TÓM TẮT:
Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly lên hàm lượng anthocyanin và hàm lượng polyphenol của dịch trích từ bắp cải tím. Tại nhiệt độ trích ly 40oC, hàm lượng polyphenol và anthocyanin đều đạt cực đại lần lượt ở 5.98 mgGAE/l và 52.79 mg/l. Khi trích ly trong thời gian 20 phút, hàm lượng các hợp chất trên cũng đạt cực đại. Ngoài ra, khi tạo phức chelate với ion Al3+ với nồng độ cao gấp 1.000 - 4.000 lần, dịch trích từ bắp cải tím chuyển đổi màu sắc sang màu xanh dương và tăng cường độ màu lên khoảng 3 lần so với dịch trích ban đầu.
Từ khóa: Anthocyanin, bắp cải tím, điều kiện trích ly, phức chelate.
1. Đặt vấn đề
Anthocyanin là những glucoside do gốc đường kết hợp với gốc aglucone có màu (anthocyanidin). Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3,5,7; thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít. Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglycoside, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycoside. Rõ ràng sự đa dạng của anthocyanin có liên quan đến loại đường được glycosyl hóa tạo thành anthocyanin như glucose, rhamnose, xylose, galactose, arabinose và fructose. Ngoài ra, sự đa dạng của anthocyanin còn được làm phong phú thêm bởi sự kết hợp của những loại đường này với acid hữu cơ, trong đó phổ biến nhất là acid coumaric, acid caffeic, acid ferulic, acid p-hydroxybenzoic, acid malonic, acid acetic, acid succinic, acid oxalic và acid malic. Hơn nữa, màu sắc cũng bị ảnh hưởng bởi số lượng các nhóm hydroxyl và methoxyl trong phân tử anthocyanin. Nếu nhiều nhóm hydroxyl hơn, màu sẽ chuyển sang màu xanh; nếu có nhiều nhóm methoxyl, màu đỏ sẽ tăng lên. Điều thú vị là, màu sắc cũng phụ thuộc vào sự tương tác của các phân tử anthocyanin với các phân tử khác hoặc môi trường khác [1].
Khi kết hợp với ion kim loại đa hóa trị theo cơ chế tạo phức chelate, sự ổn định và tính chất màu sắc của anthocyanin được thay đổi. Đặc biệt, sự kết hợp với các ion kim loại làm màu sắc của anthocyanin thay đổi thành màu xanh. Chức năng của nhóm hydroxyl bên trong vòng B là biến đổi cấu trúc anthocyanin để thuận lợi cho quá trình tạo màu xanh khi bổ sung kim loại. Các nhóm hydroxyl của vòng B bị methyl hóa không ảnh hưởng đến sự hình thành các phức chelate của anthocyanin và ion kim loại. Cường độ màu xanh của anthocyanin có vòng B là nhóm pyrogallol mạnh hơn so với nhóm catechol [2].
Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly lên hàm lượng anthocyanin và hàm lượng polyphenol của dịch trích từ bắp cải tím được khảo sát. Ngoài ra, tỷ lệ giữa nồng độ anthocyanin và ion kim loại cũng được nghiên cứu để đánh giá khả năng thay đổi màu sắc của anthocyanin trong bắp cải tím.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Nguyên liệu sử dụng là bắp cải tím được trồng tại các nông trại tại TP. Đà Lạt. Lá bắp cải nguyên liệu có màu tím sẫm, giòn và cứng. Tránh mua những cây bắp cải có lá vàng, mùi ôi hay lõi bị nứt.
2.2. Thu nhận dịch trích từ bắp cải tím
Bắp cải tím → rửa → chần → xay → trích ly → lọc → chỉnh pH → tạo phức
2.3. Khảo sát ảnh hưởng của quá trình trích ly
Trong quá trình trích ly, hai yếu tố được khảo sát là thời gian trích ly và nhiệt độ trích ly sử dụng dung môi ethanol 500 được acid hóa bằng Hcl 0.01%. Tỷ lệ nguyên liệu và dung môi trích ly được cố định 1:5 (g/ml). Nhiệt độ trích ly được thay đổi ở các giá trị 30, 40, 50, 60, 70 và 80oC. Nhiệt độ trích ly tốt nhất được cố định cho thí nghiệm khảo sát thời gian trích ly ở các giá trị 10, 20, 30, 40, 50 và 60 phút.
2.4. Khảo sát quá trình tạo phức với ion kim loại
Sau khi trích ly, dịch trích từ bắp cải tím được hiệu chỉnh về nồng độ 40M sử dụng dung dịch đệm acetate 1M ở pH 4.0. Dung dịch AlCl3 được phối trộn với dung dịch bắp cải tím với tỷ lệ thể tích 1:1 sao cho dung dịch cuối cùng có tỷ lệ nồng độ giữa Al3+ và anthocyanin là 100, 400, 1.000, 2.000 và 4.000.
2.5. Phương pháp phân tích
Hàm lượng anthocyanin được đo bằng phương pháp pH vi sai [3]. Phương pháp này dựa trên sự thay đổi màu sắc của chất màu anthocyanin theo pH. Tại pH = 1 các anthocyanin tồn tại ở dạng oxonium hoặc flavylium, còn ở pH = 4.5 thì chúng lại ở dạng carbinol không màu.
Hàm lượng polyphenol tổng được xác định bằng phương pháp Folin-Ciocalteu [4]. Phương pháp này dựa trên phản ứng oxy hóa của các polyphenol với thuốc thử Folin-Ciocalteu, tạo ra sản phẩm có màu xanh lam được xác định ở bước sóng 765nm. Hàm lượng polyphenol được tính toán theo đường chuẩn acid gallic và được biểu thị bằng mg đương lượng acid gallic trên một đơn vị thể tích (mgGAE/l).
Chỉ số màu sắc được xác định bằng máy đo màu sử dụng không gian màu Hunter LAB. Trong hệ thống này, giá trị L* (0 - 100) đại diện cho độ sáng, a* đại diện cho màu đỏ (giá trị dương) và màu xanh lá cây (giá trị âm), b* đại diện cho màu vàng (giá trị dương) và màu xanh dương (giá trị âm). Dựa trên các chỉ số trên, cường độ màu (C) và sắc độ (h) của dịch trích được tính toán theo công thức: h = arctan(b*/a*) và
2.6. Phương pháp xử lý số liệu
Dữ liệu thực nghiệm được phân tích bằng phần mềm SPSS 15 (SPSS Inc. Chicago, U.S.A) sử dụng những kỹ thuật thống kê cơ bản. Phân tích phương sai một nhân tố (one-way ANOVA) được áp dụng để xác định sự khác nhau giữa các chế độ xử lý mẫu và Tukeys Multiple Range test được áp dụng để xác định sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị trung bình ở mức ý nghĩa 5%. Tất cả thí nghiệm và những chỉ tiêu phân tích được lặp lại 3 lần.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly
lên hàm lượng polyphenol tổng và hàm lượng anthocyanin của dịch trích từ bắp cải
tím được trình bày dưới dây.
Hình 1 cho thấy hàm lượng polyphenol
tổng của dịch trích ly thu được ở các mức nhiệt độ 40, 50 và 60oC không có sự
thay đổi đáng kể. Ở các mức nhiệt độ 30, 70 và 80oC, hàm lượng polyphenol thu
được thấp hơn. Thành phần phenolic được giải phóng bằng việc cắt các liên kết
ester hóa và glycosyl hóa trong quá trình xử lý nhiệt. Khi nhiệt độ xử lý thấp
không thể phá hủy thành phần phenolics. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao cũng làm giảm
lượng hợp chất này trong dịch trích [5].
Hình 2 cho thấy hàm lượng anthocyanin đạt cực đại (52.79 mg/l) khi trích ly ở nhiệt độ 40oC. Khi trích ly ở nhiệt độ trên 40oC, so với hàm lượng polyphenol, hàm lượng anthocyanin giảm đáng kể hơn. Kết quả này cho thấy anthocyanin ít bền với nhiệt. Việc tăng nhiệt độ làm tăng nhanh sự phân hủy anthocyanin [6].
3.2. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
Kết quả ảnh hưởng của thời gian trích ly lên hàm lượng polyphenol tổng và hàm lượng anthocyanin của dịch trích từ bắp cải tím được trình bày dưới dây.
Kết quả từ Hình 3 cho thấy chiều hướng biến đổi theo thời gian của hàm lượng polyphenol tổng chia làm hai pha. Pha đầu từ 0 - 20 phút có sự tăng lên nhanh chóng của hàm lượng polyphenol tổng và đạt cực đại ở phút thứ 20 (5.38 mgGAE/l). Pha thứ hai là khoảng thời gian từ 30 - 60 phút. Trong giai đoạn 30 - 60 phút hàm lượng polyphenol tổng có sự chênh lệch nhỏ. Thời gian trích ly tăng làm hiệu suất thu hồi tăng làm tăng sự tiếp xúc của nguyên liệu với dung môi. Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly quá dài thì hiệu suất thu hồi các chất sẽ không tăng thêm đáng kể. Mặt khác, thời gian dài cũng làm giảm lượng polyphenol do sự tiếp xúc với các tác nhân gây oxy hóa trong môi trường.
Theo kết quả Hình 4, hàm lượng anthocyanin đạt cực đại với thời gian trích ly 20 phút (43.30 mg/l). Trong khoảng thời gian từ 40 - 60 phút hàm lượng anthocyanin có xu hướng giảm không có sự khác biệt. Thời gian trích ly quá ngắn (10 phút) không đủ để dung môi tiếp xúc với nguyên liệu và lôi cuốn anthocyanin. Ngược lại, thời gian dài cũng làm giảm hàm lượng anthocyanin trích do anthocyanin dễ bị phân hủy bởi nhiệt. Ngoài ra, thời gian quá dài cũng ảnh hưởng đến độ tinh khiết của dịch trích.
3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ anthocyanin và ion kim loại (Al3+)
Để đánh giá sự hình thành màu xanh
của anthocyanin. Tỷ lệ nồng độ
Al3+/anthocyanin được khảo sát ở các giá trị khác nhau. Kết quả ảnh hưởng của
tỷ lệ nồng độ Al3+/anthocyanin lên các chỉ số màu sắc của dịch trích từ bắp cải
tím được trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1 cho thấy tất cả các tỷ lệ muối Al3+/anthocyanin, tất cả các phức chelate Al3+ đều cho thấy sự thay đổi cường độ và sắc thái của anthocyanin. Tỷ lệ nồng độ ion kim loại tăng lên 1.000, 2.000, 4.000 thì cường độ màu đạt cực đại và màu sắc của dung dịch cũng chuyển về xanh dương (~ 2400). Màu sắc phản ánh cấu hình của anthocyanin, chủ yếu bởi các sắc tố phức tạp delphinidin hoặc cyanidin trong dịch trích từ bắp cải tím. Delphinidin có cấu trúc pyrogallol ở vòng B được thể hiện qua sự chuyển đổi màu sắc sang xanh dương mạnh khi chelate với ion nhôm và sắt [7].
4. Kết luận
Nhiệt độ và thời gian trích ly ảnh hưởng đáng kể lên hàm lượng polyphenol và hàm lượng anthocyanin của dịch trích từ bắp cải tím. Khi tăng nhiệt độ trích ly và thời gian trích ly, hàm lượng polyphenol và anthocyanin của dịch trích đều tăng và đạt cực đại ở 40oC và 20 phút. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ trích ly hoặc kéo dài thời gian trích ly, hàm lượng anthocyanin bị tổn thất đáng kể hơn so với polyphenol. Điều này cho thấy, hợp chất anthocyanin kém bền khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài hơn polyphenol. Ngoài ra, khi chelate hóa với ion Al3+ trong điều kiện pH4 sử dụng tỷ lệ nồng độ Al3+/anthocyanin từ 1.000 - 4.000, màu sắc của dịch trích từ bắp cải tím chuyển thành màu xanh dương với cường độ màu tăng gấp 3 lần so với dịch trích ban đầu ■
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. B. Alluis and O. Dangles, “Quercetin (= 2‐(3, 4‐Dihydroxyphenyl)‐3, 5, 7‐trihydroxy‐4H‐1‐benzopyran‐4‐one) glycosides and sulfates: chemical synthesis, complexation, and antioxidant properties,” Helv. Chim. Acta, vol. 84, no. 5, pp. 1133 - 1156, 2001.
2. M. Buchweitz, R. Carle, and D. R. Kammerer, “Bathochromic and stabilising effects of sugar beet pectin and an isolated pectic fraction on anthocyanins exhibiting pyrogallol and catechol moieties,” Food Chem., vol. 135, no. 4, pp. 3010 - 3019, 2012.
3. M. Rossi, E. Giussani, R. Morelli, R. Lo Scalzo, R. C. Nani, and D. Torreggiani, “Effect of fruit blanching on phenolics and radical scavenging activity of highbush blueberry juice,” Food Res. Int., vol. 36, no. 9 - 10, pp. 999 - 1005, 2003.
4. V. Dewanto, X. Wu, K. K. Adom, and R. H. Liu, “Thermal processing enhances the nutritional value of tomatoes by increasing total antioxidant activity,” J. Agric. Food Chem., vol. 50, no. 10, pp. 3010 - 3014, 2002.
5. S.-C. Lee et al., “Effect of far-infrared radiation on the antioxidant activity of rice hulls,” J. Agric. Food Chem., vol. 51, no. 15, pp. 4400 - 4403, 2003.
6. P. Markaris, G. E. Livingston, and C. R. Fellers, “Quantitative aspects of strawberry pigment degradation,” J. Food Sci., vol. 22, no. 2, pp. 117 - 130, 1957.
7. G. T. Sigurdson and M. M. Giusti, “Bathochromic and hyperchromic effects of aluminum salt complexation by anthocyanins from edible sources for blue color development,” J. Agric. Food Chem., vol. 62, no. 29, pp. 6955 - 6965, 2014.
EXTRACTION AND ALUMINUM SALT CHELATION
OF ANTHOCYANIN FROM RED CABBAGE
● MSc. NGUYEN QUOC DUY
● MSc. DANG THANH THUY
● MSc. NGUYEN HONG KHOI NGUYEN
Faculty of Chemical and Food Technology, Nguyen Tat Thanh University
ABSTRACT:
This study is to analyze the effect of extraction conditions on anthocyanin content and total polyphenol content of red cabbage. Results show that at 40oC, polyphenol and anthocyanin levels is highest with 5.98 mgGAE/l and 52.79 mg/l, respectively. When extracting in 20 minutes, the content of these compounds also reaches the maximum. In addition, when creating the chelation of Al3+ ion with metal ion that have concentration level of 1.000 - 4.000 times higher, the extract from purple cabbage changes its colour to blue and the colour intensity of this extract increases to about three times higher than the original one.
Keywords: Anthocyanin, red cabbage, extraction conditions, chelate complex.
