2.5.1. Giới thiệu về axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6
Axắt béo không thay thế là các axắt béo ựa nối ựôi, cơ thể không tự tổng hợp ựược mà phải lấy từ thức ăn bên ngoàị Có hai họ axắt béo không thay thế quan trọng là omega-3 và omega-6. đầu tiên chúng ựược gọi là vitamin F nhưng theo các công trình nghiên cứu gần ựây ựã chỉ ra chúng là các thành phần không thay thế nên chúng là các axắt béo không thay thế thì ựúng hơn là các vitamin [8].
Axắt béo omega-3 (ω-3) là một họ các axắt béo không no ựa nối ựôi và chúng có nối ựôi C=C ở vị trắ cacbon thứ 3 tắnh từ ựầu methyl của chuỗi axắt béọ Trong các axắt béo omega-3 quan trọng nhất là: axắt α-linolenic (ALA), axắt eicosapentaenoic (EPA) và axắt docosahexaenoic (DHA). Con người không thể tự tổng hợp axắt béo omega-3 nhưng có thể tổng hợp từ ALA của thức ăn tạo thành EPA và DHẠ Tuy nhiên, sự tổng hợp này rất ắt, không ựủ ựáp ứng nhu cầu cơ thể, do ựó cần cung cấp trực tiếp DHA và EPA [11].
Axắt béo omega-6 (ω-6) là một họ các axắt béo không no ựa nối ựôi, chúng có nối ựôi C=C ở vị trắ cacbon thứ 6 tắnh từ ựầu methyl của chuỗi axắt béọ Các axắt béo trong họ omega-6 là axắt linoleic (AL), axắt gamma linolenic (AGL), axắt eicosadienoic, axắt dihomo-gamma-linoleic (DGLA), axắt arachidonic (AA) và axắt docosadienoic. Trong ựó axắt linoleic (C18:2)là axắt béo omega-6 có chuỗi mạch ngắn nhất. Axắt Arachidonic (C20:4) có ý nghĩa sinh lý học quan trọng vì là tiền chất của tuyến tiền liệt và các phân tử hoạt ựộng sinh lý trong cơ thể.
Các nhà khoa học ựã khẳng ựịnh ựược cấu trúc chắnh xác của các axắt béo thuộc họ omega-3 và omega-6 ựược trình bày ở bảng 2.7[13].
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 20
Bảng 2.7. Axắt béo không no, không thay thế omega-3 và omega-6 ựiển hình [8]
Nhóm Loại axắt Công thức cấu tạo
Axắt α-linolenic (ALA), C18:3 Axắt eicosapentaenoic (EPA), C20:5 ω ω ω ω-3 Axắt docosahexanenoic (DHA), C22:6
Axắt linoleic (AL) C18:2
Axắt γ-linolenic (AGL), C18:2
ω ω ω
ω-6
Axắt arachidonic (AA) C20:4
2.5.2. Nguồn cung cấp axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6
Nguồn cung cấp axắt béo omega-3 rất dồi dào cả trong ựộng vật và thực vật. Các chế phẩm là dạng axắt béo omega-3 ethyl ester hoặc omega-3 triglycerid. EPA và DHA có phổ biến trong dầu cá nước lạnh như cá hồi, cá trắch, cá thu, cá mòi, cá ngừ. Trong dầu cá có hàm lượng axắt béo omega-3 cao gấp nhiều lần axắt béo omega-6. Cá không tổng hợp axắt béo omega-3 mà thu ựược từ các loại tảo hoặc sinh vật phù du do chúng ăn vàọ Loại tảo nhỏ Crypthecodinium cohnii và Schizochytrium rất giàu axắt docosahexaenoic (DHA), dầu tảo nâu chứa nhiều axắt eicosapentaenoic (EPA). Dầu thực vật chứa axắt béo omega-3 [axắt α-linolenic (ALA)] cao gấp nhiều lần trong dầu cá, ựặc biệt là những loại dầu hạt lanh, dầu hạt cải, dầu hạt hồ ựàọ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 21
Bảng 2.8. Nguồn cung cấp axắt béo omega- 3 [19]
Hàm lượng (mg/100g)
TT Tên nguồn cung cấp
ALA EPA + DHA
1 Dầu hạt cải 8.600 - 2 Dầu hạt lanh 55.300 - 3 Cá trắch 61,66 1.700 4 Cá ngừ 270 400 5 Cá hồi 550 1.200 6 Cá thu 2 300 7 Cá mòi - 1.570
Nguồn thực phẩm có chứa nhiều axắt béo omega-6 là thịt gia cầm, trứng, quả bơ, ngũ cốc, hầu hết dầu thực vật: dầu ngô, dầu hạt cải, dầu hạt hướng dương, dầu ựậu nành, dầu hạt bắ ngô. Các dầu chứa nhiều axắt gamma linoleic (AGL) là dầu cây anh thảo, dầu borage, dầu hạt nho ựen.
Bảng 2.9. Nguồn cung cấp axắt béo omega- 6 [11]
Hàm lượng (mg/100g)
TT Tên nguồn cung cấp
AL AA
1 Dầu hướng dương 60.200 -
2 Dầu ựậu nành 53.400 - 3 Dầu hạt cải 24.000 800 4 Dầu ngô 50.000 - 5 Dầu hạt bông 47.800 - 6 Dầu lạc 23.900 - 7 Bơ thực vật 17.600 - 8 Quả óc chó 34.100 590 9 Mỡ lợn 8.600 1.070 10 Thịt lợn muối 6.080 250
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 22
2.5.3. Tác dụng của axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6
Cả hai loại axắt béo không no, không thay thế omega-3 và omega-6 ựều có nhiều trong thuỷ hải sản và các loại dầu thực vật [9]. Sự thiếu axắt béo omega-3 trong chế ựộ ăn dẫn ựến sự cạn kiệt DHA trong photpholipit ở tế bào thần kinh, cho dù có những cơ chế bảo toàn cục bộ và hệ thống. Sự thiếu DHA làm giảm hoạt ựộng thần kinh của võng mạc, làm giảm ựộ nhạy của thị giác, làm thay ựổi những phản ứng hành vi và gây ra những cơn khát bất thường và cả những phản ứng bất thường về thắnh giác và khứu giác. Những sự bất thường này có thể ựược gây ra do những hấp phụ bề mặt bị ảnh hưởng do thiếu DHẠ Khi ựược este hóa vào trong những photpholipit màng tế bào, DHA ựược chứng minh là ựã làm thay ựổi một cách ựáng kể nhiều tắnh chất cơ bản của màng tế bào bao gồm trật tự chuỗi acyl, ựộ lỏng, các hoạt ựộng của pha, ựộ nén ựàn hồi, tắnh thấm, sự hợp nhất và hoạt ựộng của protein. Sự tương tác của DHA với những lipit khác trên màng, ựặc biệt là cholesterol, có thể ựóng một vai trò nổi bật trong việc ựiều hòa cấu trúc và chức năng cục bộ của màng. Khoảng 2/3 não bộ ựược tạo nên từ những axắt béo, chúng là thành phần cơ bản của màng tế bào, qua màng này sẽ diễn ra sự giao lưu, liên lạc với mọi tế bào thần kinh trong các vùng của não và cơ thể. Nếu ăn nhiều thực phẩm chứa nhiều axắt béo omega-3 và omega-6 thì màng tế bào não mềm mại, uyển chuyển và sự liên lạc giữa các tế bào não sẽ ổn ựịnh.
Các nhà khoa học cho rằng, loại axắt béo có nhiều trong thủy hải sản và dầu thực vật là một trong những yếu tố giúp tổ tiên loài người trở thành người khôn ngoan. Họ cho rằng thức ăn của loài người sơ khai có chứa omega-3, omega-6 và chúng ựã cung cấp cho cơ thể nguồn nguyên liệu thắch hợp ựể sản sinh ra các tế bào thần kinh có chất lượng tốt nhất, giúp con người sáng tạo ra công cụ sản xuất, ngôn ngữ và ý thức. Như vậy, omega-3 và omega-6 ựã góp phần tạo nên trắ thông minh của con ngườị
Omega-3 và omega-6 có khả năng ngăn chặn phản ứng của hệ miễn dịch gây ra chứng viêm khớp bớt cứng và sưng, làm thuyên giảm các triệu chứng của bệnh nàỵ Các nhà khoa học Anh cho biết những người bị viêm ựa khớp dùng 2,2 g EPA và DHA sẽ tương ựương với 30% thuốc chống viêm mà họ phải dùng trong ựiều trị hàng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 23 ngàỵ để có ựược kết luận này, nhóm nghiên cứu làm việc tại trường ựại học Dundee (Anh) ựã mời 97 người mắc bệnh viêm ựa khớp có ựộ tuổi từ 37-78 tham gia vào nghiên cứụ Nhóm người này ựược sử dụng những thực phẩm giàu omega-3 trong 9 tháng liên tục. Lượng omega-3 ựược cung cấp cho họ tương ứng với 2,2 g EPA và DHẠ Kết quả cho thấy 59% những người trên ựã có thể giảm ựược 30% việc sử dụng thuốc AINS. điều tuyệt vời hơn là bệnh có những dấu hiệu thuyên giảm rõ rệt. Bệnh viêm ựa khớp là một dạng viêm khớp mãn tắnh ựược ựiều trị bằng các thuốc chống viêm không có chất xteroit (AINS).
Hỗn hợp omega-3 và omega-6 còn có tác dụng ngăn ngừa tiểu huyết cầu dắnh với nhau, ngăn ngừa cholesterol bám vào vách mạch máu do ựó giúp mạch máu khỏi bị nghẽn, tránh ựược nguy cơ nhồi máu cơ tim. đặc biệt hai loại axắt béo DHA và EPA có khả năng bảo vệ những tế bào tim không tham gia vào hoạt ựộng nhanh của tim giúp giảm nguy cơ ựột tử [16].
Tiến sĩ Rasida của Viện ựại học Rutgers và Trung tâm nghiên cứu ung thư Meinorial ựã nghiên cứu tác dụng của dầu mỡ cá ựối với ung thư vú và nhiếp hộ tuyến của chuột. Kết quả là dầu mỡ cá chặn ựứng sự nảy nở của nhọt ung thư. Theo kết quả nghiên cứu của Trường ựại học Chichigan cho hay là dầu mỡ cá làm ngưng sự tăng trưởng của tế bào ung thư vú lấy của người rồi cấy vào chuột trong phòng thắ nghiệm. Các cuộc nghiên cứu tương tự ở trường thuốc của Viện ựại học Rochester và Cornell ựều cùng có kết quả như trên. Tiến sĩ Kamtali kết luận: kết quả nghiên cứu cho thấy omega-3 có những ựặc tắnh ựáng ựược nghiên cứu và phát huy ựể nó có thể trở thành loại thuốc ngừa và chống một số loại ung thư [14].
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 24 Sau ựây là sơ ựồ chuyển hóa các axắt béo omega-3 trong cơ thể con ngườị
Axắt α - linolenic (ALA, C18:3) ↓ Enzim ∆ - 6 khử no
Axắt stearidonic (C18:4) ↓ Enzim kéo dài mạch ∆8 , ∆11 , ∆14 , ∆17 - Axắt eicosatetraenoic (C20:4) ↓ Enzim ∆ - 5 khử no
∆5,∆8, ∆11, ∆14, ∆17 - Axắt eicosapentaenoic (EPA, C20:5) ↓ Enzim kéo dài mạch
∆7 ,∆10
, ∆13 , ∆16
, ∆19
- Axắt docosapentanenoic (DPA, C22:5) ↓ Enzim ∆ - 4 khử no
∆4,∆7,∆10, ∆13, ∆16, ∆19 - Axắt docosahexaenoic (DHA, C22:6)
Sơ ựồ 2.3. Sự chuyển hóa của các axắt béo omega-3 trong cơ thể con người [8]
Qua sơ ựồ 2.1, chúng ta thấy từ axắt α-linolenic trong cơ thể con người nhờ các hệ enzym ựã chuyển hóa thành DHA và EPẠ Các nhà khoa học cho rằng axắt béo omega-3 trong dầu hồ ựào còn tốt hơn trong dầu cá vì axắt béo omega-3 trong dầu cá có phản ứng phụ, làm cho các phân tử tế bào trở nên không ổn ựịnh, dễ sản sinh các gốc ôxi tự do gây ung thư và làm xáo trộn insulin gây ra bệnh tiểu ựường.
2.6. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH VÀ LÀM GIÀU HỖN HỢP AXÍT BÉO OMEGA-3 VÀ OMEGA-6 TỪ DẦU HẠT CẢI BÉO OMEGA-3 VÀ OMEGA-6 TỪ DẦU HẠT CẢI
Axắt béo omega-3 và omega-6 ựược chiết tách từ dầu hạt cải bằng nhiều phương pháp khác nhau: phương pháp thuỷ phân hoá học, thuỷ phân bằng enzym. Hỗn hợp axắt béo omega-3 và omega-6 thu ựược sau quá trình thủy phân ựược làm giàu bằng các phương pháp: kết tinh phân ựoạn ở nhiệt ựộ thấp, phương pháp tạo phức với urê, [10]... Mỗi phương pháp có những ưu, nhược ựiểm khác nhau và ựược áp dụng tại các quốc gia khác nhau tùy thuộc vào trình ựộ công nghệ, thiết bị, mục ựắch sử dụng hỗn hợp axắt béo omega-3 và omega-6 trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm,...
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 25
2.6.1. Phương pháp thu nhận hỗn hợp axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6
Quy trình thu nhận hỗn hợp axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6 từ dầu hạt cải chủ yếu ựược thực hiện qua 02 công ựoạn: thủy phân dầu thực vật và làm giàu hỗn hợp axắt béo omega-3 và omega-6.
Công ựoạn thủy phân dầu có thể ựược thực hiện bằng phương pháp thuỷ phân hoá học hoặc thuỷ phân bằng enzym.
Thủy phân dầu hạt cải bằng phương pháp hóa học: dầu hạt cải ựược xà phòng hoá với dung dịch NaOH trong etanol có sử dụng sinh hàn ngược trong một thời gian nhất ựịnh. Thêm nước cất vào hỗn hợp xà phòng hoá và các chất không xà phòng ựược tách ra khỏi hỗn hợp bằng dung môi hữu cơ. Phần xà phòng ựược axắt hoá bằng H2SO4 ựến pH = 1. Hỗn hợp ựược chuyển ựến phễu chiết và các axắt béo ựược tách ra bằng dung môi hữu cơ. Lớp dung môi hữu cơ có chứa các axắt béo tự do ựược làm khô bằng Na2SO4 khan và thu hồi dung môi bằng cô quay chân không.
Thủy phân dầu hạt cải bằng phương pháp bằng enzym: cho dầu hạt cải và dung dịch ựệm photphat vào bình thuỷ tinh. Thêm vào enzym lipase cố ựịnh. đậy bình bằng nắp cao su, bọc parafilm và ựể vào tủ ấm ở nhiệt ựộ khoảng 35-500C. Sau 24 giờ thuỷ phân, hỗn hợp sau phản ứng ựược chuyển ựến phễu chiết và trắch ly triệt ựể bằng dung môi hữu cơ. Sau ựó, thu hồi dung môi bằng cô quay chân không [4].
Thực tế sản xuất cho thấy phương pháp thủy phân dầu thực vật bằng phương pháp hóa học (xà phòng hóa) phù hợp với ựiều kiện sản xuất hơn và thường ựược sử dụng nhiều hơn. Phương pháp này ựơn giản, dễ thực hiện, chi phắ thấp hơn nhiều so với phương pháp thủy phân bằng enzym. Hiệu suất thủy phân của phương pháp này vẫn ựạt yêu cầu của thực tế sản xuất [17].
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 26 Sau ựây là sơ ựồ qui trình tổng quát công nghệ thủy phân dầu thực vật bằng phương pháp hóa học.
Sơ ựồ 2.4. Qui trình tổng quát công nghệ thủy phân dầu thực vật bằng phương pháp hoá học [12] Chất không xà phòng hóa Xà phòng hóa Axắt hóa ựến pH = 1 Trắch ly Tách nước Dung dịch NaOH 7N trong cồn Dung dịch H2SO4 3N Na2SO4 khan Hỗn hợp axắt béo Dầu thực vật Hỗn hợp xà phòng và các chất không xà phòng hóa Gia nhiệt Li tâm Dung dịch NaCl 3% Xà phòng n-hexan Lọc Na2SO4
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 27
2.6.2. Làm giàu hỗn hợp axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6
Công ựoạn làm giàu hỗn hợp axắt béo không thay thế omega-3 và omega-6 nhằm tạo sản phẩm có ựộ tinh khiết cao ựược thực hiện chủ yếu bằng các phương pháp: Phương pháp kết tinh phân ựoạn ở nhiệt ựộ thấp: dựa vào sự khác biệt về ựiểm ựông ựặc (kết tinh) của các axắt béo khi hoà tan trong dung môi phù hợp. Phương pháp này thắch hợp cho việc tách các axắt béo no ra khỏi hỗn hợp axắt béo không nọ Tuy nhiên, phương pháp kết tinh phân ựoạn ở nhiệt ựộ thấp không tách ựược triệt ựể các axắt béo no cũng như không thể tách ựược axắt béo không no một nối ựôi (như axắt béo oleic) ra khỏi hỗn hợp axắt béo omega-3 và omega-6. Do vậy, hỗn hợp axắt béo omega- 3 và omega-6 thu ựược từ phương pháp này có ựộ tinh sạch không cao (thường chỉ ựạt 60 - 70%).
Phương pháp tạo phức với urê: ựược dựa trên khả năng ựặc biệt của urê khi tạo phức kết tinh với các axắt béo no và axắt béo không no một nối ựôi (ựiều này không xảy ra ựối với các axắt béo không no ựa nối ựôi). Việc phát hiện ra khả năng tạo phức kết tinh của urê với các hợp chất hydrocacbon mạnh thẳng trong dung môi ethanol hoặc methanol ựược thực hiện bởi Bengen F. và các cộng sự vào năm 1940. Phát hiện này ựược xem như là cuộc cách mạng trong công nghiệp hóa học dầu và mỡ. Kỹ thuật này rất hiệu quả trong việc làm tinh sạch các axắt béo không no ựa nối ựôi từ dầu và mỡ. Trong suốt thời gian nghiên cứu về sữa tác giả ựã chỉ ra rằng urê cùng với cồn hoặc methanol tạo tinh thể với các hợp chất mạch thẳng nhưng không tạo tinh thể với các hợp chất có mạch nhánh hoặc mạch vòng. Sau ựó ông ựã khái quát hóa hiện tượng này tới các hydrocacbon, các axắt béo, các este, các rượu, các aldehit và keton. Một số các nghiên cứu của nhóm Bengen ựã ựược ứng dụng tại các công ty hóa dầu nhằm phân tách các hydratcacbon mạch thẳng và mạch vòng [18].
Theo Shucheng và các cộng sự [15], ựây là phương pháp tách các axắt béo no và axắt béo không no một nối ựôi ra khỏi axắt béo không no ựa nối ựôi dựa trên nguyên