1
TẬP ĐOÀN HOÁ CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

MAI THANH NGA

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TƢƠNG TÁC OXI HÓA CỦA
POLYPHENOL CHIẾT XUẤT TỪ CHÈ XANH ĐẾN POLYANILIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. LÊ XUÂN QUẾ
GS.TSKH. MAI TUYÊN

HÀ NỘI - 2013


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

MAI THANH NGA

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TƢƠNG TÁC OXI HÓA CỦA
POLYPHENOL CHIẾT XUẤT TỪ CHÈ XANH ĐẾN POLYANILIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC



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


- Xác định được khả năng ứng dụng nâng cao thời gian bảo vệ chống ăn
mòn của tương tác giữa các chất epigallocatechingallat, epigallocatechin,
cafein

thì cây chè có tên khoa học là Camellia sinensis (L.) O.Kuntze
Cây chè thuộc ngành Hạt kín Angiospermatophyta, lớp Ngọc lan
(hai lá mầm) Magnoliopsida, phân lớp Sổ Dilleniidae, bộ chè Theales,
họ chè Theaceae, chi chè Camellia (Thea). Năm 1753 Carl Von.
Linnaeus nhà thực vật học nổi tiếng người Thụy Điển đã xác định tên
khoa học cây chè là Thea sinensis, được chia thành hai loại: Thea bokea
(chè đen) và Thea viritis (chè xanh) [13],[26].
1.1.1.2. Đặc điểm sinh thái học
Cây chè có nguồn gốc ở Vân Nam (Trung Quốc) sau đó được trồng phổ
biến ở Việt Nam, Nhật Bản, Ấn Độ và nhiều nước châu Á khác [24], [30].
Ở nước ta, chè được trồng chủ yếu ở các tỉnh Phú Thọ, Tuyên Quang,
Thái Nguyên, Quảng Nam, Lâm Đồng, Đắc Lắc, … với tổng diện tích 125.000
ha, sản lượng hàng năm khoảng 577.000 tấn [30], [96]. Nước ta sản xuất 15 loại
chè thương phẩm khác nhau, trong đó 60% lượng chè xuất khẩu là chè đen [24],
[30], [116].
Cây chè sống thích hợp ở vùng khí hậu gió mùa, nhiệt đới ẩm ướt như
vùng đông nam châu Á . Cây chè sinh trưởng và phát triển tốt trong điều kiện:
0

+ Nhiệt độ trung bình: 15- 25

+ Lượng mưa trung bình: 1500 – 2000 mm.
+ Độ ẩm tương đối của không khí: 80 – 85 %.


+ Đất chua: pH = 4.5-6.
+ Tầng đất dày 1m, nhiều mùn, giàu dinh dưỡng N, P, K kết cấu đất tơi
xốp, dốc thoải vừa thoáng vừa giữ được nước, thuộc loại đất thịt.
* Thân và cành: Cây chè sinh trưởng chỉ có một thân chính. Cành chè do
mầm sinh dưỡng phát triển thành, trên cành chia ra nhiều đốt, chiều dài

1.1.2. Thành phần hóa học của lá chè
1.1.2.1. Phân loại nhóm hợp chất trong chè
Chè là một loại thức uống truyền thống đã có lịch sử hàng ngàn năm.
Quá trình nghiên cứu về chè trên thế giới đã được thực hiện từ rất lâu. Cũng
như các loại thực vật bậc cao khác, trong chè xanh có nhiều loại hợp chất tự
nhiên, được chia thành hai nhóm lớn [13]:
- Nhóm chất trao đổi bậc 1: Là những chất tham gia vào quá trình trao đổi chất
và quá trình sinh trưởng của cây, như hydratcacbon, lipit và axit amin…là
thành phần không thể thiếu trong quá trình sinh trưởng của thực vật.
- Nhóm chất trao đổi bậc 2: Là những chất không phải để nuôi sống và phát
triển cây cỏ, có thể có mặt ở loại cây này nhưng hoàn toàn không có ở cây
khác, là những hợp chất có hoạt tính sinh học cao.


Đối với cây chè, lá chè là bộ phận có giá trị nhất, nên cũng được các nhà
khoa học quan tâm nghiên cứu. Có thể nói hiện nay thành phần hóa học của lá
chè đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học chủ yếu của lá chè [12],[13]
Thành phần

Hàm lƣợng (%) khối lƣợng chất khô

Catechin
(-)- Epigallocatechingallate
(-)- Epicatechingallate
(-)- Epigallocatechin
(-)- Epicatechin
(+)- Catechin
(+)- Gallocatechin
Flavonol và flavonol glucozơ

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


của chè xanh (Bhatia, 1964) [12], [13], [29]. Hàm lượng này ít biến đổi trong
quá trình phát triển của lá chè. Điều đáng chú ý là hàm lượng cafein trong lá
chè cao hơn hàm lượng cafein tương ứng trong hạt cà phê (chiếm khoảng 1,5%
trọng lượng khô). Ngoài cafein, trong lá chè còn có các dẫn xuất khác của
metylxanthin như theobromin, theanin với hàm lượng thấp hơn (
* Vitamin
Lá chè tươi có nhiều loại vitamin như nhóm vitamin tan trong dầu bao
gồm: vitamin A, vitamin D, vitamin E, vitamin F… và nhóm vitamin tan
trong nước: vitamin B, vitamin PP, vitamin C…. Trong đó vitamin C chiếm
hàm lượng cao nhất, có thể đạt đến 280mg/100g (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Hàm lượng vitamin C trong lá chè [12]
Bộ phận

Búp chè

Lá thứ 1

Lá thứ 2

Lá thứ 3

Lá già

mg/kg
chất khô

7,03

9,99

10,44

7,88

4,83

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].


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 (
flavan-3-ol, phân tử có 15 cacbon bao gồm hai vòng 6 cacbon A và B được nối
bởi 3 đơn vị cacbon ở vị trí 2, 3, 4, hình thành một dị vòng C chứa một nguyên
tử oxi (hình 1.3). Cấu trúc của catechin có chứa hai cacbon bất đối ở vị trí 2
và 3, không chứa nối đôi ở vị trí 2,3 và nhóm 4- oxo [12] [28].

Hình 1.3. Khung cơ bản của hợp chất catechin [12]
Trong thành phần của chè có 6 loại hợp chất catechin chính và một số
lượng nhỏ các dẫn xuất catechin (hình 1.4). Các catechin được chia thành 2
nhóm: nhóm catechin tự do bao gồm C, GC, EC, EGC (vị trí cacbon số 3 có
chứa nhóm thế hydroxyl) và nhóm đã bị este hóa hay nhóm galloyl catechin:
ECG, EGCG (nhóm hydroxyl ở vị trí cacbon số 3 được thay bằng một nhóm
gallat).


OH

OH

H

OH

H

OH
HO

O

HO


OH

HO

O

HO

OH

H
HO

OH
O OC

H

o

OH
OH

H

= -69

O


nc

= 188 C,
[α]

= +15

o

D

D
OH

HO

O

HO

OH

HO

H

OH

H



= 276 C,
[α]D

(-)-Epigallocatechingallate C22H18O11
o

= -50

M = 458, t

0

o

= 216 C,
nc [α]D

o

= -179

Hình 1.4. Các hợp chất catechin chính trong chè [15],[26], [58]
0

(t nc: Nhiệt độ nóng chảy, M: Khối lượng phân tử, [α]D: góc quay cực)
Các hợp chất catechin chính trong lá chè (hình 1.4) đã được tách ra từng
chất ở dạng tinh khiết, ở thể rắn chúng là những chất kết tinh không màu hình




Cọng búp

GC

32.15

31.04

28.34

25.36

68.9

EC

45.52

47.84

45.13

45.24

65.45

ECG

138.52


293.45

Tổng

918.86

941.35

818.75

838.09

737.86

Đơn vị: mg/g chế phẩm chiết bằng etylaxetat.


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.
COOH

COOH
+



3-enol pyruvyl shikimat-5- photphat

5-photphoshikimic

COOH
+H2O +H3PO4

HC
HO

C

CH

CH=CH-COOH
OH

CH2-CH-COOH

+ NH3

NH

- NH3

CH2COCOOH

-CO2


O

O

H-CH2
COOH

HC

+

CH
CH2
C
COOH

CH

HO

OH

O HC

O

OH

C


OH

CH
C

H

O

HC

H

O

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- Darabino
hepurronic axit
-7- photphat
( Vòng B)
Chu trình
Shikimic
(Tạo vòng
B)

Axit
5Hehydroquiric

‟

Chalcon
MalonylCoA

‟

2,4,4 ,6 Pentahydroxichalcon
‟

‟

2,4,4 ,6 Tetrahydroxichalcon-2- Oglucozơ

(-)-EC

(-)-EGC

(-)-EGC

(-)-EGCG

Hình 1.7. Chu trình sinh tổng hợp hình thành các hợp chất catechin [12]


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


O

O
HO

OH

HO

OH

OH

HO

O

O
HO

OR1
HO
Catechin quinon

PPO
HO

O


HO
Theaflavin
+ catechin, gallocatechin
Thearubigin

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.


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

hydroxyl (OH), ion sắt (Fe ), đồng hydroxit Cu(OH)2, những gốc tự do hoạt
.

.

các nghiên cứu đều hướng tới việc khảo sát khả năng chống oxi hóa, quét gốc
tự do trong quá trình tìm kiếm các hợp chất trong thiên nhiên có khả năng
ngăn chặn hoặc chữa bệnh.
* Tính kháng oxi hóa của nhóm hợp chất catechin

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


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

chén, sữa tắm, dầu gội…), sản phẩm tẩy mùi, diệt khuẩn nhẹ…Trong thực
phẩm, ngoài khả năng kháng oxi hóa trong các sản phẩm như bánh kẹo.., chè
còn được sử dụng như một dạng thực phẩm chức năng nhằm tăng cường khả
năng phòng bệnh của cơ thể. Trong công nghiệp sử dụng vào quá trình chống
ăn mòn kim loại thân thiện với môi trường [30], [106]...