Nghiên cứu tách chiết chất màu anthocyanin từ rau dền đỏ Amaranthus tricolor

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

Qua hơn 3 tháng thực tập tại phòng thí nghiệm cho đến nay em đã hoàn
thành xong đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu tách chiết chất màu anthocyanin từ rau
dền đỏ Amaranthus tricolor”, với sự cố gắng của bản thân, sự ủng hộ của gia đình,
bạn bè và hơn cả là sự dìu dắt quý báu của quý thầy cô đã cho em nền tảng kiến
thức để hoàn thiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Duy Đô 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 chế biến đã nhiệt tình giúp đỡ em.
Em vô cùng biết ơn các thầy cô trong Ban giám hiệu trường đại học Nha
Trang đã 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.
Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 06 năm 2013

Sinh viên thực hiện
Trần Thị Vẻ

- i -

MỤC L
Ụ
C
MỤC L
Ụ
C i

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

1.4.2. Các phƣơng pháp chiết 27
1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình chiết 28
1.4.4. Vài kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên 30
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 32
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 32
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất nghiên cứu 32
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 33
2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu 33
2.2.2. Dự kiến quy trình tách chiết anthocyanin từ rau dền đỏ 33
2.2.3. Xác định điều kiện chiết anthocyanin từ rau dền 34
2.2.3.1. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ Etanol/H
2
O thích hợp 35
2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu 37
2.2.3.3. Bố trí thí nghiệm chọn phƣơng pháp, nhiệt độ chiết 38
2.2.3.4. Bố trí thí nghiệm chọn thời gian chiết 40
2.2.3.5. Bố trí thí nghiệm chọn số lần chiết 42
2.2.4. Phƣơng pháp phân tích 43
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu 44
2.2.6. Khảo sát độ bền màu của dịch chiết anthocyanin từ rau dền đỏ trong các
điều kiện bảo quản khác nhau 44
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46
3.1. Thành phần khối lƣợng rau dền đỏ 46
3.2 Một số thành phần hóa học trong rau dền đỏ 47
3.3. Kết quả xác định các thông số thích hợp cho quá trình chiết tách chất màu
anthocyanin từ rau dền đỏ 48
- iii -

3.3.1. Kết quả xác định tỷ lệ Etanol/H

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

H
2
O Water Nƣớc
TB Average Trung bình
TN Experiment Thí nghiệm
TL Weight Trọng lƣợng
NL Raw material Nguyên liệu
UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại-khả kiến
v/v Volume/volume Thể tích/thể tích
v/w Volume/weight Thể tích/khối lƣợng
w/v Weight/volume Khối lƣợng/thể tích
- v -

DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1
Thành phần hóa học trong 100 gam lá dền đỏ
3
Bảng 1.2
Liều sử dụng cho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
7
Bảng 1.3
Bảng một số chất màu tự nhiên
8
Bảng 1.4
Một số chất màu tự nhiên thông dụng
9

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

2
Hình 1.2
Rau dền đỏ và món canh rau dền
5
Hình 1.3
Cấu trúc của một số Anthocyanidin tƣ nhiên.
12
Hình 1.4
Cấu trúc phân tử của các anthocyanidin thƣờng gặp trong tự
nhiên
14
Hình 1.5
Ví dụ về cấu trúc của một anthocyanin phức tạp
14
Hình 1.6
Sự thay đổi cấu trúc phân tử và màu sắc của anthocyanin theo
pH
17
Hình 1.7
Ảnh hƣởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu đƣợc đun
nóng tại 45
0
C trong trƣờng hợp có Oxygen hoặc Nitrogen
18

Hình 1.8
Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 – di Glucoside tại pH 3,7
19
Hình 1.9
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)
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

41
Hình 2.6
Bố trí thí nghiệm xác định số lần chiết
42
Hình 2.7
Bố trí thí nghiệm khảo sát độ bền màu của chất màu
anthocyanin trong một số điều kiện bảo quản khác nhau
45
Hình 3.1
Ảnh hƣởng của tỷ lệ Etanol/nƣớc đến hàm lƣợng anthocyanin
48
Hình 3.2
Ảnh hƣởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu đến hàm lƣợng
anthocyanin
49
Hình 3.3
Ảnh hƣởng của dung môi và nhiệt độ đến hàm lƣợng
anthocyanin khi chiết bằng các phƣơng pháp khác nhau
51
Hình 3.4
Màu sắc của dịch chiết anthocyanin sử dụng 2 dung môi chiết
khác nhau bằng phƣơng pháp siêu âm
52
Hình 3.5
Ảnh hƣởng của thời gian siêu âm hàm lƣợng anthocyanin
53
Hình 3.6
Ảnh hƣởng của thời gian ngâm chiết đến hàm lƣợng
anthocyanin
54

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

tan trong nƣớc, 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 rau dền đỏ nhằm ứng
dụng trong công nghiệp thực phẩm là rất cần thiết.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên đây, đƣợc sự đồng ý của khoa Công nghệ
thực phẩm, dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Vũ Duy Đô, em đã thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu tách chiết chất màu anthocyanin từ rau dền đỏ - Amaranthus tricolor”. Nội
dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Xác định một số thành phần của nguyên liệu.
- Xác định các thông số kỹ thuật của quy trình tách chiết anthocyanin từ rau dền đỏ.
- Xác định điều kiện bảo quản của anthocyanin tách chiết từ rau dền đỏ.
- Tính chi phí nguyên liệu để chiết chất màu từ 1kg nguyên liệu.
Từ đó đƣa ra quy trình hoàn thiện tách chiết chất màu anthocyanin tự nhiên
từ rau dền đỏ (Amaranthus tricolor) để thay thế chất màu nhân tạo trong chế biến
thực phẩm. Do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế cũng nhƣ khó khăn về thời gian,
thiết bị nghiên cứu nên đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
đƣợc sự góp ý của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
- 2 -

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về rau dền đỏ
1.1.1. Tên gọi
Rau dền đỏ (hay dền tía) theo cách gọi của ngƣời Việt Nam để chỉ một loại
rau ôn đới có tên tiếng anh là Amaranth, tên khoa học là Amaranthus tricolor, thuộc
chi dền
[13]
.
Chi dền gồm những loài đều có hoa không tàn, một số mọc hoang dại nhƣng
nhiều loài đƣợc sử dụng làm lƣơng thực, rau, cây cảnh ở các vùng khác nhau trên
thế giới. Tên tiếng Anh cũng nhƣ tên khoa học của các loài dền đều có nguồn gốc từ

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

Kali
411 mg
Vitamin A
6100 i.u
Vitamin B2
0,16 mg
Niacin
1,4 mg
Vitamin C
80 mg
Vitamin B1
0,08 mg
Canxi
267 mg
Khoáng chất
2,6 g
Ca lo
36

- 4 -

1.1.3. Đặc điểm hình thái và sinh trƣởng [13]
Dền đỏ là loài cây thân thảo, có bộ rễ khỏe, ăn sâu nên khả năng chịu hạn,
chịu nƣớc tốt, sức nảy mầm cao. Dền thƣờng có một thân thẳng, cành vƣơn vừa
phải, những loài trồng lấy hạt có hoa tạo thành cụm hình chùy ở đầu cành còn
những loại lấy rau có hoa mọc dọc theo cành. Các loài trong chi dền đƣợc thấy ở cả
vùng đồng bằng lẫn vùng núi ở độ cao đến 1.500m nhƣ Hymalaya, Andes Chu kỳ
phát triển của nó tƣơng đối ngắn, các giống dền trắng và dền đỏ ở Việt Nam gieo
hạt sau 25-30 ngày là có thể đem trồng, sau khi trồng 25-30 ngày đã thu hoạch
đƣợc. Các loài dền hạt trồng làm cây lƣơng thực gieo hạt sau 3-4 ngày bắt đầu nảy

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.

Hình 1.2. Rau dền đỏ và món canh rau dền
[15]
1.2. Tổng quan về chất màu thực phẩm [9]
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 hƣởng tới chất lƣợng,
mùi vị, độ ngọt của thực phẩm. Nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tƣơng ứng,
phù hợp lẫn nhau thì ngƣời tiêu dùng sẽ không cảm nhận đƣợc chính xác đƣợc mùi
vị và chất lƣợng 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 nƣớc giải khát trái dâu sẽ tăng lên 2-12% nếu ta tăng hàm lƣợng của chất
màu của loại nƣớc 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 dƣỡng,
nhƣng 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 cƣờng màu sắc tự nhiên vốn có của thực phẩm để thu hút ngƣời tiêu
dùng.
- Làm cho ngƣời tiêu dùng chú ý đến mùi vị tự nhiên của thực phẩm do giữa
màu sắc và mùi vị thƣờng có quan hệ với nhau.
- Tạo màu cho một số thực phẩm vốn không màu hay có màu nhạt (nhƣ các loại
kẹo, snack, nƣớc 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 [8]
Chất màu thực phẩm đƣợc 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 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

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 chƣa đƣợc
nghiên cứu hoặc nghiên cứu không rõ ràng.
Chất màu hữu cơ tổng hợp có ƣu 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 ngƣời ta nghi
ngại về những ảnh hƣởng không tốt của nó đối với sức khỏe con ngƣời. 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 thƣ. Do
đó, việc sử dụng chúng cần phải đƣợc tuân thủ những quy định hết sức chặt chẽ và
nghiêm ngặt.
1.2.3.3. Chất màu tự nhiên
Chất màu tự nhiên chia làm 3 nhóm chính:
- Antoxian có màu đỏ và màu xanh lam.
- Carotinoit có màu vàng.
- Clorofin sắc tố xanh lá cây.
Tất cả các sắc tố này là những hợp chất hoá học phức tạp và đƣợc tạo nên
trong quá trình sống thích ứng với các loại thực vật.
- 8 -

Những chất màu tự nhiên đã đƣợc con ngƣời biết đến và sử dụng từ lâu để
tạo màu cho thực phẩm. Ƣu điểm của chất màu tự nhiên là tạo ra màu rất đẹp, đồng

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

0.1

3
Curcumin
Vàng da cam
0.1

4
Riboflavin
Vàng da cam
0.5

5
Axitcacminic
Đỏ tƣơi
2.5

6
Caramel
Nâu đen
100

7
Poliphenol đã bị oxy hoá
Nâu đậm
Không hạn chế

- 9 -

Bảng 1.4. Một số chất màu tự nhiên thông dụng

[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.

1.2.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm [7]
Về nguyên tắc: Bổ sung chất màu nhằm phục hồi màu vốn có của một số
thực phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến. Không đƣợc dùng chất màu để che
đậy khuyết điểm của thực phẩm, hoặc để ngƣời tiêu dùng nhầm lẫn về sự có mặt
không thực của một vài thành phần chất lƣợng trong thực phẩm.
Trƣớc khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản
phẩm thực phẩm nào đó chúng ta cần quan tâm các yếu tố sau:
- 10 -

Trạng thái của chất màu: Ngƣời tiêu dùng vẫn ƣa dùng chất màu ở dạng lỏng
hơn là ở dạng bột.
Cách sử dụng: Thƣờng phối trộn nhiều màu với nhau để tạo ra màu mong
muốn phù hợp với thực phẩm của mình.
Thành phần các chất chứa trong thực phẩm cần bổ sung chất màu: Sự có mặt
của protein, nƣớc, tanin hay chất béo sẽ ảnh hƣởng tới độ trong hay vẩn đục của
chất màu khi bổ sung vào trong thực phẩm đó.
pH: Sự ổn định cũng nhƣ sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh
hƣởng bởi độ pH của thực phẩm.
Điều kiện chế biến: Đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hƣởng tới chất
lƣợng chất màu bổ sung vào.
Điều kiện bao gói: Quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và ánh
sáng vào thực phẩm, do đó có thể làm biến đổi chất màu.
Điều kiện bảo quản và thời gian sử dụng: Chất màu sử dụng chỉ bền dƣới
những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định.
1.3. Giới thiệu về chất màu anthocyanin
1.3.1. Khái niệm vế chất màu anthocyanin [8]
Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nƣớc lớn
nhất trong thế giới thực vật. Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp,
trong đó Anthocyanin là sự kết hợp giữa Anthos – nghĩa là hoa và Kysanesos –
nghĩa là màu xanh. Tuy nhiên, không chỉ có màu xanh, anthocyanin còn mang đến

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

là từ 0,005 đến 0,025%.
1.3.3. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin [8]
Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, có khả năng hòa tan trong
nƣớc và chứa trong các không bào. Về bản chất, các anthocyanin là những hợp chất
glycoside của các dẫn xuất polyhydroxy và polymethoxy của 2-
phenylbenzopyrylium hoặc muối flavylium. Cho đến nay, ngƣời ta đã xác định
đƣợc 18 loại aglycon khác nhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin,
cyanidin, delphinidin, peonidin, petunidin và maldivin.
- 12 -

Trong tự nhiên, anthocyanin rất hiếm khi ở trạng thái tự do (không bị
glycosyl hóa). Nhóm hydroxy tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trở
nên không ổn định và làm giảm khả năng hòa tan của nó so với anthocyanin tƣơng
ứng. Vì vậy, sự glycosyl hóa luôn diễn ra, đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy. Nếu có
thêm một phân tử đƣờng sữa, vị trí tiếp theo bị glycosyl hóa thƣờng gặp nhất là ở C-
5. Ngoài ra, sự glycosyl hóa còn có thể gặp ở các vị trí C-7, C-3’, C-5’.
Loại đƣờng phổ biến nhất là glucose, ngoài ra cũng có một vài loại
monosaccharide (nhƣ galactose, rammose, arabinose), các loại disaccharide (chủ
yếu là rutinose, sambubiose hay sophorose) hoặc trisaccharide tham gia vào quá
trình glycosyl hóa.
Sự methoxyl hóa các anthocyanin và các glucoside tƣơng ứng diễn ra thông
thƣờng nhất là ở vị trí C-3’ và C-5’, cũng có thể gặp ở vị trí C-7 và C-5. Tuy nhiên,
cho đến nay, ngƣời ta vẫn chƣa tìm thấy môt hợp chất nào bị glycosyl hóa hay bị
methoxyl hóa trên tất cả các vị trí C-3, -5, -7 và -4’ do cần thiết phải còn ít nhất một
nhóm hydroxyl tự do ở C-5, -7 hay -4’ để hình thành dạng cấu trúc quinonoidal
base (dạng cấu trúc của anthocyanin thƣờng tồn tại trong không bào thực vật có pH
từ 2,5 – 7,5).

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

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
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


- 14 -


Hình 1.4. Cấu trúc phân tử của các anthocyanidin thường gặp trong tự nhiên
[8]

Các anthocyanidin thƣờng liên kết với các đƣờng 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).

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.
- 15 -

1.3.4. Tính chất vật lý và hóa học của các anthocyanin [6]

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

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- 540 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 đƣợc quyết định bởi cấu trúc
phần glucosyl hóa (bản chất phân tử đƣờng liên kết với khung anthocyanidin, mức
độ và bản chất của sự este hóa các phân tử đƣờng bởi các acid mạch thẳng hay
thơm), nhiệt độ, ánh sáng, pH dung dịch và sự tổ hợp màu…
1.3.4.2. Tính tan
- 16 -

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 nhƣ nƣớc, metanol,
axeton, etanol,
1.3.4.3. Tính không bền
So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanin là chất màu có độ bền
kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trƣờng acid. Ngoài ra, nó có thể phân
hủy tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng
màu nâu cộng với những sản phẩm không tan.
Sự phân hủy anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích và tinh chế
chúng, đồng thời sự phân hủy này còn xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản các
sản phẩm thực phẩm.
Độ bền của các anthocyanin đƣợc quyết định bởi nhiều yếu tố bao gồm cấu
trúc phân tử, nồng độ anthocyanin, pH, nhiệt độ, cƣờng 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, đƣờng, 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 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