- Hydroxyl citronellal từ citronello l: phản ứng hydrat hóa
2.2.2.1.2.Các quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thơm chủ yếu trong tinh dầu quến [44]
dầu quến [44]
Quá trình sinh tổng hợp các phenylpropanoid:
Cả eugenol và cinnamaldehyde đều nằm trong nhóm các hợp chất có chứa vòng benzene với mạch nhánh propane, C6-C3. Mạch nhánh này có thể nằm ở mức no hóa và vòng benzene có thể có hoặc không có chứa một vài nhóm chức. Nguồn gốc các vòng thơm của các hợp chất phenylpropanoid trong tự nhiên đều có liên quan đến dẫn xuất của cyclohexane được sinh ra bởi sự đóng vòng của sedoheptulose, một monosacharide với 7 nguyên tử cacbon và nhóm chức ketone (Neish, 1960; Geissman, 1963). Hợp chất cần thiết trong quá trình sinh tổng hợp này là shikimic acid. Shikimic acid đã được xem là một hợp chất trung gian bắt buộc cho quá trình sinh tổng hợp các vòng thơm của vi khuẩn E. coli.
Cả cinnamaldehyde và eugenol đều được hình thành thông qua con đường Shikimic acid và dẫn đến sự hình thành lignin. Tuy nhiên điểm hình thành của cinnamaldehyde và eugenol lại không được rõ ràng. Có thể cho rằng
cinnamaldehyde được hình thành bởi sự khử từng bước của cinnamic acid. Bước khử tiếp theo có thể sinh ra cinnamalcohol, loại có thể có đóng góp trong việc hình thành của lignin. Đối với các loài như Cinnamomum, có khả năng rằng bộ gene xuất hiện tại quá trình biến đổi của cinnamaldehyde thành cinnamyl alcohol, và vì thế nó làm xuất hiện quá trình tích lũy của cinnamaldehyde. Birch (1963) cho rằng sự mất (suy giảm) khả năng đưa para-oxygen đến hợp chất vòng là sự giải thích thích hợp nhất cho sự tồn tại như thế của cinnamaldehyde. Hai bước khử (giảm) tương tự như thế đối với mạch nhánh của ferulic acid sẽ sản sinh ra coniferyl-alcohol. Sự loại bỏ của nhóm gốc hydroxy ở mạch nhánh và sự tái sắp xếp của các liên kết đôi đã dẫn đến sự hình thành nên eugenol. Đối với
Cinnamomum có thể có một vài enzyme chịu trách nhiệm đối với việc hình
thành như thế của coniferyl alcohol. Một vài nghiên cứu xa hơn đã được thực hiện trên các nghiên cứu cơ chế căn bản của quá trình hình thành đó (Wijesekera, 1978; Wijesekera và cộng sự., 1975). Trong nghiên cứu mối tương quan cấu tạo với lignin đã cho ta kết luận hợp lý rằng cinnamaldehyde có thể được xuất hiện rất nhiều trong thực vật. Nó đã được tìm thấy trong Ascomycetes, Basidiomycetes và trong rất nhiều loại thực vật bậc cao khác (Guenther, 1949; Birch, 1963; Zenk và Gross, 1972; Gottlieb, 1972). Trong số các loại tinh dầu có tính thương mại quan trọng, cinnamaldehyde là loại được tìm thấy trong tinh dầu vỏ quế và lá quế, tinh dầu vỏ và lá của cassia, tinh dầu lá cây hoắc hương và tinh dầu chất nhựa thơm (Guenther, 1949). Vì thế, vấn đề đặt ra ở đây là, để hình thành nên con đường tổng hợp như thế, cả cinnamaldehyde và eugenol có lẽ đều phải được tích lũy, đặt biệt là đối với cinnamon và cassia. Gottlieb (1972) đã cho thấy rằng họ Lauraceae nằm ở cuối của thang tiến hóa liên quan đến quá trính sinh tổng hợp phenylpropanoid và điều đó dẫn đến sự hợp lý khi kỳ vọng rằng sẽ có một vài bất thường trong con đường shikimic acid để tạo thành lignin. Cho đến nay vẫn chưa có báo cáo nghiên cứu đánh dấu nào về quá trình sinh tổng hợp cinnamaldehyde in situ ở thực vật. Tuy nhiên, các nghiên cứu đánh dấu (bằng đồng vị) của Kaneko (1960, 1961 và 1962), Canonica và cộng sự. (1971), Manitto và cộng sự. (1974, 1975a,b) và Senanayake (1977) đã cho thấy sự tiến triển thú vị trong quá trình sinh tổng hợp cinnamaldehyde và eugenol. Có thể tổng kết rằng các nhóm allyl và propenyl đã tương tác với các hạt nhân phenolic trong thành phần của nhiều loại thực vật, như là anethole, chavicol, estrogole và eugenol, có nguồn gốc từ các nhánh của cinnamic acid thông qua các bước khử như đã thể hiện trong hình 2.4 (Birch, 1963; Bullock, 1965). Có thể xem sự hình thành các mạch nhánh có lẽ xuất hiện bởi nhiều cơ chế khác nhau (Canonica và cộng sự, 1971). Các cơ chế khác nhau
này có thể do vị trí của các nối đôi. Đối với cinnamaldehyde các nối đôi này là nằm giữa các carbons 1 và 2 (hình. 2.5 )
Hình 2.4: Sự hình thành eugenol từ phenylalanine
Quá trình sinh tổng hợp Cinnamaldehyde:
Trong quế, cinnamic aldehyde được hình thành từ phenylalanine mà không có sự tác động ngẫu nhiên của đồng vị đánh dấu 14C. Mức đánh dấu tương đương đã được quan sát khi PA1, PA2 và PA3 được sử dụng tách biệt như là các precursor (Senanayake., 1977; Angmor và cộng sự., 1979). Các phương pháp đánh dấu như thế sẽ không quan sát được nếu sự ngẫu nhiên hóa của các nhãn được thực hiện. Các bằng chứng thực nghiệm đã cho thấy rằng khung cacbon C6-C3 của PA được tiếp tục giữ lại như là một unit trong quá trình sinh tổng hợp cinnamaldehyde từ PA. Điều này phù hợp với đề xuất của Birch (1963) rằng cinnamaldehyde có thể được hình thành từ PA theo con đường cinnamic acid và cinnamaldehyde, loại có thể bị khử đến cinnamyl alcohol để rồi sau đó dẫn đến quá trình sinh tổng hợp lignin (Neish, 1968). Sự duy trì của bộ khung cacbon C6-C3 trong quá trình sinh tổng hợp các propenylphenol, như là anethole (P-methoxy propenyl benzene), từ PA đã được nghiên cứu bởi các nhóm nghiên cứu khác. Kaneko (1960, 1961) và Manitto và
các cộng sự. (1974) đã quan sát thấy rằng anethole được hình thành với Foeniculum vulgare và Pimpinella anisum (Umbelliferae) từ PA mà không có
sự ngẫu nhiên hóa quá trình đánh dấu, có thể cho rằng bộ khung cacbone C6-C3 vẫn được duy trì như là một bộ phận (unit) của quá trình. Vì thế các bằng chứng thực nghiệm đã cho thấy rằng trong cây quế, cinnamaldehyde được hình thành từ pheylalanine thông qua con đường shikimic acid (hnh.2.5)
Quá trình sinh tổng hợp eugenol:
Để nghiên cứu cơ chế biến đổi mạch nhánh của L-phenylalanine thành nhóm allyl của eugenol, DL-phenylalanines, mỗi một phân tử được đánh dấu đồng vị 14C tại mỗi một điểm ba trên mạch nhánh. PA2 và PA3 chứ không phải là PA1 là các tiền chất có hiệu lực với quá trình sinh tổng hợp eugenol (Senanayake et al.,1977). Sự tác động hữu hiệu của PA2 và PA3 có thể được
Hình 2.5: Con đường hình thành nên (A) eugenol từ ferullic acid và (B) eugenol và các hợp chất liên quan từ cinnamic acid.
giải thích nếu chúng được giả định rằng C-2 và C-3 của mạch nhánh PA vẫn được giữu lại trong nhóm allyl của eugenol. Sự đóng góp của phân tử được đánh dấu L-(14C) methyl methionine và sự biến mất sau đó của phân tử đánh dấu khi phân tử eugenol được đánh dấu này bị thoái biến thành homoveratric acid, là loại hợp chất không phóng xạ, cho thấy rằng nguyên tử cacbon C1 trong nhóm allyl không phải xuất phát từ PA mà là từ methyl donor như là L-methionine hay là các tiền chất tương đương. Homoveratric acid được sinh ra với sự mất đi của nguyên tử cacbon C1 trong nhóm allyl của eugenol. Khi PA3 và 14C –(me) methionine được bổ sung thêm vào như là các tiền chất, thì phần trăm của các phân tử đánh dấu trong eugenol được tăng lên, như là phân tử đánh dấu tại nguyên tử cacbon C3 được dẫn xuất từ PA3 và phân tử được đánh dấu tại C1 được dẫn xuất từ 14C-(me) Methionine.
Quá trình sinh tổng hợp các terpenoid trong quế :
Bước tiến quan trọng trong nghiên cứu sinh tổng hợp terpene là việc khám phá ra mevalonic acid (MVA) bởi Wolf và các cộng sự. (1956) và việc công nhận nó như là một tiền chất có hiệu lực đối với cholesterol, (Tavormina và các cộng sự., 1956). Các nghiên cứu sau đó của Park và Bonner (1958), Goodwin (1965), đã cho thấy rằng “isoprene hoạt động” trong tế bào thực vật và động vật được hình thành từ mevalonic acid. Có thể giả thuyết chung rằng MVA đã được biến đổi thành isopropenyl pyrophosphate (IPP) và dimethyl allyl pyrophosphate (DMAPP), loại hợp chất được xem như là “active isoprene”. Sản phẩm đầu tiên được hình thành từ sự kết hợp của IPP và DMAPP đó là geranyl pyrophosphate (GPP), loại có thể được đồng phân hóa thành neryl pyrophosphate (NPP). Cả GPP và NPP đều dẫn đến các monoterpene không vòng. Quá trình đóng vòng của NPP dẫn đến việc tạo thành 1-p-menthene-8- carbonium ion của hệ thống Ruzicka (Ruzicka’s scheme) (Ruzicka và ccộng sự., 1953). Từ đó, carbonium ion của các dãy mono-, bi- và tricyclic monoterpenes được hình thành. Có thể giả định tổng quát rằng tiền chất GPP trực tiếp của tất cả các monoterpene (Goodwin, 1965). Đồng phân của GPP đã được giả định như là tiền chất phù hợp nhất của các monoterpene mạch vòng (Valenzuela và
cộng sự., 1966). Thực nghiệm hỗ trợ cho giả thuyết này đã được phát hiện thấy
trong một vài hệ thống sinh học (Cori, 1969; Beytia., 1969). Đối với họ citrus, linaloylpyrophosphate (LPP) cũng được tìm thấy là tiền chất của cả monoterpene vòng và không có mạch vòng (Attaway và Buslig, 1968; Potty và Bruemmer, 1970; George-Nascimento và Cori, 1971; Suga và cộng sự, 1971) (hnh.2.6)
Tinh dầu quế có chứa một số lượng các terpene bao gồm cả mono- và sesquiterpene. Trong tinh dầu của vỏ rễ chứa hơn 90% tổng trọng lượng thành phần của các terpene trong khi đó trong tinh dầu của vỏ thân cây chỉ chứa khoảng 10%, trong tinh dầu của lá chỉ khoảng 8%. Hàm lượng camphor của tinh dầu vỏ rễ là khoảng 65%. Sau quá trình thoái biến của camphor đã được đánh dấu, ta có thể kết luận rằng đối với những loài này, quá trình sinh tổng hợp camphor được diễn ra với sự liên kết của IPP và DMAPP thông qua con đường 1-p-menthene-8-carbonium ion như đã được giả định bởi Ruzicka. Battersby và các cộng sự. (1972) đã kiểm tra lại tính phù hợp của hệ thống mô hình của Ruzicka (Ruzicka và các cộng sự, 1953), đặc trưng là vị trí nơi geraniol được đồng phân hóa thành nerol trên con đường hình thành camphor. Họ đã chọn loài
Salvia officinalis cho nghiên cứu này. Khi cắt mẫu đã được bổ sung đồng vị 2-
Hình 2.6: Cơ chế trong sinh tổng hợp các monoterpene.
(14C) geraniol sau 29 giờ, camphor được phân lập có chứa 0.0025% của mẫu đánh dấu. Sự thoái biến rõ ràng của mẫu camphor được đánh dấu đã chứng thực rằng geraniol được đánh dấu đã có sự kết hợp đặt biệt với camphor ở loài thực vật này, điều này cho ta thấy rằng geraniol đã được đồng phân hóa thành nerol. Linalool, một monoterpene mạch vòng, được tìm thấy trong tinh dầu ở vỏ rễ và thân quế ở mức khoảng 3%. Điều này giúp khẳng định một cách thuyết phực rằng linalool được hình thành từ MVA trong một vài loại tế bào thực vật. Ví dụ, Potty và Bruemmer (1970) và George-Nascimento và Cori (1971) đã chứng minh rằng linalool, một monoterpene chủ yếu trong vỏ cam, là được sinh tổng hợp từ MVA, và Suga cùng các cộng sự. (1971) đã thu được linalool được đánh dấu khi (2–14C) MVA được bổ sung Cinnamomum camphora. Họ cho rằng geraniol đã được chuyển thành linalool, linalool là đồng phân thứ ba của geraniol. Theo cách đó, Fujita và các cộng sự. (1975) đã thu được sự gia tăng về số lượng của geraniol, nerol, limonene và terpineol khi (±)linalool (không đánh dấu) được cung cấp bởi Fatsia japonica, Iris pseudacorus và Quercus
phillyracoides. Dù không có chứng cứ rõ ràng, tuy nhiên những monoterpene
này xuất hiện trong quế là được sinh tổng hợp theo một cơ chế tương tự nhau.
2.2.2.1.3.Ứng dụng tinh dầu quế
Quế chủ yếu dùng làm gia vị…Vỏ quế có tác dụng kích thích ăn uống, lại có mùi thơm dùng dưới dạng cồn thuốc, rượu vang. Quế chi chữa cảm mạo, ho hen, đau các cơ, đau dây thần kinh do lạnh. Nhục quế chữa choáng và trị tim mạch, cầm ỉa chảy, chữa các cơn đau do lạnh. Trong thực phẩm, quế là gia vị có thể pha trộn với các loại thức ăn khác để sản xuất thức ăn tổng hợp nhằm kích thích tiêu hóa và phòng bệnh cho gia súc.[5],[8].
Tinh dầu quế được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: Tinh dầu quế rất tốt trong việc chữa về đường tiêu hoá, đau bụng( bón, tả, lỵ, sán ), kích thích tuần hoàn máu, tăng cường hô hấp, kích thích bài tiết, tăng cường co bóp tử cung, tăng cường co bóp nhu động ruột, giúp thúc đẩy tạo ra hơi, tăng cường co bóp của bao tử tránh chướng khí, đầy hơi khó tiêu. Tinh dầu quế có tác dụng bổ dưỡng, hồi sinh, làm nóng, giảm đau, giảm ho, đau đầu, nghẹt mũi, cảm cúm, chống nôn, giải độc cơ thể. Nó còn trị nhức mỏi, bong gân, đau lưng, trật khớp, bầm tím và bệnh thấp khớp. Còn có thể tiêu diệt khuẩn, bảo vệ sự miễn dịch, tăng cường sức đề kháng cho cơ thể. Tinh dầu dễ thẩm thấu qua da giúp giảm nhưng vấn đề liên quan đến áp lực tâm lý, giảm căng thẳng tinh thần. Do đó, trong công nghiệp hương liệu: Làm nước hoa, xà phòng, dầu
thơmlàm thơm cơ thể, các vật dụng trong gia đình…Công nghiệp thực phẩm: Làm mùi, vị cho các loại thức ăn, thức uống như nước giải khát, rượu…Trong ngành y khoa: Dùng làm thuốc kháng khuẩn, chữa các bệnh về tim mạch, đường tiêu hóa, mất ngủ, các bệnh liên quan đến nhiễm trùng[15]
Tinh dầu quế có thể tác dụng với nhiều loài vi khuẩn khác nhau. [20],[14]
• Bằng phương pháp xông hơi thấy diệt được các vi khuẩn như:
Diplococcus pneumoniae, Shigella flexneri, Shigella sonnei, Bacillus subtilis, Eschrichia coli, Salmonella typhi, Hemophilus pertussis, Corynebacterium diphteriae, Staphylocoscus aureus, Streptococcus hea molidicus.
• Bằng phương pháp pha loãng nồng độ trên môi trường nuôi cấy vi khuẩn thích hợp, cho kết quả như sau:
Bảng 2.2. Nồng độ tác dụng với nhiều loại vi khuẩn
Loại vi khuẩn Nồng độ pha loãng
Bacillus mycoides 1:2.0000
Bacillus subtilis 1:1.670
Candida albicans 1:1.670
Diplococcus pneumoniae 1:500
Mycobacterium tuberculosis (giảm độc) 1:1.430
Salmonella typhi 1:500
Shigella dysenteriae 1:1.430
Shigella flexneri 1:1.670
Staphylocoscus aureus 209P 1:3.330
Streptococcus hea molidicus. 1:1.670
Tinh dầu quế cũng có tác dụng với vi khuẩn lao (Mycobacterium B5) ở nồng độ 1:8.000. Ngoài ra còn có tác dụng cới amips (Entamoeba moshkowkii) ở nồng độ 1:2.560.
Tinh dầu lá quế có chứa nhiều eugenol. Từ eugenol điều chế các dẫn xuất quan trọng có nhiều ứng dụng như:[32],[30]
Bảng 2.3. Ứng dụng các dẫn xuất của eugenol.
Dẫn xuất Ứng dụng
Bromur eugrenol Kháng khuẩn, kháng nấm Acid eugenolacetic Chống nấm, mốc
Acid eugenoxyacetic Điều hòa sinh trưởng, kích thích nảy mầm Acetamido eugenol Làm thuốc gây mê
Benzoat eugenil Kháng khuẩn, kháng nấm, làm thuốc giảm đau trong nha khoa, thuốc trị loét cơ quan tiêu hóa và trị lao hạch.
Cinnamat eugenil Tương tự như benzoat eugenil Acetat eugenil Kháng khuẩn, kháng nấm.
Đặc biệt là nấm Cadida albicans Metyl eugenol Chất dẫn dụ côn trùng
Tinh dầu vỏ quế có chứa nhiều cinnamaldehyd. Từ cinnamaldehyd có thể điều chế acid cinnamic để từ đó điều chế các ester quan trọng, có nhiều ứng dụng trong các ngành thực phẩm như trong nước giải khát, kem, kẹo, bánh…tạo mùi hương cho sản phẩm.
Bảng 2.4. Một số ester của acid cinnamic và ứng dụng của chúng
Tên sản phẩm Hàm lượng (ppm) 1 2 3 4 5 6 7 8 Nước uống không cồn 1,4 0,38 4,1 3,1 1,3 0,52 0,57 1,7 Kem, kem lạnh 2,5 2,6 8,8 4,2 3,4 0,75 0,59 0,8 Kẹo ngọt 6,7 10-15 9,5 13 5,4 1,3 2,2 3,2 Bánh nướng 6,7 1-15 12 13 5,4 2,3 2,1 3,1 Gelatin và puding 3-5 - 2,4 - - - - 0,1 Kẹo nhai 5,3-120 - 11-40 - - - - - Nước uống có cồn - 2,0 - - 2,0 - - - Ghi chú:
1. Cinnamat benzyl 5. Cinnamat isobutyl 2. Cinnamat n-butyl 6. Cinnamat isopropyl 3. Cinnamat etyl 7. Cinnamat linalyl 4. Cinnamat isoamyl 8. Cinnamat phenyl-etyl