Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng thành phần loài cây tinh dầu và đánh giá giá trị của một số loài đại diện tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xây dựng cơ sở khoa học nhằm xác định và đánh giá thành phần loài cây tinh dầu thuộc giới thực vật bậc cao có mạch tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng thành phần loài cây tinh dầu và đánh giá giá trị của một số loài đại diện tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT Phạm Phương Đông Nghiên cứu đa dạng thành phần loài cây tinh dầu và đánh giá giá trị của một số loài đại diện tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH SINH HỌC HÀ NỘI, THÁNG 10 NĂM 2018
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT Phạm Phương Đông Nghiên cứu đa dạng thành phần loài cây tinh dầu và đánh giá giá trị của một số loài đại diện tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng Chuyên ngành: Thực vật học Mã số: 8 42 0111 LUẬN VĂN THẠC SĨ: NGÀNH SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Bùi Văn Thanh HÀ NỘI, THÁNG 10 NĂM 2018
LỜI CÁM ƠN Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài tốt nghiệp trong chương trình đào tạo Thạc sỹ, chuyên ngành thực vật tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật thuộc Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Nhân dịp này tôi xin được bày tỏ và biết ơn sâu sắc đến Tiến sỹ Bùi Văn Thanh công tác tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, giáo viên hướng dẫn của Luận văn đã định hướng và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo công tác tại Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Ban Giám đốc và các cán bộ tại Vường Quốc gia Cát Bà, UBND huyện Cát Hải đã tạo điều kiện trang bị cho tôi kiến thức, thu thập số liệu phục vụ xây dựng luận văn. Cuối cùng tôi xin cám ơn tới gia đình, người thân, bạn bè, lãnh đạo và các đồng nghiệp Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hải Phòng đã bên cạnh động viên và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học. Trong quá trình thực hiện còn nhiều hạn chế về mặt thời gian, nhân lực và tài chính nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu xót. Tôi mong muốn nhận được những đóng góp ý kiến quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học và đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cám ơn! Hải Phòng, ngày tháng 10 năm 2018 TÁC GIẢ Phạm Phương Đông
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, các số liệu tham khảo đều có nguồn trích dẫn rõ ràng, các hình ảnh được sử dụng trong luận văn là hình của riêng tôi được thực hiện trong quá trình thực hiện đề tài, chưa từng được ai công bố trong các công trình nghiên cứu khác. Hải Phòng, tháng 10 năm 2018 TÁC GIẢ Phạm Phương Đông
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của Đề tài ................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2 2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2 2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn ........................................ 2 4. Những điểm mới của luận văn ....................................................................... 3 5. Bố cục luận văn.............................................................................................. 3 Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................... 4 1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước ............................................................ 4 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước ............................................................ 9 1.2.1. Đa dạng cây có chứa tinh dầu tại Việt Nam......................................... 9 1.2.2. Các nghiên cứu về cây có chứa tinh dầu tại Việt Nam. ..................... 10 1.3. Lược sử nghiên cứu cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà ................... 14 1.4. Tổng quan khu vực nghiên cứu ................................................................ 14 1.4.1. Điều kiện tự nhiên .............................................................................. 14 1.4.2. Đặc điểm kinh tế xã hội...................................................................... 20 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ ........................................................ 24 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 24 2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 24 2.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 24 2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................. 24 2.4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 25 2.5. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 25 2.5.1. Phương pháp kế thừa .......................................................................... 25 2.5.2. Phương pháp điều tra thực vật............................................................ 25 2.5.3. Phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu và đánh giá ....................... 27 2.5.4. Phương pháp nghiên cứu tinh dầu ...................................................... 27
2.5.5. Phương pháp thử hoạt tính chống ô xy hóa bằng DPPH ................... 27 Chương 3 ............................................................................................................. 29 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................................. 29 3.1. Thành phần loài cây tinh dầu tại VQG Cát Bà ......................................... 29 3.2. Đa dạng cây tinh dầu tại VQG Cát Bà...................................................... 31 3.2.1. So sánh cây tinh dầu tại VQG Cát Bà so với Việt Nam .................... 31 3.2.2. Đa dạng ở bậc dưới ngành.................................................................. 32 3.2.3. Đa dạng về dạng sống cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà. ........ 37 3.2.4. Đa dạng về công dụng của các loài cây tinh dầu ............................... 38 3.3. Các loài cây tinh dầu có nguồn gen quý hiếm bị đe dọa .......................... 41 3.4. Thành phần hóa học trong tinh dầu của một số loài cây tại Vườn Quốc gia Cát Bà............................................................................................................... 42 3.4.1. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài sài hồ- Pluchea pteropoda . 42 3.4.2. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Dạ hợp (Magnolia coco) .... 43 3.4.3. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Nguyệt quế (Murraya paniculata).................................................................................................... 45 3.4.4. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Hàm ếch rừng (Piper bonii)46 3.4.5. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Lãnh công rợt (Fissistigma pallens) ......................................................................................................... 47 3.4.6. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Na biển (Annona glabra) ... 48 3.4.7. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Bưởi bung (Acronychia pedunculata) ................................................................................................. 51 3.5. Các giải pháp đề xuất nhằm bảo tồn đa dạng cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà......................................................................................................... 53 3.5.1. Nguyên nhân suy giảm đa dạng cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà .................................................................................................................. 54 3.5.2. Các giải pháp bảo tồn đa dạng cây tại Vườn Quốc gia Cát Bà .......... 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 57 1. Kết luận ........................................................................................................ 57 2. Kiến nghị...................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 59 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Danh lục cây tinh dầu tại Vườn quốc gia Cát bà Phụ lục 2: Một số hình ảnh khảo sát khu vực nghiên cứu Phụ lục 3: Kết quả phân tích tinh dầu
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DLĐTG Danh lục Đỏ Thế giới DLĐVN Danh lục Đỏ Việt Nam ĐDSH Đa dạng sinh học HST Hệ sinh thái IUCN The International Union for Conservation of Nature and Nature Resource (Hiệp hội bảo tồn thiên nhiên quốc tế) KBT Khu bảo tồn KBTTN Khu bảo tồn thiên nhiên NĐ Nghị định UBND Uỷ ban nhân dân WWF World Wide Fund For Nature (Quỹ quốc tế bảo vệ thiên nhiên)
DANH MỤC BẢNG - Bảng 3.1. Sự phân bố các taxon của cây tinh dầu ở VQG Cát Bà; - Bảng 3.2. So sánh hệ cây tinh dầu của Cát Bà với hệ cây tinh dầu Việt Nam; - Bảng 3.3. Mười họ đa dạng nhất của cây có chứa tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà, Hải Phòng; - Bảng 3.4. Sự phân bố số lượng loài cây tinh dầu trong các họ; - Bảng 3.5. So sánh các họ có nhiều loài cây tinh dầu ở Cát Bà (1) với số loài cây ở Cát Bà; - Bảng 3.6. Thống kế các chi có nhiều loài chứa tinh dầu nhất; - Bảng 3.7. Dạng cây của các cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà; - Bảng 3.8. Số lượng loài có nhiều công dụng - Bảng 3.9. Các công dụng khác của cây tinh dầu - Bảng 3.10. Các loài cây tinh dầu có nguồn gen quý hiếm bị đe dọa; - Bảng 3.11 Ccác loài cây được lựa chọn nghiên cứu tinh dầu - Bảng 3.12. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài sài hồ- Pluchea pteropoda Hemsl. - Bảng 3.13. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Dạ hợp- Magnolia coco (Lour.) DC. - Bảng 3.14. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Nguyệt quế- Murraya paniculata (L.) Jack. - Bảng 3.15. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Hàm ếch rừng - Piper bonii C. DC.; - Bảng 3.16. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Lãnh công rợt- Fissistigma pallens ( Fin. et Gagnep. ) Merr.; - Bảng 3.17.Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Na biển- Annona glabra L. - Bảng 3.18. Thành phần hóa học trong tinh dầu loài Bưởi bung- Acronychia pedunculata L. - Bảng 3.19. Khả năng trung hòa gốc tự do của DPPH
DANH MỤC HÌNH - Hình 1.1. Bản đồ khu vực Vườn Quốc gia Cát Bà; - Hình 2.1. Bản đồ các tuyến điều tra ; - Hình 3.1. Biểu đồ phân bổ các loài cây tinh dầu ở bậc ngành; - Hình 3.2. Biểu đồ phân bổ các loài cây tinh dầu trong các lớp thuộc ngành Magnoliophyta; - Hình 3.3. Mười họ đa dạng loài nhất; - Hình 3.4. Dạng sống của các loài cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà; - Hình 3.5. Số lượng loài có nhiều công dụng; - Hình 3.6. Công dụng của từng loài cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà.
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài Tài nguyên thực vật là nguồn tài nguyên vô giá mà thiên nhiên đã ban tặng cho con người, trong đó có nguồn tài nguyên về cây tinh dầu. Từ xa xưa cho đến nay con người chúng ta không ngừng tìm tòi, nghiên cứu sử dụng nguồn tài nguyên cây tinh dầu để làm ra các sản phẩm phục vụ cho chính con người. Cùng với những kinh nghiệm chiết xuất tinh dầu cổ truyền của các dân tộc anh em, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã đưa ngành chiết xuất tinh dầu theo hướng công nghiệp và sản xuất có tính chuyên sâu nhằm tạo ra các sản phẩm chất lượng và năng suất cao đã cho thấy giá trị của nó đời sống của con người. Các thành phần loài cây tinh dầu được phân bố rộng và khá đa dạng. Tại Việt Nam, theo Lã Đình Mỡi và cộng sự (2001) [21], số loài cây tinh dầu trong hệ thực vật nước ta gồm có khoảng 657 loài thuộc 357 chi và 115 họ (chiếm khoảng 6,3% tổng số loài, 15,8% tổng số chi và 37,8% số họ thực vật bậc cao có mạch). Tuy nhiên hiện nay, sự đa dạng sinh học nói chung, đa dạng về cây tinh dầu nói riêng đang bị tổn thương và suy thoái nghiêm trọng, nguyên nhân sâu xa là do sự gia tăng dân số và sự đói nghèo. Một nguyên nhân không kém phần quan trọng, do nhận thức chưa đúng đắn về nguồn tài nguyên cây rừng, người ta chỉ hiểu đơn giản là cung cấp gỗ mà ít chú ý tới giá trị các sản phẩm khác. Chính vì vậy, đã dẫn đến quá trình khai thác quá mức, sử dụng lãng phí và làm suy giảm một cách nhanh chóng nguồn tài nguyên cây tinh dầu quý giá này. Hơn thế nữa, một thực tế khi hoàn cảnh sống được nâng cao thì việc sử dụng các loại tinh dầu càng được đẩy mạnh việc cung không đáp ứng được nhu cầu, đồng thời không có biện pháp trồng thay thế sẽ dẫn đến hệ lụy làm giảm nguồn tài nguyên này. Cũng như nhiều địa phương khác trong cả nước, trong những năm gần đây tại Vườn quốc gia cát Bà - Thành phố Hải Phòng tình trạng khai thác tài nguyên Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 1
thiên nhiên không bền vững vẫn diễn ra ở các vùng đệm đã làm cho nhiều loài bị suy giảm và có nguy cơ tuyệt chủng. Bên cạnh đó, người dân phát triển nuôi trồng thủy hải sản một cách ồ ạt, không có quy hoạch, các tác động tiêu cực từ hoạt động du lịch làm phá vỡ cảnh quan là một phần nguyên nhân dẫn đến tác động tiêu cực đến hệ sinh thái tại Vườn Quốc gia Cát Bà. Ở Vườn Quốc gia Cát Bà cho đến nay đã có một số các công trình nghiên cứu có tính hệ thống về khu hệ thực vật, tổ thành thực vật và việc đánh giá tính đa dạng sinh vật. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có nghiên cứu một cách hệ thống nào liên quan đến cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà [22,25]. Xuất phát từ vấn đề trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu đa dạng thành phần loài cây tinh dầu và đánh giá giá trị của một số đại diện tại Vườn Quốc gia Cát Bà, Thành phố Hải Phòng”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu tổng quát Xây dựng cơ sở khoa học nhằm xác định và đánh giá thành phần loài cây tinh dầu thuộc giới thực vật bậc cao có mạch tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng; 2.2. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu, xác định và lập danh lục cây tinh dầu thuộc nhóm bậc cao có mạch tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng; - Phân tích, đánh giá tính đa dạng các loài cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng; - Đánh giá giá trị của tinh dầu tách chiết từ một số loài cây tinh dầu tại Vườn quốc gia Cát Bà, Hải Phòng. - Đề xuất một số giải pháp bảo tồn đa dạng cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn - Ý nghĩa khoa học Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 2
Kết quả của đề tài góp phần bổ sung và hoàn chỉnh dữ liệu về nguồn tài nguyên cây tinh dầu tại Vườn quốc gia Cát Bà, Hải Phòng. - Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài là cơ sở khoa học bước đầu phục vụ cho các ngành ứng dụng và sản xuất như Nông- Lâm nghiệp, Dược học, Tài nguyên thực vật... 4. Những điểm mới của luận văn - Đây là công trình nghiên cứu về đa dạng thành phần loài cây tinh dầu đầu tiên tại Vườn Quốc gia Cát Bà, bao gồm 281 loài thuộc 145 chi, 35 họ, thuộc 2 ngành bao gồm: Ngành thông (Pinophyta) và ngành Mộc lan (Magnoliophyta); - Xây dựng danh lục, đánh giá đa dạng các bậc taxon, đánh giá đa dạng về dạng sống, giá trị sử dụng, đề xuất một số biện pháp bảo tồn và phát triển đa dạng cây tinh dầu; - Thống kê những loài quý hiếm có nguy cơ bị tuyệt chủng trong sách đỏ Việt Nam năm 2007, IUCN 2012, Nghị định số 32/2006/NĐ-CP. - Phân tích và đánh giá giá trị tinh dầu từ một số loài cây tinh dầu tại Vườn Quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng. 5. Bố cục luận văn Luận văn gồm 58 trang, được chia thành các phần: Mở đầu (03 trang), Tổng quan nghiên cứu (20 trang), Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu (6 trang); Kết quả nghiên cứu (28 trang); Kết luận và kiến nghị (2 trang), Tài liệu tham khảo và các phụ lục liên quan. Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 3
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước Trong thiên nhiên, cây tinh dầu được gặp chủ yếu ở giới cây bậc cao có mạch, còn ở động vật thì rất ít và hiếm. Theo các tài liệu đã tổng kết, tính đến năm 2000, khoảng 3.000 loài thuộc trên 120 họ cây bậc cao có mạch chứa tinh dầu đã được ghi nhận [21]. Đến nay, dù chưa có tài liệu tổng kết nhưng các loài cây tinh dầu liên tục được phát hiện và ghi nhận. Các dẫn liệu đã có cũng cho ta thấy, số loài cây tinh dầu ở các khu vực trong vùng nhiệt đới phong phú, đa dạng hơn, tiếp đến là vùng ôn đới, ở vùng cận nhiệt đới thì ít hơn. Nguồn tài nguyên cây tinh dầu trên thế giới tập trung chủ yếu ở các vùng nhiệt đới, bao gồm lưu vực sông Amazon của châu Mỹ, khu vực Đông Nam Á, khu vực Ấn Độ - Malaixia, khu vực Tây Phi. Các khu vực này được ví như là những nơi chứa đựng kho tàng cây cỏ khổng lồ cũng như giàu có giá trị hàm lượng tinh dầu. Tinh dầu và các loài cây tinh dầu là sản vật tự nhiên đã được loài người biết đến từ rất lâu. Lúc này, con người thường khai thác và sử dụng các loại cây tinh dầu ở dạng phơi khô, họ tin rằng khi đốt gỗ thơm, khói bay lên thiên đàng và mang theo những lời cầu nguyện của họ. Vì vậy, thời kỳ trung cổ người ta biết dùng các loại rễ cây tinh dầu để thờ cúng, cho phép thuật. Đặc biệt, con người đã biết ứng dụng tinh dầu thông trong việc ướp xác [16]. Từ thế kỷ thứ 15 đến thế kỷ thứ 17, tinh dầu đã được sử dụng để làm thơm tóc và da mặt, dùng chữa bệnh và dùng trong đời sống hàng ngày của con người. Từ thế kỷ 17 đến thế kỷ 19, tinh dầu được dùng nhiều để làm mỹ phẩm, làm thuốc và dùng trong công nghiệp với phạm vi rộng hơn. Tuy nhiên, nghiên cứu về tinh dầu, cấu tạo và tính chất các cấu tử của tinh dầu mới tiến hành cách đây khoảng một trăm năm. Năm 1847, Buterov đã nghiên cứu thành phần tinh dầu Long não, tách được camphor ra khỏi tinh dầu Long não, đặt nền móng cho nghiên cứu hóa học tinh dầu [18]. Từ thế kỷ 20 đến những năm đầu của thế kỷ 21, cùng với sự tiến bộ của nhân loại và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 4
ngành công nghiệp sản xuất tinh dầu đã dần phát triển, tinh dầu trở thành một sản phẩm không thể thiếu trong đời sống con người. Ta ̣i các quốc gia đang phát triển và chưa phát triến, có tới 80% dân số tỏ ra tín nhiệm với việc chăm sóc sức khoẻ bằng y học cổ truyền, mà trong đó cây tinh dầu dùng làm thuốc được sự tin dùng khá nhiều. Hiện chưa có con số thống kê nào về tổng khối lượng nguyên liệu các loài cây thuố c có chứa tinh dầu đươ ̣c sử du ̣ng hàng năm là bao nhiêu. Chỉ ước đoán rằng, đó sẽ là một khối lượng rất lớn. Chỉ riêng ở Trung Quốc, nhu cầu sử du ̣ng cây thuốc có chứa tinh dầu vào khoảng 1.600.000 tấn/năm, với tỷ lệ gia tăng hàng năm khoảng 9%. Tỷ lệ này ở châu Âu và Bắc Mỹ khoảng 10%/năm [21]. Về thành phần hoá học: Khái niệm tinh dầu để chỉ các chất lỏng không tan trong nước, hoặc hòa tan rất ít, chứa các hợp chất hữu cơ tan lẫn vào nhau, dễ bay hơi và có mùi đặc trưng. Tinh dầu là tổ hợp các chất tự nhiên khoảng từ 20 đến hàng trăm đơn chất trong mỗi loài. Chúng được mô tả bởi 2 hay 3 chất chính chiếm hàm lượng cao (20-70%) khi so sánh với những thành phần khác hiện diện trong tổng số. Ví dụ: carvacrol (30%) và thymol (27%) là thành phần chính của tinh dầu loài Origanum compactum, linalool (68%) trong thành phần tinh dầu của loài Coriandrum sativum, anpha và Beta-thuyone (57%) và camphor (24%) trong tinh dầu Artemisia herba-alba, 1.8-cineole (trên 50%) của tinh dầu Tràm – Melaleuca lecadendron, anpha phellandrene (36%) và limonene (31%) của lá và carvone (58%), limonene (37%) của tinh dầu từ hạt Anethum graveolens, menthol (39%) và menthone (19%) của tinh dầu Bạc hà cay - Mentha piperita (Mentha x piperita). Nhìn chung những thành phần chất chính quyết định đặc tính sinh học của tinh dầu (biological properties). Các chất bao gồm hai nhóm gốc của quá trình sinh tổng hợp. Cho đến nay, nghiên cứu hóa học tinh dầu vẫn tiếp tục được tiến hành khảo sát nhằm xác định thành phần tinh dầu của các loài cây trên thế giới, khảo sát và tìm kiếm hoạt tính, nguyên liệu mới, ứng dụng mới đáp ứng nhu cầu cuộc sống. Nhiều loài cây tinh dầu tiềm Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 5
năng trong việc sản xuất thuốc kháng nấm, chống oxy hóa, diệt các tế bào ung thư, ngăn chặn các bệnh suy giảm trí nhớ, đường huyết. Ở lá của các loài Piper cernuum, Piper glabratum, Piper hispidum và Piper madeiranum được S.H. Soidrou và cộng sự (2013) công bố với β-elemen (11,6%) và epi-cubebol (13,1%) là thành phần chính của Piper cernuum; β- caryophyllen (14,6%) và longiborneol (12,0%) là các thành phần chính của Piper glabratum; β-pinen (12,0%), khusimen (12,1%) và γ-cadinen (13,2%) là các thành phần chính của P. hispidum; β-caryophyllen (11,2%) và germacren D- 4-ol (11,1%) là các hợp chất chính của P. madeiranum [40]. Từ phần trên mặt đất của 3 loài thuộc chi Piper phân bố ở Malaysia được Salleh W. và cộng sự (2014) công bố với spathulenol (11,2%), (E)-nerolidol (8,5%) và β-caryophyllen (7,8%) là các thành phần chính của tinh dầu loài Piper abbreviatum. Loài Piper erecticaule được đặc trưng bởi β-caryophyllen (5,7%) và spathulenol (5,1%). Borneol (7,5%), β-caryophyllen (6,6%) và α-amorphen (5,6%) là các thành phần chính từ loài Piper lanatum. Tinh dầu từ các loài trong chi Piper đều có hoạt tính sinh học cao và có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn [39]. Trong vòng 30 năm trở lại đây, công nghệ chế biến tinh dầu đã có nhiều thành tựu. Khởi nguồn từ phương pháp đơn giản nhất là chưng cất nước, ép cơ học, đến nay các phương pháp thu tinh dầu đã khá đa dạng: Hấp phụ, trích ly bằng dung môi, Trích ly bằng CO2 siêu tới hạn, chiết siêu âm,... Garikapati cùng cộng sự đã tiến hành so sánh về hàm lượng và thành phần các cấu tử trong tinh dầu Oải hương (Lavandula angustifolia) thu được bằng các phương pháp chiết xuất khác nhau, cho thấy rằng việc chưng cất nước (WD) tạo ra sản lượng cao nhất (1,2%), tiếp theo là chưng cất hơi nước (WSD) (1,12%), chiết xuất dung môi (SE) (0,8%) và chiết xuất CO2 siêu tới hạn (SCE) (0,5%). Linalyl axetat và các este có vai trò quan trọng nhất quyết định chất lượng hương vị hoa oải hương, được ghi nhận là cao hơn trong sản phẩm dễ bay hơi của SCE (51,8%), tiếp theo là SE và WSD (31,4%) và WD (26,8%). Ngược lại, linalool được tìm thấy nhiều nhất trong phân lượng dễ bay hơi do WD sản xuất (30,9%) theo sau Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 6
là SCE (23%), WSD (20,5%) và SE (17,3%). Coumarin và 7- methoxycummarin, các thành phần không mong muốn trong hương thơm hoa oải hương, đã có khối lượng đáng kể ở chiết xuất dung môi (SE): 20,5% và 11,2%, nhưng không có trong tinh dầu chiết từ chưng cất hơi nước. Các nghiên cứu về trình tự thành phần hóa học trong chưng cất hơi nước (WSD) cho thấy rằng quá trình chưng cất cần được tiếp tục lên đến 2 giờ để đạt được năng suất dầu tối ưu với chất lượng tốt hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng chiết CO2 siêu tới hạn (SCE) cho tinh dầu với chất lượng tốt hơn so với các kỹ thuật thông thường khác, phương pháp chiết này được sử dụng nhằm tìm kiếm các chất tiềm năng cho công nghệ thực phẩm và dược phẩm (Garikapati, 2016) [34]. Như vậy, lựa chọn công nghệ chiết suất tinh dầu, ngoài yếu tố về đặc điểm cấu tạo (gỗ, hoa, quả, lá) còn phụ thuộc rất lớn vào chất chính quan tâm, để lựa chọn công nghệ thu được hiệu quả nhất, kinh tế nhất. Trong khi nông nghiệp toàn cầu được chiếm lĩnh bởi sản xuất quy mô công nghiệp, thì sản xuất tinh dầu thế giới vẫn được phát triển bởi quy mô hộ nông trại, và đóng một phần quan trọng trong thu nhập và mức sống của người dân ở các nước có nền kinh tế đang phát triển. Ước tính hương liệu và công nghiệp hương liệu gần đây sử dụng khoảng 0,01% (250.000ha) của tổng quỹ đất sản xuất nông nghiệp để sản xuất từ 250 loài cây khác nhau thuộc 60 họ (Hesham H.A. Rassem, 2016) cho những sản phẩm tự nhiên này (International Trade Center) [35]. Một số nước đã tập trung vào canh tác và sản xuất các tinh dầu thế mạnh tạo thương hiệu riêng cho quốc gia như tinh dầu Hoa hồng của Bulgary, tinh dầu Sả của Ấn độ, tinh dầu Lavender của Pháp. Thị trường chính của tinh dầu thế giới là Hoa kỳ, tiếp theo là Nhật Bản và Châu Âu. Hoa Kỳ chủ yếu sử dụng tinh dầu cho các công ty giải khát, đồ uống. Nhật Bản chiếm 10% nhu cầu của thế giới. Thị trường Canada bị thống trị bởi nước hoa và công nghiệp hương liệu cung cấp từ Hoa Kỳ. Pháp chiếm lĩnh thị trường nước hoa thế giới, và Thụy Sỹ là một trong những nước đứng đầu sử dụng tinh dầu ở lĩnh vực dược học. Anh và Ấn Độ được biết đến với thế mạnh về các loại hương liệu. Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 7
Các nước có sản lượng trồng cấy tinh dầu lớn trên thế giới hiện nay là: Brazil, Trung Quốc, Ai cập, Ấn Độ, Mehico, Guatemala và Indonexia [31]. Sản phẩm tinh dầu của nhóm Cam chanh (lemon, lime, bergamot,..), được tiêu thụ lớn nhất trên toàn cầu, phục vụ cho công nghiệp đồ uống, sản xuất bánh kẹo. Tiếp đến là Bạc hà cay (peppermint) sử dụng cho sản xuất kẹo, kẹo cao su, nước súc miệng và thuốc lá. Đứng thứ 3 về sản lượng tiêu thụ là Oải hương (lavender), Oải hương được sử dụng nhiều trong công nghiệp hoá mỹ phẩm, như nước hoa, kem bôi da, dầu gội sữa tắm, bởi những công dụng như hương thơm quyến rũ, có khả năng giảm stress, kháng khuẩn, được coi là mùi hương cổ điển tại Châu Âu .v.v... (CBI’s, 2007). Con số thống kê sản lượng tinh dầu hàng năm trên thế giới là 120.000 tấn tinh dầu, đạt giá trị 4 tỷ đô la Mỹ. Trong đó, nhóm cam chanh mỗi năm được sản xuất khoảng 30.000 tấn, Bạc hà 16.000 tấn, bạc hà cay (peppermint) 4.000 tấn, Sả chanh 3.000 tấn, Oải hương 420 tấn [31]. Dương cam cúc/Cúc la mã (Chamomile - Matricaria chamomilla L.) một trong những dược liệu cổ xưa nhất được biết đến với nhân loại, là loài bản địa phía Nam và phía Tây của Châu Âu. Loài này có ở các nước Đức, Hungary, Pháp, Nga, Yugoslavia, và Brazil. Được nhập nội vào Ấn Độ trong thời kỳ Mughal, và trồng tại các khu vực Punjab, Uttar Pradesh, Maharashtra, và Jammu, Kashmir. Hoa khô của loài này có chứa nhiều terpenoid và flavonoid góp phần vào khả năng chữa bệnh [27,28]. Các chế phẩm hoa cúc thường được sử dụng cho nhiều bệnh của con người như sốt, viêm, co thắt cơ, rối loạn kinh nguyệt, mất ngủ, loét, vết thương, rối loạn tiêu hóa, đau thấp khớp, và bệnh trĩ. Tinh dầu của hoa cúc còn được sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm và hương liệu. Nhiều chế phẩm khác nhau của hoa cúc đã được phát triển, phổ biến nhất là ở dạng trà thảo mộc, tiêu thụ hơn một triệu ly mỗi ngày [32]. Hoa của Cúc La mã cho tinh dầu màu xanh, hàm lượng từ 0,2 đến 1,9%. Cúc La mã có thể mọc trên bất kỳ loại đất nào, nhưng tránh trồng trên đất nặng, ướt. Phù hợp nhiệt độ từ 2- 20oC (thích hợp nhất 10-20oC), được ghi nhận trồng thành công trên đất nghèo dinh dưỡng vùng Jammu (Ấn Độ), với pH=9. Nhiệt độ và ánh sáng ảnh hưởng Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 8
đến tinh dầu nhiều hơn là loại đất. Tinh dầu Chamomile nằm trong tốp 15 tinh dầu bán chạy trên thế giới, phục vụ cho mỹ phẩm, dược liệu và thực phẩm. Tại Mỹ, Chamomile được bán với giá 700usd/kg. Trên 120 cấu tử được xác định từ tinh dầu Chamomile (Mann & Staba, 1986). Ngoài thành phần tinh dầu, trong cây hoang dại và cây trồng của loài này có hàm lượng khoáng cao, hàm lượng các chất khoáng trong chè Chamomile đạt 10-26%, trong đó có K, Na, và Mg. Hầu hết các giống tinh dầu có giá trị kinh tế hiện nay đều qua chọn giống và gây đột biến lai tạo, rất ít cây hoang dã. Ngay cả các nước trên Thế giới cũng tiến hành thuần hóa nhập nội để đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu. Về thuần hóa nhập nội, các quốc gia đứng đầu có nhiều thành tựu nhất phải kể đến là Liên Xô, Mỹ và Châu Âu. Như vậy, sản xuất tinh dầu trở thành một ngành công nghiệp trên thế giới. Theo xu thế hiện đại, tinh dầu không chỉ còn là mùi hương cho nước hoa, hay hương vị các món ăn, kích thích sự tiêu hoá; thay vào đó tinh dầu trong cuộc sống ngày này dùng nhiều cho ngành công nghiệp dược phẩm đem lại hiệu quả trong điều trị bệnh: liệu pháp điều trị và chống trầm cảm, chữa bệnh ngoài da, phòng các bệnh suy giảm trí nhớ, đường huyết, nguồn nguyên liệu sinh tổng hợp các chất có hoạt tính, v.v... 1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 1.2.1. Đa dạng cây có chứa tinh dầu tại Việt Nam Ở Việt Nam, hiện nay theo Lã Đình Mỡi và cộng sự (2001), số loài cây tinh dầu trong hệ cây nước ta gồm có khoảng 657 loài thuộc 357 chi và 115 họ (chiếm khoảng 6.3% tổng số loài, 15.8% tổng số chi và 37.8% số họ cây bậc cao có mạch). Những họ có số loài chứa tinh dầu nhiều nhất gồm: Họ Sim (Myrtaceae), họ Bạc hà (Lamiaceae), họ Hoa tán (Apiaceae), họ Cúc (Asteraceae), họ Cam (Rutaceae), họ Long não (Lauraceae), họ Thông (Pinaceae), họ Hoa hồng (Rosaceae), họ Gừng (Zingiberaceae), họ Hoàng đàn (Cupressaceae),..[21] Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 9
Việt Nam nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm rất thích hợp cho việc phát triển các loại cây tinh dầu, nhiều loại cây tinh dầu đã góp phần quan trọng vào việc cải thiện đời sống kinh tế, tạo ra nhiều sản phẩm dùng trong nước cho các ngành công nghiệp tiêu dùng và xuất khẩu, nhất là phục vụ cho ngành Y tế để chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con người. Hiện tại trên cả nước đã hình thành một số vùng, khu vực trồng dược liệu cho tinh dầu tương đối tập trung đã và đang được khai thác trở thành sản phẩm thương mại đặc trưng cho từng vùng như tinh dầu Quế thanh (Cinnamomum cassia) ở Yên Bái, Quảng Nam; tinh dầu Hồi (Illicium verum) ở Lạng Sơn; tinh dầu Thảo quả (Amomum aromaticum) ở Lào Cai, tinh dầu Sả (Cymbopogon citratus) ở Tuyên Quang, Yên Bái, Nghệ An; tinh dầu Tràm (Melaleuca cajuputi) ở Quảng Bình, tinh dầu Bạc Hà (Mentha spp.) ở Hưng Yên, Hà Nam…[21]. Nhiều loài dược liệu cho tinh dầu những năm trước đây có trữ lượng khá lớn nhưng đã bị khai thác cạn kiệt do nhiều nguyên nhân nhưng chủ yếu do các thương nhân Trung Quốc đã săn lùng mua, sự khai thác cạn kiệt làm cho các loài không kịp tái sinh như Ngũ vị tử (Kadsura spp.), Nam mộc hương (Aristolochia spp.), Trầm hương (Aquilaria crassana), Vù hương (Cinnamomum balansae), Hoàng đàn (Cupressus sp.), Pơ mu (Fokienia hodginsii),... Từ những năm 2000 trở lại đây, khi Nhà nước có chủ trương bảo vệ rừng và cấm khai thác, buôn bán nguồn tài nguyên thực, động vật quý hiếm thì nạn săn lùng, triệt hạ các loài dược liệu cho tinh dầu có xu hướng giảm. Song mức độ gặp của chúng ở trong tự nhiên chỉ còn lại rất thấp, một số loài đã trở lên rất khan hiếm và đang đứng trước nguy cơ bị tuyệt chủng. 1.2.2. Các nghiên cứu về cây có chứa tinh dầu tại Việt Nam. Tinh dầu được manh nha phát triển ở Việt Nam từ những năm 1950 trong thời kỳ Pháp đô hộ. Lúc này, chủ yếu trồng các cây cho dầu nhựa như Thông, Tô mộc,... Sau hòa bình 1954, nhà nước có chính sách phát triển một số nông trường trồng Sả tại một số vùng miền Bắc Việt Nam. Ở Việt Nam, theo con số Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 10
thống kê chưa đầy đủ lượng tinh dầu xuất khầu hàng năm trong những năm 1978 – 1987 là 50 – 70 tấn, những năm 1995 – 1998 trung bình là 225 tấn. Sau một thời gian dài cây tinh dầu gần như mất chỗ đứng, việc nghiên cứu cây tinh dầu vì thế cũng ít được quan tâm. Đến năm 1992, Phạm Văn Khiển đã lần đầu tiên nghiên cứu một cách chi tiết tinh dầu Long não ở Việt Nam. Qua nghiên cứu xác định được 24 hợp chất trong mẫu tinh dầu gỗ Long não, 11 hợp chất trong một mẫu tinh dầu lá có thành phần chính là Linalool, 17 hợp chất trong một mẫu tinh dầu lá có thành phần chính là Phellandren, 49 hợp chất trong mẫu tinh dầu quả Long não, xác định được thành phần chính trong tinh dầu lá là camphor, cineol, các sesquitecpen, linalool và phellandren, trong tinh dầu gỗ là hỗn hợp camphor & cineol. Dựa vào thành phần chính trong tinh dầu lá, tác giả đã chia các mẫu tinh dẫu thành 5 nhóm, và 6 thứ (có thể gọi là các type hóa học) theo tinh dầu của lá, hoa quả khi phân loại. Đây là một đóng góp mới, vì trên thế giới người ta chủ yếu phân loại cây Long não dựa trên thành phần hóa học tinh dầu (Chemotaxonomy) của lá hay tinh dầu gỗ thân vì thế có thể bỏ qua 01 thứ của loài Long não theo bậc phân loại [21]. Năm 1995, Nguyễn Xuân Dũng tiến hành Nghiên cứu góp phần phân loại bằng hóa học cây thuốc và tinh dầu, các cây trong chi Riềng, Long não, Cúc, Hoa môi, Sim, Cam của 12 chi và 60 loài, lần đầu tiên xác lập được các cấu tử chìa khóa của các loài đã có tên cây, kết quả này góp phần sáng tỏ thêm cho việc phân loại trên hình thái của chúng [10]. Năm 2014, Bùi Văn Hướng và nhóm nghiên cứu đã bước đầu tiến hành nghiên cứu tinh dầu lá của loài giổi chanh (Michelia citrata) nguồn gốc tự nhiên tại Quản Bạ, Hà Giang. Theo đó, xác định được hàm lượng tinh dầu trong lá đạt được 0,38% (theo nguyên liệu khô tuyệt đối). Bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC-MS) đã tách và bước đầu xác định được 27 hợp chất chiếm 92,89% tổng khối lượng tinh dầu. Các thành phần có tỷ lệ lớn trong tinh dầu từ lá loài Giổi chanh là Linalool (11,79%), Citronellal (11,51%), α-Citral (13,51%), β-Citral (10,91%), Citronellol (9,63%). Dựa trên khảo sát hóa học, Luận văn tốt nghiệp – Phạm Phương Đông Page 11