Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng oxy hóa của hợp chất tan trong đài hoa bụp giấm

MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực sức khỏe hiện nay, người ta nói đến nhiều tác hại của chất oxy hoá, phản ứng ôxy hoá và nhấn mạnh sự cần thiết sử dụng chất chống oxy hoá để bảo vệ và duy trì sức khỏe. Trong cơ thể con người gốc tự do (chất oxy hóa) luôn luôn được sinh ra và cũng có vai trò tích cực đối với cơ thể (có thể nói ta không thể sống được nếu trong cơ thể hoàn toàn thiếu vắng gốc tự do). Oxy mà ta hít thở hàng ngày là chất cần thiết nhưng chính nó cũng trở thành gốc tự do (khi đó gọi là oxy đơn bội). Hiện tượng thực bào hoặc hiện tượng hô hấp trong tế bào hoặc cơ chế giải độc ở gan đều là các hoạt động làm sinh ra gốc tự do. Người ta đã chứng minh, khi có sự tăng quá nhiều gốc tự do sẽ gây ra tình trạng viêm nhiễm ở các cơ quan, các bệnh lý như tim mạch, bệnh thần kinh, đục thuỷ tinh thể... Để chống lại sự bội tăng các gốc tự do sinh ra quá nhiều mà hệ thống “chất ôxy hoá nội sinh” không đủ sức cân bằng để vô hiệu hoá, các nhà khoa học đặt vấn đề dùng các “chất chống ôxy hóa ngoại sinh” (tức là từ bên ngoài đưa vào cơ thể) với mục đích phòng bệnh, nâng cao sức khỏe, chống lão hóa. Các chất chống ôxy hóa ngoại sinh như beta-caroten, chất khoáng selen, các hợp chất flavonoid, polyphenol... Các chất ôxy hóa ngoại sinh có từ các nguồn thiên nhiên là thực phẩm như rau cải, trái cây tươi và một số loại dược thảo. Hoa bụp giấm đang là đối tượng được thế giới và nước ta quan tâm vì chúng có những tác dụng rất lớn trong thực phẩm cũng như trong y học. Nước chiết từ đài hoa bụp giấm có chứa rất nhiều hợp chất tan có nhiều tác dụng khác nhau như: pectin polysacharit làm chậm sự phát triển của khối u sarcoma 180 cấy ghép trên chuột, HIB-3 có trong polysaccharid có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư…Trong đó có hợp chất anthocyanin hiện đang là chất màu được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược phẩm... Vì chúng có khả năng kháng oxy hóa, chống viêm, làm bền thành mạch, chống ung thư… Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài: “ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng oxy hóa của hợp chất tan trong đài hoa bụp giấm”. Vì không được làm thực nghiệm nên không tránh khỏi những sai sót mong thầy, cô đóng góp thêm ý kiến để em nâng cao thêm kiến thức.

là từ bên ngoài đưa vào cơ thể) với mục đích phòng bệnh, nâng cao sức khỏe, chốnglão hóa Các chất chống ôxy hóa ngoại sinh như beta-caroten, chất khoáng selen, cáchợp chất flavonoid, polyphenol Các chất ôxy hóa ngoại sinh có từ các nguồn thiênnhiên là thực phẩm như rau cải, trái cây tươi và một số loại dược thảo.Hoa bụp giấm đang là đối tượng được thế giới và nước ta quan tâm vì chúng có nhữngtác dụng rất lớn trong thực phẩm cũng như trong y học Nước chiết từ đài hoa bụpgiấm có chứa rất nhiều hợp chất tan có nhiều tác dụng khác nhau như: pectinpolysacharit làm chậm sự phát triển của khối u sarcoma 180 cấy ghép trên chuột, HIB-

3 có trong polysaccharid có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư…Trong

đó có hợp chất anthocyanin hiện đang là chất màu được sử dụng rộng rãi trong thựcphẩm, dược phẩm Vì chúng có khả năng kháng oxy hóa, chống viêm, làm bền thành

mạch, chống ung thư… Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài: “ Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng oxy hóa của hợp chất tan trong đài hoa bụp giấm”.

Vì không được làm thực nghiệm nên không tránh khỏi những sai sót mong thầy, côđóng góp thêm ý kiến để em nâng cao thêm kiến thức

PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Sơ lược về chất chống oxy hóa

Cơ thể người và động vật có hai hệ thống bảo vệ, đó là hệ thống miễn dịch và hệthống các chất chống oxy hóa sinh học

Các chất chống oxy hóa sinh học có vai trò tiêu diệt các chất hóa học độc hạitrong cơ thể có tên là gốc tự do Những gốc tự do này là thủ phạm của nhiều bệnh Tuynhiên cơ thể lại có vũ khí để vô hoạt các gốc tự do, đó là các chất chống oxy hóa 1.1.1 Gốc tự do (free radical) và cơ chế hoạt động của chúng

Gốc tự do là những nguyên tử hay nhóm nguyên tử mà lớp ngoài cùng của nóchứa những điện tử lẻ cặp Vì gốc tự do chứa những điện tử lẻ cặp cho nên chúng luôntìm cách cướp lấy điện tử của nguyên tử hay phân tử khác Nguyên tử hay phân tửkhác mất điện tử lại trở thành gốc tự do và chúng lại đi cướp điện tử của nguyên tử hayphân tử khác nữa Cứ như vậy theo dây chuyền, một số lớn gốc tự do được hình thành

và có mặt khắp nơi trong cơ thể Khi một tế bào bị mất đi một điện tử, chuyển hóa của

tế bào bị rối loạn, tế bào lành trở thành tế bào bệnh [11]

1.1.3 Tác hại của gốc tự do

Theo tiến sĩ Bruce Ames của Đại học Berkley, California thì mỗi tế bào đơn lẻcủa cơ thể mỗi ngày phải chịu khoảng 10.000 cú tấn công Rất nhiều cuộc tấn côngtrong số này nhắm vào các DNA, việc này đưa đến một trong những hậu quả là làmgia tăng tốc độ biến đổi của gen, từ đó dẫn đến sự biến đổi tế bào và gây nguy cơ ungthư

Bệnh đục thủy tinh thể còn gọi là cườm mắt (cataracts) là do protein thủy tinh thể

Hệ miễn dịch cũng rất nhạy cảm với gốc tự do Tế bào miễn dịch hoạt động chủyếu dựa vào sự thông tin giữa các tế bào, đặc biệt theo con đường các receptor gắn với

màng tế bào Màng tế bào lại rất giàu PUFA, nếu màng tế bào bị peroxide hóa thìmàng bị tổn hại, các tín hiệu tế bào không chuyền cho nhau được, chức năng tế bào bịhỏng (giảm hoặc mất khả năng biểu thị receptor màng tế bào)

Tóm lại, gốc tự do có thể gây những tổn hại sau: ung thư, bệnh tim mạch, độtqụy, đục thủy tinh thể, suy giảm miễn dịch, lão hóa [11]

1.1.2 Sự hình thành của gốc tự do

Gốc tự do hình thành từ hai nguồn, đó là nguồn nội sinh và nguồn ngoại sinh

 Ở nguồn nội sinh, gốc tự do hình thành:

- Từ chuỗi chuyền điện tử trong ty thể (các phản ứng phosphoryl oxy hóa củamitochondria): superoxide anion (O2●), hydrogen peroxide (H2O2), gốc hydroxyl(●OH)

- Từ hoạt động hô hấp của leucocyte, gốc tự do hình thành để giết vi khuẩn

- Từ quá trình tự chết của tế bào (apoptosis): bằng in vitro, người ta thấy chất oxyhóa nội sinh AXO có thể ngăn trở apoptosis

 Ở nguồn ngoại sinh, gốc tự do hình thành từ khí ozone, bức xạ tử ngoại, khóithuốc lá, dùng thuốc phiện,các thực phẩm nhân tạo, môi trường ô nhiễm, mất cân bằng

dinh dưỡng hoặc thậm chí cả những chấn thương tâm lý (stress), tuổi già [11]

1.1.4 Chất chống oxi hóa (antioxidant)Chất chống oxy hóa là một phân tử có khả năng làm chậm hay ngăn ngừa sự oxyhóa những phân tử khác Oxy hóa là phản ứng giữa một phân tử với oxy, hoặc bất cứkhi nào một phân tử mất một điện tử trong phản ứng hóa học Những phản ứng oxyhóa có thể sản sinh các gốc tự do và khởi động những phản ứng liên hoàn gây tổn hại

tế bào Các chất chống oxy hóa ngăn chặn các phản ứng liên hoàn này bằng cách táchcác gốc tự do và ức chế những phản ứng oxy hóa khác

1.2 Phân loại chất chống oxy hóa

Chất chống oxy hóa được phân thành các nhóm: nhóm hòa tan trong nước như:Glutathione, Vitamin C (ascobic acid), anthocyanin; nhóm tan trong nước và dầu như:

a Lipoic Acid (ALA)…; nhóm hòa tan trong lipid như: Vitamin E (tocopherol),Coenzyme Q10 (Ubiquinone) Ngoài ra còn có các chất khác như:Dehydroepiandrosterone (DHEA), Melatonin… Nói chung nhóm hòa tan trong nướcphản ứng với các chất oxy hóa trong tế bào chất, huyết tương, trong khi đó nhóm hòa

tan trong lipid thì bảo vệ màng tế bào không bị peroxide hóa Các chất chống oxy hóa

có thể được tổng hợp trong cơ thể hay nhận từ thực phẩm [12]

1.3 Giới thiệu tổng quát về cây hoa bụp

giấm

Tên khoa hoc: Hibiscus sabdariffa L.

Tên khác: Cây giấm, hồng đài, đay Nhật

Họ: Bông (Malvaceae)

1.3.1 Đặc điểm hình thái

Bụp giấm là một cây thẳng, nhiều nhánh, mọc

thành bụi, cao 1-2m có thể cao đến 3,5m Thân màu lục hoặc đỏ tía, phân cành ở gốc Cành nhẵn hoặc hơi có lông Lá mọc so le nhau, dài khoảng 7,5 – 12,5cm,

màu xanh với những gân lá màu hơi đỏ, không có lông, cuống lá dài, lá ở dưới

gốc nguyên, lá phía trên xẻ thùy khoảng 3 -7 thùy giống hình chân vịt, quanh

mép lá có răng cưa Hoa mọc riêng lẻ ở nách lá, gồm 5 lá đài lớn các lá đài dày,

nhọn đầu, mọng nước màu đỏ tía và đài phụ (tiểu đài) gồm 8 – 12 lá bắc mỏng

xung quanh cuống hoa, có lông nhỏ, nở xoè ra và gập xuống bao bọc hoàn toàn

quả Hoa có thể lớn đến 12,5cm, màu vàng nhạt hay màu hạt dẻ chính giữa có

màu nâu đỏ, chuyển thành màu hồng khi héo vào cuối ngày Quả nang có hình

trứng, nhọn đầu, có lông mịn, có nhiều hạt màu đen [13][14]

Hình 1.2 Cây hoa bụp giấm [14]

Hình 1.1: Cây hoa bụp giấm [17]

1.3.2 Đặc điểm sinh thái

Bụp giấm thích nghi chủ yếu ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, nhiệt độ trungbình khoảng 23 – 240C, ưa nắng, rất chịu hạn, chịu đất khô cằn và bạc màu,không chịu úng, thời gian sinh trưởng ngắn (6 tháng) [14]

1.3.3 Phân bố

Bụp giấm có nguồn gốc từ Tây Phi, sau lan sang Ấn Độ (40 loài), Malaysia,Philippin và Indonesia, Thái Lan Bụp giấm được nhập vào Việt Nam cách đâykhoảng 10 năm, đến nay có khoảng 23 loài, trồng chủ yếu ở các tỉnh miền Trung

và được trồng thử nghiệm để phủ đất trống đồi trọc cho kết quả tốt ở Ba Vì (HàTây), Lương Sơn (Hoà Bình), Tam Đảo (Vĩnh Phúc), Bắc Giang, Thái Nguyên Một số tỉnh sau này như Bà Rịa, Vũng Tàu, Đồng Nai đã lấy giống từ Đức,trồng đại trà để xuất khẩu [13][14]

1.3.4 Thành phần hóa học của hoa bụp giấm: Bụp giấm chứa: [14]

- Anthocyan 1,5%: bao gồm chủ yếu là delphinidin-3-sambubiosid vàcyanidin-3-sambubiosid Ngoài ra, còn có cyanidin -3-glucosid, delphinidin-3-glucosid, delphinidin và một ít sắc tố khác

- Acid hữu cơ: acid hibiscic 23%

- Quả chứa chủ yếu là acid citric 12 - 17%, acid malic, acid tartric

- Lá và đài hoa chứa nhiều acid tan trong nước và protein như: acid citric, acid malic, acid tartric, acid hibiscus Chúng cũng chứa gossypetin và clorid hibiscin là những chất có tính kháng sinh

- Hoa chứa hibiscitrin, hibiscetin, gossypitrin và sabdaritrin là loại flavonol glucosid có màu vàng

- Quả khô chứa canxi oxalat, gossypetin, anthocyanin và vitamin C

- Hột chứa 7,6% nước, 22,3% dầu, 24% protein, 13,5% chất xơ, 7% chất khoáng.1.3.5 Một số công dụng của hoa bụp giấm

Bụp giấm có rất nhiều công dụng cả trong y học, thực phẩm và một số lĩnhvực khác Dưới đây là một số công dụng của hoa bụp giấm [14][15]:

- Đài quả (các sản phẩm chính của cây) có thể được chế biến thành nhiềuloại thực phẩm như: trà nhúng, rượu vang, xirô, ômai, mứt…

- Dầu ép từ hạt bụp giấm có tác dụng kháng sinh trên một số chủng vi

khuẩn như Escherichia coli, Salmonella typhi, Bacillus subtilis, Coryne bacterium pyogenes, Staphylococcus aureus và có tác dụng kháng nấm trên một vài loài nấm: aspergillus, trychophyton, cryptococcus

- Hợp chất anthocyanin và quercelin trong dịch chiết đài hoa có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm Đặc biệt khi chúng tác dụng lên chức năng gan, mật thì

có thể điều hoà hàm lượng cholesterol trong máu, chuyển hoá chất béo giúp hạn chế nguy cơ xơ vữa động mạch tai biến mạch máu

- Một chiết đoạn polysaccharit nụ hoa bụp giấm tan trong nước có tính chất như pectin polysacharit làm chậm sự phát triển của khối u sarcoma 180 cấy ghép trên chuột

- Nghiên cứu dược lý cho thấy đài hoa bụp giấm có tác dụng chống co thắt

cơ trơn, làm thư giãn cơ trơn tử cung, làm hạ huyết áp và có tính kháng sinh, trị

ho, viêm họng Kinh nghiệm dân gian là nhai ngậm đài hoa bụp giấm để trị viêm họng, ho

- Cả cây có rất nhiều polysaccharid trong chất nhầy Năm 1992, Muller vàFrranz tách polysaccharid tan trong nước ra ba loại HIB, HIB-3 có khả năng ứcchế ung bướu

- Nước ép từ lá đài tươi của Bụp giấm có tác dụng bổ dưỡng và phòng ngừabệnh ung thư (Đã có sản phẩm nước uống giải khát với nhãn hiệu đăng ký là Hib-C của Malaysia)

- Trên thế giới và cả ở Việt Nam đã chiết màu đỏ từ lá, đài bụp giấm để làm màu thực phẩm thay thế cho các loại hoá chất khác

Ngoài ra các bộ phận khác của cây cũng được sử dụng triệt để trong đời sống hàng ngày:

+ Lá, hoa , đài quả sử dụng để ăn sống, nấu canh chua, kho cá, giảm sốt, hạ nhiệt

+ Hạt dùng ép dầu ăn và chăn nuôi gia súc (thành phần dầu tương đương dầu chiết xuất từ hạt hướng dương) sản phẩm phụ sau khi ép dầu dùng làm phân bón cho cây trồng (năng suất hạt đạt 700-800kg/ha).

+ Vỏ cây dai tương đương như đay, có thể dùng dệt bao tải, bện dây thừng + Thân cây làm bột giấy chất đốt (thu đượng 500-600kg/ha)

1.4 Giới thiệu tổng quát về một số hợp chất tan có khả năng kháng oxy hóa trong dịch chiết từ đài hoa bụp giấm

Trong dịch chiết từ đài hoa bụp giấm có chứa rất nhiều hợp chất tan đó là cácanthocyanin, antraquinon, cumarin, acid uronic, saponin và các chất anthycyanosid,đường khử, acid hữu cơ, steroid, tinh dầu, ancaloid, các vitamin Như vậy trong đàihoa bụt giấm có rất nhiều chất có giá trị trong lĩnh vực thực phẩm cũng như y học.Dưới đây là một số hợp chất có khả năng kháng oxy hóa:

1.4.1 Vitamin C (acid ascorbic)

Axit ascorbic (còn được gọi là vitamin C) được tìm thấy nhiều nhất trong trái cây

và là chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự sống của sinh vật Ở lĩnh vực hóa sinh, nó làchất chống oxi hóa, tham gia vào các quá trình tổng hợp enzim, tăng sức đề kháng,phục hồi sức khỏe, đặc biệt ngăn ngừa bệnh scurvy ở người Axit ascorbic còn đượcdùng làm chất bảo quản thực phẩm và làm hương vị cho một số loại nước uống

1.4.1.1 Cấu tạo vitamin C

Công thức phân tử: C6H8O6

Công thức cấu tạo:

Tên theo IUPAC: 2-oxo-L-threo-hexono-1,4- lactone-2,3-enediol

Tên thông thường: axit ascorbic, vitamin C

Hình 1.3: Công thức dạng khử và dạng oxy hóa của vitamin C [20]

1.4.1.2 Tính chất [20]

- Khối lượng phân tử: 176,13 g/mol, có dạng bột màu trắng đến vàng nhạt (khan),nóng chảy ở 190–192 °C

- Khả năng hòa tan trong nước cao

- Dù trong công thức không có nhóm –COOH nhưng vitamin C vẫn có tính axit

Nó có tính chất hóa học tương tự các axit thông thường, có khả năng bị oxi hóa

và bị phân hủy thành CO2 và nước

1.4.1.3 Lịch sử nghiên cứu về vitamin C

- Vào thế kỷ 16, trong cuộc phát kiến địa lý của các nước châu Âu, những nhà thám hiểm luôn thấy thủy thủ của họ phải chết vì căn bệnh kỳ lạ với triệu chứng mệt mỏi, đau khớp, chảy máu nướu,… Đó là bệnh Scurvy (hay Scorbut)

- Mãi đến năm 1774, James Lind, bác sĩ hàng hải quý tộc Anh, đã phát hiện ăn trái cây sẽ phòng tránh được bệnh scurvy Ông cho rằng những người thủy thủ đi biển chỉ tiếp xúc những món ăn khô, mặn, ít ăn trái cây đã dẫn đến căn bệnh trên Kinh nghiệm của Lind đã cứu sống rất nhiều thủy thủ trong những chuyến hành trình bằng đường biển sau này

- Người đã nghiên cứu kỹ về vitamin C là Albert Szent-Gyorgyi (1893-1986) gốcHungary và ông được trao giải Nobel y học năm 1937 về công lao trên Cũng vào năm này, giải Nobel hóa học được trao cho Walter Norman Haworth, người Anh đã tổng hợp thành công vitamin C Tuy nhiên, quy trình tổng hợp vitamin C lại có tên là Tadeus Reichstein, người cũng tổng hợp thành công vitamin C cùng lúc với Haworth (2 người tìm ra cách tổng hợp hoàn toàn độc lập)

Hiện nay, vitamin C không còn lạ với mọi người Từ trái cây cho đến nước uống,

từ viên thuốc cho đến kẹo ngậm, đều có sự hiện diện của nó [20]

1.4.1.4 Vai trò của vitamin C đối với sức khỏe con người [21]

• Chống oxy hóa kìm hãm sự lão hoá của tế bào: nhờ phản ứng chống oxy hoá màvitamin C ngăn chặn ảnh hưởng xấu của các gốc tự do, hơn nữa nó có phản ứng tái sinh mà vitamin E - cũng là một chất chống oxy hoá - không có

• Kích thích sự bảo vệ các mô: chức năng đặc trưng riêng của viamin C là vai trò quan trọng trong quá trình hình thành collagen, một protein quan trọng đối với sự tạo thành và bảo vệ các mô như da, sụn, mạch máu, xương và răng

• Kích thích nhanh sự liền sẹo: do vai trò trong việc bảo vệ các mô mà vitamin C

cũng đóng vai trò trong quá trình liền sẹo.

• Ngăn ngừa ung thư: kết hợp với vitamin E tạo thành nhân tố quan trọng làm chậm quá trình phát bệnh của một số bênh ung thư (vòm miệng, dạ dày…)

• Tăng cường khả năng chống nhiễm khuẩn: kích thích tổng hợp nên interferon - chất ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn và virut trong tế bào

• Dọn sạch cơ thể: vitamin C làm giảm các chất thải có hại đối với cơ thể như thuốc trừ sâu, kim loại nặng, CO, SO2, và cả những chất độc do cơ thể tạo ra

• Chống lại chứng thiếu máu: vitamin C kích thích sự hấp thụ sắt bởi ruột non Sắt chính là nhân tố tạo màu cho máu và làm tăng nhanh sự tạo thành hồng cầu, cho phép làm giảm nguy cơ thiếu máu [21]

Bằng cơ chế ức chế yếu tố hoại tử bướu, vitamine C đã giới hạn sự sản xuất racác cytokine tiền viêm như interleukin -1(IL-1), IL6 và IL8 và có được đặc tính khángviêm [22]

1.4.2 Vitamin E

1.4.2.1 Cấu tạo vitamin E

Vitamine E thuộc loại vitamin tan trong dầu Là chất gồm một nhân chromanol

và một dây phytyl no chứa 16 carbon Số lượng carbon và vị trí nhóm methyl (CH3)

trên nhân chromatol cho ta những dạng tocopherol khác nhau [23]

Hình 1.4: Cấu tạo vitamin E [23]

Hình 1.5: Các dạng tồn tại của vitamin E trong tự nhiên [20]

Vitamin E tự nhiên tồn tại dưới 8 dạng khác nhau, trong đó có 4 tocopherol và 4tocotrienol Tất cả đều có vòng chromanol, với nhóm hydroxyl có thể cung cấp nguyên

tử hiđrô để khử các gốc tự do và nhóm R (phần còn lại của phân tử) sợ nước để chophép thâm nhập vào các màng sinh học Các tocopherol và tocotrienol đều có dạngalpha, beta, gamma và delta, được xác định theo số lượng và vị trí của các nhóm metyltrên vòng chromanol Mỗi dạng có hoạt động sinh học khác nhau [24]

Có 2 loại vitamin E: có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp

- Vitamin E có nguồn gốc thiên nhiên: Ðược chiết xuất từ dầu thực vật như đậutương, bắp, mầm lúa mạch, các loại hạt có dầu như hạt hướng dương Vitamin E thiênnhiên là một đồng phân duy nhất của d-alpha tocopherol

- Mặc dù có tác dụng tốt nhất trong các loại tocopherol, nhưng do chiết xuất từcác thực phẩm thiên nhiên nên không kinh tế, vì vậy người ta đã sản xuất ra loạivitamin E tổng hợp có công thức là dl - alpha tocopherol, gồm 8 đồng phân nhưng chỉ

có 1 đồng phân giống vitamin E thiên nhiên là d - alpha tocopherol (chỉ chiếm 12,5%),

vì vậy tác dụng của vitamin E tổng hợp thấp hơn so với loại có nguồn gốc thiên nhiên

Vì vậy muốn đạt được hiệu quả mong muốn thì khi sử dụng vitamin E tổng hợp, phảiuống tăng liều lên gấp 1,4 lần so với loại thiên nhiên [24]

1.4.2.2 Tính chất sinh học của vitamin E

a Tác dụng chống oxy hóa

Chức năng của vitamin E là bảo vệ cơ thể chống những tác dụng độc hại củanhững gốc tự do Nhờ dây lipide dài (16 carbon), vitamine E gắn nơi màng lipide, vàchính nhờ chức vụ gắn gốc phenol mà nó có là chất có tính chống oxy hóa

Màng tế bào được cấu tạo bởi acid béo có nhiều nối đôi nên rất dễ bị oxy hóa Sựoxy hóa của acid béo ở màng tế bào cho ra hàng loạt phản ứng mà kết quả cho ra gốclipoperoxyd (ROO•) rất linh hoạt sẽ làm rối loạn chức năng sinh học của màng

Vitamin E có khả năng ngăn chặn phản ứng của các gốc tự do bằng cách nhường

1 hydro (H) của gốc phenol cho gốc lipoperoxyl (ROO•) để biến gốc tự do này thànhhydroperoxyd không gây phản ứng (ROOH) Phản ứng như sau:

ROO• + Tocopherol-OH —› ROOH + Tocopherol-O•

Trong quá trình phản ứng, tocopherol (Tocophrol-OH) bị chuyển hóa thành gốc tocopheryl (Tocopherol-O•), bền nên chấm dứt những phản ứng gốc

Gốc tocopheryl bị khử oxy để trở lại tocopherol bởi chất khử oxy hòa tan trongnước, hiện hiện trong cytosol của những tế bào.

Ngoài chức năng ngăn chặn sự tạo thành những gốc tự do nơi tế bào, vitamin Ecòn bảo vệ những chất tạo nên tế bào như protein và acid nucleic

Vitamin E làm giảm sự peroxy hóa của lipid trong bã nhờn của tóc, làm lớp dađầu bớt hiện tượng kích thích, nghĩa là làm giảm sự khô xơ của tóc [25]

Những tổn hại do UV gây ra cho genome của da được dịch ra bằng những sự sailệch trong khi phân chia ADN Nếu chúng không được sửa chữa thì những sự bất bìnhthường ADN sẽ mang đến những rối loạn trong những hoạt động của tế bào, đem theo

sự thoái hóa tế bào Ảnh hưởng trực tiếp của sự tấn công của tia UV trên ADN là nólàm mất sự sát nhập của Thymidine Đã có những nghiên cứu chứng minh rằngvitamin E làm cho thymidine sát nhập trở lại AND [25]

e Tác dụng chống lão hóa

Tia UVB làm gia tăng sắc tố làm da sạm đen, tia UVA làm da bị lão hóa, bị nhănnheo Sự tác động của tia tử ngoại trong ánh nắng mặt trời hay stress trong công việc,hay ô nhiễm môi trường… chung quy là tạo ra “gốc tự do” mà các nhà khoa học gọi

đó là “thủ phạm của quá trình lão hóa” Chất này sinh ra nhiều tới mức mà “hệ thống

bảo vệ tự nhiên” của cơ thể không có khả năng chống đỡ Và hệ quả là các gốc tự donày phá hủy cấu trúc collagen, elastin- là thành phần chính trong cấu trúc da làm chocấu trúc này trở nên lỏng lẻo, giảm đi sự đàn hồi vốn có của làn da khi còn trẻ, làn da

Vitamin E sẽ bảo vệ cấu trúc màng tế bào, bảo vệ cấu trúc collagen, elastin của da khỏi

sự phá hủy của gốc tự do, nhờ đó quá trình lão hóa da bị chậm lại, sự xuất hiện các nếpnhăn da vì thế cũng bị có chiều hướng giảm [26]

f Tác dụng chữa bệnh

 Tác nhân bảo vệ não: giảm bệnh Alzheimer

Não chứa một số lượng lớn các acid béo không bão hòa Khi các acid béo trongmột tế bào não bị phá hủy, sẽ có một chuỗi phản ứng dây chuyền khiến cho hàng loạtacid béo trong tế bào não bị phá hủy theo Vitamin E là chất hòa tan trong mỡ nên nóđến những nơi có mỡ và như một chất che chở cho các tế bào khỏi bị phá hủy

Ta đã biết vitamin giữ ẩm cho màng tế bào mềm dẻo nên sẽ giúp ích cho những

tế bào não thu nhận chất dinh dưỡng dễ dàng cũng như thải các chất cặn bã Nếumàng tế bào cứng, sự thẩm thấu sẽ khó khăn, các chất thải sẽ tích tụ bên trong tế bàonão khiến tế bào hoạt động kém đi và cuối cùng sẽ bị thoái hóa, dẫn đến bệnhAlzheimer Do đó dùng vitamin E sẽ làm giảm những bệnh thoái hóa do các gốc tự dogây ra [25]

 Tác nhân bảo vệ mắt : giảm bệnh cườm mắt

Vì vitamin E đi qua đường giác mạc, nơi mắt, nên có nó sẽ giúp giảm nguy cơ bịcườm mắt vì gốc tự do sinh ra do môi trường ô nhiễm và tia cực tím phá hỏng proteincủa tinh thể mắt nên gây ra cườm

g Các tác dụng khác của vitamin E

Vitamin E là một trong những chất nằm trong nhóm vitamin và cũng tuân theochức năng của nhóm vitamin là tham gia vào các phản ứng của cơ thể với vai trò xúctác, giúp cơ thể chuyển hóa (trong những trường hợp cụ thể, nếu thiếu có thể gây ranhững bất thường cho cơ thể) Như vậy, tuy vitamin E không phải là một chất tham giatrực tiếp vào quá trình chuyển hóa của cơ thể nhưng lại có tính chất góp phần rất quantrọng trong quá trình này, giúp cho cơ thể khỏe mạnh, chống lại sự sản xuất dư thừagốc tự do, chống lại quá trình chết tế bào, kìm hãm quá trình lão hóa, giúp da tóc mịn

màng , ngoài ra còn có nhiều tác dụng khác giúp nâng cao chất lượng sống của conngười.

Vitamin E cũng làm giảm nhẹ các triệu chứng chuột rút, đau các bắp cơ hoặc đaubụng khi hành kinh ở các em gái tuổi vị thành niên

Qua nghiên cứu thực nghiệm, các nhà khoa học nhận thấy vitamin E có thể ức chế quá trình oxy hóa DNA nên đã ức chế hoạt động của chuỗi tế bào ung thư vú, làm giảm được 95% sự gia tăng tế bào ung thư vú ở người sử dụng alpha tocopherol, nghĩa là vitamin E có thể gây độc có tính chọn lọc đến các tế bào ung thư vú [25]

Các nghiên cứu khác cho thấy những phụ nữ được bổ sung vitamin E thì tỷ lệ bị ung thư buồng trứng thấp hơn 67% so với nhóm không được sử dụng Ngoài ra, vitamin E còn góp phần cải thiện tình dục, giúp noãn (trứng) và tinh trùng phát triển tốt hơn, nâng cao kết quả điều trị vô sinh [25]

1.4.3 β- carotene

carotene là tiền chất của vitamin A Khi bị thừa vitamin A sẽ bị đào thải, còn carotene được dự trữ trong gan đến lúc cần thiết β-carotene tham gia và ảnh hưởngđến một số quá trình sinh lý trong cơ thể như tăng cường hệ miễn dịch, ngăn ngừa một

β-số ung thư ở đường tiêu hoá… Tinh thể β-caroten có màu vàng đỏ và dung dịch cómàu vàng cam Tất cả tiền vitamin đều không tan trong trong nước nhưng tan trongdầu và dung môi hữu cơ β-carotene có nhiều trong gấc, cà rốt, dưa đỏ, củ cải đỏ, dâutây, bí ngô…

1.4.3.1 Cấu tạo β- carotene

1.4.3.2 Tính chất sinh học của β-carotene

a Tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa da

Tia UV trong ánh nắng mặt trời tạo ra rất nhiều gốc tự do gây tổn hại các tế bào

da Các vitamin và các dưỡng chất có khả năng chống oxy hóa thường tập trung rất

Hình 1.6: Công thức cấu tạo β-caroten [27]

nhiều ở da như beta-carotene, vitamin E và C Chúng tập trung nhanh chóng đếnnhững nơi có nhiều gốc tự do trên da để trung hòa các gốc tự do đó [28]

b Tác dụng cải thiện chức năng hệ miễn dịch

β-carotene tác động lên tế bào bạch cầu đơn nhân (monocyte) – một loại tế bàomiễn dịch giúp tìm kiếm và phá hủy các tế bào ung thư và các vi khuẩn gây bệnh Trên

bề mặt các monocyte có một loại protein đặc biệt là MHC II giúp cho các monocyte cóthể nhận diện và phân biệt các tế bào ung thư với các tế bào bình thường MCH IIđược xem như một loại rada chống ung thư Khi MCH II phát hiện ra một tế bào ungthư, monocyte lập tức gửi tín hiệu đến các tế bào miễn dịch khác, chúng sẽ di chuyểnđến và phá hủy tế bào bất thường Tuy nhiên, nếu monocyte không có đủ các MHC IItrên bề mặt, các tế bào ung thư sẽ nghiễm nhiên di chuyển mà không bị nhận diện, vàrồi chúng tiếp tục sao chép, sinh sản nhân đôi ngày một nhiều hơn

Ngoài ra, β-carotene trong các chế phẩm thuốc có khả năng làm tăng hoạt độngcủa các tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK) Đó là những tế bào miễn dịch rất mạnh, chúngtấn công tiêu diệt không chỉ các tế bào ung thư mà còn các tế bào bị nhiễm virus [28]

c Tác dụng đối với ung thư

β-carotene còn giúp giảm thấp nguy cơ nhiều loại ung thư khác, như ung thư vú,ung thư vùng chậu, tuyến tiền liệt, ung thư thực quản, ung thư phổi…[28]

d Tác dụng đối với cholesterol

Cholesterol là một chất thiết yếu cho cuộc sống, nó là nền tảng cấu trúc của nhiềuhormone steroid trong cơ thể Cơ thể cũng sử dụng cholesterol để sản xuất vitamin D.Tuy nhiên nồng độ cholesterol trong máu tăng cao sẽ là một vấn đề không tốt cho sứckhỏe, như tạo ra quá nhiều gốc tự do gây tổn thương tế bào, nhất là dạng cholesterol tỷ

trọng thấp LDL (Low Density Lipoprotein – Cholesterol) đóng vai trò trung tâm trong

nhiều bệnh lý tim mạch

Các tế bào bạch cầu trong máu nhận diện được những LDL oxy hóa có hại cho

cơ thể, chúng tấn công và tiêu hủy LDL cũng tương tự như tấn công các vi khuẩn xâmnhập Các bạch cầu bị đầy ứ LDL-cholesterol bị bắt giữ và mắc kẹt trên thành cácđộng mạch, nơi đây bắt đầu sự lắng đọng cholesterol Do vậy, một trong những bướcquan trọng trong việc ngăn ngừa các bệnh lý tim mạch là phòng chống sự oxy hóaLDL thông qua khả chống oxy hóa của β-carotene [28]

e Tác dụng trị bệnh quáng gà

Quáng gà là một triệu chứng khá phổ biến của tình trạng thiếu vitamin A, biểuhiện bởi sự không thích nghi nhanh chóng của mắt đối với sự thay đổi ánh sáng.Quáng gà có thể dẫn đến nhiều bệnh mắt nguy hiểm, thậm chí có thể mù hoàn toàn.Trong số đó có cả tăng nhãn áp và viêm võng mạc sắc tố

Vì β-carotene có thể được chuyển thành vitamin A trong cơ thể, nên nó cũng cónhững tác dụng hữu ích tương tự như vitamin A mặc dù chậm hơn [28]

1.4.4 Anthocyanin

1.4.4.1 Cấu trúc của anthocyanin

Anthocyanin là những glucozit do gốc đường glucose, glactose kết hợp với gốcaglucon có màu (anthocyanidin) Aglucon của chúng có cấu trúc cơ bản được mô tảtrong hình 1.7 Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3,5,7; thường được gắn vào

vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3 gọi làmonoglycozit, ở vị trí 5 và 7 gọi là diglycozit

Hình 1.7: Cấu trúc cơ bản của aglucon của anthocyanin

Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1

và R2, thường là H, OH hoặc OCH3 [3]

Khung cacbon của anthocyanin gồm hai vòng benzen A, B và vòng pyran Ctrong đó vòng A kết với vòng C tạo thành chroman Tất cả anthocyanin đều có chứatrong vòng pyran oxy hoá trị tự do Tuy nhiên người ta chưa biết được chắc chắnnguyên tử nào: oxy hay carbon mang điện tích dương tự do Do đó anthocyaninthường được biểu diễn dưới dạng công thức trung tính [8]

A

OC

OH

BCl

Nhờ điện tích dương tự do này mà các anthocyanin trong dung dịch acid tác dụngnhư những cation và tạo muối được với các acid Còn trong dung dịch kiềm thì cácanthocyanin lại tác dụng như anion và tạo muối được với base [8].

ở dạng monome hoặc polyme Khi kết hợp với đường thì anthocyanin dễ hoà tan hơn[9]

- Ở pH = 1, các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ

- Ở pH = 4,5  5, chúng chuyển về không màu: base carbinol hay base chalcone

- Ở pH = 7  8, lại về dạng base quinoidal anhydro màu xanh

Các anthocyanin có tính lưỡng tính nên chúng có khả năng tạo muối bền vững trong môi trường acid và base Muối với acid thì có màu đỏ, còn muối với base thì có màu xanh [9]

Khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzen thì màu càng xanh đậm Mức độmetyl hóa các nhóm OH ở trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm

OH ở vị trí thứ 3 kết hợp với các gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổi theo sốlượng các gốc đường được đính vào nhiều hay ít

Các anthocyanin cũng có thể tạo phức với các ion kim loại để cho các màu khácnhau như: muối kali kết hợp với anthocyanin cho ra màu đỏ máu, muối canxi kết hợpvới anthocyanin cho ra màu xanh ve…[9]

* Khả năng hấp thụ của anthocyanin

Độ hấp thụ thể hiện bản chất của mỗi loại anthocyanin do đó các anthocyaninkhác nhau thì khả năng hấp thụ cũng khác nhau Độ hấp thụ của anthocyanin phụthuộc vào cấu tạo, pH môi trường, nồng độ anthocyanin Thông thường ở pH thuộcvùng acid mạnh sẽ có độ hấp thụ lớn hơn, nồng độ anthocyanin càng cao thì độ hấpthụ càng mạnh

Trong vùng ánh sáng nhìn thấy được, các anthocyanin có độ hấp thụ cực đại tạibước sóng 510  540 nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan đến màu sắc anthocyanin, nóphản ánh màu sắc của các anthocyanin và tỷ lệ với nồng độ của chúng

Ngoài ra các anthocyanin còn có khả năng hấp thụ tia tử ngoại do hệ thống nốiđôi liên hợp tạo ra bởi hai vòng benzen A, B và vòng pyran C Độ hấp thụ nằm trongdải 220  280 nm [1][5][6]

b Tính chất hóa học

Anthocyanin được cấu thành bởi vòng benzen, các nhóm hydroxyt, phenolic, nhóm metyl, nên nó mang đặc tính của các nhóm đó Ngoài ra chúng còn có những

tính chất do vị trí và số lượng của các nhóm OH, hệ nối đôi liên hợp và các nhóm thế, Dưới đây xét một số tính chất cơ bản:

 Phản ứng của nhóm OH:

* Thể hiện như acid: Anthocyanin tham gia phản ứng trung hòa với NaOH [6].

* Phản ứng ester hóa: Do có nhóm OH, các anthocyanin có thể tham gia phản

ứng ester hóa theo cơ chế:

* Phản ứng tạo liên kết hydro:

Khi không có trở ngại về cấu trúc không gian, liên kết hydro được hình thành giữa các nhóm OH tự do trong cùng phân tử hoặc giữa các phân tử với nhau và đóng vai trò quan trọng trong sự ổn định cấu trúc phân tử

* Phản ứng với kim loại:

OHHO

m O-R

OH OH OH

Do ảnh hưởng của nhân benzen nên H linh động trong nhóm OH, vì thế nó

tham gia phản ứng với kim loại:

Các anthocyanin ở các loại cây khác nhau có thể kết hợp với nhiều loại ion kim loại cho màu sắc khác nhau, chẳng hạn anh đào sẽ chuyển sang màu tím khi có mặt thiếc hoặc nhôm nhưng nhôm lại không ảnh hưởng đến màu của nho đỏ, các

anthocyanin của nho thì chỉ thay đổi đáng kể khi có mặt Fe, Sn hoặc Cu

 Phản ứng của vòng benzen:

Do ảnh hưởng của nhóm OH đến vòng benzen mà các anthocyanin đều tham gia phản ứng thế (với nước brom) Phản ứng xảy ra tại vị trí 6, 8 theo phương trình [7]:

 Phản ứng oxy hóa :

Dưới tác dụng của emzyme polyphenoloxydase, anthocyanin dễ bị oxy hóa

c Tác dụng sinh học của anthocyanin

Anthocyanin trong thực vật là một trong những hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học cao, liên quan đến tính miễn dịch, tính chống chịu đối với tác động ngoại

R

OHOH

cảnh, nghĩa là chúng có liên quan đến hầu hết quá trình hoạt động sống của thực vật vànhiều hoạt động cơ thể con người.

 Tác dụng đối với enzyme

Một trong những tính chất quan trọng của các anthocyanin là khả năng tương tácvới protein Điều này xảy ra là do phản ứng giữa nhóm oxyphenolic (-OH) vàoxycacbonyl của nhóm pectic để hình thành liên kết hydro [4]

Enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa các anthocyanin tạo thành hợp chất có màu Các anthocyanin khi ở dạng oxy hóa (quinon) có thể tác dụng với nhóm -SH, -NH2 củaprotein, aminoacid, amin Phức giữa quinon và acid amin thường có màu đỏ, phức giữa quinon và polypeptid hoặc protein thì có màu nâu Do đó anthocyanin có thể bị mất màu khi có mặt của aminoacid [9]

Tác dụng flavonoid nói chung và anthocyanin nói riêng lên các enzyme là cơ sở sinh hóa cho việc sử dụng các chất flavonoid thiên nhiên vào lĩnh vực sinh học, y học, phục vụ sức khỏe và đời sống con người

 Tác dụng chống viêm

Sự nhiễm trùng, dị ứng chấn thương, có nguyên nhân nội sinh hay ngoại sinh,

sự rối loạn quá trình trao đổi chất của tế bào gây ra bởi tác dụng hóa học (độc tố) hoặc sinh vật (nhiễm trùng) đều có thể dẫn đến phản ứng trong mô hoặc cơ quan, đôi khi lan tràn sang toàn bộ cơ thể Các anthocyanin còn có tác dụng kháng một số loại vi khuẩn tác dụng góp phần vào tác dụng chống viêm

 Tác dụng làm bền thành mạch

Một số anthocyanin có tác dụng làm tăng sức bền và tính đàn hồi của thành mạch, chủ yếu là do khả năng điều hòa, làm giảm sức thấm của mao mạch, ngăn cản không cho protein của máu thấm dịch qua mô khác, có tác dụng dự phòng vỡ mao mạch gây xuất huyết, phù thận Anthocyanin không những có tác động đến tính chống chịu của mạch máu còn tác động đến những biểu hiện lâm sàng như rút ngắn thời gian

bị sốt, giảm bớt thời gian rối loạn hoạt động của hệ tim mạch [6]

HN

CO H _ O R

 Tác dụng chống tia tử ngoại

Các tia phóng xạ tác động lên cơ thể con người sẽ gây kích thích làm đột biến gen do thay đổi ADN gây các bệnh nguy hiểm như ung thư các anthocyanin sẽ hấp thụ tia tử ngoại có bước sóng 220  280 nm và chuyển về trạng thái kích thích, từ đó

có thể phá hủy hoặc chuyển về trạng thái vô hại Chính vì thế anthocyanin giúp cơ thể

tự bảo vệ và chống lại những bức xạ điện từ gây bệnh

 Tác dụng đối với ung thư

Những nghiên cứu gần đây cho thấy các dịch tiết giàu anthocyanin có khả năng ngăn chặn sự phân chia vô độ của tế bào ung thư Ở một liều lượng thích hợp chúng kìm hãm phản ứng dây chuyền gây ra bởi gốc tự do nên có tác dụng trị bệnh, nhưng nếu vượt quá chúng sẽ làm tăng cường sự nhạy cảm của tế bào sinh vật đối với bức xạ [6]

1.4.4.3 Một số ứng dụng của anthocyanin trong công nghiệp thực phẩm cũng như trong y học

Đã có nhiều nghiên cứu cho thấy những chất màu tổng hợp có nhiều tác dụng phụ gây hại cho cơ thể người sử dụng Do vậy xu hướng thế giới hiện nay là quan tâm đến việc sử dụng các nguồn chất màu tự nhiên Chất màu tự nhiên có ưu điểm nổi bật

là ngoài việc tạo màu cho sản phẩm, nó không gây ra những tác dụng phụ có hại, mà còn có tác dụng dược lý

Hiện có năm chất màu tự nhiên đã được sử dụng là anthocyanin (đỏ), annatto (màu vàng đỏ), beetroot (củ cải đường), turmeric (củ nghệ) và carmine (củ cải nghệ) Trong đó chất được biết nhiều nhất là anthocyanin Anthocyanin được xem là phẩm màu có thể thay thế cho các chất màu tổng hợp đang bị cấm sử dụng vì nó có những

ưu điểm: không gây biến chứng có hại cho người và gia súc, có màu tươi sáng, đặc biệt ở vùng màu đỏ, tan trong nước nên rất dễ phối trộn trong các sản phẩm thực phẩm [16]

Trong sản phẩm thực phẩm cùng với chất màu tự nhiên khác như carotenoid,

chlorophyll, anthocyanin giúp sản phẩm phục hồi lại màu tự nhiên ban đầu, tạo ra màusắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm Hơn nữa với đặc tính chống oxy hóa, anthocyanin còn được dùng để làm bền chất béo, dùng trong các sản phẩm thịt, giò, chả…

Trong lĩnh vực y học, qua quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện anthocyanin có nhiều tác dụng chữa bệnh rất tuyệt vời