Nghiên cứu tác dụng kháng khuẩn của hai loài chi Alpinia tại Pù Huống

Khám phá chi Alpinia với hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ và thành phần hóa học đặc trưng. Tìm hiểu ứng dụng trong y học và dược liệu truyền thống.

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Thảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tùng
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược học
• Đề tài: Nghiên cứu đặc điểm hiển vi, thành phần hóa học và một số tác dụng kháng khuẩn của hai loài thuộc chi Alpinia Roxb. thu tại Vườn Quốc gia Pù Huống
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu chi Alpinia và tầm quan trọng nghiên cứu

Chi Alpinia Roxb. là một trong những chi thực vật quan trọng thuộc họ Zingiberaceae, được phân布 rộng rãi tại các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới. Các loài trong chi Alpinia đã được sử dụng trong y học cổ truyền và dược liệu với nhiều công dụng chữa bệnh. Nghiên cứu về đặc điểm hiển vi, thành phần hóa học và tác dụng kháng khuẩn của chi Alpinia mang ý nghĩa quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của các loài thực vật địa phương. Việc khám phá các hoạt chất sinh học từ chi Alpinia không chỉ góp phần bảo tồn nguồn gen tự nhiên mà còn cung cấp cơ sở khoa học cho phát triển các sản phẩm dược phẩm mới. Nghiên cứu này tập trung vào hai loài Alpinia được thu tại Vườn Quốc gia Pù Huống, một khu bảo tồn quan trọng với đa dạng sinh học phong phú.

1.1. Vị trí phân loại của chi Alpinia Roxb.

Chi Alpinia Roxb. thuộc họ Zingiberaceae (họ Gừng), được phân loại trong bộ Zingiberales. Đây là một chi thực vật đa dạng với nhiều loài phân bố ở Châu Á, đặc biệt là Đông Nam Á. Các đặc điểm hình thái của chi Alpinia bao gồm cây sống lâu năm với thân dạng cụm, lá đơn mọc so le, hoa nhỏ tập trung thành cụm hoa. Đặc điểm hiển vi của các loài Alpinia cho thấy sự có mặt của các tế bào tiết dầu và các cấu trúc tế bào đặc thù giúp định danh loài.

1.2. Ý nghĩa của việc nghiên cứu tác dụng kháng khuẩn

Tác dụng kháng khuẩn là một trong những hoạt động sinh học quan trọng nhất của chi Alpinia. Các nghiên cứu in vitro đã chứng minh khả năng ức chế sự phát triển của nhiều vi sinh vật bệnh gây bệnh. Việc xác định nồng độ tối thiểu ức chế (MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) giúp đánh giá hiệu quả của cao chiết và tinh dầu. Những phát hiện này là nền tảng cho việc phát triển các sản phẩm chống khuẩn tự nhiên và nghiên cứu dược phẩm từ nguồn tài nguyên sinh học.

II. Thành phần hóa học của chi Alpinia

Chi Alpinia chứa nhiều nhóm hợp chất hóa học có hoạt tính sinh học khác nhau. Những nghiên cứu về thành phần hóa học của chi Alpinia đã xác định sự có mặt của các tinh dầu, flavonoid, alkaloid và các polyphenol. Các hợp chất này được xác định thông qua các phương pháp hiện đại như sắc ký khí kết hợp khối phổ (GC-MS) và sắc ký lỏng siêu hiệu năng (UPLC-HRMS). Cao chiết từ các loài Alpinia có chứa nồng độ cao các chất có tác dụng kháng khuẩn. Việc phân tích chi tiết thành phần hóa học không chỉ giúp hiểu rõ cơ chế hoạt động mà còn hỗ trợ kiểm soát chất lượng và chuẩn hóa sản phẩm từ chi Alpinia.

2.1. Nhóm tinh dầu và hợp chất bay hơi

Tinh dầu là thành phần chính giúp chi Alpinia có tác dụng kháng khuẩn mạnh. Các hợp chất chính trong tinh dầu bao gồm cineol, camphor, α-pinene và β-pinene. Phương pháp sắc ký khí (GC-MS) cho phép xác định chính xác retention time (RT) và chỉ số lưu giữ (RI) của từng hợp chất. Hàm lượng tinh dầu trong Alpinia calcicola đặc biệt cao, góp phần quan trọng vào hoạt tính kháng vi sinh vật.

2.2. Flavonoid và polyphenol trong cao chiết

Flavonoid là nhóm hợp chất pheno có tác dụng kháng oxy hóa và kháng khuẩn đáng kể. Các nghiên cứu bằng UPLC-HRMS đã xác định sự có mặt của các flavonoid glucoside và flavonoid aglycone trong cao chiết hai loài Alpinia. Polyphenol tổng quát cũng được đo lường thông qua các phương pháp định lượng tiêu chuẩn. Những chất có hoạt tính kháng khuẩn này là cơ sở cho docking phân tử nhằm hiểu rõ cơ chế tương tác với protein vi sinh vật.

III. Đánh giá tác dụng kháng khuẩn in vitro

Tác dụng kháng khuẩn của chi Alpinia được đánh giá thông qua các phương pháp in vitro tiêu chuẩn. Các cao chiết từ hai loài Alpinia và tinh dầu Alpinia calcicola được kiểm tra khả năng ức chế chống lại các vi sinh vật bệnh gây bệnh như Staphylococcus aureus. Kết quả nghiên cứu xác định nồng độ tối thiểu ức chế (MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) của mỗi mẫu. Những số liệu này cho thấy hiệu quả kháng khuẩn đáng kể của các cao chiết Alpinia, đặc biệt là tinh dầu Alpinia calcicola. Các phát hiện này mở ra tiềm năng ứng dụng chi Alpinia trong sản xuất dược phẩm kháng khuẩn tự nhiên và bào chế các sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

3.1. Phương pháp đánh giá tác dụng kháng khuẩn

Phương pháp khuếch tán trong thạch là kỹ thuật cơ bản để đánh giá tác dụng kháng khuẩn của cao chiết và tinh dầu. Các vi sinh vật được nuôi cấy trên môi trường agar tiêu chuẩn, sau đó các mẫu được đặt lên để quan sát vòng ức chế. Phương pháp pha loãng nối tiếp giúp xác định chính xác MIC và MBC. Kết quả được so sánh với thuốc thử tiêu chuẩn để đánh giá hiệu quả tương đối của các mẫu nghiên cứu.

3.2. Kết quả kháng vi sinh vật của hai loài Alpinia

Nghiên cứu cho thấy tác dụng kháng khuẩn của tinh dầu Alpinia calcicola mạnh hơn cao chiết nước. Hoạt tính kháng Staphylococcus aureus đặc biệt rõ rệt với MIC thấp. Cao chiết của Alpinia calcicola và loài Alpinia khác cũng thể hiện khả năng ức chế vi sinh vật đáng kể, chứng minh giá trị kháng khuẩn của chi Alpinia. Các kết quả này hỗ trợ việc phát triển sản phẩm dược liệu từ hai loài này.

IV. Cơ chế hoạt động và triển vọng ứng dụng

Mô phỏng docking phân tử giữa các hợp chất hoạt chất của Alpinia calcicola với protein của Staphylococcus aureus giúp làm sáng tỏ cơ chế tác dụng kháng khuẩn. Các hợp chất chính như tinh dầu và flavonoid liên kết với các vị trị hoạt động của enzyme vi sinh vật, làm ức chế sự phát triển của chúng. Triển vọng ứng dụng của chi Alpinia rất lớn trong ngành dược phẩm, thực phẩm chức năng và mỹ phẩm tự nhiên. Việc tiêu chuẩn hóa cao chiết và tinh dầu từ chi Alpinia sẽ giúp phát triển những sản phẩm kháng khuẩn hiệu quả và an toàn cho sức khỏe con người.

4.1. Cơ chế tương tác phân tử của hoạt chất kháng khuẩn

Docking phân tử cho thấy các hợp chất tinh dầu từ Alpinia calcicola tương tác mạnh với các protein quan trọng của vi sinh vật. Binding affinity cao giữa các hợp chất này và target protein giải thích tác dụng kháng khuẩn mạnh. RMSD (độ lệch bình phương trung bình gốc) thấp cho thấy mô phỏng ổn định. Cơ chế này bao gồm cản trở tổng hợp tế bào, phá vỡ màng tế bào và ức chế các enzyme chủ chốt của vi sinh vật.

4.2. Tiềm năng phát triển sản phẩm từ chi Alpinia

Chi Alpinia có tiềm năng lớn trong phát triển dược phẩm kháng khuẩn tự nhiên thay thế kháng sinh hóa học. Cao chiết và tinh dầu có thể được sử dụng trong sản phẩm chăm sóc da, nước súc miệng kháng khuẩn và thực phẩm chức năng. Việc tiêu chuẩn hóa và kiểm soát chất lượng sẽ giúp đảm bảo hiệu quả và an toàn của sản phẩm cuối cùng, góp phần phát triển ngành công nghiệp dược phẩm và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về vị trí phân loại và đặc điểm hình thái của chi Alpinia Roxb.1 Vị trí phân loại chi Alpinia Roxb. Theo dữ liệu thực vật từ trang Plants of the World Online (POWO) của Kew Science, vị trí phân loại chi Alpinia Roxb. cụ thể như sau [1]: Giới: Thực vật (Plantae) Ngành: Thực vật bậc cao (Streptophyta) Lớp: Mộc lan (Equisetopsida) Phân lớp: Ngọc Lan (Magnoliidae) Bộ: Gừng (Zingiberales) Họ: Gừng (Zingiberaceae) Chi: Riềng (Alpinia Roxb.) Chi Riềng (Alpinia Roxb.) là chi lớn nhất trong họ Gừng (Zingiberaceae), hơn 260 loài trong đó có 248 loài đã được xác định.

Chi Alpinia có phạm vi phân bố rộng rãi, có nguồn gốc từ nhiều khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới của châu Á và châu Đại Dương. Môi trường sống của các loài này rất đa dạng như: dưới tán rừng, rừng thứ sinh, ven suối, trảng cây bụi, rừng nguyên sinh. Ở khu vực châu Á, chúng phân bố ở Ấn Độ, Đông Á như: Trung Quốc (miền Nam, Đông Nam, Tây Tạng…), Nhật Bản, Hàn Quốc; Đông Nam Á như: Việt Nam, Lào, Thái Lan, Philippines, Sri Lanka, … Chúng có nguồn gốc từ một số nơi thuộc châu Đại Dương như: New Guinea, Fiji, Samoa, Queensland (Úc), Caroline Islands, Bismarck Archipelago, Nicobar Islands, …. Các loài thuộc chi Alpinia cũng được du nhập vào nhiều vùng khác nhau trên thế giới như Châu Mỹ (Colombia, Ecuador, Peru, Mexico (miền Tây Nam), Cộng hòa Dominica, Cuba, …), Châu Phi hay các khu vực khác như: Tây Himalaya, Florida (Hoa Kỳ).2 Đặc điểm hình thái chi Alpinia Roxb 1.1 Đặc điểm thực vật chi Alpinia Roxb.

Hiện nay ở Việt Nam, chi Alpinia đã phát hiện được 31 loài, riêng ở Bắc Trung Bộ đã có tới 26 loài được xác định[14], phần lớn các loài trong chi này ưa bóng, ưa ẩm, mọc dưới tán rừng, dưới bóng các cây khác, nhưng có số ít loài vẫn phát triển tốt ở nơi ít bóng như ven đường lớn hay ở trảng cỏ [14-15-20-21]. Nhiều loài có giá trị tài nguyên quan trọng như lấy tinh dầu, làm thuốc, làm gia vị và loài ăn được.[2] Các loài của chi Alpinia thuộc loại cây thảo, cao 1-3(4) m; thân rễ bò, dày. Lá nhiều; phiến lá hình bầu dục dài hay hình mác, có cuống hay không. Cụm hoa hình chùm hay bông, trên ngọn thân có lá, hoa đính thưa hay dày, khi non thường được bao bởi 1-3 lá bắc (thường gọi là lá bắc tổng bao, nhưng sớm rụng).

Các lá bắc (nếu có) mở đến gốc, bao một hoa hay vài hoa trong một cụm nhỏ (cincinnus); các lá bắc con hình ống hay mở đến gốc, đôi khi 2 không có. Đài hoa có phần dưới hình ống; phần trên xẻ 1 bên hay chia 3 thùy nhỏ hình răng. Tràng có phần dưới hình ống; phần trên xẻ thành 3 thùy, thùy lưng thường to hơn hai thùy bên, đầu có hình mũ nông hay sâu. Cánh môi to, có màu sặc sỡ, thường to rộng hơn các thùy tràng, phía đầu xẻ thành 2-3 thùy hay nguyên.

Nhị có chỉ nhị hình bản, ngắn hoặc dài; bao phấn 2 ô, phần phụ trung đới kéo dài lên phía trên thành mào hay không. Nhị lép bên 2, tiêu giảm thành hình dùi, hình răng hay tiêu giảm hoàn toàn. Bầu hình cầu hay gần hình cầu; vòi nhụy mảnh; núm nhụy thường loe hình phễu, đôi khi có hình chùy. Vòi nhụy lép ngắn, hình bản hay dùi.

Quả nang, hình cầu hay hình bầu dục, hiếm khi hình thoi (Alpinia oxyphylla), tự mở hoặc mở không đều. Hạt nhiều, thường có góc cạnh, có áo hạt [22].2 Đặc điểm hiển vi của chi Alpinia Roxb. Hiện nay trên thế giới đã có một vài nghiên cứu các đặc điểm hiển vi của Alpinia, đặc biệt tập trung vào điểm giống và khác trên lá của các loài thuộc chi này. Nhận thấy, cấu trúc biểu bì với thành bên thẳng, có hình chữ nhật hoặc đa giác với trục dài thường vuông góc với gân lá, khí khổng kiểu tứ bào (tetracytic) tập trung cao ở mặt dưới lá và có trục song song với gân lá chiếm đa số.

Một số loài có khí khổng phân bố thành hàng dọc theo gân (ví dụ: A.latibabris), một số khác thì khí khổng phân bố một cách ngẫu nhiên không theo trật tự. Tất cả các loài có lông che chở, đều là lông đơn bảo, không phân nhánh, xuất hiện ở phiến lá, gân chính và cuống lá của chúng. Tầng hạ bì cũng là một trong đặc điểm hiển vi đáng chú ý, chúng có ở mặt trên phiến lá của tất cả các loài thuộc phân chi Catibium, nhưng vắng mặt ở các loài phân chi Allyghas và nhiều loài khác (loại trừ một vài ngoại lệ như A. conchigera), tầng hạ bì có thể liên tục hoặc gián đoạn và thậm chí có ở cả mặt dưới lá của một số loài.

Ngoài ra hình dáng, cấu trúc của các bó mạch cũng có sự khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm của các loài. Tổng quan về thành phần hóa học chi Alpinia Roxb. Chi Alpinia là một chi lớn của họ Gừng được biết đến với sự đa dạng về thành phần hóa học đặc biệt là terpenoids, diarylheptanoids, flavonoids và hợp chất phenolic. Đến năm 2015, các nghiên cứu về các hợp chất hóa học của các loài Alpinia đã thu được tổng cộng 544 hợp chất, bao gồm 207 terpenoid, 143 diarylheptanoid, 25 phenylpropanoid, 71 flavanon, 66 hợp chất phenolic, 7 steroid, 8 alcaloid, 6 stilben và 11 chất khác [25].

Sau đó với xu hướng gia tăng nghiên cứu về chi Alpnia, trong 148 tài liệu công bố từ 2016 đến 2023 đã xác định được 378 hợp chất từ chi này với 145 terpenoid, 133 diarylheptanoid, 40 flavonoid, 12 lignan, 8 kavalacton, 32 hợp chất phenolic và các hợp chất khác [26]. Chính vì thế trong phần tổng quan này, sẽ chủ yếu đề cập đến những hợp chất tiêu biểu của chi Alpinia, từ đó làm rõ sự đa dạng trong thành phần và tiềm năng tác dụng sinh học của chúng. Thành phần của tinh dầu và cao chiết được tìm thấy trong các loài thuộc chi Alpinia Roxb. là một hỗn hợp phức tạp gồm nhiều hợp chất hóa học, với thành phần cụ thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loài thực vật, bộ phận cây được sử dụng (thân rễ, lá, hoa, .), nguồn gốc địa lý, cũng như phương pháp chiết xuất được áp dụng.

Tuy nhiên, đối với từng nhóm hợp chất, vẫn có thể xác định được một số thành phần đặc trưng xuất hiện phổ biến hơn trong các loài thuộc chi này. Monoterpenoid: Các hợp chất chính được tìm thấy trong tinh dầu Alpinia bao gồm: 1,8-cineol [26-32], β-pinen [30-31-33-36], α-pinen [29-35-37-39], β-myrcen, camphor, γ-terpinen, p-cymen, geraniol, α-fenchyl acetat, ocimen. Nhóm monoterpenoid đóng góp đáng kể vào các hoạt tính sinh học của tinh dầu Alpinia, ví dụ như hoạt tính kháng khuẩn, trong đó α-pinen, 1,8- cineol và linalool được báo cáo là có hoạt tính kháng khuẩn[4-35-40] mạnh mẽ. β-pinen, terpinen-4-ol, limonene, β-myrcen, p-cymen và camphor cũng góp phần vào hoạt tính kháng khuẩn này.

α-pinene và β-pinen cũng được cho là đóng vai trò chính trong hoạt tính diệt côn trùng[17] và diệt ấu trùng[41] của tinh dầu Alpinia. Đối với Alpinia calcicola, monoterpenoid được xác định trong tinh dầu lá và thân rễ. Hydrocarbon Monoterpen bao gồm α-Pinen, Camphen, β-Pinen (thành phần chính, 14,4% ở lá, 15,3% ở thân rễ), Myrcen, o-Cymen và Limonene. Nhóm này chiếm 17,3% trong tinh dầu lá và 18,8% trong tinh dầu thân rễ.

Monoterpen có oxy chỉ chiếm lượng nhỏ (0,8%) trong tinh dầu thân rễ, bao gồm α- Terpineol và Fenchyl acetat, và vắng mặt trong tinh dầu lá đã được báo cáo. Đối với Alpinia kwangsiensis, monoterpenoid là nhóm hợp chất chiếm ưu thế trong tinh dầu. Từ thân rễ ở Trung Quốc, các thành phần chính là camphor (17,59%), eucalyptol (1,8-cineol) (15,16%), β-pinen (11,15%), và α-pinen (10,50%) [17]. Từ các bộ phận ở Việt Nam, các thành phần chính trong tinh dầu lần lượt ở lá, thân, thân rễ là 1,8-cineol (16,9%, 14,3%, 5,8%), terpinen-4-ol (16,0%, 13,6%, 14,3%), và β-pinen (7,6%, 9,9%, 3,1%).

Các monoterpen khác được xác định bao gồm α-thujen, camphen, sabinen, myrcren, α- phellandren. Tinh dầu lá, thân, thân rễ A.kwangsiensis từ Việt Nam chứa monoterpen hydrocarbon (25,6%, 21,1%, 12,8%) và monoterpen có oxy (52,3%, 56,8%, 51,7%) [16]. Ngoài ra còn rất nhiều các hợp chất monoterpenoid được công bố trong những nghiên cứu sau này [26]. Sesquiterpenoid: Theo các tài liệu đã công bố, từ 2016 đến 2023, có 132 hợp chất thuộc nhóm sesquiterpenoid tìm thấy trong các loài của chi Alpinia [26].

Trong tinh dầu của Alpinia, sesquiterpen có oxy và sesquiterpen hydrocarbon là những thành phần chính. Các hợp chất chính được tìm thấy bao gồm β-caryophyllen, caryophyllen oxid, α-cadinol, δ-cadinen, τ-muurolol, γ- cadinen, (E,E)-α-farnesen, α-humulen, α-copaen, γ-selinene , α-selinen, (E,E)-farnesyl acetat , τ-cadinol , (2E,6E)-farnesol , trans-β-guaien , α-gurjunen , zerumbon và nhiều hợp chất khác [3-25-26] (Ví dụ: β-agarofuran, β-cubeben [42], epi-cubebol [7]…). PL4 trình bày một số hợp chất sesquiterpenoid tiêu biểu, xuất hiện nhiều ở tinh dầu trong các loài Alpinia khác nhau. Đối với Alpinia calcicola, sesquiterpenoid có mặt trong tinh dầu lá và thân rễ.

Sesquiterpen hydrocarbon chiếm 49,8% ở lá và 29,8% ở thân rễ, bao gồm β-caryophyllen (7,7% ở lá), δ- Cadinen (9,7% ở lá, 10,1% ở thân rễ), γ-Cadinen (2,5% ở lá, 2,9% ở thân rễ), 9-epi-(E)- Caryophyllen (5,1% ở lá), α-Humulen, germacren D, cùng nhiều loại cadinen, cubeben, copaen, elemen, muurolen, selinen khác. Sesquiterpen có oxy chiếm 25,3% ở lá và 43,3% ở thân rễ, với α-Cadinol (7,0% ở lá, 19,1% ở thân rễ) và τ-muurolol (9,4% ở thân rễ) là các thành phần chính. Các hợp chất khác bao gồm caryophyllene oxid, spathulenol, scapanol, 4 humulen epoxid II. Đối với Alpinia kwangsiensis, sesquiterpen hydrocarbon (11,6% ở thân rễ) và sesquiterpen chứa oxy (5,2% ở thân, 5,1% ở thân rễ) được xác định trong tinh dầu từ Việt Nam [16].

Các hợp chất được xác định bao gồm β-caryophyllen, germacren D, γ-cadinen, elemol, caryophyllen oxid, carotol, widdrol cedrol,. Diterpenoid: Tính đến năm 2015, đã có 57 hợp chất diterpenoid được báo cáo phân lập từ các loài thuộc chi Alpinia, trong tổng số 207 hợp chất terpenoid được ghi nhận trong giai đoạn 1955– 2015[3]. Từ năm 2016 đến 2023, các nghiên cứu tiếp tục phát hiện và công bố thêm nhiều hợp chất diterpenoid mới từ chi này[26]. Diterpenoid trong chi Alpinia chủ yếu thuộc loại Labdan, ngoài ra còn có một số hợp chất thuộc loại Grayanan, ví dụ: Rhodomollein I từ hạt của A.

Một số hợp chất Labdan tiêu biểu có thể kể đến như: (E)-Labda-8(17),12-diene-15,16-dial là hợp chất phân bố rộng rãi trong nhiều loài Alpinia, và cũng được phân lập từ A.[44] Acid (E)-labda-12,14-dien-15(16)-olide-17-oic được phân lập từ A. oxyphylla [45] Coronarin E được tìm thấy trong A. intermedia [49] Intermedin A và Intermedin B được phân lập từ A. intermedia, được xem là sản phẩm phản ứng của Coronarin E với ethanol [49].

Trong các công bố gần đây, các hợp chất đáng chú ý bao gồm: Acid (Z)-12,14-labdadien-15(16)-olide-17-oic (266) và (E)-labda-12,14-dien-15(16)- olide-17-oic acid từ A. oxyphylla [45], Galangalditerpen A–C từ A. galanga [50], và Pahangensin A – một diterpen bis-labdanic từ A.