CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ LOÀI LINUM USITATISSIMUM L. Chi Linum thuộc họ Lanh (Linaceae) thuộc nhóm thực vật hạt kín (thực vật có hoa) [1]. Chi Linum là một trong 16 chi thực vật có hoa thuộc họ Lanh, các loài thuộc chi này hầu hết là cây thảo hoặc cây bụi nhỏ, phân bố ở một số vùng thuộc khu vực ôn đới ấm, cận nhiệt đới Bắc bán cầu [1].
Theo The Plant List [2] bao gồm 460 tên thực vật khoa học xếp hạng các loài cho chi Linum. Trong số đó chỉ có 108 tên loài được chấp nhận. Loài Linum usitatissimum L. đứng vị trí thứ 103 trên 108 loài được The Plant List sắp xếp theo bảng chữ bảng chữ cái.
Theo các tài liệu thực vật trong nước và nước ngoài, vị trí của Linum usitatissimum L. được sắp xếp trong các bậc taxon như sau [1]: Nghành Magnoliophyta (Nghành Ngọc lan) Lớp Magnoliopsida (Lớp Ngọc lan) Bộ Malpighiales (Bộ Sơ ri) Họ Linaceae (Họ Lanh) Chi: Linum Loài: Linum usitatissimum L. Phân bố trên thế giới: được trồng rộng rãi ở Châu Âu, Châu Á, Địa Trung Hải, ví dụ như Mỹ, Canada, Ấn Độ, Trung Quốc,… [1] Phân bố ở Việt Nam: Trước đây, giống cây Lanh được trồng ở SaPa (Lào Cai) nhưng hiện giờ không còn nữa mà được trồng chủ yếu trồng ở tỉnh Đắk Lắk, Cao Bằng, Hà Giang [3]. Đặc điểm hình thái: Cây Lanh là cây thân thảo sống hàng năm với hệ thống rễ có thể đâm xuyên trong đất tới độ sâu 99 – 122 cm [1,4].
1 Khi trồng để lấy sợi, cây cao trung bình từ 0,9 - 1,2 m với thân hình trụ tròn không phân nhánh có đường kính 2,5 - 4 mm, lúc già có màu vàng, các nhánh tập trung ở đỉnh [3,4]. Thường được trồng nhiều ở các vùng ôn đới trên thế giới như Châu Âu, Thổ Nhĩ Kì, Ai Cập,. Sản lượng thế giới hàng năm 600 - 700 nghìn tấn sợi, năng suất bình quân 4 - 5 tạ/ha [1,4]. Cây trồng lấy hạt thì ngắn hơn và nhiều nhánh, cây cao 0,2 – 0,7 m [4,5].
Các lá màu xanh mọc xen kẽ trên cuống, nhỏ, hình mũi mác, mép có lông nhỏ, dài 10 – 30 mm, rộng 3 mm. Hoa mọc trên thân hoặc mọc từ đầu cành, mọc riêng lẻ, hoa có năm cánh, thường có màu xanh lam nhưng đôi khi có màu trắng hoặc hồng, chiều dài 10 – 15 mm. Quả là một quả nang khô nhỏ có năm thùy, rộng từ 5 – 10 mm, một quả có thể chứ tới 10 hạt. Hạt dẹt, hạt có nhiều màu sắc khác nhau như vàng, nâu, vàng lục, nâu lục hoặc gần đen, nhưng chủ yếu trên thế giới các hạt có màu nâu bóng, chiều dài từ 4 – 6 mm [1,4,5,7].
Được trồng nhiều ở Địa Trung Hải, Ấn Độ, Mỹ, Achentina, Canada. Diện tích toàn thế giới hàng năm khoảng 5,5 - 7 triệu hecta, năng suất 5 tạ dầu/hecta [4]. Canada có diện tích và sản lượng hạt Lanh cao nhất trên thế giới, tiếp theo là Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ và EU [6].1: Cây Lanh 2 Hình 1.2: Các bộ phận của cây Lanh 3 Đặc điểm sinh lý, sinh thái: Tốc độ sinh trưởng: Trung bình Cây được trồng bằng cách gieo hạt, không cấy cây con. Cây Lanh thường trồng vào mùa xuân hàng năm với thời gian sinh trưởng từ 90 - 110 ngày.
Vòng đời điển hình bao gồm 45 - 60 ngày thời kỳ sinh dưỡng, tiếp theo là ra hoa từ 15 - 25 ngày và thời gian trưởng thành từ 30 - 40 ngày [1]. Cây thích hợp với: đất nhẹ (đất có tỉ lệ cát nhiều hơn sét, dễ cày bừa), giàu mùn, thoát nước tốt. Cây ưa sáng, cây không thể phát triển trong bóng râm, nhu cầu nước trung bình. Độ pH thích hợp từ 5 – 7.
Cây ra hoa từ tháng sáu đến tháng bảy và hạt chín từ tháng tám đến tháng chín. Đây là loài lưỡng tính (có cả cơ quan đực và cái) và được thụ phấn nhờ côn trùng. Cây cũng có khả năng tự sinh sản [4,7]. Thời gian thu hoạch thích hợp là rất quan trọng.
Thu hoạch sớm làm giảm năng suất còn trong khi thu hoạch muộn có thể làm thay đổi thành phần hóa học của dầu, do đó chất lượng và giá trị của dầu cũng bị ảnh hưởng [1]. TỔNG QUAN VỀ DƯỢC LIỆU LINUM USITATISSIMUM L. (HẠT LANH VÀ DẦU HẠT LANH) Hạt Lanh có dạng dẹt, hình trứng, nhọn ở một đầu và tròn ở đầu kia, không bằng nhau, dài 4 - 6 mm, rộng 3 mm. Bề mặt hạt nhẵn, bóng, màu hạt có màu nâu sẫm [4,5, 10].3: Hạt lanh 4 Hạt Lanh có một số tên gọi như: Flaxseed, Linseed, Alasi seed, Aliviraaii, Ali Vithai, Teesi, Avisa ginjala, Graine de lin, Linaza, Lignanes de lin, Keten Tohumu, Leinsamen, Semi di lino, Semilla de lino [9].
Hạt Lanh nguyên hạt ổn định về mặt hóa học, nhưng hạt Lanh xay có thể bị ôi ở nhiệt độ phòng trong vòng ít nhất một tuần do đó cần làm lạnh và bảo quản trong hộp kín sẽ giúp lâu bị ôi thiu trong thời gian dài hơn. Hạt Lanh đã xay xát bảo quản được trong 9 tháng ở nhiệt độ phòng nếu được đóng gói ngay lập tức mà không tiếp xúc với không khí và ánh sáng, trong 20 tháng ở nhiệt độ môi trường trong điều kiện kho [11]. Thành phần hóa học Thành phần hóa học sẽ khác nhau đáng kể giữa các giống và cũng phụ thuộc vào điều kiện môi trường mà cây được trồng. Hạt Lanh chứa khoảng 40% lipid, 30% chất xơ, 20% protein.
Lá mầm chứa 75% lipid và 76% protein được tìm thấy trong hạt. Nội nhũ chỉ chứa 23% lipid và 16% protein. Thành phần lipid trong hạt Lanh chứa nguồn acid béo Omega-3, đặc biệt là acid α-linolenic (ALA) rất dồi dào, có thể chiếm tới 52% tổng số acid béo. Hơn nữa, hạt Lanh còn chứa các hợp chất phenolic bao gồm các lignan, flavonoid và acid phenolic.
Các hợp chất này nằm ở các phần khác nhau của hạt và bị ảnh hưởng thay đổi tỉ lệ trong quá trình khai thác và chế biến dầu [12]. Lipid Thành phần chính của hạt Lanh là dầu của nó, và đây là đối tượng chế biến chính của hạt Lanh trong nhiều năm, là nguồn cung cấp omega -3 (acid α-linolenic) vô cùng dồi dào. Tỷ lệ acid béo n-6: n-3 trong dầu hạt Lanh là khoảng 0,3 : 1 [11,12]. Hàm lượng dầu, thành phần acid béo trong hạt Lanh có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện trồng trọt và môi trường.
Do đó thành phần acid béo của các mô trong hạt Lanh không đồng nhất. Hàm lượng acid linolenic trong phôi, tinh hoàn và nội nhũ đều cao hơn trong trục phôi. Vỏ là nguồn cung cấp chính acid palmitic [11,15]. Các lá mầm là mô chủ yếu chứa dầu, chứa các acid α-linolenic (ALA), acid linoleic (LA), acid oleic, acid stearic và acid palmitic [12].
Hạt Lanh chứ khoảng 40% lipid trong đó [12,13]: - Lipid trung tính (Neutral lipid) chiếm 96,2% (33,7 – 40,4 g/100 hạt) trong đó + Acid béo tự do chiếm 0,3% + Monoacylglycerols chiếm 1,4% + Diacylglycerols chiếm 2,3% + Triacylglycerols chiếm 94,7% + Sterols chiếm 1,3% - Lipid phân cực (Polar lipid) chiếm 2,8% (0,95 – 1,1 g/100 g hạt) - Lipid phức hợp (Complex lipid) chiếm 1% (0,4 g/100 g hạt) Dầu hạt Lanh chủ yếu được tìm thấy dưới dạng triacylglycerol (TAG) 94,7% và acid béo tự do 0,3% [12,13]. Các TAG phân bố trong hạt Lanh được thể hiện trong bảng 1.1: Các TAG phân bố trong hạt Lanh Triacylglycerol (TAG) % Triacylglycerol (TAG) % LnLnLn 30,4 OLnP 3,1 LaLnLn 18,7 LnLaP 3,0 OLnLn 13,5 SLaLa 1,1 LnLnP 6,9 OLaLa 1,0 OLaLn 5,9 LaLaLa 0,9 LaLaLn 5,3 OLaO 0,8 OLnO 4,2 LaOP 0,6 SLnLn 4,1 PLaP 0,5 Trong đó: P: acid palmitic; Ln: acid linolenic; La: acid linoleic; O: acid oleic; S: acid stearic 6 Có tổng cộng 16 TAG được phát hiện, trong đó LnLnLn chiếm cao nhất với 30,4%. Thành phần DAG (Diacylglycerols) chủ yếu của dầu hạt Lanh là LaLn [13]. Khi các dạng monotriacylglycerol (MAG), diacylglycerols (DAG), triacylglycerol (TAG) vào cơ thể, dưới xúc tác của enzyme tiêu hóa sẽ phản ứng tại liên kết este, thủy phân liên kết và giải phóng ra các acid béo.
Do TAG chiếm cao nhất là LnLnLn và thành phần Ln luôn chiếm tỷ lệ phầm trăm cao trong các TAG khác nên thành phần acid béo acid linolenic luôn chiếm tỷ lệ cao hơn so với các thành phần acid khác, chiếm tới 50-62% tổng acid béo được tạo ra. Đây cũng là thành phần hóa học chính đóng góp tác dụng cốt yếu và quan trọng nhất của dầu hạt Lanh với sức khỏe con người [14]. Năng suất khai thác dầu và hàm lượng acid béo (acid linolenic - omega 3; acid linoleic - omega 6; acid oleic - omega 9) có sự khác nhau dựa vào giống cây trồng, điều kiện trồng trọt và môi truường. Ví dụ như hàm lượng ALA của hạt trồng ở Canada là 61,9%, ở Thổ Nhĩ Kỳ là 56,5% - 61%, ở Ba Lan là 57,1%, Ethiopia là 51,9% … Ngoài ra, các yếu tố như loại dung môi, thời gian chiết xuất, cách chuẩn bị mẫu chiết, công nghệ khai thác dầu cũng ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
Ví dụ như theo Bozan và Temelli nghiên cứu, phương pháp chiết xuất siêu tới hạn CO2 cho hàm lượng ALA trung bình cao hơn (60,5%) so với phương pháp chiết xuất soxhlet (56,7%) [13]. Trong phần không xà phòng hóa (non-saponifiable fraction) của dầu Lanh có các chất hóa học có nguồn gốc từ triterpenes đã được xác định là cholesterol, campesterol, stigmasterol, ∆5-avenasterol, cycloartenol và 24-methylenecycloartenol [14]. Trong phần phospholipid, theo Aylward và Nichols nghiên cứu thì có một số sterol tồn tại dưới dạng glycoside. Tocopherol - chất chống oxy hóa hòa tan trong chất béo tự nhiên chứa 40 cacbon, có trong dầu với nồng độ khoảng 10 mg/100g hạt.
Nồng độ thay đổi tùy theo điều kiện trồng trọt và trồng trọt. Gamma-tocopherol chiếm khoảng 80% tổng số tocopherol trong dầu (theo Oomah và cộng sự). Hai diterpene là phytol và geranyl geraniol là tiền chất để sinh tổng hợp vitamin E và vitamin K cũng được phân lập từ phần chưng cất dầu hạt Lanh [14].4: Isoprenoid trong dầu hạt Lanh Chất xơ Hạt Lanh chứa các chất xơ hòa tan và không hòa tan với tỷ lệ thay đổi trong khoảng 20 – 40 % và 60-80 %. Cụ thể trong 100 g hạt khô, chất xơ hòa tan chiếm 4,3 – 8,6 %, chất xơ không hòa tan chiếm 12,8 – 17,1%.
Phần chất xơ không hòa tan bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin. Phần chất xơ hòa tan tạo thành chất nhầy dạng giống như gôm khi có nước chủ yếu là polysaccharid (chiếm 80%) [11,14,15]. Một đặc điểm đã được công nhận từ lâu của hạt Lanh làm cho nó khác biệt với các loại hạt có dầu khác là có hàm lượng cao chất nhầy polysaccharid. Theo Mazza và Biliaderis báo cáo thì hàm lượng chất nhầy của hạt Lanh dao động trong khoảng 6 - 8 % trọng lượng khô của hạt Lanh.