nghiên cứu tối ưu điều kiện chiết khấu isoflavones từ mầm đậu tương và khảo sát một số hoạt tính sinh học

Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THU HOÀI

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN CHIẾT XUẤT ISOFLAVONES
TỪ MẦM ĐẬU TƯƠNG
VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THU HOÀI

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN CHIẾT XUẤT ISOFLAVONES
TỪ MẦM ĐẬU TƯƠNG
VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC

Chuyên ngành : Công nghệ sinh học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS. TS. ĐỖ THỊ HOA VIÊN

Hà Nội – 2017


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành các thí nghiệm để hoàn thành
luận văn này, trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS. Đỗ Thị Hoa
Viên, bộ môn Công nghệ sinh học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình
hướng dẫn, cung cấp những thông tin quý giá và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn
thành luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin cảm ơn các anh chị và các bạn thực tập cùng phòng thí nghiệm 101C10 Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo cùng tập thể cán
bộ, nhân viên Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã dạy dỗ, chỉ bảo tận tình trong thời gian tôi học tập tại
trường.
Sau cùng tôi xin cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ, động viên của gia đình và
bạn bè đã dành cho tôi trong suốt quãng thời gian qua.
Luận văn được thực hiện dưới sự hỗ trợ kinh phí của đề tài độc lập cấp Nhà
nước, mã số ĐTĐL.CN-28/15.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 08 năm 2017
Học viên
Nguyễn Thu Hoài

Nguyễn Thu Hoài

i


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Kết quả của luận văn này là kết quả nghiên cứu tôi đã thực
hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS. Đỗ Thị Hoa Viên trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, cùng sự giúp đỡ của tập thể các cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu
sinh, học viên, sinh viên đang học tập và làm việc tại phòng thí nghiệm 101-C10,
Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà
Nội.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng
tải trên các tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu kham khảo của
luận văn.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với sự cam đoan trên.
Hà Nội, ngày 15 tháng 08 năm 2017
Học viên
Nguyễn Thu Hoài

Nguyễn Thu Hoài

ii


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................... viii
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………...1
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN ...................................................................................3
1.1.

Đậu tương ............................................................................................................... 3

1.1.1. Giới thiệu về đậu tương ..............................................................................3
1.1.2. Các thành phần có giá trị dinh dưỡng trong đậu tương..............................4
1.1.3. Phôi đậu tương ...........................................................................................4
1.2.

Isoflavones trong hạt và phôi đậu tương .............................................................. 5

1.2.1. Cấu trúc isoflavones ...................................................................................5
1.2.1.1. Genistein ....................................................................................................6
1.2.1.2. Daidzein .....................................................................................................8
1.2.1.3. Glycitein.....................................................................................................9
1.2.2. Cơ chế tác động của isoflavones ................................................................9
1.2.3. Cơ chế hấp thu isoflavones ......................................................................10
1.2.4. Tác dụng của isoflavones đối với sức khỏe .............................................12
1.3.

Tình hình nghiên cứu chiết xuất isoflavones trên thế giới và Việt Nam ..........16

CHƯƠNG 2 - NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊNCỨU ..............19
2.1. Nguyên vật liệu ........................................................................................................19
2.1.1. Nguyên liệu .................................................................................................19
2.1.2. Hóa chất ......................................................................................................19

Nguyễn Thu Hoài

iii


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

2.1.3. Thiết bị ........................................................................................................19
2.2.

Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................20

2.2.1. Phương pháp công nghệ ...........................................................................20
2.2.1.1. Phương pháp tách axit béo khỏi phôi đậu tương ..................................20
2.2.1.2. Sàng lọc yếu tố có ý nghĩa cho quá trình trích ly isoflavones bằng dung
môi ethanol và thu nhận chế phẩm isoflavones ....................................................20
2.2.1.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ..................................................20
2.2.1.4. Trích ly isoflavones bằng dung môi ethanol và thu nhận chế phẩm
isoflavones ............................................................................................................20
2.2.1.5. Xử lý dịch chiết thu được bằng enzyme ...............................................21

2.2.1.6. Tinh chế isoflavones .............................................................................22
Tinh chế bằng dung môi ethyl acetat ....................................................................23
Tinh chế isoflavones bằng phương pháp chiết pha rắn SPE ................................23
Tinh chế isoflavones bằng sắc kí cột mở ..............................................................23
2.2.1.7. Xử lý số liệu ..........................................................................................23
2.2.2. Phương pháp phân tích .............................................................................23
2.2.2.1. Định tính bằng phản ứng hóa học đặc trưng với NaOH .......................23
2.2.2.2. Định tính bằng phản ứng hóa học đặc trưng với dung dịch chì acetat
bão hòa (CH3COO)2Pb .........................................................................................24
2.2.2.3. Định tính bằng sắc kí bản mỏng ...........................................................24
2.2.2.4. Định lượng isoflavones .........................................................................24
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................27
3.1.

Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết cao tổng ........................27

3.1.1. Chọn miền khảo sát các yếu tố............................................................................27
3.1.2. Thiết kế mô hình thí nghiệm ...............................................................................27
3.1.3. Xây dựng mô hình toán học và tối ưu hóa ..........................................................29

Nguyễn Thu Hoài

iv


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

3.2. Tinh chế isoflavone .................................................................................................32

3.2.1. Kết quả chiết xuất và xử lý dịch sau chiết ..........................................................32
+ Chiết xuất và thu nhận dịch chiết tổng số ..................................................................32
+ Xử lý dịch chiết tổng số bằng enzyme β-glucosidase .......................................32
+ Kết tủa protein bằng ethanol..............................................................................32
3.2.2. Kết quả tinh sạch bằng sắc kí cột................................................................33
3.2.3. Kết quả tinh sạch bằng chiết pha rắn SPE ..................................................33
3.2.4. Kết quả tinh sạch bằng dung môi ethyl acetat ............................................34
3.3. Kết quả phân tích định tính isoflavones trong các mẫu dịch chiết isoflavones
tổng số sau tinh sạch .............................................................................................34
3.3.1. Định tính bằng phản ứng hóa học đặc trưng với NaOH. ............................34
3.3.2. Định tính bằng phản ứng hóa học đặc trưng với dung dịch chì acetat bão
hòa (CH3COO)2Pb. ...............................................................................................36
3.3.3. Định tính bằng sắc kí bản mỏng .................................................................37
3.4. Kết quả phân tích định lượng isoflavones .....................................................39
KẾT LUẬN ..............................................................................................................45
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................47
PHỤ LỤC .................................................................................................................50

Nguyễn Thu Hoài

v


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g hạt đậu tương ....................................4

Bảng 1.2: Tỷ lệ sử dụng đậu tương trung bình ở một số nước .................................13
Bảng 3.1: Giá trị mã hóa và giá trị khảo sát của các yếu tố thực nghiệm .................27
Bảng 3.2: Ma trận thực nghiệm chiết xuất isoflavones tổng số ................................28
Bảng 3.3: Kết quả phân tích hồi quy .........................................................................30
Bảng 3.4: Hàm lượng chất khô tuyệt đối trong các dịch chiết đã xử lý. ...................33
Bảng 3.5: Khối lượng chất khô trong mẫu sau tinh sạch ..........................................34
Bảng 3.8: Độ tinh sạch của isoflavones sau tinh sạch bằng ba phương pháp ...........43

Nguyễn Thu Hoài

vi


Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ sinh học

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của 12 loại isoflavones trong đậu tương .........................6
Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của genistein ...................................................................6
Hình 1.3: Cơ chế thủy phân genistin ...........................................................................7
Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của daidzein ....................................................................8
Hình 1.5: Cấu trúc hóa học của glycitein ....................................................................9
Hình 1.6: Qúa trình chuyển hóa thành equol ............................................................11
Hình 3.1: Bề mặt đáp ứng của từng cặp yếu tố ảnh hưởng đến lượng cao chiết thu
được ...........................................................................................................................31
Hình 3.2: Phản ứng định tính isoflavones với NaOH ...............................................35
Hình 3.3: Phản ứng định tính isoflavones với (CH3COO)2Pb 20% ..........................37
Hình 3.4: Sắc ký đồ sắc kí bản mỏng ........................................................................38
Hình 3.5: Phổ đồ HPLC mẫu tinh sạch bằng dung môi ............................................42

Hình 3.6: Phổ đồ HPLC mẫu tinh sạch bằng sắc kí cột mở ......................................42
Hình 3.7: Phổ đồ HPLC mẫu tinh sạch bằng phương pháp chiết pha rắn SPE ........43
Sơ đồ 2.1: Quy trình tinh chế isoflavones .................................................................29

Nguyễn Thu Hoài

vii


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HPLC

High Performance Liquid Chromatography

SPE

Solid Phase Extraction

EtOH

Ethanol

MeOH

Methanol

CHCl3

Chloroform

EtOAc

Ethyl acetat

CE

Capillary Electrophoresis

Nguyễn Thu Hoài

viii


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

MỞ ĐẦU
Đậu tương (hay đậu nành) là một loại hạt rất phổ biến ở nước ta. Đậu tương
có thành phần dinh dưỡng cao, giàu protein, lipid, vitamin và muối khoáng. Protein
đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong số các protein thực vật bởi vì nó chứa đầy đủ
các axit amin không thay thế. Các điều tra về dịch tễ học đã chứng minh người
Châu Á, đặc biệt là người Nhật Bản có thói quen sử dụng các thực phẩm từ đậu
tương thì nguy cơ mắc các chứng bệnh thời kì mãn kinh, loãng xương, bệnh tim
mạch, ung thư vú, ruột kết, ung thư tuyến tiền liệt... thấp hơn nhiều so với các châu
lục khác [6]. Một trong những hoạt chất quý góp phần tạo nên các khả năng phòng

bệnh, chữa bệnh của đậu tương là các isoflavones có hoạt tính estrogen.
Isoflavones là các hợp chất phytoestrogen thực vật thuộc nhóm polyphenol,
cơ chế hoạt động và chức năng gần giống như hormone nữ trong cơ thể. Các nghiên
cứu trên động vật và in vitro đã cung cấp những bằng chứng thuyết phục cho thấy
những tác động tích cực của isoflavones đến các bệnh ung thư phụ thuộc hormone.
Các nghiên cứu ở phụ nữ tiền mãn kinh cho thấy chế độ ăn với đậu tương giàu
isoflavones có thể giảm các triệu chứng tiêu cực. Trong nghiên cứu ở động vật,
isoflavones làm giảm đáng kể sự hình thành khối u. Ngoài ra, isoflavones được
nhiều công trình khoa học chứng minh là có tác dụng giúp kéo dài tuổi thanh xuân,
làm đẹp da và một số chức năng liên quan tới chống lão hóa. Trên thế giới,
isoflavones được tìm thấy trong một số loài thực vật như: đậu tương, cỏ ba lá, cỏ
linh lăng, sắn dây cũng như nhiều loại đậu khác nhau, trong đó hàm lượng cao nhất
là ở đậu tương. Hàm lượng isoflavone trong phôi được đánh giá là cao hơn hẳn so
với các bộ phận khác của hạt. 12 loại isoflavones được tìm thấy trong đậu tương
được chia làm 4 nhóm: aglycone, glycoside, malonyl glycoside và acetyl glycoside,
trong đó dạng glycoside chiếm đa số, nhưng dạng aglycone (bao gồm daidzein,
genistein và glycitein) lại có hoạt tính cao hơn rất nhiều [6, 17].
Với điều kiện địa lý đặc thù với khí hậu nhiệt đới gió mùa nên Việt Nam có
một thảm thực vật phong phú với tính đa dạng sinh học cao. Sản lượng và diện tích
trồng đậu tương ở nước ta liên tục tăng trong những năm vừa qua. Đây là nguồn

Nguyễn Thu Hoài

1


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

nguyên liệu phong phú, thuận lợi cho nghiên cứu và sản xuất chế phẩm isoflavones.
Để góp phần nghiên cứu và khai thác các chất có hoạt tính sinh học cao trong đậu
tương mà điển hình là isoflavones, chúng tôi thực hiện đề tài: ”Nghiên cứu tối ưu
điều kiện chiết xuất isoflavones từ mầm đậu tương và khảo sát một số hoạt tính
sinh học” đã được tiến hành gồm các nội dung chính sau:
-

Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình chiết xuất isoflavones bằng phương
pháp quy hoạch thực nghiệm.

-

Nghiên cứu lựa chọn điều kiện tách chiết và tinh chế isoflavones từ
mầm đậu tương.

Nguyễn Thu Hoài

2


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1.

Đậu tương

1.1.1. Giới thiệu về đậu tương

Đậu tương hay đỗ tương, đậu nành, tên khoa học là Glycine max (L) Merrill,
thuộc bộ Đậu (Fabales), phân họ Cánh bướm Fabaceae (Papilionaceae). Đậu tương
là cây thân thảo hàng năm. Thân cây mảnh, có lông, cao từ 0,8-0,9 m, cành hướng
lên trên. Lá mọc cách, có ba lá chét hình trái xoan, đầu lá gần nhọn, hơi không đều
ở gốc. Hoa màu trắng hoặc màu tím, xếp thành chùm. Qủa thõng, hình lưỡi liềm,
gân bị ép, trên quả có nhiều lông mềm màu vàng, tập trung ở giữa các hạt. Hạt đậu
tương màu vàng là loại tốt nhất nên được trồng và sử dụng nhiều nhất [1,6].
Đậu tương có nguồn gốc từ Trung Quốc sau đó được truyền bá sang Nhật
Bản vào thế kỉ thứ 8, rồi dần có mặt ở các nước Châu Á khác như Thái Lan,
Malaysia, Hàn Quốc, Việt Nam. Đầu thế kỉ 18, đậu tương được đưa sang Châu Âu,
rồi du nhập vào Châu Mỹ và phát triển mạnh ở những nước thuộc miền Trung Mỹ
và đồng bằng sông Missisipi [1].
Đậu tương được coi là loại thực phẩm quan trọng chỉ đứng sau lúa mì, lúa
nước và ngô. Đậu tương có thể trồng trong suốt mùa hè và mùa thu, trồng xen trên
các cánh đồng lúa. Ngày nay, Hoa Kỳ đang đứng đầu thế giới về sản lượng đậu
tương toàn thế giới, sau đó đến Trung Quốc và Ấn Độ. Tại Việt Nam, đậu tương
đang được trồng tại 25 trong số 63 tỉnh thành cả nước, với khoảng 65% diện tích tại
các khu vực phía Bắc và 35% diện tích tại các khu vực phía Nam.
Hạt đậu tương có giá trị kinh tế cao. Hạt có nhiều hình dạng như tròn, dẹt và
có thể có các màu vàng, xanh, trắng. Trong đó hạt có màu vàng có giá trị dinh
dưỡng và kinh tế cao nhất.
Hạt đậu tương có ba bộ phận:
+ Vỏ hạt: Chiếm 8% trọng lượng hạt. Vỏ hạt là lớp ngoài cùng, dễ ngấm
nước và dính với phôi ở một rãnh nhỏ hình bầu dục. Vỏ có tác dụng bảo vệ phôi
trong quá trình tàng trữ. Vỏ chứa sắc tố anthocyanin quyết định màu sắc của hạt.

Nguyễn Thu Hoài

3

Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

+ Phôi: Chiếm 2% trọng lượng hạt. Phôi là rễ mầm, là phần sinh trưởng của
hạt khi hạt lên mầm.
+ Tử diệp: Chiếm 90% trọng lượng hạt. Gồm hai lá mầm tích trữ chất dinh
dưỡng của hạt, chiếm phần lớn khối lượng hạt.
1.1.2. Các thành phần có giá trị dinh dưỡng trong đậu tương
Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, hàm lượng protein trung bình
từ 38 - 40%, lipid từ 18 - 20%, giàu nguồn sinh tố và muối khoáng. Đậu tương là
loại hạt duy nhất mà giá trị của nó được đánh giá đồng thời cả ở protein và lipid.
Protein đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong số các protein thực vật, với hàm
lượng protein từ 38 - 40%, cao hơn ở thịt, cá và gấp hai lần hàm lượng protein có
trong các loại đậu đỗ khác. Hàm lượng của các axit amin có chứa lưu huỳnh như
methionin, cystein... trong đậu tương tương đương với hàm lượng các chất này
trong trứng. Hàm lượng casein, đặc biệt là của lysine rất cao, gần gấp rưỡi trong
trứng. Vì thế khi nói tới giá trị của protein đậu tương cao là nói tới sự đầy đủ và cân
đối của các loại axit amin thiết yếu [8].
Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng trong 100g hạt đậu tương [5]
Thành phần

Đơn vị

Hàm lượng

Năng lượng

Kcal

400

Nước

g

14

Protein

g

34

Lipid

g

18,4

Glucid

g

24,6

Chất xơ

g

4,5

Tro

g

4,5

1.1.3. Phôi đậu tương
Phôi đậu tương (soy germ) là một bộ phận của hạt đậu tương, là bộ phận duy
trì và đảm bảo sự sống của hạt và sẽ phát triển thành một cây mới. Hạt đậu tương
bao gồm vỏ hạt, hai lá mầm và phôi. Các hoạt chất sinh học và chất dinh dưỡng cần

Nguyễn Thu Hoài

4


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

thiết là khác nhau ở các bộ phận khác nhau. Phôi chỉ chiếm 2% trọng lượng hạt
nhưng lượng isoflavones trong phôi được đánh giá là cao hơn hẳn trong vỏ hạt và lá
mầm. Theo nghiên cứu của Tiến sĩ Berhow (USDA-ARS), lá mầm chứa 0,13 0,35% isoflavones, còn trong phôi chứa 0,97 - 2,07% isoflavones [16]. Ngoài ra
phôi đậu tương chứa 40% protein, axit béo thiết yếu, omega 3 và 6, lecthin, vitamin
và saponin.
Phôi đậu tương là một trong các phụ phẩm của công nghiệp chế biến hạt đậu
tương. Hạt đậu tương sau khi thu hoạch được làm sạch và bảo quản. Khi bắt đầu chế

biến, hạt đậu được làm sạch một lần nữa sau đó sấy khô. Sau khi đảm bảo độ ẩm
thích hợp là 6 - 8%, hạt đậu được phá mảnh sau đó thổi khí để tách vỏ. Các mảnh và
phôi đậu tương đi qua thiết bị sàng với kích thước lỗ sàng thích hợp để phân tách
mảnh và loại riêng phôi đậu tương.
1.2.

Isoflavones trong hạt và phôi đậu tương

1.2.1. Cấu trúc isoflavones
Isoflavones là một phytoestrogen thực vật thuộc nhóm các hợp chất
flavonoid và được tìm thấy đầu tiên trong phân lớp đậu thuộc họ đậu. Isoflavones
có cơ chế hoạt động và chức năng tương tự như nội tiết tố estrogen ở người. Tùy
thuộc vào từng loại thụ thể estrogen trong tế bào, isoflavones có thể làm giảm hoặc
tăng cường thêm các hoạt động của estrogen.
Năm 2005, các nhà khoa học Brazil đã tiến hành phân tích 18 mẫu đậu
tương. Kết quả cho thấy isoflavones tồn tại ở dạng tự do (aglycone) và dạng liên kết
(glycoside), bao gồm: daidzin, genistin, glycitin, các malonyl và acetyl tương ứng
của chúng. Trong một số trường hợp chúng có mặt ở cả bốn dạng hóa học với mỗi
dạng chứa ba đồng phân tạo nên 12 loại. Dạng aglycone gồm daidzein, genistein và
glycitein. Dạng glycoside gồm: daidzin, genistin, glycitin. Dạng glycoside kết hợp
với nhóm acetyl (6OAceGlc) gồm: 6’’- O-acetyl daidzin, 6’’- O-acetyl genistin, 6’’O-acetyl glycitin. Dạng glycoside kết hợp với nhóm malonyl (6OMalGlc) gồm: 6’’O-malonyl daidzin, 6’’- O-malonyl genistin, 6’’- O-malonyl glycitin. Cấu trúc cơ

Nguyễn Thu Hoài

5


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

bản của isoflavones gồm 2 vòng benzen (A) và (B) nối với một dị vòng pyron (C)
[11].
Năm 2007, các nhà khoa học Hàn Quốc đã thực hiện nghiên cứu so sánh
hàm lượng isoflavones trong phôi, lá mầm, hạt và vỏ hạt đậu tương. Kết quả cho
thấy tỷ lệ trung bình của isoflavones trong phôi là 2887µg/g, trong hạt là 575µg/g,
trong lá mầm 325µg/g, và trong vỏ hạt là 33µg/g. Như vậy trong hạt đậu tương thì
isoflavones tập trung phần lớn ở phôi [13].

Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của 12 loại isoflavones trong đậu tương
Hàm lượng aglycone (daidzein, genistein, glycitein) trong đậu tương không
cao (0,2 - 1,5mg/g) nhưng chúng lại là những phytoestrogen có hoạt tính sinh học
cao, được cơ thể hấp thu nhanh hơn, với lượng lớn hơn so với dạng glycoside.
Trong đó, aglycone glycitein có hoạt tính mạnh hơn cả daidzein và genistein, mặc
dù nó chỉ chiếm khoảng 5 - 10% tổng lượng isoflavones.
1.2.1.1. Genistein

Hình 1.2: Cấu trúc hóa học của genistein

Nguyễn Thu Hoài

6


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

Genistein là chất đầu tiên được tìm thấy trong các isoflavones và có hàm
lượng cao trong đậu tương. Hầu hết các loại thực phẩm đậu tương chứa khoảng 1 2mg genistein trên mỗi gram protein [12]. Genistein thuộc dạng aglycone của

isoflavones genistin, có tên đầy đủ là 7-Dihydroxy-3-(4-hydroxyphenyl) chromen4-one hay 4',5,7- trihydroxyisoflavones, công thức phân tử là C15H10O5.
Genistein đã được chứng minh là một phytoestrogen và có khả năng phát
huy nhiều tác dụng cũng như ảnh hưởng khác nhau khi có mặt trong cơ thể. Trong
số các isoflavones, genistein có hoạt động của estrogen mạnh nhất. Genistein giúp
chống lại bệnh loãng xương, làm giảm bớt các triệu chứng thời kỳ mãn kinh, giảm
nguy cơ một số bệnh ung thư liên quan đến hormone, chủ yếu là ung thư vú và ung
thư tuyến tiền liệt, ức chế tổng hợp cholesterol và este hóa cholesterol [12]. Nhưng
trong đậu tương hàm lượng genistin (thuộc dạng glycoside) lại nhiều hơn so với
lượng aglycone genistein. Naim và cộng sự đã chỉ ra rằng 99% isoflavones trong
đậu tương được tìm thấy ở dạng glycoside [21]. Genistin có cấu trúc hóa học tương
tự genistein là 4',5,7- trihydroxyisoflavones -7- glycoside, chỉ khác ở liên kết với
phân tử D-glucoza nhờ liên kết β.
- Qúa trình thủy phân genistin thành genistein:
Qúa trình xảy ra khi genistin bị enzym β-glucosidase cắt ở liên kết βglycoside, loại đi phân tử glucoza để chuyển hóa thành genistein không tan trong
nước.

Hình 1.3: Cơ chế thủy phân genistin

Nguyễn Thu Hoài

7


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

- Sự hấp thụ genistein:
Genistein được hấp thụ tốt trong ruột, sau đó được chuyển tới máu, vào
gan, ống mật và quay trở lại ruột. Genistein ở dạng aglycone được hấp thu nhiều

hơn so với genistin ở dạng glycoside [17].
1.2.1.2. Daidzein

Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của daidzein
Daidzein là dạng aglycone của daidzin. Dạng isoflavones này được tìm
thấy trong tự nhiên ở dạng daidzin glycoside 6’’- O-malonyl genistin và 6’’- Oacetyl daidzin. Daidzein liên kết với các thụ thể estrogen, có cả hoạt tính estrogen
yếu cũng như tác dụng chống lại estrogen. Daidzein là loại isoflavones nhiều thứ
hai trong đậu tương. Trong các sản phẩm từ đậu tương không lên men như đậu phụ,
daidzein chủ yếu ở dạng glycoside, còn trong các sản phẩm lên men như natto,
miso, tempeh thì dạng aglycone daidzein chiếm hàm lượng nhiều hơn.
Daidzein được tạo thành từ glycoside daidzin. Qúa trình lên men hoặc tiêu
hóa các thực phẩm đậu tương giúp cắt đứt các phân tử đường của glycoside daidzin
tạo ra aglycone daidzein. Điều này thường xảy ra trong dạ dày (thủy phân axit) và
trong ruột (hoạt động của enzym vi khuẩn). Sau đó, nó có thể được hấp thu vào máu
hoặc được chuyển hóa hơn nữa bằng vi khuẩn đường ruột tạo thành chất chuyển hóa
equol và O-desmethylangolensin (O-DMA). Mức độ trao đổi chất này là khác nhau
ở mỗi người và phụ thuộc vào lượng vi khuẩn có trong đường ruột và chế độ ăn
hàng ngày. Theo nghiên cứu, sau khi hấp thu, khoảng 80 - 90% daidzein chuyển
thành O-DMA, và khoảng 30 - 50% daidzein chuyển hóa thành equol (equol có khả
năng chống oxi hóa rất lớn và hoạt tính estrogen, cao gấp khoảng 100 lần so với
daidzein) [12,17].

Nguyễn Thu Hoài

8


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

Daidzein là chất rắn hầu như không tan trong nước, có khả năng làm giảm các
tác nhân gây ung thư vú, chống xơ vữa động mạch và hội chứng loãng xương.
Daidzein được cho rằng có thể kích thích sự tạo thành các tế bào xương. Ngoài ra nó
còn là một nhân tố trao đổi của quá trình tổng hợp ipriflavone. Ipriflavone được chứng
minh là có khả năng chống lại hiện tượng loãng xương ở cả người và động vật.
1.2.1.3. Glycitein

Hình 1.5: Cấu trúc hóa học của glycitein
Glycitein là dạng aglycone của glycitin. Glycitein là một isoflavones Omethyl hóa, có hàm lượng ít nhất, khoảng 5 - 10% isoflavones tổng số trong đậu
tương. Glycitein là một phytoestrogen với hoạt tính estrogen yếu hơn so với các
isoflavones khác. Tuy nhiên, trong phôi đậu tương, glycitein chiếm khoảng 40%.
Glycitein là chất rắn, tan rất ít trong nước. Nó có cấu trúc hóa học tương
tự daidzein và genistein, ngoại trừ khả năng chống oxi hóa thì các hoạt tính khác
của glycitein không giống như hai chất còn lại, do một chút khác nhau về cấu trúc
hóa học đã tạo nên sự khác biệt về hoạt tính sinh học. So với isoflavones trong đậu
tương thì hoạt tính estrogen của glycitein thấp hơn 20 lần so với daidzein và 200 lần
so với 17β-estradiol [15].
Các nghiên cứu chỉ ra rằng, sau khi sử dụng thực phẩm từ đậu tương,
glycitein được tìm thấy trong huyết tương, điều đó chứng tỏ nó có cơ chế hấp thụ
tương tự như daidzein và genistein [15].
1.2.2. Cơ chế tác động của isoflavones
Từ lâu thói quen sử dụng nhiều sản phẩm từ đậu tương đã đem lại nhiều lợi
ích cho sức khỏe. Isoflavones là chủ đề của nhiều nghiên cứu khoa học, chứng minh
bằng hơn 1700 ấn phẩm khoa học có đề cập đến isoflavones. Các nghiên cứu dịch tễ
học cũng cho thấy người Châu Á với thói quen tiêu thụ một lượng lớn các sản phẩm
Nguyễn Thu Hoài

9

Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

từ đậu tương từ đó làm giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt,
các triệu chứng mãn kinh, bệnh tim và loãng xương [17]. Điều đó được giải thích
bởi khả năng liên kết với thụ thể estrogen và do quá trình trao đổi hormone hoặc ức
chế sự tăng sinh tế bào của isoflavones. Thêm vào đó, do có cấu trúc giống như
estrogen của cơ thể nên isoflavones được gọi là các phytoestrogen, các hợp chất tự
nhiên có hoạt tính estrogen.
Trong thập niên 80, các nhà khoa học đã phát hiện ra thụ thể α và β của
estrogen. Estrogen hoạt động bằng cách liên kết với các thụ thể trên tế bào, từ đó
tạo ra một số phản ứng. Thụ thể α có liên quan tới nguy cơ ung thư gây ra bởi
estrogen. Mặt khác, các thụ thể β chỉ có những tác động có lợi. Vị trí và số lượng
của hai loại thụ thể trong tế bào và các cơ quan là khác nhau. Điều này giải thích tại
sao isoflavones lại hoạt động khác so với estrogen mặc dù cấu trúc của chúng là
tương tự nhau. Isoflavones vừa có hoạt tính estrogen, lại vừa kháng estrogen. Khi
nồng độ của estrogen tự nhiên thấp, isoflavones tác động bằng cách kích hoạt các
thụ thể β. Khi cơ thể sản sinh nhiều estrogen, ví dụ ở thanh niên, các isoflavones
liên kết với các thụ thể α, và ngăn cản estrogen tự nhiên liên kết với các thụ thể này.
Như vậy, isoflavones kích hoạt thụ thể β, tạo ra các hoạt tính estrogen có lợi. Mặt
khác, isoflavones bảo vệ cơ thể khỏi các thụ thể α do đó làm giảm nguy cơ ung thư
liên quan estrogen. Các thụ thể β được tìm thấy chủ yếu trong các tế bào máu, phổi,
tuyến tiền liệt, bàng quang, tế bào xương và tuyến ức. Isoflavones kích thích chức
năng của chúng ngay sau khi mức độ estrogen giảm. Các thụ thể α được tìm thấy
chủ yếu trong mô vú, tử cung, buồng trứng, tinh hoàn và gan. Ở đó, isoflavones bảo
vệ chống lại các liên kết với estrogen và giúp giảm hình thành các khối u [15].
1.2.3. Cơ chế hấp thu isoflavones
Isoflavones tồn tại trong thực phẩm ở dạng glycoside (daidzin, genistin,

glycitin), có cấu trúc mạch vòng liên kết với phân tử đường. Sau khi tiêu thụ sản
phẩm đậu tương, glycoside được hấp thu ở ruột non ít hơn so với dạng aglycone do
có khối lượng phân tử lớn và có tính ưa nước. Các glycoside phải biến đổi về cấu
trúc để có hoạt tính sinh học cao hơn. Sự thủy phân ban đầu như vậy là cần thiết để

Nguyễn Thu Hoài

10


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

giải phóng các aglycone tự do, các aglycone này được hấp thu nhanh qua khuếch
tán thụ động ở các lông nhung của ruột có độ hấp thụ cao. Qúa trình thủy phân này
xảy ra dưới tác dụng của enzym β-glucosidase. Enzym này có thể hoạt động ngay
trong chính bản thân thức ăn, trong tế bào của niêm mạc ruột non hoặc sinh ra bởi
hệ vi sinh vật trong ruột già. Aglycone nhanh chóng được hấp thu, và đạt mức đỉnh
trong huyết tương ở khoảng 5 giờ sau khi ăn. Sau đó nó có thể tiếp tục được chuyển
hóa thành chất có hoạt tính sinh học cao hơn như equol [8, 15, 17].

Hình 1.6: Qúa trình chuyển hóa thành equol
Hệ vi khuẩn đường ruột có ảnh hưởng lớn tới sự trao đổi chất isoflavones.
Khi số lượng vi khuẩn trong đường ruột thấp, như khi sử dụng thuốc kháng sinh,
quá trình chuyển hóa daidzein thành equol giảm. Chế độ ăn uống cũng tác động lớn
tới qúa trình này. Khi chế độ ăn giàu cacbonhydrat, quá trình lên men trong đường
ruột tăng lên, sản sinh nhiều equol hơn. Khi chế độ ăn nhiều chất béo, hệ vi sinh
đường ruột gặp nhiều khó khăn trong việc tổng hợp equol từ isoflavones [8].
Sau khi β-glucosidase cắt phân tử đường, aglycone được khuếch tán qua

màng vào chu trình ruột. Từ đó quá trình chuyển hóa isoflavones diễn ra ở ruột và
gan, và xảy ra giống như với estrogen nội sinh (estradiol). Trong chu trình nội bào,
aglycone

được

gắn

với

axit

gluconic

bằng

uridine-5’-diphosphat-

glucuronosyltransferase và gắn với sulphat bằng sulfotransferase. Từ đó xảy ra quá
trình glucuronid hóa và quá trình sunphat hóa ở trong gan. Các chất tiếp hợp

Nguyễn Thu Hoài

11


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

glucuronid và sulphat có thể di chuyển thông qua hệ tuần hoàn mô, rồi được bài tiết
qua thận hoặc mật và cuối cùng trở về ruột. Sau khi vi khuẩn đường ruột phá vỡ liên
hợp, isoflavone aglycones có thể được hấp thu lại, sau đó quay trở lại gan thông qua
tĩnh mạch chính để tiếp hợp lại và được bài tiết qua thận [17].
1.2.4. Tác dụng của isoflavones đối với sức khỏe
Đậu tương là nguồn cung cấp canxi, chất xơ, chất sắt, và các vitamin nhóm
B. Trong những năm gần đây, isoflavones được tập trung nghiên cứu nhiều hơn cả
vì nó có cấu trúc tương tự như hormone sinh dục nữ estrogen. Theo nghiên cứu, có
một mối liên hệ chặt chẽ giữa những bữa ăn giàu chất béo với các bệnh ung thư.
Chế độ ăn uống giàu đậu nành của người Châu Á giúp bảo vệ chống lại sự phát
triển của các bệnh ung thư phụ thuộc hormone và bệnh tim mạch. Các isoflavones,
cụ thể là genistin và daidzin được chuyển hóa thành genistein và daidzein. Chúng
được coi là cần thiết cho sự hoạt động của ruột, tim, gan, thận và dạ dày. Hai thập
kỷ trước, lợi ích của isoflavones đối với sức khỏe đã được chứng minh. Các tác
dụng có thể kể đến như cải thiện bệnh tim mạch, các bệnh ung thư phụ thuộc
hormone như ung thư vú, buồng trứng, ung thư tuyến tiền liệt, bệnh tim, bệnh loãng
xương, và giảm các triệu chứng ở phụ nữ sau mãn kinh [17].
Chống ung thư
Với chế độ ăn mỗi ngày sử dụng chế phẩm từ đậu tương hoặc một ly sữa đậu
nành là có thể phòng ngừa được nhiều loại ung thư như ung thư vú, ung thư phổi, ruột,
trực tràng, dạ dày hay ung thư tuyến tiền liệt. Phụ nữ châu Á với chế độ ăn kiêng chủ
yếu sử dụng sữa đậu nành thì tỷ lệ ung thư vú giảm hơn hẳn so với phụ nữ phương
Tây.

Nguyễn Thu Hoài

12


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

Bảng 1.2: Tỷ lệ sử dụng đậu tương trung bình ở một số nước [25]
STT

Tên nước

Hàm lượng sử dụng đậu

Tỷ lệ mắc bệnh ung

tương trung bình

thư (%)

(g/người/ngày)
1

Nhật Bản

29,5

2,6

2

Hàn Quốc

19,9

4,7

3

Hồng Kông

10,3

6,0

4

Trung Quốc

9,3

8,4

5

Mỹ

Hầu như không đáng kể

22,4

Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy, tỷ lệ mắc bệnh ung thư tuyến tiền liệt
thường thấp hơn ở các nước có thói quen sử dụng nhiều sản phẩm đậu tương trong
bữa ăn hàng ngày. Tỷ lệ tử vong do ung thư tuyến tiền liệt ở Nhật Bản thấp hơn 9

lần so với Hoa Kỳ. Isoflavones được đề xuất như một chất có tác dụng bảo vệ này.
Một nghiên cứu trước đây tiến hành tại đại học Y khoa Nara Nhật Bản đã cho rằng
equol (được chuyển hóa từ daidzein bởi vi khuẩn đường ruột) có tác dụng ngừa ung
thư tuyến tiền liệt. Cũng tại đây, một nghiên cứu mới được thực hiện xác định mối
liên hệ giữa isoflavones và nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt. Nghiên cứu đối chứng
giả dược được tiến hành ngẫu nhiên trên 158 người đàn ông Nhật Bản từ 50 - 75
tuổi bị giảm chức năng tuyến tiền liệt và cơ thể của một nửa số người trong đó
không thể sản xuất equol. Kết quả cho thấy chỉ có một trường hợp bị ung thư tuyến
tiền liệt, các trường hợp còn lại đều chứng tỏ rằng điều trị bằng isoflavones không
làm tăng lên mức độ PSA (Prostate - Specific Antigen), là một protein được sản
xuất bởi các tế bào của tuyến tiền liệt. Mức độ PSA trong máu thường cao ở những
người đàn ông bị ung thư tuyến tiền liệt. Như vậy isoflavones làm giảm đáng kể
nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt [20].
Các nhà khoa học đã nghiên cứu mối quan hệ giữa isoflavones trong đậu
tương và các bệnh nhân ung thư vú. Genistein, một loại isoflavones có khả năng
kích hoạt các thụ thể estrogen ở các tế bào, kể cả tế bào ung thư ER+ (estrogenreceptor positive). Khi đó cả tế bào vú bình thường và tế bào ung thư đều nhận được

Nguyễn Thu Hoài

13


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

tín hiệu từ genistein để thúc đẩy tăng trưởng. Tiến sĩ Shu và cộng sự đã trình bày
trong cuộc họp thường niên năm 2011 của hiệp hội nghiên cứu ung thư Mỹ kết quả
nghiên cứu của họ về sự an toàn của isoflavones đậu tương đối với 16000 phụ nữ bị
ung thư vú. Họ đã tìm ra rằng phụ nữ tiêu thụ một lượng lớn isoflavones đậu tương

thì nguy cơ tử vong do ung thư vú giảm 9% và nguy cơ tái phát giảm 15%. Từ đó
khẳng định lợi ích của các thành phần từ đậu tương đặc biệt là isoflavones trong chế
độ ăn uống của phụ nữ, bao gồm cả những người bị ung thư vú [17].
Giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch
Protein đậu tương và isoflavones đã đạt được sự chú ý đáng kể với vai trò
tiềm năng trong việc cải thiện các yếu tố nguy cơ bệnh tim mạch có liên quan đến
mạch vành. Cục Quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (FDA) đã phê duyệt ghi
nhãn mác với thực phẩm có chứa protein đậu tương như một sản phẩm hỗ trợ chống
lại bệnh mạch vành. Quyết định này được đưa ra dựa trên kết luận dùng 20 - 50g
protein đậu tương mỗi ngày có thể giảm được cholesterol tổng số và LDLcholesterol [23].
Nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng isoflavones trong đậu tương kích hoạt
hoạt động của của enzym nitric oxide synthase nội mô, dẫn đến tăng sản xuất nitric
oxide, làm giảm huyết áp. Safiya Richardson và nhóm của bà đã nghiên cứu mối
liên hệ giữa isoflavones và huyết áp với hơn 5000 người Mỹ trong thời gian 20
năm. Kết quả nghiên cứu được trình bày tại hội nghị lần thứ 61 của Hội khoa học
tim mạch Mỹ diễn ra hàng năm. Họ phát hiện ra rằng những bệnh nhân cao huyết áp
có lượng isoflavones thấp hơn người bình thường, đặc biệt là người Mỹ gốc
Phi. Lượng sử dụng isoflavones nhiều nhất (> 2,5mg/ngày) có thể làm giảm
5,5mmHg huyết áp tâm thu và còn có thể giảm 10mmHg nếu tăng liều lượng sử
dụng lên đối với những người bị cao huyết áp. Nghiên cứu kết luận rằng đối với tất
cả mọi người khi sử dụng tối thiểu 2,5mg isoflavones/người/ngày có thể giúp giảm
huyết áp tâm thu. Đây là một kết luận đáng ngạc nhiên khi trên thực tế, người châu
Á thường sử dụng từ 40 đến 80mg isoflavones mỗi ngày [24].

Nguyễn Thu Hoài

14


Luận văn thạc sĩ khoa học

Công nghệ sinh học

Chống loãng xương
Loãng xương là hiện tượng tăng phần xốp của xương do giảm số lượng tổ
chức xương, là hậu quả của việc suy giảm các khung protein và lượng canxi gắn với
các khung này. Cứ 5 phụ nữ Mỹ trên 50 tuổi thì có 1 người bị loãng xương. Loãng
xương là hậu quả của sự phá vỡ cân bằng bình thường của hai quá trình tạo xương
và hủy xương, quá trình tạo xương suy giảm trong khi quá trình hủy xương bình
thường. Đặc biệt, phụ nữ mãn kinh dễ bị loãng xương do nồng độ estrogen tự nhiên
trong cơ thể bị giảm mạnh, dẫn đến thiếu lượng estrogen để thúc đẩy quá trình tạo
xương, trong khi vẫn diễn ra quá trình hủy xương. Một phương pháp hiệu quả điều
trị bệnh loãng xương là liệu pháp thay thế hormone, nhưng phương pháp này lại làm
tăng nguy cơ ung thư vú và ung thư nội mạc tử cung. Với cấu trúc tương tự như
estrogen, isoflavones trong đậu tương đang được nghiên cứu rộng rãi do các tác
động tích cực lên mật độ xương cũng như giúp ngăn ngừa loãng xương [17, 31].
Nghiên cứu dịch tễ học cho thấy rằng phụ nữ có thói quen sử dụng thực
phẩm đậu tương trong bữa ăn hàng ngày thì ít có nguy cơ loãng xương hơn những
người có chế độ ăn uống phương Tây. Pan Wei và các cộng sự thuộc Đại học Tứ
Xuyên Trung Quốc đã tiến hành một phân tích tổng hợp từ các thử nghiệm lâm sàng
và đi đến kết luận rằng isoflavones trong đậu tương giúp tăng mật độ xương, đặc
biệt là ở cột sống thắt lưng. Họ cũng phát hiện ra rằng bổ sung isoflavones giúp
giảm hàm lượng deoxypyridinoline trong nước tiểu (một dấu hiệu của quá trình hủy
xương). Các nhà nghiên cứu kết hợp các kết quả của 14 thử nghiệm ngẫu nhiên về
ảnh hưởng của chất isoflavones trong đậu tương lên loãng xương. Sử dụng
isoflavones đậu tương trong 1 tháng đến 2 năm giúp tăng mật độ xương 54%, trong
khi deoxypyridinoline tiết niệu giảm 23%. Như vậy, tương tự như estrogen trong cơ
thể, isoflavones trong đậu tương có thể giúp ngăn ngừa loãng xương ở phụ nữ mãn
kinh [29].
Giảm các chứng bệnh thời kì mãn kinh

Mãn kinh là một quá trình sinh học tự nhiên. Thay đổi nội tiết gây ra các
triệu chứng thể chất của thời kì mãn kinh. Sự giảm tiết estrogen ở buồng trứng phụ

Nguyễn Thu Hoài

15