Sự chuyển hóa của hợp chất dẫn xuất terpen

Tất cả hợp chất Terpen dễ dàng đi vào cơ thể con người qua con đường từ miệng, da, đường hô hấp, dẫn tới tích tụ trong máu và nước tiểu. Phần lớn các enzyme khác nhau dễ dàng chuyển hóa hợp chất terpen thành phân tử hòa tan được trong nước. Mặc dù hầu hết mọi tế bào trong cơ thể, đều có khả năng chuyển hóa các loại thuốc, tế bào vi gan là bộ phận quan trọng nhất trong biến đổi sinh học . Nói chung, chuyển hóa sinh học xảy ra ở 2 giai đoạn chính là phản ứng Giai đoạn I và phản ứng Giai đoạn II (Spatzenegger và Jager,1995).Giai đoạn I liên quan hầu hết các Cytochrome P450(CYP) bộ phận trung gian của quá trình ôxi hóa cũng như quá trình khử và thủy phân.Giai đoạn II tiếp tục từ sản phẩm giai đoạn I biến đổi thành dạng tan tốt trong nước.Không nhất thiết một hợp chất trải qua cả hai giai đoạn I và II ví dụ một số loại terpen có thể khử thành chất bay hơi. Tóm lại, cần lưu ý đặc biệt các giả thiết về sự chuyển hóa của các hợp chất monoterpen và sesquiterpen không chỉ trong động vật ở mô hình thí nghiệm mà còn trong cơ thể con người nữa.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-* -TIỂU LUẬN MÔN HỌC Môn học : Công nghệ chất thơm

Đề tài: Sự chuyển hóa của hợp chất dẫn xuất Terpene trong

cơ thể động vật và con người Sinh viên: Bùi Thiên Tín- 20123611

Phạm Văn Khoa- 20123200 Trần Đại Hải- 20123065 GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú

Lớp : Kỹ thuật thực phẩm –k57

MỤC LỤC

1. Giới thiệu về t terpene và hợp chất terpene

2. Sự chuyển hóa của các hợp chất Monoterpen.

4. Kết luận , tài liệu tham khảo.

4 Kết luận, tài liệu tham khảo

1.Giới thiệu terpene và hợp chất terpene :

Terpene và hợp chất terpene là thành phần chính trong tinh dầu có nguồn gốc thực vật Đặc điểm của chúng là có mùi hương dễ chịu nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.Không những vậy, từ lâu trong lĩnh vực y học các dẫn xuất của terpenen cũng được biết tính như tăng sức đềkháng, kháng khuẩn, kháng nấm, chống u bướu và giảm đau Mặc dù terpenoid được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp, nhưng những nghiên cứu về biến đổi sinh học của terpenoid trong cơ thể con người vẫn rất hạn chế.Sự chuyển hóa của terpenoid góp phần đưa ra hiểu biết về các sản phẩm biến đổi sinh học mới với cấu trúc duy nhất , thường có hương vị khác biệt và các hoạt tính sinh học cao so với các hợp chất ban đầu tạo ra nó.

Tất cả hợp chất Terpen dễ dàng đi vào cơ thể con người qua con đường từ miệng,

da, đường hô hấp, dẫn tới tích tụ trong máu và nước tiểu Phần lớn các enzyme khác nhau dễ dàng chuyển hóa hợp chất terpen thành phân tử hòa tan được trong nước Mặc dù hầu hết mọi tế bào trong cơ thể, đều có khả năng chuyển hóa các loạithuốc, tế bào vi gan là bộ phận quan trọng nhất trong biến đổi sinh học Nói

chung, chuyển hóa sinh học xảy ra ở 2 giai đoạn chính là phản ứng Giai đoạn I vàphản ứng Giai đoạn II (Spatzenegger và Jager,1995).Giai đoạn I liên quan hầu hết các Cytochrome P450(CYP) - bộ phận trung gian của quá trình ôxi hóa cũng như quá trình khử và thủy phân.Giai đoạn II tiếp tục từ sản phẩm giai đoạn I biến đổi thành dạng tan tốt trong nước.Không nhất thiết một hợp chất trải qua cả hai giai đoạn I và II ví dụ một số loại terpen có thể khử thành chất bay hơi

Tóm lại, cần lưu ý đặc biệt các giả thiết về sự chuyển hóa của các hợp chất

monoterpen và sesquiterpen không chỉ trong động vật ở mô hình thí nghiệm mà còn trong cơ thể con người nữa

5. Sự chuyển hóa của các hợp chất Monoterpen.

5.1. Camphene:

Camphene được thấy trong nhiều loài cây với nồng độ cao, đặc biệt trong tinh

dầu lá và hoa của cỏ xạ hương ( tên khoa học là Thymus vulgaris) Cỏ xạ hương

được trồng nhiều ở Trung Âu và Nam Âu Dựa trên đặc tính long đờm, trị co thắt, kháng khuẩn của Camphene, người ta điều chế các loại thuốc điều trị bệnh ho và nhiễm trùng đường hô hấp Phần lớn camphene được sử dụng trong công nghiệp phụ gia, công nghiệp rượu (theo Wichtel, 2002)

Hình 1: Cỏ xạ hương Công thức hóa học của Camphene

Các tài liệu về sự chuyển hóa Camphene rất hiếm thấy Sau đây là bài báo của Ishida và các cộng sự ( trường đại học Vienna, Austrlia, 2007) chỉ ra các sản phẩm của sự biến đổi sinh học của Camphene trong nước tiểu của thỏ sau khi nó uống mẫu

Hình 2: Sự chuyển hóa camphene thu được khi phân tích nước tiểu thỏ

Trong hình, Camphene là chất chuyển hóa thành hai diasteromeric glycol ( hay camphene- 2,10 –glycol), chúng gồm hai đồng phân đều có gốc epoxit, đươc tạo thành từ phản ứng hydrat hóa bởi enzyme epoxide hydrolase Các phản ứng chuyển

hóa tiếp theo sẽ tạo thành chất 6- hydroxycamphene, 6-exo- hydroxycamphene, 7- hydroxycamphene, 3- hydroxyl tricyclene và 10- hydroxyl tricyclene, tất cả đều có mạch gốc ion dương trung gian không đổi , cấu trúc xác định bởi phương pháp IR,

UV NMR, đo khối phổ và phân hủy hóa học (Ishida và cộng sự, 1979)

Tuy nhiên,chưa có báo cáo nào chỉ ra những biến đổi sinh học của camphene trong vi gan người nói riêng và cơ thể con người nói chung

5.2. Camphor.

Camphor (C10H16O) là một monoterpen cấu tạo hai vòng, được từ gỗ và thân cây

long não hay dã hương (tên khoa học là Cinnamomum camphora), cây được trồng

nhiều ở khu vực Đông Nam Á và Bắc Mỹ Ngoài ra, Camphor cũng là thành phần

chính của tinh dầu cây ngải đắng(xô thơm) ( tên khoa học là Salvia officinalis).

Hình 3: Cây long não và cây xô thơm

Camphor ở dạng rắn là tinh thể màu trắng, khá lớn , có mùi long não mạnh, được

sử dụng làm giá trị thương mại như làm hương liệu trong các loại bánh kẹo,

làm băng phiến để chống côn trùng làm hại quần áo, cũng như là chất khử trùng vàchất bảo quản trong dược phẩm và mỹ phẩm Tinh dầu long não dễ dàng hấp thụ qua da và tạo ra cảm giác mát tương tự như tinh dầu bạc hà (menthol) và có tác dụng như là một chất gây tê và khử trùng, hỗ trợ điều trị triệu chứng bệnh tim cũng như mệt mỏi

Ở động vật như chó, thỏ và chuột, camphor chuyển hóa đa dạng , với sản phẩm hydroxylation chủ yếu của D-camphor và L- camphor là 5-endo và 5-exo-hydroxylcamphor

Dựa trên nghiên cứu trên động vật, camphor cũng được nghiên cứu quá trình chuyển hóa trên cơ thể người Thực tế, gần đây có nhiều nghiên cứu ở gan người cũng chỉ ra hydroxylation chuyển thành 5- exo- hydroxycamphor Sự tạo thành các loại chất borneol, isoborneol và glucuronic khác nhau thu được trong máu, nước tiểu của các tình nguyện viên khi cho họ uống camphor

5.3. Carvacrol.

Carvacrol là monoterpen gốc rượu, tìm thấy trong tinh dầu cỏ xạ hương (3 -5%)

Carvacrol thường được sử dụng là phụ gia trong thực phẩm và đồ uống ( Wichtel, 2002) Có rất ít nghiên cứu tìm hiểu về sự chuyển hóa của carvacrol Một nghiên cứu tìm thấy về các biến đổi sinh học ở mẫu nước tiểu chuột sau khi cho chúng uống thử Nghiên cứu chỉ ra trong thời gian 24 giờ, chỉ có một lượng rất ít

carvacrol không đổi được thải ra Người ta dùng enzyme β- glucuronidase và sulfatase để chuẩn bị dịch mẫu, sau đó phân tích sắc kí khí, carvacrol có thể cũng

bị bài tiết , các chất khác như glucuronide và sulfate tách riêng ra Kết quả nghiên cứu này chứng tỏ rằng các nhóm chất béo hiện diện bị biến đổi sau quá trình chuyển hóa mạnh mẽ Đáng chú ý ,sự thật là chất thơm hydroxylation tạo thành 2,3-dihydroxy-p-cymene chỉ là một chất nhỏ quan trọng của carvacrol Các quá trình ô xi hóa tiếp theo của 2- hydroxymethy-5-phenol được thay thế tạo thành axit monocarboxylic metabolite, cấu trúc hóa học đã được xác định như axit 2-

hydroxymethyl-4-benzoic (Austgulen và cộng sư, 1987) ( Hình vẽ 8.3)

Hiện nay, chưa có bất cứ nghiên cứu nào về sự chuyển hóa sinh học carvacrol trên cơ thể con người

Hình 5: Sự chuyển hóa và bài tiết carvacrol ở chuột

Hai loại đồng hình (R)-(-) và (S)-(+) monoterpene xêtôn của carvone được tìm thấy ở nhiều loại thực vật (S)-(+) carvone là thành phần chính của tinh dầu cây

Carum(Carum carvi) Trong tinh dầu lá bạc hà (Mentha spicata var,crispa) gồm

khoảng 50% carvone (R)-(-) còn lại là các terpen khác (Wichtel- 2002) Cả hai loạiđối hình không chỉ khác nhau về mùi và vị, mà còn khác ở cách sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm Phần lớn (R)-(-) carvone có mùi và vị bạc hà nên thường thêm vào thuốc đánh răng, nước súc

miệng và kẹo cao su (S)-(+) carvone lại có tính chất cảm quan tương tự cây Carumnên thường sử dụng làm chất tăng cường hương vị cho thực phẩm và nước hoa Trong dược phẩm, (S)-(+) carvone được sử dụng làm thuốc dễ tiêu hóa, thuốc trung tiện Hơn nữa, sự kết hợp giữa (R)-(-) và (S)-(+) carvone với các loại tinh dầu khác giúp cho việc dùng tinh dầu massage chữa bệnh (như căng thẳng thần kinh, đau cơ, rối loạn lưu thông máu) có hiệu quả (Jager và cộng sư, 2001)

Trong nghiên cứu , khi phân tách (R)-(-) và (S)-(+) carvone cả hai loại đều hấp thụ nước, kết quả này có ý nghĩa nồng độ cao nhất của plasma (nguyên sinh chất) (C max) và phạm vi dưới đường cong nồng độ theo thời gian (AUC) cho (S)-(+) so sánh với (R)-(-) carvone

Hình 6: Chuyển hóa của carvone (R)-(-) ở đối tượng khỏe mạnh

Chứng minh ở hình 6 , phép phân tích của β-glucuronidase mẫu nước tiểu chỉ ra biến đổi của (R)-(-) (chứ không phải của (S)-(+)) carvone tới (4R,6S)-(-) carveol

và (4R,6S)-(-) carveol glucuronide , điều này có nghĩa là stereoselectivity trong chuyển hóa giai đoạn I và II có ảnh hưởng ý nghĩa tới quá trình phân tích (R)-(-) và(S)-(+) carvone

Sự chuyển hóa trong nguyên sinh chất ở cả hai đồng hình đều dưới giới hạn phát hiện

Trái lại với nghiên cứu của Jager (2000), một nghiên cứu gần đây của Engel lại không chứng minh bất cứ sự khác biệt về sự hình thành các chuyển hóa sau khi chotình nguyện viên thử cả hai loại(R)-(-) và (S)-(+) carvone (1mg\ kg cân nặng) Điều này chứng minh vì sự phân tách của sản phẩm chuyển hóa sinh học không xảy ra trên cột sắc kí khí Theo hình 7, bên cạnh carveol, cũng có dihydrocarveol, axit carvonic, axit dihydrocarvonic và uroterpenolone cũng được xác định trong mẫu nước tiểu (Engel,2001).

Hình 7: Sự chuyển hóa của hai loại(R)-(-) và (S)-(+) carvone trên đối tượng tình nguyện viên khỏe mạnh

5.5. 1,4-Cineole.

1,4-Cineole là một monoterpene có mạch vòng và nhóm ether Loại dẫn xuất này

là thành phần chính tinh dầu chanh (Citrus aurantiifolia) và cây khuynh diệp

(Eucalyptus polybractea), được sử dụng nhiều trong mỹ phẩm và phụ gia Mặc dù

chưa có số liệu thí nghiệm về sự chuyển hóa của 1,4-cineole ở cơ thể con người Trong một nghiên cứu trên loài thỏ, bốn chất trung tính và một chất có tính axit đã được tách riêng từ mẫu nước tiểu; đó là các loại 9-hydroxy-1,4-cineole, 3,8-

dihydroxy-1,4- cineole, 8,9- hydroxy-1,4-cineole, 1,4-cineole-8-en-9-ol và axit 1,4-cineole-9- carboxylic (Asakawa và cộng sự, 1988)

Hình 8: Sự chuyển hóa của 1,4-cineole ở chuột, chó và tế bào vi gan người Tuy nhiên theo nghiên cứu của Miyazawa, 2001 trên chuột và gan người chỉ chuyển thành chất 1,4-cineole 2 hydroxylation chứng tỏ sự khác nhau giữa các loại

do có chuyển hóa ở 1,4-cineole metabolism

5.6. 1,8 – Cineole.

1,8 cineole còn có tên là eucalyptol, cũng là một monoterpene có mạch vòng và nhóm ether Loại này phân bố ở nhiều loại thực vật đặc biệt là cây khuynh diệp (cây bạch đàn) Công dụng: Tinh dầu cây được sử dụng trong mỹ phẩm, dược

phẩm: thuốc giảm đau cơ, rối loạn thần kinh, bệnh thấp khớp, bệnh hen suyễn… (theo Wichtel, 2002).

Trong nghiên cứu trên liver microsome chuột bạch, 1,8 cineole phần lớn biến đổi thành 3-hydroxy-1,8-cineole, 2 -hydroxycineole và 9- hydroxycineole (theo

Miyazawa và công sự, 2001)

Hình 9: Phản ứng chuyển hóa của 1,8- cineole ở chuột và tế bào gan người

Hình 9 cho thấy trong gan người chỉ có sản phẩm là 2- hydroxyl và 3- hydroxyl với xúc tác là isoenzym CYP3A4 Các chuyển hóa cũng xác định trong nươc tiểu của ba người tình nguyện viên sau khi cho họ thử uống mẫu

5.7. Citral.

Citral tự nhiên và tổng hợp là thành phần của một hỗn hợp đồng phân của

geranial (E-3,7-dimetyl-2,6-octadienal) và neral (Z-3,7-dimetyl-2,6-octadienal) Trong hỗn hợp đồng phân, geranial là chất đồng phân chiếm ưu thế nhất Citral trong tự nhiên có ở tinh dầu quả cam, quýt, chanh và nhiều loại cỏ, gia vị khác nhau Trong tinh dầu của cỏ chanh , một loại cỏ cứng vùng nhiệt đới,ngửi có mùi chanh, dung làm hương liệu sản xuất xà phòng, có 70 – 80% citral Vì citral có hương vị chanh rất mạnh nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm,

mỹ phẩm và sản xuất nước tẩy rửa từ những năm 1900

Hình 10: Nghiên cứu các chuyển hóa của citrat ở chuột Các nghiên cứu trên loài chuột chỉ ra citral nhanh chóng bị chuyển hóa thành các loại axit và glucuronide (mật), đường nước tiểu là đường đi chính thải citral (48- 63%), tiếp theo là đường hô hấp (8-17%) và đường phân (7-16%) Trong hình 10,

có 7 chất chuyển hóa được tách riêng là axit 3-

hydroxy-3,7-dimethyl-6-octenedioic, axit 3,8-hydroxy-3,7-dimethyl-6-hydroxy-3,7-dimethyl-6-octenedioic, axit dimethyl-6-octenedioic, axit E và Z 3,7-dimethyl-2,6-octenedioic, axit 3,7-

3,9-dihydroxy-3,7-dimethyl-6-octenedioic và axit E-3,7-dimethyl-2,6-octenedioic (theo

Diliberto,1990) Hiện nay chưa có các nghiên cứu thực nghiêm về chuyển hóa citrate trên cơ thể con người Tuy nhiên, dựa trên nghiên cứu loài chuột như trên,

sự chuyển hóa sinh học của citral ở con người rất phức tạp và ở cấp cao

2.8 Citronellal.

Citronellal là một monoterpen 1 vòng có nhiều ở tinh dầu cây Mellissa

officinalis (20%).Citronellal thường không được dùng trong công nghiệp thực

phẩm , hương liệu, nhưng nó là thành phần chính trong sản xuất các loại thuốc nhưthuốc an thần, thuốc đau dạ dày

Rất ít nghiên cứu về sự chuyển hóa của citronellal, chỉ nghiên cứu của Ishida và các cộng sự đã tách riêng ba chuyển hóa trung tính của (+)-cis methane-3,8-diol và (-) isopulegol Cùng với đó là chất chuyển hóa có tính axit: axit (6E)-3,7-dimethyl-6-octene-1,8-dioic, hình thành do kết quả của phản ứng ôxi hóa nhóm aldehyde và dimethyl allyl

Hình 11: Sự chuyển hóa của citronella ở thỏ

2.9. Fenchone.

Fenchone một monoterpene có ở nhiều loại cây nhưng cao nhất là ở tinh dầu

hồi (tên khoa học là Foeniculum vulgare ) Fenchone mùi thơm và được sử

dụng làm hương liệu thực phẩm và nước hoa Trong nghiên cứu của

Miyazawa và Gyoubu, (2006) khảo sát sự chuyển hóa của fenchone trong vi thể gan người chỉ ra có sự hình thành của 6-exo-hydroxyfenchone, 6-endo-hydroxyfenchone và 10-hydroxyfenchone

Hình 12: Sự chuyển hóa fenchone ở tế bào gan người.

Hiện nay chưa có bất cứ số liệu nào về sự chuyển hóa những hợp chất này ở

cơ thể những tình nguyện viên Tuy nhiên, dựa trên thí nghiệm sử dụng vi thể gan người thì sự chuyển hóa sinh học cũng cho sản phẩm giống như chuyển hóa trong mẫu máu và nước tiểu của người sau khi chế độ ăn kiêng của sản phẩm có chứa fenchone

2.10. Geraniol

Geraniol là monoterpene có gốc rượu với nồng độ cao trong tinh dầu của

Cymbopogon winteranus Jowitt (12 -25%) Nó cũng được tìm thấy với số lượng

nhỏ trong hoa hồng, tinh dầu bạc hà, sả, chanh và nhiều loại tinh dầu khác nó có mùi như hoa hồng và thường được sử dụng trong nước hoa và trong ngành công nghiệp hương vị ( theo Chadha và Madyastha)

Một vài chất chuyển hóa có thể được xác định trong nước tiểu của chuột sau khi uống (Chadla and madyastha, 1984) geraniol có thể được chuyển hóa thành 8-

carboxygeraniol hoặc via 8-carboxygeraniol thành axit 3,7-dimetyl-2,6-octenedioic(axit hildebrandt) hoặc trực tiếp oxy hóa thành axit geranic và axit 3-

hydroxytronilic sự hình thành của 9-hydroxygeraniol và 9-carboxygeraniol là do quá trình oxy hóa chọn lọc của C-8 trong geraniol 8-hydroxylation của geraniol cũng xảy ra ở thực vật bậc cao nơi nó là bước đầu tiên trong quá trình sinh tổng hợp indole alkaloids

Hình 12: Sự chuyển hóa geraniol ở chuột

2.11 Limonene

Các đơn vòng monotermene (+) và (-)-limonene enantiomers đã được phát hiện

là có mặt trong vỏ cam và các loài thực vật khác và được sử dụng rộng rãi như nước hoa trong sản phẩm gia dụng và các thành phần của các loại tinh dầu nhân tạo

Các đồng phân (+) – limonene hiện nay dồi dào trong các nhà máy hơn so với hỗn hợp racemic và đồng phân (-) – limonene (Wichtel, 2002) Trước đây nó đã được chứng minh rằng (+) limonene có các hoạt động ngăn ngừa ung thư trong các mô

hình động vật thực nghiệm bao gồm cả chuột cống và chuột nhắt (Crowell et al., 1992) Chính vì tầm quan trọng lớn hơn của (+) - limonene trong ngành công nghiệp thực phẩm và nước hoa nên chỉ có sự trao đổi chất của nó mà không phải của (-) - Limonene được mô tả bên dưới

Hìn

h 13: Sự chuyển hóa của (+) limonene ở chuột, thỏ ,chó, chuột bạch và người

Nhiều nhóm nghiên cứu đã mô tả thành công những biến đổi sinh học của (+) - limonene trong ống nghiệm (chuột và vi lạp thể gan người) và trong cơ thể (chuột, chuột, chuột lang, gà lợn, chó, thỏ, người tình nguyện và bệnh nhân) Như được

mô tả trong hình 8.12 (+) - limonene là rộng rãi biotransformed một số chất chuyểnhóa trong khi inhumans các sản phẩm biến đổi sinh học chính là rượu perillyl, axit perillic, axit p-Mentha-1-8dien-cacboxylic (một đồng phân của axit perillic); cis-dilydroperillic axit; axit trans-dihydroperillic; limonene, 1,2-diol, limonene-10-ol (Crowell et al, 1992; Miyazawa et al, 2002; Saimada et một, 2002)

2.12. Linalool

Linalool có thể thu được một cách tự nhiên bằng cách chưng cất phân đoạn

và các phương pháp cải chính tiếp theo từ các loại dầu của cây hồng mộc Cajenne, cây hồng mộc Brazil, Linaloe Mexico, và hạt giống rau mùi Nồng độ

cao nhất cho đến nay của linalool được tìm thấy trong tinh dầu của Ocimum basilicum (lên đến 75%) linalool tinh khiết sở mùi hương hoa tinh khiết, sạch

sẽ, nhẹ nhàng với một mùi hương cam quýt nhẹ nhàng ấn tượng và được sử dụng với số lượng lớn trong xà phòng và chất tẩy rửa sản phẩm (Wichtel, 2002)

Mặc dù linalool được sử dụng với số lượng lớn trong ngành công nghiệp nước hoa, người ta vẫn không có sẵn dữ liệu có sẵn về biến đổi sinh học của

nó Trong chuột, tuy nhiên, linalool được chuyển hóa bởi cytochrome P450 (CYP) isoenzymes để tạo thành dihydrolinalool và tetrahydrolinalool và 8-hydroxylinalool, cái mà tiếp tục bị oxy hóa thành 8-carboxylinalool (Hình 8.13) CYPderived chuyển hóa sau đó chuyển tiếp thành hợp chất glucuronide (Chadha và Madyastha, 1984)

Hình 14: Chuyển hóa Linalool ở chuột