Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước Trong thiên nhiên, cây tinh dầu được gặp chủ yếu ở giới cây bậc cao có mạch, còn ở động vật thì rất ít và hiếm. Theo các tài liệu đã tổng kết, tính đến năm 2000, khoảng 3.000 loài thuộc trên 120 họ cây bậc cao có mạch chứa tinh dầu đã được ghi nhận [21]. Đến nay, dù chưa có tài liệu tổng kết nhưng các loài cây tinh dầu liên tục được phát hiện và ghi nhận.
Các dẫn liệu đã có cũng cho ta thấy, số loài cây tinh dầu ở các khu vực trong vùng nhiệt đới phong phú, đa dạng hơn, tiếp đến là vùng ôn đới, ở vùng cận nhiệt đới thì ít hơn. Nguồn tài nguyên cây tinh dầu trên thế giới tập trung chủ yếu ở các vùng nhiệt đới, bao gồm lưu vực sông Amazon của châu Mỹ, khu vực Đông Nam Á, khu vực Ấn Độ - Malaixia, khu vực Tây Phi. Các khu vực này được ví như là những nơi chứa đựng kho tàng cây cỏ khổng lồ cũng như giàu có giá trị hàm lượng tinh dầu. Tinh dầu và các loài cây tinh dầu là sản vật tự nhiên đã được loài người biết đến từ rất lâu.
Lúc này, con người thường khai thác và sử dụng các loại cây tinh dầu ở dạng phơi khô, họ tin rằng khi đốt gỗ thơm, khói bay lên thiên đàng và mang theo những lời cầu nguyện của họ. Vì vậy, thời kỳ trung cổ người ta biết dùng các loại rễ cây tinh dầu để thờ cúng, cho phép thuật. Đặc biệt, con người đã biết ứng dụng tinh dầu thông trong việc ướp xác [16]. Từ thế kỷ thứ 15 đến thế kỷ thứ 17, tinh dầu đã được sử dụng để làm thơm tóc và da mặt, dùng chữa bệnh và dùng trong đời sống hàng ngày của con người.
Từ thế kỷ 17 đến thế kỷ 19, tinh dầu được dùng nhiều để làm mỹ phẩm, làm thuốc và dùng trong công nghiệp với phạm vi rộng hơn. Tuy nhiên, nghiên cứu về tinh dầu, cấu tạo và tính chất các cấu tử của tinh dầu mới tiến hành cách đây khoảng một trăm năm. Năm 1847, Buterov đã nghiên cứu thành phần tinh dầu Long não, tách được camphor ra khỏi tinh dầu Long não, đặt nền móng cho nghiên cứu hóa học tinh dầu [18]. Từ thế kỷ 20 đến những năm đầu của thế kỷ 21, cùng với sự tiến bộ của nhân loại và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ngành công nghiệp sản xuất tinh dầu đã dần phát triển, tinh dầu trở thành một sản phẩm không thể thiếu trong đời sống con người.
Ta ̣i các quốc gia đang phát triển và chưa phát triến, có tới 80% dân số tỏ ra tín nhiệm với việc chăm sóc sức khoẻ bằng y học cổ truyền, mà trong đó cây tinh dầu dùng làm thuốc được sự tin dùng khá nhiều. Hiện chưa có con số thống kê nào về tổng khối lượng nguyên liệu các loài cây thuố c có chứa tinh dầu đươ ̣c sử du ̣ng hàng năm là bao nhiêu. Chỉ ước đoán rằng, đó sẽ là một khối lượng rất lớn. Chỉ riêng ở Trung Quốc, nhu cầu sử du ̣ng cây thuốc có chứa tinh dầu vào khoảng 1.000 tấn/năm, với tỷ lệ gia tăng hàng năm khoảng 9%.
Tỷ lệ này ở châu Âu và Bắc Mỹ khoảng 10%/năm [21]. Về thành phần hoá học: Khái niệm tinh dầu để chỉ các chất lỏng không tan trong nước, hoặc hòa tan rất ít, chứa các hợp chất hữu cơ tan lẫn vào nhau, dễ bay hơi và có mùi đặc trưng. Tinh dầu là tổ hợp các chất tự nhiên khoảng từ 20 đến hàng trăm đơn chất trong mỗi loài. Chúng được mô tả bởi 2 hay 3 chất chính chiếm hàm lượng cao (20-70%) khi so sánh với những thành phần khác hiện diện trong tổng số.
Ví dụ: carvacrol (30%) và thymol (27%) là thành phần chính của tinh dầu loài Origanum compactum, linalool (68%) trong thành phần tinh dầu của loài Coriandrum sativum, anpha và Beta-thuyone (57%) và camphor (24%) trong tinh dầu Artemisia herba-alba, 1. Nhìn chung những thành phần chất chính quyết định đặc tính sinh học của tinh dầu (biological properties). Các chất bao gồm hai nhóm gốc của quá trình sinh tổng hợp. Cho đến nay, nghiên cứu hóa học tinh dầu vẫn tiếp tục được tiến hành khảo sát nhằm xác định thành phần tinh dầu của các loài cây trên thế giới, khảo sát và tìm kiếm hoạt tính, nguyên liệu mới, ứng dụng mới đáp ứng nhu cầu cuộc sống.
Nhiều loài cây tinh dầu tiềm Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com năng trong việc sản xuất thuốc kháng nấm, chống oxy hóa, diệt các tế bào ung thư, ngăn chặn các bệnh suy giảm trí nhớ, đường huyết. Ở lá của các loài Piper cernuum, Piper glabratum, Piper hispidum và Piper madeiranum được S. Soidrou và cộng sự (2013) công bố với β-elemen (11,6%) và epi-cubebol (13,1%) là thành phần chính của Piper cernuum; β- caryophyllen (14,6%) và longiborneol (12,0%) là các thành phần chính của Piper glabratum; β-pinen (12,0%), khusimen (12,1%) và γ-cadinen (13,2%) là các thành phần chính của P. hispidum; β-caryophyllen (11,2%) và germacren D- 4-ol (11,1%) là các hợp chất chính của P.
Từ phần trên mặt đất của 3 loài thuộc chi Piper phân bố ở Malaysia được Salleh W. và cộng sự (2014) công bố với spathulenol (11,2%), (E)-nerolidol (8,5%) và β-caryophyllen (7,8%) là các thành phần chính của tinh dầu loài Piper abbreviatum. Loài Piper erecticaule được đặc trưng bởi β-caryophyllen (5,7%) và spathulenol (5,1%). Borneol (7,5%), β-caryophyllen (6,6%) và α-amorphen (5,6%) là các thành phần chính từ loài Piper lanatum.
Tinh dầu từ các loài trong chi Piper đều có hoạt tính sinh học cao và có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn [39]. Trong vòng 30 năm trở lại đây, công nghệ chế biến tinh dầu đã có nhiều thành tựu. Khởi nguồn từ phương pháp đơn giản nhất là chưng cất nước, ép cơ học, đến nay các phương pháp thu tinh dầu đã khá đa dạng: Hấp phụ, trích ly bằng dung môi, Trích ly bằng CO2 siêu tới hạn, chiết siêu âm,. Garikapati cùng cộng sự đã tiến hành so sánh về hàm lượng và thành phần các cấu tử trong tinh dầu Oải hương (Lavandula angustifolia) thu được bằng các phương pháp chiết xuất khác nhau, cho thấy rằng việc chưng cất nước (WD) tạo ra sản lượng cao nhất (1,2%), tiếp theo là chưng cất hơi nước (WSD) (1,12%), chiết xuất dung môi (SE) (0,8%) và chiết xuất CO2 siêu tới hạn (SCE) (0,5%).
Linalyl axetat và các este có vai trò quan trọng nhất quyết định chất lượng hương vị hoa oải hương, được ghi nhận là cao hơn trong sản phẩm dễ bay hơi của SCE (51,8%), tiếp theo là SE và WSD (31,4%) và WD (26,8%). Ngược lại, linalool được tìm thấy nhiều nhất trong phân lượng dễ bay hơi do WD sản xuất (30,9%) theo sau Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com là SCE (23%), WSD (20,5%) và SE (17,3%). Coumarin và 7- methoxycummarin, các thành phần không mong muốn trong hương thơm hoa oải hương, đã có khối lượng đáng kể ở chiết xuất dung môi (SE): 20,5% và 11,2%, nhưng không có trong tinh dầu chiết từ chưng cất hơi nước. Các nghiên cứu về trình tự thành phần hóa học trong chưng cất hơi nước (WSD) cho thấy rằng quá trình chưng cất cần được tiếp tục lên đến 2 giờ để đạt được năng suất dầu tối ưu với chất lượng tốt hơn.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng chiết CO2 siêu tới hạn (SCE) cho tinh dầu với chất lượng tốt hơn so với các kỹ thuật thông thường khác, phương pháp chiết này được sử dụng nhằm tìm kiếm các chất tiềm năng cho công nghệ thực phẩm và dược phẩm (Garikapati, 2016) [34]. Như vậy, lựa chọn công nghệ chiết suất tinh dầu, ngoài yếu tố về đặc điểm cấu tạo (gỗ, hoa, quả, lá) còn phụ thuộc rất lớn vào chất chính quan tâm, để lựa chọn công nghệ thu được hiệu quả nhất, kinh tế nhất. Trong khi nông nghiệp toàn cầu được chiếm lĩnh bởi sản xuất quy mô công nghiệp, thì sản xuất tinh dầu thế giới vẫn được phát triển bởi quy mô hộ nông trại, và đóng một phần quan trọng trong thu nhập và mức sống của người dân ở các nước có nền kinh tế đang phát triển. Ước tính hương liệu và công nghiệp hương liệu gần đây sử dụng khoảng 0,01% (250.000ha) của tổng quỹ đất sản xuất nông nghiệp để sản xuất từ 250 loài cây khác nhau thuộc 60 họ (Hesham H.
Rassem, 2016) cho những sản phẩm tự nhiên này (International Trade Center) [35]. Một số nước đã tập trung vào canh tác và sản xuất các tinh dầu thế mạnh tạo thương hiệu riêng cho quốc gia như tinh dầu Hoa hồng của Bulgary, tinh dầu Sả của Ấn độ, tinh dầu Lavender của Pháp. Thị trường chính của tinh dầu thế giới là Hoa kỳ, tiếp theo là Nhật Bản và Châu Âu. Hoa Kỳ chủ yếu sử dụng tinh dầu cho các công ty giải khát, đồ uống.
Nhật Bản chiếm 10% nhu cầu của thế giới. Thị trường Canada bị thống trị bởi nước hoa và công nghiệp hương liệu cung cấp từ Hoa Kỳ. Pháp chiếm lĩnh thị trường nước hoa thế giới, và Thụy Sỹ là một trong những nước đứng đầu sử dụng tinh dầu ở lĩnh vực dược học. Anh và Ấn Độ được biết đến với thế mạnh về các loại hương liệu.
Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các nước có sản lượng trồng cấy tinh dầu lớn trên thế giới hiện nay là: Brazil, Trung Quốc, Ai cập, Ấn Độ, Mehico, Guatemala và Indonexia [31]. Sản phẩm tinh dầu của nhóm Cam chanh (lemon, lime, bergamot,.), được tiêu thụ lớn nhất trên toàn cầu, phục vụ cho công nghiệp đồ uống, sản xuất bánh kẹo. Tiếp đến là Bạc hà cay (peppermint) sử dụng cho sản xuất kẹo, kẹo cao su, nước súc miệng và thuốc lá. Đứng thứ 3 về sản lượng tiêu thụ là Oải hương (lavender), Oải hương được sử dụng nhiều trong công nghiệp hoá mỹ phẩm, như nước hoa, kem bôi da, dầu gội sữa tắm, bởi những công dụng như hương thơm quyến rũ, có khả năng giảm stress, kháng khuẩn, được coi là mùi hương cổ điển tại Châu Âu.
Con số thống kê sản lượng tinh dầu hàng năm trên thế giới là 120.000 tấn tinh dầu, đạt giá trị 4 tỷ đô la Mỹ. Trong đó, nhóm cam chanh mỗi năm được sản xuất khoảng 30.000 tấn, Bạc hà 16.000 tấn, bạc hà cay (peppermint) 4.000 tấn, Sả chanh 3.000 tấn, Oải hương 420 tấn [31]. Dương cam cúc/Cúc la mã (Chamomile - Matricaria chamomilla L.) một trong những dược liệu cổ xưa nhất được biết đến với nhân loại, là loài bản địa phía Nam và phía Tây của Châu Âu.