CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về bồ hòn 1. Về cây bồ hòn Sapindus mukorossi Gaertn. thường được gọi là bồ hòn, thuộc họ Sapindaceae Juss., đây là một loại cây có giá trị ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới châu Á.
Ở Việt Nam, họ Bồ hòn (Sapindaceae Juss.) có khoảng 70 loài, phân bố rải rác khắp cả nước, chủ yếu các tỉnh phía Bắc thuộc vùng núi thấp (thường dưới 1000 m) và trung du bao dồm các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn (Than Mọi), Bắc Cạn, Thái Nguyên, Quảng Ninh, Hà Tây, Phú Thọ, Hà Giang, Tuyên Quang. 1 Cây và trái bồ hòn Cây có thể đạt chiều cao từ 12 đến 15 m, đôi khi đạt tới 20 m và đường kính 1. Thân cây được bao phủ bởi lớp vỏ màu vàng sẫm, khá nhẵn, có nhiều vân dọc và các vết nứt tróc vảy gỗ không đều. Cây ra quả vào tháng 5 và chín vào tháng 6 – 7.
Tháng 10 – 11 quả chín chuyển màu từ vàng cam sang nâu sẫm. Quả có dạng hình cầu với đường kính 1. Hạt hình cầu, màu đen có đường kính từ 0.3 cm và ở 4 dạng dẻo trong quả khô [2]. Các loài cây thuộc họ này hầu hết là cây gỗ hoặc cây bụi, chứa nhiều hoạt chất sinh học chuyển hóa thứ cấp, đặc biệt là saponin.
Bồ hòn được biết đến nhờ hợp chất saponin được tìm thấy trong cả quả, rễ và lá. Trong đó, quả là bộ phận có hàm lượng saponin nhiều nhất từ 6 – 18% tùy thuộc vào giống và nơi trồng [3] [4]. Việt Nam là một trong những quốc gia có diện tích trồng cây bồ hòn lớn và quả bồ hòn ở nước ta chứa hàm lượng saponin cao. Người Việt từ xưa đã biết dùng quả bồ hòn như một chất tẩy rửa tự nhiên để giặt quần áo hay gội đầu [4].
Không những thế, trong y học, bồ hòn còn được dùng để điều trị bệnh chàm, mụn nhọt, bệnh vẩy nến, các vấn đề về răng, viêm khớp, cảm lạnh, buồn nôn và táo bón [5]. Chiết xuất saponin từ quả bồ hòn đã được quan tâm nghiên cứu và cho thấy một loạt các hoạt tính nổi bật trong lĩnh vực tẩy rửa [6], dược phẩm, mĩ phẩm [7] và xử lý môi trường [8]. Cùng với lợi thế nguồn cung cấp dồi dào và giá thành rẻ như ở Việt Nam, bồ hòn đang dần được xem là nguồn chất HĐBM tự nhiên đem lại giá trị kinh tế để nghiên cứu và phát triển các sản phẩm tẩy rửa gia dụng [1]. Về thành phần hóa học Các nghiên cứu hóa thực vật của chi bồ hòn đã xác định được hơn 103 hợp chất, bao gồm flavonoid, triterpenoid, glycoside, carbohydrate, acid béo, phenol và saponin.
Trong số các hợp chất này, triterpenoid saponin của olaenane, dammarane và tirucullane được coi là nhóm hợp chất có hoạt tính sinh học [9]. Thành phần chính của quả Sapindus mukorossi là saponin (10% - 11. Hạt bồ hòn chứa 23% dầu, trong đó 92% là chất béo trung tính, phần tryglycerid chứa 30% oleo-palmito-arachidin glycerid, 13.3% oleo- diarachidin glycerid và 56.7% glycerid loại di-olein như dioleo-palmitin, dioleostrearin và dioleo-arachidin [11]. Quả bồ hòn được báo cáo là có chứa glycosid sesquiterpenoidal và sáu este béo khác nhau của triterpenoid tứ vòng.
Chiết xuất lá của cây bồ hòn có chứa các loại flavonoid khác nhau như quercetin, apigenin, kaempferol và rutin [12]. 5 Trong các bộ phận của cây bồ hòn, quả bồ hòn chiếm hàm lượng saponin cao nhất, đặc biệt là lớp vỏ chứa nhiều saponin có hoạt tính bề mặt cao [1]. Huang cùng cộng sự (2008) đã phân lập được bốn saponin loại oleanane, sapinmusaponin K – N (1 – 4), và bảy saponin đã biết (7 – 13) từ chiết xuất ethanol (EtOH) của quả bồ hòn. Ngoài ra, họ còn cô lập thêm các phân đoạn có hoạt tính khác từ mật và phân lập được hai saponin loại dammarane, sapinmusaponin O (5) và sapinmusaponin P (6).
Cấu trúc của tất cả các saponin được phân lập (1 – 6) đã được xác định bằng các phân tích quang phổ, chủ yếu là các kỹ thuật 2D NMR và các phương pháp hóa học. Kuo và cộng sự (2001) cũng đã phân lập được hai hợp chất saponin loại lanostan (14- 15) [13] (Hình 1. 1 Ara2-Rha3-Ara3-OAc 2 Ara2-Rha3-Ara4-OAc OAc 3 Ara2-Rha3-Xyl 23 30 29 OAc OAc 4 Ara2-Rha3-Xyl 24 OAc 25 26 OAc 7 Ara2-Rha3-Xyl 34 3 28 OAc 27 8 Ara2-Rha3-Xyl2-OAc 24 23 9 Ara2-Rha3-Xyl3-OAc 109 Ara2-Rha3-Xyl4-OAc 111 Ara2-Rha3-Ara 121 Ara2-Rha3-Xyl 131 Ara2-Rha R2 R3 R1 R2 R3 R4 R1 20 5 OH CH3 H H 19 18 17 R4 6 CH3 OH H H 3 7 30 O 14 CH3 OH OH H OH Glc2 29 28 Rha 15 CH3 OH OH OH Hình 1. 2 Các loại triterpenoid saponin được phân lập từ quả bồ hòn 6 1.
Tổng quan về saponin 1.1 Cấu tạo hóa học Saponin thuộc nhóm glycoside, là một chất chuyển hóa thứ cấp thường gặp trong nhiều loài thực vật và loài sinh vật biển [4] [14]. Trong tiếng latin, chữ “sapo” nghĩa là xà phòng, vì chúng tạo bọt như xà phòng khi lắc với nước [15]. Đây là một chất hoạt động bề mặt (HĐBM) không độc hại và có khả năng phân hủy sinh học [16]. Các nghiên cứu cho thấy phân tử saponin chứa đồng thời cả hai nhóm kị nước và nhóm ưa nước, đặc trưng của một chất HĐBM.
Saponin gồm phần aglycone kị nước, còn được gọi là sapogenin, liên kết với phần ưa nước là các nhóm đường monosacharide [3] [17]. Công thức cấu tạo của saponin bồ hòn được trình bày trong Hình 1. 3 Cấu trúc điển hình của hợp chất saponin Dựa theo aglycone, saponin được chia thành hai nhóm chính là triterpenoid và steroid [18]. Đặc điểm cấu trúc của chúng thay đổi tùy theo số lượng đơn vị đường gắn vào các vị trí khác nhau.
Triterpenoid 7 Loại saponin này được phân bố rộng rãi nhất trong giới thực vật. Thuật ngữ triterpene có nghĩa là ba monoterpen (10 nguyên tử carbon) gồm 30 nguyên tử carbon được phân bố dưới dạng sáu phân tử isoprene [14]. COOH 28 3 RO OH Hình 1. 4 Cấu trúc của triterpenoid (30C) Theo số lượng gốc đường gắn vào nhân aglycone, triterpenoid có thể được phân thành hai loại là monodesmosidic và bidesmosidic.
Các monodesmosidic triterpenoid glycoside có một chuỗi đường đơn, thường được gắn ở C-3. Bidesmosidic triterpenoid glycoside có hai chuỗi đường, thường với một chuỗi được gắn thông qua liên kết ether ở C-3 và chuỗi còn lại được gắn thông qua liên kết ester ở C-28 [19]. COO Glc 28 3 Glc O OH (a) (b) Hình 1. 5 Phân loại triterpenoid dựa trên số nhóm đường (a) Monodesmosidic triterpenoid glycoside (b) Bidesmosidic triterpenoid glycoside Steroid Steroid phân bố trong tự nhiên ít hơn triterpenoid.
Steroid gồm 27 nguyên tử carbon, là các triterpenoid biến đổi cấu trúc thành một vòng sáu cạnh và hai vòng năm cạnh. 8 Steroid có hai vòng dị vòng chứa oxy là vòng furan và vòng pyran. Hai vòng này nối với nhau bởi một carbon chung ở C-22. Mạch nhánh này được gọi là mạch nhánh spiroacetal [19].
6 Cấu trúc của steroid (27C) Ngoài ra, saponin còn có một nhóm alkanoid có cấu trúc tương tự như steroid, nhưng alkaloid có vòng piperidine (vòng sáu cạnh chứa nguyên tử N) thay vì vòng pyran (vòng sáu cạnh chứa nguyên tử O) trong cấu trúc phân tử [14]. Hoạt tính sinh học Hoạt tính chất hoạt động bề mặt Ngoài các ứng dụng trên, saponin đã được sử dụng trong công nghiệp tẩy rửa như một chất hoạt động bề mặt tự nhiên có khả năng tạo bọt tốt và có thể bị phân hủy sinh học dễ dàng [20]. Saponin có tính chất hoạt động bề mặt, đặc tính này được giải thích bởi tính chất vừa ưa nước vừa kỵ nước trong cấu trúc của phân tử saponin. Phần carbohydrate của phân tử là hòa tan trong nước, trong khi phần aglycon là tan trong chất béo.
Nhờ đặc tính này mà saponin tương tự như xà phòng, tạo bọt nhiều khi lắc với nước, có tác dụng nhũ hóa và tẩy rửa. Từ lâu, con người đã sử dụng saponin trong các sản phẩm tẩy rửa và mỹ phẩm vì chất này không gây ra bất kỳ tác dụng độc hại nào đối với da và mắt người [21]. Hoạt tính kháng nấm 9 Việc sử dụng thường xuyên thuốc trừ sâu tổng hợp hóa học gây ra những rủi ro đối với sức khỏe con người và môi trường [22]. Ngoài ra, nhiều mầm bệnh thực vật đã phát triển khả năng chống lại thuốc trừ nấm tổng hợp hóa học [23].
Để kiểm soát nấm bệnh một cách hiệu quả và giảm nguy cơ tác động đến môi trường của thuốc diệt nấm tổng hợp hóa học, các nhà khoa học sử dụng những hợp chất đã được đánh giá có khả năng kháng nấm hiệu quả bao gồm các chất chuyển hóa thứ cấp từ thực vật và các dẫn xuất của chúng [24]. Các nghiên cứu đã được công bố tập trung vào hoạt tính sinh học của saponin như một loại thuốc trừ sâu sinh học thay thế tiềm năng [25] [26]. Rafi và cộng sự (2015) đã báo cáo tác dụng ức chế mạnh mẽ của chiết xuất quả bồ hòn chống lại các loại nấm lây nhiễm qua rễ Rhizoctonia solani, Fusarium spp., và Macrophomina phaseolina [27]. Một nghiên cứu khác của Porsche cùng cộng sự (2018) đã thử nghiệm các chiết xuất từ vỏ quả bồ hòn chống lại các loại nấm gây bệnh cho cây trồng V.cinerea – hai tác nhân gây bệnh phổ biến trên cây đặc biệt là táo và nho.
Thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm cho thấy việc phun dịch saponin bồ hòn trong dung môi là cloroform-methane (1% v/v) làm giảm đáng kể các triệu chứng bệnh và khả năng hình thành bào tử của V.inaequalis (99%) trên lá cây táo (P ≤ 0. Trong các thử nghiệm thực thế, việc sử dụng dịch chiết bồ hòn với dung môi là nước (1% v/v) đã làm giảm mức độ gây bệnh của nấm B. cinerea trên quả nho trung bình là 63% [28]. Hoạt tính kháng viêm Nhóm nghiên cứu của Deng và cộng sự [29] cũng tiến hành đánh giá các đặc tính chống viêm của saponin đối với bệnh gout.
Nghiên cứu được thực hiện dưới hình thức phân tích hoạt động ức chế xanthine oxidase. Các nghiên cứu trong ống nghiệm về saponin của bồ hòn cho thấy hoạt động ức chế mạnh (89.87%) ở nồng độ 100 μg/mL đối với xanthine oxidase. Kết quả rất gần với sự ức chế của thuốc đối chứng allopurinol (92.25%) được thử nghiệm ở cùng nồng độ. 10 Wang và cộng sự vào năm 2017 cũng đã nghiên cứu tác dụng chống viêm của hợp chất này trên các tế bào biểu mô của chuột được kích thích bằng LPS (lipopolysaccharide – một chất gây độc tế bào).
Kết quả cho thấy Uralsaponin A có khả năng ức chế LPS gây ra phản ứng viêm bằng cách chặn đường truyền tín hiệu của TLR4 đến nội bào NF-κB để sản xuất cytokine gây viêm [30].