Luận án tiến sĩ nghiên cứu đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở khu bảo tồn thiên nhiên pù hoạt tỉnh nghệ an

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đa dạng thực vật có tinh dầu tại khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt, Nghệ An, góp phần bảo tồn và phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thành Chung
• Người hướng dẫn: Ts. Đỗ Ngọc Đài
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Thực vật học
• Đề tài: Nghiên cứu đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Mục tiêu nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Vai trò và ứng dụng của tinh dầu
• 1.2. Tinh dầu, đặc tính và giá trị của tinh dầu
• 1.3. Tình hình nghiên cứu tinh dầu và hoạt tính sinh học của tinh dầu trên thế giới
• 1.4. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae)
• 1.5. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae)
• 1.6. Nghiên cứu về các loài thực vật có mạch và thực vật có tinh dầu ở Việt Nam
• 1.7. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của Khu BTTN Pù Hoạt
• 1.7.1. Điều kiện tự nhiên Khu BTTN Pù Hoạt
• 1.7.2. Vị trí địa lý
• 1.7.3. Địa hình, địa thế
• 1.7.4. Địa chất, đất đai
• 1.7.5. Khí hậu, thuỷ văn
• 1.7.6. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 1.7.6.1. Dân số, dân tộc, lao động và sự phân bố dân cư
• 1.7.6.2. Đời sống kinh tế - xã hội
• 1.8. Khu hệ thực vật ở Khu BTTN Pù Hoạt
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Thời gian nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp kế thừa tài liệu
• 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu điều tra thực địa
• 2.4.3. Xác định điểm và tuyến nghiên cứu
• 2.4.4. Phương pháp thu mẫu và xử lý sơ bộ mẫu ngoài thực địa
• 2.4.5. Phương pháp xử lý và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm
• 2.4.6. Phương pháp đánh giá tính đa dạng của thực vật có tinh dầu
• 2.4.7. Nghiên cứu tách chiết và phân tích thành phần hoá học của tinh dầu
• 2.4.8. Thu thập mẫu và chưng cất tinh dầu
• 2.4.9. Phương pháp định lượng tinh dầu
• 2.4.10. Phương pháp phân tích thành phần hoá học tinh dầu
• 2.4.11. Phương pháp đánh giá tinh dầu
• 2.4.12. Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng VSV kiểm định
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đa dạng các loài thực vật có tinh dầu ở Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt
• 3.1.1. Đa dạng về bậc ngành
• 3.1.2. Đa dạng về bậc họ
• 3.1.3. Đa dạng về bậc chi
• 3.2. So sánh thành phần loài cây tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt với VQG Pù Mát và Việt Nam
• 3.3. Các loài thực vật bổ sung cho hệ thực vật Việt Nam
• 3.4. Lãnh công quảng tây (Fissistigma kwangsiensis Tsiang & P.)
• 3.5. Gừng lá bắc cong (Zingiber recurvatum S.)
• 3.6. Ngải tiên (Hedychium villosum var.)
• 3.7. Đa dạng về dạng thân
• 3.8. Đa dạng về giá trị sử dụng
• 3.9. Đa dạng về giá trị bảo tồn
• 3.10. Đặc điểm nhận dạng các loài thực vật được nghiên cứu thành phần hoá học tinh dầu
• 3.10.1. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae)
• 3.10.2. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae)
• 3.11. Hàm lượng, thành phần hóa học tinh dầu và hoạt tính sinh học của một số loài cây có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An
• 3.11.1. Hàm lượng tinh dầu của một số loài thực vật ở Khu BTTN Pù Hoạt
• 3.11.2. Thành phần hóa học tinh dầu của một số loài thực vật ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An
• 3.11.2.1. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae)
• 3.11.2.2. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae)
• 3.11.3. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định và kháng ấu trùng muỗi của một số loài thực vật chứa tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt
• 3.11.3.1. Hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định
• 3.11.3.1.1. Họ Ngọc lan (Magnoliaceae)
• 3.11.3.1.2. Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae)
• 3.11.3.2. Hoạt tính kháng ấu trùng muỗi của một số mẫu tinh dầu ở Khu Bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: THÀNH PHẦN LOÀI THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN PÙ HOẠT, NGHỆ AN
• PHỤ LỤC 2: BẢNG PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HOÁ HỌC TINH DẦU CỦA MỘT SỐ LOÀI THUỘC MỘT SỐ HỌ THỰC VẬT Ở KHU BTTN PÙ HOẠT
• PHỤ LỤC 3: HÌNH ẢNH ĐIỀU TRA THỰC ĐỊA VÀ MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT CÓ TINH DẦU Ở KHU BẢO TỒN THIÊN NHIÊN PÙ HOẠT
• PHỤ LỤC 4: SẮC KÝ ĐỒ CỦA CÁC LOÀI ĐƯỢC PHÂN TÍCH TINH DẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu đa dạng thực vật có tinh dầu tại Pù Hoạt

Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt, Nghệ An, là một trong những khu vực có sự đa dạng sinh học phong phú. Nghiên cứu về đa dạng sinh học và thực vật có tinh dầu tại đây không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hệ sinh thái mà còn mở ra cơ hội khai thác bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên. Các loài thực vật có tinh dầu đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm. Việc nghiên cứu này sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc bảo tồn và phát triển bền vững.

1.1. Đặc điểm sinh thái của khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt

Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt có địa hình đa dạng với nhiều loại hình sinh thái khác nhau. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loài thực vật, đặc biệt là các loài có tinh dầu. Các yếu tố như khí hậu, đất đai và độ cao ảnh hưởng lớn đến sự phân bố và đa dạng của thực vật tại đây.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu thực vật có tinh dầu

Nghiên cứu về thực vật có tinh dầu không chỉ giúp xác định các loài mới mà còn đánh giá giá trị kinh tế và ứng dụng của chúng. Tinh dầu từ các loài thực vật này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ y học đến công nghiệp thực phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu thực vật có tinh dầu

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu thực vật có tinh dầu tại Pù Hoạt cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như biến đổi khí hậu, khai thác quá mức và ô nhiễm môi trường đang đe dọa đến sự tồn tại của nhiều loài thực vật. Việc bảo tồn và phát triển bền vững là rất cần thiết để đảm bảo nguồn tài nguyên này không bị cạn kiệt.

2.1. Tác động của biến đổi khí hậu đến đa dạng thực vật

Biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng đến sự phân bố và sinh trưởng của các loài thực vật. Nhiệt độ tăng cao và sự thay đổi lượng mưa có thể làm giảm khả năng sinh trưởng của các loài thực vật có tinh dầu, từ đó ảnh hưởng đến nguồn cung tinh dầu.

2.2. Nguy cơ từ khai thác và ô nhiễm môi trường

Khai thác quá mức và ô nhiễm môi trường là những yếu tố chính đe dọa đến sự tồn tại của các loài thực vật có tinh dầu. Việc sử dụng hóa chất trong nông nghiệp và công nghiệp có thể làm giảm chất lượng và số lượng tinh dầu.

III. Phương pháp nghiên cứu đa dạng thực vật có tinh dầu

Để nghiên cứu đa dạng thực vật có tinh dầu, các phương pháp điều tra thực địa và phân tích hóa học được áp dụng. Việc thu thập mẫu và phân tích thành phần hóa học của tinh dầu giúp xác định các loài thực vật và đánh giá hoạt tính sinh học của chúng. Các phương pháp này không chỉ đảm bảo tính chính xác mà còn giúp phát hiện ra các loài mới.

3.1. Phương pháp điều tra thực địa

Phương pháp điều tra thực địa bao gồm việc thu thập mẫu thực vật tại các khu vực khác nhau trong Khu Bảo tồn. Các mẫu được ghi chép cẩn thận về vị trí, điều kiện sinh thái và đặc điểm hình thái.

3.2. Phân tích thành phần hóa học của tinh dầu

Sau khi thu thập mẫu, các mẫu tinh dầu sẽ được chưng cất và phân tích bằng các phương pháp sắc ký để xác định thành phần hóa học. Việc này giúp đánh giá chất lượng và hoạt tính sinh học của tinh dầu từ các loài thực vật.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt có sự đa dạng cao về các loài thực vật có tinh dầu. Nghiên cứu đã ghi nhận nhiều loài mới và đánh giá được hoạt tính kháng vi sinh vật của các mẫu tinh dầu. Những kết quả này không chỉ có giá trị khoa học mà còn có thể ứng dụng trong thực tiễn, đặc biệt trong lĩnh vực dược phẩm và mỹ phẩm.

4.1. Đa dạng các loài thực vật có tinh dầu

Nghiên cứu đã xác định được nhiều loài thực vật có tinh dầu mới, góp phần làm phong phú thêm hệ thực vật Việt Nam. Các loài này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các sản phẩm từ thiên nhiên.

4.2. Hoạt tính kháng vi sinh vật của tinh dầu

Nhiều mẫu tinh dầu đã được thử nghiệm và cho thấy hoạt tính kháng vi sinh vật đáng kể. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm dược phẩm tự nhiên từ các loài thực vật có tinh dầu.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về đa dạng thực vật có tinh dầu tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt đã cung cấp nhiều thông tin quý giá. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và bảo tồn các loài thực vật này để đảm bảo sự phát triển bền vững. Việc kết hợp giữa nghiên cứu khoa học và thực tiễn sẽ giúp khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên.

5.1. Tầm quan trọng của bảo tồn đa dạng sinh học

Bảo tồn đa dạng sinh học là rất cần thiết để duy trì sự cân bằng của hệ sinh thái. Các loài thực vật có tinh dầu không chỉ có giá trị kinh tế mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các loài thực vật có tinh dầu, đặc biệt là các loài mới được phát hiện. Việc này sẽ giúp phát triển các sản phẩm từ thiên nhiên và bảo tồn nguồn tài nguyên quý giá này.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Nghiên cứu về tài nguyên thực vật chứa tinh dầu đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp nguồn nguyên liệu tự nhiên cho các ngành công nghiệp chế biến dược phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm và cải tạo môi trường sống. Hệ Thực vật Việt Nam hiện ghi nhận khoảng 12.000 loài thực vật có mạch, trong đó có khoảng 650 loài thực vật cho tinh dầu. Mặc dù các vùng phụ cận như Vườn Quốc gia Pù Mát, Vườn Quốc gia Vũ Quang hay Vườn Quốc gia Bến En đã có những công trình khảo sát nhất định, Khu Bảo tồn Thiên nhiên (BTTN) Pù Hoạt — khối núi cao với đỉnh 2.457 m thuộc vùng Tây Bắc tỉnh Nghệ An — vẫn chưa từng có một công trình khoa học nào nghiên cứu toàn diện và có hệ thống về các loài thực vật có tinh dầu.

Nhằm giải quyết khoảng trống dữ liệu này, luận án tiến sĩ sinh học chuyên ngành Thực vật học của nghiên cứu sinh Nguyễn Thành Chung tập trung đánh giá tính đa dạng thực vật có tinh dầu, phân tích thành phần hóa học và khảo nghiệm hoạt tính sinh học của các loài tiêu biểu tại khu vực.

Luận án xác định ba mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Điều tra, thu thập mẫu thực vật, xác định tên khoa học và lập danh lục các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt.
2. Đánh giá được tính đa dạng về thành phần loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt.
3. Thử hoạt tính kháng vi sinh vật (VSV) kiểm định và kháng ấu trùng muỗi của một số loài được phân tích thành phần hóa học tinh dầu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án được xác định rõ ràng:

• Đối tượng nghiên cứu: Toàn bộ các loài thực vật bậc cao có mạch có khả năng sinh tổng hợp và chứa tinh dầu phân bố tự nhiên trong các sinh cảnh tại Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An.
• Phạm vi không gian: Khu BTTN Pù Hoạt với tổng diện tích 90.741 ha (bao gồm 39.221 ha rừng đặc dụng và 51.520 ha rừng phòng hộ), trải dài trên địa bàn 9 xã vùng cao thuộc huyện Quế Phong, tỉnh Nghệ An: Tri Lễ, Tiền Phong, Thông Thụ, Hạnh Dịch, Nậm Giải, Đồng Văn, Nậm Nhóng, Cắm Muộn và Châu Thôn; có tọa độ địa lý từ 19°27'46" đến 19°59'55" vĩ độ Bắc và từ 104°37'46" đến 105°11'11" kinh độ Đông.
• Phạm vi thời gian: Các đợt điều tra thực địa, thu thập mẫu vật và số liệu được triển khai liên tục trong giai đoạn từ tháng 12 năm 2019 đến tháng 12 năm 2021, thực hiện qua 15 đợt công tác dọc 9 tuyến khảo sát chính.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật toàn diện các công trình nghiên cứu về thực vật có tinh dầu, cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học trên phạm vi quốc tế và tại Việt Nam.

Trên thế giới, hiện có trên 3.000 loài thuộc 120 họ thực vật có mạch chứa tinh dầu đã được ghi nhận. Tác giả đã điểm lại các công trình nghiên cứu tiêu biểu theo từng nhóm họ thực vật chính:

• Họ Na (Annonaceae): Các nghiên cứu về chi Uvaria của Muriel K. và cộng sự tại Bờ Biển Ngà trên các loài Uvaria anonoides và Uvaria tortilis; các nghiên cứu tinh dầu rễ và lá loài Uvaria chamae, Uvaria rufa, Uvaria concava tại Nigeria và Úc; nghiên cứu hoạt tính diệt ấu trùng của loài Uvaria scheffleri tại Châu Phi.
• Họ Cúc (Asteraceae): Công trình của Robert Vera (1993) về loài Ageratum conyzoides ở Réunion; các nghiên cứu biến đổi hóa học theo chu kỳ sinh trưởng của Artemisia annua ở Trung Quốc; Verma và cộng sự (2016) nghiên cứu Bidens pilosa tại Ấn Độ; Vilma Kaskoniene và cộng sự nghiên cứu Bidens tripartita tại Litva trong 3 năm liên tục; Moses S. Owolabi và cộng sự nghiên cứu Chromolaena odorata ở Nigeria; Jiali Dai và cộng sự (2013) nghiên cứu Wedelia prostrata; Z. Parveen và cộng sự nghiên cứu Xanthium strumarium tại Pakistan.
• Họ Long não (Lauraceae): Các nghiên cứu trên 8 loài thuộc chi Cinnamomum ở khu vực Ấn Độ, Nepal, Himalaya, Bhutan; nghiên cứu thành phần (E)-cinnamaldehyde và tính kháng khuẩn của Cinnamomum zeylanicum; nghiên cứu loài Actinodaphne pilosa ở Quảng Đông (Trung Quốc).
• Họ Ngọc lan (Magnoliaceae): Các khảo sát hóa học trên Magnolia champaca, Magnolia grandiflora ở Ấn Độ; công trình của Zheng và cộng sự (2015) trên loài Magnolia kwangsiensis ở Trung Quốc; nghiên cứu của Scharf và cộng sự trên loài Magnolia ovata.
• Họ Cỏ roi ngựa (Verbenaceae): Các khảo sát trên loài Lantana camara ở Đông Bắc Brazil, Ấn Độ và Nigeria (Sonibare O.); Lantana fucata của de Oliveira J.; các loài thuộc chi Vitex gồm Vitex diversifolia (Burkina Faso), Vitex agnus-castus, Vitex negundo, Vitex pseudo-negundo, Vitex limonifolia (Thái Lan); các nghiên cứu chi Callicarpa của Kobaisy M. và Tellez M. (2000) trên Callicarpa japonica, Callicarpa americana; nghiên cứu Gmelina arborea ở Nigeria.
• Họ Gừng (Zingiberaceae): Các công bố về hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và diệt côn trùng của Zingiber officinale, Zingiber montanum (ở Thái Lan, Ấn Độ) và các nghiên cứu về hàm lượng zerumbone trong Zingiber zerumbet.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu nền tảng về thực vật có tinh dầu đã được công bố qua các thời kỳ:

• Các chuyên khảo của Đỗ Tất Lợi (1985), luận án tiến sĩ khoa học của Nguyễn Xuân Dũng (1996), công trình "Tài nguyên thực vật Việt Nam" của Lã Đình Mỡi, Trần Minh Hợi, Phùng Ngọc Lan, Nguyễn Nghĩa Thìn (2001, 2002), và Lưu Đàm Cư và cộng sự (2020).
• Các nghiên cứu phân loại và hóa học tinh dầu theo vùng địa lý và họ thực vật: Trần Huy Thái và cộng sự (2002, 2003, 2006) tại Hòa Bình, Vĩnh Phúc; Lê Công Sơn (2013) tại Vườn Quốc gia Bạch Mã (44 loài họ Long não); Trần Đình Thắng và cộng sự (2013, 2014) về chuyên khảo họ Na (73 loài và thứ); Đào Thị Minh Châu (2016) tại VQG Pù Mát; Lê Thị Hương (2016) về chi Amomum và Alpinia; Nguyễn Viết Hùng (2016) tại VQG Pù Mát (361 loài); Lê Đông Hiếu (2017) về họ Hồ tiêu ở Bắc Trung Bộ (36 loài); Hoàng Danh Trung (2018) về 4 chi họ Cam ở Nghệ An (31 loài); Hoàng Văn Chính (2019) tại VQG Bến En (410 loài); Nguyễn Thị Thanh Nga (2019) về cây Pơ mu và Sa mu; Lê Duy Linh (2020) tại VQG Vũ Quang (366 loài); Trịnh Thị Hương (2021) về chi Zingiber và Hedychium; Nguyễn Huy Hùng và cộng sự (2019) về các loài họ Cúc (Crassocephalum crepidioides, Erechtites hieraciifolius, Erechtites valerianifolius); Đỗ Quyên và cộng sự (2015), Nguyễn Văn Bời (2002) về họ Cỏ roi ngựa; Nguyễn Danh Hùng và cộng sự (2019) về loài Zingiber nudicarpum tại Pù Hoạt; Đỗ Ngọc Đài và cộng sự (2019) xác định hệ thực vật Pù Hoạt có 2.425 loài.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Mặc dù hệ thực vật Pù Hoạt đã được điều tra cơ bản về thành phần loài bậc cao có mạch, nhưng riêng nhóm tài nguyên thực vật cho tinh dầu chưa từng được điều tra chuyên biệt, chưa có danh lục đầy đủ, chưa được đánh giá cụ thể mức độ đa dạng taxon, dạng thân, công dụng và phân hạng bảo tồn. Đồng thời, thành phần hóa học tinh dầu và các hoạt tính sinh học (kháng vi sinh vật kiểm định, kháng ấu trùng muỗi truyền bệnh) của các loài phân bố đặc hữu, bản địa tại Pù Hoạt chưa được phân tích đầy đủ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án tiếp cận dựa trên lý thuyết phân loại học thực vật hình thái so sánh kết hợp sinh hóa học thực vật (phân tích các nhóm hợp chất thứ cấp trong tinh dầu) và dược lý học thực nghiệm. Tinh dầu được định nghĩa là hỗn hợp các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, ít tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ, được cấu thành từ 4 nhóm hợp chất chính:

1. Các hợp chất aliphatic (alcohol béo, aldehyde, ceton, este béo).
2. Các hợp chất terpen và dẫn xuất chứa oxy (monoterpene, sesquiterpene hydrocarbon, alcohol, aldehyde, ether, ceton, este).
3. Các dẫn xuất benzene (chứa một vòng thơm benzene, este của alcohol thơm).
4. Các hợp chất chứa nitơ (thường chiếm tỷ lệ nhỏ $\le 0,1%$).

Phương pháp nghiên cứu thực địa

• Tuyến và điểm điều tra: Vạch tuyến điều tra thực địa theo phương pháp của Nguyễn Nghĩa Thìn (2007) và Nguyễn Tiến Bân (1997), phối hợp bản đồ địa hình, bản đồ hiện trạng rừng, định vị vệ tinh GPS và la bàn. Đã thiết lập 9 tuyến điều tra chính đi qua các sinh cảnh đặc trưng tại 9 xã:

TT	Tuyến điều tra (Xã)	Điểm đầu (Tọa độ VN-2000)	Điểm cuối (Tọa độ VN-2000)	Chiều dài (km)
1	Xã Đồng Văn	Tuyến 1 (506,817.6; ...)	Điểm kết thúc tuyến	6,990
2	Xã Thông Thụ	Tuyến 1 (484,244.2; ...)	Điểm kết thúc tuyến	5,508
3	Xã Tiền Phong	Tuyến 1 (496,815.2; ...)	Điểm kết thúc tuyến	9,550
4	Xã Hạnh Dịch	Tuyến 1 (484,507.0; ...)	Điểm kết thúc tuyến	3,287 / 3,075
5	Xã Nậm Giải	Tuyến 1 (476,385.7; ...)	Điểm kết thúc tuyến	4,996
6	Xã Tri Lễ	Tuyến 1 (467,620.6; ...)	Điểm kết thúc tuyến	5,270
7	Xã Châu Thôn	Tuyến 1 (478,149.9; ...)	Điểm kết thúc tuyến	5,670
8	Xã Nậm Nhóng	Tuyến 1 (468,131.3; ...)	Điểm kết thúc tuyến	Tuyến khảo sát
9	Xã Cắm Muộn	Tuyến 1 (473,285.0; ...)	Điểm kết thúc tuyến	Tuyến khảo sát

• Thu và xử lý mẫu thực vật: Thu thập 1.256 số hiệu mẫu tiêu bản có đầy đủ cơ quan sinh dưỡng và sinh sản. Mẫu được ghi sổ thực địa, bao gói, tẩm cồn bảo quản, ép định hình giữa các lớp giấy báo và tấm thoát nhiệt nhôm, nẹp mắt cáo gỗ và sấy khô trong phòng thí nghiệm. Mẫu chưng cất tinh dầu được thu riêng từ 0,5 đến 3,0 kg tươi/mẫu (thu được 58 mẫu chưng cất).
• Giám định tên khoa học: So sánh hình thái với các bộ Thực vật chí Việt Nam, Cây cỏ Việt Nam (Phạm Hoàng Hộ), Cẩm nang tra cứu (Nguyễn Tiến Bân), Danh lục các loài thực vật Việt Nam, Flora of China; đối chiếu mẫu chuẩn tại tiêu bản Phòng Thực vật - Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật và Khoa Nông Lâm Ngư - Trường Đại học Kinh tế Nghệ An. Chỉnh lý danh pháp khoa học theo quy tắc của R. K. Brummitt (1992).

Phương pháp phân tích hóa học tinh dầu

• Chưng cất: Chưng cất lôi cuốn hơi nước có hồi lưu bằng thiết bị Clevenger cải tiến theo Dược điển Việt Nam V (2017) trong thời gian từ 2 đến 4 giờ ở áp suất thường. Tinh dầu thu được làm khô bằng $Na_2SO_4$ khan và bảo quản ở nhiệt độ 0–5°C.
• Định lượng hàm lượng: Tính theo phần trăm (%) thể tích/khối lượng mẫu tươi: $$X(%) = \frac{a}{b} \times 100%$$ (trong đó $a$ là khối lượng tinh dầu thu được tính bằng gam, $b$ là khối lượng mẫu thực vật tươi tính bằng gam).
• Phân tích thành phần:
  • Sắc ký khí với đầu dò ion hóa ngọn lửa (GC-FID) thực hiện trên máy Agilent Technologies HP 6890N Plus, cột mao quản HP-5MS (30 m $\times$ 0,25 mm, bề dày pha tĩnh 0,25 µm), khí mang hydro, nhiệt độ buồng bơm 250°C, đầu dò 260°C; chương trình nhiệt độ bắt đầu từ 60°C (giữ 2 phút), tăng nhiệt 4°C/phút đến 220°C (giữ 10 phút).
  • Sắc ký khí khối phổ (GC-MS) vận hành trên hệ thống Agilent Technologies HP 6890N ghép nối đầu dò khối phổ HP 5973 MSD, sử dụng khí mang heli cùng điều kiện cột và nhiệt độ.
  • Định danh cấu tử: Dựa trên chỉ số lưu giữ RI (Retention Index) tính toán qua dãy đồng đẳng $n$-alkan ($C_8$–$C_{32}$), so sánh phổ khối lượng với ngân hàng dữ liệu NIST 08, Wiley 9th Edition và sắc ký nội chuẩn với các chất chuẩn tinh khiết thương mại (Sigma-Aldrich).

Phương pháp đánh giá hoạt tính sinh học

• Kháng vi sinh vật kiểm định: Đánh giá bằng phương pháp pha loãng đa nồng độ trên phiến 96 giếng (nồng độ thử nghiệm từ 2 đến 256 µg/ml trong DMSO, 3 lần lặp lại $N=3$).
  • Chủng thử nghiệm gồm 3 chủng vi khuẩn Gram dương (Enterococcus faecalis ATCC29212, Staphylococcus aureus ATCC25923, Bacillus cereus ATCC14579); 3 chủng vi khuẩn Gram âm (Escherichia coli ATCC25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC27853, Salmonella enterica ATCC13076); và 1 chủng nấm men (Candida albicans ATCC10231).
  • Đo mật độ quang học (OD) trên máy quang phổ BioTek để xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và nồng độ ức chế 50% ($IC_{50}$) dựa trên phần mềm Raw data. Chất đối chứng: Streptomycin, Kanamycin (kháng khuẩn); Nystatin, Cycloheximide (kháng nấm).
• Kháng ấu trùng muỗi: Xác định theo phương pháp Reed-Muench trên ấu trùng tuổi 4 (instar 4) của 3 loài muỗi: Aedes aegypti, Aedes albopictus, và Culex quinquefasciatus (nguồn muỗi thu thập tại Hòa Khánh Nam, Liên Chiểu, Đà Nẵng, nuôi tại Trung tâm Sinh học Phân tử - Đại học Duy Tân ở 25 $\pm$ 2°C, độ ẩm 65–75%, chu kỳ sáng/tối 12:12). Tinh dầu pha loãng ở các nồng độ 100, 50, 25 µg/ml (4 lần lặp lại, 20 ấu trùng/bình 200 ml), ghi nhận tỷ lệ tử vong sau 24 giờ và 48 giờ để tính toán nồng độ gây chết 50% ($LC_{50}$).
• Xử lý số liệu: Xử lý và thống kê trên phần mềm Microsoft Excel 2016.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương này khái quát toàn bộ cơ sở lý luận về bản chất hóa học của tinh dầu và các ứng dụng thực tiễn trong y học, công nghệ mỹ phẩm, hương liệu và công nghiệp chế biến thực phẩm. Tác giả tổng hợp lịch sử nghiên cứu các họ thực vật có tinh dầu chủ yếu trên phạm vi thế giới và tại Việt Nam (họ Na, Cúc, Long não, Ngọc lan, Cỏ roi ngựa, Gừng).

Bên cạnh đó, chương 1 phân tích chi tiết điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của Khu BTTN Pù Hoạt:

• Địa hình phân hóa 3 đai cao rõ rệt: đai núi cao trên 1.700 m (chiếm 52% diện tích, có đỉnh Pù Hoạt 2.457 m), đai núi trung bình và thấp từ 300–1.700 m (chiếm 40% diện tích), và vùng thung lũng bằng thấp.
• Khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng Trịnh Sơn Bắc với nhiệt độ trung bình năm 23,1°C, độ ẩm 86%, lượng mưa 1.800–2.000 mm/năm.
• Thủy văn thuộc đầu nguồn hai hệ thống sông lớn là sông Chu (dài hơn 64 km qua Pù Hoạt) và sông Hiếu (với các phụ lưu Nậm Việc, Nậm Quàng, Nậm Giải).
• Thổ nhưỡng gồm 5 nhóm đất chính: đất mùn Alít núi cao (1.783 ha), đất Feralít mùn núi trung bình (57.349 ha, chiếm 63,4%), đất Feralít đồi núi thấp (29.988 ha), đất phù sa thung lũng (161 ha), và đất núi đá (79,3 ha).
• Kinh tế - xã hội: Dân số gồm 5 dân tộc chính (Thái chiếm 83,7%, H'Mông chiếm 7,3%, Khơ Mú chiếm 4,5%, Kinh chiếm 4,1%, Thổ chiếm 0,4%), có 139 thôn bản (19 bản nằm trong vùng rừng đặc dụng và phòng hộ); tỷ lệ hộ nghèo chiếm 45,2%; 95% lao động làm nông lâm nghiệp. Thảm thực vật được phân loại thành 6 kiểu quần hệ chính.

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này trình bày chi tiết đối tượng nghiên cứu (các loài thực vật có mạch chứa tinh dầu), khung thời gian nghiên cứu (12/2019 đến 12/2021 qua 15 đợt điều tra thực địa) và địa bàn khảo sát với 9 tuyến thực địa tại 9 xã của huyện Quế Phong. Tác giả chuẩn hóa quy trình phân tích gồm:

• Phương pháp điều tra, thu thập và xử lý 1.256 mẫu thực vật tiêu bản;
• Phương pháp định loại hình thái, xây dựng danh lục thực vật có tinh dầu;
• Phương pháp đánh giá tính đa dạng về taxon (ngành, họ, chi, loài), dạng thân (theo Tên cây rừng Việt Nam), giá trị sử dụng (6 nhóm công dụng: LGO, ANĐ, THU, CAN, GVI, CDB) và phân hạng bảo tồn (theo Sách Đỏ Việt Nam 2007, IUCN 2021, Nghị định 84/2021/NĐ-CP);
• Phương pháp chưng cất Clevenger theo Dược điển Việt Nam V, định lượng tinh dầu;
• Phương pháp phân tích định tính và định lượng hóa học tinh dầu bằng GC-FID và GC-MS;
• Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học: kháng 7 chủng vi sinh vật kiểm định bằng phương pháp pha loãng đa nồng độ trên phiến vi lượng xác định MIC, $IC_{50}$ và thử hoạt tính diệt ấu trùng muỗi (Ae. aegypti, Ae. albopictus, Cx. quinquefasciatus) theo phương pháp Reed-Muench xác định $LC_{50}$.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này trình bày toàn bộ các phát hiện khoa học của luận án:

1. Đa dạng thành phần loài thực vật có tinh dầu tại Khu BTTN Pù Hoạt: Điều tra đã xác định được 496 loài thuộc 177 chi và 52 họ trong 2 ngành thực vật bậc cao có mạch. Cấu trúc phân bố taxon giữa các ngành được tổng hợp trong bảng sau:

Ngành thực vật	Số họ	Tỷ lệ %	Số chi	Tỷ lệ %	Số loài	Tỷ lệ %
Pinophyta (Ngành Thông)	5	9,62	8	4,52	9	1,81
Magnoliophyta (Ngành Ngọc lan)	47	90,38	169	95,48	487	98,19
+ Magnoliopsida (Lớp Hai lá mầm)	40	76,92	152	85,88	425	85,69
+ Liliopsida (Lớp Một lá mầm)	7	13,46	17	9,60	62	12,50
Tổng cộng	52	100,00	177	100,00	496	100,00

Tỷ lệ Magnoliopsida / Liliopsida tương ứng là 5,7 (về họ), 8,9 (về chi) và 6,9 (về loài).

2. Ghi nhận các taxon bổ sung cho Hệ Thực vật Việt Nam: Luận án ghi nhận và mô tả chi tiết 03 loài và thứ thực vật mới bổ sung cho Hệ Thực vật Việt Nam:

1. Lãnh công quảng tây (Fissistigma kwangsiense Tsiang & P.T.Li) thuộc họ Na (Annonaceae);
2. Gừng lá bắc cong (Zingiber recurvatum S.Q.Tong & Y.M.Xia) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae);
3. Ngải tiên (Hedychium villosum var. tenuifolium) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae).

3. Đa dạng dạng thân, công dụng và giá trị bảo tồn:

• Đánh giá phổ dạng thân, thống kê 6 nhóm giá trị sử dụng (cho gỗ, làm thuốc, ăn được, làm cảnh, gia vị, dầu béo).
• Thống kê các loài thực vật có tinh dầu quý hiếm, nguy cấp bị đe dọa tuyệt chủng theo Sách Đỏ Việt Nam (2007), Danh lục Đỏ IUCN (2021) và Nghị định 84/2021/NĐ-CP của Chính phủ.

4. Hàm lượng và thành phần hóa học tinh dầu:

• Đã chưng cất, xác định hàm lượng và thành phần hóa học của 34 mẫu thuộc 25 loài trong 6 họ thực vật (Annonaceae, Asteraceae, Lauraceae, Magnoliaceae, Verbenaceae, Zingiberaceae).
• Trong số 25 loài được phân tích, có 15 loài lần đầu tiên được nghiên cứu về thành phần hóa học tinh dầu.
• Phân tích chi tiết các hợp chất cấu tử chính của từng loài trong các họ: họ Na, họ Cúc, họ Long não, họ Ngọc lan, họ Cỏ roi ngựa, họ Gừng.

5. Hoạt tính sinh học của tinh dầu:

• Khảo sát hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định trên 23 mẫu tinh dầu thuộc các họ nghiên cứu: xác định các giá trị MIC và $IC_{50}$ trên 7 chủng vi khuẩn Gram (+), Gram (-) và nấm men Candida albicans.
• Khảo sát hoạt tính diệt ấu trùng muỗi trên 18 mẫu tinh dầu thuộc 17 loài của 6 họ thực vật: xác định giá trị $LC_{50}$ trên 3 loài muỗi truyền bệnh Aedes aegypti, Aedes albopictus và Culex quinquefasciatus.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các đóng góp mới cụ thể về mặt khoa học lý luận và giá trị thực tiễn:

Đóng góp mới về mặt khoa học

1. Lập danh lục đầy đủ, có hệ thống về các loài thực vật có tinh dầu ở Khu BTTN Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An gồm 496 loài thuộc 177 chi của 52 họ trong 2 ngành thực vật có mạch (Pinophyta và Magnoliophyta).
2. Phát hiện và bổ sung 03 taxon cho Hệ Thực vật Việt Nam: Lãnh công quảng tây (Fissistigma kwangsiense Tsiang & P.T.Li), Gừng lá bắc cong (Zingiber recurvatum S.Q.Tong & Y.M.Xia) và Ngải tiên (Hedychium villosum var. tenuifolium).
3. Cung cấp dẫn liệu mới về hàm lượng và thành phần hóa học tinh dầu của 34 mẫu thuộc 25 loài trong 6 họ thực vật; trong đó có 15 loài lần đầu tiên được nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu trên thế giới và tại Việt Nam.
4. Đánh giá định lượng hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định của 23 mẫu tinh dầu và hoạt tính kháng ấu trùng muỗi (Aedes aegypti, Aedes albopictus, Culex quinquefasciatus) của 18 mẫu thuộc 17 loài thực vật chứa tinh dầu tại Khu BTTN Pù Hoạt.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và kiến nghị

1. Cung cấp hệ thống cơ sở dữ liệu khoa học về tài nguyên cây tinh dầu, giúp Ban quản lý Khu BTTN Pù Hoạt xây dựng định hướng chiến lược quản lý, bảo tồn các loài thực vật quý hiếm, nguy cấp.
2. Cung cấp luận cứ thực tiễn để định hướng khai thác, nhân giống và phát triển các loài cây tinh dầu có giá trị kinh tế cao, tạo sinh kế và nâng cao thu nhập cho cộng đồng người dân sinh sống tại vùng đệm khu bảo tồn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

• Do địa hình núi cao chia cắt phức tạp và giới hạn về nguồn mẫu thực địa (đòi hỏi sinh khối từ 0,5 đến 3,0 kg tươi/mẫu để chưng cất tinh dầu), luận án mới chỉ tiến hành chưng cất, phân tích thành phần hóa học cho 34 mẫu thuộc 25 loài và thử hoạt tính sinh học trên 23 mẫu kháng VSV, 18 mẫu kháng ấu trùng muỗi trên tổng số 496 loài cây có tinh dầu đã thống kê.
• Hoạt tính sinh học mới chỉ dừng lại ở các thử nghiệm in vitro trong điều kiện phòng thí nghiệm đối với 7 chủng vi sinh vật chuẩn ATCC và ấu trùng muỗi tuổi 4.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

• Tiếp tục khảo sát thu thập mẫu vật, mở rộng phân tích thành phần hóa học và đánh giá hoạt tính sinh học cho các loài cây tinh dầu còn lại trong danh lục chưa được chưng cất.
• Nghiên cứu sự biến động về hàm lượng và thành phần hóa học của tinh dầu theo mùa vụ thu hái, các giai đoạn sinh trưởng và các bộ phận khác nhau của cây.
• Nghiên cứu công nghệ nhân giống, trồng trọt và khảo nghiệm thực tế các chế phẩm tinh dầu có hoạt tính diệt muỗi và kháng khuẩn cao phục vụ đời sống.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên ngành có giá trị cao đối với nhiều nhóm đối tượng:

• Nhà nghiên cứu, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Thuộc các chuyên ngành Thực vật học, Sinh thái học thực vật, Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Dược liệu học và Lâm sinh học. Luận án cung cấp dẫn liệu tham khảo về phương pháp điều tra thực vật học chuẩn mực kết hợp với quy trình phân tích hóa lý hiện đại (GC-FID, GC-MS) và quy trình thử nghiệm hoạt tính sinh học (MIC, $IC_{50}$, $LC_{50}$).
• Cơ quan quản lý rừng và hoạch định chính sách: Ban quản lý Khu BTTN Pù Hoạt, Chi cục Kiểm lâm, Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Nghệ An trong việc xây dựng quy hoạch bảo tồn đa dạng sinh học và kế hoạch phát triển lâm sản ngoài gỗ.
• Doanh nghiệp dược liệu, mỹ phẩm: Cung cấp nguồn số liệu tin cậy về hàm lượng tinh dầu và các cấu tử chính có hoạt tính sinh học cao để định hướng nghiên cứu ứng dụng và chiết xuất sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã ghi nhận bao nhiêu loài thực vật có tinh dầu tại Khu BTTN Pù Hoạt và cấu trúc phân loại theo các ngành như thế nào?
Luận án đã thống kê được 496 loài thuộc 177 chi và 52 họ thực vật có tinh dầu trong 2 ngành thực vật có mạch:

• Ngành Thông (Pinophyta): có 5 họ (chiếm 9,62%), 8 chi (chiếm 4,52%) và 9 loài (chiếm 1,81%).
• Ngành Ngọc lan (Magnoliophyta): chiếm ưu thế tuyệt đối với 47 họ (chiếm 90,38%), 169 chi (chiếm 95,48%) và 487 loài (chiếm 98,19%), trong đó Lớp Hai lá mầm (Magnoliopsida) có 425 loài và Lớp Một lá mầm (Liliopsida) có 62 loài.

2. Ba taxon thực vật nào lần đầu tiên được luận án ghi nhận bổ sung cho Hệ Thực vật Việt Nam?
Ba taxon được phát hiện và bổ sung gồm:

1. Lãnh công quảng tây (Fissistigma kwangsiense Tsiang & P.T.Li) thuộc họ Na (Annonaceae);
2. Gừng lá bắc cong (Zingiber recurvatum S.Q.Tong & Y.M.Xia) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae);
3. Ngải tiên (Hedychium villosum var. tenuifolium) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae).

3. Các phương pháp và thiết bị nào được sử dụng để phân tích thành phần hóa học tinh dầu?
Tinh dầu được tách chiết bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước có hồi lưu trong thiết bị Clevenger (theo Dược điển Việt Nam V). Phân tích thành phần hóa học sử dụng hệ thống sắc ký khí GC-FID (Agilent Technologies HP 6890N Plus với đầu dò FID, cột mao quản HP-5MS) và sắc ký khí khối phổ GC-MS (Agilent Technologies HP 6890N ghép nối HP 5973 MSD). Cấu tử được định danh bằng chỉ số lưu giữ RI (xác định qua dãy đồng đẳng $n$-alkan), đối chiếu thư viện phổ chuẩn NIST 08, Wiley 9th Edition và sắc ký nội chuẩn với chất chuẩn thương mại của Sigma-Aldrich.

4. Các chủng vi sinh vật và loài côn trùng nào được sử dụng để kiểm định hoạt tính sinh học?

• Khảo nghiệm kháng vi sinh vật sử dụng 7 chủng chuẩn ATCC: 3 chủng vi khuẩn Gram (+) (Enterococcus faecalis ATCC29212, Staphylococcus aureus ATCC25923, Bacillus cereus ATCC14579); 3 chủng vi khuẩn Gram (-) (Escherichia coli ATCC25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC27853, Salmonella enterica ATCC13076); và 1 chủng nấm men (Candida albicans ATCC10231).
• Khảo nghiệm diệt côn trùng thực hiện trên ấu trùng tuổi 4 của 3 loài muỗi truyền bệnh: muỗi vằn Aedes aegypti, muỗi hổ châu Á Aedes albopictus, và muỗi nhà Culex quinquefasciatus.

5. Luận án đã phân tích sâu thành phần hóa học và thử hoạt tính sinh học trên bao nhiêu mẫu và loài thực vật?
Luận án đã chưng cất, định lượng và phân tích thành phần hóa học của 34 mẫu thuộc 25 loài trong 6 họ thực vật (Annonaceae, Asteraceae, Lauraceae, Magnoliaceae, Verbenaceae, Zingiberaceae), trong đó có 15 loài lần đầu tiên được nghiên cứu thành phần hóa học tinh dầu. Luận án đồng thời đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định trên 23 mẫu và hoạt tính diệt ấu trùng muỗi trên 18 mẫu thuộc 17 loài.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Thành Chung là công trình khoa học toàn diện và có hệ thống đầu tiên về tài nguyên thực vật có tinh dầu tại Khu Bảo tồn Thiên nhiên Pù Hoạt, tỉnh Nghệ An. Công trình đã xác lập danh lục 496 loài thực vật chứa tinh dầu, bổ sung 3 taxon cho Hệ Thực vật Việt Nam, đồng thời cung cấp các dẫn liệu định lượng về hàm lượng, thành phần hóa học tinh dầu của 25 loài (với 15 loài lần đầu công bố) và hoạt tính sinh học kháng khuẩn, diệt ấu trùng muỗi. Các kết quả này vừa làm phong phú tri thức phân loại học và hóa sinh học thực vật, vừa là cơ sở khoa học phục vụ công tác bảo tồn đa dạng sinh học và định hướng khai thác bền vững nguồn tài nguyên tinh dầu tại khu vực Bắc Trung Bộ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu (03 trang); Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu (25 trang); Chƣơng 2: Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu (09 trang); Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận (68 trang); Kết luận và kiến nghị (02 trang); Những đóng góp mới của luận án (01 trang); Danh mục công trình công bố liên quan đến luận án (02 trang); Tài liệu tham khảo; Phụ lục 1, 2, 3, 4. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Vai trò và ứng dụng của tinh dầu Tinh dầu đã đƣợc con ngƣời sử dụng từ khá sớm trong các hoạt động thƣờng ngày của đời sống nhƣ dùng các loài thực vật để xông giải cảm, đốt thân cây, gốc cây để đuổi muỗi, làm hƣơng, hay lấy tinh dầu để ƣớp xác vua chúa. Ngày nay, tinh dầu đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ dƣợc phẩm, mỹ phẩm, thực phẩm, … [1].

Đối với lĩnh vực dƣợc phẩm: Tinh dầu có khả năng sát trùng và kháng khuẩn mạnh. Từ ngàn xƣa, nhân dân ta đã biết dùng các loài thực vật có tinh dầu để giải cảm, làm thuốc chữa các bệnh về đƣờng hô hấp, thời tiết, tiêu hóa, đau bụng, nôn mửa, cảm lạnh.Ngoài ra tinh dầu còn đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến các sản phẩm diệt côn trùng, tẩy uế môi trƣờng. Nhiều đơn chất tách ra từ tinh dầu là nguyên liệu ban đầu để chuyển hóa, tổng hợp hàng loạt các hợp chất khác, ví dụ từ citronella chuyển hóa thành ionon, từ eugenol thành vanilin. Việc tách chiết các đơn chất có trong tinh dầu đồng thời với công nghệ chuyển hóa, tổng hợp để thành các chất mới và việc điều chế, phối hƣơng trong công nghệ chất thơm đã nâng cao giá trị và khả năng ứng dụng rộng rãi của tinh dầu [3].

Trong lĩnh vực y học: Tinh dầu của nhiều loài có tác dụng rõ rệt lên hệ tuần hoàn, hô hấp và thần kinh. Hiện nay trong một số xí nghiệp (Mỹ, Nga), ngƣời ta đã thử nghiệm thành công việc phun một lƣợng nhỏ tinh dầu vào không khí làm tăng năng suất lao động, chống mệt mỏi và giảm tối thiểu các lỗi kỹ thuật trong dây chuyền sản xuất. Trong lĩnh vực mỹ phẩm: Tinh dầu là nguyên liệu không thể thiếu, đó là nguồn nguyên liệu để chế biến và sản xuất các loại hƣơng liệu cho công nghiệp nƣớc hoa, kem đánh răng, xà phòng thơm, son môi, các loại kem dƣỡng da, kem chống nẻ. Trong công nghệ chế biến thực phẩm (sản xuất bánh kẹo, đồ hộp, đồ uống, .) tinh dầu cũng là nguyên liệu không thể thiếu, tinh dầu tạo hƣơng vị cho đồ ăn, thức uống thêm hấp dẫn.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Nhiều nghiên cứu, thử nghiệm đã cho thấy, tinh dầu có tác dụng sinh lý rõ rệt đối với cơ thể; gây ảnh hƣởng đến hoạt động của hệ tuần hoàn, hệ thần kinh và hệ hô hấp của con ngƣời. Hƣơng thơm từ tinh dầu tác động vào khứu giác đã tạo ra các phức trên những hệ tiếp nhận đặc biệt, tạo nên các xung thần kinh; vì vậy ta có thể cảm nhận đƣợc các mùi khác nhau [3]. Tinh dầu, đặc tính và giá trị của tinh dầu Tinh dầu là một hỗn hợp của những hợp chất hữu cơ có cấu tạo phân tử phức tạp và khác nhau về cả đặc tính lý học cũng nhƣ hoá học. Căn cứ vào cấu tạo phân tử và tầm quan trọng của chúng đã đƣợc sắp xếp vào 4 nhóm chủ yếu sau [6].

- Các hợp chất aliphatic (các alcohol béo): Là những chất hữu cơ acyclic, chuỗi nguyên tử carbon của các hợp chất này có thể là mạch thẳng, mạch nhánh, liên kết giữa các phân tử carbon có thể no hay không no.Các hydrocarbon aliphatic thƣờng có mặt nhiều trong hoa quả, song không tạo nên mùi vị nhiều của hoa quả. Các aliphatic alcohol có mùi thơm nhẹ, còn aliphatic aldehyt là tạo nên mùi thơm đặc trƣng của tinh dầu, chúng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ hƣơng liệu và nƣớc hoa. Các aliphatic ceton, gặp nhiều trong tự nhiên, chúng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ thực phầm. Bên cạnh đó, còn có các aliphatic este cũng đƣợc sử dụng nhiều trong công nghệ thực phầm.

- Các terpen và dẫn xuất của chúng: Đây là nhóm lớn, thƣờng gặp trong các loài thực vật. Các tecpen đƣợc cấu tạo bởi isopren (C5H8)n; với n = 2 gọi là monotecpen, với n=3 là sesquitecpen.Isopren là một trong những thành phần cơ bản góp phần tạo nên các crotenoit, steroit và cao su tự nhiên. Các hydrocacbon tecpen ít tạo nên mùi thơm của tinh dầu, mà mùi thơm của tinh dầu chủ yêu là các dẫn xuất oxy hóa của chúng. Các monoterpen có thể không vòng (acyclic) nhƣ geraniol, 1 vòng (monocyclic), 2 vòng (bicyclic), 3 vòng (tricyclic).

Các monoterpene acyclic thƣờng có liên kết không bền, do chúng có cấu trúc không bão hòa. Các monoterpene cyclic thƣờng gặp trong thành phần tinh dầu của nhiều loài thực vật và chiếm tỉ lệ đáng kể. Mặc dù các hợp chất này ít tạo mùi thơm, song chúng lại là những nguyên liệu khởi đầu cho quá trình sinh tổng hợp hoặc tổng hợp hóa học để LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 tạo thành những hƣơng liệu có giá trị trong thực phẩm và mỹ phẩm nhƣ α-terpinene, limonene,. Trong số các terpene bicyclic thì α-pinene, β-pinene là những hợp chất gặp nhiều trong thành phần tinh dầu của các loài thực vật.

Đây là những hợp chất có giá trị cao trong công nghệ hƣơng liệu. Trong tinh dầu các loài thực vật, cùng với monoterpen thì các sesquiterpen là những hợp chất gặp phổ biến. Trong đó các hợp chất sesquiterpene tạo nên mùi thơm đặc trƣng của tinh dầu. Tuy nhiên, các hợp chất này có nhiệt độ sôi cao (thƣờng trên 200oC) do đó thƣờng không thu đƣợc hoặc thu đƣợc với một lƣợng rất ít nếu sử dụng các thiết bị lôi cuốn hơi nƣớc ở điều kiện bình thƣờng.

Trong tinh dầu, các hydrocacbon terpene ít tạo mùi thơm của tinh dầu so với các dẫn xuất oxy hóa chúng. Các alcohol, aldehyt, ether, ceton và este là các nhóm chức quan trọng của các thành phần chứa oxy. - Các dẫn xuất benzene: Đây là nhóm hợp chất khá đa dạng và đƣợc dùng nhiều trong công nghệ thực phẩm và hóa mỹ phẩm. Các dẫn xuất của benzen hoặc các benzoid là những hợp chất có chứa 1 vòng benzene.

Các este của các alcohol thơm và các axít aliphatic có mùi thơm đặc trƣng nên đƣợc dùng nhiều trong công nghệ thực phẩm và mỹ phẩm. - Các thành phần khác: là một vài hợp chất chứa nitrogen, các hợp chất này thƣờng có hàm lƣợng rất nhỏ (thƣờng ≤ 0,1%), nhƣng lại có các tính chất rất đặc trƣng. Vì vậy, chúng có tác dụng nâng cao hƣơng vị hấp dẫn của nhiều loại tinh dầu ngay cả ở dạng thô. Mặc dù các hợp chất tinh dầu rất phức tạp, đa dạng nhƣng nhìn chung, tinh dầu đều có chung các đặc điểm: + Tinh dầu là những hợp chất lỏng, dễ bay hơi.

+ Có thể nhẹ hơn nƣớc hay nặng hơn nƣớc. + Không tan hoặc rất ít tan trong nƣớc, nhƣng tan trong các dung môi hữu cơ. + Thƣờng có mùi thơm. + Có phản ứng acid hạt trung tính.

Cuối những năm 1970 của thế kỷ XX, sản xuất tinh dầu Việt Nam rất phát triển, nhiều loài tinh dầu nhƣ hồi, húng quế, hƣơng nhu trắng, màng tang, xá xị,… LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 đƣợc xuất khẩu đi châu Âu, đặc biệt phục vụ ngành công nghiệp thực phẩm, hƣơng liệu. Một số tinh dầu quan trọng của Việt Nam là: Tinh dầu hồi “Star anise essential oil”, tinh dầu quế “Cassia bark essential oil”, tinh dầu bạc hà “Cornmint essential oil”, tinh dầu sả “Citronella essential oil”, tinh dầu hƣơng nhu trắng “Eugenol essential oil”, húng quế “Basil essential oil”, tinh dầu tràm “Cajeput essential oil”, tinh dầu xá xị “Sassafras essential oil”, tinh dầu trầm hƣơng “Agarwood essential oil”, tinh dầu màng tang “Litsea cubeba essential oil”, tinh dầu hoàng đàn “Cupressus essential oil”, tinh dầu hƣơng lau “Vetiver essential oil”,… Đây là những loại tinh dầu có giá trị thƣơng mại lớn, có ý nghĩa trong đời sống con ngƣời và đƣợc nhiều nƣớc có ngành công nghiệp dƣợc phẩm và hƣơng liệu quan tâm. Tình hình nghiên cứu tinh dầu và hoạt tinh sinh học của tinh dầu trên thế giới Đến nay, có trên 3.000 loài thuộc 120 họ thực vật có mạch chứa tinh dầu đã đƣợc biết. Nhu cầu về tinh dầu trong các ngành công nghiệp dƣợc phẩm, thực phẩm, hoá mỹ phẩm và trong cuộc sống hàng ngày đã tăng lên nhanh chóng.

Trong những năm 60 của thế kỷ trƣớc, khối lƣợng tinh dầu đƣợc sản xuất và chế biến trên toàn thế giới chỉ khoảng 25.000 tấn/năm, nhƣng đến năm 1985 - 1995 chỉ riêng những loại tinh dầu quan trọng buôn bán trên thị trƣờng thế giới đã đạt 50.000 tấn/năm và hiện nay đã lên tới 80. Trung Quốc là nƣớc sản xuất tinh dầu lớn nhất đạt 20.000 tấn/năm, tiếp đến là Hoa Kỳ và những nƣớc thuộc khối thị trƣờng chung Châu Âu. Các nƣớc công nghiệp nhƣ Anh, Đức, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Pháp,… thƣờng nhập tinh dầu thô và tái xuất các sản phẩm hƣơng liệu đã qua chế biến. Giá mua bán tinh dầu trên thị trƣờng thế giới phụ thuộc vào chất lƣợng, mức độ sản xuất, nhu cầu sử dụng [3], [7-10].

Việc điều tra nghiên cứu về nguồn thực vật có tinh dầu trên thế giới và trong khu vực diễn ra khá mạnh mẽ. Trên cơ sở những nghiên cứu này, nhiều loài thực vật đã đƣợc phát triển tạo nguồn nguyên liệu hàng hoá hoặc giúp cho việc hoá tổng hợp các hợp chất tự nhiên. Họ Na (Annonaceae) Họ Na (Annonaceae) đã có nhiều công trình nghiên cứu về thành phần hoá học và hoạt tính sinh học từ tinh dầu. Chi Uvaria có các loài đƣợc nghiên cứu: LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 Uvaria chamae, Uvaria rufa, Uvaria concava, Uvaria ovata, Uvaria tortilis, Uvaria scheffleri.

Trong tinh dầu rễ của loài Uvaria chamae ở Nigieria đƣợc đặc trƣng bởi -cadinene, thymoquinoldimetyl ete và benzyl benzoate [11]. Tinh dầu lá của loài Uvaria rufa phân bố ở Úc có các thành phần chủ yếu là bicyclogermacrene (9,4%), -humulene (50,0%), -caryophyllene (3,8%), germacrene D (1,6%) và spathulenol (2,8%) [12]; tinh dầu lá của loài Uvaria concava đƣợc đặc trƣng bởi spathulenol (32,0%) [12]. Khi nghiên cứu tinh dầu 3 loài thuộc chi Uvaria ở Ivory Coast, Muriel K. Loài Uvaria anonoides với thành phần chính tinh dầu là 2,5-dimethoxy-p-cymene (15,5%), bicyclogermacren (21,3%) và benzyl benzoat (8,7%).

Đối với loài Uvaria tortilis thì trong tinh dầu cành chủ yếu là -terpinen (31,7%), -caryophyllen (23,9%) và germacren D (15,8%) [13]. Gần đây, ở tinh dầu lá của loài U. chamae đƣợc công bố với các thành phần chính của tinh dầu là β-caryophyllene (35,9%) và germacrene D (10,7%) [14].