Lycopene nguồn gốc tự nhiên và ứng dụng trong thủy sản

Động vật thủy sản dành toàn bộ cuộc đời của chúng trong môi trường nước, nơi chứa rất nhiều yếu tố hòa tan có khả năng ảnh hưởng và gây stress cho chúng như chất thải trong sinh hoạt và công nghiệp, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu và thuốc diệt côn trùng. Những tác nhân hóa học này có ảnh hưởng lớn đến đời sống sinh vật trong nước và có xu hướng làm xấu đi chất lượng nước dẫn tới giảm tăng trưởng và sức đề kháng vật nuôi, ảnh hưởng tiêu cực tới lợi ích người nuôi.

Việc sử dụng các chất kháng oxy hóa tự nhiên có nguồn gốc từ thực vật đang là một trong những xu thế hiện nay, đảm bảo an toàn, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Những chất kháng oxy hóa có vai trò liên kết hoặc làm biến tính các gốc tự do-  nguy cơ gây hại- giúp giảm độc tính của các chất hóa học. Từ đó giúp cải thiện sức khỏe vật nuôi, đặc biệt là đối với môi trường nước của động vật thủy sản. 

Trong cơ thể con người, việc sử dụng các sắc tố carotenoid có nguồn gốc thực vật như một chất chống oxy hóa đã và đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi. Trong đó, lycopene là một trong những thành phần chính của sắc tố carotenoid được tìm thấy nhiều trong cà chua, rau củ và các trái cây có màu đỏ. Trên thế giới, đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng lycopene để làm suy yếu các yếu tố oxy hóa gây stress trên nhiều loài cá và cho kết quả vô cùng khả quan. Ở Việt Nam, nguồn nông sản chứa lycopene là vô cùng phong phú, tạo ra một tiềm năng rất lớn để dùng trong thủy sản. 

Hoạt tính của lycopene trên cá

Ngoại cảnh có tác động rất lớn lên động vật thủy sản, các chất hóa học và điều kiện bất lợi làm ảnh hưởng và gây stress cho động vật thủy sản. Các kim loại nặng như Cadimi và chì gây hại đến vật nuôi thông qua tác động lên các hoạt chất có vai trò trong biến dưỡng gây rối loạn sinh lí, sinh hóa cá. ZnONPs (Zinc oxide nanoparticles) là một trong những vật liệu nano oxit kim loại được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau như thủy tinh, gốm sứ, cao su, thuốc nhuộm và sơn. Chất này được thải ra rất nhiều từ các ngành công nghiệp trên gây ảnh hưởng rất lớn đến cá trong các ao, hồ, biển cả. Theo đánh giá của Abdel-Daim thì lycopene có khả năng loại độc tố này trên cá rô phi. Dư lượng các chất hóa học, thuốc trừ sâu, diệt cỏ, diệt côn trùng từ nông nghiệp cũng là một mối đe dọa đến sức khỏe cá và điều kiện nuôi nhốt không thích hợp, mật độ nuôi quá dày cũng dễ dẫn tới tình trạng stress trên cá.

Tóm tắt vai trò của lycopene (nguồn: Mahmoud A.O. Dawood và cộng sự, 2020)

ROS – Reactive Oxygen Species

ROS là các loại phân tử hóa học có phản ứng mạnh được hình thành do tính chất nhận điện tử của O₂. ROS gồm có: superoxide anion (O₂^-), hydrogen peroxide (H₂O₂), gốc hydroxyl (OH^-),... là các gốc tự do được tạo ra như là sản phẩm cuối cùng của quá trình phosphoryl hóa oxy hóa (oxidative phosphorylation). ROS tạo ra sự tấn công các thành phần tế bào như lipid, protein và axit nucleic, dẫn đến quá trình peroxy hóa lipid (oxidative phosphorylation) của màng tế bào, rối loạn chức năng ty thể và tổn thương DNA, kết thúc bằng việc gây chết tế bào (Zhao et al., 2013).

Lycopene giúp nâng cao quá trình sản xuất các enzyme như CAT (catalase), SOD (superoxide dismutase), GST (glutathione S-transferase) và GPX (Glutathione peroxidase) có chức năng trung hòa ROS làm giảm độ gây độc.

Con đường Nrf2-HO-1 và NF-κB 

Sự biểu hiện của gen Nrf2 là bắt buộc để duy trì các phản ứng chống oxy hóa tế bào chống lại các gốc tự do quá mức (Ben-Dor et al., 2005). Nrf2 liên kết với keap1 (Kelch-like ECH-associated protein 1) trong tế bào chất, khi có mặt của ROS sẽ làm cho phức hợp Nrf2-Keap1 bị tách ra, Nrf2 sẽ hoạt hóa Haem oxygenase 1 (HO-1), enzyme này sẽ làm thoái hóa hem tạo ra bilirubin, chất có khả năng chống oxy hóa cực mạnh để trung hòa các gốc tự do và giúp giảm stress ở cá. (Theo Mahmoud A.O. Dawood và cộng sự, 2020)

NF-κB là một phức hợp protein kiểm soát sự phiên mã của DNA, sản xuất cytokine và sự tồn tại của tế bào. Lycopene cũng có cơ chế điều hòa NF-κB khi gặp các điều kiện gây stress giúp cá ổn định lại. 

Một vài nghiên cứu về bổ sung lycopene trong nuôi thủy sản

Thí nghiệm cá hồi vân (Oncorhynchus mykiss) của Kazim Sahin và ctv (2013), cho ăn thức ăn có trộn lycopene với hàm lượng lần lượt là 0, 200 và 400 mg/kg. Thí nghiệm trên 2 mật độ nuôi là 20 con/m³, mật độ bình thường và 100 con/m³, mật độ cao. Cho đánh giá: “Bổ sung lycopene trong chế độ ăn cho cá làm giảm tác động bất lợi của mật độ nuôi cao đối với năng suất tăng trưởng và điều chỉnh tình trạng oxy hóa thông qua kích hoạt hệ thống bảo vệ vật chủ ở cấp độ tế bào. Có vẻ như lycopene có thể được bổ sung lên đến 400 mg/kg vào khẩu phần ăn của cá hồi vân để cải thiện chất lượng thịt”.

Với hàm lượng lycopene 10 mg/kg khối lượng cá, làm giảm tác động của oxytetracycline, một chất gây stress và giảm miễn dịch ở cá (theo M. EnisYonar, 2012). Lycopene còn được đánh giá làm giảm hoạt lực của endosulfan, một loại thuốc trừ sâu trên cá rô phi Oreochromis niloticus (theo Mohamed M.A. Hussein và cộng sự, 2019).

Hàm lượng lycopene trong một số trái cây

Theo Theeranat Suwanaruang (2016), đã tiến hành xác định hàm lượng lycopene có trong một số trái cây tươi và cho ra kết quả:

Hàm lượng lycopene trong số các loại quả tham gia đánh giá thì nhiều nhất ở quả dưa hấu và thấp nhất ở quả đu đủ. 

Tiềm năng sử dụng lycopene nguồn gốc thực vật

Ở Việt Nam, sản lượng trái cây có chứa hàm lượng cao lycopene là rất lớn, đó là một tiềm năng to lớn trong việc ứng dụng sản xuất lycopene từ thực vật và ứng dụng vào thủy sản, như một nguồn nguyên liệu tự nhiên, rẻ tiền và an toàn.