ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, nhu cầu sử dụng chất màu tự nhiên trong ngành công nghiệp thực phẩm ngày càng cao và có dự kiến tiếp tục tăng trong những năm sắp tới. Hiện nay có khá nhiều nghiên cứu về chất màu tổng hợp; trong đó, có một số nghiên cứu chỉ ra những ảnh hưởng không tốt của chất màu tổng hợp lên các tế bào thần kinh (Park và cộng sự, 2009). Mặc dù vấn đề này đã gây nhiều tranh cãi, nhưng không thể phủ nhận vai trò của chất màu trong ngành công nghiệp thực phẩm. Vì thế, xu hướng sử dụng chất màu tự nhiên trong chế biến thực phẩm để thay thế đã tăng lên.
Carotenoid, anthocyanin, annatto, và paprika là một số ví dụ về các chất màu tự nhiên có thể thay thế các chất màu nhân tạo (Carocho và cộng sự, 2014). Việc nghiên cứu các chất màu tự nhiên để đưa vào thực phẩm là điều cần thiết, vừa mang lại sự hấp dẫn cho sản phẩm, vừa đảm bảo an toàn về sức khỏe cho người tiêu dùng. Cà tím là một loại nông sản và được trồng khá phổ biến trên toàn thế giới cũng như tại Việt Nam. Ở Việt Nam, cà tím đã rất quen thuộc với người dân trong các bữa ăn gia đình và nó cũng được biết đến như một vị thuốc trong đông y.
Hơn thế nữa, vỏ cà tím chứa một lượng lớn sắc tố anthocyanin có khả năng chống oxy hóa cao. Vì thế, chúng ta có thể sử dụng chúng để nghiên cứu sản xuất chất màu dùng trong thực phẩm là hoàn toàn khả thi. Đề tài “Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly anthocyanin từ vỏ cà tím và ứng dụng trong sản phẩm kẹo cứng” là hướng đi thiết thực, đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp phẩm màu ở hiện tại và tương lai. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.
Tổng quan về cà tím 1. Đặc điểm thực vật Cà tím hay còn được gọi là là cà nâu, có tên khoa học là Solanum melongena var. Cây cà tím là một loài cây thuộc họ cà với quả cùng tên gọi, nói chung được sử dụng làm một loại rau trong ẩm thực (Trần Việt Hưng, 2014). Hình ảnh quả cà tím (Hồ Đình Hải, rau rừng Việt Nam) Cà tím là cây thân thảo một năm.
Thân: thân cao 50 -150 cm, thông thường có gai. Lá: lá lớn có thùy thô, dài từ 10-20 cm và rộng 5-10 cm. Hoa: hoa màu trắng hay tía, với tràng hoa năm thùy và các nhị hoa màu vàng. Quả: quả là loại quả mọng nhiều cùi thịt, đường kính nhỏ hơn 3 cm ở cây mọc hoang dại, nhưng lớn hơn rất nhiều ở các giống trồng.
Hạt: quả chứa nhiều hạt nhỏ và mềm. Tên gọi cà tím không phản ánh đúng loại quả này, do có nhiều loại quả cà tím khác có màu đôi khi không phải tím. Thành phần hóa học Theo phân tích của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) thành phần dinh dưỡng trong 100 gam quả cà tím có chứa các thành phần dinh dưỡng theo bảng 1. Thành phần giá trị dinh dưỡng trên 100g (USDA) Giá trị dinh dưỡng trên 100 g (3,5 oz) Năng lượng 25 kcal Carbohydrates 5,88 g Đường 3,53 g Chất xơ 3,0 g Fat 0,18 g Protein 0,98 g Thiamine (vit.
B1) 0,039 mg (3%) Riboflavin (vit. B2) 0,037 mg (3%) Niacin (vit. B3) 0,649 mg (4%) Pantothenic acid (B5) 0,281 mg (6%) Vitamin B6 0,084 mg (6%) Folate (vit. Thành phần chính của anthocyanin trong quả cà tím được xác định là delphinidin-3-rutinoside (Wu và Prior, 2005).
Vỏ cà tím còn chứa các chất solanin (còn gọi là solatunin hay solanidin). Solanin có nhiều trong trái còn non, nhưng khi đến khi chín solanin mất dần. Vì solanin là chất độc, nên không ăn cà khi trái còn non. Cà tím còn chứa một số alkaloid loại steroid solasodin, 3 một số chất đắng, chưa xác định công thức hoá học rõ ràng, nhưng các chất này tan trong nước muối.
Do đó khi ngâm cà với nước muối, vị đắng và chát thường mất hẳn (Trần Việt Hưng, 2014). Phân bố - sinh thái Cà tím là một loại rau trên thị trường quan trọng tại các nước trong khu vực châu Á và Địa Trung Hải, đứng thứ ba về tầm quan trọng thương mại giữa các loại cây họ đậu (Boulekbache-Makhlouf và cộng sự, 2013). Cà tím được trồng rộng rãi trên khắp thế giới, đặc biệt là ở Nam Á, Trung Đông và Bắc Phi. Theo Cơ quan dữ liệu thống kê tổ chức Lương Thực Nông Nghiệp, nhà sản xuất cà tím lớn nhất ở châu Âu là Ý (Florina Dranca, 2015).
Ở Việt nam, cà tìm được trồng rộng rãi trên toàn quốc, tuy nhiên phổ biến hơn là ở khu vực Đông Nam Bộ và Nam Bộ Việt Nam. Tác dụng của cà tím Theo đông y, cà tím có vị ngọt, tính hàn, có tác dụng thanh nhiệt, giải độc, hoạt huyết, tiêu viêm, tiêu ung nên được sử dụng trong chữa trị các chứng như ung nhọt, lở loét, chốc lở ngoài da. Cà tím còn tác dụng lợi tiểu thông mật, nhuận gan, đề phòng xơ vữa động mạch do tác dụng làm giảm cholesteol (Trần Việt Hưng, 2014). Hơn nữa, cà tím là một trong 10 loại rau có khả năng hấp thụ gốc oxy, do chúng có chứa hàm lượng chất chống oxy hoá là phenolic cao (Cao và cộng sự 1996).
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chất chiết xuất từ quả cà tím có thể ngăn chặn sự phát triển của khối u và di căn, ức chế sự viêm có thể dẫn đến chứng xơ vữa động mạch (Han và cộng sự, 2003). Vì vậy tại Hoa Kỳ, việc tiêu thụ cà tím tăng lên do người dân đã nhận thức được rõ hơn về những lợi ích mà quả cà tím mang lại (Ajay P. Singh và cộng sự, 2008). Tổng quan về hợp chất màu anthocyanin 1.
Cấu trúc hóa học của anthocyanin R1 = R2 = H Pelargonidin R1 =OH, R2 = H Cyanidin R1 = OCH3, R2 = H Peonidin R1 = R2 = OH Delphinidin R1 = OCH3, R2 = OH Petunidin R1 = R2 = OCH3 Malvidin Hình 1. Cấu trúc cơ bản của sắc tố anthocyadin (Lee, 2005) Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, nó là sự kết hợp giữa anthos nghĩa là hoa và kyanos nghĩa là màu xanh (Francisco Delgado-Vargas, 2002). Anthocyanin là các hợp chất hữu cơ thiên nhiên, thuộc nhóm flavonoid; chúng có trong các loại rau, củ, quả và có màu từ đỏ tươi đến xanh lam (Jian He và M. Anthocyanin là các glycoside hòa tan trong nước và các acylglycosides của anthocyanidin ở dạng heterosides polyhydroxylated và polymethoxylated có nguồn gốc từ các flavylium hoặc 2 - phenylbenzopyrilium (Dia và cộng sự 2015).
Tính đến nay, trong tự nhiên đã có hơn 635 anthocyanin được xác định. Tuy nhiên chỉ có sáu trong số chúng là tìm thấy trong tự nhiên; khoảng 95% tất cả các anthocyanin được bắt nguồn từ sáu anthocyadin là cyanidin (Cy), peonidin (Pn), pelargonidin (Pg), malvidin (Mv), delphinidin (Dp), và petunidin (Pt) (Jian He và M. Sự đa dạng này do sự kết hợp của cấu trúc anthocyanidin cơ bản C6-C3-C6 với đường hoặc nhóm acyl, sự khác biệt giữa chúng là về số lượng và vị trí của nhóm hydroxy hay nhóm methyl ether. Để tạo nên anthocyanin, anthocyanidin phải kết hợp với ít nhất một phân tử đường.
Do đó, anthocyanins cũng được phân loại theo số lượng các phân tử đường trong cấu trúc (ví dụ: monoside, biosides, triosides). Ngoài ra, sự đa dạng được tăng thêm bởi sự kết hợp hóa học của các loại đường này với acid hữu cơ (phổ biến nhất là coumaric, caffeic, ferulic, p-hydroxy, benzoic, synapic, malonic, acetic, succinic, oxalic và malic) để sản xuất acyl hóa anthocyanin (Francisco Delgado, 2003). Tác dụng của anthocyanin Như đã biết, anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc nhóm flavonoid. Trong công nghiệp thực phẩm, anthocyanin được sử dụng làm chất màu thay thế một phần chất màu nhân tạo.
Ngoài tác dụng là chất tạo màu tự nhiên được sử dụng an toàn trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, theo các nghiên cứu khoa học được công bố trong những năm gần đây, anthocyanin còn là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả năng chống oxy hóa cao nhờ hạn chế sự hình thành các gốc tự do, tăng cường 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, phòng ngừa các bệnh về tim mạnh hay tiểu đường… Vì vậy, anthocyanin cũng là thành phần không thể thiếu trong các loại thực phẩm chức năng và thực phẩm khác. Điều đó hoàn toàn phù hợp với xu hướng hiện nay của các nước trên thế giới là nghiên cứu khai thác tính ưu việt của các hợp chất từ thiên nhiên phục vụ cho các nhu cầu nâng cao cuộc sống của con người (Izabela Konczak và cộng sự, 2004). Các yếu tố ảnh hưởng đến anthocyanin So với đa số các chất màu tự nhiên, anthocyanin là chất màu có độ bền kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường acid. Ngoài ra, nó có thể phân huỷ tạo thành dạng không màu và sản phẩm cuối cùng của sự phân huỷ có dạng màu nâu cộng với những sản phẩm không tan.
Sự thuỷ phân anthocyanin có thể xảy ra trong quá trình trích ly và tinh chế chúng; đồng thời, sự phân huỷ này có thể xảy ra trong quá trình xử lý và bảo quản các sản phẩm thực phẩm (Giusti, 2003) Độ bền của anthocyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: cấu trúc hoá học, pH, nhiệt độ, sự có mặt của các đồng sắc tố, ion kim loại, oxy, SO2, ánh sáng, đường… (Castañeda-Ovando, 2009) 1. Cấu trúc hoá học Độ bền màu của các anthocyanin phụ thuộc vào vị trí và số lượng của các nhóm hydroxyl, methoxyl, đường và các đường được acyl hoá. Khi số nhóm phenolic hydroxyl trong vòng B tăng, cực đại hấp thu ở vùng thấy được dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn và màu thay đổi từ hồng đến xanh. Các nhóm hydroxyl tại vị trí C - 3 là đặc biệt quan trọng vì nó thay đổi màu sắc của các sắc tố từ màu vàng – cam sang đỏ.
Điều này minh chứng được sự khác biệt về màu sắc giữa phần lớn các anthocyanin là màu đỏ và apigeninidin 3-deoxyanthocyanidin (luteolinidin và tricitinidin) có màu vàng. Nhưng trong 6 thực tế, 3-deoxyanthocyanidin có tính ổn định và bền hơn các anthocyanin khác (G. Mazza và cộng sự, 1987). pH Anthocyanin có thể tìm thấy với các công thức hoá học khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch.
Công thức hoá học của anthocyanin phụ thuộc vào pH Tại pH = 1, cation flavylium có màu đỏ là loại chiếm ưu thế và góp phần tạo màu tím và màu đỏ (hình 1. Tại giá trị pH từ 2 – 4, các loại màu xanh quinoidal chiếm ưu thế (hình 1.