Nghiên cứu chiết tách và chuyển hóa zerumbone trong một số cây thuốc thuộc họ gừng (zingiberaceae) việt nam và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào ung thư

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

--------

VƢƠNG VĂN TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH VÀ CHUYỂN HOÁ
ZERUMBONE TRONG MỘT SỐ CÂY THUỐC THUỘC
HỌ GỪNG (ZINGIBERACEAE) VIỆT NAM VÀ KHẢO
SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC

Hà Nô ̣i - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN

--------

VƢƠNG VĂN TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH VÀ CHUYỂN HOÁ
ZERUMBONE TRONG MỘT SỐ CÂY THUỐC THUỘC
HỌ GỪNG (ZINGIBERACEAE) VIỆT NAM VÀ KHẢO
SÁT HOẠT TÍNH GÂY ĐỘC TẾ BÀO UNG THƢ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC
Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

Mã số:

62440114

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Văn Ngọc Hƣớng
2. GS.TS. Nguyễn Đình Thành

Hà Nội - 2016


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả đƣợc nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 10 tháng 3 năm 2016

Ký tên

Vƣơng Văn Trƣờng


LỜI CẢM ƠN!

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Văn Ngọc
Hướng và GS.TS. Nguyễn Đình Thành đã giao đề tài, tạo mọi điều kiện và
tận tình hướng dẫn em hoàn thành bản luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lưu Văn Chính đã nhiệt tình giúp đỡ
tôi trong quá trình làm luận án.
Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn đến các thầy, các cô trong Bộ môn

Hoá Hữu cơ và các thầy, các cô của Khoa Hoá học đã đóng góp nhiều ý kiến
quý báu để tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám
hiệu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội và các
phòng, ban chức năng đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu và
hoàn thành luận án.
Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn đến Đảng uỷ, Ban Tổng giám đốc
Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga đã tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ tôi trong
quá trình học tập và thực hiện công trình này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể Phòng Vật liệu, tập
thể Viện Độ bền Nhiệt đới, Trung tâm Nhiệt đới Việt Nga nơi tôi công tác và
tiến hành các thực nghiệm của luận án. Tập thể Phòng đã giúp đỡ, động viên
và chia sẻ nhiều khó khăn với tôi trong thời gian qua.
Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2016
Tác giả luận án

Vương Văn Trường


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN

3

1.1.

Tổng quan về chi Zingiber

3

1.1.1.

Vài nét về thực vật học của chi Zingiber

3

1.1.2.

Thành phần hóa học của tinh dầu chi Zingiber

4

1.2.

Tổng quan về cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith)

4

1.2.1.

Đặc điểm thực vật

7

1.2.2.

Nguồn gốc và phân bố

7

1.2.3.

Thành phần hoá học của cây Gừng gió

8

1.2.4.

Y học dân tộc và cây Gừng gió

14

1.3.

Tổng quan về zerumbone

16

1.3.1

Nguồn gốc, cấu trúc và tính chất vật lý của zerumbone

16

1.3.2.

Nguồn nguyên liệu cho zerumbone

16

1.3.3.

Các phƣơng pháp phân lập zerumbone

18

1.3.4.

Hoạt tính sinh học của zerumbone

19

1.3.5.

Hoạt tính phòng ngừa và chống tái phát ung thƣ của zerumbone

23

1.3.6.

Chuyển hóa hóa học của zerumbone và các dẫn xuất của nó

25

CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM

37

i


2.1

Hoá chất và phƣơng tiện nghiên cứu

37

2.1.1.

Nguyên liệu và hoá chất

37

2.1.2.

Các thiết bị dùng cho nghiên cứu

37

2.2.

Các phƣơng pháp thực nghiệm

38

2.3.

Phân tích tinh dầu và zerumbone trong củ của 4 cây thuốc thuộc
họ Gừng

38

2.3.1.

Lý lịch mẫu

38

2.3.2.

Xử lý mẫu

39

2.3.3.

Điều chế tinh dầu

39

2.3.4.

Phân lập zerumbone qua tinh dầu và kết tinh phân đoạn

44

2.3.5.

Phân lập zerumbone bằng phƣơng pháp chiết và sắc ký cột

44

2.3.6.

Phân lập zerumbone bằng phƣơng pháp ép thuỷ lực, chiết và kết
tinh phân đoạn

45

2.4.

Tổng hợp một số hydrazide (1a-l)

45

2.5.

Chuyển hoá zerumbone với các hydrazide

48

2.6.

Chuyển hoá zerumbone oxide với các hydrazide

51

2.7.

Chuyển hoá zerumbone với một số amine

55

2.8.

Tổng hợp các dẫn xuất của zerumbone với các chalcone thông
qua cầu liên kết 1-ethylen-4-methylen-1,2,3-triazol

57

2.9.

Tổng hợp các dẫn xuất của zerumbone với các chalcone thông
qua cầu liên kết trimethylen

62

CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

ii

66


3.1.

Nguyên liệu zerumbone

66

3.2.

Phân lập zerumbone

67

3.3.

Chuyển hoá zerumbone thành các hợp chất mới

69

3.3.1.

Tổng hợp các acid hydrazide

73

3.3.2.

Chuyển hoá zerumbone với các hydrazide

77

3.3.3.

Chuyển hoá zerumbone oxide với các hydrazide

90

3.3.4.

Chuyển hoá zerumbone với một số amine

101

3.3.5.

Tổng hợp các dẫn xuất của zerumbone với các chalcone thông
qua cầu liên kết 1-ethylen-4-methylen-1,2,3-triazol

105

3.3.6.

Tổng hợp các dẫn xuất của zerumbone với các chalcone qua cầu
liên kết trimethylen

128

3.4.

Nghiên cứu hoạt tính sinh học của các hợp chất mới tổng hợp
đƣợc

145

3.4.1.

Hoạt tính sinh học của các dẫn xuất của zerumbone với các
hydrazide

145

3.4.2.

Hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ của các sản phẩm lai hoá của
zerumbone với các chalcone

147

KẾT LUẬN

151

KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

153

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN

154

TÀI LIỆU THAM KHẢO

155

PHỤ LỤC

169

iii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CTPT

Công thức phân tử

DMSO

Dimetyl sunphoxit

Đnc

Điểm nóng chảy

Đs

Điểm sôi

EI-MS

Phổ khối va chạm electron

ESI-MS

Phổ khối bụi phân tử

FT-IR

Phổ hồng ngoại

GC-MS

Sắc ký khí ghép nối khối phổ

HR-MS

Phổ khối phân giải cao

KLPT

Khối lƣợng phân tử

NMR

Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân

SKBM

Sắc ký bản mỏng

SKC

Sắc ký cột

THF

Tetrahydrofuran

TMAS

Trimetylallylsilan

TMS

Trimetylsilan

WHO

Tổ chức Y tế thế giới

iv


DANH MỤC BẢNG

Bảng

Trang

1.1 Một số chỉ số hóa học của tinh dầu củ Gừng gió vùng BTT và ĐL-Việt
Nam

9

1.2 Thành phần hóa học của tinh dầu củ Gừng gió vùng BTT-VN

9

1.3 Thành phần hóa học của tinh dầu thân, lá Gừng gió vùng BTT-VN

10

1.4 Thành phần hóa học của tinh dầu hoa Gừng gió vùng BTT-VN

11

1.5 Thành phần hoá học tinh dầu củ Gừng gió sau khi đã tách

12

zerumbone kết tinh
1.6 Hàm lƣợng zerumbone của tinh dầu Z. zerumbet ở một số vùng

17

trên thế giới
1.7 Một số cây đã phát hiện có chứa zerumbone

18

1.8 Cƣờng độ gây độc tế bào ung thƣ của zerumbone in vitro

20

2.1 Hiệu suất tinh dầu tính theo nguyên liệu tƣơi của một số cây nghiên

40

cứu
2.2 Thành phần hoá học tinh dầu cây Gừng gió sau khi đã lọc tinh thể

41

zerumbone (Zingiber zerumbet)
2.3 Thành phần hoá học tinh dầu cây Gừng tía (Zingiber purpureum)

41

2.4 Thành phần hoá học tinh dầu Ngải xanh (Zingiber ottensii)

42

2.5 Thành phần hoá học tinh dầu Nghệ đen (Curcuma zedoaria)

43

v


2.6 Hàm lƣợng zerumbone trong tinh dầu 4 cây thuốc thuộc họ Gừng

44

3.1 Dữ liệu phổ NMR của zerumbone

69

3.2 Kết quả tổng hợp các hydrazide (1a-l)

72

3.3 Dữ liệu phổ 1H-NMR của các hydrazide béo (1a-f)

73

3.4 Các dữ liệu phổ 13C-NMR của các hydrazide béo (1a-f)

74

3.5 Phổ 1H-NMR của các hydrazide thơm (1g-l)

75

3.6 Dữ liệu phổ MS của các hydrazide thơm (1g-l)

76

3.7 Kết quả tổng hợp của các sản phẩm ngƣng tụ zerumbone với các
hydrazide

78

3.8 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ
zerumbone với hydrazide béo (2a-f)

84

3.9 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ
zerumbone với hydrazide béo (2a-f)

85

3.10 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ
zerumbone với hydrazide thơm (2g-l)

86

3.11 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ
zerumbone với hydrazide thơm (2g-l)

87

3.12 Phổ HR-MS của các hợp chất 2a-f

89

3.13 Phổ MS của các hợp chất 2g-l

89

3.14 Kết quả tổng hợp của các sản phẩm ngƣng tụ zerumbone oxide với
hydrazide

93

3.15 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ

95

vi


zerumbone oxide với hydrazide béo 3a-f
3.16 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ
zerumbone oxide với các hydrazide béo 3a-f

96

3.17 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ

97

zerumbone oxide với các hydrazide thơm 3g-l
3.18 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm ngƣng tụ

98

zerumbone oxide với các hydrazide thơm 3g-l
3.19 Dữ liệu phổ HR-MS của các hợp chất 3a-f

101

3.20 Dữ liệu phổ MS của các hợp chất 3g-l

101

3.21 Kết quả tổng hợp các chất 4a-f

102

3.22 Dữ liệu phổ 1H-NMR của các hợp chất 4a-f

104

3.23 Kết quả tổng hợp các chất trung gian 11a-g

113

3.24 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của dãy 11a-g

115

3.25 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của dãy 11a-g

116

3.26 Dữ liệu phổ MS của các chất dãy 11a-g

118

3.27 Kết quả tổng hợp các chất đích 12a-g

119

3.28 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm đích 12a-g

125

3.29 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các sản phẩm đích 12a-g

126

3.30 Dữ liệu phổ HR-MS dãy 12a-g

128

3.31 Kết quả tổng hợp các chất trung gian 13a-f

129

vii


3.32 Kết quả tổng hợp các chất trung gian 14a-f

130

3.33 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các chất trung gian 14a-f

132

3.34 Các tín hiệu trong phổ 13C-NMR của các chất trung gian 14a-f

133

3.35 Kết quả phổ MS của dãy 14a-f

135

3.36 Kết quả tổng hợp các chất đích 15a-f

135

3.37 Các tín hiệu trong phổ 1H-NMR của các sản phẩm 15a-f

141

3.38 Dữ liệu phổ 13C-NMR của dãy 15a-f

142

3.39 Dữ liệu phổ HR-MS của dãy 15a-f

144

3.40 Nồng độ ức chế VSVKĐ của một số sản phẩm ngƣng tụ (2a-f và

145

3a-f)
3.41 Kết quả khảo sát hoạt tính gây độc tế bào Hep-G2 của một số sản

146

phẩm ngƣng tụ
3.42 Cƣờng độ ức chế tế bào ung thƣ của các dẫn xuất 12a-g và 15a-f

viii

148


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình

Trang
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1

Ảnh cây, hoa và lát cắt cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith)
vùng Tam Đảo-Vĩnh Phúc

5

1.2

Mƣời loại gừng gió đã biến đổi

6

1.3

Sơ đồ phản ứng khử zerumbone và este hoá dẫn xuất

26

1.4

Phản ứng khử hoá zerumbone oxide

26

1.5

Các dẫn xuất của zerumbone khử hoá bằng LAH

27

1.6

Khử hoá dẫn xuất của zerumbone bằng NaBH4

27

1.7

Phản ứng cộng liên hợp với amine

28

1.8

Phản ứng cộng liên hợp với cyanide và brom

29

1.9

Phản ứng cộng hợp hydro vào nối đôi liên hợp

29

1.10

Phản ứng epoxy hoá zerumbol

30

1.11

Phản ứng tổng hợp bisepoxide zerumbol

30

1.12

Phản ứng tổng hợp triepoxide zerumbol

31

1.13

Sơ đồ tổng hợp zerumbone kiểu allen dạng vòng 12 cạnh

32

1.14

Phản ứng tổng hợp bicyclic acid carboxylic từ dẫn xuất dibrom

33

1.15

Phản ứng tổng hợp bicyclic và tricyclic nitril

33

1.16

Sự sắp xếp lại vòng zerumbone oxide xúc tác acid formic

34

ix


1.17

Phản ứng mở vòng từ dẫn xuất dibrom, phân cắt liên kết 1-2

34

1.18

Phản ứng mở vòng dẫn xuất 3-dimethyl amino, phân cắt liên kết 2-3

35

1.19

Sơ đồ phản ứng sinh tổng hợp zerumbone đề xuất bởi Yu

35

1.20

Sơ đồ bán tổng hợp zerumbone từ humulene của Shirahama

36

1.21

Sơ đồ tổng hợp toàn phần zerumbone của Komada

36

CHƢƠNG 2: PHẦN THỰC NGHIỆM
2.1

Thiết bị cất tinh dầu

39

2.2

Sơ đồ chuyển hoá zerumbone với các hydrazide

48

2.3

Sơ đồ chuyển hoá zerumbone oxide với các hydrazide

51

2.4

Sơ đồ chuyển hoá zerumbone với amine

55

2.5

Sơ đồ phản ứng tổng hợp 12a-g

57

2.6

Sơ đồ phản ứng tổng hợp 15a-f

62

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1

Sơ đồ qui trình phân lập zerumbone từ củ Gừng gió

68

3.2

Phổ 1H-NMR của zerumbone

70

3.3

Phổ 13C-NMR của zerumbone

70

3.4

Phổ 1H-NMR của valeric acid hydrazide (1b)

73

3.5

Phổ 13C-NMR của valeric acid hydrazide (1b)

74

3.6

Phổ 1H-NMR của benzohydrazide (1g)

75

3.7

Phổ ESI-MS của hợp chất benzohydrazide (1g)

76

x


3.8

Cơ chế phản ứng ngƣng tụ zerumbone với hydrazide

78

3.9

Phổ 1H-NMR của sản phẩm ngƣng tụ zerumbone với
benzohydrazide (2g)

79

3.10

Phổ

13

C-NMR của sản phẩm ngƣng tụ zerumbone với

80

benzohydrazide (2g)
Phổ 1H-1H COSY giãn của hợp chất 2g (vùng thơm)

81

3.11b Phổ 1H-1H COSY giãn của hợp chất 2g (khung zerumbone)

81

3.12a

82

3.11a

Phổ HSQC của hợp chất 2g (vùng khung zerumbone)

3.12b Phổ HSQC của hợp chất 2g (vùng thơm)

82

3.13

Phổ tƣơng tác xa HMBC của hợp chất 2g (vùng thơm)

83

3.14

Phổ HR-MS của hợp chất 2b

88

3.15

Phổ ESI-MS của hợp chất 2g

89

3.16

Phổ 1H-NMR của zerumbone oxide

91

3.17

Phổ 13C-NMR của zerumbone oxide

92

3.18

Phổ MS của zerumbone oxide

92

3.19

Phổ 1H-NMR của chất 3a

94

3.20

Phổ 13C-NMR của chất 3a

95

3.21

Phổ HR-MS của hợp chất 3f

100

3.22

Phổ MS của hợp chất 3j

100

3.23

Phổ 1H-NMR của 4b

103

3.24

Phổ 13C-NMR của 4b

103

xi


3.25

Cơ chế chuyển vị Beckman của zerumbone oxime

106

3.26

Phổ 1H-NMR của azazerumbone 2 (5)

109

3.27

Phổ 13C-NMR của azazerumbone 2 (vùng thơm)

109

3.28

Phổ

1

H-NMR của (3E,7E,11E)-5,5,8,12-tetramethyl-1-(prop-2-

110

ynyl)azacy clododeca-3,7,11-trien-2-one (6)
3.29

Phổ

13

C-NMR của (3E,7E,11E)-5,5,8,12-tetramethyl-1-(prop-2-

110

ynyl)azacyclododeca-3,7,11-trien-2-one (6)
3.30

Phổ 1H-NMR của 4-(2-bromoethoxy)-2-hydroacetophenone (8)

111

3.31

Phổ 13C-NMR của 4-(2-bromoethoxy)-2-hydroacetophenone (8)

111

3.32

Phổ 1H-NMR của 4-(2-azidoethoxy)-2-hydroacetophenone (9)

112

3.33

Phổ 13C-NMR của 4-(2-azidethoxy)-2-hydroacetophenone (9)

112

3.34

Phổ 1H-NMR của 4'-azidoethoxy-2'-hydroxy-3-methoxychalcone

114

(11b)

3.35

Phổ 13C-NMR của 4'-azidoethoxy-2'-hydroxy-3-methoxychalcone
(11b)

115

3.36

Phổ MS của 11b

117

3.37

Phổ 1H-NMR của hợp chất 12b

120

3.38

Phổ 13C-NMR của hợp chất 12b

121

3.39

Phổ tƣơng tác gần HSQC của 12b

122

3.40

Phổ tƣơng tác xa HMBC của 12b

124

3.41

Phổ HR-MS của chất 12b

127

3.42

Phổ 1H-NMR của hợp chất 14b

131

xii


3.43

Phổ 13C-NMR của hợp chất 14b

132

3.44

Phổ MS của 14b

134

3.45

Phổ 1H-NMR của hợp chất 15a

137

3.46

Phổ 13C-NMR của hợp chất 15a

138

3.47

Phổ tƣơng tác gần HSQC của hợp chất 15a

139

3.48

Phổ tƣơng tác xa HMBC của hợp chất 15a

141

3.49

Phổ HR-MS của 15a

144

xiii


MỞ ĐẦU
Nƣớc ta ở vùng nhiệt đới gió mùa, có thảm thực vật phong phú và đa dạng vào
bậc nhất thế giới. Theo thống kê mới nhất, nƣớc ta có 337 họ thực vật, 2362 chi và
10555 loài. Trong đó đáng chú ý là 3200 loài thực vật đƣợc dùng làm cây thuốc để
chữa các bệnh khác nhau trong dân gian từ hàng ngàn năm. Đặc biệt có nhiều cây quý
hiếm nhƣ cây Thông đỏ là nguồn nguyên liệu sản xuất thuốc ung thƣ phổ biến Taxol,
cây Dừa cạn là nguyên liệu để sản xuất vincristine và vinblastine chữa ung thƣ máu và
nhiều bệnh ung thƣ khác. Có những cây đƣợc ghi vào sách đỏ Việt Nam nhƣ cây Khổ
sâm Bắc Bộ (Croton tonkinensis Gagnep) dùng làm thuốc chữa viêm loét dạ dày thành
tá tràng nổi tiếng từ lâu đời [13].
Hai mƣơi lăm năm trở lại đây, cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith) nổi lên
nhƣ là một hiện tƣợng và đƣợc các nhà khoa học Mỹ, Nhật Bản đặc biệt quan tâm
nghiên cứu. Các nghiên cứu đã chỉ ra hoạt chất zerumbone từ cây Gừng gió là ứng cử
viên số một cho nghiên cứu thuốc mới chống ung thƣ [19,66,68]. Cuối năm 2014,
Rahman H.S. và cộng sự đã tổng kết 150 công trình nghiên cứu về Gừng gió và
zerumbone và đã khẳng định zerumbone ức chế mạnh sự phát triển của 17 loại ung thƣ
ngƣời khác nhau [83].
Nghiên cứu sử dụng nguồn tài nguyên thực vật cho sự phát triển kinh tế xã hội
là một nhiệm vụ chiến lƣợc lâu dài của nhà nƣớc và các nhà khoa học. Một trong các
hƣớng nghiên cứu sử dụng nguồn tài nguyên thực vật giàu có của đất nƣớc là nghiên
cứu các cây dƣợc liệu làm thuốc chữa bệnh cho nhân dân và nâng cao sức khoẻ cộng
đồng. Đây là việc làm thiết thực và cấp bách. Theo hƣớng này, chúng tôi chọn đề tài
“Nghiên cứu chiết tách và chuyển hoá zerumbone trong một số cây thuốc thuộc họ

Gừng (Zingiberaceae) Việt Nam và khảo sát hoạt tính gây độc tế bào ung thƣ”. Đề tài
có 4 nhiệm vụ chính sau.
1. Khảo sát hàm lƣợng tinh dầu và zerumbone trong bốn cây thuốc thuộc họ
Gừng (Zingiberaceae).
2. Nghiên cứu quy trình chiết tách zerumbone cho hiệu suất tốt và độ tinh khiết
cao.
3. Chuyển hoá zerumbone thành các sản phẩm mới theo hƣớng có hoạt tính
sinh học.
1


4. Khảo sát hoạt tính sinh học của các sản phẩm chuyển hoá đƣợc.
Đề tài cũng góp phần hỗ trợ cho việc thực hiện thành công Dự án sản xuất thử
nghiệm cấp nhà nƣớc “Hoàn thiện qui trình công nghệ sản xuất viên nang zerumboner
từ cây Gừng gió Việt Nam (Zingiber zerumbet Smith) để hỗ trợ điều trị ung thƣ”, mã
số CNHD-DASXTN 011/13-15 thuộc Chƣơng trình nghiên cứu khoa học công nghệ
trọng điểm quốc gia phát triển công nghiệp hoá dƣợc đến năm 2020.

2


CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN
1.1.

TỔNG QUAN VỀ CHI ZINGIBER

1.1.1. Vài nét về thực vật của chi Zingiber
Chi Zingiber là chi lớn thuộc họ Gừng (Zingiberaceae), Zingiber có khoảng
trên 100 loài. Các loài này phân bố rộng rãi từ phía Đông Á đến vùng nhiệt đới
Australia và đặc biệt có nhiều ở Malaysia [25]. Riêng ở Việt Nam, họ Gừng hiện

biết có 12 chi với 61 loài [2,3].
Các cây thuộc chi Zingiber có đặc điểm thực vật: là dạng cây thảo, cao 0,53,5 m. Thân rễ mập phân nhánh nhiều, tạo thành “củ” nằm ngang. Thịt “củ” nạc,
thơm và có vị the. Lá mọc so le theo hai phía đối xứng trên thân; phiến lá hình mác
thuôn đến bầu dục dài hoặc hình đƣờng chỉ; cuống lá rất ngắn hoặc hầu nhƣ không
có; bẹ lá nguyên hoặc xẻ hai thùy; lá có mùi thơm nhẹ. Cụm hoa bông, thƣờng mọc
từ thân rễ, đôi khi ở ngọn “thân giả”. Các hoa mọc sít nhau và mỗi hoa đƣợc bao
bởi một lá bắc sắp xếp nhƣ dạng vẩy cá từ dƣới lên trên; lúc đầu thƣờng có màu
xanh, sau chuyển dần sang màu vàng, đỏ nhạt, vàng sáng hoặc đỏ; cánh hoa hình
ống mảnh, màu trắng, vàng hoặc hồng; bao phấn thƣờng có dạng hình ống bao lấy
vòi nhụy, bầu ba ô nhẵn hoặc có lông dày; quả nang 3 ô; hạt nhiều, hình trứng hay
trái xoan, màu nâu đỏ, đen, trắng hay vàng [5].
Ở Việt Nam, Phạm Hoàng Hộ đã thống kê chi Zingiber gồm 11 loài [5]:
Gừng (Zingiber officinale Roscoe), Gừng lá nhọn (Zingiber acuminatum Valeton),
Gừng Nam Bộ (Zingiber cochinchinesis Gagn.), Gừng Eberhardt (Zingiber
eberhardtii Gagn.), Gừng lúa (Zingiber gramineum Bl.), Gừng một lá (Zingiber
monophylum Gagn.), Gừng bọc-da (Zingiber pellitum Gagn.), Gừng tía (Zingiber
purpureum Roscoe), Gừng đỏ (Zingiber rubens Roxb.), Gừng lông hung (Zingiber
rufopilosum Gagn.), Gừng gió (Zingiber zerumbet (L) J. E. Sm.).
Nhiều loài trong chi Zingiber không chỉ là cây thuốc quí mà còn là nguồn
nguyên liệu có giá trị trong chế biến thực phẩm. Các sản phẩm chế biến từ nhiều

3


loài thuộc chi Zingiber đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc Đông Nam Á nói riêng và
trên toàn thế giới nói chung [14].
1.1.2. Thành phần hóa học của tinh dầu chi Zingiber
Thành phần tinh dầu của các cây họ Gừng nói chung cũng nhƣ các loài
Zingiber nói riêng đều rất phong phú. Tuy nhiên thành phần chính vẫn là các chất
terpenoid.

Tinh dầu Z. officinale Ấn Độ có chứa hơn 50 hợp chất terpenoid khác nhau
gồm các hydrocarbon sesquiterpen, các sesquiterpen alcohol và các monoterpenoid.
Trong đó thành phần chính là zingiberene chiếm 39,12% và ar-curcumen chiếm
13,85%. Zingiberene đƣợc biết đến với nhiều tính chất quí đƣợc sử dụng trong
ngành dƣợc phẩm và hƣơng liệu. Trong tinh dầu thân rễ của Z. purpureum, các
thành phần chính là monoterpen sainene chiếm 24,76% và terpineol chiếm 20,06%.
Terpineol cũng đƣợc sử dụng nhiều trong pha chế nƣớc hoa và hƣơng liệu. Thành
phần chính của tinh dầu Z. zerumbet là các hydrocarbon sesquiterpen, trong đó
thành phần chính là α-humulen chiếm 12,6%, monocyclic sesquiterpen keton
zerumbone chiếm 34,71%. Trong đó zerumbone là dẫn xuất oxi hoá của humulen
đƣợc biết đến là chất có khả năng ức chế vi khuẩn mạnh và đặc biệt là ức chế đƣợc
nhiều dòng tế bào ung thƣ ngƣời [43].
1.2.

TỔNG QUAN VỀ CÂY GỪNG GIÓ (Zingiber zerumbet Smith)
Cây Gừng gió có tên khoa học là Zingiber zerumbet (L) J. E. Sm. (hay

Zingiber zerumbet Sm.) thuộc chi Gừng (Zingiber), họ Gừng (Zingiberaceae).
Ngoài ra cây Gừng gió còn có một số tên đồng nghĩa sau: Amomum zerumbet L.
(1753); Zingiber amaricans Blume (1872); Z.aromaticum Valeton (1918); Z.
littorale Valeton (1918) [11]. Ở mỗi nƣớc, cây Gừng gió đƣợc gọi với nhiều tên
riêng: Riềng dại, Ngải mặt trời, Ngải xanh (Việt Nam), Khuhet phtu, Prateal vong
atit (Campuchia), Gingembre fou (Pháp) và Phong khƣơng (Trung Quốc)
[2,5,13,14].

4


Nhƣng trong quá trình phát triển ở các vùng lãnh thổ khác nhau, khí hậu
khác nhau, nhiệt độ khác nhau loài Gừng gió (Z. zerumbet) có nhiều thay đổi: Có

loại Gừng gió (Z. zerumbet) có hoa màu đỏ; có loại Gừng gió (Z. zerumbet) có hoa
màu trắng; cũng có loại Gừng gió (Z. zerumbet) có hoa vừa đỏ vừa trắng. Xem ảnh
minh ho ̣a dƣới đây (Hình 1.2) [6].
Trong luận văn của mình chúng tôi chọn loại Gừng gió có hoa màu đỏ, ruột
củ màu vàng xanh, vị the và không cay (xem Hình 1.1).

Hình 1.1: Ảnh cây, hoa và lát cắt cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith) vùng
Tam Đảo-Vĩnh Phúc; Ảnh Nguyễn Quốc Bình (11/2011)

5


Hình 1.2: Mƣời loại Gừng gió đã biến đổi

6


1.2.1. Đặc điểm thực vật
Là dạng cây thảo, cao 1,2-1,7 m. Thân rễ (“củ”) phân nhánh, vỏ ngoài màu
trắng nhạt, thịt củ màu vàng nhạt hay màu vàng sáng, có mùi thơm. Ống bẹ lá sắp
xếp sít nhau tạo thành thân giả, phía ngoài có lông rải rác; lƣỡi gà nguyên, dài 1,52,5 cm. Lá mọc cách, ở hai phía đối nhau, gần nhƣ không cuống; phiến lá hình mác
thuôn, kích thƣớc 25-40 x 4-5 cm, thon ở gốc, chóp lá hình nhọn, mặt trên xanh lục
đậm, mặt dƣới xanh nhạt và có lông rải rác. Cụm hoa bông, hình trụ hay trứng, kích
thƣớc 6-14 x 4-5 cm, chóp tù, mọc từ thân rễ, trên cán dài 10-30 cm, thẳng, có
nhiều vẩy xếp lợp lên nhau bao quanh. Cụm hoa có nhiều lá bắc xếp lợp lên nhau, lá
bắc gần hình trứng, kích thƣớc 3-4 x 2,5 cm. Khi còn non có màu xanh, già lại
chuyển sang màu đỏ. Hoa mọc ở mỗi kẽ lá bắc; đài hình ống, dài 2,5 cm, ngắn hơn
lá bắc, màu trắng tràng hoa hình ống, dài 5-5,5 cm với các thùy hình mác dài, màu
vàng chanh; có 3 thùy, thùy phía lƣng lớn hơn, kích thƣớc 2,5 x 2 cm; các thùy bên
nhỏ, kích thƣớc 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 trụ hay bầu dục, dài 1,5 cm, khi
chín có màu đỏ; hạt ít, màu đen, áo hạt màu trắng [14].
1.2.2. Nguồn gốc và phân bố
Nhiều tác giả cho rằng Gừng gió có nguồn gốc từ Ấn Độ, đƣợc ngƣời dân
nơi đây trồng và tự nhiên hóa tại nhiều nƣớc Châu Á (Sri Lanka, Trung Quốc, Việt
Nam, Lào, Malaysia, Indonesia, Philippin, Campuchia, Thái Lan…). Gừng gió là
loài cây có nguồn gen đa dạng, sinh trƣởng nhanh, chống chịu khỏe, nên có khả
năng tự nhiên hóa mạnh [13,14].
Ở Việt Nam, cây mọc rải rác ở các tỉnh trung du, vùng núi thấp và đôi khi cả
ở đồng bằng. Cây ƣa ẩm, chịu bóng, thƣờng mọc ở ven rừng và dƣới tán rừng kín. ở
vùng trung du và đồng bằng, cây mọc lẫn trong các lùm bụi dƣới chân đồi hoặc
quanh các làng bản [2].

7


1.2.3. Thành phần hoá học của cây Gừng gió
Để sử dụng triệt để và có hiệu quả cây Gừng gió, ngƣời ta nghiên cứu thành
phần hoá học của nó. Kết quả nghiên cứu cho thấy thành phần hoá học chính của
cây Gừng gió là các terpenoid, đặc biệt là các sesquiterpenoid và các dẫn xuất oxy
của chúng. Các hợp chất này nằm trong tinh dầu củ cây Gừng gió, vì vậy điều quan
tâm trƣớc tiên trong thành phần hoá học cây Gừng gió chính là tinh dầu của nó.
Nghiên cứu tinh dầu cây Gừng gió nhằm mục đích cho sự phát triển của công
nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm, hƣơng liệu và mỹ phẩm. Các nƣớc đóng góp nhiều
nhất trong lĩnh vực này là Pháp, Ấn Độ, Malaysia, Bangladesh [24,27,33,40,87,97].
Tất cả các bộ phận của cây Gừng gió đều có tinh dầu. Hàm lƣợng tinh dầu cũng nhƣ
thành phần hoá học của tinh dầu ở các bộ phận khác nhau hoàn toàn khác nhau. Ở
mỗi bộ phận cây Gừng gió, hàm lƣợng tinh dầu và thành phần tinh dầu thay đổi
theo mùa vụ, vùng trồng, khí hậu và thổ nhƣỡng.
1.2.3.1. Thành phần hoá học củ Gừng gió

Củ Gừng gió không có vị cay nhƣng có mùi thơm mạnh, dễ chịu nên hàm
lƣợng tinh dầu khá lớn. Nghiên cứu củ Gừng gió vùng Bình Trị Thiên, Nguyễn
Xuân Dũng và cộng sự khẳng định rằng tinh dầu củ Gừng gió vùng này điều chế
theo phƣơng pháp cất cuốn hơi nƣớc cho hiệu suất 0,25%. Tinh dầu củ Gừng gió
mọc ở vùng Bình Trị Thiên (BTT) và Đắc Lắc (ĐL)-Việt Nam có các chỉ số hóa học
đƣợc dẫn ra trong Bảng 1.1 [1] và thành phần hoá học đƣợc phân tích GC-MS đƣợc
trình bày trong Bảng 1.2 [1,70]. Bảng 1.2 cho thấy, tinh dầu củ Gừng gió Bình Trị
Thiên có 7 thành phần chính, trong đó thành phần có hàm lƣợng lớn nhất là
zerumbone chiếm 72,3% khối lƣợng tinh dầu, sau đó là humulen chiếm 4,2%. Hầu
hết các thành phần chính là sesquiterpen chúng chiếm 88,2% tổng lƣợng tinh dầu.
Nếu so sánh hàm lƣợng zerumbone trong tinh dầu cây Gừng gió BTT với tinh dầu
Gừng gió Bang Kerala Miền Nam Ấn Độ thì thấp hơn (hàm lƣợng zerumbone trong
tinh dầu vùng này là 76,3-84,8) [87].

8