Sự hấp thu vitamin

Sự hấp thu vitamin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

TP HỒ CHÍ MINH, 11/2009

MỤC LỤC

1.Cấu tạo -4

1.1.Tên gọi -4

1.2.Công thức hóa học -4

1.3.Cấu trúc -5

1.4 Liên quan cấu trúc-tác dụng: -5

1.5.Trạng thái tồn tại -5

2.Phân bố -6

2.1.Nguồn gốc -6

2.2.Phân bố -7

3.Sự hấp thu Vitamin C -7

3.1.Sự hấp thu Vitamin C -7

3.2.Nhu cấu Vitamin C -8

4.Phương pháp tổng hợp -8

4.1.Từ thiên nhiên -8

4.2 Tổng hợp bằng phương pháp vi sinh -10

4.3 Tổng hợp phương pháp hóa học -10

5.Tính chất vật lí -11

6.Tính chất hóa học -11

6.1 Tính acid -12

6.2 Tính oxy hóa -12

6.3 Tính khử -12

7 Giá trị dinh dưỡng -13

8.Biến đổi trong quá trình chế biến và bảo quản -14

8.1.Biến đổi trong quá trình chế biến -14

8.2.Biến đổi trong quá trình bảo quản -16

8.3.Cách bảo quản vitamin C -16

8.3.1.Xử lý hoá chất -16

8.3.2.Phương pháp làm khô -17

8.3.3.Bảo quản lạnh -17

9.Giá trị bảo quản -18

10 Phương pháp phân tích -18

10.1.Phương pháp định tính, định lượng -18

10.2.Phương pháp iod -18

10.3.Thử độ tinh khiết của acid ascorbic -19

11.Các rối loan liên quan đến Vitamin C -19

11.1 Thiếu vitamin C -19

11.2.Thừa vitamin C -20

Vào thế kỷ 15, 16, trong những cuộc phát kiến địa lý của Anh, Pháp, , những nhà thám hiểm luôn thấy thủy thủ của họ phải chết vì căn bệnh kỳ lạ với triệu chứng mệt mỏi, đau khớp, chảy máu nướu,…Đó là bệnh Scurvy (hay Scorbut).

Mãi đến năm 1774, James Lind, bác sĩ hàng hải quý tộc Anh, đã phát hiện ăn trái cây sẽ phòng tránh được bệnh scurvy Ông cho rằng những người thủy thủ đi biển chỉ tiếp xúc những món ăn khô, mặn, ít ăn trái cây đã dẫn đến căn bệnh trên Kinh nghiệm của Lind đã cứu sống rất nhiều thủy thủ trong những chuyến hành trình bằng đường biển sau này

Người đã nghiên cứu kỹ về vitamin C là Albert Szent-Györgyi (1893-1986) gốc Hungary và ông được trao giải Nobel y học 1937 về công lao trên Cũng vào năm đó, giải Nobel hóa học được trao cho Walter Norman Haworth, người Anh, tổng hợp thành công vitamin C Tuy nhiên, quy trình tổng hợp vitamin C lại có tên là Tadeus Reichstein, người cũng tổng hợp thành công vitamin C cùng lúc với Haworth (2 người tìm ra cách tổng hợp hoàn toàn độc lập) Điều này sẽ làm cho giá thành vitamin C rẻ hơn rất nhiều,

vì trước đây vitamin này được chiết ra từ trái cây bằng phương pháp khá phức tạp.Hiện nay, vitamin C không còn lạ với mọi người Từ trái cây cho đến nước uống, từ viên thuốc cho đến kẹo ngậm, đều có sự hiện diện của axit ascorbic

1.Cấu tạo:

1.1.Tên gọi:

Tên theo IUPAC:2-oxo-L-threo-hexono-1,4-lactone-2,3enediol

Tên thông thường:acid ascorbic,Vitamn C

Tên gọi khác:L-ascorbate

1.2.Công thức hóa học:

Công thức phân tử:C6H8O6

Khối lượng phân tử:176.13g/mol

Công thức cấu tạo:

OHHO

OHHO

Công thức cấu tạo của Vitamin C cho thấy thực chất nó là một dẫn xuất của đường

1.3.Cấu trúc:

 Nhân furan,vòng 5 cạnh có dị tố oxy

 Cầu oxyd giữa carbon 1 với 4

1

2

3 4

2 3 4 5

OHHO

1.4.Liên quan cấu trúc-tác dụng:

 Dạng đồng phân:Vitamin C là dạng acid L-ascorbic,dạng D không có hoạt tính

 Nhân furan có gắn nhóm thế thì bị giảm hoặc mất tác động

 Dây nhánh: thay 1 trong 2 nhóm alcol bậc I(vi trí 6) hoặc bậc II(vi trí 5) bằng nhóm methyl,vẫn giữ được hoạt tính

 Nhóm dienol:Tính chất khử mạnh của acid ascorbic phụ thuộc vào nhóm dienol trong phân tử của nó

1.5.Trạng thái tồn tại:

Vitamin C chỉ tồn tại ở dạng L trong các sản phẩm thiên nhiên Cho tới nay người ta phát hiện thấy 14 đồng phân và đồng đẳng của vitamin C có khả năng chống bênh hoại huyết, và 15 chất đồng phân không có hoạt tính Các chất này phân biệt nhau bởi số lượng nguyên tử Carbon, sự sắp xếp của các nhóm nguyên tử ở các nguyên

tử carbon bất đối và dạng khử hoặc dạng oxy hóa

Vitamin C tồn tại trong thiên nhiên dưới 3 dạng phổ biến:

nucleic, với polyphenol

2.Phân bố:

2.1.Nguồn gốc:

Vitamin C có mặt ở phẩn lớn các thực phẩm có nguồn gốc thực vật, có nhiều trong các loại rau quả tươi như cam, chanh, quít, bưởi và có hàm lượng cao trong rau xanh, đặc biệt là bông cải xanh, tiêu, khoai tây, cải brussel,rau cải, cà chua,…

Hình 2.1Một số loại thực phẩm giàu vitamin C [7,8]

Ở các thực phẩm nguồn gốc động vật, gan và thận được xem là nguồn vitamin C đáng kể

Bảng 2.1: Thành phần Vitamin C trong một loại thực phẩm [6]

Thực phẩm vitamin CLượng

(mg/100g)

Thực phẩm vitamin CLượng

(mg/100g)Bắp cải

Đu đủDưa hấuKhoai tâyMăng tây

Cà chuaNgòKiwi

12060405080150100

Rau thân mềm chứa nhiều Vitamin C hơn rau thân cứng.

Rau bị héo mất nhiều Vitamin C trong quá trình dự trữ hơn rau tươi

3.Sự hấp thu Vitamin C:

3.1 Sự hấp thu vitamin C:

Ở người, vitamin C được hấp thu ở hỗng tràng, chủ yếu theo cơ chế vận chuyển chủ động và phân bố khắp cơ thể,nồng độ Vitamin C cao nhất ở tuyến yên và tuyến thượng thận

Lượng Vitamin C được cơ thể hấp thu và dự trữ không tỷ lệ thuận với hàm lượng Vitamin C trong thực phẩm, thậm chí còn giảm thiểu khi lượng sinh tố C trong thực phẩm quá cao Nếu tiêu hoá lượng lớn vitamin C, hàm lượng vitamin C tăng cao, lượng thừa nhanh chóng được các tế bào mô nắm bắt hoặc bài tiết ra nước tiểu.Khi tiêu hóa lượng nhỏ dưới 100mg, 80-90% lượng vitamin C ăn vào được hấp thu vào cơ thể.Nhưng khi khẩu phẩn ăn tăng,khả năng hấp thu Vitamin C giảm, đối với khẩu phần chứa 1,5g Vitamin C,cơ thể chỉ hấp thu được 49%,ở khẩu phẩn 3g,cơ thể hấp thu được 36%,và với khẩu phẩn 12g chỉ có 16% lượng Vitamin C được hấp thu vào cơ thể

Hàm lượng vitamin C trong máu tối đa là 1,2 đến 1,5 mg/100ml với khẩu phần ăn

100 mg/ngày và giảm xuống 0,2-0,1 mg/100ml khi khẩu phần ăn dưới 10 mg/ngày Hàm lượng vitamin C cao ở trong các mô tuyến yên và tuyến thượng thận, cao hơn

50 lần so với trong huyết thanh Ở các mô khác như mắt, não, thận, phổi và gan cao hơn từ 5 đến 30 lần so với trong huyết thanh Lượng vitamin C trong mô cơ tương đối thấp,nhưng do cơ chiếm một khối lượng lớn trong cơ thể, nên có tới 600 mg vitamin C được dự trữ trong cơ của một người có trọng lượng 70 kg

3.2.Nhu cầu vitamin C:

Nhu cầu về liều lượng Vitamin C không có chỉ tiêu cố định:

• Lượng sinh tố C tối thiểu cần thiết cho cơ thể để ngăn ngừa bệnh Scorbut chỉ là 10mg mỗi ngày

• Nhu cầu Vitamin C cho người không phải làm việc nặng là khoảng

50-100mg/ngày

• Thai sản phụ,trẻ em có nhu cầu Vitamin C cao hơn, khoảng 150mg/ ngày

• Bệnh nhân có nhu cầu chống bội nhiễm, dự phòng ung thư, kháng dị ứng sẽ cần tối thiểu 150mg/ngày

• Người nghiện thuốc lá, vận động viên, bệnh nhân trong giai đoạn hồi phục, công nhân lao động nặng nên được tiếp tế 200m/ngày

• Dân miền núi lạnh cần 140mg/ngày

Vitamin C là nguồn dược liệu thiên nhiên cần thiết cho quy trình phục hồi và phòng bệnh của cơ thể Chỉ cần bảo vệ kho dự trữ Vitamin C bằng cách tiếp tế đều đặn sinh tố C cho cơ thể, con người có thể ngăn chặn nhiều bệnh chứng trầm trong qua phương tiện đơn giản với thực phẩm rau trái

Nhu cầu khuyến nghị cho vitamin C còn chưa được thống nhất Một số cho rằng không nên cao hơn liều phòng bệnh scorbut (10-12 mg/ngày) Một số khác đề nghị

60 mg/ngày hoặc hơn để đảm bảo cho các mô được bão hoà vitamin C mà không gây ra nguy cơ quá liều Con số 60 mg/ngày nằm trên ngưỡng bài tiết ra nước tiểu 60-80 mg/ngày, vì lượng vitamin C sử dụng vượt ngưỡng đều bị bài tiết ra nước tiểu.Với phụ nữ có thai, cần thêm 10 mg vitamin C/ngày so với người trưởng thành

Bà mẹ cho con bú trong 6 tháng đầu cần thêm 35 mg/ngày và thêm 10 mg/ngày ở phụ nữ có thai.Bộ Y Tế 1997 đưa ra nhu cầu khuyến nghị cho người Việt nam:

là từ thực vật

4.1.Từ thiên nhiên:

Vitamin C được tổng hợp dễ dàng ở thực vật Đa số động vật, trừ chuột bạch, khỉ và

người đều có khả năng tổng hợp được Vitamin C từ đường glucoza, sở dĩ con người không thể tổng hợp dược Vitamin C có lẽ vì thiếu các enzim đặc hiệu xúc tác cho sự chuyển hóa glucoza thành Vitamin C.

Mãi đến năm 1998 mới có một cơ chế sinh tổng hợp được đề xuất để giải thích cơ chế tổng hợp vitamin C ở cây cối Các nghiên cứu từ lúc đó đến nay đã xác minh được phần lớn cơ chế này, mặc dù gen thực hiện bước thứ bảy trong tổng số 10 bước chuyển hóa glucose thành vitamin C được đề xuất vẫn còn là một ẩn số Quá trình sinh tổng hợp vitamin C được đề xuất vào năm 1998 Quá trình nghiên cứu bắt đầu từ nổ lực nhằm tìm ra vai trò của một gen có trong loài giun C elegans, một loài giun bé xíu được nhà nghiên cứu Tara Gomez từ phòng thí nghiệm UCLA của tiến sĩ Clarke sử dụng làm mẫu vật để nghiên cứu qúa trình lão hóa Trình tự sắp xếp của gene cho thấy nó có mối quan hệ với một họ gen bị biến đổi trong bệnh ung thư, có tên khoa học là gene HIT

Sự cộng tác giữa 2 phòng thí nghiệm đã khám phá ra điểm tương đồng trong gene của loài giun này với sản phẩm của gen VTC2 của một loài cải dại có tên Arabidopis thaliana, một loại thực vật ven đường mà bộ gene của chúng đã được biết rõ Trước đây, các nhà khoa học đã tìm thầy mối tương quan giữa những đột biến trong gene của loài thực vật này với những mức độ thấp của vitamin C Chính vì thế, quá trình nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc xác định cách mà sản phẩm của gen VTC 2 này góp phần vào qúa trình tổng hợp vitamin C như thế nào

Nhóm các nhà nghiên cứu được dẫn dắt bởi tiến sĩ Brenner và tiến sĩ Clarke tái hiện lại bước thứ bảy, một ẩn số trong suốt một thời gian dài, trong quá trình tổng hợp vitamin C trong phòng thí nghiệm, một phản ứng mà họ miêu tả là bước khơi mào Sau đó, họ so sánh 6 bước đầu tiên của qúa trình tổng hợp vitamin C với một bản

đồ gồm nhiều quá trình chuyển hóa từ đường glucose đến các hợp chất tế bào mà

có thể xảy ra Tuy nhiên, một khi sản phẩm của bước thứ 6 là một hợp chất có tên GDP-L-galactose có thể thoát ra ở nơi có mặt gen VTC2 thì các nguyên tử sẽ được cấu hình lại để hướng đến việc tổng hợp vitamin C, đặc biệt là tạo ra một ít các loại vitamin khác Ba giai đoạn còn lại giống như một con đường quanh co cần những khúc ngoặt nhưng không có sự lựa chọn thực sự nào và cũng không thể chạy lùi lại

Nhờ những nỗ lực được hướng dẫn bởi tiến sĩ khoa học Dr Carole Linster thuộc UCLA mà enzyme VTC2 đã được thể hiện và tinh chế từ vi khuẩn Sau khi chuẩn bị galactose GDP-L-, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được rằng gen VTC2 chịu trách nhiệm ở bước thứ bảy, bước mà các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm rất lâu trong quá trình tổng hợp vitamin C

Bởi vì các enzym mà xúc tác cho các bước thực hiện khơi mào trong qúa trình tổng hợp cho thấy các vị trí điều hòa sinh học nên các nhà nghiên cứu hi vọng khám phá này có thể đưa đến những chiến lược mới trong việc tăng liều lượng vitamin C trong cây lương thực, điều này có nghĩa là sẽ có nhiều thực phẩm bổ dưỡng hơn cũng như sản lượng thu hoạch cao hơn Họ cũng cần khám phá ra những gen liên quan đến VTC2 hoạt động như thế nào ở động vật và cách mà những gen này liên quan đến sự lão hóa và bệnh ung thư

OH O

CH2OH

COOH OH HO

OH

CH2OH HO

COOH O HO

OH

CH2OH HO

OH OH

CH2OH

CH2OH OH HO

OH O

CH2OH CH

2 OH HO

OH HO

O

CH2OH

CH2OH

OH HO

CH2OH

O

HO

H2/Pt H=100%

oxh 5 ° C vsv

D-glucose L-sorbitol L-sorbose L-sorbofuranose

CH2OH O

HO

CH2O

O O

CH2OH O

2 5

L-sorbofuranose

(hemiacetal) diaceton-sorbose(diacetonid)

O O

COOH O

OH

CH2OH

HO 2

5 6

2 5

acid diaceton-L-ceto-gulonic acid L-ceto-gulonic

Giai đoạn 3: Chuyển thành acid ascorbic

COOH

O HO

CH2OH HO

O

O

H enol hoa

C OH

CH2OH HO

 Số CAS:[50-81-7]

 Nhiệt độ nóng chảy là 193oC kèm theo sự phân hủy

 Hấp thu bức xạ UV:Do nhóm endiol liên hợp với nhóm cacbonyl nên acid

ascorbic có thể được định tính bằng cách đo dung dịch này ở nồng độ 0.001% trong acid hydrocloric 0.01N, cực đại hấp thu ở 243nm với A (1%,1cm) từ 545 đến 585

6.1 Tính acid:

Dù trong CTCT không có nhóm –COOH nhưng vitamin C vẫn có tính acid

Giải thích:Trong phân tử có hệ liên hợp p-π, π –π từ O của nhóm –OH đến O của C=O làm cho H của nhóm –OH gắn trên C có nối đôi trở nên rất linh động, có khả năng tách ra, vì thế có tính acid Mặt khác, khi hòa tan vào nước, một lượng nhỏ sẽ

bị thủy phân tạo thành acid

Do đó Vitamin C có tính chất cuả 1 acid thông thường

Natri có thể thế vào vào hydro ở vị trí 3 (nhóm dienol) rồi hỗ biến

Quá trình oxy hóa-khử không thuân nghịch tạo acid 2,3-diacetogulonic, furfurol, CO2, nước

OH

HO

+ AgNO3

O OO O

O O

OH

Cl OH Cl

OH ONa

Tính khử của vitamin C phụ thuộc vào sự có măt cuả nhóm dienol trong phân tử.Các tác nhân xúc tác sự oxy hóa là ánh sáng, nhiệt độ, chất kiềm, ion kim loại,đặc biệt là sắt, đồng, các enzym như: ascorbatoxydase,…

 Vitamin C dễ bị oxy hóa dước tác dụng của oxy khi có mặt cuả enzym

ascorbatoxylase, biến acid ascorbic thành dehidroascorbic Khi có mặt của các ion kim loại đặc biệt sắt, đồng thì qua trình oxy hóa còn xảy ra mạnh hơn

 Vitaminc rất nhạy cảm với nhiệt độ, ở nhiệt độ thấp cũng có thể xẩy ra sự oxy hóa Vitamin C

 Ánh sáng tham gia vào quá trình xúc tiến oxy hoá Vitamin C

 Trong một số dịch quả, vitamin C còn bị oxy hóa gián tiếp bởi enzyme

phenoloxylase, Chính vì thế khi có mặt của vitamin C thì dịch quả sẽ sẫm màu chậm hơn( do quá trình ngưng tụ các hợp chất quinon)

Vitamin C dễ bị oxy hóa thành acid dehidroascorbic Cơ chế của sự oxy hóa Vitamin

C trong thực phẩm:

 Do tác dung của enzim ascorbate oxidase có mặt ở một số loại quả có pH không quá thấp như:chuối, lê, bơ, coenzim là Cu2+, pH = 4.5-6.5, to = 370C

 Do sự xúc tác của Cu2+ không cần có mặt của enzim

 Do sự oxy hóa không trực tiếp diphenol

 Dễ bị oxy hóa trong môi trường có anthocyanins ở nhiệt độ cao và pH

thấp(không cần có Cu2+)

7 Giá trị dinh dưỡng:

Vitamin C hay acid ascorbic là chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự sống của sinh vật

 Acid ascorbic bị oxy hóa cho acid dehydroascorbic; đây là phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch, qua đó vitamin C tác dụng như một cofactor, tham gia vào nhiều phản ứng hóa sinh trong cơ thể, như: hydroxyl hóa, amid hóa…tham gia vận chuyển H2 trong cơ thể

 Chức năng đặc trưng riêng của vitamin C là vai trò trong quá trình hình thành collagen (chiếm khoảng 1/4 toàn bộ lượng protein trong cơ thể) Collagen là một protein là cấu trúc chủ yếu của mô liên kết, xương, răng, sụn, da và mô sẹo Vitamin C cần thiết đặc biệt cho các tế bào nguyên bào sợi của mô liên kết (chịu trách nhiệm tổng hợp collagen) và nguyên bào xương (hình thành xương), nhờ quá trình hydroxyl hóa prolin tạo nên chất oxyprolin cần thiết cho sự tổng hợp colagen

Thiếu vitamin C làm cho quá trình tổng hợp collagen bị khiếm khuyết, gây

chậm liền vết thương, vỡ thành mao mạch, răng và xương không tốt Những dấu hiệu sớm là xuất huyết điểm nhỏ, do các sợi xơ yếu và thành mạch máu kém bền vững Khung xương cấu thành 1/5 trọng lượng của xương mà chủ yếu là collagen Nếu khung xương bị khiếm khuyết do sự suy yếu của hệ thống collagen nó sẽ khó

có thể tích luỹ calci và phospho cần thiết cho quá trình khoáng hoá một cách đầy đủ Ðây là nguyên nhân làm cho xương bị yếu và đôi khi bị vẹo Một số xương đôi khi còn bị sai lệch ra khỏi khớp khi sụn chống đỡ có thành phần chủ yếu là collagen

bị yếu Lớp men răng không bình thường khi bị thiếu calci, cấu trúc răng bị yếu, dễ bị tổn thương cơ học và sâu răng

 Tham gia điều hòa chu trình Krebs.

 Vitamin C tham gia phản ứng hydroxyl của cholesterol thành acid cholic, giảm hàm lượng cholesterol trong máu.Giúp tế bào gan giải độc các chất độc hại (như nitrosamin trong thực phẩm) Tham gia vào sự sản xuất và giải phóng hormon vỏ thượng thận Tham gia chuyển hóa: tyrosin, acid folic, phenylalanin, histamin, norepinephrin và các enzym chuyển hóa thuốc; sử dụng carbohydrat; tổng hợp lipid và protein; trong hô hấp tế bào, trong chức năng miễn dịch, trong đề kháng với nhiễm khuẩn (vitamin C thúc đẩy sự sản xuất bạch cầu chống vi khuẩn, virut); với dị ứng và stress; đề phòng và làm giảm quá trình phát triển ung thư

 Vitamin C giúp dễ hấp thu sắt do khử Fe3+ thành Fe2+ ở dạ dày, để rồi dễ hấp thu

ở ruột.

 Vitamin C là một chất chống oxy hoá quan trọng trong huyết tương, trong các dịch ngoài tế bào khác và trong các tế bào Một số các nhà nghiên cứu cho rằng chức năng chính của vitamin C là chống oxy hoá

8.Biến đổi trong quá trình chế biến và bảo quản:

Dạng bền của vitamin C là acid ascorbic Khi bị oxy hoá nó chuyển thành dehydro ascorbic ít bền hơn trở nên dễ bị oxy hoa bởi nhiệt độ và các chất oxy hóa hơn.8.1.Biến đổi trong quá trình chế biến:

4 kẻ thù nguy hiểm nhất của Vitamin là sự oxy hóa, nhiệt độ của môi trường, tia cực tím, nấu nướng và các hóa chất công nghiệp (tẩy trắng, khử khuẩn, ion hóa )

Phần lớn thực phẩm khi mua về thường phải qua quá trình chế biến Trong quá trình này, các chất dinh dưỡng chịu những biến đổi lý hóa một cách đa dạng, ảnh hưởng đến chất lượng món ăn

Các vitamin chịu nhiều thay đổi nhất vì đó là những thành phần tương đối ít bền vững Các vitamin tan trong chất béo như A, D, K, E tương đối bền vững với nhiệt

độ, trong quá trình nấu nướng bình thường vitamin nhóm này bị hao hụt từ 15 - 20

% Các vitamin tan trong nước bị mất nhiều hơn do bị hoà tan và dễ bị phân giải nhất là trong môi trường kiềm Do vậy ngâm thực phẩm trong nước, luộc nhiều nước rồi đổ đi, sử dụng xút (hoặc vôi) trong nấu nướng, bảo quản thức ăn lâu đều làm mất nhiều các vitamin nhóm B và vitamin nhóm C (lượng mất mát có thể tới 90%)