Nghiên cứu thu nhận và ứng dụng anthocyanin của khoai lang tím trong chế biến thực phẩm

i

MỤC LỤC

Lời cam đoan .................................................................................................. iv
Danh mục chữ và ký hiệu viết tắt .................................................................. v
Danh mục các bảng ....................................................................................... vii
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ........................................................................ ix
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 5
1.1. Tổng quan về hợp chất màu anthocyanin.............................................. 5
1.1.1. Cấu trúc của anthocyanin ........................................................................ 5
1.1.2. Sự phân bố anthocyanin trong tự nhiên .................................................. 6
1.1.3. Đặc tính quang phổ của anthocyanin ...................................................... 8
1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin ........................ 9
1.1.5. Hoạt tính sinh học của anthocyanin ...................................................... 13
1.1.6. Ứng dụng của anthocyanin trong chế biến thực phẩm ......................... 16
1.2. Tổng quan về khoai lang tím ................................................................. 18
1.3. Chiết tách anthocyanin .......................................................................... 20
1.3.1. Dung môi chiết anthocyanin ................................................................. 20
1.3.2. Phương pháp chiết tách anthocyanin .................................................... 21
1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu anthocyanin từ KLT ...................... 25
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 25
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................... 31
CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 34
2.1. Nguyên liệu.............................................................................................. 34
2.2. Hoá chất và thiết bị nghiên cứu ............................................................ 35
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................... 35
2.3.1. Phương pháp hóa lý............................................................................... 35
2.3.2. Phương pháp sinh học ........................................................................... 39
2.3.3. Phương pháp toán học ........................................................................... 40

2.3.4. Phương pháp lấy mẫu nghiên cứu ......................................................... 41
2.3.5. Phương pháp đánh giá cảm quan .......................................................... 41


ii

2.4. sơ đồ và nội dung nghiên cứu ................................................................ 42
2.5. phƣơng pháp thực nghiệm .................................................................... 44
2.5.1. Nghiên cứu lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT ...................................... 44
2.5.2. Nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ KLT .......................................... 46
2.5.3. Nghiên cứu đặc tính, thành phần anthocyanin của KLT ...................... 48
2.5.4. Nghiên cứu tạo chế phẩm màu anthocyanin dạng bột từ KLT ............. 49
2.5.5. Nghiên cứu ứng dụng phẩm màu anthocyanin trong chế biến thực phẩm
......................................................................................................................... 49
2.5.6. Nghiên cứu tận dụng bã KLT sau khi chiết anthocyanin...................... 51
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 53
3.1. Lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT . ....................................................... 53
3.1.1. Lựa chọn vùng nguyên liệu KLT cho hàm lượng anthocyanin cao ..... 53
3.1.2. Ảnh hưởng của độ lớn nguyên liệu KLT đến hàm lượng anthocyanin 53
3.1.3. Một số thành phần hóa học của nguyên liệu KLT ................................ 54
3.1.4. Sự tổn thất của KLT sau thu hoạch ....................................................... 55
3.1.5. Xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin ............................... 58
3.2. Chiết tách anthocyanin từ KLT ........................................................... 64
3.2.1. Chiết tách anthocyanin từ paste KLT ................................................... 65
3.2.2. Chiết tách anthocyanin từ bột KLT....................................................... 75
3.2.3. So sánh quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT và bột KLT ........... 76
3.2.4. Xác định hàm lượng anthocyanin trong KLT ....................................... 77
3.2.5. Trung hòa dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT .................................... 79
3.2.6. Tinh sạch dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT ..................................... 79
3.3. Đặc tính, thành phần anthocyanin của KLT ....................................... 81

3.3.1. Đặc tính quang phổ của chất màu anthocyanin từ KLT ....................... 81
3.3.2. Xác định thành phần anthocyanin của KLT ......................................... 82
3.3.3. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến độ bền màu của anthocyanin từ
KLT ................................................................................................................. 90
3.3.4. Hoạt tính sinh học anthocyanin từ KLT................................................ 94
3.4. Tạo chế phẩm màu và xây dựng tiêu chuẩn cho chế phẩm màu
anthocyanin từ KLT ................................................................................... 100


iii

3.4.1. Tạo chế phẩm màu anthocyanin từ dịch chiết KLT ............................ 100
3.4.2. Đề xuất quy trình thu nhận chế phẩm màu anthocyanin từ KLT ....... 103
3.4.3. Xác định một số chỉ tiêu chất lượng của phẩm màu anthocyanin từ KLT
....................................................................................................................... 105
3.4.4. Xây dựng tiêu chuẩn cho phẩm màu anthocyanin từ KLT ................. 106
3.5. Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT trong chế biến thực
phẩm ............................................................................................................. 113
3.5.1. Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT làm phụ gia tạo màu
trong sản xuất kẹo dẻo................................................................................... 113
3.5.2. Nghiên cứu sản xuất bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT như
một dạng thực phẩm chức năng .................................................................... 116
3.6. Tận dụng bã KLT sau khi chiết anthocyanin.................................... 123
3.6.1. Xác định một số chỉ tiêu của bã KLT ................................................. 123
3.6.2. Điều kiện thủy phân tinh bột KLT ...................................................... 124
3.6.3. Thời gian lên men ethanol bã KLT ..................................................... 126
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 127
A. Kết luận ................................................................................................... 128
B. Những đóng góp mới của luận án ......................................................... 128
C. Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ............................................ 129

Các cơng trình khoa học đã cơng bố ......................................................... 130
Tài liệu tham khảo ...................................................................................... 131


iv

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 nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn
tài liệu tham khảo đúng quy định.

Người cam đoan

Tạ Thị Tố Quyên


v

DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Abs

Absorbance

Độ hấp thụ

AAS

Atomic Absorption Spectrometer

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Aspergillus niger

Aspergillus niger

Anthocyanin

Anthocyanin

Arabinoside

Arabinoside

BHT

Butylated hydroxytoluene

Butylated hydroxytoluene

CT

Crude anthocyanin extract

Dịch chiết anthocyanin thô

Cy

Cyanidin

Cyanidin

Diode array detector

Đầu dị iot

Del

Delphinidin

Delphinidin

Dp

Delphinidin

Delphinidin

DPPH

-diphenil--picryl-hydrazyl

-diphenil--picryl-hydrazyl

E. coli

Escherichia coli

Escherichia coli

ESI

Electrospray ionization

Ion hố bằng điện

Gal

Galactoside

Galactoside

Glc

Glucoside

Glucoside

Glc-rut

Glucosyl-rutinoside

Glucosyl-rutinoside

HPLC

High performance liquid
chromatography

Sắc ký lỏng cao áp

A. niger
Antho
Ara

DAD

for Tổ chức Tiêu chuẩn hố Quốc
tế

ISO

International Organization
Standardization

KLT

Purple sweet potato

Khoai lang tím

KPH

Not detected

Khơng phát hiện

LC

Liquid chromatography

Sắc ký lỏng

LĐ

Liquid anthocyanin pigment

Chế phẩm màu anthocyanin
dạng lỏng

LS

Pure anthocyanin extract

Dịch chiết anthocyanin sạch

Mal

Malvidin

Malvidin

MIC

Minimum Inhibitory Concentration

Nồng độ ức chế tối thiểu


vi

MS

Mass spectrometry

Khối phổ

Mv

Malvidin

Malvidin

Nuclear Magnetic Resonance

Cộng hưởng từ hạt nhân

Rutinoside

Rutinoside

PDA

Detector Photodiode Array

Đầu dò mạch quang điện

Peo

Peonidin

Peonidin

PE

Polyethylen

Polyethylen

Pel

Pelagorindin

Pelagorindin

Pet

Petunidin

Petunidin

Vietnamese standards

Quy chuẩn Việt Nam

Decision of the Ministry of Health

Quyết định của Bộ Y tế

RT

Retention time

Retention time

Sam

Sambubioside

Sambubioside

Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus

NMR
Rut

QCVN
QĐ-BYT

S. aureus

S. cerevisiae Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae

Sop

Sophoroside

Sophoroside

SRB

Sulforhodamine B

Sulforhodamine B

Powder anthocyanin pigment

Chế phẩm màu anthocyanin
dạng bột

Vietnamese standards

Tiêu chuẩn Việt Nam

TSBT NMNM

Total number of yeast spores mold

Tổng số bào tử nấm men nấm

mốc

TSVSV HK

Total aerobic microorganisms

Tổng số vi sinh vật hiếu khí

SP
TCVN

UPLC
QTOF MS
Xyl

Ultra-performance
chromatography

liquid Sắc ký lỏng siêu hiệu suất

Quadrupole time of flight Mass Thời gian bay tứ cực quang
Spectrometer
phổ kế
Xyloside

Xyloside

Ultraviolet-visible

Cực tím - Nhìn thấy

v/v

Volume/Volume

Thể tích/thể tích

max

Maximum absorption wavelength

Bước sóng hấp thụ cực đại

UV-vis


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Cấu trúc của một số anthocyanidin phổ biến trong rau quả

6

Bảng 1.2. Hàm lượng anthocyanin trong một số nguyên liệu

7

Bảng 1.3. Các anthocyanin trong một số nguyên liệu

8

Bảng 1.4. Một số điều kiện chiết anthocyanin ở áp suất thường

22

Bảng 1.5. Hàm lượng anthocyanin của một số giống KLT

27

Bảng 2.1. Thực đơn sản xuất kẹo dẻo

51

Bảng 3.1. Một số thành phần hoá học của KLT

53

Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu chất lượng của paste KLT

60

Bảng 3.3. Một số chỉ tiêu chất lượng của bột KLT

62

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của loại acid và hàm lượng acid đến hàm lượng

anthocyanin

65

Bảng 3.5. Cảm quan dịch chiết anthocyanin từ KLT

66

Bảng 3.6. Điều kiện thí nghiệm để thực hiện phương pháp quy hoạch
thực nghiệm quay cấp II

70

Bảng 3.7. Ma trận phương án quay cấp II và kết quả thực nghiệm

71

Bảng 3.8. Tóm tắt điều kiện chiết anthocyanin từ paste KLT và bột
KLT

75

Bảng 3.9. Nồng độ ức chế một nửa (IC 50) của 2 mẫu dịch chiết

76

Bảng 3.10. Một số chỉ tiêu của dịch chiết CT và LS

79

Bảng 3.11. Thời gian lưu và diện tích các peak

82

Bảng 3.12. Thành phần chất màu anthocyanin của KLT

88

Bảng 3.13. Giá trị IC50 của chất màu CT, LS và vitamin C

94

Bảng 3.14. Đường kính vịng vô khuẩn và MIC của dịch chiết
anthocyanin từ KLT

96

Bảng 3.15. Hoạt tính gây độc tế bào ung thư của dịch chiết CT

97

Bảng 3.16. Ảnh hưởng của hàm lượng maltodextrin đến q trình sấy
phun

100

Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí đến q trình sấy phun

101

viii

Bảng 3.18. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến quá trình sấy phun

102

Bảng 3.19. Một số chỉ tiêu lý hóa của phẩm màu giàu anthocyanin từ
KLT

110

Bảng 3.20. Sự thay đổi một số chỉ tiêu của phẩm màu giàu anthocyanin
từ KLT trong quá trình bảo quản

112

Bảng 3.21. Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử đối với phẩm màu
giàu anthocyanin từ KLT

113

Bảng 3.22. Kết quả đánh giá cảm quan các mẫu kẹo dẻo

117

Bảng 3.23. Một số chỉ tiêu chất lượng của kẹo dẻo

118

Bảng 3.24. Tỷ lệ phối trộn bột uống hòa tan giàu anthocyanin

121

Bảng 3.25. Chỉ tiêu cảm quan của bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ
KLT

122

Bảng 3.26. Một số chỉ tiêu lý hóa của bột uống hịa tan giàu
anthocyanin

122

Bảng 3.27. Chỉ tiêu vi sinh vật của thức uống hòa tan giàu anthocyanin

123

Bảng 3.28. Sự thay đổi một số chỉ tiêu chất lượng của của bột uống hòa
tan giàu anthocyanin từ KLT theo thời gian bảo quản

125

Bảng 3.29. Đề xuất các chỉ tiêu chất lượng cho sản phẩm bột uống hòa
tan giàu anthocyanin từ KLT

126

Bảng 3.30. Một số chỉ tiêu chất lượng của bã KLT

104

Bảng 3.31. Ảnh hưởng của tỷ lệ bã KLT/nước đến q trình dịch hóa,
đường hóa tinh bột KLT

105


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của gốc aglycon của anthocyanin

5

Hình 1.2. Một số nguyên liệu giàu anthocyanin

7

Hình 1.3. Ảnh hưởng của pH đến cấu trúc của anthocyanin

10

Hình 1.4. Sơ đồ phân giải anthocyanin tại pH cao

10

Hình 1.5. Củ khoai lang tím

18

Hình 1.6. Một số giống KLT ở các nước

19

Hình 1.7. Giống KLT được trồng ở Việt Nam

20

Hình 1.8. Quy trình thu nhận anthocyanin

25

Hình 1.9. Cấu trúc chung anthocyanin của KLT

28

Hình 2.1. Mặt cắt KLT giống HL491 sử dụng trong nghiên cứu

34

Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát của đề tài

43

Hình 2.3. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất kẹo dẻo

51

Hình 3.1. Ảnh hưởng của vùng nguyên liệu KLT đến hàm lượng
anthocyanin

52

Hình 3.2. Phân loại nguyên liệu KLT theo khối lượng

52

Hình 3.3. Ảnh hưởng của khối lượng nguyên liệu đến hàm lượng
anthocyanin

52

Hình 3.4. KLT của lơ L1 mọc mầm sau 6 tuần tồn trữ

55

Hình 3.5. KLT của lơ L1 bị thối hỏng, khô héo sau 6 tuần tồn trữ

55

Hình 3.6. Sự biến đổi màu của KLT sau 6 tuần tồn trữ

55

Hình 3.7. Sự tổn thất khối lượng của KLT theo thời gian tồn trữ

55

Hình 3.8. Sự tổn thất hàm lượng tinh bột của KLT theo thời gian tồn
trữ

56

Hình 3.9. Sự tổn thất hàm lượng anthocyanin của KLT theo thời gian
tồn trữ

56

Hình 3.10. Ảnh hưởng của phương pháp xử lý KLT đến hàm lượng
anthocyanin

58

Hình 3.11. Ảnh hưởng của quá trình gọt vỏ đến hàm lượng anthocyanin

59


x

Hình 3.12. Paste KLT

60

Hình 3.13. Ảnh hưởng của phương pháp làm khơ đến hàm lượng

anthocyanin

60

Hình 3.14. Sự thay đổi độ ẩm khi sấy KLT ở các nhiệt độ khác nhau

61

Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng anthocyanin

61

Hình 3.16. Bột KLT

62

Hình 3.17. Sự biến đổi hàm lượng anthocyanin và tinh bột của bột KLT
khi bảo quản

63

Hình 3.18. Ảnh hưởng của dung mơi chiết đến hàm lượng anthocyanin

64

Hình 3.19. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol/nước đến hàm lượng
anthocyanin

66

Hình 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết đến hàm lượng anthocyanin

67

Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin
của paste KLT

68

Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỷ lệ ngun liệu/dung mơi đến hàm lượng
anthocyanin của paste KLT

68

Hình 3.23. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng anthocyanin
của bột KLT

74

Hình 3.24. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung mơi đến hàm lượng
anthocyanin của bột KLT

75

Hình 3.25. Ảnh hưởng của số lần chiết đến tổng lượng anthocyanin của
paste KLT

77

Hình 3.26. Ảnh hưởng của số lần chiết đến tổng lượng anthocyanin của

bột KLT

77

Hình 3.27. Phổ đồ của anthocyanin trong dung dịch đệm pH 1 và 4,5

80

Hình 3.28. Sắc ký đồ HPLC của anthocyanin từ KLT

82

Hình 3.29. Phổ khối lượng MS của peak 2

83

Hình 3.30. Sơ đồ phân mảnh của ion [M+H]+ có m/z = 787,23

84

Hình 3.31. Phổ khối lượng MS của peak 4

85

Hình 3.32. Sơ đồ phân mảnh của ion phân tử [M+H]+ có m/z = 907,25

86

Hình 3.33. Màu sắc của dịch chiết CT theo pH

89


xi

Hình 3.34. Phổ hấp thụ của dịch chiết CT theo pH

90

Hình 3.35. Phổ hấp thụ của dịch chiết LS theo pH

90

Hình 3.36. Ảnh hưởng của pH đến bước sóng hấp phụ cực đại
Hình 3.37. Ảnh hưởng của pH đến độ bền màu

91
91

Hình 3.38. Độ bền màu anthocyanin theo thời gian ở nhiệt độ 30°C

91

Hình 3.39. Độ bền màu của anthocyanin theo thời gian ở nhiệt độ 90°C

91

Hình 3.40. Màu sắc của dịch chiết CT sau khi pha lỗng

93

Hình 3.41. Sự đổi màu DPPH của mẫu CT theo nồng độ anthocyanin

93

Hình 3.42. Khả năng bắt gốc tự do DPPH của 2 mẫu dịch chiết CT, LS
và vitamin C theo nồng độ anthocyanin

93

Hình 3.43. Hoạt tính kháng vi sinh vật của anthocyanin từ KLT đối với
E. coli

95

Hình 3.44. Hoạt tính kháng vi sinh vật của anthocyanin từ KLT đối với
S. aureus

95

Hình 3.45. Hoạt tính kháng vi sinh vật của anthocyanin từ KLT đối với
A. niger

95

Hình 3.46. Hoạt tính kháng vi sinh vật của anthocyanin từ KLT đối với
S. cerevisiae

95

Hình 3.47. Quy trình thu nhận chế phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT

103

Hình 3.48. Chế phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT

109

Hình 3.49. Mẫu kẹo dẻo sử dụng chất màu từ KLT

118

Hình 3.50. Sắc ký đồ của anthocyanin trong mẫu kẹo dẻo

119

Hình 3.51. Độ bền màu của anthocyanin trong mẫu kẹo dẻo theo thời
gian bảo quản

119

Hình 3.52. Sơ đồ quy trình sản xuất bột uống hịa tan giàu anthocyanin
từ chất màu SP

121

Hình 3.53. Sắc ký đồ của anthocyanin trong mẫu kẹo dẻo

124

Hình 3.54. Sự biến đổi của Bx và hàm lượng đường khử theo thời gian
đường hóa

106

Hình 3.55. Sự biến đổi Bx và hàm lượng ethanol theo thời gian lên men

107


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong công nghệ chế biến thực phẩm, việc tạo màu cho sản phẩm có vai trị
hết sức quan trọng bởi người tiêu dùng khơng chỉ mong muốn sản phẩm thơm ngon
mà cịn có màu sắc đẹp và đảm bảo an toàn thực phẩm. Chất màu làm tăng tính hấp
dẫn cho sản phẩm thực phẩm, tăng tính cảm vị và khả năng tiêu hóa cho con người.
Tuy nhiên, hiện nay phần lớn các chất màu sử dụng trong thực phẩm đều là chất
màu tổng hợp, gây lo ngại về sức khỏe cho người tiêu dùng. Vì vậy, việc khai thác
chất màu tự nhiên để ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm ngày càng được các nhà
khoa học quan tâm, điều này không chỉ đem lại giá trị cảm quan, sự gần gũi thiên
nhiên mà nó cịn có ý nghĩa về mặt an tồn thực phẩm.
Khoai lang tím (KLT) có tên khoa học Ipomoea batatas L, là loại nơng sản có
năng suất cao, vụ mùa tương đối ngắn, chứa nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là hàm
lượng anthocyanin cao [78]. 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. Ngoài việc tạo màu sắc đẹp và an tồn cho thực phẩm, anthocyanin
cịn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học như: khả năng kháng oxy hóa, kháng
khuẩn, chống viêm, ngăn ngừa và hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư,

chống các tia phóng xạ, hạn chế bệnh tim mạch, v.v... [63], [76], [93]. Đây là những
hoạt tính sinh học q mà khơng phải hợp chất thiên nhiên nào cũng có được.
Trên thế giới, có nhiều giống KLT khác nhau và được trồng rộng rãi ở nhiều
nước. Đã và đang có nhiều nghiên cứu về anthocyanin từ nhiều giống KLT khác
nhau, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào xác định hàm lượng, điều kiện chiết
tách, thành phần anthocyanin và hoạt tính sinh học của anthocyanin từ các giống
KLT này. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu nào được cơng bố về quy
trình thu nhận chất màu anthocyanin từ KLT nhằm ứng dụng trong chế biến thực
phẩm.
Ở Việt Nam, KLT được trồng ở nhiều nơi, đặc biệt là các tỉnh Đồng bằng sông


2

Cửu Long. Giống KLT đang được trồng phổ biến ở Việt Nam là HL491, giống này
do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc lai tạo và giới thiệu
từ tổ hợp Murasakimasari polycross nguồn gốc Nhật Bản [123]. Nguồn nguyên liệu
KLT giống HL491 ở Việt Nam dồi dào, giá rẻ và việc tiêu thụ khó khăn chủ yếu
phụ thuộc vào thương lái Trung Quốc nên thường rơi vào cảnh được mùa mất giá.
Đồng thời, các nghiên cứu về hàm lượng, thành phần và hoạt tính sinh học của
anthocyanin từ KLT giống HL491 cịn rất hạn chế.
Ngồi thành phần anthocyanin, KLT còn chứa hàm lượng tinh bột lớn. Tinh
bột của khoai lang nói chung và khoai lang tím nói riêng là một nguồn nguyên liệu
lý tưởng cho việc sản xuất ethanol [34], [126]. Do đó, vấn đề cần đặt ra là khi
nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ KLT không làm mất đi giá trị của nguồn tinh
bột dồi dào này.
Xuất phát từ những lý do trên, hướng nghiên cứu của đề tài được lựa chọn là
nghiên cứu xác định thành phần các anthocyanin, độ bền màu và hoạt tính sinh học
của anthocyanin từ KLT giống HL491. Đồng thời, nghiên cứu xây dựng quy trình
thu nhận chất màu và xây dựng tiêu chuẩn cho chất màu anthocyanin từ KLT. Và

cuối cùng nghiên cứu ứng dụng chất màu anthocyanin thu được trong chế biến một
số sản phẩm thực phẩm. Điều này không chỉ nâng cao giá trị sử dụng của KLT
giống HL491 ở Việt Nam, mà còn tạo ra được chế phẩm màu tự nhiên nhằm thay
thế chất màu nhân tạo ln tiềm ẩn nguy cơ gây mất an tồn thực phẩm. Đồng thời,
các sản phẩm thực phẩm có ứng dụng chất màu tự nhiên anthocyanin khơng chỉ có
màu sắc đẹp mà cịn có nhiều hoạt tính sinh học.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng quy trình cơng nghệ thu nhận chất màu anthocyanin từ KLT và
xây dựng tiêu chuẩn cho chất màu thu được.
- Ứng dụng chất màu anthocyanin từ KLT trong chế biến một số sản phẩm
thực phẩm.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT để thu nhận chất màu


3

anthocyanin;
- Nghiên cứu thành phần các anthocyanin, độ bền màu và hoạt tính sinh học
của anthocyanin từ KLT giống HL491;
- Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ thu nhận chất màu anthocyanin và
xây dựng tiêu chuẩn cho chất màu thu được.
- Nghiên cứu ứng dụng chất màu anthocyanin từ KLT trong chế biến một số
sản phẩm thực phẩm.
- Nghiên cứu tận dụng bã KLT sau khi chiết chất màu anthocyanin.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài như:
- Các phương pháp hóa lý: phương pháp xác định độ ẩm, hàm lượng kim loại
nặng, hàm lượng đường khử, tinh bột, hàm lượng protein, hàm lượng cellulose, acid
tổng số, hàm lượng ethanol, hàm lượng phenol tổng số, hàm lượng anthocyanin;

phương pháp đo cường độ màu sắc, xác định độ màu, % màu polyme, độ bền màu
của anthocyanin, xác định hoạt tính kháng oxy hố.
- Các phương pháp sinh học: xác định hoạt tính kháng vi sinh vật, hoạt tính
gây độc tế bào ung thư, xác định số lượng vi sinh vật.
- Các phương pháp toán học: phương pháp quy hoạch thực nghiệm, phương
pháp tối ưu hoá hàm đa mục tiêu, phương pháp giải bài tốn tìm cực đại hàm mục
tiêu, phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm.
- Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm: phương pháp đánh giá cảm quan
thị hiếu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học
- Xác định điều kiện chiết tách anthocyanin từ KLT cho hàm lượng và độ màu
của anthocyanin thu được lớn.
- Xác định độ bền màu, thành phần của các anthocyanin và hoạt tính sinh học
của anthocyanin từ KLT giống HL491.
- Thiết lập quy trình thu nhận chất màu anthocyanin từ KLT tạo thành chế


4

phẩm màu tự nhiên nhằm ứng dụng trong công nhệ thực phẩm.
- Xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho chất màu anthocyanin từ KLT với vai trò phụ
gia tạo màu trong công nghệ thực phẩm.
* Ý nghĩa thực tiễn
- Nâng cao được giá trị của KLT giống HL491 được trồng nhiều ở Việt Nam,
góp phần tăng thu nhập cho người nông dân.
- Thu nhận chất màu tự nhiên anthocyanin từ KLT nhằm ứng dụng trong công
nghệ thực phẩm nhằm thay thế chất màu nhân tạo luôn tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho
sức khỏe người tiêu dùng.
- Tạo ra chế phẩm màu tự nhiên từ nguồn nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền; chất

màu này khi ứng dụng vào thực phẩm khơng chỉ mang lại màu sắc mà cịn giúp cho
thực phẩm có hoạt tính sinh học.
- Tạo ra một số sản phẩm thực phẩm giàu hợp chất màu anthocyanin như một
dạng thực phẩm chức năng có tác dụng chống oxy hóa, tăng cường sức khỏe, ngăn
ngừa ung thư, v.v...
6. Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 143 trang, trong đó có 37 bảng và 67 hình. Phần mở đầu 04
trang, kết luận và kiến nghị 03 trang, các cơng trình khoa học đã công bố 01 trang,
tài liệu tham khảo 13 trang. Nội dung chính của luận án gồm 122 trang, chia làm 03
chương: Chương 1: Tổng quan (29 trang); Chương 2: Nội dung và phương pháp
nghiên cứu (19 trang); Chương 3: Kết quả và thảo luận (74 trang).


5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT MÀU ANTHOCYANIN
1.1.1. 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 còn 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 [29]
Khung carbon của anthocyanin gồm hai vịng benzen A, B, và vịng pyran C
trong đó vịng A kết hợp với vòng C tạo thành vòng chromane. Trong cấu trúc vịng

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 base [29].
Do có sự thay thế gốc R ở nhân A, B, C bởi các nhóm hydroxyl hay methoxy
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 1.1) [36].


6

Bảng 1.1. Cấu trúc của một số anthocyanidin phổ biến trong rau quả [36]
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 [29].
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 [53], [98].
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 monoglucoside, cịn gắn đường vào cả vị trí 3 và 5 gọi là diglucoside.
1.1.2. 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


7

hiện rộng rãi trong khoảng ít nhất 27 họ, 73 lồi và chứa trong các khơng bào thực
vật [109]. 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 [46]. Một số nguyên liệu giàu anthocyanin được thể hiện trên Hình 1.2.

Quả việt quất

Bắp cải tím

Quả nho

Quả cà tím

Bắp tím

Gạo đỏ

Khoai lang tím

Quả cherry

Hình 1.2. Một số nguyên liệu giàu anthocyanin
Hàm lượng anthocyanin liên quan trực tiếp với độ đậm của màu sắc quả, quả
càng đậm màu thì hàm lượng anthocyanin càng cao [29]. Hàm lượng của
anthocyanin trong một số loại rau quả được trình bày ở Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Hàm lượng anthocyanin trong một số nguyên liệu [34]
STT
1

Nguyên liệu
Mận

Hàm lượng anthocyanin (mg/100g nguyên liệu)
2-25

2
3
4
5
6
7
8

Củ cải đỏ
Dâu tây
Khoai lang tím
Bắp cải tím
Việt quất
Mâm xơi
Nho

11-60
15-35
84-174
25
25-495
83-326
6-600

8

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 lồi, giống cây. Cho đến nay đã có hơn 635 loại anthocyanin trong tự
nhiên được xác định [47]. Các loại anthocyanin trong một số loại thực vật được thể
hiện ở Bảng 1.3.
Bảng 1.3. Các anthocyanin trong một số nguyên liệu [33]
STT Nguyên liệu
1
Táo

Loại anthocyanin
Cy-3-glc, Cy-3-ara, Cy-7-ara

2

Lê

Cy-3-gal

3
4

Lý chua đen
Đào

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

Cy-3-glc

5

Cam

6
7

Anh đào chua
Anh đào ngọt

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

8
9

Mâm xôi
Việt quất

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

10
11
12
13

Sung
Lý chua đỏ
Dâu tây
Nho

Cy-3-gly
Del-3-glc, Cy-3-xyl-rut, Cy-3-glc-rut, Cy-3-sop, Cy-3-sam
Pel-3-glc, Pel-3-gal, Cy-3-glc,

14
15
16

Mận khô
Chuối
Lạc tiên

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
Cy-3-glc, Cy-3-rut, Peo-3-glc, Peo-3-rut
Pet-3-gly
Del-3-glc, Del-3-glc-glc

1.1.3. 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 [58].
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

9

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 đơi liên hợp tạo ra bởi 2 vịng
benzene A, B và vòng pyran C [2].
Các aglycon khác nhau có bước sóng hấp thụ cực đại khác nhau, ví dụ bước
sóng hấp thụ cực đại của anthocyanin trong dung dịch methanol có 0,01% HCl là:
Pelgonidin có max = 520nm (cam); Cyanidin có max = 535nm (đỏ cam); Dephinidin
có max = 545nm (đỏ xanh) [45].
1.1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bền màu của anthocyanin
1.1.4.1. 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 [45].
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 [58].
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 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 vòng thơm [113].
1.1.4.2. 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].


10

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 1.3) [53], [101].

Hình 1.3. Ảnh hưởng của pH đến cấu trúc của anthocyanin [87]
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 công của nước ở vị trí C2, hệ thống
2-benzopyrilium 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 công bởi H2O tạo
thành dạng chalcone có màu vàng, thơng qua việc mở vịng của pyran tương ứng
(Hình 1.3) [87].
Khi pH cao hơn nữa, anthocyanin sẽ tiếp tục bị phân hủy tạo thành aldehyde
và acid carboxylic theo sơ đồ Hình 1.4.

Hình 1.4. Sơ đồ phân giải anthocyanin tại pH cao [33]


11

1.1.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm, anthocyanin dễ bị biến tính
dưới tác dụng của nhiệt độ. Sự phân hủy bởi nhiệt xảy ra khơng những phụ thuộc

vào nhiệt độ mà cịn phụ thuộc vào bản thân anthocyanin đó. Sự methoxy hóa các
aglycon làm giảm tính bền nhiệt của anthocyanin, trong khi sự hydroxyl hóa,
glycosyl hóa, acyl hóa sẽ cho kết quả ngược lại [39], [116].
Cơ chế phân hủy bởi nhiệt của các anthocyanin 3-glucoside khi được nung
nóng ở pH 2-4 là đầu tiên sẽ bị thủy phân liên kết glycoside (ở 100oC) sau đó là sự
biến đổi aglycon thành chalcone. Sự phá vỡ sâu hơn sản sinh acid carboxylic từ các
vòng B và carboxy-aldehyde từ vòng A của anthocyanin. Những sản phẩm do sự
phân hủy này có thể tham gia vào việc hình thành các hợp chất màu nâu như
melanoidin [44].
1.1.4.4. Ảnh hưởng của oxy
Oxy và nhiệt độ được xem là những tác nhân đặc trưng xúc tiến sự phân hủy
của anthocyanin sinh ra những dạng sản phẩm không màu hoặc màu nâu. Kết quả
nghiên cứu đã chỉ ra chính sự oxy hóa anthocyanin đã gây ra sự kết tủa và đóng
váng trong một số loại nước trái cây giàu anthocyanin [31], [109].
Mức độ phân hủy anthocyanin bởi oxy còn chịu tác động của pH. pH càng cao
thì mức độ phá hủy anthocyanin càng mạnh. Anthocyanin cũng phản ứng với các
gốc tự do như peroxyl, trong đó anthocyanin thể hiện vai trị chất kháng oxy hóa,
tính chất này có ý nghĩa lớn với sức khỏe con người và bảo quản thực phẩm [73].
1.1.4.5. Ảnh hưởng của ánh sáng
Ánh sáng làm tăng cường q trình phân hủy anthocyanin. Các anthocyanin
thường khơng bền khi tiếp xúc với tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy và các nguồn
bức xạ khác. Ánh sáng làm tăng tốc độ phân hủy anthocyanin do trải qua sự suy
thoái nhiệt bằng cách hình thành cation flavylium.
Các anthocyanin được acyl hóa và methyl hóa bền hơn khi để ngồi ánh sáng.
Anthocyanin diglycosyl hóa tại vị trí C-3 và C-5 là bền hơn các anthocyanin
monoglycoyl hóa tại vị trí C-3, đồng thời chúng bền hơn so với các aglycon tương
ứng [109].


12

1.1.4.6. Ảnh hưởng của enzyme
Các enzyme nội sinh trong tế bào của thực vật gây mất màu anthocyanin.
Những enzyme này được gọi chung là anthocyanase. Dựa vào đặc tính của các
enzyme mà người ta phân làm 2 nhóm:
- Glycosidase: là enzyme thủy phân liên kết glycoside của anthocyanin tạo ra
đường tự do và aglycon, aglycon này kém bền và mất màu rất nhanh.
- Polyphenol oxydase: bao gồm peroxydase, phenolase, phenoloxydase và
polyphenol oxydase đều là các nội enzyme có trong rau quả tự nhiên và chúng tham
gia vào quá trình phân hủy anthocyanin. Phenolase có thể phản ứng trực tiếp với
anthocyanin, đặc biệt sự phá hủy càng mạnh mẽ hơn khi có mặt các hợp chất phenol
khác như catechol và acid caffeic. Một số nghiên cứu đã chứng minh, đối với hợp
chất anthocyanin thì dạng anhydrobase dễ bị phá hủy bởi enzyme nhất [79], [110].
1.1.4.7. Ảnh hưởng của hiện tượng cộng hợp màu
Trong không bào thực vật, anthocyanin tự do luôn khơng màu do pH gần trung
tính. Song thực tế màu anthocyanin lại rất phong phú, điều này chứng tỏ có sự
tương tác giữa anthocyanin với các chất cùng có mặt đó chính là hiện tương cơng
hợp màu. Cộng hợp màu làm tăng sự ổn định của anthocyanin bằng cách ngăn chặn
sự hydrat hóa của phần tử mang màu. Cộng hợp màu có thể xảy ra theo nhiều kiểu,
song quan trọng nhất là tạo phức liên phân tử và nội phân tử.
Cộng hợp màu liên phân tử là dạng trội nhất trong quả và các sản phẩm từ quả.
Phương tiện chủ yếu của cộng hợp màu là liên kết hydro và tương tác kỵ nước,
ngoài ra tương tác ion cũng là một phương tiện của hiện tượng cộng hợp màu. Cộng
hợp màu liên phân tử có thể xảy ra với cả dạng cation flavylium và dạng base
quinonoid của anthocyanin. Cộng hợp màu liên phân tử xảy ra với hầu hết các
anthocyanin. Cấu trúc của anthocyanin, cũng như cấu trúc của chất cộng hợp sẽ ảnh
hưởng đến cường độ quá trình cộng hợp màu. Hiện tượng cộng hợp màu liên phân
tử được chú ý vào đầu năm 1915 khi màu của malvidin 3-glucoside được tăng
cường bằng cách thêm tanin. Hiện tượng cộng hợp màu liên phân tử xảy ra với mọi
loài của anthocyanin và kết quả là bước sóng hấp thụ cực đại dịch chuyển về vùng

cao hơn và làm tăng cường màu sắc gốc.


13

Cộng hợp màu nội phân tử dựa trên cơ sở chất cộng hợp được xem là một hợp
phần trong phân tử anthocyanin. Trong đó các liên kết hố trị acyl hố trong phân tử
anthocyanin có vai trị giữ bền chất màu. Sự acyl hố này ln gắn với một gốc
đường trong phân tử anthocyanin. Các anthocyanin dạng acyl hóa được xem là các
anthocyanin có cộng hợp màu nội phân tử. Do đó, các anthocyanin dạng acyl hóa
ổn định màu hơn so với anthocyanin khơng acyl hóa, và di-acylated ổn định màu
hơn mono- acylated. Cộng hợp màu nội phân tử mạnh và hiệu quả hơn trong việc
làm bền màu anthocyanin so với cộng hợp màu liên phân tử [31], [53], [74].
1.1.5. Hoạt tính sinh học của anthocyanin
Anthocyanin là hợp chất đã được chứng minh có nhiều hoạt tính sinh học và
tác dụng phịng ngừa một số bệnh như: chống lão hóa, phòng chống ung thư, giảm
nguy cơ của bệnh tim mạch, v.v...
1.1.5.1. Hoạt tính chống oxy hóa
Anthocyanin là một chất màu tự nhiên, có khả năng chống oxy hóa cao nhờ
đặc tính hấp thụ các gốc tự do hay phản ứng với các gốc peroxyl tham gia vào phản
ứng oxy hóa dây chuyển, nhờ vào khả năng cho các gốc tự do H+ các hợp chất này
có thể ức chế được phản ứng peroxyl hóa lipid [63].
Tính chất chống oxy hóa của anthocyanin giúp cơ thể bảo vệ và chống lại một
số bệnh. Nó đóng vai trị quan trọng trong chức năng bảo vệ gan, điều trị viêm gan
cấp tính và xơ gan, tăng cường chức năng chống độc của gan, ngăn sự nhiễm mỡ và
hoại tử mô gan [89].
Rất nhiều các nghiên cứu đã cho thấy mối tương quan khá cao giữa hàm lượng
màu trong nguyên liệu trái cây, rau với khả năng chống oxy hóa. Sự khác nhau về
cấu trúc của các anthocyanin cũng ảnh hưởng lớn đến hoạt tính chống oxy hóa. Khi
nghiên cứu khả năng hấp thụ gốc tự do của một số anthocyanidin (peonidin,

cyanidin, delphinidin, pelagonidin, malvidin) và các dẫn xuất của chúng với các gốc
đường, kết quả cho thấy các anthocyanin có hoạt tính kháng oxy hóa khác nhau.
Trên thực tế, bằng cách thay đổi vị trí và loại gốc hóa học gắn vào vịng thơm của
phân tử anthocyanin, khả năng nhận electron từ các gốc tự do cũng sẽ khác nhau.
Các kiểu hydroxyl hóa và glycosyl hóa khác nhau trong anthocyanin có vai trị


14

quyết định đến khả năng chống oxy hóa của chúng [63]. Tuy nhiên cho đến nay,
mối quan hệ giữa cấu trúc của các anthocyanin với hoạt tính kháng oxy hóa của
chúng vẫn chưa được xác định một cách rõ ràng.
1.1.5.2. Hoạt tính ngăn ngừa và hạn chế bệnh ung thư
Một số nghiên cứu vitro đã cho thấy tác động của anthocyanin về khả năng
tăng trưởng và di căn của một số loại tế bào ung thư. Anthocyanin hoặc dịch chiết
giàu anthocyanin đã có tác dụng hạn chế sự tăng trưởng nhiều loại tế bào ung thư
như: ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư đại tràng, v.v... Một số nghiên cứu
cho thấy anthocyanidin ức chế tăng trưởng tế bào ung thư hiệu quả hơn các hình
thức glucoside. Ví dụ, anthocyanidin có khả năng ức chế đáng kể sự tăng trưởng tế
bào trong khoảng nồng độ thấp hơn (10-5M) trong khi đó anthocyanin (10-4M) [89].
Anthocyanin hay chế độ ăn giàu anthocyanin đã được chứng minh là có đặc
tính phịng ngừa ung thư trong nhiều nghiên cứu vivo. Trong một nghiên cứu, sau 2
tuần cho ăn với chế độ ăn có chứa quả mâm xơi đen đơng khơ chứa anthocyanin
trên chuột bị gây ra khối u bởi N-nitrosomethylbenzylamine (NMBA), kết quả chế
độ ăn này đã ức chế sự phát triển khối u, ức chế tăng sinh tế bào ung thư [90].
Trong một nghiên cứu khác, chế độ ăn của chuột chứa chiết xuất anthocyanin từ
ngơ tím dạng cyanidin 3-O-beta-D-glucoside đã ức chế đáng kể DMBA (chất gây
ung thư vú ở con người). Ngoài ra, khi nghiên cứu trong chế độ ăn của 344 con
chuột đực có chứa quả mâm xơi đen đông khô đã giảm khối u ung thư ruột kết do
azoxymethane gây ra [89].

Các anthocyanin trong KLT và bắp cải tím ức chế ung thư ruột kết trong
chuột. Các aglycon có trong những loại anthocyanin phổ biến như cyanidin,
delphinidin, maldivin, pelargonidin và petunidin đều có khả năng ức chế sự phát
triển của tế bào ung thư dạ dày, ruột kết, lồng ngực ở người [93].
Khi nghiên cứu về khả năng phòng chống ung thư của anthocyanin, các nhà
khoa học chứng minh anthocyanin có khả năng ức chế sự di căn của tế bào ung thư.
Các hợp chất cyanidin 3-rutinoside and cyanidin 3-glucoside chiết xuất từ quả dâu
tằm được chứng minh là có khả năng ức chế các enzyme matalloproteinase, là
enzyme gây phân hủy mạng lưới ngoại bào cho phép các tế bào di căn, do đó hạn