Phương pháp vi sóng có đặc điểm: vi sóng (micro – onde, microwave) là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng. Sóng điện từ này được đặc trưng bởi:
− Tần số f, tính bằng Hertz (Hz = cycles/s ), là chu kỳ của trường điện từ trong một giây, nằm giữa 300 Hz và 30 GHz
− Vận tốc c là 300.000 km/giây.
− Độ dài sóng 𝜆 (cm) là đoạn đường đi của vi sóng trong một chu kỳ, liên hệ với tần số theo công thức 𝜆 = c/f.
− Hầu hết các lị vi sóng gia dụng đều sử dụng tần số 2450 MHz, ở tần số này 𝜆 = 12,24 cm.
Một số phân tử, thí dụ như nước, phân chia điện tích trong phân tử một cách bất đối xứng. Như vậy các phân tử này là những lưỡng cực có tính định hướng trong nhiều điện trường. Dưới tác dụng của điện trường một chiều, các phân tử lưỡng cực có khuynh sắp xếp theo chiều điện trường này. Nếu điện trường là một điện trường xoay chiều, sự định hướng của các lưỡng cực sẽ thay đổi theo chiều xoay đó. Cơ sơ của hiện tượng phát hiện do vi sóng là sự tương tác giữa điện trường và các phân tử phân cực bên trong vật
chất. Trong điện trường xoay chiều có tần số rất cao 2,45 x 109 Hz, điện trường này sẽ gây ra một sự xáo động ma sát rất lớn giữa các phân tử, đó chính là nguồn gốc sự nóng lên của vật chất.
Với một cơ cấu có bất đối xưng cao, phân tử nước có độ phân cực rất lớn, do đó nước là một chất rất lý tưởng để đun nóng bằng vi sóng. Ngồi ra, các nhóm định chức phân cực như: - OH, - COOH, - NH2,... trong các hợp chất hữa cơ cũng là những nhóm chịu sự tác động mạnh của trường điện từ.
Do đó, những hợp chất càng phân cực càng rất mau nóng dưới sự chiếu xạ của vi sóng. Việc này liên quan đến hằng số điện mơi của hợp chất đó. Tóm lại, sự đun nóng bởi vi sóng rất chọn lọc, trực tiếp và nhanh chóng (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
g) Phương pháp sinh học
Phương pháp này được ứng dụng cho các nguồn nguyên liệu có tinh dầu ở trạng thái kết hợp (glucosid). Để phân lập tinh dầu, người ta phải sử lí bằng cách lên men hoặc dùng enzyme, sau đó kết hợp với chưng cất hay trích ly để thu tinh dầu giống như các loại vật liệu chứa hợp chất thơm khác (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007).
h) Phương pháp siêu âm
Siêu âm là âm thanh có tần số nằm ngồi ngưỡng nghe của con người (16 – 18 KHz). Về mặt thực hành, siêu âm đươc chia làm hai vùng:
Vùng có tần số cao (5 – 10 MHz), ứng dụng trong y học để chuẩn đốn bệnh. Vùng có tần số thấp hơn (20 – 100 KHz), ứng dụng trong các ngành khác, (kích hoạt phản ứng hóa học, hàn chất dẻo, tẩy rửa,...) dự trên khả năng cung cấp năng lượng của siêu âm.
Siêu âm cung cấp năng lượng thông qua hiện tượng tạo và vỡ “bọt”
(khoảng cách liên phân tử). Trong mơi trường chất lỏng, bọt có thể hình thành trong nửa chu kỳ đầu sẽ vỡ trong nữa chu kỳ sau, giải phóng một năng lượng rất lớn. Năng lượng này có thể sử dụng tẩy rửa các chất bẩn ngay trong vị trí khơng thể tẩy rửa bằng các phương pháp thông thường, khoan cắt những chi tiết tinh vi, hoạt hóa nhiều loại phản ứng hóa học, làm chảy và hịa tan lẫn vào nhau trong việc chế tạo những sản phẩm bằng nhựa nhiệt dẻo,...
Trong lĩnh vực hợp chất thiên nhiên, siêu âm chủ yếu sử dụng để hỗ trợ cho phương pháp tẩm tích giúp thu ngắn thời gian lý trích. Trong một số trường hợp phương pháp siêu âm cho hiệu suất cao hơn phương pháp khuấy từ. Trong trường hợp tinh dầu vì sự ly trích bằng siêu âm được thực hiện ở nhiệt độ phòng nên sản phẩm ln có mùi thơm tự nhiên. Các thiết bị siêu âm hiện nay chủ bao gồm hai dạng là bồn siêu âm (40 KHz) và thanh siêu âm (20 KHz) .
1.2. Giới thiệu về phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Phương pháp này dựa trên sự khuếch tán, thẩm thấu, hịa tan và lơi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường hợp mơ thực vật có chứa sáp, nhựa, acid béo chi phương dây dài thì phải dùng nhiều hơi nước hơn và sự chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn (Phùng Thị Ái Hữu, 2013).
1.2.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Phương pháp chưng cất lôi cuốn tinh dầu bằng hơi nước được dựa trên nguyên lý của quá trình chưng cất một hỗn hợp không tan lẫn vào nhau là nước và tinh dầu. Khi hỗn hợp này được gia nhiệt, cả hai chất đều bay hơi. Nếu áp suất của hơi nước cộng với áp suất của tinh dầu bằng với áp suất mơi trường thì hỗn hợp sơi và tinh dầu được lấy ra cùng với hơi nước (Phùng Thị Ái Hữu, 2012).
− Chưng cất lôi cuốn hơi nước trực tiếp
Nguyên liệu và nước được cho vào cùng một thiết bị, đun sôi, hơi nước bay ra sẽ lơi cuốn theo hơi tinh dầu, sau đó làm lạnh ngưng tụ hơi, ta sẽ thu được tinh dầu sau khi phân ly tách nước ra. Thiết bị sử dụng tương đối đơn giản, rẻ tiền, phù hợp với sản xuất nhỏ ở địa phương, nhất là ở những nơi mới bắt đầu khai thác tinh dầu, bước đầu chưa có điều kiện đầu tư vào sản xuất.
− Chất lương tinh dầu sản phẩm không cao.
+ Nguyên liệu dễ bị cháy khét, do bị thiếu nước, bị dính vào thành thiết bị. + Khó điều chỉnh các thơng số kỹ thuật (nhiệt độ, áp suất), thời gian chưng cất
kéo dài.
+ Tiêu tốn nhiều năng lượng.
Hình 1.4. Cấu tạo hệ thống chưng cất lơi cuốn hơi nước
− Chưng cất lôi cuốn hơi nước gián tiếp
Phương pháp chưng cất gián tiếp sử dụng nồi bốc hơi nước riêng hoặc sử dụng chung hệ thống hơi nước từ một lò hơi chung cho các thiết bị khác nhau.
Do bộ phận chưng cất không bị gia nhiệt trực tiếp nên phương pháp khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê khét, màu sắc và phẩm chất của tinh dầu thu được tốt hơn.
Do hơi nước cấp từ bên ngoài nên dễ dàng khống chế và điều chỉnh các yếu tố như lưu lượng, áp suất cho phù hợp với từng loại nguyên liệu, giúp nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng tinh dầu thu được (Phùng Thị Ái Hữu, 2012).
1.2.2. Một số nhóm hợp chất alkaloid ở thực vật
Morphin là alkaloid chủ yếu trong nhựa của cây anh túc còn xanh (Papaver
somniferum). Morphine tinh sạch được thu được lần đầu vào năm 1806 và xác định cấu
trúc hóa học vào năm 1927.
Morphine có tác dụng lên hệ thần kinh trung ương, gây nghiện . Morphine có khả năng giảm đau, tạo cảm giác lâng lâng dễ chịu. Hiện nay rất nhiều hợp chất tổng hợp giống morphine nhưng ít độc hơn được sử dụng trong y tế như linol, lerit hay phenazone,…
Hình 1.5. Cơng thức cấu tạo của morphine
− Quinine
Từ rất lâu, quinine đã được sử dụng làm thuốc trị sốt rét. Quinine có trong cây
Cinchona officinalis có nguồn gốc từ Peru, Bolivia. Cấu trúc hóa học của quinine được
xác định vào năm 1907 và tổng hợp hóa học từ năm 1945. Quinine ức chế quá trình sao chép DNA và phiên mã tạo RNA của tác nhân gây sốt rét.
− Glucoalkoloid
Đại diện là latisolin hoạt chất trích ly từ cây Trinh nữ hoàng cung (Crinum latifolium) thuộc họ Amaryllidaceae. Vào năm 1986, Ghosal công bố tách được một số
dẫn xuất alkaloid từ cây Trinh nữ hồng cung có khả năng chống ung thư. Nhiều nghiên cứu về sinh học phân tử từ cây Trinh nữ hoàng cung và trong họ Amaryllidaceae đã chứng minh rằng các alkaloid trong họ này có khả năng chống ung bứu, chống vi khuẩn và kích thích miễn dịch.
− Nhóm glucoside
Glycoside là một phân tử đường liên kết với một nhóm chức bằng liên kết glycosidic. Trong cơ thể sống glycoside đóng rất nhiều vai trị quan trọng như dự trữ năng lương, cấu trúc tạo hình (cellulose,…), bảo vệ (mucopolysaccharide,…), chống tạo thể cetone gây độc cho cơ thể, đồng thời rất nhiều glycose từ thực vật được sử dụng làm thuốc (Marco, 2007).
Glycoside thường ở dạng rắn, kết tinh một số ít ở dạng lỏng hoặc vơ định hình. Các hợp chất glycoside thường không màu, tan trong nước và cồn, ít hoặc khơng tan trong dung mơi hữu cơ như ether hoặc chloroform.
Phân loại
Nhóm glycoside thường được phân loại theo tính chất hóa học của aglycone bao gồm các nhóm:
− Nhóm alcoholic glycoside: salicin. − Nhóm anthraquinone glycoside. − Nhóm coumarin glycoside: apterin.
− Nhóm chromone glycoside: benzo- gamma-pyrone.
− Nhóm cyanogenic glycoside: amygdalin, dhurrin, linamarin, lotaustralin và prunasin.
− Nhóm flavonoid glycoside: hesperidin, naringin, rutin, quercitrin. − Nhóm phenolic glycoside.
− Nhóm cardiac glycoside. − Nhóm steviol glycoside.
− Nhóm thioglycosides: sinigrin, sinalbin.
1.2.3. Một số nhóm hợp chất glycoside ở thực vật
− Tannin
Tannin là một polyphenol tan trong nước có trong cây Sồi. Gồm 2 nhóm chính là tannin tan và tannin phức không tan. Tannin tan trong nước là những dẫn xuất đơn của benzoic acid như gallic acid và hexahydroxydiphenic acid liên kết với đường đơn. Tannin phức là các đại phân tử tạo thành từ một số gốc hydroxyflavanol.
Tannin thường không gắn với vách tế bào như các phenol khác mà nằm ở không bào. Một trong những chức năng sinh học quan trọng nhất của tannin là làm chất xua đuồi dinh dưỡng (chất làm ngán ăn). Tannin có thể gây độc cho nấm mốc, nấm men và vi khuẩn.
− Saponin
Saponin là một glucoside tự nhiên thường gặp trong nhiều loài thực vật đặc biệt là nhân sâm. Saponin có một tính chất chung đó là khi bị hịa tan vào nước, saponin có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch, tạo nhiều bọt, có độc đối với động vật máu lạnh đặc biệt là đối với cá. Tạo phức với cholesterol, có vị hắc và làm hắc hơi mạnh. Một vài lồi động vật cũng có saponin như hải sâm, cá sao.
Ngày nay, saponin được cơng nhân là thành phần chính giúp tạo ra những công dụng của nhân sâm. Sâm càng nhiều saponin thì càng tốt, dựa trên tiêu chí đó để đánh giá chất lượng của các loại sâm. Saponin được chia làm 2 nhóm chính dựa trên cấu trúc
phần sapogenins là saponin trung tính dẫn xuất steroid và các saponin có tính acid chứa gốc triterpenoid.
Hình 1.7. Sơ đồ phân loại saponin (Nguyễn Tấn Thịnh, 2013)
− Flavonoid
Flavonoid là nhóm hợp chất thứ cấp gồm khoảng hơn 5000 chất có bộ khung cấu tạo C15 và thường được cải biến bằng cách gắn thêm các gốc (-OH) và (-OCH3). Thông thường flavonoid thường tồn tại ở dạng phức với glucose và acid hữu cơ. Trong số này có những nhóm chất phổ biến như flavonone và flavonol, authocyacin, roteno. Một số nhóm đại diện chính của flavonoid là isoflavone, flavanonem, flavonol và leucoanthocyanidin (Nguyễn Tiến Thắng, 2012).
Saponins
Saponin triterpenoid
Saponin triterpenoid
pentacyclic Saponin triterpenoid tetracyclic
Nhóm olean Nhóm ursan Nhóm lupan Nhóm hopan dammaran Nhóm Nhóm lanostan Nhóm cucurbitan Saponin steroid Nhóm spirostan Nhóm furostan Nhóm aminofurosta n Nhóm spirosolan Nhóm solanidan
Flavonoid chủ yếu tập trung ở các cây ngành hạt kín, lớp 2 lá mầm. Trong thực vật bậc cao flavonoid là nhóm sắc tố phổ biến nhất tạo màu cánh hoa từ da cam, đỏ đến xanh dương. Trong lớp 1 lá mầm chỉ có khoảng 10 họ được tìm thấy có chứa flavonoid. Ngồi ra hàm lượng của flavonoid còn phụ thuộc vào nơi mọc, cây mọc ở vùng nhiệt đới và núi cao thì có hàm lượng flavonoid cao hơn những nơi thiếu ánh sáng (Ngô Văn Thu, 2011).
1.2.4. Nhóm tinh dầu
Tinh dầu thường là một hỗn hợp gồm nhiều thành phần, có mùi thơm, khơng tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ, bay hơi ở nhiệt độ thường và có thể tách chiết từ thực vật bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước.
Thông thường tinh dầu đa số là chất lỏng chỉ có một số ít ở thể rắn như: menthol, borneol, vanilin, heliotropin. Khơng màu hoặc màu vàng nhạt và có thể sẫm màu vì oxi hóa.
Tinh dầu có mặt rộng rãi trong các họ cây như: họ Cúc (Asteraceae), họ Hoa Tán (Apiaceae), họ Hoa Môi (Lamiaceae), họ Long Nhãn (Lauraceae), họ Sim (Myrtaceae), họ Cam (Rutaceae) và họ Gừng (Zingiberaceae)
Tinh dầu được sử dụng như một vị thuốc, trong đông y tinh dầu được sử dụng để trị sán (Thymol), diệt ký sinh trùng sốt rét (Artermisinin) ngồi ra cịn chống viêm, làm lành vết thương, kháng khuẩn và diệt khuẩn,… (Ngô Văn Thu, 2011).
Phân loại
Thành phần hóa học và cấu tạo của tinh dầu khá phức tạp nhưng có thể chia thành 4 nhóm sau:
− Nhóm dẫn xuất monoterpene. − Nhóm dẫn xuất sesquiterpene.
− Nhóm dẫn xuất các dẫn xuất nhân thơm.
− Nhóm các hợp chất chứa nitrogen và lưu huỳnh.
Một số nhóm hợp chất tinh dầu ở thực vật
− Monoterpene
Monoterpene chủ yếu có mặt trong tinh dầu, có mùi thơm và thường được tách chi ết bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. một vài đại diện tiêu biểu của monoterpene là menthol, geraniol và citral được sử dụng rất rộng rãi trong y học, mỹ phẩm và thực phẩm.
− Sesquiterpene
Sesquiterpene có cấu tạo từ pharnesylpyrophosphate thường có mặt trong tinh dầu và nhựa thực vật. Một số loại serquiterpene là hormone ảnh hưởng đến quá trình lột xác của sâu bọ, chất thơm và chất gây ngán ăn ở thực vật.
Farnesol, abscisic acid và phaseic acid là một số hợp chất sesquiterpene thường thấy.
1.3. Giới thiệu về các chủng vi khuẩn gây bệnh
Một số loại vi khuẩn hay gặp là: Salmonella, Staphylococcus aureus, E.coli,
Bacillus cereus,...
1.3.1. Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus do Robert Koch phát hiện năm 1878, sau khi thực hiện
phân lập từ mủ ung nhọt.
Năm 1880, Louis Pasteur cũng đã thực hiện tiến hành phân lập và nghiên cứu về
Hình 1.8. Vi khuẩn Staphylococcus aureus dưới kính hiển vi
Staphylococcus aureus là vi khuẩn Gram dương, hình cầu đường kính 0,5 – 1,5
µm, có thể đứng riêng lẻ nhưng thường tạo từng chùm giống chùm nho, không di động, không sinh bào tử. Staphylococcus aureus thường cư trú trên da, niêm mạc, đường ruột các động vật máu nóng .
Staphylococcus aureus là vi khuẩn kỵ khí tùy nghi, phát triển dễ dàng trên môi
trường nuôi cấy thông thường. Phát triển được ở nhiệt độ 10 – 45°C, mọc tốt ở 37°C, pH thích hợp là 7,0 – 7,5.
Ở mơi trường canh thang thì sau 5 – 6 giờ làm đục mơi trường, sau 24 giờ thì làm đục rõ, để lâu có thể lắng cặn.
Ở mơi trường thạch, khuẩn lạc trịn lồi, bóng láng, đường kính khoảng 1 – 2 mm, có thể màu vàng đậm, màu vàng cam hoặc màu trắng.
Ở môi trường thạch máu, tụ cầu vàng phát triển nhanh, làm tan máu hoàn toàn. Tụ cầu vàng tiết ra năm loại dung huyết tố (hemolysin): α, β, γ, δ, ε.
Coagulase do S. aureus sinh ra có khả năng làm đơng huyết tương người và động vật khi đã được chống đông. Đây là tiêu chuẩn quan trọng nhất để phân biệt tụ cầu vàng với các tụ cầu khác. Coagulase có ở tất cả các tụ cầu vàng.
Coagulase có hai loại: một loại tiết ra mơi trường (coagulase tự do), một loại bám vào vách tế bào (coagulase cố định).
Staphylococcus aureus cho phản ứng catalase dương tính, lên men được nhiều loại đường như: mannitol, glucose, lactose, mannose, sucrose, levulose, manit.
Tụ cầu vàng có khả năng đề kháng với nhiệt độ và hóa chất cao hơn các vi khuẩn khơng sinh bào tử khác. Nó bị tiêu diệt ở 80°C trong 1 giờ, 100°C trong 1 – 2 phút, có thể sống ở mơi trường có nồng độ NaCl cao (15%), có thể tồn tại ngồi mơi trường khơ ráo 4 – 5 tháng.
Vi khuẩn tụ cầu vàng gây bệnh bằng cách gây tổn thương trực tiếp lên các cơ quan như:
- Da: nhọt da, áp xe, viêm mơ tế bào.
- Hơ hấp: viêm khí quản, viêm phổi hoại tử, áp xe phổi biến chứng tràn khí màng phổi, tràn khí trung thất, tràn khí dưới da, tràn mủ màng phổi
- Tim: viêm nội tâm mạc, tràn mủ màng tim. - Màng não: viêm màng não mủ.