Tài liệu Nghiên cứu chiết tác limonene và một số dẫn xuất từ nguồn thực vật việt nam sử dụng phòng trừ côn trùng trong y tế

  • Số trang: 55 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 158 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Đã đăng 8489 tài liệu

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ: Nghiên cứu chiết tách limonene và một số dẫn xuất từ nguồn thực vật Việt Nam sử dụng trong lĩnh vực sát trùng gia dụng (phòng trừ côn trùng y tế) Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Ngọc Thanh 8343 Hà Nội 12/2010 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ: Nghiên cứu chiết tách limonene và một số dẫn xuất từ nguồn thực vật Việt Nam sử dụng trong lĩnh vực sát trùng gia dụng (phòng trừ côn trùng y tế) Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Ngọc Thanh Cán bộ tham gia: TS. Phan Thanh Bình ThS. Nguyễn Thị Thu Hương CN. Lê Ngọc Thức KS. Đoàn Thị Xuân Liễu Hà Nội 12/2010 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 2 1. Các biện pháp phòng trừ côn trùng y tế 2 1.1.Tác hại của côn trùng y tế tới sức khỏe cộng đồng 2 1.2. Các biện pháp phòng trừ ruồi muỗi 5 1.2.1.Biện pháp diệt ruồi, muỗi 3 1.2.2. Các biện pháp phòng ngừa ruồi, muỗi 5 1.3. Limonen và ứng dụng trong phòng ngừa côn trùng y tế 1.3.1. Nguồn tinh dầu chứa Limonene 6 6 1.3.2. Thành phần hóa học của một số tinh dầu vỏ quả có múi thuộc chi Citrus 1.4. Đặc tính hóa lý và hoạt tính sinh học của Limonene (D- Limonene) 1.4.1. Đặc tính hóa lý 1.4.2. Hoạt tính sinh học của Limonene 7 9 9 10 1.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Limonene (D-Limonene) 11 1.6. Các phương pháp chiết tinh dầu và Limonene 13 1.6.1. Cất lôi cuốn hơi nước 13 1.6.2. Chiết SCO2 (CO2 ở trạng thái siêu tới hạn) 13 1.6.3. Các phương pháp khác 15 1.6.4. Lựa chọn phương pháp án công nghệ 15 CHƯƠNG II. THỰC NGHIỆM 18 2.1. Đối tượng nghiên cứu 16 2.2. Phương pháp nghiên cứu 16 2.2.1. Cất lôi cuốn hơi nước 16 2.2.1.1. Thiết kế nghiên cứu 16 2.2.1.2. Cách tiến hành 17 2.2.2. Chiết bằng SCO2 18 2.2.2.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 18 2.2.2.2. Quy hoạch hóa thực nghiệm xác định điều kiện chiết tối ưu 18 2.3. Thiết bị, hóa chất 20 2.3.1. Thiết bị 20 2.3.2. Hóa chất 20 2.4. Phân tích sản phẩm 21 2.5. Thử hoạt tính phòng ngừa ruồi, muỗi trong y tế của Limonene và chế phẩm từ Limonene 21 2.5.1. Quy trình khảo nghiệm đối với ruồi (quy trình diệt) 22 2.5.2. Quy trình khảo nghiệm đối với muỗi (quy trình diệt) 23 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 24 24 3.1.1. Khảo sát hàm lượng Limonene bằng phương pháp chưng cất lôi cuối và cất phân đoạn 24 3.2.1. Khảo sát hàm lượng D- Limonene trong tinh dầu vỏ quả theo phương pháp (SCO2) 25 3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình tách Limonene 26 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chưng cất tinh dầu 26 3.2.2. Ảnh hưởng của lượng nước 27 3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết dầu cam bằng phương pháp SCO2 3.3.1. Mô hình hóa thực nghiệm xác định điều kiện chiết tối ưu 29 29 3.3.2. Khảo nghiệm về kích thước nguyên liệu ảnh hưởng đến hiệu suất thu dầu cam bằng SCO2 3.4. Kết quả thực nghiệm tách D-Limonene và gia công chế phẩm 30 31 3.4.1. Tách D- Limonene bằng phương pháp cất phân đoạn 31 3.4.2. Chiết D- Limonene bằng phương pháp SCO2 31 3.4.3. Phân tích cấu trúc D- Limonene 32 3.5. Gia công thử nghiệm chế phẩm phòng trừ côn trùng y tế 33 3.6. Khảo nghiệm hoạt tính sinh học Limonene ( D-Limonene) trên ruồi, muỗi 33 3.6.1. Thử nghiệm hoạt tính trên ruồi (quy trình diệt) 33 3.6.2. Thử nghiệm hoạt tính trên muỗi (quy trình diệt) 37 3.6.3. Thử nghiệm hoạt tính của chế phẩm đối với ruồi và muỗi 39 3.7. Đề xuất quy trình sản xuất chế phẩm Limonene 40 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC I PHỤ LỤC II LỜI MỞ ĐẦU Với mục tiêu vì một môi trường an toàn nên ngày nay rất nhiều sản phẩm về lĩnh vực bảo vệ thực vật và diệt trừ côn trùng gây hại đã sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên, thân thiện với môi trường. Tinh dầu là một sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong các ngành thực phẩm mỹ phẩm, dược phẩm. Một trong những tác dụng chung của tinh dầu là có tính chất diệt khuẩn, có độ sát trùng cao. Việt Nam có một thảm thực vật vô cùng phong phú phát triển trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nên các loại cây cho tinh dầu được khẳng định là dồi dào và độc đáo. Trong đó, giống Citrus họ Rustaceae tuy có tiềm năng lớn nhưng chưa được khai thác và tận dụng triệt để. Tinh dầu trong vỏ quả của giống Citrus có chứa thành phần chính là Limonene có đặc tính xua đuổi và diệt trừ côn trùng gây bệnh ở người và động vật. Tuy nhiên ở nước ta vẫn chưa có nghiên cứu nào theo hướng sử dụng Limonene trong phòng trừ côn trùng y tế. Vì vậy, kết hợp với mục tiêu tận dụng phụ phẩm của các nghành chế biến rau quả tạo ra các sản phẩm hữu ích thân thiện với môi trường chúng tôi đã tiến hành đề tài nghiên cứu ứng dụng Limonene trong vỏ quả của một số loại cây có múi làm thuốc diệt trừ côn trùng trong nghành y tế: Nghiên cứu chiết tách Limonene và một số dẫn xuất từ nguồn thực vật Việt Nam sử dụng trong lĩnh vực sát trùng gia dụng (phòng trừ côn trùng y tế). Nội dung đề tài cần thực hiện: - Khảo sát hàm lượng Limonene trong một số vỏ quả có múi. - Tiến hành tách Limonene bằng hai phương pháp: cất lôi cuốn hơi nước kết hợp cất phân đoạn dưới áp suất giảm và chiết Limonene bằng SCO2 (Supercritical Carbondioxide). - Phân tích và so sánh chất lượng sản phẩm chiết bằng hai phương pháp trên. - Gia công thử nghiệm chế phẩm. - Thử hoạt tính sinh học về tác dụng phòng ngừa ruồi, muỗi. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.Các biện pháp phòng trừ côn trùng y tế 1.1.Tác hại của côn trùng y tế tới sức khỏe cộng đồng Ruồi, muỗi, kiến, gián…là những loại côn trùng mang theo các vi trùng, vi khuẩn từ những nơi kém vệ sinh nhất tới nguồn thức ăn của con người thông qua đặc điểm sống của chúng. Loài ruồi nhà thường gặp có tên khoa học là Musca domestica, sống rất gần gũi với loài người trên toàn thế giới. Chúng thường được tìm thấy ở những khu dân cư hoặc súc vật sinh sống, nơi có nhiều thực phẩm và chất thải vì thế chúng có thể mang và phát tán nhiều loại mầm bệnh khác nhau Đa số mầm bệnh do ruồi truyền đều nhiễm trực tiếp qua đường thức ăn, nước uống. Những bệnh do ruồi truyền như kiết lỵ, ỉa chảy, thương hàn, tả và một số bệnh giun sán, nhiễm trùng mắt và một số bệnh ngoài da như mụn cóc, nấm, phong. Riêng đối với loài gián, chúng còn thải ra nhiều mùi hôi tại những khu vực bị chúng tấn công. Đối với loài muỗi, muỗi Ae. aegypti được coi là véc tơ chính trong các vụ dịch sốt xuất huyết ở nhiều nước như: Singapo, Philippin, Thái Lan (1958 và các năm tiếp theo), Malaysia, Lào, Việt Nam (vào tháng 6 đến tháng 8 /1963 vụ dịch sốt xuất huyết ở Sài Gòn đã phân lập được vi rút Dengue từ muỗi Ae. Aegypti; tháng 6– 8/2009 dịch sốt xuất huyết ở một số huyện của tỉnh Phú Yên muỗi Ae. Eagypti cũng là véc tơ chính). Những năm gần đây bệnh sốt xuất huyết bùng phát thành dịch ở nhiều nơi làm hàng ngàn người mắc và hàng trăm người tử vong, việc phòng chống bệnh sốt xuất huyết cũng đang là vấn đề quan tâm của cộng đồng. Muỗi truyền bệnh sốt rét thuộc giống Anopheles, có chân dài mảnh như tơ và cánh lốm đốm. Muỗi gây bệnh là giống cái, vì muỗi cái cần nhiều huyết cầu tố để nuôi trứng. Các ký sinh trùng sốt rét phá hủy nhiều tế bào hồng cầu tới mức gần như không đủ duy trì các chức năng tồn tại. Trong năm 2006, trùng sốt rét tấn công hơn 1/2 tỷ người, trong số này tối thiểu một triệu người chết. Phần lớn các nạn nhân này là trẻ dưới năm tuổi và ở Châu Phi. Năm 2009, Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã phải dùng 23 triệu USD từ quỹ từ thiện của Bill và Melinda Gates để ngăn chặn dòng sốt rét kháng Artemisinin lan rộng đến châu Phi, nơi có đến 90 % ca bệnh sốt rét trên thế giới. Vì vậy, việc 2 ngăn ngừa các nguồn bệnh từ ruồi, muỗi và các côn trùng gây bệnh trung gian là một vấn đề rất quan trọng và bức thiết trên toàn cầu. 1.2. Các biện pháp phòng trừ ruồi, muỗi. 1.2.1. Biện pháp diệt ruồi, muỗi. * Diệt ruồi: Để diệt ruồi người ta thường dùng hai phương pháp: - Phương pháp vật lý: đập ruồi, bẫy ruồi bằng bẫy đèn, bẫy dính, bẫy nước, lưới điện... - Phương pháp hóa học: dùng bả ruồi, phun thuốc diệt ruồi trưởng thành hay diệt dòi. a. Một số phương pháp vật lý: - Dùng cóng bẫy trứng ruồi. Quét dọn vệ sinh sạch sẽ để ruồi không có chỗ đẻ trứng. Đặt cóng bẫy trứng ở những nơi mật độ ruồi cao (chợ, các nhà hàng ăn uống) để thu hút ruồi cái vào cóng đẻ trứng, rồi thu hồi trứng đem đốt hoặc giội nước sôi. Cóng bẫy trứng là các chai lọ, hộp có miệng hình tròn, đặt phễu lên miệng cóng. Trong cóng đặt 1 thìa cà phê sữa bò hoặc nước cháo cám để hấp dẫn ruồi cái đẻ. Đặt cóng khoảng 8-9h, thu hồi khoảng 17h, hàng ngày mỗi cóng có thể thu được hàng vạn trứng (1ml=6.000 trứng). - Nhựa dính bẫy ruồi. Có thể pha chế theo thành phần: Nhựa thông (2gr), dầu thực vật (2gr), đường hoặc mật (7gr), nước (10gr). Đun nhỏ lửa cho nhựa thông chảy ra rồi đổ dầu, đường mật và nước vào quấy đều lên. Phết nhựa dính lên mảnh bìa cứng, đem đặt ở những nơi ruồi tập trung để bẫy ruồi. Một cách khác: Nhựa thông 12gr, dầu thực vật 6gr, mỡ tra máy 2gr. Đun nhỏ lửa cho nhựa thông chảy ra, đổ dầu vào mỡ và quấy đều. Phết nhựa dính vào mảnh bìa cứng, những băng giấy (5 x 40cm) hoặc lấy sợi dây gai (40cm) tẩm vào nhựa dính. Đem đặt hoặc treo ở những nơi ruồi tập trung đậu nghỉ ban đêm để bẫy chúng. Cứ 5-10cm2 treo 1 sợi dây gai hoặc 1 băng giấy. Khi mật độ ruồi dày đặc trên nhựa thì đem đốt huỷ. b. Phương pháp hóa học. Dùng hộp bốc hơi hóa chất diệt, đặt hóa chất diệt vào nơi trú đậu của ruồi, mồi thu hút ruồi có bả để diệt. Sử dụng hóa chất chuyên dùng để tiêu diệt và phòng ruồi bằng hai cách: 3 - Phun không gian: - Phun hóa chất dạng sương: được áp dụng trong các không gian bên trong nhà nhằm tiêu diệt ngay các loài ruồi đang có mặt. - Phun hóa chất dạng khói mù nóng: phun chủ yếu ở khu vực khuôn viên bên ngoài nhằm tiêu diệt ngay lập tức các loài ruồi đang có mặt. - Phun tồn lưu: Phun trực tiếp hóa chất lên bề mặt vách tường trong tòa nhà, các khu vực cống thoát nước, bãi rác, chu vi bao ngoài tòa nhà, sân vườn nhằm tiêu diệt ngay các loại côn trùng, ấu trùng đồng thời thiết lập một hàng rào hóa chất ngăn chăn sự sinh sản và thâm nhập của côn trùng. * Diệt muỗi: a. Phương pháp sinh học: - Nuôi cá nhỏ trong bể nước để tiêu diệt bọ gậy. - Có thể tạo ra chủng muỗi đực mất khả năng sinh sản bằng cách chiếu phóng xạ rồi thả chúng vào tự nhiên. Các con muỗi đực vô sinh sẽ cạnh tranh giao phối với muỗi đực thường, giảm tỷ lệ sinh của muỗi. b. Phương pháp vật lý: - Đèn bẫy muỗi: Được chế tạo với một đèn phát ánh sáng hấp dẫn muỗi và côn trùng tụ tập đến, bao quanh bởi lưới kim loại có hiệu điện thế thấp. Khi muỗi và côn trùng sa vào lưới, dòng điện nhỏ sẽ phóng qua và tiêu diệt chúng. Phương pháp này sử dụng được trong nhà và ngoài trời. - Vợt điện: Thiết kế như vợt bắt muỗi cầm tay, chỉ gồm lưới kim loại có điện thế, chạy pin. Vợt này đòi hỏi kỹ thuật sử dụng của người bắt muỗi, có thể có ích trong nhà, nhưng không có tính hiệu quả cao. c. Phương pháp hóa học: Sử dụng Hương xua muỗi (còn gọi là nhang muỗi), được đốt trong nhà. Nó có thể tiêu diệt muỗi trong phạm vi nhà ở và không duy trì được tác dụng lâu dài. Hương xua muỗi có thể gây độc cho người, và tạo nguy cơ hỏa hoạn. Thông dụng nhất là dùng hóa chất đặc trị, áp dụng quy trình kỹ thuật phun thuốc sát trùng cho cả hai phương pháp phun không gian và phun tồn lưu. Hai phương pháp này thường được sử dụng để diệt cả ruồi và muỗi. 4 1.2.2. Các biện pháp phòng ngừa ruồi, muỗi - Vệ sinh môi trường: Làm giảm hoặc loại trừ nơi đẻ trứng của ruồi bằng cách vệ sinh chuồng trại gia súc, gia cầm, quản lý phân và chất thải con người, xử lý rác thải tốt. - Làm giảm nguồn thu hút ruồi từ nơi khác đến như mùi của thức ăn, mùi của các ổ đẻ của ruồi. - Đề phòng sự tiếp xúc của ruồi và mầm bệnh như hố xí, người ốm và chất thải của họ, lò mổ, động vật chết... - Bảo vệ không cho ruồi tiếp xúc với thức ăn, vệ sinh nhà ăn. - Ruồi thích ánh sáng thường ban ngày, như do ruồi có mắt kép phản xạ nhanh với ánh sáng phản chiếu bởi loại gương cầu. Vì vậy người ta cho nước sạch vào túi nylon, treo trong nhà, ruồi bay qua bay lại gặp phải ánh sáng phản quang từ các túi nylon đựng nước, ruồi sợ và bay xa. Đây là biện pháp mà các quán hàng ăn uống thường sử dụng rất có hiệu quả. - Màn ngủ: là phương pháp hiệu quả để phòng chống muỗi đốt khi ngủ. - Lưới cửa: là các lưới kim loại (hay nhựa) có lỗ nhỏ, không cho muỗi hay các loại côn trùng vượt qua và xâm nhập vào nhà ở, nhưng vẫn đảm bảo thoáng khí và ánh sáng. Sử dụng thuốc bôi lên da để xua muỗi khỏi da, tiện dụng khi đi du lịch đến vùng đất nhiều muỗi. Chúng thường chứa các hóa chất sau: DEET(Diethyltoluamide), D.E.P (Diethylphtalat) tinh dầu bạc hà mèo, nepetalactone, tinh dầu sả hay tinh dầu bạch đàn (dầu khuynh diệp). Tác dụng xua đuổi côn trùng của Diethyltoluamide được I.H. Gilbert và cộng sự công bố từ năm 1955, sau đó đươc Hãng Hercules Agrochemicals Inc đăng ký và sản xuất với tên thương mại là metadelphin.[1] Dietyltoluamide, chất lỏng màu hổ phách, sôi ở 111oC/ mmHg, là chất xua đuổi côn trùng gây hại, đặc biệt là muỗi. LD50 2000 mg/kg. Trong số các đồng phân thì đồng phân meta hiệu quả hơn so với orto và para. Trong các biện pháp phòng ngừa ruồi, muỗi nêu trên thì phương pháp sử dụng hóa chất để diệt vẫn được dùng nhiều nhất. Ngoài tác dụng diệt côn trùng, các thuốc này với hàm lượng nhất định sẽ có tác dụng lên con người, vật nuôi và môi trường. Thuốc có thể gây ô nhiễm nguồn nước, làm chết các động vật thủy sinh. 5 Bên cạnh đó, việc hóa chất vẫn còn tác dụng với côn trùng một thời gian dài sau khi phun chứng tỏ thuốc vẫn tồn lưu trong môi trường và con người hằng ngày vẫn chịu sự phơi nhiễm đối với những hóa chất này. Ngay đối với những hoá chất diệt côn trùng đã được Bộ Y tế đảm bảo về độ an toàn thì việc thường xuyên tiếp nhận chúng qua đường hô hấp cũng hoàn toàn không có lợi cho sức khỏe. Hiện nay, các loại thuốc sử dụng phòng trừ côn trùng gây hại tại Việt Nam hầu hết được nhập khẩu. Chúng được sản xuất bởi các hãng hóa chất nổi tiếng của các nước có nền khoa học kỹ thuật phát triển như Anh, Pháp, Bỉ, Mỹ, Đức, Italia, Nhật Bản,…Những loại hóa chất này hầu hết được chiết xuất từ thực vật như hoạt chất permethrin (chiếm 50% trong thuốc Map Permethrin 50EC của Hockley International Ltd. – Anh quốc) thuộc nhóm pyrethroid tổng hợp được chiết xuất từ hoa cây Cúc trừ sâu (Chrysanthemum cinerariaefolium Vis.) hoặc hoạt chất rotenon trong một số hóa chất khác được chiết xuất từ hạt cây Củ đậu (Pachyrhizus erosus (L.) Urb.),…Tuy nhiên những loại hóa chất này cũng chỉ an toàn cho người sử dụng trong một liều lượng nhất định nào đó. [19] Chính vì vậy việc nghiên cứu, phát triển và đưa ra thị trường những sản phẩm có chứa hoạt chất diệt côn trùng thân thiện với môi trường, không gây độc với con người như Limonene đang là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu của các cơ quan chức năng ở Việt Nam và trên nhiều quốc gia khác. 1.3. Limonen và ứng dụng trong phòng ngừa côn trùng y tế 1.3.1. Nguồn tinh dầu chứa Limonene Limonene là một monoterpen chiếm hàm lượng lớn trong tinh dầu vỏ các loại quả có múi: cam, chanh, quýt, bưởi thuộc chi Citrus họ Rutaceae. Đây là loài thực vật được coi là một trong những chi có tiềm năng lớn về mặt thương mại trong các lĩnh vực mỹ phẩm, thực phẩm, hóa chất và y tế. Chi Citrus phân bố nhiều ở một số nước như Việt Nam, Trung Quốc, Nepal, Nhật Bản. Tại Việt Nam chi Citrus có khoảng 24 loài thông dụng, phân bố dải dọc suốt từ miền Bắc đến Nam. Những năm gần đây, các loại cây ăn quả trong cả nước đang phát triển khá mạnh với diện tích trên 750.000 ha. Trong đó, riêng cây có múi phát triển mạnh nhất với diện tích gần 80.000 ha, sản lượng khoảng 532.000 tấn/năm và là một trong những loại cây trồng, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nhà vườn. 6 1.3.2.Thành phần hóa học của một số tinh dầu vỏ quả có múi thuộc chi Citrus[5] Các loài thuộc họ Rutaceae ngoài việc sử dụng quả trong thực phẩm, tinh dầu chiết từ hoa và vỏ còn được ứng dụng trong mỹ phẩm. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các thành phần hóa học trong vỏ quả còn có tác dụng chống oxy hóa, kháng nấm, phòng và diệt trừ các côn trùng gây hại cho người và động vật. Dưới đây là một số hợp chất tiêu biểu trong thành phần hóa học của các loại quả có múi: β-Farnesene α-pinene β-pinene OH β-Myrcene Limonene Sabinene Linalool O O O H O O Geranyl form ate Geranyl acetate Z- Citral O O 4-m ethyl Hexene-1 Hexanal M ethyl Heptenone 7 Bảng 1.1: Thành phần hóa học trong vỏ Bưởi (Citrus maxima) STT Thành phần Hàm lượng (%) 1 α-Pinene 0.40 2 Sabinene 0.93 3 β-Pinene 3.71 4 Methyl heptenone 1.25 5 β-Myrcene 0.90 6 Hexanal 0.12 7 Sabinine 0.42 8 DL-Limonene 31.83 9 t-Ocimine 1.19 10 Linalool 0.16 11 1-Hexene,4-methyl 15.22 12 1-Hexene,3,3-dimethyl 0.67 13 Geranyl formate 1.83 14 Z-Citral 13.38 15 E-Citral 17.75 16 Geranylacetate 0.82 17 β-Farnesene 0.45 Bảng 1.2: Thành phần hóa học trong vỏ Cam (Citrus sinensis) STT Thành phần Hàm lượng (%) 1 α-Pinene 0.36 2 Sabinene 0.37 3 β-Pinene 0.03 4 Methyl heptenone 0.01 5 β-Myrcene 1.71 6 Octanal 0.43 7 α-Phellandrene 0.04 8 (E)-b-ocimene 0.21 9 α-Terpinene 0.02 10 DL-Limonene 90.66 11 cis-Ocimine 0.02 12 β-Ocimine 0.04 13 Caprylic alcohol 0.05 14 Terpinolene 0.18 15 α-Terpinoline 0.06 16 Linalylacetate 2.80 8 17 Nonanal 0.05 18 2,6-Dimethyl-1,3,5,7- octatetraene 0.03 19 Myrtenylacetate 0.06 20 Artemiseole 0.18 21 Isopulegol 0.26 22 t-Sabinine hydrate 0.42 23 3-Cyclohexene-1-methanol 0.02 24 Decanal 0.02 25 b-Citronellol 0.17 26 Laevo-beta-pinene 0.46 27 Z-Citral 0.09 Theo nghiên cứu của Priyanka Singh, Ravindra Shukla và các cộng sự , tinh dầu từ vỏ Bưởi và vỏ Cam có hoạt tính đạt chỉ số IC50 từ 8,84 µl/ml đến 9,45 µl/ml và đồng thời có LD50 cao đối với động vật có vú (Thí nghiệm trên chuột bằng đường miệng và thính giác). Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng trong tinh dầu của vỏ cam, bưởi còn có tác dụng chống oxy hóa, kháng nấm và khả năng chống bệnh tốt, trong đó D-Limonene đóng vai trò chính thể hiện hoạt tính của tinh dầu.[39] 1.4. Đặc tính hóa lý và hoạt tính sinh học của Limonene(D-limonene) 1.4.1.Đặc tính hóa lý [39] Limonene bao gồm 2 cấu hình D-Limonene và L-Limonene, trong đó DLimonene được biết đến là cấu tử hữu ích chính của vai trò thể hiện hoạt tính sinh học và chiếm hàm lượng từ 80%-95% của hỗn hợp limonene trong tinh dầu vỏ quả có múi. Vì vậy có thể hiểu rằng D-Limonene là cấu tử thể hiện tính chất và các ứng dụng hữu ích của Limonene. D-Limonene là chất lỏng, không màu, có mùi thơm nhẹ, dễ cháy và không tan trong nước. - Công thức phân tử : C10H16 - Khối lượng phân tử : 136 dvC - Danh pháp : 1-methyl-4-(prop-1-en-2-yl)-cyclohexene - Nhiệt độ sôi : 175 - 176 0C - Tỉ trọng : 0,8402 g/ml - Chỉ số khúc xạ : 1.471 ÷ 1.474 - Góc quay cực : + 101.40 ÷ +104.50 - Tự bốc cháy : 2370C 9 1.4.2. Hoạt tính sinh học của Limonene Thành phần hóa học chính trong vỏ các loài thuộc giống Citrus là các tecpen mà chiếm hàm lượng lớn là Limonene. Đây cũng chính là thành phần quan trọng nhất có vai trò chủ đạo trong chất lượng của tinh dầu vỏ quả và thể hiện các hoạt tính chống oxy hóa, kháng nấm và diệt trừ các côn trùng gây bệnh. Các nghiên cứu của Chang cùng cộng sự năm 2008 đã thử khả năng kháng nấm của tinh dầu vỏ Bưởi (Citrus maxima), tinh dầu vỏ cam (Citrus sinensis) và Limonene đối với nấm A.flavus. Nấm A.flavus được nuôi cấy trong môi trường thạch trong 07 ngày, nhiệt độ ủ dao động từ 280C-300C khi đạt bán kính 5mm thì đưa ra thử nghiệm. Limonene, tinh dầu vỏ cam, tinh dầu vỏ bưởi hòa tan trong aceton rồi đưa vào môi trường ở các nồng độ 250ppm, 500ppm, 750ppm, 1000ppm và một mẫu trắng. Nấm được cấy vào các hộp pectri có chứa môi trường đã trộn hoạt chất. Theo dõi sự phát triển của nấm trong 10 ngày.[39] Kết quả thể hiện như sau: Bảng 1.3: Hoạt tính kháng nấm của tinh dầu bưởi, tinh dầu Cam và Limonene Sự phát triển của nấm trong 10 ngày (mm) Nồng độ Hoạt chất %GI* (ppm) 0 ngày 2 ngày 4 ngày 6 ngày 8 ngày 10 ngày 5.0 13,6 26,2 37,4 53,2 82,2 Mẫu trắng 8,0 13,9 32,3 41,7 63,4 23,4 5.0 250 6,95 8,82 25,6 32,4 42,9 48,1 5.0 Tinh dầu 500 Bưởi 750 5.0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 5.0 1000 9,06 15,1 34,6 43,3 65,7 18,2 5.0 250 8,26 12,2 26,2 33,6 44,5 46,2 5.0 Tinh dầu 500 Cam 750 5.0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 5.0 1000 9,48 14,2 27,8 35,7 46,3 44,0 5.0 250 500 5.0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 Limonene 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 5.0 750 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 100 5.0 1000 * %GI: % kìm hãm phát triển (Growth inhibition) 10 Qua kết quả thử hoạt tính kháng nấm trên cho thấy Limonene đạt hiệu quả kháng 100% ở nồng độ 500 ppm. Điều đó chứng tỏ Limonene đóng vai trò chính trong việc thể hiện khả năng kháng nấm A.flavus.[39] 1.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng Limonene(D-Limonene) D-Limonene là một monotecpen được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm, xà phòng, nước hoa để tạo mùi và hương thơm. Ngoài ra, D-Limonene còn được dùng làm chất tẩy nhờn trong các nhà máy sản xuất máy tính và thiết bị điện thay thế cho chlorofluorohydrocacbon (CFC). Một số nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng D-Limonene có tác dụng ngăn ngừa ung thư đối với động vật có vú như ung thư phổi, ung thư dạ dày và ung thư da.[39] Năm 1990, NTP (National Toxicology Program) cho biết D-Limonene có khả năng gây ung thư thận ở chuột đực nhưng ở chuột cái và các loài khác lại không thấy thể hiện gì. Nghiên cứu của NTP trên chuột đực và chuột cái có độ tuổi từ 7-8 tuần bằng cách đưa một lượng D-Limonene từ 0,3-600 mg/ngày (đối với chuột cái), 0,75-150 mg/ngày (đối với chuột đực) trộn cùng dầu ngô vào dạ dày trong 5 ngày/tuần và theo dõi trong 103 tuần. Kết quả cho thấy trong 13 tuần đầu tiên dạ dày chuột có hiện tượng bị tổn thương, tỷ lệ sống sót tỉ lệ nghịch với liều lượng dùng D-Limonene. Sự tồn tại có chọn lọc là 80% với liều thấp nhất và 58% đối với liều cao nhất. Điều đó cho thấy D-Limonene gây tổn thương hoặc có thể gây tử vong đối với chuột ở một liều lượng phù hợp. Đối với người, Webb và đồng nghiệp đã chứng minh rằng chỉ sau 3 ngày, lượng D-Limonene được hấp thụ qua đường hô hấp đã giải phóng hoàn toàn bằng cách kiểm tra máu của những người sống và hít thở bình thường trong không gian được phun D-Limonene với liều lượng từ 225-450mg/m3.[5,19] Hình 1.1: Một số sản phẩm từ D-Limonene 11 Trong thập kỷ qua, việc ứng dụng D-Limonene đã được mở rộng rất nhiều, người ta đã sử dụng nó trong cả ngành công nghiệp sơn hoặc dùng như là một chất lỏng làm mát thứ cấp. Bước tiến lớn nhất là sử dụng D-Limonene vào việc tẩy rửa cả trong công nghiệp lẫn quy mô hộ gia đình. D-Limonene có thể được sử dụng như một dung môi thông thường hoặc pha loãng với nước. Là một dung môi thông thường, D-Limonene có thể thay thế một loạt các sản phẩm methyl ethyl ketone, acetone, toluene, ete glycol và các dung môi khử trùng chứa Flo và Clo. Như hầu hết các dung môi hữu cơ khác, D-Limonene không tan trong nước, do đó có thể sử dụng trong các công đoạn tách nước điển hình. DLimonene có tính hòa tan tương tự CFC nhưng lại ít độc nên là một dung môi tốt hơn nhiều so với các dung môi tẩy rửa khác. Bằng cách pha D-Limonene với một gói chất hoạt động bề mặt cùng với nước pha loãng ta đã có một sản phẩm tẩy rửa an toàn. Nồng độ sử dụng của DLimonene trong những trường hợp này thường là 5-15%. Nhìn chung các giải pháp này được sử dụng vào việc phun và lau rửa các thiết bị công nghiệp mà không để lại dư lượng các chất hóa học như các chất tẩy rửa khác. D-Limonene là một chất hóa học đa năng, an toàn và hiệu quả hơn so với các sản phẩm tẩy rửa điển hình.[8] Trong các hợp chất thiên nhiên, Limonene (D-Limonene) cũng được biết đến với đặc tính xua đuổi và diệt côn trùng, trừ sâu. Đối với động vật cảnh, người ta đã dùng dung dịch tinh dầu có chứa Limonene để phun xịt trừ bọ chó, bọ mèo và côn trùng gây hại khác (ve, mò, rận rệp). Bên cạnh đó, Limonene còn có khả năng diệt bọ gậy của nhiều chủng loại muỗi gây sốt rét và sốt xuất huyết, viêm não Nhật Bản, bệnh chân voi. Những chủng loại bệnh này nếu không được ngăn ngừa rất có thể tạo ra đại dịch trên toàn thế giới, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống và sức khỏe của loài người. Hink và đồng nghiệp đã nghiên cứu D-Limonene trên trứng ruồi, ấu trùng ruồi và ruồi non cho thấy ở nồng độ D-Limonene 1.0% diệt được 62% trứng và 61% ấu trùng ruồi. Đối với ruồi non, D-Limonene 10% diệt được 34% ruồi. Khi tiếp tục tăng nồng độ của D-Limonene khảo nghiệm trên từng đối tượng đều cho kết quả không thay đổi. Điều đó cho thấy D-Limonene có tác dụng đối với một số đối tượng có tính nhạy cảm cao(sức đề kháng kém).[5] Ở Việt Nam hiện nay chưa có nghiên cứu nào cụ thể về ứng dụng của Limonene trong lĩnh vực phòng ngừa côn trùng y tế. Phần lớn Limonene được dùng 12 làm chất tẩy rửa như nước lau nhà và nước rửa tay, xà phòng tắm,… do nó có mùi thơm dịu nhẹ và có tính diệt khuẩn cao. Vì vây, việc nghiên cứu chiết tách và thử nghiệm khả năng phòng trừ côn trùng của Limonene là cần thiết để tạo ra một sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, giảm ô nhiễm cho môi trường sống và an toàn cho người sử dụng. 1.6. Các phương pháp chiết tinh dầu và Limonene Hiện nay trên thế giới, người ta thường tách Limonene từ tinh dầu vỏ cam và vỏ bưởi. Vỏ cam tươi đưa về qua xử lý sau đó dùng các phương pháp như cất cuốn hơi nước hoặc ép, trích ly để tách lấy tinh dầu. Từ tinh dầu người ta sẽ tách Limonene bằng cách chưng cất phân đoạn dưới áp suất giảm. 1.6.1. Cất lôi cuốn hơi nước Có rất nhiều phương pháp sản xuất tinh dầu từ vỏ quả có múi nhưng thông dụng nhất là phương pháp cất lôi cuốn hơi nước. Đây là phương pháp được sử dụng khi chưng cất các hợp chất không bền nhiệt. Ưu điểm của nó là giữ được mùi hương tự nhiên và quy trình đơn giản. Có 3 dạng cất lôi cuốn tinh dầu như sau: * Chưng cất với nước: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị. Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn theo tinh dầu, ngưng tụ hơi bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm nước và tinh dầu, hai thành phần này không tan vào nhau nên dễ dàng tách ra khỏi nhau. * Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị nhưng cách nhau bởi một vỉ nồi. Khi đun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ. Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ 1 hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu. Phương pháp nay phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui mô trung bình. * Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng: Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn, hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào các thiết bị chưng cất. 1.6.2. Chiết SCO2 (CO2 ở trạng thái siêu tới hạn) Đối với mỗi một chất đang ở trạng thái khí, khi bị nén đẳng nhiệt tới một áp suất đủ cao, chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại. Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng không hóa hơi trở lại mà tồn tại ở 13 một dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn. Vật chất ở trạng thái trung gian này, mang đặc tính của cả chất khí và chất lỏng. Chất ở trạng thái siêu tới hạn có tỷ trọng tương đương như tỷ trọng của pha lỏng. Nhưng sự linh động của các phân tử lại rất lớn, sức căng bề mặt nhỏ, hệ số khuếch tán cao giống như khi chất ở trạng thái khí. Hình 1.1 biểu thị vùng trạng thái siêu tới hạn của một chất trong biểu đồ cân bằng pha rắn, lỏng và khí của chất đó theo sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ. [4,31,37,33] Các dung môi siêu tới hạn có khả năng hòa tan tốt các chất ở cả 3 dạng rắn, lỏng và khí. Dung môi siêu tới hạn có sự tác động lên cả các chất dễ bay hơi và cả các cấu tử không bay hơi của mẫu. Hiệu quả phân tách kết hợp của quá trình chưng cất lôi cuốn và quá trình chiết ngược dòng lỏng - rắn. P Vùng siêu tới hạn Rắn PC Điểm ba (PT, TT) Điểm tới hạn (PC, TC) Lỏng Khí PT T Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn Để đáp ứng các yêu cầu công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên, CO2 là dung môi được ưu tiên lựa chọn áp dụng vì các thuận lợi sau: - CO2 là một chất dễ kiếm, rẻ tiền vì là sản phẩm phụ của nhiều ngành công nghệ hóa chất khác; [29] 14 - Là một chất trơ, ít có phản ứng kết hợp với các chất cần tách chiết. Khi được đưa lên đến trạng thái tới hạn, CO2 không tự kích nổ, không bắt lửa và không duy trì sự cháy; [35] - CO2 không độc với cơ thể, không ăn mòn thiết bị; - Điểm tới hạn của CO2 (Pc = 73 atm; Tc = 30,9oC) là một điểm có giá trị nhiệt độ, áp suất không cao lắm so với các chất khác cho nên sẽ ít tốn năng lượng hơn để đưa CO2 tới vùng siêu tới hạn; - Có khả năng hòa tan tốt các chất tan hữu cơ ở thể rắn cũng như lỏng, đồng thời cũng hòa tan được cả các chất thơm dễ bay hơi, không hòa tan các kim loại nặng và có thể điều chỉnh các thông số trạng thái như áp suất và nhiệt độ để nâng cao độ chọn lọc khi chiết tách; - Khi sử dụng CO2 thương phẩm để chiết tách không có dư lượng cặn độc hại trong chế phẩm chiết. 1.6.3. Các phương pháp khác Theo phương pháp của Winniczuk và Parish (1997), Limonene được tách bằng cách thủy phân. Vỏ cam được đưa vào bình thủy phân có bổ sung thêm axít sunfuric loãng ở nhiệt độ 1500C. Sản phẩm sau khi thủy phân được chuyển vào bình hứng và đưa sang thiết bị ngưng thu được Limonene có hàm lượng có thể lên tới 99%. Theo một quy trình sản xuất khác, người ta thu nhận D-Limonene bằng cách ép vỏ quả có múi được một dạng dịch sền sệt. Sản phẩm thu được sau khi ép được đưa vào cất lôi cuốn hơi nước. Sản phẩm cuối cùng là Limonene kỹ thuật ở dạng thô. 1.6.4. Lựa chọn phương án công nghệ Trong phạm vi của đề tài này, chúng tôi đã chọn phương pháp chiết bằng cách chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu vỏ quả kết hợp với cất phân đoạn dưới áp suất giảm để tách Limonene trong vỏ quả có múi. Phương pháp đối chứng để so sánh là phương pháp chiết Limonene bằng phương pháp SCO2. Sản phẩm được đưa phân tích và thử nghiệm hoạt tính sinh học trong ứng dụng phòng ngừa ruồi, muỗi. 15
- Xem thêm -