Menu
Trầm hương là phần nhựa của cây Dó Bầu (Aquilaria) ngoài gỗ, là sản phẩm có giá trị cao dùng làm thuốc và hương thơm. Để bảo vệ các loài Dó Bầu có nguy cơ tuyệt chủng, việc trồng hàng loạt cây Dó Bầu đã trở thành một cách bền vững ở các nước châu Á để thu được loại trầm có giá trị cao. Vì chỉ có cây Dó Bầu được kích hoạt sinh lý mới có thể tạo ra Trầm Hương, nên các phương pháp xúc tác hiệu quả đã được tìm kiếm từ lâu trong ngành công nghiệp Trầm Hương. Trong bài viết này, chúng tôi cố gắng cung cấp một cái nhìn tổng quan cho những nỗ lực trước đây nhằm tìm hiểu về sự hình thành Trầm Hương, sự phát triển của các phương pháp xúc tác và triển vọng phát triển hơn nữa của chúng bằng cách tích hợp nó với các phương pháp tiếp cận đa năng thông lượng cao.
Trầm hương (còn được gọi là gaharu ở Đông Nam Á, oud ở Trung Đông, chen xiang ở Trung Quốc, jinkoh ở Nhật Bản và agar ở Ấn Độ) là một loại gỗ tâm đen có mùi thơm rất có giá trị của loài Aquilaria. Sự hình thành trầm hương thường liên quan đến vết thương và nhiễm nấm trên cây Dó Bầu. Nhựa cây được tiết ra như phản ứng tự vệ và lắng đọng xung quanh vết thương trong nhiều năm sau khi bị thương, nơi tích tụ các hợp chất dễ bay hơi cuối cùng tạo thành Trầm Hương (theo Subasinghe và Hettiarachchi, 2013).
Trầm hương đã được sử dụng rộng rãi như nước hoa trị liệu, y học cổ truyền, mục đích tôn giáo và nguyên liệu thực phẩm thơm (Liu Y. và cộng sự, 2013). Một số công dụng sớm nhất được biết đến của trầm hương đã được ghi lại trong các tài liệu cổ, kinh sách tôn giáo và các văn bản y học. Từ “aloes” có nghĩa là trầm hương đã được tìm thấy trong nhà thơ tiếng Phạn, Kâlidâsa, có thể có niên đại từ C. Thế kỷ 4 – 5 CN (Lee và Mohamed, 2016). Trong khi đó, việc sử dụng Trầm Hương trong các đơn thuốc của y học cổ truyền Trung Quốc cùng thời kỳ cũng đã được ghi nhận. Y học Trung Quốc sử dụng nó như một loại thuốc an thần tự nhiên, giảm đau, hỗ trợ tiêu hóa và tiêu hóa (Ye et al., 2016; Liu Y. Y. et al., 2017)
Nhu cầu cao trên khắp thế giới như một nguyên liệu thô cho mục đích hương liệu, nước hoa và y học, với Trung Đông và Đông Á là hai khu vực tiêu thụ chính (Antonopoulou et al., 2010). Khi sự giàu có của các quốc gia tiêu dùng tăng dần trong những thập kỷ gần đây, nhu cầu về Trầm Hương của thị trường bắt đầu vượt quá nguồn cung. Giá toàn cầu có thể dao động từ 20 USD – 6.000 USD / kg đối với dăm gỗ tùy thuộc vào chất lượng của nó hoặc 10.000 USD / kg đối với bản thân gỗ (Abdin, 2014). Ngoài ra, giá trị của tinh dầu trầm hương có thể lên tới 30.000 USD / kg. Thị trường trầm hương toàn cầu hàng năm được ước tính vào khoảng 6 – 8 tỷ đô la Mỹ (theo Akter và cộng sự, 2013), tuy nhiên một số lượng lớn các giao dịch vẫn chưa được ghi nhận.
Aquilaria thuộc họ thực vật hạt kín Thymelaeaceae, là loài đặc hữu của vùng Indomalayan. Cho đến nay, có tổng số 21 loài Dó bầu đã được ghi nhận và 13 trong số chúng được công nhận là loài sản xuất trầm hương (Lee và Mohamed, 2016). Tuy nhiên, việc khai thác trầm hương mang tính hủy diệt đã ảnh hưởng xấu đến quần thể hoang dã của tất cả các loài Dó Bầu. Do đó, chi này hiện được xếp vào danh sách các loài có nguy cơ tuyệt chủng và được bảo vệ theo quy định của Công ước về buôn bán quốc tế các loài động, thực vật hoang dã nguy cấp (CITES) do sự suy giảm nghiêm trọng của các loài trong tự nhiên (Công ước về buôn bán quốc tế các loài nguy cấp [CITES], 2004; Lee và Mohamed, 2016).
Vì cây Dó bầu khỏe mạnh không tạo thành trầm hương, không để lại giá trị gì, nên sự khan hiếm trầm hương tự nhiên đã thúc đẩy sự phát triển của các phương pháp tạo trầm nhân tạo. Những nỗ lực tạo ra Trầm Hương một cách nhân tạo có thể bắt nguồn từ khoảng năm 300 CN trong lịch sử Trung Quốc, nơi người ta ghi lại rằng sự lắng đọng nhựa kèm theo sự thay đổi màu sắc của các mô bên trong có thể xảy ra trong vòng một năm do làm cây bị thương (López-Sampson, 2018).
Bên cạnh phương pháp làm vết thương cơ học, việc sử dụng các kỹ thuật gây bệnh bằng hóa chất, côn trùng và mầm bệnh ngày càng phổ biến ngày nay (Liu Y. và cộng sự, 2013; Mohamed và cộng sự, 2014; Kalita, 2015). Tất cả các kỹ thuật xúc tác này trong mọi trường hợp đều bắt chước các quá trình hình thành trầm hương tự nhiên, có điểm mạnh và điểm yếu riêng.
Trong bài viết này, chúng tôi cố gắng cung cấp một phạm vi bao quát toàn diện hơn về các phương pháp xúc tác hiện có và triển vọng phát triển của chúng bằng cách sử dụng tiến bộ của công nghệ sinh học. Để hiểu rõ hơn về quá trình hình thành trầm hương, cơ chế phân tử của các con đường sinh tổng hợp chất chuyển hóa thứ cấp làm cơ sở cho việc sản xuất nhựa cũng sẽ được giải thích.
Việc khai thác bừa bãi Trầm hương từ môi trường sống tự nhiên đã cản trở nghiêm trọng đến khả năng tái sinh tự nhiên của cây Dó Bầu, đe dọa sự tồn tại của loài ngoài tự nhiên. Để đáp ứng nhu cầu thị trường cao nhưng vẫn chưa bảo vệ được loài cây này khỏi bị tuyệt chủng, việc trồng hàng loạt cây Dó Bầu đã được thiết lập trên khắp các nước Châu Á để cho phép sản xuất trầm hương bền vững (Azren và cộng sự, 2018). Vì quá trình hình thành Trầm Hương trong môi trường tự nhiên là một quá trình rất dài có thể lên đến 10 năm nên việc phát triển công nghệ cảm ứng xúc tác hiệu quả đã nhận được sự quan tâm lớn, vì nó cực kỳ quan trọng để đảm bảo sự ổn định của sản lượng từ những cây Dó Bầu đã được thuần hóa.
Về mặt tự nhiên, sự hình thành Trầm Hương thường liên quan đến vết thương hoặc thiệt hại về thể chất của cây Dó Bầu do sấm sét, chăn thả gia súc, sâu bệnh phá hoại (Rasool và Mohamed, 2016; Wu et al., 2017). Những sự kiện này làm cho phần bên trong của cây tiếp xúc với các vi khuẩn gây bệnh, chúng tạo ra cơ chế bảo vệ của Aquilaria để bắt đầu sản xuất nhựa. Quá trình hình thành tự nhiên này của cây Dó Bầu đã tạo cảm hứng rất nhiều cho sự phát triển của các phương pháp cảm ứng xúc tác nhân tạo đa dạng (Bảng 1).
Ví dụ, nhiều phương pháp tiếp cận xúc tác truyền thống như đóng đinh, móc, đốt, bẻ thân cây và loại bỏ vỏ cây đã áp dụng khái niệm về vết thương vật lý cho cây (Mohamed và cộng sự, 2010; Azren và cộng sự, 2018). Mặc dù tiết kiệm chi phí và chỉ cần nhân viên có ít hoặc không có kiến thức khoa học về Trầm Hương, nhưng các phương pháp xúc tác này thường cho chất lượng trầm và sản lượng trầm không chắc chắn.
| Sự hình thành trầm hương | Mô tả | Tham khảo |
| Các yếu tố tự nhiên: – Thời gian – Sự gãy nhánh – Chăn thả gia súc – Sâu bệnh – Các biểu hiện khác |
Ý tưởng Tạo vết thương cho vi khuẩn gây bệnh xâm nhập và kích hoạt hệ thống phòng thủ của cây: Những điểm yếu – Không bền vững, không xác định được và năng suất cực thấp – Yêu cầu khai thác bừa bãi và rộng rãi cây dạiThuận lợi – Có thể có được trầm hương chất lượng cao – Không cần canh tác, trồng rừng và xúc tác |
Mohamed et al., 2010;
Azren et al., 2018 |
| Các phương pháp thông thường – Vết thương vật lý – Răng-đục-khoan – Cắt tỉa từng phần thân cây – Sử dụng rìu hoặc dao rựa – Loại bỏ vỏ cây – Đốt – Cắt |
Ý tưởng – Vết thương vật lý của cây sẽ kích hoạt quá trình hình thành trầm. Những điểm yếu – Siêng năng – Cần thời gian lâu hơn để có được trầm hương với chất lượng không đảm bảo. – Chỉ hình thành trầm cục bộ tại các khu vực bị thương Thuận lợi – Chi phí hiệu quả thấp |
Rasool and Mohamed, 2016;
Wu et al., 2017 |
| Các phương pháp phi thông thường (1) Tổ hợp sinh học (Một số chủng nấm được sử dụng để cảm ứng bao gồm Aspergillus sp., Chaetomium sp., Fusarium sp., Lasiodiplodia sp., Penicillium sp., Và Xylaria sp.) |
Đưa vi sinh vật vào cây để bắt chước sự lây nhiễm bệnh lý cho Aquilaria. Những điểm yếu – Yêu cầu thời gian ủ lâu và tạo trầm cục bộ tại khu vực cấy – Tiêu tốn và tốn thời gian để tạo lỗ và tối đa hóa sản lượng trầm – Chất lượng trầm không nhất quán do các chủng hoặc loài nấm khác nhau được sử dụng Thuận lợi – Cấy vi sinh vật có thể được chuẩn bị với chi phí thấp và dễ mua – Các tác nhân sinh học được lấy từ nguồn tự nhiên và thường liên quan đến an toàn để xử lý và thân thiện với môi trường |
Mohamed et al., 2014;
Rasool and Mohamed, 2016; Sangareswari Nagajothi et al., 2016 |
| Chất xúc tác hóa học (Phytohormon, muối, khoáng chất, các chất có nguồn gốc sinh học và các chất khác, ví dụ: NaCl, H2O2, axit formic, Agar-wit, Agar-bit và CA-kit) |
Ý tưởng Trực tiếp tạo ra cơ chế bảo vệ của cây bằng hóa chất hoặc phân tử tín hiệu Những điểm yếu – Tác động đáng ngờ đến sức khỏe con người và môi trường – Cần được áp dụng đúng liều lượng để đạt được cường độ cảm ứng tối ưu Thuận lợi – Kết quả nhanh và năng suất cao – Dễ dàng áp dụng trong các đồn điền quy mô lớn – Năng suất và chất lượng phù hợp – Có thể tạo ra trầm hương trên toàn bộ cây / hệ thống |
Zhang et al., 2012;
Liu X. et al., 2013; Van Thanh et al., 2015 |
Điểm hấp dẫn chính của ngành trầm hương là giá trị thị trường cực cao. Tuy nhiên, giá của trầm hương phần lớn được quyết định bởi chất lượng của nó, được phân loại chỉ dựa trên kinh nghiệm của con người từ các tập quán lâu đời của mỗi quốc gia. Việc không có sẵn hệ thống phân loại chất lượng tiêu chuẩn có thể do bề ngoài phức tạp của trầm hương được buôn bán và sở thích cá nhân.
Đánh giá chất lượng trầm hương hiện đang được áp dụng trên thị trường đã được báo cáo của Liu Y. Y. et al. (2017). Gần đây, việc phân tích chất chuyển hóa của trầm hương ngày càng được chú ý vì một số nghiên cứu cho thấy có mối tương quan giữa chất lượng trầm hương với năng suất nhựa và các thành phần chuyển hóa của nó (Pasaribu và cộng sự, 2015; Liu Y. Y. và cộng sự, 2017).
Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để làm rõ thành phần chất chuyển hóa của trầm hương thu được từ phương pháp tự nhiên hoặc nhân tạo (Chen và cộng sự, 2012; Gao X. và cộng sự, 2014; Hashim và cộng sự, 2014). Người ta kết luận rằng thành phần của nhựa trầm hương chủ yếu bao gồm hỗn hợp của sesquiterpenes và 2- (2-phenylethyl) chromones (PECs) (Naef, 2011; Chen và cộng sự, 2012; Subasinghe và Hettiarachchi, 2015; Hình 1) . Trong khi đó, các thành phần của tinh dầu trầm hương được chỉ ra chủ yếu là sesquiterpenoids (Fazila và Halim, 2012; Hashim và cộng sự, 2014; Jayachandran và cộng sự, 2014). Cùng với nhau, tất cả các hợp chất chính này và một số chất chuyển hóa thơm dễ bay hơi phong phú tạo thành đặc tính độc đáo và có mùi thơm của trầm hương.
Số lượng và loại thành phần chất chuyển hóa của trầm hương trong mỗi nghiên cứu được báo cáo khác nhau tùy thuộc vào nguồn trầm hương, phương pháp chiết xuất và phương pháp phân tích được sử dụng (Fazila và Halim, 2012; Jong và cộng sự, 2014; Pasaribu và cộng sự, 2015).
Tuy nhiên, có hơn 150 hợp chất theo đánh giá của Naef (2011) cho đến nay đã được xác định trong trầm hương từ các nguồn khác nhau. Trong số các hợp chất này, có 70 sesquiterpenes và khoảng 40 loại PEC đã được công nhận trong trầm hương và cấu trúc của chúng đã được làm sáng tỏ (Naef, 2011).
Điều đáng nói là trong nghiên cứu của Pasaribu et al. (2015), hàm lượng aromadendrene được tìm thấy lớn hơn trong trầm hương cấp cao hơn và do đó nó được đề xuất như một chất đánh dấu hóa học hiệu quả để phân loại Trầm Hương. Bên cạnh aromadendrene, Jayachandran et al. (2014) sau đó đã đề xuất thêm một chất đánh dấu hóa trị có thể quan trọng trong việc phân loại dầu trầm hương.
Các dẫn xuất PEC, cũng như các thành phần tạo hương thơm chính khác của trầm hương là những thành phần quan trọng góp phần tạo nên hương thơm ngọt ngào, trái cây và lâu dài khi nó được đốt cháy. Các hợp chất này chỉ có thể được phát hiện bằng phương pháp chiết xuất dung môi và carbon dioxide siêu tới hạn nhưng không bao giờ có mặt trong dịch chiết của quá trình chưng cất hydro (Yoswathana, 2013; Jong và cộng sự, 2014).
So với các thành phần sesquiterpene, các loại PEC được xác định bằng GC-MS tương đối hạn chế. Các nghiên cứu về cấu trúc cho thấy rằng tất cả các PEC được báo cáo trước đây trong gỗ trầm hương đều sở hữu bộ xương cơ bản giống nhau (trọng lượng phân tử: 250) và các nhóm thế tương tự, tức là nhóm hydroxy hoặc methoxy (Mei và cộng sự, 2013). Phần trăm của 2 (2-phenylethyl) chromone và 2- (2-4-methoxy-phenylethyl) chromone trong Trầm hương cao cấp như kanankoh có thể cao tới 66,47%, cao hơn hẳn so với trầm hương jinkoh chất lượng thấp hơn. chỉ có 1,5% (Ishihara và cộng sự, 1993).
Hơn nữa, sự hiện diện của một số dẫn xuất PEC trong trầm hương được đề xuất là hữu ích trong việc đánh giá phân loại các sản phẩm từ trầm hương (Shimada et al., 1982). Có 17 loại dẫn xuất chromone là chất đánh dấu cụ thể và tiềm năng của cây trầm hương cho mục đích xác thực (Naef, 2011). Các cromon được thay thế, chẳng hạn như agarotetrol và isoagarotetrol (Hình 3), được chứng minh là có mối tương quan thuận với chất lượng của trầm hương thu được trên thị trường với một số ngoại lệ (Shimada và cộng sự, 1986).
Các loại và dẫn xuất của các hợp chất chính trong trầm hương rất rộng và đa dạng, cho thấy các đặc tính hương thơm khác nhau từ các loài khác nhau và các nguồn khu vực. Sự hiểu biết sâu sắc hơn về các chất chuyển hóa của trầm hương chắc chắn sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các dấu ấn sinh học được chấp nhận rộng rãi để phân loại Trầm Hương.
Kể từ khi công bố đánh giá toàn diện của Naef (2011) về các thành phần chính của trầm hương, các hợp chất mới tiếp tục được phát hiện trong các nghiên cứu sau đó (Wu và cộng sự, 2012a; Yang và cộng sự, 2014b; Wang và cộng sự, 2015). Số lượng các hợp chất được phát hiện trong trầm hương chắc chắn sẽ còn tăng hơn nữa trong tương lai.
Nguồn: Báo cáo khoa học về Trầm Hương của các tác giả:
Tham khảo thêm:
