Nghiên cứu chiết tách, xác định thành phần hóa học và ứng dụng phẩm màu cây lá cẩm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÊ THỊ HỒNG CẨM

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH, XÁC ĐỊNH
THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ ỨNG DỤNG
PHẨM MÀU CÂY LÁ CẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÓA HỌC

ĐÀ NẴNG, NĂM 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LÊ THỊ HỒNG CẨM

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH, XÁC ĐỊNH
THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ ỨNG DỤNG
PHẨM MÀU CÂY LÁ CẨM

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ
Mã số: 831 06 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÓA HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS. ĐÀO HÙNG CƯỜNG

ĐÀ NẴNG, NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình khác.
Tác giả luận văn

Lê Thị Hồng Cẩm


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY LÁ CẨM ...................................................................... 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM ................................................. 4
1.2.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất màu trong chế biến thực phẩm ..... 4
1.2.2. Vai trò chất màu thực phẩm ................................................................... 5
1.2.3. Phân loại chất màu thực phẩm ............................................................... 5
1.2.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm .............................................. 7
1.3. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT MÀU ANTHOCYANIN .................................. 8
1.3.1. Cấu trúc của anthocyanin ....................................................................... 8
1.3.2. Sự phân bố anthocyanin trong tự nhiên ............................................... 10

1.3.3. Đặc tính quang phổ của anthocyanin ................................................... 12
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin ..................... 13
1.3.5. Hoạt tính sinh học của anthocyanin ..................................................... 17
1.3.6. Ứng dụng của anthocyanin trong chế biến thực phẩm ........................ 20
1.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT........................................... 22
1.4.1. Các khái niệm cơ bản về quá trình chiết .............................................. 22
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết ............................................. 23
1.4.3. Các phương pháp chiết......................................................................... 25
1.4.4. Một số kỹ thuật chiết hiện đại dùng để chiết xuất chất màu tự nhiên . 26
1.5. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP SO MÀU .................................. 27


CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ................... 29
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT ...................................................... 29
2.1.1. Nguyên liệu .......................................................................................... 29
2.1.2. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghiên cứu............................................. 29
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................... 29
2.2.1. Phương pháp trọng lượng .................................................................... 29
2.2.2. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) ............................. 30
2.2.3. Phương pháp so màu ............................................................................ 30
2.2.4. Phương pháp phân tích và định danh thành phần hóa học của các dịch
chiết ........................................................................................................................ 31
2.3. CÁC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................................ 37
2.3.1. Sơ đồ thực nghiệm ............................................................................... 37
2.3.2. Xử lý nguyên liệu ................................................................................. 38
2.3.3. Xác định các thông số hóa lí của ngun liệu ...................................... 38
2.3.4. Xác định các chỉ tiêu vi sinh ………………………………………...40
2.3.5. Chiết tách và xác định thành phần hóa học của các dịch chiết từ cây lá
Cẩm ........................................................................................................................ 41
2.3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết chưng ninh bằng

etanol ........................................................................................................................ 41
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 43
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ ........................................ 43
3.1.1. Độ ẩm mẫu nguyên liệu: ...................................................................... 43
3.1.2. Xác định hàm lượng tro ....................................................................... 43
3.1.3. Xác định hàm lượng kim loại nặng ...................................................... 44
3.1.4. Xác định tỉ trọng của dịch chiết etanol ................................................ 44
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT THỜI GIAN VÀ THÀNH PHẦN HĨA HỌC TRONG
CÁC DỊCH CHIẾT BẰNG DUNG MƠI HỮU CƠ ................................................. 45
3.2.1. Kết quả nghiên cứu thu dịch chiết bằng dung môi n-hexan ................ 45
3.2.2. Kết quả nghiên cứu thu dịch chiết cây lá Cẩm bằng dung môi clorofom .. 48


3.2.3. Kết quả nghiên cứu thu dịch chiết bằng dung môi etylaxetat .............. 50
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 70
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
GC-MS

: Gas Chromatography Mass Spectrometry

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

UV-VIS

: Ultraviolet-Visible Spectroscopy

CoA

: Coenzyme A

LC-MS

: Liquid chromatography–mass spectrometry

HPLC

: High-performance liquid chromatography

AAS

: Atomic Absorption Spectrophotometric


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số

Tên bảng

Trang

hiệu
1.1.

Liều sử dụng cho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp

6

1.2.

Một số chất màu tự nhiên thông dụng

6

1.3.

Cấu trúc của một số anthocyanidin phổ biến trong rau quả

9

1.4.

Hàm lượng anthocyanin trong một số nguyên liệu

11

1.5.

Các anthocyanin trong một số nguyên liệu

11

1.6.

Tính chất màu của dung dịch trong vùng ánh sáng trắng

27

2.1.

Một số chỉ tiêu và phương pháp thử

41

3.1.

Kết quả xác định độ ẩm của mẫu nguyên liệu cây lá Cẩm

43

3.2.

Kết quả xác định hàm lượng tro mẫu nguyên liệu cây lá Cẩm

43

3.3.

Hàm lượng kim loại trong cây lá Cẩm

44

3.4.

Tỉ trọng của dịch chiết theo thời gian

45

3.5.

Ảnh hưởng của thời gian chiết đến khối lượng cao chiết thu được

45

3.6.

Kết quả định danh thành phần hóa học trong dịch chiết n-hexan

46

của cây lá Cẩm
3.7.

Ảnh hưởng của thời gian chiết đến khối lượng cao chiết thu được

48

3.8.

Kết quả định danh thành phần hóa học trong dịch chiết clorofom

49

của cây lá Cẩm
3.9.

Ảnh hưởng của thời gian chiết đến khối lượng cao chiết thu được

51

Kết quả định danh thành phần hóa học trong dịch chiết etylaxetat

52

3.10. của cây lá Cẩm
3.11. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến khối lượng cao chiết thu được

55

3.12. Kết quả định danh thành phần hóa học trong dịch chiết etanol của

56

cây lá Cẩm
3.13. Kết quả mật độ quang khảo sát tỷ lệ rắn – lỏng của dung dịch

62


Số

Tên bảng

Trang

hiệu
chiết của cây lá Cẩm
3.14. Kết quả khảo sát nhiệt độ của dung dịch chiết từ cây lá Cẩm

63

3.15. Kết quả mật độ quang khảo sát thời gian chiết

65

3.16. Một số chỉ tiêu và phương pháp thử

65

3.17. Kết quả một số chỉ tiêu vi sinh

66


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

1.1.

Cấu trúc cơ bản của gốc aglycon của anthocyanin

8

1.2.

Một số anthocyanin dạng 3-glucoside

10

1.3.

Một số nguyên liệu giàu anthocyanin

10

1.4.

Ảnh hưởng của pH đến cấu trúc của anthocyanin

14

1.5.

Sơ đồ phân giải anthocyanin tại pH cao

14

2.1.

Quy trình thực nghiệm

37

2.2.

Cây lá Cẩm tươi và mẫu khô sau khi xử lý

38

3.1.

Sắc ký đồ GC – MS của dịch chiết n-hexan của cây lá

46

Cẩm
3.2.

Sắc ký đồ GC – MS của dịch chiết clorofom từ cây lá

49

Cẩm
3.3.

Sắc ký đồ GC – MS của dịch chiết etyl axetat của cây lá

52

Cẩm
3.4.

Sắc kí đồ chiết etylaxetat của cây lá Cẩm

54

3.5.

Phổ khối lượng của dịch chiết etylaxetat từ cây lá Cẩm, tại

54

phút thứ 19 trên hệ LC-MS
3.6.

Sắc kí đồ GC – MS của dịch chiết etanol từ cây lá Cẩm

56

3.7.

Sắc kí đồ dịch chiết etanol của cây lá Cẩm

58

3.8.

Phổ khối lượng của dịch chiết etanol từ cây lá Cẩm, tại

59

phút thứ 10,748 trên hệ LC-MS
3.9.

Phổ khối lượng của dịch chiết etanol từ cây lá Cẩm tại

59

phút thứ 12,818 trên hệ LC-MS
3.10.

Phổ khối lượng của dịch chiết etanol từ cây lá Cẩm tại

60

phút thứ 13,936 trên hệ LC-MS
3.11.

Phổ UV-VIS của dịch chiết etanol từ cây lá Cẩm

61

3.12.

Phổ UV-VIS khảo sát tỷ lệ rắn – lỏng của dung dịch chiết

62


Số hiệu

Tên hình

Trang

Phổ UV-VIS khảo sát nhiệt độ của dung dịch chiết từ cây

63

từ cây lá Cẩm
3.13.

lá Cẩm
3.14.

Phổ UV-VIS khảo sát thời gian của dung dịch chiết từ cây

64

lá Cẩm
3.15.

Sơ đồ quy trình cơng nghệ ứng dụng vào thực phẩm

67

3.16.

Một số sản phẩm chè trơi nước, xơi, đơng sương có sử

68

dụng chất màu bột lá Cẩm


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, cùng với sự phát triển của kinh tế- xã hội, tính thẩm mỹ của con
người cũng càng tăng đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm. Tuy nhiên,
con người đang lạm dụng các chất màu tổng hợp trong chế biến thực phẩm dẫn đến
nguy cơ ngộ độc thực phẩm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng. Vì vậy,
việc tìm kiếm và chiết tách ra các chất màu tự nhiên từ thực vật hay động vật sử
dụng trong công nghiệp thực phẩm để thay thế cho các chất màu tổng hợp là một
trong những xu hướng của thế giới hiện nay.
Ở Việt Nam, Cây lá Cẩm - Peristrophe roxburghiana (Schult) Bremek. (P.
tincloria (Roxb) Ness), thuộc họ Ơ rơ - Acanthaceae. Cây được trồng vì lá cho màu
tím tía dùng nhuộm bánh, xôi và làm mỹ phẩm. Cây lá Cẩm có thể thu hái quanh
năm, rửa sạch, dùng tươi hay phơi khô để dùng. Mặt khác, cây lá Cẩm cũng là một
loại dược liệu được sử dụng để chữa nhiều loại bệnh trong dân gian. Cây có vị ngọt
nhạt, tính mát có tác dụng thanh phế nhiệt chỉ khái (giảm ho) chỉ huyết ( cầm máu).
Nếu phối hợp với các vị thuốc khác trị được các chứng viêm phế quản nhiều đờm,
tiêu lỏng, xuất huyết, chấn thương gân cơ bị bầm dập...Thành phần hố học chính
của Cây Lá Cẩm mà cho màu là anthocyanin (theo tiếng Hy Lạp: Anthos = ra hoa;
Cyanos = màu xanh). Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vơ định hình là
hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực. Màu sắc của
anthocyanin luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, các chất màu có mặt và nhiều yếu tố
khác, tuy nhiên màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH mơi
trường. Ngồi tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn trong
thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin cịn là hợp
chất có nhiều hoạt tính sinh học q như: khả năng chống 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.


2
Những đặc tính quí báu của anthocyanin mà các chất màu hóa học, các chất
màu khác hình thành trong q trình gia cơng kỹ thuật khơng 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 cơng nghệ chế biến thực phẩm. Điều đó hoàn
toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai
thác chất màu từ thiên nhiên sử dụng trong thực phẩm, bởi vì chúng có tính an tồn
cao cho người sử dụng.
Mặc dầu cây lá cẩm có nhiều cơng dụng, đặc biệt là khả năng tạo màu sắc cho
các loại thực phẩm an tồn nhưng ở Việt Nam gần như chưa có những cơng trình
nghiên cứu về loại cây này. Đây chính là vấn đề nghiên cứu rất cần được quan tâm
nhằm góp phần quy hoạch, khai thác, chế biến và ứng dụng các sản phẩm của cây lá
cẩm một cách có hiệu quả, khoa học hơn.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chiết tách, xác định
thành phần hóa học và ứng dụng phẩm màu cây lá Cẩm”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng quy trình chiết tách thu nhận phẩm màu cây lá Cẩm;
- Định danh thành phần các cấu tử của phẩm màu cây lá Cẩm;
- Xây dựng quy trình ứng dụng phẩm màu cây lá Cẩm vào sản xuất một số sản
phẩm thực phẩm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Cây lá Cẩm được thu mua tại chợ Thiết , Quận 11 thành phố Hồ Chí Minh.
4. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này chúng tôi đã sử dụng các phương pháp sau:
- Lấy mẫu, xử lý, sơ chế mẫu;

- Xác định một số chỉ tiêu hóa lý;
- Chiết tách thu phẩm màu và các dịch chiết;
- Phương pháp sắc ký khí (GC-MS) để định danh thành phần hóa học;
- Phương pháp UV-Vis , HPLC để định danh, xác định chất màu;
- Phương pháp AAS để xác định kim loại nặng.


3
- Phương pháp sản xuất thực phẩm.
5. Bố cục đề tài
Ngồi phần mở đầu, danh mục các Bảng, Hình, đồ thị, sơ đồ, kết luận và kiến
nghị, tài liệu tham khảo. Trong luận văn được chia làm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan (24 trang)
Chương 2: Phương pháp và đối tượng nghiên cứu (14 trang)
Chương 3: Kết quả và bàn luận (25 trang)
6. Ý nghĩa của đề tài
- Cung cấp những thơng tin khoa học về quy trình chiết tách thành phần các
chất của cây lá Cẩm.
- Cung cấp các số liệu thực nghiệm cho các nghiên cứu sâu hơn về cây lá Cẩm
trong các đề tài tiếp theo.
- Cung cấp các thơng tin khoa học về thành phần hóa học của một số hợp chất
chính của cây lá Cẩm.
- Cung cấp các tư liệu về ứng dụng của sản phẩm màu được chiết ra từ cây lá Cẩm.


4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÂY LÁ CẨM
Lá Cẩm (danh pháp hai phần: Peristrophe roxburghiana, tiếng Anh: magenta

plant) là một lồi thực vật có hoa thuộc họ Ơ rơ (Acanthaceae), phân bố tại vùng
Đông Nam Châu Á, từ Assam tới Sri Lanka; và phía đơng cho tới hết diện tích
Đơng Nam Á, Java, Nam Trung Quốc và Đài Loan. Đây là một loại thực vật lâu
năm, có thể đạt chiều cao tới 50–100 cm. Lá dài 2–7,5 cm và rộng 1–3,5 cm. Hoa
hai thùy, có thể dài tới 5 cm; màu đỏ tươi đến đỏ tím. Cây sống ở vùng nam Sri
Lanka; Java; China; Taiwan. Ở Việt nam cây mọc hoang ở Lào Cai, Hồ Bình, đặc
biệt với số lượng lớn là ở các tỉnh miền tây Nam Bộ. Cây được trồng vì lá cho màu
tím tía dùng nhuộm bánh, xơi và làm mỹ phẩm. Cây lá Cẩm có thể thu hái quanh
năm, rửa sạch, dùng tươi hay phơi khô để dùng. Mặt khác, cây lá cẩm cũng là một
loại dược liệu được sử dụng để chữa nhiều loại bệnh trong dân gian. Cây có vị ngọt
nhạt, tính mát có tác dụng thanh phế nhiệt chỉ khái (giảm ho) chỉ huyết (cầm máu).
Nếu phối hợp với các vị thuốc khác trị được các chứng viêm phế quản nhiều đờm,
tiêu lỏng, xuất huyết, chấn thương gân cơ bị bầm dập...
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT MÀU THỰC PHẨM
1.2.1. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất màu trong chế biến thực phẩm
Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng đầu tiên đối với
mỗi sản phẩm thực phẩm. Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng tới chất lượng,
mùi vị, độ ngọt của thực phẩm. Nếu giữa màu sắc và mùi vị khơng có sự tương ứng,
phù hợp lẫn nhau thì người tiêu dùng sẽ khơng cảm nhận được chính xác được mùi
vị và chất lượng của thực phẩm. Thực vậy, trong một nghiên cứu của nhà thực
phẩm học Johnson với đề tài “Bảo vệ thực phẩm” năm 1983 đã chứng minh rằng vị
ngọt của nước giải khát trái dâu sẽ tăng lên 2-12% nếu ta tăng hàm lượng của chất
màu của loại nước giải khát này [11]. Do vậy, việc sử dụng các chất màu trong chế
biến thực phẩm là điều rất cần thiết.


5
1.2.2. Vai trò chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm mặc dù khơng có ý nghĩa nhiều về mặt dinh dưỡng,
nhưng có những chức năng quan trọng sau đây [6]:

 Đảm bảo sự đồng nhất về màu sắc thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô sản
phẩm khác.
 Tăng cường màu sắc tự nhiên vốn có của thực phẩm để thu hút người tiêu
dùng.
 Làm cho người tiêu dùng chú ý đến mùi vị tự nhiên của thực phẩm do giữa
màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau.
 Tạo màu cho một số thực phẩm vốn khơng màu hay có màu nhạt (như các
loại kẹo, snack, nước giải khát...) nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng.
 Phục hồi lại vẻ bên ngoài của thực phẩm do chất màu bị biến đổi trong quá
trình chế biến (Delgado-Vargas et al., 2000).
1.2.3. Phân loại chất màu thực phẩm
Chất màu thực phẩm được chia làm 3 nhóm chính: chất màu tự nhiên, chất
màu vơ cơ, chất màu hữu cơ tổng hợp, chất màu tự nhiên [6].
a. Chất màu vô cơ
Vào trước thế kỷ 20, phần lớn chất tạo màu thực phẩm đều có nguồn gốc từ
các loại khoáng vật tự nhiên độc hại.
Tuy nhiên, cùng với việc ban hành những quy định về an toàn thực phẩm của
Hoa Kỳ năm 1960, ngành công nghiệp thực phẩm dần dần chuyển sang sử dụng các
loại chất màu hữu cơ tổng hợp.
b. Chất màu hữu cơ tổng hợp
Là các chất màu được tổng hợp bằng phương pháp hóa học.
Các loại chất màu hữu cơ tổng hợp được chia làm 3 nhóm:
Nhóm A: Gồm các chất khơng mang độc tính nhưng gây ngộ độc tích lũy
(Bảng 1.1).


6
Bảng 1.1. Liều sử dụng cho phép của một số chất màu hữu cơ tổng hợp
Liều lượng sử dụng (mg/kg)

Loại chất màu
Amarant (Ký hiệu CI.16185)

0 – 0,15

Vàng mặt trời (Ký hiệu CI.15985)

0 – 5,00

Tartrazine (Ký hiệu CI.19140)

0 – 7,50

Nhóm B: Gồm 5 loại màu là β-carotene tổng hợp, xanh lơ VRS (ký hiệu
CI.42090), Erythrozine (ký hiệu CI.45430), Indigocarmine (ký hiệu CI.73015),
xanh lục sáng FCF.
Nhóm C: Bao gồm tất cả các loại màu hữu cơ tổng hợp khác nhau chưa được
nghiên cứu hoặc nghiên cứu không rõ ràng.
Chất màu hữu cơ tổng hợp có ưu điểm là tạo ra nhiều màu sắc phong phú, rẻ
tiền, và tiện lợi trong việc chế biến thực phẩm. Tuy nhiên, hiện nay một số chất màu
hữu cơ tổng hợp (đặc biệt là thuốc nhuộm azo) bị hạn chế sử dụng do người ta nghi
ngại về những ảnh hưởng khơng tốt của nó đối với sức khỏe con người. Chẳng hạn,
một số nghiên cứu gần đây phát hiện những enzyme trong ruột non có khả năng xúc
tác cho phản ứng khử các phẩm màu azo để sinh ra các tác nhân gây ung thư. Do
đó, việc sử dụng chúng cần phải được tuân thủ những quy định hết sức chặt chẽ.
c. Chất màu tự nhiên
Là các loại chất màu hữu cơ được chiết tách từ động vật hay thực vật (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Một số chất màu tự nhiên thông dụng
Chất màu tự nhiên
Anthocyanin

Betalanin
Carotenoid
- Annato
- Canthaxanthin
- Apocarotenal
Chorophyl
Riboflavin
Caramel
Các loại khác
- Turmeric
- Crocetin, Crocin

Nguồn tự nhiên
Vỏ nho, rau dền đỏ…
Củ cải đường, củ dền đỏ, vỏ quả thanh long….
Hạt điều
Nấm rơm, loài giáp xác, cá
Cam, rau xanh
Các loại rau xanh
Sữa
Đường saccharose
Cây nghệ
Cây nghệ tây


7
Những chất màu tự nhiên đã được con người biết đến và sử dụng từ lâu để tạo
màu cho thực phẩm. Ưu điểm của chất màu tự nhiên là tạo ra màu rất đẹp cho thực
phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng. Tuy
nhiên, so với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền và có giá thành

cao do việc thu hồi tách chiết chúng từ như các nguồn tự nhiên khá tốn kém. Do
vậy, việc sử dụng chúng hiện nay cịn chưa rộng rãi lắm.
Tuy vậy, nhờ có độ an toàn cao và một số chất màu tự nhiên cịn có tác dụng
tốt đối với sức khỏe (như có khả năng chống oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của
cơ thể,…) nên người tiêu dùng ngày càng có xu hướng ưa chuộng những loại thực
phẩm dùng chất màu tự nhiên. Vì vậy, trong những năm gần đây, ngành công
nghiệp sản xuất chất màu tự nhiên trên thế giới đang phát triển nhanh chóng và trở
thành một trong những lĩnh vực kinh doanh đầy tiềm năng [6], [8].
1.2.4. Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm
Về nguyên tắc, bổ sung chất màu nhằm phục hồi màu vốn có của một số thực
phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến. Không được dùng chất màu để che đậy
khuyết điểm của thực phẩm hoặc để người tiêu dùng nhầm lẫn về sự có mặt khơng
thực của một vài thành phần chất lượng trong thực phẩm [2], [6].
Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản phẩm
thực phẩm nào đó chúng ta cần quan tâm các yếu tố sau:
 Trạng thái của chất màu: người tiêu dùng vẫn ưa dùng chất màu ở dạng
lỏng hơn là ở dạng bột.
 Sự chuyển màu mới như thế nào: thường phối trộn nhiều màu với nhau để
tạo ra màu mong muốn phù hợp với thực phẩm của mình.
 Thành phần các chất chứa trong thực phẩm cần phối trộn chất màu: sự có
mặt của protein, nước, tanin hay chất béo sẽ ảnh hưởng tới độ trong hay vẩn đục của
chất màu phối trộn vào trong thực phẩm đó.
 pH: sự ổn định cũng như sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh
hưởng của pH vào môi trường thực phẩm.
 Điều kiện chế biến: Đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới chất


8
lượng chất màu phối trộn vào.
 Điều kiện bao gói: Quyết định đến mức độ xâm nhập của khơng khí và ánh

sáng vào thực phẩm, do đó có thể làm biến đổi chất màu.
 Điều kiện bảo quản và thời gian sử dụng: Chất màu sử dụng chỉ bền dưới
những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định.
1.3. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT MÀU ANTHOCYANIN
1.3.1. Cấu trúc của anthocyanin
Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, trong đó anthocyanin là sự
kết hợp giữa Anthos - nghĩa là hoa và Kyanos - 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. Anthocyanin thuộc nhóm
các hợp chất flavonoid, là những hợp chất glycoside của anthocyanidin (hay cịn gọi
là aglycon). Nói cách khác anthocyanin là hợp chất của anthocyanidin với đường
(có thể liên kết với các acid hữu cơ trong trường hợp anthocyanin bị acyl hóa). Gốc
aglycon có cấu trúc cơ bản ở Hình 1.1.

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của gốc aglycon của anthocyanin
Khung carbon của anthocyanin gồm hai vòng benzen A, B, và vịng pyran C
trong đó vịng A kết hợp với vòng C tạo thành vòng chromane. Trong cấu trúc vòng
pyran có chứa oxy mang điện tích dương tự do. Nhờ có điện tích dương tự do mà
các anthocyanin trong dung dịch acid mang đặc tính như những cation và tạo muối
được với các acid. Ngược lại trong dung dịch kiềm chúng có vai trị như anion và
tạo muối với bazơ .


9
Do có sự thay thế gốc R ở nhân A, B, C bởi các nhóm hydroxyl hay metoxi
khác nhau nên tạo ra nhiều loại anthocyanidin khác nhau. Cho đến nay, người ta đã
xác định được 18 loại anthocyanidin khác nhau, trong đó 6 loại phổ biến nhất là:
pelargonidin, malvidin, delphinidin, peonidin, petunidin, cyanidin (Bảng 1.3) [14].
Bảng 1.3. Cấu trúc của một số anthocyanidin phổ biến trong rau quả [14]
Anthocyanidin

R3′

R4′

R5′

R3

R5

R6

R7

Cyanidin

−OH

−OH

−H

−OH

−OH

−H

−OH

Delphinidin

−OH

−OH

−OH

−OH

−OH

−H

−OH

Pelargonidin

−H

−OH

−H

−OH

−OH

−H

−OH

Malvidin

−OCH3

−OH

−OCH3

−OH

−OH

−H

−OH

Peonidin

−OCH3

−OH

−H

−OH

−OH

−H

−OH

Petunidin

−OH

−OH

−OCH3

−OH

−OH

−H

−OH

Màu sắc của các anthocyanidin khác nhau tương ứng với số lượng các nhóm
hydroxyl, gắn vào phân tử của chúng (đặc biệt là những nhóm thay thế trong vịng
B). Với sự gia tăng của các nhóm hydroxyl, màu sắc hiển thị của chúng có sự thay
đổi từ màu cam sang màu tím [12].
Sự khác nhau giữa các anthocyanin được xác định bởi sự khác nhau giữa số
lượng và vị trí của nhóm hydroxyl trong phân tử; mức độ methyl hóa của nhóm
hydroxyl; bản chất, vị trí của các nhóm đường gắn vào phân tử; bản chất, số nhóm
acid mạch thẳng hay mạch vịng gắn vào phân tử.
Anthocyanin có thể được acyl hóa bởi các acid hữu cơ phân tử lượng thấp

bằng liên kết este với nhóm OH- của phần glucoside hoặc của phần aglycon. Các
acid tạo gốc acyl có thể là: acid p-coumaric, acid ferulic, acid cinnamic, acid
caffeic, acid malonic, acid acetic,.... Sự acyl hóa dẫn đến thay đổi màu sắc và tăng
độ bền của anthocyanin [13], [7].
Anthocyanin có tính tan tốt hơn và bền hơn anthocyanidin là nhờ được gắn thêm
một hoặc nhiều gốc đường, thường hay gặp là rhamnose, galactose, arabinose, xylose.
Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3,5,7 nhưng thường được gắn vào vị trí 3 và 5
cịn gắn vào vị trí 7 rất ít. Phân tử anthocyanin có gắn đường vào vị trí 3 gọi là


10
monoglucoside, cịn gắn đường vào cả vị trí 3 và 5 gọi là diglucoside. Vị trí liên kết của
glucoside vào aglycon thường gặp trong thực vật được thể hiện trên Hình 1.2 [14].
OCH3

OH
OH

HO

OH
HO

O

O

H
O
OH

O
HO

Peonidin-3-glucoside

H

H
OH

H

O

O

OH
OH
H

HO

H
OH
OH
H
H

Cyanidin-3-glucoside

Hình 1.2. Một số anthocyanin dạng 3-glucoside
1.3.2. Sự phân bố anthocyanin trong tự nhiên
Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là nhóm
các chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong thế giới thực vật. Chúng xuất
hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73 loài và chứa trong các khơng bào thực
vật. Một số loại rau, hoa, quả có màu từ đỏ đến tím chứa anthocyanin với hàm
lượng cao như: việt quất, mâm xơi, khoai lang tím, quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá
tía tơ, hoa hibicus, đậu đen, vỏ cà tím, gạo nếp than, gạo đỏ,… Nhìn chung, hàm
lượng anthocyanin trong phần lớn rau quả dao động từ 0,1 đến 1% hàm lượng chất
khô [9]. Một số nguyên liệu giàu anthocyanin được thể hiện trên Hình 1.3.

Hình 1.3. Một số nguyên liệu giàu anthocyanin


11
Hàm lượng anthocyanin liên quan trực tiếp với độ đậm của màu sắc quả, quả
càng đậm màu thì hàm lượng anthocyanin càng cao [8]. Hàm lượng của
anthocyanin trong một số loại rau quả được trình bày ở Bảng 1.4.
Bảng 1.4. Hàm lượng anthocyanin trong một số nguyên liệu [7]
STT

Nguyên liệu

Hàm lượng anthocyanin (mg/100g nguyên liệu)

1

Mận

2-25

2

Hành tây đỏ

7-21

3

Củ cải đỏ

11-60

4

Dâu tây

15-35

5

Khoai lang tím

84-174

6

Bắp cải tím

7

Việt quất

25-495

8

Mâm xơi

83-326

9

Nam việt quất

60-200

10

Nho

6-600

25

Bảng 1.5. Các anthocyanin trong một số nguyên liệu [14]
STT Quả

Anthocyanin

1

Táo

Cy-3-gla, Cy-3-ara, Cy-7-ara

2

Lê

Cy-3-gal

3

Lý chua đen

Cy-3-glc, Cy-3-rut, Del-3-glc

4

Đào

Cy-3-glc

5

Cam

Cy-3-glc, Del-3-glc, Pet-3-gly, Cy-3-gly, Del-3-glc, Del3-glc-glc

6

Anh đào chua

Cy-3-glc, Cy-3-rut, Cy-3-glc-rut, Cy-3-sop

7

Anh đào ngọt

Cy-3-glc, Cy-3-rut

8

Mâm xôi

Cy-3-glc, Cy-3-rut

9

Việt quất

Pet-3-gly, Cy-3-gly, Del-3-gic, Del-3-gal, Mal-3-glc


12
10

Sung, vả

Cy-3-gly

11

Lý chua đỏ

Del-3-glc, Cy-3-xyl-rut, Cy-3-glc-rut, Cy-3-sop, Cy-3-sam

12

Dâu tây

Pel-3-glc, Pel-3-gal, Cy-3-glc,

13

Nho

Cy-, Del-, Peo-, Pet-, Mal-3-glc, Mal-3,5-diglc, Mal-3-pcurmaroylglc-5-glc,
Mal-3-p-caffeoylglc-5-glc, Peo-3-p-curmaroylglc-5-glc

14

Nho/Mận khô

Cy-3-glc, Cy-3-rut, Peo-3-glc, Peo-3-rut

15

Chuối

Pet-3-gly

16

Lạc tiên

Del-3-glc, Del-3-glc-glc

Anthocyanin trong mỗi thực vật không phải là một chất thuần nhất mà là một
hỗn hợp nhiều loại anthocyanin khác nhau. Tỷ lệ của các anthocyanin trong rau quả
phụ thuộc vào loài, giống cây. Cho đến nay đã có hơn 635 loại anthocyanin trong tự
nhiên được xác định [14]. Các loại anthocyanin trong một số loại thực vật được thể
hiện ở Bảng 1.3.
Một số loại quả mọng chứa phần lớn các anthocyanin ít được acyl hố, điều
này giải thích cho độ bền màu kém của sản phẩm thực phẩm sản xuất từ các loại
quả này. Ngược lại, một số loại nguyên liệu chứa phần lớn các anthocyanin được
acyl hố như: bắp cải tím, khoai lang tím,... có độ bền màu rất cao.
1.3.3. Đặc tính quang phổ của anthocyanin
Anthocyanin là hợp chất có khả năng hấp thụ các tia sáng trong vùng nhìn
thấy. Độ hấp thụ anthocyanin phụ thuộc vào dung môi, pH và nồng độ của
anthocyanin. Thông thường, pH ở vùng acid mạnh sẽ có độ hấp thụ lớn hơn [4].
Độ hấp thụ thể hiện bản chất của mỗi loại anthocyanin do khả năng hấp thụ
khác nhau của chúng. Trong vùng ánh sáng nhìn thấy, các anthocyanin có độ hấp
thụ cực đại ở bước sóng 510-540nm. Độ hấp thụ liên quan mật thiết đến màu sắc
của anthocyanin và tỷ lệ thuận với nồng độ của chúng. Ngoài ra, anthocyanin cịn
có khả năng hấp thụ tia tử ngoại do hệ thống nối đôi liên hợp tạo ra bởi 2 vòng
benzene A, B và vòng pyran C [2].
Các aglycon khác nhau có bước sóng hấp thụ cực đại khác nhau, ví dụ bước

13
sóng hấp thụ cực đại của anthocyanin trong dung dịch metanol có 0,01% HCl là:
Pelgonidin có λmax = 520nm (cam); Cyanidin có λmax = 535nm (đỏ cam); Dephinidin
có λmax = 545nm (đỏ xanh).
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin
a. Ảnh hưởng của cấu trúc
Độ bền màu và cường độ màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số
lượng của các nhóm hydroxyl, methoxy, đường và các đường được acyl hóa. Khi số
nhóm hydroxyl trong vịng B tăng, bước sóng hấp thu cực đại ở vùng thấy được
dịch chuyển về phía có bước sóng dài.
Khi mức độ hydroxyl hóa các aglycon tăng, tính bền của các anthocyanin sẽ
tăng. Tuy nhiên khi tăng sự methoxy hóa, sẽ thu được kết quả ngược lại. Sự có mặt
của nhóm OH ở vị trí 4' và 7 trong phân tử làm bền hóa đáng kể các chất màu, trong
khi đó, sự methoxy hóa các nhóm hydroxyl này làm giảm độ bền.
Sự glycosyl hóa và acyl hóa những nhóm OH tự do làm tăng tính bền của
anthocyanin. Vì vậy, các diglucoside bền hơn các monoglucoside của cùng một
anthocyanin. Anthocyanin có chứa 2 hay nhiều nhóm acyl bền trong mơi trường
trung tính hoặc acid yếu do liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl của các nhân
phenolic trong anthocyanin và acyl vịng thơm. Anthocyanin dạng diacyl hóa được
bền hóa nhờ sự liên kết giữa vịng anthocyanin và 2 nhóm acyl vịng thơm.
b. Ảnh hưởng của pH
Sự thay đổi pH làm cho cấu trúc của anthocyanin thay đổi kéo theo sự đổi
màu. Do trên gốc aglycon có mang điện tích dương nên các anthocyanin có khả
năng nhận H+ hoặc OH-, từ đó dẫn đến sự thay đổi màu sắc của anthocyanin. Khi
tăng nhóm OH- màu của anthocyanin chuyển theo hướng sắc màu xanh, khi tăng H+
sẽ đổi theo hướng tạo màu đỏ [30].
Trong dung dịch anthocyanin tồn tại dưới năm dạng cơ bản: flavylium cation
có màu đỏ; carbinol khơng màu; anhydrobase có màu tím; anhydrobase anion có

màu xanh và chalcone có màu vàng (Hình 1.4) [53], [101].


14

Hình 1.4. Ảnh hưởng của pH đến cấu trúc của anthocyanin
Khi pH<3 thì anthocyanin tồn tại chủ yếu dưới dạng các cation flavylium bền,
màu đỏ. Khi pH 4-5, cation flavylium bị sự tấn cơng của nước ở vị trí C2, hệ thống 2benzopyrilium liên hợp của bộ khung anthocyanin bị phá vỡ tạo thành các base
carbinol (hay base chalcone) không màu. Khi pH 6-7, base carbinol bị tách nước ở vị
trí C2 tạo thành anhydrobase (quinonoidal base) có màu tím. Khi pH 7-8, nhóm -OH ở
vị trí C7 của anhydrobase bị mất H+ nên chuyển thành anhydrobase anion có màu xanh
đậm. Khi pH 8-9 thì anhydrobase anion tiếp tục bị tấn cơng bởi H2O tạo thành dạng
chalcone có màu vàng, thơng qua việc mở vịng của pyran tương ứng (Hình 1.4).
Khi pH cao hơn nữa, anthocyanin sẽ tiếp tục bị phân hủy theo sơ đồ Hình 1.5.

Hình 1.5. Sơ đồ phân giải anthocyanin tại pH cao