Tổng quan về hợp chất saponin

Tổng quan về hợp chất saponin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CNSH VÀ CNTP

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

KỸ THUẬT THU NHẬN CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ

THỰC VẬT

Đề tài:

TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT SAPONIN

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS ĐỖ THỊ HOA VIÊN

Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

I Giới thiệu chung về saponin 4

II Phân loại và cấu trúc 5

1 Saponin triterpenoid 5

1.1 Saponin triterpenoid pentacyclic 5

1.2 Saponin triterpenoid tetracyclic 8

2 Saponin steroid 8

2.1 Nhóm spirostan: 8

2.2 Nhóm furostan: 10

2.3 Nhóm aminofurostan: 11

2.4 Nhóm spirosolan: 12

2.5 Nhóm solanidan: 12

2.6 Các saponin steroid khác 13

III Các phương pháp định tính 14

1.1 Dựa trên tính chất tạo bọt: 14

2 Dựa trên tính chất phá huyết: 14

3 Dựa vào tính độc đối với cá: 14

4 Dựa vào khả năng tạo phức với Cholesterol: 15

5 Dựa vào phản ứng tạo màu: 15

6 Sắc lý lớp mỏng: 15

7 Xác định bằng quang phổ: 17

IV Các phương pháp định lượng 17

1 Phương pháp cân: 17

2 Phương pháp đo quang: 17

3 S ắc ký lỏng cao áp: 18

V Hoạt tính sinh học của saponin 18

VI MỘT SỐ SAPONIN CÓ HOẠT TÍNH ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN THỰC TẾ 20

1 Saponin trong cây nhân sâm – Saponin triterpenoide 20

1.1 Tổng quan về Nhân Sâm 20

1.2 Chiết tách và phân tích hàm lượng Ginsenosides từ nhân sâm 22

2 Sapogenin steroid từ cây dứa mỹ (agave)- hecogenin: 23

1.1 Đặc điểm và phân bố: 23

1.2 Thành phần hóa học: 24

1.3 Ứng dụng: 24

1.4 Chiết xuất Hecogenin từ lá cây dứa mỹ: 25

VII MỘT SỐ SẢN PHẨM SAPONIN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRÊN THỊ TRƯỜNG 26

1 Ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản 26

2 Ứng dụng trong y dược 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

I Giới thiệu chung về saponin

Saponin hay saponoid là một nhóm glycosid lớn, Sapo tiếng la tinh có nghĩa là sà phòng Saponin có mặt trong cả các loài thực vật như một số cây

họ đậu: đậu tương, đậu Hà Lan và một số loài động vât như : hải sâm, cá sao,… Cấu trúc saponin gồm 2 phần: Gốc đường – Glycon và gốc không đường – Aglycon

Hình 1 : Cấu trúc của saponin

Dựa theo cấu trúc hoá học có thể chia ra: saponin triterpenoid và saponin steroid

- Saponin khó bị thẩm tích, người ta dựa vào tính chất này để tinh chế saponin trong quá trình chiết xuất

- Phần genin tức là sapogenin và dẫn chất acetyl sapogenin thường dễ kết tinh hơn saponin

- Saponin triterpenoid thì có loại trung tính và loại acid, saponin steroid thì có loại trung tính và loại kiềm

Nhờ có cấu trúc hóa học đặc biêt, các saponin cũng cho thấy những tính chất riêng, không giống với các nhóm chất có hoạt tính khác, được ứng dụng nhiều trong việc đinh tính và định lượng:

- Có khả năng tạo bọt lớn, có tác dụng nhũ hóa và tẩy sạch :

- Phá vỡ tế bào hồng cầu ở ngay nồng độ rất loãng

- Làm thay đổi tính thấm của biểu mô đường hô hấp, gây độc cho

cá

- Làm kích ứng niệm mạc, gây ra một số hiện tượng như : hắt hơi,

đỏ mắt, … ngoài ra cũng được ứng dụng với tác dụng long đờm, lợi tiểu,…

- Có thể tạo phức với Cholesterol cũng như một số steroid khác Tuy nhiên, có một số Saponin lại không thể hiện lên các tính chất trên

mà có thể kể đến như một số saponin trong thành phần của nấm Linh Chi

II Phân loại và cấu trúc

Các hợp chất saponin được phân loại thành hai nhóm khác nhau dựa vào khung cấu trúc hóa học của các hợp chất :

1 Saponin triterpenoid

Saponin triterpenoid có bản chất là các hợp chất triterpenoid gồm 6 nhóm hemitrerpen, tạo nên hai loại:

1.1 Saponin triterpenoid pentacyclic

.Bao gồm các nhóm nhỏ: Olean, Ursan, Lupan, Hopan

a Nhóm olean:

Phần lớn các saponin triterpenoid trong tự nhiên đều thuộc nhóm này

Hình 2: khung cấu trúc nhóm olean và β-amyrin

Các saponin nhóm ursan thường ít gặp hơn nhóm olean Một số saponin thường gặp như: Cinchona glycosid A, Cinchona glycosid B có trong cây canh-ki-na, asiaticosid có trong rau má,…

c Nhóm lupan:

Hình 4: khung cấu trúc nhóm lupan

Các chất trong nhóm Lupan cũng có cấu trúc triterpenoid đặc trưng Tuy nhiên, khác với các nhóm chất kể trên, Vòng E của nhóm lupan là vòng 5 cạnh C-20 ở ngoài vòng và thường có nối đôi ở vị trí C20 – C29

d Nhóm hopan:

Hình 5: Khung cấu trúc nhóm hopan

Cấu trúc của nhóm hopan có các vòng A,B,C,D giống như các nhóm trên, vòng E là vòng 5 cạnh giống nhóm Lupan, tuy nhiên nhóm C-22 ở ngoài vòng

và nhóm methyl gốc đính ở C-18 thay vì ở C-17

Saponin đầu tiên được biết là chất mollugocin A có trong cỏ thảm Mollugo

hirta L

1.2 Saponin triterpenoid tetracyclic

Nhóm này được chia làm 3 nhóm nhỏ: Dammaran, lanostan, cucurbitan

a Nhóm Dammaran

Đại diện của nhóm này có thể kể tới các saponin của nhân sâm

Phần aglycon gồm 4 vòng và một mạch nhánh Khi tác dụng bởi acid thì mạch nhánh đóng vòng tạo thành vòng tetrahydropyran Bằng các phương pháp đặc biệt để cắt phần đường, người ta đã thu được các genin thật Hai genin chính là: protopanaxadiol và protopanaxatriol

Phần đường nối vào OH ở cabon số 3 hoặc có khi thêm 1 mạch nữa nối vào

OH ở mạch nhánh

Saponin triterpenoid tetracyclic nhóm damaran còn gặp trong hạt táo

(Ziziphus jujuba Mill.), rau đắng biển (Bacopa monnieri (L.) Wettst

b Nhóm Lanostan

Holothurin A, một trong những saponin có trong các loài hải sâm - Holothuria spp là một ví dụ của nhóm này

Một nhóm phụ của nhóm lanostan là nhóm cycloartan có cấu trúc 9,19 cyclo

abrusosid A, B, C, D có trong cam thảo dây Abrus precatorius là những saponin thuộc nhóm này

thành 2 vòng có oxy (16,22 và 22,26 diepoxy), một vòng là hydrofuran (vòng E)

và một vòng là hydropyran (vòng F) Hai vòng này nối với nhau bởi 1 carbon chung ở C-22 Mạch nhánh này được gọi là mạch nhánh spiroacetal

Ba chất trên là 3 đồng phân Smilagenin và tigogenin khác nhau do cấu hình

ở C-5 Còn sarsasapogenin và smilagenin thì khác nhau do cấu hình ở C-25 Sarsasapogenin có nhóm methyl ở C-25 hướng axial có cấu hình tuyệt đối 25S, smilagenin thì nhóm methyl ở C-25 hướng equatorial có cấu hình tuyệt đối 25R

Các sapogenin nhóm này có nối vòng C và D trans (khác với glycosid tim) Còn vòng A và B có thể là cis như ở chất sarsasapogenin và smilagenin hoặc có thể là trans như ở chất tigogenin Công thức lập thể của 3 chất sarsasapogenin Smilagenin và tigogenin

Nhóm OH ở C3 thường hướng  , một số hướng  ví dụ các saponin của tỳ giải

Nhóm spirostan hiện nay được chú ý nhiều vì là nguồn nguyên liệu quan trọng để bán tổng hợp các thuốc steroid Hai sapogenin quan trọng nhất

là diosgenin (có chủ yếu trong các loài Dioscorea) và hecogenin (có chủ yếu trong các loài Agave)

Ở dạng glycosid phần đường được nối vào OH ở C-3, một số ít trường hợp

ở C1 Mạch đường thường phân nhánh và phức tạp Ví dụ digitonin là một saponosid có trong cây digital, có mạch đường gồm 5 đơn vị đường và phân nhánh

spirostan Ví dụ sarsaparillosid dưới tác dụng của enzym thủy phân cắt mạch glucose ở C-26 sẽ chuyển thành parillin

Trường hợp thứ hai: vòng F là vòng 5 cạnh do sự đóng vòng 22-25 epoxy ví

dụ avenacosid có trong yến mạch (Avena L Họ Lúa - Poaceae) Avenacosid

A cũng có 2 mạch đường Khi thủy phân cắt đường glucose ở C-26 thì cũng chuyển thành dẫn chất nhóm spirostan

Sarsaparillosid và avenacosid A đều có 2 mạch đường Người ta gọi đây là các bidesmosid (desmos = mạch)

2.3 Nhóm aminofurostan:

Đối với nhóm này, vòng F mở như trường hợp sarsaparillosid nói ở trên

nhưng ở vị trí C-3 đính nhóm NH2 Ví dụ jurubin, là saponin có trong Solanum paniculatum

2.4 Nhóm spirosolan:

Nhóm này chỉ khác nhóm spirostan ở nguyên tử oxy của vòng F được thay bằng NH Một điểm cần chú ý là ở đây có isomer ở C-22 (khác với nhóm

spirostan) Ví dụ solasonin có trong cây cà Úc (= cà lá xẻ ) Solanum laciniatum có

cấu trúc (25R) 22  còn tomatin là các saponin có trong cây cà chua thì có cấu trúc (25S) 22 

2.5 Nhóm solanidan:

Solanin có trong mầm khoai tây thuộc nhóm này Ở đây 2 vòng E và F cùng chung 1C và 1N

Những chất thuộc 3 nhóm aminofurostan, spirosolan và solanidan đều có chứa N vừa mang tính alcaloid vừa mang tính glycosid nên được gọi là những chất glycoalcaloid

III Các phương pháp định tính

Dựa vào những tính chất đặc trưng, Saponin có thể được phân tích định tính, định lượng theo nhiều phương pháp khác nhau:

1.1 Dựa trên tính chất tạo bọt:

Tạo bọt là tính chất đặc trưng nhất của saponin được tạo ra do phân tử saponin lớn và có cùng một lúc một đầu ưa nước và một đầu kỵ nước Sự tạo bọt của saponin có sự khác nhau trong các môi trường pH khác nhau Người ta cũng dựa trên hiện tượng để phân biệt sơ bộ saponin steroid và saponin triterpenoid

Trong định tính saponin, người ta thường dựa vào chỉ số tạo bọt

Chỉ số bọt là số ml nước để hoà tan saponin trong 1g nguyên liệu cho

một cột bọt cao 1cm sau khi lắc và đọc (tiến hành trong điều kiện qui định)

2 Dựa trên tính chất phá huyết:

Hầu hết saponin đều có tính phá huyết, tuy nhiên khả năng phá huyết cũng khác nhau nhiều tùy loại saponin

Người ta cho rằng tính phá huyết có liên quan đến sự tạo phức với cholesterol và các ester của nó trong màng hồng cầu Qua việc theo dõi tính phá huyết của saponin người ta thấy rằng cấu trúc của phần aglycon có tác dụng trực tiếp đến tính phá huyết nhưng phần đường cũng có ảnh hưởng

Hồng cầu của các động vật khác nhau cũng bị tác động khác nhau đối với một saponin Hồng cầu cừu dễ bị phá huyết nên dùng tốt, có thể dùng máu của súc vật có sừng khác, hoặc dùng máu thỏ thường dễ kiếm đối với các phòng thí nghiệm

3 Dựa vào tính độc đối với cá:

Cá là loài rất nhạy cảm với saponin, vì saponin có thể gây chết cá bằng

cơ chế ức chế hô hấp, ngăn cản quá trình vận chuyển oxy trong máu

Ðể đánh giá nguyên liệu chứa saponin, người ta có thể dựa vào chỉ số

cá Chỉ số cá cũng phải được tiến hành trong những điều kiện quy định về môi trường, loài cá,…

4 Dựa vào khả năng tạo phức với Cholesterol:

Những saponin triterpenoid tạo phức kém hơn loại saponin steroid Trong loại steroid thì digitonin kết hợp với cholesterol gần như hoàn toàn, do đó digitonin được dùng làm thuốc thử để định lượng cholesterol trong hoá sinh

5 Dựa vào phản ứng tạo màu:

Lấy vài miligram sapogenin hoà nóng vào 1ml anhydrid acetic, cho thêm

1 giọt H2SO4 đậm đặc, nếu là dẫn chất steroid thì có màu lơ-xanh lá, còn dẫn chất triterpenoid thì có màu hồng đến tía

 Ngoài ra, saponin tác dụng với antimoin trichlorid trong dung dịch chloroform rồi soi dưới đèn phân tích tử ngoại thì saponin triterpenoid có huỳnh quang xanh còn saponin steroid thì vàng

c) n-Butanol bão hoà nước

 Saponin kiềm:

a) Chloroform - ethanol -dd.ammoniac 1%/nước (2:2:1) b) Ethanol-pyridin-nước (3:1:3)

Cách hiện màu:

Dựa vào tính phá huyết bằng cách tráng một lớp gelatin-máu (hoà tan 5

g gelatin trong 100ml dung dịch NaCl 9 ‰ ở 60°C, khi nguội đến 40°C thì thêm máu bò đã loại fibrin) hoặc phun dung treo máu 2% đã loại fibrin lên bản mỏng

Các thuốc thử dùng cho các loại saponin và sapogenin nêu dưới đây sau khi phun cần phải sấy 10 phút ở 110°C rồi quan sát màu ở ánh sánh thường hoặc ánh sáng tử ngoại (365nm): thuốc thử Carr-Price (SbCl3 bão hoà trong chloroform); thuốc thử Liebermann-Burchardt (1ml H2SO4 + 20ml anhydrid acetic + 50ml chloroform); thuốc thử Salkowski (dung dịch acid sulfuric 10%-50% trong nước hoặc 5%-10% trong ethanol); acid phosphomolybdic 10% trong ethanol, acid phosphotungstic 20% trong ethanol, dung dịch acid phosphoric 50% trong nước, vanillin sulfuric (vanillin 1% trong cồn tuyệt đối 100ml + acid sulfuric 2ml)

 Saponin nhóm spirostan còn có thể hiện màu bằng thuốc thử Sannié (dung dịch vanillin 1% trong cồn (a), anhydrid acetic + H2SO4 12:1 (b), phun dung dịch (a) rồi sấy 120°C trong 3 phút sau đó phun dung dịch (b), vết saponin có màu vàng

 Ðối với nhóm spirostan và nhóm steroid alcaloid có thể dùng thuốc thử Carr-Price để phân biệt các dẫn chất có nối đôi và không có nối đôi ở vị trí C-5 Các dẫn chất D5 có màu đỏ ở 20°C và tím đỏ sau khi sấy 105°C Cũng có thể phân biệt 2 loại dẫn chất trên bằng thuốc thử Marquis (0,2ml dung dịch formaldehyd 37% trong nước + 10ml H2SO4), chỉ có loại D5 cho phản ứng

 Các saponin nhóm spirosolan và solanidan có thể phát hiện bằng thuốc thử Dragendorff

7 Xác định bằng quang phổ:

Các sapogenin triterpenoid trong H2SO4 đậm đặc có đỉnh hấp thu cực đại trong vùng tử ngoại ở 310nm Cực đại này không thể hiện với các saponin steroid

Phổ hồng ngoại của các sapogenin steroid đặc biệt có 4 pic đặc trưng của mạch nhánh spiroacetal: pic thứ nhất ở 850 - 857 cm-1 đối với các chất 25

S hoặc 860 - 866 cm-1 đối với các chất 25 R Pic thứ hai ở gần 900 (894-905), pic thứ ba ở gần 915 (915-923), pic thứ tư ở gần 980 (980-987) Ðể phân biệt sapogenin thuộc 25 R hoặc 25 S thì căn cứ vào cường độ hấp thu của pic thứ hai và pic thứ ba: các chất 25 R thì pic thứ hai có cường độ hấp thụ mạnh hơn pic thứ ba; đối với 25 S thì ngược lại

IV Các phương pháp định lượng

1 Phương pháp cân:

Saponin được chiết xuất, tinh sạch rồi cân xác định khối lượng

Cách tiến hành chiết như trình bày ở phần sắc ký lớp mỏng Có khi người

ta thủy phân saponin, phần sapogenin rất ít tan trong nước được lọc hoặc được hoà tan trong dung môi hữu cơ rồi đem bốc hơi dung môi hữu cơ và sấy trước khi đem cân

2 Phương pháp đo quang:

Phương pháp đo quang thường dùng định lượng riêng biệt các sapogenin sau khi tách bằng sắc ký giấy hoặc sắc ký lớp mỏng

Đối với nhóm triterpenoid có thể dùng thuốc thử vanillin-sulfuric để tạo phản ứng màu Ví dụ acid glycyrrhetic trong cam thảo cho phản ứng cho màu tím

Đối với nhóm spirostan, A Akahori dùng aldehyd có nhân thơm + acid phosphoric và đo quang ở 55nm để định lượng (50 g sapogenin + 500 g anis aldehyd trong ethanol 99%, đun 10 phút ở 100°C để yên 1 giờ rồi đo mật độ quang ở 550nm)

Các dẫn chất 5-sapogenin (ví dụ diosgenin) thì dùng thuốc thử FeCl3

-H3PO4 và đo quang ở 485nm (800mg FeCl3 trong 10ml nước (a), lấy 1ml (a)

thêm đủ 50ml với H3PO4 (b) 50 g diosgenin + 50ml (b) làm lạnh 5 phút trong nước đá, thêm 0,5ml H2SO4, làm lạnh 10 phút rồi đặt trong tủ sấy ở nhiệt độ 70°C trong 9 phút Sau khi làm lạnh 10 phút và để yên 60 phút đem đo ở 485nm)

3 S ắc ký lỏng cao áp:

Sắc ký lỏng cao áp là phương pháp hiện nay được sử dụng nhiều trong định tính, định lượng các chất nói chung và saponin nói riêng Người ta có thể thực hiện định tính 1 thành phần hay đồng thời nhiều thành phần trong hỗn hợp Pha tĩnh đối với các saponin thường là pha đảo PR-18 Pha tĩnh cũng có thể được dùng theo cơ chế rây phân tử

Hệ dung môi sử dụng trong sắc ký là hỗn hợp nước – methanol – acetonitril với các tỉ lệ khác nhau, có thể thêm dung dịch đệm

Detector dùng để phát hiện gồm xác định chỉ sổ khúc xạ (RI-Refractive Index), hay tán xạ bay hơi (ELSD- Evaporative Light Scattering Detector), detector có nhiều ưu điểm nhất hiện nay là detector khối phổ (MS hay MS/MS với kỹ thuật ion hóa ESI hay APCI)

Do các saponin ít có các nối đôi, nhất là nối đôi liên hợp nên thường chỉ có hấp thu tử ngoại ở vùng sóng ngắn 210 -195nm nên việc sử dụng detector UV (PDA-Photo Diode Array) tương đối hạn chế trong phân tích saponin

V Hoạt tính sinh học của saponin

Saponin có nhiều lợi ích sức khỏe con người Các nghiên cứu đã chứng minh các tác dụng có lợi trên mức cholesterol trong máu, ung thư, sức khỏe của xương và kích thích hệ miễn dịch Mỗi saponin được nghiên cứu từ các loài thực vật đều cho thấy những tác dụng riêng

 Giảm Cholesterol

Saponin ràng buộc với muối mật và cholesterol trong đường ruột Muối mật hình thành các mixen nhỏ với cholesterol tạo thuận lợi cho sự hấp thụ của nó Saponin gây giảm cholesterol trong máu bằng cách ngăn chặn tái hấp thu của

nó

 Giảm nguy cơ ung thư