MỞ ĐẦU Lycopene là một hydrocarbon tetraterpenic (C40) có chứa 11 liên kết đôi liên hợp tuyến tính, chịu trách nhiệm cho màu đỏ đậm và đặc tính chống oxy hóa mạnh của quả cà chua chín [52]. Khả năng vô hiệu hóa các oxy nguyên tử của Lycopene gấp 2 lần β-carotene và cao hơn gấp 10 lần so với α-tocopherol, do đó Lycopene có tác dụng chống lại các bệnh ung thƣ, xơ vữa động mạch và các bệnh liên quan đến động mạch vành. Lycopene có nhiều trong các loại thực phẩm nhƣ cà chua, gấc, dƣa hấu, bƣởi đỏ và ổi đào… Lycopene có thể đƣợc trích ly từ cà chua bằng cách dùng môi hữu cơ nhƣ hexane, acetone, ethanol, chloroform, petroleum, ether, tetrahydrofuran. Một số nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, Lycopene có thể đƣợc trích ly bằng cách sử dụng một số phƣơng pháp khác nhƣ: trích ly có sự hỗ trợ của sóng siêu âm; quá trình trích ly với sự hỗ trợ của vi sóng/siêu âm, trích ly bằng phƣơng pháp CO2 lỏng siêu tới hạn, phƣơng pháp trích ly có sự hỗ trợ của enzyme.
Để hạn chế tối đa việc sử dụng các dung môi hữu cơ, trích ly sử dụng enzyme là lựa chọn khả thi và thân thiện với môi trƣờng “xanh”. Các enzyme có hoạt tính cellulolytic, hemicellulolytic và pectinolytic, có khả năng phân cắt mạng lƣới cellulose, hemicellulose và pectin trong cấu trúc thành thực vật của cà chua. Vì thế làm tăng sự thâm nhập của dung môi và sự hòa tan Lycopene đã xuất hiện ngay khi các hợp chất polysaccharide của thành tế bào bị các enzyme phân cắt [5], dẫn đến hiệu suất của quá trình trích ly tăng lên. Lycopene từ cà chua đã đƣợc thế giới công nhận là an toàn và đƣợc phép sử dụng trong các loại sản phẩm thực phẩm và dƣợc phẩm.
Theo dự báo của BBC, tháng 9 năm 2011, thị trƣờng toàn cầu đối với Lycopene ở cả dạng chất màu phụ gia thực phẩm và chất bổ sung dinh dƣỡng tăng từ 66 triệu Đô la Mỹ (USD) năm 2010 lên 84 triệu USD năm 2018. Tuy nhiên, Việt Nam vẫn chƣa sản xuất đƣợc các chất màu đỏ Lycopene từ cà chua để làm phụ gia thực phẩm và dƣợc phẩm trong khi đó nguồn nguyên liệu cà chua của nƣớc ta là khá lớn. Việc tạo ra các sản phẩm màu đỏ ở Việt Nam là rất có ý nghĩa cho việc bảo vệ sức khỏe ngƣời tiêu dùng, trong bối Vũ Phương Nam 1 Lớp 15BCNSH.KH Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cảnh chúng ta không kiểm soát đƣợc việc sử dụng các chất màu có nguồn gốc hóa học tổng hợp độc hại trong chế biến thực phẩm hiện nay. Ở Việt Nam, cà chua đƣợc trồng gần nhƣ quanh năm trên cả nƣớc với sản lƣợng lớn và giá cả hợp lý.
Năm 2012 diện tích trồng cà chua cả nƣớc đạt xấp xỉ 24 nghìn ha, sản lƣợng đạt khoảng 617 nghìn tấn. Trong những năm gần đây, một số sản phẩm chế biến từ cà chua nhƣ: cà chua đóng hộp nguyên quả, nƣớc cà chua cô đặc, tƣơng cà chua, mứt cà chua. đã đƣợc sản xuất trong nƣớc, nhƣng nhìn chung sản phẩm chƣa đa dạng và chƣa tƣơng xứng với tiềm năng của cây cà chua Việt Nam. Do đó, vấn đề ‘‘Nghiên cứu điều kiện công nghệ thu nhận Lycopene từ cà chua có sử dụng chế phẩm enzyme” không chỉ tạo ra một công nghệ sản xuất thân thiện với môi trƣờng mà còn là tiền đề để tạo ra các sản phẩm mới có giá trị cao từ loại nguyên liệu quen thuộc này.
Đề tài đƣợc thực hiện nhằm mục đích xác định đƣợc các điều kiện công nghệ chủ yếu thu nhận Lycopene từ cà chua với các nội dung nghiên cứu nhƣ sau: - Nghiên cứu các điều kiện công nghệ tách chiết Lycopene từ cà chua. - Nghiên cứu các điều kiện công nghệ thu nhận chế phẩm Lycopene. Vũ Phương Nam 2 Lớp 15BCNSH.KH Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội PHẦN 1: TỔNG QUAN 1. Tính chất vật lý và hóa học Lycopene là một lipophilic gồm có 40 phân tử carbon không no, chuỗi hydrocarbon mạch thẳng gồm 11 liên kết tiếp hợp và 2 liên kết đôi không tiếp hợp.
Khác với các carotenoid khác, hai vòng carbon ở hai đầu mạch của Lycopene không kín. Mật độ cao của các liên kết đôi liên hợp tạo nên hoạt tính chống oxy hóa mạnh khiến cho Lycopene trở thành một trong những chất chống oxy hóa tiềm năng.1 Cấu trúc của Lycopene dạng all - trans Do trong cấu trúc phân tử có chứa nhiều liên kết đôi nên Lycopene có tới 1.056 đồng phân khác nhau nhƣng chỉ có một phần nhỏ đƣợc tìm thấy trong tự nhiên. Trong huyết tƣơng ngƣời, Lycopene là một hỗn hợp đồng phân trong đó đồng phân cis chiếm khoảng 60%. All-trans, 5-cis, 9-cis, 13-cis và 15-cis là những dạng đồng phân phổ biến nhất của Lycopene [51].
Hoạt tính chống oxy hoá của Lycopene đƣợc làm nổi bật bởi tính chất dập tắt oxy nguyên tử (singlet oxygen- quenching) và khả năng bẫy các gốc tự do peroxyl. Khả năng dập tắt oxy nguyên tử của Lycopene cao gấp hai lần so với -carotene, gấp 10 lần so với -tocopherol và butylated hydroxyl toluene [54]. Vũ Phương Nam 3 Lớp 15BCNSH.KH Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bảng 1. Tính chất vật lý của Lycopene Công thức phân tử: C40H56 Khối lƣợng phân tử: 536,85 g/mol Điểm nóng chảy: 172 – 175oC Dạng tinh thể: Hình kim dài, màu đỏ, phân tách trong hỗn hợp carbon disulfide và ethanol Dạng bột: Màu đỏ đậm Tính tan: Tan trong chloroform, hexane, benzene carbon disulfide, acetone, ether dầu và dầu; không tan trong nƣớc, ethanol và methanol Tính ổn định: Nhạy cảm với ánh sáng, oxy, nhiệt độ cao, axit, chất xúc tác và ion kim loại 1.
Tính chất sinh học Lycopene trong cơ thể ngƣời đƣợc hấp thụ từ bữa ăn chiếm khoảng 10% - 30% [43]. Lycopene đƣợc hấp thụ hiệu quả khi bổ sung thêm chất béo do nó là một chất ƣa béo. Các yếu tố về lối sống nhƣ hút thuốc lá, tiêu thụ rƣợu, lipid máu, và các yếu tố sinh học chẳng hạn nhƣ tuổi hoặc trạng thái hoóc môn có ảnh hƣởng đến sự hấp thụ Lycopene [35]. Dạng đồng phân của Lycopene cũng ảnh hƣởng đến sự hấp thụ, ví dụ nhƣ dạng all-trans ít hấp thụ so với dạng cis[5].
Sự tiêu hoá Đi vào máu Chế độ ăn uống Tích luỹ Cis bổ sung Lycopene Lycopene Hấp thụ thông Lƣu trữ trong qua Gan, tuyến tiền liệt, mô mỡ Đƣờng tiêu hoá Chylomicrion tuyến thƣợng thận… trung gian Hình 1. Sơ đồ cơ chế hấp thụ Lycopene trong cơ thể ngƣời [14] Vũ Phương Nam 4 Lớp 15BCNSH.KH Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hoạt tính sinh học của Lycopene trong thực phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố [20]. Lycopene đƣợc hấp thụ tốt hơn từ chế độ ăn giàu chất béo và thực phẩm đã qua chế biến hơn là từ thực phẩm chƣa qua chế biến. Lycopen sau khi hấp thụ đƣợc phân bố đi khắp cơ thể ngƣời bằng hệ thống tuần hoàn.
Lycopene là carotenoid chủ yếu trong huyết tƣơng ngƣời và có thời gian bán huỷ là từ 2-3 ngày. Các bộ phận có nồng độ Lycopene cao đƣợc tìm thấy là gan, mô thƣợng thận và mô sinh dục (cao gấp 10 lần so với các loại mô khác). Nồng độ Lycopene nằm trong khoảng từ 0,2 – 21,4 nmol/g mô. Lycopene không đƣợc phân bố đồng đều trong các bộ phận.
Sự khác biệt này chỉ ra rằng có những cơ chế cụ thể cho sự phân bố của Lycopene, đặc biệt là ở tuyến thƣợng thận và tinh hoàn. Các nghiên cứu đã báo cáo nồng độ Lycopene cao nhất trong tinh hoàn của ngƣời, tiếp theo là tuyến thƣợng thận> gan> tuyến tiền liệt> vú> tụy> da> ruột kết> buồng trứng> phổi> dạ dày> thận> mô mỡ> cổ tử cung. Mức Lycopene trong huyết tƣơng có thể thay đổi giữa những ngƣời từ các quốc gia khác nhau [20]. Vai trò của Lycopene trong cơ thể con ngƣời Một vài nghiên cứu gần đây đã công bố chế độ ăn giàu cà chua và các sản phẩm từ cà chua có chứa Lycopene giúp bảo vệ chống lại nhiều loại bệnh mãn tính nhờ hoạt tính chống oxy hoá.
Chế độ ăn uống giàu Lycopene bảo vệ lipit, protein và DNA khỏi quá trình oxy hoá. Thêm vào đó, chế độ ăn uống có chứa Lycopene làm giảm các bệnh mãn tính và mức độ Lycopene trong huyết thanh và các mô có liên quan đến nguy cơ mắc những bệnh này. Một vài nghiên cứu dịch tễ học đã công bố mối tƣơng quan tỉ lệ nghịch giữa cà chua và chế độ ăn giàu cà chua đối với tỉ lệ mắc các bệnh về ung thƣ. Tác dụng đối với bệnh ung thư Ung thƣ tuyến tiền liệt là một bệnh thƣờng xuyên đƣợc chuẩn đoán nhất.
Các tế bào phơi nhiễm bị oxy hóa có thể là nguyên nhân phát triển nhiều loại bệnh ung thƣ. Các carotenoid nhƣ Lycopene là một trong những chất có tính chống oxy hóa và khả năng phá hủy gốc tự do mạnh. Các nghiên cứu cho thấy rằng hấp thụ một Vũ Phương Nam 5 Lớp 15BCNSH.KH Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội lƣợng lớn Lycopene có thể ngăn ngừa các bệnh ung thƣ tuyến tụy, trực tràng và vú [52]. Bổ sung Lycopene trong thành phần thức ăn của chuột làm giảm khối u thử nghiệm di căn trong ống nghiệm gây ra bởi tế bào gan của ngƣời.
Nghiên cứu tƣơng tự cũng chỉ ra rằng Lycopene ức chế sự phát triển của ung thƣ đại tràng ở ngƣời bằng cách làm giảm nồng độ tế bào HT-29 [22]. Trong nuôi cấy tế bào, Lycopene ức chế khối u vú hiệu quả hơn so với các loại carotenoid khác nhƣ α và β carotene [52]. Tác dụng đối với chứng xơ vữa động mạch Các chất trung gian gây viêm nhƣ TNF-α, interleukin (IL-1β) và IL-8 gắn LDL-cholesterol với nội mô và làm tăng biểu hiện các phân tử kết dính bạch cầu trên nội mô trong quá trình gây xơ vƣa động mạch. Một nghiên cứu đã kết luận rằng Lycopene làm suy yếu TNF-α gây kích hoạt NF, biểu hiện ICAM-1.
Trong một nghiên cứu chéo trên tình nguyện viên ngƣời khoẻ mạnh, 5,7 mg Lycopene trong 26 ngày đã kiểm soát đáng kể sự sản xuất TNF-α [25]. Tác dụng đối với gan Tác dụng bảo vệ gan của Lycopene đã đƣợc đánh giá đối với viêm gan siêu vi galactosamine/lipopolysaccharide ở chuột nhắt [22]. Sử dụng Lycopene ở liều 10mg/kg sẽ làm giảm mức cholesterol, triglyceride và axit béo tự do, tiếp theo là giảm các phospholipids trong huyết thanh và gan. Lycopene cũng phục hồi các enzyme chống oxy hóa nhƣ glutathione peroxidase, glutathione transferase [47].
Tác dụng đối với mắt Các nghiên cứu dịch tễ học cung cấp bằng chứng rằng các chất chống oxy hóa làm chậm sự tiến triển của đục thủy tinh thể và thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi tác.