Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐẾ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về cây Cọc rào 1. Nguồn gốc Cây Cọc rào có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ (nơi duy nhất có hóa thạch của cây này), được người Bồ Đào Nha đưa đến Cape Verde, rồi sang Châu Phi, Châu Á, sau đó được trồng và trở thành cây bản địa ở nhiều nước trên thế giới (Dehgan and Webster, 1979). Cọc rào thuộc chi Jatropha, họ Thầu dầu (Euphorbiaceae).
Họ Thầu dầu có khoảng 8000 loài, với 321 chi. Tên chi Jatropha có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, iatrós có nghĩa là bác sỹ và trophé có nghĩa là thực phẩm để ám chỉ công dụng chữa bệnh của cây này. Cọc rào còn có nhiều tên gọi khác nhau: Physic nut, Pureging nut (Anh); Pourghere, Pignon d’Inde (Pháp); Purgueira (Bồ Đào Nha); Fagiola d'India (Itali); Subudam (Thái Lan); Jarak budeg (Indonesia); Makaen (Tanzania); Pienoncillo (Mêhico); Mundabi-assu (Brazil); Ma phong, Tiểu đồng tử, Thạch đồng, Đồng du, Giả hoa sinh (Trung quốc). Ở Việt Nam cây Cọc rào được gọi bằng nhiều tên như: Sán sùng (Tày), Cọc rào, Cọc giậu, Cây li, Ba đậu nam, Dầu mè…[15].
Phân bố Theo Burkill (1966), người Bồ Đào Nha đã mang cây Cọc rào vào Châu Á cho đến khi người Hà Lan sở hữu và người Mã Lai gọi là dầu Hà Lan (Dutch castor oil). Người Java còn gọi là Chinese castor oil. Cọc rào được quan tâm ở nhiều nước Châu Phi cũng như các nước phương Đông và cây “castor oil” cho thấy có khả năng cho dầu, nó cũng được biết đến như là cây “làm hàng rào cho dầu” [28]. Merril cho biết Cọc rào có ở Philippines trước năm 1750.
Ngày nay, được trồng ở nhiều nước và đang được sử dụng rộng rãi làm hàng rào quanh vườn cây ở Châu Âu, Châu Phi, Ấn Độ, Inđônêxia, Philippin, Trung Quốc, Việt Nam, một số đảo Thái Bình Dương 5 và Úc. Trong suốt nửa đầu thế kỷ 20, ở Cape Verde, Cọc rào đã góp phần quan trọng vào nền kinh tế, hạt được xuất khẩu đến Lisbon để lấy dầu và sản xuất xà phòng. Gần đây do nguồn nhiên liệu hoá thạch dần cạn kiệt và giá dầu mỏ thế giới tăng vọt, mặt khác diesel sinh học vừa có khả năng cạnh tranh, vừa có thể tái tạo và thân thiện với môi trường, nên đã dấy lên cơn sốt trồng cây Cọc rào trên phạm vi toàn cầu, nhất là ở các nước Ấn Độ, Trung Quốc và nhiều nước Châu Á, Châu Phi để sản xuất diesel sinh học thay thế một phần dầu diesel hóa thạch [15], [37]. Cọc rào có phân bố ở độ cao so với mực nước biển từ 7 - 1600m, thường thấy ở những vùng từ 10-500m với nhiệt độ trung bình năm giao động từ 200 đến 280C, lượng mưa trung bình năm từ 520-2000 mm.
Tuy nhiên, cây này có thể sống tốt ở các vùng đất cằn cỗi, dất xấu, dốc, khô hạn trừ đất ngập nước, đọng nước [15], [37]. Đặc điểm thực vật học Cọc rào là cây gỗ nhỏ hoặc cây bụi, có thể cao tới 5m. Cành cây có nhựa mủ. Thông thường, có 5 rễ được tạo ra khi hạt nẩy mầm, một rễ chính và 4 rễ phụ.
Lá mọc so le, có 5-7 thùy với chiều dài và rộng từ 6-15cm. Phiến lá dạng giấy lụa. Cụm hoa nụ ở các cành. Hoa đơn tính, đực cái cùng gốc, đôi khi có hoa lưỡng tính.
Bộ nhị 10, xếp thành 2 vòng riêng biệt, mỗi vòng 5, tạo thành cột đơn gần nhau. Bộ nhụy có 3 vòi nhụy, dính với nhau ở khoảng 2/3 chiều dài, phần trên rời nhau và núm nhụy rẽ đôi. Cây Cọc rào thụ phấn nhờ côn trùng (Dehgan và Webster 1979) [33]. Heller 1992, đã quan sát nhiều lần sâu bọ tới và thụ phấn cho hoa.
Heller cũng đã phát hiện ở Senegal, nhị hoa mở muộn hơn nhụy hoa trên cùng một nhóm hoa, nhờ cơ chế này, đã thúc đẩy quá trình thụ phấn chéo. Sau khi thụ phấn, một quả hình bầu dục có 3 ô được hình thành. Vỏ quả ngoài màu xanh cho tới khi hạt chín ở bên trong. Hạt thường có chiều dài 2cm, rộng 1cm.
Wiehr (1930) và Droit (1932) đã mô tả chi tiết vi phẫu hạt. Singh (1970) đã mô tả vi phẫu của quả. Giá trị sử dụng 6 Sản xuất nhiên liệu sinh học Châu Âu đã tiến hành nghiên cứu về dầu diesel sinh học từ những năm 1970. Đến nay, có 6 nhà máy trên toàn thế giới sản xuất được 4 triệu tấn diesel sinh học mỗi năm, trong đó Đức là nước sản xuất diesel sinh học lớn nhất, đạt 415.
Ở Hoa Kỳ, sản xuất dầu diesel sinh học được bắt đầu từ những năm 80 và đến đầu năm 90, việc sản xuất mới được tiến hành [15]. Những năm cuối của thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21, sản xuất nhiên liệu sinh học đã trở thành một ngành công nghiệp. EU, Mỹ, Brazil, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật … là những nước đi tiên phong trong lĩnh vực này, đến nay việc phát triển nhiên liệu sinh học được phát triển ở nhiều nước trên thế giới: Châu Âu: Đức, Anh, Pháp, Italia, Hà Lan,.; Châu Mỹ: Mỹ, Brasil, Mexico, Cuba, Venezuena, Argentina, Chi lê, Paraguay; Châu Á: Nhật Bản, Malaysia, Hàn Quốc, Inđônêxia, Thái Lan, Philipin,…Châu Phi: Ghana, Mali, Mozambique, Madagascar, Zimbabwe, Guinea, Ethiopia, Egypt, Namibia, Senegal, South Africa, Sudan, Tanzania, Uganda, Zambia; Một số nước đã có Luật sử dụng nhiên liệu sinh học và có chính sách miễn giảm thuế đối với cá nhân, tổ chức sản xuất nhiên liệu sinh học. Những ngày gần đây Hiệp hội các nước xuất khẩu dầu mỏ OPEC đã không tăng sản lượng khai thác vì thế giá dầu thế giới luôn có những kỷ lục mới.
Gần đây nhất là ở ngưỡng 148 USD/thùng và dự báo đến đầu năm 2009 giá dầu mỏ có thể lập kỷ lục ở mức 200 USD/thùng. Trong khi đó theo dự báo của Bộ năng lượng mỹ và Uỷ ban năng lượng thế giới với nhu cầu tiêu thụ như hiện nay thì thời hạn có thể khai thác nguồn năng lượng hoá thạch toàn cầu không dài, với dầu mỏ còn khoảng 39 năm, khí thiên nhiên khoảng 60 năm, than đá còn 111 năm [15]. Vì vậy, sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế nhiên liệu hoá thạch đang là chiều hướng phát triển nhiên liệu của thế giới. Hạt Cọc rào có hàm lượng dầu từ 31-37%, dầu sau khi ép tinh chế, được sử dụng làm nhiên liệu thay thế diesel hoá thạch dùng cho các động cơ tĩnh và được sử dụng rộng rãi ở các vùng nông thôn để bơm nước tưới đồng ruộng, nghiền nông sản, phát điện.
Các động cơ sử dụng loại dầu này chỉ đòi hỏi những cải biến nhỏ. 7 Dầu Cọc rào có thể thay thế dầu hoả dùng trong các hộ gia đình để thắp sáng và đun nấu. Dầu Cọc rào đã được sử dụng thay nhiên liệu từ nhiều năm qua. Metyl este Jatropha (JME) là diesel sinh học đã được Daimler Chrysler thử nghiệm với xe Mercedes-benz C-Class ở Ấn Độ năm 2004, chạy bằng JME được hơn 5.900 km có kết quả tương tự diesel hóa thạch.
Dầu Cọc rào cũng được thử nghiệm ở Indonesia thông qua một chương trình thử nghiệm 8 ngày với 3.200 km của 3 chiếc xe chạy bằng dầu Cọc rào từ Atambua, East Nusa Tenggara tới Jakarta. Theo kết quả thử nghiệm, động cơ diesel chạy bằng dầu Cọc rào so với khi chạy bằng diesel hoá thạch cho thấy dầu từ hạt Cọc rào có đặc tính vận hành tốt, chỉ cần các cải biến nhỏ trong hệ thống đánh lửa hoặc tính toán thành phần hoá học thích hợp giúp cho điểm chớp cháy ban đầu của dầu Cọc rào cao hơn. Khí thải của dầu Cọc rào so với diesel hoá thạch không khác nhau đáng kể về lượng khí và hàm lượng CO. Tuy nhiên, ưu điểm hơn là không thấy có SO2 trong lượng khí thải động cơ chạy bằng dầu Cọc rào, trong khi khí thải của động cơ chạy bằng diesel hoá thạch có hàm lượng SO2 là 125 ppm [15].
Làm thuốc chữa bệnh Các chất chiết tách được trong hạt Cọc rào gồm Tecpen, Flavon, Coumarin, Lipit, Sterol và alkaloit. Phần sử dụng để làm dược liệu gồm lá, vỏ cây, hạt và rễ. Rễ có thể làm thuốc tiêu viêm, cầm máu, sát trùng, trị ngứa, dầu từ hạt có thể làm thuốc nhuận tràng, nhựa từ vỏ cây có thể chữa viêm chân răng, làm lành vết thương, chữa trĩ, mụn cơm, nước sắc từ lá dùng để chữa trị bệnh phong thấp, đau tim, đau răng. Theo tài liệu của Viện Lâm nghiệp Vân Nam Trung Quốc, có 3 chất độc chủ yếu trong hạt Cọc rào, gồm Curcin, dầu hạt và phorbol este.
Các bộ phận khác có hoạt tính sinh học đã được dùng để làm thuốc trị bệnh trong nhiều năm nay. Một vài chất khác có thể chống u ác tính và kháng vi khuẩn HIV. Cọc rào cũng có thể diệt một số động vật nhuyễn thể, sâu và vi khuẩn, được sử dụng để chữa các bệnh như Pyricularia Oryzae Cav, Pestalotia Funerea, Rizoctonia Solani Kula. Sử dụng 8 Curcin nồng độ từ 5g/ml có thể ngăn chặn sự phát triển của nấm.
Nhựa cây Cọc rào có chứa alkaloit có tên là Jatrophira có khả năng chống lại tế bào ung thư, ngoài ra có thể chữa bệnh ngoài da, thấp khớp. Cành non được bào chế thành chất làm trắng răng, lá được dùng để chữa bệnh trĩ. Rễ cây được dùng làm thuốc chữa rắn cắn. Bài thuốc Đông y gia truyền ở Việt Nam cũng cho biết Cọc rào là một dược liệu quý, chữa được rất nhiều bệnh.
Các bộ phận của cây đều có giá trị sử dụng làm thuốc. Lá tươi sắc nước chữa viêm loét dạ dày, người dân tộc Thái dùng lá gội đầu để trị gàu và làm tóc đen, mượt hoặc ăn sống để chữa đau lưng. Lá Cọc rào và măng tre giã nát để đắp làm lành vết thương. Lá non được thu hái và sơ chế thành dạng khô hoặc bột dùng trong các bài thuốc chữa các bệnh ung thư dạ dày, gan, phổi.
Rễ khô sắc nước uống chữa các bệnh phong tê thấp. Nhựa cây tươi chữa bệnh tưa lưỡi trẻ em hoặc ngâm với rượu để uống chữa sâu răng [15]. Làm phân bón và thức ăn chăn nuôi Hạt Cọc rào chứa nhiều protein, 100g hạt có 18,2g protein. Nếu khử hết các độc tố, khô dầu Cọc rào sạch được sử dụng làm nguyên liệu giàu protein để sản xuất thức ăn giàu đạm cho gia súc, gia cầm, thủy sản, trở thành sản phẩm có giá trị kinh tế cao.
Thành phần amino axit trong khô dầu Cọc rào rất phong phú. Martinez-Herrera và cộng sự, các thành phần amino axit của các mẫu khô dầu từ Castillo de Teayo (1), Pueblillo (2), Coatzacoalcos (3) và Yuatepec (4) giống nhau và được so sánh với các số liệu đã công bố của các giống J.curcas khác nhau (Cape Verde và Nicaragua - Makkar và cộng sự, 1997).