MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, ô nhiễm môi trường sống cùng thực phẩm bẩn là những nguyên nhân hàng đầu làm gia tăng số ca mắc các bệnh ung thư trên toàn cầu. Việt Nam là nước mà WHO xếp nằm trong 50 nước thuộc top 2 của bản đồ ung thư (50 nước cao nhất thuộc top 1). Điều trị ung thư thường được biết đến với phương pháp hóa trị, xạ trị thuốc điều trị tây y.
Tuy nhiên, các liệu pháp này bộc lộ một số hạn chế như khả năng kéo dài thời gian sống của bệnh nhân thường ngắn, thông thường dưới 1 năm đi kèm với chất lượng sống bị ảnh hưởng nặng nề. Người bệnh phải gánh chịu nhiều tác dụng phụ của thuốc, đặc biệt là các tác dụng phụ trên tủy xương, gây ra tình trạng thiếu máu, chảy máu và giảm sức đề kháng của cơ thể dẫn đến các khả năng nhiễm khuẩn huyết làm cho bệnh nhân sớm tử vong. Vì vậy, để giảm bớt các tác dụng phụ của thuốc tây y thì nhiều nghiên cứu gần đây trên thế giới đã hướng đến các chất có hoạt tính kháng ung thư có trong thực vật và được chuyển hóa từ hợp chất thiên nhiên. Từ lâu đời Gừng gió (Zingiber zerumbet) được sử dụng là cây thuốc quen thuộc của các dân tộc thiểu số ở miền núi phía Bắc và miền Trung Tây Nguyên Việt Nam, là loài thực vật phát triển mạnh mẽ và phân bố ở hầu hết các nước nhiệt đới Châu Á.
Trong cây Gừng gió thì hàm lượng tinh dầu trong củ là cao nhất. Hoạt chất chính trong tinh dầu của củ Gừng gió là zerumbone và hàm lượng của nó là tiêu chuẩn để đánh giá tinh dầu Gừng gió. Ở các vùng lãnh thổ khác nhau làm cho hàm lượng và thành phần hóa học của gừng gió cũng khác nhau. Tuy nhiên đến nay chưa có công trình nào công bố về thành phần hóa học của tinh dầu gừng gió trồng tại Cao Bằng.
Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện với mục tiêu phân tích thành phần hóa học của tinh dầu gừng gió, chiết tách và thử hoạt tính sinh học, kháng ung thư của zerumbone và chuyển hóa zerumbone để bước đầu có những đánh giá về tiềm năng, cung cấp dữ liệu về sự ảnh hưởng địa chất đến thành phần tinh dầu gừng gió được trồng và thu hái tại Cao Bằng. Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước mới đây cho thấy Zerumbon là một tác nhân phòng ngừa và chống ung thư mạnh trên 10 loại ung thư khác nhau, đặc biệt là ung thư gan và ung thư vú, phòng ngừa ung thư, chống viêm, kháng các vi sinh vật và chống virut HIV. Do đó, chuyển hóa zerumbone còn nhằm tạo ra các dẫn xuất mới chứa nhóm 1 chức sinh học của zerumbone với hoạt tính sinh học tốt hơn nó đang là những hướng nghiên cứu rất được quan tâm. Với các lý do trên thì đề tài “Nghiên cứu phân lập, cấu trúc và chuyển hóa zerumbone có trong củ gừng gió (Zinggiber Zerumbet) thu hái tại huyện Bảo Lạc- Cao Bằng” có ý nghĩa khoa học và tính thời sự cao.
Mục tiêu của đề tài - Xác định thành phần hóa học trong tinh dầu và cao chiết cồn củ gừng gió thu hái tại Bảo Lạc- Cao Bằng. - Phân lập và xác định cấu trúc zerumbone từ cao chiết cồn củ gừng gió. - Chuyển hóa zerumbone thành một dẫn xuất. - Xác định hoạt tính sinh học của các chất phân lập được.
Nội dung nghiên cứu Từ mục tiêu đặt ra, đề tài có các nội dung chính sau: 1. Thu mẫu củ Gừng gió (Zingiber zerumbet). Tạo tiêu bản, xác định tên khoa học. Tạo mẫu nguyên liệu thu được.
Khảo sát thành phần phần hóa học trong tinh dầu và cao chiết cồn củ gừng gió. Phân lập và xác định cấu trúc zerumbone từ cao chiết cồn củ gừng gió. Chuyển hóa zerumbone thành một dẫn xuất. Xác định hoạt tính sinh học chất phân lập được.
Phƣơng pháp nghiên cứu - Xử lý mẫu, ngâm chiết với các dung môi phù hợp. - Trích ly tinh dầu bằng hơi nước. - Phương pháp GC-MS xác định thành phần tinh dầu. - Phương pháp sắc ký như sắc ký cột thường, sắc ký cột với chất nhồi cột silicagel.
- Phương pháp phổ hiện đại như phổ hồng ngoại (FT-IR), tử ngoại (UV-VIS), phổ khối (EI-, ESI-, HR-MS) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân một chiều và hai chiều (1D-, 2D-NMR) để xác định cấu trúc của các chất phân lập được. - Phương pháp thử hoạt tính sinh học. 2 Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Đặc điểm thực vật cây gừng gió Hình 1.
Cây và củ Gừng gió (Zinggiber Zerumbet) Gừng gió là cây thảo mộc, cao 1 - 1,3 m. Thân rễ dạng củ, phân nhánh, lúc non màu vàng và thơm, lúc già màu trắng và đắng, có mùi thơm. Thân khí sinh khỏe, mọc đứng, nhẵn. Lá không cuống mọc thành 2 dãy, hình mác thuôn dài, gốc hẹp dần, đầu nhọn, dài khoảng 20 cm, rộng 5cm mặt trên nhẵn, mặt dưới có lông rải rác.
Bẹ lá to nhẵn, lưỡi bẹ tròn dễ gãy. Cụm hoa dạng trứng, đôi khi hình trụ, kích thước 6 - 14 x 4 - 5 cm, chóp tù, mọc từ thân rễ trên một cán mập dài 20 - 30 cm phủ bởi những lá bắc xếp lớp; mép màu lục nhạt. Đài hoa nhỏ, tràng hoa có ống loe thành thùy hẹp màu trắng; một nhị; bao phấn dài hơn trung đới, cánh môi rộng màu vàng nhạt. Các thùy hình mác dài, màu vàng chanh; có 3 thùy, thùy phía lưng lớn hơn, kích thước 2,5 x 2 cm; các thùy bên nhỏ kích thước 1,6 x 0,7 cm; môi dài 5 cm.
Mép có răng tròn, màu trắng hoặc vàng, bao phấn màu vàng nhạt; bầu 3 ô, quả nang hình bầu dục, chứa ít hạt màu đen. Mùa hoa nở từ tháng 7 đến tháng 9 [6, 7, 8, 12]. Một số nghiên cứu về thành phần hóa học của Gừng gió (Zingiber zerumbet Sm.) Trong Gừng gió có nhiều tinh dầu, dầu béo và nhựa dầu. Trong tinh dầu có 13% các monoterpen và nhiều sesquiterpen, trong đó humulen 27%, monocyclic, sesquiterpen, xeton, zerumbone 37,5%.
Các monoterpen gồm α - pinen, camphen, limonen, cineol, và camphor. Zerumbone là thành phần chính của tinh dầu [7]. Thành phần hóa học của tinh dầu củ Gừng gió Tinh dầu cây Gừng gió chủ yếu tập trung ở bộ phận củ, tinh dầu củ Gừng gió có mùi thơm nồng [6]. Tinh dầu củ Gừng gió mọc ở Trị Thiên và Đắc Lắc - Việt Nam có các chỉ số hóa học được dẫn ra trong bảng 1.
Một số chỉ số hóa học của tinh dầu củ Gừng gió Vùng Chỉ số xà phòng hóa Chỉ số acid Chỉ số este Bình Trị Thiên 8,9790 5,8796 3,0994 Đắc Lắc 8,5392 5,8769 2,6623 Thành phần hóa học chính của củ Gừng gió vùng Bình Trị Thiên - Việt Nam cũng được chỉ ra trong bảng sau [6, 19]. Thành phần hóa học của tinh dầu củ Gừng gió Hàm Hàm lƣợng TT Tên chất lƣợng TT Tên chất (%) (%) 1 Zerumbone 72,3 17 Myrcren 0,2 2 α-Humulen 4,2 18 α-Terpineol 0,2 3 Humulen-oxit I 3,8 19 (E)-nerolidol 0,1 4 Humulen-oxit II 3,3 20 α-Phelandren 0,1 5 Camphen 3,1 21 β-Pinen 0,1 6 Caryophylen oxit 1,5 22 Terpinen-4-ol 0,1 7 Campho 1,2 23 Bornyl axetat 0,1 8 1,8-cineol 0,8 24 Camphenhidrat 0,1 9 α-pinen 0,7 25 p-Cymen 0,1 10 Limonen 0,4 26 Fenchon 0,1 11 Linalol 0,4 27 Isoborneol 0,1 12 12-Norcaryophylen-2-on 0,4 28 Sabinen 0,1 13 Β-Caryophylen 0,3 29 Terpinolen 0,1 14 Bornol 0,2 30 α-Thujen 0,1 15 δ-3-Caren 0,2 31 Tricyclen 0,1 16 β-Eudesmol Các chất chưa nhận 0,2 4,9 biết được 4 1. Thành phần hóa học của tinh dầu thân và lá Gừng gió. Tinh dầu thân, lá và hoa Gừng gió đều có màu vàng xanh nhạt, phảng phất mùi thơm của tinh dầu hoa bưởi [6].
Có khoảng 40 hợp chất tìm thấy trong tinh dầu thân, lá Gừng gió (chiếm hơn 84% và 82% tinh dầu). Năm 1995, Nguyễn Xuân Dũng và cộng sự đã nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu thân, lá Gừng gió vùng Bình Trị Thiên, kết quả được chỉ ra trong bảng 1. Thành phần hóa học của tinh dầu thân, lá Gừng gió Thân Gừng gió Lá Gừng gió TT Tên chất (%) (%) 1 α - thujen Vết Vết 2 α - pinen 1,1 1,6 3 Camphen 0,2 Vết 4 Sabinen 0,5 Vết 5 β - pinen 5,4 5,2 6 Myrcen 0,1 Vết 7 ∆3 - caren Vết 0,9 8 P - Cymen 0,1 0,5 9 1,8 - cineol 0,3 0,6 10 Linomen 0,1 0,3 11 (Z) - β - ocimen Vết Vết 12 (E) - β - ocimen 0,6 0,6 13 Linalol 1,1 2,4 14 2-metyl-6-metylen-1,7-octadien 0,5 1,0 15 Campho 0,3 1,2 16 Trans-pinocarverol 0,7 0,3 17 Isoborneol Vết Vết 18 Borneol 0,8 0,8 19 Terpinen-4-ol 0,8 0,6 5 Thân Gừng gió Lá Gừng gió TT Tên chất (%) (%) 20 Myrtenal - 0,3 21 α - terpineol 0,2 0,4 22 Myrtenol 0,2 0,5 23 2 - Undecanon 0,3 0,6 24 Dihidroedulan I 0,2 0,5 25 Dihidroedulan II 0,3 0,8 26 Myrtenyl axetat 0,1 Vết 27 10-(axetylmetyl) ∆3-caren 0,3 0,6 28 β-Caryophylen 10,4 11,2 29 Cis-α-Bergamoten 0,7 1,4 30 α-Humulen 2,5 2,9 31 Ar-Curcumen 0,1 0,1 32 β-Chamigren 3,6 0,4 33 (E,E)-α-farnesen 2,1 0,9 34 β-Bisabolnen 1,9 0,5 35 (Z)-Nerolidol 16,8 22,3 36 Caryophylene oxide 1,1 5,5 37 β-Eudesmol 1,6 0,6 38 Ledol 0,5 0,7 39 Zerumbone 21,3 2,4 40 2-Heptadecanon 0,8 0,9 41 Trans-phytol 7,0 12,6 Các chất chưa nhận biết được 15,5 17,7 1. Thành phần hóa học của tinh dầu hoa Gừng gió [6, 19] Hơn 44 hợp chất được tìm thấy trong tinh dầu hoa Gừng gió sinh trưởng khu vực Huế (chiếm khoảng 85% tinh dầu) và được chỉ ra trong bảng 1.
Thành phần hóa học của tinh dầu hoa Gừng gió Huế Hàm Hàm TT Tên chất lƣợng TT Tên chất lƣợng (%) (%) 1 α-pinen 0,3 23 β-caryophylen 13,2 2 Camphen 0,1 24 Cis-α-bergamoten 1,4 3 Sabinen Vết 25 α-humulen 1,9 4 β-pinen 0,4 26 (Z)-β-farnesen 1,3 5 Myrcen 0,1 27 Ar-curcumen 0,1 6 α-phelandren Vết 28 β-chamigren 1,9 7 ∆3 - caren 0,6 29 (E,E)-α-farnesen 2,1 8 p-cymen Vết 30 β-bisabolen 0,2 9 1,8-cineol 0,7 31 Β-sesquiphelandren 0,2 10 Limonen 0,4 32 Hotrienyl este 0,3 11 (E)-β-ocimen 1,3 33 Caryophylen oxit 2,2 12 Linalol 4,7 34 β-eudesmol 0,6 13 2-metyl-6-metylen-1,7- 1,8 35 Zerumbone 3,2 octadien 14 Campho 0,1 36 Myristic acid 0,2 15 Borneol 0,1 37 Palmitic acid 4,4 16 Tecpinen-4-ol 0,1 38 Trans-phytol 1,8 17 Geraniol 0,1 39 Linoleic acid 0,9 18 Undecanon 0,1 40 Oleic acid 0,3 19 Dihidroedulan I 0,2 41 Docosan 0,7 20 Dihidroedulan I 0,1 42 Tetracosan 0,5 21 2-undecanol 0,2 Các chất khác 15,0 22 α-copaen 0,1 Năm 2018 Nhóm nghiên cứu của Nguyễn Lê Tuấn và cộng sự đã nghiên cứu về thành phần hóa học của tinh dầu thân rễ Gừng gió thu hái tại Bình Định. Kết quả được trình bày trong bảng sau: 7 Bảng 1.