CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về axit béo, vai trò, nguồn gốc và con đường sinh tổng hợp axít béo Các axít béo ω 3 - 6 có nhiều chức năng sinh học như: cải thiện hiệu quả bệnh tim mạch; giảm nguy cơ loạn nhịp tim (có thể dẫn tới đột tử); có hiệu quả rõ rệt trong điều trị suy nhược; giảm nguy cơ hình thành khối u tuyến tiền liệt (có thể dẫn đến đau tim và đột quỵ); làm chậm tốc độ tăng trưởng của mảng xơ vữa động mạch; cải thiện chức năng nội mô; hạ huyết áp (nhẹ) và giảm phản ứng viêm. Chính những đặc điểm trên mà các axít béo ω 3 - 6 ngày càng được ứng dụng trong thực phẩm bảo vệ sức khỏe cho con người. Do vậy, những đặc điểm chính về axít béo ω 3 - 6 sẽ được trình bày khái quát dưới đây.
Giới thiệu chung về axit béo Axít béo có công thức tổng quát: CH3-(CH2)n-COOH. PUFAs là các axít béo mạch dài (18 - 22 nguyên tử cacbon) có chứa hai hoặc nhiều hơn các liên kết đôi. Mạch hydrocarbon có 2 đầu: một đầu là nhóm methyl và một đầu là nhóm cacboxyl. Chúng được phân loại theo vị trí của liên kết đôi đầu tiên tính từ gốc methyl hay gốc cacboxyl.
Để chỉ vị trí nối đôi đầu tiên trên mạch cacbon được tính từ đầu methyl người ta có thể sử dụng ký hiệu “n” hoặc “ω”. Các liên kết đôi trong PUFAs cũng có thể được tính từ gốc carboxyl và được ký hiệu “Δ”. Những nhóm ω-3, ω-6 hay ω-9 PUFAs có liên kết đôi đầu tiên tương ứng tại vị trí cacbon số 3, 6 hay 9 tính từ gốc methyl [1]. Mạch cacbon của axít béo no thường có dạng zíc zắc, kéo thành chuỗi dài không cong.
Các axít béo không no, có một liên kết đôi dạng cis thì mạch cacbon bị uốn cong 30°, càng có nhiều liên kết đôi, mạch cacbon càng bị uốn cong nhiều hơn. Có giả thiết cho rằng mạch cacbon của axít béo không no dạng cis có ý nghĩa quan trọng đối với màng sinh học. Theo nghiên cứu của Kelter và cộng sự (1999) [2] cho thấy các phân tử không thể chuyển từ dạng cis- sang dạng trans- hoặc ngược lại trong trường hợp bình thường. Kiểu đồng phân cis- hoặc trans- là nguyên nhân dẫn đến tính chất khác nhau của các axít béo.
Vị trí của các nối đôi trong chuỗi cacbon của PUFAs tạo nên một sự khác biệt lớn trong việc cơ thể con người chuyển hóa chúng. Các tế bào của cơ thể con người chỉ có thể tạo nối đôi C = C tổng hợp axít béo kể từ cacbon thứ 9 trở đi. Điều này có nghĩa là con người không thể tự tổng hợp được axít béo ω - 3 và ω - 6. Do đó hai loại axít béo này chỉ có thể được lấy qua chế độ ăn uống hàng ngày [3].
Hoạt 5 tính sinh học của các axít béo phụ thuộc vào các dạng cấu trúc hóa học đặc trưng của chúng. Axít béo có một số dạng cấu trúc chính như ethyl este (EE), axít béo tự do (free fatty acid - FFA) và triacylglycerols (TAGs). Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng các axít béo dạng EE có hoạt tính sinh học thấp hơn so với dạng FFA và TAG [4]. Sự hấp thụ EPA ở dạng triglycerid là 90% trong khi ở dạng ethyl ester chỉ là 60% [5].
Có hai nhóm axít béo không thay thế quan trọng là ω - 3 và ω - 6. Các axít béo ω - 3 quan trọng nhất là: ALA (C18:3), EPA, DHA, DPA. Các axít béo ω - 6 chính là: axit linoleic (LA; C18:2 ω-6), gama linoleic (GLA - C18:3), eicosadienoic, dihomo-gamma-linoleic (DGLA), ARA (C20:4), DPA [6]. Axít docosahexaenoic (DHA) DHA có công thức phân tử C22H32O2, là một axít béo ω - 3 không bão hòa đa nối đôi.
Nó có 22 nguyên tử cacbon trong chuỗi hydrocarbon, có 6 liên kết đôi ở các vị trí cacbon số 4, 7, 10, 13, 16 và 19, có công thức tổng quát là: CH3(CH2CH = CH)6(CH2)2COOH và được kí hiệu là C22:6 ω-3 [7]. DHA có thể được chuyển thành docosanoids. Các liên kết đôi (- C = C -) có cấu hình cis (- C/C = C\C -) để hoạt động sinh lý. Cấu trúc không bão hòa đa nối đôi (= CH - CH2 - CH =) xoay quanh là các liên kết đơn (C - C) liền kề.
Do đó, nó làm tăng khả năng liên kết hơn so với phân tử không có liên kết đôi nào. Điều này làm tăng tính linh hoạt của phân tử rất nhiều [8]. Trọng lượng phân tử của DHA là 328,6 g/mol. Ở điều kiện chuẩn, DHA tồn tại dạng lỏng, không tan trong nước, tan trong dung môi không phân cực.
Cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của DHA được trình bày trên Hình 1. Cấu trúc hóa học (A) và cấu trúc không gian (B) của DHA [7] 1. Axít eicosapentaenoic (EPA) EPA có công thức phân tử C20H30O2, là một axít béo ω-3 không bão hòa đa nối đôi. Nó có 20 nguyên tử cacbon trong chuỗi hydrocarbon, có 5 liên kết đôi ở các vị trí cacbon số 5, 8, 11, 14 và 17, có công thức tổng quát là: CH3(CH=CH=CH)5 (CH2)3COOH và ký hiệu là C20:5 ω-3.
Trọng lượng phân tử của EPA là 302,451 g/mol. EPA tồn tại dạng lỏng ở điều kiện chuẩn, bay hơi ở 439oC, khối lượng riêng 6 0,943g/cm3. Cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của EPA được trình bày trên Hình 1. Cấu trúc hóa học (A) và cấu trúc không gian (B) của EPA [9] 1.
Axít docosapentaenoic (DPA) DPA có công thức phân tử C22H34O2. Trọng lượng phân tử của DPA là 330,5 g/mol. DPA là một axít béo không bão hòa đa nối đôi. Nó có 22 nguyên tử cacbon trong chuỗi hydrocarbon, có 5 liên kết đôi.
DPA có hai dạng đồng phân: all - cis - 4,7,10,13,16 - docosapentaenoic axít và all - cis - 7,10,13,16,19 - docosapentaenoic axít (Hình 1. Chúng thường được gọi là ω-6 DPA và ω-3 DPA, tương ứng; chỉ vị trí của liên kết đôi là 6 hoặc 3 nguyên tử cacbon gần nhất với cacbon ở đầu methyl của phân tử. Động vật có vú, kể cả con người, không thể tổng hợp được hai axít béo này và do đó phải thu nhận qua con đường thức ăn để duy trì sức khỏe bình thường. Cấu trúc hóa học của ω - 6 DPA và ω - 3 DPA được trình bày trên Hình 1.
Vai trò và ứng dụng của PUFAs Hiện nay, PUFAs như ALA, EPA và DHA đang được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất bởi chúng có ảnh hưởng tích cực đến sức khỏe con người và động vật. Đặc biệt là DHA rất đa dạng về chức năng cũng đã được chứng minh bởi Hashimoto và cộng sự (2017) [11]. Vai trò của PUFAs đối với sức khoẻ con người PUFAs có một số vai trò sinh học chủ yếu: PUFAs tham gia vào sự điều hòa quá trình trao đổi lipit, vận chuyển và hướng tới các mô. Ví dụ, các hoạt động bao gồm sự ức chế quá trình sinh tổng hợp triacylglycerol (TAG) ở gan bởi - 3 PUFAs.
Bên cạnh đó, PUFAs còn tham gia vào thành phần cấu trúc nên thành tế bào. Sự có mặt của chúng trong thành phần phospholipit góp phần tạo nên tính linh động của màng. Điều này góp phần quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của các protein màng. PUFAs là thành phần quan trọng cấu tạo nên tế bào não, đặc biệt đối với trẻ nhỏ từ 0 - 2 tuổi.
Axít béo này cũng có ảnh hưởng quan trọng theo hướng tích cực đến hoạt động của hệ thống thần kinh trung ương, cần thiết cho sự phát triển chức năng não bộ và thị giác ở trẻ nhỏ, não bộ không thể duy trì hoạt động nếu như không có những axít béo quan trọng này [12]. Để duy trì màng tế bào, chức năng não và truyền các xung thần kinh, các axít béo ω 3 - 6 cũng tham gia vào việc chuyển oxy trong quá trình tổng hợp hemoglobin và phân chia tế bào [13]. PUFAs góp phần cải thiện hiệu quả bệnh tim mạch: giảm nguy cơ loạn nhịp tim; có hiệu quả rõ rệt trong điều trị suy nhược; giảm nguy cơ hình thành khối u tuyến tiền liệt; làm chậm tốc độ tăng trưởng của mảng xơ vữa động mạch; cải thiện chức năng nội mô; hạ huyết áp (nhẹ) và giảm phản ứng viêm [12]. So với các cơ quan khác hàm lượng DHA trong não và mắt cao hơn.
DHA đặc biệt tập trung vào chất xám của não và võng mạc. Trong não, DHA có liên quan đến tín hiệu thần kinh, trong khi ở mắt nó có liên quan đến chất lượng thị lực. DHA được tích lũy trong não và mắt vào giai đoạn phôi thai sớm và cuối thai kỳ. Hàm lượng DHA thấp làm giảm sự phát triển nhận thức và chức năng thị giác [7].
Axít béo ω - 3 cũng đã được điều tra tính hiệu quả trong rất nhiều các nghiên cứu về sức khỏe con người bao gồm các loại ung thư khác nhau như: đại tràng, vú, và tuyến tiền liệt. Nhiều kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy việc sử dụng các axít béo ω - 3 để cải thiện tình trạng bệnh tiểu đường thai kỳ, có lợi trong việc điều hòa chức năng trao đổi chất của mẹ và thai nhi [14]. Trong chế độ ăn chứa LA (ω - 6) và ALA (ω - 3) đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hàm lượng PUFAs ω 3 - 6 của tế bào nội mô. Việc chuyển ALA thành EPA và DHA phụ thuộc vào một số yếu tố di truyền, chế độ ăn uống (tỷ lệ LA và ALA), giới tính và các enzyme desaturase và elongases [15].
Các axit béo ω - 6 như linoleic và DPA có tác dụng chống viêm dây thần kinh trong cơ thể người ở các mô hình về bệnh Alzheimer. Trong đó, axit linoleic ω - 6 có trong khẩu phần ăn sẽ làm tăng chất chuyển hóa DPA ω - 6 trong não và có tác dụng thúc đẩy quá trình 8 chống viêm dây thần kinh dẫn đến làm giảm bệnh Alzheimer [16]. Ngoài ra, DPA ω - 6 đã được chứng minh có tác dụng chống viêm, giảm phù nề và tăng cường tác dụng khi kết hợp với DHA [17], giảm co thắt mạch máu và kết tụ tiểu cầu [15]. Vai trò của PUFAs đối với nuôi trồng thủy sản (NTTS) PUFAs như axít EPA, ARA và DHA cũng là thành phần rất quan trọng bởi nó cần thiết cho sự phát triển và biến thái của ấu trùng.
Tuy nhiên, cần chú ý là tỷ lệ giữa DHA, EPA và ARA có thể còn quan trọng hơn rất nhiều so với hàm lượng của chúng. Các loài vi tảo có hàm lượng dinh dưỡng rất cao, đặc biệt là các axít béo [18].