MỞ ĐẦU Xƣơng rồng thuộc chi Opuntia, loài Opuntia ficus- indica có nguồn gốc từ Mêxicô, còn đƣợc gọi là xƣơng rồng Nopal, một loài cây quan trọng đối với nền kinh tế nông nghiệp trên khắp vùng khô cằn và bán khô cằn của thế giới: châu Âu, Tây Nam Hoa Kỳ, Bắc Mêxicô, các nƣớc Mỹ Latinh, châu Phi và vùng Địa Trung Hải …[107]. Theo thống kê của FAO và UNESCO, Việt Nam có 462.000 ha cát ven biển và hàng năm có khoảng 10-20 ha đất canh tác bị cát lấn, dẫn đến độ phì nhiêu của đất bị suy giảm mạnh. Một trong những giải pháp khắc phục là xác định nhóm cây trồng có nhiều giá trị sử dụng phù hợp với đặc tính chịu hạn, sử dụng ít nƣớc, chịu nóng nhƣ cây xƣơng rồng Nopal [4]. Xƣơng rồng Nopal ngoài việc sử dụng nhƣ rau ăn hàng ngày còn đƣợc chế biến các loại thực phẩm, mỹ phẩm, dƣợc phẩm, chất đốt sinh học, xử lý nƣớc thải…[129].
Theo truyền thống ở Mêxicô cây xƣơng rồng Nopal đƣợc sử dụng để điều trị bệnh đái tháo đƣờng, béo phì. Các nghiên cứu cho thấy loài Opuntia ficus- indica có tác dụng hạ glucose huyết, giảm rối loạn lipid máu, làm tăng dịch chuyển protein vận chuyển (GLUT4) glucose ra màng tế bào, tăng khả năng hấp thu glucose, giảm kích thƣớc tế bào mô mỡ. Sự bùng nổ của căn bệnh đái tháo đƣờng (ĐTĐ) trong vài năm gần kéo theo những hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe và kinh tế đối với toàn xã hội. Năm 2006 số ngƣời mắc bệnh ĐTĐ trên toàn thế giới là 246 triệu và dự báo tăng lên 380-399 triệu vào năm 2025.
ĐTĐ là nguyên nhân gây tử vong đứng hàng thứ 4 trên thế giới, gây giảm tuổi thọ trung bình từ 5-7 năm. Chi phí cho điều trị ĐTĐ của toàn thế giới năm 2007 ƣớc tính là 232 ngàn tỷ đô la Mỹ, dự đoán tăng 302 ngàn tỷ năm 2025 [118, 139]. Ở Việt Nam, trong vòng 10 năm trở lại đây, tỉ lệ gia tăng bệnh đái tháo đƣờng là 211 %. Gấp 3 lần của thế giới (70 %).
Ƣớc tính có khoảng 53.458 ca tử vong do bệnh ĐTĐ vào năm 2015. Theo Liên đoàn ĐTĐ quốc tế, chi phí liên 11 z quan đến bệnh ĐTĐ ở Việt Nam vào năm 2015 trung bình là 162,7 USD/ngƣời năm. Mức lƣơng trung bình hàng tháng ở Việt Nam là 150 USD [58]. Hiện nay trên thị trƣờng các thuốc điều trị ĐTĐ có nguồn gốc tổng hợp hóa dƣợc và dƣợc liệu khá nhiều.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu các thuốc mới có nguồn gốc từ thiên nhiên, chủ yếu là từ thực vật, sau đó phát triển dƣợc liệu, các chất tách từ các dƣợc liệu có triển vọng nhất để dùng làm thuốc vẫn là hƣớng nghiên cứu chính trên thế giới hiện nay. Các thuốc từ thảo dƣợc có tác dụng hỗ trợ cho bệnh nhân trong quá trình điều trị kéo dài, giảm tác dụng phụ không mong muốn, đồng thời hạn chế chi phí điều trị. Cây xƣơng rồng Nopal đã đƣợc Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng nhập nội từ Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, đã tiến hành trồng thử nghiệm thành công chống cát bay, cát nhảy ở vùng đất khô hạn của tỉnh Ninh Thuận. Để tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu cây xƣơng rồng Nopal dùng làm nguồn dƣợc liệu, các chất tách từ cây có thể dùng làm thuốc hỗ trợ điều trị bệnh đái tháo đƣờng là vấn đề có ý nghĩa vì vậy chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học hạ đường huyết v hạ cholesterol máu của một số nhóm chất chính từ cây Nopal (Opuntia sp.) được nhập v o Việt Nam”.
Mục tiêu: Lựa chọn đƣợc giống xƣơng rồng Nopal trồng ở Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết tốt nhất. Chiết xuất, phân lập và xác định cấu trúc một số chất tinh khiết từ thân cây xƣơng rồng Nopal. Tìm ra hợp chất chính trong cây xƣơng rồng Nopal trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết và hạ cholesterol. Đóng góp mới của đề tài: +Lần đầu tiên ở Việt Nam xác định đƣợc 01 giống xƣơng rồng Jalpa thuộc loài Opuntia ficus- indica trồng tại Việt Nam có tác dụng hạ glucose huyết.
+ Xác định đƣợc thành phần dinh dƣỡng, định tính các nhóm chất, phân lập xác định cấu trúc hóa học của 8 chất trong phân đoạn cao chiết ethyl acetat lần lƣợt là: OF1 (β-sitosterol 3-O-β-D-glucopyranosid), OF2 12 z (astragalin), OF3 (acid ferulic), OF3.1 (acid gallic), OF4 (rutin), OF5 (narcissosid), OF6 (typhaneosid), OF7 đƣờng oligosaccharid , và định tên đƣợc các hợp chất trong cao phân đoạn ethylacetat của cây. Cao chiết phân đoạn ethyl acetat có tác dụng hạ glucose huyết, cholesterol và khả năng hoạt hóa enzym p-AMPK và p-ACC tốt nhất. +Lần đầu tiên phát hiện hoạt chất typhaneosid, đƣợc phân lập từ cây xƣơng rồng Jalpa có tác dụng hoạt hóa p-AMPK và p-ACC, ức chế FAS (tổng hợp acid béo), làm tăng sự hấp thu glucose trong tế bào. 13 z CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.
Cây xương rồng Nopal v một số nghiên cứu về chi Opuntia 1. Đặc điểm thực vật Phân loại: Giới: Thực vật Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Caryophillales Họ: Cactaceae Chi: Opuntia Mill. Loài: Opuntia ficus-indica (L.1: Cây xương rồng Nopal trồng tại Mêxicô Chi Opuntia, với khoảng 1.500 loài xƣơng rồng, có nguồn gốc từ Mêxicô và lan rộng khắp Trung và Nam Mỹ, Úc, Nam Phi, bao gồm cả các khu vực Địa Trung Hải [107]. Loài Opuntia ficus- indica dùng làm thức ăn cho gia súc thuộc về họ Cactaceae bao gồm khoảng 130 chi và 2.
Opuntia ficus- indica hay còn gọi là xƣơng rồng Nopal có nguồn gốc từ Mêxicô và có những đặc điểm thích hợp để phát triển trong khu vực bán khô hạn. Opuntia ficus- indica là loài mà nhánh và quả đều ăn đƣợc. Ngoài ra, là một cây trồng có thể thay thế cho các cây trồng ở vùng khô hạn và thiếu nƣớc, có thể đƣợc sử dụng nhƣ một loại rau và nguồn thức ăn có giá trị trong các vùng đất khô cằn và bán khô hạn trong thời kỳ hạn hán và thiếu rau ăn [107]. Ở Mêxicô tổng số có 104 loài xƣơng rồng thuộc chi Opuntia, trong đó có 24 loài đƣợc sử dụng cho các mục đích khác nhau: 15 loài trong đó đƣợc sử dụng 14 z làm thức ăn cho gia súc, 6 loài cho quả, 3 loài cho rau Nopal, Opuntia ficus- indica, Opuntia robusta và Nopalea cochellinifera là những loài chính đƣợc sử dụng trong sản xuất xƣơng rồng Nopal tại Mêxicô [147].
Một số giống thuộc loài Opuntia ficus- indica đƣợc sử dụng trong sản xuất xƣơng rồng Nopal rau tại Mêxicô là: Copera F1, copera V1, Alta, Jalpa, Chicomostoc, Villanueva, Polotitlan, Tlaconopal, Creole kiểu ý [148], Moradillo, Nopal quả trắng, Nopal quả đen, Polotitlan, Nopal gai trắng, đặc biệt là loài Nopalea cochinelliera, O.robusta cũng đƣợc sử dụng rộng rãi [146]. Mêxicô và Italy là những quốc gia trồng và tiêu thụ cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia là chính khoảng 590.000 ha trồng trên toàn thế giới, Mêxicô chiếm 70 % và Ý là 3,3 %. Ở điều kiện sản xuất tối ƣu, sản lƣợng xƣơng rồng Nopal hàng năm ở Mêxicô có thể đạt 350. Ngày nay, cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia đƣợc trồng trong hơn 30 quốc gia: Chile và Nam Phi là trồng với diện tích 1500 ha và 1000 ha.
Israel và Colombia chiếm khoảng 300 ha. Tại Hoa Kỳ, California có diện tích trồng cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia là 200 ha, sản xuất đƣợc 4000 tấn chất khô [49]. Ở Việt Nam cây xƣơng rồng Nopal thuộc loài: Opuntia ficus-indica mới đƣợc Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng- Bộ Khoa học và Công nghệ di thực từ Mêxicô vào Việt Nam từ năm 2009, gồm 13 giống, đã trồng thử nghiệm thành công tại vùng đất cát khô hạn của Ninh Thuận. Hiện nay diện tích cây xƣơng rồng Nopal tại Ninh Thuận có khoảng hơn 10 ha.
Đặc điểm hình thái: Các cây xƣơng rồng thuộc chi Opuntia có nhiều hữu ích cho con ngƣời; cây phát triển nhánh rất nhanh nên thuận tiện cho việc nhân giống. Chi Opuntia có thể chia thành hai loại: cây xƣơng rồng thân cao và cây phát triển tán rộng [107]. Cây xƣơng rồng thân cao là cây với hình thái phát triển thân theo chiều cao và ít nhánh, thân phát triển thẳng và sinh trƣởng không rậm rạp. Trọng lƣợng nhánh là khoảng 1 kg, chiều dài có thể đạt tới 50 cm, hình bầu dục, hình elip 15 z hoặc hình xoan, có màu xanh lá cây nhạt.
Các hoa lƣỡng tính có kích thƣớc trung bình và màu vàng tƣơi. Quả to, mọng hình trứng, màu vàng và sẽ có màu tím khi chín. Cây đƣợc coi là một trong những cây chịu hạn nhất ở các khu vực khô hạn [107]. Những cây xƣơng rồng tán rộng là những cây xƣơng rồng khổng lồ thƣờng làm thức ăn gia súc, có chiều cao cây trung bình và thân cây có nhiều nhánh, ít phát triển theo chiều cao thân.
Các nhánh cân nặng trung bình 1,8 kg, chiều dài khoảng 40 cm, với hình dạng tròn và hình trứng [107]. Thân của hai loại cây xƣơng rồng này có khả năng tích nƣớc và kiểm soát quá trình bốc hơi nƣớc. Cả hai giống đều không có gai, chúng đƣợc phát triển từ các loài có gai [107]. Quả cây xƣơng rồng loài Opuntia ficus- indica đa dạng về hình dạng, kích thƣớc, màu sắc và có hạt cứng.
Quả có vị ngọt, bùi, ngon ngọt, có hình dạng hình trứng, hình cầu, hình trụ; vỏ quả cứng, một vài chỗ có gai nhỏ. Quả có kích thƣớc từ 4,8-10 cm, chiều rộng 4-8 cm và trọng lƣợng từ 100 đến 200 g. Quả có vỏ dày, khi còn non quả màu xanh lá cây, nhƣng màu sắc này sẽ đƣợc thay đổi thành màu xanh, vàng, cam, đỏ, tím hoặc nâu, tùy thuộc vào điều kiện trồng. Thịt quả nhiều và ngọt [107].
Đặc điểm giải phẫu [135] Lớp biểu bì Lớp nhu Lớp mô dày mô chứa nƣớc Kênh mucilage Lớp nhu mô có chứa diệp lục Hình 1. Đặc điểm giải phẫu của thân v chất nhầy xương rồng thuộc chi Opuntia A. Lát cắt ngang thân B. Phần chất nhầy 16 z 1.
Thành phần hóa học chính trong cây xương rồng thuộc chi Opuntia Chi Opuntia có giá trị dinh dƣỡng cao, chủ yếu là khoáng chất, protein, chất đạm thực phẩm và hợp chất có nguồn gốc thực vật [49]. Th nh phần hóa học của các lo i thuộc chi Opuntia[49] Loài Protein Chất Dầu thô Tro Acid Flavonoidb (%) béo (%) (%) (%) phenolic a O. humifusa 4,7 1,25 50,3 2,0 - - Chú thích: a: mmol acid galic/g mẫu, b: mmol quercetin/ g mẫu Cây xƣơng rồng có chứa một lƣợng đáng kể các acid ascorbic, vitamin E, carotenoid, chất xơ, acid amin và các hợp chất chống oxy hóa (phenol, flavonoid, betaxanthin và betacyanin), có lợi ích cho sức khỏe nhƣ: hạ đƣờng huyết và hạ mỡ máu, và chống oxy hóa [80, 94].