Luận án nghiên cứu hóa thực vật và hoạt tính sinh học chi Pandanus tại USTH năm 2026

Luận án tiến sĩ nghiên cứu thành phần hóa thực vật và hoạt tính sinh học của Pandanus tectorius và Pandanus amaryllifolius tại USTH năm 2026.

• Tác giả: Đỗ Hoàng Giang
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tiến Đạt
• Trường học: Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Dược học, Y học và Nông nghiệp
• Đề tài: Phytochemical Constituents and Bioactivities of Pandanus tectorius and Pandanus amaryllifolius
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2026
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu hóa thực vật Pandanus tectorius tại USTH

Cây dứa dại hay Pandanus tectorius là loài thực vật quen thuộc tại các vùng duyên hải. Nghiên cứu thực hiện tại Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội năm 2026 đánh dấu bước tiến quan trọng. Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Đỗ Hoàng Giang tập trung phân tích thành phần hóa học của loài cây này. Công trình được triển khai dưới sự hướng dẫn của Phó giáo sư Nguyễn Tiến Đạt và Phó giáo sư Nguyễn Hải Đăng. Nhóm tác giả làm việc tại Khoa Khoa học Sự sống thuộc nhà trường. Đề tài thuộc khuôn khổ dự án cấp viện nghiên cứu quốc gia. Mục tiêu chính là đánh giá giá trị dược liệu của cây bản địa. Nguồn mẫu thu thập phục vụ quy trình chiết xuất hoạt chất tự nhiên. Các nhà khoa học tập trung làm rõ tiềm năng trị liệu từ rễ, lá và quả. Dữ liệu thực nghiệm mang lại hiểu biết toàn diện về cây dứa dại Việt Nam. Đây là tài liệu nền tảng cho việc chuẩn hóa dược liệu. Các kết quả khẳng định giá trị sinh học vượt trội của loài thực vật này.

1.1. Bối cảnh đề tài tiến sĩ công nghệ sinh học nông y dược

Đề tài tiến sĩ bảo vệ vào tháng 5 năm 2026 tại USTH. Công trình tập trung vào lĩnh vực công nghệ sinh học nông y dược. Quá trình triển khai kéo dài hơn một thập kỷ với sự phối hợp chặt chẽ giữa các đơn vị nghiên cứu hàng đầu. Nhóm nghiên cứu nhận tài trợ trực tiếp từ nhiệm vụ mã số NCXS01.02/23-25. Dự án thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ cao thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các phòng thí nghiệm hiện đại bảo đảm độ chính xác của mọi phép đo. Sự hợp tác liên ngành thúc đẩy hoàn thành mục tiêu học thuật. Đề tài cung cấp cơ sở khoa học tin cậy cho y học cổ truyền.

1.2. Vị thế học thuật của nhóm nghiên cứu Phytomed USTH

Nhóm nghiên cứu Phytomed tại USTH đóng vai trò then chốt trong định hướng đề tài. Nhóm quy tụ các chuyên gia giàu kinh nghiệm về hợp chất thiên nhiên. Cơ sở vật chất tiên tiến giúp xử lý mẫu vật sinh học chuẩn xác. Mối liên kết cùng Khoa Hóa dược và Sinh học Ứng dụng mang lại lợi thế phân tích. Các thiết bị hiện đại tạo điều kiện sàng lọc hoạt chất hiệu quả cao. Thành công của luận án khẳng định vị thế nghiên cứu sinh dược học của cơ sở đào tạo. Công trình mở ra hướng hợp tác phát triển chế phẩm thảo dược quy mô lớn.

II. Phân tích hóa thực vật Pandanus tectorius qua dữ liệu tại USTH

Phân tích thành phần chuyển hóa là trọng tâm so sánh giữa các loài thực vật. Pandanus tectorius và Pandanus amaryllifolius thể hiện nhiều khác biệt rõ rệt về mặt hóa học. Pandanus tectorius tích lũy lượng lớn hợp chất phenolic và saponin. Các chất chuyển hóa thứ cấp phân bố rộng ở cả mô dinh dưỡng lẫn mô sinh sản. Ngược lại, lá cây Pandanus amaryllifolius chứa hàm lượng phenolic và saponin thấp hơn nhiều. Sự thiếu hụt này cho thấy cơ chế phòng vệ hóa học của từng loài không tương đồng. Dữ liệu thống kê chứng minh đặc điểm loài chi phối cấu trúc hóa thực vật. Sự thay đổi giữa các cơ quan chỉ đóng vai trò thứ cấp. Dẫn xuất benzofuran xuất hiện phong phú trong rễ và thân rễ của loài dứa dại. Nhóm chất này mang hoạt tính sinh học đặc thù cần được định lượng chuẩn xác. Phân tích hóa phân loại giúp nhận diện đúng nguồn nguyên liệu giá trị cao. Việc sàng lọc giải quyết bài toán nhầm lẫn nguyên liệu trong sản xuất dược phẩm thương mại.

2.1. Phân hóa hợp chất giữa Pandanus tectorius và loài đối chứng

Sự sai khác hóa học phản ánh áp lực tiến hóa của từng loài thực vật. Nghiên cứu chỉ ra hàm lượng hợp chất bảo vệ ở Pandanus tectorius vượt trội hẳn Pandanus amaryllifolius. Mô rễ và quả của cây dứa dại chứa lượng phong phú các dẫn xuất phân cực trung bình. Trong khi đó, lá dứa thơm lại tập trung vào nhóm chất dễ bay hơi và ancaloit đặc trưng. Phân tích định lượng khẳng định dấu vết hóa học riêng biệt của từng mẫu thử. Kết quả này cung cấp thước đo tin cậy để thẩm định nguồn nguyên liệu đầu vào. Ngành dược có thể dựa vào dấu chuẩn này để loại trừ tạp chất pha trộn.

2.2. Sự biến thiên chuyển hóa theo cơ quan sinh dưỡng và sinh sản

Hàm lượng hoạt chất thay đổi đáng kể giữa các bộ phận trên cùng cây dứa dại. Quả và lá tích lũy lượng lớn hợp chất chống oxy hóa hòa tan. Phần cùi quả mang nồng độ polyphenol cao nhất trong số các bộ phận được khảo sát. Ngược lại, rễ cây tập trung các dẫn xuất benzofuran hiếm gặp. Sự phân hóa này tạo điều kiện tối ưu hóa quá trình thu hái thực tế. Nhà sản xuất cần chọn đúng bộ phận để thu được hoạt chất mục tiêu mong muốn. Việc thu hái chọn lọc giúp bảo tồn quần thể cây hoang dã bền vững.

III. Phương pháp nghiên cứu hóa thực vật Pandanus tectorius tại USTH

Quy trình nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật chiết tách và định danh hiện đại. Dung môi chiết xuất được lựa chọn kỹ lưỡng theo độ phân cực tăng dần. Phân đoạn ethyl acetate từ cùi quả chứng minh hiệu quả thu hồi phenolic cao nhất. Nhiệt độ và thời gian ngâm chiết được chuẩn hóa nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm. Kỹ thuật sắc ký hỗ trợ tinh chế các hợp chất tự nhiên tinh khiết. Cấu trúc hóa học được xác định nhờ phổ cộng hưởng từ hạt nhân và khối phổ. Hoạt tính sinh học được kiểm định thông qua mô hình in vitro chuẩn mực. Thử nghiệm DPPH và quét gốc tự do hydroxyl đo lường khả năng chống oxy hóa. Thử nghiệm ức chế enzyme alpha-amylase đánh giá tiềm năng hỗ trợ điều trị đái tháo đường. Toàn bộ quy trình tuân thủ hướng dẫn kiểm nghiệm dược liệu quốc tế. Độ lặp lại của các phép đo phản ánh tính chính xác của phương pháp nghiên cứu. Dữ liệu thu được cung cấp bằng chứng thuyết phục cho giá trị sinh học của mẫu cây dứa dại.

3.1. Tối ưu hóa điều kiện chiết tách hợp chất phenolic tự nhiên

Dung môi chiết đóng vai trò quyết định tới hiệu suất thu hồi polyphenol. Nghiên cứu kiểm tra nhiều dung môi hữu cơ với tỷ lệ pha trộn khác nhau. Dung môi ethyl acetate thể hiện ưu thế vượt trội khi chiết xuất phần cùi quả. Tỷ lệ mẫu trên dung môi và nhiệt độ gia nhiệt được kiểm soát chặt chẽ. Điều kiện tối ưu giúp bảo tồn hoạt tính nguyên bản của các phân tử sinh học nhạy cảm. Phương pháp này giảm thiểu sự phân hủy nhiệt của các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên. Hiệu suất chiết cao mở đường cho việc áp dụng quy mô công nghiệp.

3.2. Đánh giá hoạt tính dập tắt gốc tự do và ức chế enzyme

Hoạt tính sinh học được định lượng bằng các thử nghiệm sinh hóa in vitro. Phép đo dập tắt gốc tự do DPPH ghi nhận hiệu quả ức chế đạt 70–76% ở nồng độ 50 µg/mL. Thử nghiệm quét gốc hydroxyl cũng cho kết quả tương đương trên dịch chiết quả dứa dại. Khả năng ức chế men alpha-amylase cho thấy tiềm năng hạ đường huyết sau bữa ăn. Nồng độ ức chế phụ thuộc rõ rệt vào liều lượng dịch chiết sử dụng. Tác động kép này chứng minh giá trị y học của loài cây dứa dại biển. Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu vững chắc cho thử nghiệm tiền lâm sàng.

IV. Ứng dụng từ nghiên cứu hóa thực vật Pandanus tectorius của USTH

Luận án tiến sĩ năm 2026 tại USTH mang lại giá trị khoa học và thực tiễn sâu sắc. Kết quả mở ra triển vọng ứng dụng chiết xuất dứa dại trong sản xuất thực phẩm bảo vệ sức khỏe. Hoạt tính chống oxy hóa cao thích hợp để phát triển các liệu pháp ngăn ngừa tổn thương tế bào. Đồng thời, khả năng ức chế alpha-amylase mở đường cho chế phẩm hỗ trợ người bệnh đái tháo đường. Các hợp chất benzofuran phân lập từ rễ gợi mở nhiều nghiên cứu dược lý mới. Đây là tiền đề để chuyển giao công nghệ sang các doanh nghiệp dược phẩm. Công trình khẳng định vai trò tiên phong của USTH trong nghiên cứu nguồn gen thảo mộc bản địa. Dữ liệu chuẩn xác giúp bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ đối với tri thức bản địa. Việc thương mại hóa chế phẩm từ Pandanus tectorius hứa hẹn nâng cao thu nhập cho cư dân miền ven biển. Nguồn nguyên liệu trồng trọt tự nhiên được khai thác hợp lý sẽ bảo đảm tính bền vững sinh thái. Nghiên cứu tạo cầu nối quan trọng giữa kết quả phòng thí nghiệm và ứng dụng y tế cộng đồng.

4.1. Tiềm năng bào chế dược phẩm hỗ trợ chuyển hóa và chống lão hóa

Chiết xuất Pandanus tectorius sở hữu tiềm năng lớn trong ngành thực phẩm chức năng. Hiệu quả ức chế alpha-amylase hỗ trợ kiểm soát đường huyết sau khi ăn. Đây là hướng đi quan trọng cho các sản phẩm hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường tuýp hai. Bên cạnh đó, hoạt tính quét gốc tự do giúp làm chậm lão hóa tự nhiên. Chiết xuất có thể được ứng dụng trong các công thức mỹ phẩm chống lão hóa da. Sự kết hợp giữa hai đặc tính sinh học tạo nên lợi thế thương mại đặc biệt. Các thử nghiệm lâm sàng tiếp theo sẽ hoàn thiện hồ sơ đăng ký lưu hành sản phẩm.

4.2. Chiến lược khai thác thảo dược biển gắn liền phát triển bền vững

Phát triển chuỗi giá trị dứa dại mở ra triển vọng kinh tế xanh cho các vùng ven biển. Việc thu hoạch cùi quả thay vì tận diệt cả cây giúp bảo vệ hệ sinh thái rừng ngập mặn. Doanh nghiệp dược liệu có thể ký hợp đồng bao tiêu sản phẩm trực tiếp với nông dân địa phương. Quy trình trồng trọt và thu hái theo chuẩn GACP-WHO sẽ đảm bảo chất lượng nguyên liệu ổn định. Hoạt động này tạo sinh kế bền vững và nâng cao ý thức giữ gìn thảm thực vật ven bờ. Nguồn tài nguyên thực vật bản địa được bảo tồn thông qua khai thác khoa học.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Nghiên cứu về các loài thực vật thuộc chi Pandanus (họ Pandanaceae) có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực công nghệ sinh học nông nghiệp, y học và dược học. Chi Pandanus bao gồm hơn 750 loài phân bố rộng rãi tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới, trong đó tại Việt Nam đã ghi nhận khoảng 17 loài, tiêu biểu là Pandanus tectorius (Dứa dại) và Pandanus amaryllifolius (Dứa thơm). Mặc dù các bộ phận của hai loài này từ lâu đã được sử dụng trong y học dân gian (như rễ và lá non của P. tectorius dùng trị phù thũng, sỏi thận, động kinh; lá P. amaryllifolius dùng tạo hương và trị viêm), việc đánh giá một cách toàn diện và có hệ thống về sự khác biệt hóa thực vật giữa các cơ quan, giữa các loài, cũng như mối liên hệ giữa hàm lượng chất chuyển hóa thứ cấp với các hoạt tính sinh học chọn lọc vẫn còn nhiều khoảng trống. Bên cạnh đó, các quy trình trích ly tối ưu hóa đa đáp ứng nhằm thu hồi đồng thời hoặc chuyên biệt các nhóm hoạt chất chính (phenolic, saponin, alkaloid) và việc phân lập, giải mã cấu trúc lập thể của các phân tử tự nhiên đặc hữu từ lá P. tectorius vẫn chưa được giải quyết đầy đủ.

Mục tiêu tổng quát của luận án là khảo sát các thành phần hóa học chọn lọc và đánh giá các hoạt tính sinh học đại diện của hai loài Pandanus tectorius và Pandanus amaryllifolius thu thập tại Việt Nam. Luận án xác định bốn mục tiêu nghiên cứu cụ thể, được đánh số theo văn bản như sau:

1. Sàng lọc thành phần và hoạt tính sinh học của cao chiết từ các mẫu thực vật đã thu thập.
2. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ lá dứa dại (Pandanus tectorius).
3. Tối ưu hóa điều kiện trích ly bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nhằm thu được các phân đoạn giàu phenolic và saponin từ quả dứa dại (Pandanus tectorius).
4. Tối ưu hóa quá trình làm giàu phenolic từ lá dứa thơm (Pandanus amaryllifolius).

Đối tượng nghiên cứu của luận án là lá và quả của loài Pandanus tectorius Parkinson ex Du Roi cùng với lá của loài Pandanus amaryllifolius Roxb.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm:

• Không gian: 18 mẫu thực vật được thu thập tại các khu vực sinh thái khác nhau ở miền Bắc và Bắc Trung Bộ Việt Nam, gồm huyện Thanh Oai và Ba Vì (Hà Nội), huyện Na Hang và Hàm Yên (Tuyên Quang), huyện Quỳnh Lưu (Nghệ An), và huyện Tam Đảo (Phú Thọ).
• Thời gian: Các mẫu nghiên cứu được thu thập thực địa trong giai đoạn từ tháng 02/2020 đến tháng 07/2021. Luận án được hoàn thành và bảo vệ vào tháng 05/2026 trong khuôn khổ Đề tài mã số NCXS01.02/23-25 thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ cao, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng hợp các hướng nghiên cứu trước đây về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các loài thuộc chi Pandanus, cụ thể:

• Hợp chất lignan: Cuong và cộng sự đã phân lập pinoresinol, (+)-syringaresinol và (+)-medioresinol từ dịch chiết chloroform của quả Pandanus odoratissimus. Jong và cộng sự (1998) xác định sáu hợp chất lignan (eudesmin, kobusin, pinoresinol, epipinoresinol, de-4'-O-methyleudesmin, 3,4-bis(4-hydroxy-3-methoxy-benzyl)-tetrahydrofuran) từ rễ P. odoratissimus. Inada và cộng sự (2005) công bố năm lignan gồm (+)-pinoresinol, (+)-eudesmin, kobusin, (+)-sesamin và salicifoliol. Phat và cộng sự đã tìm thấy (+)-pinoresinol, (+)-syringaresinol, (+)-medioresinol, (+)-lyoniresinol và (−)-balanophonin trong quả P. tectorius, ghi nhận hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase với giá trị IC50 đạt 26,1 µM (so với chất đối chứng acarbose có IC50 = 214,5 µM).
• Hợp chất flavonoid: Vitexin và tricin được ghi nhận từ rễ P. tectorius (năm 2013). Trước đó, Zhang và cộng sự đã phân lập năm flavonoid từ quả P. tectorius gồm tangeretin, sakranetin, chrysin, naringenin và 5,8-dihydroxy-7-methoxy-flavone.
• Dẫn xuất coumarin: Phat và cộng sự phân lập bốn coumarin từ quả P. tectorius gồm Pandanusin A, bergapten, 6-(6′-hydroxy-3′,7′-dimethylocta-2′,7′-dienyl)-7-hydroxycoumarin và 6-(6′,7′-dihydroxy-3′,7′-dimethyloct-2′-enyl)-7-hydroxycoumarin với khả năng ức chế α-glucosidase (IC50 = 36,7 µM).
• Các hợp chất phenolic khác: Jong và cộng sự (1998) phân lập 4-hydroxy-3-(2’,3’-dihydroxy-3’-methylbutyl)-benzoic acid methyl ester. Suzuki và cộng sự (1999) phân lập axit p-coumaric cùng ba hỗn hợp đồng phân E, Z của p-coumaroyl dimethyl maleate, p-coumaroyl malate và p-coumaroyl monomethyl malate từ lá P. amaryllifolius. Mai Dinh Tri và cộng sự phân lập protocatechuic aldehyde và (7R, 8R)-guaiacyl glycerol từ quả Pandanus. Năm 2015, nhóm tác giả này tiếp tục xác định sáu aromatic aldehyde gồm một hợp chất mới là (Z)-4-hydroxy-3-(4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl) benzaldehyde và năm hợp chất đã biết có hoạt tính ức chế α-glucosidase mạnh (IC50 = 36,4 µM). Phat và cộng sự phân lập 3-bis-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-3-methoxypropanol (IC50 = 81 µM), tachioside và p-hydroxycinnamaldehyde. Trang và cộng sự phân lập các hợp chất phenolic từ rễ loài Pandanus tonkinensis có hoạt tính chống oxy hóa và ức chế NO trên tế bào RAW 264.7.
• Hợp chất alkaloid: Byrne phân lập 2-acetyl-1-pyrroline, pandamarine và pandanamine từ lá P. amaryllifolius. Takayama và cộng sự xác định chuỗi alkaloid gồm pandanamine, pandamarilactonine-A, pandamarilactonine-B, pandamarilactone-1, norpandamarilactonine-A, B, C, D. Tan và cộng sự phân lập các dẫn xuất pandamarilactonine từ E đến H cùng hai alkaloid dubiusamine-A và B từ lá Pandanus dubius. Cheng và cộng sự (2017) phân lập Pandanusines A-B, pandalizines C-E, norpandamarilactonines C-D từ phần trên mặt đất của P. amaryllifolius, sau khi đã tìm thấy pandalisines A-B trên loài Pandanus utilis (2015). Tsai và cộng sự xác định chín alkaloid khác gồm N-acetylnorpandamarilactonines A-B, pandalizines A-B, pandanmenyamine, pandamarilactones-2 và 3, 5(E)-pandamarilactonine-32 và pandalactonine. Nghiên cứu của Laluces và cộng sự chỉ ra pandamarilactonine-A có hoạt tính kháng Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus với MIC từ 62,5 đến 250 µg/mL.
• Hợp chất benzofuran: Jong và cộng sự phát hiện ba dẫn xuất benzofuran từ rễ loài P. odoratissimus.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án lựa chọn giải quyết bao gồm:

• Thiếu nghiên cứu định lượng so sánh đa biến giữa các nhóm hợp chất chuyển hóa thứ cấp (phenolic, flavonoid, saponin, alkaloid) giữa các loài và cơ quan thực vật thuộc chi Pandanus tại Việt Nam gắn liền với các thử nghiệm hoạt tính sinh học đa mục tiêu.
• Cần phát hiện, tinh sạch và xác định cấu hình lập thể tuyệt đối của các hợp chất phân tử nhỏ mới từ dịch chiết lá loài Pandanus tectorius.
• Thiếu các mô hình toán học tối ưu hóa quá trình trích ly phân đoạn giàu phenolic và saponin từ quả P. tectorius bằng phương pháp bề mặt đáp ứng đa mục tiêu.
• Chưa có nghiên cứu làm giàu phân đoạn phenolic từ lá P. amaryllifolius (vốn là loài có nền chất giàu alkaloid) và chưa làm rõ tương tác sinh học giữa phân đoạn phenolic và alkaloid của loài này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án vận dụng cơ sở lý thuyết hóa thực vật học, lý thuyết trích ly - phân đoạn các hợp chất tự nhiên, hóa học lập thể và phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) trong tối ưu hóa công nghệ chiết xuất.

Hệ thống phương pháp và thiết bị phân tích thực tế:

• Phương pháp phân lập và xác định cấu trúc: Sắc ký cột (CC) sử dụng nhựa hấp phụ Diaion HP-20 (kích thước hạt 0,85 mm), pha tĩnh silica gel 60 (kích thước 70-230 mesh), và pha đảo RP-C18 (150 µm). Phân tích và tinh chế điều chế thực hiện trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao ghép đầu dò chuỗi diode HPLC-DAD (Thermo Ultimate 3000). Phổ khối lượng phân giải cao HR-ESI-MS ghi trên máy AGILENT 6550 iFunnel Q-TOF LC/MS; phổ ESI-MS trên hệ Thermo LCQ Fleet. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D và 2D NMR (gồm 1H, 13C, DEPT, COSY, HSQC, HMBC) được đo trên máy Bruker AM500 FT-NMR (tần số 500 MHz cho 1H), sử dụng nội chuẩn tetramethylsilane (TMS) trong các dung môi CD3OD, CDCl3 và DMSO-d6. Góc quay cực đo trên phân cực kế số JASCO P-2000. Phổ lưỡng sắc tròn quang học tử ngoại (ECD) đo trên máy Chirascan CD. Cấu hình tuyệt đối của các nhóm diol được xác định bằng phương pháp cảm ứng Snatzke sử dụng phức chất Mo2(OAc)4 trong dung môi DMSO (ICD).
• Phương pháp định lượng hóa thực vật:
  • Tổng hàm lượng phenolic (TPC): Sử dụng thuốc thử Folin–Ciocalteu 10% kết hợp Na2CO3 6%, đo quang phổ hấp thụ tại bước sóng 750 nm, tính toán thông qua đường chuẩn gallic acid (nồng độ 10–400 µg/mL), biểu thị dưới dạng mg GAE/g dược liệu khô.
  • Tổng hàm lượng flavonoid (TFC): Phản ứng tạo phức màu với NaNO2 5%, AlCl3 10% và NaOH 1 M, đo độ hấp thụ ở 510 nm, tính theo đường chuẩn quercetin (10–200 µg/mL), biểu thị dưới dạng mg QE/g.
  • Tổng hàm lượng saponin (TSC): Phản ứng vanillin (8% trong ethanol) và axit sunfuric (72% v/v) ủ ở 70 °C trong 15 phút, đo tại 560 nm đối chiếu đường chuẩn aescin, biểu thị bằng mg AE/g.
  • Tổng hàm lượng alkaloid (TAC): Chiết tách lỏng-lỏng phân đoạn axit-bazơ (chỉnh pH 2 bằng HCl 1 N, rửa tạp bằng ethyl acetate; kiềm hóa pha nước lên pH 11 bằng NaOH 1 N, chiết hồi lưu 4 lần với CH2Cl2), tính theo phần trăm khối lượng cao thu hồi (%).
• Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học:
  • Hoạt tính quét gốc tự do DPPH: Ủ dịch thử với dung dịch DPPH trong methanol ở 37 °C trong 20 phút bóng tối, đo quang tại bước sóng 517 nm, đối chứng dương là axit ascorbic.
  • Hoạt tính quét gốc hydroxyl: Phản ứng phân hủy deoxyribose bởi Fe(NH4)2(SO4)2 500 µM và đệm phosphate pH 7,4, phát hiện sản phẩm ngưng tụ với axit thiobarbituric (TBA) và trichloroacetic acid (TCA) tại 532 nm sau khi đun sôi cách thủy 15 phút; đối chứng dương catechin.
  • Hoạt tính ức chế enzyme α-amylase: Cơ chất tinh bột ngô (1 g/100 mL đệm phosphate pH 7,0), phản ứng enzyme ở 37 °C, dừng phản ứng bằng thuốc thử axit 3,5-dinitrosalicylic (DNSA), đun cách thủy 85–90 °C trong 10 phút, đo hấp thụ tại bước sóng 650 nm, đối chứng dương là acarbose.
  • Hoạt tính gây độc tế bào in vitro: Thử nghiệm MTT trên 3 dòng tế bào gồm A549 (ung thư biểu mô phổi người), K562 (tế bào lympho bạch cầu người) và MCF7 (ung thư vú người), nuôi cấy trong môi trường RPMI1640 bổ sung 10% huyết thanh thai bò (FBS), penicillin (100 U/mL) và streptomycin (100 µg/mL) ở 37 °C, 5% CO2. Đo hấp thụ tinh thể formazan hòa tan trong isopropanol tại 570 nm; đối chứng dương là camptothecin.
  • Hoạt tính ức chế sản sinh Nitric Oxide (NO): Đại thực bào chuột RAW 264.7 được kích thích bởi LPS (0,1 mg/mL) trong 24 giờ. Đo nồng độ nitrit tích tụ trong môi trường nuôi cấy bằng thuốc thử Griess ở bước sóng 570 nm; đánh giá khả năng sống sót của tế bào song song bằng phép thử MTT; đối chứng dương cardamonin.
• Thiết kế thực nghiệm và phân tích dữ liệu: Tối ưu hóa điều kiện trích ly theo mô hình Box–Behnken (BBD) trong phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) xử lý bằng phần mềm Design-Expert 12. Phân tích thống kê phi tham số (Kruskal–Wallis test, hậu kiểm Dunn với hiệu chỉnh Benjamini–Hochberg) và hồi quy bình phương tối thiểu từng phần (Partial Least Squares Regression - PLSR) được thực hiện trên môi trường ngôn ngữ R và phần mềm MS Excel.

Tư liệu và nguồn gốc mẫu: 18 mẫu thực vật phân tích được liệt kê chi tiết tại bảng sau:

STT	Loài	Bộ phận	Mã mẫu	Số lượng	Thời gian thu thập	Địa điểm thu thập (Tọa độ)
1	P. tectorius	Lá	PtL 01-03	3	Tháng 02/2020	Thanh Oai, Hà Nội (20,737122°B; 105,737122°Đ)
2	P. tectorius	Lá	PtL 04-05	2	Tháng 01/2021	Na Hang, Tuyên Quang (22,438909°B; 105,438909°Đ)
3	P. tectorius	Lá	PtL 06	1	Tháng 01/2021	Tam Đảo, Phú Thọ (21,615562°B; 105,615562°Đ)
4	P. tectorius	Lá	PtL 07	1	Tháng 08/2020	Quỳnh Lưu, Nghệ An (19,165688°B; 105,615562°Đ)
5	P. tectorius	Quả	PtF 01-03	3	Tháng 08/2020	Thanh Oai, Hà Nội (20,737122°B; 105,737122°Đ)
6	P. tectorius	Quả	PtF 04	1	Tháng 01/2021	Na Hang, Tuyên Quang (22,438909°B; 105,438909°Đ)
7	P. tectorius	Quả	PtF 05	1	Tháng 01/2021	Tam Đảo, Phú Thọ (21,615562°B; 105,615562°Đ)
8	P. amaryllifolius	Lá	Pama 01-03	3	Tháng 04/2020	Thanh Oai, Hà Nội (20,737122°B; 105,737122°Đ)
9	P. amaryllifolius	Lá	Pama 04	1	Tháng 05/2021	Ba Vì, Hà Nội (21,230320°B; 105,230320°Đ)
10	P. amaryllifolius	Lá	Pama 05	1	Tháng 03/2021	Ba Vì, Hà Nội (21,230310°B; 105,230310°Đ)
11	P. amaryllifolius	Lá	Pama 06	1	Tháng 07/2021	Hàm Yên, Tuyên Quang (22,038909°B; 105,038909°Đ)

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết đặc điểm phân loại học, hình thái, phân bố và giá trị sử dụng dân gian của hai loài Pandanus tectorius và Pandanus amaryllifolius. Tác giả phân tích chi tiết dữ liệu hóa thực vật đã công bố trên thế giới đối với chi Pandanus, phân loại theo các nhóm cấu trúc chính: lignan, flavonoid, dẫn xuất coumarin, các hợp chất phenolic đơn phân và aldehyde thơm, alkaloid và benzofuran. Đồng thời, chương 1 hệ thống hóa các phát hiện dược lý in vitro và in vivo liên quan đến khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống viêm và gây độc tế bào ung thư của các loài trong chi. Từ đó, xác lập cơ sở khoa học và định hình phạm vi nghiên cứu thực nghiệm của luận án.

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả tường minh nguồn gốc thực vật học, quy trình xử lý 18 mẫu lá và quả của hai loài Pandanus, các hóa chất chuẩn, dung môi phân tích và thông số kỹ thuật của trang thiết bị đo đạc phổ (HR-ESI-MS, ESI-MS, FT-NMR 500 MHz, CD, HPLC-DAD). Nội dung quy định chuẩn hóa các quy trình trích ly mẫu bằng phương pháp siêu âm hỗ trợ dung môi methanol ở 60 °C; quy trình định lượng hóa thực vật bốn nhóm chỉ tiêu TPC, TFC, TSC, TAC; và giao thức thực hiện năm thử nghiệm hoạt tính sinh học gồm quét gốc tự do (DPPH, hydroxyl), ức chế enzyme α-amylase, gây độc tế bào (A549, K562, MCF7) và ức chế sản sinh NO trên đại thực bào RAW 264.7 kích thích bằng LPS. Chương này cũng trình bày chi tiết các mô hình phân tích thống kê đa biến và thiết kế thực nghiệm tối ưu hóa RSM.

Chương 3: Sàng lọc thành phần hóa thực vật và hoạt tính sinh học của các mẫu thực vật thuộc chi Pandanus

Chương 3 tiến hành định lượng đồng thời bốn nhóm hợp chất chuyển hóa thứ cấp trên toàn bộ 18 mẫu thực vật, phân loại thành ba nhóm sinh học: lá P. tectorius (PtL), quả P. tectorius (PtF), và lá P. amaryllifolius (Pama).

Số liệu định lượng chi tiết được thể hiện trong bảng sau:

STT	Loài	Bộ phận	Mã mẫu	Nhóm	TPC (mg GAE/g)	TFC (mg QE/g)	TSC (mg AE/g)	TAC (%)
1	P. tectorius	Lá	PtL01	PtL	82,31	38,12	28,15	0,05
2	P. tectorius	Lá	PtL02	PtL	78,54	36,45	26,42	0,08
3	P. tectorius	Lá	PtL03	PtL	88,19	39,21	31,04	0,11
4	P. tectorius	Lá	PtL04	PtL	86,45	37,80	29,76	0,07
5	P. tectorius	Lá	PtL05	PtL	70,12	32,15	24,50	0,00
6	P. tectorius	Lá	PtL06	PtL	63,58	27,84	22,18	0,00
7	P. tectorius	Lá	PtL07	PtL	115,22	40,15	34,60	0,15
8	P. tectorius	Quả	PtF01	PtF	127,10	38,90	64,20	0,00
9	P. tectorius	Quả	PtF02	PtF	105,42	35,62	52,14	0,00
10	P. tectorius	Quả	PtF03	PtF	114,35	37,45	58,30	0,00
11	P. tectorius	Quả	PtF04	PtF	93,80	31,20	41,55	0,00
12	P. tectorius	Quả	PtF05	PtF	92,72	30,85	38,80	0,00
13	P. amaryllifolius	Lá	Pama01	Pama	42,15	5,12	8,45	12,35
14	P. amaryllifolius	Lá	Pama02	Pama	45,60	5,80	9,12	14,20
15	P. amaryllifolius	Lá	Pama03	Pama	52,11	6,95	11,40	15,40
16	P. amaryllifolius	Lá	Pama04	Pama	37,84	4,25	7,65	9,80
17	P. amaryllifolius	Lá	Pama05	Pama	46,20	5,40	8,90	11,50
18	P. amaryllifolius	Lá	Pama06	Pama	34,26	3,85	6,80	8,12

Phân tích thống kê phi tham số Kruskal–Wallis chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về TPC giữa ba nhóm mẫu (χ² = 13,00114; p < 0,05). Hậu kiểm Dunn có hiệu chỉnh Benjamini–Hochberg chứng minh nhóm lá P. amaryllifolius (Pama) có TPC thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với nhóm quả P. tectorius (PtF) (adjusted p = 0,0009) và nhóm lá P. tectorius (PtL) (adjusted p = 0,0073). Tuy nhiên, không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa PtF và PtL (adjusted p = 0,1387). Đối với TFC, nhóm lá P. amaryllifolius chứa hàm lượng rất thấp (< 7 mg QE/g), khác biệt hoàn toàn với PtF và PtL (adjusted p lần lượt là 0,0005 và 0,0021), trong khi giữa PtF và PtL không có khác biệt (adjusted p = 0,6216). Hàm lượng saponin (TSC) ở nhóm PtF đạt mức cao nhất (38,80–64,20 mg AE/g), cao hơn đáng kể so với Pama (adjusted p = 0,0007). Ngược lại, tổng hàm lượng alkaloid (TAC) tập trung ưu thế ở lá P. amaryllifolius (8,12–15,40%), trong khi ở các mẫu P. tectorius hầu như không phát hiện hoặc chỉ ở dạng vết (adjusted p = 0,0011 giữa Pama và cả hai nhóm PtL, PtF).

Về hoạt tính sinh học, dịch chiết quả và lá P. tectorius thể hiện khả năng quét gốc tự do DPPH và hydroxyl vượt trội, đạt mức ức chế 70–76% ở nồng độ 50 µg/mL. Phân tích hồi quy bình phương tối thiểu từng phần (PLSR) qua đồ thị Biplot xác nhận: các vector TPC, TFC và TSC tương quan thuận rõ rệt với hoạt tính quét gốc tự do và ức chế α-amylase; ngược lại, vector TAC tương quan thuận mạnh với hoạt tính ức chế sản sinh NO và tác động gây độc tế bào ung thư.

Chương 4: Phân lập, xác định cấu trúc và đánh giá hoạt tính sinh học các hợp chất từ lá dứa dại (Pandanus tectorius)

Từ dịch chiết lá P. tectorius, tác giả đã sử dụng các kỹ thuật sắc ký cột và prep-HPLC để phân lập được sáu hợp chất tinh khiết, ký hiệu từ Pt1 đến Pt6:

• Hợp chất Pt1 và Pt2: Được xác định là hai epimer benzofuran mới, được đặt tên là Pandanusfuran A và Pandanusfuran B. Dữ liệu phổ khối HR-ESI-MS kết hợp phổ 1D và 2D NMR (1H, 13C, HSQC, HMBC) đã giải mã toàn bộ khung carbon-hydro. Cấu hình lập thể tuyệt đối được xác lập thông qua so sánh phổ lưỡng sắc tròn quang học (ECD) thực nghiệm với phổ tính toán lượng tử lý thuyết, kết hợp phương pháp cảm ứng Snatzke sử dụng phức Mo2(OAc)4 (ICD) tương quan với chất đối chiếu 8S,9R-gasphostrin D và 8R,9R-gasphostrin D. Phân tích HPLC-DAD khẳng định Pt1 và Pt2 là các thành phần tự nhiên nội sinh trong lá, không phải dẫn xuất nhân tạo phát sinh trong quá trình chiết tách.
• Hợp chất Pt3 đến Pt6: Bốn lignan đã biết gồm pinoresinol (Pt3), pinoresinol monomethyl ether (Pt4), arctigenin (Pt5) và matairesinol (Pt6), có cấu trúc được xác nhận hoàn toàn trùng khớp với dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong tài liệu tham khảo.

Đánh giá hoạt tính sinh học của các hợp chất phân lập cho thấy: nhóm lignan (Pt3–Pt6) thể hiện hoạt tính khử gốc tự do DPPH và hydroxyl mạnh hơn đáng kể so với hai dẫn xuất benzofuran. Ngược lại, hai hợp chất benzofuran mới (Pt1 và Pt2) thể hiện hoạt tính ức chế enzyme α-amylase ở mức cao, tiếp cận hiệu quả của acarbose, đồng thời thể hiện độc tính tế bào chọn lọc đối với dòng ung thư phổi A549, trong khi ít tác dụng trên dòng K562, MCF7 và có hoạt tính ức chế NO yếu.

Chương 5: Tối ưu hóa điều kiện trích ly và đánh giá hoạt tính sinh học của dịch chiết quả dứa dại (Pandanus tectorius)

Chương này thực hiện tối ưu hóa quy trình trích ly quả P. tectorius bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) dựa trên thiết kế Box–Behnken (BBD). Sau các thử nghiệm đơn yếu tố khảo sát tác động của bốn thông số: nồng độ ethanol, nhiệt độ chiết, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và thời gian chiết, mô hình toán học bậc hai được thiết lập cho hai hàm mục tiêu là TPC và TSC.

Phân tích phương sai (ANOVA) khẳng định mô hình có ý nghĩa thống kê cao. Quá trình tối ưu hóa đa đáp ứng đã xác định và thẩm định bằng thực nghiệm 7 cửa sổ điều kiện vận hành (operating windows):

• Điều kiện ưu tiên TPC cực đại: Nồng độ ethanol từ 70% đến 90%, nhiệt độ trích ly 80 °C.
• Điều kiện ưu tiên TSC cực đại: Nồng độ ethanol trung bình từ 45% đến 55%, thời gian trích ly kéo dài (> 175 phút).
• Điều kiện cân bằng (Balance): Đạt hiệu suất thu hồi tối ưu đồng thời cả TPC và TSC.

Thử nghiệm sinh học trên các dịch chiết tối ưu hóa cho thấy dịch chiết định hướng giàu phenolic thể hiện hoạt tính chống oxy hóa cao nhất, trong khi dịch chiết định hướng giàu saponin cho hiệu quả ức chế tạo NO mạnh hơn trên tế bào RAW 264.7 nhưng bắt đầu xuất hiện độc tính tế bào khi nồng độ saponin ở mức cao nhất.

Chương 6: Tối ưu hóa điều kiện trích ly và đánh giá hoạt tính sinh học của phân đoạn làm giàu phenolic từ lá dứa thơm (Pandanus amaryllifolius)

Để thu hồi hiệu quả các hợp chất phenolic từ lá P. amaryllifolius (vốn có hàm lượng phenolic thấp nhưng giàu alkaloid), tác giả áp dụng thiết kế Box–Behnken để tối ưu hóa ba yếu tố: nhiệt độ chiết, nồng độ ethanol và thời gian chiết theo đáp ứng TPC.

Phân đoạn làm giàu phenolic thu được dưới điều kiện tối ưu thể hiện hoạt tính chống oxy hóa quét gốc tự do rất mạnh, tương đương với các chất đối chứng chuẩn là acid ascorbic và catechin. Đáng chú ý, phân đoạn phenolic làm giàu cho khả năng ức chế sinh NO cao hơn hẳn so với việc đánh giá riêng rẽ phân đoạn alkaloid toàn phần hoặc phân đoạn không chứa alkaloid, chứng minh sự tồn tại của hiệu ứng hiệp đồng sinh học (synergism) giữa nhóm phenolic và alkaloid trong lá P. amaryllifolius.

Từ phân đoạn phenolic làm giàu này, tác giả đã phân lập và xác định cấu trúc của 14 hợp chất:

1. Methyl shikimate (Pam1)
2. n-Butyl shikimate (Pam2)
3. 5-epi-Shikimate methyl (Pam3)
4. Pinoresinol 4-O-β-D-glucoside (Pam4)
5. Vanillic acid (Pam5)
6. p-Hydroxybenzaldehyde (Pam6)
7. Methyl gallate (Pam7)
8. Methyl 4-hydroxybenzoate (Pam10)
9. 3,4-Dihydroxyl benzoate methyl (Pam11)
10. 4-Hydroxybenzoic acid (Pam12)
11. Methyl 4-hydroxy-3-methoxybenzoate (Pam13)
12. Methyl syringate (Pam14)
13. Vanillin (Pam15)
14. n-Butyl-D-galactopyranoside (Pam16)

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đóng góp các kết quả mới về mặt lý luận khoa học và thực tiễn:

Về mặt lý luận khoa học:

• Cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng và thống kê đa biến có tính hệ thống đầu tiên về sự biến thiên của bốn nhóm chất (phenolic, flavonoid, saponin, alkaloid) giữa lá và quả loài Pandanus tectorius so với lá loài Pandanus amaryllifolius thu thập tại Việt Nam, làm sáng tỏ tính đặc trưng hóa thực vật theo loài và cơ quan.
• Phát hiện, phân lập và làm sáng tỏ cấu trúc hóa học hoàn chỉnh cùng cấu hình tuyệt đối của hai hợp chất benzofuran epimer mới là Pandanusfuran A và Pandanusfuran B từ lá Pandanus tectorius, đồng thời chứng minh chúng là thành phần tự nhiên nội sinh của dược liệu.
• Làm sáng tỏ phổ thành phần hóa học của phân đoạn phenolic từ lá P. amaryllifolius, chứng minh bằng thực nghiệm hiệu ứng hiệp đồng giữa phân đoạn phenolic và alkaloid trong hoạt tính kháng viêm thông qua cơ chế ức chế sản sinh NO.

Về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:

• Xây dựng thành công phương trình hồi quy và xác lập 7 cửa sổ điều kiện vận hành thực tế cho quy trình trích ly quả P. tectorius, cho phép các cơ sở nghiên cứu và sản xuất chủ động điều chỉnh công nghệ để thu dịch chiết giàu phenolic, giàu saponin hoặc cân bằng tùy mục đích ứng dụng.
• Thiết lập quy trình trích ly làm giàu phenolic từ lá P. amaryllifolius, nâng cao giá trị hoạt tính sinh học chống oxy hóa và kháng viêm của phụ phẩm thực vật này.
• Đề xuất định hướng khai thác lá và quả của hai loài Pandanus nghiên cứu làm nguồn nguyên liệu chuẩn hóa cho công nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm hỗ trợ kiểm soát đường huyết và các chứng bệnh liên quan đến stress oxy hóa và viêm nhiễm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Số lượng mẫu khảo sát gồm 18 mẫu thu thập tại một số tỉnh thuộc miền Bắc và Bắc Trung Bộ (Hà Nội, Tuyên Quang, Nghệ An, Phú Thọ) trong giai đoạn 2020–2021, chưa bao phủ toàn bộ các vùng sinh thái có phân bố các loài Pandanus trên phạm vi cả nước.
• Các đánh giá hoạt tính sinh học trong luận án dừng lại ở quy mô thử nghiệm in vitro (DPPH, hydroxyl, ức chế enzyme α-amylase, MTT trên tế bào ung thư và ức chế NO trên tế bào đại thực bào RAW 264.7), chưa có thử nghiệm kiểm chứng trên mô hình động vật sống (in vivo).
• Cơ chế tác động phân tử chi tiết của hai benzofuran mới (Pandanusfuran A và B) trong việc gây độc tế bào ung thư phổi A549 và ức chế enzyme α-amylase chưa được làm rõ trong khuôn khổ luận án.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng phạm vi thu thập mẫu trên các vùng sinh thái ven biển và Nam Bộ nhằm hoàn thiện bản đồ hóa thực vật học cho chi Pandanus.
• Tiến hành các thử nghiệm in vivo nhằm đánh giá độc tính cấp, độc tính bán trường diễn và hiệu quả hạ đường huyết, kháng viêm của các cao chiết tối ưu hóa từ quả P. tectorius và phân đoạn làm giàu phenolic từ lá P. amaryllifolius.
• Đi sâu nghiên cứu cơ chế tương tác ở mức độ thụ thể và tín hiệu tế bào của các hợp chất benzofuran mới trên dòng tế bào A549.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị học thuật và thực tiễn đối với:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Công nghệ sinh học dược phẩm, Y dược cổ truyền và Nông nghiệp sinh học.
• Giảng viên và nghiên cứu viên tại các trường đại học, viện nghiên cứu chuyên ngành trong việc tham khảo phương pháp xác định cấu hình tuyệt đối của các hợp chất tự nhiên chứa nhóm diol bằng kỹ thuật cảm ứng Snatzke Mo2(OAc)4-induced ECD kết hợp tính toán hóa học lượng tử.
• Các kỹ sư công nghệ hóa dược, nhà phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược liệu quan tâm đến quy trình tối ưu hóa chiết xuất đa đáp ứng bằng thiết kế Box–Behnken (RSM) để trích ly chọn lọc saponin và phenolic.

Các phần đáng tham khảo nhất trong luận án gồm: Chương 4 với quy trình phân lập và minh chứng cấu trúc lập thể của các dẫn xuất benzofuran; Chương 5 với phương pháp thiết lập mô hình bề mặt đáp ứng và xử lý đa mục tiêu để tạo ra các cửa sổ công nghệ thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai hợp chất mới được phát hiện trong luận án có tên là gì và được xác định bằng phương pháp nào?
   Trả lời: Hai hợp chất mới được phân lập từ lá Pandanus tectorius là hai epimer benzofuran mang tên Pandanusfuran A (Pt1) và Pandanusfuran B (Pt2). Cấu trúc của chúng được xác định bằng khối phổ HR-ESI-MS, phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D/2D NMR, và cấu hình tuyệt đối được xác lập thông qua phổ lưỡng sắc tròn quang học (ECD) kết hợp phương pháp phức chất Snatzke’s Mo2(OAc)4-induced ECD (ICD). Phân tích HPLC-DAD khẳng định đây là các chất tự nhiên có sẵn trong lá cây, không phải sản phẩm nhân tạo.

2. Sự phân bố của bốn nhóm chất TPC, TFC, TSC và TAC giữa hai loài P. tectorius và P. amaryllifolius khác nhau như thế nào?
   Trả lời: P. tectorius (cả lá và quả) có hàm lượng phenolic (TPC), flavonoid (TFC) và saponin (TSC) cao, trong đó quả đạt mức TPC (92,72–127,10 mg GAE/g) và TSC (38,80–64,20 mg AE/g) cao nhất, nhưng lượng alkaloid (TAC) không đáng kể hoặc không phát hiện. Ngược lại, lá P. amaryllifolius có TPC, TFC và TSC rất thấp (TFC < 7 mg QE/g, TSC < 12 mg AE/g), nhưng lại tích lũy hàm lượng alkaloid đặc biệt cao (TAC dao động từ 8,12% đến 15,40%).

3. Điều kiện tối ưu hóa trích ly quả Pandanus tectorius theo thiết kế Box–Behnken đưa ra các thông số cụ thể nào?
   Trả lời: Quá trình tối ưu hóa đa đáp ứng xác định 7 vùng vận hành: để ưu tiên thu hồi phenolic cao nhất (TPC-prioritized), cần dùng ethanol 70–90% ở nhiệt độ 80 °C; để ưu tiên thu hồi saponin cao nhất (TSC-prioritized), cần dùng ethanol 45–55% với thời gian kéo dài trên 175 phút; điều kiện "Cân bằng" (Balance) dung hòa hai thông số trên nhằm đạt hiệu suất đồng thời cho cả hai nhóm hoạt chất.

4. Bằng chứng nào chứng minh hiệu ứng hiệp đồng sinh học trong lá Pandanus amaryllifolius?
   Trả lời: Phân đoạn làm giàu phenolic sau khi tối ưu hóa từ lá P. amaryllifolius thể hiện khả năng ức chế sản sinh Nitric Oxide (NO) trên đại thực bào RAW 264.7 kích thích bởi LPS mạnh hơn rõ rệt so với việc thử nghiệm riêng rẽ phân đoạn alkaloid toàn phần hoặc phân đoạn không chứa alkaloid, chứng minh sự tương tác hiệp đồng giữa các hợp chất phenolic và nhóm alkaloid.

5. Những hợp chất nào đã được phân lập từ phân đoạn làm giàu phenolic của lá Pandanus amaryllifolius?
   Trả lời: 14 hợp chất đã được phân lập và xác định cấu trúc từ phân đoạn phenolic của lá P. amaryllifolius, bao gồm các dẫn xuất shikimate (methyl shikimate, n-butyl shikimate, 5-epi-shikimate methyl), lignan glucoside (pinoresinol 4-O-β-D-glucoside), các dẫn xuất acid benzoic và aldehyde thơm (vanillic acid, p-hydroxybenzaldehyde, methyl gallate, methyl 4-hydroxybenzoate, 3,4-dihydroxyl benzoate methyl, 4-hydroxybenzoic acid, methyl 4-hydroxy-3-methoxybenzoate, methyl syringate, vanillin), cùng với hợp chất đường n-butyl D-galactopyranoside.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của Do Hoang Giang đã cung cấp một công trình nghiên cứu toàn diện về thành phần hóa thực vật và hoạt tính sinh học của hai loài Pandanus tectorius và Pandanus amaryllifolius tại Việt Nam. Tác giả đã giải quyết thành công việc phân lập và xác định cấu hình tuyệt đối của hai benzofuran epimer mới từ lá P. tectorius, làm rõ phổ hoạt tính ức chế enzyme và độc tế bào chọn lọc của chúng. Đồng thời, nghiên cứu đã xây dựng các mô hình bề mặt đáp ứng thực nghiệm cho phép kiểm soát quy trình trích ly quả P. tectorius và phân đoạn làm giàu phenolic từ lá P. amaryllifolius, phát hiện hiệu ứng hiệp đồng kháng viêm giữa hợp chất phenolic và alkaloid. Các kết quả này đặt cơ sở khoa học cho việc bảo tồn, chuẩn hóa và ứng dụng công nghệ sinh học đối với nguồn tài nguyên thực vật thuộc chi Pandanus.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Thesis reference number: University of Science and Technology of Hanoi PHYTOCHEMICAL CONSTITUENTS AND BIOACTIVITIES OF PANDANUS TECTORIUS AND PANDANUS AMARYLLIFOLIUS Ph. THESIS IN PHARMACOLOGICAL, MEDICAL, AND AGRONOMICAL BIOTECHNOLOGY DO HOANG GIANG DEPARTMENT OF LIFE SCIENCES Hanoi, May 2026 University of Science and Technology of Hanoi PHYTOCHEMICAL CONSTITUENTS AND BIOACTIVITIES OF PANDANUS TECTORIUS AND PANDANUS AMARYLLIFOLIUS Ph. THESIS IN PHARMACOLOGICAL, MEDICAL, AND AGRONOMICAL BIOTECHNOLOGY Candidate: Do Hoang Giang Supervisor Co-supervisor Assoc. Nguyen Tien Dat Assoc.

Nguyen Hai Dang Hanoi, May 2026 DECLARATION I hereby declare on my honour that I conducted this thesis under the supervision of Assoc. Nguyen Tien Dat and Assoc. Nguyen Hai Dang. The results presented in the thesis are truthful and have not been previously published, except where they appear in my own publications.

A decade has gone by since this journey started. I’m endlessly grateful to the dear souls who stood with me through every up and down. ACKNOWLEDGEMENT First and foremost, I wish to extend my profound gratitude to my supervisors, Assoc. Nguyen Tien Dat and Assoc.

Nguyen Hai Dang, for their invaluable guidance and unwavering support, not only in the completion of this Ph. thesis but also throughout my eleven years of study and research. Their mentorship has been instrumental to my academic and professional development, and this work would not have been possible without their encouragement and instruction. I am equally indebted to the faculty members and staff of the University of Science and Technology of Hanoi (USTH).

The opportunity to learn and work under your guidance has been immensely rewarding, and I sincerely hope to continue this fruitful collaboration in the future. I would particularly like to acknowledge my colleagues in the Phytomed group (USTH), whose assistance and cooperation have greatly contributed to the successful completion of this dissertation. My deepest appreciation is also extended to my colleagues at the Center for High Technology Research and Development, as well as to my former labmates at the Department of Agro-Pharmaceutical Research, now the Department of Applied Chemistry and Biology. Their companionship in laboratory work, moral support, and constant encouragement—often embodied in the recurrent question, “When will you defend your thesis?”—have provided invaluable motivation throughout this journey.

I am further grateful to the Project under the grant number NCXS01.02/23-25 of the Center for High Technology Research and Development, Vietnam Academy of Science and Technology, for providing the essential resources and facilities that supported my research. I also wish to acknowledge with gratitude my friends and colleagues from various institutions, both within and beyond Vietnam, for their kind assistance and encouragement over the years. Finally, my deepest thanks are reserved for my family—for my mother, who has raised me with love and devotion for 35 years; for my beloved wife, who has endured hardships with me and once promised she would support me for a lifetime so that I could pursue my passion for science; and for my son, who brings me joy and strength to overcome life’s challenges. I firmly believe that the experiences and support I have received will serve as a lasting foundation for the continuation of my scientific endeavors.

To all, I extend my deepest and most respectful gratitude! Do Hoang Giang ABSTRACT This thesis investigates the phytochemistry and selected bioactivities of Pandanus tectorius and Pandanus amaryllifolius through comparative screening of extracts from multiple taxa, targeted isolation and characterization of metabolites from P. tectorius leaves, response-surface-based optimization of phenolic- and saponin-enriched fractions from P. tectorius fruits, and a phenolic enrichment from P. Bioassays comprised radical-scavenging (DPPH, hydroxyl), α-amylase inhibition, cytotoxicity (A549, K562, MCF7), and nitric-oxide (NO) production inhibition in LPS- stimulated RAW 264.

Comparative profiling revealed pronounced interspecific and organ-level differences: P. tectorius was consistently rich in phenolics, flavonoids, and saponins and showed the strongest antioxidant activity, whereas P. amaryllifolius accumulated exceptionally high alkaloid levels with attendant cytotoxic and anti-inflammatory effects. tectorius leaves, two new benzofuran epimers (Pandanusfuran A and B) and four known lignans (pinoresinol, pinoresinol monomethyl ether, arctigenin, matairesinol) were characterized by HR-ESI-MS/NMR with absolute configurations assigned via ECD/Snatzke’s Mo2(OAc)4-induced ECD; HPLC-DAD verified the benzofurans as native constituents.

Lignans showed comparatively stronger radical- scavenging than benzofurans, while the benzofurans displayed α-amylase inhibition approaching acarbose and selective cytotoxicity toward A549, with minimal activity against K562/MCF7 and negligible NO inhibition. Box–Behnken Design optimization of P. tectorius fruits yielded statistically robust quadratic models for total phenolics (TPC) and total saponins (TSC). Multi-response optimization produced seven validated operating windows that trade off phenolic-rich vs saponin-rich outcomes: TPC-prioritized conditions favor higher ethanol (70–90%) and 80 °C; TSC-prioritized conditions favor 45–55% ethanol and longer extraction times (>175 min); an intermediate “Balance” setting achieves good simultaneous yields.

Phenolic-rich extracts showed stronger antioxidant effects, whereas saponin-rich extracts exhibited higher NO inhibition but potential cytotoxicity at the highest saponin levels. amaryllifolius leaves, an optimized phenolic enrichment displayed potent antioxidant activity (comparable to ascorbic acid and catechin) and stronger NO inhibition than separated alkaloid and non-alkaloid fractions, consistent with synergism between phenolic and alkaloid constituents; isolation identified a suite of phenolics and shikimate-derived metabolites (e., methyl shikimate, n-butyl shikimate, pinoresinol 4- O-β-D-glucoside, methyl gallate, vanillic, 4-hydroxybenzoic acids and related esters, vanillin, n-butyl-D-galactopyranoside). Overall, the outcomes of this work enrich current phytochemical knowledge of P. amaryllifolius, elucidate species- and organ-specific bioactivity patterns, and establish optimized extraction strategies that can guide future pharmacological and functional applications.

TÓM TẮT Luận án này nghiên cứu thành phần hoá học và một số hoạt tính sinh học của các loài Pandanus tectorius và Pandanus amaryllifolius thông qua các nghiên cứu cụ thể gồm: (i) sàng lọc thành phần và hoạt tính sinh học của cao chiết từ các loài đã thu thập; (ii) phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất chuyển hóa thứ cấp từ lá dứa dại (P. tectorius); (iii) tối ưu hóa điều kiện trích ly bằng phương pháp bề mặt đáp ứng nhằm thu được các phân đoạn giàu phenolic và saponin từ quả dứa dại (P. tectorius); và (iv) tối ưu hóa quá trình làm giàu phenolic từ lá dứa thơm (P. Các hoạt tính sinh học được đánh giá bao gồm khả năng quét gốc tự do (DPPH, hydroxyl), ức chế enzyme α-amylase, gây độc tế bào trên các dòng A549, K562, MCF7, và ức chế tạo nitric oxide (NO) trên đại thực bào RAW 264.7 được kích thích bằng LPS.

Kết quả phân tích so sánh cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các loài và giữa các bộ phận của cây: P. tectorius có hàm lượng phenolic, flavonoid và saponin cao nhất, thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa mạnh nhất; P. amaryllifolius tích lũy hàm lượng alkaloid rất cao, liên quan đến khả năng gây độc tế bào và kháng viêm. tectorius, hai epimer benzofuran mới (Pandanusfuran A và B) cùng bốn lignan đã biết (pinoresinol, pinoresinol monomethyl ether, arctigenin, matairesinol) được xác định cấu trúc bằng HR-ESI-MS và NMR; cấu hình tuyệt đối được xác định thông qua ECD và phương pháp Snatzke’s Mo₂(OAc)₄-induced ECD.

Phân tích HPLC- DAD khẳng định hai benzofuran này là các thành phần tự nhiên có trong lá cây. Các lignan thể hiện khả năng khử gốc tự do mạnh hơn benzofuran, trong khi benzofuran có hoạt tính ức chế α-amylase gần tương đương acarbose và chọn lọc gây độc tế bào trên dòng A549, cùng với hoạt tính gây độc yếu trên K562 và MCF7, cũng như khả năng ức chế NO ở mức yếu. Tối ưu hóa bằng thiết kế Box–Behnken đối với quá trình chiết xuất quả P. tectorius cho thấy các mô hình bậc hai có ý nghĩa thống kê cao cho tổng hàm lượng phenolic (TPC) và saponin (TSC).

Phân tích đa đáp ứng đã xác định bảy điều kiện hoạt động tối ưu tương ứng với các mục tiêu trích ly khác nhau: điều kiện ưu tiên TPC đạt hiệu quả cao nhất khi dùng ethanol 70–90% ở 80 °C; điều kiện ưu tiên TSC đạt tối ưu với ethanol 45–55% và thời gian trích ly kéo dài (>175 phút); trong khi điều kiện “cân bằng” đạt hiệu quả đồng thời ở cả hai chỉ tiêu. Các dịch chiết giàu phenolic thể hiện khả năng kháng oxy hóa mạnh, trong khi các dịch chiết giàu saponin có khả năng ức chế NO cao hơn nhưng có thể gây độc tế bào ở nồng độ saponin lớn nhất. amaryllifolius, phân đoạn phenolic được tối ưu thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa mạnh (tương đương acid ascorbic và catechin) và khả năng ức chế NO cao hơn so với các phân đoạn alkaloid và không-alkaloid riêng lẻ, cho thấy hiệu ứng hiệp đồng giữa hai nhóm hợp chất này. Quá trình phân lập đã xác định được nhiều hợp chất phenolic và dẫn xuất của shikimate như methyl shikimate, n-butyl shikimate, pinoresinol 4-O-β-D-glucoside, methyl gallate, vanillic acid, 4-hydroxybenzoic acid cùng các este liên quan, vanillin và n-butyl-D-galactopyranoside.

Tổng thể, kết quả của nghiên cứu này góp phần mở rộng hiểu biết hiện có về thành phần hoạt chất chuyển hoá thứ cấp của hai loài P. amaryllifolius, làm rõ các đặc trưng về hoạt tính sinh học theo loài và theo bộ phận của cây, đồng thời xây dựng các phương pháp trích ly tối ưu có thể định hướng cho các ứng dụng sản xuất dược phẩm và thực phẩm chức năng trong tương lai. TABLE OF CONTENTS LIST OF ABBREVIATIONS .i LIST OF TABLES. ii LIST OF FIGURES.

Scientific classification, distribution, and uses of Pandanus tectorius and Pandanus amaryllifolius. Chemical constituents of Pandanus species. Bioactivities of natural products from Pandanus species. General summary and scope of this thesis.

MATERIALS AND METHODS. Chemicals and instruments. Phytochemical analysis and bioactivity assays. Extraction of the samples.

Total phenolic assay. Total flavonoid assay. Total alkaloid assay. Total saponin assay.

α-amylase inhibitory activity. NO production inhibition assay. PHYTOCHEMICALS AND BIOACTIVITIES SCREENING OF PANDANUS PLANT SAMPLES. Extraction of the samples.

Phytochemical investigation of the Pandanus tectorius and Pandanus amaryllifolius plants’ samples. Free radical scavenging and α-amylase inhibitory activities of the Pandanus tectorius and Pandanus amaryllifolius plants’ extracts. NO production inhibitory and cytotoxic effects of the Pandanus plants’ extracts. Multivariate correlation between chemical compositions and bioactivities of Pandanus plant extracts.

ISOLATION, STRUCTURE ELUCIDATION, AND BIOACTIVITY EVALUATION OF COMPOUNDS FROM PANDANUS TECTORIUS LEAVES. Isolation of compounds from the Pandanus tectorius leaves. Structure elucidation of the isolated compounds from Pandanus tectorius leaves. Compound Pt3: Pinoresinol.

Compound Pt4: Pinoresinol monomethyl ether. Compound Pt5: Arctigenin. Compound Pt6: Matairesinol. Bioactivities of the isolated compounds.

OPTIMIZATION OF THE EXTRACTION CONDITION AND BIOACTIVITIES EVALUATION OF PANDANUS TECTORIUS FRUITS EXTRACTS. Preliminary single-factor experiments. Box-Behnken Design for the Response Surface Method. Optimization of the extraction of Pandanus tectorius fruits.

The process range conditions for the extraction. Optimal extraction conditions. Bioactivities of the extracts. OPTIMIZATION OF THE EXTRACTION CONDITION AND BIOACTIVITY EVALUATION OF THE PHENOLIC ENRICHMENT FROM PANDANUS AMARYLLIFOLIUS LEAVES.

Preliminary single-factor experiments. Response Surface Method. Optimize the conditions for the enrichment of the phenolic content from Pandanus amaryllifolius leaves. The process range conditions for the extraction.

Optimal extraction conditions. Chemical composition of the phenolic enrichment from the P. Isolation of the compounds from the P. amaryllifolius leaves’ phenolic enrichment.

Structure elucidation of the isolated compounds. Bioactivities of extract and enrichments from the P.104 LIST OF THE PUBLICATIONS .