Nghiên cứu ảnh hưởng của việc trộn lẫn các loại hạt đến hàm lượng hợp chất chức năng và hoạt tính sinh học in vitro

Việc theo đuổi nâng cao chất lượng cuộc sống và tăng tuổi thọ đã thúc đẩy sự thay đổi đáng kể của người tiêu dùng đối với thực phẩm chức năng chứa hợp chất hoạt tính sinh học có thể cải thiện chức năng sinh lý và giảm nguy cơ mắc bệnh. Những lo ngại ngày càng tăng về béo phì và các bệnh mãn tính đã thúc đẩy thêm nhu cầu về thực phẩm ít calo, hướng đến sức khỏe. Ở Hàn Quốc, các loại ngũ cốc như yến mạch, hạt lúa miến, hạt kê chân vịt, đậu đỏ và hạt kê proso được đánh giá cao về lợi ích dinh dưỡng, cung cấp chất xơ, protein, khoáng chất và chất chống oxy hóa thiết yếu.

Yến mạch (Avena sativa L.) được trồng chủ yếu ở Mỹ và Châu Âu, ban đầu được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi do giá trị dinh dưỡng cao. Gần đây, mức tiêu thụ yến mạch của con người đã tăng mạnh, do hàm lượng chất phytochemical phong phú như β-glucan, sterol, tocols, axit phytic và avenanthramides, góp phần giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường tuýp 2 và rối loạn tiêu hóa. Chi Cao lương (Sorghum bicolor L.), loại ngũ cốc quan trọng thứ năm trên toàn cầu, cung cấp các hợp chất chức năng như axit phenolic, flavonoid, policosanol, phytosterol, stilbenes và tannin, có lợi trong việc giảm viêm, ung thư, béo phì và các bệnh mãn tính. Hạt kê chân vịt (Eleusine coranana L.) và hạt kê proso (Panicum miliaceum L.) là những hạt kê quan trọng cung cấp nguồn protein và năng lượng đáng kể. Hạt kê chân vịt đặc biệt được chú ý vì các chất phytochemical của nó, bao gồm polyphenol như axit hydroxybenzoic và hydroxycinnamic, và flavonoid, rất quan trọng trong phòng ngừa bệnh mãn tính. Hạt kê proso, từng không được sử dụng nhiều, hiện được đánh giá cao về hồ sơ dinh dưỡng, chỉ số đường huyết (glycemic index) thấp và không chứa gluten, giúp bảo vệ gan và ngừa các bệnh tim mạch. Đậu đỏ (Vigna angularis var. nipponensis), phổ biến rộng rãi ở Đông Á, theo truyền thống được sử dụng trong y học và thực phẩm do các hợp chất hoạt tính sinh học của nó, thể hiện tác dụng chống tăng huyết áp, chống béo phì, chống oxy hóa và điều hòa hệ miễn dịch.

Sự quan tâm ngày càng tăng đối với thực phẩm lành mạnh và sự xuất sắc về dinh dưỡng của các loại ngũ cốc này đã dẫn đến sự gia tăng tiêu thụ của chúng, đặc biệt là ở dạng hỗn hợp như gạo nấu chín với các loại ngũ cốc khác nhau ở Hàn Quốc. Nghiên cứu trước đây đã tập trung vào các tính chất hóa lý, tác dụng cảm quan và giá trị dinh dưỡng của các hỗn hợp hạt này. Tuy nhiên, hiểu được thành phần và hàm lượng các hợp chất hoạt tính sinh học trong hỗn hợp hạt ngũ cốc (sửa trong toàn bài) là rất quan trọng để hiểu các hoạt động sinh học của chúng.

Trong nghiên cứu này, hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học (tổng lượng polyphenol và flavonoid) và hoạt tính sinh học in vitro (chất chống oxy hóa và chống tiểu đường) của các loại hỗn hợp hạt ngũ cốc với tỷ lệ pha trộn khác nhau được so sánh; danh sách chất chuyển hóa chính tương ứng (axit amin và axit hữu cơ) được đánh giá bằng cách sử dụng sắc ký khí khối phổ (GC-MS). Yến mạch (cv. Daeyang) và lúa miến (cv. Sodamchal) được chọn làm thành phần chính cùng kê chân vịt (cv. Finger 1ho), đậu đỏ (cv. Arari) và kê proso (cv.Geumsilchal) được thêm vào với lượng khác nhau.

Vật liệu và phương pháp

Các hỗn hợp hạt được nghiền thành bột mịn bằng máy xay sinh tố và rây để thu được kích thước đồng đều.

Bảng 1. Tỷ lệ (%) của các loại hạt đã trộn

Các hợp chất hoạt tính sinh học được chiết xuất từ các mẫu nghiền bằng ethanol. Các mẫu được khuấy ở nhiệt độ phòng, ly tâm và loại bỏ dịch nổi bằng cách bay hơi. Các chất chiết xuất cô đặc (cao chiết) đã được hòa tan trong dimethyl sulfoxide (DMSO) để phân tích thêm. Tổng hàm lượng phenolic được đánh giá bằng phương pháp Folin-Ciocalteu và tổng hàm lượng flavonoid được đo bằng phương pháp so màu nhôm clorua.

Hoạt tính chống oxy hóa của cao chiết được đánh giá bằng ABTS (2,2′-azinobis (3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonic acid)) và tính  khử đánh giá bằng phương pháp Oyaizu có điều chỉnh. Xét nghiệm ABTS thông qua hòa lẫn chiết xuất với dung dịch ABTS và đo độ hấp thụ. Đánh giá tính khử thông qua đến việc ủ chiết xuất bằng đệm photphat và kali ferricyanide, tiếp theo là bổ sung axit trichloroacetic và clorua sắt, và đo độ hấp thụ. Tiềm năng chống bệnh tiểu đường được đánh giá bằng cách sử dụng hoạt tính ức chế α-glucosidase, trong đó chiết xuất được ủ với α-glucosidase và p-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside, và độ hấp thụ được đo để xác định tác dụng ức chế.

Kết quả và thảo luận

Trong số các mẫu hỗn hợp hạt, DI-6 thể hiện tổng hàm lượng phenolic cao nhất (16,53 mg), tiếp theo là DI-1 (15,84 mg) và DI-8 (15,65 mg). Tổng hàm lượng flavonoid dao động từ 1,22 mg (DI-1) đến 5,37 mg (DI-8), với DI-6 và DI-8 cho thấy hàm lượng hợp chất hoạt tính sinh học tương đối cao hơn so với các phương pháp điều trị khác. Hàm lượng hợp chất hoạt tính sinh học cao trong DI-6 và DI-8 có thể được quy cho tổng hàm lượng phenolic và flavonoid cao được tìm thấy trong lúa miến, một thành phần quan trọng trong các hỗn hợp này.

Bảng 2. Hàm lượng hợp chất sinh học trong hỗn hợp hạt với tỷ lệ trộn lẫn khác nhau. Hàm lượng được trình bày dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn của ba lần lặp lại. Chữ cái nhỏ viết trên ở cùng một cột biểu thị sự khác biệt đáng kể giữa các mẫu trộn lẫn ở mức có nghĩa p<0.05, được xác định bằng phương pháp kiểm định bội so sánh Tukey. ¹GAE (axit gallic); ²CE (Catechin):

Các hoạt tính chống oxy hóa của cao chiết hỗn hợp hạt bị ảnh hưởng đáng kể bởi tỷ lệ trộn lẫn. DI-8 và DI-6 cho thấy hoạt động ABTS cùng tính khử cao nhất (72,05 mg TE / g và 0,507). Những hoạt động chống oxy hóa này tương quan với hàm lượng phenolic và flavonoid trong cao chiết, làm nổi bật tầm quan trọng của các hợp chất này trong việc góp phần vào tiềm năng chống oxy hóa của các hỗn hợp hạt ngũ cốc.

Bảng 3. Hoạt tính chống oxy hóa in vitro và tác dụng chống tiểu đường của hỗn hợp ngũ cốc với các tỷ lệ pha trộn khác nhau. Số liệu được trình bày dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn của ba lần lặp lại. Chữ cái nhỏ viết trên ở cùng một cột biểu thị sự khác biệt đáng kể giữa các mẫu trộn lẫn ở mức có nghĩa p<0.05, được xác định bằng phương pháp kiểm định bội so sánh Tukey.¹TE (Trolox); ²Abs (độ hấp thụ).

 Phân tích GC-MS đã xác định hai mươi chất chuyển hóa chính thay đổi đáng kể dựa trên tỷ lệ trộn lẫn. Axit malonic, asparagine, axit oxalic, axit tartaric và proline được xác định là thành phần chính chịu trách nhiệm cho sự khác biệt giữa các mẫu hạt hỗn hợp. Phân cụm phân cấp và phân tích bản đồ nhiệt đã nhóm các mẫu thành ba cụm riêng biệt, mỗi cụm thể hiện các cấu hình chất chuyển hóa và hoạt động sinh học độc đáo. Đặc biệt, DI-8 đã chứng minh mức độ cao nhất của các hợp chất hoạt tính sinh học và các hoạt động sinh học, cho thấy lợi ích sức khỏe tiềm năng của nó.

Hình 1. Phân cụm phân cấp và bản đồ nhiệt của các chất chuyển hóa và hoạt tính sinh học thu được từ các  hỗn hợp hạt theo tỷ lệ trộn lẫn của chúng. Màu đỏ và màu xanh biểu thị giá trị cao hơn và thấp hơn, tương ứng. Phép đo tương tự cho phân cụm dựa trên dữ liệu chuẩn hóa với các phép đo khoảng cách Euclide và thuật toán phân cụm Ward.

Kết luận

Nghiên cứu này cung cấp một phân tích toàn diện về hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học và hoạt động sinh học in vitro của các loại hỗn hợp hạt ngũ cốc với các tỷ lệ trộn lẫn khác nhau. Các phát hiện chỉ ra rằng tỷ lệ trộn lẫn cụ thể, đặc biệt là DI-8, cung cấp hàm lượng hợp chất hoạt tính sinh học và các hoạt động sinh học vượt trội, cho thấy tiềm năng của chúng như thực phẩm chức năng. Nghiên cứu nhấn mạnh sự cần thiết phải nghiên cứu thêm về các cấu hình flavonoid và polyphenol riêng lẻ của các loại hỗn hợp hạt ngũ cốc để hiểu đầy đủ các thành phần góp phần vào lợi ích sức khỏe của chúng.

Theo Han, N., Woo, K.S., Lee, J.Y. et al. Comparative study on the effects of grain blending on functional compound content and in vitro biological activity. Sci Rep 14, 12638 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-63660-1

Biên tập: CLB Bio-Sciencenews, Khoa Công nghệ sinh học