Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa của tinh dầu húng quế (OCIMUM BASILICUM L)
Cá nhân: Nguyễn Hoàng Anh
LĨNH VỰC Y SINH, HóA SINHCá nhân: Nguyễn Hoàng Anh
LĨNH VỰC Y SINH, HóA SINHGiới thiệu sản phẩm:
Hiện nay không chỉ Việt Nam mà cả trên thế giới, con người có xu hướng “Trở về thiên nhiên”, nhu cầu về dược liệu, cũng như thuốc từ dược liệu tự nhiên từ thực vật ngày càng tăng. Khoa học đã khẳng định, các thuốc có nguồn gốc từ thảo dược ít độc hại, ít gây tác dụng phụ và phù hợp hơn với quy luật sinh lý của cơ thể. Hơn nữa hiện còn nhiều bệnh hiểm nghèo chưa có thuốc đặc trị và các nhà khoa học hy vọng rằng từ nguồn dược liệu tự nhiên hoặc từ vốn tri thức bản địa của các cộng đồng dân tộc, qua nghiên cứu có thể cung cấp cho nhân loại những hợp chất có hoạt tính sinh học cao để sản xuất các loại thuốc mới có hiệu quả chữa bệnh như mong muốn. Tác dụng chữa bệnh của thực vật chính là do các hợp chất tự nhiên có chứa trong chúng quyết định. Nói đến nguồn tài nguyên thực vật làm thuốc phong phú trên đất nước ta cũng nói đến khả năng sinh tổng hợp, chuyển hoá và tích luỹ các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học của nguồn gen thực vật. Cây húng quế hay còn được gọi là húng giổi, rau é, é tía, húng chó... tên khoa học Plectranthus amboinicus (Lour) Spreng, được trồng rất phổ biến ở nước ta để làm gia vị. Húng quế có vị cay tính ấm nên được sử dụng trong Y học để chữa cảm cúm, đầy bụng khó tiêu,…. Ngoài ra, trong cây húng quế có chứa từ 0,4 đến 0,8% tinh dầu. Em đã nghĩ đến khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa mạnh mẽ có trong tinh dầu húng quế, nó có thể ngăn ngừa lão hóa sớm, những vấn đề có liên quan đến tuổi tác, xương khớp, dưỡng da và dưỡng ẩm tóc và thậm chí là bệnh ung thư và nếu nghiên cứu sâu về tinh dầu loài này sẽ không chỉ mang lại một giá trị lớn về khoa học mà còn mang lại giá trị về kinh tế cho cây này, giúp người nông dân trồng và phát triển cây dược liệu này để có thể giảm nghèo bền vững. Xuất phát từ ý tưởng đấy em chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hoá của tinh dầu loài Húng quế ” làm dự án dự thi sáng kiến khoa học. Một sản phẩm có nguồn gốc từ nhiên nhiên có tại gia đình và địa phương, sản phẩm này sử dụng có hiệu quả, rẻ tiền và rất thân thiện với môi trường
Tính năng cơ bản:
- Tinh dầu húng quế có khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa mạnh mẽ, có thể ngăn ngừa lão hóa sớm, những vấn đề có liên quan đến tuổi tác, xương khớp, dưỡng da và dưỡng ẩm tóc và thậm chí là bệnh ung thư. - Mang lại lợi ích rất lớn cho ngành khoa học, đóng góp một phần cho y dược, hạn chế sử dụng thuốc kháng sinh, bảo vệ sức khỏe. - Công dụng của tinh dầu húng quế rất lớn, có giá thành rẻ, tính năng chữa bệnh cao, là một loại thuốc giảm đau tự nhiên một cách hữu hiệu: giúp bệnh nhân viêm khớp cảm thấy dễ chịu hơn, tác dụng tương tự đối với các vết bỏng, vết cắt trên da, vết bầm tím, sẹo, đau đầu, vết mổ sau phẫu thuật, bong gân… - Nếu nghiên cứu sâu về tinh dầu loài này sẽ không chỉ mang lại một giá trị lớn về khoa học mà còn mang lại giá trị về kinh tế cho cây này, giúp người nông dân trồng và phát triển cây dược liệu này có thể tăng thu nhập kinh tế cho gia đình, giảm nghèo bền vững, nguyên liệu sẵn có, dễ làm, giúp tiết kiệm chi phí để mua các loại thuốc bảo vệ sức khỏe có trên thị trường. - Sản phẩm có nguồn gốc từ nhiên nhiên có tại gia đình và địa phương, sản phẩm này sử dụng có hiệu quả, rẻ tiền và rất thân thiện với môi trường. - Giá thành rẻ, quy trình tạo ra chế phẩm đơn giản, không gây ảnh hưởng đến con người và môi trường. - Khi giới thiệu rộng rãi đến người dân cùng trồng cây, cùng sử dụng cây húng quế, bởi vì sản phẩm này rất dễ làm, không tốn công sức, không ảnh hưởng đến sức khỏe, lúc ấy có thể tiết kiệm tối đa chi phí. - Thấy rõ được lợi ích của các nguyên liệu thiên nhiên xung quanh chúng ta.
Xuất xứ sản phẩm:
Sau một thời gian em tìm hiểu, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Ngô Duy Kha, giáo viên dạy hóa Trường THPT Nguyễn Văn Huyên và đặc biệt đặc biệt có sự cố vấn của nhà khoa học chuyên ngành Thạc sĩ Nguyễn Xuân Việt - Cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm khoa học thực vật - Khoa Nông Lâm Ngư - Trường Đại học Hùng Vương; Tiến sĩ Sinh học Vũ Thị Thu Huyền – Phòng Công nghệ Sinh học – Viện Hóa Sinh biển - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Phó giáo sư, Tiến sĩ Ngô Xuân Lương, Trưởng khoa KHTN, Trường Đại học Hồng Đức; Phó giáo sư, Tiến sĩ thực vật Đậu Bá Thìn - Trường Đại học Hồng Đức, thành phố Thanh Hóa.
Mô tả cơ bản:
Sau khi nghiên cứu thành phần hoá học của cây Húng quế (Ocimum basilicum L.), tôi đã thu được một số kết quả như sau:
+ Thành phần hóa học của tinh dầu Húng quế (Ocimum basilicum L.) có 23 cấu tử được xác định chiếm 99,42%. Cụ thể hydrocarbon chiếm 98,39% và dẫn xuất chứa oxygen chiếm 1,03%. Các cấu tử chính trong tinh dầu của loài húng quế là: Estragole (92,16%), 1,8-Cineole (1,69%), 3-Carene (0,99%) và trans-α-Bergamotene (0,52%,). Trong đó hàm lượng Estragole cao hơn, còn hàm lượng 1,8-Cineole tương đồng. Điều này cho thấy chất lượng tinh dầu Húng quế thu được có chất lượng tốt.
+ Tinh dầu loài Húng quế có khả năng kháng oxy hóa rất mạnh, tỉ lệ ức chế gốc tự do DPPH là 89,25% với giá trị IC50 = 4,13 mg/ml và khả năng ức chế E.coli là 89,20% với đường kính kháng khuẩn 48,2 mm. Các nghiên cứu tiếp theo nghiên cứu sâu hơn sẽ góp phần mở ra tiềm năng khai thác cho cây Húng quế (Ocimum basilicum L.) vào thực phẩm chức năng và dược phẩm góp phần khai thác và sử dụng hiệu quả loài cây này.
Yêu cầu đối với cơ sở hạ tầng cần thiết để triển khai ứng dụng sản phẩm:
Định lượng tinh dầu: Tinh dầu của các bộ phận khác nhau được định lượng theo phương pháp I của dược điển Việt Nam. Hàm lượng tinh dầu được tính theo công thức.
X(%) = (a x 0,9 / b) x100% (d1)
Trong đó:
a) thể tích của tinh dầu
b) khối lượng của mẫu đã trừ độ ẩm tính bằng gam
Xác định thành phần hóa học của tinh dầu:
- Sắc ký khí (GC):
Được thực hiện trên máy Agilent Technologies HP 6890N Plus gắn vào detectơ FID của hãng Agilent Technologies, Mỹ. Cột sắc ký HP-5MS với chiều dài 30 m, đường kính trong (ID) = 0,25 mm, lớp phim mỏng 0,25mum đã được sử dụng. Khí mang H2. Nhiệt độ buồng bơm mẫu (Kĩ thuật chương trình nhiệt độ-PTV) 250oC. Nhiệt độ Detectơ 260oC. Chương trình nhiệt độ buồng điều nhiệt: 60oC (2 phút), tăng 4oC/phút) cho đến 220oC, dừng ở nhiệt độ này trong 10 phút.
- Sắc ký khí-khối phổ (GC/MS):
+ Việc phân tích định tính được thực hiện trên hệ thống thiết bị sắc ký khí khối phổ liên hợp GC/MS của hãng Agilent Technologies HP 6890N. Agilent Technologies HP 6890N/ HP 5973 MSD được lắp với cột tách mao quản và vận hành sắc ký như ở trên với He làm khí mang. Việc xác định các thành phần được thực hiện trên cơ sở của các chỉ số RI (Retention Indices), và xác định với các tài liệu đồng đẳng của chất chuẩn (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) hoặc các thành phần của tinh dầu đã biết được tìm kiếm trong các thư viện (NIST 08 và Wiley 9th Version) và bằng các so sánh với các dữ liệu của (Adam, 1995; Joulain & Koenig, 1998).
+ Các số liệu liên quan của từng hợp chất được tính toán dựa trên các diện tích hoặc chiều cao của pic của GC (detector FID) mà không sử dụng các yếu tố điều chỉnh.
- Các bước thử hoạt tính bao gồm :
+ Chuẩn bị chủng vi sinh vật thử nghiệm: giống trước khi sử dụng được tăng sinh trên môi trường TSB trong 16-18 giờ ở 37oC, lắc 100 vòng/phút. Mật độ vi khuẩn sau khi nuôi cấy trong môi trường TSB được xác định theo phương pháp đo mật độ quang (OD) ở bước sóng 610nm.
+ Chuẩn bị dung dịch tinh dầu: tinh dầu được hòa tan trong DMSO 2%, sử dụng chất nhũ hóa là Tween 80 0,2%. Dung dịch đối chứng gồm DMSO 2%, sử dụng 0,2% chất nhũ hóa là Tween 80 trong nước cất.
+ Dùng pipet man hút 100µl vi khuẩn (mật độ tế bào 108 CFU/ml), sau đó chan đều trên bề mặt thạch MHA đã khô ổn định, chờ khô bề mặt. Sử dụng các đĩa giấy 6mm vô trùng thấm bão hòa dung dịch tinh dầu ở các nồng độ khác nhau và dung dịch đối chứng, chờ khô rồi đặt lên mặt thạch đã chan vi khuẩn, đè nhẹ để đĩa giấy cố định trên mặt thạch. Chuyển các đĩa petri vào tủ lạnh (10oC) khoảng 4 - 8h để tinh dầu khuếch tán ra thạch. Sau đó đem nuôi ở 37oC trong 16 đến 20h. Đọc kết quả và ghi nhận đường kính vòng vô khuẩn.
+ Đường kính vòng vô khuẩn (D-d) được xác định bằng đường kính vòng kháng ngoài trừ đi đường kính đĩa giấy.
- Thử hoạt tính chống oxy hóa:
+ Hoạt tính chống oxy hóa của tinh dầu Húng quế được thực hiện tại Viện Công nghệ sinh học và Môi trường của trường Đại học Tây Nguyên.
+ Quá trình thử nghiệm được thực hiện theo phương pháp bắt gốc tự do DPPH: Là phương pháp nhằm xác định khả năng chống oxy hoá của hợp chất dựa trên khả năng bắt gốc tự do của nó. DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) có khả năng tạo ra các gốc tự do bền trong methanol và có độ hấp thu cực đại tại bước sóng 517nm. Khi cho các mẫu thử ngiệm vào hỗn hợp này, nếu chất có khả năng làm trung hoà hoặc bao vây các gốc tự do sẽ làm DPPH chuyển từ màu tím sang vàng. Tín hiệu này được đo bằng máy ELISA reader. Hoạt tính chống oxy hoá của chất thử nghiệm được đánh giá thông qua phần trăm làm giảm giá trị hấp thụ ánh sáng của mẫu thử nghiệm so với đối chứng.
+ Kết quả thử hoạt tính chống oxy hóa được báo cáo bởi giá trị IC50 là nồng độ của dịch chiết khử được 50% gốc tự do DPPH ở điều kiện xác định. Giá trị IC50 càng thấp thì hoạt tính khử gốc tự do DPPH càng cao.
+ Khả năng ức chế DPPH được tính theo công thức sau:
%IC = (OD chứng - OD thử / OD chứng - OD trắng) x 100%
Trong đó: OD chứng: độ hấp thu của mẫu đối chứng (không chứa mẫu)
OD thử: độ hấp thu của mẫu
OD trắng: độ hấp thu của mẫu trắng (methanol)
+ Giá trị IC50 của mẫu thử và mẫu đối chứng dựa vào phương trình tuyến tính giữa nồng độ và % hoạt tính bắt gốc tự do của chúng, tính theo công thức: IC50= (50-b)/a
Trong đó:
IC50: là nồng độ mẫu thử có thể bắt được 50% gốc tự do DPPH
a,b: lần lượt là độ dốc và hệ chắn của phương trình tuyến tính giữa nồng độ và % bắt gốc tự do.
Sản phẩm được phát triển trong khoảng thời gian: 1 năm
Số người tham gia làm: 6
Sản phẩm có mặt trên thị trường hoặc đưa vào ứng dụng rộng rãi trong khoảng thời gian: Dưới 3 tháng
Phạm vi thị trường và ngành ứng dụng:
Doanh nghiệp, y tế, công nghiệp, tài chính, nông nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm.
Tính sáng tạo, đổi mới và công nghệ:
1. Qua phân tích cho thấy thành phần hóa học của tinh dầu Húng quế (Ocimum basilicum L.)có 23 cấu tử được định danh (chiếm 99,42% ). Trong đó, hydrocarbon chiếm 98,39% và dẫn xuất chứa oxygen chiếm 1,03% . Các cấu tử chính trong tinh dầu của hai loài húng quế là: Estragole (92,16%), 1,8-Cineole (1,69%,), 3-Carene (0,99%,) và trans-α-Bergamotene (0,52%,). So với tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11887:2017 thì hàm lượng Estragole cao hơn, hàm lượng 1,8-Cineole tương đồng. Điều này chứng tỏ chất lượng tinh dầu Húng quế thu được có chất lượng tốt, tuy nhiên có sự khác nhau về thành phần % trong hai loài cho thấy một phần do đặc tính sinh học, thực vật của loài khác nhau và thổ nhưỡng khác nhau. 2. Tinh dầu Húng quế có khả năng kháng oxy hóa rất mạnh, tỉ lệ ức chế gốc tự do DPPH là 94,40% với giá trị IC50 =1,08 mg/ml và khả năng ức chế E. coli là 89,20% với đường kính kháng khuẩn 48,2 mm. Các nghiên cứu tiếp theo cứu sâu hơn sẽ góp phần mở ra tiềm năng khai thác cho cây Húng quế (Ocimum basilicum L.) vào thực phẩm chức năng và dược phẩm góp phần khai thác và sử dụng hiệu quả loài cây này. 3. Từ các kết quả nghiên cứu trên và tìm hiểu giá trị có thể khẳng định giá trị khoa học và giá trị kinh tế của cây Húng Quế, giúp các cơ quan quản lý nhà nước đưa ra giải pháp trong công tác chăm sóc sức khỏe cho nhân dân và giảm nghèo bền vững cho bà con các dân tộc đặc biệt ở đồng bào miền núi .Tạo môi trường xanh bền vững. Tinh dầu húng quế có chứa một chất chống oxy hóa mạnh mẽ có thể ngăn ngừa lão hóa sớm, những vấn đề có liên quan đến tuổi tác, chống ôxy hóa, bảo vệ tế bào cơ tim, chống lại các thiệt hại do ôxy hóa.và thậm chí là bệnh ung thư. Tinh dầu húng quế có tính chất chống vi khuẩn. Nghiên cứu cho thấy sử dụng tinh dầu húng quế làm hạn chế sự phát triển của rất nhiều vi khuẩn như khuẩn tụ cầu, cầu tràng khuẩn, vi khuẩn hình que.... mà không cần dùng đến bất cứ loại thuốc kháng sinh nào. Một nghiên cứu ở chuột đã phát hiện ra một công dụng tuyệt vời khác của chiết xuất từ lá húng quế là khả năng hỗ trợ giảm lượng đường trong máu.
Tính ứng dụng:
- Khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa mạnh mẽ có trong tinh dầu húng quế có thể ngăn ngừa lão hóa sớm, những vấn đề có liên quan đến tuổi tác, xương khớp, dưỡng da và dưỡng ẩm tóc và thậm chí là bệnh ung thư và nếu nghiên cứu sâu về tinh dầu loài này sẽ không chỉ mang lại một giá trị lớn về khoa học mà còn mang lại giá trị về kinh tế cho cây này, giúp người nông dân trồng và phát triển cây dược liệu này có thể tăng thêm nguồn thu nhập đáng kể. - Nghiên cứu cơ chế, công dụng của tinh dầu húng quế, có giá thành rẻ, tính năng chữa bệnh cao, là một loại thuốc giảm đau tự nhiên một cách hữu hiệu: giúp bệnh nhân viêm khớp cảm thấy dễ chịu hơn, tác dụng tương tự đối với các vết bỏng, vết cắt trên da, vết bầm tím, sẹo, đau đầu, vết mổ sau phẫu thuật, bong gân… - Một sản phẩm có nguồn gốc từ nhiên nhiên được giới thiệu rộng rãi đến người dân cùng trồng cây, cùng sử dụng cây húng quế, bởi vì sản phẩm này rất dễ làm, không tốn công sức, không ảnh hưởng đến sức khỏe, tiết kiệm tối đa chi phí, sản phẩm này sử dụng có hiệu quả, rẻ tiền và rất thân thiện với môi trường. - Qua dự án này cũng thấy rõ được lợi ích của các nguyên liệu thiên nhiên xung quanh chúng ta, có thể làm tiền đề cho sự phát triển các loại dược liệu khác. - Là nơi với khí hậu và thổ nhưỡng, sáng kiến có thể áp dụng cho vùng sâu, vùng xa, miền núi, khi cây hung quế phát triển rất tốt, người dân có thể trồng nhiều loại rau này, có thể ở mức độ là cung cấp, kinh doanh cho các nhà hàng dùng làm rau sống cho các món ăn thêm thơm, ngon hơn hoặc người dân còn có thể lợi dụng tác dụng của sản phẩm tinh dầu húng quế để tăng quy mô phát triển mô hình sản xuất húng quế.
Tính hiệu quả:
1. Về mặt khoa học. - Dự án “Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hoá của tinh dầu loài Húng quế” của em được thực hiện thành công sẽ mang lại lợi ích rất lớn cho ngành khoa học, đóng góp một phần cho y dược, hạn chế sử dụng thuốc kháng sinh, bảo vệ sức khỏe. - Dự án thành công sẽ giúp ích cho địa phương và cho từng gia đình nông dân có việc làm, tăng thu nhập kinh tế cho gia đình, giảm nghèo bền vững, nguyên liệu sẵn có, dễ làm, giúp tiết kiệm chi phí để mua các loại thuốc bảo vệ sức khỏe có trên thị trường. - Khi thực hiện dự án là cơ hội tốt giúp em làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học kỹ thuật, phát huy được khả năng tư duy sáng tạo, phát triển năng lực của bản thân. Đặc biệt là cơ hội, được trải nghiệm các hoạt động thực tiễn để hoàn thành một dự án mang tính khoa học kỹ thuật, giúp em có được sự tự tin, tự hào vì đã đóng góp được công sức của mình vào công cuộc sáng chế khoa học. - Được sự giúp đỡ của nhà khoa học Thạc sĩ Nguyễn Xuân Việt - Cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm khoa học thực vật - Khoa Nông Lâm Ngư - Trường Đại học Hùng Vương và Tiến sĩ Sinh học Vũ Thị Thu Huyền – Phòng Công nghệ Sinh học – Viện Hóa Sinh biển - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam; Phó giáo sư, Tiến sĩ Ngô Xuân Lương, Trưởng khoa KHTN, Trường Đại học Hồng Đức; Phó giáo sư, Tiến sĩ thực vật Đậu Bá Thìn - Trường Đại học Hồng Đức, thành phố Thanh Hóa đã hỗ trợ đối với dự án nghiên cứu khoa học kỹ thuật của em, để em hiểu và thực hiện các phương pháp nghiên cứu đúng quy trình, thực hiện đầy đủ các bước nghiên cứu một dự án khoa học, cho em có cơ hội được tập làm “nhà nghiên cứu khoa học”. 2. Về mặt thực tiễn - Việc nghiên cứu thành công dự án “Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hoá của tinh dầu loài Húng quế” sẽ giúp cho em có cơ hội vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn, để tạo ra chế phẩm bảo vệ sức khỏe của con người, đem lại lợi ích cho bản thân, cho gia đình và cho cộng đồng, đóng góp công sức nhỏ bé của mình giúp cho gia đình, địa phương. Giúp em có cơ hội được nghiên cứu khoa học, sáng tạo kĩ thuật, công nghệ và vận dụng kiến thức của các môn học vào giải quyết những vấn đề thực tiễn, được tham gia vào các hoạt động giáo dục, trải nghiệm sáng tạo theo định hướng phát triển năng lực và phẩm chất. - Thúc đẩy việc nghiên cứu dược liệu thiên nhiên áp dụng thực tiến đời sống. - Kết quả thu được là chất kháng khuẩn, kháng oxy hoá của tinh dầu loài Húng quế, giá thành rẻ, quy trình tạo ra chế phẩm đơn giản, không gây ảnh hưởng đến con người và môi trường, mang tính hiệu quả cao.
Tiềm năng phát triển:
Với giá cả ổn định và được thu mua cả gốc đến lá nên ngay trong năm đầu tiên đã cho gia đình thu nhập cao gấp 3 lần so với trồng cây ngô, giúp cho người nông dân có thu nhập ổn định, đời sống từng bước được thay đổi, tạo việc làm cho người lao động thường xuyên với thu nhập bình quân 6-7 triệu đồng/người/tháng (mô hình trồng và chế biến cây húng quế ở huyện Đô Lương, tỉnh Nghệ An). Tại địa bàn các tỉnh trên phạm vi rộng rãi cả nước, em rất mong muốn các cấp, ngành tỉnh tạo điều kiện cho bà con thành lập Hợp tác xã, thuê đất làm nhà xưởng, máy móc thiết bị, khu chế xuất, tạo việc làm, xóa đói giảm nghèo cho người dân trong tỉnh; rất mong Liên hiệp các Hội khoa học và kỹ thuật các tỉnh ủng hộ và hướng dẫn bà con nông dân từ khâu trồng, chăm sóc, thu mua chiết xuất tinh dầu.... Sản phẩm húng quế muốn nâng cao được giá trị, ổn định đầu ra, tăng thu nhập cho người dân và người lao động thì phải được chế biến theo chiều sâu với quy mô lớn.