1.2.1.1. Khái niệm
Carbohydrate là một nhóm chất hữu cơ phổ biến khá rộng rãi trong cơ thể sinh vật. Được cấu tạo từ các nguyên tố: C, H, O với công thức cấu tạo chung Cm(H2O)n, thường m = n (Phùng Trung Hùng và ctv, 2013).Nhìn chung hàm lượng carbohydrate ở thực vật cao hơn động vật. Ở thực vật carbohydrate thay đổi tùy theo loài, giai đoạn sinh trưởng và phát triển.
Thực vật: chiếm khoảng 75% trong các bộ phận như củ, quả, lá, thân, cành.
Động vật: chiếm khoảng 2% trong gan, cơ máu,.. (Phùng Trung Hùng và ctv, 2013).
1.2.1.2. 2.Phân loại
Dựa vào cấu tạo, tính chất carbohydrate được chia làm ba nhóm chính sau:
Monosaccharide còn được gọi là đường đơn vì chúng là thành phần đơn giản nhất của carbohydrate và không bị thủy phân. Monosaccharide được xem là sản phẩm oxy hóa không hoàn toàn của các polyalcol, công thức có chứa chức aldehyde và cetone.
Oligosaccharide là hợp chất trung gian giữa monosaccharide và polysaccharide. Phân tử oligosaccharide và polysaccharide đều do các monosaccharide kết hợp với nhau bằng liên kết O-glycoside do nhóm hydroxyl hemiacetal của một gốc với một hydroxyl bất kì của một gốc khác.
Thông thường người ta gọi oligosaccharide là những gluside chứa từ 2 - 10 gốc monosaccharide. Tùy theo số lượng monosaccharide mà người ta gọi disaccharide, trisaccharide, tetrasaccharide…
10
Hầu hết các oligosaccharide dễ kết tinh, dễ hòa tan, có vị ngọt và có phân tử lượng xác định.
Polysaccharide là những hợp chất bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn monosaccharide kết hợp với nhau bằng liên kết glycoside. Polysaccharide mang nhiều tính khác với mono và disaccharide như: không có phản ứng khử, không có vị ngọt, thường không tan trong nước, khi hòa tan dễ hình thành dung dịch keo.
Phân tử polysaccharide có thể gồm một hoặc vài loại monome khác nhau, do đó người ta chia ra polysaccharide đồng thể và polysaccharide dị thể.
1.2.1.3. Vai trò
Trong cơ thể sống carbohydrate giữ nhiều vai trò quan trọng:
Đảm bảo cung cấp khoảng 60% năng lượng cho các quá trình sống.
Có vai trò cấu trúc, tạo hình (ví dụ: cellulose, peptidoglican...).
Có vai trò bảo vệ (mucopolysaccharide).
Chống tạo thể cetone (mang tính acid gây độc cho cơ thể) (Nguyễn Phương Hà Linh Linh, 2011).
1.2.2. Alkaloid 1.2.2.1. Khái niệm
Alkaloid là nhóm hợp chất tự nhiên hiện diện khá nhiều trong các họ thực vật với cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học rất đa dạng. Trên thực tế có rất nhiều loài thực vật có alkaloid nhưng ở mức độ vết hoặc tỉ lệ phần vạn. Để giới hạn với ý nghĩa thực tiễn, một cây được xem là có alkaloid phải chứa ít nhất 0,05% alkaloid so với mẫu cây khô.
1.2.2.2 Phân loại
Do cách phân loại dựa vào cấu trúc nhân cơ bản không thể đáp ứng được cho số lượng alkaloid rất nhiều và đa dạng, nên để tiện lợi, các alkaloid được chia làm 3 loại: alkaloid thật, protoalkaloid và giả - alkaloid (Pseudoalkaloid).
11
Alkaloid thật là những hợp chất có hoạt tính sinh học, luôn có tính base, thường có chứa nguyên tử nitơ trong vòng dị hoàn, thường được sinh tổng hợp từ amino acid, phân bố giới hạn trong thực vật và hiện diện trong cây dưới dạng muối của một acid hữu cơ, ngoại trừ colchicin, acid aristolochic, alkaloid tứ cấp. Các alkaloid loại này thường được chia thành nhóm theo nguồn gốc sinh tổng hợp của chúng (ornithin. Lysin, phenylalanin, tryptophan, histidin, acid antranilic…) hơn là theo vòng dị hoàn.
Các protoalkaloid được xem là những amin có hoạt tính sinh học kể cả mescalin và N, N - dimetyltryptamin. Chúng là những amin đơn giản, được tổng hợp từ các amino acid, trong đó nguyên tử nitơ không ở vòng dị hoàn.
Các giả - alkaloid, là những hợp chất không bắt nguồn từ những amino aicd, bao gồm hai nhóm hợp chất lớn là alkaloid steroid và alkaloid terpenoid (thí dụ conessin) và purin (cafein).
Hầu hết các alkaloid hiện diện trong cây có hoa, loại 2 lá mầm, nhưng người ta cũng thấy alkaloid trong động vật, côn trùng, sinh vật biển, vi sinh vật… (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
1.2.2.3. Vai trò
Nhiều alkaloid đã được sử dụng để làm thuốc trị bệnh. Alkaloid có tác dụng kích thích thần kinh như: strychnine, cafein, lobelin… có khả năng diệt ký sinh trùng và các nguyên sinh động vật như: emetin, quinin, conessin, berberin. Các alkaloid có tác dụng ức chế thần kinh trung ương nên được dùng làm thuốc giảm đau trong khi giải phẫu hoặc khi bị bệnh ung thư giai đoạn cuối như: morphin, codeine, cocaine. Các alkaloid được bào chế làm thuốc để giảm hệ thần kinh giao cảm: reserpin, propanol.
1.2.3. Flavonoid 1.2.3.1. Khái niệm
Flavonoid là những hợp chất màu phenol thực vật, tạo nên màu cho rất nhiều rau, quả, hoa… Phần lớn có màu vàng ( do từ flavus là màu vàng ); tuy vậy, một sắc tố
12
có màu xanh, tím, đỏ, không màu cũng được xếp vào nhóm này vì về mặt hóa học chúng có cùng khung sườn cơ bản.
Các flavonoid có thể ở dạng tự do hoặc dạng glycoside. Các đường thường gặp nhất là D-glucose; kế đó là D-galactose; L-Rhammose; L-Arabinose…
Chalcone hiện diện ít trong tự nhiên; flavanol và flavanonol cũng hiếm gặp;
flavone và flavonol phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Các glyside flavonol như: rutin, quercitrin, daempherol. Kaempherol rất thường xuyên hiện diện. Antocyanidine dạng glycoside thí dụ như: pelargonidin; cyanidin; delphinidin… tạo màu xanh, đỏ, tím cho những cánh hoa và trái.
Các flavonoid thường dễ kết tinh và thường có màu. Flavone có màu vàng nhạt hoặc màu cam; flavonol màu vàng nhạt đến màu vàng; chalcone màu vàng đến cam – đỏ. Các isoflavone; flavanone; flavanonol; leucoantocyanidine; catechin kết tinh không màu. Antocyanidine có màu đỏ, tím, xanh dương tạo màu cho nhiều loại hoa và trái.
1.2.3.2. Vai trò
Quercetin ở môi trường kiềm thì có tác dụng kháng khuẩn kém nhưng ở môi trường acid thì có tác dụng rất rõ với vi khuẩn tụ cầu vàng, vi khuẩn tụ cầu trắng samonella oranienbur có tác dụng kháng nấm thực vật.
Một số hợp chất thuộc loại isoflavonoid như rotenon ( trích từ cây thuốc cá Derris elliptica Benth, họ Đậu ) có tính độc đối với cá và côn trùng nhưng không độc với các động vật hữu nhũ. Cũng có những hợp chất có tính diệt côn trùng như hợp chất pyrethrin ( trích thừ cây trừ trùng Chrysanthemum cinerariaefolium, họ Cúc ).
1.2.4. Saponin 1.2.4.1. Khái niệm
Saponin còn gọi là saponosid do chữ la tinh Sapo = xà phòng (vì nó tạo bọt như xà phòng), là một nhóm glycosid phân bố khá rộng rộng trong thực vật, có một số tính chất đặc trưng: khi hòa tan vào nước sẽ có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch và tạo nhiều bọt; làm vỡ hồng cầu còn gọi là tính phá huyết. Saponin thường
13
ở dạng vô định hình, có vị đắng. Saponin rất khó tinh chế, có điểm nóng chảy thường cao từ 200oC trở lên và có thể trên 300oC. Saponin có thể bị tủa bởi acetat chì, hydroxit barium, sulfat amonium nên có thể lợi dụng tính chất này để cô lập saponin.
1.2.4.2. Vai trò
Saponin có tác dụng long đờm, chữa ho. Một số dược liệu chứa saponin có tác dụng thông tiểu như rau má, tỳ giải, thiên môn, mạch môn,... Saponin làm tăng sự thấm của tế bào; sự có mặt của saponin sẽ làm cho các hoạt chất khác dễ hoà tan và hấp thu
Nhiều saponin steroid là nguyên liệu đầu để tổng hợp các chất hormon steroid có hoạt tính cao. Nhiều loại saponin có tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn. Một số có tác dụng chống ung thư trên thực nghiệm. Nhiều saponin có tác dụng diệt các loài thân mềm (nhuyễn thể). Sapogenin steroid dùng làm nguyên liệu để bán tổng hợp các thuốc steroid.
1.2.5. Tannin 1.2.5.1. Khái niệm
Tannin là nhóm hợp chất polyphenol phân bố rộng rãi trong thực vật. Người ta gặp tannin hằng ngày trong cuộc sống ( trà, rượu vang đỏ, trong nhiều loại trái cây, đặc biệt là trong vỏ trái măng cục…). Các tannin có trọng lượng phân tử khoảng 500 – 3000. Các tannin do mang nhiều nhóm –OH nên ít nhiều (tùy theo trọng lượng phân tử của chúng) hòa tan trong nước tạo nên dung dịch nhớt. (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
1.2.5.2. Phân loại
Tannin được phân thành hai nhóm chính là “tannin thủy giải được” và “tannin hóa đặc” tùy theo việc tannin có hoặc không bị thủy giải bởi men hoặc dung dịch acid.
Tannin hóa đặc là sự polymer của một vài flavanol thí dụ như catechol hoặc epicatechol. Loại này khác với tannin thủy giải được vì nó không được thủy giải dưới tác dụng của acid vô cơ loãng.
14
Tannin thủy giải được có cấu trúc hóa học là ester của glcose với acid galic.
Người ta cũng chia tannin loại này ra là tannin galic và tannin ellagic.
1.2.5.3. Vai trò
Ở trong cây, tannin tham gia vào quá trình trao đổi chất, các quá trình oxy hoá khử. Là những chất đa phenol, tannin có tính kháng khuẩn nên có vai trò bảo vệ cho cây.
Dung dịch tannin kết hợp với protein, tạo thành màng trên niêm mạc nên ứng dụng làm thuốc săn da. Tannin còn có tác dụng kháng khuẩn nên dùng làm thuốc súc miệng khi niêm mạc miệng, họng bị viêm loét, hoặc chỗ loét khi nằm lâu. Tannin có thể dùng trong để chữa viêm ruột, chữa tiêu chảy.
Tannin kết tủa với kim loại nặng và với alcaloid nên dùng chữa ngộ độc đường tiêu hoá. Tannin có tác dụng làm đông máu nên dùng đắp lên vết thương để cầm máu, chữa trĩ, rò hậu môn.
1.2.6. Hợp chất glycoside
Các glycosid hiện diện trong rất nhiều họ thực vật và ở tất cả các bộ phận của cây : lá, vỏ, hạt… Các glycosid thường là chất kết tinh và có vị đắng.
Glycosid là hợp chất mà cấu trúc hóa học gồm có hai phần : phần đường và phần không đường được gọi là aglycon. Dưới tác dụng của enzyme thực vật hoặc dung dịch acid hoặc kiềm, glycosid bị thủy phân thành aglycon và phần đường.
Phần đường của glycosid : phần đường phổ biến là D-glucose, D-galactose, L- arabinose, L-rhamnose, D-xylose, acid glucuronic, acid galacturonic và một số đường khác.
Phần aglycon của glycosid : phần aglycon rất đa dạng và gồm tất cả các loại hợp chất tự nhiên như : monoterpen, sesquiterpen, diterpen, triterpen, steroid, iriđoi, flavonoid, alcaloid, quinonoid, polyphenol…
15
1.2.7. Hợp chất phenolic 1.2.7.1. Khái niệm
Đây là nhóm hợp chất lớn trong các nhóm hợp chất thứ cấp ở thực vật, Các nhà khoa học đã phát hiện ra hơn 8,000 hợp chất phenol tự nhiên, Đặc biệt trong cấu trúc của nhóm này trong phân tử có vòng 6C (vòng benzen) gắn trực tiếp một hay nhiều nhóm hydroxyl (OH). Vì vậy, chúng là những alcol bậc 4 và được đặc trưng bởi tính acid yếu.
1.2.7.2. Phân loại
Dựa vào thành phần chính và cấu trúc phenol, người ta chia chúng thành 3 nhóm là phenol đơn giản, phenol phức tạp và nhóm polyphenol, Phân loại này dựa trên bộ khung carbon của các hợp chất trong đó là C6 là nhóm phenyl, C1 là nhóm methyl, C2 là nhóm acetyl, C3 là nhóm thế có 3 carbon, C4 là nhóm thế có 4 carbon C6 (phenol đơn giản, benzoquinone), C6-C1 (acid phenolic), C6-C2 (acetophenone, phenylacetic acid), C6-C3 (acid hydroxycinnamic, coumarin, phenylpropene, chromone), C6-C4
(naphthoquinone), C6-C1-C6 (xanthone), C6-C2- C6 (stilbene, anthraquinone), C6-C3-C6
(flavonoid, isoflavonoid), (C6-C1)2 (tannin thủy phân), (C6-C3)2(lignan, neolignan), (C6-
C3-C6)2 (biflavonoid), (C6-C3)n (lignin), (C6)n (catechol melanin), (C6-C3-C6)n (tannin ngưng tụ).
Nhóm hợp chất polyphenol là nhóm đa dạng nhất trong các hợp chất phenol, có cấu trúc phức tạp do sự liên kết hoặc sự trung hợp của các đơn phân. Ngoài gốc phenol còn có các nhóm phụ dị vòng mạch nhánh hoặc đa vòng.
1.2.7.3. Vai trò
Thực vật tổng hợp rất nhiều các chất thứ sinh so với động vật vì chúng không thể lẫn trốn được kẻ thù mà phải dựa vào hệ thống phòng thủ hóa học này. Nhìn chung vai trò bảo vệ của các hợp chất phenol dựa trên đặc tính kháng khuẩn, kháng dinh dưỡng của chúng.
16
Các phenol còn có vai trò then chốt trong hình thành các sắc tố của hoa như đỏ, xanh, tím…Đặc tính chống oxyl hóa (antioxidant) hay tạo phức với kim loại; tạo ra các tín hiệu thông tin giữ phần ở trên cũng như dưới mặt đất, giữa các cây khác với sinh vật khác; phenol còn là các tác nhân che chắn tia tử ngoại (UV) từ mặt trời. Khả năng che chắn tia UV giúp cho thực vật có thể chuyển từ sống dưới nước lên cạn hoàn toàn.
Các nghiên cứu còn cho thấy trao đổi hợp chất phenol không chỉ là bảo vệ chống lại các yếu tố sinh học, vô sinh mà còn có tham gia quá trình điều hòa ở cấp độ phân tử giúp cây sinh trưởng và phát triển bình thường.
Các flavonoid như flavonol và anthoxyane có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự phân bố năng lượng ánh sáng ở lá cây, làm tăng hiệu quả quang hợp, Một số hợp chất polyphenol tham gia tạo màu sắc tự nhiên của hoa, quả, hấp dẫn côn trùng thụ phấn cho hoa.