catotenoids và vitamin A

catotenoids và vitamin A

1 CAROTENOIDS

Carotenoids là nhóm chất màu hòa tan trong chất béo có trong lục lạp, trong quả và rau màu có màu da cam, màu vàng và màu đỏ Nhóm này gồm 60 đến 70 chất màu tự nhiên Chúng rất phổ biến và được tạo ra rất nhiều trong tự nhiên Người ta ước tính rằng hàng năm có trên 100 triệu tấn caroteoid được sản sinh ra trong tự nhiên Phần lớn lượng này ở dạng fucoxanthin (trong tảo), và trong 3 carotenoid chính cuả lá cây là lutein, violaxanthin và neoxanthin Còn lại tuy chiếm lượng nhỏ hơn nhưng hiện diện khắp nơi là β-carotene và zeaxanthin Những sắc tố khác là lycopene (cà chua), capsanthin (tiêu đỏ), bixin (điều) Tất cả carotenoid tự nhiên có thể xem như dẫn xuất của lycopen

vật  Carotenoid thường tồn tại ở phần diệp lục của mô xanh, màu của chúng bị che lấp bởi màu của chorophyll

 Hàm luợng carotenoid hầu như giống nhau ở các loài lá cây: β-carotene (25-30% tổng lượng), lutein (khoảng 45%), violaxanthin (15%), neoxanthin (15%) Ngoài ra còn có một lượng nhỏ α-carotene, α và β-cryptoxanthin, zeaxanthin, atheraxanthin, lutein – 5, 6 – epoxdide

 Carotenoid cũng phân bố trong các mô thường (không có phản ứng quang hợp) tạo ra màu vàng, cam, đỏ cho hoa quả như cà chua, cà rốt, bí đỏ…

Động

vật

 Carotenoid tạo màu vàng, đỏ cho lông cánh các loài chim;

tạo màu lông và da vàng cho gà con, tạo màu đỏ cho lòng đỏ trứng

 Trong một số động vật biển như tôm hùm, cua… tồn tại một dạng phức hợp giữa carotenoid và protein gọi là carotenoprotein lúc còn sống có màu xanh lá, tím hoặc xanh dương; nhưng khi nấu chín protein bị biến tính màu đỏ của carotenoid mới hiện ra

Vi sinh

vật

 Carotenoid là chất màu nội bào của một số các loài vi sinh vật như: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo

1.2 Cấu tạo:

 Mạch có 40 C với công thức phân tử là C40H56.

 Đặc điểm cấu trúc nổi bật nhất , đặc trưng cho màu thấy được cuả carotenoid là chuỗi polyen tiếp hợp (chuỗi nối đôi liên hợp)

 Các carotenoid được cấu tạo bằng 8 đơn vị isoprene liên tiếp nhau ở trung tâm của phân tử tạo nên cấu trúc đối xứng

 Có vài loại carotenoid mạch thẳng (lycopene,phytoen…), nhưng đa số là những hợp chất có vòng 6 cạnh (hoặc vòng 5 cạnh) ở một đầu hay ở cả hai đầu phân tử Những carotenoid khác nhau tận cùng bằng những nhóm chứa khác nhau nhưng đều có cấu trúc phân tử trung tâm giống nhau Hiện nay có khoảng 60 nhóm chức tận cùng được biết đến, tạo nên khảng 600 loại carotenoid Hầu hết các loại carotenoid biết trước nay đều có bộ khung C40, nhưng mới đây người ta khám phá ra còn có loại chứa nhiều hơn 40C Chúng được gọi là carotenoid thay thế

 Các carotenoid hầu hết đều bắt nguồn từ mạch C như sau:

 Để thuận tiện ,công thức cấu tạo được đề nghị viết gọn như sau:

1.3 Cách đọc tên:

Các chất trong họ carotenoid đều được đọc dựa trên tên cơ bản là carotene và được đánh số như hình (II) Những hợp chất riêng thì khác nhau ở hai nhóm C9 tận cùng:

 một hay hai đầu có thể là mach hơ û(acyclic) với 2 nối đôi ở vị trí số 1,2 hay 5,6

 một hay hai đầu là mạch vòng (cyclic)

(II)

• Đối với Carotenes (hydrocarbon carotenoids): dựa vào tiếp đầu ngữ của mỗi

Bảng 2: Cách gọi tên các tiếp đầu ngữ

đầu ngữ

Công thức nhóm C9

Ví dụ:

CH3C

• Đối với các dãân xuất oxy của carotene: theo thứ tự ưu tiên giảm dần acid

carboxylic, ester của carotenoid acid, aldehyde, ketone,alcohol, ester của carotenoid alcohol các nhóm này sẽ là nhóm gốc và được xem là hậu tố, các nhóm còn lại sẽ là tiền tố

3-Hydroxy-β,ε-caroten-3'-one

3-Hydroxy-3'-oxo-β,ε -caroten-16-oic acid

1.4 Phân loại

Carotenoids có thể chia làm hai nhóm chính:

- Carotenes : gồm các hydrocarbon carotenoid

- Xanhthophylls: gồm các dẫn xuất có chứa oxi như keto, epoxy, methoxy, acid của carotenoid

1.4.1 Carotenes:

1.4.1.1 Carotenes mạch hở (acyclic carotenes):

• Licopene:

CH3C

- α-caroten: 0,42mg/quả

- β-caroten:1mg/quả

• β- Zeacaroten:

CH3C

H3

CH3 CH

3

CH3C

H3

β- carotene (β, β-carotene)

1.4.2 Hợp chất xanthophylls

1.4.2.1 Hợp chất hydroxy:

•Xanthopyll

CH3C

H3

CH3

CH3O

H

C

H3

CH3C

H3

OHO

C

H3

Xantophyll có công thức phân tử C40H56O2 và có được bằng cách gắn thêm hai nhóm hydroxyl vào phân tử alpha-caroten, do đó nó có tên:3, 3’- dihidroxy - alpha-caroten.

Xantophyll là chất màu vàng nhưng có màu sáng hơn carotene vì nó chứa nhiều nối đôi hơn

Xantophyll có trong lòng đỏ trứng gà, rau xanh, cà chua

H3

O

H

OH

Zeaxanthin( β,β - carotene -3,3 ’ -diol)

Zeaxanthin có nhiều trong bắp

H3

O

H

OH

Lutein(β,ε -carotene -3,3 ’ -diol)

Lutein có nhiều trong lòng đỏ trứng, rau bina, tỏi tây…Khi chế biến , để hấp thụ tốt loại carotenoid này ta nên nấu chín Bởi vì khi nấu thành tế bào sẽ vỡ ra và giải phóng lutein

1.4.2.2 Hợp chất keto:

H3

OH

C

H3

capsanthin( 3, 3’ –dihydroxy – β,κ –carotene-6’-one)

Capsanthin có công thức phân tử: C40H58O3, nó là một loại dẫn xuất của carotene.

Capsanthin có trong ớt đỏ: chiếm 7/8 tất cả các chất màu của ớt

Capsanthin có cường độ màu mạnh hơn caroten trung bình gấp 10 lần, và trong ớt đỏ, có các carotenoid nhiều hơn trong ớt xanh 35 lần thì gấp 34 lần

•Astarxanthin:

CH3C

OOH

O

H

3, 3’- dihidroxy - 4,4 - diceto - β-carotene.

Trong trứng của loài giáp xác có chất màu xanh ve gọi là ovoverdin có thể coi như là muối dạng endiol của astarxanthin và nhóm amin của protein

Trong mai và giáp của cua, tôm thì astarxanthin cũng tham gia vào thành phần của lipoprotein gọi là xyanyn Trong quá trình gia nhiệt do protein bị biến tính và astarxanthin bị tách ra dưới dạng chất màu đỏ

•Canthaxanthin:

CH3C

O

canthaxanthin(4,4 - diceto - β-carotene)

Canthaxanthin có nhiều trong nấm, động vật thân mềm ở biển

1.4.2.3 Hợp chatá epoxide:

•Violaxanthin:

CH3C

OHO

Violaxanthin(5,6:5’6’-diepoxy-5,6,5’6-tetrahydro-β,β-carotene-3,3’-diol)

Violaxathin có mặt trong nước ép cam và cũng có trong lá xanh

•Mutatoxanthin:

CH3C

OH O

H3

CH3

CH3C

H

OH

O

CH3O

Auroxanthin (5,8:5’8’-diepoxy-5,8,5’8’-tetrahydro-β,β-carotene-3,3’–diol)

CH3C

H3

OHO

H

CH3

CH3C

Chất này tạo nên màu vàng của cây nghệ tây Nó không tồn tại trong cây dưới dạng diester và tạo liên kết glycoside với discaccharide gentiobiose Vì vậy mà diester này, còn gọi là crocin có thể hoà tan trong nước

• Bixin:

Bixin là sản phẩm oxi hóa của các carotenoid có 40 nguyên tử C

Bixin là chất màu đỏ có trong quả cây nhiệt đới là Bixaorellana

Bixin được dùng để nhuộm màu dầu margarin và các sản phẩm thực phẩm khác

bixin(methyl hydrogen 6,6’diapocarotene-6,6’dioate)

1.5 Tính chaât

1.5.1 Tính chaât vaôt lyù:

 Dáng toăn tái:

Carotenoid keât tinh ôû dáng tinh theơ Tinh theơ carotenoid coù nhieău dáng vaø kích thöôùc raât khaùc nhau

Ví dú: hình kim daøi (lycopene, δ-caroten), hình khoâi laíng trú ña dieôn (αcaroten), dáng laù hình thoi (β-caroten), keât tinh vođ ñònh hình (γ-caroten)

- Tính haâp thú aùnh saùng:

Chuoêi polyene lieđn hôïp ñaịc tröng cho maøu thaây ñöôïc cụa carotenoid Döïa vaøo quang phoơ haâp thu cụa carotenoid, ngöôøi ta thaây raỉng khạ naíng haẫp thú aùnh saùngï phú thuoôc vaøo soâ löôïng noâi ñođi lieđn hôïp, phú thuoôc vaøo nhoùm C9 laø mach thaúng hay mách voøng, cuõng nhö vaøo nhoùm chöùc gaĩn tređn voøng

Ngoaøi ra trong moêi dung mođi hoaø tan khaùc nhau, khạ naíng haâp thú aùnh saùng toâi ña cuõng khaùc nhau ñoâi vôùi cuøng moôt loái carotenoid

Do khạ naíng haâp thu aùnh saùng mánh neđn chư caăn 1 g carotenoid cuõng coù theơ thaây baỉng maĩt thöôøng

Bạng 3: Khạ naíng haâp thú aùnh saùng cụa moôt soâ carotenoid

C arotenoid Soâ noâi ñođi

lieđn hôïp

Böôùc soùng (nm)/

dung mođi ether

A/ Ạnh höôûng cụa noâi dođi lieđn hôïp

 Nhieôt ñoô noùng chạy :

Nhieôt ñoô noùng chạy cuạ carotenoid khaù cao, khoạng 130 – 220oC

 Tính tan :

Carotenoid tan trong caùc dung mođi hoaøn toaøn khođng gioâng nhau Haău nhö taât cạ caùc carotenoid ñeău tan trong chaât beùo, tan toât trong caùc dung mođi chöùa chlor (chloroform, dicholoromethane) vaø caùc dung mođi khođng phađn cöïc khaùc ngoái tröø 3 loái:

+ Bixin tan trong nöôùc nhôø caùc nhoùm carboxyl.

+ Astaxanthin tan trong nöôùc nhôø nhoùm keto enol.

+ Crocin tan trong nước nhờ tạo liên kết glycoside với

disaccharide gentobiose

 Màu sắc:

Các carotenoid tự do tạo màu kem, vàng, cam, hồng, đỏ tùy theo loại carotenoid, thể mang màu, nguồn nguyên liệu trồng, thời tiết… Một số hợp chất không có màu nhưng vẫn được xếp vào loại carotenoid Dạng carotenoprotein tạo dãy màu từ xanh lá, tím, xanh dương, và đen khi đun nóng sẽ chuyển sang màu đỏ do protein bị biến tính

1.5.2 Tính chất hoá học:

 Tính chatá hoá học của carotenoids cũng do hệ thống nối đôi liên hợp tạo nên Hệ thống nối đôi liên hợp này làm cho carotenoid không bền, tức là:

+ Làm tăng sự nhạy cảm với quá trình oxy hoá bởi kim loại họăc peroxide, sự bổ sung H+ và acid Lewis

+ Tăng sự đồng phân hoá bởi ánh sáng, nhiệt độ và hoá chất Khi có sự đồng phân hoá chuyển từ trans sang cis carotenoids rất dễ bị mất màu

 Carotenoid rất bền khi ở dạng huyền phù hoặc dung dịch với dầu thực vật, đặc biệt khi có chất chống oxi hóa là α-tocoferol (vitamin E)



Như vậy các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu là: nhiệt độ, phản ứng oxi hóa trực tiếp hoặc gián tiếp, ion kim loại, ánh sáng, tác dụng của enzym (peroxidase, lipoxidase, lipoperoxidase), ảnh hưởng của nước…

1.6 Chức năng sinh học của carotenoid:

1.6.1 Một số carotenoid có vai trò tiền vitamin A:

Tiền vitamin A là những chất thuộc họ carotenoid mà có khả năng cắt giữa mạch C40 và chuyển hoá thành một hay hai phân tử vitamin A Trong cơ thể, người ta đã khám phá được có khoảng 70 loại carotenoid là tiền vitamin A, phổ biến là α –carotene, β- carotene, γ- carotene…Trong đó β- carotene là có hoạt tính cao hơn cả (do có khả năng tạo ra hai phân tử vitamin A) nên được quan tâm nhiều nhất

1.6.2 Carotenoid và tính miễn dịch:

Carotenoid có những đăc tính kích thích tính miễn dịch rất cao do đó nhiều năm qua các carotene đặc biệt là β – carotene đã được các nhà nghiên cứu sử dụng trong điều trịï AIDS

1.6.3 Carotenoid và tác dụng chống sự lão hoá:

 Các carotenoid còn được biết có hoạt tính chống oxy hoá cao Hoạt chất chống oxy hoá của carotenoid có thể phòng ngừa ung thư Trong cơ thể tồn tại peroxide và superoxide, chúng có thể phản ứng với nhau tạo thành gốc hydroxyl và oxy đơn bội rất độc hại Superoxide, peroxide, gốc hydroxyl , oxy đơn bội được gọi là các dạng oxy hoạt động, chúng đều độc hai và là nguyên nhân gây hiện tượng lão hoá của cơ thể, làm xuất hiện những bệnh như ung thư, tim mạch…Trong cơ thể , các chất này loại đi chủ yếu nhờ vitamin A, C ,E và β - carotene.Ngoài ra các carotenoid khác như lycopen, canthaxanthin … cũng có hoạt tính sinh học ngừa ung thư

+ Cơ chế cuả việc loại bỏ gốc tự do:

CH3C

H3

3

CH3C

H3

LOO.

CH3C

O

+ Dươí đây là cơ chế cuả việc carotenoid dập tắt oxy đơn bội: Việc dập tắt này chủ yếu là dập tắt có tính chất vật lý Đó là do oxy đơn bội(1O2) ở trạng thái kích thích chuyển năng lượng kích thích cho carotenoid (Car) , tạo nên oxy ở trạng thái cơ bản (O2)và Carotenoid tam bội (3Car) bị kích thích

1O2+ Car → 3O2 + 3Car*

Thông qua sự tương tác cuả dung môi và carotenoid bị kích thích, carotenoid bị kích thích sẽ chuyển về trạng thái cơ bản cuả nó và giải phóng ra nhiệt năng

Car*→3 Car +Q Theo một dẫn liệu, một phân tử β-carotene có thể dập tắt được

1000 phân tử oxy đơn bội.Gần đây y học hiện đại đã cũng sử dụng β–carotene làm thuốc kháng oxy, chống lão hoá, bảo vệ da, và điều trị một số ung thư

 Caroteneoid còn làm chậm tốc độ thoái hoá trong một vài tình huống đặc biệt như: tiếp xúc nhiều với ánh nắng mặt trời, đái tháo đường, nghiện thuốc lá…

1.7 Ứng dụng của carotenoid:

 Các carotenoid được dùng làm chất phụ gia cho nhiều thực phẩm như chất tạo màu cho các thực phẩm và nước uống Năm 1954, β-carotene tổng hợp được đưa vào thị trường đầu tiên bởi Roche Nó cũng được dùng làm màu cho kem, bơ, nước ép trái cây… với tính an toàn cao hơn rất nhiều so với các chất màu nhân tạo Đồng thời các carotenoid khác cũng được làm chất phụ gia cho thức ăn gia súc, tạo màu đỏ cho lòng đỏ trứng gà cũng như trứng các loại gia cầm khác, và tạo màu cho thịt của cá và động vật nuôi…

 Trước đây, một số hợp chất carotenoids như xanthophylls, astaxanthin, zeaxanthin… là sản phẩm công nghiệp được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và đã được bổ sung vào thức ăn vật nuôi Tuy nhiên, gần đây, các sản phẩm tổng hợp hóa học không được chấp nhận làm chất phụ gia cho thực phẩm và thức ăn vật nuôi do hậu quả không an toàn cho sức khỏe Do đó, khuynh hướng hiện nay là phát triển quá trình tạo các hợp chất carotenoid từ thiên nhiên

 Hợp chất carotenoid đã được các nhà nghiên cứu dùng để sản xuất các loại thực phẩm và dược phẩm phục vụ nhu cầu phòng bệnh và chữa bệnh.Ví dụ như sản xuất một số chế phẩm làm thuốc bổ điều trị suy dinh dưỡng cho trẻ

em và một số bệnh về mắt, phòng chống lão hóa; thuốc bồi dưỡng cho phụ nữ có thai và sau khi sinh; thuốc để phòng và điều trị một số bệnh ung thư

 Ngoài ra, các carotene cũng là nguồn nguyên liệu phong phú cho công nghiệp mỹ phẩm

2 TỔNG QUAN VỀ VITAMIN

+ Vitamin khác với hormone: hormone là một chất không thể thiếu trong cơ thể, cơ thể có thể tự tổng hợp từ một tuyến hoăïc một mô, còn vitamin là chất lấy từ ngoài vào cơ thể động vật, trừ trường hợp viatmin trong thực vật

2.2 Vai trò:

Vitamin có tính chất xúc tác nên lượng vitamin chỉ cần rất ít mà các chuyển hoá trong cơ thể có thể đạt tới tốc độ phản ứng nhanh và năng suất hiệu quả sử dụng cao Nhiều dẫn liệu thực nghiệâm đã chứng minh đa số các vitamin có tác dụng như coenzym Dưới dạng coenzym, chúng tham gia vào các quá trình dị hoá và đồng hoá ở mức tế bào và mô, cũng như ở mức phân tử bên trong tế bào, ở các ty thể…

2.3 Danh pháp vitamin:

Có 3 kiểu gọi tên viatmin khác nhau

 Kiểu 1: Dựa theo tác dụng sinh lý của vitamin Ngươì ta thêm chữ anti vào một bệnh đặc trưng của hiện tượng thiếu vitamin.Ví dụ: vitamin C còn gọi là anti ascorbut vì chống được bệnh hoại huyết

 Kiểu 2: Dùng chữ cái để đăït tên

 Kiểu 3: dựa theo cấu trúc hoá học, hiện nay có xu hướng gọi bằng tên hoá học nhiều hơn

2.4 Phân loại vitamin:

Dựa theo tính hoà tan người ta chia vitamin hành hai nhóm

 Vitamin hoà tan trong nước: vitamin loại này thường là thành phần các

coenzym của các enzym xúc tác cho các quá trình khác nhau của cơ thể và tham gia chủ yếu và các quá trình liên quan với sự giải phóng năng lượng

Ví dụ: vitamin B1,B2,B3,C,H,P…

 Vitamin hoà tan trong chất béo: tham gia quá trình tạo hình, nghĩa là tạo

nên các chất cấu thành các cơ quan và mô khác nhau Ví dụ: vitamin A, E,

D, K…

3 VITAMIN A

3.1 Lược sử:

 Từ 1909, Step tiến hành thí nghiệm cho chuột ăn thực phẩm đã bị rút hết chất béo bằng hỗn hợp ete – rượu.Chuột nuôi theo cách này bị sụt cân nhanh chóng và chết Nếu thêm vào thực phẩm yếu tố đã bị rút ra ở trên thì động vật lại hồi phục sức khoẻ nhanh chóng Step đã nhận xét rằng trong thực phẩm có các yếu tố hoà tan trong mỡ cần thiết cho hoạt động sống của

cơ thể gọi là yếu tố A, sau này gọi là vitamin nhóm A

 Năm 1913 Maccollins và Davis chiết xuất được vitamin A từ bơ và lòng đỏ trứng gà

 1928-1931 Karrer dùng phương pháp sắc ký để phân chia và phát hiện ra cấu trúc của vitamin A và carotene

 Quá trình tổng hợp vitamin A được thực hiện năm 1947 bởi Ister

3.2 Tên gọi: trước đây gọi là Axeroptol, về sau có tên hoá học là Retinol