Cơ chế tạo màu và chống oxy hóa của Astaxanthin trên tôm

Màu sắc và hình thức bên ngoài là những yếu tố để đánh giá chất lượng của tôm, từ đó có thể tác động lớn đến giá trị thị trường của chúng. Người tiêu dùng thích tôm nấu chín có màu cam sáng hoặc đỏ.

Ở một số quốc gia, đặc điểm phân loại bằng màu sắc chủ quan được sử dụng để đánh giá và phân loại tôm vào phân khúc thị trường cao cấp. Màu sắc của tôm do các sắc tố tạo ra, nó đóng vai trò quan trọng trong việc ngụy trang để sinh tồn. Đối với tôm nuôi, màu sắc tôm chủ yếu do tổng hợp Astaxanthin trong thức ăn.

Trong nghiên cứu, tôm nuôi trong bể trắng có các tế bào sắc tố dày đặc và nhỏ, trong khi tôm nuôi trong bể tối có các tế bào sắc tố phân tán và sậm màu hơn. Có thế làm sậm màu sắc tôm khi chế biến bằng cách giữ tôm trong môi trường tối trong khoảng thời gian ngắn trước khi thu hoạch.

1. Màu sắc của tôm

Màu sắc của tôm là do sự hiện diện của các sắc tố ở lớp mô ngoại bì của tôm, đóng vài trò quan trọng trong việc ngụy trang để sinh tồn. Các sắc tố này chủ yếu là do tiêu thụ thức ăn có chứa carotenoid – thường hiện diện trong vi tảo và thực vật phù du.

Đối với tôm còn sống và chưa chế biến, các sắc tố này chủ yếu bị bao phủ bỡi protein và làm cho tôm có màu xanh. Mặc dù một số sắc tố có thể chuyển hóa thành dạng carotenoid khác và cung cấp nguồn Vitamin A cho tôm, nhưng tôm không có khả năng tự tổng hợp các sắc tố này. Vì vậy, tôm cũng như tất cả các loài động vật khác đều phải phụ thuộc vào nguồn thức ăn có chứa các sắc tố này.

Astaxanthin (công thức hóa học: C₄₀H₅₂O₄) là một sắc tố carotenoid xuất hiện trong cá hồi, vi tảo, nấm men và tôm, cùng các sinh vật biển khác. Chất này thường được tìm thấy nhiều nhất ở cá hồi Thái Bình Dương và khiến cá có màu hơi hồng. Chất chống oxy hóa astaxanthin mang đến nhiều lợi ích cho sức khỏe.

Cấu trúc phân tử của Astaxanthin (Nguồn: Wikipedia)

Astaxanthin là loại carotenoid chủ yếu được tìm thấy trong mô tôm, mặc dù vẫn có sự hiện diện một số ít betacarotene, lutein và chất khác. Astaxanthin hiện diện ở dạng tự do hoặc ester hóa với một hay hai axit béo (mono và diester), nhưng hiện tại có rất ít thông tin về vai trò của các dạng này đối với tôm.

Màu sắc tôm luộc khi có sử dụng Astaxanthin (Nguồn: Facebook)

Chỉ biết rằng Astaxanthin có liên quan đến việc tăng khả năng chống chọi với điều kiện bất lợi (stress) và quá trình phân hóa & phát triển khác nhau của tôm. Đối với tôm nuôi, tăng lượng Astaxanthin tổng hợp vào trong thức ăn thương phẩm sẽ làm tôm có màu sắc đẹp.

Đây có thể là một quá trình tốn kém, đòi hỏi việc điều chỉnh mức độ sắc tố cẩn thận ở các giai đoạn phát triển quan trọng, đồng thời phải xem xét hàm lượng sinh khối tảo trong ao. Tuy nhiên, khi bổ sung một lượng lớn Astaxanthin thì thông thường sẽ quan sát thấy có sự thay đổi lớn về màu sắc của tôm chế biến.

2. Màu nền và sắc tố

Một bộ phận của Tổ Chức Nghiên Cứu Khoa Học và Công Nghiệp Liên Bang (CSIRO) có ý kiến để cải thiện màu sắc tôm và thị trường tiêu thụ của chúng, các nhà khoa học đã kiểm tra tổng hàm lượng Astaxanthin trong tôm sú thì thấy có sự khác biệt lớn trong màu sắc tôm được chế biến ngay cả khi chúng có hàm lượng Astaxanthin như nhau.

Các nghiên cứu trước đây có liên quan đến khả năng vận chuyển sắc tố trong tế bào sắc tố và/hoặc đến các vị trí bên trong khác như ống tiêu hóa, các nhà khoa học đã nghiên cứu các tác động của nó đối với hình thái tôm đã được chế biến.

Bổ sung Astaxanthin sẽ có khả năng giúp thay đổi màu sắc tôm luộc (Nguồn: Internet)

Lúc đầu, tôm sú, Peneaus monodon được nuôi trong bể nền đen đặt trong phòng tối và cho ăn thức ăn thương phẩm có chứa 40mg Astaxanthin/kg thức ăn. Sau vài tuần, tôm được chia thành 02 nhóm. Một nhóm được chuyển đến nuôi trong bể nền trắng và một nhóm khác nuôi trong bể nền đen với kích cỡ tương tự.

Cường độ ánh sáng tại bề mặt nước ở mỗi bể nằm khoảng 10 lux. Các điều kiện về chất lượng nước và cho ăn là như nhau ở mỗi nhóm. Sau 4 tuần, vớt tôm ra khỏi bể và cho vào thùng đá cho đến khi chúng chết. Lúc này, màu sắc tổng thể của mỗi nhóm là khác nhau, và khi chúng được nấu trong nước sôi thì tôm trong bể nền đen có màu đỏ cam đậm hơn.

Tuy nhiên, hàm lượng Astaxanthin bình quân trong mỗi nhóm là như nhau – khoảng 30μg/g. Chuyển tôm sang môi trường có màu nền nhạt hơn thì sự thay đổi các sắc tố đến các vị trí của cơ thể là ít rõ ràng, dẫn đến tôm có màu nhạt hơn.

Các nhà khoa học cũng quan sát thấy sự phân bố của Astaxanthin tương đối và các ester của nó đã biến đổi. Đối với tôm có màu sắc sẫm hơn, hàm lượng Astaxanthin không ester hóa chiếm hơn 50% tổng lượng sắc tố, với số còn lại là dạng mono và diester.

Mặc dù tất cả tôm trong hình đều được bổ sung lượng Astaxanthin như nhau trong khẩu phần ăn, nhưng tôm nuôi trong bể nền đen (trái) có màu sắc sậm hơn sau khi nấu chín (Nguồn: Globalseafood)

Tuy nhiên, đối với tôm có màu nhạt hơn được nuôi trong bể trắng thì sự phân bố của Astaxanthin rất khác biệt. Trong trường hợp này, Astaxanthin không ester hóa giảm xuống còn khoảng 10%, trong khi dạng monoester tăng lên 65% và dạng diester ít có sự thay đổi.

Để quan sát sự thay đổi các sắc tố này xảy ra như thế nào, các nhà khoa học đã theo dõi nhanh chóng ở giai đoạn thay đổi màu nền bể nuôi. Về việc này, họ lại tách tôm vào trong bể nền trắng và nền đen, nuôi trong 4 tuần.

Một lần nữa, tôm được duy trì khẩu phần ăn chứa 40mg Astaxanthin/kg thức ăn trong điều kiện như nhau. Tuy nhiên, sau đó tôm được chuyển từ bể ban đầu sang bể có màu nền ngược lại. Tại những thời điểm khác nhau, tôm được vớt ra và nấu chín để đánh giá màu sắc và xác định sắc tố.

Khi tôm được chuyển ra khỏi bể, tôm trong bể tối có màu sắc sậm hơn trong bể trắng. Tuy nhiên, tôm trong bể trắng có màu sậm hơn trong vài phút và sau 01 giờ sẽ cải thiện đáng kể về màu sắc khi nấu chín. Đối với số tôm còn lại trong bể đen, màu sắc sẽ tiếp tục được cải thiện trong vài giờ tới.

Đối với tôm được chuyển từ bể đen sang bể trắng, tôm trở nên nhạt màu hơn, nhưng sự thay đổi chậm hơn so với hướng ngược lại. Quan trọng là không có sự thay đổi về tổng hàm lượng Astaxanthin trong tôm, chứng tỏ các sắc tố được vận chuyển trong cơ thể tôm.

Phân loại màu sắc chủ quan của tôm nấu chín sau khi chuyển từ bể trắng sang bể đen hoặc ngược lại. Kết quả cao hơn tương ứng với tôm sẫm màu hơn (Nguồn: Globalseafood)

Kiểm tra lớp biểu bì của tôm có chưa các tế bào sắc tố dưới kính hiển vi cho thấy có sự biến đổi xảy ra trong suốt quá trình chuyển đổi tôm từ bể màu nền này sang màu nền khác. Tôm vớt từ bể nền trắng có các tế bào sắc tố dày và nhỏ, trong khi tôm vớt từ bể nền đen cho thấy có sự phân tán sắc tố theo thời gian trong các tế bào sắc tố hình sao.

Khi tôm chuyển từ bể trắng sang bể đen, các tế bào sắc tố trong lớp biểu bì của tôm trở nên rõ rệt hơn (Nguồn: Globalseafood)

Sự phân tán Astaxanthin như vậy dẫn đến hình dạng tổng thể của tôm có nhiều sắc tố hơn. Nghiên cứu này chỉ ra cách đơn giản để tăng giá trị cho tôm là giữ tôm trong bể nền tối hoặc môi trường khác trong một giờ trước khi chế biến.

3. Cơ chế tạo màu và chống oxy hóa của Astaxanthin trên tôm

Dân nuôi tôm thường hay nghe tôm phải lên màu đỏ mới bán được giá, nghĩ rằng astaxanthin là chất tạo màu. Nhưng không phải chỉ có vậy, tạo màu chỉ là một tác dụng thêm ngoài lề của astaxanthin trên con tôm.

Vài nét về cơ chế chống oxy hóa :

• Môi trường sống của chúng ta, khí quyển của chúng ta có được sự cân bằng 21% oxy, 78% nitơ, 0.04% CO2 là nhờ cả vào thực vật, trong đó vi tảo trong đại dương, phần lớn là tảo khuê chịu 60% trách nhiệm chuyển đổi CO2 thành oxy, 40% còn lại do thực vật trên cạn đảm nhiệm, trong đó rừng mưa nhiệt đới và rừng taiga phương bắc chiếm phần lớn.
• Đối với thực vật, tạo ra oxy, đó là sản phẩm phụ, chất thải của chúng. Tác nhân lớn nhất tạo ra stress môi trường chính là ánh sáng mặt trời, đó là nguồn năng lượng của sự sống, nhưng cũng chính nguồn gây stress lớn nhất đối với muôn loài.
• Động vật có khả năng di chuyển, khi bị nắng nóng, chúng sẽ di chuyển tìm chỗ trú, nhưng thực vật thì không. Chống lại stress môi trường, cái nắng nóng, cái lạnh, nước ngập, nhiễm mặn, … chúng chỉ chịu trận và có duy nhất các cơ chế trao đổi chất nội tại để phòng thủ.
• Ánh sáng là con dao hai lưỡi, chúng là nguồn năng lượng vật lý để thực vật tạo ra năng lượng sinh học tích trữ trong glucose, tinh bột, các polysaccharide, từ đó nuôi sống mọi giống loài. Nhưng mặt khác chúng là nguồn gây stress môi trường lớn nhất.
• Hệ thống quang học của bộ máy quang hợp trong thực vật, nếu nhận quá nhiều ánh sáng, sẽ bị quá tải, không thể tản nhiệt, bị oxy hóa và tổn hại nghiêm trọng.

Tiến hóa ban tặng cho thực vật 4 chiến lược chống stress:

• Điều chỉnh sự hấp thụ ánh sáng.
• Cơ chế tản nhiệt của phức hợp anten trong bộ máy quang hợp.
• Giải độc các gốc oxy hóa ROS (reactive oxygen species)
• Sửa chữa những hư hỏng do oxy hóa gây ra

Trong đó giải độc các gốc oxy hóa, hay nói ngắn gọn là chống oxy hóa, là biện pháp quan trọng nhất.

Trong tế bào có hàng ngàn chu trình chuyển hóa, ở thực vật một trong những chu trình chuyển hóa cơ bản là chu trình tạo carotenoid chống oxy hóa – đó là chu trình xanthophyll còn gọi là chu trình VAZ (viết tắt của violaxanthin -> antheraxanthin -> zeaxanthin). Từ chu trình cơ bản này, sự đa dạng chủng loài tạo ra hàng ngàn carotenoids trong mạng lưới thức ăn.

Các chất chuyển hóa được phát hiện bằng phân tích chuyển hóa và được biểu thị trên sơ đồ của các con đường sinh hóa (Nguồn: Bảo Cần Giờ)

Cách đây hơn 10 năm, số carotenoids được tìm thấy trong tự nhiên là hơn 700, ngày nay con số ấy là 1178 và vẫn còn tăng, có từ 700 loài sinh vật khác nhau. Các loại carotenoid phổ biến là : β-carotene, zeaxanthin, lutein, lycopene, canthaxanthin, astaxanthin, fucoxanthin, …

• β-carotene là tiền vitamin A, khi cơ thể cần sử dụng vitamin cho hoạt động của thị giác, β-carotene sẽ được chuyển hóa thành vitamin A.
• Zeaxanthin và lutein cần cho mạng điểm vàng hấp thụ ánh sáng trong võng mạc.
• Astaxanthin, fucoxanthin là 2 loại carotenoid chống oxy hóa mạnh mẽ nhất.

Cấu trúc hóa học của 9 loại carotenoids (Nguồn: Bảo Cần Giờ)

Trong tế bào các gốc oxy tự do ROS là vũ khí mạnh mẽ nhất chống lại mầm bệnh, và những hư hỏng trong sinh tổng hợp protein. Nhưng chính nó cũng là tác nhân gây hại, khi cơ thể bị stress quá mức, nó là nguồn gốc các bệnh mãn tính như bệnh chuyển hóa, ung thư, … Thực phẩm chứa carotenoid, đặc biệt là astaxanthin và fucoxanthin sẽ càn quét, trung hòa các gốc oxy tự do, trẻ hóa tế bào, phòng bệnh mạn tính.

Trong con tôm, astaxanthin cũng đóng 2 vai trò, tạo màu và chống oxy hóa:

• 2 phân tử astaxanthin có màu đỏ kết hợp với hai chuỗi amino acid tạo thành dimer β-crustacyanin cũng màu đỏ.
• Nhưng khi 8 chuỗi β-crustacyanin kết hợp thành phức hệ α-crustacyanin có màu xanh dương.
• Người ta chưa hiểu rõ lắm cơ chế dịch chuyển bước sóng này, có nghi ngờ là phức hệ α-crustacyanin có tryptophan làm dịch chuyển bước sóng của astaxanthin từ màu đỏ sang màu xanh.

Dù gì thì tôm có 2 chất màu tập trung trong lớp vỏ biểu bì mềm nằm dưới vỏ cứng. Môi trường có màu gì thì tôm sẽ chuyển đổi tỉ lệ 2 chất màu để có màu giống như môi trường. Khi ta luộc tôm, phức hệ α-crustacyanin màu xanh dương sẽ phân giải thành β-crustacyanin và astaxanthin có màu đỏ. Vậy nên mới nói đỏ như tôm luộc, thương lái mua tôm đi Trung Quốc phải luộc lên đỏ mới mua.

Khi tôm bị stress môi trường hay bị nhiễm bệnh, tế bào bị stress oxy hóa, astaxanthin sẽ được chuyển từ vỏ lụa vào tế bào để càn quét các gốc oxy tư do. Ta thấy tôm ko khỏe thì mất màu, mất sắc tố.

Khi con tôm bị stress bất ngờ và dữ dội, dù là bị viêm nhiễm hay stress pH, hay NO₂^–, toàn bộ astaxanthin sẽ được giải phóng ra khắp cơ thể tôm, ta có con tôm hồng thân, mà dân nuôi hay gán cho nó bệnh này bệnh kia, thật ra đó là triệu chứng ban đầu của rất nhiều bệnh khác nhau, hoặc có thể đó chỉ là stress môi trường, điều chỉnh môi trường bình ổn thì tôm ko có bệnh gì hết.

Astaxanthin thường được thu hoạch qua nuôi trồng loài tảo lục Haematococcus pluvialis, loài huyết tảo nước ngọt này có đặc điểm sinh thái là sống trong ao hồ, dễ bị bay hơi khô cạn, khi đó tia UV mặt trời sẽ thiêu đốt giết chết các sinh vật. Tảo này phát sinh đặc tính tiến hóa, tạo astaxanthin để chống tia tử ngoại và biến hình thành bào tử, ngưng hoạt động, chờ đến khi môi trường tốt trở lại.

Vi tảo Haematococcus pluvialis chứa đầy Astaxanthin (Nguồn: Wikipedia)

Tuy nhiên, tảo này rất khó nuôi trồng, người ta thường thành công trong phòng thí nghiệm với các bioreactor, bình phản ứng sinh học nhỏ. Nhưng khi industrial upscale – nhân công suất lên mức công nghiệp, nuôi ngoài trời thì thất bại do tạp nhiễm. Chính vì vậy Haematococcus Pluvialis còn hiếm, giá cao, thường có giá 150-200 USD/kg với nồng độ astaxanthin 3%.

Quá trình sinh tổng hợp Astaxanthin từ tự nhiên

Hãng DSM Đức – hãng dược nổi tiếng về các vitamin cũng có astaxanthin tổng hợp, giá khoảng 500 USD/kg nồng độ 10%, tuy nhiên vì là hàng tổng hợp nên có nhiều đồng phân lập thể, ko có tác dụng sinh học, nồng độ sinh khả dụng astaxanthin chỉ là 2-3%.

Tổng hợp Astaxanthin bằng phản ứng Wittig (Nguồn: Wikipedia)

Ngày nay các nghiên cứu đang tập trung biến đổi gen các con vi sinh – ngựa thồ của ngành vi sinh công nghiệp như Yarrowia Lipolytica, Xanthophyllomyces dendrorhous (Phaffia rhodozyma), Haematococcus pluvialis, Haematococcus lacustris, Chlorella zofingiensis, … để tạo ra astaxanthin giá thành hạ.

Astaxanthin nguyên liệu

4. Kết luận

Trong nuôi trồng thủy sản, Astaxanthin đã được ứng dụng như chất bổ sung để nâng cao chất lượng của sản phẩm, giúp cải thiện màu sắc, tăng trưởng, tỷ lệ sống, năng suất, khả năng sinh sản, khả năng chống chịu stress và mang lại lợi nhuận tối ưu cho người chăn nuôi.

So sánh tôm không dùng astaxanthin (bên trái) và có dùng astaxanthin (bên phải) (Nguồn: Facebook)

Astaxanthin là sắc tố chính, chiếm 86-98% tổng số Carotenoids tìm thấy trong tôm, hợp chất này cung cấp dưới dạng thức ăn bổ sung để nâng cao sức đề kháng và tỉ lệ sống cho tôm giống; đồng thời, tăng cường sắc tố cho tôm nuôi, giúp cải thiện màu đỏ của tôm sau khi nấu chín.

5. Mua Astaxanthin nguyên liệu ở đâu uy tín chất lượng

Công Ty Cổ Phần Dược Phẩm Thiên Tuế tự hào là đơn vị phân phối sản phẩm Astaxanthin nguyên liệu cực kì chất lượng, với đầy đủ hồ sơ và giấy tờ chứng minh nguồn gốc sản phẩm cũng như là kiểm định hoạt chất. Sản phẩm Astaxanthin nguyên liệu được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp.

Sản phẩm được kiểm nghiệm, phân tích chất lượng tại Trung tâm Kiểm nghiệm – Viện thực phẩm chức năng. Sản phẩm có quy cách: túi 1kg, túi 5kg và thùng nguyên seal 25kg.

Nguồn: tổng hợp từ Wikipedia, Vinmec, Vinhthinh Biostadt, Brainkart, Globalseafood và Bảo Cần Giờ

---

Chúng tôi xin chân thành cám ơn quý độc giả đã đọc bài viết. Mọi thắc mắc về nội dung hoặc các khiếu nại về bản quyền, xin vui lòng gởi thông tin vào địa chỉ email: knowalot.net@gmail.com

Mr. Know xin chân thành cám ơn.