Đề tài chất kháng khuẩn thực vật

Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Mục lục Chương 1: Khái niệm chung .4 1 Khái niệm Cơ chế kháng khuẩn Chương 2: Những hợp chất kháng khuẩn thực vật .4 2.1 Alkaloids 2.1.1 Khái niệm alkaloid 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Danh pháp .7 2.1.4 Phân bố thiên nhiên 2.1.5 Tính chất 2.1.6 Một số alkaloid có tính kháng khuẩn 11 2.2 Terpenoids tinh dầu .14 2.2.1 Khái niệm 14 2.2.2 Thành phần cấu tạo 14 2.2.3 Tính chất 18 2.2.4 Tính kháng khuẩn 19 2.2.5 Ứng dụng tinh dầu ngành công nghệ thực phẩm 21 Phenol đơn acid phenolic 21 Các hợp chất khác 30 Chương 3: Ứng dụng 39 Actiso 44 Quế .46 3 Nhân sâm 49 Tài liệu tham khảo 52 Chất kháng khuẩn thực vật Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Danh mục bảng Bảng 3.1: Các loại thực vật chứa chất kháng khuẩn 39 Danh mục hình Hình 2.1: Samandarin Hình 2.2: Samanin Hình 2.3: Serotonin Hình 2.4: Bufotenin Hình 2.5: Bufotenidin Hình 2.6:Dehydrobufotenin Hình 2.7: Batrachotoxin Hình 2.8: Sephedrin Hình 2.9: Solamargine 11 Hình 2.10: Cây hồng đằng, hồng bá, hoàng liên 12 Hình 2.11: Cây hồng liên gai 13 Hình 2.12: Berberine .13 Hình 2.13: Artemisinin 19 Hình 2.14: Cây hao 19 Hình 2.15: Capsaicin .20 Hình 2.16: Quả ớt 20 Hình 2.17: Cinnamic acid 22 Hình 2.18: Caffeic acid 22 Hình 2.19: Cây ngải giấm .22 Hình 2.20: Cỏ xạ hương 22 Hình 2.21: Catechol .23 Hình 2.22: Pyrogallol 23 Hình 2.23: Cây đinh hương 23 Hình 2.24: Eugenol 23 Hình 2.25: Quinone .24 Hình 2.26: Anthraquinone 24 Hình 2.27: Hypericin 24 Hình 2.28: Catechin .26 Hình 2.29: Trà xanh .26 Hình 2.30: Glycyrrhizin 26 Hình 2.31: Chrysin 26 Hình 2.32: Quercetin .26 Hình 2.33: Naringin .26 Hình 2.34: Hesperetin 27 Hình 2.35: Phloretin 27 Hình 2.36: Galangin 27 Hình 2.37: Coumarine 27 Hình 2.38: Warfarin .28 Hình 2.39: Novobiocin 28 Hình 2.40: Các cấu trúc peptide kháng khuẩn 30 Hình 2.41: Cây húng chanh 31 Chất kháng khuẩn thực vật Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Hình 2.42: Dừa cạn 31 Hình 2.43: Rau dền 31 Hình 2.44: Cây bạch đậu khấu hạt 32 Hình 2.45: dẫn chất methylglucosid 36 Hình 2.46: Puerarin 37 Hình 2.47: Barbaloin .37 Hình 3.1: Hoa actiso 44 Hình 3.2: Các sản phẩm từ actiso .46 Hình 3.3: Cây quế 47 Hình 3.4: Sản phẩm từ tinh dầu quế 49 Hình 3.5: Hồng sâm .49 Hình 3.6: Bạch sâm .50 Hình 3.7: Phần aglycon saponin thuộc nhóm dammaran 50 Hình 3.8: Sản phẩm từ nhân sâm 51 Chất kháng khuẩn thực vật Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chương 1: Khái niệm chung 1.1 Khái niệm Kháng khuẩn thực vật tên gọi chung hợp chất hữu có thực vật có tác dụng tiêu diệt hay kìm hãm phát triển vi sinh vật Các chất kháng khuẩn thường có tác dụng đặc hiệu lên loài vi sinh vật khác nồng độ thường nhỏ Những tính chất thuộc nhiều cấu trúc hóa học khác alkaloid, tannin, flavonoid, tinh dầu… 1.2 Cơ chế kháng khuẩn Ức chế trình tổng hợp vách vi khuẩn (vỏ) vi khuẩn Gồm có penicillin, bacitracin, vancomycin Do tác động lên trình tổng hợp vách nên làm cho vi khuẩn dễ bị đại thực bào phá vỡ thay đổi áp suất thẩm thấu Ức chế chức màng tế bào Gồm có: colistin, polymycin, gentamicin, amphoterricin Cơ chế làm chức màng làm cho phân tử có khối lượng lớn ion bị ngồi Ức chế q trình sinh tổng hợp protein: o Nhóm aminoglycosid gắn với receptor tiểu phân 30S ribosome làm cho q trình dịch mã khơng xác o Nhóm chloramphenicol gắn với tiểu phân 50S ribosome ức chế enzyme peptidyltransferase ngăn cản việc gắn acid amin vào chuỗi polypeptide o Nhóm macrolides lincoxinamid gắn với tiểu phân 50S ribosome làm ngăn cản trình dịch mã acid amin chuỗi polypeptide       Ức chế trình tổng hợp acid nucleic: o Nhóm refampin gắn với enzyme RNA polymerase ngăn cản trình mã tạo thành mRNA (RNA thơng tin) o Nhóm quinolone ức chế tác dụng enzyme DNA gyrase làm cho hai mạch đơn DNA khơng thể duỗi xoắn làm ngăn cản q trình nhân đơi DNA o Nhóm sulfamide có cấu trúc giống PABA (p aminobenzoic acid) có tác dụng cạnh tranh PABA ngăn cản trình tổng hợp acid nucleotid o Nhóm trimethoprim tác động vào enzyme xúc tác cho trình tạo nhân purin làm ức chế trình tạo acid nucleic Chương 2: Những hợp chất kháng khuẩn thực vật 2.1 Alkaloids Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái động vật khác Tên gọi ancaloit số ngôn ngữ phương Tây có lẽ có nguồn gốc từ alkali/ancali (kiềm); ban đầu thuật ngữ sử dụng để miêu tả bazơ hữu có chứa nitơ Các ancaloit thông thường dẫn xuất axít amin phần nhiều số chúng có vị đắng Chúng tìm thấy chất chuyển hóa phụ thực vật (ví dụ khoai tây hay cà chua), động vật (ví dụ loại tơm, cua, ốc, hến) nấm Nhiều ancaloit tinh chế từ dịch chiết thô phương pháp chiết axít-bazơ Đã từ lâu nhà khoa học tìm thấy hợp chất tự nhiên, hợp chất thường acid chất trung tính Đến năm 1806 dược sĩ Friedrich Wilhelm Sertuner phân lập chất từ nhựa thuốc phiên có tính kiềm gây ngủ mạnh đặt tên morphin Năm 1810 Gomes chiết chất kết tinh từ vỏ Canhkia đặt tên “Cinchonino”, sau P.J Pelletier J.B Caventou lại chiết hai chất có tính kiềm từ hạt lồi Strychnos đặt tên strychninvà brucin Đến năm 1819 dược sĩ Wilhelm Meissner đề nghị xếp chất có tính kiềm lấy từ thực vật thành nhóm riêng ơng để nghị gọi tên alkaloid người ta ghi nhận Meissner người đưa khái niệm alkaloid có định nghĩa: Alcaloid hợp chất hữu cơ, có chứa nitơ, có phản ứng kiềm lấy từ thực vật Sau người ta tìm thấy alcaloid khơng có thực vật mà cịn có động vật như: Samandarin, samanin lấy từ tuyến da Salamandra maculosa S.altra HN OH O Hình 2.1: Samandarin OH HN Hình 2.2: Samanin Bufotenin, serotonin, bufltenidin, dehydrobufotenin chất độc lấy từ lồi cóc Bufo, batrachotoxin tuyến da loài ếch độc Phyllobates aurotaenia Chất kháng khuẩn thực vật Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái HO HO NH N CH3 H3C N N H H Hình 2.3: Serotonin Hình 2.4: Bufotenin HC O N N CH3 CH3 CH3 H3C (+) N O H Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái annuum L.), hordenin mầm mạch nha (Hordenum sativum Jess.), colchicin hạt tỏi độc (Colchicum autumnale L.); số alkaloid khơng có phản ứng kiềm colchicin lấy từ hạt tỏi độc ricinin lấy từ hạt thầu dầu (Ricinus communis L.), theobromin hạt cacao (Theobroma cacao L.) có alkaloid có phản ứng acid yếu arecaidin guvacin hạt cau (Arca catechu L.) 2.1.2 Phân loại Các nhóm ancaloit bao gồm: - Nhóm pyridin: piperin, coniin, trigonellin, arecaidin, guvacin, pilocarpin, cytisin, nicotin, spartein, pelletierin - Nhóm isoquinolin: Các ancaloit gốc thuốc phiện morphin, codein, thebain, papaverin, narcotin, sanguinarin, narcein, hydrastin, berberin - Nhóm pyrrolidin: hygrin, cuscohygrin, nicotin - Nhóm tropan: atropin, cocain, ecgonin, scopolamin - Nhóm quinolin: quinin, quinidin, dihydroquinin, dihydroquinidin, strychnin, brucin, veratrin, cevadin - Nhóm phenethylamin: mescalin, ephedrin, dopamin, amphetamin - Nhóm indol: o Các tryptamin: DMT, N-metyltryptamin, psilocybin, serotonin o Các ergolin: Các ancaloit từ cựa ngũ cốc/cỏ ergin, ergotamin, axít lysergic v.v o Các beta-cacbolin: harmin, harmalin, yohimbin, reserpin, emetin - Nhóm purin: Các xanthin caffein, theobromin, theophyllin 2.1.3 Danh pháp Các alkaloid dược liệu thường có cấu tạo phức tạp nên người ta khơng gọi tên theo danh pháp hóa học mà thường gọi chúng theo tên riêng Tên alkaloid ln ln có in xuất phát từ: o Tên tên laoì + in Ví dụ: Papaverin từ Papaver somniferum; palmatin từ Fatrorrhiza; cocain từ Erythroxylum coca o Đôi dựa vào tác dụng alkaloid Ví dụ Emetin từ tos có nghĩa gây nơn, morphin từ Morpheus o Có thể từ tên người + in Ví dụ như: Pelletierin tên Pelletier Nicotin tên J Nicot Những alkaloid phụ tìm sau thường gọi tên cách thêm tiếp đầu ngữ biến đổi vị ngữ alkaloid (biến đổi in thành –idin, -anin, -alin…) o Tiếp đầu ngữ nor diễn tả chất nhóm metyl Ví dụ: Ephedrin (C10 H15 ON) Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Sephedrin: R1 = H; R2 = CH3 ;Norephedrin: R1 = R2 = H Các đồng phân thường có tiếp đầu ngữ: Pseudo, iso, epi, allo, neo… 2.1.4 Phân bố thiên nhiên Alcaloid có phổ biến thực vật, ngày biết khoảng 6000 alcaloid từ 5000 loài, hầu hết lở thực vật bậc cao chiếm khoảng 15 – 20% tổng số loài cây, tập trung số họ: Apocynaceae (họ Trúc đào) có gần 800 alcaloid, Papaveraceae (họ Thuốc phiện) gần 400 alcaloid, Fabaceae (họ Đậu) 350 alcaloid, Rutaceae (họ Cam) gần 300 alcaloid, Liliaceae (họ Hành) gần 250 alcaloid, Solanaceae (họ Cà) gần 200 alcaloid, Amaryllidaceae (họ Thủy tiên) 178 alcaloid, Menispermaceae (họ Tiết dê) 172 alcaloid, Rubiaceae (họ Cà phê) 156 alcaloid, Loganiaceae (họ Mã tiền) 150 alcaloid, Buxaceae (Họ Hoàng dương) 131 alcaloid, Asteraceae (họ Cúc) 130 alcaloid, Euphorbiaceae (họ Thầu dầu) 120 alcaloid… Có họ có tới 50% loài chứa alkaloid Ranunculaceae, Berberidaceae, Papaveraceae, Buxaceae, Cactaceae Ở nấm có alkaloid nấm cựa khỏa mạch (Claviceps purpurea), nấm Amanita phalloides Ở động vật, tìm thấy alkaloid ngày tăng, alkaloid samandarin, samandaridin, samanin có tuyến da lồi kỳ nhơng Salamandra maculosa Salamandra altra Bufotenin, bufotenidin, dehydrobufotenin lấy từ nhựa cóc (Bufo bufo gargorizans, B bufo asiaticus, B melansiticus…- Bufonidae) Batrachotoxin có tuyến da loài ếch độc (Phyllobates aurotaenia) Trong cây, alkaloid thường tập trung số phận định Ví dụ: Alcaloid tập trung hạt mã tiền, cà phê, tỏi độc… ớt, hồ tiêu, thuốc phiện; benladon, coca, thuốc lá, chè,…; hoa cà độc dược…; than ma hoàng; vỏ canhkia, mức hoa trắng, hoàng bá; rễ ba gạc, lựu củ đầu, bình vơi, bách bộ… Rất trường hợp có alkaloid mà thường có hỗn hợp nhiều alkaloid, alkaloid có hàm lượng cao gọi alkaloid chính, cịn alkaloid khác hàm lượng thấp thường gọi alkaloid phụ Những alkaloid thường có tạo tương tự nghĩa chún có nah6n chung Ví dụ: Isopelleterin metylisopelletierin vỏ rễ lựu có nhân piperidin; chất tropin, hyoscyamin, atropin Benladon có nhân tropan Các alkaloid họ thực vật thường có cấu tạo gần Ví dụ: Alcaloid số họ cà Atropa belladonna L., Hyoscyamus niger L.; Datura metel L., Datura stramonium L., Datura tatula L có chung nhân tropan Nhưng có họ thực vật mà chứa alkaloid hồn tồn khác cấu trúc hóa học Ví dụ: Một số họ cà phê (Rubiaceae) cà phê có cafein (nhân purin), ipeca có emetin (nhân isoquinolin), canhkina có quinin (nhân quinolin) Cũng có alkaloid gặp nhiều thuộc họ khác ephedrine có ma hoàng (họ Ma hoàng – Ephedraceae), cay tùng (họ Kim giao – Taxaceae), ké đồng tiền (họ Bơng – Malvaceae) Becberin có hồng liên (họ Hoàng liên – Chất kháng khuẩn thực vật Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Ranunculaceae), có hồng bá (họ Cam – Rutaceae), có vàng đắng (họ Tiết dê – Menispernaceae)… Hàm lượng alkaloid thường thấp, trừ số trường hợp canhkina hàm lường alkaloid đạt – 10%, nhựa thuốc phiện (20 – 30%) Một dược liệu chứa – 3% alkaloid coi có hàm lượng alkaloid cao Trong cây, alkaloid trạng thái tự (alkaloid base), mà thường dạng muối acid hữu citrate, tactat, malat, oxalate, acetate… (đơi có dạng muối acid vô cơ) tan dịch tế bào, số cay alkaloid kết hợp với tannin kết hợp với acid đặc biệt acid meconic thuốc phiện, acid tropic số họ cà, acid aconitic có đầu… Có số trường hợp alkaloid kết hợpvới đường tạo dạng glycoalcaloid solasonin solamacgin cà xẻ (Solanum laciniatum) 2.1.5 Tính chất  Lý tính: - Phần lớn alkaloid thiên nhiên cơng thức cấu tạo có oxy nghĩa cơng thức có C, H, N, O alkaloid thường thể rắn nhiêt độ thường Ví dụ: Morphin (C17 H19 NO3 ), codein (C18H21 NO3 ), strychnine (C21 H22 N2 O2 ), quinine (C H N O ), reserpin (C H O N )… Trang Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái kiểm tra độ tinh khiết alcaloid Khi có hai dạng D L alkaloid dạng L có tác dụng sinh lý mạnh dạng D  Hóa tính: Hầu alkaloid có tính base yếu, song có chất có tác dụng base mạnh có khả làm xanh giấy quỳ đỏ nicotin, có chất tính base yếu cafein, piperin… vài trường hợp ngoại lệ có alkaloid khơng có phản ứng kiềm colchicin, ricinin, theobromin cá biệt có chất có phản ứng acid yếu arecaidin, guvacin Do có tính base yếu nên giải phóng alkaloid khỏi muối kiềm trung bình mạnh NH4OH, MgO, cacbonat kiềm, NaOH…, định lượng alkaloid phương pháp đo acid người ta phải vào độ kiềm để lựa chọn thị màu cho thích hợp - Tác dụng với acid, alkaloid cho muối tương ứng - Alcaloid kết hợp với kim loại nặng (Hg, Bi, Pt…) tạo muối phức  - Các alkaloid cho phản ứng với số thuốc thử gọi thuốc thử chung alkaloid Những phản ứng chung chia làm loại: o Phản ứng tạo tủa: có hai nhóm thuốc thử tạo tủa với alkaloid Nhóm thuốc thử thứ cho tủa tất tan nước Tủa sinh hầu hết kết hợp cation lớn alkaloid với anion lớn thường anion phức hợp thuốc thử Có nhiều thuốc thử tạo tủa với alkaloid: + Thuốc thử Mayer (K HgI – kalitetraiodomercurat): Cho tủa trắng hay vàng nhạt + Thuốc thử Bouchardat (iodo – iodid): Cho tủa nâu + Thuốc thử Dragendorff (KBiI4 – Kali tetraiodobismutat III): Cho tủa vàng cam đến đỏ + Muối Reinecke [NH 4[Cr(SCN)4(NH ) ].H O – amoni tetra sulfocyanua diamin cromat III] + + + Trang 10