ĐỒ ÁN ANTHOCYANIN VÀ NHŨNG NGUYÊN LIỆU CHỨA ANTHOCYA

Trường Đại học Kỳ Thuật Công Nghệ TP.HCM
Khoa Công nghệ Thực Phẩm
BỒ MỎN Công Nghê Thưc Phầm

Đ ồ ÁN MÔN HỌC
•

Công Nghệ Thực Phâm
(MSMH: 20471014)

ĐỀ TÀI:
ANTHOCYANIN VÀ NHŨNG NGUYÊN LIỆU CHỨA ANTHOCYANIN

GVHD: Cô Trần Thị Cúc Phương
SVTH: 1. Huỳnh Thị Thanh Tuyền_0851100344
2.

Trần Thị Xuân Hồng_ 0851100091

Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

Năm học: 2011


Mục lục

I. Tổng quan về Anthocyanin................................................................................................3
1. Giới thiệu...............................................................................................................................4
2. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin..................................................................................... 4
3. Tính chất của Anthocyanin ................................................................................................ 5
Công dụng ............................................................................................................................7

4. Sự phân bố của Anthocyanin.............................................................................................. 8
5. Qúa trình sinh tổng hợp Anthocyanin................................................................................ 8
5.1. Con đưòng sinh tồng họp Anthocyanin trong tế bào thực vật .....................................9
5.2. Các yếu tố ảnh huởng đến quá trình sinh tống họp ......................................................9
6. Sir chuyển đối cấu trúc của Anthocyanin trong môi trường lỏng.................................. 9
7. Một sổ yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin...............................................11
7.1. Cấu trúc .........................................................................................................................12
7.1.1 Cấu trúc chuyển h ó a ..................................................................................................... 13
7.1.2. Cấu trúc hóa học ........................................................................................................ 14
7.2. P H ...................................................................................................................................15
7.3. Nhiệt đ ộ ........................................................................................................................... 16
7.4. O x y ...................................................................................................................................17
7.5. Enzym e............................................................................................................................ 19
7.6. Ánh sán g ......................................................................................................................... 20
7.7. Đường và các sảnphẩm biến tính của chúng ................................................................ 22
7.8. Các ion kim lo ạ i..............................................................................................................25
7.9. Sunphurdioxide(SC>2) ................................................................................................... 28
7.10. Acid Ascorbic ...............................................................................................................30


8. Khả năng ứng dụng và các nguồn nguyên liệu trong sản xuât Anthocyanin hiện nay.. 34
9. Vai trò của các hợp chất Anthocyanin ..........................................................................37
9.1. Đối với thực vật .............................................................................................................40
9.2. Đối với sức khỏe con người .......................................................................................... 12
9.2.1. Hoạt tính chống oxy hóa .............................................................................................13
9.2.2. Hoạt tính chống ung th ư ..............................................................................................14
9.2.3. Hoạt tính chống các bệnh tim mạch............................................................................ 15
Ket luận .......................................................................................................................16
II. Các nguyên liệu có chứa Anthocyanin.........................................................................17
1. Bắp cải tím .........................................................................................................................19

1.1. Tổng q u an ....................................................................................................................... 20
1.2. Thành phần hóa học........................................................................................................ 22
Giới thiệu về phương pháp trích l y ................................................................................ 25
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly ................................................................. 28
1.3. Quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ...................................... 30
Tiến hành thí nghiệm ...................................................................................................... 14
Phương pháp thí nghiệm.................................................................................................. 15
Mục đích thí nghiệm.........................................................................................................16
Chuân bị thí nghiệm .........................................................................................................17
Bố trí thí nghiệm .............................................................................................................. 19
Phương pháp nghiên c ú n ................................................................................................ 20
Ket quả nghiên cún.......................................................................................................... 22
1.4. Kết luận ...........................................................................................................................25
2. Gạo nếp th a n .......................................................................................................................19
2.1. Tổng q u an ..................................................................................................................... 20


2.2. Thành phần hóa học........................................................................................................ 22
2.3. Quá trình và tinh chế Anthocyanin từ gạo nếp than ....................................................30
2.4. Nhận xét và kết luận....................................................................................................... 15
3. Dâu t â y ............................................................................................................................19
3.1. Tổng q u an ....................................................................................................................... 20
3.2. Thành phần hóa học........................................................................................................ 22
3.3. Phương pháp nghiên c ứ u ............................................................................................... 30
3.3.1. Nguyên liệu ................................................................................................................. 14
3.3.2. Phương pháp................................................................................................................ 15
3.3.3. Tiến hành thí nghiệm.................................................................................................. 16
3.3.4. Kết quả nghiên cứu về các đặc tính của Anthocyanin .............................................17
Nhận x ét.........................................................................................................................16
3.4. Kết luận ......................................................................................................................... 17

III. Các chất Anthocyanin thương m ại............................................................................... 17
IV. Phương pháp nghiên cứu, bảo vệ màu đở của Anthocyanin ....................................... 19
1. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................................20
Sơ đồ nghiên cứu.................................................................................................................22
2. Bảo vệ màu đở của Anthocyanin.......................................................................................22
Mục Lục Bảng:
Bảng l.Các Anthocyanin trong một số nguồn thực vật...................................................... 17
Bảng 2. Thành phần hóa học của bắp cải ........................................................................... 19
Bảng 3. Ánh hưởng của dung môi đcn hàm lượng và độ màu của Anthocyanin.............. 20
Bảng 4. Tỷ lệ dung môi và hàm lượng Anthocyanin..........................................................17
Bảng 5. Thành phần hóa học của gạo nếp th a n ....................................................................19
Bảng 6. Thành phần dinh dường của quả dâu tây................................................................ 20


Bảng 7. Kết quá hàm lượng Anthocyanin theo độ chín của quả d âu .................................17
Bảng 8. Phần trăm màu còn lại theo thời gian ở 95°c tại các PH khác nhau của
Anthocyanin thô chiết trong dung môi nước Sulfite và etanol/PBO ................................19
Mục Lụ c Hì n h :
Hình 1. Cấu trúc của một số Anthocyanin tự nhiên............................................................ 17
Hình 2. Con đường sinh tổng họp Anthocyanin ................................................................ 19
Hình 3. Sự chuyển hóa cấu trúc của phân tử Anthocyanin trong môi trường lỏng...........20
Hình 4. Cấu trúc chuyển hóa của Anthocyanin trong nước................................................ 17
Hình 5. Ảnh hưởng của PH lcn tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45°c trong
trường họp có Oxygen hoặc Nitrogen .................................................................................19
Hình 6. Sự biến tính của Anthocyanin 3,5_diglucoside tại PH 3,7....................................20
Hình 7. Sự biến tính của Anthocyanin với phản ứng oxy hóa Catechol............................ 20
Hình 8. Phản ứng ngưng tụ của a) Cyanidin và furfural và b) cyanidin kctobase và
furfural..................................................................................................................................... 17
Hình 9. Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 va Anthocyanin ............... 19
Hình 10. Sự chuyển hóa Malvin thành Malvone bởi H2O2 tạo thành sự oxy hóa

vitamin c ..................................................................................................................................20
Hình 11. Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giừa vitamin c và A .............................. 17
Hình 12. Sự tạo phức giữa Cyanidin và DNA .....................................................................19
Hình 13. Bắp cải tím............................................................................................................... 20
Hình 14. Công thức cấu tạo của Cyanidin 3,5_diglucoside................................................20
Hình 15. Qúa trình trích ly một đoạn....................................................................................20
Hình 16. Qúa trình trích ba đoạn giao dòng.........................................................................17
Hình 17. Qúa trình trích nhiều đoạn nghịch d ò n g .............................................................. 19
Hình 18. Sơ đồ quy trình công nghệ chiết tách Anthocyanin từ bắp cải tím ....................20


Hình 19. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các hệ dung môi.................................................20
Hình 20. Ánh hưởng của tỷ lệ dung môi (Etanol-nước ) đến hàm lượng Anthocyanin ... 19
Hình 21. Hạt nếp than............................................................................................................20
Hình 22. Qủa dâu tây............................................................................................................. 20
Hình 23. Ket quả hàm lượng Anthocyanin ở các nồng độ SƠ2 khác nhau........................20
Hình 24. Ket quả hàm lượng Anthocyanin ở các nhiệt độ khác n h au ................................20


I. Tổng quan về Anthocyanin:
1. Giói thiệu:
Các Anthocyanin hiện thuộc nhóm các chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế
giới thực vật. Thuật ngữ cmthocyanin 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, arìthocyanin còn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rưc rờ khác như hồng, đó,
cam và các gam màu trung gian. Các anthocyanin khi mất hết nhóm đường được gọi là
anthocyanidin hay aglycon. Mồi anthocyanỉdin có thê bị glycosyl hóa acylate bởi các loại
đường và các acid khác tại các vị trí khác nhau. Vì thế lượng anthocyanỉn lớn hơn
anthocyanidỉn từ 15-20 lần.
2.

Cấu trúc hóa học của Anthocyanin:
Anthocyanin thuộc nhóm các họp chất ịlavưnoid, có khả năng hòa tan trong nước và chứa

trong các không bào.

về bản chất,

các Anthưcyanin là những họp chất gỉycoside của các dẫn

xuất poìyhydroxy và pơlymethơxy của 2-phenyỉbemopyryỉỉum hoặc muôi ỷỉavyỉium. Cho đến
nay, người ta đã xác định được 18 loại agỉycon khác nhau, trong đó 6 loại phô biến nhất là
peỉargonidin, cyanidin, delphinidin, peonidin, petimidin và maldivin.
Trong tự nhiên, Anthocyanirì rất hiếm khi ớ trạng thái tự do (không bị glycosyl hóa). Nhóm
hydroxy tự do ớ vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trớ nên không ôn định và làm giảm
khả năng hòa tan của nó so với anthocyanin tương ứng. Vì vậy, sự glycosyl hóa luôn diễn ra,
đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy. Neu có thêm một phân tử đường sữa, vị trí tiếp theo bị
gỉycosyì hóa thường gặp nhất là ở C-5. Ngoài ra, sự glycosyl hóa còn có thể gặp ở các vị trí C7, C-3\ C-5
Loại đường phổ biến nhất là glucose, ngoài ra cũng có một vài loại monosaccharide (như
gaỉactose, rammose, arabinosè), các loại disaccharide (chủ yêu là rutinose, sambubiose hay
sophorosè) hoặc trisaccharỉde tham gia vào quá trình g/ycosy/ hứa.
Sự methưxyỉ hóa các anthocyanin và các gỉucoside tương ứng diễn ra thông thường 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, người ta vẫn
chưa tìm thấy môt họp chất nào bị gỉycosyỉ hóa hay bị methoxyì hóa trên tất cả các vị trí C-3, 5, -7 và -4 ’ do cần thiết phải còn ít nhất một nhóm hydroxyỉ tự do ở C-5, -7 hay -4 ’ đê hình


thành dạng cấu trúc qninonoidaì base (dạng cấu trúc của anthocyanirì thường tồn tại trong
không bào thực vật có pH từ 2,5 - 7,5).

or 5

Hĩnh 1: Cẩu trúc của một sổ Anthocyanidin tư nhiên. Các Anthocyanìn tương ủng luôn
được glycosyỉ hóa ở nhóm hydroxy C-3
Sự acyl hóa cũng có thê xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đường hay ester hóa ở nhóm
hydroxy C-6. Các nhóm acyỉ hỏa chính là các phenolic acid như p-coumeric, caffeic, ferulic
hay sinapic acid và một loạt các acid như acetic, malic, malonic, oxalic và succinic.
3. Tính chất của Anthocyanin:
Anthocyanin tỉnh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là họp chất khá phân cực
nên tan tốt trong dung môi phân cực.
Anthocyanin hòa tan tốt trong nước và trong dịch bão hòa. Khi kết hợp với đường là
cho phân tử anthocyanin hòa tan hơn.
Màu sắc anthocyanin thay đôi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều yếu tổ
khác,... Khi tăng số lượng 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. Neu
nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đôi theo số
lượng các gốc đưòng được đính vào nhiều hay ít.


Các Anthocyanin cũng phụ thuộc rất mạnh vào pH của môi trường:
> Khi pH > 7 các Anthocyanin có màu xanh và khi pH < 7 các Anthocycmin có màu đở.
'> ơ pH = 1 các Anthocyanin thường ớ dạng muối oxonium màu cam đến đỏ.
> Ở pH = 4+5 chúng có thế chuyển về dạng bazơ Cacbinoì hay bazơ Chalcon không
màu.
> Ở pH = 7+8 lại về dạng bazơ Quinoidal Anhydro màu xanh.
Màu sắc của anthocyanỉn còn có thê thay đôi do hấp thụ ở trên polysaccharide. Khi đun nóng
lâu dài các anthocyanin có thể phá hủy và mất màu.
Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước
sóng 510+540nm. Đ ộ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocycmin
chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanỉn: thường pH thuộc vùng acid
mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh.
Tóm lại, trong môi trường acid, các anthocycmin là những bazơ mạnh và có thê tạo

muối bền vững với acid. Anthocyanin cũng có khả năng cho muối với bazơ. Như vậy chúng
có tính chất amphote. Muối với acid thì có màu đỏ, còn muối với kiềm thì có màu xanh.
* Công dụng:
Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá phổ biến và an toàn trong thực
pham, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mồi sản phấm.
Anthocyanin là họp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như:
>

Khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chổng oxy
hóa các sản phấm thực phấm, chống viêm, chống các tia phóng xạ...

>

Hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, sự phát triên của các tế bào ung thư.

>•

Ngoài ra, Athocyanin còn có vai trò thu hút côn trùng giúp cho sự thụ phấn của cây
diễn ra tốt hơn.

4. Sự phân bố của Anthocyanìn:
anthocyanin tập trung ở những cây hạt kín và những loài ra hoa, phần lớn nằm ở hoa và quả,
ngoài ra cũng có ở lá và rễ. Trong những loại thưc vật này, anthocyanin được tìm thấy chủ yếu
ở các lóp tế bào nằm bên ngoài như biểu bì.


Các họp chất cmthocyanin xuất hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73 loài và trong vô số
giống thực vật sử dụng làm thực vật (Bridle và Timber!ake, 1996). Các họ thực vật như vỉtaceae
(nho) và rosaceae (cherry, dâu tây, mâm xôi, táo,...) là các nguồn anthocyanin chủ yếu. Bên
cạnh đó còn có các họ thực vật khác như solanceae ( cà tím), saxifragaceae (quả lý đỏ và đen),

erỉcaceae (quả việt quốc) và brassicaceae (bắp cải tím). Các loại anthocycmin phô biến nhất là
các glucoside của cyanidin, kế đến là pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin và
maldivin. số lượng các 3-glucosỉde nhiều gấp 2,5 lần các 3,5-glucoside. Loại anthocyanin hay
gặp nhất chính là Cyaidin-3-gIucoside.
Bảng 1: Các Anthocyanin trong môt số nguồn thực vật
Tên thực vật

Tên thông thưòng

Loại Anthocyanỉn

Allium cepa

Củ hành đỏ

Cy-3-glucoside, 3-galactoside, 3diglucoside và 3-laminarriobioside,
Pn-3-glucoside

Brassica oleraea

Bắp cải tím (red cabbage)

Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacyl
hóa với malonoyl, p-coumaroyl, dip-coumarol,feruloyl, diferuloyl,
sinapoyl và disinapoyl

Fragaria spp

Dâu tây (strawberry)

Pg và Cy-3-glucoside

Glycine maxima

Đậu nành (vỏ)

Cy và Dp-3-glucoside

Hibicus sabdariffa L

Hoa bụt dấm

Cy, Pn, mono- và biosides

Raphanus sativus

Củ cải dở (rễ)

Pg và Cy-3-sophoroside-5-glucoside
acyl hóa với p-coumaroyl, feruloyl,
caffeoyl.

Vitis spp

Nho

Cy, Pn, Dp, Pt và Mv mono và
diglucoside; dạnh tự do và dạng acyl
hóa

Cy = cyanidin, Pg= pelagorindin, Pn= peonidin, Dp= delphinidin, Pt = petunidin, Mv=
malvidin


5.

Quá trình sinh tống họp Anthocyanin:

5.1. Con đường sinh tống họp Anthocyanỉn trong tế bào thực vật:
Anthocyanin thường nằm trong các mô hoa và quả, trong các lóp tế bào biểu bì và dưới
biểu bì của lá và thân thực vật. Trước đây, có người cho rằng quá trình sinh tổng họp
anthocyanin diễn ra trong các bào quan hình cầu nằm bên trong không bào, được gọi là các
anthocyanoplast. Các bào quan này xuất hiện rộng rãi ở cả các cây một lá mầm và cây hai lá
mầm. Tuy nhiên, theo nghiên cứu cho thấy quá trình sinh tổng họp anthocyanin có thể không
diễn ra trong các anthocycmưplast do ở đây có hàm lượng anthocyanin cao và pH thấp, trong khi
đó pH tối thích của tất cả các enzyme được biết tham gia vào con đường sinh tổng họp flavonoid
là pH trung tính.
Quá trình sinh tổng họp anthocyanin được điều hòa bởi một hệ thống các gen. Anthocyanin
chỉ xuất hiện ở các loài thực vật trên cạn mà không có ở các loài động vật, vi sinh vật hay thực
vật dưới nước. Nguyên nhân do quá trình sinh tổng họp anthocyanin đòi hỏi phải có vật liệu khởi
đầu đi từ quá trình quang hợp. Dưới tác dụng của emzyme Chalcone synthase, Chalcone được
tạo thành thông qua phản ứng ngưng tụ giữa 1 phân tử acid cinammic hoạt hóa (coenzyme A của
4-coumaric acid hay ít gặp hơn là của ferulic, caffeic, 5-hydroxy ferulic hay sinapic acid) và 3
phân tử malonyl-CoA. Acid cinammic hoạt hóa được lay từ L-phenylalanine qua con đường sinh
tông hợp phenylpropano ìdị gồm các enzyme Phenylalanine-ammonialyase, Cinammate-4Hydroxylase, 4-Coumarat-CoA ligase). Maỉonyỉ-CoA được tạo thành từ Acetyl-CoA qua phản
ứng xúc tác bởi enzyme Acetyỉ-CoA carboxylase. Tiếp theo, phân tử Chalcone được đóng vòng
thông qua phản ứng xúc tác bởi enzyme Chaỉcone isomerase hình thành các jlavanone đồng phân
(như naringenin). Sau đó, chính các họp chất này được chuyên hóa thành các dihydroxyfla vano ỉ
ựlanva-3-ol) bởi enzyme flavanone-3-hydroxylase, đồng thời có thê kết hợp với cả enzyme 2hydroxyỉase và một enzyme dehydratase. Các dihydroxyỷìavonoỉ được xem là các tiền chất của
anthocyanidin. Các enzyme xúc tác cho quá trình chuyên hóa từ các dihydroxyflavonol thành các

anthocyanidỉn cho đến nay vẫn chưa được xác định rõ ràng, có thế là các oxydo-reductase với
các họp chất trung gian là flavan-3,4-diol Ợeucoanthocyanidin). Sự khác nhau ở nhóm thế vòng
B có thê bắt đầu ở giai đoạn cinammic acid, nhưng chủ yếu diễn ra ở giai đoạn hình thành các
họp chất trung gian C/5 (như chalcone/flavanone) sau đó.


Các hợp chất anthocyanìdin tự nhiên sẽ được gỉycosyỉ hóa ngay lập tức ớ nhóm hydroxy C3 do chúng không bền trong môi trường lỏng. Quá trình glycosyl hóa tiếp theo, nếu có, sẽ xảy ra
theo dạng bậc thang, bắt đầu từ việc gắn các phân tử đường vào gốc 3-glycosyỉ và hoặc nhóm 5hydroxy. Các uridine dỉphosphat (UDP)-đường đóng vai trò là chất cho gỉycosyl cho tất cả các
enzyme glycosyl-transferase. Quá trình acyl hóa Anthocyanin có thê xảy ra sau quá trình glycosyl
hóa, xúc tác bởi các enzyme acy¡transferase.
5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh tống họp:
Quá trình sinh tổng họp anthocyanin bị tác động bởi các yếu tố môi trường như: ánh sáng,
nhiệt độ, các hormone thực vật, nguồn dinh dường, những tác động cơ học và sự tấn công của
các loài gây bệnh. Trong đó, ánh sáng chính là yếu tố quan trọng nhất. Ánh sáng hồng ngoại hoạt
hóa các phytocrome màu, là chất cảm ứng cho các enzyme trong con đường flavone-glucoside và
từ đó, giúp tổng họp anthocyanin trong tế bào. Ngoài ra, cũng thường cần đến tia

uv bên cạnh

các phytocrome hoạt động để cảm ứng các enzyme. Trong môi trường nuôi cấy tế bào
Haplopappus gracilis, chỉ có tia u v có bước sóng nhỏ hơn 345nm mới kích thích được quá trình
tông hợp anthocyanin. Dưới tác dụng của tia

uv,

hoạt tính của các enzyme phenylalanine-

ammonia-lyase, chalcone, synthase và chalcone isomerase tăng lên đáng kê.
Quá trình tích tụ Anthocyanin trong lá cây còn liên quan đến mức độ phát triên của lá, sự
thiếu hụt các chất khoáng đa lượng như N, p, mức độ tiếp xúc của lá với tia

uv. Ngoài ra, sự

tồng họp anthocyanin cũng có thể là một phản ứng của thực vật chống lại sự tấn công của các
loài ăn cỏ cũng như của các loài nấm mốc.


Q u an g hợp

co2+ h 2o

S h ik im ik acid p a th w ay

F la v a n - 3 - ol

ĩ

L-p h e n y la la n in e

ị

F la v a n o n e

Hình 2: Con đường sinh tông hợp Anthocyanỉn. Enzyme: chaỉcone synthase (a); chaỉcone
isomerase (h); flavanone - 3 - hydroxylase (c); oxidoreductase (s) (d); gỉycosyỉ transferase (e)
GI = nhóm glycosyl; R \ R”=H, OH, OCH3hay OG1
6. Sự chuyển đổi cấu trúc của Anthocyanin trong môi trường lỏng:
Trong môi trường lỏng, dưới tác động của các giá trị pH khác nhau của môi trường, cấu
trúc của phân tử Anthocyanin sẽ trải qua một số chuyên hóa. ơ một giá trị pH xác định, diễn ra
sự cân bàng giữa 4 cấu trúc Anthocyanin:

s

Quinonoidaỉ (anhydro) base (A)\ màu hơi tím

S

Cation /lavylium (AHr+): màu đó

s

Carbinoỉpseudobase (hay hemiacetal) (B)\ không màu

•A Chaỉcone ©: không màu
❖ Phương trình chuyển hóa:
AH+

A + H+

AH+ + H20

B + H+

B

c

Sự chuyển đổi cấu trúc của Anthocyanin trong nước là do hoạt tính cao của gốc aglycone
(Anthocyanỉdìn). Gốc đường, nhóm methoxyl cũng như các nhóm acyỉ hóa cũng ảnh hưởng đáng

kể đến sự chuyển hóa trên.


Hình 3: Sự chuyên hóa cấn trúc của phân tử Anthocyanin trong môi trường ìỏng
Dạng quinonoidaỉ hase đươc tạo thành thông thường ở pH > 3. Cation flavylium tương đổi
bền ở môi trường acid (như pH < 3). Trong môi trường trung tính hay acid yếu, Anthocyanỉn tồn
tại chủ yếu ở các dạng không màu. Vì vậy, sự ôn định của các dạng mang màu, đặc biệt là dạng
quinonoidaì hase, một phần là do sự xuất hiện của các gốc acid gắn vào phân tử đường, hay còn
gọi là sự co-pịgment hóa nội phân tử. Sỡ dĩ sự co-pịgment hóa nội phân tử giúp tăng độ bền của
phân tử anthocyanin là do sự xếp chồng của vòng thơm trong gốc acid với vòng pyrylium của
phân tử anthocyanin, giảm bớt khá năng bị các phân tử nước tấn công hình thành các họp chất
carhinol, chaỉcone không màu. Ngoài ra, hiệu ứng copiment hóa ngoại phân tử cũng có thê giúp
làm bền các cấu trúc quỉnoidaì hase hay ion flavylium do sự có mặt của những phức chất không
màu, như các flavone, flavonol. Trong quá trình xử lý nhiệt và ánh sáng, quá trình copigment hóa


ngoại phân tử giữ vai trò quan trọng, ngăn chặn sự mất màu có thê xảy ra. Cơ chế phân hủy do
nhiệt nói chung do sự chuyên hóa thuận nghịch của các ion flavylium thành các dạng chaỉcone.
Chaỉcone là chất trung gian trong cả hai quá trình phân hủy do nhiệt và ánh sáng của
anthocyanin. Theo các nghiên cứu gần đây (Davis và cộng sự, 1983; Mazza và Brouỉllard, 1990)
hiệu ứng co-pigment hóa chính là cơ chế làm bền màu chính của anthocyanin trong thực vât do
nó làm giảm tỉ lệ giừa dạng không mang màu (ichalcone) và dạng mang màu thông qua việc tạo
phức với dạng mang màu, ngăn chặn quá trình chuyền hóa từ dạng mang màu sang dạng không
mang màu.
Trong dung dịch, Anthocyanin dạng không acyl hóa hay acyl hóa một đơn vị đóng vai trò
nhu một chất chỉ thị pH, tồn tại ở dạng acid hay base tùy thuộc vào giá trị pH. Ở pH acid (pH <
3), dung dịch anthocyanin cho màu đó đậm. Khi pH tăng, màu sắc của dung dịch sẽ nhạt dần và
chuyển sang không màu và cuối cùng có màu tím hay xanh dương ở pH cao (pH > 6).
7. Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ màu của Anthocyanin:
So với đa số các chất màu thiên nhiên, anthocyanỉn là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ

thê hiện tính bên trong môi trường acid. Ngoài ra, nó có thê 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 anthocyanỉn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hóa học của
anthocyanin, pH, nhiệt độ, sự có mặt của copigment, ion kim loại, oxy, acid ascorbic,
SỠ2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng.

7.1. Cấu trúc:
7.1.1. cấu trúc chuyến hóa:
Trong môi trường nước các anthocyanin tự nhiên giống như chất chỉ thị pH. Đỏ ở pH thấp,
đỏ xanh ở pH trung gian, và không màu ở pH cao. Tại pH đã cho, tồn tại một cân bằng giữa 4
cấu trúc của anthocyanin và agỉycone: quinonoidaỉ (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation
flavylium (AH+) màu đó, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu.


OH

c
Hình 4: cấu trúc chuyên hoả của anthocyanỉn trong nước
Khi pH < 2.0, các anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cationỷlavylium màu đỏ (R.3=0-đường)
hoặc màu vàng (R.3=H). Khi pH tăng, sự mất prôton xảy ra nhanh thành dạng quinononidaì màu
xanh dương hoặc màu đở. Dạng quinonoidal thường tồn tại như một hồn họp vì pKa của nhóm
OH ở vị trí 4 ’,7 và 5 là tương tự.
Khi đe yên, sự chuyên hóa xảy ra : có sự tách nước của cation flavylium cho ra dạng

pseudohase (hemiacetal), Dạng này cân bằng với dạng chalcone vòng mở không màu.
Hai dạng Cis (C e) và trans-chaỉcone-(Cz) được tạo thành từ carhinol pseudobase bới
phản ứng mở vòng nhanh và isomer hóa chậm. Cả 2 chalcone này khác nhau so với chalcone
bình thường là bởi chúng có nhóm chức carhonyỉ ở cạnh vòng B, trong đó chaỉcone bình thường
có nhóm carbonyỉ ở kế cận vòng A.
i. Cấu trúc hóa học:
Độ bền màu và cường độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số lượng của
các nhóm hydroxyl, methoxyl, đường và các đường được acyl hóa. Khi sổ nhóm hydroxyl trong
vòng B tăng,cực đại hấp thu ở vùng thấy được dịch chuyển về phía có bước sóng dài hơn và màu
thay đổi từ cam đến xanh dương.
Ví dụ: Bước sóng hấp thu cực đại trong dung dịch HCL 0,01% MeOH đổi với:
• pelgonidin:

A-max

= 520 nm (cam)


• cyaniding: A,max = 535 nm (đỏ cam)
• dephinidin:

A.max

= 545 nm (đỏ xanh)

Khi nhóm methoxyl thay thế nhóm hydroxyl thì ta thu được kết quả ngược lại. Nhóm hydroxyl
tại vị trí C-3 có ý nghĩa quan trọng vì dung dịch Anthocyanin chuyển từ màu cam vàng đến
màu đỏ, Điều này giải thích sự khác nhau giữa Anthocyanin có màu đỏ trong khi đó 3 deoxyanthocyanin : apigenidin, luteolinidin và tricetinidin có màu vàng nhưng 3 deoxyanthocyanidin bền hon các anthocyanidin khác (Mazza và Brouillard, 1987; Iacobucci và
Sưêny, 1983).
Sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí C-5 và nhóm thế ở vị trí C-4, cả 2 biến hóa dạng

có màu thông qua sự ngăn cản các phản ứng hydrat hóa đẫn đến sự tạo thành dạng không màu.
Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tính bền của các anthocyanin sẽ giảm. Tuy
nhiên khi tăng sự methoxyl hóa, sẽ thu được kết quả ngược lại.
Ví dụ: sự có mặt của nhóm OH ở vị trí 4 ’và 7 trong phân tử làm bên hóa đáng kê các
pigment, trong khi đó, sự methoxyl hóa có nhóm hydroxyl này làm giảm độ bền.
Các anthocyanin được glycosyl hóa và acyl hóa sẽ cho dạng màu xanh, Sự glycol hóa
những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của anthocyanin. Vì vậy, các diglucoside bền hơn các
monogluside của cùng một anthocyanin.
Anthocnin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin, cinerarrin,
gntiodenphin và zebrrinin) là bền trong môi trường trung tính hoặc acid yếu do liên kết hydro
giữa các nhóm hydroxyl của các nhân phenolic trong anthocyanin và acid vòng thơm. Brouillard
(1981-1982) và Goto cùng với cộng viên (1982-1983) khảo sát ràng các anthocnin diacylate hóa
được bền hóa bởi sự liên kết chặt kiểu sandwich nhờ sự tương tác giữa vòng anthocyanin và 2
nhóm acyl vòng thơm.
7.2. PH:
Trong môi trường nước, pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sắc của anthocyanin
(Brouillard 1984,Mzza và Brouillard 1987). cấu trúc, độ bền màu, màu sắc của anthocyanin
thay đổi theo sự thay đổi của ph. Sự thay đổi cấu trúc của anthocyanin khi pH thay đổi đã được
đề cập trong phần cấu trúc chuyển hóa.


Năm 1956 Lukton nghiên cứu thấy rằng: ở ph = 2 - 4.5 thì vận tốc phân hủy
pelargonidin 3- glucoside trong dịch ép của quả dâu không xác định được khi không có Ơ2. Khi
có mặt O2 ph tăng nhanh, sự biến tính tăng lên mãnh liệt.

Hình 5: Ảnh hưởng của pH lên tốc độ thủy phân của quả dâu được đun nóng tại 45°c trong
trường họp có Oxygen hoặc Nitrogen

Đen năm 1972, Adams nghiên cứu thấy rằng ở ph = 2 - 4 ít ảnh hưởng đến sự phân
hủy của Anthocyanin trong suốt quá trình gia nhiệt khi không có O2. Khi có mặt O2 thì

Anthocyanin bị biến tính mạnh ở ph trên cấu trúc của chúng cùng với độ bền màu thay đôi với
sự thay đổi ph.
7.3.

Nhiệt độ:

Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phâm, Anthocyanin dễ dàng bị biến tính
dưới tác dụng của nhiệt độ (Markakis 1974).


Hình 6: Sự biến tính của Anthocyanin 3,5 - di Glucoside tại pH 3,7

Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũng bền với sự gia
tăng của nhiệt độ. Sự hydroxyl hóa các aglycone làm giảm tính bền của anthocyanin, trong khi
sự methxyl hóa, glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại.
Ví dụ: Anthocyanin 3- glycoside có độ bền nhiệt lớn nhất tại pH = 1.8 - 2.0 với sự có
mặt của oxy trong khi anthocyanidin 3,5-điglycoside có độ bền nhiệt lớn nhất tại pH =
4 .0 -5 .0
Cơ chế của sự phân hủy nhiệt xảy ra không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ
thuộc vào bản thân anthocyanin đó.
Drazdina cho rằng coumarin glycoside là sản phấm phân hủy phô biến của anthocyanin
3,5 - diglycoside và cơ chế của sự phân hủy là: đầu tiên, cation tlavylium chuyến thành dạng
quinônidal base, tiếp theo là hình thành nhiều dạng sản phâm trung gian và cuối cùng thu đựơc
dẫn xuất coumarin và thành phần tương ứng với vòng B của anthocyanidin, Sự biến tính này
không những được xúc tiến bởi nhiệt độ mà còn bị ảnh hưởng bởi oxy.
Anthocyanidin 3 - glycoside thì không hình thành những dẫn xuất coumrin mà bước
đầu tiên của sự phân hủy bao gồm sự chuyên hóa của dạng carbinol pseudobase không màu,
sau đó là sự mở vòng pyrylium đe hình thành dạng chalcone trước khi thủy phân liên kết
glycoside.

Adams cho rằng, các anthocyanidin 3-glycoside khi được nung nóng ớ pH = 2.0 - 4.0
đầu tiên sẽ bị thủy phân liên kết glycoside (ở 100°C) sau đó là sự biến đôi aglycone thành
chalcone. Sự biến tính hơn nữa dẫn đến hình thành dạng sản phấm màu nâu đặc biệt là với sự
có mặt của oxy.
Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thê bị phân huỷ và mât màu, đặc biệt là các
anthocyanin của dây tây, anh đào, củ cải. Ngược lại các anthocyanin của phúc bồn tử đen cũng
trong điều kiện đó lại không bị thay đôi.Nhìn chung khi gia nhiệt, các chất màu đỏ dễ dàng bị
phân huỷ, còn các chất màu vàng thì khó hơn.
7.4. Oxy:
Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trung xúc tiến sự phân hủy của
anthocyanin, do đó mà sinh ra những dạng sản phâm không màu hoặc màu nâu. Chính sự oxy
hóa trực tiếp dạng carbinol pseudobase đã gây ra sự kết tủa và đóng váng trong nước trái cây.
Trong quá trình đun nóng các anthocyanin bị oxy hóa mãnh liệt. Oxy và nhiệt độ là
nhừng tác nhân xúc tiến đặc biệt nhất trong nước ép của blueberry, cherry (anh đào), currant,
nho, raspberry và dâu.
Lượng anthocyanin còn lại của dâu sẽ lớn hơn khi đóng chai dưới điều kiện chân không
hoặc nitrogen (Baravingas và Cain, 1965). Độ bền của các pigment của nho còn được sử dụng
như là chất màu ở nước giải khát được tăng lên khi đóng hộp với nitrogen.

7.5. Enzyme
Nhiều enzyme nội sinh trong tế bào của cây có khả năng làm mất màu anthocyanin.
Những enzyme này được gọi chung là anthocyanase. Dựa vào đăc tính của các enzyme mà
người ta phân làm 2 nhóm; Glycosidase và polyphenol oxidase (PPO). Các enzyme này thu
được từ nam (fugal).
•

Glycosidase: là enzyme thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin tạo ra đường

tự do và aglycone này kém bền hơn rất nhiều và mất màu rất nhanh khi có mặt của

catecol(Huang 1955).


•

Polyphenol oxidase (PPO): tác dụng lên anthocyanin vói sự có mặt của O-diphenol

thông qua cơ chế oxy hóa kết họp. Theo Gromeck và Markakis, sự thêm vào glycosidase
và PPO xúc tác cho quá trình peroxide hóa phân hủy anthocyanin.

Hình 7: Sự biến tính anthocyanin với phản ứng oxy hoá catechol
Peng và Markakis đã đề nghị một cơ chế mà trong đó O-quinine được tạo thành bởi sự
oxy hóa anthocyanin. Blom phân lập được enzyme anthocyanin-glycosidase từ Aspergillus Niger
và chỉ ra ảnh hưởng của nó trong quá trình thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin. PPO là
enzyme có ảnh hưởng yếu lên anthocyanin dạng quinonoidal base dễ bị thủy phân bởi PPO hơn
dạng cation flavylium. Tốc độ phân hủy bởi PPO phụ thuộc vào sự thay thế mô hình của vòng B
và mức độ glycosyl hóa.
7.6. Ánh sáng
Các anthocyanin thường không bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sáng thấy được, và các
nguồn pháp xạ khác. Ánh sáng có 2 anh hưởng đến anthocyanin:
•

Tăng cường cho quá trình sinh tổng họp.

•

Xúc tiến sự biến tính của chúng.

Năm 1964, Siegenman cho rằng những quả táo giống đỏ sẽ chuyến sang màu xanh khi đê
trong bóng tối. Năm 1968 Vanburen và các cộng sự tường trình ràng các diglucoside được acyl

hóa và methyl hóa thì các Anthocyanin trong rượu bền nhất khi đế ngoài ánh sáng,

các

diglucoside không bị acyl hóa là ít bền hơn và monoglucoside là kém bền nhất, năm 1975
Palamidis và Markakis đã tìm thấy rằng ánh sáng thúc đây quá trình phân hủy anthocyanin trong
nước giải khát có CO2 được phối màu với anthocyanin từ xác nho. Macccarone và cộng sự đã
nghiên cứu sự quang hóa của anthocyanin và chỉ ra rằng , anthocyanin diglycosyl hóa tại vị trí C3 và C-5 là bền hơn các anthocyanin mono glycoyl hóa tại vị trí C-3 đồng thời chúng bền hơn so
với các aglycone tương ứng.
7.7. Đường và các sản phấm biến tính của chúng:
ơ nồng độ 100 ppm, đường và các sản phấm phân hủy của chúng có tác dụng thúc đây sự
phân hủy các anthocyanin, trong đó fructose, arabinose, lactose và sorbose có khả năng phân hủy
anthocyanin mạnh hơn glucose, sucrose, và maltose. Tốc độ phân hủy của anthocyanin liên quan
đến tốc độ phân hủy của đường. Các sản phâm phân hủy của đường gồm có: furfura 1,5—
hydroxymethyl furfural và acetaldehyde thu được từ phản ứng Mailard hoặc từ sự oxy hóa của
acid ascorbic, polyuronic hoặc ở bản thân các anthocyanin. Những sản phâm phân hủy này dễ
dàng ngưng tụ với các anthocyanin hình thành những hợp chất phức tạp có màu nâu sẫm. Sự
phân hủy anthocyanin với sự có mặt của furfural và HMF trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ và
được thấy rõ nhất là trong nước trái cây sự có mặt của nó làm tăng thêm hiệu quả phân hủy của
tất cả các loại đuờng và các dẫn xuất của chúng.


Hình 8: Phản ứng ngưng tụ của
a) Cyanidin và furfural
b) Cyanidin ketobase và furfural

7.8. Các ion kim loại:
Một số ion kim loại đa hóa trị có thể tương tác với các anthocyanin có nhóm OH ở vị trí

ortho gây ra hiệu ứng sâu màu (bathocromic). Hiện tượng này xảy ra khi kim loại tiếp xúc với
anthocyanin trong quá trình chế biến rau quả hoặc sự cho thêm các muối kim loại vào trong thực
phầm.
Sistrunk và Cash đã chứng minh rằng có thê bền hóa màu của dịch trích dâu bằng cách thêm
vào đó muối thiếc. Francis (1977) công bố rằng, các ion Ca, Fe, AI tạo thêm sự bảo vệ cho
anthocyanin của nước ép trái mận việt quất (cranberry), nhưng sự biến đổi màu xảy ra là do sự
tạo phức giữa ion kim loại và tannin, kết quả sau cùng là không có lợi.
Trong công nghiệp đồ hộp, sự mất màu của những trái cây có chứa anthocyanin là do có
phản ứng với thiếc của đô hộp (Culpepper và Caldwell, 1972). Trong phản ứng với thiếc,
anthocyanin đóng vai trò như chất khử cực catod hoặc anod. Chất khử cực catod có thê bị khử
bởi hydro mới sinh từ phản ứng giữa kim loại và acid, còn chất khử cực anod thường là các
anthocyanin có ít nhất 2 nhóm hydroxyl ớ vị trí ortho.
7.9. Sunphurdioxide (S 0 2)
Các anthocyanin thường bị mất màu khi có mặt của SƠ2. Hiện tượng này thường xảy ra
trong quá trình xử lý các sản phâm thực phâm có chứa anthocyanin băng SO2. Quá trình khử này
có thê là thuận nghịch hoặc bất thuận nghịch. Trái cây và nước quả được xử lý bằng một lượng
trung bình SO2 (500 - 2000 ppm), làm mất màu các anthocynin của chúng trước khi chế biến,
hơn nữa, chúng được desunfit hóa và màu anthocyanin được phục hồi. Jurd đã đề nghị sơ đồ
phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và anthocyanin trong đó, dạng có màu flavylium phản ứng với
ion bisulphate tạo thành chromene-2-(hoặc 4)- sulphonic acid.


Hình 9: Sơ đồ Jurd đổi với phản ứng thuận nghịch giữa SO2và anthocyanin
SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30 ppm) có thê ức chế sự biến tính do enzyme của anthocyanin
trong quả anh đào nhưng không làm mất màu chúng (Goodman và Markakis, 1965 ). Sự tay màu
bất thuận nghịch xảy ra trong quá trình tay quả với lượng lớn SO2 (0.8 - 1.5%) và soda (0.4 1.0%) được dùng trong quá trình tẩy quả. Phản ứng bất thuận nghịch này chưa được biết hoàn
toàn.
7.10. Acid ascorbic
Nhiều nhà khảo sát (Beatic và cộng sự 1943; Pederson và cộng sự 1947; Kertesz 1952; Meschter
1953; Markakis và cộng sự 1957; Starr và Francis 1968) quan sát sự biến mất đồng thời của acid

ascorbic và anthocyanin trong nước trái cây tồn trữ và đề nghị một tưong tác có thê có giữa 2
họp chất này. Acid ascorbic hiện diện trong hầu hết các sản phâm trái cây,vitamin này bị oxy hóa
tạo thành H2O2 và chính H2O2 làm mất màu anthocyanin.