Việc áp dụng ORD/CD trong những điều kiện cụ thể đòi hỏi sự có mặt của những hợp chất tinh khiết để cung cấp quang phổ tốt. Việc cải tiến kỹ thuật sắc ký có thể giúp xác định các đồng phân quang học và hỗn hợp isomeric. Một ví dụ điển hình được tìm thấy trong lactucaxanthin, một đồng phân của lutein trong rau diếp.
Nghiên cứu hóa học lập thể đã chứng minh những ưu điểm tuyệt vời của kỹ thuật hiện đại, với NMR đóng vai trò quan trọng. Phương pháp xác định các đồng phân dinochrome sử dụng các NMR thực nghiệm khác nhau (DQF-COSY, NOESY, HSQC, HMBC) để tìm hiểu tính chính xác của tương quan hóa học lập thể trong mỗi phân tử. Một vài dữ liệu NOESY quan trong từ công việc này được cung cấp cho dinochrome A trong hình 3.3.
37
Hình 3.3 Cấu trúc của dinochrome A. 3.4.5. Hóa học vi lượng
Hóa học vi lượng có vai trò quan trọng trong hóa học carotenoid, mặc dù các hợp chất có tính nhạy cảm cao và tương đối ít phản ứng được áp dụng, và điều quan trọng là đã đơn giản hóa quá trinh oxy hóa và sử dụng phương pháp tạo tủa, và dẫn xuất của chức năng alcohol đến ester và ether.
3.4.6. Định lượng
Định lượng carotenoid được thực hiện dễ dàng bằng việc hấp thu ánh sáng khả kiến, cũng như trong dung dịch hoặc bằng mật độ quang trên các tấm TLC. Một yêu cầu để cho kết quả chính xác là thông tin về những hợp chất tinh khiết được đo.
38 Chương 4: VAI TRÕ CỦA CAROTENOID ĐỐI VỚI CON NGƯỜI
4.1. Vai trò của carotenoid trong việc duy trì sức khỏe con người
Carotenoid được công nhận khả năng chống oxy hóa tốt nhất , đặc biệt là trong các membrane, vì chúng là các sắc tố nằm trong màng. Hydrogen peroxide, oxy nguyên tử, nitrogen oxide, superoxide anion tác động có hại cho cơ thể bằng hai con đường nội sinh và ngoại sinh có thể được bất hoạt bởi carotenoid; trên thực tế, carotenoid được xem là chất giải độc sinh học tốt nhất của oxy phân tử (Boileau et al., 1999; Paiva & Russell, 1999), và có thể phản ứng với hầu hết các gốc tự do có thể sẽ gặp phải trong hệ thống sinh học. Các carotenoid chứa hệ thống 9 nối đôi liên hợp và chính điều này chịu trách nhiệm hấp thụ ánh sáng khả kiến tạo thành màu cam, vàng và đỏ của carotenoid – hệ thống 9 liên kết đôi liên hợp – cũng được tìm thấy trong huyết thanh người và trong mô. Một tính năng thứ hai phổ biến trong chế độ ăn uống carotenoid được hấp thụ bởi con người (và có thể được tìm thấy trong mô và huyết thanh người) là một vòng β-ionone thay thế ở cuối của chuỗi liên kết đôi liên hợp (Boileau et al., 1999).
Khoảng 50 loại carotenoid được xác định trong khẩu phần ăn của con người, và 34 loại được xác định trong huyết thanh người. β-carotene, lycopene, và lutein là những carotenoid phổ biến nhất trong chế độ ăn, và cũng thường xuyên được phát hiện trong mô và huyết thanh, mặc dù nồng độ khác nhau (Khachik et al., 1997). β-carotene được nghiên cứu nhiều nhất, và là carotenoid phổ biến nhất trong khẩu phần ăn ở hầu hết các nước; tuy nhiên, lycopene thì nhiều hơn ở Mỹ. Nồng độ carotenoid trong huyết thanh được trình bày (trong một đơn vị nồng độ µmol/l: lycopene 0.13-0.82; lutein + zeaxanthin, 0.16-0.72; β-carotene, 0.09-0.91; β-cryptoxanthin 0.05-0.38; α- carotene 0.02-0.22 ) có thể liên quan với giới tính, lối sống và các yếu tố sinh lý (Boileau et al., 1999).
Độ dài chuỗi polyene của phân tử carotenoid tương quan với khả năng loại oxy nguyên tử hiệu quả, trong đó lycopene hiệu quả nhất trong các loại carotenoid. Carotenoid cũng có thể bảo vệ tế bào khỏi tác hại oxy hóa bằng cách sử dụng cơ chế thay thế. β-carotene có thể chấm dứt quá trình oxy hóa chất béo như một chất chống oxy hóa; cả β-carotene và lutein bảo vệ tế bào khỏi quá trình peroxyl hóa và tổn thương màng bằng cách làm giảm lactate dehydrogenase của tế bào.
39
Carotenoid thoát ra từ thức ăn do động tác nhai, hoạt động của dạ dày và men tiêu hóa (Deming & Erdman, 1999). Carotenoid là các lipid không phân cực không thể hòa tan trong dung môi là nước, sự hấp thụ trong đường ruột con người xảy ra nhờ sự hiện diện của acid mật và hình thành micelle, và các micelle khuếch tán qua tế bào thành ruột. Bởi vì chất béo trong ruột non kích thích tiết mật từ túi mật của bàng quang (tăng kích thước và tính ổn định của các micelle), chế độ ăn uống hấp thu chất béo giúp nâng cao sự hòa tan và hấp thu carotenoid. Sau đó vận chuyển carotenoid trong huyết thanh xảy ra trong lipoprotein, với nhiều carotenoid phân cực như xanthophyll, và carotenoid hydrocarbon như β-carotene trong lõi kỵ nước (Parker, 1996).
Kể từ khi kết hợp được với các thành phần khác như protein, hoạt tính sinh học của chúng thay đổi. Hoạt tính sinh học tương đối được ước tính ít hơn 10% (nguyên liệu các loại rau tươi) đến hơn 50% khi chuẩn bị trong dầu. Carotenoid có trong tất cả các cấu hình trans trong rau quả tươi, nhưng quá trình chế biến có thể thúc đẩy quá trình isomer hóa, và các đồng phân khác xuất hiện trong các chất chuyển hóa thu hồi sau khi uống. Lycopene được tiêu thụ chủ yếu ở dạng trans trong thực phẩm, nhưng được phát hiện gần như duy nhất đồng phân cis trong các mô của người (Boileau et al., 2002; Platz et al., 2003). Các đồng phân cụ thể liên quan đến các phản ứng sinh học khác nhau, từ đó cung cấp hiểu biết về nguy cơ hoặc quá trình phát sinh bệnh.
Mặc dù nhiệt và quá trình chế biến thực phẩm có xu hướng tăng hoạt tính sinh hoc của lycopene, hầu hết các bằng chứng cho thấy rằng chỉ rất ít chuyển sang đồng phân
cis xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt hoặc quá trình dehydrat hóa; các quá trình sinh lý khác chịu trách nhiệm cho sự khác biệt lớn trong quan sát tỷ lệ cis/trans giữa thức ăn và mô. Nghiên cứu in vivo (sử dụng mô hình động vật chồn và chuột nhảy, bởi vì cách thức chúng hấp thụ carotenoid tương tự như ở người) chi thấy sự đồng phân hóa của lycopene được xảy ra trong hệ thống dạ dày, và có vẻ như đồng phân cis được ưu tiên hấp thụ ở người (Boileau et al., 2002).
Carotenoid được tích lũy trong cơ thể người ở các mô khác nhau bao gồm gan, mỡ, huyết thanh, tuyến tiền liệt, tuyến thượng thận, điểm vàng, thận, phổi, não và da (Deming & Erdman, 1999). Không có phương pháp chuẩn để cho việc đánh giá và định lượng hoạt tính sinh học của carotenoid ở người. Tất cả phép đo ở người được giới hạn bởi nồng độ huyết tương và huyết thanh. Bởi vì carotenoid tác động lên nhiều bệnh liên quan đến tuổi tác, mối liên hệ giữa tình trạng lutein và tuổi tác đã được nghiên cứu. Chế độ ăn uống carotenoid làm giảm nguy cơ ung thư.
40
β-carotene liên quan đến việc giảm đáng kể nguy cơ tái phát tuyến u đại thực tràng (44%) ờ những bệnh nhân không hút thuốc lá và lượng cồn đưa vào ở mức thấp hoặc trung bình. Trong cùng một nghiên cứu, tăng gấp đôi nguy cơ tái phát tuyến u ở những bệnh nhân hút thuốc và uống hơn một ly rượu mỗi ngày.
4.2. Carotenoid và tổn hại quang oxy hóa
Cũng như flavonoid, carotenoid được cung cấp để vảo vệ chức năng thị giác và mắt, chống lại sự thoái hóa điểm vàng và hiện tượng đục thủy tinh thể. Có hai carotenoid có mặt trong võng mạc và điểm vàng là lutein và zeaxanthin. Do khả năng chống oxy hóa của chúng, những carotenoid này được cho rằng có khả năng bảo vệ mắt khỏi tổn hại do ánh sáng. Thoái hóa điểm vàng, nguyên nhân bởi ánh sáng xanh, là nguyên nhân gây nên bệnh mù ở những người ở tuổi trên 65. Lutein được gọi là “các chất dinh dưỡng bảo vệ mắt” (Khachik et al., 2002).
Lợi ích của carotenoid đối với sức khỏe thị giác gắn liền với hoạt tính của vitamin A của một tập hợp sắc tố carotenoid. Ví dụ như, loại tốt nhất được ghi nhận trong lớp sắc tố carotenoid, β-carotene có thể chuyển thành hai phân tử của võng mạc (vitamin A) trong tế bào niêm mạc ruột bởi các enzyme β-carotene 15,15’-dioxygenase. Acid retinoic có khả năng giảm sưng hiệu quả và phân hủy collagen, và do đó được đưa vào một số chế độ điều trị viêm khớp. Tuy nhiên, trong số hơn 600 loài carotenoid tự nhiên, hầu hết không có hoạt tính vitamin A (Boileau et al., 1999).
Carotenoid có chức năng bảo vệ quang trong trao đổi chất ở người, và do đó được sử dụng trong phương pháp điều trị các bệnh nhạy cảm với ánh sáng (Zeigler, 1993), mặc dù trong điều kiện các bệnh khác, β-carotene phải được kết hợp với vitamin A để đảm bảo hiệu quả. Mặc dù không đóng góp vào việc tổng hợp vitamin A như β- carotene, những carotenoid như lycopene, lutein và zeaxanthin là những chất chống oxy hóa tuyệt vời và là chất bảo vệ các mô tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng. Cơ chế được cho là liên quan đến hiệu quả bảo vệ của carotenoid điểm vàng là lọc ánh sáng xanh và lọc sạch những chất trung gian tạo ra trong phản ứng quang oxy hóa (Sies & Stahl, 2003).
4.3. Carotenoid và sự điều khiển các phản ứng của hệ miễn dịch
β-carotene có thể ảnh hưởng đến các tế bào miễn dịch để hoạt động hiệu quả hơn thông qua một số cơ chế tăng biểu hiện các phân tử bám dính bởi các bạch cầu đơn nhân, tăng sự tiết TNF-α, và tăng tỷ lệ phần trăm biểu hiện bạch cầu đơn nhân chịu
41
trách nhiệm về sự có mặt của các kháng nguyên đến các tế bào T-helper (Hughes et al., 1997).
Một loạt các nghiên cứu khác cho thấy cơ chế mà theo đó carotenoid có thể tăng cường hệ thống miễn dịch (Boileau et al., 1999) bao gồm cả việc tăng tế bào bạch huyết đến mitogen (tác nhân phân bào), bảo vệ tế bào miễn dịch từ sự tác động trở lại của những chủng vi khuẩn mà họ sản xuất, tăng hoạt động tế bào chết tự nhiên trong lão hóa đối tượng, và tăng tổng số tế bào trắng và tỷ lệ CD4/CD8.
4.4. Carotenoid và sự ức chế bệnh tim mạch
Một loạt các nghiên cứu gần đây đã chứng minh sự tương quan nồng độ huyết thanh cao của carotene và việc giảm bệnh động mạch vành. Sự ức chế quá trình oxy hóa của mật độ lipoprotein thấp (LCD) đã được chứng minh, đặc biệt là với mức thấp của carotene. Carotenoid lycopene không có tác dụng bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa trong các thử nghiệm này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng uống nước ép cà chua với liều lượng 2 tuần, giàu carotenoid, làm giảm LDL ở nam (Bub et al., 2000). Cơ chế chống oxy hóa không phải vai trò của hoạt tính β-carotene hoặc lycopene để giảm cholesterol LDL. Tổng hợp cholesterol trong một dòng tế bào đại thực bào bởi ức chế bởi nồng độ 10µM của một trong hai carotenoid. Một cơ chế khác của carotenoid để ức chế bệnh tim mạch có thể thông qua cơ chế phản hồi để ức chế HGM-CoA reductase ở người-một giả thuyết được chứng minh bằng cách giảm 14% cholesterol LDL trong huyết tương và bổ sung lycopene 60mg/ngày trong 3 tháng.
4.5. Carotenoid và phòng ngừa ung thư
Carotenoid liên quan đến việc ức chế một số bệnh ung thư bao gồm cả ung thư cổ tử cung, thực quản, tụy, phổi, tuyến tiền liệt và dạ dày. Lycopene được nghiên cứu nhiều cho rằng có vai trò trong sự ức chế ung thư. Vai trò của lycopen trong ung thư đại tràng đã được ghi nhận ở mô hình chuột, nơi hấp thu có chọn lọc trong các mô chính (tuyến tiền liệt, tinh hoàn và tuyến thượng thận) đã được ghi nhận (Jain et al.,
1999). Lượng lutein và zeaxanthin có liên quan đến việc giảm nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt (Cohen et al., 2000). Mối quan hệ giữa mức carotenoid huyết thanh và ung thư phổi ở phụ nữ cũng được phát hiện, nhưng không tìm thấy mối liên hệ với ung thư tuyến tiền liệt (Goodman et al., 2003). Thử nghiệm được tiến hành với cả β-carotene và vitamin A bổ sung cho thấy những chất này có khả năng ức chế sự phát triển của tế bào ung thư (Moreno et al., 2002). Trong một nghiên cứu khác, carotenoid chứng tỏ khả năng giảm nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt trong đó, sự phát triển tế bào ung thư bị
42
ức chế (Kotake-Nara et al., 2001). Trong số 15 carotenoid kiểm tra, lycopene có hiệu quả nhất ở mức thấp. Hiệu quả ức chế của lycopene trên tế bào ung thư liên quan đến cơ chế chống oxy hóa (Kim et al., 2002).
Hormone-phản ứng lại tế bào ung thư được ức chế bởi retinoid, tuy nhiên, liều lượng cần thiết để đạt kết quả thực nghiệm gây độc hại (Teplizky et al., 2001). Một cơ chế phòng ngừa ung thư khác liên quan đến sử dụng hoạt tính carotenoid để điều chỉnh hoặc thay đổi biểu hiện của enzyme xenobiotic. Giai đoạn 1 enzyme chuyển hóa xenobiotic có thể kích hoạt procarcinogen thành chất gây ung thư, và giai đoạn 2 enzyme tạo ra các xenobiotic trơ và bài tiết dễ dàng hơn. Vì vậy, bất kỳ chất nào có thể tạo ra enzyme giai đoạn 2, trong khi giảm hoạt động enzyme giai đoạn 1 như xenobiotic có thể loại khỏi cơ thể mà không gây tổn hại bởi các chất gây ung thư. Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh rằng β-carotene cảm ứng sự tổng hợp quinine reductase (một enzyme giai đoạn 2).
4.6. Tăng tiềm lực của hoạt tính carotenoid
Tương tác giữa carotenoid với các thành phần khác trong thức ăn cũng như giữa các loại carotenoid khác nhau là hiển nhiên trong quá trình hấp thụ và tăng tiềm lực của các hiệu ứng sinh học. Hỗn hợp các carotenoid hoặc kết hợp với những chất chống oxy hóa khác (như vitamin E) có thể tăng cường khả năng chống oxy hóa. Do sự bổ sung β-carotene được công nhận, tầm quan trọng của những tương tác này được nhấn mạnh. Những thử nghiệm in vivo ở mô hình động vật gặm nhắm đã chứng minh sự hiện diện của pectin citric trong chế độ ăn giảm hoạt tính sinh học của tổng hợp β- carotene và kết quả là giảm khả năng dự trữ của vitamin A và β-carotene trong gan chuột.
Đối với carotenoid, cấu trúc của những sắc tố riêng biệt có ảnh hưởng lớn đến hoạt tính sinh học của nó. Canthaxanthin và β-carotene có hoạt tính chống oxy hóa khác hơn zeaxanthin do môi trường phân cực khác nhau. Chế độ ăn uống kết hợp đa dạng các hỗn hợp carotenoid được đề xuất do hoạt tính rộng liên quan đến các hợp chất carotenoid riêng.
KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu cho thấy, sắc tố thực vật có vai trò quan trọng đối với cả thực vật và con người. Các sắc tố giúp tạo màu sắc cho hoa, quả, da người, góp phần giảm quá trình
43
oxy hóa do ánh sáng, bảo vệ các mô và cơ quan khỏi ánh sáng có cường độ cao, là chất chống oxy hóa mạnh mẽ.
Ngoài ra, sắc tố thực vật còn được ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, tạo ra các chất màu tự nhiên, không gây độc hại đối với cơ thể. Sắc tố còn có tác dụng trong việc phòng và chữa các bệnh
Vì vậy, kỹ thuật thu nhận các sắc tố tự nhiên từ các loài thực vật là vấn đề đang được quan tâm hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Benoıt Schoefs, Determination of pigments in vegetables, Journal of Chromatography A, 1054 (2004) 217–226.
44
2. Beyer, P. (1989) Carotene biosynthesis in daffodil chromoplasts: on the membrane- integral desaturation and cyclization reactions, in Physiology, Biochemistry, and Genetics of Nongreen Plastids (eds C. D. Boyer, J. C. Shannon & R. C. Hardison), The American Society of Plant Physiologists, Rockville, MD,pp. 157–170.
3. Susan L. Ustin, A.A. Gitelson, Stéphane Jacquemoud, Michael Schaepman, Gregory P. Asner, John A. Gamon, Pablo Zarco-Tejada, Retrieval of foliar information about plant pigment systems from hight resolution spectroscopy, Remote Sensing of Environment 113 (2009) S67–S77.
4. Douglas B. Mac Dougall, Colour in food – improving quality, Woodhead publishing limited, 388p.