Đặc điểm cây cà chua:

Cây cà chua có tên khoa học là Lycopesium esculentum, có nguồn gốc từ Nam Mỹ, là loại rau ăn quả, họ Cà (Solanaceae). Quả có chứa nhiều vitamin C nên có vị chua. Cây cà chua có 2 loại hình sinh trưởng: có hạn và vô hạn. Cà chua là cây dài ngày, tự thụ phấn. Quả cà chua mọng, khi chín có màu đỏ tươi rất bắt mắt, có nhiều hình dạng: tròn, dẹt, có cạnh, có múi…

Cà chua được dùng trong chế biến thực phẩm, tạo vị ngon và màu sắc hấp dẫn. Ngoài ra cà chua còn có tác dụng khá tốt trong việc chăm sóc và bảo vệ sức khỏe. Lá cà chua có nơi dùng chữa bệnh về huyết áp và các bệnh ngoài da.

Giống cà chua:

Trên thế giới có rất nhiều giống cà chua.

Có nhiều giống cà chua đang được trồng ở Việt Nam. Có thể chia cà chua thành 3 loại dựa vào hình dạng:

- Cà chua hồng: quả có hình dạng quả hồng, không chia múi. Thịt quả đặc, nhiều bột, lượng đường trong quả cao. Các giống thường gặp: Ba Lan, hồng lan của Viện cây lương thực; giống 214; HP5; HP1 của Hải Phòng…

- Cà chua múi: quả to, nhiều ngăn tạo thành múi, là giống cây sinh trưởng vô hạn, thời gian sinh trưởng dài, năng suất và khả năng chống chịu khá nhưng chất lượng không bằng cà chua hồng.

- Cà chua bi: quả nhỏ, chua, giá trị thấp, thường dùng làm nguyên liệu tạo giống.

Giá trị dinh dưỡng của quả:

Thịt quả:

- Hàm lượng sinh tố: Khi cà chua chín, màu đỏ tươi của cà chua tạo nên vẻ đẹp rất bắt mắt trong việc trình bày món ăn. Màu đỏ của cà chua cũng cho thấy hàm lượng vitamin A thiên nhiên trong cà chua cao, trung bình 100g cà chua chín tươi sẽ đáp ứng được 13% nhu cầu hàng ngày về vitamin A, vitamin B6, vitamin C. Ngoài ra, còn có vitamin B1, B2.

     - Chất bổ dưỡng: Đạm, đường, béo và cung cấp ít năng lượng rất thích hợp với người sợ mập.

     - Khoáng vi lượng: Can xi, sắt, kali, photpho, magnesium, lưu huỳnh, ni ken, co ban, iot, các axit hữu cơ dưới dạng muối citrat, malat và tuỳ môi trường trồng mà cà chua còn có đồng, molibden.

Chính nhờ các yếu tố trên, cà chua được xem là một thực phẩm giàu chất dinh dưỡng để tiêu hoá, tăng cường sức đề kháng của cơ thể. Mùa hè cà chua có tỉ lệ đường/ độ chua cao nhất, được kể là 10 so với mùa xuân là 7. Lượng vitamin C thấp nhất vào mùa xuân (12mg/100g) so với 15mg đầu hè và cao nhất vào cuối hè.

Vỏ quả: màu đỏ tươi tuyệt đẹp của quả cà chua thường được ưa chuộng sử dụng để trang tri bàn tiệc, ở vỏ tập trung lượng lớn hợp chất carotenoic tạo nên màu đỏ đặc trưng của quả cà chua đồng thời rất có lợi cho sức khỏe.

Giới thiệu về hợp chất màu Carotenoids

- Carotenoid: là  hợp chất đặc trưng của terpenoid với sắc tố (pigmenting) vàng, da cam hay màu đỏ), chức năng như tiền chất của các phân tử với các hoạt động sinh học can thiệp khác nhau.     

Hầu hết các carotenoid thiên nhiên là tetraterpenoid gồm có 8 monoisopren.

Các carotenoid được coi như polien có tính base yếu do khả năng tích điện âm trong cơ cấu cộng hưởng của carbanion  (theo quan điểm acid- base) của Bronted. Chúng có phản ứng với các acid Lewis khác nhau,tạo nên những hợp chất màu đậm hơn carotenoid hợp chất ban đầu, phản ứng định tính carotenoid được dựa trên cơ sở này, như là sử dụng thuốc thử: dd H2SO4 hoặc dd SbCl3 để nhận diện carotenoid

- Phân loại Carotenoid: bao gồm 2 nhóm:

- Hydrcacbon tan trong dung môi kém phân cực như eter dầu hỏa: caroten, lycopen,…

- Xanthophyl: dẫn xuất oxy hoá của caroter. Những hợp chất đó là alcol, aidedid, ceton, epoxid và acid, chúng có tính phân cực hơn, tan trong etanol.

- Những phương pháp dùng để làm sáng tỏ cấu trúc carotenoid: hydrohóa, cộng hợp halogen, clorua, iod hoặc cộng oxy để xác định các nối đôi.

Oxy hóa với các acid cromic để các nhóm metyl mạch nhánh thành các nhóm carboxyl.Ozon giải hoặc oxy hóa với kalipermanganat để xác định cấu trúc nối đôi.

Sắc kí ( cột, trên giấy, trên bản mỏng) là phương pháp thiết yếu và khá mạnh để phân lập và xác định cấu trúc của carotenoid.

Carotenoid trong tự nhiên

 Hơn 600 carotenoids khác nhau đã được công nhận trong tự nhiên.

Tổng số carotenoic hàng năm sản xuất trong tự nhiên được ước tính khoảng hơn 100 triệu tấn. Carotenoids can thiệp vào sinh lý học của tất cả các sinh vật sống. Chúng được sản xuất trong tự nhiên bởi ánh sáng và enzymaticreactions vận chuyển bằng vi sinh vật biển như microalgae, vi khuẩn, fungii và zooplancton; và trong thực vật sinh sống nhất trên đất liền xảy ra trong lá, hoa và trái cây.

- Trong hoa và trái cây, carotenoids có màu sắc sinh động màu vàng, màu cam và màu đỏ.

Màu sắc của Licopene

- Thuyết điện tử về hợp chất có màu

Nhờ những thành tựu của ngành vật lý và hóa học người ta đã xác định rằng chỉ có những điện tử vòng ngoài (điện tử hóa trị) của chất màu mới tham gia vào quá trình hấp phụ ánh sáng kèm theo sự chuyển động của chúng. Khi hấp thụ ánh sáng thì hợp chất màu sẽ tiếp nhận năng lượng của các hạt photon, làm cho các điện tử vòng ngoài bị chuyển sang trạng thái kích động, sau đó phần năng lượng này có thể chuyển sang các dạng: quang năng, hóa năng, nhiệt năng.,…..và hợp chất màu trở lại trạng thái ban đầu. Như vậy sự hấp thụ ánh sáng là kết quả của sự tương tác của điện tử vòng ngoài của các nguyên tử và phân tử các hợp chất hữu cơ với photon ánh sáng.

Những hợp chất hữu cơ nào có liên kết các điện tử vòng ngoài với nhân yếu thì chỉ cần năng lượng của các tia có bước sóng lớn hơn trong miền thấy được trong miền quang phổ cũng đủ làm chuyển dịch và hấp thụ một phần của tia này làm cho nó có màu. Hợp chất nào có điện tử vòng ngoài liên kết với nhân càng yếu thì càng ít năng lượng để kích động chúng, càng dễ hấp thụ các tia có bước sóng dài hơn và màu sâu hơn. Bởi vậy cấu tạo phân tử của hợp chất màu hay phẩm màu phải như thế nào để năng lượng của các tia sáng trong miền thấy được của quang phổ cũng đủ để làm thay đổi chuyển động các điện tử vòng ngoài của chúng, làm cho chúng có màu. Nguyên nhân làm cho các điện tử vòng ngoài liên kết với nhân yếu là: Trong phân tử chứa hệ thống mối liên kết đôi cách dài; trong hệ thống này ngoài nguyên tử cacbon còn có các nguyên tử khác như oxi, nito, lưu huỳnh,… Do ảnh hưởng của các nhóm thế, do hiện tượng ion hóa phân tử và cấu tạo phẳng của phân tử.

- Ảnh hưởng của hệ thống liên kết nối đôi cách

Trong các hợp chất hữu cơ thường gặp hai loại liên kết cơ bản: liên kết đơn và liên kết đôi. Để kích động điện tử trong mối liên kết đơn cần có một năng lượng lớn, tương ứng với năng lượng các tia sóng ngắn, nên những hợp chất chỉ chứa một loại liên kết nối đơn thường không có màu. Ngược lại, các điện tử vòng ngoài của mối liên kết nối đôi do liên kết với nhân yếu, chúng linh động, nên chỉ cần một năng lượng nhỏ để kích động, nên chúng có khả năng hấp thụ các tia sáng có bước sóng lớn hơn trong miền thấy được của quang phổ và chúng có màu

Nếu như các mối liên kết nối đơn và nối đôi trong một hợp chất hữu cơ được xếp liên tục thành một hệ thống “một cách một” hay còn gọi là “nối đôi cách” “nối đôi liên hợp” thì các điện tử vòng ngoài sẽ linh động hơn. Độ linh động của các điện tử vòng ngoài trong hệ thống này phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

Độ dài của hệ thống
Bản chất của hợp chất (mạch thẳng hay mạch vòng).
Hợp chất hữu cơ chứa trong hệ thống điện tử vòng ngoài càng linh động, nó càng dễ hấp thụ các tia sóng có bước sóng lớn hơn nên nó co màu càng sâu. Mặc khác dù có cấu tạo mạch vòng hay mạch phẳng, hợp chất hữu cơ phải chứa đựng các mối liên kết nối đôi cách lập thành một hệ thống liên tục thì mới có khả năng sâu màu

Nếu như tổng số liên kết nối đôi khá lớn, nhưng chúng không nằm thành một hệ thống nối đôi cách liên tục trong phân tử của hợp chất hữu cơ thì độ linh động của các điện tử vòng ngoài cũng không tăng lên và hợp chất cũng không có màu hoặc màu không sâu. Cao su là một ví dụ điển hình, phân tử của nó chứa trên 100 mối liên kết nối đôi nhưng chỉ hấp thụ được các tia sáng có bước sóng trong khoảng 200 nm nên nó không có màu

 Màu sắc của lycopene:

Cấu tạo phân tử lycopene có nhiều nguyên tử cacbon  chứa liên kết đôi. Mỗi liên kết đôi làm giảm năng lượng cần thiết cho các điện tử để chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn, cho phép các phân tử hấp thụ ánh sáng nhìn thấy của các bước sóng ngắn dần. Lycopene hấp thụ tốt nhất của phổ nhìn thấy được, do đó, nó xuất hiện màu đỏ.

Một số phản ứng cơ bản của Licopene.

Sự mất màu của Licopene khi bị khử hoặc bị oxihoa.

- Nếu lycopene bị ôxi hóa (ví dụ, bằng cách phản ứng với bleaches hoặc axít), các liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon sẽ bị bẻ gãy, chia các phân tử thành các phân tử nhỏ hơn, mỗi cặp electron sẽ chuyển đến nguyên tử oxy. Mặc dù C = O mới tạo ra cũng có khả năng tạo màu sắc, nhưng các phân tử ngắn hơn nhiều không thể hấp thụ đủ ánh sáng để xuất hiện  màu sắc.

- Một hiệu ứng tương tự xảy ra nếu lycopene bị khử; sự khử có thể phá vỡ cấu trúc của liên kết , chuyển đổi liên kết đôi của phân tử lycopene thành liên kết đơn, làm giảm bớt khả năng hấp thụ ánh sáng

 Những phản ứng của liên kết đôi:

- Phản ứng làm mất màu dung dịch Brom: cộng halogen.

- Phản ứng trùng hợp.

- Phản ứng đóng vòng.

Chiết tách lycopene

- Phương pháp:
Lượng lycopene tập trung nhiều nhất ở vỏ cà chua. Đem xà phòng hóa với dung dịch NaOH trong cồn. Trích lycopene trong dịch cồn bằng ete dầu. Dịch ete dầu đem tinh chế bằng cách rửa tuần tự với hỗn hợp MeOH 85% bão hòa KOH, rửa nước, rửa bằng CH3OH 80%. Cô cạn dịch ete dầu sản phẩm là các tinh thể carotenoid hình kim màu vàng.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết carotenoid được khảo sát là: thời gian, lượng kiềm, thể tích cồn sử dụng để xà phòng hóa bột lá, lượng ete dầu để trích carotenoid. Bằng cách đo độ hấp thu A của dịch ete tại . A càng lớn lượng carotenoid trích được càng nhiều.
Tinh thể lycopene được phân tích bắng phương pháp đo độ hấp thụ phân tử.

- Quy trình đề nghị:
Cân 200g vỏ cà chua xay nhuyễn. Đem xà phòng hóa trong dung dịch NaOH /cồn (15g NaOH, 500ml cồn trong 2 giờ ở 50 oC). Lọc hỗn hợp. Dịch cồn thu được đem cô cạn khoảng 50% thể tích dưới áp suất thấp. Tách chiết lycopene với ete dầu hỏa (nhiệt độ sôi 45-650C) khoảng 3lần, mỗi lần 200ml có khuấy trộn khoảng 30 phút ở nhiệt độ thường. Thêm nước vào hỗn hợp để sự phân lớp rõ. Tách dịch ete dầu, rửa sạch kiềm. Rửa dịch ete tuần tự trong hỗn hợp MeOH 85% bão hòa KOH rồi rửa nước và rửa lần nửa với MeOH 80%. Các lần rửa càng khuấy trộn để lắng tách lớp rõ. Dịch ete qua tinh chế được cô cạn trong chân không. Chất rắn thu được hòa tan trong ete etylic để bốc hơi dung môi tự nhiên có các tinh thể hình kim màu vàng tạo thành.

Trong thực tế để có Lacopene thương phẩm, người ta chiết lacopene từ quả gấc. Lượng lacopene có trong quả gấc được xem là nhiều nhất trong tất cả các sản phẩm giàu lacopene của tự nhiên, nhiều hơn gấp 70 lần trong cà chua. Vì vậy, quả gấc được xem là loại quả đến từ thiên đường.