I. Tinh dầu - nguồn nguyên liệu tiềm năng có khả năng tái tạo cao
I.1. Khái niệm tinh dầu:
Khái niệm tinh dầu để chỉ các chất lỏng không tan trong nước chứa các hợp chất hữu cơ tan lẫn vào nhau, dễ bay hơi và có mùi thơm đặc trưng. Tinh dầu thu được từ nguồn nguyên liệu thực vật bằng quá trình chiết hơi nước, chưng cất khô (dry distillation) hoặc bởi một quá trình cơ học phù hợp mà không cần dùng nhiệt (ép hoặc chiết bằng dung môi). Khái niệm tinh dầu cũng được dùng để chỉ các loại dầu dễ bay hơi (volatile oil), dầu nhẹ (ethereal oil). Về thành phần hóa học, tinh dầu chứa tecpen và các dẫn xuất có chứa oxi của tecpen như rượu, andehyt, ete, este, lacton… Mặc dù tinh dầu chứa nhiều cấu tử như vậy nhưng thường chỉ có một vài cấu tử chính có giá trị về mùi đặc trưng cho tinh dầu đó. Tinh dầu được sử dụng trong nước hoa, mỹ phẩm, xà phòng và các sản phẩm khác, được dùng làm gia vị thực phẩm hoặc hương vị đồ uống; ngoài ra còn được dùng làm nguyên liệu để tách, chuyển hóa hoặc tổng hợp nhiều chất thơm quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Cần phải phân biệt tinh dầu với các khái niệm sau:
- Trà thảo dược: dung dịch nước uống thu được bằng phương pháp sắc hoặc ngâm các dược liệu.
- Dầu thực vật: thu được bằng áp lực (dầu ô liu, dầu hạt…).
- Các loại dầu có nguồn gốc khoáng sản, có tính trơn như dầu thu được thông qua quá trình chiết xuất.
- Nước thơm hoặc nước hoa cất: là phần pha nước còn lại của quá trình chưng cất sau khi đã tách loại tinh dầu.
Tóm lại, việc phân loại tinh dầu dựa vào các phương pháp vật lý sử dụng trong quá trình chiết xuất chúng mà không phải dựa vào thành phần hóa học; tuy nhiên, các loại tinh dầu thể hiện sự khác biệt rất lớn với nhau về thành phần hóa học, thậm chí cùng một loại tinh dầu nhưng có thể có các đặc trưng hóa học rất khác nhau. Thành phần chính xác của tinh dầu chỉ có thể được xác định bằng cách phân tích hóa học.
I.2. Lịch sử nghiên cứu về tinh dầu:
Tinh dầu được sử dụng từ rất lâu đời. Dựa theo những văn bản cổ để lại thì từ thế kỷ thứ 9, tinh dầu đã được thu bằng phương pháp chưng cất: nguyên liệu thực vật được xử lý với ancol và sau đó được chưng cất với nước để thu được nước thơm. Vào thế kỷ thứ 16, khái niệm dầu béo và tinh dầu cũng như các phương pháp để thu nhận chúng từ nước thơm đã được xác định. Ngay từ thời gian này, tinh dầu đã được thương mại hóa với các mục tiêu mỹ phẩm, công nghiệp và chữa bệnh. Tuy nhiên, đến cuối thế kỷ 19, các tiến bộ trong hóa học đã có thể phân lập các phân tử có mùi thơm và sau đó tổng hợp chúng để sử dụng trong điều trị, nước hoa và công nghiệp. Sang thế kỷ 20, sự phát triển mạnh mẽ của hóa học ở giai đoạn này đã khiến cho việc sản xuất tinh dầu theo con đường tổng hợp được cải tiến với khối lượng lớn, giá rẻ, quy trình ổn định và được tiêu chuẩn hóa, do đó tinh dầu tổng hợp đã từ từ thay thế các loại tinh dầu tự nhiên. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp sản xuất tinh dầu trong thời kỳ này được ví như thuật giả kim.
Các nguyên nhân thúc đẩy việc sản xuất các chất thơm tổng hợp gồm có:
i) con đường tổng hợp có thể chế ra các sản phẩm tương đương với thiên nhiên nhưng rẻ hơn.
ii) không lệ thuộc vào nguồn cung cấp (từ các nước thứ ba, trước kia là thuộc địa), do đó có thể chủ động.
iii) có thể cải tiến được chất lượng (bền hơn, mùi thuần hơn, không có hiệu ứng phụ).
iv) tạo ra các mùi mới chưa tìm thấy trong tự nhiên (đa dạng hơn).
Bên cạnh đó, trong thời gian này, việc sử dụng tinh dầu tự nhiên không được ưa chuộng do các thông tin về khả năng gây dị ứng của các loại tinh dầu khi dùng để chữa lành vết thương cũng như các nguy cơ gây tử vong của các loại thảo mộc Trung Quốc… Cho đến đầu những năm 1990 và nhất là thời kỳ đầu thế kỷ 21, cách nhìn nhận về tinh dầu đã mang tính đổi mới toàn diện. Điều này có thể là do một số yếu tố: xu hướng sinh thái kêu gọi quay trở về với thiên nhiên và bảo vệ môi trường, các cân nhắc về lợi ích kinh tế nhằm thúc đẩy (khuyến khích) việc tự điều trị cũng như các thông tin về mối nguy hại của hóa chất tổng hợp như nguy cơ gây ung thư của thuốc nhuộm tóc, ảnh hưởng của hóa chất đến khả năng sinh sản của con người, nhận thức về độc tính của thuốc trừ sâu hóa học cho hành tinh, các vụ bê bối liên quan đến y tế công cộng (nhiễm độc máu khi truyền, nhiễm độc amiăng, nhiễm độc hormon tăng trưởng…), sự thi hành của hệ thống REACH (đăng ký R- Registration, đánh giá E- Evaluation, cấp phép A- Authorisation và hạn chế hóa chất CH- restriction of Chemicals) nhằm kiểm soát sự sản xuất hóa chất, sự gia tăng nghi ngờ về các chất mùi tổng hợp và sự hài hòa dần dần của các khuôn khổ pháp lý cho việc sử dụng tinh dầu (ở một số nước châu Âu, tinh dầu được coi là thuốc chữa bệnh và có thể được đăng ký sử dụng truyền thống), sự toàn cầu hóa khiến cho tinh dầu có thể được sản xuất ở các nước có giá nhân công rẻ…
Do đó, từ chỗ bị lãng quên, tinh dầu đã lấy lại vị thế của mình và dần chiếm lĩnh thị trường các sản phẩm hữu cơ (thậm chí liệu pháp đối chứng – allopathy, đã sử dụng tinh dầu trong phương pháp điều trị sinh học hoặc hữu cơ). Có thể nói rằng, sự đổi mới này xuất phát một phần từ sự không hài lòng đối với các chất hóa học tổng hợp và một phần vào tính tích cực nhấn mạnh rằng các sản phẩm tự nhiên là vô hại.
Do đó, không có gì khó hiểu khi ngày càng có nhiều người quan tâm đến lĩnh vực tinh dầu. Theo con số thống kê, chỉ tính riêng trong năm 2009 đã có 1.420.000 lượt truy cập vào trang Google France với từ khóa “Essential oils” [1].
I.3. Các ứng dụng của tinh dầu trong thực tế cuộc sống:
Tinh dầu được sử dụng trong y dược với vai trò là hoạt chất chính hoặc là chất dẫn thuốc, ngoài ra cũng được sử dụng nhiều trong mỹ phẩm, thực phẩm và công nghiệp.
Tinh dầu đã được chiết xuất từ một số họ thực vật chính như: họ Thông Abietaceae (được biết đến nhiều nhất là tinh dầu cây thông nhựa Pinus merkusii là nguồn cung cấp tinh dầu thông, nhựa thông và colophan), họ Hoàng đàn Cupressaceae (trắc bách diệp, trắc bá, tùng), họ Hoa tán Lamiaceae (húng quế, oải hương, kinh giới, tía tô đất, bạc hà, hoắc hương, hương thảo), họ Sim Myrtaceae (bạch đàn, đinh hương, sim, tràm), họ Long não Lauraceae (quế, nguyệt quế, gỗ hồng, đậu khấu, de vàng), họ Cam quýt Rutaceae (chanh, chanh sần, quýt, cam, bưởi), họ Cúc Asteraceae (cúc, ngải giấm, sweet inula, gray santolina), họ Lúa Poaceae (sả) và họ Hoa hồng (hoa hồng)…
I.3.1. Tinh dầu và thuốc:
Từ xa xưa, tinh dầu đã được dùng để chữa các bệnh sưng viêm, giảm đau, các bệnh về đường tiêu hóa, giảm stress…. Các nghiên cứu dược lý hiện đại cho thấy tinh dầu có nhiều hoạt tính sinh học rất đáng chú ý: kháng nấm, kháng khuẩn [2-10], kháng viêm giảm đau [11-15], gây độc tế bào, chống ung thư [16, 17], bảo vệ tim mạch [18, 19], bảo vệ hệ thần kinh [20], chống côn trùng [21-23] …
Trong bài viết “Tại sao tinh dầu có tác dụng chữa bệnh mà thuốc thì không”, Tiến sĩ David Stewart đã so sánh cơ chế tác dụng hoàn toàn ngược nhau của tinh dầu và thuốc tổng hợp: thuốc tổng hợp không phải là hợp chất tự nhiên, gồm một hoặc hai thành phần, ức chế các chức năng tự nhiên, gây ra nhiều tương tác bất lợi, thường không có khả năng kháng virus, gây gián đoạn sự truyền thông tin liên tế bào, làm sai lệch và lẫn lộn bộ nhớ AND, ngăn chặn các khu vực cảm nhận, làm suy yếu hệ thống miễn dịch, gây mất thăng bằng cảm xúc, gây ra các tác dụng phụ có hại, dẫn tới sự phụ thuộc và bệnh mạn tính; hoàn toàn trái ngược với thuốc, tinh dầu là chất tự nhiên, bao gồm hỗn hợp nhiều thành phần, phục hồi các chức năng tự nhiên, không gây các tương tác bất lợi, kháng virus, cải thiện sự truyền thông tin liên tế bào, sửa chữa và phục hồi bộ nhớ tế bào AND, làm sạch các khu vực cảm thụ, củng cố hệ thống miễn dịch, làm cân bằng cảm xúc, có các tác dụng phụ có lợi, dẫn tới sự độc lập và phục hồi [24].
Do đó, không có gì khó hiểu khi ngày càng có nhiều nghiên cứu về tinh dầu ứng dụng làm thuốc. Một số tác dụng điều trị bệnh của tinh dầu đã được báo cáo, như: chống co thắt, gây chuyển bệnh (revulsive), kháng viêm, thông mũi, tăng cường miễn dịch, kháng khuẩn, chống nấm, tiêu đờm, tiêu nhầy, chống ôxi hóa, tác động đến thần kinh, giảm đau, diệt chấy giận [25, 26]. Ở Pháp, một số loại tinh dầu được được bán trong các cửa hàng thuốc như: tinh dầu apxin, tinh dầu ngải, tinh dầu tuyết tùng trắng và tuyết tùng Hàn Quốc, tinh dầu cúc ngải, tinh dầu tùng bách, tinh dầu de vàng sassafras, sabine, tinh dầu cửu lý hương [1].
Tinh dầu còn được sử dụng rộng rãi trong phương pháp trị liệu bằng chất thơm (aromatherapy). Đây là liệu pháp tự nhiên sử dụng các loại tinh dầu chiết xuất từ thực vật để chữa bệnh. Liệu pháp này đã cho thấy có hiệu quả trong việc tăng cường tâm trạng (mood enhancement ), giảm đau, cải thiện chức năng nhận thức và ngày càng được sử dụng phổ biến trong các liệu pháp y tế bổ sung hoặc thay thế (complementary and alternative medicine - CAM) hoặc sử dụng trong các chăm sóc y tế ban đầu [27].
Một trong những kỹ thuật được sử dụng trong liệu pháp chữa bệnh bằng chất thơm là phóng thích mùi thơm vào môi trường cụ thể. Cơ chế hoạt động của hệ hô hấp của liệu pháp này được đề xuất bắt đầu với sự hấp thụ các phân tử mùi dễ bay hơi thông qua niêm mạc mũi. Các phân tử mùi này sau đó được chuyển thành các tín hiệu hóa học và di chuyển đến hành khứu giác và sau đó đến các bộ phận khác của hệ thống rìa não, vỏ não và trung tâm nhạy cảm khứu giác ở đáy não, tương tác với trung khu bệnh học thần kinh để tạo ra các tác động về tâm sinh lý trên các mô mục tiêu [28]. Các chất mùi có nguồn gốc từ thực vật hoặc chất mùi tổng hợp cũng đã được nghiên cứu về tác động của chúng đối với chức năng hoạt động, thời gian phản ứng và các thông số tự trị hoặc các tác động trực tiếp đối với não thông qua mô hình điện não đồ và nghiên cứu hình ảnh chức năng [29]. Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh tác dụng an thần của tinh dầu hoa hồng, hoa oải hương, chanh và bạc hà [30, 31].
Một số nghiên cứu gần đây đã nghiên cứu về các thành phần có tác dụng an thần của tinh dầu và cơ chế phân tử của chúng: linalool là thành phần chính có tác dụng an thần trong tinh dầu oải hương [32]; tinh dầu chanh có tác dụng làm tăng năng lượng thần kinh của 5-hydroxy tryptamine thông qua quá trình ức chế hoạt động của dopamine [33]; tinh dầu bạc hà có thể kích thích dopamine – một thành phần tham gia vào quá trình vận động của chuột [34]. Wu và cs. [35] đã thực hiện một nghiên cứu toàn diện về sự trao đổi chất trong mô não chuột và các phản ứng tiết niệu trong phương pháp trị liệu bằng chất thơm. Các thay đổi về chuyển hóa bao gồm sự gia tăng các hợp chất đường và sự giảm các chất dẫn truyền thần kinh (tryptophan, serine, glycine, aspartate, histamine, tyrosine, cysteine, phenylalanine, hypotaurine, histidine, asparagine), amino acids và các axit béo trong não. Hàm lượng cao của aspartate và của các hợp chất đường (sucrose, maltose, fructose và glucose), nucleosides (adenine, uridine) cũng như của các axit hữu cơ như lactate và pyruvate đã được thấy có trong nước tiểu. Các nghiên cứu này đã đồng nhất chỉ ra rằng chất mùi có thể tạo ra các hiệu ứng đặc trưng đối với chức năng tự trị và chức năng bệnh học thần kinh của con người, cho thấy rằng liệu pháp trị bệnh bằng chất thơm có các tác dụng có lợi trong bối cảnh cuộc sống hiện đại ngày càng gia tăng các điều kiện tâm lý căng thẳng và bất lợi cho sức khỏe [36].
Đặc biệt, một báo cáo về việc sử dụng tinh dầu trong điều trị viêm của vết thương bị áp xe mãn tính ở chân của một bệnh nhân nữ người Đức (2009) đã cho thấy kết quả rất khả quan: 5 ngày sau khi khoét bỏ vết thương, tinh dầu được chỉ định sử dụng để điều trị kháng viêm cho vết thương, kết quả cho thấy quá trình hình thành mô hạt của cơ và quá trình biểu mô hóa (granulation tissue and epithelisation) phát triển nhanh chóng và không có biến chứng, quá trình tạo sẹo tốt, vết sẹo nhạt và mỏng và chỉ nằm ở phần da [37].
Liệu pháp điều trị bằng chất thơm hiện cũng được sử dụng phổ biến trên khắp nước Mỹ như là một liệu pháp bổ sung nhằm tăng cường công tác chăm sóc sức khỏe bệnh nhân. Liệu pháp này được sử dụng như một công cụ hữu hiệu để kiểm soát đau và bổ sung cho thực hành điều dưỡng ven gây mê [38].
I.3.2. Tinh dầu và mỹ phẩm:
Với đặc tính là chất thơm và có tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn, chống ôxi hóa nên tinh dầu được sử dụng nhiều trong mỹ phẩm như: xà phòng, kem đánh răng, các sản phẩm tẩy rửa, nước hoa, nước thơm… Ngoài ra, nhiều tinh dầu còn có tác dụng ngăn cản UV, chống ôxi hóa rất tốt nên chúng được sử dụng trong các loại mỹ phẩm bảo vệ da ngăn cản quá trình lão hóa và chống tác hại của UV. Một số ví dụ điển hình như: dầu vừng ngăn cản 30% tia UV; dầu dừa, dầu lạc, dầu oliu, dầu hạt bông có tác dụng ngăn cản 20% tia UV [39]. Tác dụng kháng khuẩn và kháng viêm của tinh dầu cũng đã được ứng dụng vào trong các sản phẩm kem đánh răng, nước súc miệng… vừa làm thơm miệng vừa chữa bệnh nha chu, viêm lợi [40, 41].
I.3.3. Tinh dầu và thực phẩm:
Tinh dầu có tác dụng chống ôxi hóa, ngăn ngừa vi khuẩn, nấm nên đã được ứng dụng để bảo quản thực phẩm [42]. Một số nghiên cứu đã cho thấy tinh dầu có tác dụng kháng khuẩn diện rộng kháng lại các chủng Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium, Escherichia coli O157: H7, Shigella dysenteria, Bacillus cereus và Staphylococcus aureus với các giá trị MIC nằm trong khoảng từ 0,2 đến 10 µM. Một số thành phần có trong tinh dầu đã được xác định là có hoạt tính kháng khuẩn tốt như carvacrol, thymol, eugenol, perillaldehyde, cinnamaldehyde và axit cinnamic có nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) nằm trong khoảng từ 0,05 đến 5 µM in vitro. Với nồng độ cao hơn, hiệu quả kháng khuẩn cũng thu được tương tự khi sử dụng trong thực phẩm: nghiên cứu với thịt tươi, các sản phẩm từ thịt, cá, sữa, các sản phẩm làm từ sữa, rau, trái cây và cơm đã chỉ ra rằng nồng độ cần thiết của tinh dầu để đạt được hiệu quả kháng khuẩn tốt là khoảng 0,5-20 µg/g thực phẩm và khoảng 0,1-10 µl/l trong các sản phẩm nước rửa trái cây và rau. Tác dụng kháng khuẩn của tinh dầu có thể được giải thích bởi vì tinh dầu bao gồm một số lượng lớn các thành phần và cách thức hoạt động của chúng có liên quan đến một số đích trong tế bào vi khuẩn. Tính kỵ nước của tinh dầu làm cho chúng có khả năng thâm nhập và phân chia lipit của lớp màng tế bào và ti lạp thể của vi khuẩn khiến chúng bị thấm và rò rỉ các thành phần của tế bào. Điều kiện vật lý để tăng cường tác dụng của tinh dầu là độ pH thấp, nhiệt độ thấp và nồng độ ôxi thấp [43].
Ngoài ra, tinh dầu được dùng nhiều làm hương vị cho thực phẩm và đồ uống.
II. Các thành tựu đã đạt được trong lĩnh vực tinh dầu, hương liệu của Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên
Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam được thành lập từ năm 1970, tiền thân là Phòng Hoá học các hợp chất thiên nhiên trực thuộc Uỷ ban Khoa học Kỹ thuật Nhà nước.
Ngay từ những ngày đầu thành lập cho đến ngày nay, tinh dầu-hương liệu luôn là một trong những lĩnh vực nghiên cứu chính của Viện, tập trung vào ba hướng chính: i) Điều tra sàng lọc, phát hiện các loại tinh dầu có giá trị, nghiên cứu tạo vùng nguyên liệu và ổn định chất lượng tinh dầu; phát triển sản xuất tinh dầu ở địa phương. ii) Nghiên cứu các quy trình chế tạo đơn hương từ tinh dầu. iii) Nghiên cứu các quy trình tổng hợp một số hương liệu cơ bản từ nguyên liệu rẻ tiền; nghiên cứu kỹ thuật phối hương, chế tạo hương liệu cho mỹ phẩm, thực phẩm, chè và thuốc lá, tạo cơ sở ban đầu cho việc xây dựng ngành công nghiệp hương liệu ở Việt Nam. iv) Nghiên cứu thiết kế chế tạo các thiết bị phục vụ cho sản xuất tinh dầu.
II.1. Nghiên cứu chính là điều tra sàng lọc, phát hiện các loại tinh dầu có giá trị, nghiên cứu tạo vùng nguyên liệu và ổn định chất lượng tinh dầu:
+ Đã chiết xuất tinh dầu, định tính và định lượng được thành phần hoá học của 13 loài cây tinh dầu mà trước đó chưa được nghiên cứu. Đặc biệt đã phát hiện được tinh dầu lá húng quế Ocimum basilicum L. Việt Nam có hàm lượng metyl chavicol 90% (giá trị tương đương với cây húng quế của Pháp khai thác ở đảo Cors). Kết quả nghiên cứu này tạo nên mặt hàng xuất khẩu có giá trị kinh tế cao (30.000 - 40.000 USD/tấn) và giúp ngành Ngoại thương đảm bảo chỉ tiêu xuất khẩu tinh dầu trong những năm 1970-1980 (khi đó tinh dầu là mặt hàng chủ lực chiếm tỷ trọng lớn trong kim ngạch xuất khẩu vì ngành dầu khí và ngành nuôi trồng thủy sản mới sơ khai).
+ Đã tổ chức điều tra cơ bản lại vùng cây Hồi ở Lạng Sơn (1970-1974) về các mặt trữ lượng, chất lượng, chế biến lấy tinh dầu. Công trình đã nghiên cứu phân tích định tính và định lượng thành phần hoá học của tinh dầu hồi theo điều kiện thổ nhưỡng, giống, sinh lý sinh thái, hoá sinh của cây trồng cũng như đánh giá trữ lượng, chất lượng, tiềm năng tinh dầu, phát hiện nguyên nhân hình thành tinh dầu kém phẩm chất, đề xuất các biện pháp khai thác, tu bổ phát triển cây hồi và các biện pháp bảo quản hoa hồi hợp lý.
+ Đã thuần hoá được hai giống bạc hà mới và một giống hương nhu trắng để đưa vào trồng đại trà và sản xuất tinh dầu ở vùng đồng bằng châu thổ Bắc bộ, tận dụng được đất phi nông nghiệp, làm tăng thu nhập cho người nông dân và góp phần xây dựng kinh tế địa phương.
II.2. Nghiên cứu các quy trình chế tạo đơn hương từ tinh dầu:
Viện cũng đã tiến hành nhiều đề tài nghiên cứu chế biến hương liệu để nâng cao giá trị khai thác tinh dầu, đáp ứng một phần nhu cầu về đơn hương, đồng thời tạo cơ sở khoa học kĩ thuật cho việc bước đầu xây dựng ngành công nghiệp hương liệu. Các thành tựu nổi bật đã thu được trong hướng này như sau:
+ Một loạt các đơn hương được tách từ tinh dầu sả ở quy mô pilot như geraniol, citronellal và citronellol.
+ Một số hương liệu sử dụng rộng rãi trong công nghiệp xà phòng, mỹ phẩm như terpineol, terpinylaxetat từ tinh dầu thông, ionon từ tinh dầu màng tang, anisaldehyt từ tinh dầu hồi được sản xuất trên quy mô công nghiệp tại nhà máy Hoá chất Đức Giang. Với việc chế tạo ra các chất xúc tác, chất tạo bọt thích hợp, dùng những thiết bị định hình của nhà máy đã thử nghiệm được một quy trình sản xuất ổn định rẻ tiền và đã bàn giao cho nhà máy để sản xuất lớn.
II.3. Nghiên cứu các công thức và xây dựng các quy trình phối hương tạo một số hương liệu cơ bản từ nguyên liệu rẻ tiền, đáp ứng các nhu cầu của công nghiệp thực phẩm và dược phẩm ở Việt Nam:
+ Đã nghiên cứu chế tạo được các loại hương liệu như: mơ, chuối, táo, dâu tây, đào, sen, hoa hồng, quế. Tinh hương sen đã phục vụ đắc lực cho các nhà máy ướp chè xuất khẩu. Tinh dầu quế nhân tạo được tổng hợp trên cơ sở dehydro hoá xúc tác etanol thành acetaldehyt và ngưng tụ tiếp với benzaldehyt với sự có mặt của xúc tác chuyển pha. Từ nguồn nguyên liệu dễ kiếm là polystyren đã tổng hợp ở quy mô bán sản xuất b-phenyl etylancol, một đơn chất cơ bản của tinh dầu hoa hồng và nhiều hương liệu cao cấp khác.
+ Các quy trình điều chế đều có cơ sở khoa học vững chắc, áp dụng các thành tựu mới của hoá hữu cơ nên hiệu suất cao và tương đối ổn định. Các quy trình sản xuất hương sen, tinh dầu quế và tinh dầu hoa hồng nhân tạo đã xây dựng cho Hà Nội những cơ sở ban đầu về sản xuất hương liệu, đã cung cấp hương liệu ở lượng lớn với quy mô nhiều tấn/năm cho Tổng công ty thuốc lá và các nhà máy bánh kẹo Hải Hà, Hải Châu.
+ Sự ra đời của Xưởng thực nghiệm và phòng Hoá công nghệ đã góp phần nâng cao cả về lượng và chất các công trình chuyển giao cho địa phương. Các đơn hương terpineol, mentol, geraniol được sản xuất lượng lớn để cung cấp cho các cơ sở hoá mỹ phẩm trong phạm vi toàn quốc.
II.4. Nghiên cứu triển khai công nghệ, thiết kế chế tạo các thiết bị phục vụ cho sản xuất tinh dầu lượng lớn:
Việc đẩy mạnh nghiên cứu triển khai, ứng dụng các kết quả nghiên cứu khoa học vào thực tiễn được phát triển mạnh mẽ và tạo lập được tên tuổi của Viện cả trong nước và quốc tế.
+ Trong những năm 1977-1980, Viện đã nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chưng cất tinh dầu hồi được ở quy mô 100 tấn/năm.
+ Năm 1985 – 1986, Viện đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị tinh chế dầu tràm nâng hàm lượng cinecol từ 40% lên gần 70% cho Liên hiệp Dược Bình Trị Thiên giúp đơn vị trên xuất khẩu được dầu tràm cho địa phương và có nguyên liệu bào chế một số thuốc chữa bệnh.
+ Viện đã nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công nhiều thiết bị phục vụ cho các ngành hoá học, công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, thay thế một phần thiết bị nhập ngoại; triển khai sản xuất các sản phẩm thực phẩm và công nghệ chế biến như sản xuất bia, chế biến các sản phẩm sau thu hoạch (cà chua, dưa chuột, tỏi, vải, tương ớt…).
II.5. Các giải thưởng, bằng khen đã đạt được trong lĩnh vực tinh dầu - hương liệu:
+ Những thành tựu nghiên cứu và triển khai lĩnh vực tinh dầu - hương liệu trong thời gian này không chỉ thử nghiệm thành công mô hình nghiên cứu liên ngành mà còn đóng góp thiết thực cho sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước (thông qua 30 hợp đồng với 12 tỉnh thành) và là cơ sở để thuyết trình UNDP tài trợ cho Viện Khoa học Việt Nam dự án “Phát triển sản xuất công nghiệp tinh dầu, chất thơm và hương liệu” VIE/84/010 để tháng 6 năm 1985 ra đời một Liên hiệp khoa học sản xuất tinh dầu hương liệu (sau đổi tên là Công ty Tinh dầu và các sản phẩm tự nhiên).
+ Với những thành tích thu được trong lĩnh vực nghiên cứu về tinh dầu - hương liệu, Viện đã được giải thưởng của Viện Khoa học Việt Nam nhân dịp kỷ niệm 10 năm thành lập Viện (1985), được UBND thành phố Hà Nội tặng bằng khen vào tháng 5/1985.
III. Khả năng tham gia vào nghiên cứu về tinh dầu-hương liệu của Viện hiện nay và trong thời gian tới:
Trong giai đoạn tới, định hướng phát triển Viện Hóa học các Hợp chất thiên là tiếp tục khẳng định và phát huy thế mạnh của Viện nghiên cứu quốc gia chuyên ngành Hoá học các hợp chất thiên nhiên ở trong nước và quốc tế, trong đó tinh dầu và hương liệu vẫn là một trong các hướng nghiên cứu được chú trọng.
Hiện nay, Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên đã xây dựng được một cơ sở khang trang với hệ thống máy móc hiện đại. Để phục vụ cho hướng phát triển tinh dầu – hương liệu, Viện có các thiết bị như: máy GC-MS, máy LC-MS, HPLC, có một phòng chuyên môn về phân tích và một phòng chuyên môn về tinh dầu, bên cạnh đó có một xưởng thực nghiệm với các thiết bị phục vụ nghiên cứu quy mô pilot.
Trên cơ sở các trang thiết bị, máy móc và nhân lực như vậy, Viện có thể phát triển các hướng sau:
III.1. Xác định các thông số vật lý và hóa học của tinh dầu:
ü Các thông số vật lý: tỉ trọng, chỉ số chiết quang, độ quay cực, độ hòa tan trong etanol, độ đông đặc.
ü Các thông số hóa học: chỉ số axit, chỉ số este, chỉ số ete.
III.2. Phân tích thành phần hóa học của tinh dầu:
- Xác định thành phần hóa học của tinh dầu nhập khẩu hoặc xuất khẩu:
Xác định thành phần tinh dầu là một bước quan trọng và cần thiết để đánh giá chất lượng tinh dầu. Tuy nhiên, do số lượng và độ phức tạp của các thành phần có trong tinh dầu (có hàng trăm chất, cấu trúc và chức năng - hoạt tính rất khác nhau) nên việc xây dựng phương pháp phân tích phù hợp là việc khó.
Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên có máy GC-MS cùng với bộ thư viện phổ đặc trưng cho tinh dầu (HPCH1607) với gần 2000 chất và hệ thống cột đầy đủ bao gồm cả không phân và phân cực để phục vụ công tác phân tích định tính và định lượng các loại tinh dầu. Đặc biệt, với chương trình phần mềm chuyên xử lý các mẫu tinh dầu khó phân tích Mass-finder 4.0, Viện có thể phân tích được cả các mẫu tinh dầu có thành phần phức tạp, có nhiều pic chồng chéo. Với hệ thống cột phân tích đầy đủ, Viện cũng có thể phân tích được tất cả các loại tinh dầu (tinh dầu từ thu được từ các bộ phận hoa, lá, cành, rễ…), thậm chí cả đối với các loại tinh dầu dễ bị phân hủy.
Trên cơ sở này, cho đến thời điểm hiện tại, Viện đã đã phân tích được 47 mẫu tinh dầu thương mại khác nhau trên thị trường trong nước và quốc tế cùng với trên 40 mẫu tinh dầu nghiên cứu trong nước. Tất cả các mẫu tinh dầu này đều đã được xây dựng bộ hồ sơ hoàn chỉnh.
- Từ đó đưa ra các nhận định đánh giá về chất lượng tinh dầu:
Từ việc phân tích thành phần hóa học của tinh dầu, chúng tôi có thể đánh giá chất lượng của các loại tinh dầu. Bởi như chúng ta biết, mỗi loại tinh dầu có một mùi hương đặc trưng và có các thành phần rất khác nhau phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu hoặc phương pháp chiết xuất, do đó chúng có các giá trị khác nhau. Bên cạnh đó, ở mỗi loại tinh dầu thường có một hoặc hai thành phần chính quyết định đến giá trị của tinh dầu, việc xác định hàm lượng các hoạt chất chính này có trong tinh dầu cũng sẽ giúp đánh giá chất lượng tinh dầu. Dựa trên cơ sở dữ liệu từ bộ hồ sơ hoàn chỉnh về thành phần của hàng trăm mẫu tinh dầu mà Viện đã xây dựng được, Viện có thể thực hiện tốt việc đánh giá chất lượng của các loại tinh dầu nhập khẩu hoặc xuất khẩu. Không chỉ dừng lại ở việc nhận phân tích và đánh giá chất lượng của các mẫu tinh dầu trong nước, Viện còn nhận được nhiều mẫu tinh dầu từ nhiều nước khác nhau trên thế giới gửi đến nhờ phân tích đánh giá như các nước: Bỉ, Ấn Độ, Nepal, Indonexia, Bungari, Etiopia, Somani … (các mẫu tinh dầu này hiện còn lưu tại Viện). Kỹ thuật phân tích của Viện đã được đưa lên trang web của một công ty tinh dầu bên Bỉ (đã và đang hợp tác với Viện từ năm 2004 cho đến nay) để giới thiệu công khai cho các khách hàng.
Có thể nói rằng, cho đến thời điểm hiện tại, Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên là đơn vị duy nhất ở trong nước có thể xác định hàm lượng và định tên một cách chuẩn xác các mẫu tinh dầu.
Bên cạnh đó, Viện cũng luôn cập nhật các phương pháp mới, hiện đại trên thế giới để tiến hành các phân tích về dư lượng thuốc trừ sâu, các chất gây dị ứng, chất gây ung thư và biến đổi gen có trong tinh dầu hoặc thực phẩm theo quy định của Eu (2012).
III.3. Các phương pháp mới xử lý tinh dầu để dùng làm nguyên liệu, sản phẩm phục vụ cuộc sống:
Bên cạnh các phương pháp truyền thống để chiết xuất tinh dầu như cất lôi cuốn hơi nước, chưng cất khô, ép, chiết nguyên liệu thực vật bằng các dung môi kém phân cực…, ngày nay, để tăng hiệu suất có thể dùng phương pháp: chiết sử dụng lò vi sóng, CO2 siêu tới hạn và chất lỏng ion (ion liquid), chiết siêu âm, chiết enzyme, chiết sử dụng xung điện trường, chiết lỏng điều áp.
Trong thời gian tới, Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên chú trọng nghiên cứu cải tiến các kỹ thuật chiết xuất tinh dầu và chất thơm như:
- Kỹ thuật chưng cất các tinh dầu khó bay hơi: tinh dầu quế, hương lau.
- Kỹ thuật chưng cất các tinh dầu mẫn cảm nhiệt: tinh dầu hành, tỏi và các loại hoa.
- Nghiên cứu sử dụng các công nghệ chiết xuất mới: CO2 siêu tới hạn, chất lỏng ion, lò vi sóng.
- Kỹ thuật ép lạnh: tinh dầu cam, chanh, quất, bưởi.
- Kỹ thuật Enfleurage (hấp phụ chất thơm trên chất béo).
- Công nghệ cất phân đoạn chân không và các công nghệ tách chất khác.
III.4. Nghiên cứu tổng hợp, bán tổng hợp các dẫn xuất của tinh dầu để sử dụng làm hương liệu, nguyên liệu trong mỹ phẩm, làm thuốc hoặc nguyên liệu thuốc.
Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên đã có truyền thống và có nhiều thành tựu trong việc tổng hợp và bán tổng hợp các loại tinh dầu, đơn hương để phục vụ cho công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm. Với 2 phòng chuyên môn và các chuyên gia có nhiều kinh nghiệm về tổng hợp, Viện có thể tiếp tục phát huy thế mạnh này trong thời gian tới.
III.5. Nghiên cứu tách chiết các chất có HTSH từ tinh dầu:
Nghiên cứu sàng lọc và phát hiện các hoạt chất chính trong các tinh dầu, từ đó tách chiết các hoạt chất này để ứng dụng trong y dược và công nghệ thực phẩm, hoặc làm nguyên liệu để bán tổng hợp thành các dẫn xuất có hoạt tính cao hơn.
III.6. Phát triển các hướng nghiên cứu ứng dụng tinh dầu vào thực tiễn:
Trên cơ sở nguồn nhân lực, cơ sở hại tầng và trang thiết bị máy móc hiện đại, cùng với các cơ sở dữ liệu đầy đủ và các mối quan hệ hợp tác mở rộng lâu đời trong và ngoài nước, trong thời gian tới Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên sẽ tập trung vào các hướng nghiên cứu ứng dụng tinh dầu vào thực tiễn cuộc sống. Bao gồm:
- Phục hồi và củng cố sản xuất tinh dầu truyền thống: tinh dầu sả, sả chanh, màng tang, bạc hà, tràm, quế, thông, bạch đàn đỏ, hung quế, bạch đàn chanh, hoắc hương, hương nhu…
- Phát triển sản xuất tinh dầu mới theo nhu cầu trong nước và quốc tế như: tinh dầu sả, hoa hồng, hương lau, hoa lan tây, hoa huệ, hoa nhài, hoa ngâu, hoa mộc, hoa bưởi, hoa chanh, hoa quất…
- Tinh dầu sử dụng trong aromatherapy.
- Tinh dầu sử dụng trong mỹ phẩm.
- Tinh dầu sử dụng trong thực phẩm và công nghiệp nhẹ (chú ý cây gia vị).
- Chất bảo quản nông sản, thực phẩm.
- Tinh dầu làm thuốc cho người và cho chăn nuôi.
- Phân lập các đơn chất làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa học.
- Di thực và thuần hóa các cây tinh dầu có giá trị và có hiệu quả kinh tế (nhập ngoại).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Martine Vigan (2010). Essential oils: renewal of interest and toxicity European. Journal of Dermatology, 20 (6), p. 685-692.
2. Reichling J, Schnitzler P, Suschke U, Saller R. (2009). Essential oils of aromatic plants with antibacterial, antifungal, antiviral, and cytotoxic properties-an overview. Forsch Komplementmed., 16(2), p.79-90.
3. Lakhdar L, Hmamouchi M, Rida S, Ennibi O.(2012). Antibacterial activity of essential oils against periodontal pathogens: a qualitative systematic review. Odontostomatol Trop. 35(140):38-46.
4. Langeveld WT, Veldhuizen EJ, Burt SA. (2013). Synergy between essential oil components and antibiotics: a review. Crit Rev Microbiol. [Epub ahead of print]
5. Bassolé IH, Juliani HR. (2012). Essential oils in combination and their antimicrobial properties. Molecules., 17(4), p.3989-4006.
6. Kuorwel KK, Cran MJ, Sonneveld K, Miltz J, Bigger SW. (2011). Essential oils and their principal constituents as antimicrobial agents for synthetic packaging films. J Food Sci., 76(9). Epub 2011 Oct 4.
7. Solórzano-Santos F, Miranda-Novales MG. (2011). Essential oils from aromatic herbs as antimicrobial agents. Curr Opin Biotechnol., 23(2), p. 136-41.
8. Van Vuuren S, Viljoen A. (2011). Plant-based antimicrobial studies-methods and approaches to study the interaction between natural products. Planta Med., 77(11), p. 1168-82.
9. Palmeira-de-Oliveira A, Salgueiro L, Palmeira-de-Oliveira R, Martinez-de-Oliveira J, Pina-Vaz C, Queiroz JA, Rodrigues AG. (2009). Anti-Candida activity of essential oils. Mini Rev Med Chem., 9(11), p. 1292-1305.
10. Hemaiswarya S, Kruthiventi AK, Doble M. (2008). Synergism between natural products and antibiotics against infectious diseases. Phytomedicine. , 15(8), p. 639-52.
11. Woollard AC., (2007). The influence of essential oils on the process of wound healing: a review of the current evidence. J Wound Care., 16(6), p. 255-7.
12. Taga I, Lan CQ, Altosaar I. (2012). Plant essential oils and mastitis disease: their potential inhibitory effects on pro-inflammatory cytokine production in response to bacteria related inflammation. Nat Prod Commun. , 7(5), p. 675-82.
13. Azimi H, Fallah-Tafti M, Karimi-Darmiyan M, Abdollahi M. (2011). A comprehensive review of vaginitis phytotherapy. Pak J Biol Sci., 14(21), p. 960-966.
14. Pergolizzi JV, Pappagallo M, Phillips RB, Desjonquères S, Tabor A. (2010). Preliminary observations of a novel topical oil with analgesic properties for treatment of acute and chronic pain syndromes. Pain Pract., 10(3), p.201-13.
15. Rakover Y, (2008). The treatment of respiratory ailments with essential oils of some aromatic medicinal plants. Harefuah.,; 147(10), p.783-838.
16. Edris AE. (2007). Pharmaceutical and therapeutic potentials of essential oils and their individual volatile constituents: a review. Phytother Res., 21(4), p. 308-23.
17. Buchbauer G. (2004). On the biological properties of fragrance compounds and essential oils. Wien Med Wochenschr., 154(21-22), p.539-47.
18. Bester D, Esterhuyse AJ, Truter EJ, van Rooyen J. (2010). Cardiovascular effects of edible oils: a comparison between four popular edible oils. Nutr Res Rev.; 23(2), p. 334-48.
19. de Almeida RN, Agra Mde F, Maior FN, de Sousa DP. (2011). Essential oils and their constituents: anticonvulsant activity. Molecules, 16(3), p.2726-2742.
20. Bagetta G, Morrone LA, Rombolà L, Amantea D, Russo R, Berliocchi L, Sakurada S, Sakurada T, Rotiroti D, Corasaniti MT. (2010). Neuropharmacology of the essential oil of bergamot. Fitoterapia. , 81(6), p. 453-461.
21. Pohlit AM, Lopes NP, Gama RA, Tadei WP, Neto VF. (2011). Patent literature on mosquito repellent inventions which contain plant essential oils—a review. Planta Med. , 77(6), p. 598-617.
22. Fallatah SA, Khater EI. (2010). Potential of medicinal plants in mosquito control. J Egypt Soc Parasitol., 40(1), p. 1-26.
23. Sakurada T, Kuwahata H, Katsuyama S, Komatsu T, Morrone LA, Corasaniti MT, Bagetta G, Sakurada S. (2009). Intraplantar injection of bergamot essential oil into the mouse hindpaw: effects on capsaicin-induced nociceptive behaviors. Int Rev Neurobiol., 85, p. 237-248.
24. The Chemistry of Essential Oils, David Stewart.
25. Pisseri F, Bertoli A, Pistelli L. (2008). Essential oils in medicine: principles of therapy. Parassitologia., 50(1-2), p.89-91.
26. Buckle J. (2002). Clinical aromatherapy. Therapeutic uses for essential oils. Adv Nurse Pract.; 10(5), p. 67-88.
27. Delgado Ayza C. (2005). What is aromatherapy? Rev Enf., 28(5), p. 55-58, 61-64.
28. M. Lis-Balchin (1997). Essential oils and “aromatherapy”: their modern role in healing. Journal of the Royal Society of Health, 117(5), p. 324–329.
29. Buchbauer, L. Jirovetz, W. Jager, C. Plank, and H. Dietrich (1993). Fragrance compounds and essential oils with sedative effects upon inhalation. Journal of Pharmaceutical Sciences, 82(6), p. 660–664.
30. Lehrner, G. Marwinski, S. Lehr, P. Johren, and L. Deecke (2005). Ambient odors of orange and lavender reduce anxiety and improve mood in a dental office. Physiology and Behavior, 86(1-2), p. 92–95.
31. B. F. Bradley, R. W. Lea (2007). The effects of prolonged rose odor inhalation in two animal models of anxiety. Physiology and Behavior, 92(5), p. 931–938.
32. T. Umezu, K. Nagano, H. Ito, K. Kosakai, M. Sakaniwa, and M. Morita (2006). Anticonflict effects of lavender oil and identification of its active constituents. Pharmacology Biochemistry and Behavior, 85(4), p. 713–721
33. M. Komiya, T. Takeuchi, and E. Harada (2006). Lemon oil vapor causes an anti-stress effect via modulating the 5-HT and DA activities in mice. Behavioural Brain Research, 172(2), p. 240–249.
34. T. Umezu (2010). Evidence for dopamine involvement in ambulation promoted by pulegone in mice. Pharmacology Biochemistry and Behavior, 94(4), p. 497–502.
35. Y. N. Wu, Y. N. Zhang, G. X. Xie, et al. (2012). The metabolic responses to aerial diffusion of essential oils. PLOS One, 7(9).
36. Yinan Zhang, Yani Wu, Tianlu Chen, Lei Yao, Jiajian Liu, Xiaolan Pan, Yixue Hu, Aihua Zhao, Guoxiang Xie, Wei Jia (2013). Assessing the Metabolic Effects of Aromatherapy in Human Volunteers. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, Volume 2013 (2013).
37. Steflitsch W. (2009). Wound care with essential oils after enucleation of a chronic abscess. Forsch Komplementmed., 16(6), p. 400-403.
38. Buckle J. (1999). Aromatherapy in perianesthesia nursing. J Perianesth Nurs., 14(6), p. 336-344.
39. Korać RR, Khambholja KM. (2011). Potential of herbs in skin protection from ultraviolet radiation. Pharmacogn Rev.; 5(10), p. 164-73.
40. Javed F, Al-Hezaimi K, Romanos GE. (2012). Role of dentifrices with essential oil formulations in periodontal healing. Am J Med Sci., 343(5), p. 411-417.
41. Mickenautsch S, Yengopal V. (2011). Extent and quality of systematic review evidence related to minimum intervention in dentistry: essential oils, powered toothbrushes, triclosan, xylitol. Int Dent J., 61(4), p. 179-192.
42. Tiwari BK, Valdramidis VP, O’Donnell CP, Muthukumarappan K, Bourke P, Cullen PJ. (2009). Application of natural antimicrobials for food preservation. J Agric Food Chem., 57(14), p. 5987-6000.
43. Burt S. (2004). Essential oils: their antibacterial properties and potential applications in foods-a review. Int J Food Microbiol., 94(3), p. 223-253.
GS. TS. Phạm Quốc Long
Viện trưởng Viện Hóa học các Hợp chất Thiên nhiên
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
[Theo: Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên] http://www.ioop.org.vn/
