VITAMIN KHÔNG TAN TRONG nước – VITAMIN a

Khái niệm - Bản chất vitamin A: trong cơ thể dưới tác dụng của các chất xúc tác sinh học vitamin A dạng Ancol Retinol chuyển thành dạng Vitamin A dạng Andehit.Vitamin A ở gan động vật tồ

Chủ đề: VITAMIN KHÔNG TAN TRONG NƯỚC – VITAMIN A

I Giới thiệu

1 Lịch sử

- Năm 1816, nhà sinh lý học Francois Magendie tiến hành quan sát loài chó bị lấy đi nguồn dinh dưỡng đã hình thành viêm loét giác mạc và có tỷ lệ chết tang cao

- Năm 1912, Frederick Gowland Hopkins đã chứng minh việc thêm vào những thành phần chưa biết trong sữa, khác với carbonhydrates, proteins và chất béo là cần thiết cho sự tăng trưởng ở chuột

- Hopkins nhận giải Nobel cho nghiên cứu năm 1929

- Năm 1917, những nghiên cứu độc lập của Elmer McCollum (trường

ĐH Wisconsin-Madison và Lafayette Mendel cùng Thomas Burr Osborne (trường ĐH Yale) nghiên cứu vai trò của chất béo trong chế

độ ăn uống “Những nhân tố bổ sung” được cho là “chất béo hòa tan” năm 1918 và sau đó là “vitamin A” vào năm 1920

- Năm 1931, nhà hóa học người Thụy Sỹ Paul Karrer đã mô tả cấu trúc hóa học của vitamin A Vitamin A được tổng hợp lần đầu tiên năm 1947 bởi hai nhà hóa học người Hà Lan, David Adriaan van Dorp và Jozef Ferdinand Arens

2 Khái niệm

- Bản chất vitamin A: trong cơ thể dưới tác dụng của các chất xúc tác sinh học vitamin A dạng Ancol (Retinol) chuyển thành dạng

Vitamin A dạng Andehit.Vitamin A ở gan động vật tồn tại dưới dạng este với axitacetic và axitpanmintic

- Là một loại vitamin tan trong dầu

- Vitamin A có trong nhiều loại thực phẩm:

- Trong thực phẩm có nguồn gốc động vật dưới dạng ritenol như gan, lòng đỏ trứng, sữa

- Trong thực vật dưới dạng caroten (tiền viatamin A) như bơ, rau muống, rau ngót, rau cải xanh, bí đỏ, cà rốt, xoài

Danh sách thực phẩm giàu Vitamin A (Hàm lượng có trong 100g thực phẩm)

3 Cấu tạo

Hình ảnh: Cấu trúc của retinol và Beta-caroten dạng phổ biến nhất của vitamin A trong

thực phẩm

4 Tính chất vật lý

- Không tan trong nước, tan tốt trong dầu: dung môi của lipit, ete, ethanol…

- Vitamin A là chất kết tinh lăng trụ, màu vàng, nóng chảy ở nhiệt độ 62-64℃

- Phổ hấp thụ trong tia tử ngoại 324-325nm.

- Vitamin A có thể bị ảnh hưởng bởi oxy, không khí, ánh sáng và nhiệt

độ Sự ẩm ướt và độ ẩm không khí cao sẽ làm tăng các hiệu ứng

- Sự hư hỏng có thể được giảm đáng kể khi tách khỏi nguồn oxy hay hơi ấm và sự hiện diện của chất chống oxy hóa cùng với việc bảo quản ở nhiệt độ thấp

5 Tính chất hóa học

- Vitamin A bị phân hủy khi có oxi không khí, tuy nhiên nó bền vững đối với axit, kiềm và khi đun nhẹ

- Phản ứng với SbCl3 cho phức chất màu xanh

- Phản ứng với H2SO4 cho phức màu nâu

- Trong cơ thể dưới tác dụng của các chất xúc tác sinh học vitamin A dạng Ancol (Retinol) chuyển thành dạng Vitamin A dạng Andehit

- Vitamin A ở gan động vật tồn tại dưới dạng este với axitacetic và axitpanmintic

- Vitamin A và caroten tham gia vào quá trình oxi hóa khử, có thể đồng thời là chất nhận và chất nhường oxi

II Vai trò

1 Quá trình tăng trưởng:

- Chi phối tới việc tạo mô xương và răng

- Giữ vai trò tăng trưởng và nhân lên của tế bào, đặc biệt là cần cho sự phát triển của phôi thai, trẻ em và thanh niên

- Tái tạo tổ chức làm mau liền sẹo các vết thương mau lành

2 Thị giác

- Đóng vai trò chủ đạo trong mức độ và tầm nhìn của đôi mắt

- Tham dự vào quá trình tổng hợp nhuộm võng mạc (một sắc tố của mắt) Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, carotenoid có khả năng (với vitamin C) làm chậm xuất hiện đục thủy tinh thể, một trong những nguyên nhân hàng đầu dẫn đến mù ở người già

- Quá trình bảo vệ mắt của vitamin A: vitamin A có 2 dạng là ancol và aldehit Dạng aldehit của vitamin A kết hợp với chất protein opsin tạo nên sắc tố thị giác gọi là rodopsin Chất này bảo đảm tính nhậy cảm của mắt đối với ánh sáng Dưới tác dụng của ánh sáng,

rodopssin sẽ bị phân giải thành opsin và aldehit của vitamin A (retinal) dạng trans Ngược lại, trong tối lại xảy ra sự tổng hợp rodopsin để làm tăng độ nhạy cảm của mắt đối với ánh sáng retinal phải tồn tại ở dạng cis Sơ đồ sau mô tả sự tham gia của vitamn A

3 Tái

tạo biểu mô

- Tham dự vào sự cân bằng và đổi mới biểu mô, vai trò được xác định bởi tác dụng của retinoid (đồng chất hóa học của vitamin A) giúp liền sẹo và chữa lành các bệnh da liễu Đặc biệt trong rối loạn trầm trọng quá trình ngừng hóa hay chuyển dạng bệnh lý của lớp thượng

bì (vảy…nến….)

- Thực hiện hoạt động điều hòa trên tuyến bã nhờn và tuyến mồ hôi

4 Ngăn ngừa ung thư

- Vitamin A có những đặc tính kích thích miễn dịch độc lập (vitamin

A trên mức độ đáp ứng bởi kháng thể)

- Bêta-caroten cùng với vitamin E và một số Carotenoid khác như licopen, là các chất có khả năng bảo vệ lipid Nó giúp thoát khỏi lão hóa và một số bệnh gọi là bệnh “thoái hóa” chẳng hạn : ung thư, bệnh tim mạch, thoái hóa não…Bêta-caroten làm chậm lại tốc độ tăng nhanh của quá trình thoái hóa trong một vài tình huống đặc biệt như : tiếp xúc nhiều với ánh nắng mặt trời, đái tháo đường, nghiện thuốc lá

NAD

(Da cam)

Ánh sáng Tối

Vitamin A

(cis)

(Trans)

(trans)

(Không màu) Opsin

rodopsin (Đỏ)

luminordopsin Retinal (cis)

Opsin

- Carotenoid đóng vai trò quan trọng, nó cùng các chất chống ôxy hóa khác bảo vệ, chống lại hư hỏng phân tử và tế bào do các gốc tự do được tích lũy theo tuổi tác

5 Hoạt động sinh dục

- Giúp cho sự phát triển sinh dục được hoàn thiện, giúp quá trình rụng trứng diễn ra bình thường

6 Quá trình tạo máu

- Vitamin A hấp thụ, vận chuyển, dự trữ sắt trong quá trình tạo máu III Ảnh hưởng

1 Khi thiếu vitamin A

i Suy giảm thị lực

- Vitamin A rất cần thiết trong quá trình tổng hợp của một chất được gọi là Rhodopsin (sắc tố trong võng mạc) Rhodopsin tạo điều kiện thích ứng tự nhiên của mắt với ánh sáng mờ, và nếu thiếu vitamin A bạn sẽ bắt đầu trải qua cảm giác khó nhìn khi trời tối

- Thiếu hụt vitamin A có thể dẫn đến khô mắt, do sự thay đổi của các

mô biểu của mắt khiến giác mạc bị khô, nhăn nheo Khô mắt cũng ảnh hưởng đến sự bài tiết của tuyến lệ khiến cơ thể không thể làm

ẩm mắt, cũng như loại bỏ vi khuẩn hay bất kỳ dị vật trong mắt Khô mắt không được giải quyết kịp thời có thể dẫn tới mù lòa

ii Vấn đề da

- Một trong những dấu hiệu phổ biến nhất của tình trạng thiếu vitamin

A là sự thay đổi kết cấu da Thiếu vitamin A có thể dẫn đến khô da, biểu hiện da khô và bong vảy

- Thiếu vitamin A cũng có thể gây phrynoderma, với biểu hiện mụn ở nhiều vùng khác nhau trên cơ thể như cánh tay, đùi, lưng, vai, bụng

và thậm chí cả mông Bệnh phrynoderma gây nên bởi sự tắc nghẽn của tuyến mồ hôi

iii Vấn đề đường hô hấp

- Thiếu vitamin A cũng liên quan chặt chẽ với vấn đề đường hô hấp

Nó khiến các lớp lót của mũi, họng, phế quản và khí quản trở nên khô và thô, khiến cho hệ thống hô hấp dễ bị nhiễm khuẩn

iv Vấn đề về hệ thống sinh sản (nữ)

- Thiếu vitamin A cũng có thể gây ra vấn đề trong các cơ quan sinh sản nữ Các dấu hiệu thường gặp nhất bao gồm viêm âm đạo, sừng hóa trong bể thận, ống dẫn trứng, bàng quang, tử cung và các bộ phận khác của đường sinh dục Nếu không giải quyết nhanh chóng những vấn đề này có thể dẫn đến vô sinh

2 Khi thừa vitamin A

- Sử dụng quá nhiều Vitamin A trong cùng một lúc hay trong một thời gian dài sinh ngộ độc: buồn nôn, xây sẩm, chóng mặt, dễ bị kích thích, chán ăn, sút cân, rối loạn tiêu hóa, da khô, mẩn ngứa, rối loạn sắc tố da, rụng tóc, mờ mắt, bắp thịt hoạt động khó khăn, sốt, gan và lách to; thiếu máu nhược sắc, rối loạn kinh nguyệt ở phụ nữ

- Nếu dùng quá liều Caroten sẽ gây tích trữ dưới da, làm vàng da, nhất

là ở lòng bàn tay và bàn chân

- Ở trẻ nhỏ do bố mẹ ép uống có thể gây buồn nôn và nôn, đau đầu, chóng mặt, loãng xương, vàng da, bệnh gan và bệnh trên hệ thần kinh trung ương phồng thóp, co giật, tăng áp lực nội sọ, ngay cả người lớn và trẻ lớn khi dùng quá nhiều cũng gây nên khô da, nứt môi, viêm răng lợi, đau khớp, đau xương, rụng lông tóc

- Khi uống quá liều dẫn tới các triệu chứng như sẩn ngứa, co quắp tay chân và bất tỉnh, cuối cùng có thể chết vì suy hô hấp

- Nếu dùng quá nhiều chất Caroten- tiền chất của Vitamin A (nước ép

cà chua, cà rốt, ) có thể dẫn tới ngộ độc với các biểu hiện như mũi nhăn, vàng da, mắt có vẩy cá

- Đối với phụ nữ có thai, sử dụng quá liều gây quái thai hoặc đẻ khó

do rối loạn cơn co Lượng vitamin A tăng cao trong cơ thể sẽ gây ảnh hưởng đến gan, làm mỏng xương, khiến tăng rủi ro bị khuyết tật khi sinh

IV Quy trình sản xuất vitamin A

1 Các nguồn sản xuất vitamin A

i Từ động vật: có nhiều trong gan, trong cơ thịt có màu sẫm (thịt bò), trong lòng đỏ trứng, dầu gan cá tuyết, gan gà tây

ii Từ thực vật: nhiều tiền vitamin A là carotene có nhiều trong:

- Cà rốt, đu đủ, gấc, bí đỏ, khoai lang …

- Các loại rau có lá xanh thẫm: rau cải, rau bina, cây mù tạc và cây bồ công anh xanh, cải xoăn, rau diếp

- Hoa quả khô: mận, mơ, đào…

iii Vitamin A thường sử dụng dưới dạng dầu nên công nghiệp sản xuất vitamin A ở dạng thiên nhiên và hòa tan sẵn trong dầu gan cá biển Nguồn điều chế vitamin A trong sản xuất công nghiệp là gan cá và động vật biển Ở những loài cá sống lâu năm hàm lượng ở gan tăng lên Thường dùng gan cá thu, cá nhám, cá mập, cá voi…

- Hàm lượng vitamin A trong dầu gan các loại cá khác nhau tùy vào mỗi loài cá:

o Cá thu: 600-1000 IU/g

o Cá fletan: 25000-60000 IU/g

o Cá thon trắng: 10000 IU/g

o Cá thon đỏ, cá mập: 25000 IU/g

2 Các phương pháp sản xuất vitamin A

i Phương pháp chiết rút từ thực vật: gấc, cà rốt, bí đỏ…

ii Phương pháp tổng hợp hóa học:

- Phản ứng Wittig C20 + C20

- Phản ứng Roch C19 + C2 + C19

iii Phương pháp sản xuất từ dầu gan cá:

- Nguyên liệu sản xuất chính là gan của một số động vật biển như

cá, nhuyễn thể

- Gan của tất cả các loài động vật nói chung và động vật biển nói riêng (cá) là nơi chứa hàm lượng vitamin A nhiều nhất Và gan

cá cũng là bộ phận phế phẩm trong chế biển thủy sản nên gan cá được tận dùng để sản xuất ra các sản phẩm có tính ứng dụng cao trong đời sống và y dược

- Phương pháp thủy phân bằng enzyme:

o Nguyên liệu được thủy phân chuyển protein thành dung dịch acid amin và các peptid mạch ngắn, phá vỡ các tế bào chứa dầu và cắt đứt các liên kết giữa protein-peptid và protein-vitamin

- Phương pháp dùng nhiệt:

o Dùng nhiệt độ cao để phá vỡ các tổ chức tế bào cảu

nguyên liệu, dầu từ các mô sẽ chảy ra

- Phương pháp dùng lực cơ học bằng cách xay, nghiền, ép, ly tâm:

o Tăng áp lực, phá vỡ tổ chức mô tế bào nguyên liệu từ đó

ly tâm tách dầu

- Phương pháp đông lạnh, tan giá:

o Hạ nhiệt độ nguyên liệu thấp xuống, sau đó làm đông lạnh chậm nguyên liệu các tinh thể nước đá thình thành với kích thước to làm phá vỡ cấu trúc tế bào và mô chứa dầu tạo ra nhiều lỗ rách khi tan giá dầu sẽ theo các khe ra ngoài

- Phương pháp dùng dung môi hữu cơ:

o Dùng dung môi hữu cơ không phân cực như benzen, xăng nhẹ, cồn, để chiết dầu ra khỏi nguyên liệu, sau đó làm bay hơi hết dung môi hữu cơ

- Phương pháp thủy phân bằng dung dịch xút loãng:

o Dùng dung dịch xút loãng kết hợp với nhiệt độ cao để thủy phân nguyên liệu, phá vỡ cấu trúc tế bào và mô, cắt đứt liên kết giữa protein và lipid thu được cả dầu và vitamin ở trạng thái tự do

3 Trong công nghiệp sản xuất dầu gan cá, quá trình sản xuất thường chia

thành 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: trích ly dầu khỏi nguyên liệu, thu được dầu thô

- Giai đoạn 2: tinh chế dầu cá, loại bỏ tạp chất

4 Quy trình sản xuất vitamin A từ dầu gan cá với phương pháp thủy phân

bằng dung dịch xút loãng

Cân bằng viatmin A Gan cá

Rửa

Vitamin A thành phẩm Tách mỡ cứng

Nghiền nhỏ

Lọc tinh

- Gan cá được rửa sạch để loại bỏ tạp chất

- Nghiền nhỏ: phá vỡ tế bào, tăng cường diện tích tiếp xúc giữa hóa chất và nguyên liệu, giảm thời gian thủy phân, bảo vệ

vitamin A Quá trình xay nhỏ thường thực hiện trên máy xay cỏ kích thước lỗ sàng d = 4*6 mm, nếu kích thước quá nhỏ và mịn

sẽ ảnh hưởng đến quá trình tách tạp chất sau này

- Thủy phân: dưới tác dụng của nhiệt độ cao và NaOH sẽ thủy phân các liên kết hóa học, phá vỡ cấu trúc màng và liên kết protein-lipid và liên kết protein-vitamin

o Chuẩn bị dung dịch NaOH 20% (với tỉ lệ 1,2-1,3% so với khối lượng gan cá)

o Cho nước vào thiết bị thủy phân (14-16% thể tích) từ từ nâng nhiệt (sao cho trong 30 phút đầu đạt 50oC) và cho nguyên liệu vào nồi

o Bổ sung 50% xút, nâng nhiệt từ từ đến 90-95oC trong 40 phút Khuấy đảo liên tục

o Khi nhiệt độ đạt 90-95oC, bổ xung 50% xút còn lại giữ nguyên nhiệt độ khuấy đảo gián đoạn đến khi nguyên liệu nát hoàn toàn

o Dầu và vitamin A được giải phóng sẽ hòa tan vào nhau

 Phản ứng xà phòng hóa:

Tách nước Thủy phân

Lắng đọng

Tách dầu Làm sạch

RCOOR’ + NaOH → RCOONa + R’OH

 Phản ứng xà phòng hóa giúp tẩy màu cho dầu, nồng độ vitamin A tăng lên, giảm chỉ số acid

o Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

 Hàm lượng NaOH Tùy vào loại nguyên liệu đưa vào mà lượng NaOH cần cho quá trình thủy phân là khác nhau và độ pH cũng khác nhau Dạng nguyên liệu pH Lượng NaOH (% so với

khối lượng nguyên liệu )

Cá nguyên con 12-14 2-2,2

 Nhiệt độ và thời gian thủy phân

 Khi thủy phân ờ nhiệt độ cao thì thời gian thủy phân giảm, độ nhớt của dung dịch giảm, hệ số khuếch tán tăng, tốc độ hòa tan vitamin A tăng lên Xong nhiệt độ thủy phân cũng chỉ cho phép tăng cao đến mức độ nhất định Nếu quá cao (>100°C) làm cho quá trình nhũ hóa, xà phòng hóa và oxy hóa xảy

ra mạnh, gây tổn hao vitamin A

 Theo các dẫn liệu nghiên cứu thì nhiệt độ thủy phân thích hợp là 90-95°C ở nồng độ NaOH là 20%

- Lắng đọng trong 1,5-2 giờ, phân thành 4 lớp:

o Lớp 1 (lớp dầu trên cùng): chủ yếu là dầu có lẫn 1 ít chất màu và ít tạp chất

o Lớp 2: chủ yếu là dầu, xà phòng, nước, xút dư và tạp chất

o Lớp 3 (lớp xà phòng): chủ yếu là xà phòng, nước, xút dư

và tạp chất

o Lớp 4: lớp bã nguyên liệu

- Tách dầu: tách lấy lớp 1 và lớp 2 sau khi đã lắng đọng, bằng cách rút xả van dưới đáy nồi thủy phân

- Làm sạch:

o Phần dầu đã được tách trộn với nước nóng với lượng gấp

2 lần dầu cần rửa, cho cánh khuấy đảo trộn trong 10-15 phút

o Để từ 1-2 giờ, dầu nổi lên trên, rút bỏ phần nước, xà phòng, xút dư và tạp chất qua van dưới đáy nồi

o Ly tâm để loại bỏ hoàn toàn lượng tạp chất có thể gây hư hại đến sản phẩm

- Tách nước: sấy chân không để loại bỏ nước Nước và protein được loại bỏ hoàn toàn

- Lọc tinh: nếu nước và protein vẫn còn chúng sẽ được đông tụ và loại bỏ bởi thiết bị lọc hút

- Tách mỡ cứng:

o Mỡ cứng là phần dầu cá có nhiệt độ đông đặc cao, khi bảo quản thường bị đông lại

o Để tách mỡ cứng thông thường dùng thiết bị lạnh ở 0-5oC,

mỡ sẽ đông tụ và tách được tách bỏ Sau khi tách mỡ cứng dầu không bị vẩn đục và nâng cao nồng độ vitamin A Do vậy thường tiến hành tách mỡ cứng trong sản xuất dầu y học

- Cân bằng vitamin A: Sản phẩm đầu cá thu được thường có hàm lượng vitamin A không ổn định và không đạt dầu cá y học; Do vậy cần phải cân bằng vitamine A để đạt hàm lượng vitamin A theo tiêu chuẩn quy định

(Theo Trần Thị Luyến, 2006, Sản xuất các chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu thủy sản, NXB Nông nghiệp TP Hồ Chí Minh, trang 5-13)

- Vitamin A thành phẩm:

o Màu sắc: màu vàng nhạt hoặc màu vàng nâu, không ôi khét và phải sánh

o Vitamin A thành phẩm thường được đóng gói, sử dụng và bảo quản ở dạng lỏng hoặc viên nang

V Ứng dụng

1 Trong mỹ phẩm: làm các sản phẩm dưỡng da, cải thiện da, làm đẹp như mặt

dạ dưỡng da

2 Trong dược phẩm: các dạng viên nan dùng để uống bổ sung vitamin A cải thiện da từ bên trong

3 Trong thực phẩm: có thể dùng để ăn trực tiếp, uống ở dạng sinh tố hoặc chế biến các món ăn

VI Phần thảo luận:

1 Tại sao phải dùng gan cá để chiết vitamin A:

- Dùng gan cá để chiết vitamin A vì:

o Gan động vật chứa nhiều vitamin A

o Tận dụng nguồn phế phẩm trong sản xuất, giảm chi phí đầu tư cho nguyên liệu

2 Khi ăn thực phẩm động vật thực vật (trái cây, rau xanh, nước ép ) chứa nhiều vitamin A thì có ảnh hưởng gì không?

- Với vitamin A có nguồn gốc thực vật (beta- carotene), khi cung cấp dư thừa sẽ gây nên hiện tượng vàng da, nhưng nếu ngưng sử dụng một thời gian, hiện tượng này sẽ biến mất Riêng với vitamin A có nguồn gốc động vật và từ các chế phẩm chứa vitamin A, cung cấp cho cơ thể quá nhiều so với nhu cầu hàng ngày trong thời gian dài, sẽ gây ngộ độc gan