Nghiên cứu thành phần hóa học hạt cây bơ (Persea americana) tại Đắk Lắk

Nghiên cứu thành phần hóa học hạt bơ Persea americana tại Đắk Lắk. Phân tích các hợp chất, xác định cấu trúc và tiềm năng ứng dụng trong y dược.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Trang
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Hà Thanh Tùng
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược sĩ
• Đề tài: Nghiên cứu thành phần hóa học của hạt cây bơ (Persea americana Mill.) thu hái tại Đắk Lắk
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cây Bơ và hạt Bơ tại Đắk Lắk

Cây Bơ (Persea americana Mill.) thuộc họ Long não (Lauraceae) có nguồn gốc từ nhiệt đới Trung Mỹ và hiện nay được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Ở Châu Á, cây bơ được trồng khá rộng rãi tại Indonesia, Philippines, Thái Lan, Việt Nam và Trung Quốc. Tại Việt Nam, hạt bơ Đắk Lắk đã trở thành một sản phẩm nông nghiệp quan trọng, với sản lượng đạt 52.000 tấn vào năm 2020. Giống Booth 7 có năng suất cao nhất đạt 270 kg/cây, gần gấp 5 lần so với năng suất bình quân của 37 giống bơ tại Việt Nam. Hàng năm, ước tính có hàng chục ngàn tấn hạt bơ chưa được khai thác hết tiềm năng giá trị, đặc biệt là các hợp chất hóa học có lợi cho sức khỏe.

1.1. Đặc điểm hình thái và phân bố của Persea americana

Persea americana Mill. là cây ăn quả nhiều năm, thường cao 10-20 mét, có lá xanh quanh năm. Trái bơ hình lê, ngoài da xanh hoặc nâu, bên trong là thịt quả màu vàng nhạt. Hạt bơ là phần trung tâm, chứa thành phần hóa học đa dạng và có nhiều tác dụng sinh học. Tại Đắk Lắk, cây bơ được trồng trên diện tích rộng lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu các hợp chất trong hạt bơ địa phương.

1.2. Tiềm năng kinh tế và khoa học

Hạt bơ chứa hơn 50% khối lượng của trái bơ nhưng thường bị loại bỏ hoặc sử dụng không hiệu quả. Nghiên cứu thành phần hóa học hạt bơ Đắk Lắk mở ra cơ hội khai thác giá trị của sản phẩm phụ này. Các nghiên cứu cho thấy hạt bơ chứa nhiều hợp chất hữu ích có khả năng ứng dụng trong dược phẩm, thực phẩm chức năng và mỹ phẩm.

II. Thành phần hóa học chính trong hạt Bơ Persea americana

Thành phần hóa học hạt bơ rất phong phú và đa dạng, bao gồm các chất hữu cơ quan trọng có tác dụng sinh học đáng kể. Kết quả nghiên cứu từ hạt bơ Đắk Lắk (giống Booth 7) cho thấy sự hiện diện của nhiều hợp chất hóa học như alkaloid, steroid, terpenoid, flavonoid và các acid béo. Trong đó, perseitol là một trong những hợp chất chính được tách và tinh chế từ hạt bơ. Các phân đoạn dịch chiết khác nhau (ethylacetate, n-butanol) cũng chứa nhiều chất hữu cơ với các tác dụng sinh học khác nhau. Những hợp chất này góp phần tạo nên giá trị dinh dưỡng và dược học của hạt bơ.

2.1. Perseitol và các polyol trong hạt Bơ

Perseitol là một polyol heptamer được tách từ hạt bơ và là hợp chất quan trọng nhất có trong hạt. Hợp chất này có công thức phân tử đặc biệt và có thể được tinh chế thành tinh thể trong trạng thái tinh khiết. Perseitol được xác định cấu trúc thông qua phương pháp NMR (Nuclear Magnetic Resonance) bao gồm 1H-NMR và 13C-NMR. Hiệu suất kết tinh của perseitol từ hạt bơ Đắk Lắk đạt mức cao đáng kể, chứng tỏ hạt bơ là nguồn nguyên liệu tốt.

2.2. Các hợp chất sinh học khác trong phân đoạn dịch chiết

Ngoài perseitol, các phân đoạn dịch chiết từ hạt bơ chứa nhiều hợp chất hữu cơ khác có giá trị. Trong phân đoạn ethylacetate và n-butanol phát hiện các flavonoid, alkaloid và terpenoid. Những chất này có tác dụng sinh học như chống oxy hóa, chống viêm, và kháng khuẩn. Việc phân tích sử dụng GNPS (Global Natural Products Social Molecular Networking) giúp xác định chính xác thành phần hóa học trong các phân đoạn khác nhau.

III. Tác dụng sinh học và ứng dụng của hạt Bơ

Hạt bơ chứa nhiều hợp chất hóa học có tác dụng sinh học đa dạng và hiệu quả. Các nghiên cứu chứng minh rằng thành phần hóa học trong hạt bơ Persea americana có khả năng chống oxy hóa mạnh, giúp ngăn chặn tổn thương tế bào do gốc tự do. Perseitol và các polyol khác có tác dụng điều hòa đường huyết, làm giảm mức glucose trong máu. Ngoài ra, hợp chất trong hạt bơ còn có tính kháng khuẩn và chống viêm, giúp hỗ trợ hệ miễn dịch. Trên thế giới, ứng dụng của hạt bơ đang mở rộng trong lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm chức năng và mỹ phẩm.

3.1. Tác dụng chống oxy hóa và hỗ trợ sức khỏe

Hợp chất hóa học trong hạt bơ đặc biệt là các flavonoid và phenolic compound có hoạt tính chống oxy hóa vượt trội. Những chất này giúp trung hòa gốc tự do, bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa và lão hóa sớm. Perseitol có khả năng hỗ trợ quản lý đường huyết, rất hữu ích cho những người có nguy cơ tiểu đường. Ứng dụng này mở ra tiềm năng sản xuất thực phẩm chức năng từ hạt bơ Đắk Lắk.

3.2. Ứng dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm

Thành phần hóa học từ hạt bơ được ứng dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm để sản xuất bổ sung dinh dưỡng và thuốc hỗ trợ sức khỏe. Các hợp chất kháng khuẩn trong hạt bơ có tiềm năng phát triển thuốc kháng sinh tự nhiên. Trong lĩnh vực mỹ phẩm, perseitol và các antioxidant được sử dụng để sản xuất kem dưỡng da và serum chống lão hóa. Ứng dụng này giúp gia tăng giá trị kinh tế của hạt bơ Đắk Lắk.

IV. Phương pháp nghiên cứu thành phần hóa học hạt Bơ

Để xác định thành phần hóa học hạt bơ một cách chính xác, các nhà nghiên cứu sử dụng các phương pháp hiện đại và kỹ thuật phân tích tiên tiến. Quy trình nghiên cứu thành phần hóa học bao gồm các bước chiết xuất dịch, tinh chế và xác định cấu trúc hợp chất. Phương pháp GNPS (Global Natural Products Social Molecular Networking) là công cụ mạnh giúp phân tích và xác định các hợp chất hữu cơ trong các phân đoạn khác nhau. Phổ NMR (Nuclear Magnetic Resonance) bao gồm 1H-NMR và 13C-NMR được sử dụng để xác định cấu trúc chính xác của hợp chất như perseitol. Các phương pháp định tính cũng được áp dụng để phát hiện nhóm chất hữu cơ có trong hạt bơ.

4.1. Quy trình chiết xuất và tinh chế thành phần

Quá trình chiết xuất từ hạt bơ bắt đầu bằng cách xay nhuyễn và sơ chế bột hạt bơ. Dịch chiết được thực hiện tuần tự sử dụng các dung môi khác nhau như ethanol, ethylacetate, n-butanol để tách các hợp chất hữu cơ. Mỗi phân đoạn dịch chiết được nồng đặc và tinh chế để loại bỏ những tạp chất. Hiệu suất chiết được tính toán để đánh giá hiệu quả của phương pháp. Perseitol được tinh chế thêm bằng cách kết tinh để đạt độ tinh khiết cao.

4.2. Các kỹ thuật phân tích và xác định cấu trúc

Phổ NMR là phương pháp chính để xác định cấu trúc của hợp chất hóa học. 1H-NMR giúp xác định các proton trong phân tử hợp chất, trong khi 13C-NMR xác định các carbon. DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer) được sử dụng để phân biệt các loại carbon khác nhau. GNPS molecular networking là công cụ hữu ích cho phân tích mạng phân tử, giúp nhận dạng và so sánh các hợp chất hóa học trong các phân đoạn khác nhau từ hạt bơ Đắk Lắk.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Cây Bơ (Persea Americana Mills.) thuộc họ Long não (Lauraceae) có nguồn gốc nhiệt đới Trung Mỹ, hiện nay đang được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Ở Châu Á, cây Bơ được trồng khá rộng rãi ở Indonesia, Philippines, Thái Lan, Việt Nam và Trung Quốc [3]. Theo báo cáo năng suất của 37 giống Bơ tại Việt Nam chỉ đạt bình quân 58,00 kg/cây. Giống Booth 7 có năng suất nhất 270,00 kg/cây đạt gần gấp 5 lần so với năng suất bình quân và giống có năng suất thấp nhất chỉ đạt 7,20 kg/cây [3].

Ở nước ta, từ năm 2006 trở lại đây, mỗi năm cung ứng khoảng 80.000 tấn bơ, năm 2020, sản lượng bơ ở Đắk Lắk đạt 52000 tấn [5]. Hàng năm, ước tính có hàng chục ngàn tấn hạt Bơ Booth 7 ở nước ta chưa có hướng sử dụng. Khi tìm kiếm cụm từ “avocado” trên Cơ sở dữ liệu của Cơ quan Sở hữu trí tuệ thế giới WIPO, kết quả thu được cho thấy có tới 2218 sáng chế (SC) liên quan đến Bơ được đăng ký và 27 sáng chế liên quan đến perseitol - một loại polyol đặc trưng được tìm thấy trong cây bơ. Thông qua các SC đăng ký, lĩnh vực được nghiên cứu nhiều nhất là điều chế các sản phẩm chăm sóc da, chế biến làm thực phẩm và trích xuất dầu béo.

Tại Việt Nam, theo dữ liệu của Cục sở hữu trí tuệ Việt Nam, bằng sáng chế về bơ chỉ có duy nhất 1 sáng chế (chế phẩm khử mùi không khí từ quả bơ) được công nhận và bằng sáng chế về hạt bơ hiện nay vẫn chưa có. Để có thêm cơ sở khoa học cho việc tận dụng hạt bơ Booth 7- một loại phế phẩm nông nghiệp trong lĩnh vực Dược-Mỹ phẩm tại Việt Nam, chúng tôi tiến hành đề tài tài “Nghiên cứu thành phần hóa học của hạt Bơ (Persea americana Mill.) thu hái tại Đắk Lắk” với các mục tiêu sau: - Xác định thành phần hóa học bằng phản ứng định tính. Ứng dụng HPLC-MS/MS trong xác định thành phần hóa học các phân đoạn dịch chiết hạt Bơ. - Xác định cấu trúc và hiệu suất chất thu được từ quá trình tinh chế thành phần chất tan chính trong nước từ hạt bơ.

Vị trí phân loại, đặc điểm hình thái và phân bố của loài Persea americana Mill. Vị trí phân loại loài Persea americana Mill. Theo “Hệ thống phân loại về ngành Ngọc lan (Magnoliophyta)” của tác giải A. Takhtajan [39], chi Persea có vị trí phân loại như sau: Giới Thực vật: Plantae Ngành Ngọc lan: Magnolipphyta Lớp Ngọc lan: Magnolipsida Phân lớp Ngọc lan: Magnollidae Bộ Long não: Laurales Họ Long não: Lauraceae Chi: Persea Loài: Persea americana Mill.

Tên đồng nghĩa của loài Persea americana Mill. [48], [49], Persea drymifolia Schlecht. and cham[48], Persea gratissima Gaertn. Tên gọi 'Avocado' bắt nguồn từ từ 'ahucatl' của người Aztec.

Trong tiếng Tây Ban Nha rút ngắn đi gọi là Aguacate và trong tiếng Anh gọi là Avocado [6], [34]. Đặc điểm hình thái Cây Bơ cao khoảng 20 mét. Lá lúc còn non thường có lông mịn, màu hơi đỏ hoặc màu đồng nhưng đến khi trưởng thành, lá có màu xanh láng và dài[6]. Hình dạng lá rất thay đổi từ hình thuỗn đến hình dao, mỗi lá dài 12 – 25 cm[4].

Chóp lá thường bén nhọn nhưng có vài giống chóp lá hơi tròn. Hoa có màu xanh nhạt hoặc xanh vàng, thường mọc thành chùm trên đoạn cuối cành tạo quả. Mỗi hoa lớn độ 5 - 10 mm, khi hoa nở hoa có đường kính 12 - 14 mm. Quả Bơ có trọng lượng và hình dáng khác nhau tùy giống: tròn, trứng, quả lê, thuỗn, … Quả có ba phần rõ rệt: vỏ, thịt và hạt.

Bề dày 2 và cấu tạo vỏ thay đổi tùy giống. Quả của những giống thuộc chủng Mexico thường có vỏ mỏng và láng, chủng Guatemala và Antilles thường có vỏ dày hơn[6]. Màu sắc của vỏ quả thay đổi từ màu xanh sáng, màu xanh nhạt, xanh vàng hoặc tím đến tím sẫm khi chín. Thịt quả thường có màu vàng kem hoặc màu vàng sáng, có giống cho thịt màu vàng xanh ở sát phần vỏ quả.

Thịt quả có hàm lượng dầu béo rất cao so vớ các loại quả khác. Hạt trái Bơ hình tựa quả trứng, dài 5 – 6 cm, nằm trong trung tâm, màu nâu đậm và rất cứng. Hạt được 2 lớp vỏ lụa bao bọc, gồm có hai tử diệp (nội nhũ) hình bán cầu. Giữa hai tử diệp có phôi hạt nằm về phía cuống trái và khi hạt nảy mầm, cây mầm sẽ mọc thẳng từ dưới lên trên theo trục thẳng đứng của hạt.

Mặt ngoài tử diệp (nội nhũ) trơn láng hoặc sần sùi tùy theo giống và hình dạng cũng biến động khá nhiều [4]. Phân bố Persea americana Mill. hay cây Bơ là một loại trái cây bản địa nhiệt đới của Mỹ [48]. Bằng chứng khảo cổ học sớm nhất về loại quả này có từ thế kỷ thứ 8 trước Công nguyên, nơi hạt của nó được tìm thấy được chôn cùng với một xác ướp, ở Peru [33].

Vào giữa những năm 1800, Persea americana Mill. đã được trồng phổ biến khắp châu Á. Ngày nay, nó được trồng và thu hoạch trên toàn thế giới [34]. Thành phần hóa học loài Persea americana Mill.

Thịt quả Phần thịt bơ thường chiếm 1/3 trọng lượng quả bơ và đây cũng là phần có nhiều thành phần dinh dưỡng nhất được tìm thấy. Thịt bơ chứa hàm lượng protein, carbohydrat và lipid tương đối cao so với các loại trái cây khác và thay đổi tùy theo vùng sinh thái, giống Bơ, độ chín cũng như thời gian thu hái. Trong thịt Bơ còn chứa khoảng 14 loại vitamin và nhiều khoáng chất cần thiết cho cơ thể [4]. Thành phần dinh dưỡng chính của 100g thịt trái Bơ tươi Thành phần Đơn vị Hàm lượng Calories Kcal 171,0 Thành phần dinh dưỡng chính g Protein 2,2 3 Chất béo 17,0 Carbonhydrate tổng 6,0 Chất khoáng mg Kali 340-723 Phospho 20-80 Canxi 10-15 Magie 40-60 Sắt 0,5-2 Vitamin β-caroten iu 370-750 Vitamin B2 µg 95-230 Vitamin B1 µg 60-240 Cholin mg 17-22 Folacin µg 30-62 Vitamin C iu 1,6-30 Vitamin E iu 1,6-2,4 Phytochemical β-sitosterol mg 75 Lutein mcg 293 Theo phân tích của NHANES, Thành phần dinh dưỡng và thành phần hóa học trong 68g Bơ Hass như sau [20], [34], [43]: Bảng 1.

Thành phần dinh dưỡng trong 68g Bơ Hass STT Thành phần Khối lượng STT Thành phần Khối lượng 1 Tổng lượng đường 0,2 10 Folate 60 mg 2 Acid béo đơn 6,7 g hay 11 Vitamin B6 0,2 mg không bão hòa 114 kcal 3 Sodium 5,5 mg 12 Niacin 1,3 mg 4 Potassium 345 mg 13 Pantothenic acid 1,0 mg 5 Magnesium 19,5 mg 14 Riboflavin 0,1 mg 6 Vitamin A 43 μg 15 Choline 10 mg 7 Vitamin C 6,0 mg 16 Lutein/Zeaxanthin 85 μg 8 Vitamin E 1,3 mg 17 Phytosterol 57 mg 4 9 Vitamin K1 14 μg 18 Chất xơ 4,6 g Dầu bơ chứa: Diệp lục, carotenoid, alpha- tocopherol, acid béo không bão hòa (acid oleic) [31]. Dầu bơ giàu acid béo đơn không bão hòa, trong đó acid oleic có hàm lượng cao nhất. Thành phần các acid béo có trong dầu bơ gồm[10]: acid palmitic (28,21%), acid palmitoleic (5,69%), acid stearic (0,69%), acid oleic (50,95%), acid linoleic (13,87%), acid linolenic (0,58%). Ngoài ra còn có sự hiện diện của một lượng nhỏ các acid béo khác như acid lignoceric, acid arachidic, acid margaric, acid behenic, acid gadolenic, docosadienoic, myristic and eicosanoic acid [15], [32], [38].

Dầu bơ cũng chứa β- sitsterol, lecithin, khoáng chất và vitamin [4]. Theo báo cáo của Moreno cùng cộng sự năm 2003, một số hợp chất khác cũng được tìm thấy trong thịt bơ như: farnesene; 1,2,4-trimethylbenzene; 2,4-decadyenal; 2- docen-1-al; 2-propanoic acid 2-ethylhexyl ester; alpha-bisabolene; arachidonic; 1,2- dimethylbenzene, 1,4-dimethylbenzene, 4-ethyl-1,2-dimethylbenzene; acid benzoic 2- hydroxymethyl ester; caryophyllene oxide; cyclotetradecane; decane; decyl aldehyde; docosadienoic; dodecane; eicosanoicacids; erucic [27]. Bơ có chứa các hợp chất: pepyon, β- galactoside, acid glycosylated abscisic, alcaloid, cellulose, polygalactourease, polyuronoidvà các tinh dầu [27], [48]. Một nhóm hợp chất khác cũng được xác nhận hiện diện trong thịt quả bơ là cácalkanol với hoạt tính sinh học khá đa dạng: persenon A; (2E,5E,12Z,15Z)-1- hidroxyheneicosa-2,5,12,15-tetraen-4-on; (2E,12Z,15Z)-1-hydroxyheneicosa-2,12,15- trien-4-on và (5E,12Z)-2-hydroxy-4-oxoheneicosa-5,12-dien-1-yl acetat [4].

Hạt Thành phần dinh dưỡng trong bột hạt bơ: nước (8,6%), chất béo (14,1%), xơ(7,1%), tro (2,4%), protein ( 23%), carbohydrate (44,7%), khoáng (mg/100g)( Mg 0,01 , Ca (0,82), Zn (0,18) K (4,16), Na (1,41), P ( 0,09))[21]. Thành phần hóa học của bột hạt bơ gồm các nhóm chất: flavonoid, tanin, saponin, phenolic [20]. 5 Theo Torr và cộng sự năm 2014, hạt bơ được báo cáo có các các nhóm chất: alcaloid, tannin, saponin, steroid/triterpenoid không bão hòa, 2-deoxysugar, flavonoid (leucoanthocyanins), chất béo [40]. Các hợp chất có mặt trong hạt bơ gồm: a.

Acid hữu cơ: acid citric; acid isocitric; acid malic; acid quinic; acid succinic; acid synaptic, acid 13-octadecenoic, acid 15-hydroxypentadecanoic; acid9- octadecenoic; acid adipic; acid arachidic; gadoleic acid; acid gallic; acid linoleic; acid myristic; acid palmitic; acid palmitoleic; acid stearic; acid syringic [9], [19], [29], [37], [44], [47]. Catechin: catechin, epicatechin, (epi)catechinglucopyranoside, (Epi)gallocatechin[19], [37]. Phenolic acid: acid 3,4-dihydroxyphenylacetic; acid 3-feruloylquinic; acid 3- O-caffeoylquinic; acid 3-p-coumaroylquinic; acid 4-feruloylquinic; acid 4- hydroxybenzoic; acid 4-O-caffeoylquinic; acid 4-p-coumaroylquinic, acid 5-O- caffeoylquinic; acid 5-p-coumaroylquinic; acid benzoic; acid caffeic; acid dihydrocaffeic; ethyl protocatechuate; acid ferulic; acid gentisic; acid hydroxyferulic; acid hydroxycinamic; acid p-coumaric; acid protocatechuic; acid vanillic [19], [37]. Phenolic alcohol: hydroxytyrosol glucoside; tyrosol-glucoside; tyrosol- glucosyl-pentoside[19].

Tannin: procyanidin dạng dimer, trimer, tetramer và pentamer; procyanidin trimer A; procyanidin B2 [19]. Hợp chất khác: perseitol; hydroxyabscisic acid glucoside; penstemide; pyrocatechol (1,2-dihydroxybenzen); pyrogallol(1,2,3-trihydroxybenzen); vanillin; avocadene; AcO-avocadene ((2S,4S)-1-acetoxy-2,4- dihydroxy-n-heptadeca-16-ene); 6 avocadyne; AcO-avocadyne; AcO-avocadiene B; cinchonain; (1’R,3’R,5’R,8’S)-epi- dihydrophaseic acid β-D-glucoside; pentadecan-1,15-diol; 10-methyloctdecenoate; 2,3-dihydroxypropyl 9-octadecenoat (este của acid oleic); 2,3-dihydroxypropyl hexadecanoat; methyl 7-octadecenoat; 9-octdecenamide; (1'S,6'R)-8'-hydroxyabscisic acidβ-D-glucoside; (1'S,3'R,5'R,8'S)-epi-dihydrophaseic acid β-D -glucoside; decanamide; hexadecanamide; methyl 9-octadecenoat (este của acid oleic); persedien; persenone A; persenone B; persenone C; persin [9], [16], [19], [29], [35], [36], [37]. Cấu tạo một số hợp chất có trong hạt bơ Persea americana Mill. Thành phần perseitol trong hạt bơ được biết đến với các ứng dụng trong y học nhưdùng làm nguyên liệu sản xuất thuốc điều trị, ngăn ngừa các bệnh liên quan đến thay đổi khả năng miễn dịch bằng cách tăng sản xuất các peptit kháng khuẩn ; nguyên 7 liệu sản xuất chế phẩm hạn chế sự sinh sôi của nấm men để ngăn ngừa hay điều trị chứng mycoses [51].

Tác dụng sinh học hạt bơ loài Persea americana Mill. Bơ đậu nành không xà phòng hóa (hay còn gọi Avocado Soy Unsaponifiables (ASU)) làm giảm đau, cứng đồng thời cải thiện chức năng khớp, giúp giảm sự phụ thuộc vào thuốc giảm đau ở bệnh nhân viêm xương khớp [12]. Năm 2009, chiết xuất từ hạt bơ được báo cáo là có tác dụng gây độc đối với các vi nấm gây bệnh như Candida sp, Cryptococcus neoformans [25]. Năm 2017, tác dụng chống viêm và giảm đau tiềm năm của dịch chiết methanol của hạt bơ được báo cáo [17].

Năm 2017, Abubakar cùng các cộng sự đã báo cáo tác dụng gây độc tế bào với giá trị IC50 rất thấp của một triterpenoid chiết xuất từ hạt bơ và có khả năng trở thành một nguyên liệu thay thế để ức chế bệnh ung thư gan [7].