây, dành dành

Một trong những chất màu tự nhiên được quan tâm nhiều trong công nghệ thực
phẩm là các anthocyanin.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU ANTHOCYANIN [11], [12], [16]
1.3.1. Khái niệm vế chất màu anthocyanin
Anthocyanin (tiếng Hy Lạp: anthos là hoa; kyanos là màu xanh đậm) là sắc tố
tự nhiên thuộc nhóm flavonoid, tạo ra màu từ xanh, tím, tím đỏ, đỏ và da cam trong
hoa, trái, lá, thân và rễ của nhiều loài thực vật bậc cao (quả nho, quả dâu, bắp cải
tím, lá tía tô, hoa hibicus, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ,…).
Hàm lượng anthocyanin trong các loài thực vật là tương đối lớn.
Ví dụ: Hàm lượng anthocyanin trong blackberry khoảng 1,15 g/kg , còn trong
đậu đỏ và đậu đen lên đến 20 g/kg.

- 9 -
1.3.2. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin
Anthocyanin là các dẫn xuất polyhydroxy hay polymetoxy glycosyl hóa của
2-phenylbenzopyrylium chứa 2 vòng benzoyl (A và B) cách nhau bởi 1 dị vòng (C)
(Hình 1.3). Nói cách khác, anthocyanin là các hợp chất của anthocyanindin (tức
cation flavylium, hay bộ khung aglycon) với đường (có thể liên kết với các acid hữu
cơ trong trường hợp anthocyanin bị acyl hóa).
Các anthocyanidin tự do ít khi được hình thành trong thực vật bởi vì sự thiếu
hụt electron ở cation flavylium làm cho nó rất dễ phản ứng và do đó phân tử này rất
kém bền. Trong khi đó, ở các anthocyanin, sự có mặt của các phân tử đường ở vị trí
C3 (luôn luôn có mặt) và đôi khi là các phân tử đường ở các vị trí C5 và C7 có tác
dụng ổn định điện tích của cation flavylium, do đó các anthocyanin bền các
anthocyanidin tương ứng.

Hình 1.3: Cấu trúc cơ bản của các anthocyanin

Hiện nay từ thực vật đã phân lập được khoảng 539 anthocyanin khác nhau
(Andersen, 2005). Chúng khác nhau do sự khác nhau về các nhóm chức R
1
đến R
7

có trong phân tử. Các nhóm chức này có thể là nguyên tử hydro (-H), nhóm
hydroxyl (-OH), metoxy (-OCH
3
) hay là các phân tử đường khác nhau gắn với
khung aglycon bởi liên kết glycosit. Tuy nhiên, chỉ có 6 loại anthocyanidin thường
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.
- 10 -
Bảng 1.3:
Các nhóm chính trong các anthocyanidin

Anthocyanidin R
1
R
2
R
3
R
4
R
5
R
6
R
7
Màu sắc Chỉ số E

Apigeninidin -H -OH

-H -H -OH -H -OH Cam
Aurantinidin -H -OH

-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 Tím đỏ E163a
Delphinidin -OH -OH

-OH -OH

-OH -H -OH Tím, xanh E163b
Europinidin -OCH
3

-OH

-OH -OH

-OCH
3

-H -OH Đỏ hơi xanh
Hirsutidin -OCH
3

-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 Cam, Đỏ cam E163d
Malvidin -OCH
3

-OH

-OCH
3

-OH

-OH -H -OH Tím E163c
Peonidin -OCH
3

-OH

-H -OH

-OH -H -OH Tím đỏ E163e
Petunidin -OH -OH

-OCH
3

-OH

-OH -H -OH Tím E163f
Pulchellidin -OH -OH

-OH -OH

-OCH

3

-H -OH Đỏ hơi xanh
Rosinidin -OCH
3

-OH

-H -OH

-OH -H -OCH
3

Đỏ
Triacetidin -OH -OH

-OH -H -OH -H -OH Đỏ

- 11 -

Hình 1.4: Cấu trúc phân tử của các anthocyanidin thường gặp trong tự nhiên

Các anthocyanidin thường liên kết với các đường glucose, galactose, rhamnose
hay arabinose bởi liên kết 3-glycosid hay 3,5-diglycosid.

Hình 1.5. Ví dụ về cấu trúc của một anthocyanin phức tạp
(delphinidin 3,7,3’,5’-tetra-(6-O-p-coumaroyl--glucosid))
(Bloor, 2001).

Ngoài ra, liên kết glycosit còn có thể bị thay đổi do sự acyl hóa bởi các acid

hữu cơ hay sự tạo phức với các ion kim loại. Một sự thay đổi nhỏ về pH trong tế
bào cùng với khả năng tổ hợp màu (co-pigmentation) và sự tạo phức ion cũng có thể
dẫn đến sự thay đổi màu sắc rất đa dạng của các anthocyanin.
- 12 -
1.3.3. Tính chất vật lý và hóa học của các anthocyanin
1.3.3.1. 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 thường hấp thụ cực đại
trong vùng bước sóng từ 500  540 nm, tạo ra màu sắc từ đỏ đến tím hồng hay tím
xanh.
Ví dụ: Trong dung môi metanol-HCl, các pelargonidin có cực đại hấp thụ ở
520 nm nên có màu đỏ; cyanidin và peonidin hấp thụ ở khoảng 532- 535 nm tạo nên
màu tím hồng; delphinidin, petunidin và malvidin hấp thụ ở 542-546 nm tạo nên
màu tím. [10]
Ngoài ra, màu sắc của các anthocyanin còn được quyết định bởi cấu trúc phần
glucosyl hóa (bản chất phân tử đường liên kết với khung anthocyanidin, mức độ và
bản chất của sự este hóa các phân tử đường bởi các acid mạch thẳng hay thơm),
nhiệt độ, ánh sáng, pH dung dịch và sự tổ hợp màu…
1.3.3.2. Tính tan:
Anthocyanin là hợp chất khá phân cực do phân tử chứa nhóm chức phân cực (-
H, -OH, -OCH
3
) nên tan tốt trong dung môi phân cực như nước, metanol, axeton,
etanol,
1.3.3.3. Tính không bền [10]
Độ bền của các anthocyanin được quyết định bởi nhiều yếu tố bao gồm cấu
trúc phân tử, nồng độ anthocyanin, pH, nhiệt độ, cường độ và bản chất bức xạ ánh
sáng chiếu vào, sự tổ hợp màu, sự có mặt của các ion kim loại, enzym, oxy, acid
ascorbic, đường, các sản hẩm phân hủy của chúng và sulfur dioxit (Brouillard,
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
- 13 -
thường kém bền hơn màu của các thực phẩm chứa khung petunidi, malvidin. Ngoài
ra, các anthocyanin chứa đường galactose thường bền hơn khi chứa đường
arabinose. Gần đây, một số nghiên cứu còn cho thấy các anthocyanin chứa các
nhóm thế acyl hóa thường 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 nước (tác nhân nucleophile). Màu sắc của
anthocyanin sẽ được ổn định hoàn toàn nếu các anthocyanin mang các acid thơm ở
vòng –B của cation flavylium thay vì là các acid mạch hở (Giusti & Wrolstad,
2003).
b) Ảnh hưởng của pH:
Các anthocyanin bền trong môi trường acid hơn trong môi trường kiềm. Khi
pH thay đổi, cấu trúc phân tử anthocyanin thay đổi theo, do đó màu sắc của các
anthocyanin thay đổi theo pH (Brouillard, 1982; von Elbe and Schwartz, 1996).


Hình 1.6. Sự thay đổi cấu trúc phân tử và màu sắc của anthocyanin theo pH
(Cam- Đỏ)
(Tím-Xanh)
(Không màu) (Không màu)
- 14 -
Ví dụ:
pH < 2: các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium (cation flavylium) màu

cam đến đỏ.
pH = 4  5: chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon
không màu.
pH = 6 ÷ 7: ở dạng anion quinoinoid có màu tím
pH = 7 ÷ 8: ở dạng bazơ quinoidal có màu xanh dương
Vì vậy, màu đỏ của bắp cải tím được tăng cường khi thêm giấm hoặc axit
khác. Mặt khác, khi nấu bắp cải đỏ trong chảo nhôm sẽ tạo ra môi trường có tính
kiềm nhiều hơn do đó màu sắc có thề thay đổi thành tím hay và xanh dương
c) Ảnh hưởng của nhiệt độ:
- Nhiệt độ cao thúc đẩy sự phân hủy chất màu anthocyanin. Nói chung, ở trên
70°C sẽ gây ra sự phân hủy và mất màu anthocyanin rất nhanh (Cemeroglu, 1994;
Kirca, 2003). Đôi khi nhiệt độ tăng còn dẫn đến phản ứng Maillard của các đường
trong anthocyanin cũng diễn ra (đặc biệt khi có mặt oxy), làm anthocyanin biến
thành màu nâu (Markakis và cs., 1957). Tuy nhiên, các anthocyanin được acyl hóa
thì bền nhiệt hơn các anthocyanin không bị acyl hóa. Do vậy, màu của dịch chiết
bắp cải đỏ (chứa anthocyanin bị acyl hóa) bền hơn màu của dịch ép quả nho đỏ
(chứa anthocyanin không bị acyl hóa) (Dyrby và cs., 2001).
Ngoài ra, mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân hủy và biến đổi màu sắc
anthocyanin phụ thuộc vào pH. Ví dụ: Ở pH = 2 ÷ 4: nhiệt độ tăng dẫn đến sự mất
màu anthocyanin. Nguyên nhân là do đã xảy ra sự thủy phân liên kết glycosyl của
anthocyanin tạo ra cation flavylium kém bền và sau đó phân hủy thành chalcone
không màu (Adams, 1973).
Nói chung, những yếu tố làm tăng độ bền của anthocyanin theo pH cũng làm
tăng độ bền nhiệt của nó (von Elbe và Schwartz, 1996). Ví dụ: Ở 100
0
C
pelargonidin 3-glucosid bền hơn petunidin 3-glucosid, còn petunidin 3-glucosid lại
bền malvidin 3-glucosid (Keith và Powers, 1965). Các arabinose của cyanidin và
peonidin bền hơn galactose tương ứng khi xử lý nhiệt (Attoe và von Elbe, 1981).
- 15 -

- Ngược lại, nhiệt độ thấp làm bền hóa và có thể làm tăng hàm lượng
anthocyanin. Chẳng hạn, Kalt và cs. (1999) nhận thấy rằng hàm lượng anthocyanin
trong dịch ép dâu tây tươi tăng lên sau 8 ngày bảo quản ở 0
0
C. Do đó, anthocyanin
thường chỉ dùng để tạo màu cho các thực phẩm bảo quản lạnh như kem, sữa chua,
thức uống từ sữa,…
d) Ảnh hưởng của ánh sáng:
Tương tự như nhiệt độ, ánh sáng thúc đẩy sự phân hủy anthocyanin tạo thành
cation flavylium, sau đó chuyển hóa thành các dạng carbinol rồi chalcone không
màu (Maccarone, 1985). Do vậy, các dịch chiết anthocyanin bền màu hơn khi bảo
quản trong bóng tối. Tuy nhiên, sự acyl hóa làm tăng độ bền của anthocyanin đối
với ánh sáng (Giusti, 1996).
e) Ảnh hưởng của oxy không khí và tác nhân oxy hóa:
Sự có mặt của oxy không khí làm tăng khả năng phá hủy các anthocyanin, đặc
biệt khi có mặt acid ascorbic. Khác với sự phân hủy nhiệt, các galactosid của
anthocyanin bền đối với sự phá hủy bởi oxy hơn so với arabinosid (Starr và Francis,
1968). Ngoài ra, pH càng cao thì sự phân hủy anthocyanin bởi oxy không khí càng
mạnh (Markakis, 1982).
Các anthocyanin cũng phản ứng với các gốc tự do chứa oxy (ví dụ gốc
peroxid). Trong phản ứng này, anthocyanin đóng vai trò là chất chống oxy hóa. Vì
vậy, anthocyanin được xem là có tác dụng ngăn ngừa các bệnh tim mạch (Matsufuji
và cs., 2003; Garcia-Alonso và cs., 2004; Rossetto và cs., 2004).
f) Ảnh hưởng của acid ascorbic:
Acid ascorbic thường được bổ sung vào nước ép trái cây để bảo bệ chống oxy
hóa và tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy
rằng acid ascorbic thúc đẩy sự phân hủy các anthocyanin (Meschter, 1953; Starr và
Francis, 1968; Poei-Langston và Wrolstad, 1981; Marti và cs., 2002). Nguyên nhân
là do khi đó xảy ra các phản ứng polymer hóa, ngưng tụ anthocyanin dẫn đến sự
nhạt màu sắc tố (Poei-Langston và Wrolstad, 1981) hay sự phân hủy anthocyanin

gây ra bởi H
2
O
2
tạo thành trong quá trình oxy hóa acid (Meschter, 1953; Markakis,
- 16 -
1982; Talcott và cs., 2003). Tuy nhiên, độ bền của các anthocyanin acyl hóa tăng
lên khi có mặt acid ascorbic (Del Pozo-Insfran và cs., 2004).
g) Ảnh hưởng của đường
Đường có thể có trong hoa quả, dịch chiết anthocyanin tự nhiên hay được bổ
sung vào trong quá trình sản xuất, chế biến. Nghiên cứu cho thấy đường (ví dụ:
saccharose, fructose, glucose, xylose) và các sản phẩm phân hủy của chúng (ví dụ:
furfural) làm giảm độ bền của các anthocyanin (Daravingas và Cain, 1968). Phản
ứng của anthocyanin với các sản phẩm phân hủy của đường và acid ascorbic dẫn
đến sự tạo thành các sắc tố anthocyanin polymer hóa có màu nâu (Krifi và cs.,
2000). Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy đường cũng có thể bảo vệ màu của
các sản phẩm chứa anthocyanin khỏi sự phân hủy trong điều kiện bảo quản lạnh
(Wrolstad và cs., 1990).
h) Ảnh hưởng của enzym:
Sự bất họat enzym làm tăng độ bền của anthocyanin (Garcia-Palazon và cs.,
2004). Các enzym phân hủy anthocyanin thường gặp nhất là glycosidase (làm phá
vỡ liên kết cộng hóa trị giữa đường và khung aglycon của anthocyanin), peroxidase
và các phenolase (như phenol oxydase, polyphenol oxydase). Trong phản ứng phân
hủy anthocyanin bởi enzym, các enzym trước tiên sẽ oxy hóa các hợp chất phenolic
có trong môi trường tạo thành các quinon, sau đó các quinon sẽ phản ứng với
anthocyanin làm phân hủy chất màu và dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm ngưng tụ
có màu nâu.
i) Ảnh hưởng của sự tổ hợp màu
Màu sắc của các anthocyanin có thể được ổn định hay tăng cường khi có mặt
một số chất không màu hay màu nhạt có trong môi trường. Hiện tượng này được gọi

là sự tổ hợp màu (copigmentation). Chất làm ổn định hay tăng cường màu của
anthocyanin được gọi là chất tổ hợp màu (copigment). Ví dụ: Màu đỏ của nước ép
quả nho chứa sắc tố oenin (tức malvidin 3-glucosid) chuyển sang đỏ hơi xanh khi
thêm tannin hay acid gallic (Willstätter và Zollinger, 1916).
- 17 -
Sự tổ hợp màu gây ra sự chuyển dịch cực đại hấp thụ của anthocyanin về phía
vùng sóng dài (tương ứng chuyển từ màu đỏ sang xanh) và làm màu đậm hơn (Asen
và cs., 1972). Nguyên nhân của sự tổ hợp màu có thể là do sự tạo thành các phức
nội phân tử, phức liên phân tử xảy ra trong dung dịch anthocyanin.

Hình 1.7. Sự tổ hợp màu liên phân tử giữa delphinidin 3-glucosid và rutin
tạo thành ra 2 dạng phức: phức kẹp (A) và phức song song (B)

Hình 1.8. Sự tổ hợp màu nội phân tử của các antyhocyanin acyl hóa
Hiện tượng tổ hợp màu có thể được ứng dụng để cải thiện màu sắc của các sản
phẩm giàu anthocyanin bằng cách thêm vào các dịch chiết thực vật giàu một chất
copigment thích hợp.
1.3.4. Khái niệm về các chất màu pyranoanthocyanin
Pyranoanthocyanin là dẫn xuất của anthocyanin được hình thành do phản ứng
trực tiếp giữa anthocyanin với các phân tử nhỏ tạo ra một vòng mới.
Ví dụ: