MỤC LỤC

1


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Thanh long ruột đỏ, vỏ đỏ
Hình 2.2. Rượu vang thanh long ruột đỏ
Hình 2.3. Nước quả thanh long lên men
Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của betalain
Hình 2.5. Cấu trúc phân tử của betanidin
Hình 2.6. Cấu trúc phân tử của betacyanin thường gặp
Hình 2.7. Betacyanin bị thủy phân trong môi trường kiềm
Hình 2.8. Betalamic acid tiếp tục bị phân hủy và biến màu
Hình 4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến hàm lượng
betacyanin có trong dịch thanh long ruột đỏ
Hình 4.2. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng betacyanin có trong dịch thanh long
ruột đỏ
Hình 4.3. Ảnh hưởng của lượng acid ascorbic bổ sung đến hàm lượng betacyanin
có trong dịch thanh long ruột đỏ
Hình 4.4. Ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến hàm lượng betacyanin có trong
dịch thanh long ruột đỏ
Hình 4.5. Dịch thanh long ruột đỏ trong điều kiện tối và sáng sau 4 tuần theo dõi
Hình 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hàm lượng betacyanin có trong dịch
thanh long ruột đỏ

2


DANH MỤC BẢNG

3


PHẦN THỨ NHẤT - MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) xuất xứ từ Colombia. Thanh

long ruột đỏ có một số điểm khác với thanh long ruột trắng về một vài đặc điểm
và thành phần dinh dưỡng. Phần vỏ bên ngoài của thanh long ruột đỏ mềm, màu
đỏ hồng, phần ruột bên trong có màu đỏ đậm hơn. Thanh long ruột đỏ có thành
phần dinh dưỡng gấp đôi thanh long ruột trắng về vitamin A, vitamin C, vitamin
B1, vitamin B2, vitamin B3. Đặc biệt trong thanh long ruột đỏ chứa chất chống
oxy hóa tự nhiên có tác dụng chống ung thư, bệnh tim mạch, giảm huyết áp
(Stintzing, 2002). Nhờ chứa hàm lượng dinh dưỡng cao, màu sắc đẹp và chữa
được một số bệnh, thanh long ruột đỏ ngày càng được chú ý trên thị trường và
được ưa chuộng sử dụng trong đời sống. Diện tích trồng thanh long ruột đỏ ngày
càng được mở rộng, từ 1000 ha năm 2005 lên đến 4000 ha vào năm 2015, giúp
sản lượng không ngừng tăng lên.
Quả thanh long ruột đỏ với những đặc điểm nổi trội như màu sắc đẹp,
hàm lượng dinh dưỡng cao, nguồn nguyên liệu dồi dào nên nhiều sản phẩm
chế biến từ loại quả này đã được sản xuất đặc biệt là các sản phẩm đồ uống như
bia, rượu vang, nước quả. Tuy nhiên, nhược điểm của loại quả này là dịch quả
có thể bị mất màu trong quá trình chế biến dưới tác dụng của một số yếu tố như
nhiệt độ, pH, ánh sáng... Nguyên nhân chính là do sắc tố betacyanin tạo nên màu
của thanh long ruột đỏ rất dễ tan trong nước hay dung dịch ethanol - nước và
kém bền trong môi trường kiềm, ánh sáng trực tiếp, nhiệt độ cao.
Màu sắc của thanh long ruột đỏ là một trong những yếu tố quan trọng nhất
trong chế biến các sản phẩm đồ uống, nó quyết định tính thẩm mỹ, ảnh hưởng

tới chất lượng của sản phẩm thực phẩm. Do đó việc tìm hiểu chi tiết các yếu tố
ảnh hưởng tới sự biến đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ trong quá trình
4


chế biến, từ đó tìm ra các biện pháp khắc phục, giúp sản phẩm được hoàn thiện,
đa dạng hóa trên thị trường là rất quan trọng.
Xuất phát từ những thực tiễn đó, đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố
ảnh hưởng đến sự biến đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ” được quan tâm
thực hiện.
1.2. Mục tiêu
1.2.1. Mục tiêu chung
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi màu của dịch thanh long
ruột đỏ.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
-

Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến sự biến đổi

màu của dịch thanh long ruột đỏ;
- Xác định ảnh hưởng của pH đến sự biến đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ;
- Xác định ảnh hưởng của lượng acid ascorbic bổ sung đến sự biến đổi màu
của dịch thanh long ruột đỏ;
- Xác định ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến sự biến đổi màu của
dịch thanh long ruột đỏ;
-

Xác định ảnh hưởng của nồng độ cồn đến sự biến đổi màu của dịch thanh
long ruột đỏ.


5


PHẦN THỨ HAI - TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Thanh long ruột đỏ
2.1.1. Nguồn gốc
Thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) hay còn gọi là thanh long Nữ
Hoàng, tên tiếng Anh là Pitaya (hay Pitahaya), họ xương rồng, có nguồn gốc ở
vùng sa mạc Mexico và Colombia, thuộc nhóm cây nhiệt đới khô.
2.1.2. Đặc điểm hình thái
Thanh long thuộc loại thân leo trườn, dài đến 10 m, phân nhánh nhiều,
bám vào các giá thể nhờ các rễ phụ rất phát triển.
Thân và cành đều màu xanh lục, có 3 cạnh dẹp, mép có gai nhỏ, ngắn (2 - 4
gai ở mỗi mắt thân).
Hoa rất to, mọc đơn độc trên cành, đường kính có thể đến 30 cm, màu trắng
hay trắng ngà. Hoa có nhiều lá đài và cánh, dính với nhau tạo thành ống. Hoa có
rất nhiều nhị.
Quả màu đỏ tươi hay hồng, mọng nước,
có nhiều gai mềm do những lá hoa còn lại,
đường kính khoảng 10 cm. Vỏ quả rất dễ
bóc. Phần thịt màu đỏ hồng chứa nhiều hột
nhỏ li ti như hạt vừng đen có thành phần chủ
yếu là celluloza, khi ăn vào không tiêu hóa.
Quả vị ngọt và khi bổ ra có mùi thơm dịu.
Hình 2.1. Thanh long ruột đỏ, vỏ đỏ
2.1.3. Đặc điểm sinh trưởng
Thanh long là loại cây thuộc họ xương rồng, chịu nắng hạn, dễ trồng. Vào
cuối tháng 3 âm lịch hằng năm, thanh long ra hoa, đến tháng 5 những cây
ra hoa sớm có quả chín và kéo dài đến cuối tháng 8.
6



Thanh long ra hoa đồng loạt theo từng lứa, sau khi thụ phấn sẽ hình thành
quả. Trong vòng 10 ngày đầu, quả phát triển chậm sau đó tăng rất nhanh về
kích thước và trọng lượng. Trong hai giai đoạn 16 - 18 ngày và 28 - 34 ngày sau
khi nở, sự gia tăng trọng lượng và đường kính của quả rất nhanh. Nếu trong
giai đoạn này tưới nước nhiều quá hoặc trời mưa lớn sẽ gây hiện tượng nứt quả.
Trong khi chín, độ cứng của quả giảm nhanh từ ngày 16 đến ngày thứ 25 sau khi
hoa nở, sau đó độ cứng tiếp tục giảm nhưng chậm hơn.
Thanh long là loại quả có cường độ hô hấp thấp khi chín (70 - 100 mg
CO2/kg/giờ). Cường độ hô hấp của quả cao khi quả còn xanh và giảm dần khi
chín. Với đặc điểm về cường độ hô hấp trên thì trong điều kiện thích hợp về
nhiệt độ, độ ẩm và phòng trừ nấm bệnh sau thu hoạch tốt, thanh long có thể
bảo quản trong 40 ngày. Ngoài ra, thanh long thuộc nhóm quả không có đỉnh
hô hấp khi chín nên thanh long phải thu hoạch đúng lúc quả chín, khi đó sẽ cho
chất lượng tốt nhất.
Độ chua của quả giảm rất nhanh từ ngày 22 - 28 sau khi nở hoa và tiếp tục
giảm nhưng không đáng kể (từ 1,5 % xuống 0,04 %). Độ Brix (tỉ lệ % khối
lượng của các chất khô hòa tan so với khối lượng dung dịch) tăng từ ngày thứ 25
(12 %) sau khi hoa nở và cao nhất ở ngày thứ 43 (14 %).
Trong giai đoạn 16 - 22 ngày sau khi nở hoa, sự chuyển màu xảy ra chậm
nhưng bắt đầu ngày thứ 22 màu đỏ bắt đầu xuất hiện, đỏ hoàn toàn vào ngày thứ
25 và sau đó đỏ sậm vào ngày thứ 31.
Để có được quả thanh long đạt chất lượng tốt và cho phép tồn trữ tươi với
thời gian lâu nhất nên thu hoạch quả vào khoảng thời gian từ ngày thứ 30 đến 32
sau khi nở hoa. Ở giai đoạn này, quả có màu sắc đẹp và các chỉ tiêu sinh hóa
khác đạt giá trị tối ưu.
2.1.4. Thành phần của thanh long ruột đỏ
Thanh long ruột đỏ giàu các vitamin (B 1, B2, B3, C); nguyên tố khoáng (K,
7



Ca, P, I); các thành phần dinh dưỡng (chất béo, protein, carbohydrate, flavonoid,
glucose, betacyanin và polyphenol) (Le Bellec, 2006).
Bảng 2.1. Thành phần hóa học có trong 100g thanh long ruột đỏ
Thành phần
Nước (g)
Protit (g)
Lipit (g)
Đường (g)
Vitamin A (mg)
Vitamin C (mg)
Vitamin PP (mg)

Hàm lượng
85 – 87
1,1
0
11,2
0,011
3
2,8

Thành phần
Canxi (mg)
Magie (mg)
Sắt (mg)
Kali (mg)
Brix
pH


Hàm lượng
10,2
38,9
6,07
27,2
11 - 19
4,7 - 5,1

(Trần Thị Bích Lam, 2010)
2.1.5. Công dụng của thanh long ruột đỏ
Kiểm soát đường huyết: Lượng chất xơ dồi dào trong thanh long có thể
kiểm soát lượng đường trong máu, ngăn ngừa nguy cơ mắc bệnh tiểu đường và
đặc biệt tốt cho những người mắc bệnh tiểu đường típ 2 (Haizhao Song, 2016).
Tốt cho tim mạch: Thanh long còn có tác dụng trong việc làm giảm lượng
cholesterol xấu và tăng mức cholesterol tốt trong cơ thể, là một nguồn cung cấp
chất béo không bão hòa đơn, giúp trái tim được nghỉ ngơi trong trạng thái
tốt nhất (LeBellec, 2006).
Tốt cho tiêu hóa: Ăn thanh long cũng có thể giúp làm sạch hệ tiêu hóa.
Thanh long có hàm lượng chất xơ rất cao, có thể cải thiện tiêu hóa kém và giảm
chứng táo bón.
Phòng chống ung thư: Thanh long chứa các chất chống oxy hoá có thể giúp
loại bỏ các gốc tự do ngăn ung thư và giảm các khối u hiệu quả (Rebecca et al.,
2002).
8


Giúp giảm cân: Thanh long chứa ít calo và nhiều chất xơ, điều này giúp cơ
thể cảm thấy no nhanh hơn và kiểm soát sự thèm ăn hiệu quả (Le Bellec, 2006).
Làm đẹp da: Thanh long ruột đỏ là một trong những loại Quả cây có

thành phần dinh dưỡng phù hợp nhất cho việc giữ gìn dáng vóc và sắc đẹp. Mỗi
100g thanh long ruột đỏ chỉ cung cấp 40kcal vì trong thanh long thành phần
nước chiếm đến 87,6%. Hàm lượng nước cao này giúp giữ ẩm cho làn da, giúp
da mịn màng hơn, giảm bớt hiện tượng da khô nứt, sừng hóa và lão hóa.
Cải thiện thị lực: Thanh long rất giàu vitamin A ở dạng carotene - loại chất
cần thiết cho võng mạc, độ sáng và tầm nhìn của mắt. Thanh long có tác dụng
duy trì và cải thiện thị lực (Amerikanki, 2014).
Ổn định huyết áp: Ăn thanh long giúp ổn định huyết áp, mang lại nhiều
lợi ích cho những người có nguy cơ bị nhồi máu cơ tim (Perez et al., 2005).
Chữa bệnh viêm khớp: Thêm thanh long vào chế độ ăn uống hàng ngày sẽ
giúp chống lại bệnh về khớp. Lợi ích của Quả thanh long đối với những người
mắc bệnh viêm khớp là rất lớn vì nó thường được gọi là "quả chống viêm"
(Edward, 2009).
2.1.6. Ứng dụng của thanh long ruột đỏ trong thực phẩm
Quả thanh long ruột đỏ chín được sử dụng để ăn tươi, ngoài ra còn dùng
trong chế biến làm nhiều sản phẩm như: rượu vang, nước quả lên men,
thanh long sấy,...

9


Hình 2.3. Nước quả thanh long lên men

Hình 2.2. Rượu vang thanh long ruột đỏ

Với màu sắc đẹp, quả thanh long ruột đỏ còn được chiết xuất betacyanin để
làm chất tạo màu cho thực phẩm. Một số sản phẩm được bổ sung như thịt,
xúc xích, thịt muối, sữa chua, kem lạnh, các loại nước giải khát, mứt, kẹo, các
sản phẩm từ cà chua,… cho màu sắc khá bền và đẹp (Delgado-Vargas et al.,
2000). Dịch màu thanh long ruột đỏ có hàm lượng betacyanin 12,64 mg/100g

được sử dụng như chất màu thực phẩm, thích hợp bổ sung vào các sản phẩm có
tính acid, đặc biệt là sản phẩm được bảo quản lạnh như sữa chua.
2.2. Thành phần hóa học tạo nên màu sắc trong quả thanh long ruột đỏ
2.2.1. Giới thiệu
Trước đây người ta cho rằng màu đỏ của thanh long là do sắc tố
anthocyanin tuy nhiên các nghiên cứu về sau đã chứng minh rằng màu sắc của
thịt quả thanh long ruột là do nhóm sắc tố betacyanin, một hợp chất từ một
nhóm các chất màu có chứa nitơ tan trong nước được gọi là betalain (Rebecca
et al., 2010). Betalain là tên gọi chung của một nhóm sắc tố tự nhiên tan trong
nước, có màu từ vàng tươi đến da cam, đỏ tươi, đỏ sẫm, hồng cho đến màu đỏ tím trong hoa, quả, lá và củ của nhiều loài thực vật khác nhau (hoa xương rồng,
vỏ thanh long, hoa giấy, rau và củ dền…). Betalain đóng một vai trò quan trọng
là chất chống oxy hóa chủ yếu trong quả thanh long ruột đỏ (Esquivel et al.,
2007).

10


Betalain bao gồm 2 nhóm sắc tố chính betacyanin (màu đỏ tím) và
betaxanthin (màu vàng cam). Tùy thuộc tỷ lệ giữa 2 nhóm sắc tố này mà các
bộ phận thực vật sẽ có màu vàng chanh, vàng cam, cam, đỏ hay đỏ tím.Tuy
nhiên, ở thanh long ruột đỏ không có betaxanthin mà chỉ có thể tìm thấy
betacyanin (Le Bellec et al., 2006). Theo Stintzing et al., (2002) thanh long
hoàn toàn không có betaxanthin mà có 7 betacyanin chính được xác định trong
loại quả này: betanin, isobetanin, lhyllocactin, isophyllo-cactin, betanidin,
isobetanidin và bougainvillein có phổ hấp thụ giống nhau để tạo nên màu
tím đậm của thịt quả. Vì betaxanthin là sắc tố dễ bị biến chất tạo ra màu nâu nên
sự vắng mặt của nó là yếu tố có lợi về mặt công nghệ. Betacyanin không được
tìm thấy trong thực vật có sắc tố anthocyanin (Stafford and Helen, 1994).Trong
quả thanh long ruột đỏ thì hàm lượng của betacyanin biểu diễn qua đương lượng
betanin trong 100g thịt quả là: 10,3 ± 0,22g (Wu et al., 2006).

So với đa số các chất màu thiên nhiên, betacyanin là chất màu có độ bền
kém hơn, nó chỉ thể hiện tính bền trong môi trường acid. Độ bền của các
betacyanin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, nhiệt độ, ion kim loại, oxy,
ánh sáng, enzyme (Woo et al., 2011) vì các yếu tố trên là nguyên nhân chính cho
sự biến màu của sắc tố này (Liu et al., 2008). Các sản phẩm phân huỷ chính của
betacyanin là cyclo-DOPA 5-O-β-glucose không màu và acid betalamic màu
vàng tươi (Herbach et al., 2004).
2.2.2. Cấu trúc hóa học của các betalain và betacyanin
Các betalain có thể xem là dẫn xuất của acid
betalamic, trong đó đầu dihydropyridin được
gắn với một nhóm chứa nitơ thông qua nhóm
chức vinyl (Miller et al., 1968). Tất cả các
betacyanin đều cần hai nguyên tử tyrosine như
là tiền chất.

11


Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của betalain

Betacyanin đơn giản nhất là betanidin được
cấu tạo từ một đơn vị phân tử acid betalamic liên
kết với một phân tử cyclo-DOPA (Wyler and
Dreiding, 1961).

Hình 2.5. Cấu trúc phân tử của betanidin
Đa số các betacyanin khác được tạo thành do phản ứng glucosyl hóa một
trong hai nhóm chức - OH tự do của vòng cycloDOPA của betanidin, trong đó thường gặp nhất là
sự glucosyl hóa ở vị trí 5. Dẫn xuất betacyanin
quan trọng và thường gặp nhất trong tự nhiên là

betacyanin (tức betanidin-5-O-β-glycosidase, có
công thức phân tử C24H26N2O13 và khối lượng
mol M = 551,48).

Hình 2.6. Cấu trúc phân tử của betacyanin thường gặp
2.2.3. Tính chất của betacyanin
Sự tồn tại của hệ thống 6 nối đôi liên hợp trong betacyanin dẫn đến những
tính chất lý - hóa đặc trưng của hợp chất này. Phần này sẽ đi tìm hiểu 3 tính chất
điển hỉnh nhất của betacyanin.
2.2.3.1. Tính hấp thụ ánh sáng và màu sắc
Các phân tử betacyanin có khả năng hấp thụ bức xạ khả kiến trong vùng từ
534 - 554 nm, tạo nên màu đỏ đến đỏ - tím (Sanchez et al., 2006).
12


2.2.3.2. Tính tan
Do phân tử chứa nhiều nhóm chức phân cực (- OH, - COOH, - NH), nên
các sắc betacyanin đều dễ tan trong nước hay dung dịch ethanol - nước,...
(Altamirano et al.,1993).
2.2.3.3. Tính không bền
Độ bền của betalain được quyết định bởi nhiều yếu tố khác nhau bao gồm:
pH, nhiệt độ, cường độ và bản chất của ánh sáng chiếu vào, ascorbic acid.
Sự ổn định betalain cần phải được xem xét để đảm bảo sắc tố tối ưu và sự lưu
giữ màu sắc trong thực phẩm có chứa betalain (Herbach et al., 2006).
-

Ảnh hưởng của pH
Các betacyanin kém bền trong môi trường kiềm hay môi trường có hoạt độ

nước cao do bị thủy phân thành acid betalamic (có màu vàng) và amin (không

màu):

Hình 2.7. Betacyanin bị thủy phân trong môi trường kiềm
Acid betalamic hình thành có thể tiếp tục bị phân hủy và mất màu:
Phân hủy tiếp tục
13

Phản ứng sẫm màu


Hình 2.8. Betalamic acid tiếp tục bị phân hủy và biến màu
Ví dụ: Trong môi trường kiềm, betacyanin bị thủy phân giải phóng glucose và
betanidin. Màu sắc của betacyanin thay đổi theo pH như sau:
pH = 3,5 - 7,0: màu xanh lơ - đỏ (λmax = 537 nm). Đây là vùng pH mà
betacyanin bền màu nhất (Stintzing and Carle, 2004).
pH < 3,5: màu tím - xanh lơ (λmax = 535 nm ở pH = 2)
pH > 7: màu tím - lơ đậm (λmax = 544 nm ở pH = 9).
Môi trường kiềm mạnh có thể làm betacyanin bị thủy phân thành betanidin
(màu đỏ) hay thành betaxanthin (màu vàng). Tuy nhiên, phản ứng thủy phân
betacyanin có tính thuận nghịch. Khi thêm acid ascorbic, isoascorbic,
metaphosphoric hoặc acid gluconic vào dung dịch betanin bị thủy phân thì
betacyanin được tái tạo trở lại và dung dịch sẽ có màu sắc như ban đầu
(Elbe et al., 1981; Bilyk and Howard, 1982).
-

Ảnh hưởng của ánh sáng
Betacyanin bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng (Von Elbe et al., 1974).

Ảnh hưởng của tia cực tím và ánh sáng nhìn thấy đối với sự ổn định betacyanin
là do sự kích thích của electron lên trạng thái năng lượng cao hơn, dẫn đến năng

lượng kích hoạt thấp hơn và tăng phản ứng của phân tử (Jackman and Smith,
1996). Nghiên cứu của Attoe và von Elbe, (1981) cho thấy một tỉ lệ nghịch giữa
độ ổn định của betalain và cường độ ánh sáng trong khoảng 2200 - 4400 lux. Sự
ổn định của betalain được báo cáo là suy giảm do tiếp xúc với ánh sáng trong
thời gian dài (Cai et al., 1998).
14


-

Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất đối với độ ổn định betalain trong

quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Một số nghiên cứu cho biết tỷ lệ
phân hủy betalain tăng khi nhiệt độ tăng lên (Saguy et al., 1978; Garcı'a Barrera
et al., 1998). Trong quá trình xử lý nhiệt, betanin có thể bị phân hủy bởi sự đồng
phân, khử cacboxyl hóa, kết quả là làm giảm dần màu đỏ và cuối cùng xuất hiện
màu nâu nhạt (Huang and von Elbe, 1985). Tuy nhiên, betacyanin không bị biến
đổi khi thanh trùng sản phẩm có chứa hàm lượng đường cao.
-

Ảnh hưởng của oxy không khí
Betacyanin cũng rất dễ bị oxy hóa khi có mặt trong các sàn phẩm có

hàm lượng nước cao hoặc chứa các ion kim loại. Cả betanidin và betanin đã
được báo cáo là không ổn định với sự hiện diện oxy. Sự ổn định của betanin
giảm tuyến tính với nồng độ oxy tăng lên (Wyler et al., 1963; Pasch and von
Elbe, 1979). Betalain sẽ phản ứng với oxy phân tử làm giảm cường độ màu của
chất này (Attoe and von Elbe, 1985). Việc lưu trữ các dung dịch betanin dưới
mức oxy thấp sẽ làm giảm sự xuống cấp của sắc tố so với khí quyển, vì mức oxy

thấp sẽ giúp khôi phục lại một phần chất sau khi phân hủy (Von Elbe et al.,
1974). Các chất chống oxy hóa và việc bao gói các sản phẩm có chứa betacyanin
một cách thích hợp có thể làm chậm quá trình này.
- Ảnh hưởng của acid ascorbic
Chất chống oxy hoá acid ascorbic được báo cáo giúp tăng cường sự ổn định
của betacyanin bằng cách loại bỏ oxy (Attoe and von Elbe, 1982). Việc bổ sung
ascorbic trước khi gia nhiệt đã được chứng minh là có hiệu quả hơn so với
bổ sung sau đó (Bilyk and Howard 1982; Han et al.,1998). Do đó, có thể kết
luận rằng acid ascorbic không chỉ đơn giản cải thiện việc tái tạo betalain, mà còn
ngăn ngừa sự xuống cấp sắc tố trong quá trình xử lý nhiệt.
Vậy suy thoái betacyanin thường đi kèm với sự thay đổi màu sắc do sự
hình thành các sản phẩm phân hủy màu vàng là acid betalamic, neobetacyanin
và betaxanthin. Để giảm thiểu sự thay đổi màu sắc của các dung dịch có chứa
15


betacyanin, sự thoái hoá betacyanin có thể được ngăn ngừa bằng cách tiếp xúc
với nhiệt độ tối thiểu, loại trừ ánh sáng và oxy. Ngoài ra, việc bổ sung các chất
chống oxy hoá cũng có tác dụng đáng kể.
2.2.4. Chức năng sinh học và ứng dụng của betacyanin
Betacyanin không chỉ tạo màu sắc đẹp cho các loại thực vật trong tự nhiên
mà còn được ứng dụng làm chất tạo màu cho thực phẩm, chất chống oxy hóa
bảo vệ cho sức khỏe.
-

Tác dụng tạo màu
Các betalain / betacyanin mang lại sự đa dạng, phong phú về màu sắc cho

hoa của nhiều loài thực vật. Nhờ vậy, tạo nên sức hấp dẫn đối với các loài
côn trùng, giúp cho quá trình thụ phấn và phát tán hạt của thực vật được dễ dàng

(Clement and Mabry, 1996).
Nhờ có màu đẹp, các betalain được dụng làm chất màu trong công nghiệp
thực phẩm. Ở vùng Trung và Nam Mỹ từ lâu người dân địa phương từ lâu đã sử
dụng dịch chiết từ quả thanh long màu tím đỏ (Hylocereus polyrhizus) làm chất
tạo màu cho thực phẩm (Stintzing et al., 2002). Đặc biệt, betacyanin (chất màu
có mã số E162) được ứng dụng để tạo màu cho nhiều loại thực phẩm khác nhau
như thịt, xúc xích, thịt muối, kem lạnh, yaourt, các loại nước giải khát, các loại
mứt, kẹo, các sản phẩm từ cà chua,…
Do sự không ổn định của anthocyanin ở các giá trị pH trên 3 (Stintzing and
Carle 2004), betalain là các sắc tố tự nhiên được lựa chọn cho thực phẩm acid
thấp. Vì betalain có thể được ổn định bằng acid ascorbic, nhưng điều này tạo ra
sự thoái hóa anthocyanin (Shenoy, 1993), việc sử dụng các betalain thay vì các
anthocyanin để làm màu thực phẩm có hàm lượng vitamin C cao hoặc các sản
phẩm bổ sung vitamin C được quan tâm đặc biệt.
Khi nghiên cứu về một số thành phần trong thực phẩm có thể bảo vệ
betalain trước oxy và ánh sáng. Người ta đã tìm thấy thông tin từ sự thay đổi
16


màu sắc trong các sản phẩm xúc xích, gel protein, protein đậu nành có
bổ sung betanin và nhận thấy rằng sự bảo vệ betanin chính là protein. Nên
betanin được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm thực phẩm có hàm lượng
protein cao, ví dụ như xúc xích thịt gia cầm, các sản phẩm từ protein đậu nành,
các sản phẩm sữa chua.
Trong quá trình bảo quản, thành phần betacyanin trong các dịch chiết sẽ
dần dần bị phân hủy do ảnh hưởng của pH, nhiệt độ và hoạt độ nước nên các
thực phẩm chứa chất màu betalain dần dần bị phai màu hay mất màu tùy theo
điều kiện bảo quản. Do đó, các betacyanin có thể được thêm vào thực phẩm hay
dược phẩm để làm chỉ thị màu cho biết độ tươi hay độ mới của các sản phẩm
này. Khi màu của betalain bị chuyển thành màu nâu hay mất màu có nghĩa là các

sản phẩm trên được bảo quản không đúng cách và chất lượng đã bị biến đổi.
-

Tác dụng dược học
Những nghiên cứu gần đây đã cho thấy củ cải đường là một trong 10 loại

rau quả có tác dụng oxy hóa mạnh nhất (Hanvorsen et al., 2002). Điều này được
giải thích là do củ cải đường chứa một hàm lượng khá lớn betacyanin (300 - 600
mg/kg). Betacyanin có tác dụng như một chất chống oxy hóa nhờ khả năng bắt
giữ các gốc tự do có thể làm đột biến tế bào và gây ra rối loạn trong sự trao đổi
chất. Tác dụng chống oxy hóa tốt của betacyanin cũng được giải thích bởi khả
năng hấp thụ tốt betacyanin bởi thành ruột non và sự gắn kết dễ dàng của
betacyanin với màng tế bào do sự có mặt của nhóm định chức cationic (-NH).

17


PHẦN THỨ BA - VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Vật liệu
Dịch thanh long thu được từ quá trình ép thanh long ruột đỏ thu mua từ
vườn thanh long Ba Vì, Hà Nội.
3.2. Nội dung
-

Nội dung 1: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến sự

-

biến đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ;
Nội dung 2: Xác định ảnh hưởng của pH đến sự biến đổi màu của dịch thanh


-

long ruột đỏ;
Nội dung 3: Xác định ảnh hưởng của lượng acid ascorbic bổ sung đến sự biến

đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ;
- Nội dung 4: Xác định ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến sự biến đổi màu
của dịch thanh long ruột đỏ;
- Nội dung 5: Xác định ảnh hưởng của nồng độ cồn đến sự biến đổi màu của
Gia nhiệt tại nhiệt độ, thời gian khác nhau
dịch thanh long ruột đỏ.

3.3. Phương pháp nghiên
cứu
Theo
dõiXác
hàm
định
lượng
các betacyanin
yếu tố ảnh hưởng
trong dịch
đếnthanh
sự biến
long
đổiruột
màuđỏcủa dị
Dịch thanh long ruộtĐiều
đỏ chỉnh

ở các
pH
khác
nhau
3.3.1. Phương pháp công nghệ
Bổ sung
lượng
acidhiện
ascorbic khác nhau
Sơ đồ quy trình
dự kiến
thực
Bảo quản trong tối và ngoài ánh sáng
18

Thêm dung dịch cồn ở nồng độ khác nhau


3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến sự
biến đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ.
-

Yếu tố phi thí nghiệm: pH, điều kiện ánh sáng
Yếu tố thí nghiệm: nhiệt độ
Cách tiến hành: Các mẫu dịch thanh long được giữ ở cùng pH, cùng
điều kiện ánh sáng sau đó được gia nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau. Đối với
thí nghiệm này, nhiệt độ 65°C, 70°C, 75°C, 80°C, 85°C, 90°C được kiểm tra
sau mỗi khoảng thời gian 10, 20 và 30 phút. Các mẫu dịch được đặt trong các
ống nghiệm và nhúng vào bể ổn nhiệt có chế độ thời gian - nhiệt độ nhất

định. Sau khi đun nóng, các ống nghiệm được làm lạnh ngay lập tức trong
một bồn nước đá. Hàm lượng betacyanin trong mỗi mẫu đã xử lý được đánh

-

giá.
Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin trong dịch thanh long ruột đỏ.

Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng của pH đến sự biến đổi màu của dịch
thanh long ruột đỏ.
-

Yếu tố phi thí nghiệm: điều kiện ánh sáng, nhiệt độ
Yếu tố thí nghiệm: pH
Cách tiến hành: Mẫu dịch thanh long được điều chỉnh đạt pH 3, 4, 5, 6 và 7
bằng cách sử dụng 1M HCl và 1M NaOH (Woo et al., 2011). Sau đó các mẫu
dịch này được xử lý nhiệt ở nhiệt độ và thời gian gây ra ít sự biến đổi về màu

19


sắc phù hợp với mục đích bảo quản, chọn được từ thí nghiệm 1. Sau khi làm
-

lạnh, hàm lượng betacyanin cho mỗi mẫu đã xử lý được đánh giá.
Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin trong dịch thanh long ruột đỏ.

Thí nghiệm 3: Xác định ảnh hưởng của việc bổ sung lượng acid ascorbic đến
sự biến đổi màu của dịch thanh long ruột đỏ.
-


Yếu tố phi thí nghiệm: pH, nhiệt độ, ánh sáng
Yếu tố thí nghiệm: acid ascorbic
Cách tiến hành: Chuẩn bị 6 mẫu chứa 20ml dịch quả, sau đó bổ sung lần lượt
tỷ lệ phần trăm acid ascorbic khác nhau (0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,00; 1,25 %
(w / v)) vào mẫu dịch (Woo et al., 2011). Các mẫu sau đó phải được xử lý tại
nhiệt độ, pH phù hợp được xác định ở 2 thí nghiệm trước giúp màu sắc của
thanh long ít bị biến đổi trong bảo quản. Sau khi làm lạnh, hàm lượng

-

betacyanin cho mỗi mẫu đã xử lý được đánh giá.
Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin trong dịch thanh long ruột đỏ.

Thí nghiệm 4: Xác định ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng đến sự biến đổi màu
của dịch thanh long ruột đỏ.
-

Yếu tố phi thí nghiệm: pH, nhiệt độ
Yếu tố thí nghiệm: điều kiện ánh sáng
Cách tiến hành: Các mẫu dịch đã được chế biến sẵn với điều kiện chế biến
tối ưu cho dịch thanh long ruột đỏ (các điều kiện tối ưu được xác định từ các
thí nghiệm trước đảm bảo dịch thanh long ít bị biến đổi và phù hợp với
quá trình bảo quản). Thí nghiệm sử dụng 2 mẫu dịch được đựng trong chai
thủy tinh trong suốt và đậy nắp. Trong đó 1 mẫu được bảo quản trong điều
kiện ánh sáng tự nhiên, đặt tại cửa sổ tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời
và 1 mẫu còn lại không tiếp xúc với ánh sáng được bọc ngoài bằng túi đen và
cất giữ trong tủ tối. Các mẫu được lấy ra trong 4 tuần liên tiếp để phân tích

-


hàm lượng betacyanin.
Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin trong dịch thanh long ruột đỏ.

Thí nghiệm 5: Xác định ảnh hưởng của nồng độ cồn đến sự biến đổi màu của
dịch thanh long ruột đỏ.
20


-

Yếu tố phi thí nghiệm: lượng dịch thanh long ruột đỏ được bổ sung, nhiệt độ.

-

Yếu tố thí nghiệm: nồng độ dung dịch ethanol

-

Cách tiến hành: Chuẩn bị 5 mẫu dung dịch ethanol, mỗi mẫu chứa 100ml
dung dịch ethanol ở các nồng độ khác nhau (0, 3, 6, 9, 12 % ). Sau đó bổ
sung lần lượt 20ml dịch thanh long ruột đỏ vào từng mẫu dung dịch ethanol
ban đầu. Tất cả mẫu được bảo quản ở nhiệt độ phòng, trong cùng một điều
kiện. Sau 1 tháng các mẫu được lấy ra để phân tích hàm lượng betacyanin.

-

Chỉ tiêu theo dõi: hàm lượng betacyanin trong dịch thanh long ruột đỏ.

3.3.3. Phương pháp phân tích

3.3.3.1. Phương pháp phân tích hàm lượng betacyanin
Nguyên tắc: Sử dụng phương pháp của Cai và Corke (2000). Đo độ hấp thụ
của mẫu dịch ở bước sóng 537 nm và xác định hàm lượng betacyanin bằng định
luật Lambert - Beer.
Cách tiến hành: Lấy 0,2 ml mẫu dịch pha loãng với 7,8 ml dung dịch đệm
Na2HPO4.2H2O 0,2M / C6H8O7.H2O 0,1M (pH = 6,5 ). Đo độ hấp thụ của dung
dịch ở 537 nm, cuvet 1 cm trên quang kế UV - Vis, dùng dung dịch đệm làm
dung dịch so sánh.
Cách tính kết quả:
Nồng độ betacyanin trong dung dịch phân tích tính theo công thức :
BC =
Trong đó :
BC: hàm lượng betacyanin (mg/l)
A: giá trị độ hấp thụ quang ở bước sóng 537 nm
F: độ pha loãng dịch
M: khối lượng mol của betanin (550 g/mol)
21


ɛ: hệ số hấp thụ của betacyanin trong nước (6x104 l/mol.cm)
L: chiều dài cuvet (L = 1cm)
Xác định % betacyanin còn lại theo công thức:
% betacyanin còn lại = .100%
Do F được giữ liên tục trong suốt thí nghiệm và M, ε và L là các hằng số,
chỉ có độ hấp thụ được điều chỉnh (A) mới được sử dụng để tính tỷ lệ betacyanin
được giữ lại.
3.3.3.2. Phương pháp đo và điều chỉnh pH
-

Dùng máy đo pH để xác định chính xác pH ban đầu của các mẫu dịch


thanh long ruột đỏ.
- Từ pH ban đầu của mẫu dịch, tính toán thể tích HCl 1M hay NaOH 1M cần
thêm vào để các mẫu dịch đạt pH 3, 4, 5, 6 và 7 dùng máy đo pH để kiểm tra
lại chính xác pH của các mẫu.
3.3.4. Phương pháp xử lý số liệu
Phương pháp xử lý số liệu bằng phần mềm Microsoft Excel 2007 và Minitab 16.

22


PHẦN THỨ TƯ: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến
hàm lượng betacyanin có trong dịch thanh long ruột đỏ
Độ bền màu của chất màu betacyanin được quyết định bởi nhiều yếu tố
trong đó có nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt. Nhiệt độ cao thúc đẩy sự phân hủy
betacyanin (von Elbe, 1985). Trong quá trình chế biến thực phẩm không thể
tránh khỏi sự tác động của nhiệt độ. Do đó thí nghiệm xác định ảnh hưởng của
nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt tác động lên sự bền màu của dịch thanh long
ruột đỏ được tiến hành. Kết quả được thể hiện trên hình 4.1:
Hình 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt đến hàm lượng
betacyanin có trong dịch thanh long ruột đỏ
Chú thích:
ĐC: mẫu dịch thanh long ban đầu
Ghi
CT1: 65oC, 10 phút
CT7: 75oC, 10 phút
CT13: 85oC, 10 phút
CT2: 65oC, 20 phút
CT8: 75oC, 20 phút

CT14: 85oC, 20 phút
CT3: 65oC, 30 phút
CT9: 75oC, 30 phút
CT15: 85oC, 30 phút
o
o
CT4: 70 C, 10 phút
CT10: 80 C, 10 phút
CT16: 90oC, 10 phút
CT5: 70oC, 20 phút
CT11: 80oC, 20 phút
CT17: 90oC, 20 phút
o
o
CT6: 70 C, 30 phút
CT12: 80 C, 30 phút
CT18: 90oC, 30 phút
chú: các chữ cái khác nhau được thể hiện trên cột biểu hiện cho sự sai khác của các giá trị ở
mức ý nghĩa α = 0,05.

Qua hình 4.1 cho thấy quá trình xử lý nhiệt làm giảm hàm lượng
betacyanin có trong dịch thanh long ruột. Nhiệt độ càng tăng thì hàm lượng
betacyanin càng giảm. Cụ thể hàm lượng betacyanin ban đầu của mẫu đối chứng
không xử lý nhiệt là 297,55 (mg/l) nhưng khi xử lý nhiệt ở 65 oC trong 10 phút
thì giảm xuống còn 239,43 (mg/l) và sau khi tăng nhiệt độ lên đến 90 oC thì hàm
lượng betacyanin chỉ còn lại 184,98 (mg/l). Có thể thấy rõ so với mẫu ban đầu
không có sự tác động của nhiệt độ thì các mẫu được xử lý nhiệt từ 65 oC đến
90oC đều cho hàm lượng betacyanin ít hơn, điều này phù hợp với kết quả theo
nghiên cứu của Woo et al.,(2011) đã công bố rằng betacyanin nhạy cảm với
nhiệt độ. Trong đó hàm lượng betacyanin đã giảm đáng kể ở nhiệt độ 80 oC

(191,58 mg/l) so với nhiệt độ thấp hơn, điều đó chứng tỏ nhiệt độ khiến dịch
23


thanh long bị mất màu nhiều nhất là khoảng nhiệt độ từ 80oC trở lên. Bên cạnh
đó việc xử lý dịch thanh long ruột đỏ ở cùng một nhiệt độ nhưng trong khoảng
thời gian 10, 20, 30 phút cũng cho thấy sự khác nhau. Thời gian xử lý nhiệt càng
lâu thì hàm lượng betacyanin càng giảm. Điển hình là dịch gia nhiệt ở 75oC
trong 10 phút thì hàm lượng betacyanin là 229,90 (mg/l) còn khi tăng thời gian
lên 30 phút thì giảm xuống còn 214,68 (mg/l).
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất đối với tính ổn định betalain trong
quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm. Một số nghiên cứu trước đây đã
báo cáo rằng betalain bị suy thoái bởi nhiệt độ (Saguy, Kopelman, Mizrahi,
1987). Nghiên cứu này đã chứng minh rằng khi tăng thời gian và nhiệt độ dẫn
đến sự thay đổi betacyanin và phức hợp copigmentation. Trong quá trình xử lý
nhiệt, betacyanin có thể bị phân hủy bởi sự đồng phân hóa, decarboxyl hóa hoặc
phân chia, dẫn đến việc giảm dần màu đỏ và cuối cùng xuất hiện một màu nâu
nhạt (Huang and von Elbe, 1985). Sự tách nhóm hydrogen của betacyanin dẫn
đến sự hình thành neobetanin làm dịch biến đổi sang màu vàng. Sự suy giảm
betacyanin và isobetanin cũng có thể do sự tạo ra betalamic acid màu vàng sáng
và cyclo-dopa-5-O-glycosid không màu (Schwartz, 1983).
Từ đó, dựa trên kết quả thu được chúng tôi lựa chọn nhiệt độ và thời gian
xử lý nhiệt thích hợp cho dịch thanh long ruột đỏ là 65 oC trong 30 phút để
đảm bảo được độ bền màu cho dịch thanh long trong quá trình chế biến.
4.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của pH đến hàm lượng betacyanin có
trong dịch thanh long ruột đỏ
Kết quả nghiên cứu cho thấy cũng như nhiều các chất màu khác, pH có
ảnh hưởng khá nhiều đến màu sắc của dịch thanh long ruột đỏ. Trong
môi trường kiềm, betacyanin dễ bị thủy phân do đó ta tiến hành thí nghiệm
xác định ảnh hưởng của pH trong khoảng từ 3 - 7 để tìm ra khoảng pH cho

hàm lượng betacyanin thanh long ruột đỏ cao nhất. Thí nghiệm sử dụng NaOH
1M và HCl 1M bổ sung vào dịch thanh long để điều chỉnh pH xác định cho các
24


mẫu. Kết quả xác định ảnh hưởng của pH đến hàm lượng betacyanin có trong
dịch quả thanh long ruột đỏ được thể hiện qua hình 4.2:
Hình 4.3. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng betacyanin có trong dịch
thanh long ruột đỏ
Ghi chú: các chữ cái khác nhau được thể hiện trên cột biểu hiện cho sự sai khác của các giá
trị ở mức ý nghĩa α = 0,05.

Qua hình 4.2 cho thấy việc pH thay đổi ảnh hưởng đến hàm lượng
betacyanin có trong dịch thanh long ruột đỏ. Dịch thanh long ruột đỏ có pH
ban đầu bằng 4,57 và tại đây cho hàm lượng betacyanin cao nhất (306,90 mg/l).
Tại pH 7 hàm lượng betacyanin giảm đáng kể còn lại 111,47 (mg/l). Không có
sự khác biệt đáng kể ở pH 3 và 5 (p > 0,05) ở thí nghiệm này. Trong khoảng pH
từ 3 đến 5 hàm lượng betacyanin có giá trị khá ổn định. Khi pH > 6 thì màu đỏ
của dịch thanh long nhạt dần hay hàm lượng betacyanin có xu hướng giảm. Tại
pH = 4 hàm lượng betacyanin đạt 230,45 (mg/l), khi pH tăng lên 6 thì hàm
lượng betacyanin còn lại là 136,22 (mg/l). Nghiên cứu có kết quả tương đồng
khi khoảng pH từ 4 - 6 được báo cáo là pH tối ưu cho sự ổn định của betacyanin
(Vaillant et al., 2005). Nghiên cứu của Herbach et al.,(2006) thu được kết quả
rằng betacyanin ổn định nhất khi dịch củ cải đường được xử lý nhiệt ở pH 4 so
với pH 6. Quả thanh long ruột đỏ có pH ban đầu khoảng bằng 5. Nghiên cứu của
Woo et al., (2011) đã kiểm tra sự ổn định của betacyanin giữa pH 3, 5, 7 và kết
quả cho thấy tại pH 5 cho hàm lượng betacyanin cao hơn. Betacyanin được
khẳng định thích hợp ở vùng pH acid và ổn định giữa pH từ 3 đến 6, khi vượt
quá phạm vi này nó sẽ dễ bị thoái hóa.
Mặc dù hàm lượng betacyanin bị ảnh hưởng khi pH thay đổi nhưng không

dễ bị phân huỷ như chất màu anthocyanin. Dung dịch betacyanin ổn định và có
màu đỏ trong điều kiện acid trung bình, trong khi không ổn định dưới điều kiện
kiềm. Khi pH của dịch thanh long ruột đỏ cao hơn 7, độ hấp thụ giảm dần và
màu sắc của dung dịch chuyển từ đỏ tím sang vàng, đó là phản ứng kiềm điển
hình trong tính chất của betacyanin. Nguyên nhân của thay đổi màu sắc là do
25