CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về đối tượng nghiên cứu Từ xa xưa, ông cha ta đã biết sử dụng các sản phẩm thiên nhiên để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là ứng dụng thảo dược trong điều trị bệnh và chăm sóc sức khỏe [12]. Các hợp chất sinh học có trong thảo dược là thành phần chính quyết định chất lượng và giá trị của thảo dược. Các hợp chất này có thể được chiết tách từ thân, lá, vỏ cây, hoa, quả, hạt hoặc rễ [13].
Cùng với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế-xã hội thì nhu cầu của con người về sức khỏe và thẩm mỹ ngày càng cao, do đó các hợp chất sinh học quý có trong thảo dược ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng và mỹ phẩm. Hợp chất lycopen từ trái gấc Gấc (Momordica cochinchinensis Spreng.) là loại trái cây gần gũi với người dân Việt Nam. Dầu gấc, rễ gấc, hạt gấc, ruột gấc đều được sử dụng làm thuốc chữa bệnh [14].1 là một số hình ảnh về quả gấc. Quả gấc Việt Nam Hiện nay, tại Việt Nam, để thuận tiện cho việc sử dụng, bảo quản và vận chuyển, một lượng lớn quả gấc sau thu hoạch được xử lý, tách bỏ vỏ và hạt, sấy nhiệt để tạo màng gấc khô thương phẩm.
Màng hạt gấc có chứa một số carotenoid (lutein, beta-cryptoxanthine, zeaxanthine, alpha-carotene, beta-carotene, cis-lycopen và trans-lycopen), vitamin (vitamin C, vitamin E) và một số acid béo (omega-3, omega-6) [15]. Trong đó, nhóm carotenoid chiếm hàm lượng cao và là nguồn dược liệu quý. Theo nghiên cứu của Ishida và cộng sự, màng gấc chứa tổng lượng carotenoid là 5770 ppm, chủ yếu gồm beta-carotene (2710 ppm) và lycopen luan an 4 (3020ppm). Trong đó, hàm lượng β-carotene cao gấp 1,8 lần so với dầu gan cá thu, 10 lần so với cà rốt [16].
Kết quả nghiên cứu của Đại học California khẳng định hàm lượng lycopen trong quả gấc cao gấp 70 lần hàm lượng lycopen có trong cà chua và cao hơn rất nhiều so với các loại rau quả khác [17]. Với những công dụng của các hợp chất trong nhóm carotenoid có trong quả gấc, các nhà khoa học Mỹ gọi loại trái cây này là “Loại quả đến từ thiên đường”. Các hợp chất của beta-carotene, lycopen, alpha-tocopherol… có tác dụng làm vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư nói chung, nhất là ung thư vú ở phụ nữ. Hiromitsu Aoki và các cộng sự cũng đã phân tích, đánh giá hàm lượng carotenoid có trong gấc.
Kết quả chỉ ra rằng, lycopen và beta-carotene chủ yếu nằm trong màng hạt gấc. Các nhà khoa học cũng nhận định các hợp chất có tác dụng điều trị rất tốt những biến chứng của bệnh tiểu đường [18]. Nhận thấy, các hợp chất chính có trong gấc bao gồm beta-carotene, lycopen, lutein và zeaxanthine đang thu hút được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học.871) Trong số các hợp chất chính có trong quả gấc thì lycopen là hợp chất có hàm lượng cao nhất và có hoạt tính chống oxy hóa mạnh, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người [19]. Chính bởi vậy, giá thành thương mại của lycopen trong thực luan an 5 tiễn khá cao, cao hơn rất nhiều so với các hợp chất khác như β-carotene, zeaxanthine hay lutein (Bảng 1.
Cho tới nay, các công trình khoa học mới chỉ thành công trong việc chiết tách lycopen từ quả cà chua ở quy mô thương mại hoặc sản xuất lycopen bằng con đường tổng hợp hóa học [21]. So sánh hàm lượng các carotenoid và giá thành thương mại của chúng Tên Hàm lượng trong quả gấc Giá thương mại Lycopen (>90%) ~ 4000 ppm ~ 110.000 đ/kg β-Carotene (>90%) ~ 3000 ppm ~ 9.000 đ/kg Zeaxanthine (>90%) ~ 28 ppm ~ 44.000 đ/kg Lutein (>90%) ~ 21 ppm ~ 22. Cấu trúc và tính chất hóa lý của lycopen o Cấu trúc phân tử lycopen Lycopen là một tetraterpene và được tổ hợp từ 8 khối isopren, chỉ bao gồm nguyên tử hydro và cacbon [22]. Công thức phân tử của lycopen là C40H56 khối lượng 536 Da (Hình 1.
Danh pháp IUPAC: (6E,8E,10E,12E,14E,16E,18E, 20E, 22E, 24E, 26E)-2,6,10,14,19,23,27,31-octamethyldotriaconta-2,6,8,10,12,14,16, 18,20,22,24,26,30-tridecaene. Công thức cấu tạo của lycopen Thành phần cấu tạo gồm 13 liên kết đôi, trong đó 11 liên kết đôi liên hợp, chính vì vậy lycopen hoạt động như một chất chống lại các tác nhân oxy hóa như tia UV. Lycopen hấp thụ bức xạ có bước sóng dài của ánh sáng khả kiến do đó khi được sử dụng trong mỹ phẩm dưỡng da, nó giúp giảm ảnh hưởng của tia UV lên da, hoặc bảo vệ khỏi các ảnh hưởng ngắn hạn (cháy nắng) và dài hạn (ung thư da) [23]. Tuy nhiên, lycopen dễ bị oxy hóa, nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt do có các liên kết chưa bão hòa trong cấu trúc phân tử [24].
Lycopen có số đồng phân hóa rộng, theo các nghiên cứu lý thuyết nó có 1056 cấu hình cis - trans. Tuy nhiên, chỉ có một vài đồng phân được tìm thấy luan an 6 trong tự nhiên. Đồng phân trans của lycopen là đồng phân phổ biến nhất được tìm thấy trong thực phẩm. Đồng phân 5-cis là ổn định nhất trong tất cả các đồng phân trans, 9-cis, 13-cis, 15-cis, 7-cis và 11-cis.
Các đồng phân lycopen được tìm thấy trong huyết tương người, sữa mẹ, và các mô của con người chủ yếu là của đồng phân cis. Màu sắc của lycopen phụ thuộc vào hình thức đồng phân của nó. Các đồng phân trans và hầu hết các đồng phân khác của lycopen có màu đỏ, trong khi tetra-cis của lycopen có màu cam [25, 26]. All trans-Lycopen 15 cis-Lycopen 13 cis-Lycopen 11 cis-Lycopen 9 cis-Lycopen 7 cis-Lycopen 5 cis-Lycopen Tetra-cis-Lycopen Hình 1.
Các đồng phân của lycopen o Tính chất hóa lý Lycopen dạng bột màu nâu đỏ (Hình 1.4), tan trong các dung môi không phân cực như chloroform, tetrahydrofuran, dichloromethane, n-hexane, benzene, luan an 7 carbon disulfide, acetone, ether dầu hỏa và không tan trong các dung môi phân cực như nước, ethanol, methanol [27]. Lycopen nhạy cảm với ánh sáng, oxy, nhiệt độ cao và acid [24]. Lycopen dạng bột Lycopen kết tinh với tinh thể hình kim màu đỏ tía, không mùi; nhiệt độ nóng chảy: 172 -173oC; hấp thụ cực đại (trong ether dầu hỏa) tại các bước sóng là 361 nm, 444 nm, 470 nm và 502 nm [28]. Ưu điểm và hạn chế của lycopen o Ưu điểm: Lycopen là hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh.
Lycopen kìm hãm sự phát triển của một số căn bệnh ung thư như: ung thư bàng quang, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư ruột, ung thư trực tràng và nhồi máu cơ tim [29, 30]. Một số nghiên cứu dịch tễ học đã chứng minh rằng, chế độ ăn giàu lycopen có lợi cho sức khỏe con người. Khả năng chống oxy hóa của lycopen giúp chống lại các bệnh thoái hóa bằng cách trung hòa gốc tự do trong cơ thể, giảm thiểu các tổn thương AND trong các tế bào và cải thiện tế bào chức năng [31]. Lycopen hữu ích cho người có hàm lượng cholesterol cao, xơ vữa động mạch hoặc bệnh tim mạch, phòng tránh các bệnh về rối loạn lipid máu, loãng xương, đóng vai trò quan trọng đối với hệ miễn dịch… Hợp chất có tác dụng phòng chữa sạm da, trứng cá, khô da, rụng tóc, nổi sần, dưỡng da, bảo vệ da, giúp da luôn hồng hào, tươi trẻ và mịn màng.
Ngoài ra, lycopen có công dụng làm mau lành vết thương, vết bỏng, vết loét [32, 33]. o Hạn chế trong sử dụng lycopen Mặc dù việc sử dụng lycopen mang lại rất nhiều lợi ích, tuy nhiên việc lạm dụng lycopen quá mức có thể dẫn đến một vài tác hại cho sức khỏe. Theo một số luan an 8 nghiên cứu và khảo sát cho thấy, sử dụng lycopen quá nhiều trong một thời gian dài dẫn đến tình trạng da và gan chuyển sang màu vàng cam và nồng độ lycopen trong máu rất cao. Sau 3 tuần thực hiện chế độ ăn kiêng lycopen thì da dẻ đã trở lại bình thường.
Sự thay đổi màu da này được gọi là chứng vàng da lycopen. Một vài trường hợp bị dị ứng với lycopen dinh dưỡng, có thể gây ra biếng ăn, tiêu chảy, buồn nôn, đau ngực hay dạ dày, chuột rút, đầy bụng, nôn mửa và mất cảm giác ngon miệng [34]. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về chiết tách lycopen từ quả gấc Theo các nghiên cứu của Betty K Ishida (2004), Đặng Thị Tuyết Nhung (2010) và Ciriminna (2016), màng gấc chứa hàm lượng lycopen từ 1,5-3,7 mg/g, cao gấp 70-200 lần hàm lượng lycopen trong cà chua và cao hơn các loại hoa quả khác [35, 36, 37]. Tuy nhiên, cho đến nay, người ta mới chỉ thành công trong việc chiết tách lycopen tinh khiết từ quả cà chua ở quy mô thương mại.
Trong một số nghiên cứu công bố, các nhà khoa học đã chiết tách được dầu gấc bằng phương pháp ép, phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn. Sau đó, lycopen được chiết tách từ dầu gấc bằng phương pháp xà phòng hóa hoặc sử dụng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC [39]. Tuy nhiên, những phương pháp này không có hiệu quả kinh tế và không thể triển khai ở quy mô thương mại. Việc chiết tách lycopen từ dầu gấc bằng phương pháp xà phòng hóa tương đối phức tạp, khó phân tách.
Dầu gấc sau khi xà phòng hóa không thể hoàn nguyên được và là phế liệu ảnh hưởng đến môi trường. Đối với phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC là một phương pháp chỉ thực hiện được trong phòng thí nghiệm, không thể triển khai ở quy mô sản xuất. Lê Thị Kim Phụng đã công bố quy trình chiết xuất lycopen và beta-carotene từ màng hạt gấc bằng CO2 siêu tới hạn [40]. Ưu điểm của phương pháp trích ly CO2 siêu tới hạn là có thể tách dung môi siêu tới hạn ra khỏi dịch chiết dễ dàng bằng cách hạ áp suất, hay đối với trường hợp cần sử dụng thêm các dung môi hữu cơ để hỗ trợ cho quá trình trích ly đạt hiệu quả cao hơn thì lượng dung môi thêm vào ít, do đó không gây ảnh hưởng nhiều đến với môi trường.
Hệ thống trích ly hoàn toàn kín sẽ hạn chế được sự phân hủy của lycopen bởi ánh sáng và môi trường. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và bảo dưỡng cho thiết bị rất lớn, đắt đỏ, khó thực hiện ở quy mô thương mại. luan an 9 Trong một công bố giải pháp hữu ích số VN3464 năm 2017, bản mô tả đề cập đến phương pháp trích ly lycopen từ màng gấc sử dụng dung môi hữu cơ. Cụ thể, giải pháp đưa ra phương án chiết tách lycopen từ màng gấc tươi sử dụng dung môi dimetyl ether (DME).
Tuy nhiên, việc sử dụng màng gấc tươi với độ ẩm cao khoảng 70% khiến dung môi DME không phân cực khó có thể thẩm thấu tốt để chiết kiệt được lycopen từ màng gấc.