Phân tích thực phẩm

Vitamin A (Retinol) và tiền vitamin của nó (caroten): Lịch sử phát hiện: - 1909: Step đã tiến hành cho chuột ăn thực phẩm đã bị rút hết chất béo bằng hỗn hợp ete - rượu. Bằng cách này chuột bị sụt cân nhanh chóng và chết, nếu thêm vào thực phẩm yếu tố đã bị rút ra thì động vật hồi phục sức khỏe và tiếp tục phát triển. Step đã đưa ra nhận xét rằng: trong thực phẩm có các yếu tố hòa tan trong chất béo cần thiết cho hoạt động sống của cơ thể gọi là yếu tố A, sau này gọi là vitamin nhóm A. - 1913: Maccollins và Davis chiết xuất được Vitamin A từ bơ và lòng đỏ trứng gà - 1920: Osborn, Mendel và một số tác giả khác phát hiện thấy có các hợp chất tương tự ở thực vật và sau đó tới Eiler (1929), Mur (1930) đã đưa ra ý kiến cho rằng các hợp chất tương tự đó, các Caroten chính là tiền thân của Vítamin A hay gọi là provitamin A. - 1928-1931: Karrer dùng phương pháp sắc ký để phân chia và phát hiện ra cấu trúc của Vitamin A và Carotene - 1947: Ister thực hiện quá trình tổng hợp Vitamin A - 1950: nhiều nhà hóa học trong đó có Karrer đã tổng hợp thành công chất β-Carotene là một trong số 3 dạng đồng phân quan trọng của Carotene. * Giới thiệu sơ nét về Một số carotene có vai trò tiền vitamin A: Tiền Vitamin A là những chất thuộc học Carotene mà có khả năng cắt giữa mạch C40 và chuyển hoá thành 1 hay 2 phân tử vitamin A. Trong cơ thể, người ta đã khám phá được có khoảng70 loại carotene là tiền vitamin A, phổ biến là α - carotene, β - carotene, γ - caroteneTrong đó β - carotene có hoạt tính cao hơn cả (do có khả năng tạo ra hai phân tử vitamin A) nên được quan tâm nhiều nhất. Tính chất hóa học: Trong cơ thể, vitamin A tồn tại dưới các dạng khác nhau: rượu (retinol), aldehyd (retinal), acid (acid retinoic). Hai dạng retinol và retinal có thể chuyển hoá lẫn nhau, nhưng acid retinoic không chuyển đổi ngược lại dạng retinol và retinal. (Ngoài ra vitamin A cũng tồn tại dưới những dạng như epoxyretinol, anhydroretinol, 4 - ketoretinol, nhưng đó chỉ là những dạng phụ và tồn tại rất ít so với các dạng đã nêu ở trên.) Vitamin A ở gan động vật tồn tại dưới dạng Este với Acid Acetic và Acid Panmitic. Ở dạng này nó bền vững hơn ở dạng tự do. Khi cơ thể cần thì dạng dự trữ Vitamin A ở gan sẽ được giải phóng dần. Vitamin A dễ bị oxi hóa trong điều kiện phòng thí nghiệm. Trong cơ thể dưới tác dụng của các chất xúc tác sinh học Vitamin A dạng Ancol (Retinol) chuyển thành dạng Vitamin A dạng Andehit. Vitamin A bị phân hủy khi có Oxi không khí, tuy nhiên nó bền vững đối với Acid, kiềm và khi đun nhẹ. Ví dụ: Nếu không có oxi trong không khí thì khi đun thịt đến 12oC thì vitamin A trong thịt vẫn được duy trì. Vitamin A và Caroten tham gia vào quá trình oxi hóa - khử, chúng có thể là đồng thời chất nhận oxi và chất nhường oxi. Khi kết hợp với Oxi sẽ tạo nên các perocid ở vị trí nối đôi, sau đó các perocid lại có khả năng nhường Oxi với cơ chất một cách dễ dàng. Chức năng sinh học: - Retinic acid là một chất điều hoà sao chép. Sau khi đi qua màng tế bào phân tử này kết hợp với chất nhận đặc hiệu: all-trans-retinic acid với RAR-receptor, 9-cis retinic acid với RXR-receptor. Sau đó phức hệ retinic acid -RAR-RXR kết hợp với yếu tố hormone được tạo ra từ DNA ở trong nhân. - Thuộc những gen được điều khiển theo cách này là gen mã hoá cho protein kết hợp với retinol, enzyme PEP-carboxylase và apolipoprotein A1. Retinic acid cũng tham gia vào sự điều khiển sự phát sinh phôi và phát sinh hình thái (ở liều lượng nhỏ vitamin A trong thời gian có thai là nguyên nhân gây quái thai), phát triển, phân hoá và khả năng sinh sản. - Sự biến đổi từ 11-cis thành all-cis-retinal nhờ ánh sáng là cơ sở cho quá trình nhìn ở động vật. Trong vitamin nhóm A có 2 dạng quan trọng là vitamin A1và A2. Vitamin A2 khác với A1 ở chỗ trong vòng có thêm một nối đôi giữa C3 và C4. Dưới tác dụng của enzyme retinoldehydrogenase nhóm alcol của vitamin A dễ dàng bị oxy hoá đến aldehyd (all-cis-retinal, vẫn có hoạt tính vitamin A). Liên kết đôi giữa C11 và C12 của retinal có thể chuyển thành dạng cis (11-cis-retinal), 11-cis-retinal kết hợp với protein opxin tạo nên sắc tố của mắt là rodopxin. Đây là protein nhận ánh sáng (photoreceptor protein) có trong tế bào hình que của màng lưới mắt người và động vật có vú. Tế bào này hoạt động trong ánh sáng yếu, thích nghi với bóng tối. Khi có ánh sáng, nhóm thêm của rodopxin chuyển từ dạng cis sang dạng trans nên mất khả năng kết hợp với opxin. Ngược lại trong tối sẽ tái tạo lại dạng 11-cis-retinal và rodopxin được tổng hợp trở lại, làm tăng độ nhạy cảm của mắt trong ánh sáng yếu. - Chậm tăng trưởng - Nhiễm trùng tái phát nhiều lần ở da, niêm, đường hô hấp, tiêu hoá, tiết niệu... - Giảm thị lực (quáng gà), dấu hiệu khô giác mạc (vệt Bitot), trường hợp nặng hơn có thể nhuyễn giác mạc, loét giác mạc, tổn thương đáy mắt. Các tổn thương thực thể trên mắt không phục hồi khi bổ sung vitamine A. - Giảm sự tích lũy protein ở gan và ngừng tổng hợp abumin ở huyết thanh. - Giảm lượng glicogen và tăng tích lũy axit pivuric ở não, cơ và gan do ảnh hưởng làm giảm vitamin B1 và axit lipoic cần thiết để chuyển hóa axit pivuric. - Làm tăng sỏi thận và làm giảm kali ở nhiều bộ phận khác nhau. - Vitamin A tham gia vào việc duy trì trạng thái bình thường của biểu mô, tránh hiện tượng sừng hóa. - Dễ bị nổi mụn trứng cá, tóc khô, mệt mỏi, mất ngủ, giảm ý thức về mùi vị. - Các biểu mô (da, tai, mũi, họng, bàng quang) bị sừng hóa, các tuyến giảm bài tiết, khả năng ngăn cản sự xâm nhập của vi khuẩn giảm đi. Da và niêm mạc khô dẫn đến dễ nhiễm khuẩn. Ngược lại, bôi mỡ có vitamin A có tác dụng thúc đẩy quá trình hồi phục các tổn thương ở da. - Gây viêm loét dạ dày NGUỒN CUNG CẤP Nguồn cung cấp sinh tố A chủ yếu là thực phẩm xuất xứ từ nguồn gốc động vật như: gan, dầu cá biển, bơ, sữa, trứng... Thành phần sinh tố A trong thực phẩm động vật có thể đảm nhiệm hoàn hảo phần lớn các chức năng liệt kê ở đoạn trên, nhưng lại không có khả năng phòng chống hiện tượng ung thư và xơ cứng tế bào, vì khả năng này không được đảm nhiệm trực tiếp bởi sinh tố A mà thông qua một tác chất tiền thân của sinh tố A: beta-caroten, còn gọi là tiền sinh tố A. Tiền sinh tố A là thành phần làm trái cây có màu vàng cam, rau cải có màu xanh thẫm hay màu vàng, đỏ như rau xanh, su, hành lá, cà rốt, cà chua, bí đỏ, gấc Vitamin K Lịch sử phát hiện: Vitamin K đã được xác định năm 1929 bởi nhà khoa học người Đan Mạch Henrik Dam khi ông nghiên cứu vai trò của cholesterol khi cho gà ăn chế độ ăn uống không có cholesterol. Sau vài tuần, những con gà này phát triển các chứng xuất huyết và bắt đầu chảy máu. Các khiếm khuyết này không thể được phục hồi bằng cách bổ sung cholesterol đã tinh chế vào chế độ ăn uống cho những con gà thí nghiệm. Điều đó chứng tỏ rằng cùng với cholesterol - một hợp chất thứ 2 đã được chiết xuất từ thực phẩm, và hợp chất này được gọi là vitamin đông máu. - Vitamin K là một nhóm các vitamin hòa tan trong chất béo, giống nhau về cấu trúc mà cần cho có một vai trò quan trọng trong sự điều chỉnh sự đông đặc cúa máu, vitamin K là chất giúp chống lại sự băng huyết. Vitamin K hỗ trợ sự trao đổi chất của xương và trao đổi chất của canxi trong hệ thống mạch máu. - Có hai loại vitamin K dạng tự nhiên: Vitamin K1 hay còn gọi là phylloquinone được tìm thấy trong thức ăn tự nhiên. Vitamin K2 hay còn gọi là menaquinone. Dạng này được tạo ra bởi các loại vi khuẩn có ích ở trong ruột. - Tăng cường chức năng của tế bào nội mô mạch máu, chống xơ vữa động mạch, chống tắc nghẽn mạch, tránh nhồi máu cơ tim, đau thắt ngực. - Kích hoạt protein osteocalcin, giúp gắn ion canxi vào khung xương, ngăn ngừa loãng xương. - Vitamin K là một trong những yếu tố tham gia vào qua trình đông máu. - Nguồn gốc của vitamin K: Vitamin K có nhiều trong trà xanh, củ cải, cải bắp, cải bông, các loại rau có lá lớn, đậu nành và nhiều loại dầu thực vật, gan, lòng đỏ trứng. Vitamin D - Vitamin D đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển của xương. Trên da người có 7- dihidro cholesterol, là tiền vitamin D, dưới ánh sáng mặt trời sẽ chuyển thành vitamin D. Do đó tắm nắng cũng là một biện pháp để chữa trị trẻ con bị còi xương. - Một lượng vitamin D hợp lý mỗi ngày có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh cao huyết áp. - Vitamin D giúp làm tăng khả năng miễn dịch. - Vitamin D giúp phòng ngừa một số căn bệnh ung thư phổ biến. - Vitamin D tham gia vào quá trình tiêu hóa, trao đổi canxi, photpho, làm tăng hàm lượng photpho ở huyết thanh và chuyển hóa photpho ở dang hợp chất hữu cơ thành dạng hợp chất vô cơ trong cơ thể. - Tăng hấp thu canxi ở ruột và tái hấp thu canxi ở ống thận do kích thích tăng sinh các carrier vận chuyển canxi. Phối hợp với hormon cận giáp điều hòa nồng độ canxi trong máu. - Tăng tích tụ canxi trong xương, giảm bài tiết phosphat và giúp chuyển phosphat hữu cơ thành phosphat vô cơ. - Oxy hóa citrat giúp cho sự hòa tan phức hợp canxi và điều hòa nồng độ canxi. - Khi thiếu vitamin D, ở trẻ em sẽ dẫn đến các triệu chứng như suy nhược cơ thể, chậm mọc răng, xương trở nên mềm và cong. Bệnh còi xương ở trẻ em có thể xảy ra từ 3-4 tháng tuổi kéo dài đến 1-2 tuổi. Hiện tượng còi xương cũng có thể gặp ở tuổi muộn hơn: 5-7 tuổi. Sản xuất một số sản phẩm của vitamin D Trong công nghiệp chủ yếu chỉ sản xuất hai loại là vitamin D2 và provitamin D, còn vitamin D thiên nhiên được chiết xuất từ dầu gan cá cùng với vitamin A như đã đề cập trong sản xuất dầu gan cá. Ngoài ra vitamin D có trong một số sản phẩm động vật nhưng tỷ lệ tương đối thấp. b1. Sản xuất ergosterol (provitamin D2) - Sản xuất sinh khối chứa ergosterol Trong lên men mốc penicillin đế sản xuất kháng sinh, sau khi thu kháng sinh penicillin còn lại khối khuẩn ty có chứa khoảng 15% chất khô trong đó hàm lượng ergosterol là khoảng 0,5% (Nếu một phân xưởng sản xuất penicillin có thể tích thiết bị lên men 500m3, một năm có thể thải ra khoảng 350 tấn khuẩn ty khô từ đó có thể chiết lấy ra khoảng 1500-1900 kg ergosterol. Trong khuẩn ty penicillin có cả vitamin B1 (25-35mg/kg), vitamin B2 (10-25mg/kg). Cũng có thể thu ergosterol từ khuẩn ty lên men Aspergillus niger. Nấm men cũng là nguồn nguyên liệu để chiết lấy ergosterol. Men làm bánh mì sau khi ép có khoảng 0,18-0,25%, có loại đến 3% ergosterol chứa trong men sấy khô (nấm men còn là nguồn nguyên liệu để sản xuất phức hợp vitamin (B1, B2, PP, H, PAD, axit folic,) đồng thời là nguồn đạm giàu dinh dưỡng (gần với đạm động vật) được dùng rộng rãi trong việc chống suy dinh dưỡng ở các cộng đồng thiếu nguồn đạm, ngoài ra còn dùng trong chăn nuôi. - Chiết lấy ergosterol từ sinh khối hoặc nấm men Trong nấm men, các vitamin và ergosterol liên kết rất chắc với các protein vì thế muốn chiết xuất ergosterol cần phản thủy phân phá hủy liên kết với protein. Thường việc thủy phân được tiến hành bằng axit hay enzim (thủy phân kiềm ít dùng vì các vitamin nhóm B bị phá hủy). Đơn giản nhất là sử dụng quá trình tự phân (autolyse): Khi để ở 40-45oC protease có trong tế bào nấm men làm phá vỡ các liên kết protein-vitamin, protein- ergosterol để giải phóng ra các vitamin và ergosterol ở trạng thái tự do. Sau đó chiết lấy các vitamin B bằng nước và ergosterol bằng ancol. Quy trình sản xuất thường được tiến hành như sau: + Chiết phức hợp vitamin B: Cho nấm men ép khô (100kg) vào nồi chịu áp suất hai vỏ, thêm vào đó 20 lít nước và đun 110oC trong vòng 25-30 phút, sau đó cho vào dịch thủy phân 80 lít cồn để nồng độ đạt 50%. Khuấy 45-50 phút ở nhiệt độ 75-78oC để làm đông tụ anbumin. Làm lạnh đến 10oC để lắng anbumin. Lọc, phần dịch lọc chứa phức hợp vitamin B, phần bã chứa ergosterol. Phần dịch lọc cất thu hồi cồn trong áp suất giảm đến dung dịch phức hợp vitamin B chứa 50% chất khô, sau đó làm khô thu được hỗn hợp vitamin B. Phần bã được hút khô trong chân không đến hết cồn, sấy chân không để có độ ẩm < 2%, đây là nguyên liệu để chiết lấy ergosterol. + Chiết phân lập lấy ergosterol (18-44, provitamin D2): Cho bã nấm men đã sấy khô ở trên vào thiết bị hai vỏ, cho vào đó bốn phần cồn, đun hồi lưu trong 1 giờ. Lọc, bã chiết thêm 2 lần như thế. Dịch cồn gộp lại, cất chân không thu hồi cồn, cặn khô còn UV-19-lại chứa lipit (Từ 100kg nấm men thu được khoảng 25 kg lipit). Cho lượng lipit trên vào dung dịch NaOH 45% và đun nóng để xà phòng hóa. Sau đó làm lạnh xuống 0oC-5oC để kết tinh ergosterol. Lọc thu được ergosterol thô (trong dịch lọc chứa muối natri của các axit béo). Kết tinh lại ergosterol trong hỗn hợp dung môi cồn-toluen 4:1. Sấy khô thu được ergosterol. Có thể tinh chế ergosterol trong cồn 95o hoặc trong CHCl3 hay trong ete, axeton. Sản phẩm ngậm 1.5 H2O có độ chảy 166oC. Phổ UV có λmax ở 263, 271, 282, 293 nm. Tinh thể dễ bị ánh sáng chuyển thành màu vàng. Cần bảo quản ở lạnh (<0oC) và trong khí trơ. b1. Sản xuất vitamin D2 (ergocalaferol, 18-49) Nguyên tắc của sự chuyển hóa của ergosterol thành ergocalaferol và các hợp chất khác, dưới tác dụng của tia tử ngoại. dưới tác dụng của tia cực tím thì bước đầu precalciferol được tạo thành, chất này ngoài việc tạo ra sản phẩm mong muốn có tác dụng vitamin D là ergcalciferol (vitamin D7), nó còn tạo ra 2 hợp chất có độc tính, không có tác dụng vitamin D là lumisterol, tachysterol. + Quá trình chiếu xạ, điều chế vitamin D2 Hòa tan ergosterol trong ete để có nồng độ 0,3-0,5%, cho dung dịch này đi qua ống có chiếu sáng bằng đèn thạch anh dùng ánh sáng thủy ngân với bước sóng cực tím vùng 275-300nm ở nhiệt độ sôi của dung môi. Dịch phản ứng sau khi chiếu xạ là chất lỏng sánh, cất loại dung môi đến khi dung dịch có nồng độ tăng lên 100 lần (lúc này thành phần các chất có trong dịch phản ứng như sau: ergocalaferol 55-60%, ergosterol còn thừa chưa chuyển hóa 10-13%, lumisterol 15-20%, tachysterol 10-12%. Làm lạnh xuống 8-10oC để kết tinh ergosterol chưa phản ứng. Tinh thể ergosterol tạo ra được lọc, dịch lọc cô dưới áp suất giảm ở 50mmHg để loại hết ete, thu được cặn. Cặn được hòa tan trong hỗn hợp ete-metanol 1:2, sau đó bốc hơi đi 50% dung môi và để kết tinh các sterol (cả lumisterol và tachysterol). Lọc, dịch lọc được đuổi hết dung môi, thu được cặn dạng “nhựa” này chủ yếu là ergocalaferol. Để có thể tách được ergocalaferol (vitamin D2) sạch cần phải chuyển sang dạng este dinitrobenzoat của nó. + Tạo este dinitrobenzoat của vitamin D2 (ergocalaferol dinitrobenzoat) Cho “nhựa” (1kg) ở trên vào 2,5 lít piridin dùng khí nitơ hoặc CO2 vào đuổi oxi, khuấy cho tan sau đó cho vào đó 0,8kg 3,5-dinitrobenzoyl clorua, duy trì để nhiệt độ phản ứng không lên quá 60oC. Tiếp tục khuấy trong 4h. Sau đó cất chân không ở 50mmHg để loại bớt một nửa lượng piridin. Tiếp đó cho hỗn hợp trên 6,5 lít nước nóng 50oC, khuấy kỹ và để lắng. Gạn loại nước-piridin, gạn và lại rửa cho đến lúc hết piridin. Cuối cùng ngâm và khuấy cặn với 2,5 lít metanol để loại axit dinitrobenzoic. Lọc loại dịch metanol. Cặn được hòa tan trong axeton, tẩy màu bằng than hoạt tính (1,5-2%), dịch lọc được làm lạnh ở -10oC qua đêm. Tinh thể tạo ra được đem lọc, sản phẩm este màu vàng có độ chảy 145-147oC (H=30%) so với “nhựa” đó là ergocalaferol dinitrobenzoat. + Thủy phân este ergocalaferol dinitrobenzoat tạo ergocalaferol (vitamin D2) Cho lượng ergocalaferol dinitrobenzoat ở trên hòa tan trong dung dịch KOH 5% trong metanol sau đó đun hồi lưu cho đến khi màu vàng biến mất và tủa màu tím xuất hiện. Lọc nóng loại tủa kalidinitrobenzoat (trong luồng khí nitơ). Dịch lọc được pha loãng với nước sôi đến khi xuất hiện vẩn đục khi đang nóng. Sau đó làm lạnh xuống -5 đến -10oC. Tinh thể tạo ra được lọc, rửa lại với nước lạnh hoặc cồn loãng -20-10% lạnh. Sấy khô thu được ergocalciferol (H=75%). Sản phẩm tinh thể màu trắng có độ chảy 113oC-114oC, αD=82,6. Nếu chưa đạt thì kết tinh lại trong metanol. - Nguồn cung cấp: Vitamine D (Cholecalciferol) được cung cấp cho cơ thể qua 2 nguồn chính : 80% từ tiền chất 7-dehydro-cholesterol ở da dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. 20% qua thức ăn, chủ yếu là thức ăn động vật (sữa, gan, thịt, cá, trứng...), một ít từ thức ăn thực vật (nấm, đậu...) Vitamin E Vitamin E tuy là một vitamin tan trong chất béo nhưng lại rất dễ bị hủy hoại bởi nhiệt độ cao và các tác nhân oxy hóa như tia xạ, nắng Nhu cầu vitamin E vào khoảng 15mg/ngày. - Vitamin E là một yếu tố quan trọng giúp bảo vệ tế bào, chống lại sự phá hủy của các gốc oxy hóa, qua đó giúp cơ thể phòng chống quá trình lão hóa và một số bệnh lý ung thư. - Ngăn cản sự tạo thành gốc tự do, làm vững bền màng tế bào đặc biệt khi có mặt vitamin C và các chất có chứa nhóm SH. - Tăng hấp thu và dự trữ vitamin A, nhưng lại làm giảm một số triệu chứng của sự thừa vitamin A. - Nguồn cung cấp: Vitamin E (Alpha-Tocopherol) có nhiều trong rau xà lách, rau cải, các loại dầu thực vật nhẹ như dầu , dầu hướng dương, nhiều nhất là trong dầu làm từ mầm lúa mì (wheat germ oil), các dạng hạt có dầu như hạt dẻ, hạt quỳ và thức ăn động vật như gan, sữa.