Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đánh giá hoạt tính sinh học của nano astaxanthin

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

63
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học "Nghiên cứu đánh giá hoạt tính sinh học của nano astaxanthin" trình bày các nội dung chính sau: Nghiên cứu hình thái và sự phân bố kích thước hạt của nano astaxanthin; Nghiên cứu đánh giá một số hoạt tính sinh học của nano astaxanthin ở mức độ in vitro.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đánh giá hoạt tính sinh học của nano astaxanthin

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO 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 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO 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 Tên tiếng Việt Food and Drug Cơ quan Quản lý Thực phẩm và FDA Administration Dược phẩm Hoa Kỳ BKT β - carotene oxygenase Enzyme β - carotene oxygenase Enzyme β -carotene CrtR-b β -carotene hydroxylase hydroxylase Vi tảo lục Haematoccocus H. pluvialis Haematoccocus pluvialis pluvialis NF-KB Nuclear factor kappa B Yếu tố nhân kappa B RNA Ribonucleic acid Acid ribonucleic DNA Deoxyribonucleic acid Acid deoxyribonucleic HDL High Density LipoproteinLipoprotein tỉ trọng cao CT Computer tomography 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 nano- Astaxanthin lecithin nano- Lec NS liposol liposol Fourier Transform Infared Quang phổ chuyển đổi hồng 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 Fetal bovine serum Huyết thanh thai bò ORO Oil Red O Dầu đỏ Transmission electron TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua microscopy phương pháp tán xạ ánh sáng DLS Dynamic Light Scattering động HepG2 Các dòng tế bào gan người HT29 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,
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.
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