Các yếu tố ảnh hưởng tới màu và độ bền màu của ANTHOCYANIN

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MÀU VÀ ĐỘ BỀN MÀU CỦA
ANTHOCYANIN
1.

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 hydroyl, methoxyl, đường và các nhóm đường được acyl
hóa. Khi số nhóm hydroxyl của vòng B tăng, cực đại hấp thu ở vùng thấy được
dịch chuyển về bước sóng dài hơn và màu sắc thay đổi từ cam đến xanh dương.
Ví dụ: bước sóng hấp thu cực đại trong dung dịch HCl 0,01% MeOH đối với
-

Pelgonidin: λmax = 520nm (cam)
Cyanidin: λmax = 535nm (đỏ cam)
Delphinidin: λmax = 545nm (đỏ xanh)

Khi nhóm methoxy 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 vàng cam 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-deoxyanthocyanin bền hơn các
anthocyanin khác [1],[2]
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 dẫn đến
sự tạo thành không màu
Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycone tăng, tính bền của anthocyanin sẽ
giảm. Tuy nhiên khi tăng sự methoxyl hóa kết quả sẽ ngược lại.
Ví dụ: sự có mặt của nhóm OH ở vị trí 4’ và 7 trong phân tử làm bền hóa
đáng kể các pigmet, trong khi đó sự methoxyl hóa có nhóm hydroxyl làm giảm
độ bền.

Các anthocyanin dược glycosyl hóa và acyl hóa sẽ cho dạng có màu xanh.
Sự glycosyl hóa các nhóm OH tự do làm tăng tính bền của anthocyanin, vì vậy
các diglucoside bền hơn các monoglucoside của cùng một nhóm anthocyanin.
Anthocyanin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl (như ternatin, platyconin,
cinerarrin 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 Gotto cùng với cộng sự (1982-1983)


khảo sát rằng các anthocnin diacylate hóa sẽ bền với liên kết kiểu sandwich nhờ
sự tương tác giữa vòng anthocyanin và 2 nhóm acyl vòng thơm.[3],[4],[5]
2.

Nồng độ

Tăng nồng độ anthocyan để tăng cường độ ổn định của màu sắc.[9] Sự ổn
định màu sắc của si rô dâu tây được cải thiện bằng cách tăng cường nồng độ của
anthocyanin. Tăng nồng độ anthocyanin cũng làm tăng cường độ của màu lên
nhiều lần . Thay đổi nồng độ cyanin từ 10 -4 đến 10-2 tạo ra cường độ màu tăng
gấp 300 lần. Tăng hàm lượng của anthocyanins giúp cải thiện sự ổn định của
chúng thông qua liên kết cùng loại.[2],[10].
3.

pH.

Trong môi trường nước, pH có ảnh hưởng đáng kể lên màu sác của
anthocyanin.[1],[4] Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc của anthocyanin thay đổi
theo sự thay đổi của pH.
“Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến màu anthocyanin từ bắp cải tím ứng
dụng làm chất chỉ thị an toàn trong phân tích thực phẩm và hóa học” của

NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH – NGUYỄN THỊ LAN Trường Đại học Bách
khoa, Đại học Đà Nẵng đã cho kết quả: Màu của anthocyanin thay đổi theo pH:
pH

1

2

3

Màu

Đỏ

Đỏ

Đỏ

4

5

6

Đỏ nhạt Đỏ nhạt Tím nhạt

7

8

9

Tím

Xanh

Xanh

Như vậy màu của antho hoàn toàn thay đổi khi pH môi trường chuyển từ
acid sang base và gống như các chất chỉ thị acid-base (Phenolphtalein, metyl đỏ
và metyl da cam).
Điều này được giải thích như sau: Trong dung dịch acid, antho tồn tại dạng ở
cation flavylium có màu đỏ. Khi pH tăng dần, có sự tấn công của nước vào
vòng pyran C, antho chuyển dần sang dạng base carbinol và chalcone không
màu. Đây chính là quá trình hydrat hóa, yếu tố chính tạo nên sự bạc màu của
dung dịch màu- nước. Trong dung dịch base, có sự dịch chuyển của H+ từ -OH
trên vòng B, antho chuyển sang dạng anion có màu xanh. Khi pH môi trường
càng cao, ion H+ trong nhóm -OH còn lại bị phân huỷ và khi ấy điện tử không
còn, màu xanh trở nên xanh hơn bởi vì ánh sáng hấp thụ trở thành đỏ hơn.


Trong môi trường trung tính, cả hai dạng cùng tồn tại nên dung dịch cho màu
tím.[8]
4.

Nhiệt độ

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự ổn định của anthocyanin mà bị phá hủy
trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Sự mất màu sắc đã được quan
sát thấy khi nhiệt độ tăng.[15]

Nhiệt độ cao là một yếu tố gây mất màu anthocyanin [B¹kowska et al., 2003;
Furtado et al., 1993; Garcia-Viguera et al., 1999; Horuba³a, 1996]. Các kết quả
được trình bày bởi Dyrby et al. [2001] cho thấy rằng anthocyanins acylated từ
bắp cải đỏ đã ổn định hơn các anthocyanins unacylated thu được từ nho đỏ, nho
đen và cơm cháy. Sự ổn định cao của anthocyanins bắp cải đỏ trong 80 ° C đã
được khẳng định bởi dữ liệu chưa được công bố của Anna B¹kowska-Barczak
(2005). [16].
Sadilova, Carle, và Stintzing (2007) đã nghiên cứu sự phân hủy bởi nhiệt của
anthocyanin bằng HPLCDAD-MS và đánh giá mô hình trên dâu tây và cơm
cháy. Sau 4h sưởi ấm, sản phẩm thoái hóa của dâu tây có λ max = 253nm – một
sản phẩm phân cắt của vòng B (acid protocatechuic). Đối với cơm cháy, sản
phẩm thoái hóa được xác định tại bước sóng 280nm.[24]
Cơ chế của sự phân hủy anthocyanin bởi nhiệt độ không chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào bản chất của anthocyanin. Khi gia nhiệt, nhìn
chung thì các chất có màu đỏ dễ dàng bị phân hủy, các chất màu vàng khó bị
phân hủy hơn.
5.

Oxy

Oxy cũng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy của
anthocyanin. Sự hiện diện của oxy có thể đẩy nhanh sự phân hủy của
anthocyanins hoặc thông qua một cơ chế oxy hóa trực tiếp và/hoặc thông qua
các hoạt động của các enzyme oxy hóa.[17]
Sarni, Fulcrand, Souillol, Souquet, và Cheynier (1995) báo cáo rằng các sản
phẩm thoái hóa của Cy-3-GLC và Mv 3-GLC chứa cả axit caffeoyl tartaric và
các gốc anthocyanin. Hơn nữa, những sản phẩm thoái hóa dần dần thay thế bởi
các sản phẩm không màu như một kết quả của quá trình tiếp tục oxy hóa.[21]
Các tác giả chỉ ra rằng phản ứng giữa Mv 3-GLC và axit o-quinone caftaric dẫn
đến sự hình thành của adducts (Sarni-Manchado, Cheynier, & Moutounet,

1997). Điều này chỉ ra rằng dạng hemiacetal của các sắc tố có nhiều phản ứng
hơn các dạng flavylium.[22]
6.

Ánh sáng

Ánh sáng ảnh hưởng đến anthocyanin theo hai cách khác nhau. Ánh sáng là
yếu tố cần thiết cho sự sinh tổng hợp các anthocyanin, nhưng nó cũng làm tăng
sự thoái hóa chúng.
Anthocyanin giữ nguyên màu sắc của chúng tốt hơn khi được bảo quản trong
tối; sự thay đổi màu sắc có thể nhận thấy ngay chỉ sau 24 giờ khi nó được để
dưới ánh sáng và được so sánh với anthocyanin được để trong tối, ở nhiệt độ
phòng và pH bằng 2.3. Màu của đồ uống có chứa anthocyanin chỉ bị mất đi
khoảng 30% khi để trong tối, và khi để phơi dưới ánh sáng thì bị mất tới 50%
sắc tố trong cùng một điều kiện bảo quản. Sự mất anthocyanin lớn nhất (70%)
thấy được là dưới ánh sáng huỳnh quang và tăng nhẹ nhiệt độ bảo quản.
Furtado et al. (1993) đã phát hiện ra rằng sản phẩm cuối của quá trình thoái
hóa bởi ánh sáng của anthocyanin cũng giống như quá trình thoái hóa bởi nhiệt
của nó, tuy nhiên, quá trình động học của phản ứng thoái hóa thì lại liên quan
đến sự kích thích của các ion dương flavylium.[11],[23]
7.

Enzym

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 nấm (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 catechol.
Polyphenol oxidase (PPO): tác dụng lên anthocyanin với sự có mặt của
O-diphenol thông qua cơ chế oxy hóa kết hợp. 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
Với sự có mặt của oxy, các enzym như PPO xúc tác cho quá trình oxy hóa
acid chlorogenic (CG) vào o-quinone tương ứng (Chlorogenoquinone, CGQ).
Quinone này phản ứng với anthocyanins để tạo thành các sản phẩm ngưng tụ
màu nâu. Kader et al. (1999) làm việc với các giải pháp mô hình chất tinh khiết
cũng đề xuất rằng cyanidin 3-glucoside [anthocyanin ortho-diphenolic, (Cy 3GLC)] được phân hủy bởi một quá trình oxy hóa cùng sự tham gia của các
enzym tạo o-quinone tái tạo một phần của hợp chất nền o-diphenolic (CG).[18]
Những quan sát này xác nhận rằng PPO đóng một vai trò quan trọng trong
suy thoái anthocyanin.[19]
8.

Đường và các sản phẩm biến tính của chúng

Ở nồng độ 100 ppm, đường và các sản phẩm phân hủy của chúng có tác
dụng thúc đẩy 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 phẩm phân hủy của đường gồm có: furfura l,5–
hydroxymethyl furfural và acctaldehyde thu được từ phản ứng Mailard hoặc từ
sự oxy hóa của acid ascorbic, polyuronic hoặc ở bản thân các anthocyanin.
Những sản phẩm 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.[11]

Hình 8: Phản ứng ngưng tụ của a) Cyanidin và furfural b) Cyanidin ketobase và
furfural
9.

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 thể bền hóa màu của dịch trích dâu bằng cách thêm vào đó muối
thiếc. Francis (1989) công bố rằng, các ion Ca, Fe, Al 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.[12] Trong công nghiệp đồ hộp, sự mất màu của những trái cây có chứa
anthocyanin là do có phản ứng với thiếc của đổ 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 thể 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 ở vị trí ortho.[13]
10.

SO2


Các anthocyanin thường bị mất màu khi có mặt của SO2. Hiện tượng này
thường xảy ra trong quá trình xử lý các sản phẩm thực phẩm có chứa
anthocyanin bằng SO2. Quá trình khử này có thể 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.[11]

Hình 9: Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và anthocyanin
SO2 ở nồng độ rất thấp (khoảng 30 ppm) có thể ức chế sự biến tính do
enzyme của anthocyanin trong quả anh đào nhưng không làm mất màu chúng
(Goodman và Markakis, 1965 ). Sự tẩy màu bất thuận nghịch xảy ra trong quá
trình tẩy 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.[11]
11.

Acid arsobic.

Nhiều nhà khảo sát quan sát sự biến mất đồng thời của acid ascorbic và
anthocyanin trong nước trái cây tồn trữ và đề nghị một tương tác có thể có giữa
2 hợp chất này. Acid ascorbic hiện diện trong hầu hết các sản phẩm trái cây,
vitamin này bị oxy hóa tạo thành H2O2 và chính H2O2 làm mất màu anthocyanin.

Hình 11.1: Sự chuyển hoá malvin thành malvone bởi H2 O2 tạo thành từ sự oxy
hoá vitamin C
Shrikhande và Francis đã tìm thây rằng các ion đồng xúc tiến và các
flavonoid làm giảm sự phân hủy của cả hai acid ascorbic và anthocyanin.
Những sản phẩm không màu. Acid dehyroascorbic cũng có thể làm mât màu
anthocyanin nhưng tại tốc độ thấp hơn acid ascorbic.[12]

Hình 11.2: Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa vitamin C và anthocyan.

TÀI LIỆU THAM KHẢO


Mazza and Brouillard (1987), “Recent developments in the stabilization
of anthocyanins in food products”. Food Chemistry, 25, 207–225
2. Sweeny and Jacobucci (1983) “The chemistry of anthocyanins,
anthocyanidins and related flavilyum salts, tetrahedron” 39,3005.
3. Brouillard (1981), phytochemistry 20,143,
4. Brouillard, R. (1982). “Chemical structure of anthocyanins. In P.
Markakis (Ed.), Anthocyanins as food colors (pp. 1–40)”. New York:
Academic Press.
5. Brouillard (1984)
6. Gotto cùng với cộng sự (1982-1983), tetrahedron lett, 2181, 3695
7. L. Fernando Reyes, L. Cisneros-Zevallos (2007) “Degradation kinetics
and colour of anthocyanins in aqueous extracts of purple- and red-flesh
potatoes (Solanum tuberosum L.)”, Food Chemistry 100, 885–894.
8. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH – NGUYỄN THỊ LAN, “Nghiên cứu
ảnh hưởng của pH đến màu anthocyanin từ bắp cải tím ứng dụng làm
chất chỉ thị an toàn trong phân tích thực phẩm và hóa học” của Trường

Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
9. Giusti, M. M. and Wrolstad, R. E. (2001) “Anthocyanins
characterization and measurement with UV-Visible Spectroscopy”. Food
Analytical Chemistry. Unit F1 2.1-13
10. Dao, L.T., Takeoka, G.R., Edwards, R, H., Berrios, J. D. J. (1998).
“Improved Method for the Stabilization of Anthocyanidins”. Journal of
Agriculture and Food Chemistry 46: 9 p. 3564-3569
11. HUỲNH THỊ THANH HUYỀN – TRẦN THỊ XUÂN HỒNG (2011).Đề
tài “Anthocyanin và những nguyên liệu chứa anthocyanin”. Trường đại
học kĩ thuật công nghệ tp. HCM
12. Francis, F. J. (1989). “Food colorants: anthocyanins”. Critical Reviews in
Food Science and Nutrition, 28, 273–314.
13. Culpepeper, I.W., and Caldwell,J.S(1927),J.Agric.Res.35,107
14. Viện công nghệ sinh học và viện công nghệ thực phẩm Hà Nội (2011),
”Các tính chất cảm quan thực phẩm”
15. [Wang, W.-D. and Xu, S.-Y. (2007) “Degradation Kinetics of
Anthocyanins in Blackberry Juice and Concentrate”. Journal of Food
Engineering, 82, 271-275]
16. Anna B¹kowska-Barczak (2005) “Acylated anthocyanins as stable,
natural food colorants – a review.” Pol. J. Food Nutr. Sci. 2005, Vol.
14/55, No 2, pp. 107–116
17. Jackman, R. L., Yada, R. Y., & Tung, M. A. (1987). “A review: separation
and chemical properties of anthocyanins used for their qualitative and
1.


quantitative analysis”. Journal of Food Biochemistry, 11,
279e308.
18. Kader, F., Irmouli, M., Nicolas, J. P., & Metche, M. (1999). “Degradation
of cyanidin by caffeic acid o-quinone. Determination stiochiomety and

characterization of degraded products”. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, 47, 4625e4630.
19. Kader, F., Irmouli, M., Nicolas, J. P., & Metche, M. (2001). “Proposed
mechanism for the degradation of pelargonidin 3-glucoside by
caffeic acid o-quinone”. Food Chemistry, 75(2), 139e144.
20. Kader, F., Irmouli, M., Nicolas, P., & Metche, M. (2002). “Involvement of
blueberryperoxidase in themechanisms ofanthocyanindegradation
in blueberry juice”. Journal of Food Science, 67(3), 910e915.
21. Sarni, P., Fulcrand, H., Souillol, V., Souquet, J. M., & Cheynier, V.
(1995). “Mechanisms of anthocyanin degradation in grape must-like
model systems.” Journal of the Science of Food and Agriculture,
69(3), 385e391.
22. Sarni-Manchado, P., Cheynier, V., & Moutounet, M. (1997). “Reactions
of polyphenoloxidase generated caftaric acid o-quinone with
malvidin 3-O-glucoside”. Phytochemistry, 45(7), 1365e1369.
23. Elizabeth
Contreras-Lopez,
Araceli
Castañeda-Ovando*,
Luis Guillermo González-Olivares, Javier Añorve-Morga, Judith JaimezOrdaz, (2013) “Effect of Light on Stability of Anthocyanins in
Ethanolic Extracts of Rubus fruticosus” Food and Nutrition Sciences,
2014, 5, 488-494,
24. Sadilova, E., Carle, R., & Stintzing, F. C. (2007). “Thermal degradation
of anthocyanins and its impact on color and in vitro antioxidant
capacity.” Molecular Nutrition & Food Research, 51, 1461e1471.