1

TẬP ĐOÀN HOÁ CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM MAI THANH NGA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TƯƠNG TÁC OXI HÓA CỦA
POLYPHENOL CHIẾT XUẤT TỪ CHÈ XANH ĐẾN
POLYANILIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CHỐNG ĂN MÒN Chuyên ngành: HOÁ HỮU CƠ
Mã số: 62 44 01 14 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. LÊ XUÂN QUẾ
2. GS.TSKH. MAI TUYÊN

HÀ NỘI - 2013
2

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

4
với điện cực nền polyanilin trong quá trình tổng hơp bằng phương pháp phân
cực điện hóa.
3. Nhiệm vụ của luận án
6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Polyphenol chè xanh
1.1.1. Cây chè
1.1.1.1. Tên khoa học
Theo PGS. TS Lê Ngọc Công –Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên
thì cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis (L.) O.Kuntze
Cây chè thuộc ngành Hạt kín Angiospermatophyta, lớp Ngọc lan
(hai lá mầm) Magnoliopsida, phân lớp Sổ Dilleniidae, bộ chè Theales,
họ chè Theaceae, chi chè Camellia (Thea). Năm 1753 Carl Von.
Linnaeus nhà thực vật học nổi tiếng người Thụy Điển đã xác định tên
khoa học cây chè là Thea sinensis, được chia thành hai loại: Thea bokea

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

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

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

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

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

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

N
CH
3

O
H
3
C
N
N
O
N
CH
3

N
CH
3


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

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


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

C, [α]
D
=-177
o

M = 306, t
0
nc
= 188
o
C, [α]
D
= +15
o
(-)-Epigallocatechin C
15
H
14
O
7
,
(-)-Epigallocatechingallate C
22
H

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

OH
OH
O
H
H
OH
OH

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

Catechin
Lá thứ 1
Lá thứ 2
Lá thứ ba

222.08
293.45
Tổng
918.86
941.35
818.75
838.09
737.86
Đơn vị: mg/g chế phẩm chiết bằng etylaxetat. 16
1.1.3.3. Sinh tổng hợp catechin trong lá chè
Hiện nay, cơ chế về quá trình sinh tổng hợp các catechin trong lá chè
vẫn chưa được giải thích một cách đầy đủ do thành phần tương đối đặc biệt
của các catechin trong lá chè. Xét theo khung cơ bản gồm 3 vòng A, B, C
(hình 1.3, 1.4), cấu trúc của họ flavonoit được chia làm 2 phần [6], [12]:
- Phần C6-C3 (Vòng B+3C), xuất phát theo chu trình axit shikimic dẫn đến
dẫn chất phenylpropan.

Hình 1.5. Chu trình sinh tổng hợp tạo thành phenylpropan
- Phần C6 (vòng A) xuất phát từ 3 đơn vị axetat dẫn đến axit triaxetic
Hai phần này đóng vòng ghép lại thành mạch chính chalcon. Từ chalcon
hình thành nhiều dẫn xuất khác nhau của họ flavonoit.
Trong trường hợp chalcon và các dẫn xuất của chalcon, mạch 3C
không đóng vòng. Còn phần lớn các trường hợp khác mạch 3C đóng vòng với
vòng A tạo thành vòng 6 dị thể chứa 1 nguyên tử oxi.

4

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

C

O
Axit triaxetic

17 Hình 1.6. Quá trình hình thành chalcon [12]
Qua các kết quả nghiên cứu, sơ đồ sinh tổng hợp sau được đề nghị cho
các hợp chất catechin trong lá chè. 3- Deoxi- D-arabino
hepurronic axit -7-
photphat
( Vòng B)
Axit
5- Dehydroshikimic
Axit phenyl
axetic
Axit
5- Hehydroquiric
Axit shikimic
Axit phenyl
byruvic

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

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

O
Enol
O

18
1.1.3.4. Biến đổi sinh hóa của nhóm hợp chất catechin
Quá trình biến đổi catechin trong chè đã được nghiên cứu và công bố,
quá trình chuyển hóa này bị chi phối bởi enzym polyphenol oxidase, được xác
định thông qua hiện tượng oxi hóa không cần oxi. Hiện nay enzym
polyphenol oxidase đã được tách ra ở dạng tự do với thành phần cấu trúc
chính là protein chứa nhân ion đồng [12], [59]. Enzym trong lá chè có cấu
trúc riêng, trong quá trình phát triển của lá chè, enzym sẽ chuyển hóa dần các
hợp chất catechin thành các tannin bậc cao (hình 1.8) [115]. Hình 1.8. Quá trình oxi hóa các hợp chất catechin trong chè [69]
Để sản xuất chè xanh, lá chè được vò và đem sấy để triệt tiêu hoạt tính của
các enzym trong lá chè bằng nhiệt hoặc hơi nước ngay khi bắt đầu chế biến nên
không xảy ra hiện tượng oxi hoá, do đó hàm lượng polyphenol hầu như không
thay đổi trong quá trình chế biến, không xảy ra hiện tượng oxi hóa các catechin.
HO
HO

O
OH

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

OH
OH
OH
OH
- OOC
+ catechin, gallocatechin

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

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

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

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

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

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

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