Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng làm chất màu cho nước giải khát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
--- ---

VÕ ĐÌNH NGUYÊN THẢO

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VI NHŨ TƯƠNG LUTEIN ỨNG
DỤNG LÀM CHẤT MÀU CHO NƯỚC GIẢI KHÁT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Khánh Hòa - 2015


B GIO DC V O TO
TRNG I HC NHA TRANG
--- ---

Vế èNH NGUYấN THO

NGHIấN CU IU CH VI NH TNG LUTEIN NG
DNG LM CHT MU CHO NC GII KHT
LUN VN THC S
Chuyờn ngnh: Cụng ngh sau Thu hoch
Mó s: 60 54 01 04
NGI HNG DN KHOA HC

TS. HOAỉNG THề HUE AN

TS.TRAN QUANG NGOẽC

CH TCH HI NG

KHOA SAU I HC

TS. V NGC BI

Khỏnh Hũa - 2015


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết luận
nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác.
Học viên

Võ Đình Nguyên Thảo


ii

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm khoa,
và quý thầy cô giảng viên trường Đại học Nha Trang đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật
chất, cung cấp cho tôi những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong suốt thời gian học
tập tại trường, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Công nghệ
sau thu hoạch.
Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa đã tạo
điều kiện tốt nhất về dụng cụ và trang thiết bị trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS.Trần Quang Ngọc đã quan tâm hướng dẫn

và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Hoàng Thị
Huệ An đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp đỡ tôi trong việc nâng cao kiến
thức, rèn luyện kỹ năng thực nghiệm và tạo mọi điều kiện về trang thiết bị, vật tư cho
tôi tiến hành nghiên cứu.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp cho tôi
nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp này.
Nha Trang, tháng 04 năm 2015
Học viên

VÕ ĐÌNH NGUYÊN THẢO


iii

MỤC LỤC
Trang phụ bìa
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................4
1.1 Tổng quan về chất màu thực phẩm............................................................................4
1.1.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm .....................................4
1.1.2. Phân loại chất màu thực phẩm...............................................................................4
1.1.2.1 Chất màu vô cơ....................................................................................................4
1.1.2.2 Chất màu tổng hợp ..............................................................................................5

1.1.2.3 Chất màu tự nhiên................................................................................................5
1.1.2.4 Chất màu tự nhiên bán tổng hợp .........................................................................7
1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm ..............................................................8
1.1.4 Tình hình nghiên cứu tách chiết và sử dụng chất màu tự nhiên.............................9
1.1.4.1 Trên thế giới ........................................................................................................9
1.1.4.2 Trong nước ........................................................................................................11
1.2 Tổng quan về chất màu lutein .................................................................................12
1.2.1 Tính chất vật lý và hóa học của lutein..................................................................13
1.2.2 Chức năng sinh học và ứng dụng của lutein.........................................................14
1.2.2.1 Chức năng sinh học của lutein...........................................................................14
1.1.2.2 Ứng dụng của chất màu lutein...........................................................................15
1.2.3. Các nguồn lutein tự nhiên....................................................................................16
1.3 Tổng quan về vi nhũ tương......................................................................................17
1.3.1. Định nghĩa về vi nhũ tương .................................................................................17
1.3.2. Ưu - nhược điểm của vi nhũ tương......................................................................18
1.3.3. Sự khác nhau giữa vi nhũ tương và nhũ tương....................................................18


iv
1.3.4 Thành phần của vi nhũ tương ..............................................................................20
1.3.5. Phương pháp điều chế vi nhũ tương....................................................................22
1.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vi nhũ tương..........................................23
1.3.6.1. Chất hoạt động bề mặt......................................................................................24
1.3.6.2. Chất đồng diện hoạt..........................................................................................24
1.3.6.3. Pha dầu .............................................................................................................24
1.3.7. Phân loại vi nhũ tương.........................................................................................25
1.3.8. Ưu - nhược điểm của các hệ vi nhũ tương dùng trong thực phẩm ......................25
1.3.8.1. Ưu điểm: ...........................................................................................................25
1.3.8.2. Nhược điểm: .....................................................................................................26
1.3.9. Một số đặc tính của vi nhũ tương và cách đánh giá ............................................26

1.3.10 Ứng dụng của vi nhũ tương trong thực phẩm ....................................................26
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vi nhũ tương ...................................27
1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài......................................................................27
1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước .........................................................................29
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................30
2.1 Vật liệu - Hóa chất...................................................................................................30
2.2. Thiết bị....................................................................................................................30
2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................31
2.3.1. Quy trình dự kiến điều chế vi nhũ tương lutein ..................................................31
2.3.2. Tối ưu hóa điều kiện điều chế vi nhũ tương lutein tan trong nước .....................32
2.3.3 Thử nghiệm quy trình – Đánh giá chất lượng sản phẩm ......................................34
2.3.3.1 Thử nghiệm quy trình ........................................................................................34
2.3.3.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm ..........................................................................34
2.3.4. Khảo sát một số đặc tính hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein .............................34
2.3.5 Đánh giá độ ổn định của vi nhũ tương lutein .......................................................36
2.3.5.1 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH.....................................36
2.3.5.2. Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản....................36
2.3.6 Ứng dụng tạo màu cho đồ uống - Đánh giá độ bền màu của sản phẩm...............37
2.3.6.1. Chọn nồng độ vi nhũ tương lutein thích hợp để tạo màu .................................38
2.3.6.2. Đánh giá độ bền màu của sản phẩm sữa chua uống hương cam bổ sung vi nhũ
tương lutein..........................................................................................................38


v
2.3.7. Phương pháp đánh giá cảm quan.........................................................................38
2.3.8. Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................................39
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................40
3.1 Kết quả tối ưu hóa điều kiện điều chế vi nhũ tương lutein .....................................40
3.2 Thử nghiệm quy trình - Đánh giá chất lượng sản phẩm..........................................48
3.2.1 Thử nghiệm quy trình ...........................................................................................48

3.2.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm .............................................................................49
3.3 Đề xuất quy trình sản xuất thử nghiệm vi nhũ tương lutein....................................50
3.3 Đặc tính hóa – lý và độ ổn định của hệ vi nhũ tương lutein...................................51
3.3.1 Một số tính chất hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein............................................51
3.3.2 Kết quả đánh giá độ ổn định của vi nhũ tương lutein ..........................................54
3.3.2.1 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH.....................................54
3.3.2.2 Đánh giá độ bền màu cuả vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản.....................55
3.4 Ứng dụng tạo màu cho sản phẩm sữa chua uống hương cam và đánh giá độ bền
màu của sản phẩm theo thời gian bảo quản ...............................................................57
3.4.1 Chọn nồng độ vi nhũ tương lutein thích hợp để tạo màu .....................................57
3.4.2 Đánh giá độ bền màu của sữa chua uống hương cam theo thời gian bảo quản.............58
3.5 Giá thành ước tính cho sản phẩm vi nhũ tương lutein ............................................60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................62
Kết luận..........................................................................................................................62
Kiến nghị .......................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63
PHỤ LỤC


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT
λmax

TIẾNG ANH
Wavelength of maximum

TIẾNG VIỆT
Bước sóng hấp thụ cực đại

absorption
A

Absorption

Độ hấp thụ

VNT

Microemulsion

Vi nhũ tương

UV- Vis

Ultraviolet-Visible

Tử ngoại- khả kiến

w/w

Weight / weight

Trọng lượng / trọng lượng

HLB

Hydrophilic Lipophilic Balance

Chỉ số cân bằng ưa dầu ưa nước

O/W

Oil / water

Dầu / nước

W/O

Water /oil

Nước / dầu

HĐBM

Surfactant

Hoạt động bề mặt

µm

Micrometer

Micromet

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm .............................................. 4
Bảng 1.2 Những đặc tính cơ bản của một số chất màu tự nhiên thông dụng ............ 6
Bảng 1.3 Tính chất của một số chất màu tự nhiên bán tổng hợp .............................. 8
Bảng 1.4. Sự khác nhau giữa các hệ nhũ tương và vi nhũ tương ............................ 19
Bảng 1.5 Các thành phần của hệ vi nhũ tương ........................................................ 22
Bảng 2.1: Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng vi nhũ tương lutein và khoảng giá trị
khảo sát ..................................................................................................................... 32
Bảng 2.2: Bảng quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện điều chế ................... 33
vi nhũ tương lutein.................................................................................................... 33
Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm theo phương án quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa. 40
Bảng 3.2: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm ............................................ 41
Bảng 3.3: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm ............................................ 42
Bảng 3.4: Điều kiện tối ưu nhận được bằng phần mềm Modde 5.0......................... 48
Bảng 3.5: Kết quả kiểm tra thực nghiệm mẫu vi nhũ tương lutein (500 g) ............. 49
Bảng 3.6: Bảng đánh giá chất lượng của vi nhũ tương lutein .................................. 49
Bảng 3.7 So sánh công thức một số loại vi nhũ tương............................................. 50
Bảng: 3.8 Một số tính chất hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein ............................... 51
Bảng 3.9: Kết quả đánh giá các chỉ tiêu vật lý theo thời gian bảo quản .................. 54
Bảng 3.10: Kết quả theo dõi độ bền của sữa chua uống bổ sung VNT lutein.......... 58
Bảng 3.11: Giá thành ước tính cho 1 lít sản phẩm vi nhũ tương lutein ................... 60


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans) ........................................13

Hình 1.2. Sự khác nhau về kích thước hạt của dung dịch keo (micellar solution),.......19
vi nhũ tương (microemulsion) và nhũ tương (emulsion) .............................................19
Hình 1.3. Các thành phần cơ bản của vi nhũ tương .....................................................22
Hình 1.4: Sơ đồ bào chế vi nhũ tương ..........................................................................23
Hình 1.5. Phân loại vi nhũ tương ..................................................................................25
Hình 2.1: Quy trình dự kiến điều chế vi nhũ tương lutein ............................................31
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ ổn định của VNT lutein theo pH ...................36
Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền của vi nhũ tương lutein ...........................37
theo điều kiện bảo quản .................................................................................................37
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ vi nhũ tương lutein bổ sung..................38
Hình 3.1: Tương quan giữa giá trị độ đục thực nghiệm và độ đục dự đoán .................42
từ mô hình (R2= 0,9889)................................................................................................42
Hình 3.2: Tương quan giữa giá trị độ màu thực nghiệm và độ màu dự đoán từ mô
hình (R2= 0,988) ............................................................................................................43
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ O/W, nồng độ Tween 80 và Leucithin ........................44
đến độ đục của vi nhũ tương..........................................................................................44
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ O/W, nồng độ Tween 80 và Leucithin ........................46
đến cường độ màu vi nhũ tương....................................................................................46
Hình 3.5: Sơ đồ quy trình điều chế vi nhũ tương lutein ................................................50
Hình 3.6. Các sản phẩm vi nhũ tương lutein .................................................................51
Hình 3.7 Hình ảnh vi nhũ tương lutein chụp bằng ........................................................52
kính hiển vi điện tử truyền quaTEM .............................................................................52
Hình 3.8 (a) Phổ hấp thụ khả kiến của vi nhũ tương lutein (λmax = 455; 484 nm)........53
(b) Phổ hấp thụ khả kiến của lutein tinh khiết (> 92%) trong n-hexan (λmax = 445;
472 nm)..........................................................................................................................53
Hình 3.9. Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH ...............................................55
Hình 3.10. Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản (mẫu
không bổ sung vitamin E 0,1%) ....................................................................................55
Hình 3.11 Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản ...................56
Hình 3.12 Tổng điểm cảm quan của sản phẩm theo tỷ lệ VNT lutein bổ sung để

tạo màu ..........................................................................................................................57


1

LỜI MỞ ĐẦU
Đối với thực phẩm thì yếu tố hấp dẫn người tiêu dùng trước tiên chính là màu
sắc. Tuy nhiên, do chạy theo lợi nhuận mà một số nhà sản xuất đã sử dụng phẩm màu
tổng hợp ngoài danh mục cho phép để nhuộm màu thực phẩm. Các loại phẩm màu này
có thể gây ngộ độc cấp tính hoặc có nguy cơ gây ung thư do sự tích lũy lâu dài của
những thành phần này trong cơ thể [29]. Trong số đó có Tartrazine (E102), một loại
phẩm màu thường dùng để tạo màu vàng cho mì ăn liền, nước giải khát, bánh mứt,
siro,… Theo một số nghiên cứu, E102 có khả năng làm tăng sự hiếu động thái quá ở
trẻ em, ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ, ảnh hưởng đến chức năng sinh sản của
nam giới…[30]. Chính vì vậy, hiện nay các nhà khoa học ngày càng quan tâm đến việc
tìm kiếm những chất màu tự nhiên có khả năng thay thế chất màu tổng hợp độc hại.
Một trong số những sắc tố tự nhiên được chú ý gần đây là lutein.
Trong bối cảnh đó, lutein được xem là sắc tố tự nhiên có tiềm năng ứng dụng
lớn trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm do không chỉ có màu vàng
sáng đẹp mà còn có tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa, ngăn ngừa bệnh thoái hóa
điểm vàng, ngăn ngừa bệnh tim mạch và một số bệnh ung thư [21], [24]. Lutein là một
loại sắc tố carotenoid có màu vàng – cam thường có trong nhiều loài thực vật như súp
lơ xanh, rau bina, rau ngót, vi tảo,… và đặc biệt là có trong cánh hoa cúc vạn thọ châu
Phi (Tagetes erecta L.) với hàm lượng khá lớn (khoảng 1,6 g/kg trọng lượng khô) [19].
Chính vì vậy, trên thế giới và ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu chiết
tách và tinh chế lutein từ hoa cúc vạn thọ nhằm ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất
chất màu thực phẩm [2].
Tuy nhiên, cũng như các carotenoid khác, với cấu trúc phân tử chứa mạch
hydrocarbon liên hợp khá dài, lutein tan được trong dầu nhưng kém tan trong nước và
lại dễ mất màu khi để trong không khí do bị phân hủy dưới tác dụng của các tác nhân

acid, chất oxy hóa, ánh sáng và nhiệt độ cao [8]. Do đó, để ứng dụng lutein làm chất
màu thực phẩm cần chuyển hóa lutein thành các dạng chế phẩm có khả năng phân tán
tốt trong pha nước và pha dầu, đồng thời bền màu dưới các điều kiện bảo quản thực
phẩm nhất định.
Vi nhũ tương (microemulsion) là một hệ phân tán có kích thước hạt từ
10– 200 nm, có độ trong suốt cao, bền nhiệt động học, phân tán tốt trong nước và dầu,


2
đồng thời giữ được hoạt tính của chất phân tán trong thời gian khá dài [21]. Do những
ưu điểm trên, phương pháp điều chế vi nhũ tương hiện đang được ứng dụng rộng rãi
trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm để tạo ra các chế phẩm chứa các
chất màu, tinh dầu, vitamin, dưỡng chất… để tăng độ bền và khả năng chuyển giao
hoạt chất [9], [14]. Các nghiên cứu cũng cho thấy để điều chế các hệ vi nhũ tương có
khả năng phân tán tốt trong pha nước và pha dầu, thường phải dùng một hệ gồm từ 2
đến 3 chất hoạt động bề mặt (HĐBM) khác nhau trong đó có chất HĐBM ưa dầu hơn
(có chỉ số HLB1 thấp) đến chất ưa nước hơn (có HLB cao). Trong một số trường hợp
có thể dùng thêm chất đồng hoạt động bề mặt (co-surfactant) – thường là alcol có
mạch dài trung bình, để giảm sức căng bề mặt của hệ và tăng tính ổn định của hệ vi
nhũ tương thu được [14].
Ở nước ta, lutein cũng đã được Bộ Y tế đưa vào danh mục các chất màu thực
phẩm được phép sử dụng từ năm 2012 [1]. Tuy nhiên, chất màu này hiện vẫn đang
được nhập khẩu với giá khá đắt (lutein 90% khoảng 8 – 11 triệu VNĐ/kg). Mặc dù đã
có một vài công trình nghiên cứu chiết tách lutein từ nguồn nguyên liệu cúc vạn thọ
trong nước để thay thế cho sản phẩm ngoại nhập nhưng chưa có công bố nào liên quan
về việc điều chế lutein vi nhũ tương nhằm ứng dụng làm chất màu thực phẩm [2], [9].
Việc điều chế vi nhũ tương lutein là một hướng đi mới, hứa hẹn được ứng dụng rộng
rãi và có hiệu quả trong thực phẩm để thay thế các chất màu vàng độc hại như Sudan
II, Tartrazine, đồng thời là tiền đề cho việc điều chế vi nhũ tương các chất khác. Do
vậy, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng

làm chất màu cho nước giải khát”.
Mục tiêu đề tài:
Xây dựng quy trình thích hợp điều chế vi nhũ tương lutein ổn định trong nước,
có thể ứng dụng làm chất màu thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu:
• Xây dựng quy trình thích hợp điều chế vi nhũ tương lutein ổn định trong nước.
• Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein trong một số điều kiện bảo
quản khác nhau.

1

HLB (Hydrophyl Lipophyl Balance): chỉ số cân bằng ưa dầu – ưa nước


3
• Ứng dụng tạo màu và đánh giá độ bền màu cho nước giải khát. Từ đó, đánh
giá khả năng ứng dụng của sản phẩm.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Tạo ra sản phẩm chất màu mới, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về
nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất màu.
Tạo ra dẫn liệu khoa học làm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu chất
màu thực phẩm.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Tạo ra được chế phẩm lutein tự nhiên, ứng dụng an toàn làm chất màu thực
phẩm, nhờ đó hạn chế việc sử dụng các chất màu tổng hợp gây hại cho sức khỏe người
tiêu dùng.
Góp phần làm đa dạng hóa, tăng thêm sự lựa chọn chất màu thực phẩm cho
những nhà chế biến, kinh doanh thực phẩm.

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về chất màu thực phẩm
1.1.1. Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm
Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng để đánh giá chất
lượng sản phẩm, làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm (bánh kẹo, nước giải
khát...). Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng đến 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 mùi vị và chất lượng của thực
phẩm. Do vậy, việc bổ sung chất màu trong thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng:
Giúp phục hồi lại chất màu tự nhiên của thực phẩm khi những chất màu này bị
mất đi trong quá trình chế biến, hay trong quá trình bảo quản.
Xác định rõ hay nhấn mạnh cho người tiêu dùng chú ý tới mùi tự nhiên của rất
nhiều loại thực phẩm do giữa màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau.
Gia tăng màu sắc đặc hiệu cho những loại thực phẩm không có màu hay có màu
nhạt nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng.
Làm đồng nhất màu sắc của thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô sản phẩm khác.
Tạo cho thực phẩm có màu sắc hấp dẫn hơn [4].
1.1.2. Phân loại chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm được chia thành các nhóm chính: chất màu vô cơ, chất
màu tổng hợp, chất màu tự nhiên và chất màu bán tổng hợp.
1.1.2.1 Chất màu vô cơ
Chất màu vô cơ được sản xuất rất nhiều, tuy nhiên trong thực phẩm thường chỉ
dùng để trang trí. Phần lớn các chất màu vô cơ có tính độc nên cần phải thận trọng khi
sử dụng trong thực phẩm [4].
Bảng 1.1. Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm [4]

Tên chất màu
Cacbonat Canxi

Bioxyt Titan
Oxyt sắt
Oxyt nhôm
Bạc
Vàng
Chất màu rubi

Sử dụng
Ít dùng
Ít dùng
Bánh kẹo và mứt
Bánh kẹo và mứt
Bánh kẹo và mứt
Bánh kẹo và mứt
Vỏ phomai

Liều dùng (mg/kg thể trọng)
Không hạn chế
Chưa có
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5


5

1.1.2.2 Chất màu tổng hợp
Các chất màu tổng hợp là những chất màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng

hợp hóa học như Tartrazin, Azorubin, Amaranth...
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.
Nhóm B: gồm 5 loại màu là β-caroten tổng hợp, xanh lơ VRS (kí hiệu
CI.42090), Erythrozin (kí hiệu CI.45430), Indigocarmin (kí 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.
Các chất màu tổng hợp được sử dụng trong phạm vi tương đối hẹp, thường sử
dụng trong sản xuất bánh kẹo và các lọai đồ uống không cồn, trong sản xuất đồ hộp
chủ yếu là đồ hộp hoa quả. Tất cả các chất màu tổng hợp đều độc với con người nên
khi sử dụng phải tuân theo sự chỉ dẫn trong tài liệu kỹ thuật [4].
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 đã phát hiện những enzyme 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.
1.1.2.3 Chất màu tự nhiên
Chất màu tự nhiên là những chất màu hữu cơ thu nhận được từ các nguồn
nguyên liệu tự nhiên có thể ăn được (động vật, thực vật, vi sinh vật). Ngoài ra chất
màu tự nhiên cũng có thể được hình thành trong quá trình nấu nướng (ví dụ: caramel).
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 không độc, tạo ra màu sắc đẹp cho sản
phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng. Một
số chất màu tự nhiên còn có họat tính sinh học tốt với sức khỏe (như khả năng chống
oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của cơ thể…). Tuy nhiên, so với chất màu tổng
hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền (dễ mất màu dưới tác dụng của ánh sáng,
nhiệt độ, pH) và có giá thành cao do việc thu hồi, tách chiết chúng từ các nguồn tự
nhiên khá tốn kém. Vì vậy, trước đây việc sử dụng chúng trong chế biến thực phẩm

6
chưa phổ biến lắm. Tuy nhiên, khoảng 25 - 30 năm gần đây, khi người tiêu dùng bắt
đầu lo ngại về sự an toàn của một số chất màu tổng hợp (ví dụ: Tartrazine gây nên sự
hiếu động thái quá và ảnh hưởng đến khả năng nhận thức ở trẻ em) thì người ta mới
bắt đầu quan tâm đến việc thương mại hóa và ứng dụng chất màu tự nhiên trong công
nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Để khắc phục nhược điểm của nhiều chất màu tự
nhiên là kém tan trong nước, nhạy cảm với tác nhân oxy hóa và nhiệt độ cao, các nhà
sản xuất đã ứng dụng các công nghệ hiện đại (điều chế chất màu dạng vi nang hay vi
nhũ tương) để tạo ra các loại phẩm màu với các gam màu khác nhau, đáp ứng yêu cầu
người sử dụng. Vì vậy, 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.
Chất màu tự nhiên được chia làm ba nhóm chính:
- Anthocyan làm hoa quả có màu đỏ và màu xanh lam
- Carotenoid có màu vàng
- Chlorophyll: sắc tố xanh lá cây [4].
Bảng 1.2 Những đặc tính cơ bản của một số chất màu tự nhiên thông dụng [6]
Chất màu
Curcumin

Nguồn tự
nhiên
Củ nghệ

Màu sắc

Đặc tính

Vàng cam sáng

Không tan trong nước. Nhạy với
ánh sáng khi hòa tan và có mặt
nước. Dùng phổ biến trong các
món tráng miệng và mứt quả.
Sắc tố carotenoid tan trong dầu.
Có nhiều trong thực phẩm tự
nhiên. Đã phát triển thành sản
phẩm tan trong nước, bền với sự
oxy hóa nhằm tạo màu cho các
món tráng miệng, nước giải khát,
bánh nướng.
Hỗn hợp carotenoid tan trong dầu
(chủ yếu là β-carotene). Nhạy với
sự oxy hóa, có hoạt tính tiền
vitamin A.
Bixin tan trong dầu; Norbixin
phân tán trong nước. Trước đây
dùng phổ biến ở EU, nay hạn
chế. Dùng phổ biến trong kem
lạnh, phomai, chất béo màu vàng,
cá hun khói.

Lutein

Hoa cúc vạn
thọ, cỏ linh
lăng

Vàng kim

Carotene tự
nhiên hỗn
hợp

Dầu cọ, tảo
D.salina

Vàng kim cam

Bixin/
Norbixin

Hạt điều
nhuộm

Cam


7
Capsanthin/
Capsorubin

Ớt (
Capsicum
anmum L.)

Cam đỏ

Carotenoid tan trong dầu. Mùi

capsanthin phải < 250 ppm (quy
định của EU). Dùng trong các
món xốt, mứt quả, bánh nướng.
Lycopen
Cà chua
Đỏ cam
Carotenoid tan trong dầu. Ít được
thương mại hóa do kém tan, giá
thành cao. Không có trong danh
mục chất màu ở Mỹ.
Acid
Rệp son (cái)
Cam – đỏ
Tan trong nước, màu đỏ hơn khi
carminic
ở Pêru
tăng pH.
Carmin
Rệp son (cái)
Hồng – đỏ
Là son nhôm của acid carminic.
ở Pêru
Trong môi trường acid có thể
biến đổi màu và kết tủa.
Betanin
Củ cải đỏ
Hồng đến đỏ
Tan trong nước, mất màu khi gia
nhiệt. Dùng phổ biến trong kem
lạnh, món tráng miệng.

Anthocyanin Vỏ nho đen, Hồng/đỏ/tím/xanh Có nhiều trong các loại hoa quả,
rau màu đỏ. Nguồn tự nhiên lớn
bắp cải tím.
tùy theo pH
nhất là vỏ nho (phế phẩm của
công nghiệp rượu vang). Dùng
phổ biến trong nước giải khát.
Chlorophyll Cỏ, linh lăng,
Xanh lục
Chlorophyll phân tán trong dầu,
tầm ma
tan ít trong nước. Ít dùng do kém
tan, màu không tươi.
Đồng
Cỏ, linh lăng,
Lục lam
Trao đổi Mg2+ trong khung
chlorophyll
tầm ma
porphyrin của chlorophyll bởi
Cu2+, tạo chất màu lục lam sáng
và bền hơn.
Crocin
Cây nghệ tây,
Vàng
Carotenoid tan trong nước. không
còn trong danh mục chất màu của
quả dành
EU.
dành

TiO2
Khoáng vật
Trắng
Không tan trong nước. dùng
anatase
trong mứt quả, bánh kem.
1.1.2.4 Chất màu tự nhiên bán tổng hợp
Chất màu tự nhiên bán tổng hợp là những chất màu được tổng hợp để có cấu
trúc phân tử giống như dạng tự nhiên của chúng. Được ứng dụng nhiều nhất là các
carotenoid tổng hợp như β-apocarotenal, β-carotene… Do các carotenoid này dễ bị
oxy hóa dẫn đến mất màu nên chúng thường được phối trộn với các chất chống oxy
hóa (như tocopherol, ascorbyl palmitat) để ngăn ngừa hiệu ứng này [4].


8
Bảng 1.3 Tính chất của một số chất màu tự nhiên bán tổng hợp [4]
Chất màu
β-carotene (E160a)

Màu sắc

Tính chất

Vàng đến cam Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền
vitamin A

β-Apo-8’-carotenal (E160e) Cam hơi đỏ

Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền
vitamin A nhưng kém hơn β-carotene

Ethyl ester của β-apo-8- Vàng/cam
carotenoic acid (E160f)

Tan trong dầu, có hoạt tính tiền vitamin
A nhưng kém hơn β-carotene

Riboflavin; Riboflavin 5’ vàng
phosphate (E101) (I&II)

Tan ít trong nước, nhạy cảm với ánh
sáng (dễ mất màu)

Canthaxanthin (E161g)

Hồng hơi cam Chỉ cho phép dùng trong xúc xích
Strassbourg. Có trong cá hồi, tôm và
hồng hạc.

1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm
Về nguyên tắc, bổ sung chất màu thực phẩm nhằm phục hồi màu vốn có của
thực phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến. Không được dùng chất màu để che đậy
khuyết điểm của thực phẩm hoặc để người tiêu dùng nhầm lẫn về sự có mặt của một
vài thành phần thực phẩm [4]. Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ
sung vào một sản phẩm ta cần quan tâm đến các yếu tố sau:
- Trạng thái của chất màu: chất màu ở dạng lỏng hay dạng bột, người tiêu dùng
vẫn ưa dùng chất màu ở dạng lỏng hơn.
- Sự chuyển màu mới như thế nào: thường phối trộn nhiều màu với nhau để đạt
được màu mong muốn cho thực phẩm.
- Thành phần các chất trong thực phẩm: sự có mặt của protein, nước, chất béo,

tannin sẽ ảnh hưởng đến độ trong hay vẩn đục của chất màu phối trộn trong thực
phẩm đó.
- pH: sự ổn định cũng như sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh
hưởng của pH của môi trường thực phẩm.
- Điều kiện chế biến: đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng
màu phối trộn.
- Điều kiện bao gói: quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và ánh
sáng vào thực phẩm, có thể làm biến đổi chất màu.


9
- Điều kiện bảo quản và thời gian sử dụng: Chất màu sử dụng chỉ bền dưới
những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định [4].
Ngoài ra, chất màu thực phẩm cần phải hội đủ các tiêu chuẩn sau về phương
diện vệ sinh an toàn thực phẩm và cảm quan:
- Không có độc tính
- Không là nguyên nhân hay tác nhân gây bệnh
- Không gây mùi lạ và làm ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm.
1.1.4 Tình hình nghiên cứu tách chiết và sử dụng chất màu tự nhiên
1.1.4.1 Trên thế giới
Thuốc nhuộm màu nói chung và chất màu tự nhiên nói riêng đã được con người
nghiên cứu điều chế và sử dụng từ rất lâu. Tuy nhiên, trong vòng 20 – 25 năm gần đây
do lo ngại về tính an toàn của chất màu vô cơ và chất màu hữu cơ tổng hợp nên người
tiêu dùng có xu hướng chuyển sang lựa chọn những thực phẩm sử dụng chất màu tự
nhiên hay chất màu tự nhiên bán tổng hợp. Vì vậy, đã mở ra một bước phát triển mạnh
mẽ trong việc nghiên cứu và thương mại hóa các chất màu tự nhiên hay tự nhiên bán
tổng hợp. Tuy vậy, những chất màu tổng hợp đã được chứng nhận an toàn vẫn chiếm
thị phần khá lớn trên thị trường chất màu toàn cầu do giá thành rẻ và bền màu. Tính
đến năm 2000, thị trường chất màu toàn cầu ước tính khoảng 940 triệu USD, trong đó
chất màu tổng hợp chiếm 400 triệu USD (42%), chất màu tự nhiên là 250 triệu USD

(27%), chất màu tự nhiên bán tổng hợp là 189 triệu USD (20%), chất màu caramel
chiếm 100 triệu USD (11%). Theo dự báo, trong tương lai thị trường chất màu tự
nhiên và chất màu tự nhiên bán tổng hợp sẽ tăng trưởng 5 – 10% / năm, còn chất màu
tổng hợp thì thấp hơn (3 – 5% / năm) [6].
Sự thay đổi thị hiếu người tiêu dùng trong việc tìm đến các thực phẩm tự nhiên
hơn cũng đã đặt ra cho các nhà khoa học và các nhà sản xuất nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ hiện đại nhằm cải thiện những nhược điểm của chất màu tự nhiên là kém
tan trong nước, kém bền màu dưới tác dụng của nhiệt độ, acid và ánh sáng.
Việc nghiên cứu phát triển chất màu tự nhiên trong những năm gần đây bao
gồm các xu hướng sau:
Tìm nguồn sắc tố mới: Điều tra, phát hiện và nghiên cứu tách chiết chất màu từ
nguồn nguyên liệu tự nhiên (chủ yếu là từ thực vật). Đây là hướng nghiên cứu được


10
nhiều quan tâm vì chất màu thu được có độ an toàn cao. Theo hướng nghiên cứu này
nhiều chất màu đã được sản xuất và ứng dụng.
Ví dụ: chiết chất màu anthocyan (màu tím) từ vỏ quả nho; chất màu anthocyanin
acetyl hóa (có màu hồng ở pH thấp, màu tím hoa cà – tím đỏ ở pH 5 -6 , màu xanh lam
ở pH 7 – 8) từ cà rốt đen hay bắp cải đỏ (Brassica oleracea); betalain từ củ cải đỏ;
indigotin (màu xanh chàm) từ là cây chàm; annatto (màu đỏ - cam) từ hạt điều nhuộm;
lycopen (màu đỏ) từ cà chua hay màng hạt gấc; lutein ( màu vàng – cam) từ hoa cúc
vạn thọ; phycocyanin (màu xanh lam) từ vi tảo Spirulina…[6], [11].
Hiện nay, một số loài thực vật cho chất màu thực phẩm được trồng và khai thác
với số lượng lớn tại một số nước.
Ví dụ: cây điều nhuộm (Bixa orellana) được trồng nhiều ở Peru, Kenya, Ấn Độ để
thu chất màu annatto xuất khẩu sang Mỹ, Nhật, Đông Âu (10.000 tấn/năm); cây cúc
vạn thọ (Tagetes erecta) được trồng nhiều ở Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Peru để tách
chiết chất màu lutein; cây nghệ vàng (Curcuma longa) được trồng nhiều ở Ấn Độ để
chiết chất màu curcumin…[6], [11], [12].

Bán tổng hợp chất màu từ các hợp chất thu được từ thực vật: Đây là hướng nghiên
cứu có nhiều triển vọng, có thể sản xuất nhiều loại chất màu khác nhau (ví dụ: βcarotene, β-apo-carotenal…). Tuy nhiên giá thành khá cao và đòi hỏi công nghệ phức
tạp.
Nghiên cứu sản xuất chất màu thực phẩm bằng công nghệ sinh học: Đây là hướng
nghiên cứu đang được triển khai ở các nước có trình độ kỹ thuật cao. Theo hướng này
các kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật, lên men vi sinh vật, ghép gen,... đã được
nghiên cứu ứng dụng để sinh tổng hợp chất màu (anthocyan, carotenoid, betalain,…)
từ các hợp chất hữu cơ có trong môi trường nuôi cấy. Trong đó, phương pháp nuôi cấy
mô thực vật được xem là hiệu quả hơn cả để sản sinh chất màu tự nhiên [20].
Ví dụ: Nuôi cấy mô sần cây Aralina để thu chất màu đỏ tự nhiên; nuôi cấy mô
sần cây Hồng hoa (Carthamus tinctorius) để thu màu đỏ hoa rum; điều chế chất màu
bằng cách cho nấm men Aspergillus phát triển trong môi trường nuôi cấy chứa nguyên
liệu thực vật (đã được nghiền nát và thanh trùng), chất màu thu được do quá trình sinh
tổng hợp bởi Aspergillus sau đó sẽ được chọn lọc và cô đặc [20].
Tuy nhiên, không thể sản xuất liên tục theo phương pháp này vì chất màu được
lưu giữ bên trong các mô chứ không tiết ra môi trường nuôi cấy. Vì vậy, cho đến nay


11
chưa có chất màu thực phẩm tự nhiên nào được sản xuất ở quy mô lớn bằng công nghệ
sinh học. Do đó, phương pháp này chỉ có ý nghĩa khi không thể trồng hay nhân giống
các loại thực vật sinh ra chất màu.
Ngoài ra, việc sinh tổng hợp chất màu tự nhiên từ một số tảo đơn bào hay nấm mốc
cũng là những kỹ thuật có triển vọng. Chẳng hạn, gần đây đã sinh tổng hợp β-carotene
từ nấm mốc Blakeslea trispora và sản phẩm này đã được thương mại hóa thành chất
màu tự nhiên bởi công ty Gist Brocades (DSM Gist Brocades Delft, Heerlen, Hà Lan)
[6], [11], [20].
1.1.4.2 Trong nước
Hiện nay, tất cả các chất màu thực phẩm ở nước ta đều được nhập khẩu. Theo
quy định của luật thực phẩm, chỉ có các chất màu nằm trong danh mục cho phép của

Bộ Y Tế mới được dùng trong chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, ở nước ta việc quản lý
sử dụng phụ gia tạo màu trong chế biến thực phẩm còn rất lỏng lẻo. Hơn nữa, các cơ
sở sản xuất do chạy theo lợi nhuận nên thường sử dụng những chất màu hóa học rẻ
tiền (không nhãn mác, xuất xứ) và không đúng liều lượng cho phép hoặc thậm chí sử
dụng những chất màu độc hại, không có trong danh mục cho phép của Bộ Y Tế.
Ví dụ: Tạo màu tương ớt bằng Sudan; nhuộm màu đỏ cho hạt dưa bằng
Rhodamin B; tạo màu cho đồ uống (trà, sữa, rượu, bia…), kẹo, đồ nướng và thức ăn
cho vật nuôi bằng Blue No.1 và No.2 (gây ung thư ở chuột); tạo ra màu đỏ anh đào
cho rượu cocktail, kẹo và đồ nướng bằng Red No.3 (gây ra khối u tuyến giáp); tạo màu
cho kẹo và nước giải khát bằng Green No.3 (gây ung thư bàng quang); tạo màu cho
nước giải khát, xúc xích, gelatin, đồ nướng và kẹo bằng Yellow No.6 (có thể gây khối
u ở thận và tuyến thượng thận) [29].
Theo xu hướng chung của thế giới, người tiêu dùng trong nước cũng ngày càng
quan tâm hơn đến vấn đề an toàn thực phẩm, ưa chuộng các loại thực phẩm được
nhuộm màu tự nhiên. Do vậy, nhu cầu sử dụng chất màu tự nhiên là khá lớn. Trong
khi đó, nước ta nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm, thích hợp cho nhiều loại cây cỏ,
thực vật cho lá, hoa, quả có màu sắc phong phú để làm nguyên liệu sản xuất các chất
màu ứng dụng trong công nghệ thực phẩm. Vì vậy, việc điều tra nguồn nguyên liệu và
nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chất màu tự nhiên có chất lượng tốt, giá
thành hạ, quy trình sản xuất đơn giản phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước rất
được quan tâm.


12
Lưu Đàm Cư và Trần Minh Hợi đã điều tra và sơ lược đánh giá các cây nhuộm
màu thông dụng ở nước ta, trong đó ghi nhận có 200 loại cây cho chất nhuộm màu
thuộc 57 chi. Ngoài ra, cũng đã phát hiện 114 loài cây đã được sử dụng hay có khả
năng khai thác làm chất màu thực phẩm ở Việt Nam [2].
Trong khoảng 15 – 20 năm gần đây, tại các trường đại học và các viện nghiên
cứu trong nước cũng đã thực hiện nhiều nghiên cứu về công nghệ chiết xuất chất màu

tự nhiên như: chiết chất màu anthocyan từ cây cẩm (Peristrophe bilvavis), đài hoa bụp
dấm (Hibicus sabdariffa L.), từ lá gai (Boechmeria nivea L. Gaudich); betalain từ củ
dền (Beta vulgaris L.); annatto từ hạt điều (Bixa orellana L.), carotene từ màng hạt gấc
(Momordica cochinchinensis L. Spreng.); curcumin từ củ nghệ vàng (Curcuma longa
L.); crocin từ quả dành dành (Gardenia jasminoides), lutein từ hoa cúc vạn thọ
(Tagetes erecta L.)… Đáng chú ý nhất là các đề tài xây dựng quy trình công nghệ
chiết tách curcumin từ củ nghệ và đề tài nghiên cứu công nghệ sản xuất chất màu
anthocyan từ đài quả bụt giấm (Hibicus) và chlorophyll từ lá tre nứa (Bambusa). Các
sản phẩm của đề tài này đã được thương mại hóa (curcumin) hoặc đã sản xuất ở quy
mô pilot và ứng dụng trên một số thực phẩm. Ngoài ra, còn nhiều công trình khác chỉ
mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm chứ chưa được ứng dụng như:
- Trần Thị Huyền Nga và cộng sự đã nghiên cứu chiết xuất, tinh chế và xác
định hoạt tính sinh học của một vài carotenoid từ cây cỏ Việt Nam. Nhóm tác giả đã
xác định được hàm lượng của các carotenoid trong 68 mẫu thực vật. Theo đó, βcarotene có nhiều nhất trong quả gấc (màng hạ gấc: 22mg/100g; cùi thịt:
11,4mg/100g). Đặc biệt là mẫu lá gấc bánh tẻ có chứa hàm lượng β-caroten và lycopen
khá cao (15 mg/100 g). Lycopen có nhiều nhất trong quả thịt cà chua (45 mg/100 g),
còn lutein có nhiều nhất trong cánh hoa cúc vạn thọ (714 mg/100 g) [5].
- Hoàng Thị Huệ An và cộng sự đã nghiên cứu tách chiết và tinh chế lutein từ
hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.). Đề tài đã xác định được điều kiện thích hợp để xử
lý hoa cúc vạn thọ nhằm mang lại hiệu suất chiết lutein cao nhất và xây dựng được quy
trình tách chiết và tinh chế lutein từ hoa cúc vạn thọ đảm bảo yêu cầu về độ tinh khiết [2].
1.2 Tổng quan về chất màu lutein
Lutein có nguồn gốc từ luteum, theo tiếng Latinh có nghĩa là noãn hoàng, do
lần đầu tiên được phát hiện và tách chiết từ noãn hoàng [5].


13
Lutein là một sắc tố màu vàng thuộc nhóm sắc tố carotenoid, được coi là tiền
thân của vitamin A, là dẫn xuất 3,3’-diol của β, ε-caroten [2].
Công thức phân tử: C40H56O2;

Trọng lượng phân tử: 568,88 g/mol
Công thức cấu tạo: Lutein là một oxycarotenoid, trong phân tử ngoài khung
isoprenoid C40 cơ bản chung cho tất cả các carotenoid còn có chứa 2 nhóm – OH ở 2
vòng đầu mạch (một vòng β- và một vòng α-ionon). Mặc dù chuỗi liên kết đôi có mặt
trong lutein có thể tồn tại trong cấu hình trans hay cis (mono-cis và poly-cis) nhưng
phần lớn lutein tự nhiên tồn tại ở cấu hình trans (Hình 1.1).
18'

16 17

19
6

7

3
4

8
5

11

9

21

HO

20

10

15

13
12

14

14'
15'

18

12'

10'

8'

13' 11'
20'

9'

4'
3'

5'

6'

1

OH

2'

7'

19'

17' 16'

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans)
1.2.1 Tính chất vật lý và hóa học của lutein
a. Tính chất vật lý
Lutein tinh thể ở dạng bột chảy tự do có màu đỏ cam.
Lutein kết tinh ở dạng tinh thể hình kim, khối lăng trụ đa diện, dạng lá hình thoi
với điểm nóng chảy 190 – 193oC. Tinh thể lutein được bảo quản tốt nhất ở -18°C.
Lutein không tan trong nước, ít tan trong hexan, trong alcol và ete, nhưng tan
tốt trong diclorometan.
Do có chuỗi polyen liên hợp trong phân tử nên lutein hấp thụ được bức xạ khả
kiến, trong đó bước sóng hấp thụ cực đại vào khoảng 445 nm. Tuy nhiên, cực đại hấp
thụ này thay đổi ít nhiều tùy theo dung môi được sử dụng [8], [19].
b. Tính chất hóa học
Lutein rất nhạy cảm đối với acid, các tác nhân ánh sáng, nhiệt độ, bền vững với
kiềm. Hệ thống nối đôi liên hợp (polyen) là nguyên nhân chính làm cho các phân tử
lutein ở dạng tự do trong dung dịch rất dễ bị oxy hóa hoặc bị đồng phân hóa, hydro
hóa dẫn đến sự nhạt màu hay mất màu. Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu của

lutein như: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxy hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại,


14
enzyme, nước. Tuy nhiên, lutein trong các mô động vật thường ở dạng liên kết với các
acid béo, lipid, lipoprotein,… nên bền hơn lutein dạng tự do.
Nhóm hydroxyl ở hai đầu phân tử lutein hoạt động mạnh, dễ dàng tham gia vào
các phản ứng oxy hóa nên lutein có hoạt tính chống oxy hóa khá mạnh, có khả năng
hấp thụ và làm giảm sự nguy hại của các gốc tự do gây ra. Một số nghiên cứu cho thấy
khi cung cấp một lượng lutein vừa đủ trong võng mạc mắt thì gốc tự do gây hại ở mức
thấp nhất [25].
Vì lutein dễ bị oxy hóa nên cần bảo quản lutein dạng tự do trong khí trơ hay
chân không, bảo quản ở nhiệt độ thấp, đậy kín, tránh ánh sáng mặt trời [13].
1.2.2 Chức năng sinh học và ứng dụng của lutein
1.2.2.1 Chức năng sinh học của lutein
Phần lớn chức năng sinh học của chất màu lutein đều dựa trên khả năng hấp thụ ánh
sáng, khả năng dễ bị oxy hóa và khả năng bắt giữ các gốc tự do của phân tử lutein [24].
a. Khả năng hấp thụ ánh sáng
Lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại và ánh sáng xanh trong dải bức xạ khả
kiến, do đó có khả năng bảo vệ da, mắt khỏi tác hại của các bức xạ này, ngăn ngừa ung
thư da, thoái hóa điểm vàng [24].
b. Hoạt tính chống oxy hóa - Giá trị dược học
Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng các lutein có khả năng bảo vệ cơ thể khỏi
những chứng bệnh hiểm nghèo như các bệnh về mắt, ung thư, bệnh tim, viêm màng bồ
đào,… Người ta cho rằng tác dụng này của các phân tử lutein nhờ vào khả năng chống
oxy hóa và bắt giữ các gốc tự do sinh ra trong tế bào.
Các loại oxy hoạt tính (ROS: Reactive oxygen species) ở trong tế bào và mô có
thể gây tác hại đến DNA, protein, carbohydrate và lipid. Sự gây hại này được kiểm
soát bởi lutein do nó có khả năng khử các chất oxy hóa và dọn sạch các gốc tự do. Khả
năng chống oxy hóa của lutein có thể được giải thích bởi cấu trúc hóa học chứa chuỗi

polyen liên hợp của nó. Đặc biệt, lutein có hai nhóm hydroxyl làm cho tính chống oxy
hóa trở nên mạnh hơn so với một số các carotenoid khác như β-carotene, lycopen,...
Lutein có tác động loại trừ và ngăn chặn sự xâm nhập của chất oxy hóa và các gốc tự
do như oxyt nitric và DPPH (2,2-diphenyl-1 picrylhydrazyl) qua màng tế bào, giúp
ngăn chặn sự oxy hóa lipid, hạn chế sự suy giảm khả năng miễn dịch đối với cơ thể.


15
Do đó, lutein có ảnh hưởng mạnh đến sự tăng hoạt tính chống oxy hóa trong
máu và tế bào [22].
1.1.2.2 Ứng dụng của chất màu lutein
a. Trong công nghiệp thực phẩm
Lutein có khả năng tạo màu vàng cam rất đẹp nên có thể dùng làm chất màu
thực phẩm. Lutein đã được các tổ chức FDA ở Mỹ, Canada, EU cho phép sử dụng làm
chất màu trong chế biến thực phẩm. Chất nhuộm màu vàng có nguồn gốc lutein tách
chiết từ hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.) được sử dụng như một chất tạo màu vàng
tự nhiên cho nhiều loại thực phẩm (ký hiệu là E 161b). Chẳng hạn, lutein được dùng
để tạo màu vàng tự nhiên cho vỏ ngoài của giò chả, các loại thực phẩm quý, các bán
thành phẩm từ thịt gà, sữa chua đặc làm từ hoa quả. Lutein tạo màu vàng cam sáng đẹp
và bắt mắt cho các sản phẩm bánh nướng, nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc
điểm tâm, kẹo cao su, kẹo cứng, các sản phẩm từ sữa, trứng, các loại thực phẩm cho trẻ
sơ sinh và trẻ mới biết đi, chất béo và dầu, nước thịt, nước sốt và súp hỗn hợp [12], [13].
b. Trong chăn nuôi
Carotenoid, trong đó có lutein, là những nguồn sắc tố chính quyết định đến màu
sắc của cá cảnh nhiệt đới. Điều kiện nuôi như thức ăn, môi trường sống không tốt sẽ
làm màu sắc cá cảnh nhạt đi, kém hấp dẫn người mua. Cá giống như các động vật khác
không tự tổng hợp carotenoid mà cần phải được cung cấp qua chế độ dinh dưỡng hàng
ngày. Vì vậy, thường xuyên cho cá ăn thức ăn bổ sung lutein sẽ làm tăng sắc tố trên da
cá [7]. Lutein còn được bổ sung vào thức ăn cho gà công nghiệp để tạo màu vàng cho
da, chân và làm tăng cường mảu vàng cho lòng đỏ trứng gà [7].

c. Trong công nghiệp dệt nhuộm
Hiện nay, ngành công nghiệp dệt may sử dụng quá nhiều thuốc nhuộm tổng
hợp, ước tính khoảng 10 triệu tấn/ năm. Việc sản xuất và sử dụng chất màu tổng hợp
làm thải ra môi trường một lượng chất thải màu lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng và nguy
hiểm tới sức khỏe và làm xáo trộn cân bằng sinh thái của thiên nhiên. Ngày nay, việc
xem xét vấn đề sinh thái trở thành yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và sản xuất
các hàng tiêu dùng trên toàn thế giới. Kể từ giữa những năm 1980, các doanh nghiệp
nhỏ đã bắt đầu xem xét đến khả năng sử dụng các loại thuốc nhuộm tự nhiên để tạo
màu sắc và hạn chế một lượng thuốc nhuộm tổng hợp. Chính vì vậy, lutein trở thành