MỞ ĐẦU Cải xoong là loại thực vật thủy sinh, có nguồn ngốc từ Châu Âu, ngày nay được trồng ở phía Tây Châu Á và nhiều nước trong vùng nhiệt đới như Malaixia, Ấn Độ, In-đô- nê-xi-a, Philippin, ở phía Bắc Phi và trồng nhiều ở Việt Nam với năng suất 8-10 tấn/ha. Ở Việt Nam, cải xoong được sử dụng phổ biến trong bữa ăn hàng ngày. Cải xoong không chỉ là một loại thực phẩm giàu dinh dưỡng mà nó còn là một loại dược phẩm chữa được nhiều chứng bệnh đã được áp dụng trong các bài thuốc đông y. Đặc biệt trong cải xoong có chứa hợp chất glucosinolate là tiền chất của isothiocyanate có khả năng phòng chống ung thư.
Theo nghiên cứu,trong các loại thực vật có chứa hợp chất glucosinolate thì cải xoong là nguồn cung cấp tốt nhất hàm lượng gluconasturtiin là tiền chất của phenethyl isothiocyanate - hợp chất có khả năng phòng chống ung thư mạnh nhất. Chế độ ăn giàu rau cải được chứng minh bằng nghiên cứu khoa học và thực nghiệm lâm sàng có khả năng phòng chống và hỗ trợ điều trị ung thư phổi, ung thư vú, ung thư ruột kết và ưng thư tuyến tiền liệt, những căn bệnh ung thư phổ biến nhất đối với con người. Khả năng phòng chống ung thưu này của các loại rau thuộc họ Brassicaceae cũng cho kết quả đánh giá khả quan với một số loại ung thư khác gồm tụy, dạ dày, bàng quang, tuyến giáp và thận. Các loại rau có hàm lượng Glucosinolate cao thuộc họ Brassicaceae, có thể kể đến cải dầu, súp lơ, và đặc biệt là cải xoong.
Việt Nam là một nước đang phát triển, có tài nguyên, có nguồn nhân lực dồi dào thu hút được nhiều nhà đầu tư nước ngoài. Song cùng với hiệu quả kinh tế đó thì chất lượng môi trường sống ngày càng suy giảm do ô nhiễm môi trường dẫn đến số lượng các ca ung thư ở Việt Nam những năm gần đây đang tăng lên. Theo số liệu của trung tâm Ung bướu quốc gia cho thấy ở Việt Nam mỗi năm có khoảng 150000 người mới mắc ung thư và 75000 người tử vong vì căn bệnh này nên việc nghiên cứu các biện pháp phòng chống ung thư đang là rất cấp thiết. Chính vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất chế phẩm giàu glucosinolates từ rau cải xoong tươi”.Đề tài được thực hiện tại Trung tâm thực nghiệm sản xuất và chuyển giao công nghệ thực phẩm, Viện công nghiệp thực phẩm.
Luận văn tốt nghiệp 1 CHƯƠNGI: TỔNG QUAN 1.Tổng quan về Glucosinolate 1.Định nghĩa và cấu u trúc Glucosinolate(GLC) là một ột hợp h chất hữu cơ tự nhiên chứa lưu huỳnh ỳnh vvà nitơ và có nguồn gốc từ các loạii acid amin. Hợp H chất này có mặt trong hơnn 500 loài,16 hhọ thực vật như Moringaceae, Resedaceae và đặc biệt là họ cải Brassicaceae. Glucosinolate là este của ủa alkyl-N-hydroximine alkyl sulfate liên kết ết vớ với nhómβ-D- Thiogalactopyranoside và nhóm phụ ph R(có nguồn gốc từ acid amin) ttại nguyên tử carbon (số 0) trong cấu hình ình tương t ứng với nhóm sulfate. Glucosinolate là chấtt không phân ccực, tan trong nước, tan nhiều ều trong dung môi hữu cơ, bị phân hủy ở nhiệt nhi độ cao.
Ở điều kiện nhiệt độ thường, ờng, hhợp chất này là các dung dịch ch không m màu, có mùi hăng cay Hình 1. Cấu u trúc phân tử glucosinolate Có khoảng hơn 120 loạii glucosinolate được tìm thấy trong tự nhiên ở nhi nhiều loài thực vật khác nhau. Dựa vào ào cấu c trúc của gốc R, glucosinolate được ợc chia th thành một số nhóm chính sau: - Aliphatic glucosinolate: ti tiền chất làà Ala, Leu, Ile, Met, Val hay được gọi là glucosinolate béo - Aromatic glucosinolate: tiền ti chất làà phenylalanin, tyrosin và là hhợp chất bay hơii hay là glucosinolate thơm - Indole glucosinolate: tiền ti chất là tryptophan - Sulforaphane Một số loại GLC tương ứng với v các gốc R được trình bày ở bảng ng sau: Luận văn tốt nghiệp 2 Bảng 1. Một số GLC và các gốc R tương ứng Tên nhóm Glucosinolate Tên gốc R 1.
Aliphatic Progoitrin 2-hydroxy-3-butenyl Gluconapolieferin 2-hydroxy-4-pentenyl Gluconapin 3-butenyl Glucobrassicanapin 4-pentenyl 2.Aromatic Gluconasturtiin 2-phenylethyl 3.Indole Glucobrassicin 3-indolylmethyl 4-hydroxy-glucobrassicin 3-indolylmethyl 4-methoxyglucobrassicin 4-methoxy-3-indolylmethyl Trong tự nhiên glucosinolate sẽ bị thủy phân dưới khi có mặt của enzyme myrosinase có sẵn trong thực vật. Khi các liên kết trong phân tử glucosinolate đứt gãy sẽ sản xuất một loạt các sản phẩm có hoạt tính sinh học,bao gồm isothiocyanates, oxazolidine-2-thione, nitriles, ion thiocyanate, và indole (Cartea và Velasco, 2008;. Fahey et al, 2001).Sinh tổng hợp glucosinolate Quá trình sinh tổng hợp glucosinolate sẽ trải qua 3 giai đoạn : kéo dài chuỗi acid amin, phát triển cấu trúc cốt lõi, và cuối cùng là sửa đổi chuỗi bên.Kéo dài chuỗi acid amin Giai đoạn này gồm 5 bước: - Chuyển hóa acid amine tạo thành anpha- keto acid - Kết hợp Acetyl- CoA tạo thành 2- Alkylmalate - Đồng phân hóa 2-Alkylmalate tạo thành 3-Alkylmalate - Decarboxyl hóa 3-Alkylmalate tạo thành Homoketo acid - Chuyển hóa Homoketo acid tạo thành Homoamino acid Luận văn tốt nghiệp 3 Hình 2: Quá trình kéo dài chuỗi acid amin 1.Phát triển cấu trúc chính Giai đoạn này gồm 5 bước: - Oxy hóa Homoamino acid tạo thành Aldoxime - Oxy hóa Aldomixe thành aci-nitro và tiếp hợp aci-nitro với Cys tạo S- Alkyl thiohydroximate - Cắt liên kết Cys-S tạo thành thiohydroximate - Gắn gốc glucose vào thiohydroximate tạo Desulfo- glucosinolate - Sulfat hóa Desulfo- glucosinolate thành glucosinolate Luận văn tốt nghiệp 4 Hình 3:Quá trình phát triển cấu trúc chính 1.Biến đổi mạch bên hoàn tất quá trình sinh tổng hợp Giai đoạn này giúp hình thành nên các hợp chất khác nhau tạo nên sự đa dạng cho glucosinolate. Hình 4: Quá trình biến đổi mạch bên, hoàn tất quá trình sinh tổng hợp Luận văn tốt nghiệp 5 1.Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh tổng hợp glucosinolate Giống thực vật: các thực vật có kiểu gen khác nhau làm cho nồng độ glucosinolates có trong thực vật khi trưởng thành là khác nhau(Daxenbichler et al, 1979;.
Heaney và Fenwick, 1980; Hill et al., 1987; Kushad et al., 1999; Sone et al., 1984; Rosa et al,năm 1996; Rosa et al., 2000; Van Etten et al., 1976) Mô thực vật: các bộ phận khác nhau của thực vật có chứa nồng độ glucosinolate khác nhau(Clossais-Besnard và Larher 1991;. Rosa et al, 1996; Smithvà Griffiths, 1988) Thời vụ gieo trồng và điều kiện gieo trồng :gieo trồng đúng thời vụ,cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và nước làm cho thực vật có nồng độ glucosinolate cao hơn(Ciska et al, 2000;. Gaweda et al, 1991;. MacLeod và Nussbaum1977; Qi và Longzhi, 1996).
Nhiệt độ:Một số báo cáo từ các nghiên cứu môi trường có kiểm soát cho thấy nhiệt độ ảnh hưởng mạnh mẽ nồng độ glucosinolate trong các thực vật khác nhau.Năm 1997 Rosa đã tìm thấy biến động này ở cây bắp cải ,nồng glucosinolate lớn hơn khi bắp cải được trồng ở 30°C so với 20°C. Cải xoong, khi được trồng ở nhiệt độ 25ºC sẽ cho hàm lượng glucosinolate cao hơn khi trồng ở 15ºC(Freeman và Mossadeghi, 1972) 1.Thủy phân glucosinolate Glucosinolate bị thủy phân bởi enzyme nội sinh myrosinase ở thực vật. Khi tế bào thực vật bị tổn thương, myrosinase sẽ được giải phóng. Myrosinase là một glycoprotein cùng tồn tại song song với glucosinolate nhưng được cho là nằm tách biệt trong các tế bào “myrosin” (theo Fahey và cs, 2001) Myrosinase hay β-thioglucosnidase, EC 3.147 được tìm thấy ở hầu hết các loại rau họ Brassicaceae sẽ phân giải liên kết glycosidic để giả phóng ra các sản phẩm thứ cấp khác nhau thường được chia thành glycol và aglycol.
Trong cơ thể người không tồn tại enzyme myrosinase nhưng vẫn có thể chuyển hóa glucosinolate nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột (Fahey và cs, 2001) Các thông số tối ưu cho quá trình thủy phân được xác định là pH 5-7,5 và nhiệt độ 45-70° C (Bones và Slupphaug, 1989; Yên và Wei, 1993) Luận văn tốt nghiệp 6 Hình 5: Quá trình thủy phân glucosinolate 1.Tính chất chức năng của Glucosinolate Khi các GLC tự nhiên bị phân hủy sẽ tạo ra các sản phẩm thứ cấp.Tùy thuộc vào loại glucosinolate, gốc R, pH, và các enzym hoặc các yếu tố khác mà sẽ tạo ra các loại sản phẩm thứ cấp khác nhau như: nitriles, thiocyanate, epithionitriles, hoặc oxazolidine-2-thiones và đặc biệt là isothiocyanate (Bones và Rossiter, 1996;. Rosa et al, 1997). Các sản phẩm thứ cấp này gián tiếp tạo ra tính chất chức năng có ích cho con người. Một số tính chất chức năng của GLC gồm: 1.Bảo toàn chu trình tế bào Sau khi tế bào phân chia, nó đi qua một chuỗi các giai đoạn gọi là chu trình tế bào trước khi phân chia lại.
Nếu DNA bị tổn thương, chu trình tế bào có thể bị tạm ngừng để sửa chữa DNA. Nếu DNA không thể sửa chữa, tế bào sẽ chết(Stewart, 2003). Việc chu kỳ tế bào bị khiếm khuyết có thể dẫn đến đột biến, là tiền đề của ung thư.Một số các isothiocyanate, bao gồm AITC, BITC, PEITC, và SFN, có khả năng giảm thiểu khiếm khuyết diễn ra trong chu kì tế bào (Zhang, 2004).Hỗ trợ phòng chống ung thư Glucosinolate tác dụng lên enzyme chuyển hóa tham gia tạo thành chất ngăn ngừa ung thư. Enzyme chuyển hóa đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa hoặc loại bỏ các hóa chất, bao gồm thuốc, độc tố, và chất gây ung thư.
Luận văn tốt nghiệp 7 Một số procarcinogen (tiền thân của chất gây ung thư) được chuyển hóa bởi enzyme phase I, như cytochrome P450 (CYP), tr ở thành chất gây ung thư có khả năng gắn kết với DNA và gây đột biến. Nếu ức chế enzyme CYP thì có thể ngăn ngừa sự phát triển của bệnh ung thư. Isothiocyanate, bao gồm PEITC và BITC, đã được chứng minh là có khả năng ức chế enzyme CYP ở động vật (Conaway và cs, 2002; Hetch, 2000). Nhiều glucosinolate, đặc biệt là SFN (sulforaphane), là chất cảm ứng mạnh của enzyme phase II trong việc phục hồi tế bào (Fimognari và cs, 2007; Zhang, 2004).
Các enzyme phase II, gồm GST (glutathione S-transferase), UDP-glucuronosyl transferase(UGT), quinone reductase, và glutamate cysteine ligase, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ DNA tế bào không bị tổn thương bởi chất gây ung thư và chất oxy hóa (Kensler và cs, 2004).Kháng Helicobacter pylori Vi khuẩn H. pylori làm gia tăng đáng kể nguy cơ ung thư dạ dày (Normark và cs, 2003). Thử nghiệm trong ống nghiệm và nuôi cấy mô cho thấy SFN có khả năng ức chế sự tăng trưởng và giết chết nhiều chủng H. pylori, bao gồm cả chủng kháng kháng sinh (Fahey và cs, 2002).Kháng viêm Sự viêm nhiễm làm thúc đẩy tế bào phát triển và ức chế apoptosis (cơ chế gây chết tế bào trong cơ thể), dẫn đến tăng nguy cơ ung thư (Steele và cs, 2003).
SFN và PEITC đã được nghiên cứu làm giảm khả năng gia tăng của các tế bào viêm nhờ bạch cầu, đồng thời các hợp chất này cũng làm giảm hiện tượng DNA liên kết với NF-kappaB, yếu tố phiên mã truyền tín hiệu viêm (Gerhauser và cs, 2003; Heiss và cs, 2001).