THĂM DÒ HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CÁC HOẠT CHẤT TRONG HẠT ĐẬU ĐEN VIGNA CYLINDRICA SKEELS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THĂM DÒ HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA
CÁC HOẠT CHẤT TRONG HẠT ĐẬU ĐEN
VIGNA CYLINDRICA SKEELS

Sinh viên thực hiện : HỒ NGỌC MỸ TRANG
Ngành : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
Niên khoá : 2007-2011

THÁNG 8 - 2011


THĂM DÒ HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA CÁC HOẠT CHẤT
TRONG HẠT ĐẬU ĐEN VIGNA CYLINDRICA SKEELS (VIGNA
CATIANG ENDL.VAR)

Tác giả

HỒ NGỌC MỸ TRANG

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Hoá Học

Giáo viên hướng dẫn
TS. LÊ THỊ HỒNG NHAN

THÁNG 8 - 2011
i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Cô Lê Thị Hồng Nhan cùng toàn thể quý thầy cô
trong bộ môn Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP. HCM đã tận tình,
hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm
TPHCM, cùng toàn thể quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ hóa học đã tận tình chỉ
dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập, đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức cơ bản về
lĩnh vực công nghệ Công nghệ Hóa học.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn, các anh chị cùng thực hiện luận
văn tại Phòng thí nghiệm Kĩ thuật Hữu cơ trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, cùng
toàn thể các bạn sinh viên lớp DH07HH, trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM đã hỗ
trợ tôi hoàn thành tốt luận văn.
Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và kiến thức còn hạn chế nên không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự thông cảm, giúp đỡ và góp ý kiến
của quý thầy cô và các bạn.
Cuối cùng tôi xin gởi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô và toàn thể các anh chị
cùng các bạn. Chúc quý thầy cô và các anh chị, các bạn luôn thành công trong công
việc.

ii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong luận văn này, sẽ tiến hành nghiên cứu và khảo sát quá trình trích ly chất
màu anthocyanin từ hạt đậu đen bằng dung môi nước và cồn tuyệt đối và thăm dò hoạt

tính kháng oxy hóa tại các công đoạn của quá trình trích ly để tìm ra các điều kiện
thích hợp và tối ưu, với mục đích thu được bột màu anthocyanin có thể ứng dụng làm
chất màu tự nhiên trong các ngành công nghiệp thực phẩm.
Các thông số của quá trình (nồng độ dung môi, tỉ lệ trích ly, nhiệt độ, thời gian)
lần lượt được thay đổi để xác định điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly
anthocyanin. Dịch trích ly tại điều kiện thích hợp sẽ đem xác định hàm lượng
anthocyanin , đồng thời đánh giá khả năng kháng oxy hóa của dịch trích ly để có được
sản phẩm tốt nhất.
Các kết quả đạt được từ thực nghiệm:
 Xác định được điều kiện thích hợp để trích ly và tách hợp chất màu anthocyanin
từ hạt đậu đen với dung môi nước cồn tỉ lệ 1:1, tỉ lệ dung môi/ nguyên liệu vỏ
đậu đen là 8/1, tại nhiệt độ 60 oC trong thời gian 60 phút .
 Trong đề tài này, hoạt chất anthocyanin và màu sắc sản phẩm được nghiên cứu
với bốn thông số đáp ứng là phương pháp pH vi sai, phương pháp xác định chỉ
số polymer và nâu hoá, phương pháp đo màu theo hệ CIE và phương pháp xác
định hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH .
Các kết quả của luận văn này hy vọng có thể mở ra một hướng đi mới cho ngành
công nghiệp thực phẩm về các chất bột màu chiết xuất từ các nguyên liệu thiên nhiên.

iii


ABTRACT
The aim of this thesis was to research and survey extraction and separation of
anthocyanin pigment from blackbean by using water and absolute alcohol as the
solvent and antioxidant capacity to determine the appropriate and optimitic conditions,
with the obtained anthocyanin pigments can be applied as a natural pigment in the
food industry.
The parameter of the process (solvent concentration, extraction rate,
temperature, time) are changed in turn to determine appropriate conditions for

anthocyanin extraction. Extraction solution in appropriate conditions was determined
concentration of anthocyanins and appreciated antioxidant target to be sure that the
obtained sample are safety.
The results obtained from experiments:
 Determine the appropriate conditions for extraction anthocyanin pigment from
blackbean with the absolute alcohol/water is 1/1 and the solvent/black bean peel
ratio is 8/1, at temperatures 60 oC during 60 minutes.
 In this thesis, anthocyanin pigment was studied with four response parameters:
pH-differential method, indices for pigment degradation polymeric color and
browning, color measurement method byCIE system and the antioxidant
property was evaluated by using reaction with DPPH .
Hopefully, the result of this thesis will open a new direction for using the extracted
powder from natural materials in food industry.

iv


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 
1.1  Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 
1.2  Mục đích của đề tài ............................................................................................ 2 
1.3  Nội dung của đề tài ............................................................................................ 2 
1.4  Yêu cầu .............................................................................................................. 3 
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN ......................................................................................... 4 
2.1  Nguyên liệu ........................................................................................................ 4 
2.1.1Giới thiệu hạt đậu đen ........................................................................................ 4 
2.1.1.1 Phân loại, mô tả .............................................................................................. 4 
2.1.1.2  Thành phần dinh dưỡng ........................................................................ 5 
2.1.2  Giới thiệu về flavonoid và anthocyanin ....................................................... 9 
2.1.2.2  Khái quát về flavonoid ......................................................................... 9 

2.1.2.3  Giới thiệu về anthocyanin ..................................................................... 9 
2.1.3  Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của chất màu anthocyanin ................ 11 
2.1.3.2  Ảnh hưởng của pH .............................................................................. 11 
2.1.3.3  Ảnh hưởng của ánh sáng: ................................................................... 14 
2.1.3.4  Ảnh hưởng của nhiệt độ: .................................................................... 14 
2.1.3.5  Ảnh hưởng của hiện tượng copigment: .............................................. 15 
2.1.3.6  Tác nhân oxy hóa: ............................................................................... 16 
2.1.3.7  Enzyme: .............................................................................................. 17 
2.1.3.8  Đường và các sản phẩm biến tính của đường ..................................... 17 
2.1.3.9  SO2 ...................................................................................................... 17 
2.1.3.10  Kim loại .............................................................................................. 18 
2.2  Tác dụng sinh học của đậu đen và hợp chất anthocyanin ............................... 18 
2.2.1  Vai trò của đậu đen đối với sức khỏe ......................................................... 18 
2.2.2 Hoạt tính chống oxy hóa của hợp chất anthocyanin ................................... 19 
2.2.2.1 Quá trình oxy hoá và nguyên nhân gây bệnh do mất cân bằng
oxy hoá .............................................................................................................. 19 
2.2.2.2 Khả năng kháng oxy hóa của hợp chất anthocyanin và vai trò đối với
sức khỏe ............................................................................................................. 20 
v


2.2.3  Khả năng sản xuất và ứng dụng của hợp chất anthocyanin trong sản xuất
và đời sống ............................................................................................................ 22 
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .................................................. 24 
3.1.  Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 24 
3.2. Thiết bị và hóa chất ............................................................................................ 25 
3.2.1. Thiết bị ........................................................................................................ 25 
3.2.2. Hóa chất ...................................................................................................... 26 
3.3. Phương pháp đánh giá: ...................................................................................... 26 
3.3.1  Xác định hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai ................... 26 

3.3.1.2. Xác định hàm lượng anthocyanin tổng ................................................ 26 
3.3.2.Theo dõi sự biến đổi anthocyanin do polymer và nâu hóa (phương pháp
polyanthocyanin) ................................................................................................... 27 
3.3.2.1.Nguyên tắc ............................................................................................. 27 
3.3.2.2.Hoá chất ................................................................................................. 28 
3.3.2.3.Xác định sự biến đổi anthocyanin ......................................................... 28 
3.3.3.Xác định màu sắc khả kiến của sản phẩm theo phương pháp đo màu theo
hệ CIE ................................................................................................................... 29 
3.3.4. Xác định khả năng kháng oxy hóa ............................................................ 29 
3.3.4.2.Tiến hành: .............................................................................................. 30 
3.3.4.2.1. Tiến hành xác định hoạt tính kháng oxi hóa bằng phương pháp
DPPH cho từng nồng độ (sàng lọc) ............................................................... 30 
3.3.4.2.2.Tiến hành xác định giá trị IC50 ....................................................... 30 
3.3.4.3. Kết quả tính toán .................................................................................. 31 
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ................................... 32 
4.1 Đánh giá nguyên liệu .......................................................................................... 32 
4.2 Xây dựng quy trình trích ly dịch chất màu ......................................................... 33 
4.2.1 Xác định phổ hấp thu cực đại ....................................................................... 33 
4.2.2 Đánh giá khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen và
ascorbic acid theo phương pháp đánh bắt gốc tự do bằng thử nghiệm DPPH. ..... 34 
4.2.3 Khảo sát điều kiện ngâm trước trích ly ........................................................ 34 
4.2.4 Khảo sát hiệu quả trích ly ............................................................................. 40 
vi


4.2.5 Kết luận ........................................................................................................ 45 
4.3 Khảo sát quy trình trích ly dịch màu .................................................................. 46 
4.3.1 Khảo sát nồng độ cồn của dịch chiết ............................................................ 46 
4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly ................................................................... 50 
4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian trích ly ................................................................. 52 

4.3.4 Khảo sát tỷ lệ chiết ....................................................................................... 54 
4.3.5 Hiệu quả chiết ............................................................................................. 56 
4.3.6 Kết luận ........................................................................................................ 58 
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 60 
5.1  Kết luận ............................................................................................................ 60 
5.2  Kiến nghị ......................................................................................................... 61 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 63 
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 66 

vii


DANH SÁCH HÌNH
 

Hình 1.1: Một số loại hoa quả có chứa anthocyanin ...................................................... 2 
Hình 2.1: Đậu đen (Vigna cylindrica Skeels.)............................................................... 4 
Hình 2.2: Nhân và vỏ của hạt đậu đen xanh lòng ........................................................ 5 
Hình 2.3: Giá trị dinh dưỡng trong hạt đậu đen cung cấp tương ứng với nhu cầu dinh
dưỡng hàng ngày (%DV) [3] .......................................................................................... 5 
Hình 2.4: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid ................................... 9 
Hình 2.5: Cấu trúc tổng quát của anthocyanin trong tự nhiên .....................................11 
Hình 2.6: Cấu trúc chuyển hóa của anthocynin (cyanindin-3-O-glucoside) ở môi
trường pH khác nhau [12] .............................................................................................13 
Hình 2.7: Các dạng tồn tại của anthocyanin trong những môi trường pH khác nhau .. 14 
Hình 2.8 : Cơ chế oxy hoá gián tiếp anthocyanin [16] .................................................16 
Hình 2.9: Ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ SO2 lên phổ hấp thu của malvidin-3glucoside [7] ................................................................................................................. 18 
Hình 2.10: Phản ứng của anthocyanin như là chất khử cực cathode trong đồ
hộp thiếc .......................................................................................................................18 
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu về chất màu từ đậu đen ...................................24 

Hình 3.2: Phản ứng giữa anthocyanin và bisulfite .......................................................28 
Hình 3.3: Giá để cuvet sử dụng khi đo màu trên máy so màu Minolta ........................29 
Hình 4.1 Phổ hấp thu của dịch chiết cồn và dịch ngâm từ vỏ hạt đậu đen. ..................33 
Hình 4.2 So sánh khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin từ vỏ đậu đen và ascorbic
acid theo phương pháp DPPH. .....................................................................................34 
Hình 4.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm lên hàm lượng anthocyanin của dịch ngâm
(ngâm tại 300C và 600C). ..............................................................................................36 
Hình 4.4 Ảnh hưởng của thời gian ngâm lên chỉ số polyanthocyanin của dịch ngâm. 37 
Hình 4.5 Ảnh hưởng của thời gian ngâm lên hoạt tính kháng oxy hóa của dịch ngâm ở
30 oC và 60 oC (từ trái qua phải). .................................................................................39 
Hình 4.6 Hàm lượng anthocyanin của dịch chiết theo thời gian ngâm (ngâm tại 300C
và 600C). .......................................................................................................................41 

viii


Hình 4.7 Chỉ số polyanthocyanin của dịch chiết theo thời gian ngâm tại 30oC
và 60oC .........................................................................................................................41 
Hình 4.8 Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch màu chiết bằng EtOH theo thời gian ngâm
ở 30oC và 60oC (từ trái qua phải). ................................................................................ 43 
Hình 4.9 Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch màu chiết bằng nước theo thời gian ngâm
ở 30oC và 60oC (từ trái qua phải). ................................................................................ 44 
Hình 4.10 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn lên hàm lượng anthocyanin và chỉ số
polyanthocyanin trong dịch màu. ................................................................................47 
Hình 4.11 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn lên hoạt tính kháng oxy hóa của dịch
chiết. .............................................................................................................................48 
Hình 4.12 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên hàm lượng anthocyanin và chỉ
số polyanthocyanin của dịch màu. ................................................................................50 
Hình 4.13 Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích ly theo nhiệt độ chiết. ...................51 
Hình 4.14 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hàm lượng anthocyanin và chỉ

số polyanthocyanin của dịch màu. ................................................................................53 
Hình 4.15 Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích ly theo thời gian chiết. ..................53 
Hình 4.16 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi trích ly lên hàm lượng anthocyanin
và polyanthocyanin của dịch màu. ...............................................................................55 
Hình 4.17 Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của dịch màu theo tỷ lệ trích ly. ...........56 
Hình 4.18 Khảo sát hàm lượng anthocyanin và chỉ số polyanthocyanin trong ba lần
chiết liên tiếp. ...............................................................................................................57 
Hình 4.19 Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết trong ba lần chiết liên tiếp. ..........57 

ix


DANH SÁCH BẢNG
 

Bảng 2.1 : Thành phần dinh dưỡng của đậu đen đã nấu chín [3] ................................... 8 
Bảng 2.2: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên [8] .............................11 
Bảng 2.3: Phần trăm màu còn lại R(%) và thời gian bán hủy của anthocyanin trong
một số thực phẩm khi ở những nhiệt độ khác nhau [17] ..............................................15 
Bảng 4.1 Độ ẩm, độ tro của nguyên liệu ......................................................................32 
Bảng 4.2 Giá trị đo màu L,C,h của dịch chiết cồn .......................................................33 
Bảng 4.3 Khả năng kháng oxy hóa của anthocyanin chiết từ vỏ đậu đen và ascorbic
acid theo phương pháp đánh bắt gốc tự do bằng thử nghiệm DPPH ...........................34 
Bảng 4.4 Khảo sát hàm lượng anthocyanin theo thời gian ngâm và nhiệt độ ngâm ...35 
Bảng 4.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ngâm lên chỉ số polyanthocyanin của dịch
ngâm và chiết. ...............................................................................................................35 
Bảng 4.6 Giá trị đo màu của dịch ngâm và dịch chiết đậu đen theo thời gian ngâm và
nhiệt độ ngâm khác nhau ..............................................................................................36 
Bảng 4.7 Khảo sát nồng độ cồn của dung môi chiết ....................................................46 
Bảng 4.8 Hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết theo nhiệt độ trích ly ..................50 

Bảng 4.9 Hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết theo thời gian trích ly ..................53 
Bảng 4.10 Hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết theo tỉ lệ trích ly ........................55 
Bảng 4.11 Hàm lượng anthocyanin trong mỗi lần chiết liên tiếp ............................... 56 

x


DANH SÁCH PHỤ LỤC
 

Phụ lục 1 Giá trị độ ẩm và độ tro của nguyên liệu .......................................................66 
Phụ lục 2 Giá trị đo màu của dịch ngâm 10 giờ, 14 giờ, 18 giờ ở 30 0C và 60 0C .......66 
Phụ lục 3 Số liệu khảo sát dịch ngâm ở các thời gian 10, 14, 18 giờ ở 30 oC
và 60 oC. .......................................................................................................................67 
Phụ lục 4 Giá trị đo màu của dịch chiết cồn và chiết nước qua các thời gian ngâm 10,
14, 18 giờ ở 30 oC và 60 oC ..........................................................................................68 
Phụ lục 5 Số liệu khảo sát dịch chiết cồn qua các thời gian ngâm 10, 14, 18 giờ ở 30
o

C và 60 oC ................................................................................................................... 69 

Phụ lục 6 Số liệu khảo sát dịch chiết nước qua các thời gian ngâm 10, 14, 18 giờ ở 30
o

C và 60 oC ...................................................................................................................70 

Phụ lục 7 Số liệu khảo sát ảnh hưởng của nồng độ cồn trong dung môi trích ly lên hàm
lượng anthocyanin và chỉ số polyanthocyanin của dịch màu .......................................71 
Phụ lục 8 Số liệu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly lên hàm lượng anthocyanin
và chỉ số polyanthocyanin của dịch màu ...................................................................... 72 

Phụ lục 9 : Số liệu khảo sát ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hàm lượng
anthocyanin và chỉ số polyanthocyanin của dịch màu. ................................................73 
Phụ lục 10 : Số liệu khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ trích ly lên hàm lượng anthocyanin
và chỉ số polyanthocyanin của dịch màu ......................................................................74 
Phụ lục 11 Số liệu khảo sát ảnh hưởng của hiệu quả chiết lên hàm lượng anthocyanin
và chỉ số polyanthocyanin của dịch màu. .....................................................................75 
Phụ lục 12 : Số liệu khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của dịch ngâm và dịch chiết cồn
qua các thời gian ngâm 10, 14, 18 giờ ở 30 oC. ..........................................................76 
Phụ lục 13 : Số liệu khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của dịch ngâm và dịch chiết cồn
qua các thời gian ngâm 10, 14, 18 giờ ở 60 oC. ..........................................................77 
Phụ lục 14: Số liệu khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của dịch ngâm và dịch chiết nước
qua các thời gian ngâm 10, 14, 18 giờ ở 30 oC. ..........................................................78 
Phụ lục 15 Số liệu khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của dịch ngâm và dịch chiết nước
qua các thời gian ngâm 10, 14, 18 giờ ở 60 oC ...........................................................79 
Phụ lục 16 Số liệu khảo sát kháng oxy hóa của các nồng độ dung môi chiết. ...........80 
xi


Phụ lục 17 Số liệu khảo sát kháng oxy hóa của dịch chiết khi thay đổi nhiệt độ chiết
40, 60, 80, 90 oC ...........................................................................................................81 
Phụ lục 18 Số liệu khảo sát kháng oxy hóa của dịch chiết khi thay đổi thời gian chiết
30, 45, 60, 75 phút ........................................................................................................82 
Phụ lục 19 Số liệu khảo sát kháng oxy hóa của dịch chiết 3 lần liên tiếp. ...................83 
Phụ lục 20 Số liệu khảo sát kháng oxy hóa của dịch chiết theo các tỷ lệ dung môi 4/1,
6/1, 8/1, 10/1 .................................................................................................................84 

xii


Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong thực phẩm, màu sắc giữ một vai trò rất quan trọng. Nó làm cho sản phẩm
bắt mắt hơn, gây chú ý cho người mua và tạo ảnh hưởng tốt về chất lượng của món
hàng. Nhưng làm sao để có được chất màu thực phẩm vừa đẹp, vừa có nhiều giá trị
dinh dưỡng, phòng chống bệnh tật và an toàn cho người sử dụng là một nhu cầu cần
thiết hiện nay. Vì thế, nhiều nhà sản xuất luôn tìm tòi nghiên cứu các chất màu thực
phẩm an toàn để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Chất màu trong thực phẩm gồm hai loại: chất màu tổng hợp và chất màu có
nguồn gốc từ thiên nhiên. Các chất màu tổng hợp được tạo ra đơn giản nhưng khi sử
dụng với liều lượng lớn dễ gây ra các tác dụng phụ có hại cho sức khỏe như gây ngộ
độc và các biến chứng gây ung thư. Các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên có chứa
nhiều hoạt chất sinh học có lợi cho sức khỏe con người, giúp phòng chống nhiều bệnh
tật và tăng cường sức đề kháng của cơ thể. Vì thế, việc sử dụng các chất màu tự nhiên
ngày càng được ưa chuộng hơn và đang dần thay thế cho các sản phẩm màu tổng hợp.
Tuy nhiên, các chất màu chiết xuất từ thiên nhiên hiện nay còn rất ít và đang trong giai
đoạn nghiên cứu để tìm ra các phương pháp có thể chiết tách một cách hiệu quả. Đặc
biệt, có thể đưa về dạng bột để kéo dài thời gian bảo quản, ứng dụng rộng rãi trong
công nghiệp thực phẩm và đảm bảo an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.
Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu
phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số
loại rau, hoa, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía
tô, hoa hibicut, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ...

1


Hình 1.1: Một số loại hoa quả có chứa anthocyanin
Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid, ngoài tác
dụng là chất màu thiên nhiên anthocyanin còn được sử dụng khá an toàn trong thực

phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm. Ngoài ra, anthocyanin còn là
hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả kháng oxy hóa cao nên được sử
dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy
giảm sức đề kháng, có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát
triển của các tế bào ung thư, tác dụng chống các tia phóng xạ.
Với những đặc tính quí báu mà các chất màu hóa học hay các chất màu khác hình
thành trong quá trình gia công kỹ thuật không có được đã mở ra một hướng nghiên
cứu ứng dụng hợp chất màu anthocyanin lấy từ thiên nhiên vào trong đời sống hàng
ngày, đặc biệt trong công nghệ chế biến thực phẩm. Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu
hướng hiện nay của các nước trên thế giới, đó là nghiên cứu khai thác chất màu từ
thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm tạo tính an toàn cao cho người sử dụng.
Đậu đen tên khoa học là Vigna cylindrica Skeels (Dolichos catjang Burm. f),
thuộc họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae). Tên khoa học của đậu đen hiện nay
chưa được xác định chính xác, nó còn có tên gọi là Vigna catiang Endl. var.
Đậu đen thường được dùng để nấu chè hoặc thổi xôi. Hạt cũng thường được dùng
trong việc chế thuốc và làm thuốc.
1.2 Mục đích của đề tài
Nghiên cứu chất màu anthocyanin từ vỏ đậu đen, khảo sát hoạt tính kháng oxy
hóa và độ bền màu từ quy trình trích ly anthocyanin trong hai hệ dung môi là nước và
cồn tuyệt đối, ứng dụng để sản xuất phẩm màu thực phẩm và hạn chế tác động đến môi
trường.
1.3 Nội dung của đề tài
Tập trung nghiên cứu vào các nội dung sau:


Khảo sát quá trình trích ly anthocyanin từ hạt đậu đen bằng các hệ dung môi

khác nhau.
2



Khảo sát sự biến đổi hoạt tính kháng oxy hóa của dịch màu tại các công

đoạn của quá trình tách chất màu.


Đánh giá và đề xuất điều kiện sử dụng tối ưu cho chất màu từ đậu đen.

1.4 Yêu cầu


Tìm được các điều kiện thích hợp cho quá trình trích ly chất màu từ đậu đen

đảm bảo chất màu tốt và có hoạt tính kháng oxy hoá cao.


Chiết tách được chất màu anthocyanin từ hạt đậu đen để cung cấp chất màu

thực phẩm tự nhiên cho thị trường.

3


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Nguyên liệu
2.1.1 Giới thiệu hạt đậu đen
2.1.1.1 Phân loại, mô tả

Hình 2.1: Đậu đen (Vigna cylindrica Skeels.)
Đậu đen có tên khoa học là Vigna cylindrica Skeels (Dolichos catjang Burm. f)
hay Vigna catiang Endl. var, thuộc họ cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae) [1].
Đậu đen là loài cây thân cỏ mọc thường niên, sống thành bụi nhỏ, toàn thân
không có lông. Lá có dạng kép gồm 3 lá chét mọc so le, có lá kèm nhỏ. Lá chét mọc ở
giữa to và dài hơn lá chét hai bên. Hoa màu tím nhạt, dạng cánh bướm. Quả giáp dài
tròn, trong chứa từ 7-10 hạt. Khi còn tươi quả có màu xanh. Khi già và khô thì teo lại
và có màu nâu. Đậu đen được chia làm 2 loại: đậu đen xanh lòng và đậu đen trắng
lòng [1]. Đậu đen cũng như những loài cây họ đậu khác có khả năng tăng độ màu mỡ
cho đất trồng do trong rễ có những nốt sần, làm nơi cư trú cho những vi sinh vật cố
định đạm như Nitrobacter baccilus. Hạt đậu đen có rất nhiều công dụng, ngoài làm
thực phẩm còn được sử dụng trong đông y để chữa bệnh, có tác dụng bổ thận thủy [2].
Cây đậu đen sinh trưởng tốt ở những vùng khí hậu nóng ấm. Ở nước ta, đậu đen
được trồng nhiều ở miền Bắc để lấy hạt, thường thu hoạch vào tháng 5 và tháng 6.
4


Hình 2.2: Nhân và vỏ của hạt đậu đen xanh lòng
2.1.1.2 Thành phần dinh dưỡng
Trong số các loại đậu làm thực phẩm thông dụng cho con người, đậu đen được
các nhà dinh dưỡng đặc biệt quan tâm do trong đậu đen có thành phần dinh dưỡng rất
phong phú.

Hình 2.3: Giá trị dinh dưỡng trong hạt đậu đen cung cấp tương ứng với nhu cầu
dinh dưỡng hàng ngày (%DV) [3]
 Protein:
Đậu đen là nguồn thực phẩm rất giàu protein. Protein có trong đậu đen rất thích
hợp cho những người ăn chay và rẻ hơn so với nguồn protein từ động vật. Nhiều
nghiên cứu về thành phần của đậu đen cho thấy đậu đen có đủ các loại protein thiết

yếu, kể cả Arginin và 3 loại axit amin khác mà khoa học gọi là BCCAs, Leucin, Valin
và Isoleucin. Trong 100g đậu đen cung cấp:
0.97g Valin
1.26g Leucin
1.11g Isoleucin
5


BCAAs là chữ viết tắt của branched chain amino acids là thuật ngữ để chỉ 3 loại
acid amin đặc biệt quan trọng trong nhóm 8 loại acid min thiết yếu. BCAAs đôi khi
còn được gọi là những stress aminocids, loại protein thường dùng để phục hồi hoặc
sửa chữa những tổn thương từ những stress thể lực của những vận động viên và một số
trường hợp bị thương nặng hay sau phẫu thuật, đặc biệt là cải thiện khả năng nhận thức
ghi nhớ những tổn thương ở não do bệnh tật hay do thương tích [2].
Sử dụng kết hợp đậu đen và những ngũ cốc hoàn toàn có thể thay thế nguồn
protein có trong các sản phẩm sữa, thịt tránh được sự cung cấp một lượng lớn năng
lượng cũng như những chất béo bão hòa có trong những thực phẩm này.
 Khoáng chất:
Đậu đen được đánh giá là nguồn thực phẩm dồi dào khoáng chất như Canxi (Ca),
Sắt (Fe), Magie (Mg), Mangan (Mn) đặc biệt là hàm lượng cao Molypden (Mo) [3] .
Mo:
Sulfite là loại chất bảo quản phổ biến trong công nghiệp. Một số người nhạy cảm
với sulfites có thể bị tăng nhịp tim, nhức đầu, giảm sự tập trung. Mo là nguyên tố đóng
vai trò quan trọng giúp cơ thể tránh khỏi sự dị ứng với sulfite. Đây là thành phần thiết
yếu của enzyme sulfite oxidase, là enzyme có khả năng giải độc sulfite. Một chén đậu
đen nấu chín (172g) cung cấp đến 172% nhu cầu Mo cần thiết cho cơ thể trong ngày.
Ngoài ra, khoa học còn cho biết một số những trường hợp thiếu Mo có thể dẫn đến bất
lực ở nam giới.
Mg:
Được xem là một kênh chuyển hóa Ca trong tự nhiên. Khi Mg hiện diện với

lượng đủ, các động mạch và tĩnh mạch phát tín hiệu làm thư giãn, giảm lưu lượng
máu, oxy cũng như chất dinh dưỡng qua cơ thể [3].
Fe:
Là thành phần thiết yếu của hemoglobin, giúp vận chuyển oxy từ phổi đến các tế
bào trong cơ thể. Ngoài ra, Fe cũng là chìa khóa của hệ thống enzyme để chuyển hóa
và sinh năng lượng.
Ngoài ra, trong đậu đen cũng chứa P, Mn.
 Polyphenols:
Nhiều nghiên cứu từ Journal of Agriculture and Food Chemistry cho biết, đậu
đen có chứa những hợp chất có khả năng chống oxy hóa rất tốt, đặc biệt là
6


anthocyanins. Hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin trong đậu đen gấp 10 lần
lượng tương ứng tìm thấy trong quả cam và tương đương với nho hay trong cây nam
việt quất [2, 6]. Nghiên cứu còn cho thấy, màu của vỏ đậu càng sậm thì hoạt tính của
anthocyanin càng cao. Đậu đen có hoạt tính chống oxy hóa cao nhất theo sau là các
loại đậu như đậu đỏ, đậu vàng và đậu trắng [3].
Thành phần polyphenol trong đậu đen có tác dụng tốt trong điều trị bệnh cao
huyết áp. Tuy nhiên, một số polyphenol trong đậu đen như tannin sẽ tạo phức với
protein và Fe ngăn cản sự hấp thu chất dinh dưỡng.
 Chất xơ:
Đậu đen có hàm lượng lớn chất xơ bao gồm chất xơ tan cũng như chất xơ không
tan, thích hợp cho người bị bệnh tiểu đường, cao huyết áp hay mỡ máu. Một chén đậu
đen đủ cung cấp hơn phân nửa nhu cầu chất xơ của một người trong một ngày. Chất
xơ tan có khả năng làm chậm và giảm sự hấp thu mỡ qua màng ruột đồng thời kết dính
một phần muối mật để đào thải ra ngoài do đó, góp phần làm hạ cholesterol trong máu.
Trong khi đó, chất xơ không tan có vai trò quan trọng trong việc làm tăng lượng phân,
tăng nhu động ruột, chống táo bón, kết dính nhiều loại độc tố để thải ra ngoài giúp
guarm nguy cơ một số rối loạn ở ruột già kể cả một số loại ung thư. Tác dụng tổng hợp

của chất xơ và chất chống oxy hóa có tác dụng làm giảm các loại mỡ xấu LDL và
triglycerit [2].
 Vitamin:
Đậu đen là một trong những nguồn thực phẩm chứa nhiều loại vitamin như:
vitamin C, vitamin PP, vitamin A, vitamin B2, vitamin B6 (Folate), vitamin B12.
Trong đó, vitamin C chiếm hàm lượng cao nhất.

7


Bảng 2.1 : Thành phần dinh dưỡng của đậu đen đã nấu chín [3]
Black

beans,

cooked

1.00

cup

172.00

grams

227.04 calories
DV

Nutrient World's Healthiest

(%)

Density

Nutrient

Amount

Molybdenum

129.00 mcg 172.0 13.6

Excellent

Folate

255.94 mcg 64.0

5.1

Very good

Dietary fiber

14.96 g

59.8

4.7

Very good

Tryptophan

0.18 g

56.3

4.5

Very good

Manganese

0.76 mg

38.0

3.0

Good

Protein

15.24 g

30.5

2.4

Good

Magnesium

120.40 mg

30.1

2.4

Good

Vitamin B1 (thiamin) 0.42 mg

28.0

2.2

Good

Phosphorus

240.80 mg

24.1

1.9

Good

Iron

3.61 mg

20.1

1.6

Good

World's

Foods Rating

Healthiest

Foods Rating

Rule

Excellent

DV>=75% OR Density>=7.6

AND DV>=10%

Very good

DV>=50% OR Density>=3.4

AND DV>=5%

Good

DV>=25% OR Density>=1.5

AND DV>=2.5%

Tập hợp nhóm vitamin B và những khoáng chất Ca, Mg trong đậu đen thô còn
được xem như là những vi chất chống strees giúp làm nhẹ những cơn bốc hỏa ở những
phụ nữ tiền mãn kinh [2].

8


Thành phần Folate có trong đậu đen rất cần thiết cho những phụ nữ có thai. Thiếu
Folate có thể dẫn đến sự phát triển bất bình thường của thai nhi.
2.1.2 Giới thiệu về flavonoid và anthocyanin
2.1.2.1 Khái quát về flavonoid
Đóng góp quan trọng tạo nên sự phong phú về màu sắc của giới thực vật chính là
những hợp chất thuộc họ flavonoid. Flavonoid tạo cho thực vật có màu sắc đỏ, xanh
đến tím. Đa số màu sắc của các loại hoa, lá và quả là do flavonoid tạo ra. Flavonoid là
những hợp chất polyphenolic có 15C, 2 vòng benzen được nối với nhau qua cầu nối
mạch thẳng có 3C. Cấu trúc hóa học của flavonoid dựa trên bộ khung 15C, có vòng
Chromane gắn với nhân thơm B tại vị trí 2, 3 hay 4 [4].

Hình 2.4: Khung cơ bản và cấu trúc hóa học của một flavonoid
Flavonoid được chia thành 6 phân nhóm dựa vào nhóm thế trên vòng C. Trong
đó, trạng thái oxy hóa của vòng heterocyclic và vị trí của vòng B là những căn cứ quan
trọng cho sự phân loại.

6 phân nhóm đó là:
1. Chalcones
2. Flavone
3. Flavonol
4. Flavanone
5. Anthocyanins
6. Isoflavonoids
Trong các phân nhóm trên, anthocyanins là một trong những nhóm quan trọng tạo
nên màu sắc của nhiều loài hoa (bụt giấm...), quả (nho, dâu tằm...) và một số loài hạt
(đậu đen, đậu đỏ...).
2.1.2.2 Giới thiệu về anthocyanin
Anthocyanin là chất màu khá phổ biến, tan trong nước, có trong thực vật sống
trên cạn (ngoại trừ sương rồng và cây củ cải đường). Anthocyanin có trong trái cây,
các loại hạt hay trong lá cây góp phần tích cực tạo nên sự chuyển biến màu sắc từ lúc
9


còn xanh cho đến khi đã chín hay già. Anthocyanin góp phần tạo nên màu sắc cho
nhiều loài hoa và nhiều bộ phận khác nhau của thực vật từ màu đỏ đến đỏ thẫm, xanh
đến tím, bao gồm cả màu vàng [5,6].
Đối với thực vật, anthocynin có hai vai trò quan trọng. Anthocyanin có khả năng
hấp thu mạnh ánh sáng UV, gây sự chú ý cho côn trùng. Màu sắc mà anthocyanin tạo
ra trong cánh hoa giúp thu hút các tác nhân thụ phấn và giúp phân tán hạt giống [5, 6].
Ngoài ra, anthocyanin như lớp màng bảo vệ thực vật khi phơi ngoài ánh sáng, bảo vệ
DNA của thực vật khỏi nguy cơ của ánh sáng. Vì tia UV có khả năng làm hai sợi gen
trong DNA đang xoắn kép bị bị gãy các liên kết, ngăn cản quá trình phân chia và nhiều
quá trình thiết yếu của tế bào ví dụ như tổng hợp protein [5].
Từ “anthocyanin” được Marquart đưa ra năm 1895 để chỉ sắc tố màu xanh của
cây Centaurea cyanus. Từ anthocyanin do chữ anthos: hoa, kyanos: xanh, về sau được
dùng để chỉ các sắc tố thuộc nhóm flavanoid có màu xanh, đỏ hoặc tím. Trong cây

khoảng 97% các sắc tố này ở dạng glycosid (anthocyanin = anthocyanosid) có trong
mô tế bào. Khi đun nóng anthocyanin trong dung dịch HCl 20%, phần đường trong
phân tử (thường nối vào OH ở C-3) bị cắt và cho phần aglycol được gọi là
anthocyanidin. Sự khác nhau giữa các anthocyanin là số và vị trí các nhóm hydroxyl,
mức độ methyl hóa các nhóm này, bản chất và số nhóm đường gắn vào phân tử, vị trí
gắn của chúng, bản chất và số nhóm acid mạch thẳng hay vòng gắn vào phân tử [7].
Nhìn chung cấu tạo của anthocyanin gồm 2 phần. Phần đường thường là các loại
như: glucose, galactose, arabinose, rhamnose, xylose và fructose. Phần không đường:
anthocyanidin. Hai phần liên kết với nhau qua liên kết glycoside.
Cyanidin là dạng phổ biến nhất của anthocyanidin, tiếp theo là delphinidin,
peonidin, pelargonidin, petunidin và malvidin. Trong đó, delphinidin có khả năng tạo
màu xanh nhạt còn cyanidin và pelargonidin lại có khả năng tạo màu đỏ và tím. Hiện
nay trên thế giới đã phân lập được khỏang 540 loại anthocyanin, 90% trong số đó cấu
tạo từ 6 anthocyanidin phổ biến sau: pelargonidin (Pg) (18%), cyanidin (Cy) (30%),
delphinidin (Dp)(22%), 20% còn lại là petunidin (Pt), malvidin (Mv) và peonidin (Pn).

10


Hình 2.5: Cấu trúc tổng quát của anthocyanin trong tự nhiên
Bảng 2.2: Cấu trúc của 6 anthocyanin phổ biến trong tự nhiên [8]
Aglycone

R1

R2

Màu

λmax

Cyanin (Cy)

OH

H

Đỏ

535

Peonidin (Pn)

OCH3

H

Xanh-tím

532

Pelargonidin (Pg)

H

H

Da cam – đỏ

520

Malvidin (Mv)

OCH3

OCH3

Tím

542

Delphinidin (Dp)

OH

OH

Tím

546

Petunidin (Pt)

OCH3

OH

Tím

543

2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của chất màu anthocyanin
Anthocyanin là chất màu tự nhiên có nhiều công dụng tốt đối với sức khỏe như
kháng viêm, chống oxy hóa, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, chống ung thư. Các yếu tố
ảnh hưởng đến độ bền của anthocyanin có thể kể đến như tia UV, chỉ số pH, nhiệt độ,
độ ẩm, đường, sự hiện diện của oxy, enzyme cũng như sự có mặt của ascorbic acid,
sulfur dioxide, muối sulfite, ion kim loại, phản ứng ngưng tụ chất màu (copigment) và
cấu trúc của chính anthocyanin [9, 11].
2.1.3.1 Ảnh hưởng của pH
pH là một trong những nhân tố ảnh hưởng đáng kể lên độ bền màu cũng như màu
sắc của anthocyanin. Cùng một hợp chất anthocyanin ban đầu nhưng nếu tồn tại trong
những môi trường pH khác nhau thì phân tử anthocyanin sẽ tồn tại ở những dạng khác
nhau và sẽ cho những màu sắc khác nhau: cation flavylium (màu đỏ), carbinol base,
chalcone, quinonoidal base (màu xanh) và anion quinonoidal base [12].
Trong môi trường pH thấp 5 – 1 , anthocyanin bền hơn so với trong môi trường
có pH cao. Trong môi trường có pH thấp, phần lớn anthocyanin tồn tại ở dạng cation

11


flavylium, sự hiện diện ở nồng độ cao của flavylium làm cho phân tử anthocyanin bền
hơn.
Với các kết quả nghiên cứu trên những anthocyanin đơn giản năm 1988,
Brouillard đã đưa ra cơ chế chuyển hóa cấu trúc của anthocyanin ở môi trường pH
khác nhau như sau: tại pH nhỏ hơn 3 anthocyanin tồn tại ở dạng cation flavylium màu
đỏ, khi pH tăng xảy ra sự cạnh tranh giữa hai phản ứng hydrat hóa cation flavylium và
phản ứng chuyển vị proton liên quan đến các nhóm hydroxyl của phần aglycon. Khi
cation flavilium bị hydrate hóa cho ra dạng carbinol không màu, dạng này cân bằng
với dạng chalcon vòng mở màu vàng hoặc không màu. Phản ứng chuyển vị proton tạo
ra dạng quinonoidal base. Khi pH tăng trên 7, phản ứng khử proton xảy ra mạnh

chuyển các quinonoidal base thành dạng anion quinonoidal có màu tím đến xanh [7,
13-15].

12