High effective extraction of selected anthraquinones from Polygonum multiflorum using ionic liquids with ultrasonic assistance
Trong những năm gần đây, độc tính của Hà thủ ô được cho là có liên quan đến các anthraquinon. Do đó, việc loại bỏ chọn lọc các anthraquinon sẽ góp phần cải thiện đáng kể tính an toàn của Polygonum multiflorum. Trong nghiên cứu này, phương pháp chiết xuất dựa trên chất lỏng ion được đề xuất lần đầu tiên nhằm chiết chọn lọc anthraquinon từ bột dược liệu với sự hỗ trợ của siêu âm. Mối quan hệ giữa hiệu quả chiết chọn lọc và các điều kiện chiết xuất quan trọng đã được khảo sát. Đồng thời, cơ chế chiết chọn lọc được làm rõ thông qua nghiên cứu động học chiết xuất và phương pháp tính toán. Bên cạnh đó, khả năng thu hồi chất lỏng ion cũng được đánh giá. Kết quả cho thấy hiệu suất chiết anthraquinon đạt mức cao (97,2%) cùng với độ chọn lọc tốt (7,32) đối với Polygonum multiflorum, và chất lỏng ion được thu hồi với tỷ lệ thu hồi đạt yêu cầu. Phương pháp này cho thấy tiềm năng trở thành một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn để phân lập anthraquinon từ các sản phẩm tự nhiên khác.
Giới thiệu
Polygonum multiflorum là một loài thuộc nhóm dược – thực phẩm đồng nguyên, đã được phát triển rộng rãi như một phụ gia thực phẩm chức năng và thành phần dược liệu với các công dụng như làm đen tóc, cải thiện trí nhớ và phòng chống nhiều rối loạn chức năng khác [1,2]. Cho đến nay, nhiều nghiên cứu dược lý và thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh Polygonum multiflorum còn có các hoạt tính sinh học khác như chống ung thư, chống viêm, hạ lipid máu, điều hòa miễn dịch, v.v. [3,4]. Trong số các thành phần cấu tạo đa dạng của Polygonum multiflorum, stilben glycosid và anthraquinon được xem là những chỉ thị quan trọng trong kiểm soát chất lượng và định lượng hàm lượng. Các nghiên cứu cho thấy hoạt tính chống oxy hóa của Polygonum multiflorum chủ yếu được quy cho stilben glycosid [5,6], trong khi các thành phần khác như flavonoid, hợp chất phenol và phospholipid cũng đã được chứng minh có những đặc tính dược lý và tiềm năng ứng dụng khác nhau [3].
Trong những năm gần đây, vấn đề an toàn trong việc sử dụng dược liệu ngày càng được quan tâm [7,8]. Độc tính của Polygonum multiflorum, đặc biệt khi sử dụng kéo dài, đã liên tục được nhiều nghiên cứu báo cáo [[9], [10], [11]]. Anthraquinon và các dẫn xuất của chúng được coi là nguyên nhân chính gây ra độc tính. Trong Polygonum multiflorum, hàm lượng anthraquinon có thể đạt tới 2,51% [12]. Yang và cộng sự phát hiện rằng anthraquinon thể hiện độc tính nghiêm trọng đối với phôi cá ngựa vằn, trong khi các hợp chất khác như stilben glycosid không cho thấy độc tính rõ rệt [11]. Bên cạnh đó, độc tính tế bào cao của các dẫn xuất anthraquinon như rhein, emodin và aloe-emodin đã được ghi nhận, liên quan đến ái lực liên kết của chúng với DNA và glutathion (GSH) [13]. Nhóm nghiên cứu của Wang đã chứng minh độc tính cấp tính do ánh sáng cảm ứng của các dẫn xuất anthraquinon đối với Daphnia magna [14]. Do đó, việc phát triển một phương pháp phân lập chọn lọc anthraquinon từ nguyên liệu thô là cần thiết nhằm giảm độc tính của Polygonum multiflorum và đảm bảo an toàn cho các ứng dụng của nó.
Tuy nhiên, việc chiết xuất chọn lọc các thành phần trong dược liệu bằng các dung môi truyền thống gặp nhiều khó khăn, vì vậy việc phát triển các phương pháp chiết xuất mới nhằm nâng cao tính chọn lọc, hiệu suất và khả năng ứng dụng thực tiễn là rất cần thiết [15]. Chất lỏng ion (ionic liquids – ILs), với nhiều đặc tính ưu việt như độ dẫn điện tốt, khả năng hòa tan cao, áp suất hơi thấp và độ ổn định thuận lợi, được định nghĩa là một nhóm dung môi phi phân tử có nhiệt độ nóng chảy dưới 100 °C [16]. Chúng đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như khoa học vật liệu, sinh hóa và khoa học môi trường. Trong những năm gần đây, việc sử dụng ILs trong phân tách các sản phẩm tự nhiên ngày càng thu hút sự quan tâm của giới nghiên cứu [17]. Dong và cộng sự đã áp dụng phương pháp chiết xuất chọn lọc các alkaloid tropan từ Radix physochlainae bằng dung dịch nước của ILs nền tropin [15]. Nhóm của Han phát hiện rằng lượng chiết luteolin và apigenin có thể đạt mức tương đối cao khi sử dụng dung dịch nước ILs [18]. Ngoài ra, Feng và cộng sự đã báo cáo một phương pháp chiết xuất tuần tự để phân lập chọn lọc stilben glycosid từ Polygonum multiflorum với sự hỗ trợ của ILs và thu được kết quả khả quan [12]. Do tính chọn lọc tốt, hiệu suất cao và khả năng thiết kế linh hoạt của ILs vẫn chưa được thể hiện đầy đủ trong các nghiên cứu đã công bố, nên có thể kỳ vọng sẽ có thêm nhiều chất chiết mới chứa ILs được phát triển và ứng dụng trong nghiên cứu sản phẩm tự nhiên [12].
Hàm lượng anthraquinon trong Polygonum multiflorum thấp hơn nhiều so với stilben glycosid, do đó việc lựa chọn một phương pháp hiệu quả để nâng cao hiệu suất chiết anthraquinon từ nguyên liệu là đặc biệt quan trọng. Siêu âm có khả năng phá vỡ hàng rào giữa dung dịch chiết và chất phân tích mục tiêu. Vì vậy, phương pháp chiết xuất hỗ trợ siêu âm (UAE) được xem là một kỹ thuật hữu hiệu giúp phân tán ma trận rắn và tăng cường quá trình truyền khối của các thành phần [19]. Gần đây, quy trình UAE dựa trên ILs được coi là một phương pháp đặc thù và thân thiện với môi trường [20]. Theo hiểu biết của chúng tôi, cho đến nay vẫn chưa có báo cáo nào về việc ứng dụng dung dịch ILs kết hợp siêu âm để chiết xuất chọn lọc anthraquinon từ thực vật.
Trong nghiên cứu này, quy trình chiết xuất hỗ trợ siêu âm (UAE) sử dụng dung dịch chất lỏng ion (IL) nền benzimidazol được áp dụng nhằm khảo sát khả năng chiết chọn lọc anthraquinon từ Polygonum multiflorum, trên cơ sở giữ lại hàm lượng stilben glycosid trong bột dược liệu ở mức cao nhất có thể. Tiếp theo, ảnh hưởng của các điều kiện chiết xuất chính đến hiệu quả chiết được khảo sát, đồng thời phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology – RSM) được sử dụng để tối ưu hóa điều kiện chiết xuất.
Ở mức độ vĩ mô, cơ chế chiết chọn lọc anthraquinon được nghiên cứu dựa trên động học của quá trình chiết xuất. Bên cạnh đó, nghiên cứu tính toán được sử dụng để khảo sát tương tác giữa chất lỏng ion và các hợp chất mục tiêu, qua đó góp phần giải thích cơ chế chiết chọn lọc anthraquinon trên phương diện lý thuyết. Cuối cùng, chất lỏng ion trong dung dịch chiết xuất được thu hồi.
Quá trình chiết chọn lọc anthraquinon bằng dung dịch chất lỏng ion đã được nghiên cứu một cách hệ thống trong công trình này, kỳ vọng sẽ cung cấp cơ sở tham khảo có giá trị cho việc giảm độc tính của Polygonum multiflorum cũng như cho quá trình chiết xuất anthraquinon từ các dược liệu khác.
Vật liệu và hóa chất (Materials and reagents)
Benzimidazol (AR, >98,0%), n-butyl bromid (CP, >98,0%), natri hydroxyd (AR, >95%) và tetrabutylammonium bromid (TBAB) (AR, 99,0%) được cung cấp bởi Công ty Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd. (Thượng Hải, Trung Quốc). Dicloromethan (AR), axit p-toluenesulfonic monohydrat (p-TSA) (AR, >98%), ethyl acetat (AR, 99,0%), propanol (AR, 99,0%), isopropyl alcohol (ACS, 99,5%), methanol (AR, 99,5%) và ethanol (AR, 99,7%) được cung cấp bởi Công ty Kelong Chemical Co., Ltd. (Thành Đô, Trung Quốc).
**Ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau đến khả năng chiết chọn lọc anthraquinon
(Effects of various conditions on selective extraction of anthraquinones)**
Dựa trên các thí nghiệm sơ bộ, tổng cộng sáu yếu tố bao gồm nồng độ ethanol, nồng độ chất lỏng ion (ILs), pH của dung môi chiết, tỷ lệ rắn–lỏng của hệ chiết, nhiệt độ và thời gian chiết xuất đã được lựa chọn để khảo sát ảnh hưởng của chúng đến hiệu quả chiết chọn lọc anthraquinon. Ngoài ra, tính ưa nước/kỵ nước của ILs có ảnh hưởng quan trọng đến đối tượng chiết xuất [26]. Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào ứng dụng của ILs, do đó…
(đoạn gốc bị cắt giữa câu, nên bản dịch dừng tại đây)
Kết luận (Conclusion)
Trong nghiên cứu này, chất lỏng ion 1,3-dibutyl benzimidazol p-toluenesulfonat đã được tổng hợp thành công và sử dụng làm dung môi chiết cho quá trình chiết chọn lọc anthraquinon từ Polygonum multiflorum. Hiệu suất chiết anthraquinon cao (97,2%) cùng với độ chọn lọc tốt (7,32) đã đạt được, trong khi chỉ gây tổn thất nhỏ đối với stilben glycosid. Phân tích động học và nghiên cứu tính toán đã cung cấp những thông tin hữu ích để làm sáng tỏ cơ chế chiết xuất. Từ nghiên cứu động học có thể suy đoán rằng…
(đoạn gốc bị cắt giữa câu)
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167732220310862