Bộ giáo dục đào tạo Bộ nông nghiệp PTNT Trường đại học lâm nghiệp việt nam Trần văn tưởng Nghiên cứu chế độ sấy Thanh hao hoa vàng dùng làm nguyên liệu chiết xuất Artemisinin Chuyên ngành kỹ thuật máy thiết bị giới hoá lâm nông nghiệp Mà số: 60.52.14 Luận văn thạc sỹ khoa học kỹ thuật Đề tài thạcNgười sỹ hướng dẫn khoa học TS Dương Văn Tài Tên đề tài: Nghiên cứu chế độ sấy Thanh hao hoa vàng dùng làm nguyên liệu chiết xuất Artemisinin Lời cảm ơn Hà Tây - 2007 Chương Tổng quan nghiên cứu Thanh hao hoa vàng 1.1 Tình hình nghiên cứu Thanh hao hoa vàng giới 1.1.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng chiết xuất Thanh hao hoa vàng thÕ giíi HiƯn nay, íc tÝnh trªn thÕ giíi cø 12 giây lại có người chết bệnh sốt rét, khoảng triệu người chết năm bệnh [25] Thanh hao hoa vàng có chứa hoạt chất Artemisinin diệt ký sinh trùng sốt rét Thuốc chữa sốt rét chủ yếu bào chế từ artemisinin Xuất phát từ giá trị to lớn Thanh hao hoa vàng y học việc chữa điều trị bệnh Đến nay, giới đà có nhiều công trình nghiên cứu chúng Tuy nhiên, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào vấn đề sinh trưởng phát triển cây, tác dụng chữa bệnh y học công nghệ chiết xuất tinh dầu hoạt chất artemisinin Y học Trung Quốc đà biết dùng Thanh hao hoa vàng để điều trị sốt rét từ đời Hán Trong tập đơn thuốc chữa 52 loại bệnh viết vào năm 168 trước Công nguyên đà ghi thuốc chống sốt rét hoa hoa vàng (dùng nắm to hao ngâm bát nước sắc lấy nước uống)[7] Một công trình nghiên cứu tìm thuốc chữa sốt rét từ nguồn tài nguyên cổ truyền Trung Quốc bắt đầu năm 1967 đà phân lập hợp chất có tác dụng sinh học chữa sốt rét Hợp chất đặt tên Artemisinin hay Thanh hao tố, có nghĩa “chÊt chiÕt cđa c©y cá xanh” [7] Nh vËy cã thể nói Trung Quốc nước phát Thanh hao hoa vàng (Quynghao) có chứa hoạt chất Artemisinin (Quynghaosu) diệt ký sinh trùng sốt rét, ®Ỉc biƯt mét sè chđng ký sinh trïng ®· trë nên kháng loại thuốc Fansida, Quynin, Chloroquyn.v.v Các nhà khoa học Mỹ thuộc trường Đại học Washington đà phát tác dụng chữa ung thư vú bệnh bạch cầu artemisinin Cơ chế tác dụng tế bào ung thư vú có hàm lượng sắt cao nên dễ bị artemisinin tiêu diệt Chỉ cần cho bệnh nhân ung thư uống tiêm artemisinin dẫn chất, sau 8h 75% tế bào ung thư đà bị tiêu diệt, sau 16h hầu hết tế bào ung thư bị tiêu diệt Các tế bào bình thường không bị ảnh hưởng [6] Trung Quốc nước sớm nghiên cứu sử dụng chiết xuất artemisinin từ hao hoa vàng để chữa sốt rét Năm 1972, nhà khoa học nước đà chiết xuất artemisinin hao hoa vàng thử nghiệm dùng chữa sốt rét cho 2.350 người cho kết tốt [6] Hiện nay, Trung Quốc nước có công nghệ chiết xuất bán tổng hợp chế phẩm từ artemisinin tốt đà lo¹i trõ bƯnh sèt rÐt cho ngêi Trung Hoa[10] HiƯn nay, Mỹ, Trung Quốc, Hà Lan, Thuỵ Điển, Pháp có công nghệ việc sản xuất artemisinin chưa công bố cụ thể mà giữ bí mật 1.1.2 Tình hình nghiên cứu thu hoạch làm khô Thanh hao hoa vàng giới Theo tài liệu đà công bố giới nay, công trình nghiên cứu thu hoạch làm khô Thanh hao hoa vàng hạn chế, kết nghiên cứu chưa đầy đủ dừng lại bước đầu tìm hiểu Theo [18], tác giả J.C Laughlin đà trình bày tóm tắt nghiên cứu vấn đề làm khô Thanh hao hoa vàng Tác giả đà tiến hành thí nghiệm: Thí nghiệm thứ Thanh hao hoa vàng cắt tận gốc phơi thực địa 1, ngày; Thí nghiệm thứ phơi 7, 14 21 ngày Trong thí nghiệm thứ tác giả thêm mẫu, để nguyên phơi bóng râm điều kiện môi trường xung quanh 21 ngày, hai tách sau thu hoạch phơi 21 ngày bóng tối điều kiện môi trường xung quanh; ThÝ nghiƯm thø lµ sÊy ë nhiƯt độ 350C Kết thí nghiệm thí nghiệm phơi ngày cho hàm lượng artemisinin tương ®¬ng víi thÝ nghiƯm sÊy ë nhiƯt ®é 350C [25] Một nghiên cứu khác ảnh hưởng phương pháp làm khô đến hàm lượng artemisinin hao thực Ontario Oregon Mỹ năm 1990 [19] Thí nghiệm tiến hành trường hợp phơi trực tiếp trời nắng, phơi túi giấy để trời nắng, phơi bóng râm, sấy lò sấy với nhiệt độ 300C, 500C 800C, thời gian cho mẫu 12, 24, 36 48h Kết cho bảng đây: Bảng 1.1: Hàm lượng artemisinin làm khô điều kiện nhiệt độ thời gian khác năm 1990 Ontario Oregon- Mỹ Nhiệt độ Nhiệt độ Hàm lượng artemisinin kk (0C) mẫu (0C) (% trọng lượng khô) Phương Độ ẩm pháp làm kk TB TB max TB max khô 12h 24h 36h 48h (%) Phơi nắng 30.9 23.5 30.0 25.0 42.2 0.080.06 0.090.03 0.100.03 0.120.06 KK khô trời 30.9 23.5 30.0 24.4 35.6 0.15±0.12 0.17±0.10 0.04±0.02 0.08±0.02 KK kh« 35.6 23.2 28.9 19.5 22.8 0.15±0.07 0.19±0.08 0.12±0.09 0.09±0.06 bãng r©m 300C 52.8 32.1 35.0 31.9 34.4 0.07±0.05 0.06±0.01 0.06±0.01 0.05±0.03 500C 36.3 49.6 53.9 49.5 52.8 0.05±0.02 0.05±0.02 0.06±0.02 0.12±0.08 800C ND 79.9 80.0 70.9 80.0 0.13±0.11 0.08±0.04 0.060.02 0.060.03 Từ kết bảng 1.1 nhận thấy nhiệt độ làm khô, phương pháp làm khô thời gian làm khô ảnh hưởng lớn đến hàm lượng artemisinin, ảnh hưởng không theo quy luật Để tìm quy luật ảnh hưởng phải tiếp tục nghiên cứu 1.1.3 Kỹ thuật thu hoạch làm khô Thanh hao giới Công nghệ thu hoạch làm khô Thanh hao hoa vàng giới hoàn toàn thủ công phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Theo [19], kỹ thuật thu hoạch Thanh hao hoa vàng giới nh sau: Thêi gian thu ho¹ch Thêi gian thu ho¹ch tối ưu phụ thuộc vào mục đích sản phẩm, mục tiêu lấy artemisinin thời gian thu hoạch tốt bắt đầu nụ, hàm lượng artemisinin tăng nhanh giai đoạn phát triển cuối, đạt cực đại thời gian ngắn bắt đầu nụ giảm xuống nhanh bắt đầu hoa Phân bố artemisinin Theo Chales et al., 1990 chiếm 89% tổng lượng artemisinin toàn vị trí 1/3 phía chứa lượng artemisinin gấp đôi vị trí thấp Phương thức thu hoạch Cây cắt gốc sau phơi thành hàng ruộng, xếp theo hướng định để gió thổi qua ®Ĩ chóng nhanh kh«, Thanh hao sÏ kh« ®Õn ®é ẩm bảo quản (8 12%) vòng đến 10 ngày phụ thuộc vào thời tiết Khi đà khô dòn ta để qua đêm cho hút ẩm không khí mềm đến sáng hôm sau (trước 10 h sáng) ta thu về, không bị rụng đồng Phương pháp tách khỏi cành Xếp hao đà khô lên bạt, dùng bạt khác phủ lên cho máy kéo lăn qua Hoặc phương pháp thủ công tuốt tay nhiều thời gian Nếu sử dụng máy kéo sau phải sàng để tách bỏ cọng cành nhỏ Sàng với kích thước mắt 5mm, sau 3mm Sau sàng đưa vào bảo quản với yêu cầu tạp chất cành cọng không 5% Phương pháp làm khô Độ ẩm tương đối sau làm khô không 12% Phơi tự nhiên ánh sáng mặt trời ta đạt độ ẩm EABL (East African Botanicals Ltd) nghiên cứu sử dụng hầm sấy di động để giảm thời gian làm khô, tránh làm hỏng sản phẩm mưa gió Như vậy, đà có số kết nghiên cứu thu hoạch làm khô Thanh hao hoa vàng công bố giới Tuy vậy, kết thu hạn chế chưa đầy đủ đặc biệt kết làm khô Thanh hao hoa vàng, dừng lại bước đầu tìm hiểu nên có ý nghĩa để tham khảo, điều nói lên nước giới chưa quan tâm nhiều đến lĩnh vực làm khô Thanh hao hoa vàng Đặc biệt, chưa có nước áp dụng công nghệ sấy vào làm khô Thanh hao hoa vàng mà hoàn toàn áp dụng phương pháp thu hoạch thủ công làm khô hong phơi tự nhiên 1.2 Tình hình nghiên cứu Thanh hao hoa vàng Việt Nam 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng chiÕt xt Thanh hao hoa vµng ë ViƯt Nam ViƯt Nam nước đà nghiên cứu sớm hao hoa vàng đà đạt nhiều thành công, đặc biệt chiết xuất artemisinin sản xuất thuốc điều trị sốt rét Sau sơ qua đường mà Việt Nam từ hao hoa vàng đến việc sản xuất thuốc chèng sèt rÐt Tõ thÕ kû thø XIV TuÖ TÜnh kỷ XVIII Hải Thượng LÃo Ông đà dùng Thanh hao hoa vàng để chữa sốt rét Năm 1924, tập sách Thực vật chí đại cương, nhà thực vật Pháp Gagnepain đà nói hao mọc Lạng Sơn Hưng Yên[10] Năm 1962 - 1965, Phòng tiêu thực vật Viện Khoa học Việt Nam đà điều tra xác định tên Artemisia annua L hao hoa vàng Việt nam Năm 1980, Viện nghiên cứu y học quân đà khảo sát nghiên cứu hao hoa vàng tỉnh Lạng Sơn, Cao Bằng[10] Năm 1982, qua nguồn tin khoa học nước biết Trung Quốc, Mỹ số nước đà chiết xuất artemisinin, sè nhµ khoa häc ViƯt Nam míi tËp trung vµo vấn đề chiết xuất artemisinin phục vụ làm thuốc điều trị bệnh sốt rét đến năm 1985, Phó GS Đinh Huỳnh Kiệt người nghiên cứu thành công chiết xuất artemisinin từ hao hoa vàng Việt Nam phục vụ chương trình thuốc sốt rét cho đội[10] Từ năm 1988 đến 1989 phong trào nghiên cứu trồng chiết xuất Artemisinin từ Thanh hao hoa vàng phát triển mạnh mẽ Viện Dược LiƯu, ViƯn Khoa Häc ViƯt Nam vµ ViƯn Y Häc Quân Sự đà nghiên cứu phương pháp thiết bị chế tạo nước để chiết xuất Artemisinin từ hao hoa vàng đà tiến hành chiết xuất artemisinin phòng thí nghiệm pilôt Đến năm 1990, hai dây chuyền cỡ nhỏ sản xuất artemisinin dạng công nghiệp công ty Dược liệu TW I đời dây chuyền sản xuất artemisinin theo quy mô công nghiệp Việt Nam Sau năm 1991, Công ty Dược liệu TW I đà đưa dây chuyền chiết xuất artemisinin tiên tiến hơn, công suất lớn 600 đến 700 kg artemisinin tinh bột năm Do artemisinin khó tan nước dầu, mặt khác tỷ lệ tái phát sau dùng thuốc cao nên tác dụng điều trị hạn chế Để hoàn thiện tác dụng dược lý loại thuốc chống sốt rét này, Trường Đại học Dược Hà Nội đà từ artemisinin bán tổng hợp hàng loạt dẫn chất có Artesunat dạng muối Natri dễ hoà tan nước, thuận tiện cho việc pha thành dung dịch tiêm có hoạt lực mạnh artemisinin Thành công phương pháp sản xuất artesunat từ nguyên liệu ban đầu hao hoa vàng đà cung cấp cho chương trình phòng chèng sèt rÐt níc ta mét lo¹i thc rÊt tèt rẻ[10] Như vậy, Việt Nam nước đà sớm nghiên cứu đưa vào trồng đại trà Thanh hao với quy mô lớn nhằm sản xuất artemisinin với quy mô công nghiệp, đáp ứng nhu cầu nước xuất Việt Nam đà tiến hành chọn giống Thanh hao chất lượng cao, giới có Trung Quốc (2000) Việt Nam (1994) đưa chuyên luận Artemisia annua L vào Dược điển[6] Việt Nam đà ®ãng gãp nhiỊu kinh nghiƯm vỊ chän gièng, trång trät thu hái Thanh hao hoa vàng Việt Nam, đồng thời bổ sung gần 20 tài liệu đà công bố sách tạp chí nước nước Như vậy, nói Việt Nam đà thành công việc nghiên cứu, sản xuất thuốc chống sốt rét từ hao hoa vàng đà tổ chức y tế giới (WHO) đánh giá cao [6] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu thu hoạch làm khô Thanh hao hoa vàng Việt Nam Tuy đà đạt nhiều thành công việc nghiên cứu, sản xuất thuốc chống sốt rét từ Thanh hao hoa vàng theo tài liệu đà công bố đến nghiên cứu thu hoạch làm khô Thanh hao hoa vàng Việt Nam hạn chế Một nghiên cứu Viện dược liệu ảnh hưởng độ ẩm nhiệt độ môi trường bảo quản đến hàm lượng Artemisinin Thanh hao hoa vàng, kết đà đưa quy trình kỹ thuật bảo quản Thanh hao hoa vàng Theo đó, yêu cầu Thanh hao hoa vàng thu mua nên có hàm lượng Artemisinin > 1%, nhập kho không mốc mọt, xử lý tạp chất, phơi khô đạt đến độ ẩm 10%-13% Đề tài đà nghiên cứu ảnh hưởng trình phơi đến hàm lượng Artemisinin Thanh hao hoa vàng Theo đó, tháng nóng (tháng 7,8) nên phơi h đầu buổi sáng, sau hết sương có nhiều gió sau 14h nên phơi giờ[3] Cũng theo nghiên cứu Viện dược liệu thực tế áp dụng thời điểm thích hợp để gieo hạt Thanh hao hoa vàng Miền Bắc khoảng 15/01, thời điểm đạt suất hàm lượng Artemisinin cao 20/07 đến 20/08 (vào thời kỳ chớm có nụ, nhỏ dần co lại) [3] Như công trình nghiên cứu làm khô Thanh hao hoa vàng hạn chế, kết mâu thuẫn chủ yếu nghiên cứu làm khô phương pháp hong phơi tự nhiên chưa có đề tài nghiên cứu đến phương pháp sấy khô hao hoa vàng 10 1.2.3 Kỹ thuật thu hoạch làm kh« Thanh hao hiƯn ë ViƯt Nam Khi Thanh hao đà đến tuổi thu hoạch để lấy artemisinin, tiến hành thu hoạch lần 1, chọn ngày nắng, dùng dao liềm cắt cành bên để thu tầng già gốc Khoảng 15 ngày sau, chọn ngày nắng tiến hành thu lần 2, chặt phơi ruộng, chặt đến đâu phơi đến đó, chiều thu dựng quanh nhà, không chất đống, ngày hôm sau phơi nắng thứ Lá phơi sân gạch, xi măng dùng bạt, đến khoảng 4-6 h chiều lấy đập vào để tách Phơi thêm nắng nữa, sau xảo bỏ cọng cuộng to, dồn vào bao tải để nơi thoáng mát, khô Không thu hoạch vào ngày mưa [1] Kỹ thuật hoàn toàn thủ công phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, phải chịu biến đổi thất thường khí hậu toàn cầu Kỹ thuật thu hoạch tỏ phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ (hộ gia đình) có chi phí làm khô thấp, khối lượng thu hoạch phơi ngày nhỏ nên diện tích bề mặt sân phơi đáp ứng được, tận dụng nguồn lao động nhàn rỗi dân Tuy nhiên, quy mô sản xuất lớn (quy mô công nghiệp) phương pháp làm khô tỏ không phù hợp chúng tồn nhiều nhược điểm phân tích 1.3 Một số tồn giải pháp kỹ thuật trình làm khô Thanh hao hoa vàng 1.3.1 Một số tồn trình làm khô Thanh hao hoa vàng Thứ nhất, theo nghiên cứu Đại học Purdue Oregon năm 1989, Thanh hao hoa vàng đạt 115 đến 130 ngày tuổi cho hàm lượng artemisinin cao (0,15%), khoảng thời gian hàm lượng artemisinin thấp (0,06%)[19] khoảng thời gian ngắn gặp thời tiết bất lợi, không thu hoạch thu hoạch không kịp 11 (do chỗ phơi) dẫn đến hàm lượng artemisinin thu thấp Thứ hai, thu hoạch vào mùa mưa, thời tiết thay đổi bất thường ngày, Thanh hao phơi với khối lượng lớn diện tích rộng, gặp trời mưa không thu vào kịp chưa khô đà bị chất đống dẫn đến Thanh hao bị hỏng ảnh hưởng đến hàm lượng artemisinin Thứ ba, phơi đồng bạt kê dẫn đến sản phẩm bị lẫn cỏ rác, tạp chất, dòn dễ bị tách dẫn đến hao hụt sản phẩm Nếu đầu tư bạt cồng kềnh tốn đặc biệt thu hoạch với khối lượng lớn Thứ tư, thời gian làm khô phương pháp phơi tự nhiên lâu dẫn đến hàm lượng artemisinin giảm, đồng thời gặp thời tiết không thuận lợi độ ẩm lớn dẫn đến giá thành chiết xuất cao thời gian bảo không lâu 1.3.2 Giải pháp trình làm khô Thanh hao hoa vàng Từ nhược điểm trên, cần thiết phải áp dụng công nghệ sấy vào việc làm khô Thanh hao hoa vàng để: Thứ nhất, giúp cho việc thu hoạch Thanh hao hoa vàng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, nhờ giảm thời gian làm khô, tăng suất thu hoạch dẫn ®Õn nÕu diƯn tÝch trång lín th× chóng ta cã thể thu hoạch Thanh hao hoa vàng vào ngày đạt hàm lượng artemisinin cao (15 ngày), mang lại hiệu kinh tế cao hơn, đáp ứng yêu cầu sản xuất công nghiệp Thứ hai, giảm thiểu hư hại tổn hao sản phẩm gặp thời tiết bất lợi Nếu gặp trời mưa Thanh hao phơi trời nắng, khối lượng lớn thu dọn không kịp, che đậy không đảm bảo dẫn đến sản phẩm bị hỏng, có thu dọn kịp che ®Ëy ®¶m b¶o ... cầu nguyên liệu đầu vào cho trình chiết xuất 6.3 Đề xuất quy trình công nghệ sấy Thanh hao hoa vàng Căn vào kết nghiên cứu chế độ sấy Thanh hao hoa vàng, xác lập quy trình công nghệ chế độ sấy Thanh. .. hành làm thí nghiệm Hiện người ta sử dụng Thanh hao hoa vàng làm nguyên liệu để chiết xuất tinh dầu Artemisinin Đề tài nghiên cứu công nghệ sấy Thanh hao sử dụng làm nguyên liệu để chiết xuất artemisinin. .. pháp sấy để làm khô Thanh hao hoa vàng dùng làm nguyên liƯu chiÕt xt artemisinin KÕt ln Sau nghiªn cứu chế độ sấy Thanh hao hoa vàng cã mét sè kÕt ln sau: KÕt qu¶ cđa nghiên cứu giải phẫu khoa