Đề tài Allicin chất chống oxi hóa tự nhiên trong tỏi

(1) TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI GVHD: Ths. Lý Thị Minh Hiền Báo cáo seminar nhóm 15: 1. Nguyễn Viết Đại 2. Nguyễn Thị Ngọc Tú 3. Mai Ngọc Bảo 4. Nguyễn Hoàng Tuyết Mai 5. Nguyễn Thị Kim Trang Năm học: 2012-2013 MỤC LỤC I. TỔNG QUAN VỀ ALLICIN ....................................................................................... 3 1.1. Giới thiệu khái quát tỏi và allicin trong tỏi ............................................................ 1 1.1.1. Khái quát tỏi................................................................................................... 1 1.2. Khái quát chức năng của allicin trong tỏi .............................................................. 3 1.2.1. Hoạt tính kháng khuẩn của allicin .................................................................. 3 1.2.2. Hiệu quả làm giảm cholesteron và lipid của allicin ......................................... 4 1.3. Quá trình sinh tổng hợp của allicin ........................................................................ 5 1.4. Tổng hợp allicin .................................................................................................... 6 II. CHỨC NĂNG ALLICIN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM.................................. 7 2.1. Chức năng tạo mùi tạo vị ...................................................................................... 7 2.2. chức năng kháng khuẩn của allicin ........................................................................ 7 2.3. chức năng kháng nấm của allicin........................................................................... 8 2.4. chức năng kháng kí sinh trùng ............................................................................... 8 2.5. chức năng chống oxi hóa ....................................................................................... 9 III. CƠ CHẾ CHỐNG OXI HÓA CỦA ALLICIN ........................................................... 9 3.1. Quá trình oxi hóa .................................................................................................. 9 3.2. Chất chống oxi hóa ............................................................................................. 11 3.3. Cơ chế chống oxi hóa của allicin: ........................................................................ 12 3.4. Các yếu tố ảnh hưởng.......................................................................................... 13 3.5. Các biến đổi trong của allicin trong cơ thể. ......................................................... 13 IV. ỨNG DỤNG ALLICIN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM ................................ 13 4.1 Ứng dụng làm tăng mùi vị : ................................................................................. 13 4.1.1 Tỏi sống: ....................................................................................................... 13 4.1.2 Tỏi đặc chế:................................................................................................... 14 4.1.3 Tinh dầu tỏi ................................................................................................... 14 4.1.4.Tỏi bột .......................................................................................................... 14 4.1.5.Tỏi không mùi ............................................................................................... 14 4.2 Ứng dụng của allicin trong bảo quản thực phẩm .................................................. 15 4.3 Ứng dụng trong y dược của tỏi: ............................................................................ 15 4.4. Sản xuất thực phẩm chức năng ............................................................................ 16 4.4.1 Galicin (Bột tỏi) ............................................................................................ 17 4.4.2. Tỏi đen: ........................................................................................................ 17 V. HẠN CHẾ KHI SỬ DỤNG ALLICIN ...................................................................... 19 5.1. Allicin bị phân hủy bởi nhiệt độ cao .................................................................... 19 VI. KẾT LUẬN ............................................................................................................. 21 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: tỏi……………………………………………………………………………...1 Hình 1.2: cấu trúc allicin………………………………………………………………….2 Hình 1.3: quá trình mất nước của phức hợp alliin- alliinase……………………………5 Hình 1.4: phản ứng tạo nên allicin………………………………………………………5 Hình 1.5: phương trình tổng hợp allicin bằng tác nhân hydrogen peroxide……………6 Hình 1.6: cơ chế của phản ứng tổng hợp allicin bằng hydrogen peroxide………………6 Hình 3.1: quá trình khởi tạo phản ứng oxi hóa…………………………………………9 Hình 3.2: quá trình lan truyền phản ứng oxi hóa………………………………………10 Hình 3.3: quá trình kết thúc phản ứng oxi hóa…………………………………………10 Hình 3.4 : Các sản phẩm và biến đổi của quá trình oxi hóa trong thực phẩm………..10 Hình 3.5: cơ chế chống oxi hóa……………………………………………………..…11 Hình 4.1: sản phẩm bột tỏi……………………………………………………..………16 Hình 4.2: tỏi đen……………………………………………………………………..…16 Hình 4.3 : hoạt lực của allicin giảm ở 70 và 80 độ C……………………………………18 Hình 4.4: Sự biến đổi allicin thành đồng phân (E) Ajoene và (Z) Ajoene………………19 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: các tính năng của allicin…………………………………………………..…..3 Bảng 1.2: sự nhạy cảm của các loài vi khuẩn với dịch chiết chứa allicin………………4 ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 1 I. TỔNG QUAN VỀ ALLICIN 1.1. Giới thiệu khái quát tỏi và allicin trong tỏi 1.1.1. Khái quát tỏi Tỏi (danh pháp : Allium sativum) là một loài thực vật thuộc họ Hành, nghĩa là có họ hàng với hành tây, hành ta, hành tím, tỏi tây, v.v... và cũng được con người sử dụng làm gia vị, thuốc, rau như những loài họ hàng của nó. Hình 1.1: tỏi Phần hay được sử dụng nhất của cả cây tỏi là củ tỏi. Củ tỏi có nhiều tép. Từng tép tỏi cũng như cả củ tỏi đều có lớp vỏ mỏng bảo vệ. Tỏi sinh trưởng tốt trong môi trường nóng và ẩm. Nếu muốn bảo quản tỏi dùng trong nấu nướng, cần cất tỏi ở chỗ khô ráo thì sẽ không mọc mầm. Khi nấu nướng cần bỏ lớp vỏ bảo vệ và vứt bỏ phần mầm tỏi thường màu xanh có thể nằm sâu trong tép tỏi. Tỏi được cho là có tính chất kháng sinh và tăng khả năng phòng ngừa ung thư, chống huyết áp cao, mỡ máu ở con người. Tuy nhiên cần bóc vỏ tỏi và để trong không khi một lát rồi ăn sống thì sẽ có hiệu quả chống ung thư cao hơn. Một số dân tộc trên thế giới tin rằng tỏi giúp họ chống lại ma, quỷ, ma cà rồng. Tại Việt Nam có nhiều vùng đất trồng tỏi nổi tiếng như: Tỏi Lý sơn, Tỏi phan Giang ... Và gần đây nhất là Tỏi Bắc Giang. 1.1.1.2. Thành phần của tỏi và allicin Tỏi có chứa 0.1-0.36% các hợp chất dầu dễ bay hơi quy định cho các tính chất dược lí của Tỏi. Tỏi có chứa ít nhất 33 hợp chất sulfur như aliin, allicin, ajoene, ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 2 allylpropl, diallyl, trisulfide, sallylcysteine, vinyldithiines, S-allylmercaptocystein, và các hợp chất khác. Bên cạnh các hợp chất sulfur còn có chứa 17 amino acid, đường , arginine và các chất khác. Khoáng chất như selenium và enzymes như allinase, peroxidases, myrosinase, và một vài enzyme khác. Tỏi chứa hàm lượng cao hợp chất sulfur hơn bất kì cây họ hành nào. Hợp chất lưu huỳnh quyết định cả mùi hăng của tỏi và nhiều dược tính khác. Mùi được hình thành bởi phản ứng của enzyme allinase với hợp chất sulfur alliin. Enzyme này bất hoạt bởi nhiệt độ là nguyên nhân tỏi nấu chín không có mùi mạnh như tỏi sống và hoạt tính sinh học cũng ít hơn. Tuy nhiên một hợp chất sinh học cao nhất là allicin không tồn tại trong tỏi cho đến khi tỏi bị đập nát kích thích sự hoạt động của enzyme allinase, chất chuyển hóa alliin thành allicin. Thêm vào đó allicin lại tiếp tục chuyển hóa thành vinyldithiines. Quá trình này xảy ra trong vòng vài giờ ở nhiệt độ phòng và vài phút khi đun nóng. Allilcin được phân lập lần đầu tiên những năm 1940 có tác dụng kháng khuẩn chống lại được nhiều viruse, vi khuẩn, nấm và kí sinh trùng. Allicin được mô tả với các khái niệm khác nhau như diallyl thiosulphinate, allylsuiphide hay S-(2-Propenyl) 2-propene-1-sulfinothioate. Phần hoạt động mạnh nhất của phân tử allicin là liên kết đôi S=S với phân tử. Đây là một liên kết rất hoạt động nó mang đến cho allicin đặc tính tuyệt vời là kháng sinh. Trước khi kháng sinh thương mại được sản xuất dịch chiết tỏi được dùng để chữa các bệnh lây nhiễm rộng như kiết lỵ, sốt phát ban, dịch tả, bệnh đầu mùa và bệnh lao. Lớp kháng sinh đầu tiên là sulphonamides. Được phát minh đầu tiên những năm 1930 và lí do nó thành công rực rỡ vì nó chứa nhóm Sulfer hoạt động giống như nhóm Sulfer của allicin. Hình 1.2: cấu trúc allicin ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 3 1.2. Khái quát chức năng của allicin trong tỏi Các hoạt động sinh học của allicin chiết xuất từ tỏi tự nhiên là sự kết hợp của nhiều yếu tố: + Hoạt động chống oxi hóa + Biến đổi protein và enzyme bằng cách tấn công vào nhóm SH Chống đông Tác động làm loãng máu Hạ huyết áp Tác động làm giảm áp lực máu Kháng sinh Giết vi sinh vật gây độc Kháng kí sinh trùng Tiêu diệt kí sinh trùng Kháng nấm Tiêu diệt nấm nhiễm Kháng vi rút Giết chết vi rút Giảm mỡ máu Giảm cholesteron trong máu Giải độc kim loại nặng Loại bỏ chì, thủy ngân và các chất gây độc Chống oxi hóa Loại bỏ và giảm thiểu gốc tự do nguy hiểm Chống lão hóa Giảm thiểu thời gian lão hóa Điều hòa miễn dịch Sữa chữa hệ thống miễn dịch Miễn dịch dịch thể Giúp cho máu lưu thông bình thường Hủy fibrinogen Giảm fibrinogen trong máu Kháng tiểu cầu Giảm tiểu cầu máu vón cục Bảng 1.1: các tính năng của allicin 1.2.1. Hoạt tính kháng khuẩn của allicin Hoạt tính kháng khuẩn của allicin đã được biết trong một thời gian dài. Các mẫu tỏi khác nhau đã được chứng minh tính kháng khuẩn ở một phổ rộng vi khuẩn gram âm, gram dương bao gồm các loài Escherichia, Salmonella, Staphylococcus, Streptococcus, Klebsiella, Proteus, Bacillus, and Clostridium.Thậm chí cả vi khuẩn Mycobacterium tuberculosis cũng nhạy cảm với tỏi. Dịch chiết tỏi cũng có hiệu quả kháng Helicobacter pylori là nguyên nhân gây ung thư dạ dày. Cavalito and Bailey là những người đầu tiên đã chứng minh hoạt tính kháng khuẩn của tỏi chủ yếu là do allicin. Tính nhạy cảm của các chủng vi khuẩn khác nhau với mẫu thủ của allicin là rất quan trọng. Nó được thể hiện trong bảng 2. Hoạt tính kháng khuẩn của allicin hoạt động trong diện rộng. Hầu hết trường hợp liều lượng chết 50% hơi cao hơn các chất kháng sinh mới. Tuy nhiên điều đáng quan tâm là các chủng vi khuẩn khác nhau như kháng methicillin resistant Staphylococcus aureus hay như các loại đa kháng thuốc Escherichia coli, Enterococcus, Shigella dysenteriae, S. flexneni đều được nghiên cứu là nhạy cảm với allicin. ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 4 Bảng 1.2: sự nhạy cảm của các loài vi khuẩn với dịch chiết chứa allicin 1.2.2. Hiệu quả làm giảm cholesteron và lipid của allicin Các nghiên cứu dịch tễ học dài hạn tại nhiều vùng khác nhau cho thấy tỉ lệ mắc bệnh tim mạch vành ( xơ vữa động mạch) thấp nhất ở những nơi dùng nhiều tỏi trong thực phẩm. Người Italia, hy lạp, tây ban nha, và hầu hết dân số châu á và trung quốc có tỉ lệ mắc bệnh xơ vữa động mạch thấp nhất do họ dùng nhiều tỏi hơn người Anh hay Mỹ. Thêm một nghiêm cứu khi theo dõi 3 nhóm người an chay ở Ấn độ. 3 nhóm với chế độ ăn phù hợp với cuộc nghiên cứu. Nhóm 1 ăn nhiều hơn 50g tỏi và hành tây mỗi tuần trong chế độ ăn của họ. Nhóm 2 ăn nhiều hơn 10g tỏi và hành 1 tuần và nhóm 3 không ăn tỏi và hành. Khi phân tích lượng cholesteron trong máu của họ: + Nhóm 1 có mức cholesterol thấp 175 mg/dL. + Nhóm 2 có mức cholesterol trung bình ở Group 200/mgldL + NHóm 3 có mức cholesterol cao nhất 250mg/dL ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 5 1.3. Quá trình sinh tổng hợp của allicin Allicin là 2-propene-1-sulfinothioc axit S-2-propenyl este. Allicin được tạo ra bởi một phản ứng enzyme khi tỏi được nghiền nát . Allicin không tồn tại trong tỏi trong tự nhiên, thay vào đó tỏi chứa alliin amio acid. Enzyme alliinase được lưu giữ trong một ngăn riêng biệt, chỉ khi tỏi bị nghiền nát thì các phản ứng dây chuyền mới bắt đầu xảy ra. Phức hợp Alliin và alliinase enzyme được hình thành khi có sự hiện diện của nước. Phức hợp không bền vững này tiếp tục bị mất nước bởi tác động của pyridoxal phos-phate và chuyển thành allyl sulfenic acid, pyruvic acid and ammonia. Được miêu tả trong hình 2 Hình 1.3: quá trình mất nước của phức hợp alliin- alliinase Allyl sulfenic acid không bền vững và hoạt động rất mạnh ở nhiệt độ phòng. Tiếp tục loại bỏ nước và hai phân tử Allyl sulfenic acid kết hợp để tạo allicin. Hình 1.4: phản ứng tạo nên allicin Ở nhiệt độ phòng những biến đổi enzyme xảy ra trong 10-15 phút. Ph tối ưu là 6.5 và nhiệt độ là 330C . Năng lượng tác động để allicin phân hủy là 14.7kJ/mol. Enzyme alliinase cực kì nhạy cảm với acid. Bằng cách thêm retinol 10-5mol/L và dung dịch hydroxylamine sulfate 5*10-5mol/L. Hiệu xuất chuyển đổi alliin thành allicin có thể lên tới 90%. Người ta cho rằng retinol hoạt động bằng cách ngăn chặn thành phần Flavin của enzyme này Allicin là một chất không bền vững nó dễ dàng biến đổi thành các hợp chất khác vì thế nếu chúng ta không dùng các phương pháp đặc biệt để chế biến, xử lí thì allicin dễ dàng biến thành hợp chất khác trong 1 tới 6 ngày. ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 6 1.4. Tổng hợp allicin Allicin cô lập và tiêu chuẩn hóa khó thực hiện do độ biến động và bền vững cao. Phương pháp thường được sử dụng nhất là oxi hóa sunfide bằng hydro peroxide trong môi trường axid trung bình. Oxi hóa allyl disulfide với m-chloroperbenzoic acid trong chloroform và xử lí dung dịch dichloromethane của allyl disulfide bằng magnesium monoperoxy hydrate trong sự có mặt ammonium-butyl sulfate. Tất cả những phương pháp này được thực hiện ở nhiệt độ thấp và phụ thuộc vào phương pháp tổng hợp và quy trình tinh chế. Trong một nghiên cứu gần đây, allicin được tổng hợp từ allyl disulfide and hydrogen peroxide trong môi trường acid trung bình. Phương trình tổng quát của quá trình tổng hợp được thể hiện Hình 1.5: phương trình tổng hợp allicin bằng tác nhân hydrogen peroxide Cơ chế của phản ứng: ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 7 Hình 1.6: cơ chế của phản ứng tổng hợp allicin bằng hydrogen peroxide Vì năng lượng phân ly của liên kết O-O trong hydro peroxide ( 200KJ/mol) thấp hơn liên kết S-S trong disulfide (301.39 kJ/mol), nó hỗ trợ gốc hydroxyl tấn công phân tử allyl disulfide để tạo thành gốc thiyl và allyl sulfenic acid .Gốc thiyl có thể kết hợp với gốc hydroxyl để tạo allyl sulfenic acid không bền hay nó có thể tái phản ứng với hydrogen peroxide để tạo gốc hydroxyl mới and allyl sulfenic acid. Ngoài ra sự tái tổ hợp của 2 gốc thiyl với allyl sulfide (chất nền ban đầu để tổng hợp allicin) có thể xảy ra. Hai phân tử allyl sulfenic acid tái phản ứng tạo allicin và phân tử nước. II. CHỨC NĂNG ALLICIN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM 2.1. Chức năng tạo mùi tạo vị Allicin là một dạng hợp chất sunfur vì thế ngoài việc Allicin quy định cho các tính chất dược lý của Tỏi, nó quyết định mùi hăng của tỏi.Mùi hăng của Tỏi được hình thành khi bị đập nát do sự tạo thành allicin của phản ứng enzyme allinase và hợp chất sunfur alliin. Enzyme này bất hoạt bởi nhiệt độ là nguyên nhân tỏi nấu chín không có mùi hăng mạnh như tỏi sống . Tuy Nhiên việc phân hủy allicin trong tỏi khi phi tỏi tạo ra các hợp chất tạo mùi thơm là một đặc tính được sử dụng thường xuyên để tăng giá trị cảm quan cho món ăn 2.2. chức năng kháng khuẩn của allicin Allicin có thể sử dụng như một chất phụ gia có khả năng kháng khuẩn cao hơn cả penicilin, có khả năng ức chế tới hơn 70 loại vi khuẩn ở các nồng độ khác nhau. Nồng độ 1 : 125.000 ức chế các vi khuẩn: Bacillus subtilis, Proteus morgani, Salmonella enteritidis, S. paratyphi, S. schottmuelleri, S. typhi, S. typhimurium, Shigella dysenteria, S. paradysenteriae, S. aureus, Streptococcus viridans, Vibrio cholerae. Nồng độ 1 : 85.000 ức chế Streptococcus haemolyticus. Nồng độ 1 : 48.000 ức chế Aerobacter aerogenes, E. coli, Mycobacterium phlei, M. tuberculosis hominis, Salmonella hirschfeldii. Nồng độ 1 : 25.000 ức chế Penicillium cyclopium, Aspergillus fumigatus. Nồng độ 1 : 10.000 ức chế Streptomyces griseus. ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 8 Người ta cho rằng cơ chế tác dụng kháng khuẩn là do allicin khóa nhóm SH của vi khuẩn. Độ độc của allicin: LD50 trên chuột thí nghiệm là 60 mg/kg khi tiêm tĩnh mạch và 120mg/kg khi tiêm dưới da. 2.3. chức năng kháng nấm của allicin Allicin được cho là tác nhân chính chịu trách nhiệm kiềm chế sự phát triển của nấm trong nước chiết của tỏi. Allicin nguyên chất được phát hiện có khả năng kháng nấm với nồng độ tối thiểu là 7 µg/mL. Nghiên cứu của Yamada và Azuma chỉ ra rằng allicin nguyên chất trong thử nghiệm in vitro có tác động chống lại các loài thuộc Candidal, Cryptococcus, Trichophyton, Epidermophyton, và Microsporum ở nồng độ thấp (mức nồng độ allcin thấp nhất nằm trong khoảng 1.57 - 6.25 µg/mL). Allicin ức chế cả sự nảy mầm của bào tử lẫn phát triển sợi nấm. Cơ chế tác động của allicin tới tế bào nấm vẫn chưa được làm sáng tỏ nhưng nó được đặt giả thuyết là do enzyme có nhóm thiol giống như trong các vi sinh vật khác. 2.4. chức năng kháng kí sinh trùng Vài năm trước đây người ta phát hiện ra rằng Entamoeba histolytica, một loài động vật nguyên sinh ký sinh trong ruột người, rất nhạy cảm với allicin, chỉ với nồng độ allicin là 30 µg/mL đã có thể ức chế hoàn toàn sự phát triển của amoeba. Mới đây nhất là phát hiện với nồng độ thấp hơn (5 µg/mL), allicin ức chế được tới 90% chất độc từ cá thể sinh dưỡng E. histolytica bằng cách làm bất hoạt khả năng phá hủy lớp mô tế bào thần kinh của động vật có vú trong thí nghiệm in vitro. Allicin (30 µg/mL) cũng có khả năng ức chế tốt đối với sự phát triển của một số ký sinh trùng khác như Giardia lamblia, Leishmania major, Leptomonas colosoma, và Crithidia fasciculata (Mirelman et al., kết quả chưa công bố). Độc tính của allcin với thành tế bào thần kinh của động vật có vú được quan sát ở nồng độ trên 100 µM. Kết quả đáng ngạc nhiên, tại nồng độ này không có sự phá hủy thành tế bào thần kinh xảy ra cho dù có sự xuất hiện của trùng amip và giai đoạn ủ bệnh đã hoàn thành, điều này đưa tới một giả thuyết về mối quan hệ giữa phân tử allicin đối với ký sinh trùng mục tiêu. Lý do khiến cho tế bào của vi sinh vật đối với allicin nhạy cảm hơn so với tế bào động vật có vú chủ yếu là do tế bào vi sinh vật không có, hoặc có hàm lượng rất ít, glutathione ALLICIN CHẤT CHỐNG OXI HÓA TỰ NHIÊN TRONG TỎI Nhóm 15 Page 9 (hoặc cá phân tử thiol tương tự như trypanothione) và cộng thêm sự thiếu khả năng phục hoạt của các SH-enzyme phân giải các nhóm thiol của allicin. 2.5. chức năng chống oxi hóa Tác dụng chống oxy hóa một cách tự nhiên của tỏi đáng được quan tâm nhiều trong thực tiễn, nhất là mối quan hệ với những tính chất chống xơ cứng động mạch, chống độc hại gan và chống ung thư. Các gốc tự do giữ một vai trò quan trọng trong việc làm đọng cholesterol vào thành mạch. Các gốc tự do còn có tác động lên tế bào ở mức AND, tác động lên quá trình tổng hợp protein và chức năng màng do đó gây xơ cứng động mạch. Trong tỏi chứa các hợp chất ức chế việc hình thành gốc tự do, bảo vệ LDL chống lại sự oxy hóa. Allicin làm tăng enzyme quan trọng chống oxy hóa t