Đề tài Chất kháng khuẩn thực vật

Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 1 Mục lục Chương 1: Khái niệm chung ............................................................................................................. 4 1.1 Khái niệm .............................................................................................................................. 4 1.2. Cơ chế kháng khuẩn ............................................................................................................ 4 Chương 2: Những hợp chất kháng khuẩn thực vật ....................................................................... 4 2.1. Alkaloids ................................................................................................................................ 4 2.1.1. Khái niệm về alkaloid .................................................................................................. 4 2.1.2. Phân loại ........................................................................................................................ 7 2.1.3. Danh pháp ..................................................................................................................... 7 2.1.4. Phân bố trong thiên nhiên ........................................................................................... 8 2.1.5. Tính chất ........................................................................................................................ 9 2.1.6. Một số alkaloid có tính kháng khuẩn ...................................................................... 11 2.2. Terpenoids và 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 của tinh dầu trong ngành công nghệ thực phẩm ................................ 21 2.3. Phenol đơn và acid phenolic ............................................................................................. 21 2.4. Các hợp chất khác .............................................................................................................. 30 Chương 3: Ứng dụng ........................................................................................................................ 39 3.1. Actiso .................................................................................................................................... 44 3.2. Quế ....................................................................................................................................... 46 3.3. Nhân sâm ............................................................................................................................. 49 Tài liệu tham khảo ............................................................................................................................ 52 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 2 Danh mục bảng Bảng 1Bảng 3.1: Các loại thực vật chứa chất kháng khuẩn ............................................................. 39 Danh mục hình Hình 1Hình 2.1: Samandarin .............................................................................................................. 5 Hình 2Hình 2.2: Samanin .................................................................................................................... 5 Hình 3Hình 2.3: Serotonin .................................................................................................................. 6 Hình 4Hình 2.4: Bufotenin.................................................................................................................. 6 Hình 5Hình 2.5: Bufotenidin .............................................................................................................. 6 Hình 7Hình 2.6:Dehydrobufotenin ..................................................................................................... 6 Hình 8Hình 2.7: Batrachotoxin ........................................................................................................... 6 Hình 9Hình 2.8: Sephedrin ................................................................................................................. 7 Hình 11Hình 2.9: Solamargine ........................................................................................................... 11 Hình 12Hình 2.10: Cây hoàng đằng, hoàng bá, hoàng liên .............................................................. 12 Hình 13Hình 2.11: Cây hoàng liên gai .............................................................................................. 13 Hình 14Hình 2.12: Berberine ............................................................................................................. 13 Hình 15Hình 2.13: Artemisinin .......................................................................................................... 19 Hình 16Hình 2.14: Cây thanh hao...................................................................................................... 19 Hình 17Hình 2.15: Capsaicin ............................................................................................................. 20 Hình 18Hình 2.16: Quả ớt .................................................................................................................. 20 Hình 19Hình 2.17: Cinnamic acid .................................................................................................... 22 Hình 20Hình 2.18: Caffeic acid ......................................................................................................... 22 Hình 21Hình 2.19: Cây ngải giấm ..................................................................................................... 22 Hình 22Hình 2.20: Cỏ xạ hương ........................................................................................................ 22 Hình 23Hình 2.21: Catechol ............................................................................................................... 23 Hình 24Hình 2.22: Pyrogallol ............................................................................................................ 23 Hình 25Hình 2.23: Cây đinh hương ................................................................................................... 23 Hình 26Hình 2.24: Eugenol ................................................................................................................ 23 Hình 27Hình 2.25: Quinone ............................................................................................................... 24 Hình 28Hình 2.26: Anthraquinone ..................................................................................................... 24 Hình 29Hình 2.27: Hypericin ............................................................................................................. 24 Hình 30Hình 2.28: Catechin ............................................................................................................... 26 Hình 31Hình 2.29: Trà xanh ............................................................................................................... 26 Hình 32Hình 2.30: Glycyrrhizin ........................................................................................................ 26 Hình 33Hình 2.31: Chrysin ................................................................................................................ 26 Hình 34Hình 2.32: Quercetin ............................................................................................................. 26 Hình 35Hình 2.33: Naringin ............................................................................................................... 26 Hình 36Hình 2.34: Hesperetin ............................................................................................................ 27 Hình 37Hình 2.35: Phloretin .............................................................................................................. 27 Hình 38Hình 2.36: Galangin .............................................................................................................. 27 Hình 39Hình 2.37: Coumarine ........................................................................................................... 27 Hình 40Hình 2.38: Warfarin ............................................................................................................... 28 Hình 41Hình 2.39: Novobiocin .......................................................................................................... 28 Hình 42Hình 2.40: Các cấu trúc của peptide kháng khuẩn .............................................................. 30 Hình 43Hình 2.41: Cây húng chanh................................................................................................... 31 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 3 Hình 44Hình 2.42: Dừa cạn ................................................................................................................ 31 Hình 45Hình 2.43: Rau dền ................................................................................................................ 31 Hình 46Hình 2.44: Cây bạch đậu khấu và hạt ................................................................................... 32 Hình 47Hình 2.45: 4 dẫn chất methylglucosid .................................................................................. 36 Hình 48Hình 2.46: Puerarin................................................................................................................ 37 Hình 49Hình 2.47: Barbaloin ............................................................................................................. 37 Hình 50 Hình 3.1: Hoa và cây actiso ................................................................................................... 44 Hình 51Hình 3.2: Các sản phẩm từ actiso ......................................................................................... 46 Hình 52Hình 3.3: Cây quế .................................................................................................................. 47 Hình 53Hình 3.4: Sản phẩm từ tinh dầu quế ..................................................................................... 49 Hình 54Hình 3.5: Hồng sâm ............................................................................................................... 49 Hình 55Hình 3.6: Bạch sâm ............................................................................................................... 50 Hình 56Hình 3.7: Phần aglycon của saponin thuộc nhóm dammaran. ............................................ 50 Hình 57Hình 3.8: Sản phẩm từ nhân sâm .......................................................................................... 51 Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 4 Chương 1: Khái niệm chung 1.1 Khái niệm  Kháng khuẩn thực vật là tên gọi chung chỉ các hợp chất hữu cơ có trong thực vật có tác dụng tiêu diệt hay kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật. Các chất kháng khuẩn thường có tác dụng đặc hiệu lên các loài vi sinh vật khác nhau ở một nồng độ thường rất nhỏ.  Những tính chất này có thể thuộc nhiều cấu trúc hóa học khác nhau như alkaloid, tannin, flavonoid, tinh dầu… 1.2. Cơ chế kháng khuẩn  Ức chế quá trình tổng hợp vách của vi khuẩn (vỏ) của vi khuẩn. Gồm có penicillin, bacitracin, vancomycin. Do tác động lên quá trình tổng hợp vách nên làm cho vi khuẩn dễ bị các đại thực bào phá vỡ do thay đổi áp suất thẩm thấu.  Ức chế chức năng của màng tế bào. Gồm có: colistin, polymycin, gentamicin, amphoterricin. Cơ chế làm mất chức năng của màng làm cho các phân tử có khối lượng lớn và các ion bị thoát ra ngoài.  Ức chế quá trình sinh tổng hợp protein: o Nhóm aminoglycosid gắn với receptor trên tiểu phân 30S của ribosome làm cho quá trình dịch mã không chính xác. o Nhóm chloramphenicol gắn với tiểu phân 50S của ribosome ức chế enzyme peptidyltransferase ngăn cản việc gắn các acid amin mới vào chuỗi polypeptide. o Nhóm macrolides và lincoxinamid gắn với tiểu phân 50S của ribosome làm ngăn cản quá trình dịch mã các acid amin đầu tiên của chuỗi polypeptide.  Ức chế quá trình tổng hợp acid nucleic: o Nhóm refampin gắn với enzyme RNA polymerase ngăn cản quá trình sao mã tạo thành mRNA (RNA thông tin). o Nhóm quinolone ức chế tác dụng của enzyme DNA gyrase làm cho hai mạch đơn của DNA không thể duỗi xoắn làm ngăn cản quá trình nhân đôi của DNA. o Nhóm sulfamide có cấu trúc giống PABA (p aminobenzoic acid) có tác dụng cạnh tranh PABA và ngăn cản quá trình tổng hợp acid nucleotid. o Nhóm trimethoprim tác động vào enzyme xúc tác cho quá trình tạo nhân purin làm ức chế quá trình tạo acid nucleic. Chương 2: Những hợp chất kháng khuẩn thực vật 2.1. Alkaloids 2.1.1. Khái niệm về alkaloid Alcaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng, có phản ứng kiềm, thường gặp trong thực vật và đôi khi trong động vật, thường có dược lực tính mạnh và cho phản ứng hóa học với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alcaloid. Alkaloid là amin nguồn gốc tự nhiên do thực vật tạo ra, nhưng các amin do động vật và nấm tạo ra cũng được gọi là các ancaloit. Nhiều ancaloit có các tác động dược lý học đối với con người và Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 5 OHHN O OHHN các động vật khác. Tên gọi của ancaloit trong một số ngôn ngữ phương Tây có lẽ có nguồn gốc từ alkali/ancali (kiềm); và ban đầu thuật ngữ này được sử dụng để miêu tả bất kỳ một bazơ hữu cơ nào có chứa nitơ. Các ancaloit thông thường là các dẫn xuất của các axít amin và phần nhiều trong số chúng có vị đắng. Chúng được tìm thấy như là các chất chuyển hóa phụ trong thực vật (ví dụ khoai tây hay cà chua), động vật (ví dụ các loại tôm, cua, ốc, hến) và nấm. Nhiều ancaloit có thể được tinh chế từ các dịch chiết thô bằng phương pháp chiết axít-bazơ. Đã từ lâu các nhà khoa học tìm thấy trong cây các hợp chất tự nhiên, những hợp chất này thường là những acid hoặc những chất trung tính. Đến năm 1806 một dược sĩ là Friedrich Wilhelm Sertuner phân lập được một chất từ nhựa thuốc phiên có tính kiềm và gây ngủ mạnh đã đặt tên là morphin. Năm 1810 Gomes chiết được chất kết tinh từ vỏ cây Canhkia và đặt tên là “Cinchonino”, sau đó P.J. Pelletier và J.B. Caventou lại chiết được hai chất có tính kiềm từ hạt một loài Strychnos đặt tên là strychninvà brucin. Đến năm 1819 một dược sĩ là Wilhelm Meissner đề nghị xếp các chất có tính kiềm lấy từ thực vật ra thành một nhóm riêng và ông để nghị gọi tên là alkaloid do đó người ta ghi nhận Meissner là người đầu tiên đưa ra khái niệm về alkaloid và có định nghĩa: Alcaloid là những hợp chất hữu cơ, có chứa nitơ, có phản ứng kiềm và lấy từ thực vật ra. Sau này người ta đã tìm thấy alcaloid không những có trong thực vật mà còn có trong động vật như: Samandarin, samanin lấy từ tuyến da con Salamandra maculosa và S.altra. Hình 1Hình 2.1: Samandarin Hình 2Hình 2.2: Samanin Bufotenin, serotonin, bufltenidin, dehydrobufotenin là những chất độc lấy từ các loài cóc Bufo, batrachotoxin trong tuyến da loài ếch độc Phyllobates aurotaenia. Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 6 2 N H HO NH 3 3H C CH N N H HO 3CH 3CH 3CH N N H O (+) 3H C 3H C N N O H N3H C O 3CH N O HO O HO 3CH O Hình 3Hình 2.3: Serotonin Hình 4Hình 2.4: Bufotenin Hình 5Hình 2.5: Bufotenidin Hình 6 Hình 7Hình 2.6:Dehydrobufotenin Hình 8Hình 2.7: Batrachotoxin Ngoài tính kiềm, alkaloid còn có những đặc tính khác như có hoạt tính sinh học mạnh, có tác dụng với một số thuốc thử gọi là thuốc thử chung của alkaloid… Sau này Pôlônôpski đã định nghĩa: “Alcaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng, có phản ứng kiềm, thường gặp trong thực vật và đôi khi trong động vật, thường có dược lực tính mạnh và cho những phản ứng hóa học với một số thuốc thử chung của alkaloid”. Tuy nhiên cũng có một số chất được xếp vào alkaloid nhưng nitơ không ở dị vòng mà ở mạch nhánh như: Ephedrin trong ma hoàng (Ephedra sinica Staf.), capsaicin trong ớt (Capsicum Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 7 2R R1 OH N 3CHCHCH annuum L.), hordenin trong mầm mạch nha (Hordenum sativum Jess.), colchicin trong hạt cây tỏi độc (Colchicum autumnale L.); một số alkaloid không có phản ứng kiềm như colchicin lấy từ hạt tỏi độc ricinin lấy từ hạt thầu dầu (Ricinus communis L.), theobromin trong hạt cây cacao (Theobroma cacao L.) và có alkaloid có phản ứng acid yếu như arecaidin và guvacin trong hạt cau (Arca catechu L.). 2.1.2. Phân loại Các nhóm ancaloit hiện nay bao gồm: - Nhóm pyridin: piperin, coniin, trigonellin, arecaidin, guvacin, pilocarpin, cytisin, nicotin, spartein, pelletierin. - Nhóm isoquinolin: Các ancaloit gốc thuốc phiện như 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 như ergin, ergotamin, axít lysergic v.v o Các beta-cacbolin: harmin, harmalin, yohimbin, reserpin, emetin - Nhóm purin: Các xanthin như caffein, theobromin, theophyllin 2.1.3. Danh pháp Các alkaloid trong dược liệu thường có cấu tạo phức tạp nên người ta không gọi tên theo danh pháp hóa học mà thường gọi chúng theo một tên riêng. Tên của alkaloid luôn luôn có đuôi in và xuất phát từ: o Tên chỉ hoặc tên laoì của cây + in. Ví dụ: Papaverin từ Papaver somniferum; palmatin từ Fatrorrhiza; cocain từ Erythroxylum coca. o Đôi khi dựa vào tác dụng của alkaloid đó. Ví dụ như Emetin do từ tos có nghĩa là gây nôn, morphin do từ Morpheus. o Có thể từ tên người + in. Ví dụ như: Pelletierin do tên Pelletier. Nicotin do tên J. Nicot. Những alkaloid phụ tìm ra sau thường được gọi tên bằng cách thêm tiếp đầu ngữ hoặc biến đổi vị ngữ của alkaloid chính (biến đổi in thành –idin, -anin, -alin…) o Tiếp đầu ngữ nor diễn tả một chất mất một nhóm metyl. Ví dụ: Ephedrin (C10H15ON) norephedrin (C9H13ON). Hình 9Hình 2.8: Sephedrin Báo cáo công nghệ & chế biến rau trái Chất kháng khuẩn thực vật Trang 8 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 trong thiên nhiên Alcaloid có phổ biến trong thực vật, ngày nay đã biết khoảng trên 6000 alcaloid từ hơn 5000 loài, hầu hết lở thực vật bậc cao chiếm khoảng 15 – 20% tổng số các loài cây, tập trung ở một 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)