CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Astaxanthin Astaxanthin là một carotenoid xanthophyll phân bố trong tự nhiên có sắc tố đỏ cam. Xuất hiện trong nấm men, tảo, động vật giáp xác, cá hồi và sao biển. Nó có liên quan chặt chẽ đến các carotenoid nổi tiếng như β-Caroten, Zeaxanthin và Lutein [3]. Nguồn gốc Bảng 1.1 Nguồn vi sinh vật chứa astaxanthin [3] Astaxanthin (%) on the Dry Sources Weight Basis Chlorophyceae Haematococcus pluvialis 3,8 Haematococcus pluvialis (K-0084) 3,8 Haematococcus pluvialis (Local isolation) 3,6 Haematococcus pluvialis (AQSE002) 3,4 Haematococcus pluvialis (K-0084) 2,7 Chlorococcum 0,2 Chlorella zofingiensis 0,001 Neochloris wimmeri 0,6 Ulvophyceae Enteromorpha intestinalis 0,02 Ulva lactuca 0,01 Florideophyceae Catenella repens 0,02 Alphaproteobacteria Agrobacterium aurantiacum 0,01 Paracoccus carotinifaciens (NITE SD 00017) 2,2 Tremellomycetes Xanthophyllomyces dendrorhous (JH) 0,5 Xanthophyllomyces dendrorhous (VKPM Y2476) 0,5 Labyrinthulomycetes Thraustochytrium sp.
CHN-3 (FERM P-18556) 0,2 Malacostraca Pandalus borealis 0,12 Pandalus clarkia 0,015 3 Các nguồn tự nhiên của astaxanthin là tảo, nấm men, cá hồi, cá hồi, nhuyễn thể, tôm và tôm càng. Astaxanthin từ các nguồn vi sinh vật khác nhau được trình bày trong Bảng 1. Astaxanthin thương mại chủ yếu có nguồn gốc từ men Phaffia, tảo Haematococcus pluvialis và thông qua quá trình tổng hợp hóa học. Trong đó tảo Haematococcus pluvialis là một trong những nguồn cung cấp astaxanthin tự nhiên tốt nhất.
Nó là một loại vi tảo lục đơn bào nước ngọt có màu xanh lá cây, tích tụ hàm lượng astaxanthin cao lên đến 3,8% (w/w) trọng lượng khô trong điều kiện khắc nghiệt như độ mặn cao, thiếu nitơ, nhiệt độ cao và ánh sáng, trong trường hợp này tảo có màu đỏ [3]. Tôm, cua và cá hồi có thể đóng vai trò là nguồn astaxanthin trong chế độ ăn uống. Cá hồi đánh bắt tự nhiên là nguồn cung cấp astaxanthin dồi dào.2 Tế bào tảo Haematococcus pluvialis: a) điều kiện bình thường, b) điều kiện khắc nghiệt 1. Cấu tạo Astaxanthin (3,3'-dihydroxy-β-carotene-4,4'-dione) là một loại của xanthophyll, vì nó không chỉ chứa carbon và hydro mà còn nguyên tử oxy.
Astaxanthin có công thức phân tử C40H52O4 (M = 596,84 g/mol), bao gồm hai vòng β-ionone tận cùng được nối với nhau bởi một chuỗi polyene. Phân tử này có hai nguyên tử cacbon không đối xứng nằm ở vị trí 3,3′ của vòng β-ionone với nhóm hydroxyl (-OH) ở hai đầu của phân tử. Trong 4 trường hợp một nhóm hydroxyl phản ứng với acid béo thì nó tạo thành monoester, trong khi cả hai nhóm hydroxyl đều phản ứng với acid béo thì kết quả là di-ester.3 Công thức cấu tạo của Astaxanthin Astaxanthin tồn tại ở dạng đồng phân lập thể, đồng phân hình học, tự do. Tất cả các dạng này đều được tìm thấy trong các nguồn tự nhiên.
Đồng phân lập thể (3S, 3′S) và (3R, 3′R) là phong phú nhất trong tự nhiên. Haematococcus sinh đồng phân (3S, 3′S) trong khi nấm men Xanthophyllomyces dendrorhous tạo ra đồng phân (3R, 3′R). Astaxanthin tổng hợp bao gồm đồng phân của (3S, 3′S) (3R, 3′S) và (3R, 3′R). Đồng phân lập thể chính của astaxanthin được tìm thấy trong loài nhuyễn thể Nam Cực Euphausia superba là 3R, 3′R chứa chủ yếu ở dạng ester hóa, trong khi dạng hoang dã ở cá hồi Đại Tây Dương nó là 3S, 3′S xảy ra ở dạng tự do [3].
Chiết xuất Hình 1.4 Astaxanthin được chiết xuất bằng phương pháp chiết xuất siêu tới hạn với ethanol và dầu hướng dương làm đồng dung môi 5 Astaxanthin là một hợp chất ưa béo và có thể hòa tan trong dung môi và dầu. Dung môi, acid, dầu ăn, phương pháp hỗ trợ vi sóng và phương pháp enzym được sử dụng để chiết xuất astaxanthin. Astaxanthin được tích lũy trong các tế bào có nang của Haematococcus. Astaxanthin trong Haematococcus được chiết xuất bằng các phương pháp xử lý acid khác nhau, acid chlohydric thu hồi tới 80% sắc tố.
Khi các tế bào bao bọc được xử lý bằng acetone 40% ở 80°C trong 2 phút, sau đó là bột kitalase, cellulose, bào ngư và acetone, thu được 70% astaxanthin. Hiệu suất chiết tách astaxanthin cao thu được khi xử lý với acid chlohydric ở các nhiệt độ khác nhau trong 15 và 30 phút sử dụng siêu âm. Astaxanthin (1,3 mg/g) được chiết xuất từ Phaffia rhodozyma trong điều kiện acid. Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng ở 75°C trong 5 phút thu được 75% astaxanthin [3].
Hiệu suất chiết tách Astaxanthin từ Haematococcus là 80% –90% sử dụng chiết xuất siêu tới hạn với ethanol và dầu hướng dương làm đồng dung môi. Astaxanthin được chiết xuất nhiều lần bằng dung môi, được gộp lại và làm bay hơi bằng thiết bị cô quay, sau đó được hòa tan lại trong dung môi và độ hấp thụ của dịch chiết được đo ở bước sóng 476–480 nm để ước tính hàm lượng Astaxanthin. Hơn nữa, dịch chiết có thể được phân tích để định lượng astaxanthin bằng cách sử dụng sắc ký lỏng áp suất cao và xác định bằng khối phổ [3]. Bảo quản Độ ổn định của Astaxanthin được đánh giá trong các chất mang và điều kiện bảo quản khác nhau.
Astaxanthin ổn định ở 70–90°C trong dầu gạo, gingelly và dầu cọ với 84 - 90% astaxanthin hàm lượng được giữ lại có thể được sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm, dược phẩm và dinh dưỡng, trong khi giảm hàm lượng ở 120 và 150°C. Sự suy thoái của astaxanthin ở mức thấp nhất là 10% trong sinh khối được sấy khô ở 180/110°C và bảo quản ở -21°C trong điều kiện nitơ sau chín tuần bảo quản. Sự ổn định của Astaxanthin từ Phaffia rhodozyma đã được nghiên cứu và người ta thấy rằng độ ổn định cao ở pH 4,0 và ở nhiệt độ thấp. Tính ổn định lưu trữ của Astaxanthin được tăng cường ở 4°C và 25°C trong hỗn hợp phức tạp của hydroxypropyl-β-cyclodextrin và 6 nước.
Astaxanthin ổn định được nghiên cứu bằng cách sử dụng vi bao với chitosan, hạt nano polymer, nhũ tương và β-cyclodextrin [3]. Lợi ích sức khỏe 1. Tác dụng chống oxy hóa Chất chống oxy hóa là một phân tử có thể ức chế quá trình oxy hóa. Sự phá hủy oxy hóa được bắt đầu bởi gốc tự do và các loại oxy phản ứng.
Các phân tử oxy hóa dư thừa phản ứng với protein, lipid và DNA thông qua phản ứng dây chuyền gây ra quá trình oxy dẫn đến các rối loạn khác nhau. Loại phân tử oxy hóa này có thể bị ức chế bởi các chất chống oxy hóa nội sinh và ngoại sinh như carotenoid. Carotenoid chứa chuỗi polyene, các liên kết đôi liên hợp dài, thực hiện các hoạt động chống oxy hóa bằng cách dập tắt oxy đơn và loại bỏ các gốc tự do để chấm dứt các phản ứng dây chuyền. Các lợi ích sinh học của carotenoid có thể là do đặc tính chống oxy hóa, chúng tương tác vật lý và hóa học với màng tế bào.5 Vị trí vượt trội của Astaxanthin trong màng tế bào Astaxanthin có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn khi so sánh với các carotenoid khác nhau như lutein, lycopene, α-carotene và β-carotene.
Astaxanthin chứa một cấu trúc phân tử độc đáo với sự hiện diện của các gốc hydroxyl và ketone trên mỗi vòng ionone, 7 có khả năng chống oxy hóa cao. Hoạt động chống oxy hóa của astaxanthin gấp 10 lần so với zeaxanthin, lutein, canthaxanthin, β-caroten và gấp 100 lần α-tocopherol. Nhóm chức oxo trong carotenoid có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn mà không cần đóng góp vào quá trình oxy hóa. Chuỗi polyene trong astaxanthin bẫy các gốc trong màng tế bào, trong khi vòng β-ionone tận cùng của astaxanthin có thể quét các gốc ở phần bên ngoài và bên trong của màng tế bào Hình 1.5 Vị trí vượt trội của Astaxanthin trong màng tế bào 1.
Chống viêm Astaxanthin có tác dụng chống viêm. Chiết xuất tế bào tảo của Haematococcus và Chlorococcum giảm đáng kể lượng vi khuẩn và viêm dạ dày. Astaxanthin cho thấy tác dụng bảo vệ đối với lượng glucose cao gây ra stress oxy hóa, viêm và gây chết ở tế bào biểu mô ống lượn gần. Astaxanthin cũng có thể ngăn ngừa sự dày lên của da và làm giảm sự giảm collagen chống lại tia UV gây tổn thương da [3].
Chống bệnh tiểu đường Mức độ stress oxy hóa rất cao ở bệnh nhân đái tháo đường. Nó được gây ra bởi tăng đường huyết, do rối loạn chức năng của tế bào tuyến tụy và tổn thương mô ở bệnh nhân. Astaxanthin có thể làm giảm stress oxy hóa do tăng đường huyết trong tế bào tuyến tụy và cũng cải thiện nồng độ glucose và insulin huyết thanh [4]. Astaxanthin có thể bảo vệ tế bào tuyến tụy chống lại glucose độc tính.
Nó cũng được chứng minh là một tác nhân miễn dịch tốt trong việc phục hồi các rối loạn chức năng của tế bào lympho liên quan đến bệnh tiểu đường [5]. Astaxanthin cũng bị ức chế glycation và glycated protein gây ra độc tế bào trong tĩnh mạch rốn của con người bằng cách ngăn cản quá trình oxy hóa lipid/protein [6]. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng astaxanthin ngăn ngừa bệnh thận do tiểu đường bằng cách giảm stress oxy hóa và tổn thương tế bào thận [7, 8, 9]. Phòng chống bệnh tim mạch Astaxanthin là một chất chống oxy hóa mạnh với hoạt tính chống viêm và tác dụng của nó được kiểm tra ở cả động vật thí nghiệm và đối tượng con người.
Stress oxy hóa và viêm là những đặc điểm sinh lý bệnh của bệnh tim mạch xơ vữa động mạch. Astaxanthin là một chất điều trị tiềm năng chống lại bệnh tim mạch xơ vữa [10]. Hiệu quả của dinatri 8 disuccinate astaxanthin (DDA) trong bảo vệ cơ tim bằng cách sử dụng mô hình tái bơm máu do thiếu máu cục bộ cơ tim ở động vật đã được đánh giá. Kích thước nhồi máu cơ tim đã giảm ở chuột Sprague Dawley, và cải thiện trong cứu hộ cơ tim ở thỏ sau bốn ngày xử lý trước với DDA ở mức 25,50 và 75 mg/kg thể trọng [11, 12].
Astaxanthin được tìm thấy trong các mô cơ tim của chuột sau khi xử lý trước với DDA ở liều 150 và 500 mg/kg/ngày trong bảy ngày [13]. Astaxanthin được tìm thấy trong huyết tương, tim, gan, tiểu cầu và tăng lưu lượng máu động mạch cơ bản ở chuột được nuôi bằng dẫn xuất astaxanthin [14]. Nhân loại tế bào nội mô rốn và tiểu cầu được điều trị bằng astaxanthin cho thấy mức độ nitric oxide tăng lên và sự giảm mức độ peroxynitrite [14]. Những con chuột được cho ăn 0,08% astaxanthin có điện thế tim cao hơn điện thế màng ty thể và chỉ số co bóp so với những con chuột bình thường [15].
Astaxanthin ảnh hưởng đến hoạt động của paraoxonase, thioredoxin reductase, các thông số stress oxy hóa và hồ sơ lipid ở thỏ tăng cholesterol máu đã được đánh giá. Astaxanthin ngăn chặn các hoạt động của những enzym do tăng cholesterol trong máu gây ra quá trình oxy hóa protein ở liều lượng 100 mg và 500 mg/100 g [16]. Chống ung thư Liều lượng chất chống oxy hóa cụ thể có thể hữu ích cho việc phát hiện sớm các bệnh thoái hóa các rối loạn khác nhau.