ĐẶT VẤN ĐỀ Acid ascorbic (vitamin C), còn gọi là acid L-ascorbic (LAA), là một vitamin tan trong nước có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý của cơ thể như chống oxy hóa, tổng hợp collagen, chuyển hóa acid folic, hấp thu sắt và tăng cường miễn dịch. Điểm đặc biệt là cơ thể người không thể tự tổng hợp được vitamin C do thiếu enzym L- gulonolacton oxidase, vì vậy nhu cầu bổ sung qua đường ăn uống hoặc thuốc là bắt buộc và liên tục [1], [2]. Vitamin C thường được sử dụng trong nhiều chế phẩm thuốc và thực phẩm chức năng. Tuy nhiên, ở dạng acid tự do, LAA có vị rất chua, gây khó chịu khi dùng đường uống - đặc biệt đối với trẻ nhỏ và người lớn tuổi.
Đồng thời, nó cũng rất dễ bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng, nhiệt độ và không khí, làm giảm hiệu lực. Những nhược điểm này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc cải tiến dạng bào chế hoặc nguyên liệu nhằm tăng độ ổn định hóa học của vitamin C và các tính chất sinh dược học khác trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe [3], [4]. Một hướng tiếp cận hiệu quả là tạo muối của acid ascorbic (ascorbat) với các base vô cơ hoặc acid amin. Việc tạo muối không chỉ giúp giảm vị chua, cải thiện cảm quan và khả năng chấp nhận của người dùng, mà còn mở rộng khả năng ứng dụng và cải thiện sinh khả dụng.
Trong đó, các muối như calci ascorbat, kẽm ascorbat đã được sử dụng nhất định trong một số chế phẩm trên thị trường, độ tan trong nước cao, cung cấp đồng thời thêm vi khoáng có lợi mà vẫn giữ được hoạt tính sinh học của vitamin C. Đặc biệt, lysin ascorbat - muối của vitamin C và acid amin thiết yếu lysin - là một hướng đi rất tiềm năng do mang lại giá trị sinh học kép, đồng thời tạo nên chế phẩm có vị dễ chịu hơn, phù hợp với cả sản phẩm dược phẩm và thực phẩm chức năng. Đáng chú ý, Dược điển một số nước đã ban hành chuyên luận riêng về calci ascorbat [5], [6], [7], cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn của hoạt chất này và mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo. Trên thế giới đã có những nghiên cứu nhất định về tổng hợp dạng muối của LAA, ví dụ như các dạng muối lysin, calci và kẽm ascorbat.
Những kết quả thu được là đáng ghi nhận khi không chỉ giúp cải thiện tính cảm quan mà còn hướng đến đa dạng hóa ứng dụng. Tuy nhiên, quy trình tổng hợp muối trong các nghiên cứu này hoặc không được công bố, hoặc công bố không rõ ràng, đầy đủ, gây khó khăn cho việc ứng dụng vào thực tiễn hoặc nghiên cứu tiếp theo. Nhận thấy tiềm năng của hướng đi này, nghiên cứu được tiến hành với mục tiêu: “Nghiên cứu tạo một số muối của acid ascorbic bao gồm lysin ascorbat, calci ascorbat và kẽm ascorbat”. Tổng quan về acid L-ascorbic (LAA) 1.
Cấu trúc hóa học - Cấu trúc hóa học (Hình 1.1) [8]: - Tên khoa học: (5R)-5-[(1S)-1,2- dihydroxyethyl]-3,4-dihydroxyfuran- 2(5H)-on [8] - Công thức phân tử: C6H8O6 [8] - Khối lượng phân tử: 176,1 Da [8] - Tên khác: Vitamin C Hình 1.1 Cấu trúc phân tử acid L-ascorbic 1. Tính chất vật lý Về cảm quan và màu sắc, acid L-ascorbic (LAA) là tinh thể không màu hay bột kết tinh trắng hoặc gần như trắng, bị biến màu khi tiếp xúc với không khí và ẩm [8]. Về độ tan, LAA dễ tan trong nước (khoảng 0,33 g/mL ở 25℃), hơi tan trong ethanol (khoảng 0,033 g/mL trong ethanol 95% và 0,02 g/mL trong ethanol tuyệt đối ở 25℃), tan trong propylen glycol (khoảng 0,05 g/mL ở 25℃) [8], [9]. Về nhiệt độ nóng chảy, LAA chảy ở khoảng 190℃ kèm phân hủy [8].
Dung dịch 5% trong nước của LAA có pH từ 2,1-2,6 [8]. Năng suất quay cực: +20,5° đến +21,5° (dung dịch 10% trong nước) [8]. Công thức của acid ascorbic có carbon bất đối ở vị trí số năm, do đó nó có hai dạng đồng phân quang học là acid L-ascorbic và acid D-ascorbic. Tuy nhiên, trong khi đồng phân L- có hoạt tính và có ích cho con người thì đồng phân D- được chỉ ra là không có tác dụng và bị cơ thể đào thải.
Về tính ổn định của LAA tinh khiết, hiện tượng đồng phân hóa và/hoặc hiện tượng racemic hóa là nguyên nhân chính gây ra sự mất ổn định của LAA [10]. Tính chất hóa học Hóa tính của vitamin C là hóa tính của nhóm chức lacton, của các nhóm hydroxyl, của dây nối đôi, song hóa tính quan trọng nhất do hệ “en-diol” gây ra. Nhóm này quyết định các tính chất hóa học cơ bản của vitamin C: tính acid và tính khử (dễ bị oxy hóa) [11]. + Tính acid: Dạng enol mang tính acid, được tăng cường nhờ nhóm ceton liên hợp tại C-4, làm cho vitamin C có tính acid khá mạnh (pK1 = 4,2; pK2 = 11,6) [11].
Vì vậy, vitamin C có thể tạo muối đơn với base, tuy nhiên muối hai nấc không ổn định.1 Sự phân ly của acid ascorbic + Tính khử: Quá trình oxy hóa acid ascorbic xảy ra ở hai mức độ khác nhau [11]: Sự oxy hóa khử thuận nghịch chuyển acid ascorbic thành acid dehydroascorbic (DHA): Sơ đồ 1.2 Sơ đồ phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch của acid ascorbic Tính chất này thể hiện tác dụng sinh học của LAA trong việc vận chuyển electron và hydro, tham gia xúc tác các quá trình oxy hóa khử trong cơ thể. Sự oxy hóa bất thuận nghịch: Acid ascorbic có thể bị oxy hóa thành các sản phẩm không có hoạt tính và biến màu. Các sản phẩm đó là acid 2,3-dicetogulonic, furfural, CO2, H2O… Sơ đồ 1.3 Sơ đồ phản ứng oxy hóa bất thuận nghịch của acid ascorbic Do có tính khử mạnh, LAA có thể phản ứng với các thuốc thử có tính oxy hóa như thuốc tím, dung dịch AgNO3, thuốc thử Fehling, thuốc thử 2,6-diclorophenol indophenol,. Tác dụng của acid L - ascorbic Vai trò sinh học và tác dụng [2], [12]: - Chất chống oxy hóa: LAA có khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ, giúp trung hòa các gốc tự do như superoxide (O2•-), hydroperoxide (H2O2) và hydroxyl (OH•) với ít tác dụng phụ hơn so với các chất chống oxy hóa khác như polyphenol hay flavonoid.
Nhờ đó, LAA bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do stress oxy hóa, góp phần phòng ngừa lão hóa, ung thư và bệnh tim mạch. 3 - Vai trò như co-factor enzym: LAA là cofactor cho nhiều enzym, đặc biệt là các enzym phụ thuộc vào khả năng khử của nó. LAA tham gia sinh tổng hợp collagen, carnitin và catecholamin - những chất cần thiết cho việc duy trì cấu trúc mô liên kết, sản xuất năng lượng và điều hòa hoạt động hệ thần kinh. Ngoài ra, acid ascorbic còn hỗ trợ hệ enzym cytochrom P450 trong chuyển hóa thuốc, góp phần tối ưu hóa hoạt tính sinh học của các chất chuyển hóa.
- Tác dụng hiệp đồng với các chất chống oxy hóa khác: Vitamin C có khả năng tái chế các chất chống oxy hóa khác, điển hình là vitamin E, bằng cách khử dạng bị oxy hóa của chúng về dạng hoạt tính ban đầu. Nhờ đó, vitamin C góp phần tăng cường hiệu quả chống oxy hóa toàn diện trong cơ thể thông qua cơ chế hiệp đồng với các chất như vitamin E và polyphenol. - Điều hòa hấp thu, vận chuyển và dự trữ sắt: Vitamin C đóng vai trò thiết yếu trong việc hấp thu sắt không heme tại ruột non bằng cách khử Fe3+ thành Fe2+ và tạo phức tan, giúp tăng hấp thu và chống lại chất ức chế. Ngoài ra, vitamin C điều hòa chuyển hóa sắt thông qua việc tăng tổng hợp ferritin, giảm phân giải và giảm đào thải sắt ra khỏi tế bào, đồng thời huy động sắt nội bào khi cần.
Nhu cầu tiêu thụ [13] Vitamin C là một vitamin tan trong nước, không được cơ thể người tự tổng hợp mà phải được cung cấp qua chế độ ăn uống. Nhu cầu hàng ngày đối với người trưởng thành dao động từ 30 đến 100 mg. Tình trạng thiếu hụt vitamin C thường xảy ra khi lượng hấp thụ qua thực phẩm giảm hoặc khi nhu cầu sinh lý tăng cao. Những người có nguy cơ hấp thụ không đủ vitamin bao gồm những bệnh nhân thuộc các nhóm như người già, người nghiện rượu, chán ăn tâm thần hoặc ung thư, người ăn kiêng cấp tốc, người bị dị ứng thực phẩm… Chỉ định của LAA [14] + Phòng và điều trị bệnh scorbut.
+ Bổ sung vào khẩu phần ăn cho người ăn kiêng. Dược động học [14] Cơ thể chỉ hấp thu và sử dụng hiệu quả ở mức liều vừa phải (≤ 200 mg/ngày), trong khi liều cao hơn bị giảm hấp thu và đào thải qua nước tiểu. Vitamin C được phân bố rộng rãi trong cơ thể đặc biệt ở các cơ quan có nhu cầu cao như bạch cầu, tuyến thượng thận, não, và chuyển hóa thành oxalat hoặc threonat trước khi được bài tiết. Do đó, việc bổ sung vitamin C cần được cân nhắc liều lượng thích hợp để tối ưu lợi ích và tránh tác dụng phụ.
Thừa vitamin C dễ tạo sỏi oxalat (do dehydroascorbic chuyển thành acid oxalic), hoặc sỏi thận urat, rối loạn tiêu hóa, giảm độ bền hồng cầu. Độ ổn định Ở dạng kết tinh, nếu không có chất oxy hóa thì vitamin C khá vững bền. Dạng dung dịch trong nước, khi có mặt của không khí thì vitamin C dễ dàng bị oxi hóa. Các tác nhân xúc tác sự oxy hóa vitamin C là ánh sáng, nhiệt độ, môi trường kiềm và một số kim loại, đặc biệt là đồng, sắt và các enzym.
Ảnh hướng của ánh sáng Acid ascorbic hấp thụ bức xạ tia cực tím trong phạm vi bước sóng 229-330 nm và bị phân hủy, hình thành các gốc tự do ascorbyl, rồi nhanh chóng chuyển thành acid dehydroascorbic [12]. Ahmad và cộng sự nhận thấy tốc độ phân hủy dưới ánh sáng nhanh gấp khoảng 70 lần so với trong bóng tối [15], do đó cần bảo vệ bằng bao gói chống ánh sáng hoặc thêm chất chống oxy hóa hóa quang. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ tăng cao làm tăng tốc độ phân hủy acid ascorbic [11], [12]. Akyildiz và đồng nghiệp cho rằng để duy trì hàm lượng acid ascorbic cao nhất thì việc sử dụng nhiệt tương đối nhẹ (75℃) để xử lý nhiệt và nhiệt độ bảo quản dưới 25℃ là tối ưu [16].
Ảnh hưởng của pH Ở pH=7, 99,9% acid ascorbic tồn tại ở dạng ascorbat monoanion (AH-), cùng với một lượng nhỏ acid ascorbic (AH2) và dianion ascorbat (A2-) [17]; pH kiềm (pH>7) làm tăng tỷ lệ dạng ion A2- của LAA và đẩy nhanh quá trình oxy hóa [11], [18]. Cụ thể, Yin và cộng sự trình bày rằng trong môi trường kiềm, quá trình oxy hóa xảy ra qua trung gian A2- nên diễn ra rất nhanh [12].
