Xác định các hợp chất chống oxy hóa và khả năng chống oxy hóa của lúa gạo huyết rồng và lúa gạo tẻ

Các giống lúa gạo chứa sắc tố có nhiều tiềm năng hơn để cải thiện sức khỏe con người vì chúng có chứa nhiều các hợp chất chống oxy hóa có khả năng ức chế sự hình thành hoặc giảm cường độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN THỊ NGỌC YẾN

XÁC ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT CHỐNG OXY HÓA VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA LÚA GẠO

HUYẾT RỒNG SO VỚI LÚA GẠO TẺ

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2011

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5 Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Em chúc Quý Thầy Cô và các bạn sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc

TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2011

Nguyễn Thị Ngọc Yến

TÓM TẮT

Hàm lượng anthocyanin trong các thành phần lúa gạo HR được xác định bằng phương pháp pH vi sai: cám gạo, gạo lứt, gạo tách bỏ lớp cám có giá trị lần lượt 107; 15,76; 4,08 (mg Cy-3-gly/100g) Gạo lứt nấu thành cơm, hàm lượng anthocyanin giảm lần lượt như sau: bằng nồi áp suất, nồi cơm điện, nồi thép không ghỉ 41,17%,

Qua quá trình bảo quản 3 tháng ở điều kiện nhiệt độ phòng, bao gói thủ công bằng bao bì giấy màu thẫm thì hàm lượng anthocyanin trong các thành phần lúa gạo

HR bị tổn thất lần lượt như sau: cám gạo, gạo lứt, gạo tách cám: 31,87%; 44,54%; 72,55% Hàm lượng phenolic bị tổn thất trong các thành phần lúa gạo HR và J85 lần lượt như sau: cám HR giảm 45,79%; cám J85 giảm 56,85%; gạo lứt HR giảm 32,84%; gạo lứt J85 giảm 54,39%, gạo đã tách cám HR giảm 31.52%, gạo đã tách cám J85 giảm 42,10% Và giá trị IC50 (mg/ml) tăng lên trong các thành phần lúa gạo

HR và J85 lần lượt như sau: cám HR (0,34 → 0,94); cám J85 (1,62 → 1,98); gạo lứt

HR (1,85 → 2,53); gạo lứt J85 (4,11 → 4,95); gạo đã tách cám HR (7,12 → 8,42);

gạo đã tách cám J85 (8,62 → 9,32)

ABSTRACT

The anthocyanin content was measured by the pH differential method: HR red rice bran, HR red brown rice, HR red milled rice were 107, 15.76, 4.08 (mg Cy-3-gly/100g) Anthocyanin content in cooked HR red brown rice were decreased were: pressure cooker, rice cooker, stainless steel pot 41.17%, 34.90%, 18.40%

Total phenolic content in HR red and J85 white rice compositons determined by using UV spectrophotometry: HR red rice bran, HR red brown rice, HR red milled rice were 37.3, 1.34, 0.92 (mg GAE/g), J85 white rice bran, J85 brown white rice, J85 white milled rice were 1.46, 1.14, 0.76 (mg GAE/g) Antioxidant activity was determined by measuring the DPPH radical scavenging activity, the IC50 value of HR red and J85 white rice compositons were: HR red and J85 white rice bran, HR red and J85 white brown rice, HR red and J85 white milled rice: 0.34, 1.62, 1.85, l4.11, 7.12, 8.62 (mg/ml) Vitamin E content of HR red rice bran oil and J85 white rice bran oil were similar (174,2 ppm, 174,8 ppm) and the IC50 value of HR rice bran oil (0.81 mg/ml) lower than J85 rice bran oil (0.97 mg/ml)

All the samples packed in brown paper by hand were kept 3 months at room temperature, anthocyanin content in HR rice compositons were decreased: rice bran, brown rice, milled rice: 31.87%, 44.54%, 72.55% Total phenolic content in HR red and J85 white rice compositons were decreased: HR red rice bran 45.79%, J85 white rice bran 56.85%, HR red brown rice 32.84%, J85 white brown rice 54.39%, HR red milled rice 31.52%, J85 white milled rice 42.10% And the IC50 value (mg/ml) were in

HR red and J85 white rice compositons: HR red rice bran (0.34→0.94), J85 white rice bran (1.62→1.98), HR red brown rice (1.85→2.53), J85 brown white rice (4.11→4.95), HR red milled rice (7.12→8.42), J85 white milled rice (8.62→9.32)

MỤC LỤC

Tên mục .Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về cây lúa 4

1.2 Cấu tạo chung của hạt lúa 4

1.3 Thành phần hóa học của lúa gạo 6

1.4 Giới thiệu giống lúa gạo đỏ Huyết rồng 8

1.5 Gốc tự do 9

1.5.1 Khái niệm về stress oxy hóa 9

1.5.2 Bản chất hóa học về gốc tự do 10

1.5.3 Sự hình thành gốc tự do của oxy trong cơ thể 10

1.5.4 Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại sinh đến sự hình thành gốc tự do 12

1.5.5 Sự phòng vệ của cơ thể chống lại gốc tự do 14

1.5.6 Những tác hại gây ra từ gốc tự do 17

1.6 Các chất chống oxy hóa 18

1.6.1 Polyphenol 18

1.6.1.1 Khái niệm và phân loại 18

1.6.1.2 Tính chất và chức năng 19

1.6.1.3 Anthocyanin 21

1.6.1.4 Cơ chế chống oxy hóa 23

1.6.2 Vitamin E 25

1.6.2.1 Khái niệm và phân loại 25

1.6.2.2 Cơ chế chống oxy hóa 26

1.7 Các phương pháp xác định khả năng chống oxy hóa 27

1.7.1 Phương pháp TEAC 27

1.7.2 Phương pháp DPPH 28

1.7.3 Phương pháp ORAC 28

1.7.4 Phương pháp TRAP 29

1.7.5 Phương pháp FRAP 29

1.7.6 Phương pháp FTC 30

1.7.8 Reducing power 30

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguồn gốc nguyên liệu 31

2.2 Nội dung nghiên cứu 31

2.3 Sơ đồ phân loại các thành phần nguyên liệu thí nghiệm 32

2.4 Sơ đồ tóm tắt quá trình thực nghiệm 33

2.5 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 34

2.6 Các phương pháp phân tích 35

2.6.1 Xác định độ ẩm 35

2.6.2 Xác định màu, mùi, vị của hạt 35

2.6.3 Xác định chiều dài của hạt 36

2.6.4 Xác định khối lượng tuyệt đối của thóc 36

2.6.5 Trích ly thu nhận dầu trong bộ soxhlet 37

2.6.6 Xác định chỉ số peroxyd của dầu 37

2.6.7 Xác định hàm lượng monomeric anthocyanin 38

2.6.8 Xác định hàm lượng tổng acid phenolic 39

2.6.9 Xác định khả năng chống oxi hóa 40

2.7 Phương pháp chuẩn bị mẫu phân tích 42

2.7.1 Chuẩn bị nguyên liệu 42

2.7.2 Chuẩn bị các dịch trích 43

2.7.2.1 Chuẩn bị dịch trích để đo hàm lượng monomeric anthocyanin 43

2.7.2.2 Chuẩn bị dịch trích để xác định hàm lượng acid phenolic và thử hoạt tính kháng oxy hóa với gốc tự do DPPH. 44

2.8 Phương pháp xử lý số liệu 47

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

3.1 Chỉ tiêu hóa lý và thành phần hóa học nguyên liệu 49

3.2 Hàm lượng monomeric anthocyanin trong các thành phần lúa gạo HR 55

3.3 Hàm lượng acid phenolic trong các thành phần lúa gạo HR và J85 61

3.4 Khả năng chống oxy hóa trong các thành phần lúa gạo HR và J85 70

3.5 Hàm lượng vitamin E trong dầu cám trước và sau gia nhiệt 82

3.6 Chỉ số peroxyd của dầu cám trước và sau gia nhiệt 83

3.7 Khả năng chống oxy hóa của dầu cám trước và sau gia nhiệt 85

3.8 Mối tương quan giữa hàm lượng acid phenolic và khả năng chống oxy hóa 88

3.9 Mối tương quan giữa chỉ số peroxyd, vitamin E và khả năng chống oxy hóa 92 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 95

4.2 Kiến nghị 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của lúa gạo ở độ ẩm 14% 6

Bảng 1.2 Hàm lượng vitamin và muối khoáng lúa gạo ở độ ẩm 14% 7

Bảng 1.3 Giá trị dinh dưỡng của một số gạo có màu khác nhau trên thế giới 7

Bảng 1.4 Thành phần hóa học gạo lứt đỏ và gạo lứt trắng Việt Nam 9

Bảng 1.6 Tóm tắt đặc điểm các phương pháp đo khả năng chống oxy hóa 30

Bảng 2.1 Số đo xác định chiều dài của hạt thóc 36

Bảng 2.2 Bảng pha nồng độ của quy trình thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH. (cám, gạo, cơm) 44

Bảng 2.3 Bảng pha nồng độ của quy trình thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH. (dầu cám) 45

Bảng 2.4 Bảng pha nồng độ xây dựng dãy chuẩn acid gallic 47

Bảng 3.1 Độ ẩm của lúa HR và J85 49

Bảng 3.2 Chiều dài của hạt lúa HR và J85 49

Bảng 3.3 Khối lượng tuyệt đối của hạt 49

Bảng 3.4 Tỉ lệ vỏ trấu: hạt gạo nguyên lứt : hạt gạo gãy (%) 49

Bảng 3.5 % cám /100g gạo nguyên lứt (%) 50

Bảng 3.6 Cấu trúc, màu, mùi, vị của hạt 50

Bảng 3.7 Cấu trúc, màu, mùi, vị của cám gạo 50

Bảng 3.8 Thành phần hóa học của gạo HR và J85 (đã tách cám) 52

Bảng 3.9 Thành phần hóa học của gạo lứt HR và J85 52

Bảng 3.10 Thành phần hóa học của cám gạo HR và J85 53

Bảng 3.11 Hàm lượng monomeric anthocyanin trong cám, gạo và cơm HR 55

Bảng 3.12 Hàm lượng acid phenolic trong các thành phần lúa gạo HR 61

Bảng 3.13 Hàm lượng acid phenolic trong các thành phần lúa gạo J85 62

Bảng 3.14 Hàm lượng acid phenolic giảm theo thời gian bảo quản điều kiện nhiệt độ phòng, bao gói thủ công bằng giấy thẫm 69

Bảng 3.15 Khả năng chống oxy hóa của các thành phần lúa gạo HR 70

Bảng 3.16 Khả năng chống oxy hóa trong có trong các thành phần lúa J85 73

Bảng 3.17 Khả năng chống oxy hóa của cơm gạo lứt HR 75

Bảng 3.18 Hàm lượng vitamin E trong dầu cám trước và sau gia nhiệt 82

Bảng 3.19 Chỉ số peroxyd của dầu cám trước và sau gia nhiệt 83

Bảng 3.20 Khả năng chống oxy hóa của dầu cám trước và sau gia nhiệt 85

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo hạt lúa 4

Hình 1.2 (a) Cây và hạt HR còn xanh; (b) cây và hạt HR đã chín; (c) gạo HR 8

Hình 1.3 Một số cấu trúc điển hình: (a) polyphenol; (b) flavonoid 19

Hình 1.4 Sơ đồ phân loại các hợp chất polyphenol 21

Hình 1.5 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin 21

Hình 1.6 Biến đổi cấu trúc anthocyanin theo các giá trị pH khác nhau 23

Hình 1.7 Cấu trúc của vitamin E 26

Hình 2.1 Sơ đồ phân loại các thành phần nguyên liệu thí nghiệm 32

Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt quá trình thực nghiệm 33

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của acid galic 39

Hình 2.4 Quy trình thử hoạt tính ức chế gốc tự do DPPH• 45

Hình 2.5 Quy trình xây dựng đường chuẩn acid gallic 46

Hình 2.6 (a) Lúa HR; (b) Gạo lứt HR; (c) Gạo HR tách cám; (d) Cám HR 48

Hình 2.7 (a) Lúa J85; (b) Gạo lứt J85; (c) Gạo J85 tách cám; (d) Cám J85 48

Hình 3.1 Quá trình chuyển đổi Cyanidin 3-glucoside thành procatechuic acid ở nhiệt độ 1000C và các khoảng thời gian 0, 15, 30, 60, 90, 120 phút 60

Hình 3.2 Sự phân hủy Cyanidin 3-glucoside thành procatechuic acid ở nhiệt độ 1000C 60

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1 Hàm lượng vitamin E trong cám và gạo lứt của lúa gạo HR và J85 54

Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng điều kiện và thời gian bảo quản các thành phần của lúa gạo HR và phương tiện nấu cơm đến hàm lượng monomeric anthocyanin 57

Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng điều kiện và thời gian bảo quản đến hàm lượng acid phenolic có trong các thành phần lúa gạo HR (mg GAE/g) 64

Biểu đồ 3.4 Ảnh hưởng điều kiện và thời gian bảo quản đến hàm lượng acid phenolic có trong các thành phần lúa gạo J85 (mg GAE/g) 65

Biểu đồ 3.5 So sánh hàm lượng acid phenolic trong cám gạo HR và J85 66

Biểu đồ 3.6 So sánh hàm lượng acid phenolic trong gạo lứt HR và J85 66

Biểu đồ 3.7 So sánh hàm lượng acid phenolic trong gạo đã tách cám HR và J85 67

Biểu đồ 3.8 Hàm lượng acid phenolic trong các thành phần lúa gạo HR và J85 bị thay đổi theo thời gian bảo quản ở điều kiện thường 69

Biểu đồ 3.9 Giá trị IC50 (mg/mL) trong các thành phần lúa gạo HR 76

Biểu đồ 3.10 Giá trị IC50 (mg/mL) trong các thành phần lúa gạo J85 77

Biểu đồ 3.11 Ảnh hưởng thời gian bảo quản đến giá trị IC50 cám HR và J85 79

Biểu đồ 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến giá trị IC50 gạo lứt HR và J85 80

Biểu đồ 3.13 Ảnh hưởng thời gian đến giá trị IC50 gạo tách cám HR và J85 81

Biểu đồ 3.14 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng vitamin E dầu cám HR và J85 82

Biểu đồ 3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ đến chỉ số peroxyd dầu cám HR và J85 83

Biểu đồ 3.16 Giá trị IC50 trong dầu cám gạo HR và J85 trước và sau khi gia nhiệt 86 Biểu đồ 3.17 Ảnh hưởng nhiệt độ đến giá trị IC50 dầu cám gạo HR và J85 86

Biểu đồ 3.18 Mối tương quan giữa giá trị IC50 và hàm lượng acid phenolic trong cám gạo HR theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng, bao gói thủ công trong bao bì giấy màu thẫm 88 Biểu đồ 3.19 Mối tương quan giữa giá trị IC50 và hàm lượng acid phenolic trong cám gạo J85 theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng, bao gói thủ công trong bao bì giấy màu thẫm 88 Biểu đồ 3.20 Mối tương quan giữa giá trị IC50 và hàm lượng acid phenolic trong gạo lứt HR theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng, bao gói thủ công trong bao bì giấy màu thẫm 89 Biểu đồ 3.21 Mối tương quan giữa giá trị IC50 và hàm lượng acid phenolic trong gạo lứt J85 theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng, bao gói thủ công trong bao bì giấy màu thẫm 90 Biểu đồ 3.22 Mối tương quan giữa giá trị IC50 và hàm lượng acid phenolic trong gạo

đã tách cám HR theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng, bao gói thủ công trong bao

bì giấy màu thẫm 91 Biểu đồ 3.23 Mối tương quan giữa giá trị IC50 và hàm lượng acid phenolic trong gạo

đã tách cám J85 theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng, bao gói thủ công trong bao

bì giấy màu thẫm 91 Biểu đồ 3.24 Mối tương quan giữa giá trị IC50 (mg/ml) và chỉ số peroxyd (meq/kg) trong dầu cám trước và sau gia nhiệt 92 Biểu đồ 3.25 Mối tương quan giữa giá trị IC50 (mg/mL) và hàm lượng vitamin E (ppm) trong dầu cám trước và sau gia nhiệt 93

0C: Temperature in degree Celcius

IC: Inhibit concentration

Cy-3-gly: Cyanidin-3-glucoside

PE: Polyetylen

PV: Peroxyd value

GAE: Gallic acid equivalent

BHA: Butylated Hydroxyanisole

WHO: World Health Organization

FAO: Food and Agriculture Organization

DPPH: 2,2-diphenyl-l-picrylhydrazine

ORAC: oxygen radical absorbance capacity

FRAP: Ferric Reducing Antioxidant Power

TEAC: Trolox equivalent antioxidant capacity

TRAP: Total radical-trapping antioxidant potential

FTC: Ferric thiocyanat

ROS: Reactive oxygen species

HDL: High density lipoprotein

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCN: Tiêu chuẩn ngành

MỞ ĐẦU

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất của nước ta Trồng lúa là một nghề truyền thống của nhân dân Việt Nam từ rất xa xưa, có lẽ khi người việt cổ xưa bắt đầu công việc trồng trọt thì cây lúa đã được quan tâm đầu tiên Kinh nghiệm sản xuất lúa đã hình thành và phát triển của dân tộc ta Những tiến bộ khoa học kỹ thuật trong nước và thế giới trên lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất lúa đã thúc đẩy mạnh mẽ ngành trồng lúa nước ta vươn lên bắt kịp trình độ tiên tiến của thế giới Những năm gần đây, Việt Nam

đã tham gia vào thị trường lúa gạo quốc tế với sản lượng gạo xuất khẩu hàng năm đứng thứ 2 - 4 trong số các nước xuất khẩu gạo nhiều nhất thế giới

Thế giới nói chung, Việt Nam nói riêng có rất nhiều giống lúa khác nhau Tuy nhiên, xét về màu sắc hạt gạo thì có gạo màu trắng, gạo màu vàng, gạo màu hồng, gạo màu đỏ, gạo màu đen Trong đó, giống lúa cho gạo màu đỏ là giống lúa cổ truyền, đặc sản của vùng đồng tháp mười được trồng nhiều từ thập niên 80 trở về trước của thế kỷ

XX của nước ta, chúng thuộc nhóm gạo vừa có giá trị dinh dưỡng vừa có giá trị là thực phẩm chức năng Tuy nhiên do giống lúa này là giống lúa cảm quang, có năng suất thấp và chỉ trồng duy nhất một mùa trong năm nên chưa đáp ứng với nhu cầu xã hội ngày càng cao vì vậy các nhà nông học đang quan tâm nghiên cứu và phối hợp chặt chẽ của các nhà nông để nâng cao sản lượng lúa gạo đỏ và bảo tồn giống lúa cổ truyền này Năm 2002, được sự hổ trợ của cán bộ khuyến nông huyện Vĩnh Hưng, một số nông dân xã Thái Trị khôi phục thử nghiệm 10 ha giống lúa Huyết rồng, bước đầu đạt được năng suất 4 tấn/ha Đến năm 2008 tỉnh Long An đã khôi phục vùng chuyên canh giống Lúa gạo HR với diện tích 120 hecta tại xã Thái Trị huyện Vĩnh Hưng

Các gốc tự do là các phân tử hay nguyên tử có một hoặc nhiều nguyên tử độc thân Ở nồng độ cao, các gốc tự do oxy hóa các đại phân tử sinh học gây nên đột biến

ở DNA, biến tính protein, oxy hóa lipid Sự phá hủy các đại phân tử là nguyên nhân của rất nhiều bệnh nguy hiểm sự oxy hóa các lipoprotein có tỉ trọng thấp (LDP) dẫn đến sự hình thành các vạch lipid trên trên thành mạch máu, giai đoạn đầu tiên của bệnh

huyết áp cao và nhiều bệnh tim mạch Các gốc tự do tấn công phospholipid màng tế bào làm thay đổi tính mềm dẻo của màng, thay đổi chức năng nhiều thụ thể trên màng

do đó ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của màng cũng như việc trao đổi thông tin giữa tế bào và môi trường Sự tích lũy các sản phẩm của sự oxy hóa gây nên hiện tượng lão hóa sớm Các gốc tự do cũng tham gia vào quá trình gây các bệnh suy giảm hệ thần kinh như Alzheimer, trong đó hiện tượng chết tế bào thần kinh gắn liền với hiện tượng phân ly tế bào

Để bảo vệ cơ thể khỏi tác động xấu của các gốc tự do, tế bào được trang bị một hệ thống bảo vệ bao gồm các chất chống oxy hóa Hệ thống các chất chống oxy hóa của

cơ thể người được cung cấp bởi 2 nguồn: bên trong và bên ngoài Các chất chống oxy hóa bên trong bao gồm các protein và các enzym Các chất chống oxy hóa bên ngoài là các cấu tử được đưa vào cơ thể qua con đường thức ăn như vitamin E, vitamin C, các carotenoid và các hợp chất phenolic Việc sử dụng các thực phẩm giàu các chất chống oxy hóa là con đường hữu hiệu nhất để tăng cường hoạt động chống oxy hóa và ngăn ngừa các bệnh có nguồn gốc stress oxy hóa

Các giống lúa gạo chứa sắc tố có nhiều tiềm năng hơn để cải thiện sức khỏe con người vì chúng có chứa nhiều các hợp chất chống oxy hóa có khả năng ức chế sự hình thành hoặc giảm cường độ phản ứng các gốc tự do gây tổn hại tế bào Những hợp chất này bao gồm anthocyanin, γ-Oryzanol, vitamin E và các hợp chất phenolic Các chất trong thành phần cám gạo có thể làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu, do trong cám gạo rất giàu các hợp chất tocotrienol và γ-Oryzanol Đặc biệt, thành phần cám của các giống lúa chứa sắc tố có hàm lượng các chất chống oxy hoá cao hơn và khả năng chống oxy hóa cao hơn so với cám của các giống lúa gạo trắng Một báo cáo gần đây cho thấy việc bổ sung gạo có sắc tố trong chế độ ăn của chuột bị xơ vữa động mạch, kết quả cho thấy bên cạnh việc bổ sung nhằm điều chỉnh các tổn thương xơ vữa động mạch thì cũng đã làm giảm đáng kể quá trình stress oxy hóa và sự viêm nhiễm ở những con chuột thiếu apolipoprotein E

Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định hàm lượng chất chống oxy hóa (vitamin

E, acid phenolic và anthocyanin), phương pháp và thời gian bảo quản các thành phần

nguyên liệu, phương tiện nấu cơm, … ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của các thành phần và sản phẩm của giống lúa gạo màu đỏ (giống gạo Huyết rồng) so giống lúa gạo màu trắng (giống gạo Jamine 85) để từ đó các nhà dinh dưỡng có thêm thông tin khuyến nghị cách sử dụng gạo và sản phẩm từ lúa gạo một cách có hiệu quả hơn đối với sức khỏe con người

Nội dung nghiên cứu được chia thành 4 phần chính:

- Xác định thành phần, tính chất của nguyên liệu và các sản phẩm thu nhận từ nguyên liệu: Lúa, cám, gạo lức, gạo tách bỏ lớp cám của 2 giống lúa: (1) giống lúa gạo màu đỏ Huyết rồng (HR) và (2) giống lúa gạo màu trắng Jamine 85 (J85)

- Bảo quản các thành phần của nguyên liệu: cám gạo HR và J85, gạo lứt HR và J85, gạo HR và J85 đã tách cám ở nhiệt độ phòng theo hai phương thức đóng gói: (1) đóng gói thủ công bằng bao bì giấy màu thẫm với thời gian bảo quản 0, 1, 2, 3 tháng, (2) đóng gói bằng phương pháp hút chân không trong bao bì PE và bao gói ngoài bằng giấy màu thẫm với thời gian bảo quản 1, 2, 3 tháng nhằm xác định hàm lượng acid phenolic tổng, hàm lượng anthocyanin tổng và khả năng chống oxy hóa

- Đối với gạo lứt HR, khảo sát quá trình nấu cơm trong 3 phương tiện nấu: nồi áp suất, nồi cơm điện, nồi thép không ghỉ, sản phẩm cơm được đóng gói bằng phương pháp hút chân không trong bao bì PE và bao gói bên ngoài bằng giấy màu thẫm, bảo quản ở nhiệt độ 00C, xác định nhanh trong 24 giờ tổng hàm lượng anthocyanin, khả năng chống oxy hóa

- Đối với cám gạo HR và J85, trích ly thu nhận dầu cám HR và J85 nhằm xác định hàm lượng vitamin E, chỉ số peroxyd, khả năng chống oxy hóa của dầu trước và sau khi gia nhiệt lên 1000C, 2200C

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về cây lúa

Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngô

(Zea Mays L.), lúa mì (Triticum sp.), sắn (Manihot esculenta Crantz, tên khác khoai

mì) và khoai tây (Solanum tuberosum L.) (Nguyễn Ngọc Đệ,, 2008)

Cây lúa trồng thuộc họ Poaceae (Graminea hay họ Hòa Thảo), phụ họ

Pryzoideae, tộc Oryzae, dòng Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima Loài Oryza sativa là lúa trồng ở châu Á và Oryza glaberrima lúa trồng ở châu Phi

1.2 Cấu tạo chung hạt lúa: hạt lúa được cấu tạo từ các thành phần chính: râu, mày

thóc, vỏ (vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt), lớp aleuron, nội nhũ và phôi

Hình 1.1 Cấu tạo của hạt lúa 1.2.1 Râu: Hạt thóc có thể có râu hoặc không có râu, ở hạt thóc có râu thì mỏ

hạt thóc kéo dài ra thành râu, màu sắc của mỏ hạt và màu sắc của râu thường giống

nhau Mỏ hạt là một bộ phận của vỏ trấu to

1.2.2 Mày thóc: Mày thóc có màu vàng nhạt hơn vỏ trấu và bóng hơn vỏ trấu

Mày thóc bao gồm mày dưới và mày trên Tùy theo giống lúa và điều kiện canh tác mà mày thóc có độ dài khác nhau, nói chung độ dài của mày thóc không vượt quá 1/3 chiều

dài vỏ trấu Suốt quá trình bảo quản, do có sự cọ sát giữa các hạt thóc trong quá trình

cào đảo, phần lớn mày thóc rụng ra, làm tăng lượng tạp chất trong khối thóc (Lê Doãn Diên, 2002)

1.2.3 Vỏ trấu: Vỏ trấu bao bọc bên ngoài hạt gạo và chiếm tỷ lệ khoảng 20%

trọng lượng hạt thóc Tùy theo giống lúa, vỏ trấu có thể mỏng hoặc dày Vỏ trấu bao gồm hai phần: trấu dưới và trấu trên, hai lớp vỏ này bao bọc hạt gạo bên trong theo kiểu ghép lại với nhau Bên ngoài vỏ trấu là những gân chạy dọc theo vỏ trấu Trấu trên

có năm gân chạy dọc theo chiều dài, trấu dưới có ba gân Kết thúc ở đỉnh hạt bằng râu Râu có thể xuất hiện hoặc không tùy theo giống lúa Tế bào của vỏ trấu bị lignin hóa rất cao, tạo ra vật chất có độ cứng chắc, đảm đương nhiệm vụ bảo vệ hạt gạo bên trong

Sự bảo vệ này tùy thuộc vào sự khép chặt của hai vỏ trấu, làm cho côn trùng khó xâm nhập vào khi bảo quản thóc Vỏ trấu còn có khả năng bảo vệ hạt gạo khỏi sự phá hoại

do nấm mốc gây ra (Bùi Chí Bửu, 2000)

1.2.4 Vỏ hạt: Vỏ hạt là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhũ, có màu trắng đục hoặc đỏ

cua Về mặt cấu tạo từ ngoài vào trong gồm có: quả bì, chủng bì và tầng aleuron Tùy theo giống lúa và độ chín của lúa mà lớp vỏ hạt này dày hay mỏng Trung bình lớp vỏ hạt chiếm 5,6 ÷ 6,1% khối lượng hạt gạo lật Lớp aleuron có thành phần cấu tạo chủ yếu là protid và lipid Khi xay xát lớp vỏ hạt, chủ yếu là lớp aleuron bị vụn nát ra thành cám Nếu lớp aleuron còn sót lại nhiều trong hạt gạo, trong quá trình bảo quản dễ bị oxi hóa làm cho gạo bị chua (do độ acid cao) và bị ôi do lipid bị oxi hóa (Lê Doãn Diên, 2002)

1.2.5 Nội nhũ: Nội nhũ là thành phần chủ yếu nhất của hạt thóc Trong nội nhũ

chủ yếu là glucid, chiếm tới 90%, trong khi đó toàn hạt gạo glucid chỉ chiếm khoảng 75% Tùy theo giống và điệu kiện canh tác mà nội nhũ có thể trắng trong hoặc trắng đục, các giống hạt ngắn, nội nhũ thường trắng đục Các giống lúa mà nội nhũ trắng đục thường có một vết trắng ở giữa hạt, phía lưng hay phía bụng hạt và người ta gọi là bạc bụng, bạc lưng và bạc lòng Khi xay xát các giống lúa có nội nhũ trắng đục điều dễ gãy nát và nấu lâu chín, phẩm chất cơm không ngon so với giống gạo có nội nhũ trắng trong (Lê Doãn Diên, 2002)

1.2.6 Phôi: Phôi nằm ở góc dưới nội nhũ, đây là bộ phận có nhiệm vụ chuyển

hóa các chất dự trữ trong nội nhũ thành các chất dinh dưỡng nuôi mộng khi hạt thóc nảy mầm Phôi chứa nhiều protid, lipid và vitamin, trong phôi có tới 60% lượng vitamin B1 của toàn hạt thóc Tùy theo giống, điều kiện canh tác mà phôi có kích thước

to, nhỏ khác nhau (chiếm 2,2 ÷ 3,5 khối lượng toàn hạt), phôi có cấu tạo xốp, chứa nhiều chất dinh dưỡng, có hoạt động sinh lí mạnh, cho nên trong quá trình bảo quản phôi dễ bị côn trùng và vi sinh vật gây hại tấn công, gây hư hỏng, khi xay xát phôi thường vụn nát ra thành cám (Lê Doãn Diên, 2002)

1.3 Thành phần hóa học của lúa gạo

Thành phần hóa học của hạt lúa thay đổi tùy theo giống lúa, địa hình đất đai, phân bón, kỹ thuật canh tác và điều kiện thời tiết từng vụ… Nhưng trong hạt lúa vẫn gồm có các thành phần chính: nước, protein, glucid, lipid, khoáng chất, vitamin, cenllulose, enzyme Trong hạt lúa trung bình có khoảng 11 ÷ 13,5% nước, trên 2% lipid, 8 ÷ 9% protein, khoảng 70% hydrocarbon, một lượng muối khoáng, vitamin và enzyme (Vũ Quốc Trung, 1979)

Gạo là sản phẩm chính của lúa Khi lúa bóc vỏ trấu gọi là gạo lứt Gạo lứt đem giã hoặc xát thì lớp vỏ hạt bị vỡ nát ra một phần thành cám và hạt gạo còn lại là gạo giã hoặc gạo xát

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của lúa gạo ở độ ẩm 14%

Nguyên liệu protein

(g N x 5 95) Lipid (g) Xơ thô (g) Tro (g)

carbohydrate (g)

Bảng 1.2 Hàm lượng vitamin và muối khoáng lúa gạo ở độ ẩm 14%

Nguyên

liệu

Thiamine (mg)

Riboflavin (mg)

Niacin (mg)

Vitamin E (mg)

Fe (mg)

Zn (mg)

Gạo lứt 0,29-0,61 0,04-0,14 3,5-5,3 0,90-2,50 0,2-5,2 0,6-2,8 Gạo trắng 0,02-0,11 0,02-0,06 1,3-2,4 75-0,30 0,2-2,8 0,6-2,3

26,7-49,9 2,60-13,3 8,6-43,0 4,3-25,8

(Http://www.fao.org)

Bảng 1.3 Giá trị dinh dưỡng một số gạo có màu khác nhau trên thế giới

(g/100g)

Fe (mg/100g)

Zn (mg/100g)

Xơ (g/100g)

được đánh giá cao vì thành phần của chúng có chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học Hàm lượng protein và xơ trong gạo màu đen cao hơn các loại gạo màu đỏ, màu hồng, gạo lứt và gạo xát trắng, trong khi đó hàm lượng Fe và Zn trong gạo đỏ có giá trị vượt

trội hơn các loại gạo khác

1.4 Giới thiệu giống lúa gạo đỏ Huyết rồng (Nguyễn Viết Cường, 2009)

Lúa gạo đỏ thuộc loài Oryza sativa Lúa gạo đỏ Huyết rồng thuộc nhóm lúa quang cảm, cảm ứng với quang kỳ, chỉ ra hoa trong điều kiện ánh sáng ngắn ngày

thích hợp Tùy mức độ mẫn cảm với quang kỳ nhiều hay ít, mạnh hay yếu người ta phân biệt: lúa mùa sớm, mùa lỡ hoặc mùa muộn Phần lớn các giống lúa gạo đỏ cổ truyền của ta đều là giống lúa quang cảm Tuy nhiên, do đặc tính quang cảm sẽ gây trở ngại rất lớn cho việc thâm canh tăng vụ vì vậy giống lúa gạo đỏ này chỉ có thể trồng được 1 vụ/năm mà thôi Một số đặc điểm tiêu biểu của cây lúa gạo đỏ truyền thống so với một số giống lúa phổ biến khác ở Việt Nam: cây cao, thân cây yếu, hạt

dễ rụng, khi bóc vỏ hạt có màu đỏ

Sau quá trình diễn biến lâu dài và phức tạp, lúa gạo đỏ đã được thuần hóa thành lúa trồng và lúa trồng đã hình thành nhiều loại hình sinh thái khác nhau từ loại hình đa niên sang hằng niên; từ vùng nhiệt đới nóng ẩm đến những vùng á nhiệt đới

và ôn đới, từ vùng đất ngập sâu, đầm lầy lên những vùng cao đất dốc và thường xuyên bị khô hạn, từ dạng lúa tẻ cứng cơm, nở nhiều sang loại hình lúa nếp, dẻo và ít

nở Đó là cả một quá trình chuyển biến của cây lúa gạo đỏ thích nghi và tồn tại trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Đó cũng là kết quả của một quá trình chọn lọc

Hình 1.2 (a) Cây và hạt lúa HR còn xanh; (b) cây và hạt lúa HR đã chín; (c) gạo HR

tự nhiên và nhân tạo hết sức tích cực dưới tác động của môi trường và con người Nhờ vậy mà giống lúa gạo đỏ cổ truyền đã được lưu trữ những đặc tính quí hiếm cho tận tới ngày nay

Đặc biệt, giống lúa gạo đỏ thích ứng với đất có độ đạm thấp, thân cây cao lớn lấn át hẳn cỏ dại nên phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật được tiết giảm tối đa, tạo

ra sản phẩm gạo sạch, có giá trị dinh dưỡng và an toàn vệ sinh cao

Năm 2008 tỉnh Long An đã khôi phục vùng chuyên canh giống lúa gạo Huyết rồng với diện tích 120 hecta tại xã Thái Trị huyện Vĩnh Hưng Tính chất của hạt gạo thu hoạch sau quá trình khôi phục không khác nhiều so với hạt gạo đỏ cổ truyền trước đây: hạt dài màu đỏ sậm, khi bẻ đôi hạt gạo có màu đỏ hồng bên trong phần nội nhũ của hạt, khi nấu chín cơm dai, mềm, thơm, nhai kỹ có vị ngọt hòa quyện vị béo ngậy

Bảng 1.4 Thành phần hóa học gạo lứt đỏ và gạo lứt trắng của Việt Nam

(%)

Protein (%N)

Tinh bột (%)

Amilose (%)

Vitamin B 1

(ppm)

Gạo lứt đỏ 11.38 9.12 72.50 20.60 27.50

Gạo lứt trắng 11.93 7.5 76.17 16.73 11.24

(Nguyễn Viết Cường, 2009)

1.5 Gốc tự do (Nguyễn Thị Thu Hương, 1997)

1.5.1 khái niệm về stress oxy hóa

Oxy hóa không thể thiếu được với vi sinh vật ái khí Con người có thể nhịn ăn khá lâu song không thể nhịn thở quá 5–10 phút Khoảng vài thập niên gần đây, các thành tựu khoa học đã chứng tỏ rằng oxy vào cơ thể tham gia nhiều quá trình sinh hóa học Trong các quá trình đó, oxy tạo ra những tiểu phân trung gian gọi là các gốc tự do

Từ đầu những năm 70, I.W.Fridovich đã nhận thấy rằng khi nhận một điện tử đầu tiên, oxy tạo ra gốc superoxyd Đây là gốc tự do quan trọng nhất của tế bào Từ gốc superoxyd (O2.-) nhiều gốc tự do và các phân tử khác của oxy có khả năng phản ứng cao được tạo ra như: HO. (gốc hydroxyl), H2O2, 1O2 (oxy đơn bội), LO. (gốc tự do

lipoxyd), LOO. (gốc lipoeroxyd), RO. (gốc alkoxyd), LOOH Tên chung các gốc là các dạng oxy hoạt động

Các nhà khoa học cũng phát hiện rằng sự sản sinh ra nhiều dạng oxy hoạt động cũng có thể được loại bỏ bằng các chất chống oxy hóa (antioxidant) tự nhiên trong cơ thể Tiêu biểu là enzyme superoxyd dismutase (SOD), glutathion (GSH), enzym glutathion peroxydase (GSH-Px), enzym catalase và phân tử nhỏ: polyphenol, tocopherol, ascorbat

Trong cơ thể luôn tồn tại sự cân bằng giữa các dạng oxy hoạt động và các dạng chống oxy hóa Đó là một trạng thái cơ bản của cân bằng nội môi Do ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động từ bên ngoài hay bên trong cơ thể, làm cho cân bằng này di chuyển theo hướng gia tăng các dạng oxy hoạt động Trạng thái sinh lý này được gọi là stress oxy hóa Hay nói một cách khác, stress oxy hóa là sự rối loạn cân bằng giữa các chất chống oxy hóa và oxy hóa theo hướng tạo ra nhiều các oxy hóa

1.5.2 Bản chất hóa học của gốc tự do

• Các gốc có khả năng phản ứng cao

• Thời gian tồn tại ngắn: do khả năng phản ứng cao nên các gốc có thời gian tồn tại ngắn Thời gian tồn tại này phụ thuộc bản chất các gốc và điều kiện của hệ mà nó tồn tại

• Trong cơ thể, những gốc của oxy rất không bền Đó là các gốc (O2.-­‐) (gốc superoxyd); .OH (gốc hydroxyd); RO. ( gốc alkoxyd); LO. ( gốc lipoxyd); LOO. (gốc lipoperoxyd) Các gốc bền là các gốc có cấu trúc semiquinon như gốc của vitamine E (tocopheryl), vitamine C (ascorbyl)

1.5.3 Sự hình thành các gốc tự do của oxy trong cơ thể

Trong tế bào, gốc tự do được sinh ra do các phản ứng chuyển nhường điện tử Những phản ứng này có thể được thực hiện bởi enzyme hoặc không enzyme, thông qua

sự oxy hóa khử của các ion kim loại chuyển tiếp

a) Sự hình thành gốc tự do trong trao đổi bình thường

Trong sinh học, nguồn quan trọng sinh ra gốc tự do là sự cung cấp điện tử ở chuỗi hô hấp tế bào trong ty lạp thể cho oxy Trong ty lạp thể có một hệ thống enzym

và các chất trung gian làm nhiệm vụ vận chuyển hydro và điện tử từ cơ chất tới oxy Những hợp chất này tạo ra một loạt các phản ứng dây chuyền nối tiếp nhau gọi là chuỗi

có các chức năng như sau: là nguồn sinh ra H2O2, cùng với NO2 và các chất phóng thải

từ tế bào thành trong tham gia chi phối trạng thái tĩnh hay hoạt động của tiểu cầu, quyết định sự bám dính hay kết tụ của tiểu cầu vào thành mạch

Các gốc (O2.-) hình thành nhanh chóng được enzym SOD chuyển thành H2O2theo cơ chế tự oxy hóa khử:

H2O2 là tác nhân oxy hóa và dễ dàng bị phân hủy theo phản ứng :

H2O2 + 2GSH GSSG + 2H2O GSH: glutathion; GSH-Px: enzym glutathion peroxydase

Như vậy, ở cơ thể bình thường, oxy qua các chuyển hóa trong cơ thể tạo ra (O2.); H2O2 để thực hiện các chức năng sinh lý Chúng chỉ tồn tại với một nồng độ vô cùng thấp, dễ dàng bị loại bỏ và không độc hại cho cơ thể

b) Sự hình thành gốc tự do ngẫu nhiên

Rất có thể do chuyển động nhiệt hoàn toàn ngẫu nhiên mà các gốc (O2.-) và

H2O2 va đập với nhau, không có men đặc hiệu xúc tác tạo ra một số phản ứng phụ sau:

+ Sự hình thành gốc tự do không có enzym SOD xúc tác

Các gốc (O2.-) có khả năng phản ứng với nhau trong điều kiện không có enzym SOD xúc tác theo phản ứng sau:

GSH-Px

Oxy đơn bội (1O2) có tính oxy hóa rất mạnh Nó có thể phản ứng với bất kỳ một chất hữu cơ nào khi nó gặp tạo ra các peroxyd

+ Sự hình thành gốc tự do từ các ion kim loại chuyển tiếp

Ion kim loại chuyển tiếp (Fe2+, Cu2+) dễ dàng phân tách H2O2 thành gốc .OH

H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH + OHBình thường phản ứng này trong sinh học ít xảy ra, vì H2O2 ở nồng độ thấp còn

-Fe2+, Cu2+ thường bị khóa ở dạng phức, ít ở trạng thái tự do

Các ion kim loại chuyển tiếp có thể phản ứng với oxy tạo ra gốc (O2.-) Phản ứng này đặc biệt quan trọng vì nó khơi mào cho các phản ứng gốc tự do xảy ra

Như vậy, từ 4 tiểu phân (O2.-) , H2O2, O2 và kim loại chuyển tiếp cùng hợp biến sinh ra gốc .OH và 1O2 những tác nhân có khả năng phản ứng mạnh Gốc .OH phản ứng mạnh với hầu hết các phân tử sinh học ở tốc độ khuếch tán, có khả năng gây tổn thương lớn trong phạm vi bán kính nhỏ mà nó sinh ra

1.5.4 Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại sinh đến sự hình thành gốc tự do a) Ảnh hưởng của các xenobiotic

Đây là các chất hóa học, có thể không tổng hợp sẵn ra được, ví dụ như các thuốc trừ sâu, diệt cỏ, các hợp chất nitro hữu cơ, các phẩm nhuộm Khi xâm nhập vào cơ thể,

các hóa chất này có giai đọan trung gian tạo ra các gốc tự do

b) Ảnh hưởng của các tác nhân viêm và hoại tử gan

Các hợp chất halogen hữu cơ, điển hình là CCl4 là chất gây viêm hoại tử gan Khi vào gan được chuyển hóa như sau:

Chính các dạng gốc trung gian này làm tăng quá trình peroxy hóa lipid Quá trình peroxyd hóa lipid mãnh liệt sẽ gây phá vỡ màng tế bào, gây viêm và có khả năng gây hoại tử gan

c) Ảnh hưởng của tác nhân tiêu máu và bầm huyết

Điển hình là các diazonaphtol, diphenylhydrazin …, các chất này phản ứng với oxyhemoglobin tạo ra methemoglobon và gốc phenylhydrazin Gốc này nhường điện

tử cho oxy tạo ra (O2.-)

d) Ảnh hưởng của điều kiện sống

+ Ảnh hưởng của sự ô nhiễm môi trường

Khí thải của các động cơ dùng xăng, dầu có nhiều chất độc như: CO, NO, carbuahydro tetraethyl chì Những chất này phân hủy tạo gốc tự do như sau:

+ Ảnh hưởng của stress

Cơ thể hoạt động một cách bình thường là do cân bằng nội môi đã được thiết lập Nếu có một yếu tố nào phá vỡ cân bằng nội môi thì được gọi là tác động của stress Khi cơ thể bị các stress như sự di chuyển và thay đổi môi trường sống, sự thay đổi nhiệt độ quá nóng hay quá lạnh, môi trường quá ồn hay bị ô nhiễm, áp lực và sự căng thẳng, lo lắng trong công việc,… thì hàm lượng gốc tự do của oxy thường cao hơn 1,5 đến 2 lần so với đối chứng Thông qua các dây thần kinh hướng tâm và vùng dưới đồi,

cơ thể có những đáp ứng với các stress Sự giải phóng ra adrenalin và noradrenalin, khi

cơ thể bị stress tác động sẽ dẫn tới khả năng chuyển hóa tương tác với oxy tạo ra các

gốc (O2.-) Đồng thời nhiều acid béo chưa no được giải phóng ra từ các lipid Những yếu tố đó ( gốc (O2.-) tăng, acid béo chưa no tăng…) thúc đẩy quá trình peroxyd hóa tăng khi bị stress

+ Ảnh hưởng của khu vực địa lý

Các bức xạ mặt trời, bức xạ nền ở một miền nào đó có phát ra những tia ảnh hưởng tới sự hình thành các gốc tự do của oxy theo cơ chế như sau:

RH → hν R. + H. ((hv: tia cực tím, tia phóng xạ)

H2O → hν H. + OH.

R → O2 ROO.

H2O .OH + H+ + e- Tóm lại, do ảnh hưởng của các điều kiện sống như bị ô nhiễm quá nhiều, nhiều stress… thì gốc tự do gia tăng Nếu sự gia tăng quá mức và kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng mất cân bằng giữa các dạng oxy hoạt động và các chất chống oxy hóa Lượng các dạng oxy hoạt động tăng sẽ gây ra nhiều phản ứng bất lợi, tổn thương cho cơ thể và là nguyên nhân của nhiều bệnh tật

1.5.5 Sự phòng vệ của cơ thể chống lại gốc tự do

a) Hệ thống phòng vệ các gốc tự do trong cơ thể

Do việc sinh ra các gốc tự do trong tế bào là không thể tránh khỏi, nên việc bảo

vệ chống lại những tác hại của gốc tự do là tất yếu Đó là sự phòng vệ của các chất chống oxy hóa nội sinh trong cơ thể với hai phương cách tác động sau:

+ Phòng ngừa sinh ra các gốc

Khả năng phòng ngừa sinh ra các gốc bao gồm hiệu lực vận chuyển điện tử của oxy và sự khóa các ion kim loại chuyển tiếp và dạng phức, đặc biệt với các protein như: transferin, lactoferin, feritin

+ Phòng vệ loại bỏ các gốc đã sinh ra

Ở trong tế bào quan trọng nhất là enzyme SOD và hệ thống glutathion Ở tổ chức màng thì quan trọng nhất là các chất kiểu vitamin E, ubiquinon, β – caroten loại

bỏ các gốc LOO., LO. theo phản ứng mỗi phân tử vitamin E này loại bỏ hai gốc LOO.

Ở pha nước có vai trò của vitamin C và một số chất như acid uric

Việc sửa chữa loại bỏ các phân tử sinh học đã bị tổn thương trước khi chúng tích tụ lại hoặc trước khi chúng đủ mức gây ra những biến đổi chuyển hóa và định hướng đến sự sống của tế bào

Ví dụ: các protein đã bị oxy hóa sẽ bị proteinase phân hủy, các lipid màng sẽ bị các lipase phân hủy, acyl transferase tác động

b) Hệ thống enzyme chống oxy hóa ở gan

Gan là cơ quan có nhiều enzym trong đó những enzym đóng vai trò quan trọng trong nhiều việc chống oxy hóa là: các chất chống peroxyd, enzym SOD , phân hủy các gốc tự do khác, những ion khóa kim loại chuyển tiếp…, trong đó các chất chống peroxyd chiếm thành phần chủ yếu ở gan

+ Các chất chống peroxyd

Đó là các chất glutathion (GSH), enzym glutathion peroxydase (GSH–Px) xúc tác phân hủy các peroxyd với hằng số tốc độ phản ứng k = 108 mol/giây theo phản ứng sau:

Như vậy, hàm lượng GSH, hoạt độ enzym GSH – Px liên quan đến việc phân hủy các peroxyd Khẩu phần ăn đủ protein và hàm lượng selen liên quan chặt chẽ với GSH và hoạt tính enzym GSH – Px Nếu hàm lượng selen không đủ thì GSH giảm, hoạt độ enzym GSH – Px thấp Ngoài ra, peroxysom còn có catalase phân hủy H2O2 ở nồng độ cao theo phản ứng sau:

+ Enzym superoxyd dismutase (SOD)

Enzym này có khả năng phân hủy đặc hiệu các gốc (O2.-) với hằng số tốc độ rất lớn (k = 109 mol/giây)

Bản chất enzym này là một protein có hai đồng phân là MnSOD (có trong ty lạp thể) còn có CuZnSOD có ở bào tương Cả hai đều xúc tác phân hủy gốc (O2.-)

vitE*: dạng oxy hóa (dạng kích thích)

• Trong tế bào có nhiều chất có cấu trúc tương tự vitamin E như ubiquinon (coenzym Q10 ) cũng có tính chất này

• Các gốc kiểu semiquinon là những gốc bền, có nồng độ khá lớn (10-8 M) so với các gốc tự do của oxy là những gốc không bền Vì thế những gốc này có thể phản ứng với nhau tạo ra các sản phẩm không phải là gốc

• Vitamin C: là những chất có khả năng loại bỏ các gốc tự do ở pha nước của tế bào Ngoài ra vitamin C còn có khả năng tái tạo vitamin E dạng oxy hóa trở về dạng khử

• Những chất như acid uric huyết tương, GSH ở dịch tế bào cũng có tính chất loại

bỏ các gốc tự do

• Phân tử β – caroten cũng có tính chất chống oxy hóa theo cơ chế nhận năng lượng kích thích của oxy đơn bội, biến oxy đơn bội thành oxy thường và bản thân β – carotene trở thành dạng kích thích, sau đó có thể trở về trạng thái bình thường hoàn toàn bằng hiện tượng vật lý là năng lượng kích thích truyền cho các liên kết nội tạng dưới dạng nhiệt

+ Những protein khóa ion kim loại chuyển tiếp

Ion sắt hoặc đồng ở trạng thái tự do dễ dàng xúc tác sinh ra gốc tự do Việc phức hóa các ion này, không để cho tồn tại ở trạng thái tự do sẽ làm mất khả năng xúc tác gốc Trong cơ thể có nhiều protein có chức năng này Khóa sắt transferin, fertrin,

lactoferin; khóa đồng có ceruloplasmin Cơ thể khỏe mạnh chỉ cần 30% lượng các protein đã đủ khóa tất cả sắt và đồng ở dạng phức, không có ion sắt, đồng tự do trong

cơ thể

1.5.6 Những tác hại gây ra từ các gốc tự do

Các gốc tự do là các phân tử hay nguyên tử có một hoặc nhiều nguyên tử độc thân Các dẫn xuất không phải gốc tự do như oxy đơn, hydroperoxyd, nitroperoxyd là tiền chất của các gốc tự do Các gốc tự do phản ứng rất nhanh với các phân tử quanh nó

do đó gây tổn thương và làm thay đổi giá trị sinh học của các đại phân tử như DNA, protein, lipid (Favier, 2003; Picemail và cộng sự, 1998)

Các gốc tự do được tạo ra một cách tất yếu trong quá trình trao đổi chất và tùy thuộc vào nồng độ chúng có tác dụng tốt hay xấu đến cơ thể Ở nồng độ thấp, các gốc

tự do là các tín hiệu làm nhiệm vụ điều hòa phân ly tế bào, kích hoạt các yếu tố phiên

mã cho các gen tham gia quá trỉnh miễn dịch, kháng viêm, điều hòa các gen mã hóa cho các enzym chống oxy hóa Ở nồng độ cao, các gốc tự do oxy hóa các đại phân tử sinh học gây nên đột biến ở DNA, biến tính protein, oxy hóa lipid (Favier, 2003; Picemail và cộng sự, 1998)

Sự phá hủy các đại phân tử là nguyên nhân của rất nhiều bệnh nguy hiểm sự oxy hóa các lipoprotein có tỉ trọng thấp (LDP) dẫn đến sự hình thành các vạch lipid trên trên thành mạch máu, giai đoạn đầu tiên của bệnh huyết áp cao và nhiều bệnh tim mạch Các gốc tự do tấn công phospholipid màng tế bào làm thay đổi tính mềm dẻo của màng, thay đổi chức năng nhiều thụ thể trên màng do đó ảnh hưởng đến tính thẩm thấu của màng cũng như việc trao đổi thông tin giữa tế bào và môi trường Sự tích lũy các sản phẩm của sự oxy hóa gây nên hiện tượng lão hóa sớm Các gốc tự do cũng tham gia vào quá trình gây các bệnh suy giảm hệ thần kinh như Alzheimer, trong đó hiện tượng chết tế bào thần kinh gắn liền với hiện tượng phân ly tế bào (Gardes-Albert

hóa bên trong bao gồm các protein (ferritine, transferrine, albumine, protein sốc nhiệt)

và các enzym chống oxy hóa (superoxyd dismutase, glutathione peroxydase, catalase) Các chất chống oxy hóa bên ngoài là các cấu tử được đưa vào cơ thể qua con đường thức ăn như vitamin E, vitamin C, các carotenoid và các hợp chất phenolic (Niki và cộng sự, 1995) Việc sử dụng các thực phẩm giàu các chất chống oxy hóa là con đường hữu hiệu nhất để tăng cường hoạt động chống oxy hóa và ngăn ngừa các bệnh có nguồn gốc stress oxy hóa

Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả chỉ giới thiệu tổng quát các hợp chất chống oxy hóa có liên quan đến đề tài: hợp chất polyphenol và vitamin E

1.6 Các chất chống oxy hóa

1.6.1 Polyphenol

1.6.1.1 Khái niệm và phân loại

Hợp chất phenol là một nhóm chính trong số các hợp chất có nguồn gốc thứ cấp

ở thực vật Các hợp chất phenol có trong thực vật với số lượng lớn và rất phong phú về cấu tạo Phenol là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có chứa nhóm hydroxyl (-OH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon của vòng benzen Thực vật có khả năng tổng hợp hàng ngàn hợp chất monophenol, diphenol và polyphenol, tùy theo có một, hai hay nhiều nhóm hydroxyl đính trực tiếp vào nhân benzen (Ngô Xuân Mạnh, 2006)

Polyphenol là các hợp chất mà phân tử của chúng chứa nhiều vòng benzen, trong đó có một, hai hoặc nhiều nhóm hydroxyl Dựa vào đặc trưng của cấu tạo hóa học người ta chia các hợp chất polyphenol thành các nhóm chính:

- Nhóm hợp chất phenol C6 – C1: galic acid, vallinin, protocatechin, …

- Nhóm hợp chất phenol C6 – C3: cafeic acid, cynnamic acid, ferulic acid, …

- Nhóm hợp chất phenol C6 – C3 – C6: các hợp chất flavonoid: flavanol (epicatechin, epigallocatechin, …), flavon (quecetin, kampherol, …), anthocyanin, tannin, …

- Phản ứng ngưng tụ: các octoquinon này dễ dàng ngưng tụ với nhau để tạo thành các sản phẩm có màu gọi chung là flobafen

 Đối với thực vật, các hợp chất polyphenol đảm nhận các chức năng sau (Ngô Xuân Mạnh, 2006):

- Polyphenol tạo màu sắc (màu đỏ dâu tây, táo, màu tím của sim, khoai tây…)

- Các hợp chất phenol tham gia vào các phản ứng oxi hóa khử như ubiquinon vận chuyển H+, e- trong chuỗi enzyme hô hấp, plastoquinon vận chuyển e- trong quá trình quang phosphoryl hóa

- Điều hòa sinh trưởng thực vật:

+ Kìm hãm sự nảy mầm của hạt Ví dụ: Phenic acid hoặc các dẫn xuất của chúng đều là chất kìm hãm sự nảy mầm của hạt lúa mì, táo hoặc cafeic acid kìm hãm enzym oxidase của indolacetic acid

+ p-cumaric acid kích thích sự sinh trưởng của cây

- Quyến rũ côn trùng, chim trong việc thụ phấn và phát tán hạt

- Chống lại sự xâm nhập của vi sinh vật, nấm bệnh phá hoại cây Ví dụ salisilic acid

do cây sồi tiết ra có tác dụng diệt khuẩn

 Đối với cơ thể con người (Massimo D’Archivio, 2007):

- Polyphenol được chú ý đến bởi khả năng chống oxy hóa của chúng Chúng có

khả năng chuyển electeron trong chuỗi hô hấp bình thường định cư trong cơ thể Chúng

có được khả năng đó là do chúng có khả năng tạo phức bền với các kim loại nặng, do

đó làm mất hoạt tính xúc tác của chúng, đồng thời chúng có khả năng dập tắt các quá

trình tạo ra các gốc tự do

- Ngoài ra, polyphenol còn có khả năng ức chế sự phát triển của vi nấm

- Nhiều polyphenol có hoạt tính vitamin P, nghĩa là có khả năng làm tăng độ đàn hồi và chuẩn hóa tính thẩm thấu của vi ti huyết quản

- Hiện nay nhiều tài liệu nghiên cứu polyphenol có khả năng chống và ức chế các tế bào ung thư và sự hấp thụ tia tử ngoại

1.6.1.3 Anthocyanin

a) Cấu tạo: Anthocyanin là những glucozit do gốc đường glucose, glactose

kết hợp với gốc aglucon có màu (anthocyanidin) Aglucon của chúng có cấu trúc cơ bản được mô tả trong hình 1.5 Các gốc đường có thể được gắn vào vị trí 3,5,7; thường được gắn vào vị trí 3 và 5 còn vị trí 7 rất ít Phân tử anthocyanin gắn đường vào vị trí 3

gọi là monoglycozit, ở vị trí 3 và 5 gọi là diglycozit

Các aglucon của anthocyanin khác nhau chính là do các nhóm gắn vào vị trí R1

và R2, thường là H, OH hoặc OCH3 (Jon Wright, 1998)

Hình 1.5 cấu trúc cơ bản của anthocyanin

Hình 1.4 Sơ đồ phân loại các hợp chất polyphenol (Manjeet Singh, 2008)

Flavonols

Anthocyanin Flavanon Flavonols

es

Khác Isoflavone

b) Tính chất: Theo Wrolstad và cộng sự, 2002, Anthocyanin tinh khiết ở dạng

tinh thể hay dạng vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực Màu sắc của anthocyanin luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, các chất màu và một số yếu tố khác, khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzen thì

màu càng xanh đậm (trong vòng benzene có thể có 1-2 hoặc 3 nhóm OH)

Mức độ methyl hóa nhóm OH trong vòng benzene càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với gốc đường thì màu sắc cũng sẽ thay đổi theo

số lượng gốc đường đính vào nhiều hay ít Tuy nhiên màu anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH của môi trường

Nói chung anthocyanin hòa tan tốt trong nước, khi kết hợp với đường làm cho phân tử anthocyanin hòa tan một cách dễ dàng hơn Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy Khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510-540nm Độ hấp thụ

là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc anthocyanin, chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin Thường vùng acid có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin đủ lớn thì độ hấp thụ̣ càng mạnh Ngoài ra, các anthocyanin cũng có thể kết hợp với các ion kim loại tạo ra các phức màu khác nhau: chẳng hạn khi anthocyanin kết hợp với muối kali sẽ cho phức màu đỏ máu, còn khi anthocyanin kết hợp muối canxi và magie sẽ cho phức màu xanh ve Tuy nhiên điều đáng quan tâm nhất vẫn là màu sắc anthocyanin thay đổi theo pH của môi trường:

pH không chỉ ảnh hưởng đến màu sắc của anthocyanin mà còn ảnh hưởng đến tính bền của chúng Anthocyanin bền trong môi trường acid hơn trong môi trường trung tính và kiềm Tuy nhiên, màu của anthocyanin luôn thay đổi trong khoảng pH =1-14 Khi pH < 7 anthocyanin có màu đỏ, khi pH > 7 anthocyanin có màu xanh Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4-5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7-8 lại về dạng bazơ quinonoidal anhydro màu xanh Bản chất ion của anthocyanin cho phép các thay đổi về cấu trúc phân tử theo pH, dẫn đến màu sắc khác nhau ở các giá trị pH khác nhau

c) Chức năng: Ngoài tác dụng là chất màu thiên nhiên được sử dụng khá an toàn

trong thực phẩm, tạo ra nhiều màu sắc hấp dẫn cho mỗi sản phẩm, anthocyanin được quan tâm là hợp chất có nhiều hoạt tính sinh học quí như: khả năng chống oxy hóa cao nên được sử dụng để chống lão hóa, hoặc chống oxy hóa các sản phẩm thực phẩm, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng, có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư

1.6.1.4 Cơ chế chống oxy hóa

Theo Jovanovic (2000); Nicole (2001); Marfak (2003); Van Camp, (2005) trích dẫn bởi Chirinos Gallardo, 2008 Cơ chế chống oxi hoá của các chất polyphenol:

- Vô hoạt các gốc tự do

- Tạo phức dạng chelat với các ion Fe2+ và Cu+

- Kìm hãm enzyme có khả năng xúc tác các phản ứng tạo gốc tự do

- Hoạt động hiệp đồng với các chất chống oxi hoá khác

Hình 1.6 Biến đổi cấu trúc của anthocyanin theo các giá trị pH khác nhau

(Wrolstad và cộng sự, 2002)

Cơ chế 1: Vô hoạt các gốc tự do

Polyphenol có cấu trúc dạng vòng, các điện tử chuyển động liên tục trong các liên kết đôi cách bởi liên kết đơn có tác dụng như những chiếc bẫy đối với gốc tự do Gốc tự do là các nguyên tử hay phân tử có electron lớp ngoài không cặp đôi và vì vậy

có hoạt tính rất cao Chúng rất dễ phản ứng với các phân tử các chất xung quanh như DNA, lipid màng gây nên hiện tượng lão hóa hoặc ung thư Nếu các gốc tự do gặp polyphenol thì chúng sẽ nhường electron không cặp đôi cho polyphenol và trở về trạng thái bền vững Electron không cặp đôi trong polyphenol bị "nhốt" lại Electron này chạy hết vòng benzene này sang vòng benzene khác mà không thay đổi nhiều đến cấu trúc của các vòng benzene

Cơ chế 2: Tạo phức dạng chelat với các ion Fe 2+ và Cu +

Polyphenol còn có khả năng ngăn chặn sự hình thành các gốc tự do bằng cách

“bắt giữ” các ion kim loại Các kim loại có chức năng sinh lí quan trọng trong cơ thể con người như vận chuyển oxi (Fe trong hemoglobin), cofactor của nhiều enzyme (Fe đối với catalase, Cu đối với superoxyde dismutase) Tuy nhiên, chúng cũng là những tác nhân của việc hình thành các gốc tự do hoặc bằng cách cắt bỏ hydrogen của lipid tạo gốc tự do peroxyd hoặc tham gia phản ứng Fenton và Haber-Weiss

Thứ nhất, các ion kim loại có thể gây ra kích thích cắt bỏ hydrogen của lipid chưa bão hòa thành gốc lipid:

RH + M+n → R● + H+ + M+(n-1)+

Các ion kim loại cũng có thể phân tách hydro thành dạng alkoxyl và gốc peroxyl, gây ra kích thích sự oxi hóa lipid:

Fe3+(Cu2+) + ROOH → Fe2+(Cu+) + ROO● + H+

Fe2+(Cu+) + ROOH → Fe3+(Cu2+) + RO● + OH─Các kim loại này có thể tham gia phản ứng Fenton và Haber-Weiss:

Fe3+ + O2-° → Fe2+ + O2

H2O2 + Fe2+(Cu+) → °OH + OH- + Fe3+(Cu2+)

O2-° + H2O2 → °OH + OH- + O2

Phản ứng Fenton Phản ứng Haber-Weiss

Cấu trúc flavonoid cho phép chúng tạo phức bền dạng chelat với các ion kim loại và do đó ngăn chặn sự tạo gốc tự do gây nên bởi kim loại như Fe và Cu

Cơ chế 3: Kìm hãm enzyme xanthine oxydase

Hoạt động của enzyme xanthine oxidase cũng là một nguồn tạo các gốc tự do Khi có mặt của oxi, enzyme này xúc tác sự oxi hóa xanthine thành acid uric, phân tử oxi nhận điện tử và trở thành ion superoxide

Xanthine + 2O2 + H2O xanthine oxydase Acid uric + 2O2°- + 2H+ Các flavonoid có cấu tạo vòng A giống như vòng purin của xanthine được coi như chất kìm hãm cạnh tranh của xanthine oxidase do đó ngăn ngừa sự tạo ion superoxide (Nicole, 2001)

Nhiều hợp chất polyphenol đã thể hiện những tác dụng tốt của chúng đối với cơ thể con người trên cơ sở khả năng chống oxi hóa Các flavonoid có tác dụng bảo vệ cơ thể, ngăn ngừa xơ vữa động mạnh, tai biến mạnh, lão hóa, thoái hóa gan, tổn thương do bức xạ Flavonoid làm bền thành mạch, được dùng trong các trường hợp rối loạn chức năng tĩnh mạnh, trĩ, rối loạn tuần hoàn võng mạc, Flavonoid còn có tác dụng chống độc, làm giảm thương tổn gan Nhiều flavonoid thuộc nhóm flavon, flavanon, flavanol

có tác dụng lợi tiểu rõ rệt có trong lá diếp cá, cây râu mèo… Nhiều flavonoid như quercetin, rutin, myciretin, hỗn hợp các catechin có tác dụng làm tăng biên độ co bóp tim

1.6.2 Vitamin E

1.6.2.1 Khái niệm và phân loại

Vitamin E là một trong các vitamin hòa tan trong môi trường chất béo co hoạt tính sinh học cao

Vai trò chính của vitamin E:

- là một chất chống oxy hóa

- Bảo vệ màng tế bào

- Tăng cường hệ thống miễn dịch

- Điều hòa kết tập tiểu cầu

- Điều hòa hoạt động enzym protein kinase

Vitamin E tồn tại ở tám dạng trong tự nhiên: bốn dạng tocopherol và bốn dạng tocotrienol

Hình 1.7 Cấu trúc của vitamin E

Trong các dạng tocopherol, α-tocopherol là chất có hoạt tính mạnh nhất Nó là đại biểu chính của vitamin E vì nó chiếm khoảng 90% tất cả tocopherol trong máu và các tổ chức khác trong cơ thể

Cả tám dạng này đều chứa một vòng thơm và một chuỗi mạch thẳng 16 carbon Các hợp chất tocotrienol khác với các tocopherol là có thêm ba nối đôi ở chuỗi mạch carbon thẳng Nhóm hydroxyl gắn với vòng thơm quyết định tính chống oxy hóa của vitamin E trong khi mạch carbon đảm bảo khả năng hòa tan trong chất béo của chúng (Huang và cộng sự, 2002)

1.6.2.2 Cơ chế chống oxy hóa

Tính chất hòa tan trong chất béo của vitamin E giúp chúng có khả năng thâm nhập sâu vào các màng sinh học vốn chứa nhiều acid béo không no và ngăn cản chuỗi phản ứng oxy hóa lipid Các vitamin E sẽ chuyển hydro của nó cho gốc tự do peroxyd Gốc tocopheryl tạo thành được khử về trạng thái ban đầu nhờ vitamin C (Niki và cộng

sự, 1995; Huang và cộng sự, 2002)

Tocopherol-OH + LOOo → Tocopherol-O + LOOH

Với LOO: gốc tự do peroxyd