Tổng quan về carotenoid

Các bà mẹ thường hay khuyên con mình nên ăn nhiều trái cây và rau xanh với nhiều màu sắc khác nhau, nhưng lại không hiểu một cách sâu sắc tại sao lại nên như thế. Ngày nay, các nhà khoa học đã giải thích rõ ràng tại sao “màu sắc” lại có lợi cho sức khoẻ như vậy. Trái cây và rau xanh là những nguồn dồi dào một loại sắc tố thực vật. Đó là các carotenoid. Carotenoit là các sắc tố tự nhiên tạo ra màu vàng, da cam, đỏ trong rất nhiều các loại hoa quả (gấc, chanh, đào, mơ, cam, nho…), rau củ (cà rốt, cà chua, rau dền…), nấm và hoa. Chúng cũng có mặt trong các sản phẩm động vật như trứng, tôm hùm, cá… Ngày nay, các hợp chất carotenoit rất được quan tâm nghiên cứu, đã đạt được những kết quả không chỉ về ảnh hưởng của chúng lên các cơ thể sinh vật mà còn đưa ra một số sản phẩm thuốc và thực phẩm thuốc bổ sung hàng ngày cho con người. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để sản xuất thuốc có nguồn gốc thảo dược mang một ý nghĩa vô cùng thiết thực. Cũng nhằm mục đích đó, chúng tôi đã tiến hành điều tra một số hợp chất carotenoit trong thực vật Việt Nam.

1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHỤ GIA THỰC PHẨM 1 LỜI MỞ ĐẦU Các bà mẹ thường hay khuyên con mình nên ăn nhiều trái cây và rau xanh với nhiều màu sắc khác nhau, nhưng lại không hiểu một cách sâu sắc tại sao lại nên như thế. Ngày nay, các nhà khoa học đã giải thích rõ ràng tại sao “màu sắc” lại có lợi cho sức khoẻ như vậy. Trái cây và rau xanh là những nguồn dồi dào một loại sắc tố thực vật. Đó là các carotenoid. Carotenoit là các sắc tố tự nhiên tạo ra màu vàng, da cam, đỏ trong rất nhiều các loại hoa quả (gấc, chanh, đào, mơ, cam, nho…), rau củ (cà rốt, cà chua, rau dền…), nấm và hoa. Chúng cũng có mặt trong các sản phẩm động vật như trứng, tôm hùm, cá… Ngày nay, các hợp chất carotenoit rất được quan tâm nghiên cứu, đã đạt được những kết quả không chỉ về ảnh hưởng của chúng lên các cơ thể sinh vật mà còn đưa ra một số sản phẩm thuốc và thực phẩm thuốc bổ sung hàng ngày cho con người. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để sản xuất thuốc có nguồn gốc thảo dược mang một ý nghĩa vô cùng thiết thực. Cũng nhằm mục đích đó, chúng tôi đã tiến hành điều tra một số hợp chất carotenoit trong thực vật Việt Nam. 1 1. Tổng quan về Carotenoids Carotenoids là nhóm chất màu hòa tan trong chất béo làm cho quả và rau có màu da cam, màu vàng và màu đỏ. Nhóm này gồm từ 65 tới 70 chất màu tự nhiên, tiêu biểu là carotene, licopene , xanthophylls , capsanthin,… Carotenoids có trong đa số cây ( trừ một số nấm ) và hầu như có trong tất cả cơ thể động vật. 1.1. Công thức cấu tạo chung Carotenoids là hợp chất cấu tạo bởi 8 đơn vị isoprenoid ( ip ). Các đơn vị nối với nhau từ “ đầu đến đuôi ”, nhưng trật tự này bị nghịch chuyển tại giữa phân tử . 1 H.1: Cấu trúc chung của carotenoids. 1.2. Phân loại và danh pháp 1.2.1. Danh pháp Tên carotenoids thường dựa theo tên nguồn sinh vật (biological source) lần đầu tiên được dùng để tách chúng. Ví dụ: beta-carotene được tách đầu tiên từ carrot. Tuy nhiên, một hệ thống tốt hơn là danh pháp bán hệ thống đã được phát triển để thiết lập mối quan hệ giữa tên gọi và cấu trúc . Một số tiêu chuẩn trong danh pháp bán hệ thống : * Hệ thống đánh số : H.2: hệ thống đánh số carbon của carotenoids theo IUPAC . * Những kí tự Hi Lạp dùng đề mô tả nhóm kết thúc , vòng no, vòng không no ( H.3 ) Type Loại Prefix Prefix Formula Công thức Structure Cơ cấu tổ chức Acyclic Acyclic y y C 9 H 15 C 9 H 15 III III Cyclohexene Cyclohexen b, e b, e C 9 H 15 C 9 H 15 IV, V IV, V Methylenecyclohexane Methylenecyclohexane g g C 9 H 15 C 9 H 15 VI VI Cyclopentane Cyclopentan k k C 9 H 17 C 9 H 17 VII VII 1 Aryl Aryl f, c f, c C 9 H 11 C 9 H 11 VIII, I VIII, I Bảng 1 : Các kí tự Hi Lạp dùng để mô tả nhóm kết thúc . H.3: Những kí tự Hi Lạp dùng đề mô tả nhóm kết thúc, vòng no, vòng không no. 1.2.2. Phân loại Có 2 hệ thống chính được dùng để phân loại carotenoids 1. Theo cấu trúc hóa học: có 2 lớp là: carotenes và xanthophylls. 2. Theo chức năng ( functionality ): nhóm carotenoids cơ bản ( primary carotenoids ) và nhóm carotenoids chuyển hóa ( secondary carotenoids ) 1 Bảng 2 : Phân loại carotenoids . Phân loại carotenoid Cách phân loại Các nhóm chất Tiêu biểu Dựa trên cấu tạo hóa học Carotenes : là hidrocarbon . Al-carotene , beta-carotene, b-cryptoxanthin . Xanhthophyll : có chứa các nhóm hidroxyl và keto . Lutein , zeaxanthin , violaxanthin , neoxanthin , fucoxanthin . Dựa trên chức năng Nhóm carotenoid cơ bản beta-carotene , neoxanthin , violaxanthin , zea xanthin . Nhóm carotenoid chuyển hóa Al-carotene , capsanthin, lycopene, Bixin . 1 H.7 : Công thức cấu tạo và màu của một số chất thuộc nhóm carotenoids 1.3. Tính chất của carotenoid 1.3.1. Tính chất vật lý : • Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi. Nhiệt độ nóng chảy cao: 130- 2200C • Có độ hòa tan cao,không tan trong nước. Hòa tan trong chất béo, các dung môi chứa clor và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu da cam, màu vàng, màu đỏ. • Màu sắc của carotenoid được tạo ra nhờ sự có mặt của hệ các nối đôi liên hợp trong phân tử . Phần lớn các nối đôi này có cấu hình dạng trans . Khả năng hấp thụ sóng mạnh nhất ở những bước sóng khác nhau của hệ nối đôi liên hợp được sử dụng để phân tích cấu trú , định tính cũng như định lượng carotenoid . • Tính hấp thụ ánh sáng:chuỗi polyne liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid. Dựa vào quang phổ hấp thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như các nhóm chức gắn trên vòng. Ngoài ra trong mỗi dung môi hòa tan khác nhau, khả năng hấp thụ ánh sáng tối đa cũng khác nhau với cùng 1 loại.Khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh,chỉ cần 1 gam cũng thấy bằng mắt thường. 1 MÀU Tên màu Tính bền Nhiệt độ Ánh sáng Acid Carotene Tốt Tốt Tốt Beta - carotene E160a Tốt Tốt Tốt Annatto Baxin E160b Tốt Tốt Tốt Annatto Nor Baxin E160b Tốt Tốt Tốt Curcumium Tốt Kém Tốt Lutein Tốt Tốt Tốt Bảng 3: Độ bền với ánh sáng, nhiệt độ, acid của một số chất thuộc carotenoids. 1.3.2. Tính chất hóa học • Carotenoids nhạy cảm với oxi và ánh sáng . Khi các tác nhân này bị loại bỏ, carotenoid trong thực phẩm rất bền, kể cả ở nhiệt độ cao. • Một trong những đặc điểm của carotenoit là có nhiều nối đôi luân hợp tạo nên những nhóm mang màu của chúng. Màu của chúng phụ thuộc vào những nhóm mang màu này. • Dễ bị oxi hóa trong không khí, cần bảo quản trong khí trơ, chân không.Ở nhiệt độ thấp nên bao kín tránh ánh sáng mặt trời. Carotenoid khi bị oxy hóa:  Làm giảm chất lượng thực phẩm.  Làm thay đổi màu sắc của thực phẩm.  Tạo ra nhiều chất mùi. (hợp chất có mùi thơm như aldehide không no hoặc ketone đóng vai trò tạo hương thơm cho trà). • Rất nhạy đối với acid và chất oxi hóa, bền vững với kiềm.Do có hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị oxy hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu 1 khác.  Ví dụ: C13-norisoprenoid (grasshooper ketone ) có ở thực vật, khi bị oxi hóa sẽ chuyển thành một chất mùi, do đó làm đổi mùi khi đun nóng trái cây trong quá trình sản xuất nước quả hay hay mứt quả. Hay như 1,2-dihydro-1,1,6-trimetyl naphtalen có mùi dầu lửa được tạo ra trong quá trình phân hủy neoxanthin và những carotenoid khác trong quá trình bảo quản rượu vang. 1.3.3. Hoạt tính sinh học và vai trò của carotenoid Carotenoid là tiền vitamin A. Carotenoid là chất hống oxy hóa tự nhiên có khả năng bắt giữ oxy đơn phân tử. Có chức năng bảo vệ mắt:  Lutein và zeaxanthin hấp phụ những phổ ánh sáng có năng lượng cao và có hại nhất của ánh sáng mặt trời, kìm hãm việc hoạt hóa các gốc tự do, ngăn chặn phản ứng kích hoạt của ánh sang => bảo vệ thị giác. Giúp phòng chống một số bệnh: Ngăn ngừa ung thư tiền liệt tuyến, ung thư phổi. Giải độc, bảo vệ gan, đặc biệt là chống ung thư gan, ung thư vú, ung thư cổ tử cung có nguy cơ cao ở phụ nữ độ tuổi 30- 45.  Giúp chống đột quỵ.  Chống oxy hoá, có tác dụng chống các bệnh tim mạch ở những người không hút thuốc (Nghiên cứu của Manfed Engger do Folr (chương trình nghiên cứu về dinh dưỡng DSM )).  Giảm chứng viêm khớp.  Bảo vệ da.  Có tác dụng tăng sức đề kháng cho cơ thể cải thiện trí nhớ, tác động đến bộ não.  Lycopen có tác dụng cực kỳ quan trọng đối với sắc đẹp. Giúp quá trình chuyển hoá chất trong tế bào làm đẹp da, tóc, tăng sức đề kháng cho da, 1 chống lão hoá da. 1.4. Ưu, nhược điểm của nhóm chất màu carotenoid 1.4.1. Ưu điểm Một trong nhứng ưu điểm lớn nhất của carotenoid là có bản chất tự nhiên: ngoài tác dụng tạo màu, carotenoid có đặc tính sinh học quý giá. Ví dụ, – carotene chuyển thành vitamin A khi đi vào cơ thể; lycopen, lutein là các chất chống oxy hóa rất mạnh, được xem là các yếu tố “vàng” đối với sức khỏe. Nhận thức của khoa học và người tiêu dùng hiện nay càng ngày càng hướng tới việc sử dụng các thực phẩm không chứa phụ gia hoặc loại phụ gia đó phải tự nhiên và thân thiện vói sức khỏe, cộng với việc gần đây có nhiều thông tin khoa học nghi ngờ về tính an toan của nhiều hợp chất màu tổng hợp nhân tạo. Do đó, thực phẩm nếu chứa nhiều màu tự nhiên chắc chắn sẽ được người tiêu dùng ưu tiên lựa chọn. Vì nó được xem là an toàn nên hiện nay hầu hết các nước trên thế giới đều có các quy định quản lý thông thoáng đối với carotenoid tạo ra sự thuận lợi cho việc sản xuất, kinh doanh và sử dụng các hợp chất này. Ngoài ra, còn có một ưu điểm đáng lưu ý là chúng không bị mất màu trong các sản phẩm không chứa acid ascorbic so với việc sử dụng các hợp chất màu tổng hợp nhóm azo. 1.4.2. Nhược điểm Bên cạnh những ưu điểm kể trên, carotenoid cũng có những hạn chế như không có độ bền cao đối với các tác nhân hóa học, vật lý như ánh sáng, nhiệt độ, pH, một số yếu tố hóa học do đó chúng dễ bị biến màu ngay trong quá trình sản xuất và trong thời hạn lưu hành sản phẩm (đặc biệt với sản phẩm cần hạn sử dụng dài). Ngoài ra chúng còn một hạn chế rất bất lợi là độ hòa tan. Các hợp chất carotenoid được xếp vào loại hòa tan trong chất béo nhưng khả năng hòa tan của chúng cũng khá giới hạn. Để khắc phục điều này, các hợp chất ví dụ – carotene được chuyển thành dạng vi hạt và cho phân tán vào trong dầu thực vật. Khi sử dụng, người ta dùng chế phẩm này cho vào thực phẩm và nó dễ dàng hòa tan nhờ nhiệt của quá trình chế biến. Khoa học thực phẩm cũng đã phát triển được các kỹ thuật để chuyển các carotenoid thành các dạng vi hạt để chúng có thể phân tán trong nước. Vì nguồn gốc bản chất tự nhiên của carotenoid và các kỹ thuật khá phức tạp, nên [...]... lọc, rửa và làm khô tinh thể vào ngày hôm sau 4 Bàn luận Carotenoid là loại sắc tố rất đáng được quan tâm vì tầm quan trọng của nó trong việc tạo màu của thực phẩm Schiedt và Liaaen-Jensen đã nghiên cứu rất thành công phương pháp trích ly, cô lập và tinh chế carotenoid (1995) Trọng tâm của phương pháp này là thu nhận những carotenoid tự nhiên quan trọng trong thực phẩm và các loại thực vật Nó cũng mang... phẩm từ thịt đều có pH acid do đó bảo vệ được ít nhiều vitamin Bảo vệ màu vàng của carotenoid: Vì carotenoid không hòa tan trong nước nên không bị mất đi khi rửa, chần và các quá trình tương tác khác.Vì carotenoid tan trong dầu mỡ nên khi rán hay đóng hộp carotenoid trong các loại rau quả sẽ chuyển vào dầu nóng 2 Các loại carotenoid 2.1 Carotenes: Có hoạt tính tiền vitamin A: gồm các hợp chất carotene... đầu là sự ly trích carotenoid trong mẫu đã được khử nước Mẫu tiếp tục được xà phòng hóa để bắt đầu cô lập hỗn hợp carotenoid Trong suốt quá trình xà phòng hóa các este được thủy phân và các sắc tố tự do được giải phóng Sau đó tiếp tục việc phân lập carotenoid bằng phương pháp sắc kí cột, đây là phương pháp đơn giản và nhanh nhất để tách rời ba nhóm carotenoid dựa vào sự khác nhau về tính phân cực Nguyên... gian + Sự oxy hóa bởi enzyme Trong tế bào, carotenoid định hơn khi tạo thành phức hợp carotenoid – protein Carotenoid bị tấn công bởi các enzyme oxy hóa chất béo: Peroxidase làm giảm lượng chất béo theo cơ chế: Peroxidase Carotenoid acid thực vật 5,6 – epoxide 5,8 – epoxide Lipoxidase tạo thành gốc tự do từ acid béo không no sau đó bắt đầu oxy hóa các carotenoid Lipoperoxidase chỉ hoạt động khi... với các hợp chất màu tổng hợp nhân tạo thì các vấn đề nói trên là các nhược điểm khá lớn làm hạn chế việc sử dụng nhóm chất màu carotenoid trong công nghiệp thực phẩm Biến đổi trong quá trình chế biến của carotenoid Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxi hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại, enzyme, nước − Sự oxy hóa + Sự oxy hóa không do enzyme Carotenoid khi tiếp... các carotenoid tách biệt thành từng dải riêng biệt thì thu nhận vào bình 1 7 Rửa giải các sắc tố monohydroxy bằng chất rửa giải MHP còn để rửa giải các sắc tố dihydroxy và các sắc tố phân cực nhiều hơn thì dung chất rửa giải DHP Mỗi loại sắc tố được thu nhận bằng bình sạch khác nhau H.8 : sử dụng phương pháp sắc kí tách các chất trong nhóm carotenoids 3.4 Tinh chế carotenoid Công đoạn kết tinh carotenoid. .. nước trước khi tiến hành trích xuất Bởi vì dư nước sẽ làm hạn chế sư trích xuất carotenoid Việc sử dụng các chất lỏng để trích xuất cũng rất quan trọng và phụ thuộc vào loại carotenoid cần kiếm Sử dụng hỗn hợp hexane/acetone làm chất lỏng trích xuất rất thuận tiện vì nó cũng được sử dụng trong quá trình kết tinh Một khi carotenoid đã được trích ly và cô lập, chúng có xu hướng không bền vững, khi các... lên 10 lần Tuy nhiên chất này không có hoạt tính vitamin Là một chất có thể trung hòa các chất hóa học gây lão hóa làn da Ở thực vật, tảo và các sinh vật quang hợp khác, lycopen là một chất trung gian quan trọng trong việc sinh tổng hợp của nhiều carotenoid Bằng cách tạo thành vòng ở một đầu hoặc cả hai đầu của phân tử licopen thì sẽ được các đồng phân α, β, γ – caroten Tất cả những carotene tự nhiên... dùng để rửa giải các carotenoid monohydroxy có tính phân cực vừa phải và hỗn hợp dung môi 60:40 (v/v) hexane/acetone dùng để rửa giải các sắc tố dihydroxy có tính phân cực cao 1 Hình 1 Trái cây giàu carotenoid Hình 2 Trái cây giàu carotene 1 Hình 3 Trái cây giàu lycopen 5 Kết luận Carotenoid là hữu sắc tố được tìm thấy trong các lục lạp và chromoplasts của thực vật và một số khác quang hợp sinh vật,... một số vi khuẩn và một số loại nấm Carotenoid có thể được sản xuất từ chất béo và khối xây dựng trao đổi chất hữu cơ cơ bản khác bởi tất cả các sinh vật này Carotenoid thường không thể được sản xuất bởi các loài động vật vương quốc động vật để có được carotenoid trong chế độ ăn của họ, và có thể sử dụng chúng trong nhiều cách khác nhau trong quá trình chuyển hóa.Các carotenoid làm cho cuộc sống của chúng . cơ bản ( primary carotenoids ) và nhóm carotenoids chuyển hóa ( secondary carotenoids ) 1 Bảng 2 : Phân loại carotenoids . Phân loại carotenoid Cách phân. những carotenoid khác trong quá trình bảo quản rượu vang. 1.3.3. Hoạt tính sinh học và vai trò của carotenoid  Carotenoid là tiền vitamin A. Carotenoid