Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ LOI CAM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng bíêt ơn sâu sắc đến : -Thầy giáo Lê Quý Bảo đã giao đề tài , tận tình hớng dẫn , tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn - PGS.TS.NGƯT Lê Văn Hạc , TS Hoàng Văn Lựu, PGS.TS Nguyễn Xuân Dũng , ThS Nguyễn Thị Chung , ThS Trần Đình Thắng và các thầy cô trong tổ hoá hũ cơ đã có nhiều ý kiến đóng góp quí báu cho tôi hoàn thành luận văn này . - Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Hoá Trờng ĐH Vinh cùng gia đình và bạn bè đã quan tâm, động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn . Vinh 5/2004 Trịnh Xuân Thủy PHần I: mở đầu Trịnh Xuân Thuỷ 1 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ Từ xa xa, loài ngời đã biết khai thác, gây trồng, sử dụng các cây chứa tinh dầu làm thuốc chữa bệnh, làm gia vị trong chế biến thức ăn, làm chất thơm để tắm gội Rất nhiều loại tinh dầu thảo mộc đã đợc tìm thấy trong các xác ớp cách đây hàng ngàn năm tại Ai Cập và Trung Quốc. Trong y học cổ truyền ở Trung Quốc, Nhật Bản, Inđônêxia và ở nớc ta, cây tinh dầu đã đợc dùng để chữa nhiều bệnh khác nhau. Nhiều nghiên cứu, thử nghiệm đã cho thấy, tinh dầu đã có tác động rõ rệt đến hoạt động tâm sinh lý của cơ thể, có ảnh hởng trực tiếp đến hoạt động của hệ tuần hoàn, hệ hô hấp và hệ thần kinh của con ngời. Trong công nghệ chế biến thực phẩm và dợc phẩm, tinh dầu hơng liệu giữ một vai trò rất quan trọng. Tuy với một lợng rất nhỏ và dới những dạng khác nhau, tinh dầu hơng liệu đã có tác dụng kích thích làm cho các sản phẩm thêm đậm đà và hấp dẫn. Trong lĩnh vực sản xuất hoá mỹ phẩm, tinh dầu hơng liệu là nguồn nguyên liệu giữ vị trí quan trọng trong thị hiếu ngời tiêu dùng. Ngày nay, với những thành tựu của khoa học công nghệ rất nhiều đơn chất tách ra từ tinh dầu đã là nguyên liệu khởi đầu, chuyển hoá tổng hợp hàng loạt các chất thơm khác nhau. Công nghệ tách chiết các đơn chất có trong tinh dầu, đồng thời với việc chuyển hoá, tổng hợp . để taọ thành các sản phẩm mới. Công nghệ điều hơng phối hơng trong sản xuất hoá mỹ phẩm đã nâng cao thêm giá trị và thêm khả năng ứng dụng ngày càng rộng rãi của tinh dầu trong kinh tế và đời sống xã hội. Nớc ta nằm trong vùng nhiệt đới ẩm, có gió mùa, địa hình đa dạng, ở nhiều khu vự núi cao khí hậu mạng sắc thái cận nhiệt đới nên hệ thực vậy phong phú và đa dạng. Đến nay theo ớc tính của nhiều nhà thực vật thì số loài thực vật bậc cao có mặt ở nớc ta khoảng 12.000 loài. Trên cơ sở những loài đã biết, chúng tôi * đã thống kê đợc 657 loài thực vật có chứa tinh dầu thuộc 357 chi và 114 họ (chiếm khoảng 6,3% tổng số loài, 15,8% tổng số chi và 37,8% tổng số họ). Tuy tiềm năng về nguồn tài nguyên thực vật có chứa tinh dầu rất lớn, song đến nay chúng ta mới Trịnh Xuân Thuỷ 2 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ khai thác tự nhiên hoặc đa vào gây trồng khoảng trên dới 20 loài (chiếm khoảng 3% số loài đã biết) để lấy tinh dầu. Xuất phát từ tình hình thực tế trên và tầm quan trọng của các hợp chất tự nhiên nói chung, của tinh dầu nói riêng, chúng tôi chọn đề tài Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu cây gừng (Thân củ) Zingiber officinale (w) Rose ở Nghệ An và Đắc Lắc. Với mục đích :- Xác định hàm lợng tinh dầu từ bộ phận thân củ cây Gừng. - Xác đinh thành phần hoá học của cây Gừng ở những vùng khác nhau với điều kiện khí hậu, thổ nhỡng khác nhau để định hớng cho việc quy hoạch sau này. - Tìm ra nguồn nguyên chất thơm mới từ những cây họ Gừng có giá trị kinh tế cho nghành hơng liệu, mỹ phẩm và thực phẩm. Trịnh Xuân Thuỷ 3 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ phần II: tổng quan II.1.Vài nét về thực vật và hoá học các cây thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) Họ gừng có nhiều chi và gồm nhiều loài khác nhau. Các cây thuộc họ Gừng chủ yếu phân bố hầu hết ở các nớc vùng Đông Nam á, Trung Quốc, ấn Độ và Nhật Bản . Theo tác giả Võ văn Chi, Dơng Đức Tiến [4] đã tổng kết họ Gừng có 45 chi gồm hơn 1300 loài đã phân bố ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, chủ yếu ở Nam Bộ và Đông Nam á, ở nớc ta hiện biết 12 chi và 61 loài . Theo phân loại tổng quát của Lê Khả Kế [15,16] họ Gừng gồm 8 chi : Stahlianthus (Tam Thất) Kampferia (Địa liền) Curcuma (Nghệ) Hedychium (Ngải) Zingiber (Gừng) Alpinia (Riềng) Amomum (Sa nhân ) Costus (Chóc lồi ) Theo Phạm Hoàng Hộ [11,12] phân loại họ Gừng chi tiết hơn. Họ Gừng gồm 2 họ phụ là Costoideae và Zingiberoideae đợc chia thành 3 tông : Zingiberaceae, Hedychieae; và Globbeae. Tông Zingiberaceae gồm 11 chi : Zingiber, Alpinia, Cenolophon, Catimbium, Languas, Achasma, Nicolaia, Elettaria, Elettariopri, Geostachya, Amomum. Tông Hedychieae gồm các chi : Curcuma, Hedychium, Stahlianthus, Kaempferia, Siliquamomum và Boesenbergia. Cũng theo tác giả Phạm Hoàng Hộ [12] và H.Lecomte đã tổng kết ở Việt Nam có 11 loại Gừng sau : - Gừng Zingiber oficinale Rose [11,76]: Cây cao 0,5 1m .Thân rễ vàng, thơm, cay. Phát hoa ở đất, hình bầu dục trên 1 cọng dài 5-10cm. Lá hoa xanh ngả sang đỏ. Hoa vàng, cánh môi to 2 cm, có sọc Trịnh Xuân Thuỷ 4 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ đỏ. Noãn sào không lông. Cây Gừng đợc trồng khắp cả 3 miền Bắc, Trung, Nam Việt Nam. - Gừng gió Zingiber zerumbet (1 )Sm [12,76] Cây cao chừng 1m hoặc hơn, thân rễ dạng củ, có nhánh, màu vàng nhạt, vị đắng, thơm nồng. Cụm hoa mọc ở gốc, hình trứng hay hình trụ. Lá bắc hợp lên nhau, hình mắt chim, có màu lục, khi già chuyển sang màu hồng. Cây Gừng gió mọc hoang dại ở nhiều nơi khắp nớc ta. - Gừng nhọn Zingiber accuminatum Valeton [12]. Cây cao chừng 3.5 m. Phát hoa ở gốc, hình thoi nhọn trên một cọng ngắn. Cây mọc hoang ở rừng miền Trung và cao nguyên. - Gừng Nam Bộ-Zingiber Cochinchinensis Gagn [12,76] Cây cao 0,2-0,4 m. Thân rễ nằm ngang màu vàng, phát hoa ở gốc, hình bắp. Lá hoa kết hợp, xanh. Cây có ở Côn Sơn . - Gừng Eberhardt-Zingibereberhardii Gagnep [12,76] cây cao 1m, thân rễ có u. Phát hoa hình thoi dài trên 1 trục ngắn, lá hoa đỏ Cây có ở thác Angkroet, Đà Lạt. - Gừng lúa Zingiber gramineum BI [12,76] Cây cao 1,5 m. Dạng vừa gừng vừa trúc. Thân rễ vàng, thơm, rễ to. Phát hoa ở trục hình chuỳ tròn. Lá hoa dài 6 cm, có lông tơ dày, xanh rồi đỏ. Cây đợc trồng ở Biên Hoà, Châu Đốc. - Gừng tía-Zingibber purpureum Rose [12,76] Cây cao đến 2 m.Thân rễ màu vàng, vị nóng, đắng, thơm. Phát hoa ở gốc, lá hoa đỏ. - Gừng đỏ : Zingiber rubens Roxb [12] Cây cao 0,6 - 1 m.Thân rễ dày. Phát hoa trên một cọng nằm. Lá hoa đỏ tơi phân bố ở vùng Đà Lạt. - Gừng một lá : Zingiber monophylum Gapnep [12,76 ] Cây cao đến 1,1 m. Gần nh không thân. Lá thờng có một, hiếm khi hai . Phát hoa hình chuỳ giữa các bẹ lá, lá bắc lợp lên nhau, dày đặc. Hoa màu trắng hồng. Cây có ở Hà Nam Ninh, Rừng Ba Vì, Cúc Phơng. Trịnh Xuân Thuỷ 5 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ - Gừng bọc da : Zingiber pellium Gapnep [12,76] Cây cao đến 1 m. Phát hoa ở ngang ngọn. Lá hoa có lông tơ, cây có ở An Lộc, Bà Rịa Vũng Tàu. - Gừng lông hung :Zingiber rufopilosum Gagnep [12,7] Cây cao đến 1- 1,3 m. Lá có phiến thon, to cứng, bìa và đáy có lông hung. Phát hoa hình thoi ở ngọn. Lá hoa dới có lông. Cây có ở Ba Vì. 2.2 . Cây Gừng : Zingiber officinale (w)Rose 2.2.1. Nghiên cứu về thực vật học: Gừng có tên khoa học là Zingiber officinale Rose. Thuộc họ Gừng (Zingiberaceae). Còn có tên gọi là Khơng, Can khơng . Khơng (Rhizoma Zingiberis) là thân rễ của cây gừng tơi hoặc khô. Tuỳ theo tơi hay khô, vị thuốc mang tên khác nhau : Sinh Khơng là củ ( thân rễ ) tơi. Can Khơng là thân rễ phơi khô. Gừng là cây thảo cao tới 1 m; Thân rễ nạc và phân nhánh xoè ra nh hình bàn tay gần nh trên cùng một mặt phẳng, màu vàng có mùi thơm. Lá mọc so le, không cuống, hình mác, có gân giữa hơi trắng nhạt, khi vò có mùi thơm. Cán hoa dài cỡ 20 cm, mang cụm hoa hình bông, gồm nhiều hoa mọc sít nhau. Hoa có tràng hoa màu vàng xanh, có thuỳ gần bằng nhau, nhọn. Cánh môi ngắn hơn các thuỳ của tràng, màu tía với những chấm vàng. Nhị hoa màu tím. Qủa mọng. Gừng trồng ít khi ra hoa. Gừng đợc trồng ở khắp nơi trong nớc ta để lấy củ ăn và làm thuốc. Gừng tái sinh dễ dàng bằng những đoạn rễ có nhú mầm, có thể trồng quanh năm. Gừng đợc tìm thấy hầu hết phân bố ở vùng nhiệt đới và rải rác ở vùng ôn đới. Trịnh Xuân Thuỷ 6 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ Hình1: ảnh cây Gừng và thân củ cây Gừng 2.2.2.Tác dụng sinh học : Gừng dùng làm thuốc chữa bệnh tiêu hoá, dùng trong trờng hợp kém ăn, ăn uống không tiêu, nôn mửa đi ngoài, cảm mạo, phong hàn, làm thuốc ra mồ hôi, chữa ho mất tiếng . 2.2.3. Nghiên cứu về thành phần hoá học : Theo một số tài liệu cổ, tinh dầu Gừng (Zingiber officinale) đã đợc xác định gồm 1 số hợp chất : n decy landehit, n- nonylandehit, d- camphen, 1-- phellandren, metylheptenon, cineol, d- borneol, geraniol, linalol, các axetat và caprylat, citra, chavlcol, Zingiberen và Zingiberol [63]. Theo Đỗ Tất Lợi ,trong Gừng có 2 3 % tinh dầu .Ngoài ra còn có chất nhựa dầu (5%),chất béo (3,7%), tinh bột và các chất cay nh Zingeron, Zingerola và Shogaola . Tinh dầu Gừng có tỷ trọng là 0,878, tả tuyền, năng suất quay cực ở -5C là -25C, độ sôi là 153 - 300C . Ttong tinh dầu có -camphen, -phelandren, zingiberen (C 15 H 24 ). Một rợu sesquitecpen, một ít Xitralabocneola và geraniola. Trịnh Xuân Thuỷ 7 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ Theo Võ Văn Chi, trong củ gừng có 1-3% tinh dầu mà thành phần chủ yếu là -camphen, -phelandren, một carbur là zingiberen, một ancol sesquiterpen, các phenol (cineol , citral , borneol , geraniol , zingiberol ). Ngoài ra còn có các chất cay nh zingeron, zingerol, shogaol . Năm 1987 Hoàng Văn Phiệt và các cộng sự đã xác định đợc thành phần hoá học của tinh dầu Gừng (Zingiber offcinale Rose) ở Việt Nam gồm 61 hợp chất, trong đó geraniol (15,0%), camphen ( 12,6%), zingiberen (9,2%), neral (8,1% ) là thành phần chính {87}. Tinh dầu rễ của loài Gừng (Zingiber officinale Roscoe) ở Trung Quốc đ- ợc xác định có đến 87 hợp chất với thành phần chính là 1,8-cineol(6,2%), geranial(9,9%), -terpineol(5,6%), borneol(5,4%), -zingberen(21,8%), - bisabolen (7,9%), nerol (7,1%) và geraniol (9,4) {87}. Nhóm Nguyễn Xuân Dũng và các cộng sự đã xác định đợc trong loài Gừng ở Lạng Sơn 39 hợp chất trong tinh dầu thân rễ. Các hợp chất chính là : camphen ( 11,7%), -phelandren ( 11,4% ), neral ( 5,7% ), geranlal ( 8,0%), geranyl axetat ( 23,4%) và zingiberen ( 7,7% ) {38} . Năm 1991, từ thân rễ của loài Gừng (Zingiber officinale Rose ) II.KiKuzaKi và các cộng sự đã tách đợc hai diaryheptanolt mới : meso-3,5-điacetoxi-1,7 bis (4-hiđroxi-3-metoxiphenyl ) heptan và 1,5-điacetoxi 1( 4- hiđroxi 3,5 - đimetoxi phenyl ) 7-( 4-hiđroxi 3- metoxi phenyl ) heptan {73} Gừng gió Zingiber zerumbet ( L.)S m Cây Gừng gió là một trong những cây mọc hoang phổ biến ở các nớc vùng Đông Nam á và đã đợc nghiên cứu nhiều về mặt hoá học . Tinh dầu thân rễ cây Gừng gió ởFiji có thành phần hoá chính là zerumbon chiếm tỷ lệ đến 58,7%[59]. Trong khi đó hàm lợng zerumbon trong tinh dầu thân rễ Gừng gió ở ấn Độ chỉ có 37,5% [36] M.B.Oliveros và M.C.Cantor đã xác định đợc các chỉ số vật lý và hoá học cũng nh thành phần định tính và định lợng của tinh dầu thân rễ cây Gừng gió ở Philipin nh sau [85] Trịnh Xuân Thuỷ 8 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ Bảng 1. Các chỉ số vật lý và hoá học của tinh dầu thân rễ cây Gừng gió Philipin Chỉ số khúc xạ , n 26 D 1,5000 Năng suất quay cực, 26 D +10,56 Tỷ trọng 0,9358 Điểm đông +3C Chỉ số xà phòng hoá 8,4391 Chỉ số axit 5,8689 Chỉ số este 2,5072 Bảng 2.Thành phần định tính và định lợng của tinh dầu thân rễ cây Gừng gió (Zingiber zerumbet S m.) Philipin Hợp chất Tỷ lệ % - pinen 4,76 camphen 16,04 - pinen 0,77 - oclmen 0,49 myrcen 0,56 limonen 1,59 1,8 cineol 3,18 p- cymen 0,23 campho 3,60 linalol 0,18 caryophylen 0,83 4-terpineol 1,12 humulen 17,29 caryophylen oxit 0,92 humulen epoxit I 3,33 humulen epoxit II 3,45 humulen epoxit III 0,83 humulenol I 0,14 humulenol II 0,84 zerumbon 35,48 các chất khác 4,37 Trịnh Xuân Thuỷ 9 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Hoá Hữu Cơ Năm 1993, I.Lechat Vahlrua và các cộng sự đã xác định đợc 30 hợp chất trong tinh dầu thân rễ cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith ) ở Tahiti, trong đó zerumbon có hàm lợng đến 65,3% [97]. Từ dịch chiết trong diclometan,CH 2 Cl 2 của thân rễ cây Gừng gió (Zingiber zerumbet Smith), N. Hakatani, A.Jltoe, Matsuda và S. Yonemorl, (1990) đã phân lập đợc hai flavanolt glucozit, và hai flavonol cùng với zerumbon, zerumbon epoxit và curcumln[84]. Dịch chiết từ rễ một loài Gừng dại ở Nhật bản có chứa các hợp chất : zerumbon, zerumbodlenon, lumnulen epoxit I và humulen epoxit II[62]. H.W.Mathes và các cộng sự cũng xác định đợc sự có mặt của các hợp chất zerumbon, zerumbon epoxit, diferuloymetan, feruloy - p diacetylafzerin trong tinh dầu thân rễ loài Gừnggió Trung Quốc[79]. ởThái Lan, cây Gừng gió cũng đã đợc nghiên cứu về thành phần hoá học .Trong thân rễ loài này có các hợp chất : aflin, camphen, caryophylen, - caryophylen, caryophylen epoxit, caryophylen oxit, 1,8 cineol, p cymen,3, 4- o- diacetyl afzelin, di-p- coumaroyl metan, diferuloyl metan. Trong tinh dầu có các thành phần : feruloy p- coumaroyl metan, - humulen, humulen dipeoxit, humulen, (+)- humulennol II, humulen epoxit I ,humulen epoxit II, - pinen, sabinen, zerumbon, zerumbon epoxit[60]. Trong cuốn sách Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, Đỗ Tất Lợi đã trích dẫn một số công trình nghiên cứu về tinh dầu cây Gừng dại Zingiber cassumunar Roxb. ở Thái Lan nh sau : Theo M. Lawrence, J.W.Hogg vàSt.J.Terhune, tinh dầu cất từ thân rễ một loài Gừng dại Thái Lan có một số tính chất nh sau : d 20 =0,894, 20 D =-3336, n 20 D =1,489. Bằng phơng pháp sắc ký khí và khối phổ hồng ngoại , các tác giả đã xác định đợc thành phần hoá học của tinh dầu thân rễ cây Gừng dại Thái Lan gồm các hợp chất: -pinen (2,5%), camphen(0,1%), - pinen (2,1%), sabinen(33,4%), myrcen(1,6%) , - terpinen(4,8%), limonen(0,7%), 1,8 cineol (1,1%), - Trịnh Xuân Thuỷ 10 . (Thân củ) Zingiber officinale (w) Rose ở Nghệ An và Đắc Lắc. Với mục đích :- Xác định hàm lợng tinh dầu từ bộ phận thân củ cây Gừng. - Xác đinh thành phần. trên và tầm quan trọng của các hợp chất tự nhiên nói chung, của tinh dầu nói riêng, chúng tôi chọn đề tài Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu cây gừng