Luận án tiến sĩ nghiên cứu thu nhận và ứng dụng anthocyanin của khoai lang tím trong chế biến thực phẩm

Luận án tiến sĩ nghiên cứu quy trình thu nhận và ứng dụng anthocyanin từ khoai lang tím trong chế biến thực phẩm, nâng cao giá trị dinh dưỡng.

• Tác giả: Tạ Thị Tố Quyên
• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Anthocyanin Từ Khoai Lang Tím Trong Thực Phẩm
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Việt Nam

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT MÀU ANTHOCYANIN
• 1.1.1. Cấu trúc của anthocyanin
• 1.1.2. Sự phân bố anthocyanin trong tự nhiên
• 1.1.3. Đặc tính quang phổ của anthocyanin
• 1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của anthocyanin
• 1.1.5. Hoạt tính sinh học của anthocyanin
• 1.1.6. Ứng dụng của anthocyanin trong chế biến thực phẩm
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ KHOAI LANG TÍM
• 1.3. CHIẾT TÁCH ANTHOCYANIN
• 1.3.1. Dung môi chiết anthocyanin
• 1.3.2. Phương pháp chiết tách anthocyanin
• 1.4. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ANTHOCYANIN TỪ KLT
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp hóa lý
• 2.2.2. Phương pháp sinh học
• 2.2.3. Phương pháp toán học
• 2.2.4. Phương pháp lấy mẫu nghiên cứu
• 2.2.5. Phương pháp đánh giá cảm quan
• 2.3. Sơ đồ và nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp thực nghiệm
• 2.4.1. Nghiên cứu lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT
• 2.4.2. Nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ KLT
• 2.4.3. Nghiên cứu đặc tính, thành phần anthocyanin của KLT
• 2.4.4. Nghiên cứu tạo chế phẩm màu anthocyanin dạng bột từ KLT
• 2.4.5. Nghiên cứu ứng dụng phẩm màu anthocyanin trong chế biến thực phẩm
• 2.4.6. Nghiên cứu tận dụng bã KLT sau khi chiết anthocyanin
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Lựa chọn, xử lý nguyên liệu KLT
• 3.1.1. Lựa chọn vùng nguyên liệu KLT cho hàm lượng anthocyanin cao
• 3.1.2. Ảnh hưởng của độ lớn nguyên liệu KLT đến hàm lượng anthocyanin
• 3.1.3. Một số thành phần hóa học của nguyên liệu KLT
• 3.1.4. Sự tổn thất của KLT sau thu hoạch
• 3.1.5. Xử lý nguyên liệu KLT để chiết tách anthocyanin
• 3.2. Chiết tách anthocyanin từ KLT
• 3.2.1. Chiết tách anthocyanin từ KLT
• 3.2.2. Chiết tách anthocyanin từ paste KLT
• 3.2.3. Chiết tách anthocyanin từ bột KLT
• 3.2.4. So sánh quá trình chiết anthocyanin từ paste KLT và bột KLT
• 3.2.5. Xác định hàm lượng anthocyanin trong KLT
• 3.2.6. Trung hòa dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT
• 3.2.7. Tinh sạch dịch chiết giàu anthocyanin từ KLT
• 3.3. Đặc tính, thành phần anthocyanin của KLT
• 3.3.1. Đặc tính quang phổ của chất màu anthocyanin từ KLT
• 3.3.2. Xác định thành phần anthocyanin của KLT
• 3.3.3. Ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến độ bền màu của anthocyanin từ KLT
• 3.3.4. Hoạt tính sinh học anthocyanin từ KLT
• 3.4. Tạo chế phẩm màu và xây dựng tiêu chuẩn cho chế phẩm màu anthocyanin từ KLT
• 3.4.1. Tạo chế phẩm màu anthocyanin từ dịch chiết KLT
• 3.4.2. Đề xuất quy trình thu nhận chế phẩm màu anthocyanin từ KLT
• 3.4.3. Xác định một số chỉ tiêu chất lượng của phẩm màu anthocyanin từ KLT
• 3.4.4. Xây dựng tiêu chuẩn cho phẩm màu anthocyanin từ KLT
• 3.5. Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT trong chế biến thực phẩm
• 3.5.1. Ứng dụng phẩm màu giàu anthocyanin từ KLT làm phụ gia tạo màu trong sản xuất kẹo dẻo
• 3.5.2. Nghiên cứu sản xuất bột uống hòa tan giàu anthocyanin từ KLT như một dạng thực phẩm chức năng
• 3.6. Tận dụng bã KLT sau khi chiết anthocyanin
• 3.6.1. Xác định một số chỉ tiêu của bã KLT
• 3.6.2. Điều kiện thủy phân tinh bột KLT
• 3.6.3. Thời gian lên men ethanol bã KLT
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 3.7. Những đóng góp mới của luận án
• 3.8. Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo
• Các công trình khoa học đã công bố
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về anthocyanin và khoai lang tím

Anthocyanin là nhóm hợp chất màu tự nhiên tan trong nước, có nguồn gốc từ thực vật. Chúng không chỉ tạo màu sắc đẹp mà còn có nhiều hoạt tính sinh học như chống oxy hóa, kháng khuẩn, và ngăn ngừa ung thư. Khoai lang tím (KLT) là nguồn nguyên liệu giàu anthocyanin, được trồng phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là giống HL491. Nghiên cứu này tập trung vào việc chiết tách anthocyanin từ KLT và ứng dụng trong thực phẩm, nhằm thay thế các chất màu tổng hợp tiềm ẩn nguy cơ gây hại.

1.1. Cấu trúc và đặc tính của anthocyanin

Anthocyanin là glycoside của anthocyanidin, có cấu trúc gồm hai vòng benzen và một vòng pyran. Chúng có khả năng thay đổi màu sắc theo pH, từ đỏ trong môi trường acid đến xanh trong môi trường kiềm. Đặc tính này làm cho anthocyanin trở thành chất màu lý tưởng trong thực phẩm. Ngoài ra, anthocyanin còn có hoạt tính chống oxy hóa mạnh, giúp bảo vệ tế bào khỏi các gốc tự do.

1.2. Khoai lang tím và hàm lượng anthocyanin

Khoai lang tím (KLT) là nguồn nguyên liệu giàu anthocyanin, đặc biệt là giống HL491. Hàm lượng anthocyanin trong KLT phụ thuộc vào giống, điều kiện trồng trọt và phương pháp chiết tách. Nghiên cứu này sử dụng KLT giống HL491 để chiết tách anthocyanin, nhằm tạo ra chất màu tự nhiên an toàn và có giá trị dinh dưỡng cao.

II. Phương pháp chiết tách và ứng dụng anthocyanin

Quá trình chiết tách anthocyanin từ khoai lang tím bao gồm các bước xử lý nguyên liệu, chiết tách bằng dung môi, và tinh chế. Phương pháp chiết tách được tối ưu hóa để đảm bảo hàm lượng anthocyanin cao và độ bền màu tốt. Anthocyanin chiết xuất từ KLT được ứng dụng trong thực phẩm như phụ gia tạo màu và thực phẩm chức năng, mang lại lợi ích về sức khỏe và cảm quan.

2.1. Chiết tách anthocyanin từ khoai lang tím

Phương pháp chiết tách anthocyanin từ KLT bao gồm sử dụng dung môi ethanol và nước, kết hợp với điều chỉnh pH và nhiệt độ. Quá trình này được tối ưu hóa để đạt hiệu suất chiết cao nhất. Kết quả cho thấy, anthocyanin chiết xuất từ KLT có độ bền màu tốt và hoạt tính chống oxy hóa mạnh.

2.2. Ứng dụng anthocyanin trong thực phẩm

Anthocyanin từ KLT được ứng dụng trong thực phẩm như phụ gia tạo màu tự nhiên cho kẹo dẻo và bột uống hòa tan. Các sản phẩm này không chỉ có màu sắc hấp dẫn mà còn mang lại lợi ích về sức khỏe nhờ hoạt tính chống oxy hóa và dinh dưỡng của anthocyanin. Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển thực phẩm chức năng từ nguồn nguyên liệu tự nhiên.

III. Giá trị và ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ nâng cao giá trị của khoai lang tím mà còn tạo ra chất màu tự nhiên an toàn, thay thế các chất màu tổng hợp. Anthocyanin từ KLT có tiềm năng lớn trong thực phẩm chức năng và thực phẩm an toàn, góp phần bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Đồng thời, việc tận dụng bã KLT sau chiết tách cũng mang lại lợi ích kinh tế và môi trường.

3.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này đóng góp vào việc xác định điều kiện chiết tách anthocyanin từ KLT, đồng thời thiết lập quy trình sản xuất chất màu tự nhiên. Anthocyanin từ KLT không chỉ an toàn mà còn có hoạt tính sinh học quý, mang lại giá trị cao trong thực phẩm chức năng và dinh dưỡng.

3.2. Tận dụng bã khoai lang tím

Sau quá trình chiết tách anthocyanin, bã KLT được tận dụng để sản xuất ethanol và các sản phẩm khác. Điều này không chỉ giảm thiểu chất thải mà còn tăng thêm giá trị kinh tế cho nguồn nguyên liệu này. Nghiên cứu này góp phần phát triển bền vững trong ngành thực phẩm và nông nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong công nghệ chế biến thực phẩm, việc tạo màu sắc đóng vai trò quan trọng nhằm nâng cao giá trị cảm quan và tính hấp dẫn của sản phẩm. Tuy nhiên, phần lớn các chất tạo màu đang lưu hành phổ biến là chất màu tổng hợp, tiềm ẩn nhiều nguy cơ ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người. Xu hướng nghiên cứu và sử dụng các hợp chất màu tự nhiên ngày càng phát triển, trong đó anthocyanin là nhóm chất màu tự nhiên tan trong nước lớn nhất trong giới thực vật, vừa an toàn vừa sở hữu nhiều hoạt tính sinh học giá trị như chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống viêm, ức chế tế bào ung thư và hỗ trợ phòng ngừa bệnh tim mạch.

Tại Việt Nam, khoai lang tím (Ipomoea batatas L.) được canh tác phổ biến tại nhiều địa phương, đặc biệt là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long với giống chủ lực là HL491 (nguồn gốc từ tổ hợp Murasakimasari polycross lai tạo từ Nhật Bản). Nguồn nguyên liệu này dồi dào, giá thành thấp nhưng đầu ra tiêu thụ bấp bênh, phụ thuộc lớn vào thương lái và thường xuyên đối mặt với tình trạng "được mùa mất giá". Mặc dù trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về anthocyanin từ các giống khoai lang tím khác nhau, nhưng các công bố toàn diện về hàm lượng, thành phần cấu trúc, độ bền màu, hoạt tính sinh học cũng như quy trình công nghệ thu nhận chế phẩm màu và ứng dụng vào thực phẩm từ giống HL491 tại Việt Nam vẫn còn rất hạn chế. Bên cạnh đó, sau quá trình chiết tách chất màu, lượng bã thải giàu tinh bột chưa được nghiên cứu tận dụng triệt để nhằm nâng cao giá trị gia tăng của nông sản.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Xây dựng quy trình công nghệ thu nhận chất màu anthocyanin từ khoai lang tím và xây dựng tiêu chuẩn cho chất màu thu được.
2. Ứng dụng chất màu anthocyanin từ khoai lang tím trong chế biến một số sản phẩm thực phẩm.

Nội dung nghiên cứu

Để hoàn thành các mục tiêu trên, tác giả đã triển khai 5 nội dung nghiên cứu chính:

1. Nghiên cứu lựa chọn, xử lý nguyên liệu khoai lang tím để thu nhận chất màu anthocyanin.
2. Nghiên cứu thành phần các anthocyanin, độ bền màu và hoạt tính sinh học của anthocyanin từ khoai lang tím giống HL491.
3. Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ thu nhận chất màu anthocyanin và xây dựng tiêu chuẩn cho chất màu thu được.
4. Nghiên cứu ứng dụng chất màu anthocyanin từ khoai lang tím trong chế biến một số sản phẩm thực phẩm.
5. Nghiên cứu tận dụng bã khoai lang tím sau khi chiết chất màu anthocyanin.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Củ khoai lang tím (Ipomoea batatas L.) giống HL491; chế phẩm enzyme dịch hóa Spritase HiTaA 17105 L, enzyme đường hóa Spritase GA 14400 L; nấm men Saccharomyces cerevisiae RV100; chất mang maltodextrin (DE 8-10); nhựa macroporous AB-8; các chủng vi sinh vật kiểm định (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Aspergillus niger, Saccharomyces cerevisiae); các dòng tế bào ung thư; sản phẩm kẹo dẻo và bột uống hòa tan.
• Phạm vi không gian: Nguyên liệu khoai lang tím giống HL491 được thu thập tại ba vùng trồng chính: xã Bình Giang (huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam), xã Bình Hòa (huyện Krông Ana, tỉnh Đắk Lắk) và xã Thành Đông (huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long).
• Phạm vi thời gian và điều kiện bảo quản mẫu: Mẫu củ tươi đóng gói trong bao PE đục lỗ (đường kính lỗ 4 mm, tỷ lệ diện tích lỗ 0,3%) bảo quản ở 5–8°C và sử dụng trong 2 tuần; mẫu paste khoai lang tím bảo quản ở -70°C dùng trong 12 tháng; mẫu bột khoai lang tím sấy khô bao gói kín bảo quản ở -20°C (dùng chiết tách) và ở 20–30°C (khảo sát biến đổi chất lượng).

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến cấu trúc, công nghệ chiết tách và hoạt tính sinh học của anthocyanin:

• Cấu trúc và cơ chế biến đổi màu: Anthocyanin là hợp chất glycoside gồm gốc aglycon (anthocyanidin) liên kết với gốc đường và các acid hữu cơ qua liên kết acyl hóa. Trong tự nhiên có 6 loại aglycon phổ biến: cyanidin, delphinidin, pelargonidin, malvidin, peonidin và petunidin. Màu sắc chuyển đổi phụ thuộc pH môi trường qua các dạng: flavylium cation (màu đỏ, pH < 3), carbinol base (không màu, pH 4–5), anhydrobase (màu tím, pH 6–7), anhydrobase anion (màu xanh, pH 7–8) và chalcone (màu vàng, pH 8–9).
• Chiết tách và tối ưu hóa điều kiện trích ly:
  • Thế giới: Fan và cộng sự (2008) chiết anthocyanin bằng ethanol-acid (HCl 1,5 mol/l) ở 80°C trong 60 phút, tỷ lệ rắn/lỏng 1/32 (g/ml), thu được 158 mg/100g chất khô. Bridgers và cộng sự (2010) sử dụng methanol acid hóa bởi acid acetic 30% ở 80°C, thu được 186,1 mg cyanidin-3-glucoside/100g. Che Lun Huang và cộng sự (2010) tối ưu với ethanol/HCl 1,5N (tỷ lệ 88/12) ở 50°C trong 45 phút. Truong và cộng sự (2011) chứng minh bổ sung acid citric (0–3% w/v) làm giảm hoạt độ polyphenol oxidase, tăng hàm lượng anthocyanin từ 8,21 mg/100g. Jinwei Li và cộng sự (2013) dùng ethanol 80% ở 60°C trong 1 giờ với tỷ lệ 1/30. Liu và cộng sự (2013) chiết ở pH 3 với hệ 25% ethanol và 22% amonisulfat, tỷ lệ 1/45. Sirven và cộng sự (2015) dùng enzyme pectinase làm tăng hiệu suất thu nhận chất màu thêm 50%.
  • Việt Nam: Nguyễn Thị Lan và cộng sự (2004) chiết anthocyanin từ quả dâu tằm bằng ethanol:nước (1:1) bổ sung 1% HCl. Lê Xuân Hải và Nguyễn Thị Lan (2008) xác định điều kiện tối ưu chiết dâu tằm ở 51°C, 56 phút, HCl 0,41N. Đào Hùng Cường và Huỳnh Thị Kim Cúc (2010) xác định thành phần anthocyanin dâu tằm gồm dẫn xuất cyanidin và pelargonidin. Nguyễn Thị Hiển và cộng sự (2012) chiết anthocyanin từ đài hoa Hibiscus sabdariffa làm giấy chỉ thị phát hiện hàn the. Đối với khoai lang tím, Trương Thị Minh Hạnh và Nguyễn Trần Quân (2007) nghiên cứu sản xuất tinh bột và mì sợi; Trương Thị Minh Hạnh và Lê Viết Triển (2009) tối ưu hóa sấy thăng hoa ở -60°C, nhiệt độ sấy 45°C trong 6 giờ; Thái Thị Ánh Ngọc (2011) xác định thành phần anthocyanidin có cyanidin; Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự (2013, 2014) khảo sát độ bền màu, sản xuất nước giải khát và giấm đỏ; Cù Thị Ngọc Thúy (2014) khảo sát chiết ở 80°C trong 180 giây với ethanol 75%.
• Thành phần và hoạt tính sinh học:
  • Truong và cộng sự (2010) phát hiện 17 loại anthocyanin trong các giống Stokes Purple, NC 415 và Okinawa bằng HPLC-DAD/ESI-MS/MS. Suda và cộng sự (2003) chỉ ra giống Ayamurasaki chứa trên 84,7% anthocyanin ở dạng mono- hoặc di-acylated. Montilla và cộng sự (2011) xác định khung cấu trúc chung của anthocyanin khoai lang tím bằng HPLC-MS và NMR. Kim và cộng sự (2012), Liu và cộng sự (2013), Li và cộng sự (2013), Sun và cộng sự (2015), Wei He và cộng sự (2016) tiếp tục công bố các dẫn xuất acyl hóa của cyanidin và peonidin gắn với acid caffeic, acid ferulic, acid p-coumaric, acid p-hydroxybenzoic.
  • Kano và cộng sự (2005), Teow và cộng sự (2007), Steed và Truong (2008), Jiao và cộng sự (2012) chứng minh hoạt tính chống oxy hóa cao vượt trội so với vitamin C và BHT. Zhao và cộng sự (2013), Hongnan Sun và cộng sự (2014), Sugata và cộng sự (2015) ghi nhận khả năng chống lão hóa, bảo vệ tổn thương gan do ethanol và ức chế các dòng tế bào ung thư (vú, dạ dày, đại tràng).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù các nghiên cứu quốc tế về khoai lang tím rất phong phú, nhưng đối tượng giống HL491 trồng tại Việt Nam chưa được khảo cứu đầy đủ về đặc điểm thành phần cấu trúc sắc tố chi tiết và hoạt tính sinh học. Hơn nữa, chưa có công trình nào thiết lập một quy trình khép kín hoàn chỉnh từ khâu tuyển chọn, xử lý nguyên liệu, tối ưu hóa trích ly, tinh sạch, sấy phun tạo chế phẩm màu dạng bột đạt tiêu chuẩn cơ sở, ứng dụng vào chế biến sản phẩm (kẹo dẻo, bột uống hòa tan) cho đến khâu xử lý tận dụng bã khoai lang tím để lên men thu hồi ethanol.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về hóa học các hợp chất thiên nhiên (nhóm flavonoid/anthocyanin), động học quá trình trích ly chất tan từ tế bào thực vật bằng dung môi phân cực acid hóa, hiện tượng đồng màu/bền hóa cấu trúc do acyl hóa nội phân tử, nguyên lý sắc ký hấp phụ - trao đổi ion trên nhựa xốp macroporous và công nghệ vi bao/sấy phun chất màu nhạy nhiệt với chất mang maltodextrin.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nhóm phương pháp	Chỉ tiêu / Quy trình	Thiết bị / Kỹ thuật / Tiêu chuẩn áp dụng
Hóa lý cơ bản	- Độ ẩm - Kim loại nặng (Hg, As, Pb, Cd) - Đường khử và tinh bột - Protein tổng số - Tro tổng số - Cellulose - Acid tổng số - Hàm lượng ethanol	- Máy sấy ẩm hồng ngoại MS 70 (Sartorius - Nhật) - Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (AOAC 971.21, 986.15, 999.11) - Phương pháp chuẩn độ Bertrand (thủy phân bằng HCl đặc ở 100°C) - Phương pháp Kjeldahl vô cơ hóa mẫu - Phương pháp nung cháy ở 550–600°C - Thủy phân liên tiếp bằng HCl đặc và KOH 10% - Chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N với chỉ thị phenolphtalein - Chưng cất, oxy hóa bằng $K_2Cr_2O_7/HNO_3$, chuẩn độ thiosulfate $Na_2S_2O_3$
Hóa lý chuyên sâu	- Hàm lượng phenol tổng số - Hàm lượng anthocyanin tổng số - Đo cường độ màu sắc - Xác định độ màu - % màu polymer - Độ bền màu	- Thuốc thử Folin-Ciocalteu 10%, $Na_2CO_3$ 7,5%, đo quang phổ 765 nm (TCVN 9745-1:2013), chuẩn acid gallic ($y = 0,017x - 0,013$) - Phương pháp pH vi sai (TCVN 11028:2015, AOAC 2005.02) đo tại $\lambda_{max}$ và 700 nm ở pH 1,0 và pH 4,5 tính theo cyanidin-3-glucoside - Hệ tọa độ màu không gian CIELAB ($L^, a^, b^*$) - Tỷ số độ hấp thụ quang phổ $Abs_{\lambda_{max}} / Abs_{420}$ - Phương pháp tẩy màu phân biệt bằng natri bisulfite ($Na_2S_2O_5$/$Na_2S_4O_8$) - Tỷ lệ % độ hấp thụ tại $\lambda_{max}$ theo thời gian/nhiệt độ/pH
Phân tích cấu trúc	- Thành phần anthocyanin - Khối phổ ion phân tử	- Sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC đầu dò DAD/PDA - Hệ thống UPLC-QTOF-MS/MS và ESI-MS phân tích ion phân tử $[M+H]^+$
Sinh học	- Kháng vi sinh vật - Độc tính tế bào ung thư - Lên men thu nhận ethanol	- Phương pháp khuếch tán đĩa thạch (đục lỗ d = 1 cm, nạp 0,2 ml dịch chiết) xác định đường kính vòng vô khuẩn ($D-d$) và MIC trên S. aureus, E. coli, A. niger, S. cerevisiae - Phương pháp SRB (Sulforhodamine B) - Thủy phân bã bằng Spritase HiTaA/Spritase GA, lên men bằng S. cerevisiae RV100
Toán học & Cảm quan	- Tối ưu hóa điều kiện chiết - Đánh giá chất lượng thực phẩm	- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm quay cấp II (mô hình bề mặt đáp ứng RSM), giải bài toán tối ưu hàm đa mục tiêu - Phương pháp đánh giá cảm quan thị hiếu người tiêu dùng

---

Nội dung chính theo từng chương

Luận án có tổng dung lượng 143 trang (phần nội dung chính 122 trang), bố cục thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan tài liệu (29 trang)

Chương này tổng kết toàn diện cơ sở lý thuyết về hợp chất anthocyanin (định nghĩa, danh pháp, cấu trúc khung flavylium, 6 loại aglycon chính, các dạng đồng phân biến đổi theo thang pH từ 1 đến 9). Tác giả phân tích sâu các yếu tố tác động trực tiếp đến độ bền màu bao gồm nhiệt độ, oxy, ánh sáng, enzyme nội sinh (glycosidase, polyphenol oxidase) và cơ chế tự làm bền màu thông qua hiện tượng cộng hợp màu nội phân tử/liên phân tử. Phần tổng quan về khoai lang tím tập trung vào đặc điểm thực vật học, thành phần dinh dưỡng và hai giống được trồng tại Việt Nam (HL491 và Murasakimasari). Đồng thời, chương 1 rà soát toàn bộ các phương pháp chiết tách (áp suất thường, áp suất cao, chất lỏng siêu tới hạn bằng $CO_2$, hỗ trợ sóng siêu âm), phương pháp tinh sạch bằng nhựa macroporous và công nghệ tạo chế phẩm màu dạng bột.

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu (19 trang)

Chương 2 trình bày chi tiết về nguồn nguyên liệu khoai lang tím giống HL491 tại 3 tỉnh (Quảng Nam, Đắk Lắk, Vĩnh Long), quy cách chế biến mẫu thử nghiệm (củ tươi, dạng paste bảo quản -70°C và dạng bột sấy khô bảo quản -20°C). Tác giả mô tả chi tiết quy trình thí nghiệm từng bước:

• Tuyển chọn và xử lý nguyên liệu;
• Khảo sát các thông số đơn yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly (loại dung môi, nồng độ ethanol, loại acid và nồng độ acid bổ sung, nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ rắn/lỏng, số lần chiết);
• Thiết kế ma trận thực nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm quay cấp II;
• Quy trình tinh sạch dịch chiết thô (CT) qua cột nhựa hấp phụ macroporous AB-8 thu dịch chiết sạch (LS);
• Khảo sát các thông số sấy phun tạo bột màu (hàm lượng chất mang maltodextrin DE 8-10, nhiệt độ không khí sấy, tốc độ bơm nhập liệu);
• Thiết lập quy trình sản xuất kẹo dẻo và bột uống hòa tan chức năng;
• Thiết lập quy trình dịch hóa, đường hóa và lên men ethanol từ bã thải sau chiết xuất.

Khoai lang tím (HL491) -> Xử lý (Rửa, hấp, nghiền paste/bột) 
  -> Chiết tách (Dung môi Ethanol-Acid tối ưu) 
  -> Tách bã -> Dịch chiết thô (CT) -> [Tinh sạch cột AB-8] -> Dịch chiết sạch (LS)
  -> Phối trộn Maltodextrin -> Sấy phun -> Chế phẩm màu dạng bột (SP)
  -> Ứng dụng: Sản xuất kẹo dẻo & Bột uống hòa tan
  (Bã KLT -> Thủy phân enzyme Spritase HiTaA/GA -> Lên men nấm men RV100 -> Ethanol)

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (74 trang)

1. Lựa chọn, xử lý nguyên liệu khoai lang tím giống HL491

• Vùng nguyên liệu: Khảo sát khoai lang tím tại 3 vùng địa lý cho thấy hàm lượng anthocyanin có sự khác biệt rõ rệt giữa các vùng trồng; nguyên liệu được lựa chọn đạt hàm lượng sắc tố cao nhất phục vụ cho nghiên cứu.
• Phân loại theo kích thước/khối lượng: Khối lượng củ ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng chất màu; củ kích thước vừa và đồng đều cho hàm lượng anthocyanin cao hơn củ quá to hoặc quá nhỏ.
• Thành phần hóa học cơ bản: Xác định đầy đủ các chỉ tiêu độ ẩm, hàm lượng tinh bột, đường khử, protein, cellulose, tro và hàm lượng anthocyanin ban đầu trong củ tươi.
• Sự tổn thất sau thu hoạch: Theo dõi lô củ tươi tồn trữ sau 6 tuần cho thấy hiện tượng mọc mầm, khô héo, thối hỏng làm suy giảm nghiêm trọng khối lượng tự nhiên, hàm lượng tinh bột và hàm lượng anthocyanin.
• Phương pháp xử lý nguyên liệu: So sánh quy trình xử lý không gọt vỏ và gọt vỏ, phương pháp hấp chín tạo dạng paste khoai lang tím và dạng bột sấy khô; nhiệt độ sấy làm khô ảnh hưởng đáng kể đến độ hao hụt chất màu.

2. Chiết tách và tinh sạch anthocyanin từ khoai lang tím

• Dung môi và tác nhân acid hóa: Hệ dung môi ethanol:nước có bổ sung acid cho hiệu suất chiết vượt trội so với nước đơn thuần. Khảo sát các loại acid cho thấy acid citric và HCl ảnh hưởng khác nhau đến độ bền và độ màu của dịch chiết.
• Tối ưu hóa quá trình chiết tách bằng quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng mô hình ma trận quay cấp II để tối ưu hóa đồng thời các yếu tố nhiệt độ chiết, thời gian chiết, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và nồng độ ethanol. Kết quả xây dựng phương trình hồi quy mô tả quá trình chiết từ cả hai dạng nguyên liệu: paste khoai lang tím và bột khoai lang tím.
• So sánh hiệu quả chiết: Phân tích so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật giữa chiết từ paste và chiết từ bột; khảo sát số lần chiết rửa nhằm thu hồi triệt để lượng sắc tố.
• Trung hòa và tinh sạch dịch chiết: Dịch chiết thô (CT) sau khi trung hòa được đưa qua hệ thống cột nhựa hấp phụ macroporous AB-8 để loại bỏ đường tự do, acid dư và tạp chất hữu cơ, thu được dịch chiết tinh sạch (LS) có độ màu và hàm lượng anthocyanin tinh khiết cao.

3. Đặc tính, thành phần anthocyanin và hoạt tính sinh học

• Đặc tính quang phổ: Dung dịch anthocyanin thể hiện cực đại hấp thụ quang phổ ($\lambda_{max}$) trong vùng 510–540 nm ở môi trường pH 1,0 và suy giảm độ hấp thụ về gần bằng 0 ở pH 4,5. Khảo sát biến thiên quang phổ từ pH 1 đến pH 8 làm rõ sự dịch chuyển bước sóng hấp thụ cực đại và biến đổi màu sắc thực tế.
• Thành phần phân tử anthocyanin: Phân tích sắc ký HPLC-DAD kết hợp khối phổ phân mảnh ESI-MS và QTOF-MS đã phân tách các peak sắc ký chính, phát hiện và xác định cấu trúc các ion phân tử đặc trưng như $[M+H]^+$ tại $m/z = 787,23$ (peak 2) và $m/z = 907,25$ (peak 4). Toàn bộ các anthocyanin chính đều thuộc dạng liên kết acyl hóa cao với các acid hữu cơ vòng thơm, giải thích khả năng chịu nhiệt và bền màu vượt trội của giống HL491.
• Độ bền màu: Đánh giá độ bền màu của chất màu ở các điều kiện pH (1–8) và nhiệt độ (30°C và 90°C) theo thời gian; kết quả khẳng định tính ổn định cao trong môi trường acid yếu và khả năng chịu nhiệt độ chế biến thông thường.
• Hoạt tính sinh học:
  • Chống oxy hóa: Thử nghiệm bắt gốc tự do DPPH xác định giá trị $IC_{50}$ của dịch chiết thô CT, dịch chiết sạch LS so sánh đối chứng với vitamin C.
  • Kháng vi sinh vật: Đo đường kính vòng vô khuẩn và nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) trên 4 chủng vi sinh vật kiểm định ($S. aureus, E. coli, A. niger, S. cerevisiae$).
  • Độc tính tế bào ung thư: Dịch chiết anthocyanin thể hiện khả năng ức chế có ý nghĩa đối với sự phát triển của các dòng tế bào ung thư thử nghiệm in vitro bằng phương pháp SRB.

4. Tạo chế phẩm màu và xây dựng tiêu chuẩn chất lượng

• Công nghệ sấy phun tạo bột màu (SP): Khảo sát 3 thông số công nghệ cốt lõi:
  1. Hàm lượng chất mang maltodextrin bổ sung (tỷ lệ tối ưu bảo vệ hạt màu không bị vón cục);
  2. Nhiệt độ dòng không khí sấy (vào và ra buồng sấy);
  3. Tốc độ bơm nạp liệu vào đầu phun sấy.
• Chất lượng chế phẩm: Xác định toàn diện các chỉ tiêu lý hóa (độ ẩm, tro, độ hòa tan, hàm lượng anthocyanin tổng số, hàm lượng polyphenol tổng số, hàm lượng kim loại nặng As, Pb, Cd, Hg) và các chỉ tiêu vi sinh vật (TSVSV HK, Coliforms, TSBT nấm men - nấm mốc).
• Độ bền bảo quản: Đánh giá sự biến đổi hàm lượng anthocyanin và màu sắc của chế phẩm dạng bột (SP) trong bao bì PE hàn kín qua thời gian lưu trữ.
• Dự thảo tiêu chuẩn: Xây dựng bảng tiêu chuẩn cơ sở chi tiết cho phụ gia tạo màu tự nhiên từ khoai lang tím.

5. Ứng dụng chế phẩm màu trong chế biến thực phẩm

• Sản xuất kẹo dẻo: Thiết lập công thức phối trộn (đường, mật tinh bột, gelatin/pectin, acid citric, chế phẩm màu anthocyanin). Kết quả đánh giá cảm quan thị hiếu cho thấy sản phẩm có màu sắc tím hồng hấp dẫn, độ dẻo dai hài hòa. Phân tích sắc ký đồ HPLC và theo dõi độ bền màu trong quá trình bảo quản kẹo xác nhận chất màu duy trì độ ổn định cao.
• Sản xuất bột uống hòa tan giàu anthocyanin (thực phẩm chức năng): Thiết lập tỷ lệ phối trộn tối ưu; đánh giá đầy đủ các chỉ tiêu cảm quan, lý hóa, vi sinh vật và độ ổn định chất lượng trong quá trình bảo quản theo thời gian; đề xuất tiêu chuẩn chất lượng cho sản phẩm bột uống hòa tan.

6. Tận dụng bã khoai lang tím lên men thu hồi ethanol

• Xác định thành phần dinh dưỡng còn lại trong bã sau chiết xuất (hàm lượng tinh bột, cellulose, độ ẩm).
• Tối ưu hóa tỷ lệ bã/nước và điều kiện dịch hóa bằng enzyme thương mại Spritase HiTaA 17105 L (85–90°C, pH 5,5–5,8).
• Tối ưu hóa quá trình đường hóa bằng enzyme Spritase GA 14400 L (60°C, pH 4,6–4,8); theo dõi động học tích tụ đường khử và độ Brix.
• Lên men ethanol bằng chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae RV100; xác định thời gian lên men tối ưu, động học suy giảm chất khô hòa tan và hàm lượng ethanol thu nhận.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Cung cấp hệ thống dữ liệu khoa học đầy đủ và chuẩn xác về thành phần hóa học, hàm lượng sắc tố anthocyanin của nguồn nguyên liệu khoai lang tím giống HL491 canh tác tại Việt Nam.
2. Xác định chi tiết thành phần cấu trúc các phân tử anthocyanin đặc trưng trong giống HL491 bằng kỹ thuật HPLC-DAD kết hợp ESI-MS/MS và QTOF-MS, chứng minh sự hiện diện của các dạng anthocyanin acyl hóa cao (như các ion phân tử $m/z = 787,23$ và $m/z = 907,25$), làm sáng tỏ cơ chế tạo nên độ bền nhiệt và tính ổn định quang phổ của nguồn sắc tố này.
3. Đánh giá định lượng hoạt tính sinh học in vitro của dịch chiết anthocyanin khoai lang tím giống HL491: khả năng trung hòa gốc tự do DPPH ($IC_{50}$), hoạt tính kháng các chủng vi sinh vật kiểm định ($E. coli, S. aureus, A. niger, S. cerevisiae$) và hoạt tính gây độc tế bào ung thư.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và công nghệ

1. Thiết lập hoàn chỉnh quy trình công nghệ trích ly tối ưu anthocyanin từ khoai lang tím (cả từ dạng paste và bột) bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm quay cấp II.
2. Xây dựng thành công quy trình công nghệ tinh sạch bằng nhựa hấp phụ macroporous AB-8 và công nghệ sấy phun với chất mang maltodextrin (DE 8-10) để sản xuất chế phẩm màu anthocyanin dạng bột (SP) chất lượng cao.
3. Xây dựng dự thảo tiêu chuẩn chất lượng cơ sở cho chế phẩm màu tự nhiên từ khoai lang tím phục vụ công nghiệp thực phẩm.
4. Ứng dụng thành công chế phẩm màu anthocyanin thu được vào sản xuất 2 dòng sản phẩm thực phẩm cụ thể: phụ gia tạo màu cho kẹo dẻo và sản phẩm bột uống hòa tan giàu anthocyanin đóng vai trò thực phẩm chức năng.
5. Giải quyết bài toán bảo vệ môi trường và tận dụng phụ phẩm thông qua việc hoàn thiện quy trình công nghệ thủy phân bằng enzyme (Spritase HiTaA, Spritase GA) và lên men bã khoai lang tím thành ethanol bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae RV100.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

• Ứng dụng quy trình chiết tách và chế phẩm màu thu được ở quy mô bán công nghiệp (pilot) để đánh giá đầy đủ các chỉ số kinh tế - kỹ thuật.
• Mở rộng nghiên cứu ứng dụng chế phẩm màu anthocyanin từ khoai lang tím HL491 trên các nền sản phẩm thực phẩm khác như nước giải khát có gas, sữa chua, kem và các sản phẩm bánh nướng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào nguồn nguyên liệu khoai lang tím giống HL491 thu thập tại 3 vùng địa lý đại diện (Quảng Nam, Đắk Lắk, Vĩnh Long); các thử nghiệm hoạt tính sinh học mới dừng lại ở mô hình in vitro trên một số chủng vi sinh vật và dòng tế bào ung thư đại diện; các thông số sấy phun và lên men ethanol được thiết lập ở quy mô phòng thí nghiệm.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  1. Thử nghiệm mở rộng quy mô sản xuất chế phẩm màu bột sấy phun ở quy mô pilot và công nghiệp.
  2. Triển khai các thử nghiệm in vivo để đánh giá sâu hơn về dược động học, tính an toàn sinh học và cơ chế chống ung thư, bảo vệ gan của dịch chiết anthocyanin giống HL491.
  3. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ thu hồi tinh bột sạch từ bã trước khi lên men ethanol hoặc kết hợp sản xuất thức ăn chăn nuôi từ bã thải sau lên men.

---

Giá trị tham khảo

• Đối tượng tham khảo:
  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên: Chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Kỹ thuật Hóa học và Hóa hợp chất thiên nhiên.
  • Giảng viên, nhà nghiên cứu: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về phương pháp quy hoạch thực nghiệm quay cấp II, kỹ thuật phân tích sắc ký khối phổ HPLC-MS/MS các hợp chất polyphenol thực vật, công nghệ sấy phun và vi bao chất màu tự nhiên.
  • Doanh nghiệp chế biến thực phẩm và nhà hoạch định chính sách nông nghiệp: Ứng dụng công nghệ thay thế phẩm màu tổng hợp bằng màu tự nhiên an toàn; định hướng phát triển chuỗi giá trị chế biến sâu cây khoai lang tím nhằm giải quyết đầu ra bền vững cho nông dân Đồng bằng sông Cửu Long và Tây Nguyên.
• Nội dung đáng tham khảo nhất: Phương pháp tối ưu hóa quá trình trích ly bằng mô hình toán học (RSM ma trận quay cấp II); bộ dữ liệu phổ MS/MS giải mã cấu trúc phân tử anthocyanin; các thông số công nghệ sấy phun chế phẩm màu bột (SP) và quy trình công nghệ tận dụng bã lên men cồn.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án sử dụng giống khoai lang tím nào và nguyên liệu được thu thập từ những địa phương nào?

Luận án sử dụng củ khoai lang tím (Ipomoea batatas L.) giống HL491 (còn gọi là Nhật tím, do Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc chọn tạo từ tổ hợp Murasakimasari polycross). Mẫu nghiên cứu được thu thập tại 3 vùng trồng: xã Bình Giang (Thăng Bình, Quảng Nam), xã Bình Hòa (Krông Ana, Đắk Lắk) và xã Thành Đông (Bình Tân, Vĩnh Long).

2. Cấu trúc hóa học của các anthocyanin chính trong khoai lang tím giống HL491 có đặc điểm gì nổi bật?

Bằng phân tích sắc ký lỏng cao áp ghép khối phổ (HPLC-DAD, ESI-MS, UPLC-QTOF-MS/MS), tác giả xác định các anthocyanin chính trong giống HL491 tồn tại ở dạng dẫn xuất glycoside của cyanidin và peonidin được acyl hóa cao với các acid hữu cơ vòng thơm (như acid caffeic, acid ferulic, acid p-coumaric, acid p-hydroxybenzoic). Các ion phân tử đặc trưng ghi nhận được bao gồm $[M+H]^+$ tại $m/z = 787,23$ và $m/z = 907,25$. Cấu trúc acyl hóa này giúp sắc tố có độ bền nhiệt và độ bền quang học cao.

3. Quy trình tinh sạch và tạo chế phẩm màu dạng bột từ dịch chiết khoai lang tím được thực hiện như thế nào?

Dịch chiết thô (CT) sau khi chiết bằng dung môi ethanol-acid và trung hòa được tinh sạch qua cột nhựa hấp phụ macroporous AB-8 để loại tạp chất, thu dịch chiết sạch (LS). Sau đó, dịch chiết được bổ sung chất mang maltodextrin (DE 8–10) theo tỷ lệ thích hợp và tiến hành sấy phun với việc kiểm soát nhiệt độ dòng khí sấy và tốc độ bơm nhập liệu để thu được chế phẩm màu anthocyanin dạng bột (SP).

4. Chế phẩm màu anthocyanin thu được đã được ứng dụng vào những sản phẩm thực phẩm nào?

Chế phẩm màu được ứng dụng vào 2 sản phẩm:

• Làm phụ gia tạo màu tự nhiên trong sản xuất kẹo dẻo (thay thế màu tổng hợp, tạo màu sắc đẹp và bền màu qua thời gian bảo quản).
• Làm thành phần chính để sản xuất bột uống hòa tan giàu anthocyanin đóng vai trò thực phẩm chức năng có hoạt tính chống oxy hóa.

5. Phần bã thải sau khi chiết anthocyanin được xử lý và tận dụng như thế nào?

Bã khoai lang tím được tận dụng để sản xuất ethanol sinh học qua 3 bước:

1. Dịch hóa tinh bột bằng chế phẩm enzyme Spritase HiTaA 17105 L (ở 85–90°C, pH 5,5–5,8);
2. Đường hóa bằng chế phẩm enzyme Spritase GA 14400 L (ở 60°C, pH 4,6–4,8);
3. Lên men dịch đường hóa bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae RV100 để thu hồi ethanol.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Tạ Thị Tố Quyên đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu thông qua việc thiết lập cơ sở khoa học toàn diện về thành phần, cấu trúc và hoạt tính sinh học của sắc tố anthocyanin từ khoai lang tím giống HL491 tại Việt Nam. Công trình đã xây dựng thành công quy trình công nghệ khép kín từ khâu chiết xuất tối ưu, tinh sạch qua cột nhựa macroporous AB-8, sấy phun tạo chế phẩm bột màu đạt tiêu chuẩn chất lượng đến ứng dụng hiệu quả trong sản xuất kẹo dẻo và bột uống hòa tan chức năng. Bên cạnh đó, giải pháp công nghệ tận dụng bã khoai lang tím sau chiết để lên men ethanol đã khẳng định tính triệt để trong khai thác tài nguyên nông sản và bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, mở ra triển vọng lớn trong việc sản xuất chất màu tự nhiên an toàn thay thế phẩm màu tổng hợp và nâng cao giá trị chuỗi sản xuất khoai lang tím tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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). TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT MÀU ANTHOCYANIN 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, không 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 còn 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.

Cấu trúc cơ bản của gốc aglycon của anthocyanin [29] Khung carbon của anthocyanin gồm hai vòng benzen A, B, và vòng pyran C trong đó vòng 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 trò 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. 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 vòng 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 vòng 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 còn gắn vào vị trí 7 rất ít. Phân tử anthocyanin có gắn đường vào vị trí 3 gọi là monoglucoside, còn gắn đường vào cả vị trí 3 và 5 gọi là diglucoside. 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.