Khả Năng Kháng Oxy Hóa và Ức Chế Enzyme Tyrosinase của Cây Dứa (Ananas comosus)

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Hậu
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Nhân Dũng
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Khả Năng Kháng Oxy Hóa và Ức Chế Enzyme Tyrosinase của Cây Dứa (Ananas comosus)
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Kiên Giang

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu luận án
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa của nghiên cứu
• 1.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Tính mới của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về cây dứa (Ananas comosus)
• 2.1.1. Đặc điểm sinh học của cây dứa
• 2.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.2.1. Những nghiên cứu ngoài nước
• 2.2.2. Những nghiên cứu trong nước
• 2.3. Tổng quan về các hợp chất thứ cấp thực vật
• 2.3.1. Terpene và các dẫn xuất của terpene
• 2.4. Tổng quan về kháng oxy hóa, chất kháng oxy hóa và cơ chế
• 2.4.1. Khái quát về quá trình oxy hóa tế bào
• 2.4.2. Khái quát về gốc tự do
• 2.4.3. Tác hại của gốc tự do đối với cơ thể
• 2.4.4. Chất kháng oxy hóa
• 2.4.5. Cơ chế hoạt động của các chất kháng oxy hóa tự nhiên
• 2.5. Tổng quan về tyrosinase, cơ chế hoạt động và chất ức chế tyrosinase
• 2.5.1. Tổng quan về enzyme tyrosinase
• 2.5.2. Cơ chế hoạt động của tyrosinase
• 2.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của tyrosinase
• 2.5.4. Các chất ức chế Tyrosinase
• 2.5.5. Cơ chế ức chế enzyme tyrosinase
• 2.5.6. Tiềm năng sử dụng các chất ức chế tyrosinase
• 2.6. Tổng quan về melanocyte, cơ chế hoạt động và chất ức chế
• 2.6.1. Tế bào hắc tố
• 2.6.2. Cơ chế hoạt động của melanocyte
• 2.7. Tổng quan về các phương pháp định danh thực vật
• 2.7.1. Nhận diện và định danh thực vật bằng đặc điểm hình thái
• 2.7.2. Nhận diện và định danh thực vật bằng di truyền phân tử
• 2.8. Phương pháp chiết xuất và phân tách các hợp chất từ thực vật
• 2.8.1. Phương pháp chiết xuất rắn-lỏng
• 2.8.2. Phương pháp chiết xuất hỗ trợ sóng siêu âm
• 2.8.3. Phương pháp sắc ký cột silica gel
• 2.9. Tổng quan về các phương pháp định lượng, kháng oxy hóa, ức chế enzyme tyrosinase (in vitro), phân tích khối phổ GC-MS
• 2.9.1. Các phương pháp định lượng hợp chất thứ cấp thực vật
• 2.9.2. Các phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phương tiện nghiên cứu
• 3.1.1. Thời gian và địa điểm
• 3.1.2. Nguyên vật liệu
• 3.1.3. Dụng cụ và thiết bị
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.2.1. Nội dung 1: Khảo sát chọn vùng nguyên liệu và dung môi trích ly cao chiết
• 3.2.2. Nội dung 2: Đánh giá khả năng kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase của cao methanol dứa Tắc Cậu
• 3.2.3. Nội dung 3: Đánh giá khả năng kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase của cao phân đoạn dứa
• 3.2.4. Nội dung 4: Khảo sát khả năng ức chế sự sản sinh melanin trên dòng tế bào hắc tố B16F10 của cao phân đoạn F1
• 3.2.5. Nội dung 5: Phân tích phổ GC-MS của cao phân đoạn F1 vỏ dứa
• 3.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả khảo sát chọn nguồn nguyên liệu
• 4.1.1. Kết quả kháng oxy hóa cao chiết ethanol dứa ở hai vùng sinh thái Hòn Đất và Tắc Cậu
• 4.1.2. Kết quả kháng oxy hóa cao chiết ethanol/methanol dứa vùng Tắc Cậu, Kiên Giang
• 4.1.3. Kết quả giải trình tự gen cây dứa Tắc Cậu
• 4.2. Kết quả khả năng kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase của cao methanol dứa Tắc Cậu
• 4.2.1. Kết quả định lượng polyphenol tổng và flavonoid trong cao methanol dứa
• 4.2.2. Kết quả kháng oxy hóa của cao methanol dứa Tắc Cậu
• 4.2.3. Mối quan hệ giữa hàm lượng polyphenol tổng, flavonoid tổng với khả năng kháng oxy hóa của cây dứa Tắc Cậu
• 4.2.4. Kết quả ức chế tyrosinase của cao methanol dứa vùng Tắc Cậu
• 4.3. Kết quả kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase của cao phân đoạn vỏ dứa
• 4.3.1. Kết quả sắc ký tách phân đoạn cao chiết methanol vỏ dứa
• 4.3.2. Kết quả định lượng polyphenol tổng và flavonoid tổng trong cao phân đoạn vỏ dứa
• 4.3.3. Kết quả kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase của cao phân đoạn vỏ dứa
• 4.3.4. Mối quan hệ giữa hàm lượng polyphenol tổng, flavonoid tổng với khả năng kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase của cao phân đoạn vỏ dứa
• 4.3.5. Kết quả ức chế sự sản sinh melanin trên dòng tế bào sắc tố B16F10 của cao phân đoạn F1 vỏ dứa
• 4.3.6. Kết quả phân tích phổ khối GC-MS mẫu cao phân đoạn F1 vỏ dứa
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ THỬ TẾ BÀO B16F10
• PHỤ LỤC C: XỬ LÝ THỐNG KÊ
• PHỤ LỤC D: GIẢI GC-MS

I. Tổng Quan Về Khả Năng Kháng Oxy Hóa Của Cây Dứa Ananas comosus

Dứa (Ananas comosus) là một loại trái cây nhiệt đới quen thuộc, không chỉ được ưa chuộng bởi hương vị thơm ngon mà còn bởi những lợi ích sức khỏe tiềm năng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng dứa chứa nhiều hợp chất có khả năng chống oxy hóa, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do các gốc tự do gây ra. Các bộ phận khác nhau của cây dứa, bao gồm lá, thân, thịt quả và vỏ quả, đều có thể chứa các hợp chất này với hàm lượng khác nhau. Điều này mở ra tiềm năng khai thác dứa như một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên, có giá trị trong nhiều lĩnh vực. Dứa thuộc họ Bromeliaceae có nguồn gốc từ Paraguay và là loại trái cây có giá trị dinh dưỡng cao đứng thứ ba trên thế giới chỉ đứng sau chuối và cây có múi (cam quýt). Thịt quả dứa có các hợp chất có hoạt tính sinh học cao như: mangan, vitamin A, B, (B1, B6, folates), C và các loại acid hữu cơ đặc biệt là malic acid, citric acid, folic acid, βcarotene, enzyme bromelain (Ramsden & Riley, 2014).

1.1. Thành Phần Hóa Học Chính Tạo Nên Khả Năng Chống Oxy Hóa Của Dứa

Khả năng chống oxy hóa của dứa chủ yếu đến từ các hợp chất phenolic, flavonoid và vitamin C. Các hợp chất này có khả năng trung hòa các gốc tự do, ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid và bảo vệ DNA khỏi tổn thương. Hàm lượng và thành phần cụ thể của các hợp chất này có thể khác nhau tùy thuộc vào giống dứa, điều kiện trồng trọt và bộ phận của cây. Ví dụ, vỏ dứa thường chứa hàm lượng flavonoid cao hơn so với thịt quả, trong khi lá dứa có thể giàu hợp chất phenolic hơn. Kết quả định lượng cho thấy hàm lượng polyphenol tổng cao nhất trong mẫu chiết xuất methanol lá còn hàm lượng flavonoid tổng cao nhất trong mẫu methanol vỏ dứa.

1.2. So Sánh Khả Năng Chống Oxy Hóa Giữa Các Giống Dứa Queen Cayen

Các giống dứa khác nhau, như dứa Queen và dứa Cayen, có thể có sự khác biệt về thành phần hóa học và khả năng chống oxy hóa. Một số nghiên cứu đã so sánh khả năng chống oxy hóa của các giống dứa này, cho thấy rằng một số giống có hoạt tính cao hơn so với các giống khác. Sự khác biệt này có thể liên quan đến hàm lượng các hợp chất chống oxy hóa cụ thể, cũng như sự tương tác giữa các hợp chất này. Việc lựa chọn giống dứa phù hợp có thể là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng chống oxy hóa của sản phẩm từ dứa.

II. Enzyme Tyrosinase Vấn Đề Sạm Da và Giải Pháp Từ Cây Dứa

Enzyme tyrosinase đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất sắc tố melanin, gây ra tình trạng sạm da, nám da và tàn nhang. Việc tìm kiếm các chất ức chế enzyme tyrosinase tự nhiên, an toàn và hiệu quả là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành mỹ phẩm và dược phẩm. Cây dứa, với thành phần hóa học đa dạng, đã được chứng minh là có khả năng ức chế enzyme tyrosinase, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các sản phẩm làm sáng da và chống lão hóa. Trong cơ thể của sinh vật (kể cả con người) luôn sản sinh ra các gốc tự do, các gốc tự do này dễ phản ứng với các gốc khác gần kề dẫn đến sự sản sinh các gốc tự do mới là nguyên nhân dẫn tới sự phá huỷ các bào quan và cấu trúc bên trong tế bào (đột biến). Đột biến là nguyên nhân dẫn đến sự thoái hóa tế bào làm xuất hiện các bệnh hiểm nghèo (Ghasemzadeh, 2012; Vrianty et al.

2.1. Cơ Chế Ức Chế Enzyme Tyrosinase Của Các Hợp Chất Trong Dứa

Các hợp chất trong dứa, như hợp chất phenolic và flavonoid, có thể ức chế enzyme tyrosinase thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Một số hợp chất có thể liên kết trực tiếp với enzyme, ngăn chặn sự gắn kết của cơ chất. Các hợp chất khác có thể làm giảm hoạt tính của enzyme bằng cách thay đổi cấu trúc hoặc môi trường xung quanh enzyme. Hiểu rõ cơ chế ức chế enzyme tyrosinase của các hợp chất trong dứa là rất quan trọng để phát triển các sản phẩm làm sáng da hiệu quả.

2.2. So Sánh Hiệu Quả Ức Chế Tyrosinase Giữa Các Bộ Phận Của Cây Dứa

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các bộ phận khác nhau của cây dứa có thể có hiệu quả ức chế enzyme tyrosinase khác nhau. Vỏ dứa thường được coi là bộ phận có tiềm năng nhất, do chứa hàm lượng cao các hợp chất có hoạt tính ức chế. Tuy nhiên, các bộ phận khác như lá và thân cũng có thể chứa các hợp chất có giá trị. Việc so sánh hiệu quả ức chế enzyme tyrosinase giữa các bộ phận của cây dứa giúp xác định nguồn nguyên liệu tốt nhất cho các ứng dụng làm sáng da.

III. Phương Pháp Chiết Xuất và Đánh Giá Hoạt Tính Sinh Học Của Dứa

Để khai thác tối đa khả năng chống oxy hóa và ức chế enzyme tyrosinase của dứa, cần có các phương pháp chiết xuất hiệu quả và các phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học chính xác. Các phương pháp chiết xuất khác nhau, như chiết xuất bằng dung môi, chiết xuất hỗ trợ siêu âm, có thể ảnh hưởng đến thành phần và hàm lượng các hợp chất có hoạt tính trong chiết xuất. Các phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học, như phương pháp DPPH, phương pháp FRAP và phương pháp ức chế enzyme tyrosinase in vitro, giúp xác định hoạt tính sinh học của chiết xuất và các phân đoạn của nó. Luận án sử dụng phương pháp định danh loài bằng phương pháp phân tích đặc điểm hình thái đồng thời có kiểm định lại bằng phương pháp giải trình tự, trích ly cao bằng phương pháp ngâm dầm kết hợp với đánh sóng siêu âm, khảo sát khả năng kháng oxy hóa in vitro của các mẫu cao chiết được thực hiện thông qua ba phương pháp gồm: phương pháp trung hòa gốc tự do DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl); phương pháp khử ion Fe3+ và phương pháp khử ion Cu2+, phương pháp khảo sát ức chế hoạt động enzyme tyrosinase in vitro, phương pháp sắc ký cột silica gel để tách cao phân đoạn vỏ dứa Tắc Cậu.

3.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Chiết Xuất Hợp Chất Chống Oxy Hóa Từ Dứa

Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất là rất quan trọng để thu được chiết xuất dứa giàu hợp chất chống oxy hóa và có hoạt tính sinh học cao. Các yếu tố cần xem xét bao gồm loại dung môi, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, thời gian chiết xuất, nhiệt độ chiết xuất và phương pháp chiết xuất. Các phương pháp chiết xuất hiện đại, như chiết xuất hỗ trợ siêu âm và chiết xuất enzyme, có thể giúp tăng hiệu quả chiết xuất và giảm thời gian chiết xuất. Kết quả nghiên cứu cho thấy, vùng sinh thái Tắc Cậu, Kiên Giang và dung môi methanol là thích hợp phục vụ nghiên cứu của luận án.

3.2. Các Phương Pháp Đánh Giá Hoạt Tính Chống Oxy Hóa và Ức Chế Tyrosinase

Có nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá khả năng chống oxy hóa và ức chế enzyme tyrosinase của chiết xuất dứa. Phương pháp DPPH là một phương pháp phổ biến để đánh giá khả năng chống oxy hóa bằng cách đo khả năng trung hòa gốc tự do DPPH. Phương pháp FRAP đo khả năng khử ion sắt (III) thành ion sắt (II). Phương pháp ức chế enzyme tyrosinase in vitro đo khả năng ức chế hoạt động của enzyme tyrosinase. Việc sử dụng kết hợp nhiều phương pháp giúp đánh giá toàn diện hoạt tính sinh học của chiết xuất dứa.

IV. Ứng Dụng Chiết Xuất Dứa Trong Mỹ Phẩm Chống Lão Hóa Làm Sáng Da

Với khả năng chống oxy hóa và ức chế enzyme tyrosinase, chiết xuất dứa có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành mỹ phẩm. Chiết xuất dứa có thể được sử dụng trong các sản phẩm chống lão hóa, giúp bảo vệ da khỏi tổn thương do các gốc tự do và giảm sự xuất hiện của nếp nhăn. Chiết xuất dứa cũng có thể được sử dụng trong các sản phẩm làm sáng da, giúp giảm sự sản xuất sắc tố melanin và làm mờ các vết thâm nám. Kết quả phân tích sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) của F1 có sự hiện diện của succinic acid, ferulic acid, p-coumaric acid, cinnamic acid, 2-ethylhexyl benzoatelà những hợp chất có khả năng kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase mạnh.

4.1. Nghiên Cứu Về Hiệu Quả Làm Sáng Da Của Chiết Xuất Dứa Trên Tế Bào

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả làm sáng da của chiết xuất dứa trên tế bào. Các nghiên cứu này thường sử dụng các dòng tế bào hắc tố (melanocytes) để mô phỏng quá trình sản xuất sắc tố melanin trong da. Kết quả của các nghiên cứu này cho thấy rằng chiết xuất dứa có thể làm giảm sự sản xuất sắc tố melanin và làm sáng da một cách hiệu quả. Sử dụng phương pháp nuôi cấy tế bào động vật, khảo sát sự ức chế hình thành melanin trên dòng tế bào hắc tố B16F10 và phân tích phổ GC-MS của cao phân đoạn có hoạt tính kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase mạnh.

4.2. Ứng Dụng Chiết Xuất Dứa Trong Các Sản Phẩm Chăm Sóc Da Thương Mại

Chiết xuất dứa đã được sử dụng trong nhiều sản phẩm chăm sóc da thương mại, bao gồm kem dưỡng da, serum, mặt nạ và sữa rửa mặt. Các sản phẩm này thường được quảng cáo với các công dụng như chống lão hóa, làm sáng da, giảm thâm nám và cải thiện tông màu da. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu lâm sàng để đánh giá hiệu quả thực tế của các sản phẩm này trên da người.

V. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Về Cây Dứa

Nghiên cứu về khả năng chống oxy hóa và ức chế enzyme tyrosinase của dứa đã mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực sức khỏe và làm đẹp. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi cần được giải đáp và nhiều hướng nghiên cứu tiềm năng cần được khám phá. Việc nghiên cứu sâu hơn về thành phần hóa học, cơ chế hoạt động và hiệu quả lâm sàng của chiết xuất dứa sẽ giúp khai thác tối đa giá trị của loại trái cây này. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy vỏ quả dứa là nguồn giàu hợp chất thứ cấp có hoạt tính kháng oxy hóa và ức chế tyrosinase.

5.1. Đánh Giá Toàn Diện Về Hoạt Tính Sinh Học Của Các Giống Dứa Khác Nhau

Cần có thêm các nghiên cứu để đánh giá toàn diện hoạt tính sinh học của các giống dứa khác nhau, bao gồm khả năng chống oxy hóa, ức chế enzyme tyrosinase và các hoạt tính sinh học khác. Việc so sánh các giống dứa khác nhau sẽ giúp xác định các giống có tiềm năng nhất cho các ứng dụng cụ thể.

5.2. Nghiên Cứu Về Tác Dụng Phối Hợp Của Chiết Xuất Dứa Với Các Chất Khác

Cần có thêm các nghiên cứu để đánh giá tác dụng phối hợp của chiết xuất dứa với các chất khác, như vitamin, khoáng chất và các hợp chất chống oxy hóa khác. Việc kết hợp chiết xuất dứa với các chất khác có thể giúp tăng cường hoạt tính sinh học và mở rộng phạm vi ứng dụng.