CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN GIỚI THIỆU CÂY HƯƠNG THẢO 1. Nguồn gốc, phân bố và đặc điểm thực vật Cây hương thảo (Rosmarinus officinalis L.1) thuộc họ Hoa môi có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, và sau đó được trồng phổ biến hơn ở tất cả các lục địa [1]. Vào năm 2007, cây hương thảo bắt đầu du nhập vào Việt Nam, tập trung chủ yếu tại khu vực miền Trung nước ta, với đặc trưng khí hậu nóng ẩm quanh năm, chia làm hai mùa khô và mùa mưa rõ rệt. Các loại cây thường xanh có xu hướng phát triển phong phú, đặc biệt đối với khu vực ven biển [2] và đặc biệt là nơi có thời tiết khí hậu lạnh, thổ nhưỡng như ở Lâm Đồng.
Ở Việt Nam, cây hương thảo còn được gọi với một tên gọi khác là Mê Diệt Hương [3]. Hiện nay, loài cây này thường được dùng như một gia vị không thể thiếu khi nấu các món ăn phương Tây như beefsteak hay pizza [4]. Ngoài ra, tinh dầu và các chiết xuất từ lá hương thảo còn mang lại rất nhiều lợi ích cho sức khỏe [5]. a) Lá hương thảo tươi b) Hoa hương thảo c) Lá hương thảo khô Hình 1.1 Một số hình của hương thảo (Rosmarinus officinalis L.
Hcini và các đồng nghiệp đã nghiên cứu các loại cây hương thảo được trồng tại ba vùng ở Tunisia, gồm Beja, Sidi Bouzid và Gabes. Kết quả cho thấy rằng đất, khí hậu và độ cao đều có ảnh hưởng đến chất lượng, thành phần và hàm lượng các hợp chất trong tinh dầu hương thảo [6]. Về phân bố, cây này thích nghi tốt trong 2 môi trường khí hậu bán khô hạn và nhiệt đới [7]. Hơn nữa, cây hương thảo phát triển tốt trên đất cát, có khả năng thoát nước tốt và thích hợp với độ pH từ 6,0 đến 7,0 [8].
Cây hương thảo là một loại cây bụi thường xanh, còn được biết đến là cây có chứa chất tương tự hương thơm của hoa oải hương như camphor, 1,8-cineole, linalool. Cây trưởng thành có thể đạt đến chiều cao 180 cm và các nhánh của nó có thể phát triển tới 90 cm [9]. Hoa của cây hương thảo có màu trắng, xanh lam hoặc tím, có kích thưởng khoảng 8,5 – 13,5 mm và mọc theo từng cụm nhỏ trên thân cây [10]. Lá cây hương thảo nhỏ 2 – 4cm hình nhọn, mép lá gập xuống có màu xanh đậm hoặc xanh lam, có mùi thơm đặc trưng do có chứa hàm lượng lớn tinh dầu [11].
Lá thường mọc đối diện dọc theo cành, có chiều dài 15 đến 40 mm và không có cuống lá [12]. Mép lá gập xuống có màu xanh đậm hoặc xanh lam, có mùi thơm đặc trưng do có chứa hàm lượng lớn tinh dầu (khoảng 2%) [11]. Ngoài ra, mùi thơm đặc trưng từ lá hương thảo còn được chứng minh đếm từ 8% các chất khác như tannin, ursolic acid, flavonol và vitamin. Hiện nay, đã có hơn 20 loại hương thảo xuất hiện trên khắp thế giới và được phân loại theo màu sắc, mùi hương và hình dạng của cây, một số loài được trình bày trong Hình 1.
Về màu sắc, hương thảo được chia thành 3 loại chính là Tuscan Blue, Majorca Pink và White Flower [13]. Tuscan Blue có màu xanh lam với hoa màu xanh xám đậm, lá hình kim và có thể cao hơn 90 cm trong môi trường nhiệt đới. Majorca Pink, hay còn được gọi là "Salem", có hoa màu tím mọc thành chùm trên cành thẳng đứng, với chiều cao tối đa khoảng 120 cm và lá to hơn so với các loại khác của hương thảo [13]. Loại hương thảo có hoa màu trắng được gọi là "hương thảo Albus" hoặc đơn giản là "Trắng".
Thường, cây nở hoa và phát ra hương thơm vào cuối mùa xuân và mùa hè [14]. Trong y học cổ truyền, lá hương thảo được sử dụng như một loại cây chống oxi hóa, kháng khuẩn, kháng nấm [15]. Ngoài ra, tinh dầu hương thảo được chiết xuất từ hoa và lá còn được sử dụng để điều trị đau đầu [16]. 3 a) Tuscan Blue Rosemary b) Majorca Pink Rosemary c) White Flower Rosemary d) Barbeque Rosemary Hình 1.2 Các loại hương thảo Phương pháp chiết xuất thường sử dụng các phần của cây hương thảo có tác dụng mạnh như lá, rễ, thân hoặc hoa bằng dung môi thích hợp.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình chiết xuất bao gồm đặc tính của thực vật, dung môi, nhiệt độ, áp suất và thời gian chiết [16]. Các phương pháp truyền thống (phơi khô, sắc, …) và hiện đại (siêu âm, chưng cất, …) đều được sử dụng để chiết xuất hương thảo, nhưng mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Thành phần hóa học nổi bật Các phương pháp phổ biến để thu được các hoạt chất quý giá có trong lá hương thảo có thể kể đến như ngâm, sắc, chưng cất lôi cuốn hơi nước và chiết bằng dung môi [17]. Ngoài ra còn có những phương pháp hiện đại hơn như là chiết suất chất lỏng siêu tới hạn (SCF) hoặc sử dụng các phương pháp vi sóng và siêu âm [18, 19].1 cho thấy các hoạt chất phong phú được tìm thấy trong lá hương thảo, và một số công thức cấu tạo của các phân tử nổi bật được biểu diễn ở Hình 1.1 Các hoạt chất chính có trong lá hương thảo [17] Các hoạt chất 1,8–Cineole (eucalyptol), Camphor (ketone), α–pinene, Monoterpene Borneol, β–pinene, Limonene y p–cymene, Verbenone chính (ketona), và Sesquiterpenes (β–caryophyllene).
Các hoạt chất Carnosic acid, carnosol, rosmarol, epirosmanol, Diterpene chính isorosmanol, và rosmaridiphenol. Các hoạt chất Oleanolic acid, ursolic acid, betulin, α–amyrin, và β– Triterpene chính amyrin. Luteolin, apigenin, genkwanin, diosmetin, hispidulin, 5– Các Flavonoid hidroxi–7, 4′–dimetoxi–flavone, và cirsimaritin. Các Phenolic acid Caffeic acid, chlorogenic acid, và rosmarinic acid.
Từ bảng trên có thể thấy các hợp chất trong dịch chiết lá hương thảo phân thành ba nhóm: terpen (carnosic acid), flavonoid (apigenin, luteolin) và acid phenolic (rosmarinic acid) [20]. Tuy nhiên phần lớn các nghiên cứu khoa học sẽ tập trung nghiên cứu về các hoạt chất kháng oxy hóa có trong lá hương thảo, 90% đặc tính kháng oxy hóa của cao chiết từ hương thảo đến từ hai hợp chất carnosic acid và carnosol [21]. Đối với rosmanol và rosmaridiphenol thì nồng độ của hai chất này thấp tới mức không thể phát hiện được [22]. Do đó, tiềm năng dược lý của cây hương thảo được thể hiện mạnh mẽ thông qua các hợp chất carnosol, carnosic acid và tinh dầu [23].3 Cấu trúc hóa học của (1) rosmarinic acid và (1a và 1b) các dẫn xuất, (2) carnosic acid, (3) carnosol, (4) ursolic acid và (5) oleanolic acid Tinh dầu hương thảo thường được chiết xuất bằng phương pháp chưng cất hơi nước, sản phẩm cho ra thường không màu đến màu vàng nhạt và có mùi thơm đặc trưng của xạ hương (thyme) [24].
Trong đó, các thành phần dễ bay hơi có trong tinh dầu hương thảo được đưa phân tích sắc ký khí kết hợp khối phổ (GC-MS) [25]. Thành phần chính của tinh dầu hương thảo bao gồm long não (5,0 – 21,0%), 1,8-cineole (15 – 55%), borneol (1,5 – 5,0%), limonene (1,54 – 5,0%), cùng với nhiều hợp chất bay hơi khác và tỷ lệ của chúng thay đổi tuỳ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng và điều kiện khí hậu [24]. Carnosic acid Hình 1.4 Công thức cấu tạo của carnosic acid [26] 6 Carnosic acid là diterpene ortho-diphenolic – chất kháng oxy hóa quan trọng trong lá hương thảo và đã được chứng minh là có tác dụng bảo vệ tế bào ở động vật có vú [26]. Năm 1964, hợp chất này lần đầu tiên được phát hiện ở Salvia officinalis L.
bởi Linde, sau đó người ta phát hiện rằng hàm lượng carnosic acid trong lá Rosmarinus officinalis L. cao hơn so với cây xô thơm [27]. Carnosic acid có thể được coi là một hợp chất cụ thể trong họ Lamiaceae và được khám phá trong nhóm Gymnospermatophyta vào năm 2002 [28]. Carnosic acid được phân bố ngẫu nhiên trong các bộ phận của cây, ví dụ, thành phần này được tìm thấy chủ yếu trong các mô quang hợp của cây hương thảo như lá, đài hoa và cánh hoa [26].
Mặc dù là một polyphenol nhưng carnosic acid lại có một số đặc điểm giống với nhóm chức terpenoid, điển hình là tocopherol và carotenoid [29]. Carnosic acid có 2 nhóm hydroxyl (-OH) ở vị trí ortho tại C11 và C12 sự liên hợp 3 vòng trong đó có 1 vòng thơm cơ bản như Hình 1.4, giúp cho cấu trúc này tạo ra khả năng trung hòa các gốc tự do và đóng vai trò là một chất kháng oxy hóa [30]. Carnosic acid tan trong dung môi hữu cơ như ethanol, DMSO và dimethyl formamide, nên được tẩy bằng khí trơ. Độ hòa tan của carnosic acid trong các dung môi này là khoảng 30 mg/mL thể hiện như một chất có độ phân cực trung bình - cao [31].
Nhiều nghiên cứu cho thấy, lá cây hương thảo được phơi ở mức độ tia UV-B cho hiệu suất chiết carnosic acid cao hơn so với cây chưa được xử lý. Bên cạnh đó, các yếu tố môi trường như nước, cường độ chiếu sáng và nhiệt độ lúc cây sinh trưởng cũng ảnh hưởng đến nồng độ carnosic acid có trong cây [32]. Tuy được phân loại như một polyphenol nhưng dựa theo phân phối cấu trúc, con đường tổng hợp và tính tan, carnosic acid có vai trò khác biệt hơn so với các polyphenol khác và tương đồng với các terpenoid như tocopherol và carotenoid [33]. Hợp chất này có thể được sử dụng làm chất phụ gia để duy trì thời gian bảo quản [34].
Mặt khác, carnosic acid cũng là một hoạt chất đa chức năng như một chất ức chế protease kháng khuẩn, chống ung thư và HIV-1 [35, 36]. Hiện nay quá trình tổng hợp carnosic acid từ các chất hữu cơ còn chưa được phát triển tuy nhiên nghiên cứu của, Brückner và cộng sự (2014) đã đề xuất một hợp chất trung gian, abietatriene, có vòng C thơm hóa và trọng lượng 7 phân tử là 270. Sau đó, quá trình hydroxyl hóa kép abietatriene trên khung 20 C của diterpenoid tạo ra nhóm carboxyl trong carnosic acid [37]. Tương tự như các chất chống oxy hóa khác, cơ chế hoạt động bắt gốc tự do của carnosic acid là do sự có mặt của hai nhóm hydroxyl O-phenolic ở vị trí C11 và C12 (phân tử catechol).
Ở 60°C, carnosic acid thể hiện khả năng chống oxy hóa cao hơn trong hệ lipid so với 𝛼- tocopherol. Ở nhiệt độ cao hơn, tốc độ tiêu thụ carnosic acid trở nên nhanh hơn so với alpha-tocopherol, cho thấy các sản phẩm oxy hóa của carnosic acid góp phần đáng kể vào phản ứng chống oxy hóa [37]. Đáng chú ý, hiệu suất thu hồi của hoạt chất này thay đổi từ 68,1% đến 96,2% tùy thuộc vào nền mẫu [36]. Carnosol Carnosol là một acid orthodiphenolic, giống như carnosic acid, được kết nối với các nhóm hydroxyl (-OH) ở C11, C12 và một phần vòng lactone trên vòng B.
Lần đầu tiên được phân lập từ Salvia officinalis L.