Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về tỏi và tỏi đen Tỏi hay còn gọi là củ tỏi có tên tiếng Anh là garlic tên khoa học là Allium sativum L. là một loại gia vị được sử dụng rộng rãi ở các nước Châu Á. Ngoài ra, trong y học tỏi còn được chứng minh có tác dụng trong việc điều trị và phòng ngừa các bệnh về nhiễm vi khuẩn và mấm mốc, chống oxi hóa, chống xơ vữa động mạch, chống hạ đường huyết, hiệu quả trong việc phòng chống ung thư [1] Tỏi có màu trắng, mùi hăng, vị cay nồng, trong chế biến các món ăn tỏi được sử dụng như một loại gia vị kích thích các giác quan. Các tính chất này được tạo thành từ allicin – một hợp chất hóa học có chủ yếu trong tỏi có chứa gốc lưu huỳnh hữu cơ và là hợp chất có lợi cho sức khỏe [2] Tỏi đen là một sản phẩm đã qua quá trình chế biến bằng cách chế biến từ tỏi tươi trong điều kiện kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và thời gian chế biến.
Tỏi đen được làm lần đầu tiên vào năm 1999 và giành được bằng sáng chế bởi ông Kamimura người Nhật. Năm 2006, một nghiên cứu chỉ ra công dụng của tỏi đen trong việc làm giảm sự phát triển khối u ung thư đối với chuột trong khi tỏi trắng không có khả năng này [3] Tỏi đen có màu đen, không có mùi hăng, vị ngọt, cấu trúc mềm dẻo. Bắt nguồn từ Nhật Bản, tỏi đen được sản xuất và sử dụng rộng rãi ở Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc, Mỹ và ở Việt Nam trong những năm gần đây do những lợi ích to lớn về sức khỏe mà nó đem lại cho người sử dụng.2 Thành phần hóa học của tỏi tươi và tỏi đen Một số thành phần hóa học của tỏi đen và tỏi tươi được trình bày trong bảng 1.1 bên dưới Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tỏi đen và tỏi tươi [5] [6] Hàm lượng Thành phần Tỏi đen Tỏi tươi Năng lượng (Kcal/100 g) 227.21 ND: not determined Từ Bảng 1.1 có thể thấy năng lượng trong tỏi đen cao hơn so với trong tỏi tươi; hàm lượng carbohydrate trong tỏi đen tăng gấp 1.6 so với trong tỏi tươi. Trong khi đó, hàm lượng ẩm giảm từ tỏi tươi sang tỏi đen.1 Hàm lượng amino acid Theo II Sook Choi và cộng sự (2014) [4], quy trình chế biến tỏi đen ở 70oC, độ ẩm 90% trong thời gian 21 ngày thì sự thay đổi hàm lượng của các amino acid có trong tỏi tươi và tỏi đen được trình bày trong bảng 1.2 Hàm lượng amino acid có trong tỏi đen và tỏi tươi [4] Amino acid (mg/100g) Tỏi đen Tỏi tươi Leucine 62.2 cho thấy hàm lượng amino acid cysteine trong tỏi đen thấp hơn so với trong tỏi tươi.
Cysteine là tiền thân của các hợp chất chứa lưu huỳnh trong tỏi đen như s-methyl-L-cysteine sulphoxide (methiin) và S-allyl-L-cysteine (SAC). Trong quá trình chế biến hàm lượng cysteine giảm trong khi hàm lượng SAC tăng từ tỏi tươi đến tỏi đen đã cho thấy có sự chuyển hóa các chất hữu cơ có chứa gốc lưu huỳnh thành hợp chất có gốc S-allyl [4].2 cho thấy hàm lượng amino acid tyrosine giảm từ 449.28 mg/ 100g tương tứng trong tỏi tươi và tỏi đen do đã cho gốc amin liên kết với gốc cacbonyl của đường khử trong phản ứng hóa nâu phi enzyme (phản ứng Maillard).2 Hàm lượng đường khử Đường khử gồm các loại đường đơn aldehyde (-CHO) hoặc ketone (-CO) như glucose và fructose. Theo nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2014) [7], hàm lượng đường khử tăng từ 5.3 g/Kg sau 10 ngày chế biến tỏi thành tỏi đen ở nhiệt độ 70 – 80oC.2 Sự thay đổi hàm lượng polysaccharide và monosaccharide trong quá trình làm tỏi đen [7] Hình 1.2 cho thấy trong thời gian 10 ngày chế biến tỏi đen hàm lượng polysaccharide giảm còn hàm lượng disaccharide (sucrose) và monosaccharide (glucose, fructose) tăng. Hàm lượng fructose, glucose và sucrose chiếm 57.62% tương ứng trong tổng số hàm lượng saccharide có trong tỏi đen.
Fructose có độ ngọt gấp 1.73 lần so với sucrose và cũng là loại đường đơn có phổ 5 biến trong trái cây. Do đó, vị ngọt của tỏi đen là do sự thủy phân của polysaccharide thành đường khử (glucose, fructose) và sucrose tạo thành [7]. Ngoài ra, nghiên cứu của II Sook Choi và công sự (2014) [4], cũng cho thấy hàm lượng đường khử của tỏi đen tăng gấp 6 lần so với trong tỏi tươi và sự gia tăng hàm lượng đường khử của tỏi đen là yếu tố quyết định vị ngọt của tỏi đen.3 Hợp chất polyphenol tổng Tỏi được xem là một trong những gia vị có hàm lượng polyphenol tổng cao và có lợi cho sức khỏe của con người [8]. Polyphenol là chất chống oxi hóa phổ biến trong chế độ ăn hàng ngày của con người có nguồn gốc từ thực vật như các loại trái cây, rau quả, ngũ cốc, trái Oliu, các loại đậu; trong thực phẩm chế biến như chocolate; các loại thức uống như trà, cà phê, ca cao, rượu vang.
Polyphenol chứa nhiều phân tử có nhiều cấu trúc polyphenol (nghĩa là một vài nhóm hydroxyl trên một hoặc nhiều vòng thơm); nhưng cũng có các phân tử với một vòng phenol .như axit phenolic và rượu phenolic. Polyphenol được chia thành nhiều lớp, theo số lượng các vòng phenol mà chúng chứa và các yếu tố gắn kết các vòng này với nhau. Acid phenolic có trong thực vật là các dẫn xuất hydroxyl của acid benzoic và acid cinnamic [9].2 Phân loại polyphenol tổng [10] Hợp chất polyphenolic như flavonoid, flavonol, anthocyanidin và phenolic đã được chứng minh là có hoạt tính kháng oxi mạnh mẽ bằng cách bảo vệ thành tế bào chống lại sự oxi hóa bởi các gốc tự do [11]. Theo Kim và cộng sự (2012) [9], hàm lượng polyphenol tổng có trong tỏi gồm acid phenolic tổng và flavonoid.3 Hàm lượng acid phenolic có trong tỏi tươi và tỏi đen [9] Hàm lượng (mg/Kg chất khô) Thành phần Tỏi đen Tỏi tươi Dẫn xuất acid hydroxybenzoic 39.06 ± 0,09 Dẫn xuất acid hydroxycinnamic 58.8 ± 0,08 Tổng acid phenolic 98.3 cho thấy, hàm lượng tổng acid phenolic trong tỏi đen gấp 5.5 lần so với trong tỏi tươi.
7 Hàm lượng polyphenol tổng sẽ khác nhau ở những giống tỏi khác khau và cùng một giống tỏi thì kích thước của những tép tỏi khác nhau không phải là yếu tố dẫn đến hàm lượng polyphenol tổng khác nhau [12] 1.2 Thành phần S-allyl-cysteine Trong tỏi tươi có ít nhất 33 hợp chất lưu huỳnh có giá trị sinh học cao. Một vài hợp chất lưu huỳnh trong tỏi được cho là góp phần tạo nên mùi hăng cay đặc trưng của tỏi và đồng thời có giá trị y học. Một trong những hợp chất có hoạt tính sinh học trong tỏi là allicin (diallyl thiosulfinate hoặc diallylsulfide). Allicin là thành phần chủ chốt chịu trách nhiệm về phổ rộng các hoạt động chống vi khuẩn (Escherichia Coli, Staphyloccocus aureus) trong tỏi [13]; chịu trách nhiệm về hạ lipid máu, chống đông máu, chống tăng huyết áp, chống ung thư, chống oxy hóa và tác dụng chống vi khuẩn.3 Sự hình thành SAC từ GSAC trong tỏi đen [15] SAC là một hợp chất rất bền có chưa gốc lưu huỳnh, được hình thành bởi sự thủy phân enzyme γ-glutamyl transpeptidase (γ-GTP) của chất γ-glutamyl-S-allyl- 8 cysteine (GSAC) thành S-allyl-cysteine [15].
Nhiệt độ hoạt động tối ưu của γ-GTP là 40oC. Sự hình thành SAC cũng bị ảnh hưởng bởi độ ẩm trong phản ứng giữa γ- glutamyl-S-allyl-L-cysteine (GSAC) và SAC. Tỏi được ủ ở nhiệt độ cao, độ ẩm thấp hơn làm cho hoạt động của enzyme γ-GTP không cao. Kết quả là mẫu tỏi ủ ở nhiệt độ 40oC có hàm lượng SAC cao hơn 85oC.
Tuy nhiên, γ-GTP được cho là bất hoạt trên 75oC [16]. Theo nghiên cứu của Kodrea và cộng sự (2002), độ hòa tan của SAC trong dung môi nước là tốt nhất và ở pH 3,65-5,84 là cao nhất [17]. Ngoài ra, theo Jan và cộng sự (2014) [13] SAC còn được hình thành từ con đường chuyển hóa serine và glutathione được trình bày trong hình 1.4 bên dưới Hình 1.4 Sự hình thành SAC từ Serine và glutathione [17] 9 Bảng 1.4 Hàm lượng SAC và GSAC tăng từ tỏi tươi sang tỏi đen [5] SAC (µg/g) GSAC (µg/g) Tỏi đen 194.4 cho thấy, hàm lượng SAC tăng gấp 8 lần; trong khi hàm lượng GSAC giảm gấp 3 lần từ tỏi tươi sang tỏi đen [5].3 Công dụng của tỏi đen 1.1 Ngăn chặn sự hình thành và phát triển của tế bào ung thư Nghiên cứu được thực hiện ở hai trường Đại hoc của Nhật và được công bố vào năm 2007 [3]. Thí nghiệm được thực hiện trên chuột bằng cách cấy khối u vào trong tế bào và tiêm vào cơ thể 1 mg dịch chiết tỏi đen vào các ngày 2, 4 và 6 sau khi cấy khối u vào trong cơ thể.
Việc đánh giá hoạt tính của dịch chiết tỏi đen bơm vào cơ thể chuột thí nghiệm được đánh giá 3 tuần sau đó. Kết quả cho thấy 50% số chuột thí nghiệm được bơm dịch chiết tỏi đen vào cơ thể giảm được kích thước khối u với tỉ lệ là 47.5% so với nhóm chuột không được điều trị.3 Kết quả của dịch chiết tỏi đen ngăn ngừa sự phát triển khối u [5] Liều lượng (mg) Tỉ lệ khỏi bệnh Kích thước khối u Mẫu còn lại (%) Dịch tỏi đen 1 5/10 47.5 Dịch tỏi tươi 5 0/5 64 Đối chứng 0 0/5 100 Một nghiên cứu khác ở Nhật cho thấy trong chế độ ăn chứa 5% tỏi đen đối với chuột thí nghiệm trong 6 tuần có thể làm giảm số lượng khối u ác tính so với nhóm chuột đối chứng. Theo tác giả, một trong những hợp chất chính có khả năng chữa bệnh ung thư và ngăn ngừa sự hoạt động của các chất sinh ung thư là SAC, một chất được sinh ra trong quá trình len men tỏi tươi thành tỏi đen [3].2 Hoạt tính chống oxi hóa Hoạt tính chống oxi hóa của tỏi đen tăng trong quá trình chế biến và hàm lượng các chất chống oxi hóa có mặt trong tỏi đen như polyphenol tổng, flavonoid tổng, SAC góp phần làm tăng hoạt tính chống oxi của tỏi đen so với tỏi tươi Bảng 1.4 Hàm lượng chất chống oxi hóa và hoạt tính kháng oxi của dịch chiết tỏi đen so với tỏi tươi [1] Tính chất chống oxi hóa Tỏi đen Tỏi tươi Polyphenol tổng (µg/mg) 2.26 IC50 của khử DPPH 11.05 (mg/mL) IC50 của khử ABTS 6.45 (mg/mL) Nghiên cứu của Seon Hee Kim cho thấy, hàm lượng các chất chống oxi hóa trong tỏi đen nhiều hơn so với trong tỏi tươi và hàm lượng dịch chiết tỏi đen để khử 50% gốc tự do ít hơn gấp 5 lần so với dịch chiết tỏi tươi.3 Ngăn ngừa bệnh đái tháo đường tuýp 2 Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình động vật bệnh lý, cụ thể là chuột ba tuần tuổi mang bệnh tiểu đường tuýp 2 với chế độ cho ăn chứa 5% tỏi đen trong 7 tuần.
