Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Cây măng cụt (Garcinia mangostana L.), thuộc họ Bứa (Clusiaceae / Guttiferae), là loài thực vật nhiệt đới phân bố phổ biến ở khu vực Đông Nam Á như Malaysia, Indonesia và Nam Bộ Việt Nam. Trong y học cổ truyền, vỏ quả măng cụt từ lâu đã được sử dụng làm dược liệu điều trị tiêu chảy, lỵ, nhiễm khuẩn đường tiêu hóa và làm săn se vết loét. Về mặt hóa học thực vật, vỏ măng cụt chứa hàm lượng lớn các hợp chất polyphenol tự nhiên, đặc biệt là nhóm dẫn chất dị vòng xanthon với hơn 40 loại đã được xác định. Trong đó, $\alpha$-mangostin (AMG) và $\gamma$-mangostin (GMG) là hai hoạt chất chính có hoạt tính sinh học đa dạng như chống oxy hóa mạnh, kháng khuẩn đối kháng chủng kháng thuốc (MRSA, VRE), kháng nấm, kháng virus, chống viêm, hạ đường huyết và ức chế sự tăng sinh của các dòng tế bào ung thư.
Mặc dù Dược điển Việt Nam V đã ban hành chuyên luận dược liệu vỏ quả Măng cụt với các phép thử định tính hóa học và sắc ký lớp mỏng (TLC), song văn bản này vẫn chưa có tiêu chuẩn định lượng cụ thể cho hai hoạt chất xanthon chủ chốt là $\alpha$-mangostin và $\gamma$-mangostin. Bên cạnh đó, đa số các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước trước đây chủ yếu tập trung vào quy trình chiết xuất hoặc chỉ xây dựng phương pháp định lượng đơn lẻ hoạt chất $\alpha$-mangostin. Xuất phát từ nhu cầu chuẩn hóa chất lượng dược liệu và cao chiết, khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ với đề tài "Xây dựng phương pháp định lượng polyphenol trong cao măng cụt" do sinh viên Nguyễn Bình Minh thực hiện tại Bộ môn Hóa dược – Trường Đại học Dược Hà Nội (năm 2022) đã được triển khai nhằm giải quyết hai nhiệm vụ nghiên cứu trọng tâm:
- Xây dựng và thẩm định phương pháp định lượng đồng thời $\gamma$-mangostin và $\alpha$-mangostin trong cao măng cụt bằng kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
- Ứng dụng phương pháp đã thiết lập để định lượng hai hoạt chất trong các mẫu cao chiết ở các điều kiện khác nhau, phục vụ việc lựa chọn thông số chiết xuất tối ưu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất polyphenol nhóm xanthon, trọng tâm là $\alpha$-mangostin và $\gamma$-mangostin hiện diện trong cao khô vỏ măng cụt.
- Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trong năm 2022 tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa dược, Trường Đại học Dược Hà Nội; nguồn mẫu cao chiết thực nghiệm do Bộ môn Thực vật – Dược liệu thuộc Học viện Y Dược học Cổ truyền Việt Nam cung cấp.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận dựa trên nền tảng lý thuyết phân tích hóa dược và hóa thực vật đối với khung cấu trúc xanthen-9H-on. Quy trình thẩm định phương pháp phân tích tuân thủ theo hướng dẫn tiêu chuẩn của Hiệp hội các nhà hóa học phân tích chính thức (AOAC 2016, Appendix F: Guidelines for Standard Method Performance Requirements) và các nguyên tắc kiểm nghiệm theo Dược điển Việt Nam V.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đã triển khai bao gồm:
- Kỹ thuật phân tích: Sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC) kết hợp detector mảng diod (HPLC-DAD) trên hệ thống máy sắc ký Shimadzu (model L20155518195).
- Pha tĩnh: Cột sắc ký Shim-pack GIST C18 ($250 \text{ mm} \times 4{,}6 \text{ mm}, 5 \ \mu\text{m}$).
- Xử lý mẫu: Hòa tan cao định chuẩn (Mangoselect của Fytexia - Pháp, chứa 1,00% GMG và 10,00% AMG) và cao thử trong methanol (MeOH), hỗ trợ hòa tan bằng bể siêu âm Sonirex Bandelin trong 5 phút, định mức, lọc qua giấy lọc (loại bỏ 10 ml dịch lọc ban đầu) và lọc qua màng lọc PTFE $0{,}45 \ \mu\text{m}$ trước khi tiêm vào hệ thống sắc ký.
- Thẩm định quy trình phân tích: Đánh giá độ thích hợp hệ thống ($n=6$), độ chọn lọc và đặc hiệu (dựa trên thời gian lưu và độ tương đồng phổ UV qua hệ số Match), khoảng tuyến tính và phương trình hồi quy, giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) theo tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu nền ($S/N$), độ đúng (thực hiện ở 3 mức nồng độ thêm chuẩn: 50%, 100%, 120%) và độ chính xác (độ lặp lại nội bộ và độ chính xác trung gian giữa 3 ngày phân tích và 2 kiểm nghiệm viên khác nhau).
- Khảo sát điều kiện chiết xuất: Ứng dụng quy trình HPLC đã thẩm định để đo hàm lượng GMG và AMG từ các mẫu cao chiết theo phương pháp biến đổi từng yếu tố (dung môi, nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ dược liệu/dung môi).
- Nguồn dữ liệu và xử lý thống kê: Dữ liệu sắc ký thu nhận từ phần mềm điều khiển HPLC Shimadzu; các phép tính toán thống kê (trung bình, độ lệch chuẩn SD, độ lệch chuẩn tương đối RSD, phương trình tuyến tính $R^2$) được xử lý bằng Microsoft Excel 2019.
Nội dung chính theo từng chương
Đặt vấn đề và Tổng quan
Tác giả hệ thống hóa các tư liệu khoa học về cây măng cụt và nhóm hoạt chất xanthon. Về đặc điểm thực vật, măng cụt là cây thân gỗ lớn cao 20–25 m, quả hình cầu vỏ dày màu đỏ nâu tím chứa 7–13% tanin và giàu xanthon. Khung cấu trúc xanthon gồm hai vòng thơm A và B liên kết qua cầu nối carbonyl và nguyên tử oxy. Trong đó:
- $\alpha$-Mangostin ($C_{24}H_{26}O_6$, phân tử lượng $410{,}5 \text{ g/mol}$, nhiệt độ nóng chảy $180\text{–}181 \ ^\circ\text{C}$, $\log P = 7{,}71$) có danh pháp IUPAC là 1,3,6-trihydroxy-7-methoxy-2,8-bis(3-methylbut-2-enyl)xanthen-9-on.
- $\gamma$-Mangostin ($C_{23}H_{24}O_6$, phân tử lượng $396{,}4 \text{ g/mol}$, nhiệt độ nóng chảy $207 \ ^\circ\text{C}$, $\log P = 5{,}744$) có danh pháp IUPAC là 1,3,6,7-tetrahydroxy-2,8-bis(3-methylbut-2-enyl)xanthen-9-on.
Chương này tổng hợp các chứng cứ dược lý hiện đại về tác dụng chống ung thư ruột kết DLD-1, ung thư biểu mô HCT116, ức chế protease HIV-1, chống viêm qua ức chế NO và $PGE_2$. Đồng thời, chương 1 so sánh 6 công trình HPLC định lượng mangostin trên thế giới, chỉ ra xu hướng sử dụng cột C18, pha động chứa MeOH hoặc acetonitril (ACN) phối hợp nước acid, qua đó làm cơ sở lựa chọn điều kiện thực nghiệm.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết hóa chất, vật liệu và quy trình thực nghiệm:
- Nguyên liệu: Cao định chuẩn Mangoselect (Fytexia, Pháp) chứa $1{,}00%$ GMG và $10{,}00%$ AMG; các mẫu cao chiết khô vỏ măng cụt.
- Hóa chất: Methanol và Acid acetic (AcOH) đạt tiêu chuẩn HPLC, nước cất 2 lần.
- Quy trình chuẩn bị dung dịch: Dung dịch chuẩn gốc chứa AMG $250 \ \mu\text{g/ml}$ và GMG $25 \ \mu\text{g/ml}$ trong MeOH; dung dịch chuẩn làm việc (AMG $25 \ \mu\text{g/ml}$ và GMG $2{,}5 \ \mu\text{g/ml}$); dung dịch mẫu thử hòa tan 50 mg cao trong 25 ml MeOH, pha loãng tiếp 1,00 ml thành 20 ml bằng MeOH.
- Tiêu chí chấp nhận thẩm định (AOAC): Hệ số tương quan đường chuẩn $R^2 \ge 0{,}99$, độ chệch các điểm $\le \pm 15%$; tỷ lệ thu hồi độ đúng đạt 97,0–103,0% đối với GMG và 98,0–102,0% đối với AMG; RSD độ lặp lại $\le 2{,}7%$ với GMG và $\le 1{,}9%$ với AMG.
- Thiết kế ma trận khảo sát chiết xuất: Gồm 4 nhóm biến số: nồng độ ethanol (50%, 70%, 90%), nhiệt độ chiết (nhiệt độ phòng, $40 \ ^\circ\text{C}$, $60 \ ^\circ\text{C}$, $80 \ ^\circ\text{C}$), thời gian chiết (30 phút, 1 giờ, 2 giờ) và tỷ lệ dược liệu/dung môi (1/5, 1/10, 1/15).
Thực nghiệm, kết quả và bàn luận
Tác giả trình bày chi tiết diễn tiến tối ưu hóa điều kiện sắc ký, dữ liệu thẩm định và kết quả định lượng mẫu thực tế:
- Tối ưu bước sóng và pha động: Phổ quét UV cho thấy cực đại hấp thụ chính ở $203 \pm 1 \text{ nm}$ nhưng do bước sóng ngắn dễ nhiễu và nằm dưới ngưỡng hấp thụ của dung môi, tác giả lựa chọn bước sóng $243 \text{ nm}$. Khảo sát các hệ pha động đẳng dòng $\text{MeOH} : \text{AcOH } 1%$ ($95:5$), $\text{MeOH} : \text{H}_2\text{O}$ ($95:5$), ($90:10$) và ($85:15$) cho thấy hệ $\text{MeOH} : \text{H}_2\text{O}$ ($85:15$) cho độ phân giải pic tốt ($Rs > 2{,}5$) nhưng mẫu thử xuất hiện pic tạp rửa giải muộn ở phút 49 và 63. Do đó, chương trình rửa giải gradient đã được thiết lập để loại tạp triệt để.
- Nhiệt độ cột: Khảo sát ở nhiệt độ phòng và $35 \ ^\circ\text{C}$ cho thấy tại $35 \ ^\circ\text{C}$, thời gian lưu được rút ngắn ($t_R$ GMG giảm từ 8,28 xuống 7,64 phút; $t_R$ AMG giảm từ 17,24 xuống 16,19 phút), số đĩa lý thuyết tăng lên ($N=3801$ cho GMG và $N=6256$ cho AMG), hệ số kéo đuôi cân đối ($Tf \approx 1{,}07\text{–}1{,}18$).
| Thông số pha động gradient |
Thời gian (phút) |
Tỷ lệ MeOH (%) |
Tỷ lệ $\text{H}_2\text{O}$ (%) |
| Giai đoạn tách chính |
$0 \rightarrow 17{,}5$ |
85 |
15 |
| Giai đoạn tăng phân cực |
$17{,}5 \rightarrow 18{,}0$ |
$85 \rightarrow 98$ |
$15 \rightarrow 2$ |
| Giai đoạn rửa tạp |
$18{,}0 \rightarrow 23{,}0$ |
98 |
2 |
| Giai đoạn hạ dung môi |
$23{,}0 \rightarrow 24{,}0$ |
$98 \rightarrow 85$ |
$2 \rightarrow 15$ |
| Giai đoạn cân bằng cột |
$24{,}0 \rightarrow 29{,}0$ |
85 |
15 |
| Yếu tố khảo sát |
Mức khảo sát |
Hàm lượng GMG trung bình (%) |
Hàm lượng AMG trung bình (%) |
Kết luận chọn lựa |
| Dung môi |
EtOH 50% EtOH 70% EtOH 90% |
$0{,}78 \pm 0{,}03$ $\mathbf{3{,}58 \pm 0{,}03}$ $3{,}49 \pm 0{,}05$ |
$1{,}75 \pm 0{,}04$ $\mathbf{24{,}58 \pm 0{,}11}$ $18{,}63 \pm 0{,}18$ |
EtOH 70% (cho hàm lượng cả 2 hoạt chất cao nhất) |
| Nhiệt độ |
Nhiệt độ phòng $40 \ ^\circ\text{C}$ $60 \ ^\circ\text{C}$ $80 \ ^\circ\text{C}$ |
$3{,}49 \pm 0{,}01$ $2{,}80 \pm 0{,}06$ $\mathbf{3{,}91 \pm 0{,}10}$ $3{,}60 \pm 0{,}10$ |
$15{,}28 \pm 0{,}12$ $14{,}47 \pm 0{,}27$ $\mathbf{19{,}78 \pm 0{,}18}$ $12{,}51 \pm 0{,}18$ |
$60 \ ^\circ\text{C}$ (tối ưu hóa hiệu suất chiết xanthon) |
| Thời gian |
30 phút 1 giờ 2 giờ |
$0{,}14 \pm 0{,}00$ $\mathbf{2{,}46 \pm 0{,}07}$ $2{,}61 \pm 0{,}03$ |
$1{,}02 \pm 0{,}01$ $\mathbf{14{,}21 \pm 0{,}25}$ $14{,}04 \pm 0{,}23$ |
1 giờ (tương đương 2h nhưng tiết kiệm năng lượng/thời gian) |
| Tỷ lệ DL/dung môi |
1/5 1/10 1/15 |
$2{,}17 \pm 0{,}06$ $\mathbf{3{,}24 \pm 0{,}05}$ $2{,}60 \pm 0{,}01$ |
$14{,}31 \pm 0{,}10$ $\mathbf{16{,}65 \pm 0{,}06}$ $13{,}56 \pm 0{,}20$ |
1/10 (đạt hàm lượng hoạt chất chiết cao nhất) |
Kết luận và đề xuất
Tổng kết toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật đã hoàn thành, khẳng định phương pháp có tính khả thi cao, đồng thời đề xuất mở rộng phạm vi ứng dụng trên dược liệu thô và khảo sát thêm các thông số kỹ thuật bào chế khác.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính
- Thiết lập thành công điều kiện sắc ký định lượng đồng thời hai hoạt chất GMG và AMG trên cùng một quy trình: Cột Shim-pack GIST C18 ($250 \text{ mm} \times 4{,}6 \text{ mm}, 5 \ \mu\text{m}$), bước sóng phát hiện $243 \text{ nm}$, tốc độ dòng $1 \text{ ml/phút}$, thể tích tiêm $20 \ \mu\text{l}$, nhiệt độ cột $35 \ ^\circ\text{C}$, pha động $\text{MeOH} : \text{H}_2\text{O}$ chạy theo chương trình gradient.
- Phương pháp phân tích đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn giá trị giá trị theo AOAC với giới hạn định lượng nhạy ($\text{LOQ}{\text{GMG}} = 0{,}20 \ \mu\text{g/ml}$, $\text{LOQ}{\text{AMG}} = 0{,}12 \ \mu\text{g/ml}$), độ thu hồi cao ($99{,}70\text{–}100{,}88%$) và độ phân tán thấp ($\text{RSD} < 2{,}0%$).
- Xác định được bộ thông số chiết xuất tối ưu từ thực nghiệm: Dung môi Ethanol 70%, nhiệt độ chiết $60 \ ^\circ\text{C}$, thời gian chiết 1 giờ, tỷ lệ dược liệu/dung môi 1/10 (g/ml).
Đóng góp so với các nghiên cứu trước
- So với quy trình của Muchtaridi (2016) vốn chỉ định lượng đơn lẻ $\alpha$-mangostin với pha động chứa acid acetic ($\text{MeOH} : \text{AcOH } 1%$, tỷ lệ $95:5$) và có giới hạn định lượng khá cao ($\text{LOD} = 2{,}122 \ \mu\text{g/ml}; \text{LOQ} = 7{,}072 \ \mu\text{g/ml}$), phương pháp trong khóa luận này định lượng đồng thời cả $\gamma$-mangostin và $\alpha$-mangostin mà không cần bổ sung acid vào pha động, đơn giản hóa pha chế và nâng cao độ nhạy vượt trội ($\text{LOD}{\text{AMG}} = 0{,}03 \ \mu\text{g/ml}; \text{LOQ}{\text{AMG}} = 0{,}12 \ \mu\text{g/ml}$).
- Giải quyết được hiện tượng chồng lấn pic tạp rửa giải muộn thông qua thiết kế chu trình gradient hợp lý, bảo vệ hiệu lực cột và duy trì độ lặp lại ổn định cho các phép đo tự động kế tiếp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận tự chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật và định hướng mở rộng:
- Hạn chế kỹ thuật: Thời gian lưu của pic $\alpha$-mangostin tương đối dài (xấp xỉ $16{,}2 \text{ phút}$) so với một số nghiên cứu đẳng dòng đơn thành phần trước đây ($6{,}6 \text{ phút}$); khoảng nồng độ tuyến tính xây dựng còn ở phạm vi hẹp ($0{,}5\text{–}6 \ \mu\text{g/ml}$ cho GMG và $5\text{–}60 \ \mu\text{g/ml}$ cho AMG). Do điều kiện phòng thí nghiệm chỉ có cao định chuẩn Mangoselect mà không có chất chuẩn tinh khiết riêng biệt, phép thử độ đúng phải thực hiện bằng cách thêm chuẩn vào dung môi thay vì thêm trên nền mẫu thực tế.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Khảo sát bổ sung các yếu tố ảnh hưởng khác trong quá trình chiết xuất như độ mịn bột dược liệu, phương pháp chiết (chiết ngấm kiệt, chiết siêu âm...), số lần chiết, phương pháp tạo cao khô và đánh giá tương tác đa biến giữa các yếu tố.
- Mở rộng thẩm định và áp dụng phương pháp để định lượng trực tiếp $\gamma$-mangostin và $\alpha$-mangostin trong mẫu dược liệu vỏ quả măng cụt thô, hướng tới đề xuất bổ sung phương pháp định lượng vào chuyên luận Măng cụt trong Dược điển Việt Nam.
Giá trị tham khảo
Báo cáo khóa luận mang lại giá trị tham khảo thực tiễn và học thuật cho:
- Sinh viên và học viên ngành Dược học, Hóa phân tích, Kiểm nghiệm thuốc: Tham khảo quy trình thiết kế thẩm định phương pháp phân tích hoạt chất từ dược liệu bằng HPLC theo hướng dẫn AOAC, từ tính toán độ thích hợp hệ thống, thiết lập khoảng tuyến tính đến đánh giá độ chính xác trung gian.
- Nghiên cứu sinh, kỹ thuật viên bào chế và chiết xuất dược liệu: Sử dụng bộ thông số thực nghiệm chiết xuất (Ethanol 70%, $60 \ ^\circ\text{C}$, 1 giờ, tỷ lệ 1/10) làm dữ liệu nền tảng cho việc tối ưu hóa quy trình sản xuất cao định chuẩn giàu xanthon từ phế phụ phẩm vỏ măng cụt.
- Cơ quan kiểm nghiệm và biên soạn tiêu chuẩn: Cung cấp thông số phân tích chi tiết làm tài liệu tham khảo trong việc nâng cấp tiêu chuẩn chuyên luận dược liệu Măng cụt trong các ấn bản Dược điển tiếp theo.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đề tài chọn bước sóng 243 nm thay vì bước sóng cực đại 203 nm để định lượng?
Dù cả GMG và AMG đều đạt độ hấp thụ quang học cực đại tại $203 \pm 1 \text{ nm}$, nhưng đây là vùng bước sóng tử ngoại rất ngắn, dễ bị nhiễu do nhiều tạp chất cùng hấp thụ và nằm dưới ngưỡng cắt bức xạ (UV cut-off) của methanol và nước. Do đó, bước sóng $243 \text{ nm}$ được chọn để đảm bảo tính chọn lọc, hạn chế trôi đường nền và loại bỏ ảnh hưởng của dung môi.
2. Mục đích chính của việc chuyển từ pha động đẳng dòng sang chương trình rửa giải gradient là gì?
Khi chạy pha động đẳng dòng $\text{MeOH} : \text{H}_2\text{O}$ ($85:15$), mặc dù hai pic chính tách tốt nhưng xuất hiện các pic tạp rửa giải rất muộn ở phút thứ 49 và 63. Việc áp dụng chương trình gradient (nâng tỷ lệ MeOH lên 98% ở phút 18–23 rồi hạ về 85%) giúp kéo các tạp chất rửa giải sớm ở khoảng phút 26,5, tránh tích tụ chất bẩn làm giảm tuổi thọ cột và không làm nhiễm tạp vào các mẻ tiêm mẫu kế tiếp.
3. Tại sao trong phép thử độ đúng, tác giả lại thực hiện thêm chuẩn vào dung môi mà không thêm vào mẫu thử?
Do điều kiện thực tế của phòng thí nghiệm chỉ có cao định chuẩn Mangoselect (chứa đồng thời $1{,}00%$ GMG và $10{,}00%$ AMG) mà không có chất chuẩn tinh khiết đơn lẻ của từng hoạt chất. Nếu thêm cao chuẩn trực tiếp vào dung dịch mẫu thử thì không thể điều chỉnh độc lập 3 mức nồng độ thấp (50%), trung bình (100%) và cao (120%) cho cả hai chất cùng lúc; đồng thời nền cao định chuẩn cũng chứa các cấu tử tương tự nền mẫu thử.
4. Điều kiện chiết xuất nào cho hàm lượng hoạt chất $\alpha$-mangostin và $\gamma$-mangostin cao nhất trong các mẫu khảo sát?
Kết quả thực nghiệm xác định điều kiện tối ưu là: Dung môi Ethanol 70%, nhiệt độ chiết $60 \ ^\circ\text{C}$, thời gian chiết 1 giờ và tỷ lệ dược liệu/dung môi là 1/10 (g/ml). Tại điều kiện này, hàm lượng hoạt chất trong cao chiết đạt mức cao nhất ($3{,}91%$ đối với GMG và $19{,}78\text{–}24{,}58%$ đối với AMG).
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp Dược sĩ của sinh viên Nguyễn Bình Minh đã xây dựng thành công quy trình định lượng đồng thời $\gamma$-mangostin và $\alpha$-mangostin trong cao vỏ măng cụt bằng phương pháp RP-HPLC với detector DAD tại bước sóng 243 nm. Quy trình đạt đầy đủ các tiêu chí thẩm định theo tiêu chuẩn AOAC về độ phù hợp hệ thống, độ đặc hiệu, khoảng tuyến tính, độ đúng, độ lặp lại và có giới hạn định lượng thấp. Việc ứng dụng thành công phương pháp này trên các mẫu cao chiết thực nghiệm đã xác định được bộ thông số chiết xuất tối ưu (cồn 70%, $60 \ ^\circ\text{C}$, 1 giờ, tỷ lệ 1/10), tạo tiền đề khoa học quan trọng cho việc chuẩn hóa tiêu chuẩn chất lượng cao măng cụt và bổ sung chuyên luận định lượng vào Dược điển Việt Nam.