CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về cà rốt Cà rốt được con người biết đến và sử dụng như thực phẩm từ hàng nghìn năm nay. Cà rốt ban đầu có màu tím và màu vàng, được mô tả từ thế kỷ thứ 10 ở Iran và phía bắc Arabia (Simon 2000) [54]. Cà rốt là một loại cây có giá trị kinh tế, được trồng phổ biến trong những thập kỷ gần đây.
Cà rốt màu cam rất tốt cho mắt do chứa hàm lượng cao carotenoid (Mills và cộng sự, 2008) [42]. Carotenoid quy định cho màu vàng, cam và đỏ của cà rốt, trong khi anthocyanin thuộc nhóm polyphenolic, quy định cho màu tím của cà rốt. Tất cả những sắc tố đã được nghiên cứu và được cho là có ích cho sức khỏe của con người như bảo vệ con người khỏi một số bệnh ung thư và bệnh tim mạch (Hasler và Brown, 2009) [34] 1. Phân loại thực vật Giới (regnum): Plantae Bộ (ordo): Apiales Họ (familia): Apiaceae Phân họ (subfamilia): Apioideae Chi (genus): Daucus Daucus có khoảng 20 loài bao gồm:Daucus aureus, Daucus bicolor, Daucus broteri, Daucus carota, Daucus durieui, Daucus glochidiatus, Daucus gadeceaui, Daucus guttatus, Daucus littoralis, Daucus muricatus, Daucus maximus, Daucus pusillus.
Loại cà rốt hiện nay thường trồng là con lai của hai loài Daucus carota L. và Daucus maximus L. Màu vàng/đỏ của cà rốt thương mại là một đặc trưng mới, trong khi cà rốt hoang có kích thước nhỏ và màu trắng [ 66] [68]. Cà rốt có nhiều màu sắc khác nhau, phân bố ở khắp mọi nơi trên thế giới.
Cà rốt màu tím và màu vàng, được phát hiện ở Iran và phía bắc Arabia vào thế kỉ thứ 10 (Simon 2000) [54]. Những củ cà rốt này được trồng trên khắp Trung Đông, Bắc Phi, Châu Âu và Trung Quốc vào giữa thế kỷ 15. Cà rốt màu vàng được ưa chuộng ở Bắc Âu cho đến khi có sự phát triển của cà rốt màu cam ở Hà Lan vào thế kỷ 18. 3 Cà rốt màu trắng được tìm thấy ở Châu Âu và cà rốt màu đỏ được cho là có nguồn gốc từ Trung Quốc khoảng thời gian này (Rubatzky và cộng sự, 1999; Simon, 2000) [52] [54].
Màu sắc các loại cà rốt 1. Hình thái thực vật Cà rốt là cây thân thảo, sống hai năm. Rễ (thường gọi là củ) hình trụ ngắn. Lá mọc so le, xẻ lông chim, càng gần phía đầu càng hẹp lại; không có lá kèm, bẹ lá khá phát triển.
Cụm hoa mọc ở ngọn thân thành tán kép có tổng bao gồm nhiều lá bắc xẻ lông chim. Hoa có lá dài rất nhỏ, hình tam giác, cánh hoa có mép gập vào trong, số nhị bằng số cánh hoa. Quả bế đôi, thuôn, có cạnh lồi tua tủa những tơ cứng. Hình thái thực vật của cà rốt A:củ cà rốt, B: lá cà rốt, C: hoa cà rốt, D: quả cà rốt 1.
Thành phần hóa học [66] Cà rốt là một loại rau quý, có nhiều loại đường, vitamin và muối khoáng, đặc biệt là vitamin C và carotene (là chất tiền vitamin A, khi vào cơ thể sẽ chuyển thành vitamin A). 5 Thành phần hóa học của cà rốt gồm có 88% nước, 7% carbohydrate, 1% protein, 0.2% chất béo và 3% chất xơ. Carbohydrate chủ yếu là những đường đơn giản như sucrose, glucose, fructose và một ít tinh bột. Cà rốt có chứa hàm lượng lớn các vitamin nhóm B như thiamin, riboflavin và niacin so với các loại rau củ khác.
Khoáng K có nhiều trong cà rốt màu cam, màu vàng, màu trắng và màu tím, 443 mg đến 758 mg khoáng K /100 g trọng lượng tươi. Thành phần hóa học của một số loại rau củ Béo Nguồn: USDA Natls. Nutrient Database for Standard Reference 1. Cấu trúc hóa học Carotenoid là một nhóm những hợp chất hóa học tự nhiên bao gồm hơn 700 hợp chất (Britton và cộng sự, 2004) [19] được tìm thấy trong thực vật và một số cơ thể vi sinh vật quang hợp, tảo, nấm mốc, nấm men và vi khuẩn.
Có hai cách gọi tên carotenoid: Tên truyền thống: tên theo nguồn gốc mà loại carotenoid đó được trích chiết đầu tiên 6 Tên hệ thống: tên theo công thức hóa học. Carotenoid được gọi tên theo dẫn xuất carotene với hai nhóm cuối được kí hiệu bằng các ký tự Hy Lạp. Các tiếp đầu ngữ, tiếp vị ngữ được sử dụng để chỉ mức độ hydro hóa và sự hiện diện của các nhóm chức thay thế. Một số carotenoid quan trọng và tiêu biểu như lycopene, β – carotene, - carotene, β – crytoxanthin, zeaxanthin, lutein.1: Công thức cấu tạo của các carotenoid quan trọng (Alam Zed và Sultan Medmood, 2004) [14] 7 Phân loại: Carotenoid được chia làm hai nhóm sắc tố Carotene: gồm các hợp chất hydrocarbon carotenoid Xanthophyll: gồm các dẫn xuất carotene với các nhóm chức có chứa oxy Tính chất 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 ( lycopene, - carotene), hình khối lăng trụ đa diện ( - carotene), dạng hình thoi (β – carotene), kết tinh vô định hình ( - carotene) Nhiệt độ nóng chảy cao, khoảng 130 – 220oC Độ hòa tan thay đổi tùy loại dung môi. Tinh thể carotenoid không tan trong nước, tan tốt trong các dung môi chloroform, dichlomethan. Hầu hết 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 hủy, màu carotenoid trở về bình thường. Do hệ thống nối đôi liên hợp nên carotenoid dễ bị oxy hóa làm mất màu, hoặc đồng phân hóa, 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. Vai trò của carotenoid Vai trò của carotenoid đối với thực vật Ở thực vật và tảo, carotenoid được tổng hợp trong từ những bào quan nhỏ như lục lạp và sắc lạp. Trong lục lạp, carotenoid cũng như chlorophyll a và chlorophyll b được tích lũy trong màng thylakoid (Cunningham và Gantt,1998) [22], các 8 carotenoid hấp thụ ánh sáng tại miền có bước sóng 400 đến 500 nm. Carotenoid không có khả năng chuyển hoá trực tiếp năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành năng lượng dưới dạng hoá năng trong các sản phẩm pha sáng của quang hợp (NADPH.H và ATP) như diệp lục a, mà chỉ có thể truyền năng lượng hấp thụ cho diệp lục a trong suốt quá trình quang hợp (Britton, 1995; Schmid 2008).
Ở hoa và quả, sự có mặt của những phân tử có sắc tố này dùng để thu hút côn trùng giúp cho quá trình thụ phấn và phân tán hạt giống (Grotewold, 2006) [31]. Carotene và xanthophyll tích lũy trong sắc lạp của hoa, quả và được dự trữ ở rễ (Vishnevetsky và cộng sự, 1999) [62]. Bên cạnh đó, carotenoid bảo vệ tế bào thực vật tránh những tác hại của sự oxy hóa quang hợp bằng cách dập tắt nhanh trạng thái kích động của diệp lục trong hoạt động của quang hệ thống II (Telfer, 2005) [59]. Oxi ở trạng thái kích động có hoạt tính cực mạnh, dễ phản ứng với các thành phần khác của tế bào, đặc biệt là với lipid gây hư hại tế bào.
Carotenoid trong màng thylakoid 9 Vai trò của carotenoid đối với con người Vai trò của carotenoid được biết nhiều và nghiên cứu kỹ nhất đó là nguồn cung cấp tiền chất để tổng hợp vitamin A [14]. β-carotene, α-carotene và β-cryptoxanthin còn được biết đến với tên gọi là tiền vitamin A. Phân tử vitamin A khi bị oxy hóa gốc aldehyde sẽ hình thành nên một chất mới gọi là opsin, là chất tham gia vào cấu tạo của mắt [46]. Carotene còn được tìm thấy trong huyết tương người.
Các nghiên cứu về sức khỏe y học đã cho biết những người có lượng β-carotene đưa vào cơ thể cao và có một lượng lớn β-carotene trong huyết tương thì có khả năng giảm thiểu các mối nguy cơ của bệnh ung thư phổi. Carotenoid có khả năng ngăn ngừa bệnh tim, có thể kìm chế các chất cholesterol gây hại Có khả năng ngăn ngừa ung thư là một đặc tính quan trọng nhất của β- carotene. Khả năng ngăn ngừa ung thư của β-carotene còn phụ thuộc vào sự kết hợp của β-carotene với các carotenoid khác như lycopene và các chất chống oxy hóa như vitamin A, vitamin E. Luteine không phải là tiền vitamin A, nhưng được tìm thấy trong khu vực điểm vàng của mắt.
Lutein đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe của mắt, như một chất chống oxy hóa (Tanumihardjo và Yang, 2005) [58]. Lycopene là chất chống oxy hóa mạnh nhất trong tất cả các carotenoid (Di Mascio và cộng sự, 1989) [24] và đóng một vai trò quan trọng trong công tác phòng chống bệnh ung thư (Giovannucci, 2002) [30]. Cơ chế sinh tổng hợp carotenoid [10][11] [39] Tất cả các carotenoid đều là hợp chất có mạch 40 C, gồm 8 đơn vị giống nhau, mỗi đơn vị gồm 5 C phân nhánh (isoprene). Sử dụng phương pháp đồng vị phóng xạ cho thấy tất cả các nguyên tử C trong chuỗi polyisoprene.
Con đường sinh tổng hợp carotenoid xảy ra theo 2 con đường: 10 Con đường mevalonate (xảy ra trong cytosol) và con đường non – mevalonate (xảy ra trong lạp thể). Con đường tổng hợp carotenoid bắt đầu với sự tổng hợp của isopentenyl pyrophosphate (IPP). Các IPP lần lượt kết hợp cho ra geranylpyrophosphate có 10C và farnesylpyrophosphate có 15C và sau đó cho ra geranylgeranylpyrophosphate (GGPP) có 20C. Hai đơn vị 20C sẽ kết hợp để sinh ra phytoen có 40C là sườn cơ bản của carotenoid.
Sự dehydro hoá các phytoen phytofluene (β-carotene, γ-carotene, và neurosporene, z– carotene). 11 Pyruvate + Glyceraldehyde 3-phosphate DXP 3 Acetyl-coA MEP CDP-MEP Mevalonate MEC HMBPP Isopentenyl diphosphate (IPP) Isopentenyl diphosphate (IPP) IPP Isomerase Sterol Dimethylallyl diphosphate (DMAPP) Ubiquinon IPP H , PPi Geranyl Diphosphate (GPP) FPP synthase Fernesyl diphosphate (FPP) GPPP synthase Geranyl geranyl diphosphate (GGPP) Phytoene synthase Phytoene Phytoene desaturase Lycopene Lycopen α-cyclase Lycopen β-cyclase α-carotene β-carotene zeinoxanthin β-cryptoxanthin VitaminA Lutein Zeaxzeaxanthin Hình 1. Con đường sinh tổng hợp carotenoid [39]. Nuôi cấy rễ thực vật để thu nhận hợp chất thứ cấp 1.
Rễ [7] Cấu trúc và sự tăng trưởng của rễ Ảnh 1. Lát cắt dọc rễ Quan sát giải phẫu rễ từ ngoài vào trong có những loại mô sau: biểu bì, vỏ, nội bì, chu luân, mô mạch và lõi. Sự hoạt động của mô phân sinh ngọn rễ làm cho rễ tăng trưởng và kéo dài. Mô phân sinh rễ được bảo vệ bởi một chóp rễ hình nón, gồm một khối tế bào không phân cắt được.
