Luận văn Ảnh hưởng của chế phẩm carotenoid thu nhận từ nấm men Rhodotorula sp.3 lên gia cầm chuyên trứng isabrown

ăng tổng hợp carotenoid của vi sinh vật không chịu ảnh hưởng của -8- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh nguồn nitơ mà phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính di truyền của chủng giống dùng trong nghiên cứu [32], [53]. Theo nhiều tài liệu, hai nguồn nitơ có ảnh hưởng lớn đến khả năng tổng hợp carotenoid tổng của Rhodotorula là NH4NO3 và (NH4)2SO4 . Trong khi đó, nguồn nitơ acid amin như: glycine, valine, asparagine và leucine không ảnh hưởng đến khả năng tổng hợp carotenoid. Nitơ sử dụng dưới dạng NH4+ có tác dụng kích thích quá trình tích lũy sinh khối cực đại. Trong khi đó, nitơ ở dạng NO3- sẽ cho hiệu suất thu hồi sinh khối chỉ ở mức trung bình nhưng hàm lượng carotenoid tổng (theo khối lượng sinh khối khô) tăng lên rất lớn [13]. Tỷ lệ C/N thích hợp từ 30÷40 [11]. c. Ảnh hưởng của các muối Theo Zalashko và cộng sự (1984) cho rằng trong môi trường, muối làm gia tăng hàm lượng acid béo, sterol và triglyceride. Các tác giả Bhosale P., Grade R.V. cũng kết luận rằng chủng đột biến Rh. glutinis mutant 32 cần phải được cung cấp thêm các khoáng chất là K2HPO4 và MgSO4.7H2O vào môi trường nhân giống lẫn môi trường nuôi cấy khi tiến hành lên men nuôi cấy thu nhận sắc tố carotenoide. Một số loài nấm men thuộc giống Rhodotorula bị ức chế ở nồng độ muối trên 5%, hiện tượng này đã giải thích vì sao khả năng lên men của các nấm men càng thấp khi ở nồng độ muối càng cao. Các tài liệu cho thấy nhiều loài nấm men thuộc giống Rhodotorula khá thích hợp với môi trường nước biển, môi trường muối kim loại kiềm. Khi môi trường không có NaH2PO4 nấm men phát triển yếu và hàm lượng lipid thấp. Ở nồng độ NaH2PO4 0,5g/l hiệu suất lên men cao nhất. Mặt khác thay đổi hàm lượng các muối K2SO4, ZnSO4.7H2O và FeCl3 (cùng một thời điểm) trong môi trường nuôi cấy hầu hết các thí nghiệm cho thấy các muối này không ảnh hưởng đến hoạt lực lên men. Ở các nồng độ muối MgSO4.7H2O bổ sung vào môi trường nuôi cấy cũng không có dấu hiệu cho thấy muối này ảnh hưởng nhiều đến hoạt lực men. Điều này có thể giải thích là beet molasses (BM) đã có sẵn các loại muối này và đủ để cung cấp cho -9- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh hoạt động trao đổi chất bình thường của nấm men, do đó không cần bổ sung thêm vào môi trường nuôi cấy. 1.1.6.2. Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy [10] a. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nấm men Rhodotorula thường phát triển ở nhiệt độ khoảng từ 250 đến 300C. Theo các nghiên cứu cho thấy đa số các loài thuộc giống Rhodotorula phát triển tối ưu ở nhiệt độ 27÷280C. Khi nuôi cấy ở nhiệt độ 400C, nấm men Rhodotorula kém hoặc hầu như không phát triển. Tổng hàm lượng carotenoid theo trọng lượng khô khi nuôi cấy ở nhiệt độ phòng 250C và 50C gần bằng nhau. Khi nhiệt độ tăng lên đến 300C, hàm lượng carotenoid tổng thay đổi không đáng kể do hàm lượng γ-carotene gần như không đổi nhưng hàm lượng beta-carotene giảm đi gần bằng với lượng tăng lên của torulene và torularhodin. Ở nhiệt độ 300C, nếu có chiếu sáng vào cuối giai đoạn tăng trưởng logarith sẽ làm tăng lượng beta-carotene đồng thời giảm lượng torulene và torularhodin [23], [32]. b. Ảnh hưởng của pH Theo các tài liệu ghi nhận được, pH thích hợp cho sự phát triển của nấm men Rhodotorula khác nhau tùy từng loài, chủng. Tuy nhiên, pH thích hợp thông thường ở khoảng pH hơi acid từ pH 5 đến 6 [42]. Giá trị pH thích hợp với từng loài Rhodotorula cụ thể còn phụ thuộc rất nhiều vào thành phần môi trường và nhiệt độ nuôi cấy. Ví dụ, loài Rhodotorula glutinis có tốc độ phát triển cực đại ở môi trường có nguồn carbon là benzoate tại pH kiềm yếu 7,5 [53]. Ngược lại, trong môi trường có nguồn carbon là glucose có bổ sung dịch chiết nấm men và khoáng chất thì nấm men phát triển tốt nhất ở pH acid từ 4,3 đến 4,7 [58]. c. Ảnh hưởng của ánh sáng Khả năng hình thành carotenoid ở Rhodotorula nói riêng và nấm men nói chung phụ thuộc nhiều vào cường độ chiếu sáng. Việc điều khiển quá trình tổng hợp sắc tố -10- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh carotenoid bằng ánh sáng qua hai giai đoạn. Giai đoạn đầu xảy ra phản ứng quang hóa, giai đoạn này không phụ thuộc vào nhiệt độ nhưng cần ánh sáng. Giai đoạn hai xảy ra các phản ứng hóa sinh không phụ thuộc vào ánh sáng. Một số loài mất khả năng tổng hợp carotenoid trong tối. Tỷ lệ alpha-carotene và beta-carotene so với torulene trong ánh sáng cao hơn so với trong bóng tối. Khi nuôi nấm men Rhodotorula ở nhiệt độ khoảng 300C, hàm lượng beta-carotene giảm đáng kể nhưng nếu trong quá trình nuôi nấm men được chiếu sáng vào cuối giai đoạn phát triển logarith kết quả lượng beta- carotene sẽ tăng 58% so với khi không chiếu sáng. Ở nhiệt độ thấp (khoảng 200C), hàm lựơng beta-carotene thu được khi nấm men được chiếu sáng tăng không đáng kể so với khi không được chiếu sáng [22], [53]. d. Ảnh hưởng của oxygen Quá trình tổng hợp carotenoid rất cần đến các sự tạo thành của các hợp chất có tính oxy hóa cao. Do đó, không khí đóng vai trò rất quan trọng, có liên quan đến sự hình thành sắc tố cho nấm men và các vi sinh vật khác. Mặt khác, không khí còn có vai trò trong việc phân chia thành từng vùng của sắc tố trong quá trình sinh tổng hợp carotenoid của tế bào [10]. Hầu hết các nấm men sinh sắc tố carotenoid thuộc nhóm vi sinh vật hiếu khí bắt buộc, do đó cần phải cung cấp oxygen cho chúng sinh sản và phát triển [22]. Theo các tài liệu thu được, khi tiến hành nuôi cấy theo phương pháp nuôi cấy dịch thể các tác giả đều phải lắc, khuấy trộn hay sục khí với các lưu lượng khác nhau tuỳ thuộc vào môi trường nuôi cấy [13]. 1.1.7. Giá trị dinh dưỡng của sinh khối nấm men Rhodotorula Sinh khối nấm men Rhodotorula giàu protein, chất béo, vitamin đặc biệt là các carotenoid dạng carotene. Theo nhiều tác giả, giá trị dinh dưỡng của sinh khối nấm men nói chung cao do giàu hàm lượng protein và enzyme (Dambergar, 1964), hàm lượng protein (theo nitrogen) đạt từ 13,9 – 25,12g / 100g sinh khối khô (theo Krauze, 1966), có chứa các khoáng chất và vitamin nhóm B (Bekarputnunia, 1964 và Valdman, -11- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh 1957). Sinh khối nấm men Rhodotorula được ghi nhận là có hàm lượng acid béo không no có giá trị cao, đặc biệt là acid folic và acid linoleic chiếm chủ yếu (Cochrane, 1958) và được xếp vào loại vi sinh vật siêu tổng hợp chất béo, cụ thể là men Rh. gracilis có khả năng tích luỹ tới 65% chất béo / trọng lượng khô tế bào (Ratledge, 1982) [13]. Theo Khaled M.Ghanem nấm men Rh. glutinis là sinh vật tổng hợp chất béo cao nhất, do đó ngoài tên gọi carotenogensis do khả năng sinh tổng hợp carotenoid, giống Rhodotorula còn được gọi là nấm men dầu (oleaginous yeast) [10]. Nấm men Rhodotorula có khả năng tổng hợp chất béo rất cao trên cơ chất là các hydrocarbon mạch dài, Pelechova và cộng sự (1971) khi nghiên cứu khả năng tổng hợp chất béo của tế bào nấm men đã xác định được hàm lượng các acid béo có trong sinh khối tế bào nấm men Rh. glutinis và Rh. gracilis khi phát triển trên chất nền là hydrocarbon mạch dài thu được lượng acid béo lần lượt là 35% và 32% [13]. Việc dùng sinh khối nấm men Rhodotorula làm thức ăn cho gia súc là an toàn và không độc tính [17]. Gần đây đã được nhiều nhà khoa học công bố như: Eugenia và cộng sự (1997) dùng sinh khối men Rhodotorula làm thức ăn bổ sung cho gà mái đẻ; Naidu và cộng sự làm thức ăn cho vật nuôi; Somashekar và Joseph (2000) cho biết việc khai thác sắc tố carotenoid có trong tế bào nấm men Rhodotorula để bổ sung vào thực phẩm cho người và vật nuôi là hướng nghiên cứu đầy tiềm năng [24], Bhosale P. và cộng sự (2003) đã tách chiết beta-carotene, xác định độ bền của sắc tố và dùng cho dinh dưỡng của vật nuôi [23]. -12- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh 1.2. GIỚI THIỆU VỀ CAROTENOID [9], [10], [13], [27], [28], [63] 1.2.1. Tổng quan về Carotenoid 1.2.1.1. Định nghĩa [63] Nhóm carotenoid là các sắc tố hữu cơ tự nhiên được tìm thấy trong thực vật và một số cơ thể sinh vật quang hợp, tảo, nấm mốc, nấm men và vi khuẩn. Chúng là những chất màu không độc, tạo màu vàng, cam và đỏ cho nhiều loại thực phẩm. 1.2.1.2. Lịch sử của carotenoid [37] Vào năm 1831, Wackenroder đã thu nhận được carotene từ cà rốt. Năm 1837 Berzelius đã gọi các sắc tố có màu vàng trong lá cây là xanthophylls. Và thập niên 1950, carotenoid đã được sinh tổng hợp để sử dụng như là một chất màu thực phẩm. Ngày nay số lượng các carotenoid tìm thấy trong tự nhiên lên đến 700 hợp chất với các màu sắc khác nhau [42]. Các carotenoid chủ yếu được tách từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên như thực vật và vi sinh vật. 1.2.1.3. Danh pháp và cấu tạo [9], [27] Có hai cách gọi tên carotenoid: + Tên truyền thống : Tên theo nguồn gốc mà loại carotenoid đó được trích chiết đầu tiên. + Tên hệ thống: Tên theo công thức hoá học. Carotenoid được gọi tên theo dẫn xuất carotene với hai nhóm cuối được ký hiệu bằng các ký tự Hy Lạp (theo trình tự alphabe). Các tiếp đầu ngữ, tiếp vị ngữ được sử dụng để chỉ mức độ hydro hoá và sự hiện diện của các nhóm chức thay thế. -13- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Hình 1.4. Công thức cấu tạo của các carotenoid quan trọng [9], [27] -14- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Một số carotenoid quan trọng và tiêu biểu như: lycopene, beta - carotene (III), alpha - carotene (IV), beta - cryptoxanthin (V), zeaxanthin (VI), lutein (VII), neoxanthin (VIII), violaxanthin (IX), fucoxanthin (X). Tất cả các carotenoid có thể được xem như là dẫn xuất của acrylic C40H56 có trung tâm là chuỗi gồm nhiều nối đôi liên hợp, do kết hợp với hydro (hydrogenation), khử hydro (dehydrogenation), hình thành vòng (cyclization), thực hiện quá trình oxi hóa (oxidation) tạo nên. Carotenoid được tổng hợp đầu tiên là các tiền chất C5-terpenoid; isopentyl diphosphat (IPP), hợp chất này sau đó chuyển thành geranyl diphosphat (C20). Hai phân tử này kết hợp với nhau tạo thành phytoene, sau đó tiếp tục khử hydro tạo thành phytofluene, zeta-carotene và neurosporence để cho ra lycopene. Tiếp theo đó là sự tạo vòng, sự khử hydro và sự oxi hóa, để tạo ra các carotenoid riêng biệt thường gặp trong tự nhiên. Tuy nhiên có một số ít các hợp chất được biết có sự chuyển hóa cấu trúc cuối cùng dẫn đến hình thành hàng trăm các carotenoid khác nhau. Cấu trúc của carotenoid có thể có vòng hoặc không vòng. Vòng 6 cạnh hoặc 5 cạnh ở 1 đầu hay 2 đầu của phân tử. Do hệ thống nối đôi liên hợp trong phân tử, mỗi loại carotenoid đều có thể tồn tại ở những dạng đồng phân lập thể khác nhau. Hầu hết các carotenoid tự nhiên đều ở dạng trans. Tuy vậy dạng đồng phân cis cũng thường có với một số lượng nhỏ là kết của sự chuyển từ đồng phân dạng trans sang dạng cis [10]. Hợp chất carotenoid (C40) bi mất đi một nhóm đầu thì gọi là apo-carotenoid. Một vài loại apo-carotenoid là những chất màu thực phẩm quan trọng [10]. 1.2.1.4. Phân loại [9] Carotenoids được chia làm 2 nhóm sắc tố chính: – Carotenes: Gồm các hợp chất hydrocacbon carotenoid – Xanthophylls: Gồm các dẫn xuất carotene với nhóm chức có chứa oxy (hydroxy, keto, epoxy, methoxy, các nhóm acid carboxylic) -15- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Theo Bong và cộng sự (2004) các carotenoid chính được nghiên cứu từ giống nấm men Rhodotorula hiện diện đủ cả hai nhóm, trong đó torulene, beta - carotene thuộc nhóm carotenes ; torularhodin (II) thuộc xanthophylls [26]. Hình 1.5. Phân loại carotenoid [10] 1.2.1.5. Tính chất [10] Carotenoid thường kết tinh ở dạng tinh thể. Tinh thể carotenoid có nhiều dạng khác nhau và kích thước của chúng cũng rất khác nhau như: Dạng hình kim dài ( lycopen, δ-carotene), hình khối lăng trụ đa diện (alpha - carotene), dạng hình thoi (beta - carotene), kết tinh vô định hình (γ-carotene) . Nhiệt độ nóng chảy cao, khoảng (130 – 220)0C -16- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Độ hòa tan của carotenoid thay đổi tùy loại dung môi. Tinh thể carotenoid không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi như: Chloroform, dichloromethane. Hầu như tất cả carotenoid đều tan trong chất béo và các dung môi không phân cực. Các carotenoid tự do tạo màu kem, vàng, cam, hồng, đỏ tùy theo loại hợp chất, nguồn nguyên liệu, điều kiện nuôi trồng, thời tiết, … dạng caroteneoprotein tạo dãy màu từ xanh lá, tím, xanh dương và đen. Khi đun sôi sẽ chuyển sang màu đỏ cam do protein bị biến tính, phức hợp với carotenoid bị phá huỷ, màu carotenoid trở lại bình thường [42]. Do hệ thống nối đôi liên hợp nên carotenoid dễ bị oxy hóa mất màu, hoặc đồng phân hoá, hydro hóa tạo màu khác. Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu là nhiệt độ, phản ứng oxy hóa trực tiếp hoặc gián tiếp, ion kim loại, ánh sáng, tác dụng của enzyme (peroxidase, lipxidase, lipperoxidase)… Carotenoid tinh khiết rất bền khi ở dạng huyền phù hoặc dung dịch với dầu thực vật, đặc biệt là khi có chất chống oxi hoá là α - tocopherol [9]. 1.2.2. Cơ chế sinh tổng hợp sắc tố carotenoid ở vi sinh vật [9],[49] 1.2.2.1. Cơ chế sinh tổng hợp sắc tố carotenoid ở vi sinh vật Toàn bộ quá trình sinh tổng hợp sắc tố carotenoid của nấm men có thể chia thành 3 giai đoạn: giai đoạn cảm ứng ánh sáng (tối thiểu 12 giờ), giai đoạn tổng hợp enzyme – giai đoạn này xảy ra trong tối và giai đoạn tổng hợp carotenoid phụ thuộc vào ánh sáng. Điều này phù hợp với nghiên cứu của Kocková-Kratochvílova và cộng sự là màu của nấm men sinh sắc tố tăng lên rất nhiều so với màu của các giống nấm men trắng khi sống ở vùng có tia cực tím mạnh. Tuy nhiên, ở cường độ bức xạ quá cao, các sắc tố carotenoid không có khả năng che chở cho cơ thể sinh vật [49]. Giai đoạn đầu tiên hình thành các tiền terpenoid gồm 5 carbon ban đầu. Giai đoạn hai là giai đoạn hình thành các hợp chất C40. Giai đoạn cuối cùng là thay đổi chuỗi C40 trong hệ thống các carotenoid. Có nhiều hệ enzyme khác nhau được sử dụng vào giai đoạn cuối của quá trình tổng hợp các sterol và carotenoid, chúng có chung con -17- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh đường là thông qua farnesyl pyrophosphate. Giống Rhodotorula thông qua tổng hợp acid mevalonic phù hợp với sự hình thành carotene của nấm men và tương tự với con đường tổng hợp carotene của các vi sinh vật sinh sắc tố carotenoid khác (Scharf và Simpson, 1968). Carotenoid là một loại hợp chất isoprenoid được sinh tổng hợp từ acetyl coenzyme-A qua acid mevalonic. Giai đoạn tạo các carotenoid bắt đầu với sự tạo thành hợp chất C40 đầu tiên, phyotene, từ hai phân tử geranylgeranyl diphosphate (GGDP). Hình 1.6. Con đường sinh tổng hợp carotenoid Phyotene tạo thành ở dạng đồng phân 15C, có 3 nối đôi liên hợp, không có màu, sẽ chuyển hóa tiếp tục bằng những phản ứng dehydro hóa, tạo sản phẩm cuối cùng là lycopene. Sơ đồ chuyển hóa theo hình 1.7. -18- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Hình 1.7. Các phản ứng dehydro hóa trong quá trình sinh tổng hợp caroteniod Sau cùng, lycopene tiếp tục đóng vòng ở một hoặc hai đầu tạo ra các sản phẩm carotene như γ-carotene, δ-carotene (đơn vòng), beta - carotene, alpha - carotene, ε- carotene (hai vòng). Sơ đồ theo hình 1.8. Hình 1.8. Tổng hợp carotenoid có vòng từ lycopene Các hợp chất carotene chứa nhóm chức chứa oxy như hydroxyl, epoxy, methoxy,... thường tổng hợp vào giai đoạn cuối cùng. Ngoài ra, cũng có thể xảy ra phản ứng cắt một phần đầu phân tử carotene để tạo thành apocarotenoid. -19- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh 1.2.2.2. Một số nghiên cứu về sinh tổng hợp carotenoid của nấm men Rhodotorula [12], [22], [30], [35] Nấm men Rhodotorula là một trong rất ít các giống nấm men có khả năng tổng hợp tích lũy một lượng lớn các sắc tố carotenoid trong đó chủ yếu là beta – carotene, torulene, torularhodin. Tại các nước có nền sinh học phát triển nấm men Rhodotorula được nghiên cứu nhiều và được sử dụng như một thực phẩm an toàn có giá trị dinh dưỡng cao trong chăn nuôi. Ở nước ta việc tìm kiếm, thu nhận để sử dụng giống nấm men Rhodoturula đã được bắt đầu gần mười năm nay. Một số nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về sinh tổng hợp carotenoid từ nấm men Rhodotorula được trình bày trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Một số nghiên cứu về sinh tổng hợp carotenoid từ nấm men Rhodotorula Tác giả Năm Giống Rhodotorula Môi trường nuôi cấy Hàm lượng carotenoid Abello Velasoco A 1980 Rhodotorula glutinis Saccharose 75mg/lít Costa I 1987 Rhodotorula sp. Saccharose 11800 - 13000mg/gsk C.T.Shihvà Y.D.Hang 1996 Rhodotorula rubra NRRL Y-15596 Nước muối dưa cải bắp 1,041mg/lít (beta-carotene) Pietro Buzzini, Alesssandro Martini 2000 Rhodotorula glutinis Nước nho đặc chưa lên men 0.9154mg/gskk (beta-carotene) Tôn Nữ Minh Nguyệt 2001 Rhodotorula sp. Saccharose và chiết men 8,89mg/lít Phạm Xuân Hưng 2003 Rhodotorula sp. Saccharose và cao nấm men 9,74mg Diego Libikind và Maria van Broock 2006 Rhodotorula mucilaginosa CRUB 0195 Đường mía 0,3mg/gskk Cong Li, Chi Zhenming,Li Jing 2006 Rhodotorula sp. đột biến Saccharose và cao nấm men 0,6039mg/lít Võ Ngọc Nguyên 2007 Rhodotorula sp. Glucose, pepton và chiết men 9,323mg/lit (beta- carotene) trong 10,62g sinh khối tươi -20- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh 1.2.3. Hợp chất beta – carotene – tiền vitamin A 1.2.3.1. Tầm quan trọng của beta – carotene đối với sức khỏe của người và động vật [62] Beta – carotene còn được biết đến dưới tên gọi là tiền vitamin A. Phân tử vitamin A khi oxy hóa gốc aldehyt của nó sẽ hình thành nên một chất mới có tên là opsin, là chất tham gia vào cấu tạo võng mạc của mắt. Do đó, beta – carotene có ảnh hưởng tốt đến thị lực của con người. Ngoài ra, beta – carotene còn có tham gia quá trình sinh tổng hợp glycoprotein, chất mà nếu thiếu hụt trong cơ thể sẽ dẫn đến sự phát triển không bình thường của xương. Beta – carotene còn được tìm thấy trong huyết tương người. Các nghiên cứu về sức khỏe y học đã cho thấy những người có lượng beta – carotene đưa vào cơ thể cao và có một lượng lớn beta – carotene trong huyết tương thì có khả năng giảm thiểu các mối nguy hiểm của bệnh ung thư phổi. Beta – carotene còn có khả năng ngăn ngừa bệnh tim, dựa trên khả năng của beta-carotene là có thể kìm chế các chất LDL cholesterol gây hại. Có khả năng ngăn ngừa ung thư là một trong những đặc tính quan trọng nhất của beta – carotene. Khả năng ngăn ngừa bệnh ung thư của beta – carotene còn phải dựa trên sự kết hợp của beta – carotene với các carotenoid khác như lycopene và các chất chống oxy hóa như vitamin C, vitamin E. 1.2.3.2. Cấu tạo Beta - carotene là 1 phân tử cân đối được cấu tạo do 1 chuỗi prolene và 2 vòng beta – ionon ở 2 đầu, khi thuỷ phân cho 2 phân tử vitamin A. Chuỗi liên kết dài sẽ tạo ra màu cam cho beta – carotene [27]. -21- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Hình 1.9. Công thức cấu tạo beta – carotene Hình 1.10. Cấu trúc không gian của beta-carotene [10] 1.2.3.3. Tính chất [9], [57] Beta – carotene là đồng phân quan trọng của hydrocacbon carotene. Công thức phân tử C40H56. M = 536,85 Nhiệt độ nóng chảy 176 - 1830C, kèm theo sự phân huỷ Độ hoà tan: Beta – carotene có độ hòa tan rất khác nhau như – Tan tốt trong chloroform, benzen, CS2 – Tan trung bình trong ether, petroleum ether, dầu thực vật – Tan hạn chế trong methanol, ethanol – Không tan trong nước, acid, hợp chất alkane -22- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Tinh thể beta – carotene có dạng hình lăng trụ 6 mặt màu tím đậm nếu kết tinh từ dung môi benzen-methanol và có dạng lá hình thoi gần như vuông có màu đỏ nếu kết tinh từ dung môi petroleum ether. Dung dịch beta – carotene loãng có màu vàng. Trong dung dịch, beta – carotene dần bị thay đổi (nhanh hơn ở 80 0C) đến hỗn hợp cân bằng gồm beta – carotene 70 %, 4 – alpha – carotene 30 %. Beta – carotene có độ hấp thu cực đại trong chloroform tại bước sóng 497 nm và 466 nm. Vì có 2 vòng beta - ionon ở 2 đầu nên beta – carotene có hoạt tính provitamin A mạnh nhất. beta-ionone CH3 OCH3 CH3 CH3 Beta – carotene tự nhiên gồm hai dạng đồng phân. Một đồng phân quan trọng là 9 – cis beta – carotene, đồng phân kia là all – trans beta – carotene. Các đồng phân này đều có công thức phân tử giống nhau nhưng cách sắp xếp của chúng trong không gian ba chiều lại khác nhau. Các đồng phân như vậy thường có những đặc tính sinh hóa học rất khác biệt. 9 – cis beta – carotene là thành phần chống oxi hóa chủ yếu của beta – carotene. Trong khi đó, loại beta – carotene tổng hợp chỉ chứa loại đồng phân all – trans beta – carotene có khả năng chống oxi hóa rất thấp. Tuy nhiên, 9 – cis beta – carotene ít được nghe nói đến vì cách phân tích thường dùng nhất cho sự hấp thu một dưỡng chất là đo lường nồng độ của nó trong máu, nhưng đối với 9 – cis beta – carotene các chuyên gia gặp phải nhiều khó khăn. Một số -23- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh 9 – cis beta – carotene trong máu chuyển rất nhanh sang một dạng beta – carotene khác, trong khi một số 9 – cis beta – carotene khác lại phân phối nhanh chóng vào trong mô nên rất khó đo lường với các kỹ thuật hiện nay. Tuy nhiên, 9 – cis beta – carotene có thể bài tiết qua sữa, và người ta cho rằng điều này có ý nghĩa hết sức quan trọng trong chức năng sinh hóa cũng như đối với các kỹ thuật đo lường của chất này. Beta - carotene là một chuỗi dài không phân cực nên được phân bố ở màng của tế bào và lipoprotein. 1.2.3.4. Sự chuyển hóa beta – carotene thành vitamin A [9] Khi vào cơ thể beta - carotene chuyển hóa thành vitamin A. Beta – carotene bị phân cắt ở giữa mạch carbon trung tâm thành 2 phân tử retinal bằng enzyme 15,15’- dioxygenase. Retinal tiếp tục được chuyển hóa bởi enzym thành retinol. Retinol tạo thành có thể được hấp thu trực tiếp từ thức ăn vào thành ruột hay sẽ được vận chuyển nhờ liên kết với protein đến các cơ quan cần thiết hoặc đến gan là nơi tích luỹ vitamin A dưới dạng acyl ester. Retinyl ester cần được thuỷ phân thành retinol tự do và acid hữu cơ trước khi được hấp thu. Quá trình thuỷ phân này được enzyme dịch tuỵ xúc tác, acid hữu cơ tạo thành thường là acid palmitat vì retinyl palmitat chiếm phần chủ yếu trong retinyl este thực phẩm. Quá trình chuyển hóa của beta – carotene thành vitamin A được kiểm soát nên không tạo thành lượng dư vitamin A có độc tính cao. Sơ đồ chuyển hóa beta – carotene thành vitamin A được trình bày trong hình 1.11. -24- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh Beta carotene o o 15,15-Peroxy beta carotene CHO Retinal(2 molecules) CH2OH Retinol (Vitamin A) Hình 1.11. Sơ đồ chuyển hóa beta – carotene thành vitamin A Retinol, retinyl este, beta – carotene hay retinal được vận chuyển từ thành ruột dưới dạng hạt nhũ chấp (chylomicron). Trong quá trình này hầu hết retinol lại bị este hóa trở lại thành dạng retinyl este. Các hạt nhũ chấp vào hệ bạch huyết, sau đó được chuyển sang máu. Đa số retinyl và retinyl este được chuyển vận tới gan, một số tới mô -25- Tổng quan tài liệu HVTH: Nguyễn Thị Tú Minh mỡ và mô khác. Trong gan vitamin A được lưu trữ dưới các hạt lipid nhỏ, dạng retinyl palmitat trong các tế bào hình sao của gan. 1.2.4. Ứng dụng của carotenoid Tổ chức Food Additives and Contaminants Committee (FACC) đã chấp nhận cho sử dụng các chất màu vào thực phẩm và đưa ra danh mục các chất màu được sử dụng trong thực phẩm. Các loại carotenoid và ly trích chứa carotenoid đã được ứng dụng để làm chất tạo màu cho sản phẩm. Carotenoid cũng có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm, trị liệu. 1.2.4.1. Tạo màu cho sản phẩm Có thể sử dụng carotenoid theo cách: Gián tiếp và trực tiếp a. Gián tiếp Caroteinoid còn trong nguyên liệu hay đã ly trích được trộn với thức ăn gia súc làm đậm thêm màu vàng, đỏ của lông, da, trứng, thịt gia súc, gia cầm. Ví dụ: Trước kia người ta trộn cỏ linh lăng và bắp có chứa zeaxanthin và lutein vào thức ăn của gà thì màu lông gà con và lòng đỏ trứng sẽ đậm hơn. Sau này khi đã có dịch chiết màu, người ta cho chất màu đã chiết hoặc màu tổng hợp vào thức ăn súc vật thì hiệu quả sẽ cao hơn, quy trình sẽ đơn giản hơn. Màu vàng của chim Hoàng Yến và màu hồng của chim Hồng Hạc sẽ nhạt đi nếu thiếu caroteneoid trong thức ăn. Ta phải bổ sung zeaxanthin vào thức ăn của Hoàng Yến và canrhaxanthin vào thức ăn của chim Hồng Hạc. b. Trực tiếp Phương pháp bổ sung gián tiếp không có lợi lắm về mặt kinh tế, sự thuận lợi và tính đồng đều của sản phẩm. Biện pháp tốt hơn là sử dụng màu caroteniod bổ sung trực tiếp vào sản phẩm thực phẩm . Gần đây, người ta còn tạo dạng bột màu sấy phun, có thể phân tán tốt trong cả nước nóng và nước lạnh, rất bền màu. Canthaxathin ở dạng bột sấy khô giữ được 93 – -26- Tổng quan tài liệu HVTH: N