Nghiên cứu quy trình tách chiết và tính chất của anthocyanin từ gạo đen hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
Khoa Cơng nghệ Sinh học – Thực phẩm – Mơi trường

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT VÀ TÍNH
CHẤT CỦA ANTHOCYANIN TỪ GẠO ĐEN HỮU CƠ

Ngành:

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Chuyên ngành:

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Lệ Hà

Sinh viên thực hiện:

Đinh Thị Kiều My

MSSV: 1211110099

Lớp: 12DTP01

TP. Hồ Chí Minh, 2016

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

LỜI CAM ĐOAN
Là sinh viên năm năm cuối của Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh,
nay được vinh dự làm đồ án tốt nghiệp để hồn tất chương trình học của mình. Tơi
cam đoan đây là nghiên cứu do tơi tiến hành tại phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ
Sinh học-Thực phẩm-Mơi trường, Trường Đại học Cơng nghệ TP. Hồ Chí Minh.
Những số liệu trong bài hoàn toàn trung thực chưa từng có ai cơng bố.

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Đinh Thị Kiều My

1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

LỜI CẢM ƠN
Tận đáy lòng con xin gửi vạn lời cảm ơn đến cha mẹ, cha mẹ là người cực khổ
nuôi nấng, dạy dỗ con thành người. Cha mẹ là người đầu tiên dạy con bước đi, là
người thầy giáo đầu tiên dạy con biết từng con chữ, dạy con khi vấp ngã phải biết
đứng lên và những kinh nghiệm quý báu trong cuộc sống. Cha mẹ luôn dõi theo con
trên bước đường đời, cho dù con ở đâu làm gì con ln biết cha mẹ luôn ủng hộ cho

con, là chỗ dựa vững chắc cho con.
Với lòng biết ơn sâu sắc. Em xin chân thành cảm ơn tồn thể q Thầy Cơ
Khoa Cơng nghệ sinh học-Thực phẩm-Mơi trường, cùng tồn thể Thầy Cơ Trường
Đại học Cơng nghệ TP. Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt cho em
những kiến thức quý báo về cơ sở ngành cũng như chuyên ngành từ ngày em bước
chân vào giảng đường đại học.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Lệ Hà, người thầy đáng kính,
đã ln tận tình chỉ dẫn, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành phần
thực nghiệm của đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Văn Thành và thầy Nguyễn Trung
Dũng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đồ án tại phịng thí nghiệm Khoa
Cơng nghệ sinh học-Thực phẩm-Mơi trường, Trường Đại học Cơng nghệ TP. Hồ Chí
Minh.
Cảm ơn tất cả các bạn lớp 12DTP01 đã ln khích lệ, động viên và giúp đỡ
mình trong suốt quá trình học tập tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2016
SVTH: Đinh Thị Kiều My

2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

MỤC LỤC
TRANG
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii

MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................4
Gạo đen

.............................................................................................................4

1.1.1. Khái niệm

.....................................................................................................4

1.1.2. Nguồn gốc của gạo đen hữu cơ .........................................................................4
1.1.3. Công dụng của gạo đen hữu cơ .........................................................................5
1.2. Anthocyanin .........................................................................................................6
1.2.1 Giới thiệu............................................................................................................6
1.2.2. Sự phân bố của Anthocyanin. ...........................................................................7
1.2.3. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin ...................................................................8
1.2.4. Tính chất của Anthocyanin .............................................................................12
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc và độ bền của Anthocyanin. ...................14
1.2.5.1. Cấu trúc ........................................................................................................14
1.2.5.2. pH .................................................................................................................18
1.2.5.3. Nhiệt độ. .......................................................................................................20
1.2.5.4. Oxy. ..............................................................................................................22
1.2.5.5. Enzyme .........................................................................................................22
1.2.5.6. Ánh sáng. ......................................................................................................23
1.2.5.7. Đường và các sản phẩm biến tính của chúng ...............................................24

i


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

1.2.5.8. Các ion kim loại. ..........................................................................................25
1.2.5.9. Sulfurdioxide (SO2) .....................................................................................26
1.2.5.10. Acid ascorbic .............................................................................................. 26
1.2.6. Các Anthocyanin đã được thương mại hóa .....................................................29
1.3. Những kết quả nghiên cứu trong nước và thế giới.............................................29
1.3.1. Phương pháp tách chiết Anthocyanin từ gạo. .................................................29
1.3.2. Phương pháp trích ly Anthocyanin từ quả dâu Hội An ..................................30
1.3.3. Phương pháp tách triết Anthocyanin từ bắp cải tím........................................31
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP. ......................................................32
2.1. Nguyên vật liệu ..................................................................................................32
2.1.1. Nguồn gạo đen .................................................................................................32
2.1.2. Một số hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ....................................................32
2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ...........................................................................33
2.2.1. Xác định các thơng số cho q trình trích ly Anthocyanin từ gạo đen ...........33
2.2.1.1. Xác định tỷ lệ dung môi Nước-EtOH trong q trình trích ly .....................35
2.2.1.2 Xác định tỷ lệ nguyên liệu tấm trong dịch trích ly........................................36
2.2.1.3. Xác định nhiệt độ thích hợp để trích ly Anthocyanin từ gạo đen ................38
2.1.2.4. Xác định thời gian thích hợp trích ly Anthocyanin từ gạo đen. ...................39
2.2.2. Khảo sát một số tính chất của Anthocyanin trong dịch trích ly từ gạo đen ....40
2.2.2.1. Sự biến đổi hàm lượng Anthocyanin ở các pH khác nhau...........................40
2.2.2.2. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của Anthocyanin ở các nhiệt độ khác
nhau ...........................................................................................................................42
2.2.2.3. Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích ly gạo đen trước khi cô quay
và sau khi cô quay. ....................................................................................................43

ii

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

2.3. Các phương pháp phân tích dùng trong thí nghiệm ...........................................43
2.4. Phương pháp xử lý số liệu. .................................................................................43
CHƯƠNG 3 :KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................44
3.1. Xác định các thơng số cho quy trình trích ly Anthocyanin từ gạo đen. .............44
3.1.1. Xác định tỷ lệ dung môi nước: ethanol trong pha chế dung môi trích ly
Anthocyanin từ gạo đen ............................................................................................44
3.1.2. Xác định tỷ lệ ngun liệu và dung mơi trong q trình trích ly anthocyanin từ
gạo đen ......................................................................................................................46
3.1.3. Xác định nhiệt độ thích hợp cho q trình trích ly Anthocyanin từ gạo đen. .47
3.2. Khảo sát một số tính chất của Anthocyanin trong dịch trích ly gạo đen ...........53
3.3.1. Sự biến đổi của hàm lượng anthocyanin ở những pH khác nhau ...................53
3.3.2. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của Anthocyanin ở các nhiệt độ khác
nhau ...........................................................................................................................54
3.3.3. Hoạt tính kháng oxy hóa của dịch trích ly từ gạo đen ....................................58
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN- KIẾN NGHỊ .................................................................63
4.1. Kết luận ..............................................................................................................63
4.2 Kiến nghị .............................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................68
PHỤ LỤC B SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM. ......................................................................7

iii


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Gạo đen ........................................................................................................4
Hình 1.2 Cấu trúc phổ biến của Anthocyanin ...........................................................11
Hình 1.3. Cation Flavylium .......................................................................................12
Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc anthocyanin chuyển hóa trong nước .................................15
Hình 1.5 Những màu sắc phổ biến của các loại athocyanin .....................................18
Hình 1.6 Sự chuyển đổi cấu trúc của anthocyanin trong điều kiện môi trường pH khác
nhau ...........................................................................................................................20
Hình 1.7 Sơ đồ sự biến tính của anthocyanin 3,5-diglucoside tại pH 3,7................21
Hình 1.8. Sự biến tính Anthocyanin với phản ứng oxy hóa atechol .........................23
Hình1.9. Phản ứng ngưng tụ .....................................................................................25
Hình 1.10. Sơ đồ Jurd đối với phản ứng thuận nghịch giữa SO2 và Anthocyanin
(Wiley, 2005) ............................................................................................................26
Hình 1.11. Sự chuyển hóa malvin thành malvone bởi H2O2 tạo thành từ sự oxy hóa
Ascorbic acid (Wiley, 2005) .....................................................................................27
Hình 1.12. Fla-2-ene được tạo thành từ phản ứng giữa Ascorbic acid và Anthocyanin.
...................................................................................................................................27
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tóm tắt nội dung thí nghiệm khảo sát các thơng số trích ly
...................................................................................................................................34
Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ H2O: Ethanol trong pha chế dung mơi để
trích ly anthocyanin từ gạo đen hữu cơ. ....................................................................35
Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nguyên liệu thích hợp để trích ly
anthocyanin từ gạo đen ............................................................................................. 37
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp để trích ly Anthocyanin từ
gạo đen ......................................................................................................................38

iv

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thích hợp để trích ly anthocyanin từ
gạo đen ......................................................................................................................39
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình tóm tắt nội dung thí nghiệm nghiên cứu tính chất của
Anthocyanin ..............................................................................................................40
Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của pH đến hàm lượng
Anthocyanin trong dịch trích ....................................................................................41
Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của
anthocyanin ở cá nhiệt độ khác nhau ........................................................................42
Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung mơi H2O:EtOH đến hiệu suất trích ly anthocyanin
từ dịch chiết. ..............................................................................................................44
Hình 3.2. Dịch trích ly các dung mơi ở những tỷ lệ khác nhau ................................ 45
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của tỷ lệ ngun liệu và dung mơi đến hiệu
suất trích ly Anthocyanin từ gạo đen hữu cơ. ...........................................................46
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hiệu suất trích ly
Anthocyanin từ dịch chiết. ........................................................................................48
Hình 3.5 Dịch trích ly anthocyanin ở các nhiệt độ khác nhau. .................................50
Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian đến trích ly đến hiệu suất trích
ly Anthocyanin trong dịch chiết. ...............................................................................51
Hình 3.7 Dịch trích ly anthocyanin ở các thời gian khác nhau. ................................ 52
Hình 3.8. Biểu đồ biểu thị sự biến đổi độ hấp thu của anthocyanin ở nhưng mức pH
khác nhau...................................................................................................................53
Hình 3.9. Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của Anthocyanin ở 00C..............54
Hình 3.10. Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của anthocyanin ở 200C ...........55
Hình 3.11. Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của Anthocyanin ở 00C...........56

v


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Hình 3.12. Biểu đồ biểu thị sự biến đổi hàm lượng của anthocyanin ở các nhiệt độ
khác nhau...................................................................................................................57
Hình 3.13. Biểu đồ biểu thị sự ức chế gốc tự do của vitamin C ............................... 58
Hình 3.14. Biểu đồ biểu thị sự ức chế gốc tự do của dung dịch Anthocyanin được
trích ly từ tấm đen. ....................................................................................................59
Hình 3.15. Biểu đồ biểu thị sự ức chế gốc tự do của dung dịch Anthocyanin được
trích ly từ tấm đen sau cơ quay. ................................................................................60
Hình 3.16. Phản ứng màu của dung dịch DPPH khi cho dịch mẫu trích ly anthocyanin
từ gạo đen . ................................................................................................................61
Hình 3.17. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thích hợp để trích ly Anthocyanin từ
gạo đen ......................................................................................................................63
Hình 4.1. Dịch chiết Anthocyanin trước cơ quay. ....................................................65
Hình 4.2. Dịch chiết sau cơ đặc.................................................................................66

vi


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của gạo đen................................................................ 5
Bảng 1.2. Bảng các Anthocyanin có nguồn gốc thực vật ...........................................8
Bảng 1.3. Một số Anthocyanin phổ biến ....................................................................9
Bảng 1.4 Các nhóm Anthocyanin hiện có.................................................................10
Bảng 3.1. Giá trị %I à IC50 của vitamin C ................................................................ 58
Bảng 3.2. Giá trị %I và kết quả IC50 của dịch trích ly anthocyanin từ gạo đen trước
khi cô quay. ...............................................................................................................59
Bảng 3.3. Giá trị %I và kết quả IC50 của dịch trích ly anthocyanin từ gạo đen sau cô
quay. ..........................................................................................................................60
Bảng 3.4. So sánh giá trị IC50 của Ascorbic acid và Anthocyanin ...........................61
Bảng 4. Đánh giá sơ bộ cảm quan của dịch chiết anthocynin………………………63

vii


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Anthocyanin có mặt trong nhiều loại rau quả từ thiên nhiên. Chất màu
Anthocyanin là có độ hịa tan trong nước và trong các dung mơi phân cực, nên chúng
có thể dễ dàng trích ly bằng những dung mơi trích ly thông thường mà không độc hại
đối với môi trường. Bên cạnh đó màu sắc của chúng trải dài từ màu đỏ, màu tím và
màu xanh, có thể ứng dụng vào việc làm phụ gia tạo màu trong thực phẩm nhưng
khơng độc hại.
Thêm vào đó Anthocyanin có giá trị sinh học rất cao, chúng được đưa vào
chế độ ăn uống trong nhiều thế kỷ qua, nhờ vào tác dụng sinh học rất tốt như có khả
năng điều trị chứng huyết áp cao, sốt, rối loạn gan, rối loạn tiêu hóa. Với xu hướng

của thế giới hiện nay, mọi người luôn ưa chuộng những sản phẩm có thành phần từ
thiên nhiên, lành mạnh đối với sức khỏe con người. Anthocyanin đã được đưa vào sử
dụng dưới dạng sản phẩm thực phẩm hay chất màu trong thực phẩm của con người.
Với một đất nước nông nghiệp như Việt Nam từ ngàn xưa gạo đã trở thành
nguồn lương thực thiết yếu, nuôi sống biết bao thế hệ. Nhưng ngày nay với cuộc sống
không ngừng phát triển, q trình đơ thị hóa diễn ra mạnh mẽ, môi trường ngày càng
bị ô nhiễm trầm trọng. Những hóa chất độc hại duới danh nghĩa là phụ gia thực phẩm
đang thâm nhập vào cơ thể con người mỗi ngày. Hiện nay Việt Nam là nước thuộc
top 2 - những quốc gia dẫn đầu về tỷ lệ mắc bệnh ung thư, mỗi năm có khoảng 70000
người chết vì bệnh ung thư và 200 000 mắc mới về bệnh ung thư. Trong vịng năm
năm nữa ung thư có thể sẽ trở thành đại dịch ở Việt Nam. Bên cạnh đó theo điều tra
mới nhất của hội tim mạch Việt Nam, 2016 có 48% người Việt Nam mắc bệnh tăng
huyết áp, đây là một con số đáng báo động. Trong những năm gần đây các nghiên
cứu khoa học luôn hướng về những nghiên cứu tạo ra sản phẩm được chiết xuất từ
thiên nhiên, cải thiện sức khỏe, chống oxy hóa, nâng cao sức đề kháng của con người.
Với mong muốn có những chất màu từ thiên nhiên thay thế những chất màu
hóa học đang từng ngày thâm nhập vào cơ thể con người, một thức uống giàu hợp

1


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

chất chống oxy hóa giúp cơ thể tăng cường sức đề kháng có thể chống lại bệnh ung
thư. Nhóm nghiên cứu quyết định chọn nguồn gạo đen hữu cơ từ thiên nhiên, không
thuốc trừ sâu, khơng phân bón hóa học làm nguồn trích ly cho đề tài trích ly
Anthocyanin, bên cạnh đó cũng sẽ nghiên cứu những tính chất cơ bản của
Anthocyanin để phục vụ cho quá trình bảo quản Anthocyanin để duy trì những hoạt

tính sinh học của chúng trong q trình bảo quản.
2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài có hai mục đích bản bao gồm:
Xác định các thơng số thích hợp cho q trình trích ly chất màu Anthocyanin
nhằm tách chiết tối đa Anthocyanin từ nguyên liệu phù hợp cho mục đích ứng dụng
vào thực phẩm.
Nghiên cứu những tính chất của Anthocyanin trong quá trình bảo quản dịch
chiết từ gạo đen.
3. Nội dung nghiên cứu.
Để thực hiện mục đích nghiên cứu đã đề ra, nhóm nghiên cứu thực hiện các
nội dung sau:
 Xác định các thơng số cho q trình trích ly Anthocaynin từ gạo đen:
- Xác định tỷ lệ dung mơi thích hợp cho q trình trích ly Anthocyanin.
- Xác định tỷ lệ ngun liệu và dung mơi thích hợp cho q trình trích ly
Anthocyanin.
- Xác định nhiệt độ thích hợp cho q trình trích ly Anthocyanin.
- Xác định thời gian thích hợp cho q trình trích ly Anthocyanin.
 Xác định những tính chất của dịch trích ly Anthocyanin từ gạo đen:
- Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của Anthocyanin.
- Nghiên cứu những tính chất của Anthocyanin.

2


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

4. Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp thu thập thông tin: Phương pháp nghiên cứu tài liệu làm cơ sở

bố trí thí nghiệm. Sử dụng phần mềm Endnote để tìm tài liệu.
- Thực hành trong phịng thí nghiệm.

3


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Gạo đen
1.1.1. Khái niệm
Gạo đen là loại gạo thuộc giống Oryza sativa L. “GẠO ĐEN” là loại gạo có
màu tím đậm hoặc đen nhưng khi nấu chín sẽ chuyển sang màu đỏ tía hoặc tím. Lớp
vỏ bên ngồi của gạo này là màu đen nhờ sắc tố Anthocyanin, một chất chống oxi
hóa. Loại gạo này được bán dưới dạng “chưa xay xát”, với lớp vỏ ngoài nguyên vẹn.
Cho đến ngày nay, khơng dễ dàng có thể mua được gạo đen; loại gạo này rất đáng giá
và được người dân châu Á quan tâm đặc biệt trong nhiều thế kỷ và xu hướng tiêu thụ
ngày càng cao ở Châu Âu, Bắc Mỹ

Hình 1.1 Gạo đen
Ngồi ra trong gạo đen cịn có rất nhiều vitamin E giúp tăng cường hệ thống
miễn dịch, giàu chất xơ, chất sắt và các vitamin thiết yếu, đặc biệt hàm lượng đường
trong gạo đen thấp người tiểu đường dùng có thể ổn định lượng đường trong máu.
Theo kết quả nghiên cứu của TS. Zhimin Xu thuộc đại học bang Louisana, Mỹ. Ơng
nói rằng trong một muỗng canh gạo đen chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe
hơn bất cứ “siêu thực phẩm” nào, bởi một muỗng gạo đen chứa nhiều chất chống oxy
hóa (Anthocyanin) hơn một muỗng canh trái việt quất.
1.1.1. Nguồn gốc của gạo đen hữu cơ

4


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của gạo đen.
Thành phần

Tỷ lệ %

Nước

14

Protein

8,2

Lipid

1,5

Glucid

74,9

Acid hữu cơ

0,6

Tro

0,8

Gạo đen là loại gạo đặc biệt được sử dụng nhiều và tìm thấy ở các nước châu
Á. Trung Quốc là nước có nhiều giống lúa đen hơn hết, tiếp theo Sri Lanka, Indonesia,
India, Philippines, Bangladesh và Việt Nam. Gạo đen thường tìm thấy ở loại phơi nhủ
đục sáp của các nhóm indica và japonica. Ở Việt Nam, gạo tím hay đen được dùng
làm thuốc và cho tín ngưỡng, chỉ được trồng ở các vùng núi, dưới dạng gạo tẻ hoặc
nếp.
Gạo đen hữu cơ được sản xuất từ phương pháp “canh tác hữu cơ”.
Lúa được trồng theo phương pháp canh tác hữu cơ, khơng sử dụng phân bón
hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…, có sự kiểm sốt, tác động của khoa học kỹ
thuật, công nghệ sinh học, sản phẩm được chế biến và đóng gói theo quy trình kép.
Canh tác hữu cơ giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng gạo đen hữu cơ, đảm bảo an
toàn sức khỏa cho người tiêu dùng và thân thiện với môi trường.
1.1.2. Công dụng của gạo đen hữu cơ
Trong gạo đen chứa nhiều Anthocyanin, đây là hợp chất chống oxy hóa giúp
cơ thể chống lại nhiều bệnh. Nó giúp cơ thể giảm nguy cơ đau tim bằng cách ngăn
chặn sự tích tụ mảng bám trong động mạch. Ngồi ra nó giúp trung hòa những thiệt
hại của các gốc tự do, ngăn ngừa một số dạng ung thư, hỗ trợ giảm cholesterol trong
máu.

5


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Gạo đen chứa nhiều chất xơ gấp 5,9 lần rau cần tây giúp làm giảm nồng độ
cholesterol, kiểm sốt hệ thống tiêu hóa. Đối với người suy nhược cơ thể, chất xơ này
có tác dụng kích thích tiêu hóa, tăng hấp thu. Đối với người muốn giảm cân, chất xơ
làm giảm cảm giác đói vì vậy nhanh chóng đạt hiệu quả cần thiết. Ngồi ra chất xơ
có khả năng chống béo phì, ngừa ung thư ruột kết và rất tốt cho bệnh nhân đái tháo
đường.
Trong gạo đen hữu cơ chứa selenium gấp 3,3 lần lòng đỏ trứng. Selenium là
nguyên tố vi lượng chống oxy hóa mạnh, giúp khử các gốc tự do có trong cơ thể, giúp
ngăn ngừa sự phá hủy tế bào, đặc biệt là tế bào gan, tốt cho người uống rượu bia
thường xuyên, người có vấn đề về gan như viêm gan và xơ gan, ngăn ngừa ung thư.
Gạo hữu cơ đen chứa nhiều chất sắt, chất sắc là một phần của tế bào máu, nếu
cơ thể thiếu sắt sẽ dẫn đến thiếu máu. Trong gạo đen hữu cơ cung cấp chất sắt cao
hơn 70% so với gạo lức và gấp 1,7 lần thịt bị, do đó gạo đen hữu cơ rất thích hợp cho
những phụ nữ thiếu máu sau khi sinh và những người cần bổ sung chất sắt tự nhiên.
Trong gạo đen hữu cơ cịn có hàm lượng mangan (gấp 1,54 lần gạo lứt).
Mangan có tác dụng giúp giải phóng năng lượng từ protein, carbonhydrate, hỗ trợ hệ
thống miễn dịch và điều hòa hàm lượng đường trong máu.
Gạo đen hữu cơ có hàm lượng kẽm gấp 1,7 lần thịt trai. Kẽm tham gia vào
thành phần của hơn 80 loại enzym điển hình như peptidase, đóng vai trị quan trọng
cho q trình tiêu hóa protein , phịng chống ung thư đường tiêu hóa, tắng cường hệ
thống miễn dịch.
Ngồi ra trong gạo đen hữu cơ còn chứa các thành phần dinh dưỡng: các amino
acid, các nhóm acid béo Omega-3 và Omega-6, hơn 120 chất chống oxy hóa (acylated
steryl glucoside, gama Aminobutyric) tác động mạnh mẽ lên gốc tự do.
Đặc biệt trong gạo đen hữu cơ có chỉ số đường huyết từ thấp đến trung bình
(< 58) nên rất thích hợp cho người tiểu đường.
1.2. Anthocyanin

1.2.1. Giới thiệu

6


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc Flavonoid,
là họ màu phổ biến nhất tồn tại ở thực vật bậc cao và tìm thấy được trong một số loại
hoa, quả, hạt như: quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tơ, hoa hibicut, đậu đen, quả
cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ…
Thuật ngữ Anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó Anthocyanin là
sự kết hợp giữa Anthos - nghĩa là hoa và Kysanesos - nghĩa là màu xanh. Tuy nhiên,
khơng chỉ có màu xanh, Anthocyanin cịn mang đến cho thực vật nhiều màu sắc rực
rỡ khác như hồng, đỏ, cam và các gam màu trung gian. Các Anthocyanissn khi mất
hết nhóm đường được gọi là Anthocyanidin hay aglycon. Mỗi Anthocyanidin có thể
bị glycosyl hóa acylate bởi các loại đường và các acid khác tại các vị trí khác nhau.
Vì thế lượng Anthocyanin lớn hơn Anthocyanidin từ 15-20 lần. Chúng được sử dụng
làm phụ gia thực phẩm với ký hiệu là E613.
1.2.2. Sự phân bố của Anthocyanin.
Anthocyanin tập trung ở những cây hạt kín và những lồi 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 lớp tế bào nằm bên ngồi như biểu bì.
Các hợp chất Anthocyanin xuất hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73
lồi và trong vơ số giống thực vật sử dụng làm thực vật (Bridle và Timberiake, 1996).
Các họ thực vật như vitaceae (nho) và rosaceae (cherry, dâu tây, mâm xơi, táo...) là
các nguồn Anthocyanin chủ yếu. Bên cạnh đó cịn có các họ thực vật khác như
solanceae (cà tím), saxifragaceae (quả lý đỏ và đen), ericaceae (quả việt quất) và

brassicaceae (bắp cải tím). Các loại Anthocyanin phổ biến nhất là các glucoside của
cyanidin, kế đến là pelargonidin, peonidin và delphinidin, sau đó petuidin và
maldivin. Số lượng các 3-glucoside nhiều gấp 2,5 lần các 3,5-glucoside. Loại
Anthocyanin hay gặp nhất chính là Cyanidin-3-glucoside.

7


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Bảng 1.2. Bảng các Anthocyanin có nguồn gốc thực vật
Tên thực vật

Tên thơng thường Loại Anthocyanin

Allium cepa

Củ hành tím

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

Brassica

Bắp cải tím (red

Cy-3-sophoroside-5-glucoside cacyl hóa

oleraea

cabbage)

với malonoyl, p-coumaroyl, di- pcoumarol,feruloyl, diferuloyl, sinapoyl và
disinapoyl

Fragaria spp

Dâu tây

Pg và Cy-3-glucoside

(strawberry)
Glycine

Đậu nành (vỏ)

Cy và Dp-3-glucoside

Hoa bụt dấm

Cy, Pn, mono- và biosides

Củ cải đỏ (rễ)

Pg và Cy-3-sophoroside-5-glucoside acyl

maxima
Hibicus
sabdariffa L

Raphanus
sativus
Vitis spp

hóa với p-coumaroyl, feruloyl, caffeoyl.
Nho

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

Cy = cyanidin, Pg= pelagorindin, Pn= peonidin, Dp= delphinidin, Pt = petunidin,
Mv= malvidin.
1.2.3. Cấu trúc hóa học của Anthocyanin
Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, có khă năng hịa tan trong
nước và chứa các khơng bào. Về bản chất, các Anthocyanin là những hợp chất
glycoside của các dẫn xuất polyhydroxy và polymethoxy của 2-phenylbenzopyrylium

8


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

hoặc muối flavylium. Cho đến nay, người ta xác định được 18 loại aglycon khác nhau,
trong đó 6 loại phổ biến nhất là pelargonidin, cyanidin, delphinidin, petunidin và
maldivin.
Bảng 1.3. Một số Anthocyanin phổ biến
Anthocyanin

Anthocyanidin

Đường

Có ở cây

Pelargonin

Pelargonidin

2 glucose

Cúc tây

Cianin

Cynanindin

2 glucose

Hoa hồng

Ceraxinanin

Cynanindin

Glucose, galactose

Quả mận

Prunixianin

Cynanindin

Ramnoza, glucose

Việt quất

Idain

Cyrinhindin

2 glucose

Cẩm quỳ

Delfin

Peonidin

2 glucose

Mẫu đơn

Malvin

Enidin

glucose

Nho

Peonin

Hirsutidin

2 glucose

Anh thảo

Trong tự nhiên, Anthocyanin rất hiếm gặp khi ở trạng thái tự do (không bị
glycoside hóa). Nhóm tự do ở vị trí C-3 làm cho phân tử anthocyanidin trở nên không
ổn định và làm giảm khả năng hịa tan của nó so với các Anthocyanin tương ứng. Vì
vậy, sự glycosyl hóa ln diễn ra, đầu tiên ở vị trí nhóm 3-hydroxy. Nếu có thêm một
phân tử đường sữa, vị trí tiếp theo bị glycosyl hóa thường gặp nhất là ở C-5. Ngồi
ra, sự glycosyl hóa cịn có thể gặp ở các vị trí C-7, C-3’, C-5’. Loại đường phổ biến
nhất là glucose, ngoài ra cũng có một vài monosaccharide (như galactose, rammose,
arabinose), các loại disaccharide (chủ yếu là rutinose, sabubiose hay sophorose) hoặc
trisaccharide tham gia và q trình glycosyl hóa.

9


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Bảng 1.4 Các nhóm Anthocyanin hiện có
Anthocyanin

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

Màu sắc

Enumber

Apigeninidin

-H

-OH

-H

-H

-OH

-H

-OH

Cam

Aurantinidin

-H

-OH

-H

-OH

-OH

-OH

-OH

Cam

Capensinidin

-OCH3

-OH

-

-OH

-

-H

-OH

Xanh-đỏ

OCH3

OCH3

Cyanidin

-OH

-OH

-H

-OH

-OH

-H

-OH

Đỏ sậm

E163a

Delphinidin

-OH

-OH

-OH

-OH

-OH

-H

-OH

Tím,

E163b

xanh
Europinidin

-OCH3

-OH

-OH

-OH

-

-H

-OH

đỏ

OCH3
Hirsutidin

-OCH3

-OH

-

-OH

-OH

Xanh-

-H

OCH3

-

Xanh-

OCH3

đỏ.

Luteolinidin

-OH

-OH

-H

-H

-OH

-H

-OH

Cam

Pelargonidin

-H

-OH

-H

-OH

-OH

-H

-OH

Cam, đỏ E163d
cam

Malvidin

-OCH3

-OH

-

-OH

-OH

-H

-OH

Tím

E163c

OCH3
Peonidin

-OCH3

-OH

-H

-OH

-OH

-H

-OH

Đỏ sậm.

E163e

Petunidin

-OH

-OH

-

-OH

-OH

-H

-OH

Tím

E163f

-OH

-

-H

-OH

Xanh-

OCH3
Pulchellidin

-OH

-OH

-OH

OCH3

10

đỏ.


Đồ án tốt nghiệp

Rosinidin

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

-OCH3

-OH

-H

-OH

-OH

-H

-

Đỏ

OCH3
Triacetidin

-OH

-OH

-OH

-H

-OH

-H

-OH

Đỏ

Hình 1.2 Cấu trúc phổ biến của Anthocyanin
(intechopen.com/books/the-mediterranean-genetic-code-grapevine-andolive/production-of-anthocyanins-in-grape-cell-cultures-a-potential-source-ofraw-material-for-pharmaceuti)
Sự methoxyl hóa các Anthocyanin và các glucoside tương ứng diễn ra thông

thường nhất là ở vị trí C-3’, và C-5’, cũng có thể gặp ở vị trí C-5 và C-7. Tuy nhiên
cho đến nay người ta chưa tìm thấy một hợp chất nào bị glycosyl hóa ở tất cả vị trí
C-3,-5,-7,-4 do đó cần thiết phải có ít nhất một nhóm hydroxyl tự do ở C-5, -7 hay 4’ để thành dạng cấu trúc quinonoidal base (dạng cấu trúc thường tồn tại trong không
bào thực vật có pH từ 2,5 – 7,5).

11


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Hình 1.3. Cation Flavylium (R1 và R2 là OH, H hoặc OCH3, R3 là
glucosyl hoặc H, R4 là OH hoặc glucosyl)
(en.wikipedia.org/wiki/Anthocyanin)
Sự acyl hóa cũng có thể xảy ra ở vị trí C-3 của phân tử đường hay ester hóa ở
các nhóm hydroxy C-6. Các nhóm acyl hóa chính thức là các phenolic acid như betacoumercic, cafeic, ferulic hay sinap acid và một loạt các acid như acetic, malonic,
axalic và succinic.
1.2.4. Tính chất của Anthocyanin
Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vô định hình là hợp chất khá phân
cực nên tan rất tốt trong dung mơi hữu cơ phân cực. Anthocyanin hịa tốt trong nước
và trong dung dịch bão hòa. Khi kết hợp với đường làm cho phân tử Anthocyanin hòa
tan nhanh hơn.
Màu sắc Anthocyanin thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, các chất màu và nhiều
yếu tố khác,…Khi tăng số lượng nhóm OH trong vịng pyran thì màu càng xanh đậm.
Trong dung dịch acid, Anthocyanin tồn tại dạng ở cation flavylium có màu đỏ. Khi
pH tăng dần, có sự tấn cơng của nước vào vòng pyran C, Anthocyanin chuyển dần
sang dạng base carbinol và chalcone khơng màu. Đây chính là q 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, Anthocyanin chuyển sang dạng anion có

màu xanh. Khi pH mơi trường càng cao, ion H+ trong nhóm –OH cịn lại bị phân hủy
và khi ấy điện tử khơng cịn, màu xanh trở nên xanh hơn bởi vì ánh sáng hấp phụ trở

12


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

thành đỏ hơn. Trong mơi trường trung tính, cả hai dạng cùng tồn tại nên dung dịch
có màu tím.
Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở trong vịng pyran càng cao thì màu đỏ
càng đậm. Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng
sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít.
Các Anthocyanin cũng phụ thuộc rất mạnh vào pH của mơi trường:


Khi ở pH>7 các Anthocyanin có màu xanh và khi pH< các Anthocyanin

có màu đỏ.


Ở pH=1 các Anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến

màu đỏ.


Ở pH = 4-5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ Cacbinol hay bazơ

Chalcon không màu.


Ở pH = 7-8 lại về dạng bazơ Quinoidal Anhydro màu xanh.

Màu sắc của Anthocyanin cịn có thể thay đổi do hấp thụ trên polysaccharide.
Khi đun nóng lâu dài các Anthocyanin có thể bị 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. Độ hấp thu là yếu tố liên quan mật thiết đến màu
sắc của Anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ Anthocyanin:
thường pH thuộc vùng acid mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ Anthocyanin càng lớn
độ hấp thụ càng mạnh.


Khả năng hòa tan của Anthocyanin:

Athocyanin là những hợp chất phân cực, do đó các dung mơi phổ biến nhất
được sử dụng trong các phương pháp nghiên cứu là hỗn hợp dung dịch ethanol,
methanol hoặc acetone (Kahkone, Hopia & Heinoen, 2001). Trong số các phương
pháp phổ biến nhất là những người mà sử dụng chất trích ly là methanol hoặc ethanol
ở pH axit (Amr & Al Tamimi, 2007). Từ những phương pháp này, việc khai thác với
methanol là hiệu quả nhất (Kapasakalidis, Rastall, & Gordon, 2006); trong thực tế,
nó đã được tìm thấy rằng trích ly Anthocyanin từ bột nho, với việc tách chiết với
methanol là 20% hiệu quả hơn so với ethanol, và 73% hiệu quả hơn chỉ có nước

13


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

(Metivier, Francis, & Clydesdale, 1980). Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp thực
phẩm ethanol được ưa thích hơn do methanol rất độc. Trong Anthocyanin chiết từ
nho đen, một dung dịch nước. Trong một số nghiên cứu, dung mơi với 80% EtOH
bão hịa với SO2 được sử dụng chiết tách Anthocyanin (Romani et al, 1999), trong
nghiên cứu quan sát rằng các loại dung môi, nồng độ SO2 và nhiệt độ ảnh hưởng đến
quá trình khai thác Anthocyanin. Các Anthocyanin từ lúa miến đen được chiết xuất
với HCl 0,1% trong MeOH và 70% acetone dịch nước (Awika et al, 2005).
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến màu sắc và độ bền của Anthocyanin.
So với đa số các chất màu thiên nhiên, Anthocyanin là chất màu có độ bền
kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong mơi trường acid. Ngồi ra, nó có thể phân
hủy tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy có dạng màu
nâu cộng với những sản phẩm khơng tan.
Sự phân hủy Anthocyanin có thể xảy ra trong q trình trích ly và tinh chế
chúng, đồng thời sự phân hủy này cịn xảy ra trong q trình xử lý và bảo quản các
sản phẩm thực phẩm.
Độ bền của các Anthocyanin 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, SO2, ánh sáng, enzyme, đường và các sản phẩm biến tính của chúng. Vì
vậy, nghiên cứu các yếu tổ ảnh hưởng đến độ bền của Anthocyanin là điều cần thiết
trước khi ứng dụng nó như một chất màu thực phẩm.
1.2.5.1. Cấu trúc
a. Cấu trúc chuyển hóa trong mơi trường lỏng.
Trong mơi trường nước các Anthocyanin tự nhiên giống như chất chỉ thị pH.
đỏ ở pH thấp, đỏ xanh ở pH trung tính và không màu ở pH cao.

14

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Lệ Hà

Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc anthocyanin chuyển hóa trong
nước.(Jackman and Smith, 1992)
Tại pH đã cho, tồn tại một cân bằng giữa 4 cấu trúc của Anthocyanin và
aglycone: quinonoidal (anhydro) bazo (A) màu xanh, cation flavylium (AH+) màu
đỏ, carbinol pseudobase (B), và chalcone (C) không màu.
Khi pH < 2.0, các Anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flavylium màu đỏ
(R3=0-đường) hoặc màu vàng (R3 = H).Khi pH tăng, sự mất proton xảy ra nhanh
thành dạng quinononidal màu xanh dương hoặc màu đỏ. Dạng quinonoidal thường
tồn tại như một hỗn hợp vì pKa của nhóm OH ở vị trí 4’,7 và 5 (nếu có) là tương tự.
Khi để yên, sự chuyển hóa hơn nữa sẽ xảy ra đó là sự tách nước của cation flavylium
cho dạng carbinol không màu hay pseudobase (hemiacetal), dạng này cân bằng với
dạng chalcone vịng mở khơng màu.
Cis (CE) và trans-chalcone (Cz) được tạo thành từ carbinol pseudobase bởi
phản ứng mở vịng nhanh và isomer hóa chậm. Cả 2 chalcone bình thường bởi chung
có nhóm chức carbonyl ở cạnh vịng B, trong đó chalcone bình thường có nhóm
carbonyl ở kế cận vịng A.
Dạng quinonoidal base được tạo thành thơng thường ở pH > 3. Cation
flavylium tương đối bền ở môi trường acid (như pH < 3). Trong mơi trường trung
tính hay acid yếu, Anthocyanin tồn tại chủ yếu ớ các dạng khơng màu. Vì vậy, sự ổn
định của các dạng mang màu, đặc biệt là dạng quinonoidal base, một phần là do sự

15