Nghiên cứu quá trình tương tác oxi hóa của polyphenol chiết xuất từ chè xanh đến polyanilin và khả năng ứng dụng chống ăn mòn

1

TẬP ĐOÀN HOÁ CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM


MAI THANH NGA


NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TƯƠNG TÁC OXI HÓA CỦA
POLYPHENOL CHIẾT XUẤT TỪ CHÈ XANH ĐẾN
POLYANILIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHỐNG ĂN MÒN


Chuyên ngành: HOÁ HỮU CƠ
Mã số: 62 44 01 14


LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. LÊ XUÂN QUẾ
2. GS.TSKH. MAI TUYÊN

HÀ NỘI - 2013



2

TẬP ĐOÀN HOÁ CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



MAI THANH NGA



NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TƯƠNG TÁC OXI HÓA CỦA
POLYPHENOL CHIẾT XUẤT TỪ CHÈ XANH ĐẾN
POLYANILIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHỐNG ĂN MÒN



LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC






HÀ NỘI - 2013


3
MỞ ĐẦU
1.

Sự cần thiết của đề tài
Do có tính chất kháng oxi hóa mạnh, polyphenol tự nhiên tách từ chè
xanh được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm,
mỹ phẩm… Đã có nhiều công trình nghiên cứu về thành phần hóa học và tác
dụng chống oxi hóa của hợp chất polyphenol chiết xuất từ chè xanh. Các kết
quả nghiên cứu cho thấy polyphenol có khả năng chống lại quá trình oxi hóa
[32], thể hiện tác dụng kìm hãm đối với sự phát triển của khối u và làm chậm
giai đoạn phát sinh ung thư ở các mô động vật gây u thực nghiệm [77]. Hơn
nữa polyphenol còn có khả năng chống lại quá trình oxi hóa của lipit lớn hơn
so với các chất chống oxi hóa khác như vitamin C và vitamin E [32]. Các
polyphenol trong chè là chất quét gốc tự do hiệu quả vượt trội hơn so với các
polyphenol chiết xuất từ các loại cây khác như nho, đay [72].
Có thể nói polyphenol chè xanh có rất nhiều tác dụng sinh học quý giá.
Ngoài ra hợp chất này còn được sử dụng như một chất ức chế ăn mòn thép CT3
trong axit có hiệu quả [28], [114]. Bên cạnh đó màng polyanilin (PANi) có thể
thụ động hóa kim loại, tự vá lại vết xước màng sơn bảo vệ và là lớp phủ bảo vệ
chống ăn mòn thông minh [28], [35]. Với hoạt tính của polyphenol chè xanh, sự
tương tác với PANi có thể tạo ra vật liệu có tính chất mới, bảo vệ tốt hơn. Đây là
nội dung nghiên cứu kết hợp đặc điểm của hai chất khác nhau nhằm hướng tới
một ứng dụng có hiệu quả hơn. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu quá
trình tương tác oxi hóa của polyphenol chiết xuất từ chè xanh đến polyanilin
và khả năng ứng dụng chống ăn mòn”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là khảo sát quá trình tương tác oxi hóa
của các hợp chất polyphenol và cafein phân lập được từ phụ phẩm chè xanh,

4
với điện cực nền polyanilin trong quá trình tổng hơp bằng phương pháp phân
cực điện hóa.
3. Nhiệm vụ của luận án

Chiết, tinh chế các catechin, cafein từ polyphenol chè xanh Thái Nguyên
và chế tạo màng polyme dẫn polyanilin.
Nghiên cứu tương tác oxi hóa của một số chất phân lập được từ
polyphenol chè xanh với polyme dẫn điện polyanilin.
4. Những đóng góp cơ bản của luận án
Công bố công nghệ mới phân tách catechin chè xanh với hiệu suất cao
và thời gian ngắn bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp điều chế bán công
nghiệp sử dụng cột sắc ký phối hợp Diaion HP20 và Sephadex LH20.
Đã sử dụng phương pháp vi phân nâng cao độ nhạy trong quá trình xử lý
số liệu thực nghiệm xác định chính xác các thông động học trên phổ phân cực
tuần hoàn, góp phần đánh giá chính xác hơn bản chất của quá trình tương tác
của các chất với polyanilin ngay ở gia đoạn khơi mào polyme hóa.
Khảo sát và đánh giá được cơ chế và tác động của epigallocatechingallat
đến quá trình tổng hợp màng polyanilin trên điện cực thép không gỉ. Xác định
được động học của các quá trình khơi mào, phát triển mạch và tắt mạch của
polyme hóa anilin, xác định được một số tính chất của lớp phủ polyanilin có
và không có tương tác epigallocatechingallat.
Đánh giá được cơ chế và động học tương tác của epigalocatechin và
epicatechin đến quá trình oxi hóa khử polyanilin.
Đánh giá được mức độ tương tác của cafein, đến quá trình oxi hóa khử
polyanilin và bước đầu đề xuất cơ chế tương tác giữa cafein và màng polyanilin.

5
- Xác định được khả năng ứng dụng nâng cao thời gian bảo vệ chống ăn
mòn của tương tác giữa các chất epigallocatechingallat, epigallocatechin,
cafein với polyanilin, màng phủ polyanilin có tác động của
epigallocatechingallat, epigallocatechin và cafein đều có thời gian bảo vệ lâu
hơn so với màng polyanilin thuần không có tác động của các hợp chất trên.

6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Polyphenol chè xanh
1.1.1. Cây chè
1.1.1.1. Tên khoa học
Theo PGS. TS Lê Ngọc Công –Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên
thì cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis (L.) O.Kuntze
Cây chè thuộc ngành Hạt kín Angiospermatophyta, lớp Ngọc lan
(hai lá mầm) Magnoliopsida, phân lớp Sổ Dilleniidae, bộ chè Theales,
họ chè Theaceae, chi chè Camellia (Thea). Năm 1753 Carl Von.
Linnaeus nhà thực vật học nổi tiếng người Thụy Điển đã xác định tên
khoa học cây chè là Thea sinensis, được chia thành hai loại: Thea bokea

(chè đen) và Thea viritis (chè xanh) [13],[26].
1.1.1.2. Đặc điểm sinh thái học
Cây chè có nguồn gốc ở Vân Nam (Trung Quốc) sau đó được trồng phổ
biến ở Việt Nam, Nhật Bản, Ấn Độ và nhiều nước châu Á khác [24], [30].
Ở nước ta, chè được trồng chủ yếu ở các tỉnh Phú Thọ, Tuyên Quang, Thái
Nguyên, Quảng Nam, Lâm Đồng, Đắc Lắc, … với tổng diện tích 125.000 ha, sản
lượng hàng năm khoảng 577.000 tấn [30], [96]. Nước ta sản xuất 15 loại chè thương
phẩm khác nhau, trong đó 60% lượng chè xuất khẩu là chè đen [24], [30], [116].
Cây chè sống thích hợp ở vùng khí hậu gió mùa, nhiệt đới ẩm ướt như
vùng đông nam châu Á . Cây chè sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện:
+ Nhiệt độ trung bình: 15- 25
0
+ Lượng mưa trung bình: 1500 – 2000 mm.

+ Độ ẩm tương đối của không khí: 80 – 85 %.

7
+ Đất chua: pH = 4.5-6.
+ Tầng đất dày 1m, nhiều mùn, giàu dinh dưỡng N, P, K kết cấu đất tơi
xốp, dốc thoải vừa thoáng vừa giữ được nước, thuộc loại đất thịt.
* Thân và cành: Cây chè sinh trưởng chỉ có một thân chính. Cành chè
do mầm sinh dưỡng phát triển thành, trên cành chia ra nhiều đốt, chiều dài
biến đổi từ 1-10 cm. Đốt chè càng dài là biểu hiện của giống chè có năng suất
cao. Tùy theo chiều cao, độ to nhỏ của thân và cành người ta chia thành 3
loại: Cây bụi, cây gỗ nhỏ và cây gỗ vừa [6],[24].
* Lá: Lá chè mọc cách trên cành, mỗi đốt có một lá, hình dạng và kích
thước thay đổi phụ thuộc vào giống chè. Chiều dài lá khoảng từ 4-15cm, chiều
rộng 2-5cm. Khi còn non mặt dưới lá có các sợi lông tơ màu trắng, các lá già có
màu lục sẫm. Lá chè có gân rất rõ, rìa lá có răng cưa. Lá chè có màu xanh đến
vàng, thay đổi tùy theo giống, thời gian trồng, chế độ dinh dưỡng và mùa vụ. Lá

có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau: hình thuôn, mũi mác, ô van
Chồi mọc ra từ nách lá, có hai loại chồi: Chồi dinh dưỡng về sau mọc lá
gồm có tôm (phần lá non trên đỉnh chưa xòe) và 2 hoặc 3 lá non. Lá chè già
(chè xanh) được tính từ lá thứ 4 trở đi (gồm các lá bánh tẻ và lá già). Chồi về
sau mọc ra nụ, hoa và quả [6], [24].
* Hoa, quả, hạt: Hoa chè hình thành trên cây 2-3 tuổi, màu trắng. Hoa
chè lưỡng tính. Quả hình tròn, tam giác hoặc vuông tùy theo số lượng hạt bên
trong. Vỏ quả màu xanh khi chín chuyển sang màu nâu và bị nứt ra. Hạt chè
màu nâu hoặc màu đen, hình cầu, bán cầu hay tam giác [6], [24].
* Rễ: Hệ thống rễ gồm rễ cọc ( rễ trụ), rễ dẫn ( rễ nhánh, rễ bên) và rễ
hút. Rễ nhánh dài trên 1mm có màu nâu hay nâu đỏ. Rễ hút hay còn gọi là rễ
hấp thụ có chiều dài dưới 1m, có màu vàng ngà [6], [13], [24].

8
Chè là cây lâu năm, có chu kỳ sống rất dài có thể đạt 60-100 năm hoặc lâu
hơn. Tuổi thọ tối đa của một cây chè thương mại vào khoảng 50-65 năm tùy thuộc
điều kiện môi trường và phương pháp trồng trọt. Chè cho năng suất cao vào mùa
mưa từ tháng 5-11, sau 10-15 ngày thì thu hoạch một lần. hiện nay chè được sử
dụng trong cộng nghiệp chế biến chủ yếu là chè búp (1 tôm và 2-3 lá non).

Hình 1.1: Hình ảnh cây chè
1.1.2. Thành phần hóa học của lá chè
1.1.2.1. Phân loại nhóm hợp chất trong chè
Chè là một loại thức uống truyền thống đã có lịch sử hàng ngàn năm.
Quá trình nghiên cứu về chè trên thế giới đã được thực hiện từ rất lâu. Cũng
như các loại thực vật bậc cao khác, trong chè xanh có nhiều loại hợp chất tự
nhiên, được chia thành hai nhóm lớn [13]:
- Nhóm chất trao đổi bậc 1: Là những chất tham gia vào quá trình trao đổi
chất và quá trình sinh trưởng của cây, như hydratcacbon, lipit và axit amin…là
thành phần không thể thiếu trong quá trình sinh trưởng của thực vật.

- Nhóm chất trao đổi bậc 2: Là những chất không phải để nuôi sống và
phát triển cây cỏ, có thể có mặt ở loại cây này nhưng hoàn toàn không có ở
cây khác, là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao.

9
Đối với cây chè, lá chè là bộ phận có giá trị nhất, nên cũng được các nhà
khoa học quan tâm nghiên cứu. Có thể nói hiện nay thành phần hóa học của lá
chè đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chủ yếu của lá chè [12],[13]
Thành phần
Hàm lượng (%) khối lượng chất khô
Catechin
(-)- Epigallocatechingallate
(-)- Epicatechingallate
(-)- Epigallocatechin
(-)- Epicatechin
(+)- Catechin
(+)- Gallocatechin
Flavonol và flavonol glucozơ
Axit polyphenolic and depside
Diệp lục và các chất màu khác
Cafein
Amino axit
Monosaccarit
Polysacccarit
Xenlulozơ và hemi xenlulozơ
Pectin
Lignin
Protein
Lipit

Các hợp chất dễ bay hơi
25 - 30
8-12
3-6
3-6
1-3
1 -2
3 -4
3 -4
2 -3
0.5 - 0.6
3 -4
4-5
4-5
14-22
4-7
5-6
5-6
14-17
3-5
0,01 - 0,02
1.1.2.2. Một số nhóm hợp chất trong chè
* Ankaloit: Việc nghiên cứu ankaloit trong chè được bắt đầu vào năm
1827 (Bradfield, 1946), hợp chất trong nhóm ankaloit được quan tâm nghiên
cứu nhiều nhất là cafein nó chiếm khoảng 2-5 % về trọng lượng mẫu khô, lá
chè tươi chứa nhiều cafein có thể là một nhân tố quan trọng tạo nên chất lượng

10
của chè xanh (Bhatia, 1964) [12], [13], [29]. Hàm lượng này ít biến đổi trong
quá trình phát triển của lá chè. Điều đáng chú ý là hàm lượng cafein trong lá

chè cao hơn hàm lượng cafein tương ứng trong hạt cà phê (chiếm khoảng 1,5%
trọng lượng khô). Ngoài cafein, trong lá chè còn có các dẫn xuất khác của
metylxanthin như theobromin, theanin với hàm lượng thấp hơn (<0.1%).




Hình 1.2. Cấu trúc của một số ankaloit có trong thành phần lá chè
* Vitamin
Lá chè tươi có nhiều loại vitamin như nhóm vitamin tan trong dầu bao
gồm: vitamin A, vitamin D, vitamin E, vitamin F… và nhóm vitamin tan
trong nước: vitamin B, vitamin PP, vitamin C…. Trong đó vitamin C chiếm
hàm lượng cao nhất, có thể đạt đến 280mg/100g (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Hàm lượng vitamin C trong lá chè [12]
Bộ phận
Búp chè
Lá thứ 1
Lá thứ 2
Lá thứ 3
Lá già
mg/kg
chất khô
7,03
9,99
10,44
7,88
4,83
* Cacbonhydrat
Nhóm cacbonhydrat có mặt trong lá chè bao gồm hợp chất xenlulozơ,
hemi-xenlulozơ và đường tự do. Các gốc đường tự do có mặt trong lá chè bao

gồm glucozơ, fructozơ Các polysaccarit bao gồm có galactozơ, arabinozơ,
axit galacturonic, ribozơ Các đường tự do là nguồn nguyên liệu chính để
tổng hợp catechin trong lá chè. Những nghiên cứu sử dụng glucozơ đánh dấu
H
N
N
O
N
CH
3

N
CH
3

O
H
3
C
N
N
O
N
CH
3

N
CH
3

O
Cafein Theobromin Theanin
O
N
NH
2
COOH

11
bằng nguyên tử
14
C (đồng vị
12
C) đã chỉ ra rằng glucozơ là một trong những
tiền chất của polyphenol và axit amin (ngoại trừ theanin) có trong thành phần
của lá chè [6], [12].
* Các nhóm hợp chất khác
Enzym: Trong búp chè có hầu hết các loại enzym nhưng chủ yếu gồm 2
nhóm: nhóm enzym thủy phân gồm amilaza, glucozidaza, proteaza…; nhóm
enzym oxi hóa khử gồm catalaza, polyphenol oxidaza và peroxidaza…Trong
số các enzym có trong lá chè, enzym polyphenol oxidaza có vai trò quan trọng
trong quá trình oxi hóa nhóm catechin của chè [6], [12].
Protein và axit amin: Hàm lượng protein phân bố không đều ở các thành
phần của búp chè và thay đổi theo giống cũng như điều kiện canh tác và các
yếu tố khác. Protein chiếm hàm lượng khoảng 15% khối lượng chất khô.
Ngày nay người ta tìm thấy trong chè 17 axit amin. Các axit amin cùng với
đường và tanin tạo thành ankaloit. Ankaloit chính là hợp chất tạo nên vị thơm
rất đặc biệt của chè [6].
Chất béo và các axit béo tự do: Các hợp chất lipit, photpholipit và các
axit béo chiếm khoảng 5-6 % khối lượng khô, hàm lượng này biến đổi khá

nhiều tuỳ theo từng giống chè. Các axit béo tự do tìm thấy trong lá chè như
linolenic, linoleic, oleic và panmitic…[6].
Carotenoit: Người ta đã tìm thấy β-caroten, lutein, violaxanthin và
neoxanthin trong lá chè.
Axit hữu cơ: Các axit như citric, tactaric, malic, oxalic, fumaric, cafeic,
quinic, gallic, sucxinic, chlorogenic, neo-chlorogenic, p-coumarylquinic,
ellagic… đã được nhận diện trong lá chè tươi [12].

12
Kim loại: Các chất vô cơ chiếm khoảng 5-6% khối lượng khô, trong đó
chất chiếm hàm lượng nhiều nhất là nhôm, mangan, magie…. Hàm lượng các
chất vô cơ trong lá chè cũng biến đổi nhiều tuỳ theo thổ nhưỡng vùng đất.
Một điều đáng lưu ý là một phần các kim loại, đặc biệt là nhôm, tìm thấy
trong chè dưới dạng phức chelat với các catechin [12].
Các chất dễ bay hơi (tinh dầu chè): Thành phần tinh dầu chè chiếm tỉ lệ
rất thấp trong tổng khối lượng của lá chè (<0.01%). Các thành phần đã được
nhận diện trong tinh dầu chè bao gồm linalol, delta-cardinene, geraniol,
nerolidol, anpha-terpinol, cis-jasmone, indol, betaionon, 1-octanal, indol-3-
cacbinol, beta-caryophyllen [12], [24].
1.1.3. Nhóm hợp chất polyphenol trong chè
1.1.3.1. Giới thiệu về polyphenol
Polyphenol là thành phần chính có trong chè và một số loại thực vật
khác, việc sử dụng polyphenol như một loại hóa chất dùng để chống lại sâu
bọ, côn trùng, chim và các loại động vật. Chè xanh không có các enzym oxi
hoá các polyphenol, nên trong quá trình chế biến (sấy, và lấy hương) không làm
thay đổi các polyphenol trong chè.
Nhóm các hợp chất polyphenol là thành phần được quan tâm nhiều nhất
trong lá chè. Các hợp chất polyphenol của lá chè rất khác với các hợp chất
polyphenol được tìm thấy trong các loài thực vật khác. Trong đó thành phần
chủ yếu là các catechin chiếm hơn 25-30% trọng lượng mẫu khô bao gồm (C,

EC, EGCG, EGC, ECG…) [12], [98].
Ngoài ra trong thành phần polyphenol của chè còn có một số chất khác
với tỉ lệ thấp như các flavonol (quecetin, kaempferol, rutin…), các dẫn xuất
glucozơ như myricetin-3-glucozơ, kaempferol-3-glucozơ, myricetin-3-
rhamnoglucozơ, quercetin-3-rhamnoglucozơ, kaempferol-rhamnodiglucozơ

13
các leucoanthocyanin, các hợp chất polyflavonoit như theaflavin (theaflavin-
3-gallat, theaflavin-3’-gallat, theaflavin-3,3’-digallat), thearubigin
(procyanidin, procyanidin gallat). Các dạng hợp chất như theaflavin,
thearubigin chiếm tỉ lệ rất thấp trong búp chè và lá chè non nhưng tăng dần tỉ
lệ trong các lá chè già hơn [6], [12].
1.1.3.2. Tính chất lý hoá của catechin
Nhóm hợp chất catechin trong chè đã được quan tâm nghiên cứu từ rất lâu,
các dữ liệu về tính chất hóa học, phổ IR, NMR, MS, kết quả phân tích bằng các
phương pháp khác đã được công bố. Catechin của chè thuộc họ flavonoit, nhóm
flavan-3-ol, phân tử có 15 cacbon bao gồm hai vòng 6 cacbon A và B được nối
bởi 3 đơn vị cacbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên tử
oxi (hình 1.3). Cấu trúc của catechin có chứa hai cacbon bất đối ở vị trí 2 và 3,
không chứa nối đôi ở vị trí 2,3 và nhóm 4- oxo [12] [28].

Hình 1.3. Khung cơ bản của hợp chất catechin [12]

Trong thành phần của chè có 6 loại hợp chất catechin chính và một số
lượng nhỏ các dẫn xuất catechin (hình 1.4). Các catechin được chia thành 2
nhóm: nhóm catechin tự do bao gồm C, GC, EC, EGC (vị trí cacbon số 3 có
chứa nhóm thế hydroxyl) và nhóm đã bị este hóa hay nhóm galloyl catechin:
ECG, EGCG (nhóm hydroxyl ở vị trí cacbon số 3 được thay bằng một nhóm
gallat).

14



(+) - Catechin C
15
H
14
O
6
(-) - Epicatechin C
15
H
14
O
6
,
M = 290, t
0
nc
=176
o
C, [α]
D
=+18
o
M = 290, t
0
nc

= 242
o
C, [α]
D
= -69
o





(-)- Epicatechin gallate, C
22
H
14
O
10

(+) - Gallocatechin, C
15
H
14
O
7

M = 442, t
0
nc
=253
o

C, [α]
D
=-177
o

M = 306, t
0
nc
= 188
o
C, [α]
D
= +15
o






(-)-Epigallocatechin C
15
H
14
O
7
,
(-)-Epigallocatechingallate C
22
H

18
O
11

M = 306, t
0
nc
= 276
o
C, [α]
D
= -50
o

M = 458, t
0
nc
= 216
o
C, [α]
D
= -179
o

Hình 1.4. Các hợp chất catechin chính trong chè [15],[26], [58]
(t
0
nc
: Nhiệt độ nóng chảy, M: Khối lượng phân tử, [α]
D:

góc quay cực)
Các hợp chất catechin chính trong lá chè (hình 1.4) đã được tách ra từng
chất ở dạng tinh khiết, ở thể rắn chúng là những chất kết tinh không màu hình
kim hoặc hình lăng trụ, có vị chát dịu hoặc hơi đắng, tác dụng với FeCl
3
cho
kết tủa xanh thẫm hoặc xanh nhạt tuỳ theo số lượng nhóm hydroxyl trong
phân tử. Các catechin đều dễ tan trong nước nóng, rượu, axeton, etylaxetat tạo
HO
HO
OH
OH
OH
O
H
H
HO
HO
OH
OH
OH
O
H
H
HO
HO
OH
OH
O
O

H
H
OC
OH
OH
OH
HO
HO
OH
OH
OH
O
H
H
OH
HO
HO
OH
OH
O
O
H
H
OC
OH
OH
OH
HO
HO
OH

OH
OH
O
H
H
OH
OH

15
thành dung dịch không màu, không tan trong các dung môi không phân cực
hoặc ít phân cực như benzen hoặc clorofom.
Hàm lượng catechin trong búp chè cao nhất đạt khoảng 25-30% trọng
lượng khô. Trong số các hợp chất catechin có mặt trong lá chè, epigallocatechin
gallat (EGCG) là chất có hàm lượng lớn nhất (~ 9%) [83], đồng thời cũng là chất
có khả năng chống oxi hóa, kháng viêm và chống ung thư cao nhất [45]. Tiếp
theo là EGC và ECG (chiếm khoảng 10-20% tổng catechin). Các hợp chất
catechin (C, EC, GC) còn lại có hàm lượng thấp và không phải là thành phần đặc
trưng của chè do còn được tìm thấy trong ca cao, nho, táo, hành…
Hàm lượng của các catechin trong lá chè luôn luôn thay đổi, phụ thuộc
vào giống chè, thời kỳ sinh trưởng, bộ phận cây chè, vị trí các lá trên búp chè
và các yếu tố khác về thổ nhưỡng, khí hậu, cách chăm bón…. Trong quá trình
phát triển của lá chè, dưới tác dụng của các enzym, các catechin bị chuyển
dần thành các hợp chất tannin và giảm dần hàm lượng trong lá trưởng thành
[12], [13], [38], [59].
Bảng 1.3. Hàm lượng catechin trong từng bộ phận của chè [12]

Catechin
Lá thứ 1
Lá thứ 2
Lá thứ ba

Lá già
Cọng búp
GC
EC
ECG
EGC
EGCG
32.15
45.52
138.52
122.10
580.57
31.04
47.84
132.27
152.27
577.93
28.34
45.13
103.08
206.42
435.78
25.36
45.24
103.09
232.36
432.04
68.9
65.45
87.98

222.08
293.45
Tổng
918.86
941.35
818.75
838.09
737.86
Đơn vị: mg/g chế phẩm chiết bằng etylaxetat.


16
1.1.3.3. Sinh tổng hợp catechin trong lá chè
Hiện nay, cơ chế về quá trình sinh tổng hợp các catechin trong lá chè
vẫn chưa được giải thích một cách đầy đủ do thành phần tương đối đặc biệt
của các catechin trong lá chè. Xét theo khung cơ bản gồm 3 vòng A, B, C
(hình 1.3, 1.4), cấu trúc của họ flavonoit được chia làm 2 phần [6], [12]:
- Phần C6-C3 (Vòng B+3C), xuất phát theo chu trình axit shikimic dẫn đến
dẫn chất phenylpropan.

Hình 1.5. Chu trình sinh tổng hợp tạo thành phenylpropan
- Phần C6 (vòng A) xuất phát từ 3 đơn vị axetat dẫn đến axit triaxetic



Hai phần này đóng vòng ghép lại thành mạch chính chalcon. Từ chalcon
hình thành nhiều dẫn xuất khác nhau của họ flavonoit.
Trong trường hợp chalcon và các dẫn xuất của chalcon, mạch 3C
không đóng vòng. Còn phần lớn các trường hợp khác mạch 3C đóng vòng với
vòng A tạo thành vòng 6 dị thể chứa 1 nguyên tử oxi.

COOH
OH
ATP
HO
OH
COOH
O
OH
Axit shikimic 5-photphoshikimic
OH
+
H
2
C=C-COOH
O
P
P
COOH
O
O
OH
C =CH
2
COOH
+H
2
O
+H
3
PO

4

HOOC
OH
Axit photpho enol pyruvic
3-enol pyruvyl shikimat-5- photphat
P
CH
2
COCOOH
+ NH
3
-CO
2
CH
2
-CH-COOH
Tyrosin
OH
NH
- NH
3
OH
CH=CH-COOH
OH
HC
CH
O

C

HO
Axit paracoumaric
CH
3
-COOH + HCH
2
-COOH
CH
3
-CO-CH
2
-COOH + H
2
O
Axit axetoaxetic
CH
3
-CO-CH
2
-COOH +HCH
2
-COOH
CH
3
-CO-CH
2
-CO-CH
2
-COOH + H
2

O
Axit triaxetic

17








Hình 1.6. Quá trình hình thành chalcon [12]
Qua các kết quả nghiên cứu, sơ đồ sinh tổng hợp sau được đề nghị cho
các hợp chất catechin trong lá chè.


3- Deoxi- D-arabino
hepurronic axit -7-
photphat
( Vòng B)
Axit
5- Dehydroshikimic
Axit phenyl
axetic
Axit
5- Hehydroquiric
Axit shikimic
Axit phenyl
byruvic

Axit t-cinamic
Glucozơ
Malonyl-
CoA
( Vòng A)
p-Coumaric- CoA
Axit
Protocatechic
Axit caffeic
Axit gallic
Chalcon
2,4,4
’
,6
’
-
Pentahydroxichalcon
2,4,4
’
,6
’
-
Tetrahydroxichalcon-2- O-
glucozơ
(-)-EC
(-)-EGC
(-)-EGC
(-)-EGCG
Chu trình
Shikimic

(Tạo vòng B)
Chu trình
Axit axetic
Axit malonic
(Tạo vòng A)
Hình 1.7. Chu trình sinh tổng hợp hình thành các hợp chất catechin [12]

H-CH
2
O
COOH
O
+
C
HO
HC
CH
O
CH
2
O
COOH
O
C
HC
CH

O
Enol
O

O
-H
2
O
O
OH
C
HC
CH

O
H
H
H
H
H
B
A

Chalcon
OH

O
OH
OH
HO
OH
OH

18
1.1.3.4. Biến đổi sinh hóa của nhóm hợp chất catechin
Quá trình biến đổi catechin trong chè đã được nghiên cứu và công bố,
quá trình chuyển hóa này bị chi phối bởi enzym polyphenol oxidase, được xác
định thông qua hiện tượng oxi hóa không cần oxi. Hiện nay enzym
polyphenol oxidase đã được tách ra ở dạng tự do với thành phần cấu trúc
chính là protein chứa nhân ion đồng [12], [59]. Enzym trong lá chè có cấu
trúc riêng, trong quá trình phát triển của lá chè, enzym sẽ chuyển hóa dần các
hợp chất catechin thành các tannin bậc cao (hình 1.8) [115].














Hình 1.8. Quá trình oxi hóa các hợp chất catechin trong chè [69]
Để sản xuất chè xanh, lá chè được vò và đem sấy để triệt tiêu hoạt tính của
các enzym trong lá chè bằng nhiệt hoặc hơi nước ngay khi bắt đầu chế biến nên
không xảy ra hiện tượng oxi hoá, do đó hàm lượng polyphenol hầu như không
thay đổi trong quá trình chế biến, không xảy ra hiện tượng oxi hóa các catechin.
HO
HO

OH
OH
OH
O
Catechin
HO
HO
OH
OH
OH
O
Gallocatechin
OH
PPO
PPO
HO
HO
O
O
OR
1
O
Catechin quinon
O
Gallocatechin quinon
HO
HO
O
OR
2

O
OH

PPO
R
1
, R
2
: Hydro/gallate
Theaflavin
HO
HO
OH
O
OR
1
O
HO
HO
OR
2
O
ỎH

OH
OH
OH
OH
- OOC
+ catechin, gallocatechin

Thearubigin
PPO: Polyphenol oxidase

19
Vì vậy nếu thực hiện quy trình tốt, hàm lượng các hợp chất catechin trong sản
phẩm chè xanh tương đương với chè nguyên liệu ban đầu.
1.1.3.5. Tác dụng chống oxi hóa của nhóm catechin
* Quá trình oxi hóa và nguyên nhân gây bệnh do mất cân bằng oxi hóa
Theo các nghiên cứu đã được công bố [70], [79], [97], [100], [108], một số
bệnh như ung thư, tim mạch, lão hóa …có liên hệ rất gần với các quy luật về quá
trình oxi hóa trong tế bào sống. Các quá trình oxi hóa, diễn ra dưới tác dụng của
các gốc tự do, trong tế bào là cần thiết để tạo ra năng lượng hoặc trong các quá
trình tổng hợp axit nucleic, protein, hocmon
Gốc tự do là những hợp chất hoạt động mạnh, được tạo ra trong cơ thể
trong quá trình trao đổi chất hay được đưa vào từ bên ngoài do vi sinh vật hay
vi rút. Các gốc tự do được tạo thành gồm các gốc có hoạt tính cao như
hydroxyl (OH), ion sắt (Fe
2+
), đồng hydroxit Cu(OH)
2
, những gốc tự do hoạt
tính trung bình và yếu như superoxit anion O
2
.
, peroxyl (ROO
.
), hydrogen
peroxit H
2
O

2
, singlet oxi (O
.
), nitric oxit (NO
.
), peroxinitrit (ONOO
.
), ankoxyl
(RO
.
)….Gốc tự do trong tế bào sinh ra trong quá trình sinh dưỡng được kiểm
soát chặt chẽ thông qua quá trình kháng oxi hóa nội tại bằng các hợp chất như
glutathion, vitamin E, vitamin C và enzym superoxit dismutat, ngoài ra cơ thể
còn có các tế bào như neutrophil, monoxit, B-cell… có khả năng chống lại các
yếu tố oxi hóa ngoại lai xâm nhập.
Tuy nhiên, trong tế bào có thể xuất hiện hiện tượng các gốc tự do được
tạo ra quá nhiều do mất cân bằng trong hoạt động hoặc do các yếu tố bên
ngoài như các chất độc, do nhiễm vi sinh vật, ozon, bức xạ UV, nhiễm phóng
xạ, do thuốc lá Các gốc tự do dư thừa, khi cơ thể thiếu các yếu tố bảo vệ để
ngăn chặn, có khả năng tương tác, phá hủy màng lipit không bão hoà của tế
bào, làm giảm khả năng bảo vệ tế bào, dẫn đến sự xâm nhập của các tác nhân

20
gây bệnh từ bên ngoài, oxi hóa các nucleic bazơ làm thay đổi cấu trúc ADN,
dẫn đến các quá trình đột biến, phát sinh các khối u, ung thư, làm hỏng cấu
trúc các protein mang nhóm SH (các protein này đóng vai trò rất quan trọng
như là chất mang hoặc chất hoạt hóa enzym trong quá trình hô hấp), gây ra
các bệnh nghiêm trọng về đường hô hấp….
Các gốc tự do dư thừa là nguồn gốc phát sinh các bệnh nguy hiểm nên
các nghiên cứu đều hướng tới việc khảo sát khả năng chống oxi hóa, quét gốc

tự do trong quá trình tìm kiếm các hợp chất trong thiên nhiên có khả năng
ngăn chặn hoặc chữa bệnh.
* Tính kháng oxi hóa của nhóm hợp chất catechin
Công thức hóa học của các flavonoit với sự có mặt của các hydrogen
phenolic thể hiện khả năng kháng oxi hóa mạnh. Công thức cấu tạo catechin
với nhiều nhóm hydroxyl (5 nhóm OH ở catechin, 6 nhóm OH ở
gallocatechin, 8 nhóm OH ở catechin gallate và 9 nhóm OH ở gallocatechin
gallat) đảm bảo khả kháng oxi hóa rất mạnh của nhóm hợp chất catechin.
Khi thực hiện khảo sát khả năng kháng gốc tự do trên các gốc tự do tổng
hợp như DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhidrazyl), các catechin thể hiện hoạt
tính vượt trội so với các chất kháng oxi hóa đối chứng như vitamin C, vitamin
E, trolox (các catechin thể hiện hoạt tính mạnh hơn từ 3 đến 6 lần). [42], [51],
[54], [84], [113].
Hoạt tính kháng oxi hóa của nhóm catechin thể hiện một sự khác biệt về
mối tương quan cấu trúc so với các hợp chất khác họ flavonoit. Khi so sánh
với hợp chất flavonoit có hoạt tính quét gốc tự do mạnh nhất trong môi trường
phân cực quercetin [59], các hợp chất C và EC, do trong công thức thiếu sự
liên hợp giữa vòng A và vòng B, có hoạt tính quét gốc tự do kém hơn, các
gallat catechin như EGCG và ECG có hoạt tính trội hơn. Sự khác biệt về khả

21
năng của EGCG và ECG được giải thích dựa trên số lượng lớn các nhóm
hydroxil trong công thức, cho phép tiếp nhận electron dễ dàng hơn [59]. Hoạt
tính kháng oxi hóa của các catechin trong chè, tính theo tỷ lệ mol, trong thử
nghiệm chống lại sự hình thành các gốc tự do DPPH trong dung dịch nước
được xếp theo trật tự giảm dần như sau: epicatechin gallat ≈ epigallocatechin
gallate > epigallocatechin > gallic axit > epicatechin ≈ catechin (hình 1.9)
[77]. Với hàm lượng catechin tổng chiếm khoảng 25-30% khối lượng khô,
chè và dịch chiết chè cũng thể hiện tính kháng oxi hóa rất mạnh trong các thử
nghiệm, kết quả tính toán cho thấy thành phần catechin đóng góp khoảng 70-

80% khả năng kháng oxi hóa của chè [77], [101].

Hình 1.9. Biến đổi của catechin trong quá trình quét gốc tự do [77]

22
Khi tiến hành thử nghiệm khả năng kháng oxi hóa lipit màng tế bào
(LDL), chống oxi hóa các axit béo, hay quét các gốc tự do superoxyl,
hydroxyl… trong môi trường lipit ở các thử nghiệm vitro và in vivo, các hợp
chất catechin đều thể hiện khả năng phản ứng rất mạnh, mạnh hơn nhiều so
với vitamin E, C và cả quercetin [61], [102], [103]. Do đặc điểm gần với môi
trường trong cơ thể sống, các thử nghiệm kháng oxi hóa trong môi trường
lipit mô tả đầy đủ hơn triển vọng ứng dụng dược lý của các hợp chất. Đối với
khả năng ức chế quá trình peroxit lipit, các catechin của chè được xếp theo
trật tự sau: EGCG>ECG>EGC>EC; khả năng quét gốc tự do sinh ra trong quá
trình peroxit lipit thì ECG > EGCG > EC > EGC; khả năng quét gốc tự do
.
OH giảm theo trật tự ECG > EC > EGCG > EGC [53], [77], [117]. Các kết
quả nói trên đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu về tác dụng cụ thể của các hợp
chất catechin lên các bệnh ở người và khả năng sử dụng trong quá trình ngăn
ngừa và chữa trị bệnh. Nhờ khả năng ngăn chặn có hiệu quả các quá trình oxi
hóa, đặc biệt là quá trình oxi hóa lipit, nhóm chất này còn được quan tâm sử
dụng trong các sản phẩm thuộc các lĩnh vực khác như mỹ phẩm và thực
phẩm. Trong các lĩnh vực này, do đặc điểm xuất phát từ thiên nhiên, an toàn,
chè và các chất từ chè đang được sử dụng chủ yếu như một phụ gia chống oxi
hóa nhằm thay thế các phụ gia tổng hợp thường dùng khác. Trong mỹ phẩm,
chè và các chất từ chè được bổ sung vào các sản phẩm như chăm sóc cá nhân
(kem đánh răng, kem dưỡng da, sữa tắm…), các sản phẩm tẩy rửa (nước rửa
chén, sữa tắm, dầu gội…), sản phẩm tẩy mùi, diệt khuẩn nhẹ…Trong thực
phẩm, ngoài khả năng kháng oxi hóa trong các sản phẩm như bánh kẹo , chè
còn được sử dụng như một dạng thực phẩm chức năng nhằm tăng cường khả

năng phòng bệnh của cơ thể. Trong công nghiệp sử dụng vào quá trình chống
ăn mòn kim loại thân thiện với môi trường [30], [106]


23
1.1.4. Ứng dụng của chè xanh
1.1.4.1. Ứng dụng dược lý
Chè được sử dụng là một phương thuốc trong y học Phương đông từ rất
lâu. Tuy nhiên các hiểu biết về cơ chế tác động của chè mới được bắt đầu
nghiên cứu mạnh mẽ ở thế kỷ 20. Trước đây cho rằng các tác dụng của chè là
do tác động của cafein và vitamin C. Bắt đầu từ khoảng thập niên 70 của thế
kỉ 20, việc nghiên cứu chi tiết về chè đã chỉ ra rằng những tác dụng về mặt
dược lý của chè là do sự có mặt của rất nhiều các nhóm hợp chất catechin
trong chè. Nhiều công trình đã công bố về tác dụng của chè và các chất chiết
ra được từ chè có khả năng chữa được nhiều bệnh khác nhau như bệnh ung
thư, bệnh về đường tim mạch, bênh tiểu đường, bệnh parkison, bệnh béo phì,
bệnh sỏi thận, bệnh về đường tiêu hoá, bệnh răng miệng… ngoài ra trong chè
còn có tác dụng giảm lượng cholesterol, làm giảm sự nhiễm độc do kim loại,
do phóng xạ…[32], [45]
Tác dụng ngăn chặn và chữa bệnh ung thư của chè và các hợp chất
catechin được nghiên cứu mạnh mẽ nhất. Khi nghiên cứu in vivo, nhiều
nghiên cứu cho thấy chè và các chất trích ly từ chè như EGCG, EGC, ECG…
của chè có khả năng tương tác, ngăn chặn và hạn chế quá trình khơi mào, hình
thành và phát triển của tế bào ung thư. Trong gia đoạn khơi mào, các hợp chất
catechin trung hoà các tác nhân bị kích hoạt bởi cytochrome P450 enzym, các
tác nhân này có khả năng tương tác làm thay đổi cấu trúc của ADN, ngăn
chặn sự tạo thành nitrosamin, một nhóm các hợp chất phát sinh từ khuốc lá,
thịt, cá nấu chín, các tác nhân được cho là có thể gây ung thư. Các thử nghiệm
in vivo cho thấy khả năng tương tác trực tiếp và tăng cường hiệu quả của
EGCG, EC vào hệ thống bảo vệ bằng enzym của tế bào, hạn chế sự hình

thành các tác nhân gây biến đổi trong tế bào [32], [45].

24
Trong giai đoạn bắt đầu của tế bào ung thư, EGCG có khả năng ức chế
AP-1, một chất dẫn truyền khơi mào cho sự phát triển của tế bào ung thư da,
thể hiện khả năng ngăn chặn enzym độc (ví dụ protein kinase kích hoạt trong
giai đoạn phát triển của tế bào ung thư, ức chế hoạt động của telomerase, làm
giảm thời gian sống của tế bào ung thư…).
Khi quá trình ung thư diễn ra, EGCG có thể can thiệp, ức chế hoạt động
của urokinase, enzym đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển và
biến đổi của tế bào ung thư, phá huỷ các dạng biến đổi đặc thù của tế bào gây
ra do adevirus hay ngăn chặn quá trình tổng hợp ADN trong tế bào ung thư
hepatoma, leukemia và ung thư phổi…
Các kết quả nghiên cứu in vivo và các kết quả nghiên cứu trên động vật
như chuột, thỏ đều cho kết quả rất tốt về khả năng ngăn chặn ung thư của các
hợp chất catechin trong chè. Một số công trình công bố catechin có khả năng
ngăn chặn ung thư ở người như ung thư vòm họng, ung thư đường tiêu hoá,
làm giảm khối u ung thư vú…tuy nhiên kết quả cũng mới mang tính cục bộ,
chưa đạt được sự thống nhất cao.
1.1.4.2. Ứng dụng trong thực phẩm
Chè xanh có tác dụng giải khát, tăng cường chất dinh dưỡng và ngăn ngừa
bệnh nhờ vào các chất có hoạt tính sinh học cao có trong lá chè. Nó đã trở thành
nguyên liệu quan trọng để chế biến nhiều loại thức ăn, đồ uống khác nhau ở rất
nhiều nước trên thế giới. Phần lớn chè xanh được sử dụng làm đồ uống. Tuy
nhiên ngày nay, khuynh hướng sử dụng chè xanh trong chế biến thức ăn rất được
phát triển. Các loại bánh kem chè xanh, bánh gatô chè xanh, kem chè xanh,
thạch chè xanh, mì ăn liền chè xanh, sandwich chè xanh đang được tiêu thụ
mạnh ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh, Mỹ, Úc. Trong đó, Nhật Bản là nước có
nhiều loại đồ uống và thức ăn được chế biến với chè xanh [1].

25
1.1.4.3. Ứng dụng trong mỹ phẩm
Một số ứng dụng của polyphenol trong mỹ phẩm như kem đánh răng,
nước rửa chén bát, dầu gội đầu
1.1.5. Các nghiên cứu cơ bản về polyphenol trong chè
1.1.5.1. Các nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam chè có vai trò quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế
quốc dân, là một trong các nước xuất khẩu và sử dụng chè hàng đầu trên thế
giới. Nên hầu hết các công trình, các giáo trình đã công bố và biên soạn chủ
yếu tập trung vào nghiên cứu điều kiện chăm sóc và chọn giống chè, các quy
trình chế biến nhằm nâng cao năng suất, chất lượng của chè. Có rất ít các
công trình nghiên cứu nhằm khai thác và sử dụng các hợp chất có hoạt tính
sinh học, đặc biệt là những nghiên cứu về hóa học và tác dụng sinh học của
polyphenol khai thác từ chè Việt Nam phục vụ cho y học và phục vụ ngành
công nghiệp vẫn là một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới mẻ.
Về phân tích thành phần hóa học và định lượng
Năm 1984 KM.Dzemukaze, đã nghiên cứu hệ thống thành phần hóa học
và hàm lượng các thành phần trong các loại lá chè khác nhau tại Bắc bộ cho
thấy polyphenol trong chè tập trung chủ yếu ở búp chiếm khoảng 25-30%
trong lượng khô [12].
Năm 1989 viện chè Phú Hộ cũng tiến hành khảo sát thành phần hóa học
và định lượng hàm lượng các chất các giống chè trung du trồng thử nghiệm
tại các nông trường của viện và nhận thấy trong chè chủ yếu là polyphenol
chiếm đến hơn 19% trọng lượng lá chè tươi [24].
Trong những năm gần đây một số tác giả công bố một số công trình về
phân tích định lượng hàm lượng polyphenol trong chè như: Vũ Anh Tuấn và