BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
QUÁCH THỊ QUỲNH
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
NANO ASTAXANTHIN
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Hà Nội – Năm 2021
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
QUÁCH THỊ QUỲNH
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA
NANO ASTAXANTHIN
Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm
Mã số : 8420114
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Hướng dẫn 1 : TS. Hoàng Thị Minh Hiền
Hướng dẫn 2 : TS. Hoàng Mai Hà
Hà Nội – 2021
LỜI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu trong luận văn này là công trình nghiên
cứu của tôi và nhóm tác giả. Chính vì vậy, các kết quả nghiên cứu đảm bảo
trung thực và khách quan nhất. Đồng thời, kết quả này chưa từng xuất hiện
trong bất cứ một nghiên cứu nào. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là
trung thực nếu sai tôi hoàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày
tháng 12 năm 2021
Học viên
Quách Thị Quỳnh
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Thị Minh
Hiền, Trưởng Phòng Công nghệ Tảo, Viện Công nghệ sinh học và TS. Hoàng
Mai Hà, Trưởng Phòng Vật liệu tiên tiến, Phó viện trưởng Viện Hóa học, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã định hướng và giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Hồ Thị Oanh - Phòng vật
liệu tiên tiến, Viện Hóa học đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian làm nghiên cứu. Ngoài ra tôi xin cảm ơn tới các cán bộ ở
phòng Công nghệ Tảo – Viện Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện cho tôi
hoàn thành tốt nhiệm vụ.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo của Phòng Đào tạo – Học
Viện Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành
mọi thủ tục cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn.
Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ đề tài Quỹ Phát triển Khoa
học và Công nghệ Quốc gia - Nafosted, Bộ Khoa học và Công nghệ:“Nghiên
cứu chế tạo và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa và giảm rối loạn chuyển hóa
lipit của tổ hợp nano astaxanthin/kaempferol trên mô hình in vitro và in vivo”
mã số 108.06-2019.314 do TS. Hoàng Thị Minh Hiền làm chủ nhiệm.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè –
những người luôn bên cạnh chia sẻ, động viện, ủng hộ, giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận
văn của mình.
Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2021
Tác giả luận văn
Quách Thị Quỳnh
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tên đầy đủ
BKT
Food and Drug
Administration
β - carotene oxygenase
CrtR-b
β -carotene hydroxylase
H. pluvialis
Haematoccocus pluvialis
Tên tiếng Việt
Nuclear factor kappa B
Cơ quan Quản lý Thực phẩm và
Dược phẩm Hoa Kỳ
Enzyme β - carotene oxygenase
Enzyme β -carotene
hydroxylase
Vi tảo lục Haematoccocus
pluvialis
Yếu tố nhân kappa B
RNA
Ribonucleic acid
Acid ribonucleic
DNA
Deoxyribonucleic acid
Acid deoxyribonucleic
HDL
CT
High Density Lipoprotein
Computer tomography
FDA
NF-KB
Lipoprotein tỉ trọng cao
Chụp cắt lớp vi tính
Chụp ảnh cộng hưởng từ hạt
MRI
Magnetic Resonance Imaging
nhân
MLV
Multilamellar Vesicle
Liposome nhiều lớp
Liposome Large Unilamellar
LUV
Liposome loại to
Vesicle
COX-2
Cyclooxygenase-2
Enzyme cyclooxygenase-1
TNFα
Tumor Necrosis Factor-α
Yếu tố hoại tử khối u alpha
PS20
Polysorbate 20
Polysorbate 20
SC
Sodium caseinate
Natri Caseinate
GA
Gum Arabic
Gum Arabic
PDI
Polydispersity index
Chỉ số đa phân tán
PLGA
Poly axit lac-tic-co-glycolic
Poly axit lacticco glycolic
COS
Chitosan oligosaccharides
Chitosan oligosaccharides
astaxanthin non-aqueous
Nano astaxanthin không chứa
ASX-NANE
nanoemulsions
nước
ASTA @ Astaxanthin lecithin nanoAstaxanthin lecithin nanoLec NS
liposol
liposol
Quang phổ chuyển đổi hồng
Fourier Transform Infared
FTIR
Spectrometer
ngoại Fourier
High Performance Liquid
Phương pháp sắc ký lỏng hiệu
HPLC
Chromatography
năng cao
Dulbecco's Modified Eagle
Môi trường nuôi cấy tế bào
DMEM
Medium
DMEM
FBS
ORO
TEM
DLS
HepG2
HT29
Fetal bovine serum
Oil Red O
Transmission electron
microscopy
Dynamic Light Scattering
Huyết thanh thai bò
Dầu đỏ
Kính hiển vi điện tử truyền qua
phương pháp tán xạ ánh sáng
động
Các dòng tế bào gan người
Tế bào ung thư đại tràng
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Nguồn cung cấp astaxanthin trong tự nhiên........................................... 10
Bảng 1.2 Ảnh hưởng của thức ăn bổ sung astaxanthin lên các đối tượng thủy
sản............................................................................................................................14
Bảng 2.1. Thành phần các mẫu nano astaxanthin.................................................. 28
Bảng 2.2. Địa điểm tiến hành nghiên cứu .............................................................. 34
Bảng 3.1 Kết quả đánh giá khả năng phân tán trong nước của astaxanthin tinh
khiết và mẫu nano astaxanthin............................................................................... 39
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Cấu trúc của astaxanthin ............................................................................5
Hình 1.2. Vị trí vượt trội của astaxanthin trên màng tế bào .....................................6
Hình 1.3. Con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở H. pluvialis ...............................8
Hình 1.4. Phản ứng tổng hợp astaxanthin .................................................................9
Hình 1.5 Cấu trúc của hệ vật liệu nano đa chức năng ........................................... 18
Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo nano astaxanthin .............................................................. 29
Hình 3.1. Giản đồ phân bố kích thước hạt của nano astaxanthin theo các tỷ lệ khác
nhau giữa astaxanthin và chất hoạt động bề mặt cremorphor RH40 ................... 36
Hình 3.2. Giản đồ phân bố kích thước hạt của nano astaxanthin sử dụng chất hoạt
động bề mặt cremophor RH40 và tween 80 .......................................................... 37
Hình 3.3. Ảnh TEM của các mẫu A1, A2, A3 và A4 ........................................... 38
Hình 3.4. So sánh khả năng phân tán trong nước của astaxanthin tinh khiết và
nano astaxanthin ..................................................................................................... 39
Hình 3.5. Hoạt tính chống oxi hóa của astaxanthin và nano astaxanthin sử dụng
DPPH....................................................................................................................... 40
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nano astaxanthin lên khả năng sống sót của tế bào
HT29........................................................................................................................ 41
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nano astaxanthin lên khả năng sống sót của tế bào
HepG2 ..................................................................................................................... 42
Hình 3.8. Hiệu quả hấp thu astaxanthin của tế bào HT29 ..................................... 43
Hình 3.9. Sắc ký đồ HPLC của astaxanthin được hấp thu trong tế bào được ủ với
mẫu trắng (A), astaxanthin (B) và nano astaxanthin (C) ............................. ......... 44
Hình 3.10. Khả năng sống của tế bào HepG2 được cảm ứng với H2O2 trong các
nhóm xử lý khác nhau (n = 6) ................................................................................ 45
Hình 3.11. Tác dụng của nano astaxanthin lên hàm lượng cholesterol (A) và
triglycerid (B) trong tế bào HepG2...................................................................47
Hình 3.12. Khả năng tích lũy lipit nội bào được phân tích bằng phương pháp
nhuộm Oil Red O (A) và đo mật độ quang ở bước sóng 500 nm trên máy
quang phổ Hitachi U-1100 (B)....................................... ..................................48
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................4
1.1 ASTAXANTHIN ................................................................................................4
1.1.1. Giới thiệu chung ..............................................................................................4
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của astaxanthin..............................................................4
1.1.2.1 Cấu trúc của astaxanthin................................................................................4
1.1.2.2 Tính chất của astaxanthin ..............................................................................6
1.1.3. Sinh tổng hợp astaxanthin ...............................................................................7
1.1.4. Các nguồn astaxanthin.....................................................................................8
1.1.3.1 Nguồn tổng hợp hóa học ...............................................................................8
1.1.3.2 Nguồn tự nhiên ..............................................................................................9
1.1.4. Sinh khả dụng và động học dược lý của astaxanthin .................................. 11
1.1.4.1 Sinh khả dụng của Astaxanthin.................................................................. 11
1.1.4.2. Động học dược lý của astaxanthin ............................................................ 11
1.1.5. Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin .................................................... 12
1.1.6. Ứng dụng của astaxanthin ............................................................................ 13
1.1.6.1 Astaxanthin trong nuôi trồng thủy sản ....................................................... 13
1.1.6.2 Astaxanthin đối với con người ................................................................... 15
1.2 CÔNG NGHỆ NANO VÀ NANO ASTAXANTHIN ................................... 17
1.2.1 Cấu trúc của hệ nano y sinh ......................................................................... 17
1.2.2. Các loại vật liệu nano ................................................................................... 18
1.2.3 Các chức năng y sinh của hệ ......................................................................... 19
1.2.3.1 Chức năng chuẩn đoán (phân tích đặc hiệu, ảnh MRI, ảnh quang) .......... 19
1.2.3.2 Chức năng điều trị ...................................................................................... 19
1.2.4. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano ....................................................... 20
1.2.4.1 Phương pháp từ dưới lên ........................................................................... 20
1.2.4.2 Phương pháp từ trên xuống ........................................................................ 21
1.2.4.3 Phương pháp kết hợp .................................................................................. 22
1.2.5. Tình hình nghiên cứu về nano astaxanthin .................................................. 22
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..... 26
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU..................................................................................... 26
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 26
2.1.2. Các dòng tế bào ............................................................................................ 26
2.1.3 Hóa chất ......................................................................................................... 26
2.1.4. Thiết bị .......................................................................................................... 27
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 28
2.2.1. Nghiên cứu chế tạo nano astaxanthin .......................................................... 28
2.2.2. Phương pháp xác định tính chất của nano astaxanthin................................ 29
2.2.2.1 Đánh giá hình thái và kích thước các mẫu vật liệu nano bằng kính hiển vi
điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy - TEM) ........................... 29
2.2.2.2 Nghiên cứu sự phân bố kích thước hạt của nano astaxanthin bằng phương
pháp tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering – DLS) ........................... 30
2.2.3. Phương pháp đánh giá một số hoạt tính sinh học của nano astaxanthin ở
mức độ in vitro. ....................................................................................................... 30
2.2.3.1. Phương pháp xác định hoạt tính chống oxi hóa bằng DPPH ................. 30
2.2.3.2. Phương pháp nuôi cấy tế bào ................................................................... 30
2.2.3.3. Phương pháp đánh giá độc tính của nano astaxanthin trên dòng tế bào
HT29 và HepG2 ...................................................................................................... 31
2.2.3.4. Phương pháp xác định sự hấp thu của tế bào đối với nano astaxanthin 31
2.2.3.5. Phương pháp đánh giá tác dụng bảo vệ tế bào của nano astaxanthin
chống lại stress oxy hóa do H2O2 gây ra trong tế bào HepG2 ............................ 32
2.2.3.6. Phương pháp đánh giá tác dụng giảm lipit của nano astaxanthin trên
dòng tế bào HepG2 ................................................................................................. 32
2.2.3.7. Phương pháp nhuộm lipit bằng Oil Red O (ORO)................................... 33
2.2.3.8. Phương pháp phân tích hàm lượng lipit ................................................... 33
2.2.2.9. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................... 34
2.2.4. Địa điểm tiến hành các thí nghiệm trong nghiên cứu.................................. 34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 36
3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANO ASTAXANTHIN .............. 36
3.1.1 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt tới quá trình chế tạo nano astaxanthin
............ .....................................................................................................................36
3.1.2. Hình thái của các mẫu nano astaxanthin...................................................... 38
3.1.3. Đánh giá khả năng phân tán trong nước của mẫu bột nano astaxanthin .... 39
3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA NANO
ASTAXANTHIN ................................................................................................... 40
3.2.1. Hoạt tính tiêu diệt gốc tự do DPPH của astaxanthin và nano astaxanthin . 40
3.2.2. Độc tính tế bào của nano astaxanthin .......................................................... 41
3.2.3. Khả năng hấp thu của tế bào HT29 đối với nano astaxanthin .................... 42
3.2.4. Tác dụng bảo vệ tế bào HepG2 của nano astaxanthin chống lại tổn thương
bởi stress oxy hóa do H2O2 gây ra ........................................................................ 44
3.2.5. Tác dụng của nano-astaxanthin lên sự thay đổi hàm lượng lipit nội bào
trong tế bào gan HepG2 .......................................................................................... 46
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 50
4.1. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 50
4.2. KIẾN NGHỊ ..................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 51
PHỤ LỤC................................................................................................................ 62
1
MỞ ĐẦU
Bệnh rối loạn mỡ máu gây nên xơ vữa động mạch, dẫn đến nhiều biến
chứng nguy hiểm lên hệ tim mạch. Theo dự báo của Tổ chức Y tế Thế giới,
đây sẽ là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trong những năm tới. Tại Việt
Nam những năm gần đây, tỷ lệ người mắc các biến chứng tim mạch từ xơ vữa
động mạch ngày càng tăng cao và có xu hướng trẻ hóa. Việc phòng ngừa các
yếu tố nguy cơ gây ra xơ vữa động mạch rất quan trọng để ngăn ngừa các biến
chứng có thể xảy ra. Chính vì vậy, việc phát triển các hệ phân phối thuốc
nhằm tăng khả năng hòa tan thuốc, dẫn thuốc tới đích chính xác hơn, tập
trung thuốc tại đích có tác dụng trong thời gian dài, đồng thời an toàn khi sử
dụng là các hướng đang được tập trung nghiên cứu.
Astaxanthin - một caroteinoit có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực thực
phẩm chức năng và y sinh học. Các nghiên cứu lâm sàng và trên động vật
thực nghiệm đã chứng minh rằng astaxanthin có nhiều hoạt tính sinh học như
tiêu diệt hiệu quả các gốc tự do, kháng viêm, chống lão hóa, giảm sự hình
thành khối u, phòng ngừa bệnh tim mạch và tai biến mạch máu não, bảo vệ
gan, chống tiểu đường, bảo vệ cơ thể khỏi bức xạ tia cực tím v.v...
Astaxanthin là loại carotenoit duy nhất có thể xuyên qua hàng rào máu của
võng mạc và não, có tác động tích cực đến hệ thần kinh trung ương và chức
năng não.
Mặc dù có nhiều hoạt tính sinh học quý nhưng astaxanthin lại được xếp
vào nhóm hoạt chất có độ tan trong nước rất thấp, do vậy sinh khả dụng bị
hạn chế. Hiện nay, công nghệ nano là một giải pháp hữu hiệu trong việc nâng
cao khả năng phân tán, cải thiện sự hấp thu, tăng cường dược tính và nâng cao
độ bền của hoạt chất. Để khắc phục những nhược điểm về độ hòa tan và độ
bền thấp, nano astaxanthin đang được nghiên cứu chế tạo. Việc nghiên cứu
đánh giá, so sánh hoạt tính của nano astaxanthin với astaxanthin nguyên chất
là một hướng nghiên cứu mới và cần thiết. Do vậy, luận văn tiến
hành: ‘‘Nghiên cứu đánh giá hoạt tính sinh học của nano astaxanthin’’.
* Mục tiêu của luận văn :
- Xác định được hình thái và sự phân bố kích thước hạt của nano
astaxanthin.
- Đánh giá được khả năng hấp thu, hoạt tính chống oxi hóa và khả năng
2
giảm lipit của nano astaxanthin theo hướng sử dụng trong y sinh học và thực
phẩm chức năng.
* Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Nghiên cứu hình thái và sự phân bố kích thước hạt của
nano astaxanthin:
+ Nghiên cứu hình thái hạt của nano astaxanthin;
+ Nghiên cứu sự phân bố kích thước hạt (DLS) của nano astaxanthin.
- Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá một số hoạt tính sinh học của nano
astaxanthin ở mức độ in vitro.
+ Xác định hoạt tính tiêu diệt gốc tự do DPPH của astaxanthin và nano
astaxanthin;
+ Đánh giá độc tính tế bào của nano astaxanthin;
+ Xác định khả năng hấp thu của tế bào ung thư đại tràng HT29 đối với
nano astaxanthin;
+ Đánh giá tác dụng bảo vệ tế bào HepG2 của nano astaxanthin chống
lại tổn thương bởi stress oxy hóa do H2O2 gây ra;
+ Nghiên cứu khả năng giảm lipit của nano astaxanthin.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:
Việc tạo ra những hệ dẫn truyền thuốc hướng đích, điều trị tập trung hiệu quả,
giảm lượng thuốc cần sử dụng là mục tiêu nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa
học trong và ngoài nước. Luận văn thực hiện với mục đích đánh giá hoạt tính
sinh học của nano astaxanthin. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và
thực tiễn cao. Kết quả thu được cho thấy những ưu điểm vượt trội như tăng
cường hiệu xuất hấp thu tế bào, tăng khả năng chống oxy hóa và giảm lipit
của sản phẩm nano. Như vậy, sản phẩm nano astaxanthin là nguồn dược liệu
đầy tiềm năng ứng dụng trong các ngành dược phẩm, mỹ phẩm và công nghệ
thực phẩm.
* Những đóng góp mới của luận văn:
1. Bột nano astaxanthin được chế tạo có khả năng phân tán tốt trong
nước, các hạt phân bố đồng đều và kích thước hạt nhỏ dưới 100 nm. Sản
3
phẩm này có tiềm năng ứng dụng làm nguồn nguyên liệu cho các công ty
dược phẩm trong nước.
2. Việc đánh giá được sự cải thiện về mức độ sinh khả dụng, khả năng
tăng cường hoạt tính chống oxy hóa và lipit của nano astaxanthin so với
astaxanthin dạng tự do góp phần nâng cao giá trị của sản phẩm nano
astaxanthin.
4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1
ASTAXANTHIN
1.1.1. Giới thiệu chung
Astaxanthin
(3,3′-dihydroxy-β,β-carotene-4,4′-dione)
là
một
xanthophyll carotenoit màu đỏ cam có trong rất nhiều loại thủy sản (cá hồi, cá
vền, tôm, cua); động vật có vú không có khả năng tổng hợp astaxanthin và
phải được cung cấp từ khẩu phần ăn [1]. So với các carotenoit khác,
astaxanthin có hoạt tính sinh học mạnh mặc dù nó không có hoạt tính tiền
Vitamin A. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã
chấp thuận việc sử dụng astaxanthin làm chất tạo màu thực phẩm trong thức
ăn gia súc và cá. Ủy ban Châu Âu coi astaxanthin tự nhiên như một loại thuốc
nhuộm thực phẩm [2]. Haematococcus pluvialis là một loại vi tảo lục có khả
năng sản xuất một lượng lớn astaxanthin trong điều kiện căng thẳng như độ
mặn cao, thiếu nitơ, nhiệt độ cao và ánh sáng [3]. Astaxanthin được sản xuất
từ loại vi tảo này là nguồn chính cung cấp cho con người [4]. Việc tiêu thụ
astaxanthin có thể ngăn ngừa hoặc giảm nguy cơ mắc các chứng rối loạn khác
nhau ở người và động vật. Được biết đến là chất chống oxy hóa mạnh,
astaxanthin mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như chống lão hóa, hỗ trợ sức
khỏe tim mạch, giảm viêm, đau khớp, cholesterol cao và thậm chí có tiềm
năng lớn trong ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị ung thư [1,2]. Chính vì vậy, việc
sử dụng astaxanthin như một chất bổ sung dinh dưỡng đã và đang được phát
triển nhanh chóng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của astaxanthin
1.1.2.1 Cấu trúc của astaxanthin
Astaxanthin có công thức phân tử C40H52O4 và khối lượng 596,84g/mol
là một chất có nhiều nhóm hydroxyl hơn các xanthophylls khác, giúp tăng
cường hoạt động chống oxy hóa và tăng lợi ích sức khỏe ở người và động vật.
Astaxanthin gồm hai vòng β-ionone 6 cạnh được nối với nhau bởi một chuỗi
polyene có chứa liên kết đôi liên hợp. Phân tử này có hai nguyên tử cacbon
không đối xứng nằm ở vị trí 3 và 3’ của vòng β-ionone [1,2].
Astaxanthin có ba dạng cấu hình là astaxanthin tự do, dạng monoester
và dạng diester tùy thuộc vào sự kết hợp của 1 hoặc 2 gốc hydroxyl với các
5
axít béo [5]. Nhóm ester tạo ra mối liên kết giữa astaxanthin và protein. Vì
vậy, astaxanthin không thể gắn kết với protein nếu liên kết ester không tồn tại.
Do cấu trúc của astaxanthin có 2 vị trí 3 và 3’ ở dạng chiral nên chúng có 3
dạng đồng phân hình học: 3R-3’R; 3R-3’S và 3S-3’S (Hình 1.1). Trong đó,
3S-3’S là dạng astaxanthin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh nhất, hai dạng
đồng phân còn lại có hoạt tính sinh học yếu [6].
Hình 1.1. Cấu trúc của astaxanthin
(Nguồn: Miao và cs, 2006 [5])
Astaxanthin chứa các liên kết đôi liên hợp, nhóm hydroxyl và nhóm
keto, có tính chất ưa béo tốt và ưa nước kém. Màu đỏ được tạo ra bởi các liên
kết đôi liên hợp tại trung tâm của hợp chất. Những liên kết đôi này giúp
astaxanthin hoạt động như một chất chống oxy hóa mạnh bằng cách cho
electron và phản ứng với các gốc tự do để biến chúng thành chất ổn định hơn
và chấm dứt phản ứng chuỗi gốc tự do trong nhiều sinh vật sống. Hoạt tính
chống oxy hóa của astaxanthin còn nhờ vào khả năng bắt gốc tự do của
nguyên tử hydro ở C3 methine của vòng β-ionone. Do sự tương đương về số
lượng các liên kết hydro nội phân tử kỵ nước và liên kết hydro của nhóm
phân cực trong các phân tử phospholipit, 2 vòng β-ionone của astaxanthin có
thể quét các gốc tự do cả ở mặt trong và mặt ngoài của màng tế bào. Vì vậy,
hoạt động sinh học của astaxanthin tốt hơn so với các chất chống oxy hóa
khác do nó có thể liên kết với màng tế bào từ trong ra ngoài (Hình 1.2) [7].
6
Hình 1.2. Vị trí vượt trội của astaxanthin trên màng tế bào
(Nguồn: Eiji Yamashita, 2015 [7])
1.1.2.2 Tính chất của astaxanthin
- Tính chất vật lý [8]
Tính tan: Astaxanthin là hợp chất không phân cực nên rất ít tan trong
nước (7.9 x 10-10 mg/L ở 25°C), trong một số dung môi hữu cơ độ tan của
astaxanthin như sau: 30 g/L trong DCM; 10 g/L trong CHCl3; 0.5 g/L trong
DMSO; 0.2 g/L trong aceton.
Điểm nóng chảy: 216 0C và điểm sôi: 774 0C.
Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc: Astaxanthin hấp thụ rất mạnh bức xạ
trong vùng 470÷510 nm nên có màu đỏ cam.
Tính hấp thu ánh sáng của astaxanthin có thể bị thay đổi khi
astaxanthin liên kết với các chất khác. Trong tôm, cua astaxanthin thường liên
kết với phân tử protein (crutacyanin) có λmax = 628 nm tạo nên màu xanh đặc
trưng của các loài thủy sản sống. Dưới tác dụng của nhiệt, liên kết bị phá hủy
và astaxanthin được giải phóng dưới dạng tự do có màu đỏ cam.
- Tính chất hóa học [8]
Trong phân tử astaxanthin có chuỗi polyen liên kết với các nhóm keto,
hydroxyl gắn với các vòng ở đầu mạch nên astaxanthin rất nhạy với ánh sáng,
7
nhiệt độ cao và các tác nhân oxy hóa, axít, bazơ… Sự oxy hóa astaxanthin
diễn ra nhanh khi có sự hiện diện của sunfit, ion kim loại, độ ẩm, oxy không khí.
Sự oxy hóa: Astaxanthin ở dạng tự do rất dễ bị oxy hóa bởi tác nhân
electrophil như oxy phân tử. Nhưng khi astaxanthin tạo phức với protein hay
ở dạng este hóa thì chúng trở nên bền hơn. Hoạt tính chống oxy hóa của
astaxanthin trong cơ thể được giải thích bởi khả năng bắt giữ gốc tự do tạo
thành gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ hiệu ứng cộng hưởng:
RCOO* + AX
RCOO - AX
Phản ứng với axít: Astaxanthin phản ứng với axít yếu làm dịch chuyển
cực đại hấp thụ của phân tử về phía bước sóng dài. Khi trung hòa bằng bazơ
yếu, cấu trúc phân tử astaxanthin lại được phục hồi, tuy nhiên khi phản ứng
với axít mạnh như: HCl, H2SO4… thì có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen
của astaxanthin làm nhạt màu đỏ cam.
1.1.3. Sinh tổng hợp astaxanthin
Có hai con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở tảo H. pluvialis: con
đường thứ nhất bắt đầu với quá trình oxy hoá β- carotene tạo thành các chất
trung gian là echinenone, canthaxanthin và adonirubin; con đường thứ hai bắt
đầu bằng quá trình hydroxyl hoá β-carotene tạo thành các chất trung gian là
β-cryptoxanthin, zeaxanthin và adonixanthin (Hình 1.3) [9].
Mặc dù các bước đặc thù của quá trình sinh tổng hợp astaxanthin diễn
ra ở tế bào chất nhưng các enzyme chính của con đường tổng hợp carotenoit
chung lại được phân bố ở lục lạp [10]. Sinh tổng hợp astaxanthin của H.
pluvialis cũng theo con đường tổng hợp carotenoit chung đến β - carotene. Từ
β - carotene, astaxanthin được hình thành bởi hoạt động của 2 enzyme β carotene oxygenase (BKT) và β -carotene hydroxylase (CrtR-b). Các nghiên
cứu sử dụng chất ức chế quá trình carotenoit hóa đã chứng minh rằng
astaxanthin được tạo ra từ tiền chất canthaxanthin và zeaxanthin. BKT chuyển
hóa β - carotene thành canthaxanthin thông qua dạng trung gian là
echinenone, tiếp đó dưới tác dụng của enzyme CrtR-b sẽ chuyển
canthaxanthin thành astaxanthin. Ở con đường thứ 2, CrtR-b chuyển hóa βcarotene thành zeaxanthin thông qua dạng trung gian là β-Cryptoxanthin, sau
đó dưới tác dụng của enzyme BKT sẽ chuyển zeaxanthin thành astaxanthin.
8
Như vậy, BKT và CrtR-b là 2 emzyme chìa khóa quan trọng trong quá trình
sinh tổng hợp astaxanthin ở tảo H. pluvialis.
Hình 1.3. Con đường sinh tổng hợp astaxanthin ở H. pluvialis
(Nguồn: Gimpel, 2015 [9])
1.1.4. Các nguồn astaxanthin
Có hai nguồn astaxanthin chính là nguồn astaxanthin tổng hợp hóa học
và tự nhiên.
1.1.3.1 Nguồn tổng hợp hóa học
Hiện nay, astaxanthin tổng hợp là nguồn cung cấp chủ yếu cho nuôi
trồng thuỷ sản. Hơn 95% astaxanthin tổng hợp trên thị trường được sử dụng
làm thức ăn bổ sung nhằm tạo ra các màu sắc của đối tượng nuôi khác nhau.
9
Quá trình tổng hợp hóa học astaxanthin được sử dụng lâu đời và rộng
rãi nhất liên quan đến phản ứng Wittig của muối photphat ở vị trí C15 với
dialdehyde ở vị trí carbon C10 (Hình 1.4A) [12]. Các phương pháp khác bao
gồm hydroxyl hóa canthaxanthin (Hình 1.4B) [13], một quá trình trùng hợp 3
mạch carbon có chiều dài 10, 20, 30 nguyên tử carbon thông qua ngưng tụ
dienolether [14] và các đồng phân của lutein được chiết xuất từ hoa cúc vạn
thọ để tạo thành zeaxanthin và sau đó chất này bị oxy hóa để hình thành
astaxanthin (Hình 1.4C) [15].
Hình 1.4. Phản ứng tổng hợp astaxanthin
(Phản ứng Wittig (A); Hydroxyl hóa canthaxanthin (B); Oxy hóa zeaxanthin (C))
(Nguồn: Nguyen Khoa Dang, 2013 [13])
1.1.3.2 Nguồn tự nhiên
Trong tự nhiên, astaxanthin được tìm thấy chủ yếu trong tảo, nấm men,
các loài cá hồi, tôm, cua và một số loài vi sinh vật khác (Bảng 1.1). Ngoài
nguồn tổng hợp hóa học, astaxanthin sản xuất cho thương mại hiện nay chủ
yếu thu nhận từ nấm men đỏ Phaffia rhodozyma, vi tảo lục H. pluvialis, trong
đó vi tảo lục H. pluvialis là một trong những nguồn thu nhận astaxanthin tốt
nhất trong tự nhiên [16]. Tôm, cua và cá hồi là nguồn cung cấp astaxanthin tự
nhiên tốt nhất cho con người thông qua chế độ ăn hợp lý. Trung bình một
người có thể ăn 165 gam cá hồi mỗi ngày để có được 3,6 mg astaxanthin, đây
- Xem thêm -
.PDF 
76 
1 
98 
