Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong y dược học hiện đại, các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên từ dược liệu đóng vai trò thiết yếu trong việc phòng ngừa, điều trị bệnh và làm tiền đề phát triển các loại thuốc mới, đặc biệt là những hoạt chất có cấu trúc phức tạp chưa thể tổng hợp nhân tạo với chi phí hợp lý. Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên thực vật phong phú với hơn 4.000 loài cây thuốc. Cây Ổi (Psidium guajava L.) thuộc họ Sim (Myrtaceae) là loài thực vật quen thuộc, phân bố rộng khắp và có lịch sử sử dụng lâu đời trong y học dân gian để điều trị tiêu chảy, lỵ, nhiễm trùng ngoài da cũng như hỗ trợ điều trị đái tháo đường.

Mặc dù có nguồn sinh khối dồi dào và đã có một số nghiên cứu thăm dò hoạt tính sinh học từ cao chiết thô, các dữ liệu chuyên sâu về thành phần hóa học, đặc biệt là việc phân lập và xác định cấu trúc các hoạt chất tinh khiết có tiềm năng điều trị rối loạn chuyển hóa từ nguồn lá ổi trồng tại Việt Nam, vẫn còn nhiều khoảng trống. Nhằm đóng góp dữ liệu khoa học phục vụ định chuẩn và phát triển sản phẩm hỗ trợ điều trị đái tháo đường, đề tài "Bước đầu nghiên cứu thành phần hoá học lá ổi Psidium guajava thu hái ở Hưng Yên" được thực hiện với 2 mục tiêu cụ thể:

  1. Phân lập 1-2 hợp chất tinh khiết từ cao phân đoạn lá ổi.
  2. Xác định cấu trúc hoá học của các hợp chất phân lập được.

Đối tượng nghiên cứu là lá của cây Ổi (Folium Psidii guajavae). Mẫu thực vật được thu hái vào ngày 17/03/2024 tại xã Thắng Lợi, huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên. Dược liệu đã được giám định tên khoa học là Psidium guajava L., tiêu bản lưu giữ tại Phòng tiêu bản cây thuốc - Bộ môn Thực vật, Khoa Dược liệu - Dược học cổ truyền, Trường Đại học Dược Hà Nội (mã số: HNIP/18837/24). Mẫu sau khi thu hái được xử lý bằng phương pháp phơi khô trong bóng râm trước khi tiến hành chiết xuất thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và phân loại thực vật

Cây Ổi (Psidium guajava L.) có vị trí phân loại học thuộc chi Psidium, họ Sim (Myrtaceae), bộ Đào kim nương (Myrtales), lớp Ngọc Lan (Magnoliopsida), ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta). Các công bố trong nước và quốc tế chỉ ra rằng thành phần hóa học của lá ổi rất đa dạng, tập trung vào bốn nhóm chất chính:

  • Flavonoid: Bao gồm các dẫn xuất flavon và flavonol (quercetin, avicularin, guaijaverin, rutin, kaempferol, myricetin...), flavanon (psiflavanon A, psiflavanon B), flavan-3-ol (catechin, gallocatechin...) và flavan-3,4-diol (leucomyanidin).
  • Triterpenoid: Đặc biệt là triterpenoid năm vòng pentacyclic thuộc các khung oleanan (acid oleanolic, acid maslinic, acid arjunolic...), khung ursan (acid ursolic, acid corosolic, acid asiatic, uvaol...), khung taraxasteran (acid guavanoic) và khung lupan (acid betulinic, lupeol).
  • Tanin: Bao gồm tanin thủy phân được (ellagitannin, gallotannin), tanin ngưng tụ và tanin hỗn hợp (guavin A, C, D; acutissimin A, B).
  • Tinh dầu: Hàm lượng dao động từ 0,2% đến 0,31%, gồm các terpen và terpenoid như eucalyptol, caryophyllen, trans-nerolidol, limonen.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hóa học thực vật quy chuẩn bao gồm:

  • Phương pháp định tính bằng phản ứng hóa học: Thực hiện 12 quy trình thử nghiệm ống nghiệm đặc trưng để xác định sơ bộ các nhóm hoạt chất (flavonoid, alcaloid, saponin, tanin, coumarin, anthranoid, glycosid tim, acid amin, acid hữu cơ, chất béo, sterol, đường khử).
  • Phương pháp chiết xuất: Sử dụng kỹ thuật ngâm lạnh phân đoạn. Chiết cao tổng bằng ethanol 70% ở nhiệt độ phòng. Sau đó, cao toàn phần được phân tán trong nước ấm và chiết phân bố lỏng - lỏng lần lượt với các dung môi có độ phân cực tăng dần: n-hexan, dicloromethan (DCM) và ethyl acetat (EtOAc).
  • Phương pháp tách và tinh chế:
    • Sắc ký cột hấp phụ pha thường (Normal phase column chromatography) với pha tĩnh là silica gel Kieselgel 60 (kích thước hạt 0,040 - 0,063 mm, Merck).
    • Sắc ký rây phân tử qua cột Sephadex LH-20.
    • Sắc ký lớp mỏng (TLC) trên bản tráng sẵn silica gel GF254 (Merck), phát hiện vết bằng đèn tử ngoại ở bước sóng 254 nm, 366 nm và thuốc thử hiện màu H2SO4 10% trong cồn kết hợp sấy nhiệt.
  • Phương pháp xác định cấu trúc hóa học: Kết hợp phân tích tính chất cảm quan, phổ khối ion hóa phun điện tử (ESI-MS) trên hệ máy Agilent 1100 LC-MSD Trap và phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D/2D (1H-NMR, 13C-NMR, HSQC) đo trên máy Bruker AM500 FT-NMR Spectrometer, đối chiếu với các dữ liệu phổ chuẩn đã công bố trong y văn.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng hợp các công bố khoa học về thực vật học, thành phần hóa học, tác dụng dược lý và kinh nghiệm sử dụng lá ổi trong y học cổ truyền:

  • Đặc điểm thực vật: Cây gỗ nhỏ cao 4-5 m, cành non 4 cạnh; lá mọc đối, phiến nguyên, mặt dưới có lông mịn và túi tinh dầu; hoa trắng mọc ở kẽ lá; quả mọng nhiều hạt cứng. Cây sinh trưởng thuận lợi ở nhiệt độ 15-45°C và lượng mưa khoảng 1.000 mm/năm.
  • Tác dụng sinh học được ghi nhận:
    • Kháng khuẩn: Dịch chiết ức chế các chủng vi khuẩn Gram (+) và Gram (-) như Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Listeria innocua.
    • Tác dụng trên tiêu hóa: Chống tiêu chảy, giảm nhu động ruột, giảm tiết acid và bảo vệ niêm mạc dạ dày chống loét thực nghiệm trên chuột.
    • Chuyển hóa glucose huyết: Cao chiết lá ổi, đặc biệt là phân đoạn ethyl acetat và các hoạt chất flavonoid, triterpenoid, thể hiện khả năng làm giảm đường huyết lúc đói, cải thiện dung nạp glucose, giảm chỉ số kháng insulin và ức chế các enzym α-amylase, α-glucosidase.
    • Chống oxy hóa: Khả năng quét gốc tự do DPPH, ABTS, khử sắt (FRAP) và ức chế các gốc oxy hóa phản ứng (ROS) trong tế bào HepG2.
  • Y học cổ truyền: Dược liệu có vị đắng chát, tính ấm, quy kinh đại tràng và vị; công năng thanh tràng chỉ tả, thu liễm sát khuẩn; liều dùng thông thường 15-20 g/ngày dưới dạng thuốc sắc hoặc hãm.

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết nguồn gốc mẫu dược liệu, danh mục trang thiết bị, hóa chất chuẩn (acid ursolic, acid corosolic) và quy trình thực nghiệm:

  • Hóa chất thuốc thử: Thuốc thử Mayer, Dragendorff, Bouchardat, Baljet, Ninhydrin, Rosenthaler, FeCl3 5%, gelatin 1%, chì acetat 10%, thuốc thử Diazo, Fehling A và B...
  • Thiết bị chính: Máy đo phổ NMR Bruker AM500, máy Agilent 1100 LC-MSD Trap, máy cô quay chân không Buchi R-200 và Rotavapor R-220 Pro, tủ sấy Memmert, đèn tử ngoại Vilber 254/366 nm.
  • Quy trình định tính 12 nhóm chất và quy trình vận hành sắc ký cột hấp phụ (tính toán lượng chất hấp phụ, tỷ lệ pha động, nạp mẫu và gom phân đoạn dịch rửa giải).

Chương 3: Thực nghiệm, kết quả và bàn luận

Trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

1. Kết quả định tính sơ bộ bằng phản ứng hóa học:

STT Nhóm chất Phản ứng định tính Kết quả Kết luận
1 Flavonoid Hơi amoniac, dd NaOH 10%, dd FeCl3 5%, Diazo + Có flavonoid
2 Alcaloid Thuốc thử Mayer, Acid picric 1%, Dragendorff - Không có alcaloid
3 Saponin Tạo bọt (bền >15 phút, 2 ống pH bằng nhau), Rosenthaler + Có saponin triterpenoid
4 Tanin Gelatin 1%, dd FeCl3 5%, dd Pb(CH3COO)2 10% + Có tanin
5 Coumarin Đóng mở vòng lacton, thuốc thử Diazo - Không có coumarin
6 Anthranoid Phản ứng Bornträger - Không có anthranoid
7 Glycosid tim Liebermann-Burchard, Baljet, Keller-Kiliani - Không có glycosid tim
8 Acid amin Thuốc thử Ninhydrin + Có acid amin
9 Acid hữu cơ Sủi bọt với Na2CO3 - Không có acid hữu cơ
10 Chất béo Vết mờ trên giấy lọc - Không có chất béo
11 Sterol Phản ứng Salkowski, Liebermann - Không có sterol
12 Đường khử Thuốc thử Fehling A, B + Có đường khử

Ghi chú: (+) Phản ứng dương tính; (-) Phản ứng âm tính.

2. Kết quả chiết xuất và phân lập:

  • Từ 3,0 kg bột lá ổi khô ngâm chiết với ethanol 70% (3 lần x 30 lít, mỗi lần 3 ngày), thu hồi dung môi dưới áp suất giảm thu được 589,44 g cao toàn phần.
  • Chiết phân bố lỏng - lỏng cao toàn phần thu được 3 cao phân đoạn:
    • Cắn phân đoạn n-hexan: 34,90 g
    • Cắn phân đoạn dicloromethan (DCM): 75,86 g
    • Cắn phân đoạn ethyl acetat (EtOAc): 43,16 g
  • Phân lập từ cao phân đoạn DCM (75,86 g) qua sắc ký cột silica gel pha thường với hệ dung môi DCM:Aceton (100:0 → 0:100 v/v) thu được 21 phân đoạn lớn (kí hiệu D01 đến D021).
    • Phân lập hợp chất 1 (OD1): Phân đoạn D013 được tách tiếp trên cột silica gel với hệ DCM:Aceton (10:1 → 1:1), thu được 5 phân đoạn phụ (D13.1 - D13.5). Rửa tủa phân đoạn D13.2 bằng n-hexan, EtOAc, MeOH thu được 15 mg chất OD1 dạng tinh thể màu trắng.
    • Phân lập hợp chất 2 (OD2): Phân đoạn D018 được tách trên cột silica gel với hệ n-hexan:Aceton (5:1 → 1:1), sau đó chuyển sang DCM:Aceton (10:1 → 1:1) thu được 5 phân đoạn phụ (D18.1 - D18.5). Phân đoạn D18.3 tiếp tục tinh chế qua cột Sephadex LH-20 và rửa bằng n-hexan, EtOAc thu được 10 mg chất OD2 dạng tinh thể màu trắng.

3. Kết quả xác định cấu trúc hóa học:

  • Hợp chất OD1: Tinh thể màu trắng. ESI-MS cho tín hiệu m/z 457,4 [M+H]+ và 455,4 [M-H]-, tương ứng với công thức phân tử C30H48O3. Phổ 1H-NMR ghi nhận 7 nhóm methyl đặc trưng cho khung triterpen ursan và một proton olefin tại δH 5,23 (1H, t, J = 6,6 Hz, H-12). Phổ 13C-NMR thể hiện 30 tín hiệu carbon, trong đó có liên kết đôi C-12/C-13 tại δC 126,23 và 139,27; nhóm carbonyl acid C-28 tại δC 178,52 và oxymethyl C-3 tại δC 78,59. Đối chiếu với dữ liệu chuẩn, xác định OD1 là Acid ursolic.
  • Hợp chất OD2: Tinh thể màu trắng. ESI-MS cho tín hiệu m/z 473,4 [M+H]+ và 471,3 [M-H]-, tương ứng với công thức phân tử C30H48O4. Phổ 1H-NMR, 13C-NMR và HSQC xác nhận khung ursan-12-en gồm 30 carbon: nối đôi C-12/C-13 tại δC 124,5 và 138,2; nhóm carboxyl C-28 tại δC 178,2 và hai nhóm gắn oxy tại δC 67,1 (C-2) và δC 82,2 (C-3). Đối chiếu dữ liệu chuẩn, xác định OD2 là Acid corosolic.

4. Bàn luận: Tác giả thảo luận về tính tối ưu của quy trình chiết ngâm lạnh bằng ethanol 70% trong việc làm tăng tính thấm thành tế bào thực vật và an toàn môi trường. Phân đoạn dicloromethan được chứng minh là phân đoạn tập trung hiệu quả các hợp chất triterpenoid năm vòng. Hai hoạt chất phân lập được (acid ursolic và acid corosolic) đều là những thành phần đã được chứng minh có tác dụng sinh học phong phú, đặc biệt là cơ chế hạ đường huyết thông qua kích thích tiêu thụ glucose, ức chế tân tạo đường và tăng độ nhạy cảm của thụ thể insulin.

Chương 4: Kết luận và đề xuất

  • Kết luận: Đã phân lập và xác định cấu trúc hoàn chỉnh của 2 hợp chất tinh khiết từ phân đoạn dicloromethan của lá ổi Hưng Yên là acid ursolic (OD1) và acid corosolic (OD2).
  • Đề xuất: Đưa ra 3 kiến nghị mở rộng nghiên cứu về định lượng, thử nghiệm hoạt tính sinh học trên mô hình đái tháo đường và tiếp tục thăm dò phân lập các phân đoạn còn lại (n-hexan, EtOAc).

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác định thành phần hóa học định tính của lá ổi Hưng Yên: Có sự hiện diện của flavonoid, saponin triterpenoid, tanin, acid amin và đường khử; không phát hiện alcaloid, coumarin, anthranoid, glycosid tim, chất béo, acid hữu cơ tự do và sterol tự do trong điều kiện thí nghiệm.
  • Xây dựng quy trình chiết xuất thu nhận 589,44 g cao ethanol 70% từ 3,0 kg dược liệu khô và phân tách thành 3 phân đoạn cắn dung môi: n-hexan (34,90 g), DCM (75,86 g) và EtOAc (43,16 g).
  • Phân lập thành công 2 triterpenoid pentacyclic tinh khiết từ cao phân đoạn DCM:
    • 15 mg Acid ursolic (OD1, C30H48O3)
    • 10 mg Acid corosolic (OD2, C30H48O4)
  • Xác lập bộ dữ liệu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1D/2D (1H-NMR, 13C-NMR, HSQC) và khối phổ ESI-MS làm bằng chứng nhận danh cấu trúc cho acid ursolic và acid corosolic từ lá ổi Hưng Yên.

Đóng góp của nghiên cứu

Khóa luận là công trình nghiên cứu mở đầu, đóng góp dữ liệu thực nghiệm trực tiếp cho đề tài khoa học công nghệ cấp sở của tỉnh Hưng Yên ("Nghiên cứu phát triển sản phẩm từ cao định chuẩn lá ổi Psidium guajava L. trồng tại Hưng Yên có tác dụng hỗ trợ điều trị tiểu đường"). Nghiên cứu cung cấp cơ sở hóa thực vật xác thực, chứng minh nguồn lá ổi trồng tại Hưng Yên chứa hàm lượng đáng kể các hợp chất triterpen có hoạt tính hạ đường huyết, làm tiền đề cho việc xây dựng tiêu chuẩn kiểm nghiệm và định chuẩn nguyên liệu sản xuất dược phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở bước đầu phân lập trên phân đoạn trung bình kém phân cực (dicloromethan), chưa tiến hành phân lập sâu trên các phân đoạn còn lại như n-hexan và ethyl acetat.
  • Số lượng hợp chất phân lập được giới hạn ở 2 chất đơn lẻ, chưa bao quát toàn bộ các nhóm hoạt chất chính khác như flavonoid và polyphenol có trong dịch chiết.
  • Chưa tiến hành định lượng hàm lượng phần trăm của acid ursolic và acid corosolic trong dược liệu thô bằng các phương pháp phân tích hiện đại (như HPLC/HPTLC).
  • Khóa luận chưa thực hiện các thử nghiệm đánh giá hoạt tính sinh học trực tiếp in vitro hoặc in vivo trên chính hai chất đã phân lập.

Hướng nghiên cứu tiếp (theo kiến nghị của tác giả)

  1. Tiếp tục xây dựng phương pháp và tiến hành định lượng hàm lượng acid ursolic và acid corosolic có trong dịch chiết lá ổi Psidium guajava thu hái tại Hưng Yên.
  2. Triển khai thử nghiệm hoạt tính sinh học của hai hoạt chất đã phân lập trên các mô hình dược lý liên quan đến điều trị rối loạn chuyển hóa glucose huyết và đái tháo đường.
  3. Tiếp tục phân lập và xác định cấu trúc hóa học của các hợp chất khác từ các phân đoạn phân cực khác (n-hexan và ethyl acetat).

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu học thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Dược học, Hóa dược, Hóa học các hợp chất thiên nhiên: Tham khảo quy trình phân lập thực nghiệm triterpenoid bằng sắc ký cột cổ điển, sắc ký rây phân tử và phương pháp giải phổ NMR/MS xác định cấu trúc khung ursan.
  • Nhà nghiên cứu phát triển sản phẩm y dược: Cung cấp thông số kỹ thuật về quy trình chiết ngâm phân đoạn từ lá ổi quy mô phòng thí nghiệm, làm tài liệu tham khảo cho việc định chuẩn cao chiết hỗ trợ điều trị đái tháo đường.
  • Cơ sở nghiên cứu dược liệu địa phương: Bổ sung cơ sở khoa học về giá trị sử dụng và khai thác bền vững nguồn phụ phẩm lá ổi tại tỉnh Hưng Yên.

Câu hỏi thường gặp

1. Mẫu dược liệu lá ổi sử dụng trong khóa luận có nguồn gốc từ đâu và được xử lý như thế nào?
Mẫu lá ổi (Psidium guajava L.) được thu hái vào ngày 17/3/2024 tại xã Thắng Lợi, huyện Văn Giang, tỉnh Hưng Yên. Tiêu bản mẫu chuẩn được giám định và lưu trữ tại Phòng tiêu bản cây thuốc - Bộ môn Thực vật, Khoa Dược liệu - Dược học cổ truyền, Trường Đại học Dược Hà Nội với mã số HNIP/18837/24. Mẫu thu hái về được làm khô bằng phương pháp phơi trong bóng râm trước khi đưa vào chiết xuất.

2. Kết quả định tính sơ bộ bằng phản ứng hóa học phát hiện những nhóm hợp chất nào trong lá ổi?
Thực nghiệm định tính xác định trong lá ổi có các nhóm chất: flavonoid (dương tính với hơi NH3, NaOH, FeCl3, Diazo), saponin triterpenoid (dương tính với tạo bọt và thuốc thử Rosenthaler), tanin (dương tính với gelatin, FeCl3, chì acetat), acid amin (thuốc thử Ninhydrin) và đường khử (thuốc thử Fehling). Các nhóm chất cho kết quả âm tính gồm alcaloid, coumarin, anthranoid, glycosid tim, acid hữu cơ tự do, chất béo và sterol tự do.

3. Khối lượng cao toàn phần và các cao phân đoạn thu được từ quá trình chiết xuất là bao nhiêu?
Từ 3,0 kg bột dược liệu lá ổi khô chiết với ethanol 70%, tác giả thu được 589,44 g cao toàn phần. Quá trình chiết phân bố lỏng - lỏng cao toàn phần thu được 3 cao phân đoạn: phân đoạn n-hexan đạt 34,90 g, phân đoạn dicloromethan (DCM) đạt 75,86 g và phân đoạn ethyl acetat (EtOAc) đạt 43,16 g.

4. Hai hợp chất tinh khiết phân lập được có tên là gì và thuộc khung cấu trúc hóa học nào?
Hai hợp chất tinh khiết được phân lập từ phân đoạn dicloromethan là OD1 (thu được 15 mg) và OD2 (thu được 10 mg). Cả hai hợp chất đều là triterpenoid năm vòng mang khung ursan-12-en. Bằng các dữ liệu phổ ESI-MS, 1H-NMR, 13C-NMR và HSQC, OD1 được xác định là acid ursolic (C30H48O3) và OD2 được xác định là acid corosolic (C30H48O4).

5. Khóa luận này trực thuộc đề tài nghiên cứu nào?
Khóa luận là một nội dung nghiên cứu bước đầu thuộc đề tài khoa học công nghệ cấp sở của tỉnh Hưng Yên: "Nghiên cứu phát triển sản phẩm từ cao định chuẩn lá ổi (Psidium guajava L.) trồng tại Hưng Yên có tác dụng hỗ trợ điều trị tiểu đường", được thực hiện tại Bộ môn Dược liệu (Trường Đại học Dược Hà Nội) và Khoa Hóa Thực vật (Viện Dược liệu).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp dược sĩ của tác giả Phạm Ánh Ngọc đã hoàn thành việc khảo sát định tính thành phần hóa học và xây dựng thành công quy trình chiết xuất, phân lập các phân đoạn từ lá ổi thu hái tại Hưng Yên. Nghiên cứu đã phân lập và xác định chính xác cấu trúc hóa học của hai hoạt chất triterpenoid tinh khiết là acid ursolic và acid corosolic từ phân đoạn dicloromethan. Kết quả này cung cấp cơ sở thực nghiệm quan trọng phục vụ định chuẩn nguyên liệu và phát triển các sản phẩm dược liệu hỗ trợ điều trị đái tháo đường từ nguồn lá ổi trồng tại địa phương.