1.4.1. Hệ vi nhũ tương
Vi nhũ tƣơng đƣợc khám phá ra từ những năm 40 của thế kỷ XX bởi 2 nhà khoa học Hoar và Schuman sau khi hai ơng tình cờ hịa nhũ tƣơng sữa vào hexanol. Từ đó đến giờ có rất nhiều nghiên cứu về vi nhũ, theo Danielsson và Lindman thì vi nhũ tƣơng có thể đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “Vi nhũ tƣơng là hệ phân tán vi dị thể, gồm có pha dầu, pha nƣớc phân tán vào nhau và đƣợc ổn định bởi phân tử các chất hoạt động bề mặt trên mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hƣớng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch lỏng”.
Nhƣ vậy vi nhũ tƣơng có tính ổn định về mặt nhiệt động học (bền và không bị phân lớp), đẳng hƣớng về mặt quang học (tức là trong suốt hoặc trong mờ, ánh sáng có thể đi qua dễ dàng). Chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt pha, qua đó giúp hình thành hệ vi nhũ lúc tổng hợp và ổn định nhũ lúc sau khi tạo thành. Quan sát bằng kính hiển vi, một vi nhũ trong nhƣ một dung dịch đồng thể, nhƣng ở kích thƣớc phân tử nó lại là hệ dị thể. Cấu trúc bên trong của một vi nhũ ở một nhiệt độ cho trƣớc đƣợc quyết định bởi tỉ lệ hợp phần của nó. Cấu trúc này gồm cả những giọt nano, trong một số trƣờng hợp cịn có thêm thành phần thứ tƣ đó là chất đồng hoạt động bề mặt, là thành phần cho thêm vào có vai trị quan trọng trong việc hình
thành hệ vi nhũ (ví dụ nhƣ isopropanol, propylene glycol, n – butanol,…) nhỏ hình cầu đơn kích thƣớc hoặc một pha chuyển tiếp. Trong hình dƣới đây, cấu trúc khác nhau của một vi nhũ ở một nồng độ cho trƣớc của chất hoạt động bề mặt đƣợc trình bày khái quát [6].
Hình 1.3. Cấu trúc của vi nhũ ở nồng độ chất hoạt động bề mặt cho trước
Ở nồng độ nƣớc cao, cấu trúc bên trong của vi nhũ tƣơng bao gồm những giọt dầu trong pha tiếp giáp nƣớc. Với sự tăng nồng độ dầu, một mặt phân pha khơng có hình dạng xác định đƣợc hình thành.
Ở nồng độ dầu cao, mặt phân pha chuyển thành cấu trúc của một giọt nƣớc trong pha tiếp giáp dầu cũng đƣợc gọi là một vi nhũ tƣơng W/O. Giá trị kích thƣớc
của những giọt khác nhau từ 10 - 100 nm phụ thuộc vào loại chất hoạt động bề mặt.
1.4.2. Hệ vi nhũ tương tinh dầu
Có nhiều vi nhũ tƣơng tinh dầu đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng vào trong đời sống do chúng là nhũ tƣơng sinh học, khơng độc mà lại có hoạt tính ứng dụng cao.
Hệ vi nhũ tƣơng tinh dầu Bạc hà có thành phần gồm: tinh dầu Bạc hà, chất hoạt động bề mặt, chất chống tạo bọt. Hệ vi nhũ tƣơng tinh dầu Bạc hà có kích thƣớc trung bình nhỏ hơn 100nm, có tác dụng ức chế sự co cơ trơn, nhu động ruột, ức chế co đƣờng tiêu hóa. Nhũ tƣơng này ổn định trong một thời gian dài, có hệ số truyền ánh sáng cao, ít tạo bọt khi đổ hay phun do đó hầu nhƣ khơng tạo bọt khi tiêm vào đƣờng tiêu hóa, nên có thể đƣợc sử dụng thuận lợi cho việc kiểm tra nội soi đƣờng tiêu hóa nhƣ thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già và trực tràng [22].
Hệ vi nhũ tinh dầu sả, húng tây và axit preacetic đƣợc sử dụng để ức chế bệnh mốc xám, nấm Botrytis ở dâu tây [11]. Nhũ tƣơng nano chứa tinh dầu sả đƣợc sử
dụng để làm chất bảo quản cho mận, bằng cách phủ nhũ tƣơng nano tinh dầu sả lên mận, làm ức chế sự hoạt động của S.Typhimurium và E.coli O157:H7, không làm
thay đổi hƣơng vị và màu sắc của mận [29].
Tinh dầu tỏi đƣợc coi là một kháng sinh tự nhiên phổ biến vì các hoạt tính chống vi khuẩn, kháng viêm. Tuy nhiên sự khơng ổn định và độ hịa tan kém nên các ứng dụng của tỏi trong ngành công nghiệp bị hạn chế. Các nhà khoa học [29] đã tạo ra nhũ tƣơng nano có kích thƣớc hạt trung bình khoảng 13,29 - 13,85 nm với thành phần chất hoạt động bề mặt là Cremophor RH40, n-butanol (hoặc ethanol)
nhƣ là chất đồng hoạt động bề mặt, pha dầu là tinh dầu tỏi chứa oleic axit, pha liên tục là nƣớc tinh khiết. Nhũ tƣơng này có khả năng kháng khuẩn Escherichia coli và
Staphylococcus arueus đáng kể [46].
Tinh dầu thầu dầu cũng có nhiều ứng dụng trong đời sống. Nhũ tƣơng chứa thầu dầu ảnh hƣởng đến lớp màng lipit và tính ổn định của màng mắt. Mục đích của nghiên cứu là để đo lƣợng nhũ tƣơng thầu dầu trong dịch nƣớc mắt, tác động trên lớp lipid, tác động ban đầu về các triệu chứng ở mắt. Theo nhƣ nghiên cứu tiến hành trên 5 ngƣời bình thƣờng và 10 ngƣời bị khơ mắt. Kết quả cho thấy cả 2 đối
tƣợng bình thƣờng và khô đƣợc nhỏ nhũ tƣơng thầu dầu ổn định trong 4 giờ, và số lƣợng các lipid khác nhau cũng đã thay đổi. Sự thay đổi độ dày của lớp lipid nƣớc mắt có ý nghĩa đối với các đối tƣợng có triệu chứng sau 1 giờ [32]. Nhũ tƣơng thầu dầu với thành phần tinh dầu thầu dầu, nƣớc, TiO2 nano đƣợc sử dụng để làm thuốc bôi da rám nắng,làm mềm mại, tăng cƣờng độ dẻo dai và độ bền của da. Sự có mặt của TiO2 nano làm cho nhũ bền và ổn định hơn. Các kết quả trên kính hiển vi điện tử truyền qua cho thấy thầu dầu đƣợc bao quanh bởi TiO2 nano. Tác nhân chất béo làm mềm da chứa tinh dầu thầu dầu/ TiO2 nano đã đƣợc ứng dụng trong q trình làm mềm da dê để may mặc, nó làm giảm nhiều chất hóa học sử dụng để làm sáng màu da trong các loại da sử dụng trong may mặc [16].
Theo nghiên cứu của Chaw Jiang Lim và cộng sự [17] đã tìm ra hệ nhũ tƣơng nano có khả năng diệt trừ sâu hại. Hệ nhũ tƣơng nano có thành phần gồm: este methyl axit béo mạch dài (LFAMEs), chất hoạt động bề mặt, nƣớc. Nhũ tƣơng này kết hợp với glyphosate isopropylamine (IPA) là tác nhân thuốc diệt cỏ, dẫn đến việc cải thiện các đặc tính hóa lý của nhũ tƣơng.
1.4.3. Hệ vi nhũ tương tinh dầu Bạch đàn và dịch chiết từbã hạt Jatropha
1.4.3.1. Tinh dầu Bạch đàn
Tinh dầu Bạch đàn là chất lỏng màu vàng nhạt, mùi thơm đă ̣c trƣng của 1,8 - Cineole, tỷ trọng ở 200C là 0.9124, năng suất quay cực ở 200C là 2.73, chỉ số khúc xạ ở 200C là 1.4607.
Tinh dầu Bạch đàn đƣợc chiết xuất ra từ lá của cây bạch đàn, chứa hỗn hợp các chất hữu cơ dễ bay hơi bao gồm các hydrocacbon, ancol, andehit, xeton, axit cacboxylic, ete và este. Các nhóm chính trong tinh dầu là terpenoid và các monoterpenoid (phân tử có 10 nguyên tử cacbon). Những monoterpenoid có thể là
mạch hở, đơn vòng hoặc bicyclic. Hợp phần chính trong tinh dầu Bạch đàn là
1,3,3 – trimethyl – 2 – oxa - bicyclo[2.2.2]octane, hay có tên thơng thƣờng là 1,8 - Cineole. 1,8 - Cineole và đồng phân 1,4 - Cineole là các phân tử bất đối xứng.
Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo của 1,8 - Cineole và 1,4 - Cineole
Thành phần tinh dầu trong lá Bạch đàn chiếm khoảng 5% theo khối lƣợng (đối với lá Bạch đàn tƣơi). Thành phần 1,8 – Cineole trong tinh dầu có sự khác nhau về hàm lƣợng, tùy thuộc vào đặc tính của từng lồi mà hàm lƣợng này sẽ dao động trong khoảng 80 – 90% theo khối lƣợng tinh dầu tổng. Hàm lƣợng tinh dầu này cũng có thể khác nhau do ảnh hƣởng bởi các điều kiện nhƣ giống, khả năng sinh trƣởng của lá, thời tiết và thời gian thu hoạch. Trong số các tinh dầu, tinh dầu Bạch đàn có nhiều hữu ích do chúng dễ dàng chiết tách để sử dụng thƣơng mại (giá trị công nghiệp) và triển khai trên quy mơ lớn với các đặc tính có giá trị mong muốn. Theo truyền thống, tinh dầu Bạch đàn đƣợc sử dụng trong các công thức dƣợc phẩm, mỹ phẩm và cho mục đích làm sạch hộ gia đình. Tinh dầu Bạch đàn dùng để bào chế các chế phẩm dƣợc yêu cầu phải chứa ít nhất 70% 1,8 - Cineole. Các dƣợc phẩm chứa tinh dầu Bạch đàn đƣợc sử dụng để trị ho, cảm lạnh, làm giảm các cơn đau cơ bắp, chống nhiễm trùng da trong y học, nhƣ một dung mơi, chất làm kín ống tủy nha khoa. Ngồi ra cịn có ứng dụng tạo mùi thơm trong xà phòng, chất tẩy rửa, nƣớc hoa, tạo hƣơng vị. Nó cũng đã đƣợc sử dụng nhƣ một chất nổi trong ngành khai thác mỏ. Hoạt tính trừ cơn trùng của tinh dầu Bạch đàn do các thành phần nhƣ
1,8-Cineole, Citronellal, Citronellol, Citronellyl acetate, p-cymene, Eucamalol, limonene, Linalool, -pinene, -terpinene, -terpineol, Alloocimene và
Aromadendrene [19]. Một số hợp chất chính trong tinh dầu Bạch đàn có khả năng
diệt trừ côn trùng khi tách chiết từ các loại Bạchđàn khác nhau (bảng 1.3).
Bảng 1.2. Thành phần chính của tinh dầu tách chiết từ một số loài Bạch đàn
STT Loài bạch đàn Thành phần chính Tác giả
1 E. camaldulensis Eucamalol Watanabe và cộng sự, 1993
2 E. citriodora Citronella Ramezani và cộng sự, 2002
3 E. globulus 1,8-Cineole Yang etal, 2004
4 E. grandis α-Pinene, 1,8-cineole Lucia etal, 2007
5 E. robusta α-Pinene Sartorelli và cộng sự, 2007
6 E. urophylla γ-Terpin Su và cộng sự, 2006
7 E. urophylla Alloocimene,α-pinene Liu etal, 2008
Tinh dầu Bạch đàn có hoạt tính nhƣ một loại thuốc trừ cơn trùng tự nhiên để chống lại muỗi và các loài chân đốt gây hại hoặc một vài loài động vật ăn cỏ. Tinh dầu của loài Bạch đàn xanh (E.globulus) với hợp chất chính là 1,8 - Cineole [47] có tính độc chống lại chấy hại da đầu Pediculus humanus capitis. Hoạt tính trừ chấy
rận của tinh dầu Bạch đàn tốt hơn cả delta - phenothrin hoặc pyrethrum. Giá trị
LT50 của tinh dầu Bạch đàn là 0,125 mg/cm2, trong khi đó của delta-phenothrin là
0,25 mg/cm2 [19].
Có nhiều báo cáo [13] đã chỉ ra khả năng bảo vệ các hạt ngũ cốc bị xâm nhập khi lƣu trữ bởi các lồi cơn trùng. Trên thực tế ngƣời dân sống ở các đảo xa bờ, khi vận chuyển hay lƣu trữ các hạt ngũ cốc ngƣời ta thƣờng rải các lớp lá bạch đàn trên, dƣới và xung quanh để bảo vệ hạt ngũ cốc khỏi các loài mọt, bọ. Thành phần 1,8 - Cineole trong tinh dầu lồi Ocimum kenyense đƣợc tìm thấy ở vùng cao Kenya và phía bắc Tanzania có độc tính cao với bọ cánh cứng (prostephenus truncates), mọt thóc (Sitophilus granaries), mọt hại ngô (S. zeamais), mọt đỏ (Tribolium
castaneum), chúng bị diệt chết 100% với 0,5 µL 1,8 - Cineole trên 1 kg hạt sau 24
giờ. 1,8 - Cineole cũng ức chế hoàn toàn sự phát triển của trứng, ấu trùng, nhộng của mọt thóc (Sitophilus granaries) và mọt ngô (S. zeamais). Tại liều lƣợng cao 1,8 - Cineole gợi lên một sự diệt trừ mạnh mẽ đối với mọt thóc (Sitophilus granaries)
và mọt ngơ (S. zeamais) nhƣng chỉ ở mức độ trung bình đối với mọt đỏ và bọ cánh cứng (prostephenus truncates). Khi 1,8 - Cineole chiếm 0,5% khối lƣợng trong chế độ ăn của ấu trùng mọt đỏ (Tribolium castaneum) ở giai đoạn đầu thì tỷ lệ chết là 100% sau 8 ngày. Hoạt tính ức chế mọt ngô bị giảm khi khơng có 1,8 - Cineole trong hỗn hợp. Loài bọ cánh cứng Acanthoscelides obtectus, một loài bọ cánh cứng ăn và sống ở nơi bảo quản các loại đậu, khi tiếp xúc với hơi của tinh dầu bạch đàn sẽ bị diệt và giảm mạnh khả năng sinh sản, giảm tỷ lệ nở của trứng, tỷ lệ chết của ấu trùng con [40].
Khi nghiên cứu trên các con ong mật tây [13], hợp chất chứa 1,8 - Cineole diệt đƣợc 96,7% loại chí lớn (Varroa jacobsonii), 1,8 - Cineole cũng có hoạt tính chống lại lồi mạt bụi nhà, nhện cám hay rệp Tyrophagus putrescentiae, tinh dầu Bạch đàn cho hiệu quả tốt nhất khi tiêu diệt 100% ở nồng độ thử nghiệm đối với các loài bét ký sinh trên gia súc.
1,8 - Cineole ức chế hoàn toàn sự nảy mầm của ngơ, lúa mì, cỏ linh lăng, cỏ trâu (crabgrass) và rơm rạ, còn đối với đồng phân cấu trúc tự nhiên của 1,8 - Cineole là 1,4 - Cineole ức chế hồn tồn sự nảy mầm của lúa mì, cỏ trâu, rơm rạ. Khi so sánh hiệu quả của cả hai chất thì cho thấy 1,4 - Cineole ức chế nghiêm trọng sự phát triển của rễ và chồi cịn 1,8 - Cineole thì ức chế sự phát triển của rễ, giảm tỷ lệ nảy mầm của hạt, dữ liệu phân bào chỉ ra rằng 1,8 - Cineole ức chế ở tất cả các giai đoạn của quá trình nguyên phân trong khi đó 1,4 - Cineole chỉ ức chế giai đoạn phân bào [19]. Từ đấy cho thấy tiềm năng ứng dụng của tinh dầu Bạch đàn là một hợp phần diệt trừ cỏ dại thân thiện với môi trƣờng.
Mặc dù cơ chế hoạt động diệt côn trùng của 1,8 - Cineole vẫn chƣa đƣợc xác định rõ ràng nhƣng có thể giải thích một cách có thể chấp nhận đƣợc là do ức chế enzyme acetylcholinesterase, con đƣờng xâm nhập vào cơ thể của côn trùng chủ
yếu là qua đƣờng hơ hấp. Các hóa chất chiết xuất từ thực vật chẳng hạn nhƣ tinh dầu Bạch đàn chứa 1,8 - Cineole, cung cấp một nguồn hóa chất tự nhiên có hoạt tính sinh học đối với cây trồng, sâu bệnh và các vi khuẩn. Các hợp chất này có thể là hợp phần trong thuốc diệt cỏ dại hiệu quả, kiểm sốt dịch hại từ cơn trùng, giảm
thiểu đƣợc sự truyền nhiễm của các vi khuẩn mà không gây ô nhiễm tới môi trƣờng thiên nhiên. Nhƣng các hợp chất 1,8 - Cineole hay 1,4 - Cineole có trong tinh dầu Bạch đàn đều rất biến động, nên để sử dụng thì phải giảm biến động đó. Do đó thế hệ mới của thuốc trừ sâu tự nhiên trong tƣơng lai có thể sẽ thay thế loại thuốc trừ sâu tổng hợp để xua đuổi côn trùng gây hại, ngăn không cho chúng xâm nhập vào các hạt ngũ cốc đƣợc lƣu trữ mà không gây ảnh hƣởng và độc hại tới ngƣời sử dụng bởi các chất bảo quản.
1.4.3.2. Dịch chiết từ bã hạt Jatropha
Cây Jatropha curcas L, thuộc chi Jatropha, họ thầu dầu. Chi Jatropha có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, ghép từ hai chữ Iatrós (bác sĩ) và trophé (thức ăn), ám chỉ công dụng làm thuốc của cây này. Curcas là tên gọi thông thƣờng của cây physicnut ở Malabar, Ấn Độ. Tên thông dụng ở các nƣớc hiện nay là Jatropha, ở Việt Nam gọi là cây cọc dậu,.... Jatropha là một loài cây có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico (nơi duy nhất có hóa thạch của cây này) và Trung Mỹ, đƣợc ngƣời Bồ Đào Nha đƣa qua Cape Verde, rồi lan truyền sang Châu Phi, Châu Á, sau đó đƣợc trồng ở nhiều nƣớc, trở thành cây bản địa ở khắp các nƣớc nhiệt đới, cận nhiệt đới trên toàn thế giới.
Từ năm 1991, Giáo sƣ ngƣời Đức là Klause Becker của Trƣờng Đại học Stuttgart đã nhận đơn đặt hàng của Tập đoàn Daimler Chrysler hợp tác với một hãng tƣ vấn của Áo tiến hành nghiên cứu cây Jatropha ở Nicaragua, để làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học, từ đó dấy lên cơn sốt Jatropha trên phạm vi toàn cầu [5]. Jatropha vốn dĩ là một cây dại, bán hoang dại mà ngƣời dân các nƣớc trồng chỉ để làm bờ rào và làm thuốc, nhƣng với những phát hiện mới của khoa học, đã cho thấy Jatropha có tiềm lực giá trị cực kỳ to lớn, đƣợc đánh giá rất cao, thậm chí đã có những lời ca ngợi có phần quá đáng, nhƣng dù sao Jatropha vẫn là một loại cây hết sức quý giá mà loài ngƣời phải quan tâm khai thác tốt những giá trị sinh học của cây này. Sau khi ép dầu, bã khơ dầu có hàm lƣợng Nitơ (4,14-4,78%), P2O5 (0,5 - 0,66%), CaO (0,60-0,65%), MgO (0,17-0,21%) đƣợc sử dụng làm phân hữu cơ rất
tốt để bón cho các loại cây trồng, đặc biệt vùng sản xuất nơng nghiệp hữu cơ, nơng nghiệp sạch, vừa góp phần sản xuất sản phẩm sạch, vừa nâng cao độ phì của đất.
Hạt của cây Jatropha chứa một số thành phần độc hại (Phorbol este trong hạt Jatropha), có thể đƣợc sử dụng nhƣ thuốc trừ sâu sinh học [24]. Dịch chiết lấy ra từ hạt có hiệu quả chống lại các mối Odontotermes obesus (Rambur). Các Phorbol este của Jatropha cũng cho thấy là có hiệu quả chống lại các mối. Tỷ lệ tử vong 100% đã đạt đƣợc trong 6 h với dịch chiết Jatropha và trong 12 giờ với hợp chất Phorbol ester [24].
Các kiểu gen của Jatropha là S.zeamais và R.dominica đều có tác dụng độc hại