1.2.1.1 Giới thiệu chung về hợp chất phenol
Các hợp chất phenol là một trong các nhóm sản phẩm trao ựổi chất bậc hai chủ yếu của thực vật, rất ựa dạng về cấu trúc và chức năng. Chúng ựược tìm thấy trong
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 18
quả, hạt, rau, rễ, thân, hoa cũng như các sản phẩm có nguồn gốc thực vật tương ứng. Các hợp chất phenolic không phân bố ựều trong cơ thể thực vật. Các hợp chất không hòa tan là thành phần của thành tế bào, trong khi các hợp chất hòa tan có mặt trong không bảo của tế bào thực vật (Yang và cs, 2001). Ở cấp ựộ mô tế bào, lớp bên ngoài của thực vật có chứa hàm lượng phenol cao hơn những bộ phận bên trong (Fernándes de Simon và cs, 1992; Bengochea và cs, 1997).
Hợp chất phenol là những hợp chất thơm có nhóm hydroxyl ựắnh trực tiếp với nhân benzene. Phân tử có nhiều nhóm hydroxyl ựắnh trực tiếp với vòng benzene thì ựược gọi là polyhydroxylphenol (monomer), nhiều monomer gắn với nhau ựược gọi là polymer (Lê Ngọc Tú, 2003).
Các hợp chất phenol rất ựa dạng về cấu trúc và chức năng. Tùy vào cấu tạo mạch carbon mà các hợp chất phenol ựược chia làm các loại sau ựây: phân nhóm C6 (Phenol ựơn giản); phân nhóm C6 Ờ C1 và phân nhóm C6 Ờ C3 (acid phenonic);phân nhóm C6 Ờ C3 Ờ C6 (flavonoid); phân nhóm C6 Ờ C2 Ờ C6 (stilbene); phân nhóm (C6 Ờ C3)n (lignin) (Theo Ngô Xuân Mạnh và cs, 2006).
♦ Phenol ựơn giản (Phân nhóm C6)
Gồm các diphenol và triphenol ựơn giản, có ựặc ựiểm cấu tạo phân tử gồm một vòng benzen liên kết với nhóm ỜOH (Theo Ngô Xuân Mạnh và cs, 2006). đại diện thường gặp: Pyracatechin, resocine, hydroquinol, pyrogallol, foloroglucin, oxyhydroquinol. Trừ hydroquinol có trong quả lê, các chất khác ắt gặp trong thực vật.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 19
(Theo commons.wikimedia)
♦ Acid phenolic (Phân nhóm C6 Ờ C1 và C3-C6)
đây là nhóm hợp chất polyphenolic không có bản chất flavonoid, ựược chia thành hai loại chắnh, acid benzoic và các dẫn xuất của hydroxycinnanic acid.
Hydroxycinnaanic acid có vòng phenyl (C6) và chuỗi bên C3, chúng là tiền than cho sự tổng hợp của lignin và các hợp chất khác (Shahidi và Nack, 2006). Dẫn xuất của hydroxycinamic acid phổ biến nhất là p-coumaric, caffeic, sinapic và ferulic acid. Những acid này ắt khi tìm thấy ở dạng không liên kết, ngoại trừ trong thực phẩm chế biến ựã trải qua ựông lạnh, khử trùng hoặc không lên men. Các liên kết thường gặp là dẫn xuất glycosylate (kết hợp với ựường), ester của quinic acid, shikimic acid và tartaric acid, thường gặp trong số này nhất là chlorogenic acid (Herrmann, 1989; Manach và cs, 2004).
Hàm lượng hydroxybenzoic acid thực phẩm là rất thấp, ngoại trừ trong một số loại trái cây màu ựỏ, củ cải, và hành tây màu ựen với nồng ựộ vài chục mg/kg tươi (Shahidi và Nack, 1995). Các hydroxybenzoic acid thường gặp là protocatechuic acid, vanillic acid, syringic acid và gallic acid. Chúng thường tồn tại phổ biến ở dạng liên kết với các thành phần khác của thực vật hay của sản phẩm thực phẩm như lignin và tannin thủy phân (Khanbabase và Van Ree, 2001).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 20
Hình 1.8. Cấu trúc Phenolic acid (Kequan Zhou và cs, 2006)
♦ Lignin (Phân nhóm C6 Ờ C3)
đây là sản phẩm ngưng tụ của nhiều phân tử phenylpropan. Lignin không hòa tan trong các dung môi thông thường mà bị hòa tan một phần dưới tác dụng của kiềm ựặc, natri bisulfid. Trong thực vật, lignin không tham gia vào quá trình trao ựổi chất. Lignin hóa là giai ựoạn cuối cùng của sự phát triển của tế bào. Do sự tắch lũy của lignin mà thành tế bào trở nên cứng và bền vững hơn (Theo Ngô Xuân Mạnh và cs, 2006)
Hình 1.9. Lignin (Theo palaeos.com)
♦ Flavonoid
Các flavonoid là những phenolic ựiển hình hoạt ựộng như những chelator (tạo phức dạng chelat-dạng càng cua) (Harbor và Williams, 2000; Heim và cs, 2002). Flavonoid có cấu trúc chung dạng C6 Ờ C3 Ờ C6 trong ựó có hai vòng C6 (A và B). Trong ựó các nhóm flavanoid, flavanol, flavonol và anthocyanin là các nhóm có số lượng chiếm ưu thế trong cây trồng (Robards và Antolovich, 1997).
Flavanols và proanthocyanidins còn ựược biết ựến dưới tên gọi flavan-3ol. Chúng có thể tồn tại ở dạng monomer như catechin hay epicatechin hay tồn tại trong các oligomer hay polymer như tannin ngưng tụ. Các flavanol chắnh thường gặp là
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 21
catechin ựược tìm thấy trong nhiều loại quả (mơ, táo), cũng như trong rượu vang, trà xanh, sô-cô-la (Yang và cs, 2001).
Catechin và epicatechin có thể tạo polymer, thường ựược gọi là các proanthocyanindin bởi vì một sự phân cắt có xúc tác acid của các chuỗi polymer này tạo ra anthocyanidins (Tsao, 2010). Proanthocyanindin thường ựược gọi là tannin cô ựặc. Procyanindin bao gồm hỗn hợp các oligomer và polymer chứa các ựơn vị flavan- 3ol, liên kết với nhau chủ yếu dạng C4 →C8 và C4 →C6. Các thành phần flavan -3-ol cũng có thể ựược liên kết kép với nhau bằng một liên kết ether bổ sung giữa C2-O7
(Porter và cs, 1991).
Hình 1.10. Cấu trúc Flavanols and procyanidins (Tsao, 2010)
Anthocyanidins là những sắc tố tan trong nước cho màu ựỏ tươi, màu xanh và màu tắm có vai trò tạo màu sắc cho hoa quả và các bộ phận khác của cây (Mazza và Miniati, 1993). Anthocyanin là các glycoside của nhân anthocyanidin có trong nhiều rau quả, hoa, lá, rễ cây và các bộ phận dự trữ khác của thực vật. Sáu anthocyanidin thường gặp và có vai trò trong việc tạo sắc tố của các loại trái cây trong ựó cyanidine có tần số xuất hiện lớn nhất, sau ựó theo thứ tự giảm là dephinindin, peonidin, pelargonidin, petunidin và malvidin.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 22
Các anthocyanidin thường không tồn tại ở dạng tự do trong tự nhiên. Chúng tồn tại ở dạng aglycon kết hợp với các ựường thành anthocyanin. đường thường thấy nhất là galactose, glucose, xylose, arabinose, rhamnose, chúng ựược liên kết với aglycon qua nhóm α hoặc β hydroxyl bán acetal (Delgado-Vargas và cs, 2000). Màu sắc của anthocyanins phụ thuộc vào ựộ pH như màu ựỏ trong môi trường acid và màu xanh trong môi trường kiềm. Tuy nhiên, các yếu tố khác như mức ựộ hydroxyl hóa, methyl hóa cấu trúc của các vòng thơm, và các mô hình glycosyl hóa cũng có thể ảnh hưởng tới màu sắc của các hợp chất anthocyanin. Anthocyanins là hợp chất hóa học có tắnh ổn ựịnh trong dung dịch acid (Tsao, 2010).
Hình 1.11. Cấu trúc của Anthocyanidins (Tsao, 2010)
1.2.1.2. đặc tắnh sinh học và ứng dụng trong y học, công nghiệp thực phẩm
Trong số các chất kháng oxi hóa tự nhiên có trong rau quả, polyphenol là nhóm chất ựược quan tâm bởi những ựặc tắnh sinh học quý và chế ựộ ăn giàu polyphenol làm hạn chế sự xuất hiện stress oxi hóa và các bệnh liên quan (Haliwell, 1994). Polyphenol có nhiều trong các loại rau quả, tùy từng loại mà hàm lượng này khác nhau.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 23
Bảng 1.4. Hàm lượng polyphenol trong một số loại quả (Pierre Brat và cs, 2006) STT Loại quả mg GAE/100 g
1 Dâu tây 263.8 2 Vải thiều 222.3 3 Qủa sung 92.5 4 Qủa mơ 179.8 5 Qủa táo 179.1 6 Qủa xoài 68.1 7 Qủa chuối 51.5 8 Qủa chanh 45 9 Qủa bưởi 43.5 10 Qủa cam 31 11 Dưa hấu 11.6
Do sự phân bố rộng rãi, các polyphenol có vai trò lớn ựối với sức khỏe của con người. Các nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất thực phẩm ựã tập trung vào các polyphenol có ựặc tắnh chống oxy hóa mạnh trong chế ựộ ăn uống, các hiệu ứng ựáng tin cậy của chúng trong việc phòng ngừa những chứng bệnh liên quan ựến stress oxi hóa. Theo các nghiên cứu dịch tễ học, hấp thụ các hợp chất phenolic sẽ giảm ựược nguy cơ mắc các bệnh tim mạch ngăn ngừa ựược bệnh ung thư. Hơn nữa các polyphenol còn có các tác dụng sinh lý học cụ thể trong việc ngăn ngừa và ựiều trị bệnh. Nghiên cứu ở Bắc Kinh cho rằng trà nấm Zhu Ling có thể trị ung thư dạ dày, cuống họng, ruột...Trong nghiên cứu mới của các nhà khoa học Trường Y Baylor (bang Texas, Mỹ), polyphenol chè có tác dụng ngăn không cho MPP - một loại ựộc tố có thể giết chết tế bào thần kinh - thâm nhập não, bảo vệ chuột khỏi bệnh Parkinson.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 24
Các dịch chiết polyphenol từ chè có khả năng kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật nên có thể ứng dụng ựể bảo quản thực phẩm. Nghiên cứu của Kumudavally trong bảo quản thịt cừu ở nhiệt ựộ 250C và ựộ ẩm 85%, polyphenol từ chè sẽ loại bỏ vi khuẩn xâm nhập làm hỏng thịt trong 4 ngày. Việc sử dụng các polyphenol trong bảo quản không làm thay ựổi mùi vị của thịt. Ngoài ra, theo Tiến sĩ Jonathan Santas trường đại học Bacelona, các hợp chất chống oxi hóa trong hành tây có thể kìm hãm rất tốt quá trình oxi hóa chất béo trong một số sản phẩm như mayonnaise, bơ, phomatẦTrong bảo quản cá, Chih-Cheng và Chung-Sant (2005) cũng nhận thấy, sự kết hợp chất chiết chè xanh và chè Pouchong ở nồng ựộ 5% (5g chè/100ml nước) ngăn ngừa quá trình oxi hóa lipid và protein tốt hơn, ựồng thời làm tăng chất lượng sử dụng của cá ngừ filet bảo quản bằng phương pháp lạnh ựông.
Theo Mai Tuyên và cs (1999) polyphenol chiết xuất từ lá chè xanh thứ phẩm có tác dụng kháng oxy hóa rất rõ rệt và mạnh hơn nhiều so với ascorbic acid và tocopherol. Tác dụng kháng oxy hóa (antioxidation) của polyphenol thu ựược từ lá chè xanh Việt nam ựã ựược ựánh giá theo khả năng bảo quản dầu hạt cải. Trong thời gian bảo quản, dầu tiếp xúc với không khắ, bị oxy hoá và tăng khối lượng. Khi có mặt chất kháng oxy hoá, thì quá trình oxy hoá của dầu bị hạn chế. Tác dụng kháng oxy hoá của chất antioxidant càng mạnh, thì sự oxy hoá dầu càng chậm. Khả năng kháng oxy hoá của polyphenol ựược ựánh giá khi tăng tỉ lệ polyphenol trong dầu và khi so sánh với các chất có tắnh chất kháng oxy hoá ựã biết như ascorbic acid (vitamin C) và tocopherol (vitamin E). Thịt lợn ựược bảo quản bằng chế phẩm polyphenol chè ở nhiệt ựộ thường vẫn có khả năng thương mại sau 35 giờ và kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn hiếu khắ khi ựược xử lý ở nồng ựộ 40mg/ml (Phạm Thị Hiền Hòa, 2012).
Ở Bình Thuận và ở một số ựịa phương khác, các nhà nuôi trồng và chế biến thủy sản cũng ựã sử dụng phương pháp thủ công ựể chiết xuất catechin từ lá chè xanh. đầu tiên, lá chè ựược giã hoặc xay nhuyễn, trộn với nước sạch theo tỷ lệ 1kg lá chè/1l nước. Sau ựó, bổ sung vào 1l cồn 90o và ngâm một ngày ựêm. Lọc thu dịch, bỏ bã pha với nước sạch theo tỷ lệ 1l dịch/10l nước. Với phương pháp này bảo quản cá tươi ựược 2-3 ngày, các loại khác như chả cá, xúc xắchẦựược 4-5 ngày.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 25
Như vậy, polyphenol có tác dụng to lớn trong y học, công nghiệp thực phẩm. Hiện nay, các sản phẩm nông nghiệp ựóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh kế quốc dân, hàng năm lượng phế phụ phẩm từ nông nghiệp, ngành công nghệ chế biến rất lớn. Việc tận dụng nguồn phế phụ phẩm này sẽ giải quyết ựược nhiều vấn ựề về môi trường ựồng thời thu ựược một lượng lớn ựể thu polyphenol, chất kháng oxi hóa. Bảng 1.5 hàm lượng polyphenol trên ba ựối tượng khác nhau: 1) Cặn từ quá trình sản xuất nước quả; 2) Phế phụ phẩm trong ngành công nghiệp ựồ hộp; 3) Phế phụ phẩm sau khi thu hoạch rau quả trong nghiên cứu của Wieland Peschel và cộng sự (2006).
Bảng 1.5. Hàm lượng polyphenol trong phế phụ phẩm Nguyên liệu Hàm lượng polyphenol
mg GAE/g CK Cặn trong quá trình
sản xuất nước quả
Táo 41.56ổ0.88 Dâu tây 38.74ổ2.40 Lê 12.09ổ1.10 Củ cải ựỏ 121.95ổ0.54 Phế phụ phẩm trong ngành công nghiệp ựồ hộp Atiso 88.15ổ4.99 Măng tây 60.14ổ5.85 Cà chua 42.00ổ6.19
Phế phụ phẩm sau thu hoạch
rau quả
Bông cải xanh 28.31ổ1.69
Dưa chuột 16.96ổ2.16
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 26