CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về chất chống oxy hóa Chất chống oxy hóa là các hợp chất có khả năng làm chậm lại, ngăn cản hoặc đảo ngược quá trình oxy hóa các hợp chất có trong tế bào của cơ thể [54]. Dựa trên nguyên tắc hoạt động, các chất chống oxy hóa được phân thành hai loại: chất chống oxy hóa bậc 1 và chất chống oxy hóa bậc 2. Các chất chống oxy hóa bậc 1 khử hoặc kết hợp với các gốc tự do, do đó kìm hãm pha khởi phát hoặc bẻ gãy dây chuyền phản ứng của quá trình oxy hóa.
Các chất chống oxy hóa bậc 2 kìm hãm sự tạo thành các gốc tự do (hấp thụ các tia cực tím; tạo phức với các kim loại kích hoạt sự tạo gốc tự do như Cu, Fe, vô hoạt oxy đơn) [94]. Cơ chế hoạt động của các chất chống oxy hóa tự nhiên [3]: • Khử và vô hoạt hóa các gốc tự do nhờ thế oxy hóa khử thấp • Tạo phức với các ion kim loại • Kìm hãm hoạt động của các enzym có khả năng tạo các gốc tự do như Xanthine oxydase Cơ thể con người có thể tự sản xuất các chất chống oxy hóa. Tuy nhiên khi tuổi tác càng cao, stress nhiều hoặc trong điều kiện môi trường ô nhiễm, thức ăn chứa nhiều độc tố, chế độ ăn không đủ chất dinh dưỡng, khoáng chất, vitamin. làm các gốc tự do xuất hiện quá nhiều và cơ thể không sản xuất đủ các chất chống oxy hóa để đáp ứng.
Để hạn chế vấn đề này, con người cần bổ sung các chất chống oxy hóa từ bên ngoài thông qua thực phẩm hoặc thực phẩm chức năng. Các chất trong tự nhiên có khả năng chống oxy hóa được biết đến nhiều nhất là vitamin C, vitamin E, các chất nhóm carotenoids như: b-caroten, lycopene, lutein…có mặt trong nhiều loại trái cây và rau xanh. Các chất chống oxy hoá khác như: Selen - một khoáng chất cực kỳ cần thiết trong sinh tổng hợp men glutathion peroxidase, coenzym Q10 và a-lipoic acid cũng là những chất chống oxy hóa nguồn gốc thực phẩm. Một nhóm dưỡng chất chống oxy hóa được biết đến rộng rãi là các flavonoid, cũng có thể được tìm thấy trong các loại rau và hoa quả [60, 77].
5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Flavonoid là một nhóm của các hợp chất phenol lớn nhất trong tự nhiên, là sắc tố sinh học, sắc tố thực vật quan trọng tạo ra màu sắc của hoa, cụ thể giúp sản xuất sắc tố vàng, đỏ, xanh cho cánh hoa để thu hút nhiều động vật đến thụ phấn. Có khoảng 2% carbon được sản xuất từ thực vật chuyển hóa thành flavonoid [72]. Hơn 9000 flavonoid tự nhiên được đặc trưng bởi nhiều loại thực vật khác nhau, được phân loại theo cấu trúc hóa học và thường được chia thành các phân nhóm phụ thuộc vào mức độ oxy hóa của vòng pyran như: flavanones, flavones, flavonols, anthocyanins [109]. Phenol Phenol đơn giản Polyphenol Acid phenolic Coumarin Flavonoid Tanin Tanin thủy phân Flavanon Flavon Proanthocyanidin Anthocyanin Flavonol Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc của các phenol trong tự nhiên Sự đề cấu trúc của các phenol trong các sản phẩm tự nhiên dẫn đến các dạng phenol đơn giản (bao gồm acid phenolic, coumarin) và các polyphenol (tập hợp của hai nhóm lớn flavonoid và tannin) (hình 1.
Anthocyanin là chất chuyển hóa thứ cấp của polyphenol được tổng hợp trong hầu hết các thực vật bậc cao và đóng góp một phần để tạo nên màu tím, xanh, đỏ trong lá, hoa và quả. Nhóm anthocyanin được đặc biệt quan tâm trong những năm gần đây do chúng là các hợp chất tự nhiên có nhiều hoạt tính sinh học quý, đang được tập trung nghiên cứu và khai thác vào nhiều mục đích khác nhau. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tổng quan về anthocyanin và anthocyanidin 1.
Cấu trúc hóa học Anthocyanin là những glycosid do gốc đường glucose, galactose, rutinose. kết hợp với gốc aglycon có màu. Các anthocyanin khi tách hết nhóm đường được gọi là anthocyanidin hay aglycon.2: Cấu trúc chung của một anthocyanin Cấu trúc lõi của anthocyanin là khung C6-C3-C6 bao gồm một vòng benzopyran liên kết với một vòng thơm tại vị trí 2 của vòng pyran và được gọi là cation flavylium. Thông thường, các vòng được dán nhãn A, B, C với vòng A là vòng benzoyl, vòng B là vòng thơm (phenol) đính kèm và vòng C là vòng pyran ở vị trí trung tâm.
Anthocyanin khác với các họ còn lại trong nhóm flavonoid bởi điện tích dương của oxy trong vòng pyran (hình 1. Vòng A-C có thể bị glycosyl hóa tự nhiên bởi các loại đường tại các vị trí 3, 5, 7 trong đó chủ yếu là vị trí 3 hoặc 5, vị trí 7 rất ít. Trong một số trường hợp hiếm, sự glycosyl hóa có thể xảy ra tại vị trí 3’, 4’ và 5’ trên vòng B. Các loại đường được gắn tự nhiên có thể bao gồm: glucose, rhamnose, xylose, galactose, arabinose và fructose dưới dạng mono -, di - hoặc tri - glycosid [56].
Dạng liên kết với gốc đường phổ biến nhất là 3 - monoside, 3 - bioside, 3,5 - diglucosid và 3,7 - diglucosid. Dẫn xuất 3 - glucosid thường lớn hơn 2,5 lần dạng diglucosid, trong đó phổ biến nhất là cyanin - 3 - glucosid [28]. Nhiều anthocyanin được acyl hóa bởi các acid thơm hoặc các acid aliphatic, các nhóm acyl thường thấy nhất là: coumaric, cafeic, ferulic, p-hydroxy benzoic, synapic, malonic, 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com acetic, succinic, oxalic va malic [108]. Sự đa dạng về cấu trúc này đã tạo ra một số lượng lớn các anthocyanin mà đến nay mới ghi nhận được khoảng 600 loại [112].
Các cation flavylium aglycone được gọi là anthocyanidin. Đến nay, có 23 anthocyanidin đã được tìm thấy (bảng 1.1), trong đó có 6 anthocyanidin phổ biến nhất là: cyanidin, delphinidin, pelargonidin, peonidin, malvidin và petunidin [28]. Sự khác nhau của 6 loại cấu trúc phổ biến này là do sự thay đổi của nhóm hydroxyl và methoxyl tại vị trí 3’ và 5’ trong vòng B.1: Các anthocyanin xuất hiện trong tự nhiên và vị trí thế trong cấu trúc Anthocyanidin Vị trí thế Loại phổ biến 3 5 6 7 3’ 4’ 5’ Pelargonidin OH OH H OH H OH H Cyanidin OH OH H OH OH OH H Peonidin OH OH H OH OMe OH H Delphinidin OH OH H OH OH OH OH Malvidin OH OH H OH OMe OH OMe Petunidin OH OH H OH OMe OH OH 3-deoxyanthocyanidin Apigeninidin H OH H OH H OH H Luteolinidin H OH H OH OH OH H Tricetinidin H OH H OH OH OH OH Riccionidin A H H OH OH H OH H Các loại khác Auratinidin OH OH OH OH H OH H 6-hydroxycyanidin OH OH OH OH OH OH H 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Anthocyanidin Vị trí thế 6-hydroxydelphinidin OH OH OH OH OH OH OH Hirsutidin OH OH H OMe OMe OH OMe Rosinidin OH OH H OMe OMe OH H Europinidin OH OMe H OH OMe OH OH Capensinidin OH OMe H OH OMe OH OMe 5-methylcyanidin OH OMe H OH OH H Pulchellidin OH OMe H OH OH OH Arrabidin H H OH OH H OH OMe Carajurin H H OH OH H OMe OMe 3’-hydroxyarrabidin H H OH OH OH OH OMe 6-hydroxypelargonidin OH OH OH OH H OH H Các anthocyanidin tồn tại dưới dạng cation flavylium với cấu trúc của 6 loại phổ biến được mô tả như trong hình 1. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3: Cấu trúc hóa học của sáu anthocyanidin phổ biến 1.
Tính chất sinh lý thực vật của anthocyanin Anthocyanin có mặt trong hầu hết các thực vật bậc cao. Chúng rất hiếm trong nấm, tảo nhưng dạng 3-deoxyanthocyanidin đã được ghi nhận trong các nhóm rêu [96]. Anthocyanin được tìm thấy trong các tế bào biểu bì và dưới da trong rễ, thân, cánh hoa, quả và lá [51, 93]. Anthocyanin có nhiều chức năng trong sinh lý 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thực vật.
Các chức năng này được phân làm hai loại: tương tác thực vật-động vật/côn trùng và tương tác đáp ứng. Sự khác biệt hóa học giữa các aglycon cùng với các yếu tố biến đổi màu sắc khác làm cơ sở cho sự thay đổi màu sắc trong hoa và quả. Màu sắc tươi sáng thu hút côn trùng thụ phấn hoặc phân tán hạt [35]. Một số quan điểm cho rằng lá thay đổi màu sắc trong mùa thu vì sự giảm hàm lượng diệp lục làm lộ ra các sắc tố anthocyanin.
Thay vào đó, điều này có liên quan đến sự sản xuất anthocyanin và nó có thể là dấu hiệu cảnh báo cho các loại côn trùng và động vật ăn cỏ về sự độc hại hoặc ít dinh dưỡng [62]. Anthocyanin đóng vai trò chính trong sự đáp ứng tương tác của thực vật đối với các vấn đề có hại, như: bức xạ UV, sự tấn công của côn trùng, vi khuẩn và nâm. Cấu trúc polyphenol của anthocyanin hấp thụ tia UV, đặc biệt là các dạng acyl hóa làm giảm quá trình quang hóa và sự phá hủy ADN [57]. Hơn nữa, anthocyanin ở vị trí cuối trong dãy chuyển hóa sinh tổng hợp flavonoid nên hợp chất này có hoạt tính sinh học mạnh [62].
Trong một số nghiên cứu, sự tấn công của côn trùng vào lá làm tăng sự sản xuất anthocyanin [32, 50]. Người ta cũng ghi nhận sự ức chế nấm của 3- deoxyanthocyanidin [76]. Tính chất hóa học của anthocyanin và anthocyanidin Anthocyanin tan tốt trong dung môi phân cực. Anthocyanin hòa tan tốt trong H2O, C2H5OH, CH3OH, …, trong đó khả năng tan trong CH3OH - HCl và C2H5OH - HCl là tương đương nhau và cao nhất [8].
Màu sắc của các anthocyanidin thay đổi phụ thuộc vào cấu trúc, nhiệt độ, pH, môi trường và một số yếu tố khác. Những sắc tố này kém bền và dễ bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như: loại nhóm thế trong cấu trúc hóa học anthocyanin, pH, nhiệt độ bảo quản, ánh sáng, sự có mặt của oxy… [27] Về ảnh hưởng của cấu trúc, khi tăng số lượng nhóm OH trong vòng benzen thì màu càng xanh đậm [2]. Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ. Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com màu sắc cũng sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được gắn vào nhiều hay ít [28].
Về ảnh hưởng của pH, tại môi trường pH thấp khoảng pH = 3 anthocyanidin tồn tại dưới dạng cation flavylium có màu đỏ hoặc cam đậm. Khi tăng pH, cơ chế cạnh tranh xảy ra giữa phản ứng hydrat hóa của cation flavylium và phản ứng chuyển dịch proton trong nhóm hydroxyl, do đó phản ứng tạo carbinol giả làm mất màu của anthocyanindin tại pH = 4 - 5.