Nghiên cứu chiết xuất hoạt chất sulforaphane có tác dụng phòng chống vi khuẩn helicobacter pylori từ một số rau họ cải của việt nam

MỤC LỤC
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI RAU HỌ CẢI ....................................................3
1.1.1. Thành phần hoạt chất của các loại rau họ Cải ...............................................3
1.1.2. Giới thiệu một số rau họ cải Việt Nam..............................................................4
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SULFORAPHANE..................................................8
1.2.1. Giới thiệu về glucosinolate ...............................................................................8
1.2.2. Enzyme myrosinase.........................................................................................14
1.2.3. Sự hình thành, cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của sulforaphane ...........16
1.2.4. Tính chất dƣợc lý có lợi cho sức khỏe của Sulforaphane ...............................17
1.2.5. Cơ chế tác dụng của Sulforaphane ..................................................................19
1.2.6. Tính an toàn của Sulforaphane ........................................................................20
1.2.7. Vi khuẩn Helicobacter pylori .........................................................................20
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÁCH CHIẾT VÀ THU NHẬN
HOẠT CHẤT SINH HỌC SULFORAPHANE ....................................................23
1.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới ...........................................................................23
1.3.2. Các nghiên cứu trong nƣớc .............................................................................30
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................33
2.1. VẬT LIỆU .........................................................................................................33
2.1.1. Nguyên liệu rau họ cải ....................................................................................33
2.1.2. Hóa chất ..........................................................................................................33
2.1.3. Thiết bị ............................................................................................................33

2.2. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .........................................................................34
2.2.1. Phƣơng pháp lấy mẫu ......................................................................................34
2.2.3. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng hoạt chất ...................................................35
2.2.4. Phƣơng pháp thử tác dụng diệt vi khuẩn Helicobacter pylori(HP) ................38
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu. ..............................................................................39
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................39
2.3.1. Nghiên cứu lựa chọn rau nguyên liệu và thời điểm thu hoạch thích hợp cho
thu hồi hoạt chất Sulforaphane với hàm lƣợng cao. .................................................39
2.3.2. Nghiên cứu ứng dụng Enzyme myrosinase thủy phân glucosinolates trong rau
nguyên liệu để nâng cao hàm lƣợng hoạt chất ..........................................................40
2.3.3. Khảo sát một số yếu tố chiết xuất ảnh hƣởng tới khả năng chiết xuất thu nhận
sulforaphane từ một số rau họ cải Việt Nam .........................................................40
2.3.4. Bƣớc đầu đánh giá hiệu quả phòng chống vi khuẩn Helicobacter pylori của
chế phẩm có chứa hoạt chất sinh học ở điều kiện in vitro ........................................42
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................43
3.1. Ảnh hƣởng của lựa chọn rau nguyên liệu và thời điểm thu hoạch thích hợp tới
hàm lƣợng hoạt chất Sulforaphane (SFN) .............................................................43
3.1.1. Ảnh hƣởng của lựa chọn rau nguyên liệu đến hàm lƣợng hoạt chất SFN ......43
3.1.2. Ảnh hƣởng của độ tuổi rau nguyên liệu thu hoạch đến hàm lƣợng hoạt chất
SFN............................................................................................................................45
3.2. Nghiên cứu ứng dụng enzyme myrosinase thủy phân glucosinolates trong rau
nguyên liệu để nâng cao hàm lƣợng hoạt chất sulforaphane ................................47
3.2.1. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo
hoạt chất sulforaphane...............................................................................................47
3.2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................49
3.2.3. Ảnh hƣởng của thời gian tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................51

3.2.4. Ảnh hƣởng của pH tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................52
3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố công nghệ tới khả năng chiết xuất
hoạt chất sulforaphane. ..........................................................................................54
3.3.1. Ảnh hƣởng của công suất siêu âm tới khả năng chiết xuất hoạt chất SFN .....54
3.3.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu tới khả năng chiết xuất hoạt chất
sinh học sulforaphane ................................................................................................57
3.3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly tới khả năng chiết xuất hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................59
3.3.4. Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng tới khả năng chiết xuất hoạt chất sulforaphane
...................................................................................................................................60
3.3.5. Ảnh hƣởng của thời gian trích ly tới khả năng chiết xuất hoạt chất SFN .......62
3.3.6. Xây dựng quy trình công nghệ tách chiết Sulforaphane quy mô phòng thí
nghiệm .......................................................................................................................64
3.4. Kết quả tác dụng diệt Helicobacter pylori .........................................................66
KẾT LUẬN ..............................................................................................................67
ĐỀ XUẤT .................................................................................................................68
PHỤ LỤC .................................................................................................................74
PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM
GIẤY XÁC NHẬN ĐĂNG BÁO


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu của tôi
đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Tất Thắng Viện Cơ
điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch và PGS.TS Đỗ Thị Hoa Viên trƣờng
Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên cứu, học
viên, sinh viên đang làm việc tại phòng thí nghiệm Trung tâm kiểm tra chất lƣợng
Nông sản thực phẩm Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin đƣợc đăng

tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của
luận văn.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với sự cam đoan trên.
Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2015
Tác giả luận văn ký tên

Dƣơng Thị Thu hằng


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi
đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy, cô giáo, gia đình và bạn
bè sự chỉ bảo động viên từ các cán bộ nghiên cứu phòng thí nghiệm Trung tâm Nghiên
cứu và kiểm tra chất lƣợng Nông sản thực phẩm, Viện Cơ điện nông nghiệp và Công
nghệ sau thu hoạch, cùng các Thầy Cô trong Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ
thực phẩm và tôi cũng luôn nhận đƣợc sự giúp đỡ của bạn bè và ngƣời thân.
Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới các Thầy Cô hƣớng dẫn:
TS Nguyễn Tất Thắng (Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch)
và PGS.TS. Đỗ Thị Hoa Viên (Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm
Đại học Bách Khoa Hà Nội) đã luôn quan tâm chỉ bảo, tận tình giúp đỡ và động
viên tôi trong suốt thời gian nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu chế biến Nông sản
thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Và tôi xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, ngƣời thân đã luôn theo dõi, giúp
đỡ và động viên để tôi có thể hoàn thành tốt luận án thạc sĩ này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng môn lớp 13B.CNSH đã cùng tôi đồng
hành, cùng tôi trải qua những năm Học viên dƣới mái trƣờng ĐHBKHN thân yêu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những ngƣời thân trong gia đình và toàn
thể bạn bè đã luôn là điểm tựa tinh thần vững chắc, chăm lo, động viên tôi, giúp tôi
hoàn thành tốt Luận văn.

Hà nội, ngày 20 tháng 9 năm 2015

Dƣơng Thị Thu Hằng


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Tên

Ký hiệu

Helicobacter pylori

H. pylori

Sulforaphane

SFN

Glucosinolate

GLS

Isothiocyanate

ITC

Rau mầm

RM

Trƣởng thành

TT

Chất khô

CK

sắc ký lỏng cao áp

HPLC


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Hàm lƣợng glucosinolate ở một số loại rau họ cải .....................................4
Bảng 1.2: Thành phần hóa học trong 100 gam rau súp lơ ..........................................6
Bảng 1.3: Tên thông thƣờng và tên hoá học của các GLS thƣờng tìm thấy trong rau
thuộc họ cải [34]........................................................................................................10
Bảng 1.4: Một số ITCs đã đƣợc nghiên cứu về hoạt tính chống ung thƣ ................14
Bảng 1.5. Một số nghiên cứu chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học hỗ trợ bằng
siêu âm.......................................................................................................................28
Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của lựa chọn rau nguyên liệu đến hàm lƣợng hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................43
Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của độ tuổi rau nguyên liệu thu hoạch đến hàm lƣợng hoạt
chất SFN ....................................................................................................................45
Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme tới quá trình thủy phân glucosinolates
tạo hoạt chất sulforaphane .........................................................................................48
Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt
chất sulforaphane ......................................................................................................50
Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của thời gian tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt

chất sulforaphane ......................................................................................................51
Bảng 3.6. Ảnh hƣởng của pH tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................53
Bảng 3.7. Ảnh hƣởng của công suất siêu âm tới khả năng chiết xuất hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................54
Bảng 3.8: Ảnh hƣởng của các loại dung môi tới khả năng chiết xuất hoạt
sulforaphane ..............................................................................................................56
Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu tới khả năng chiết xuất hoạt
chất sulforaphane ......................................................................................................58
Bảng 3.10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly tới khả năng chiết xuất hoạt chất
sulforaphane ............................................................................................................. 59
Bảng 3.11: Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng tới khả năng chiết xuất hoạt chất SFN .61
Bảng 3. 12: Ảnh hƣởng của thời gian trích ly đến khả năng chiết xuất sulforaphane
...................................................................................................................................62
Bảng 3.1: kết quả đo đƣờng kính vòng vô khuẩn hoạt chất ......................................66


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Công thức hoá học chung của glucosinolate...............................................9
Hình 1.2: Sinigrin và sản phẩm thủy phân của sinigrin ............................................11
Hình 1.3: Một số sản phẩm thuỷ phân của GLS .......................................................12
Hình 1.4: Cấu trúc hoá học chung của isothiocyanate ..............................................13
Hình 1.5: Cơ chế của glucosinolate khi xúc tác bởi enzyme myrosinase .................15
Hình 1.6. Quá trình chuyển hóa Glucoraphanin thành Sulforaphane trong thực vật 16
Hình 1.7. Cấu trúc sulforaphane ...............................................................................17
Hình 2.1: Đƣờng chuẩn sinigrin ................................................................................37
Hình 2.2: Đồ thị đƣờng chuẩn sulforaphane .............................................................38
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của lựa chọn rau nguyên liệu đến hàm lƣợng hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................44
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của độ tuổi rau nguyên liệu thu hoạch đến hàm lƣợng hoạt

chất SFN ....................................................................................................................46
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme tới quá trình thủy phân glucosinolates
tạo hoạt chất sulforaphane .........................................................................................48
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt
chất sulforaphane ......................................................................................................50
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời gian tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt
chất sulforaphane ......................................................................................................52
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của pH tới quá trình thủy phân glucosinolates tạo hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................53
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của công suất siêu âm tới khả năng chiết xuất hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................55
Hình 3.8: Ảnh hƣởng của các loại dung môi tới khả năng chiết xuất hoạt
sulforaphane ..............................................................................................................57
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của tỉ lệ dung môi/nguyên liệu tới khả năng chiết xuất hoạt
chất sulforaphane ......................................................................................................58


Hình 3.10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ trích ly tới khả năng chiết xuất hoạt chất
sulforaphane ..............................................................................................................60
Hình 3.11: Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng tới khả năng chiết xuất hoạt chất SFN .61
Hình 3. 12: Ảnh hƣởng của thời gian trích ly đến khả năng chiết xuất hoạt chất SFN
...................................................................................................................................63
Hình 3.13. Quy trình công nghệ chiết xuất và thu nhận hoạt chất sulforaphane ......64


MỞ ĐẦU
Ngày nay không ai có thể phủ nhận đƣợc tầm quan trọng của công nghệ sinh
học đối với nền kinh tế quốc dân nƣớc ta nói riêng và thế giới nói chung. Việt Nam
là nƣớc nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, rất thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và
đây đƣợc coi là một kho tàng vô giá về nguồn hợp chất tự nhiên và nguồn nguyên

liệu để phát triển ngành công nghệ sinh học nƣớc nhà. Trong những năm gần đây,
công nghệ tách chiết các hợp chất từ thực vật đã không ngừng phát triển và bƣớc
đầu đạt đƣợc những thành quả đáng kể. Trên thế giới từ rất lâu ngƣời ta đã ứng
dụng những công nghệ này để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học, phục vụ cho
nghiên cứu, sản xuất và phục vụ lợi ích của con ngƣời. Những nghiên cứu về hợp
chất có hoạt tính sinh học ở thực vật phát triển từ những năm 1950. Có khoảng hơn
30.000 hợp chất đƣợc chiết xuất từ thực vật có hoạt tính và rất có giá trị đối với
cuộc sống.
Tại Việt Nam, tỷ lệ mắc các bệnh viêm loét và ung thƣ dạ dày do vi khuẩn
Helicobacter pylori (H. pylori) gây ra ngày càng phổ biến. Vi khuẩn này là nguyên
nhân gây bệnh chủ yếu của viêm, loét và ung thƣ dạ dày chiếm khoảng 50% dân số
thế giới. Các chủng H. pylori mang gen CagA (+) gây độc tế bào chiếm tỉ lệ rất cao
(70-100%).
Sulforaphane là sản phẩm thủy phân enzym từ glucoraphanin đã đƣợc nhiều
nghiên cứu trên thế giới chứng minh có vai trò quan trọng trong kiểm soát ngăn
ngừa hay phong tỏa sự hình thành và phát triển ung thƣ. Chất này cũng đƣợc chứng
minh có tác dụng làm giảm di chứng do vi khuẩn H. pylori và có hiệu quả trong ngăn
ngừa các khối u dạ dày do vi khuẩn này gây ra. Hoạt chất sinh học sulforaphane có mặt
với hàm lƣợng cao trong hầu hết các loại rau họ cải (Brassicacea) nhƣ bông cải xanh,
cải bắp, súp lơ, cải brussel, cải lá xanh và cải xoăn.
Công nghệ tổng hợp hoá dƣợc ngày nay đã phát triển mạnh mẽ, tạo ra các
biệt dƣợc khác nhau sử dụng trong công tác phòng, chữa bệnh, nhờ đó giảm tỷ lệ tử
vong rất nhiều tuy nhiên phƣơng pháp này tốn kém, mất nhiều thời gian, sử dụng

1


hóa chất độc tính cao và sản phẩm phản ứng cuối cùng đòi hởi kỹ thuật tinh chế
phức tạp. Những khó khăn này làm hạn chế việc sản xuất và sử dụng sulforaphane
tổng hợp hóa học trong công nghiệp thực phẩm và hóa dƣợc. Do đó hoạt chất sinh

học này đến nay vẫn chủ yếu đƣợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu là các loại rau họ
cải. Việt Nam có tiềm năng sản xuất tạo ra nguồn nguyên liệu rau cải dồi dào cho
sản xuất hoạt chất sulforaphane. Nghiên cứu sản xuất thành công hoạt chất
sulforaphane không chỉ mang lại ý nghĩa to lớn về mặt y tế mà còn góp phần đáng
kể cho ngành nông nghiệp nƣớc ta. Tuy nhiên, những nghiên cứu này mới chỉ dừng
lại ở mức độ thăm dò.
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu đề tài: “Nghiên
cứu chiết xuất hoạt chất sulforaphane có tác dụng phòng chống vi khuẩn
Helicobacter pylori từ một số rau họ cải của Việt Nam”.
Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu xác định đƣợc một số đặc tính hóa lý, đặc tính sinh học và xây
dựng đƣợc quy trình công nghệ thu nhận hoạt chất Sulforaphane có tác dụng phòng
chống vi khuẩn Helicobacter pylori với hàm lƣợng cao trong một số rau họ cải của
Việt Nam
Địa điểm nghiên cứu:
Nghiên cứu đƣợc tiến hành tại Trung tâm nghiên cứu kiểm tra chất lƣợng
nông sản, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch từ tháng 8 năm
2014 đến tháng 7 năm 2015.

2


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI RAU HỌ CẢI
1.1.1. Thành phần hoạt chất của các loại rau họ Cải
Rau là nguồn thực phẩm thiết yếu trong đời sống hằng ngày của con ngƣời. Rau
không chỉ cung cấp một lƣợng lớn vitamin… mà còn cung cấp một phần các
nguyên tố đa, vi lƣợng cần thiết trong cấu tạo tế bào. Rau họ cải có nhiều loại hoạt
chất khác nhau: giàu các loại vitamin, các khoáng chất và dầu béo, acid erucic...
Glucoraphanin còn gọi là sulforaphane glucosinolate có ở hầu hết trong các loại

rau họ Cải nhƣ mầm bông cải xanh, cải brussel, cải bắp, súp lơ, rau cải, cải xoăn,
bông cải xanh Trung Quốc, su hào, mù tạt, củ cải, rau arugula, và cải xoong, nhiều
nhất ở cây súp lơ xanh, nhƣng hàm lƣợng rất thấp và biến động rất lớn, khoảng 10 50 lần tùy theo thời kỳ sinh trƣởng và phát triển của cây [2, 8]. Hàm lƣợng
Sulforaphane trong mầm súp lơ (1153 mg/100g trọng lƣợng khô) cao gấp 10 lần ở
trong hoa súp lơ chín thu hoạch (44-171 mg/100g) [18].
Glucosinolate và các sản phẩm thủy phân của chúng từ lâu đã đƣợc biết đến
với tên gọi chung là dầu mù tạt (mustard oil). Các dẫn xuất của glucosinolate không
những góp phần tạo nên hƣơng vị và mùi thơm đặc trƣng của các loại rau họ cải, gia
vị, mà còn đóng vai trò nhƣ một chất hoạt động sinh học giúp thực vật tự bảo vệ khi
bị thƣơng hoặc bị vi sinh vật tấn công. Ngoài ra, glucosinolate còn nội cân bằng
auxin giúp phòng chống ung thƣ ở ngƣời [10].
Các loại rau họ cải thƣờng chứa các loại glucosinolate khác nhau và mỗi loại
khi bị thủy phân lại hình thành các isothiocyanate khác nhau. Ví dụ: cải xanh là 1
nguồn giàu glucoraphanin, đây là tiền chất của Sulforaphane và sinigrin là tiền chất
của allyl isothiocyanate (IAITC). Cải xoong là nguồn giàu gluconasturtin, là tiền
chất của phenethyl isothicyanate (PEITC). Mầm rau cải là nguồn giàu
glucotropaeolin, là tiền chất của benzyl isothiocyanate (BITC). Các hợp chất
glucosinolate tìm thấy trong rau họ cải này mang lại hƣơng vị đặc biệt của chúng.
Ngày nay, ngƣời ta đã biết khoảng 90 glucosinolate, các chất này đều là acid
S- β – (D – 1 - glucopyranosyl) alkylthio – oxime – O – sulphate. Khi thủy phân

3


nhờ sự xúc tác của enzyme myrosinase có trong các loại rau họ Chữ thập đã xảy ra
sự phân giải theo các giai đoạn sau: bắt đầu muối của acid sulfuric sẽ đƣợc giải
phóng, sau đó glucose và aglycone sẽ đƣợc hình thành. Tùy theo pH của môi
trƣờng, tùy theo cấu tạo của các gốc aglycone, các sản phẩm phân giải khác nhau có
thể đƣợc hình thành. Khi thủy phân bằng enzyme, các sản phẩm phân giải này chủ
yếu là isothiocyanate, thiocyanate và nitril. Cả 2 loại isothiocyanate và thiocyanate

đều là những hợp chất rất quan trọng trong vấn đề diệt khuẩn. Quan trọng nhất là
glucosinolate nhóm sulforaphane.
Tuy vậy, Các glucosinolate nói chung, glucoraphanin rất nhạy cảm đối với
tác động của môi trƣờng, đóng gói và bảo quản ở công đoạn sau thu hoạch [22].
những hợp chất có giá trị này của bông cải xanh sẽ giảm đi rất nhiều qua quá
trình chế biến do ảnh hƣởng của nhiệt độ, áp suất cao [36]. Hàm lƣợng
glucosinolate ở một số loại rau họ cải đƣợc thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 1.1: Hàm lƣợng glucosinolate ở một số loại rau họ cải
Hàm lƣợng (mg/100g trọng lƣợng tƣơi)

Glucosinolate

Súp lơ xanh

Cải brussel

Cải bắp xanh

Cải bắp
trắng

Sinigrin

1,8

5,1

8,6

5,3

Gluconapin

0,3

0,4

3,4

2,8

Progoitrin

0,4

0,6

0,5

2,4

Glucoiberin

1,5

3,9

1,3

1,5

Glucoraphanin

0,3

0,4

0,3

0,6

Glucobrassicin

1,6

2,8

4,4

1,1

Glucosinolate tổng

66,8

17,3

13,6

10,4

số
1.1.2. Giới thiệu một số rau họ cải Việt Nam
Theo Cục Trồng trọt, diện tích trồng rau cả nƣớc đến cuối năm 2012 đạt hơn
823.000ha, năng suất 17 tấn/ha, sản lƣợng khoảng 14 triệu tấn, trong đó diện tích

4


rau miền Nam đạt 466.000ha, năng suất 17,8 tấn/ha, sản lƣợng 8,3 triệu tấn, diện
tích rau miền Bắc ƣớc đạt 357.000ha, năng suất 16 tấn/ha, sản lƣợng 5,7 triệu tấn.
Những năm gần đây đã hình thành đƣợc một số vùng trồng rau tập trung nhƣ:
- Vùng trồng cải bắp: Lâm Đồng, Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dƣơng, Hƣng Yên
- Vùng trồng cà chua: Lâm Đồng, Hà Nội, Hải Phòng, Hƣng Yên,…
Trong đó các loại rau họ cải nhƣ súp lơ xanh, cải xanh, cải bắp đƣợc trồng nhiều ở
một số địa phƣơng trong cả nƣớc nhƣ Hà Nội, Vĩnh Phúc, Lào Cai, Lâm Đồng,…
Rau là loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày của con
ngƣời, rau cung cấp nhiều Vitamin, chất khoáng, chất xơ và rau có tính dƣợc lý cao
mà một số loại thực phẩm khác không thể thay thế đƣợc. Rau có chứa các loại
vitamin A, B1, B2, C, E, PP,…Trong khẩu phần ăn của nhân dân ta rau cung cấp
khoảng 95 - 99% nguồn vitamin A, 60 - 70% nguồn vitamin B (B1, B2, B6, B12) và
gần 100% nguồn vitamin C. Rau chứa các chất khoáng chủ yếu nhƣ Ca, P, Fe; các
axit hữu cơ, các hợp chất thơm, các vi lƣợng, các xellulo (chất xơ) giúp cơ thể tiêu
hóa thức ăn dễ dàng, phòng ngừa các bệnh về tim mạch, huyết áp cao. Ngoài ra
trong rau còn chứa một số hoạt chất sinh học quý nhƣ Sulforaphane, Indol-3carbinol, glucosinolate,… có tác dụng phòng ngừa ung thƣ, viên loét dạ dày, tá
tràng, chống oxi hóa, phòng tránh sự xơ vữa động mạch,…
Cùng với nhu cầu tiêu dùng về các sản phẩm rau ngày càng tăng cao đã kéo
theo sản xuất rau trong những năm vừa qua tăng lên cả về số lƣợng, chất lƣợng và
vệ sinh an toàn thực phẩm.
Việt Nam có khả năng sản xuất rau quanh năm với số lƣợng, chủng loại rau

rất phong phú, dồi dào cho sản xuất hoạt chất sinh học Sulforaphane.
1.1.2.1. Rau súp lơ xanh (Brassica oleraceae var. Italic Plenck)
Súp lơ xanh là cây rau thuộc họ thập tự (họ cải) có nguồn gốc từ bờ biển Địa
Trung Hải, là loại rau có giá trị dinh dƣỡng cao, đƣợc trồng nhiều ở các quốc gia
trên thế giới. Bộ phận sử dụng làm thực phẩm ở súp lơ là toàn bộ phần hoa chƣa nở.
Súp lơ đƣợc dùng để ăn sống, nấu canh, xào và muối chua, đóng hộp, trộn với các
loại rau khác. Thành phần chủ yếu trong súp lơ là nƣớc 90,9%; protein 2,5%; gluxit

5


4,9% và các chất khoáng Canxi 26mg%; Photpho 51,0mg%; Sắt 1,4mg% cùng các
vitamin B1 0,11mg%; B2 0,1mg%; PP 0,6mg%; vitamin C 70mg%; carotene
0,05mg% [4]. Các giống súp lơ xanh hiện nay đang đƣợc trồng phổ biến ở nƣớc ta
bao gồm giống: Súp lơ xanh của Nhật Bản, súp lơ xanh B15 (nhập từ Hàn Quốc),
F1 ROCK (BR2)...
Bảng 1.2: Thành phần hóa học trong 100 gam rau súp lơ [4]
Chất khoáng

Vitamin

Thành phần

Hàm lượng

Thành phần

Hàm lượng

Kali

229 mg

Vitamin A

1207 IU

Photpho

52 mg

Vitamin C

50.6 mg

Canxi

31 mg

Niacin

0,431 mg

Natri

32 mg

Vitamin B1

0,049 mg

Magie

16 mg

Vitamin B2

0,096 mg

Sắt

0,52 mg

Vitamin B6

0,156 mg

Kẽm

0,35 mg

Pantothenic Acid

0,48 mg

Đồng

0.048 mg

Folate

84 mcg

Mangan

0,151 mg

Vitamin K

110 mcg

Selen

1,2 mcg

Vitamin E

1,13 mg

1.1.2.2. Rau cải xanh (Brassica juncea)
Cây cải xanh có thể dùng để nấu canh, luộc, xào và muối dƣa, v.v. Cây cải xanh
đƣợc trồng rất phổ biến ở các vùng, trồng gần nhƣ quanh năm. Các giống cải xanh ở
nƣớc ta gồm nhiều giống địa phƣơng nhƣ: cải xanh lá vàng, cải xanh Thanh Mai,
Vĩnh Tuy, Thừa Thiên Huế, cải xanh ngọt Cx1, cải ngọt số 4 và nhiều địa phƣơng
khác. Qua nhiều năm thuần chủng nên rất dễ trồng và tự để giống tại địa phƣơng ở
tất cả các vùng [4].
1.1.2.3. Rau mầm
a.

Định nghĩa rau mầm [46]

Rau mầm là tên gọi chung của các loại rau đƣợc gieo trồng bằng các loại hạt giống
thông thƣờng nhƣ: củ cải, cải bẹ xanh, cải ngọt, rau muống, hành tây, đậu xanh, đậu

6


đỏ… với thời gian canh tác ngắn từ 4 – 15 ngày tuổi là có thể thu hoạch đƣợc. Và
đặc điểm nổi bật của rau mầm là sử dụng “4 không”:
 Không sử dụng đất.
 Không sử dụng phân bón hóa học.
 Không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật.
 Không sử dụng nƣớc nhiễm bẩn.
b. Phân loại rau mầm [46]
Rau mầm chủ yếu đƣợc chia làm 2 loại:


Rau mầm trắng: đƣợc tạo thành khi hạt phát triển trong điều kiện không có

ánh sáng nên có thân trắng và lá mầm nhỏ màu hơi vàng, phổ biến nhất là: giá đỗ
xanh, giá đậu tƣơng, mầm cỏ linh lăng…


Rau mầm xanh: đƣợc tạo thành khi hạt phát triển trong điều kiện có ánh sáng nên

thân trắng hơi xanh và lá mầm xanh nhƣ rau mầm các loại cải, một số loại đậu, đỗ…
c. Giá trị dinh dƣỡng của rau mầm
Trên thế giới, rau mầm đƣợc ƣa chuộng không chỉ bởi thời gian thu hoạch
ngắn, sản phẩm sạch mà còn bởi giá trị dinh dƣỡng của nó. Tại thời điểm thu hoạch,
rau mầm chứa hàm lƣợng các vitamin E, C, B... cao nhất trong vòng đời của cây.

Đây cũng là thời kỳ các chất dinh dƣỡng đậm đặc nhất, hàm lƣợng chất xơ nhiều,
khi ăn vào thì dễ tiêu, dễ hấp thụ và chuyển hóa các chất phức tạp. Nhờ giàu
vitamin, rau mầm giúp cơ thể tăng sức đề kháng, giữ gìn làn da mịn màng tƣơi tắn,
nguồn vitamin E dồi dào trong rau mầm giúp làm chậm quá trình lão hóa và tăng
cƣờng sinh lực, gây hƣng phấn và giữ gìn sắc đẹp, phòng ngừa ung thƣ, ngăn cản sự
xơ cứng tế bào… [46].
Rau mầm họ cải (Brassicaceae hoặc Cruciferae) có chứa các chất chống ôxy
hóa và có cả thuộc tính chống ung thƣ [17]. Thực phẩm có chứa các chất chống ôxy
hóa cung cấp hỗ trợ hiệu quả cho hệ thống phòng ngừa của cơ thể và có khả năng
ngăn ngừa một số bệnh [30]. So với các loại rau thƣờng, rau mầm có giá trị dinh
dƣỡng cao gấp 5 lần. Hơn nữa, rau mầm không chứa mầm bệnh và vi sinh vật gây
hại cho sức khỏe của con ngƣời. Các loại rau mầm cung cấp nhiều chất dinh dƣỡng

7


nhất nhƣ: súp lơ xanh, đậu tƣơng, rau cải… So sánh lƣợng chất dinh dƣỡng có trong
rau mầm tƣơng đƣơng với lƣợng dinh dƣỡng có chứa trong một quả trứng vịt lộn.
Chỉ cần 50g loại rau này sẽ tƣơng đƣơng với lƣợng dinh dƣỡng trong khoảng 250g
rau trƣởng thành.
Trong rau mầm còn có nhiều enzyme kích thích tăng trƣởng, giúp cơ thể tăng
cƣờng sức đề kháng, ngừa cảm cúm, giảm cholesterol. Theo lý giải của các nhà
khoa học Mỹ và nhật Bản, trong mầm đậu tƣơng có hai hoạt chất là
phytoestrogenistein và daidzein nhiều hơn hàng chục lần so với hạt đậu tƣơng.
Chúng là các chất xơ hoạt tính nội tiết tố sinh dục nữ từ thực vật giúp chống lão hóa
và làm đẹp cho nữ giới. Trong mầm đậu tƣơng còn có axit gama aminobutyric chất ảnh hƣởng đến sự dẫn truyền của các neron thần kinh, điều tiết hoạt động của
hệ thần kinh. Loại rau mầm này đƣợc ƣa chuộng và sử dụng rộng rãi tại Bắc Mỹ,
Nhật Bản, Tây Âu…
Mầm rau cải củ (Raphanus sativus L.), có vị cay nhẹ giúp tăng khẩu vị và
kích thích tiêu hóa. Mầm cải củ có giá trị dinh dƣỡng cao, cung cấp rất nhiều các

vitamin B, C, E và các khoáng chất nhƣ sắt, kẽm,… [4].
1.2.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SULFORAPHANE

1.2.1. Giới thiệu về glucosinolate
Glucosinolate là các hợp chất dẫn xuất từ hợp chất chứa glucose & acid
amin, có liên kết với sulfur, đƣợc gọi là β-thioglucoside-N-hydroxysulphates.
Chúng có chủ yếu trong các loại rau họ cải, hạt mù tạt đen. Hợp chất glucosinolate
phổ biến là sinigrin (thuộc họ glucosides, có nhiều trong mù tạt wasabi).
1.2.1.1. Glucosinolate và các dạng glucosinolate
Glucosinolate (GLS) là β-D-thioglucoside tự nhiên tìm thấy trong 15
họ thực vật hai lá mầm. Những họ này là những Akaniaceae, Bataceae,
Brassicaceae,
Euphorbiaceae,

Bretschneideraceae,
Limnanthaceae,

Capparaceae,

Moringaceae,

Caricaceae,

Resedaceae,

Salvodoraceae,

Tovariaceae

Gyrostemonaceae, Pentadiplantdraceae, Tropaeolaceae. Đã có hơn 100 GLS đƣợc
phát hiện. GLS đƣợc tìm thấy trong tất cả các phần của cây và 15 GLS khác nhau

8


đã đƣợc tìm thấy trong cùng một cây. Nồng độ khác nhau phụ thuộc vào
kiểu mô, độ tuổi sinh lý dinh dƣỡng cây trồng… Đa số các cây trồng có
chứa GLS thuộc về họ Brassicaceae. Các loại rau bao gồm cải bắp, súp lơ, súp lơ
xanh (bông cải xanh), mầm cải Brussels, củ cải, mù tạt… [34]. Cấu trúc của GLS
bao gồm một liên kết thioglucosidic với carbon của một oxime sunfonat hóa. Nhóm
R có nguồn gốc từ các amino acid và có sự thay đổi. Nó có thể là các chất béo (ví
dụ nhƣ alkyl, alkenyl, hydroxyalkenyl), chất thơm (ví dụ nhƣ benzyl) hoặc dị vòng
(ví dụ indolyl). Cấu trúc chung của GLS đƣợc trình bày trong hình 2.1

Hình 1.1: Công thức hoá học chung của glucosinolate[49]
GLS cũng bao gồm rất nhiều loại và đƣợc phân chia thành các nhóm
khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc của nhóm R. Bảng 1.4 đƣa ra một cái
nhìn tổng quan về các GLS thƣờng thấy trong các rau thuộc họ cải (
Brassicaceae).

9


Bảng 1.3: Tên thông thƣờng và tên hoá học của các GLS thƣờng tìm thấy
trong rau thuộc họ cải [34]

Sinigrin

(allyl

glucosinolate

hay

2–propenylglucosinolate)

là

glucosinolate thƣờng có trong cây trồng của hạt cải. Nó đƣợc coi là tiền thân chính
của hƣơng vị lƣu huỳnh trong cây họ cải. Trong cộng đồng châu Âu và trên toàn thế

10


giới, nó là tiêu chuẩn tham khảo chính khi phân tích HPLC (sắc ký lỏng hiệu năng
cao) của glucosinolate. Sau khi bị tổn thƣơng hay phá vỡ cấu trúc tế bào thực vật,
sinigrin bị thủy phân bởi myrosinase, phản ứng tạo ra tối đa bốn hợp chất khác
nhau là AITC (allyl isothiocyanate)

ATC (allyl thiocyanate), AC (allyl

cyanate), CETP (1 – cyano –2,3 - epithiopropane) (hình 1.2). Mỗi hợp chất góp
phần tạo hƣơng vị và hƣơng thơm đặc trƣng cho cây trồng. Sự có mặt của sản
phẩm thủy phân sinigrin cũng phụ thuộc vào điều kiện chế biến. AITC thƣờng
đƣợc sinh ra ở pH trung tính, và AC đƣợc sinh ra ở pH 4. CETP tạo thành là kết quả
của phản ứng kết hợp giữa các ion sắt và epithiospecifier protein [14].

Hình 1.2: Sinigrin và sản phẩm thủy phân của sinigrin [14]

Các cây họ cải thƣờng chứa GLS loại sinigrin, đƣợc biến đổi trong cơ thể
thành allyl isothiocyanate. Trong bắp cải tƣơi, cải xanh đều chứa lƣợng lớn allyl
isothiocyanate [21].
1.2.1.2. Quá trình thuỷ phân glucosinolate và sản phẩm thuỷ phân của nó


Quá trình thuỷ phân glucosinolate

11


Hình 1.3: Một số sản phẩm thuỷ phân của GLS [48]
Khi nghiền mô thực vật hoặc các hạt chứa GLSs và bổ sung thêm
nƣớc, các enzyme myrosinase nội sinh sẽ xúc tác cho sự phân cắt thủy phân
của thioglucosidic tạo thành D-glucose và một thiohydroximate O-sulphonate
(aglycone). Nếu pH trung tính (pH = 5 – 8), nó tạo một isothiocyanate, phản ứng rất
nhanh, dễ bay hơi, có mùi mạnh và vị đắng. Đây là sản phẩm thủy phân chi phối
cho nhiều loài. Nếu pH có tính axit (pH = 2 – 5), sản phẩm tạo thành nitrile. Sự
hình thành của một thiocyanate tạo ra ở pH > 8. Các sản phẩm chủ yếu phụ
thuộc vào cấu trúc của mạch bên GLS và sự hiện diện của pH=5-8 pH=2-5 pH>8
GLS hoạt động để sản xuất ra glucose, sulfate, và một loạt các hoạt động
sinh lý mà sản phẩm bao gồm isothiocyanate, thiocyanate, nitrile và các sản phẩm
khác tùy thuộc vào chất nền và điều kiện phản ứng [21]. Protein và các yếu tố làm
thay đổi hoạt động của enzyme. Những hợp chất đƣợc tạo thành có nhiệm vụ quan
trọng tạo ra hƣơng vị đặc trƣng của các gia vị (nhƣ mù tạt) và đóng góp vào việc tạo
các đặc tính cảm giác mong muốn cũng nhƣ hƣơng vị cho nhiều loại rau ví dụ: cải
bắp, cải Brussels, bông cải xanh. Các sản phẩm thủy phân cao cấp (đặc biệt là trong
mầm), lại có thể tạo ra một hƣơng vị đắng khó chịu [21]. Quá trình sinh tổng hợp
glucosinolate gồm 3 giai đoạn:
1- Kéo dài chuỗi acid amin

12


2- Hình thành cấu trúc glucosinolate
3- Biến đổi mạch bên, hoàn tất quá trình sinh tổng hợp
Myrosinase là một glycoprotein cùng tồn tại song song với glucosinolate
nhƣng đƣợc cho là nằm tách biệt trong các tế bào “myrosin” (theo Fahey và cs,
2001) [6]. Ở ngƣời không tồn tại enzyme myrosinase nhƣng vẫn có thể chuyển hóa
glucosinolate nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật đƣờng ruột (Fahey và cs, 2001) [6].
Hiện nay, các nhà khoa học quan tâm đến các hoạt động phòng chống ung thƣ của
các loại rau có chứa nhiều glucosinolate nói chung, cũng nhƣ isothiocyanate nói
riêng.


Isothiocyanate

Isothiocyanate (ITC) là các hợp chất nhóm - N = C =S , là sản phẩm thuỷ phân
của GLS ở pH trung tính. Những ITC tự nhiên nhƣ allyl isothiocyanate, còn
đƣợc gọi là mù tạt (mustard) .

Hình 1.4: Cấu trúc hoá học chung của isothiocyanate[50]
Bên cạnh những đóng góp của họ cho các hƣơng vị của những thực
phẩm này, các hợp chất này đƣợc quan tâm vì ảnh hƣởng của chúng đến sức khỏe
con ngƣời. Một số nghiên cứu xem xét vai trò của ITCs nhằm ức chế sự phát triển
của các loại ung thƣ khác nhau.

13

Bảng 1.4: Một số ITCs đã đƣợc nghiên cứu về hoạt tính chống ung thƣ [22]

Sulforaphane (SFN) là một dạng phổ biến của ITC, đƣợc tìm thấy từ các loại thực
phẩm khác nhau nhƣ súp lơ xanh, cải bắp, mầm brussels…
1.2.2. Enzyme myrosinase.[29]
Myrosinase (EC 3.2.3.1) là enzyme β-thioglucosidase là enzyme thủy phân
glucosinolates, một nhóm các chất chuyển hóa tự nhiên có mặt trong hầu hết các
loại rau họ cải. Đã xác định và phân loại trên 100 loại glucosinolate khác nhau ở
chuỗi R allyl (sinigrin), benzyl, and indoyl(I). Enzyme thủy phân thƣờng xảy ra khi
phá vỡ tế bào hay quá trình chế biến. Các enzyme xúc tác quá trình thủy phân của
các S-glucosides để tạo ra β – D – glucose(II) và các đoạn aglycone(III), Các
aglycone không ôn định sau đó sắp xếp lại để tạo sulfate và isothiocyanate(IV).

14


Metabolism of glucosinolates as catalyzed by myrosinase.

M. Grazia Botti et al. J. Biol. Chem. 1995;270:20530-20535

©1995 by American Society for Biochemistry and Molecular Biology

Hình 1.5: Cơ chế của glucosinolate khi xúc tác bởi enzyme myrosinaze
Cơ chế xúc tác của enzyme myrosinase vẫn đang đƣợc nghiên cứu, khả năng
xúc tác chuyển hóa glycoside của enzyme đã đƣợc kiểm tra. Sự ổn định và tăng hoạt
tính của enzyme đều giảm khi có mặt của các dung môi hữu cơ khác nhau, bao gồm
cả rƣợu đơn giản, nhƣng không đủ để ngăn chặn phản ứng diễn ra. Tuy nhiên, trái
ngƣợc với hầu hết các β-glycosidases khác, myrosinase không xúc tác phản ứng
chuyển hóa glycoside với rƣợu hoặc các chất nhận glycosyl khác. Do đó Các giả
định enzyme-glycosyl trung gian dƣờng nhƣ không có phản ứng, có thể bởi vì Dglucose là sản phẩm đầu tiên thu đƣợc từ các enzyme. Các analogue trạng thái

chuyển tiếp, -lactone glucono-, một chất ức chế cạnh tranh mạnh của β-glucosidase,
đã đƣợc tìm thấy là một chất ức chế không cạnh tranh kém của myrosinase. Đặc biệt
myrosinase đƣợc hoạt hóa bởi axit ascorbic.

15


1.2.3. Sự hình thành, cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của sulforaphane
1.2.3.1. Sự hình thành
Glucoraphanin là một glucosinolate đƣợc tìm thấy có mặt với hàm lƣợng cao (73
mg glucoraphanin trên 1 auxơ (28,3 gam) trong các giống rau súp lơ xanh (Brassica
oleracea Italica) và các loại rau khác của họ rau cải (cải brussel, cải bắp, cải xoăn,
su hào, mù tạt, củ cải, rau arugula,... [2]. Sulforaphane (C6H11NOS2) là một
isothiocyanate có hoạt tính sinh học, đƣợc hình thành khi glucoraphanin đƣợc
chuyển hóa bởi enzyme myrosinase. Đặc biệt, rau mầm súp lơ xanh 7 ngày tuổi là
nguồn giàu glucoraphanin với hàm lƣợng 1153 mg/100g trọng lƣợng khô, cao gấp
10 lần so với súp lơ xanh trƣởng thành (44-171 mg/100g) [18].

Hình 1.6. Quá trình chuyển hóa Glucoraphanin thành Sulforaphane trong
thực vật
1.2.3.2. Cấu trúc hóa học
a) Tên gọi:
1-Isothiocyanato-4-(methylsulfinyl)-Butane,1-Isothiocyanato-4
(methylsulfinyl)butane, 4-Methylsulfinyl butyl isothiocyanate, DL-sulforaphane,
SFN, Sulforafan, Sulforaphane, Sulforathane.
b) Cấu trúc:
Sulforaphane là một loại glycoside đều bao gồm một cấu trúc cơ bản là một
nhóm β-D-thioglucose, một nhóm oxime sulfonat hóa, và một chuỗi bên aglycone
có cấu trúc sulfonyl-R

16