Cô lập lignan và iridoid từ cây mắm trắng Avicennia alba

• Tác giả: Nguyễn Thị Kim Chánh
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thị Ngà
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học & thực phẩm
• Đề tài: Chiết xuất lignan và iridoid từ cây mắm trắng Avicennia alba
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: MÔ TẢ THỰC VẬT
• 1.1. Chi Avicennia thuộc họ Avicenniaceae
• 1.2. Cây mắm trắng, Avicennia alba Bl.
• 1.3. Những nghiên cứu về dược học
• 1.4. Những nghiên cứu về hóa học
• 1.4.1. Những nghiên cứu về hóa học trên loài Avicennia alba Bl.
• 1.4.2. Những nghiên cứu về hóa học trên các loài khác
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Khảo sát cấu trúc hóa học của hợp chất AAB-EA4
• 3.2. Khảo sát cấu trúc hóa học của hợp chất AAB-EA6
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về cây mắm trắng Avicennia alba và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc chiết xuất lignan và iridoid từ cây mắm trắng Avicennia alba, một loài thực vật sống trong rừng ngập mặn. Cây mắm trắng có tiềm năng ứng dụng trong y học cổ truyền, nhưng thành phần hóa học chi tiết vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Mục tiêu chính là chiết xuất và xác định cấu trúc các hợp chất lignan và iridoid, đánh giá hoạt tính sinh học của chúng. Nghiên cứu Avicennia alba đóng góp vào việc hiểu biết sâu hơn về nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiềm năng ứng dụng của nó.

1.1. Tổng quan về Avicennia alba và các nghiên cứu trước đây

Cây mắm trắng (Avicennia alba) thuộc họ Avicenniaceae, phân bố rộng rãi ở vùng nhiệt đới. Các nghiên cứu trước đây tập trung vào một số loài Avicennia, chủ yếu là Avicennia marina, ghi nhận sự hiện diện của nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học, bao gồm triterpene, steroid, flavonoid, alkaloid, lignan và iridoid. Tuy nhiên, thông tin về thành phần hóa học của Avicennia alba còn hạn chế. Nghiên cứu này nhằm lấp đầy khoảng trống này, tập trung vào chiết xuất lignan và iridoid, hai nhóm hợp chất được cho là có hoạt tính sinh học quan trọng. Nghiên cứu về Avicennia alba còn hạn chế nên việc nghiên cứu thành phần hóa học của nó là rất cần thiết để phát triển các ứng dụng tiềm năng.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng lá cây mắm trắng Avicennia alba làm nguyên liệu. Phương pháp chiết xuất sử dụng dung môi methanol bằng phương pháp ngâm ủ. Các kỹ thuật sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng, và sắc ký lớp mỏng điều chế được sử dụng để cô lập lignan và iridoid. Phương pháp chiết xuất này đã được chọn lựa do hiệu quả cao trong việc chiết xuất các hợp chất mục tiêu. Để xác định cấu trúc, nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật phổ hiện đại như HR-ESI-MS, NMR 1D và 2D. HPLC và GC-MS là các kỹ thuật được xem xét sử dụng cho định lượng lignan và iridoid.

II. Kết quả và thảo luận

Từ lá cây mắm trắng, hai hợp chất tinh khiết được cô lập. Sử dụng phổ HR-ESI-MS và phổ NMR 1D và 2D, hai hợp chất được xác định là syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside và geniposidic acid. Syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside được biết đến với hoạt tính kháng nấm, kháng viêm, chống sốt rét, chống oxy hóa. Geniposidic acid có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm. Việc tìm thấy các hợp chất này hỗ trợ các ứng dụng y học truyền thống của Avicennia alba.

2.1. Xác định cấu trúc hợp chất lignan

Một trong hai hợp chất được xác định là syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside, một hợp chất lignan. Tính chất lignan này đã được xác nhận thông qua phân tích phổ NMR và phổ khối lượng. Sinh tổng hợp lignan trong thực vật là một quá trình phức tạp, và sự hiện diện của syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside trong Avicennia alba cho thấy khả năng sinh tổng hợp lignan trong loài này. Ứng dụng lignan trong y học liên quan đến nhiều tính chất, bao gồm chất chống oxy hóa, chất kháng viêm, và khả năng chống ung thư. Dữ liệu phổ HPLC được sử dụng để xác định độ tinh khiết và nồng độ của hợp chất lignan này.

2.2. Xác định cấu trúc hợp chất iridoid

Hợp chất iridoid được cô lập và xác định là geniposidic acid. Tính chất iridoid này được xác nhận bằng phân tích phổ NMR và phổ khối lượng. Sinh tổng hợp iridoid trong thực vật cũng rất phức tạp, và sự có mặt của geniposidic acid trong Avicennia alba cung cấp thông tin quan trọng về con đường sinh tổng hợp iridoid trong loài này. Ứng dụng iridoid trong y học bao gồm hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, và chống oxy hóa. Định lượng iridoid được thực hiện bằng phương pháp HPLC để xác định nồng độ chính xác của hợp chất iridoid trong mẫu chiết.

III. Kết luận

Nghiên cứu thành công trong việc chiết xuất và xác định cấu trúc hai hợp chất, syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside (lignan) và geniposidic acid (iridoid), từ cây mắm trắng Avicennia alba. Các hợp chất này cho thấy tiềm năng ứng dụng trong y học và công nghiệp. Chiết xuất thực vật từ nguồn tài nguyên thiên nhiên như cây mắm trắng mở ra hướng nghiên cứu mới về các hợp chất có hoạt tính sinh học. Nghiên cứu cần được mở rộng để đánh giá toàn diện hơn hoạt tính sinh học của các hợp chất được chiết xuất.

Tổng quan nghiên cứu

Rừng ngập mặn Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh, là một khu dự trữ sinh quyển quan trọng với đa dạng sinh học phong phú, trong đó cây mắm trắng (Avicennia alba Bl.) đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ đất và hệ sinh thái ven biển. Theo ước tính, các loài cây thuộc chi Avicennia chứa nhiều hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học như triterpene, steroid, flavonoid, alkaloid, góp phần vào khả năng chữa bệnh dân gian và tiềm năng ứng dụng dược liệu. Tuy nhiên, các nghiên cứu về thành phần hóa học của Avicennia alba còn hạn chế, đặc biệt là về nhóm hợp chất lignan và iridoid. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là trích ly, cô lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất lignan và iridoid từ lá cây mắm trắng, nhằm làm rõ thành phần hóa học và tiềm năng sinh học của loài này. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 6/2013 đến tháng 10/2014, tập trung tại rừng ngập mặn Cần Giờ. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần làm sáng tỏ cơ sở khoa học cho việc sử dụng cây mắm trắng trong y học dân gian mà còn nâng cao giá trị sử dụng của nguồn tài nguyên rừng ngập mặn, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng cho các nghiên cứu phát triển dược liệu và bảo tồn đa dạng sinh học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết về hóa học tự nhiên và dược liệu, tập trung vào nhóm hợp chất lignan và iridoid – hai nhóm hợp chất có hoạt tính sinh học đa dạng. Lignan là các hợp chất phenylpropanoid có cấu trúc đặc trưng với khung diepoxytetrahydrofuran, thường có tác dụng kháng viêm, kháng nấm và chống oxy hóa. Iridoid glucoside là nhóm hợp chất terpenoid có cấu trúc đặc trưng với vòng cyclopentanopyran, nổi bật với các hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và chống sốt rét. Mô hình nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật sắc ký hiện đại (sắc ký cột pha thường, sắc ký lớp mỏng điều chế) để tách chiết và cô lập hợp chất, kết hợp với các phương pháp phổ nghiệm hiện đại như phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều (1D, 2D-NMR), khối phổ HR-ESI-MS để xác định cấu trúc hóa học chính xác. Các khái niệm chính bao gồm: trích ly ngâm dầm, sắc ký cột silica gel, phổ NMR (HSQC, HMBC, COSY), và hoạt tính sinh học của lignan và iridoid.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là lá cây mắm trắng thu hái tại rừng ngập mặn Cần Giờ vào tháng 6 năm 2010. Tổng khối lượng lá thu thập là 4,5 kg, được xử lý sấy khô và xay nhuyễn. Phương pháp trích ly sử dụng methanol ngâm dầm ở nhiệt độ phòng trong 20 ngày (2 ngày/lần x 10 lần). Dịch trích được cô đặc thu cao thô methanol (260 g). Tiếp theo, cao thô được phân đoạn bằng sắc ký cột pha thường với các dung môi có độ phân cực tăng dần: petroleum ether, chloroform, ethyl acetate và methanol. Phân đoạn ethyl acetate (102 g) được tiếp tục tách chiết bằng sắc ký cột silica gel với hệ dung môi petroleum ether - ethyl acetate, thu được 6 phân đoạn (EA1 đến EA6). Phân đoạn EA5 (22 g) được tinh chế bằng sắc ký lớp mỏng điều chế để cô lập hai hợp chất tinh khiết AAB-EA4 (17 mg) và AAB-EA6 (10 mg). Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ lá thu thập, phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu đại diện từ rừng ngập mặn Cần Giờ. Phân tích cấu trúc hóa học được thực hiện tại Phòng Phân tích Trung tâm, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh, sử dụng máy cộng hưởng từ hạt nhân BRUKER AVANCE 500 MHz và máy đo khối phổ HR-ESI-MS microOTOF–Q 10187. Timeline nghiên cứu kéo dài 16 tháng, từ thu thập mẫu đến phân tích và báo cáo kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Cô lập thành công hai hợp chất tinh khiết từ lá cây mắm trắng, gồm AAB-EA4 và AAB-EA6, với khối lượng lần lượt 17 mg và 10 mg, từ phân đoạn ethyl acetate.
2. Xác định cấu trúc hóa học AAB-EA4 là geniposidic acid, một iridoid glucoside đặc trưng với các tín hiệu phổ 1H NMR tại δH 7.80 (1H, s, H-7), δH 5.5 (d, H-1), và phổ 13C NMR có 16 tín hiệu carbon, trong đó có carbonyl ở δC 170.9. Geniposidic acid có hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm, đặc biệt chống nấm sợi Colletotrichum gloeosporioide ở nồng độ 150 µg/ml.
3. Xác định cấu trúc hóa học AAB-EA6 là syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside, một lignan glucoside với các tín hiệu proton olefin tại δH 6.65 (2H, s), bốn nhóm methoxy tại δH 3.85 (6H, s), và phổ HR-ESI-MS cho ion phân tử giả m/z 603. Hợp chất này có hoạt tính kháng nấm, kháng viêm, chống sốt rét và chống oxy hóa.
4. So sánh hoạt tính sinh học cho thấy syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside có phổ tác dụng rộng hơn geniposidic acid, góp phần minh chứng cho giá trị dược liệu của cây mắm trắng.

Thảo luận kết quả

Việc cô lập thành công hai hợp chất lignan và iridoid từ lá Avicennia alba lần đầu tiên cung cấp bằng chứng khoa học cho hoạt tính sinh học của loài cây này, phù hợp với kinh nghiệm dân gian sử dụng cây mắm trắng trong điều trị các bệnh ngoài da và viêm nhiễm. Kết quả phổ NMR và HR-ESI-MS cho thấy cấu trúc hóa học của hai hợp chất tương đồng với các tài liệu tham khảo, khẳng định tính chính xác của phương pháp phân tích. So với các nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào Avicennia marina, nghiên cứu này mở rộng hiểu biết về thành phần hóa học của Avicennia alba, góp phần làm phong phú thêm dữ liệu về chi Avicennia. Các hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và chống oxy hóa của geniposidic acid và syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside có thể được minh họa qua biểu đồ so sánh hiệu quả ức chế vi sinh vật và chỉ số EC50 chống oxy hóa, giúp đánh giá tiềm năng ứng dụng trong dược phẩm và bảo vệ sức khỏe. Kết quả này cũng gợi ý hướng nghiên cứu tiếp theo về thử nghiệm hoạt tính sinh học sâu hơn và phát triển các sản phẩm từ cây mắm trắng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tiếp tục nghiên cứu cô lập và thử nghiệm hoạt tính sinh học nhóm iridoid từ Avicennia alba nhằm khai thác tiềm năng dược liệu, với mục tiêu xác định cơ chế tác dụng và mở rộng phạm vi hoạt tính trong vòng 2 năm, do các viện nghiên cứu dược liệu thực hiện.
2. Phát triển quy trình chiết xuất và tinh chế hợp chất lignan và iridoid quy mô bán công nghiệp, nhằm nâng cao hiệu quả thu hồi và chất lượng sản phẩm, hướng tới ứng dụng trong sản xuất thuốc và thực phẩm chức năng, thực hiện trong 3 năm bởi các doanh nghiệp dược phẩm.
3. Xây dựng cơ sở dữ liệu thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các loài Avicennia tại Việt Nam, phục vụ nghiên cứu và bảo tồn đa dạng sinh học, do các trường đại học và viện nghiên cứu phối hợp thực hiện trong 5 năm.
4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ phân tích hóa học hiện đại cho các đơn vị nghiên cứu trong nước, nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển sản phẩm từ nguồn tài nguyên rừng ngập mặn, thực hiện liên tục và định kỳ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu dược liệu và hóa học tự nhiên: Luận văn cung cấp dữ liệu chi tiết về thành phần hóa học và phương pháp phân tích hiện đại, hỗ trợ nghiên cứu phát triển dược phẩm từ nguồn thực vật rừng ngập mặn.
2. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và thực phẩm chức năng: Thông tin về hoạt tính sinh học của lignan và iridoid giúp định hướng phát triển sản phẩm mới có nguồn gốc tự nhiên, tăng giá trị kinh tế và cạnh tranh trên thị trường.
3. Cơ quan quản lý tài nguyên và bảo tồn sinh thái: Nghiên cứu góp phần làm rõ giá trị sinh học và dược liệu của cây mắm trắng, hỗ trợ công tác bảo tồn và khai thác bền vững rừng ngập mặn.
4. Sinh viên và giảng viên ngành công nghệ hóa học, dược học: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về kỹ thuật chiết xuất, phân tích cấu trúc hợp chất tự nhiên và ứng dụng trong nghiên cứu khoa học, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng thực hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn cây mắm trắng Avicennia alba để nghiên cứu?
   Cây mắm trắng là loài cây rừng ngập mặn phổ biến tại Cần Giờ, có truyền thống sử dụng trong y học dân gian và chứa nhiều hợp chất sinh học tiềm năng, nhưng ít được nghiên cứu hóa học chi tiết so với các loài Avicennia khác.

2. Phương pháp cô lập hợp chất được thực hiện như thế nào?
   Sử dụng phương pháp trích ly ngâm dầm bằng methanol ở nhiệt độ phòng, sau đó phân đoạn bằng sắc ký cột silica gel và tinh chế bằng sắc ký lớp mỏng điều chế để thu được hợp chất tinh khiết.

3. Hai hợp chất chính được xác định là gì và có hoạt tính gì?
   Geniposidic acid (iridoid glucoside) có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm; syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside (lignan glucoside) có hoạt tính kháng nấm, kháng viêm, chống sốt rét và chống oxy hóa.

4. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn ra sao?
   Kết quả cung cấp cơ sở khoa học để phát triển dược liệu từ cây mắm trắng, hỗ trợ sản xuất thuốc, thực phẩm chức năng và bảo tồn nguồn gen quý của rừng ngập mặn.

5. Hướng nghiên cứu tiếp theo là gì?
   Nghiên cứu sâu hơn về hoạt tính sinh học của nhóm iridoid, mở rộng quy mô chiết xuất và thử nghiệm lâm sàng để phát triển sản phẩm ứng dụng trong y học và chăm sóc sức khỏe.

Kết luận

• Cô lập thành công hai hợp chất lignan và iridoid tinh khiết từ lá cây mắm trắng Avicennia alba Bl.
• Xác định cấu trúc hóa học của geniposidic acid và syringaresinol 4-O-β-D-glucopyranoside bằng các phương pháp phổ hiện đại.
• Hai hợp chất có hoạt tính sinh học đa dạng, góp phần minh chứng cho giá trị dược liệu của cây mắm trắng trong dân gian.
• Nghiên cứu mở rộng hiểu biết về thành phần hóa học của chi Avicennia, hỗ trợ phát triển dược liệu và bảo tồn sinh học.
• Đề xuất nghiên cứu tiếp tục về hoạt tính sinh học nhóm iridoid và phát triển quy trình chiết xuất ứng dụng thực tiễn.

Luận văn khuyến khích các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên rừng ngập mặn, đồng thời thúc đẩy hợp tác nghiên cứu đa ngành để phát triển bền vững.