Tài liệu Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái, chất kháng khuẩn thực vật

Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Mục lục Chương 1: Khái niệm chung ............................................................................................................. 4 1.1 Khái niệm .............................................................................................................................. 4 1.2. Cơ chế kháng khuẩn ............................................................................................................ 4 Chương 2: Những hợp chất kháng khuẩn thực vật ....................................................................... 4 2.1. Alkaloids ................................................................................................................................ 4 2.1.1. Khái niệm về alkaloid .................................................................................................. 4 2.1.2. Phân loại ........................................................................................................................ 7 2.1.3. Danh pháp ..................................................................................................................... 7 2.1.4. Phân bố trong thiên nhiên........................................................................................... 8 2.1.5. Tính chất ........................................................................................................................ 9 2.1.6. Một số alkaloid có tính kháng khuẩn ...................................................................... 11 2.2. Terpenoids và tinh dầu ..................................................................................................... 14 2.2.1. Khái niệm .................................................................................................................... 14 2.2.2. Thành phần cấu tạo ................................................................................................... 14 2.2.3. Tính chất ...................................................................................................................... 18 2.2.4. Tính kháng khuẩn ...................................................................................................... 19 2.2.5. Ứng dụng của tinh dầu trong ngành công nghệ thực phẩm ................................ 21 2.3. Phenol đơn và acid phenolic ............................................................................................. 21 2.4. Các hợp chất khác.............................................................................................................. 30 Chương 3: Ứng dụng ........................................................................................................................ 39 3.1. Actiso .................................................................................................................................... 44 3.2. Quế ....................................................................................................................................... 46 3.3. Nhân sâm ............................................................................................................................. 49 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................................ 52 Chất kháng khuẩn thực vật Trang 1 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Danh mục bảng Bảng 1Bảng 3.1: Các loại thực vật chứa chất kháng khuẩn ............................................................. 39 Danh mục hình Hình 1Hình 2.1: Samandarin .............................................................................................................. 5 Hình 2Hình 2.2: Samanin.................................................................................................................... 5 Hình 3Hình 2.3: Serotonin .................................................................................................................. 6 Hình 4Hình 2.4: Bufotenin.................................................................................................................. 6 Hình 5Hình 2.5: Bufotenidin .............................................................................................................. 6 Hình 7Hình 2.6:Dehydrobufotenin ..................................................................................................... 6 Hình 8Hình 2.7: Batrachotoxin........................................................................................................... 6 Hình 9Hình 2.8: Sephedrin ................................................................................................................. 7 Hình 11Hình 2.9: Solamargine........................................................................................................... 11 Hình 12Hình 2.10: Cây hoàng đằng, hoàng bá, hoàng liên .............................................................. 12 Hình 13Hình 2.11: Cây hoàng liên gai .............................................................................................. 13 Hình 14Hình 2.12: Berberine ............................................................................................................. 13 Hình 15Hình 2.13: Artemisinin .......................................................................................................... 19 Hình 16Hình 2.14: Cây thanh hao...................................................................................................... 19 Hình 17Hình 2.15: Capsaicin ............................................................................................................. 20 Hình 18Hình 2.16: Quả ớt .................................................................................................................. 20 Hình 19Hình 2.17: Cinnamic acid .................................................................................................... 22 Hình 20Hình 2.18: Caffeic acid ......................................................................................................... 22 Hình 21Hình 2.19: Cây ngải giấm ..................................................................................................... 22 Hình 22Hình 2.20: Cỏ xạ hương ........................................................................................................ 22 Hình 23Hình 2.21: Catechol............................................................................................................... 23 Hình 24Hình 2.22: Pyrogallol ............................................................................................................ 23 Hình 25Hình 2.23: Cây đinh hương ................................................................................................... 23 Hình 26Hình 2.24: Eugenol ................................................................................................................ 23 Hình 27Hình 2.25: Quinone ............................................................................................................... 24 Hình 28Hình 2.26: Anthraquinone..................................................................................................... 24 Hình 29Hình 2.27: Hypericin ............................................................................................................. 24 Hình 30Hình 2.28: Catechin ............................................................................................................... 26 Hình 31Hình 2.29: Trà xanh............................................................................................................... 26 Hình 32Hình 2.30: Glycyrrhizin ........................................................................................................ 26 Hình 33Hình 2.31: Chrysin ................................................................................................................ 26 Hình 34Hình 2.32: Quercetin ............................................................................................................. 26 Hình 35Hình 2.33: Naringin ............................................................................................................... 26 Hình 36Hình 2.34: Hesperetin............................................................................................................ 27 Hình 37Hình 2.35: Phloretin .............................................................................................................. 27 Hình 38Hình 2.36: Galangin .............................................................................................................. 27 Hình 39Hình 2.37: Coumarine ........................................................................................................... 27 Hình 40Hình 2.38: Warfarin ............................................................................................................... 28 Hình 41Hình 2.39: Novobiocin .......................................................................................................... 28 Hình 42Hình 2.40: Các cấu trúc của peptide kháng khuẩn .............................................................. 30 Hình 43Hình 2.41: Cây húng chanh................................................................................................... 31 Chất kháng khuẩn thực vật Trang 2 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Hình 44Hình 2.42: Dừa cạn ................................................................................................................ 31 Hình 45Hình 2.43: Rau dền ................................................................................................................ 31 Hình 46Hình 2.44: Cây bạch đậu khấu và hạt................................................................................... 32 Hình 47Hình 2.45: 4 dẫn chất methylglucosid .................................................................................. 36 Hình 48Hình 2.46: Puerarin................................................................................................................ 37 Hình 49Hình 2.47: Barbaloin ............................................................................................................. 37 Hình 50 Hình 3.1: Hoa và cây actiso ................................................................................................... 44 Hình 51Hình 3.2: Các sản phẩm từ actiso ......................................................................................... 46 Hình 52Hình 3.3: Cây quế .................................................................................................................. 47 Hình 53Hình 3.4: Sản phẩm từ tinh dầu quế ..................................................................................... 49 Hình 54Hình 3.5: Hồng sâm............................................................................................................... 49 Hình 55Hình 3.6: Bạch sâm ............................................................................................................... 50 Hình 56Hình 3.7: Phần aglycon của saponin thuộc nhóm dammaran. ............................................ 50 Hình 57Hình 3.8: Sản phẩm từ nhân sâm .......................................................................................... 51 Chất kháng khuẩn thực vật Trang 3 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chương 1: Khái niệm chung       1.1 Khái niệm Kháng khuẩn thực vật là tên gọi chung chỉ các hợp chất hữu cơ có trong thực vật có tác dụng tiêu diệt hay kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. Các chất kháng khuẩn thường có tác dụng đặc hiệu lên các loài vi sinh vật khác nhau ở một nồng độ thường rất nhỏ. Những tính chất này có thể thuộc nhiều cấu trúc hóa học khác nhau như alkaloid, tannin, flavonoid, tinh dầu… 1.2. Cơ chế kháng khuẩn Ức chế quá trình tổng hợp vách của vi khuẩn (vỏ) của vi khuẩn. Gồm có penicillin, bacitracin, vancomycin. Do tác động lên quá trình tổng hợp vách nên làm cho vi khuẩn dễ bị các đại thực bào phá vỡ do thay đổi áp suất thẩm thấu. Ức chế chức năng của màng tế bào. Gồm có: colistin, polymycin, gentamicin, amphoterricin. Cơ chế làm mất chức năng của màng làm cho các phân tử có khối lượng lớn và các ion bị thoát ra ngoài. Ức chế quá trình sinh tổng hợp protein: o Nhóm aminoglycosid gắn với receptor trên tiểu phân 30S của ribosome làm cho quá trình dịch mã không chính xác. o Nhóm chloramphenicol gắn với tiểu phân 50S của ribosome ức chế enzyme peptidyltransferase ngăn cản việc gắn các acid amin mới vào chuỗi polypeptide. o Nhóm macrolides và lincoxinamid gắn với tiểu phân 50S của ribosome làm ngăn cản quá trình dịch mã các acid amin đầu tiên của chuỗi polypeptide. Ức chế quá trình tổng hợp acid nucleic: o Nhóm refampin gắn với enzyme RNA polymerase ngăn cản quá trình sao mã tạo thành mRNA (RNA thông tin). o Nhóm quinolone ức chế tác dụng của enzyme DNA gyrase làm cho hai mạch đơn của DNA không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DNA. o Nhóm sulfamide có cấu trúc giống PABA (p aminobenzoic acid) có tác dụng cạnh tranh PABA và ngăn cản quá trình tổng hợp acid nucleotid. o Nhóm trimethoprim tác động vào enzyme xúc tác cho quá trình tạo nhân purin làm ức chế quá trình tạo acid nucleic. Chương 2: Những hợp chất kháng khuẩn thực vật 2.1. Alkaloids 2.1.1. Khái niệm về alkaloid Alcaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng, có phản ứng kiềm, thường gặp trong thực vật và đôi khi trong động vật, thường có dược lực tính mạnh và cho phản ứng hóa học với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alcaloid. Alkaloid là amin nguồn gốc tự nhiên do thực vật tạo ra, nhưng các amin do động vật và nấm tạo ra cũng được gọi là các ancaloit. Nhiều ancaloit có các tác động dược lý học đối với con người và Chất kháng khuẩn thực vật Trang 4 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái các động vật khác. Tên gọi của ancaloit trong một số ngôn ngữ phương Tây có lẽ có nguồn gốc từ alkali/ancali (kiềm); và ban đầu thuật ngữ này được sử dụng để miêu tả bất kỳ một bazơ hữu cơ nào có chứa nitơ. Các ancaloit thông thường là các dẫn xuất của các axít amin và phần nhiều trong số chúng có vị đắng. Chúng được tìm thấy như là các chất chuyển hóa phụ trong thực vật (ví dụ khoai tây hay cà chua), động vật (ví dụ các loại tôm, cua, ốc, hến) và nấm. Nhiều ancaloit có thể được tinh chế từ các dịch chiết thô bằng phương pháp chiết axít-bazơ. Đã từ lâu các nhà khoa học tìm thấy trong cây các hợp chất tự nhiên, những hợp chất này thường là những acid hoặc những chất trung tính. Đến năm 1806 một dược sĩ là Friedrich Wilhelm Sertuner phân lập được một chất từ nhựa thuốc phiên có tính kiềm và gây ngủ mạnh đã đặt tên là morphin. Năm 1810 Gomes chiết được chất kết tinh từ vỏ cây Canhkia và đặt tên là “Cinchonino”, sau đó P.J. Pelletier và J.B. Caventou lại chiết được hai chất có tính kiềm từ hạt một loài Strychnos đặt tên là strychninvà brucin. Đến năm 1819 một dược sĩ là Wilhelm Meissner đề nghị xếp các chất có tính kiềm lấy từ thực vật ra thành một nhóm riêng và ông để nghị gọi tên là alkaloid do đó người ta ghi nhận Meissner là người đầu tiên đưa ra khái niệm về alkaloid và có định nghĩa: Alcaloid là những hợp chất hữu cơ, có chứa nitơ, có phản ứng kiềm và lấy từ thực vật ra. Sau này người ta đã tìm thấy alcaloid không những có trong thực vật mà còn có trong động vật như: Samandarin, samanin lấy từ tuyến da con Salamandra maculosa và S.altra. HN O OH Hình 1Hình 2.1: Samandarin HN OH Hình 2Hình 2.2: Samanin Bufotenin, serotonin, bufltenidin, dehydrobufotenin là những chất độc lấy từ các loài cóc Bufo, batrachotoxin trong tuyến da loài ếch độc Phyllobates aurotaenia. Chất kháng khuẩn thực vật Trang 5 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái HO HO N NH 2 CH3 H3C N N H H Hình 3Hình 2.3: Serotonin Hình 4Hình 2.4: Bufotenin H3C O N CH 3 CH 3 H3C CH3 N (+) N O H N Hình 5Hình 2.5: Bufotenidin Hình 6 CH3 Hình 7 Hình 2.6:Dehydrobufotenin O HO O N CH3 O O H 3C N H HO Hình 8Hình 2.7: Batrachotoxin Ngoài tính kiềm, alkaloid còn có những đặc tính khác như có hoạt tính sinh học mạnh, có tác dụng với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alkaloid… Sau này Pôlônôpski đã định nghĩa: “Alcaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng, có phản ứng kiềm, thường gặp trong thực vật và đôi khi trong động vật, thường có dược lực tính mạnh và cho những phản ứng hóa học với một số thuốc thử chung của alkaloid”. Tuy nhiên cũng có một số chất được xếp vào alkaloid nhưng nitơ không ở dị vòng mà ở mạch nhánh như: Ephedrin trong ma hoàng (Ephedra sinica Staf.), capsaicin trong ớt (Capsicum Chất kháng khuẩn thực vật Trang 6 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái annuum L.), hordenin trong mầm mạch nha (Hordenum sativum Jess.), colchicin trong hạt cây tỏi độc (Colchicum autumnale L.); một số alkaloid không có phản ứng kiềm như colchicin lấy từ hạt tỏi độc ricinin lấy từ hạt thầu dầu (Ricinus communis L.), theobromin trong hạt cây cacao (Theobroma cacao L.) và có alkaloid có phản ứng acid yếu như arecaidin và guvacin trong hạt cau (Arca catechu L.). 2.1.2. Phân loại Các nhóm ancaloit hiện nay bao gồm: - Nhóm pyridin: piperin, coniin, trigonellin, arecaidin, guvacin, pilocarpin, cytisin, nicotin, spartein, pelletierin. - Nhóm isoquinolin: Các ancaloit gốc thuốc phiện như morphin, codein, thebain, papaverin, narcotin, sanguinarin, narcein, hydrastin, berberin. - Nhóm pyrrolidin: hygrin, cuscohygrin, nicotin - Nhóm tropan: atropin, cocain, ecgonin, scopolamin - Nhóm quinolin: quinin, quinidin, dihydroquinin, dihydroquinidin, strychnin, brucin, veratrin, cevadin - Nhóm phenethylamin: mescalin, ephedrin, dopamin, amphetamin - Nhóm indol: o Các tryptamin: DMT, N-metyltryptamin, psilocybin, serotonin o Các ergolin: Các ancaloit từ cựa ngũ cốc/cỏ như ergin, ergotamin, axít lysergic v.v o Các beta-cacbolin: harmin, harmalin, yohimbin, reserpin, emetin - Nhóm purin: Các xanthin như caffein, theobromin, theophyllin 2.1.3. Danh pháp Các alkaloid trong dược liệu thường có cấu tạo phức tạp nên người ta không gọi tên theo danh pháp hóa học mà thường gọi chúng theo một tên riêng. Tên của alkaloid luôn luôn có đuôi in và xuất phát từ: o Tên chỉ hoặc tên laoì của cây + in. Ví dụ: Papaverin từ Papaver somniferum; palmatin từ Fatrorrhiza; cocain từ Erythroxylum coca. o Đôi khi dựa vào tác dụng của alkaloid đó. Ví dụ như Emetin do từ tos có nghĩa là gây nôn, morphin do từ Morpheus. o Có thể từ tên người + in. Ví dụ như: Pelletierin do tên Pelletier. Nicotin do tên J. Nicot. Những alkaloid phụ tìm ra sau thường được gọi tên bằng cách thêm tiếp đầu ngữ hoặc biến đổi vị ngữ của alkaloid chính (biến đổi in thành –idin, -anin, -alin…) o Tiếp đầu ngữ nor diễn tả một chất mất một nhóm metyl. Ví dụ: Ephedrin (C10H15ON) norephedrin (C9H13ON). R1 OH N CH CH R2 CH3 Hình 9Hình 2.8: Sephedrin Chất kháng khuẩn thực vật Trang 7 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Sephedrin: R1 = H; R2 = CH3; Norephedrin: R1 = R2 = H. Các đồng phân thường có tiếp đầu ngữ: Pseudo, iso, epi, allo, neo… 2.1.4. Phân bố trong thiên nhiên Alcaloid có phổ biến trong thực vật, ngày nay đã biết khoảng trên 6000 alcaloid từ hơn 5000 loài, hầu hết lở thực vật bậc cao chiếm khoảng 15 – 20% tổng số các loài cây, tập trung ở một số họ: Apocynaceae (họ Trúc đào) có gần 800 alcaloid, Papaveraceae (họ Thuốc phiện) gần 400 alcaloid, Fabaceae (họ Đậu) 350 alcaloid, Rutaceae (họ Cam) gần 300 alcaloid, Liliaceae (họ Hành) gần 250 alcaloid, Solanaceae (họ Cà) gần 200 alcaloid, Amaryllidaceae (họ Thủy tiên) 178 alcaloid, Menispermaceae (họ Tiết dê) 172 alcaloid, Rubiaceae (họ Cà phê) 156 alcaloid, Loganiaceae (họ Mã tiền) 150 alcaloid, Buxaceae (Họ Hoàng dương) 131 alcaloid, Asteraceae (họ Cúc) 130 alcaloid, Euphorbiaceae (họ Thầu dầu) 120 alcaloid… Có những họ có tới trên 50% loài cây chứa alkaloid như Ranunculaceae, Berberidaceae, Papaveraceae, Buxaceae, Cactaceae. Ở nấm có alkaloid trong nấm cựa khỏa mạch (Claviceps purpurea), nấm Amanita phalloides. Ở động vật, cũng đã tìm thấy alkaloid ngày càng tăng, alkaloid samandarin, samandaridin, samanin có trong tuyến da của loài kỳ nhông Salamandra maculosa và Salamandra altra. Bufotenin, bufotenidin, dehydrobufotenin lấy từ nhựa cóc (Bufo bufo gargorizans, B. bufo asiaticus, B. melansiticus…- Bufonidae). Batrachotoxin có trong tuyến da của loài ếch độc (Phyllobates aurotaenia). Trong cây, alkaloid thường tập trung ở một số bộ phận nhất định. Ví dụ: Alcaloid tập trung ở hạt như mã tiền, cà phê, tỏi độc… ở quả như ớt, hồ tiêu, thuốc phiện; ở lá như benladon, coca, thuốc lá, chè,…; ở hoa như cà độc dược…; ở than như ma hoàng; ở vỏ như canhkia, mức hoa trắng, hoàng bá; ở rễ như ba gạc, lựu ở củ như ô đầu, bình vôi, bách bộ… Rất ít trường hợp trong cây chỉ có một alkaloid duy nhất mà thường có hỗn hợp nhiều alkaloid, trong đó alkaloid có hàm lượng cao được gọi là alkaloid chính, còn những alkaloid khác hàm lượng thấp hơn thường gọi là alkaloid phụ. Những alkaloid trong cùng một cây thường có cây tạo tương tự nhau nghĩa là chún có một nah6n cơ bản chung. Ví dụ: Isopelleterin và metylisopelletierin trong vỏ rễ lựu đều có nhân piperidin; các chất tropin, hyoscyamin, atropin trong lá Benladon đều có nhân tropan. Các alkaloid ở trong những cây cùng một họ thực vật cũng thường có cấu tạo rất gần nhau. Ví dụ: Alcaloid trong một số cây họ cà như Atropa belladonna L., Hyoscyamus niger L.; Datura metel L., Datura stramonium L., Datura tatula L. đều có chung nhân tropan. Nhưng cũng có những cây trong cùng một họ thực vật mà chứa những alkaloid hoàn toàn khác nhau về cấu trúc hóa học. Ví dụ: Một số cây trong họ cà phê (Rubiaceae) như cây cà phê có cafein (nhân purin), cây ipeca có emetin (nhân isoquinolin), cây canhkina có quinin (nhân quinolin). Cũng có alkaloid có thể gặp ở nhiều cây thuộc những họ khác nhau như ephedrine có trong ma hoàng (họ Ma hoàng – Ephedraceae), trong cay thanh tùng (họ Kim giao – Taxaceae), trong cây ké đồng tiền (họ Bông – Malvaceae). Becberin có trong cây hoàng liên (họ Hoàng liên – Chất kháng khuẩn thực vật Trang 8 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Ranunculaceae), cũng có trong cây hoàng bá (họ Cam – Rutaceae), có trong cây vàng đắng (họ Tiết dê – Menispernaceae)… Hàm lượng alkaloid trong cây thường rất thấp, trừ một số trường hợp như cây canhkina hàm lường alkaloid đạt 6 – 10%, trong nhựa thuốc phiện (20 – 30%). Một dược liệu chứa 1 – 3% alkaloid đã được coi là có hàm lượng alkaloid khá cao. Trong cây, alkaloid ít khi ở trạng thái tự do (alkaloid base), mà thường ở dạng muối của các acid hữu cơ như citrate, tactat, malat, oxalate, acetate… (đôi khi có ở dạng muối của acid vô cơ) tan trong dịch tế bào, ở một số cay alkaloid kết hợp với tannin hoặc kết hợp với acid đặc biệt của chính cây đó như acid meconic trong thuốc phiện, acid tropic trong một số cây họ cà, acid aconitic có trong cây ô đầu… Có một số ít trường hợp alkaloid kết hợpvới đường tạo ra dạng glycoalcaloid như solasonin và solamacgin trong cây cà lá xẻ (Solanum laciniatum). 2.1.5. Tính chất  Lý tính: - Phần lớn alkaloid trong thiên nhiên công thức cấu tạo có oxy nghĩa là trong công thức có C, H, N, O những alkaloid này thường ở thể rắn ở nhiêt độ thường. Ví dụ: Morphin (C17H19NO3), codein (C18H21NO3), strychnine (C21H22N2O2), quinine (C20H24N2O2), reserpin (C33H40O9N2)… Những alkaloid thành phần cấu tạo không có oxy thường ở thể lỏng. Ví dụ như: Coniin (C8H17N), nicotin (C10H14N2), spartein (C15H26N6). Tuy nhiên cũng có vài chất trong thành phần cấu tạo có oxy vẫn ở thể lỏng như arcolin (C8H13NO2), pilocarpidin (C10H14N2O2) và có vài chất không có oxy vẫn ở thể rắn như sempecvirin (C19H16N2), conexin (C24H40N2). Các alkaloid ở thể rắn thường kết tinh được và có điểm chảy rõ ràng, nhưng cũng có một số alkaloid không có điểm chảy vì bị phân hủy ở nhiệt độ trước khi chảy. Những alkaloid ở thể lỏng bay hơi được và thường vững bền, không bị phân hủy ở nhiệt độ sôi nên cất kéo được bằng hơi nước để lấy ra khỏi dược liệu. - Mùi vị: Đa số alkaloid không có mùi, có vị đắng và một số ít có vị cay như capsaixin, piperin… - Màu sắc: Hầu hết các alkaloid đều không màu trừ một số ít alcaloid có màu vàng như beberin, palmatin, chelidonin. - Độ tan: Nói chung các alkaloid base không tan trong nước, dễ tan trong các dung môi hữu cơ như methanol, etanol, ether, chloroform, benzene,… trái lại các muối alkaloid thì dễ tan trong nước, hầu như không tan trong các dung môi hữu cơ ít phân cực. Có một số trường hợp ngoại lệ, alkaloid base lại tan được trong nước như coniin, nicotin, spactein, colchicin, cafein (tan 1/80 trong nước lạnh và ½ trong nước sôi). Một số alkaloid có chứa phenol như morphin, cephelin tan trong dung dịch kiềm. Muối alkaloid như becberin nitrat lại rất ít tan trong nước. Dựa vào độ tan khác nhau của alkaloid base và muối alkaloid người ta sử dụng dung môi thích hợp để chiết xuất và tinh chế alkaloid. - Năng suất quay cực: Phần lớn alkaloid có khả năng quay cực (vì trong cấu trúc có cacbon không đối xứng), thường tả tuyền, một số nhỏ hữu turyền như cinchonin, quinidin, aconitin, pilocacpin…, một số không có tác dụng với ánh sang phân cực (vì không có cacbon không đối xứng) như piperin, papaverin, atropine, atropamin, … năng suất quay cực là hằng số giúp ta Chất kháng khuẩn thực vật Trang 9 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái kiểm tra độ tinh khiết của alcaloid. Khi có hai dạng D và L thì alkaloid dạng L có tác dụng sinh lý mạnh hơn dạng D.  Hóa tính: Hầu như alkaloid đều có tính base yếu, song cũng có chất có tác dụng như base mạnh có khả năng làm xanh giấy quỳ đỏ như nicotin, cũng có chất tính base rất yếu như cafein, piperin… vài trường hợp ngoại lệ có những alkaloid không có phản ứng kiềm như colchicin, ricinin, theobromin và cá biệt cũng có chất có phản ứng acid yếu như arecaidin, guvacin. Do có tính base yếu nên có thể giải phóng alkaloid ra khỏi muối của nó bằng những kiềm trung bình và mạnh như NH4OH, MgO, cacbonat kiềm, NaOH…, khi định lượng alkaloid bằng phương pháp đo acid người ta phải căn cứ vào độ kiềm để lựa chọn chỉ thị màu cho thích hợp. - Tác dụng với các acid, alkaloid cho các muối tương ứng. - Alcaloid kết hợp với kim loại nặng (Hg, Bi, Pt…) tạo ra muối phức. - Các alkaloid cho phản ứng với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alkaloid. Những phản ứng chung này được chia làm 2 loại: o Phản ứng tạo tủa: có hai nhóm thuốc thử tạo tủa với alkaloid  Nhóm thuốc thử thứ nhất cho tủa tất ít tan trong nước. Tủa này sinh ra hầu hết là do sự kết hợp của một cation lớn là alkaloid với một anion lớn thường là anion phức hợp của thuốc thử. Có nhiều thuốc thử tạo tủa với alkaloid: + Thuốc thử Mayer (K2HgI4 – kalitetraiodomercurat): Cho tủa trắng hay vàng nhạt. + Thuốc thử Bouchardat (iodo – iodid): Cho tủa nâu. + Thuốc thử Dragendorff (KBiI4 – Kali tetraiodobismutat III): Cho tủa vàng cam đến đỏ. + Muối Reinecke [NH4[Cr(SCN)4(NH3)2].H2O – amoni tetra sulfocyanua diamin cromat III]. + Thuốc thử Scheibler [acid phosphovonframic – H3P(W3O10)4]. + Thuốc thử Godeffroy [acid silicovonframic – H3Si(W3O10)4]. + Thuốc thử Sonnenschein [acid photphomolybdic – H3P(Mo3O10)4]. Phản ứng tạo tủa rất nhạy, độ nhạy của mỗi loại thuốc thử đối với từng alkaloid có khác nhau. Ví dụ: Thuốc thử Mayer còn xuất hiện tủa với morphin khi pha loãng 1/2700 nhưng với quinine ở độ pha loãng 1/125000. Cafein còn tạo tủa với thuốc thử Dragendorff ở độ pha loãng 1/600, nhưng với thuốc thử Bouchardat ở độ pha loãng 1/10000. Trong phân tích alkaloid, một số thuốc thử tạo tủa trên còn được dùng với ý nghĩa khác: Thuốc thử Dragendorff còn được dùng phun hiện màu trong sắc ký giấy và sắc ký lớp mỏng. Muối Reinecke dùng trong định lượng alkaloid bằng phương pháp so màu. Acid photphomolybic và acid photphovonframmic được dùng trong định lượng alcaloid bằng phương pháp cân và phương pháp so màu.  Nhóm thuốc thử thứ hai cho những kết tủa ở dạng tinh thể: + Dung dịch vàng clorid + Dung dịch platin clorid + Dung dịch nước bão hòa acid picric Chất kháng khuẩn thực vật Trang 10 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái + Acid picrolonic + Acid styphnic Người ta thường đo điểm chảy của các hợp chất này để góp phần xác định các alcalcoid. o Phản ứng tạo màu: Có một số thuốc thử tác dụng với alkaloid cho những màu đặc biệt khác nhau do đó người ta cũng dùng phản ứng tạo màu để xác định alkaloid. Phản ứng tạo tủa cho ta biết có alkaloid hay không, còn phản ứng tạo màu cho biết có alkaloid gì trong đó Thuốc thử tạo màu thường là những hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ hòa trong acid H2SO4 đậm đặc. Những thuốc thử tạo màu quan trong là: Acid sulfuric đậm đặc (d = 1,84), acid nitric đậm đặc (d = 1,4), thuốc thử Frohde (acid sulfomolybdic), thuốc thử Marquis (sulfofocmol), thuốc thử Mandelin (acid sulfovanadic), thu6o1c thử Erdmann (acid sulfonitrtic), thuốc thử Wasicky (p. dimetylaminobenzaldehyt hòa trong H2SO4), thuốc thử Merke (acid sulfoselenic). Trong dịch chiết có nhiều alcloid và còn lẫn tâp chất khác thì phản ứng lên màu không thật rõ bằg những alkaloid đã được chiết và phân lập ở dạng tinh khiết. Do đó để kết luận được chắc chắn người ta thường dùng phảng ứng màu kết hợp với phương pháp sắc ký lớp mỏng có alkaloid tinh khiết làm chất chuẩn so sánh. 2.1.6. Một số alkaloid có tính kháng khuẩn Morphine là một alkaloid được sử dụng trong y tế trong những năm đầu của thế kỷ XIX.Morphine được lấy từ cây thuốc phiện Papaver somniferum. Codein và heroin là hai dẫn xuất của morphine. Diterpenoid alkaloids là một loại alkaloid thường được lấy từ các họ cây mao lương (Ranunculaceae), chúng có đặc tính kháng kháng khuẩn.  Solamargine Hình 10Hình 2.9: Solamargine Chất kháng khuẩn thực vật Trang 11 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái  Solamargine, một glycoalkaloid có trong các cây quả mọng họ cà (Solanum khasianum), và các alkaloid khác trong loài cây này có tác dung chống lại sự lây nhiễm khi đã mắc phải HIV.  Kháng khuẩn tốt nhất đối với 2 nhóm Giardia và Entamoeba, chúng liên quan trực tiếp đến việc kháng khuẩn đối với các vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy.  Berberine   Một đại diện quan trọng của alkaloid có trong các cây: hoàng đằng, hoàng bá, hoàng liên (thứ tự như hình dưới). Berberin có trong cây hoàng liên chân gà, là cây thuộc thảo, sống lâu năm, cao khoảng 15-35cm, thân mọc thẳng, phía trên phân nhánh. Lá có cuống dài, mảnh, chia 3 thùy chính. Mép khía răng không đều, thùy giữa gần giống tam giác cân, xẻ thùy dạng lông chim, không đều, hai thùy bên giống nhau, nhưng cuống ngắn hơn thùy giữa. Lá có màu lục, bóng. Cụm hoa gồm 3-5 cái, mọc tụ tán trên một cuống chung. Hoa nhỏ màu vàng, lá bắc nhỏ, bao hoa màu lục, 5 lá đài hình mác, 5 cánh hoa thuôn dài, khoảng 20 nhị. Quả đại, màu nâu đen. Hình 11Hình 2.10: Cây hoàng đằng, hoàng bá, hoàng liên Chất kháng khuẩn thực vật Trang 12 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Hình 12Hình 2.11: Cây hoàng liên gai  Thân rễ hoàng liên chứa chủ yếu các hợp chất alcaloid (5-8%), trong đó chủ yếu là berberin. Ngoài ra còn có worenin, coptisin, palmatin, các alcaloid có nhân phenol và các alcaloid không có nhân phenol. Các thành phần alkaloid của hoàng liên đều chứa trong hầu hết các bộ phận của cây. Tuy nhiên ở mỗi bộ phận lại có hàm lượng thay đổi, tùy theo mùa phát triển của cây. Ví dụ vào tháng 9-10, ở thân rễ và rễ nhỏ, hàm lượng berberin cao. Ở lá già trước khi rụng, vào khoảng tháng 10, hàm lượng alcaloid cũng thường cao. Trong số các thành phần hóa học nói trên, berberin được y học quan tâm đến nhiều nhất, thứ đến là palmatin.  Tác dụng kháng khuẩn của berberin Hình 13Hình 2.12: Berberine - Berberine cũng có tác dụng kháng khuẩn đối với shigella, tụ cầu khuẩn. Những năm gần đây, một số nghiên cứu mới nhất cho thấy berberine có tính kháng khuẩn với nhiều vi khuẩn Gram dương, Gram âm và các vi khuẩn axit. Ngoài ra có còn chống lại một số nấm men gây bệnh và một số động vật nguyên sinh. Berberine kháng khuẩn hiệu quả đối với trùng gây bệnh sốt rét. - Cơ chế kháng khuẩn Berberine là do khả năng gây đột biến RNA của vi khuẩn gây bệnh sốt rét, chính vì điều này mà tác dụng kháng khuẩn của Berberine khá mạnh đối với loại trùng gây bệnh này. - Đặc biệt khi dùng berberin điều trị các nhiễm trùng đường ruột sẽ không ảnh hưởng tới sự phát triển bình thường của hệ vi khuẩn có ích ở ruột. Các nghiên cứu gần đây cũng chứng minh: Khi dùng một số thuốc kháng sinh nếu phối hợp với berberin sẽ hạn chế được tác dụng phụ gây ra bởi các thuốc kháng sinh đối với hệ vi sinh vật đường ruột. Bởi vậy, berberin đang được chú ý phát triển ở nhiều nước. Nước sắc hoàng liên và hoạt chất berberin đều có phổ kháng khuẩn rộng, có tác dụng ức chế đối với Shigella shiga, Shigella dysenteria, Staphylococcus aureus, Vibrio cholera, Streptococcus viridans. Dịch chiết hoàng liên còn có Chất kháng khuẩn thực vật Trang 13 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái tác dụng ức chế mạnh ký sinh trùng đường ruột Blastocystis hominis. Tuy nhiên có thể xảy ra hiện tượng kháng tác dụn đối với các vi khuẩn nói trên, nếu vi sinh vật thích ứng được. Song nếu dùng các bài thuốc có hoàng liên, như Hoàng liên giải độc thang thì tác dụng kháng khuẩn lại mạnh hơn. - Tác dụng kháng virut: Nước sắc hoàng liên với nồng độ 50%, thí nghiệm trên phôi gà, có tác dụng ức chế sự phát triển của virut cúm chủng PR8. - Tác dụng kháng nấm: Dịch chiết hoàng liên với độ pha loãng 1:30 có tác dụng ức chế sự phát triển của một số nấm gây bệnh ngoài da. Tác dụng kiện vị, giúp tiêu hóa. Dịch chiết từ hoàng liên có tác dụng làm tăng nhẹ sự phân tiết dịch nước bọt, dịch vị, dịch mật và tăng cường hoạt động của ruột, dạ dày. - Các tác dụng khác: Ngoài ra berberin trong hoàng liên còn có tác dụng kích thích tim, giãn động mạch vành, hạ thân nhiệt, gây tê, lợi mật, kháng lợi niệu, hạ huyết áp, phòng ngừa xơ vữa động mạch... 2.2. Terpenoids và tinh dầu 2.2.1. Khái niệm Tinh dầu thuộc nhóm chất izoprenoit, là sản phẩm trao đổi chất bậc hai. Các chất thuộc nhóm chất izoprenoit có đặc tính chung là không hòa tan trong các dung môi hữu cơ. Tinh dầu rất ít tan trong nước và hòa tan nhiều trong rượu đậm đặc. Dưới tác dụng của oxy một phần của tinh dầu chủ yếu là các hợp chất không no bị oxy hóa và có thể tạo thành terpenoids. Nói chung mùi thơm của tinh dầu chủ yếu là do este, aldehit, xeton, và những chất hữu cơ khác quyết định. Tổng lượng của những chất này chỉ chiếm đến 10% lượng tinh dầu, 90% còn lại là những chất đệm. Sesquiterpen là chất ổn định (chất đệm) đó. Về bản chất hóa học tinh dầu thường là hổn hợp các chức khác nhau: hydrocarbon, rượu, phenol, aldehit, acid, este,... Tuy nhiên quan trọng và thường gặp hơn cả trong hợp phần của tinh dầu là terpen và các dẫn xuất chứa oxy của terpen.  Tecpen có cấu trúc hóa học chung là (C10H16)n . n = 1 ta có monoterpen n = 1.5 ta có sesquiterpen n = 2 ta có diterpen n = 3 ta có triterpen n = 4 ta có tetraterpen 2.2.2. Thành phần cấu tạo Về thành phần cấu tạo của tinh dầu khá phức tạp, có thể chia thành 4 nhóm chính :     Các dẫn chất của monoterpen Các dẫn chất của sesquiterpen Các dẫn chất có nhân thơm Các hợp chất có chứa N và S o Một số ví dụ về các dẫn chất monoterpen:  Các dẫn chất không chứa oxy Chất kháng khuẩn thực vật Trang 14 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái  Các dẫn chất chứa oxy Chất kháng khuẩn thực vật Trang 15 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái o Một số ví dụ về các dẫn chất sesquiterpen  Các hợp chất Azulen Chất kháng khuẩn thực vật Trang 16 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái  Các sesquiterpenlacton Theo định nghĩa, các sesquiterpenlacton không phải là tinh dầu, vì những hợp chất này không bay hơi ở nhiệt độ thường, do đó không điều chế được bằng phương pháp cất kéo hơi nước, chỉ có thể chiết xuất bằng dung môi hữu cơ. Nhưng theo một số tác giả, các hợp chất này có thể là tiền chất của azulen. Do đó có cấu tạo sesquiterpen và có tác dụng sinh học quan trọng, nên chúng tôi xếp vào nhóm này. o Một số ví dụ về các dẫn chất có nhân thơm Chất kháng khuẩn thực vật Trang 17 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái o Một số ví dụ về các dẫn chất có chứa N và S Các dẫn chất Isothiocyanat 2.2.3. Tính chất o Thể chất : Đa số lỏng ở nhiệt độ thường, một số thành phần ở thể rắn : Menthol, borneol, camphor, vanilin, heliotropin o Màu sắc : Không màu hoặc màu vàng nhạt. Do hiện tượng oxy hóa màu có thể sẫm lại. Một số có màu đặc biệt : các hợp chất azulen có màu xanh mực. o Mùi : Đặc biệt, đa số có mùi thơm dễ chịu, một số có mùi hắc, khó chịu (tinh dầu giun) o Vị : Cay, một số có vị ngọt : Tinh dầu quế, hồi o Bay hơi được ở nhiệt độ thường o Tỷ trọng : Đa số nhỏ hơn 1. Một số lớn hơn 1 : quế, đinh hương, hương nhu. o Tỷ lệ thành phần chính (aldehyd cinnamic, eugenol) quyết định tỷ trọng tinh dầu. Nếu hàm lượng các thành phần chính thấp, những tinh dầu này có thể trở thành nhẹ hơn nước. Chất kháng khuẩn thực vật Trang 18 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái o Độ tan : Không tan, hay đúng hơn ít tan trong nước, tan trong alcol và các dung môi hữu cơ khác. o Độ sôi : Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, có thể dùng phương pháp cất phân đoạn để tách riêng từng thành phần trong tinh dầu. o Năng suất quay cực cao, tả tuyền hoặc hữu tuyền. o Chỉ số khúc xạ : 1,450 – 1,560 o Rất dễ oxy hóa, sự oxy hóa thường xảy ra cùng với sự trùng hợp hoa, tinh dầu sẽ chuyển thành chất nhựa o Một số thành phần chính trong tinh dầu cho các phản ứng đặc hiệu của nhóm chưc, tạo thành các sản phẩm kết tinh hay cho màu, dựa vào đặc tính này để định tính và định lượng các thành phần chính trong tinh dầu. 2.2.4. Tính kháng khuẩn Terpenenes và terpenoid có hoạt tính kháng khuẩn đối với nấm, virus và động vật nguyên sinh. Năm 1977, có nghiên cứu cho rằng 60% các dẫn xuất của tinh dầu có khả năng ức chế nấm, trong khi khoảng 30% ức chế được vi khuẩn. Các acid betulinic triterpenoid chỉ là một trong nhiều terpenoid có khả năng ức chế được HIV. Cơ chế tác động của tecpen chưa được khẳng định rõ ràng, nhưng được suy đoán là liên quan đến sự phá vỡ màng tế bào bởi các hợp chất lipophilic. Theo Mendoza , việc tăng nhóm ưa nước (hydrophilicity) của kaurene diterpenoids thì làm giảm mạnh tính kháng khuẩn củ chúng. Các nhà khoa học thực phẩm cũng đã tìm thấy các terpenoid hiện diện trong các loại tinh dầu thực vật có ích trong việc kiểm soát Listeria monocytogenes. Dầu húng quế, một thảo dược được thương mại hóa, được xác định là có hiệu quả kháng khuẩn tương đương với 125 ppm clo khử trùng trong lá rau diếp.  Artemisin: là một sesquiterpen được biết đến với tên gọi khác là qinghaosu , được sử dụng hiện nay như thuốc chữa bệnh sốt rét. - Hình 14Hình 2.13: Artemisinin Hình 15Hình 2.14: Cây thanh hao - Artemisinin, một sesquiterpen có trong cây Artemisia annua hay còn gọi là thanh hao hoa vàng có hoạt tính kháng sốt rét rất mạnh, hợp chất này đã được các nhà nghiên cứu Trung Quốc phân lập từ những năm 70. Gần đây, các nhà khoa học Mỹ còn nhận thấy, hợp chất này Chất kháng khuẩn thực vật Trang 19 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái có khả năng tiêu diệt các tế bào ung thư vú và bạch cầu. Do vậy, việc phân lập, xác định cấu trúc và nghiên cứu hoạt tính chống sốt rét và chống ung thư của hợp chất này góp phần làm sáng tỏ phần động của hoá học các hợp chất thiên nhiên đó là môi tương quan giữa hoạt tính sinh học và cấu trúc của hợp chất hữu cơ. - Năm 1985, ban chỉ đạo của nhóm làm việc khoa học Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đưa ra kế hoạch phát triển hợp chất này như là một thuốc điều trị cho bệnh sốt rét não.  Capsaicin Hình 16Hình 2.15: Capsaicin Hình 17Hình 2.16: Quả ớt - - - Capsaicin là một hợp chất có trong ớt, chính chất này tạo ra vị cay khi ăn ớt.Capsaicin hòa tan trong cồn và mỡ, không hòa tan trong nước. Vì thế trong trường hợp ăn bị cay, dùng nước chỉ giảm được độ cay phần nào mà không thể tránh bỏ hết vị cay này khi dung nước, những thức ăn có sữa sẽ giúp giảm vị cay nhiều hơn là khi sử dụng nước. Tính kháng khuẩn của Capsaicin khá mạnh, nên chất này thường được dùng để bảo quản thực phẩm tránh những tác động của vi sinh vật. Ngoài ra cũng được dùng để bào chế băng hoặc cao dán, nhờ tác dụng làm thông sự bế tắc của máu. Một thử nghiệm của Hàn Quốc cho thấy lượng mỡ của một trăm người phụ nữ ăn ớt thường xuyên, được giảm xuống một cách rõ ràng. Theo một khám phá mới nhất, Capsaicin có khả năng giết chết tế bào ung thư tiền liệt tuyến nơi đàn ông. Đây là một hóa chất có tác dụng khiến cho ớt có vị cay nóng, thế nhưng, khi ở dạng tinh khiết, hóa chất này có thể giết chết bất cứ ai thử nuốt nó. Capsaicin gây nóng và bỏng rát khi tiếp xúc với da người. Tuy nhiên bắt đầu từ lượng nào đó, nó mới tác hại đến cơ thể. Những phủ tạng như ruột, bao tử, hệ hô hấp, da và da nhờn trong khoang miệng mũi sẽ bị thiệt hại, nếu ăn cay quá độ. Dùng ớt quá độ và trong một thời gian dài có thể làm những hệ thần kinh chết dần. Những hệ thần kinh bị ảnh hưởng: vị giác, cơ quai hàm, và do đó sự cảm nhận về độ cay cũng giảm đi. Có người ăn cả trái ớt vẫn không có phản ứng gì tức thời, nhưng có người chỉ cần cắn một miếng thôi là nước mắt mũi giàn giụa, mồ hôi toát ra, tim đập nhanh, máu dồn, đầu bưng bưng, tai nhức ù ... Ớt càng cay, chất Capsaicin càng nhiều. Nhiều chất dinh dưỡng thiết yếu, chẳng hạn như vitamin C, provitamins A và E, một số vitamin khác nhóm B được tìm thấy trong ớt. Capsaicin có nhiều hoạt tính sinh học trong cơ thể con người, ảnh hưởng đến thần kinh, tim mạch, hệ tiêu hóa và cũng có thể sử dụng như một loại thuốc giảm đau. Cơ chế kháng khuẩn của capsaicin được dự đoán là rất phức tạp. Gần đây, Cichewicz và Thorpe cho rằng capsaicin có thể thúc đẩy sự tăng trưởng của Candida albicans nhưng nó thể hiện khả năng ức chế vi khuẩn rất rõ ràng và tùy thuộc vào từng loại vi khuẩn mà mức độ ức chế sẽ khác nhau. Chất kháng khuẩn thực vật Trang 20