MUC LUC Orde FE Sed Trang 09)8),9627.10000 :4 ,ƠỎ 2 1- DAI CUONG VE VI BA 00 3 1.1 Lịch sử phát triỀn của vỉ ba: - - - 6s SE S8 S923 925 9925 915 cgE2 3 1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp vi ba - 5-5 sex cxe, 3 1.3 Nguyên lí hoạt động của các bức xạ vị ba S261 53152 3
1.4 Hệ thống chiết vi ba S4 SE S13 S1 11013 1 3113 3 xe, 5
1.4.1 Các loại lỊ v1 Ưa - -cc CS SH HH5 SH ng cv 4 5
1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết vi ba -. - 6 1.5 So sánh chiết vi ba với các phương pháp khác .- 5 5-55 «5£: 7 2- ĐẠI CƯƠNG VỀ GỪNG - sct tt HH1 rkde 8 2.1 Đại cương về tinh đầu ¿- 2 2 2® 8 SE k£ESE*£*£EEEEEEEEEES se csred 8 Z.1.1 Dinh nghia 8 2.1.2 Thành phần hĩa học . - 2 s2 + 9E E9 e4 9s EeEeEgEeeEEeeei 8 2.2 Giới thiệu về cây gừng (Zingiber oficinale Rosc.) 55c: 9 2.2.1 Tổng h0: 000775 44 9 2.2.2 Thành phần hĩa học 2-2 2s SE +s+s E98 E8 E5 8 xe EeEeEEeEeEceei 9 2.3 Tỉnh đầu gừng ¿<5 1S S13 191 E2 0g ng re, 10 2.3.1.Tính chất lý Ïhĩa << SE k SEE SE 3 99333 cv xe 10
2.3.2 Thành phần hĩa học (tinh dầu gừng Việt Nam) . 10 2.3.3 Tác dụng được lý — cơng dụng - - Ăn 99 1555552 10
2.4 Những thơng tin mới về gừng - + 2s *EE£*£ eEeEsExvscxcerxee 11
3- CHIET XUAT TINH DAU TU GUNG BANG KY THUATDUNG VI BA
0/1919) 200777 12
3.1 Các phương pháp chiết Xuất - - ke E86 xE# xe ee czexcse 12
Trang 23.1.2 Chiết tỉnh đầu gừng băng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước z2 1.//17///.7s 007 00ẺẼ57 14
3.2 So sánh kết quả của 2 phương pháp chiết xuất - 5-5 55+: 21 4 KIỀM NGHIỆM TIN DẦU GỬNG - ©- Sex xxx ra 21 4.1 Chỉ số Vật ý - - «cưng 21 4.2 Chỉ số hĩa hỌC ¿+ +41 3 1 11515 1 1115 11115310 rxe 21 4.3 Kiểm nghiệm tinh dầu Gừng bằng sắc ký lớp mỏng 21 4.4 Kiểm nghiệm bằng Sắc ký Khí — GC - - ke ce xxx rxce: 22
4.5 Kiểm nghiệm bằng HPLC - << 6< * EE£E£ €E£eEsx3c 6x ceei 23
5 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT CĨ HỖ TRỢ VI BA CAI TIEN 25
5.1 Phương pháp chiết xuất vỉ ba dùng dưng mơi kém phân cực (NPSMAE: Non-polar Solvent Microwave- Assisted Extracfiorì)[[ - -cc c1 15158158 8e ee 25
5.2 Phương pháp chiết xuất vi ba khơng dùng đung mơi cải tiến (ISEME: Improved solvenf-free microwave €©XẦTACfIOT\) 000000001023 3030630 030 3 11 19 111 0 se 31
Trang 3LOI MO DAU
(30% & WR)
Ngày nay việc chiết xuất các chất hợp tự nhiên cĩ trong được liệu là một trong
những đề tài thu hút sự quan tâm rất lớn khơng những đối với các nhà nghiên cứu thực vật
học mà cịn cả đối với các nhà khoa học Sự phát triển của khoa học cơng nghệ đã tạo một
bước đột phá mới trong lĩnh vực nghiên cứu phân tích được liệu Đặc biệt, trong những năm gần đây, phương pháp chiết xuất cĩ hỗ trợ vi ba (MAE: Microwave-Assisted
Extraction) di duoc su dung một cách rộng rãi Thực nghiệm chứng minh đây là một
trong những phương pháp mang lại hiệu quả chiết xuất với nhiều thuận lợi, kinh tế, và cĩ
thể áp dụng rộng rãi để chiết các hợp chất, đặc biệt là tinh dau
Trong các họ thực vật chứa tỉnh dầu, họ Gừng (Zingiberacece) là một trong những họ cĩ nhiều cây với giá trị kinh tế cao, cĩ nhiều ứng đụng như được sử đụng làm
gia vị, nguyên liệu trong cơng nghiệp hương liệu, mỹ phẩm, được phẩm Nhiều hợp chất
cĩ hoạt tính sinh học đã được phát hiện và đây cũng là một trong những họ thực vật mà nhiều nhĩm nghiên cứu trong và ngồi nước quan tâm
Với tầm quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn, chúng tơi đã tiến hành tìm hiểu
chiết xuất tinh dau tir than rễ cây gừng (Zingiber officinale Rosc.) bằng kỹ thuật đùng vi
ba (microwave)
Trang 41.1 Lich sw phat triển của vi ba
Lị vi ba gia dụng được sử dụng trong phịng thí nghiệm lần đầu tiên bởi Samra et al vào năm 1975 để nghiên cứu phân tích dấu vết kim loại các mẫu sinh học Từ đây kỹ thuật Vi ba đã phát triển Đến năm 1986 các tài liệu về ứng dụng của vi ba trong chiết xuất các hợp chất hữu cơ đã xuất hiện lần đầu tiên Cũng trong năm nay Ganzler et al.va Lane và Jenkins chiết các hợp chất bằng chiếu xạ vi ba Kế từ ngày này, cĩ rất nhiều phịng thí nghiệm nghiên cứu phân tích khả năng của kỹ thuật chiết xuất mới này
1.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp vỉ ba
Vi ba là những trường điện từ trong phạm vi 300 MHz đến 300 GHz hoặc giữa các bước sĩng của 1 cm và Im Sĩng điện từ cĩ hai đao động vuơng gĩc gồm 2 phần: điện và từ
Vi ba được sử dụng như một sĩng mang thơng tin hay như một vectơ năng lượng Ứng
dụng này là sự tác động trực tiếp của sĩng lên vật liệu cĩ khả năng hap thụ một phần năng lượng điện từ và để biến nĩ thành nhiệt VI ba ở tần số 2.450 MHz được sử dụng trong lị
vi ba Tần số này tương ứng với một bước sĩng 12,2 cm và năng lượng là 0,23 cal/mol (= 0,94 J / mol) Tần số này chỉ cĩ thể gây ra tự quay của các phân tử Các thành phần điện
của sĩng thay đổi 4,9 x 10” lần mỗi giây Nĩ tạo ra sự chuyển động hỗn độn giữa các phân tử được chiếu xạ bằng vi ba Vì vậy, tạo ra một sức nĩng dữ dội, cĩ thể tăng rất
nhanh khoảng vài độ/giây (ước tính 100°C/s tại 4,9 GHz) 1.3 Nguyên lí hoạt động của các bức xạ vi ba
Dựa trên hiện tượng nhiệt, do sự tương tác của điện trường với các phân tử của
nguyên liệu Việc chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng xảy ra theo hai cơ chế: dẫn
1on và sự quay vịng các ion nay quanh 2 cực Sự dẫn các ion này sinh ra nhiệt do cĩ sự
cản trở trên dịng ion này Sự đi chuyển của các ion gay ra sự va chạm giữa các phân tử vì đường đi của các ion thay đổi nhiều lần Sự quay vịng các ion quanh 2 cực cĩ liên quan
đến sự chọn lựa đường đi chuyên của các phân tử phân cực với điện trường Nhiều sự va
Trang 5(absorbs microwave energy) Sample-solvent mixture | Sample-solvent mil: Convection currents Localized superheating _—" ¬ — ail 4 oe } Se ,
Conductive 4 ` ee 5 aT Vessel wall heat Tempera ure on the outside c ature on the outs di ẻ ¢ > \ II microwave energy) (transparent to
Surface is In excess ¿ ms of the boiling point of solvent
a: Conventional heating b: Microwave heating
Hình 1 Nguyên li hoat động của các bức xạ vì ba
Sự phát nhiệt xảy ra khi nguyên liệu là chất điện mơi hoặc chất dẫn nhiệt Sự hấp thụ năng lượng phụ thuộc vào sự phân ly ư với tanỗ = e"/e' phần thực tế và phức tạp của
hằng số điện mơi (e = £' — j.e"), e' gọi là hằng số điện mơi, thể hiện khả năng của một
phân tử cĩ thể phân cực dưới điện trường, e" là yếu tố làm mất hằng số điện mơi, do tác động của quá trình chuyên năng lượng điên thành nhiệt năng
Các hợp chất cĩ điện mơi cao chủ yếu là hợp chất phân cực Hằng số điện mơi của các dung mơi phố biến được tĩm tắt trong bảng I Một trong những đặc trưng của vi ba bức xa nhiệt là tính sự chọn lọc Đặc trưng thứ 2 đĩ là gradient nhiệt độ thì đảo ngược so với
bức xạ nhiệt thơng thường và bức xạ nhiệt thì nhiều
Bang 1 Hăng sơ điện mơi của các dụng mơi phơ biên é" E” tan 0 ice 42 0.00288 4 water 76.7 12.0419 1570
NaCl 0.1 mol/L in water 755 18.12 2400
NaCl 0.5 mol/L in water 67 41.875 6250 Methanol 23.9 15.296 6400 Ethanol 24.3 1.625 2500 CCl, 22 0.00088 4 Heptane 1.9 0.00019 l
Nhiệt độ đạt đến độ nào là do đung mơi, cĩ thể cao hơn điểm sơi Baghurst và Mingos
Trang 6Nhiệt độ cĩ thể cao hơn 20°C trong một số trường hợp Nguồn gốc của hiện tượng này là đo thiếu các vùng cầu tạo hạt nhân
Vi ba bức xạ nhiệt được sử dụng trong việc hấp thu và tổng hợp hĩa học, rất tốt trong việc thu sản phẩm và giảm thời gian phản ứng Cơ chế được đề nghị giải thích là do sự tăng tốc Một số tác giả khác lại giải thích hiệu ứng của vi ba bằng hiện tượng phĩng xạ
Một số tác giả khác phủ nhận sự tồn tại sự thay đơi nhiệt độ trong các hiệu ứng vi ba và
giải thích sự tăng tốc chỉ đơn thuần là: bức xạ vi ba khơng giống như bức xạ bình thường, và giảm thời gian phản ứng ở nhiệt độ cao Hầu hết các nghiên cứu đã thực hiện đưới sự thay đổi áp suất, trong trường hợp này hiệu quả khơng chỉ được giải thích bởi cơ chế bức xạ Để cĩ thể chiết xuất ở áp suất khơng khí, Letellier khơng cĩ bất cứ chứng minh nào
cho thấy dấu hiệu đặc biệt của hiệu ứng vi ba qua nhiều nghiên cứu Sự gia tăng tốc độ phản ứng cĩ thê giải thích phần nào dựa vào hiện tượng bức xạ, đĩ là những đặc trưng của
bức xạ (trong trường hợp đĩ là hệ thống đa pha) hơn là những nét đặc trưng của phĩng xạ trong vi ba ở quy mơ phân tử
1.4 Hệ thống chiết vỉ ba
- Hai nguyên tắc chiết theo vi ba:
- Nhiệt độ của khối bột được liệu hấp thu trực tiếp vi ba, giải phĩng các hoạt chất vào dung mơi lạnh ° Dung mơi được đun nĩng để đạt tới điểm sơi mà tại đĩ các chất trong dược liệu được chiết ra - Nguyên tắc thứ hai là được sử dụng nhiều nhất để phân tích các chất trong hợp chất rắn 1.4.1 Các loại lị vi ba - Lị vi ba Monomode và Multimode
ÄMonomode (hình 2.a) cĩ thể tạo ra một tần số kích thích mà chỉ cĩ một chế độ cộng hưởng Các mẫu cĩ thể được đặt ở vùng tập trung tối đa của các sĩng
Trang 7Reflux systèm—————>> Diffused microwaves Magnetron v Magnet Vessel Closed bomb
'— Focused Microwaves Sediment Sediment a: Focused microwave oven b : Multimode microwave oven
Hinh 2 Lo vi ba Monomode, Multimode
1.4.2 Các yếu tơ ảnh hưởng đến quá trình chiết vì ba
sk Thời gian:
Thời gian chiết xuất thì khơng phải là yếu tố đáng kế ảnh hưởng đến việc tách hợp chất hữu cơ ra khỏi được liệu
Lopez-Avila đã thử nghiệm các ảnh hưởng của thời gian chiết (5, 10, 20 phút) để phân tích PAH từ đất với một hỗn hợp của hexane/axeton ở 115°C Sự tăng lượng hoạt chất
chiết được theo thời gian là khơng đáng kể Thời gian 5 phút là đủ để thực hiện một qui trình chiết được liệu băng vi ba
3+ Nhiệt độ
Ảnh hưởng của nhiệt độ lên quá trình chiết tùy loại được liệu
Một số nghiên cứu đã chỉ ra răng nhiệt độ khơng phải là yếu tố ảnh hưởng dang ké
Các nghiên cứu khác đã xác định nhiệt độ tối ưu khoảng 100 °C 4L Bản chất dược liệu
Trang 8+ Bản chất và lượng dung mơi
Dung mơi thơng thường được làm nĩng chỉ trong một vài phút (diclorometan, toluen / methanol, hexane /methanol .) Khi lugng lớn hơn dung mơi được sử dụng, quá trình làm nĩng là nhanh hơn Thực chất, khi số lượng mẫu tăng, khả năng tác động của vi ba cho
mỗi mẫu giảm
3+ Năng lượng
Khơng cĩ sự khác biệt cĩ ý nghĩa giữa các mức năng lượng chiếu xạ khác nhau vì vậy
chiết xuất ở mức năng lượng thấp(đủ để chiết các hợp chất) được chọn vì cĩ thể tiết kiệm
năng lượng và đảm bảo chiết xuất an tồn hơn = Logi dụng mơi Khơng cĩ sự khác biệt đáng kế về các loại dung mơi khác nhau(xem xét độ lệch chuẩn) Ví dụ: Khi sử dụng 3 hệ dung mơi Diclorometan Diclorometan / toluen (1 / 1) Axeton /hexane (1 / 1)
Diclorometan rat dé đàng được thu hồi lại đung mơi đo điểm của nĩ sơi hấp 1.5 So sánh chiết vi ba với các phương pháp khác:
© Chiét vi ba — Soxhlet
MAE (Microwave Assisted Extraction) duoc xem nhv 1a mot su thay thé cĩ tiềm năng hơn các phương pháp chiết xuất rắn lỏng thơng thường:
gâ Giám đáng kể thời gian chiết xuất, chỉ khoảng vài giây đến vài phút (15-20 giây)
cầ Giảm lượng dung mơi sử dụng, chỉ cần vài z cho quá trình chiết xuất cơ Cải thiện hiệu suất chiết
54 Khả năng tự động hĩa và độ chính xác cao hơn cơ Thích hợp cho các thành phần kém bền với nhiệt
Trang 954 Su x4o trén mơi trường suốt quá trình chiết xuất cải thiện được hiện tượng chuyển
khối
gâ Hệ thống ,$oxwzave - kết hợp được các tính năng của Soxhlet và ưu điểm của vi ba, đo đĩ việc chiết xuất đang được chú ý nhiều hơn
© Chiết siêu âm và vi ba:
Ưu điểm của chiết vi ba so với siêu âm:
Ít bị ảnh hưởng bởi kích thước được liệu
Thời gian chiết nhanh hơn
Tuy nhiên chiết vì ba cũng cịn cĩ một số thiếu sĩt so với chiết siêu âm:
Đơi khi chậm hơn
Chiết vi ba kém an tồn hơn chiết siêu âm nếu ta cĩ sử đụng acid vì nĩ địi hỏi nhiệt độ và áp suất cao Quá trình vận hành siêu âm đơn giản hon vi ba 2 ĐẠI CƯƠNG VẺ GỪNG 2.1 Đại cương về tỉnh dầu{2] 2.1.1 Định nghĩa
Tinh dầu là một hỗn hợp phức tạp các chất cĩ đặc tính chung: - Bay hơi ở nhiệt độ thường, thường cĩ mùi thơm
- _ Tỷ trọng thường nhỏ hơn nước
- Khong tan trong nước, tan trong các dung mơi hữu cơ - _ Cất kéo được bằng hơi nước
- _ Thường gặp trong thực vật, một số it gặp trong động vật
2.1.2 Thành phần hĩa học
Các chất hữu cơ phân tử nhỏ (<300 đvC):
- Cac hydrocarbon
- _ Các dẫn chất cĩ oxy: alcol, aldehyd, keton, acid, ether, ester
Trang 102.2 Giới thiệu về cây gừng (Zingiber officinale Rosc.)[2,3,4| 2.2.1 Tổng quan
Gừng hay gừng khương cịn cĩ tên là sinh khương, can khương
Tên khoa học: Zingiber officinale Rosc., thudc ho Gimg (Zingiberaceae) Bộ phận dùng: thân tễ (Rhizoma Zingiberis)
Gừng là một thực vật bản địa của châu Á trồng nhiều ở khắp nơi trên thế giới như Tây
Ấn và các khu vực lân cận, Jamaica, và Châu Phi Tinh dầu thu được từ rễ là một sản
phẩm cĩ giá trị cao và như vậy việc nghiên cứu luơn luơn diễn ra để tìm kiếm hướng cải tiến kỹ thuật chiết xuất để thu được tinh dầu với sản lượng cũng như chất lượng tốt hơn
Mơ tả cây
Cây thảo đa niên, mọc thành bụi cao đến 1m Thân rễ phát triển thành củ, phân nhánh
xoe ra gan như trên cùng một mặt phang, màu vàng nhạt, mùi thơm Lá mọc so le, khơng cuống, cĩ bẹ, hình mác, mặt nhẵn bĩng, gân giữa hơi trắng nhạt, cĩ mùi thơm Trục hoa
xuất phát từ gốc dài cỡ 20 em mang cụm hoa hình bong Hoa màu vàng xanh, cánh mơi mau tia với những chấm màu vàng Nhị hoa màu tía Quả mọng
Phân bố
Gừng là một thực vật bản địa của châu A trồng nhiều ở khắp nơi trên thế giới như Tây Ấn và các khu vuc lan can, Jamaica, va Chau Phi Chu yếu dung làm gia vị và làm thuốc
Thu hái, chế biến
Thường thu hoạch vào mùa đơng, khi cây sắp lụi Đào lẫy rễ củ, cắt bỏ thân lá, rễ con, rửa sạch, phơi khơ Cĩ thê dùng dạng tươi, dạng khơ, sao vàng hoặc sao gần cháy tùy theo mục đích sử dụng Tình dầu thu được từ thân rễ là một sản phẩm cĩ gia tri cao và như vậy
việc nghiên cứu luơn luơn diễn ra để tìm kiếm hướng cải tiễn kỹ thuật chiết xuất để thu
được tinh đầu với sản lượng cũng như chất lượng tốt hơn 2.2.2 Thành phân hĩa học
- Tinh dau ( 1 —3%): d-camphor, -phelandren, zingiberen, citral, borneol, geraniol
- Chat cay: gingerol, shogaol
Trang 112.3 Tinh dau girng [5]
2.3.1 Tính chất lý hĩa
Tỉnh dầu trích từ thân rễ Zingiber officinale Rosc là chat lỏng linh động, nhớt, cĩ màu
xanh đến vàng, mùi thơm đặc trưng nhưng khơng cĩ vị cay của gia vị - _ Trọng lượng riêng (152C): 0.877 đến 0.886 - _ Gĩc quay cực: -26°0 đến -50°0 - _ Chỉ số khúc xạ (209C): 1.489 — 1.494 - - Chỉ số acid: >2 - Chi sé ester: >15
- D6 hoa tan: tan it trong alcol
2.3.2 Thanh phan héa hoc (tinh dau gừng Việt Nam)
Hexanal (0.07%), Triciclen (0.23%), a-pinen (3.9%), 2-heptanol (0.27%), 2-heptanon (vét), Camphen (12.6%), Fufural (vét), Sabinen (0.07%), B-pinen (0.53%), mircen (1.9%), a-phelandren (5.7%), 6-metilhept-5-en-2-on (0.15%), p-cimen va 1,8-cineol (5.3%), y- terpinen (0.05%), 2,6-dimetilhept-5-nal (0.06%), Terpinolen (0.35%), 2-nonanol (0.2%), Linalool va 2-nonanol (0.65%), Perilen (0.18%), Rosefuran (0.18%), Citronelal (0.29%), Isoborneol (vét), Borneol (1.8%), Camphor (0.12%), a-terpineol (1%), Citronelol (0.3%), p-cimen-8-ol (0.07%), Mirtenal (0.06%), 2-undecanon (0.05%), Geraniol (0.69%), Neral (8.1%), Acetat bornil (0.21%), Geranial (15.9%), B-elemen (0.3%), Acetat geranil (0.2%), Trans-B-farnesen (0.12%), Zingiberen_(9.2%), a-farnesen, B-bisamolen va ar- curcumen (7.8%), B-sesquiphelandren (4.3%), ư-cadien và selina-7(1 1)dien (0.26%), Acid lauric (0.09%), (E)-nerolidol (0.7%), Elemol (0.38%), Metilisoeugenol (0.08%), y- eudesmol (0.23%), B-bisabolol (0.59%), B-eudesmol (0.93%), trans-B-sesquiphelandrol (0.72%), farnesal (0.2%), xantorrizol (0.1%)
2.3.3.Tac dung dugc ly — cong dung[3,4] - Tac dung dugc ly:
Trang 12+ Chống nơn + Trợ tiêu hĩa + Chống huyết khối - Cơng đụng: - Tri lanh bung, day hơi, ăn khơng tiêu, đau bụng, tiêu chảy - Chống nơn - _ Trị cảm cúm, làm ra mơ hơi - _ Trị nhức đầu, ho mất tiếng
Gừng sao vàng chữa tay chân lạnh, nhức mỏi tê bại, tê thấp
2.4 Những thơng tin mới về gừng
- Trong ngộ độc thực phẩm: gừng cĩ tính sát trùng và tống hơi trong ruột nên cĩ thể
dùng điều trị ngộ độc thực phẩm, nhiễm trùng đường ruột va ly do vi khuẩn
- Buồn nơn và nơn mửa: gừng cĩ hiệu quả chống buồn nơn và nơn, làm giảm nơn trong thai kỳ
- Trên tin mạch: gừng được sử dụng như một biện pháp ngăn ngừa bệnh tim mạch
Những nghiên cứu sơ bộ cho thấy gừng cĩ thể làm giảm mức cholesterol trong máu và phịng chống đơng máu nên làm giảm nguy cơ tắc nghẽn mạch máu và giảm tỷ lệ đột quy
- Gừng và tỉnh đầu gừng là một chất làm ra đàm tốt nên cĩ hiệu quá trong các vẫn đề
về hơ hấp như ho, cảm cúm, hen suyễn, viêm phế quản và khĩ thở
- Viêm: những nghiên cứu mới cho thấy trong gừng cĩ Gingibain cĩ tính kháng viêm - Sốt rét: gừng cĩ hiệu quả chống bệnh vàng đa và sốt rét
- Stress: tinh dau gimg là một chất kích thích do đĩ làm giảm trầm cảm, căng thắng,
mnệt mỏi, chĩng mặt, bồn chỗn và lo âu
- Tĩc: gừng hữu ích trong việc trị gàu, giúp chăm sĩc tĩc tốt
- Ung thư: gừng đang được nghiên cứu trong điều trị ung thư trên chuột
3 CHIẾT XUẤT TINH DẦU TỪ GỪNG BẰNG KỸ THUẬT DÙNG VI BA
(MICROWAVE)
Trang 133.1.1 Chiết xuất tỉnh dầu Gừng bằng vỉ ba (microwave)[5]
Sử dụng 30g nguyên liệu (vi ba cĩ nước ) và 60g nguyên liệu (vi ba khơng nước) chiếu xạ ở cơng suất 600W, trong các khoảng thời gian quy định và trong 2 điều kiện chưng cất hơi nước khác nhau,tinh đầu được ly trích theo sơ đồ Nguyên liệu Cat nho + nước Bình chưng cắt đặt trong lị vi ba Chiêu xạ Ỷ se we ¥ Hệ thống ngưng tụ Bình hứng 1 Trích bằng Dietylether
2 Làm khan nước băng NazSO¿ 3 Thu hoi Dietylether N Dietylether Tinh dau san pham
Hinh 3 So dé ly trich tinh dau trong diéu kién vi ba
Bảng 2 Hiệu suất tỉnh dầu theo thời gian chiếu xạ trong phương pháp chưng cất hơi
nước cĩ thêm nước (80m)
Trang 145.0 0.0213 0.07 5.5 0.0241 0.08 6.0 0.0272 0.09 6.5 0.0320 0.11 7.0 0.0360 0.12 7.5 0.0372 0.12 8.0 0.0376 0.13
Nhận xét: Hiệu suất tinh đầu đạt kết quả cao nhất 0.13% sau khi chiết 8 phút, nếu tiếp tục
chiếu xạ thì nguyên liệu trong bình sẽ bốc cháy vì lúc đĩ được liệu đã bị khơ và nhiều chỗ
cháy đen Do đĩ, chọn mẫu thu được sau khi chiếu xạ 7 phút để xác định thành phần hĩa
học vì mẫu gân với tự nhiên hơn
Bảng 3 Hiệu suất tỉnh dầu theo thời gian chiếu xạ trong phương pháp chưng cất hơi nước khơng thêm nước Thời gian (phút) Khơi lượng tỉnh dâu (ø) | Hiệu suât % 3.0 0.0459 0.08 4.0 0.0639 0.1 4.5 0.0705 0.12 5.0 0.0777 0.13 5.5 0.0810 0.13 6.0 0.0844 0.14 6.5 0.0847 0.14 7.0 0.0849 0.14
Nhân xét: Hiệu suất tỉnh dầu đạt kết quả cao nhất là 0.14% sau khi chiếu xạ 7 phút, nếu tiếp tục chiếu xạ thì nguyên liệu trong bình sẽ bốc cháy vì lúc đĩ được liệu đã bị khơ và
nhiều chỗ cháy đen Do đĩ, chọn mẫu thu được sau khi chiếu xạ 6 phút để xác định thành
phần
Trang 153.1.2 Chiết tỉnh dầu gừng bằng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước (Hydro - distillation ) [6]
Đây là phương pháp cơ điển nhất nhưng ngày nay vẫn cĩ rất nhiều loại tỉnh đầu được
chiết xuất bằng phương pháp này, vì nĩ tương đối an tồn và cĩ tính kinh tế cao
3.1.2.1.Cơ sở lý thuyết
“* Qud trình chưng cất trực tiếp voi nuéc ( water distillation)
Quá trình chưng cất nước bao gồm:
Sự khuếch tán (điffusion) Sự tách rời (separation)
Sự thâm thấu (osmosis) Sự ngưng tụ (condensation)
ị |
Quá trình đun nĩng (heatng) ————> Sự hĩa hơi(vaporization)
Trong quá trình chưng cất, được liệu được ngập trong nước đun sơi, lớp nước này cĩ
vai trị như một hàng rào bảo vệ dé tinh dầu khơng bị ảnh hưởng bởi quá trình đun nĩng Khuếch tán là cơ chễ đầu tiên, cĩ vai trị quan trọng trong quá trình chiết xuất tinh đầu gừng Khuếch tán là quá trình chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử chất tan từ
nơi cĩ nồng độ cao đến nơi cĩ nồng độ thấp trong dung mơi lỏng Theo định luật Fick,
Trang 16Hình 4 Cơ chế của quá trình khuếch tắn
Thâm thấu là cơ chế thứ hai trong quá trình chiết xuất tỉnh đầu Thẩm thấu đĩng một vai trị trong việc mang các phân tử tỉnh đầu gừng lên bề mặt các túi tiết Trong thẩm thấu, các phân tử dung mơi di chuyển đễ dàng từ một nơi cĩ nồng độ thấp do chuyển động phân tử Các tế bào đây các phân tử tinh dầu theo hướng từ nồng độ thấp đến cao,
quá trình này cần năng lượng Quá trình này được biểu điễn như hình sau: Water moves into the cell @ Water Molecules
Lúc này bên trong tế bào cịn ít phân tử tỉnh dầu Nồng độ nước bên ngồi tế bào lớn,
đo đĩ, nước này cĩ khuynh hướng đi chuyền vào tế bào Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi đạt đến cân bằng hai bên màng
Khi nồng độ chất tan ở hai mặt của màng tế bào cân bằng nhau, các phân tử nước sẽ đi chuyển ra khỏi màng tế bào Các phân tử nước này sẽ mang theo các phân tử tỉnh đầu ra khỏi tế bào
Thứ ba là quá trình đwn nĩng nước Khi cung cấp nhiệt cho nước, nhiệt độ của nước
tăng lên đến khi áp suất hơi của nước bằng với áp suất khơng khí Tại thời điểm này nhiệt độ khơng tăng thêm nhưng quá trình đốt nĩng vẫn diễn ra nên tiếp tục cung cấp nhiệt lượng để biến đối nước từ thé long sang thé hoi
Cơ chế thứ tư là sự hĩa bơi Khi nước và tỉnh đầu gừng được đun nĩng đến áp suất
khí quyên, chúng sẽ bay hơi ở một nhiệt độ xác định và tạo thành một hỗn hợp đẳng phí
Cơ chế thứ năm là sự ngưng fụ của sản phẩm chưng cất Hơi nước và tỉnh đầu gừng
được làm lạnh bằng cách ngưng tụ
Trang 17Cơ chế cuối cùng là sự phân fách nước và tỉnh dầu Chất lỏng được ngưng tụ và rơi xuống bởi trọng lực và tách thành 2 lớp dầu và nước riêng biệt, lớp dầu phía trên và lớp nước phía dưới Hình 5 Hệ thơng chưng cất tric tiép với nước được sử dụng ở FRLM(Forest Research Institute Malaysia )
% Qud trinh chung cat hoi nwéc (Steam Distillation)
Quá trình đun nĩng Sự tách rời
(heating) (separation)
Sự thmthẫu «———> Sự khuếch tán Sự ngưng tụ
(osmosis) (diffusion) (condensation)
NỈ
Trang 18Sự hĩa hơi
(vaporization)
Quá trình đun nĩng là cơ chế đầu tiên trong chưng cất tinh dầu gừng, trong trường hợp này là đun nĩng được liệu trong nước sơi Tại thời điểm này, một phần tỉnh dầu gừng
phân tán trong các phân tử nước đã thâm thấu vào các túi tiết Các phân tử tinh dầu ngẫm
vào nước nhờ quá trình khuếch tán thơng qua màng Hai cơ chế này xảy ra cùng lúc Quá
trình tiếp tục cho đến khi tất cả các các phân tử tinh dầu được khuếch tán từ các túi tiết và
bay hơi theo hơi nước Condenser Dean stark Separating funnel Pressure cooker
Hình 6 Hệ thơng chưng trực tiếp cất nwéc va hoi nuéc sit dung & CLEAR ( Centre of Lipids Engineering & Applied Research)
3.1.2.1 Két qua thực nghiém
Cắt nhỏ 300gr nguyên liệu và 800ml nước vào bình cầu 2000ml.Đun sơi chưng cất hơi nước trong các thời gian quy định
Trang 19Nguyên liệu Cắt nhỏ Ỷ Bình cất Hệ thống ngưng tụ Vv Binh phan ly tinh dâu và nước 7 q
Phan tinh dau Phan nước
1 Trich bang Dietylether 2 Làm khan nước băng NazSỊx
| 3 Thu hoi Dietylether
Dietylether Tinh dau san pham
Hinh 7 So dé ly trich tỉnh dầu theo phương pháp chưng cất hơi nước cỗ điễn
Trang 2014 1.3785 0.46 16 1.3779 0.46 18 1.3782 0.46
Nhận xét: hiệu suất tinh dầu dat cao nhat 0.46% sau 14 gid chung cat
3+ S$ò sánh thành phần hĩa hoc của tỉnh dẫu gừng ly trích bằng 3 phương pháp
Thanh phan phan trăm các cấu phần trong tinh dầu Gừng theo 3 phương pháp phân tích được xác định bằng phương pháp sắc kí khí ghép khéi phé (GC-MS): phuong phap chưng cất hơi nước cơ điển (phương pháp A), chưng cất hơi nước đưới tác đụng của vi ba (cĩ thêm nước vào nguyên liệu) (phương pháp B), chưng cất hơi nước đưới tác dụng của vi ba (khơng thêm nước vào nguyên liệu) (phương pháp C)
Trang 2114 Geraniol - 1.94 - 15 Geranial 4.56 36.78 25.51 16 6-Isopropil biciclo[3.1.0]hexan | 0.03 - - 17 Copaen 0.18 Vết 0.18 18 Elemen 0.50 Vet 0.12 19 B-Farnesen 0.16 - - 20 Cariophilen Vêt - - 21 Zar-Curcumen 12.95 5.98 7.73 22 Zingiberen 33.39 0.68 18.51 23 Ci5H22 3.46 - 1.18 24 a-Farnesen 6.45 - 2.47 25 B-Bisabolen 6.96 1.78 3.77 26 B- Cabeben 0.26 - Vết 27 B- Sesquiphelandren 16.54 2.25 8.43 28 Farnesol - 0.18 0.35 Tổng cộng 97.16 96.61 96.99
(23) 1,2,3,4,4a,5,6,8a- Octahidro-7-metil-4-metilen-1-(1- etiletil) naphtalen
Nhân xét: trong ba phương phap ly trich, Zingiberen thu được trong phương pháp vi song cĩ hàm lượng giảm ổi Ngược lại, geranal (cấu phần chính) thu được trong phương pháp lơi cuốn hơi nước cĩ hàm lượng thấp hơn
3.2 So sánh kết quả của 2 phương pháp chiết xuất:
Từ những kết quả thu được trong các khảo sắt trên, cĩ thể thấy:
- Về hiệu suất chiết, phương pháp chưng cất hơi nước cho hiệu suất cao hơn các phương pháp chưng cất cĩ sự hỗ trợ của vi sĩng Nguyên nhân được giải thích là đo thân rễ gừng chứa một lượng nước rất nhỏ và cĩ thể đo trong thành phần của gừng cĩ nhieuf hợp chất kém phân cực
Trang 22nhanh, sự phá vỡ tuyến tỉnh dầu xảy ra nhanh chĩng đã chiết xuất tốt các hợp chất phân cực
4 KIEM NGHIEM TINH DAU GUNG 4.1 Chi s6 vat ly[5] = Ty trong: D”>;= 0,8361 = D6 quay cuc: a p= -2°37’ " Chỉ sơ khúc xạ Phương pháp ly trích n'p Chưng cất hơi nước 1,4583 VỊ ba cĩ nước 1,4535 VỊ ba khơng nước 1,4512 4.2 Chỉ số hĩa học[5| "Chỉ số acid(IA): 2.916 = Chi sé savon(IS): 17.93 = Chi sé ester(IE): 15.014
4.3 Kiếm nghiệm tỉnh dầu Gừng bằng sắc ký lớp mỏng[7]| Mau : Tinh dau Gừng
Ban mong: Silicagel F254
Hệ dung mơi pha động : Toluene : Ethyl Acetate (93 : 7)
Trang 247.Khi mang : Nito Hinh 10 Sac ky do tinh dau Gieng (GO) 4.5 Kiếm nghiệm bằng HPLC|[7] Điều kiện sắc ký Cot : C18 - ODS (Octadecylsilane) (Lichrocart 250-4,Lichrospher RP-18e-5y (Merck) Art.No: 1.50216
Pha động : Acetonitril : nudc (55 : 45)
Detector : SPD-M 10Avp Photo diode array detector
Tốc độ dịng : 1.3 ml/min
Bước sĩng : 280 nm Thể tích tiém mau : 10 pl
Chuẩn bị mẫu chuẩn: cân chính xác 100mg tinh dầu gừng chuẩn (contains 40% (kl/kl) Gingerol) cho vào bình định mức 25 ml Hịa tan and bổ sung vừa đủ 25ml bằng methanol để chạy HPLC
Chuẩn bị mẫu thử: Cân một lượng chính xác mẫu thử tương đương 40 mg gingerol
cho vào bình định mức 25ml Hịa tan và bở sung vừa đủ 25ml bằng methanol để chạy HPLC
Trang 25Tién hanh:
Cài đặt máy với các thơng số như trên
Sử dụng bơm tiêm thích hợp tiêm 10 t1 dung địch chuẩn Lặp lại 4 lần và tính RSD(độ
Trang 26Hình 12 Sắc ký đồ mẫu thử tỉnh dầu Gừng (HPLC)
(mẫu thử chứa 20% Gingerols)
5 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT CĨ HỖ TRỢ VI BA CẢI TIỀN:
5.1 Phương pháp chiết xuất vì ba dùng dung mơi kém phân cực (NPSMAE: Non-
polar Solvent Microwave-Assisted Extraction) [8]
Trong những năm gần đây, chiết xuất cĩ hỗ trợ vi ba (MAE: Microwave-Assisted
Extraction) đã được sử dụng một cách rộng rãi để chiết xuất hoạt chất trong các mẫu thực vật theo một hệ thống kín hoặc hở Lợi ích lớn của MAE 1a kha nang cung cấp nhiệt cho hỗn hợp dung dịch mẫu một cách nhanh chĩng Hiệu quả của năng lượng vi ba chủ yếu phụ thuộc tính chất của các dung mơi và dược liệu, vì thế nhiều loại dung mơi phân cực
và hỗn hợp dung mơi được sử dụng làm đung mơi chiết Một trong những hỗn hợp thường được sử dụng là hỗn hợp hexane-aceton (1:1, V:V) Tuy nhiên, dung mơi khơng phân cực, chẳng hạn như cther cũng thường xuyên được sử dụng trong thiết bị Likens-Nickerson để chiết các thành phần đễ bay hơi, nhưng nĩ rất khĩ để đun nĩng trực tiếp bằng bức xạ vi ba
Trong báo cáo trước đĩ, một chất rắn cĩ tính hấp thụ vi ba gọi là bột sắt carbonyl
(ICP: Iron Carbonyl Powder) đã được sử dụng trong phương pháp chiết xuất vi ba khơng dùng dung mơi (ISFME: Improved solvent-free microwave extraction) để chiết xuất tỉnh dầu từ các vật liệu khơ Các ICP cĩ thể nâng cao nhiệt độ và áp suất trong hệ thống bình
kín và cải thiện một cách mạnh mẽ tốc độ và hiệu suất chiết
Trong quá trình này, đung mơi khơng phân cực (ether) và ICP đã được sử dụng để chiết xuất tinh dầu từ được liệu khơ Zingiber officinale Rosc Phương pháp chiét xuất vi ba dùng dung mơi kém phân cuc (NPSMAE: Non-polar Solvent Microwave-Assisted Extraction) cải tiến cho thấy rằng lượng mẫu thử nhỏ hơn (3g) và thời gian chiết ít hơn (5 phút) so với HD, SAME, MSMAE và ISEME
Trang 27NPSMAE được thực hiện trong một hệ thống chiết vi ba cĩ áp suất Năng lượng tối đa
mà nĩ cung cấp là 800W với tần số của bức xạ vi ba là 2.450 MHz
Cấu trúc của thiết bị chiết được hiên thị trong hình I Vent tube [ -} Vent fitting Cover ses) er ae — Safety burst membrane kid L†— Cap Liner vesse] ——# Vessel body Cheam
Hình 13 Cẫu trúc của thiết bị chiết bằng NPSMAE
Nạp 3g mẫu và 1g ICP trong bình chiết Sau đĩ, thêm 10ml ether vào bình Chiết bằng phương pháp MAE ở 200 kPa trong 5 phút Khi chiết xuất hồn tất, mẫu được làm nguội ở nhiệt độ phịng và đem ly tâm với tốc độ 3.000 vịng/phút trong 5 phút Sau đĩ khử
nước với natrisulfat khan và cho vào bình định mức 10ml, thêm ether đến vạch Điều kiện PSMAE, MSMAE
Các điều kiện được sử dụng trong phương pháp chiết xuất vi ba dùng dung mơi phân cuc (PSMAE: Polar Solvent Microwave-Assisted Extraction) va chiét xudt vi ba ding dung moi phan cuc trung binh (MSMAE: Medium Solvent Microwave-Assisted Extraction) tương tự với những điều kiện sử dụng trong NPSMAE Dung 10 ml ethanol và hỗn hợp ethanol-ether (1:1, V: V) làm dung mơi chiết cho PSMAE va MSMAE va khơng cĩ ICP
Điều kiện chưng cất theo hơi nước (HD: hydro - distillation)
Trang 28Xác định thành phần bằng sắc ký khí ghép - khối phổ (GC - MS): Việc xác định các hợp chất được thực hiện trên một hệ thống phân tích Hewlett Packard bao gồm sắc ký khí 6890 kết hợp với khối phổ 5973, sử dụng cột HP - 5MS (30,0m x
250uưm x 0,25um lớp dày) Tốc độ dịng khí mang (Heli) khoảng 1 ml/phút, thiết lập nhiệt
độ ban đầu là 60°C trong 2 phút, sau đĩ tăng lên đến 220°C (tốc độ 5”C/phút) và tiêm
mẫu Các điều kiện hoạt động được liệt kê chỉ tiết trong bang 6 Parameter Range studied Opumum value NPSMAE parameters Mixture ratio of CIP to sample/(w : w) be Eee Ta Extraction pressure/kPa 100—S00 200 Solvent volume/mL 5—145 10 ny
Extraction time/min i—10
Gas chromatography-mass spectrometry condition
Carrier gas Helium Carrier gas flow-rate/(mL+min“') 0.5—1.0 |
Split ratio/(V: FP) Lot ao 1:0
Injection volume/uL | (HD extracts were 0.2) Injection temperature/‘C 230
Oven temperature/‘C From 60 to 220 Rate of temperature gradient/( ‘Cemin™) 3.04.0 5.0
Electron ionization voltage/eV 70
Ty lệ phần trăm của các hợp chất được tính bằng phương phap dién tich (the area normalization method) BO phan may tinh cua may khối phố phân tích và so sánh các đữ kiện vừa thu được với các số liệu phơ chuẩn đang chứa sẵn trong thư viện của máy
Kế quả và thảo luận
Tối ưu các thơng số thực nghiệm của NPSMAE: Các thơng số thực nghiệm được tối
ưu hĩa để thu được tối đa lượng tinh dầu và phân tích định lượng trong thời gian ngắn cĩ
thé
Các tham số ảnh hưởng đến lượng tinh dau duoc kiểm sốt, và các giá trị tối ưu được
liệt kê trong bảng 5
Kết quả thử nghiệm sơ bộ chỉ ra rằng với tỷ lệ ICP/hỗn hợp mẫu là 1:3, tại áp suất
Trang 29Hiệu lực cua ICP
Trong hệ thống kín của MAE, để làm nĩng 10ml ether và 10ml nước cần đến 7 phút
Tuy nhiên, khi cĩ mặt của 1g ICP thì chỉ mất khoảng 1 phút để làm nĩng 10ml ether từ
23°C lén 100°C Cac két qua cho thay su hap thy cua ICP 1a tét hơn
Các kết quả được trình bày trong Bảng 7 cho thấy rằng khơng cĩ sự khác biệt rõ ràng về thành phần thu được giữa hai phương pháp, mà chỉ ra rằng các ICP cĩ thể hấp phụ vi ba trung bình trong quá trình thực hiện
Content/% No — R.T./min Compound Mol form
Trang 30Content3%
No.R.T./minCompound Mol form —
NPSMAE HD PSMAE MSMAE 26 12.37 = 1-Methoxy-4-(1-propeny!)-benzene C;ạH;:Ð 0.87 291 — — 27 12.50 2-Undecanone C,,H2,0 1.21 0.56 — — 28 13.94 aCubebene Cị:Ha¿Os — 0.04 — — 29 14.01 c-2,6-Dimethyl-2,6-octadiene C¡ạH;; 0.32 0.26 — — 30 14.37 Isoledene CisHo4 0.23 0.58 — — 31 14.63 Copaene CysHs4 0.44 1.09 — 0.91 32 14.79 3,7-Dimethyl-acetate-2,6-octadien-l -ol €¡:H;¿ 1.12 0.99 — 0.84 33 15.03 1-Ethenyl-1-methy]-2,4-bis(1-methylethenyl)-cyclohexane C;;:H;, 0.23 0.35 — — 34 15.35 5-(1,5-Dimethyl-4-hexenyl]}-2-methvl-1,3-cyclohexadlene C;:H;, 0.39 0.40 — — 35 15.72 Caryophyllene €¡:H:;¿ 0.43 0.38 — — 36 16.09 2,6-Dimethyl-6-(4-methyl-3-pentenyl)-bicyclo[3.1.1 ]hept-2-ene C¡:H:, 0.22 0.30 — — 37 16.67 Decahydro-l,1l,7-trimethvl-34-methylene-lI/j-cyclonronƒ[e |azulene CisH24 0.37 0.51 — 1.02 38 16.98 1,2,3,4,4a,5,6,8a-Octahydro-7-methy]-4-methylene-1-(1-methylethyl)- CisHes 0.75 154 _ 213 naphthalene Sid 39 17.20 Germacrene D €¡:H;; 0.31 0.10 — — 40 17.35 1-(1,5-Dimethyl-4-hexeny]l)-4-methyl-benzene C¡:H:: 16.08 14.31 21.31 19.26 41 17.68 Š-(1,5-Dimethyl-4-hexenyl)-2-methyl-l,3-cyclohexadiene C;:H;, 25.81 24.56 35.21 30.12 42 17.99 |-Methy]-4-(5-methy]- 1-methylene-4-hexeny])-cyclohexene C¡:H:; 13.06 11.75 18.95 17.79 43.18.37 /Ø-Sesquipnhellandrene €¡:H;; 14.03 12.85 20.12 19.97 44 18.62 6-Panasinsene C¡:H:¿ 0.12 0.65 — —
Thành phân hố học trong các loại tỉnh dẫu
Các thành phần hĩa học dễ bay hơi thu được từ được liệu khơ Zingiber officinale
Rosc bang NPSMAE va HD được liệt kê trong Bảng 7
Tir bang 2, c6 thé thay rằng các thành phần trong tỉnh dầu thu được bằng phương pháp NPSMAE và HD khá tương tự Nĩ cho thấy sesquiterpene (70,72% -73,83%) là nhĩm hợp chất chính của Zingiber officinale Rosc và 1-(1,5-dimethyl - 4-hexenyl)-4-methyl- benzen (14,31% -16,08%), 5 - (1,5-dimethyl-4-hexenyl)-2-methyl-1, 3-Cyclohexadien (24,56% -25,81%), 1-methyl-4-(5-methyl-1-métylen - 4-hexenyl)-Cyclohexen (11,75% -
13,06%) va B-sesquiphellandrene (12,85% -14,03%) là những thành phần chủ yếu
Cĩ một sự khác biệt nhỏ trong tỉnh dâu chiết được bằng NPSMAE và HD Khi sử
đụng NPSMAE thì lượng chất oxy hố thu được là ít hơn khi sử dụng HD Lý do cĩ thể là nước trong hệ thống sẽ làm cho một số hợp chất bị thủy phân Lượng chất oxy hố
cũng bị ảnh hưởng bởi thời gian chiết xuất Như vậy nếu thời gian chiết kéo dài và cĩ
Trang 31Các thành phần hĩa học chủ yếu cĩ trong tinh đầu thu được bang PSMAE va MSMAE cũng được liệt kê trong b¿ng ố, và sắc kí đồ của các chất chiết xuất được thể hiện trong
hình 14 Từ Bảng 7 và hình 14 cho thấy răng các thành phần trong tỉnh dầu thu được bằng
PSMAE và MSMAE ít hơn bởi NPSMAE Các kết quả thử nghiệm cho thấy rõ ràng rằng lượng chất chiết được bằng PSMAE và MSMAE thấp hơn NPSMAE 8 IAA = a = 500000 < 4.00 S00 12.00 16.00 20.00 ° min = MSMAE & 1LU((NM)U) =_ 5/0000 {| U m=) T a a T T ca dyl "T ¬ 4,00 8.00 12.00 16,00 20.00 s2 „min = se 5 10000001 NPSMAE 2 5000004 | <— Liu1 i pnt r7 XS, + — 4 00 800 12.00 1600 2000 min Hinh 14 Kê! luận
Phương pháp NPSMAE cung cấp một cách nhanh chĩng và hiệu quả mẫu phân tích
cho việc xác định các các thành phần đễ bay hơi trong vât liệu khơ bằng GC/MS
ICP cĩ khả năng hấp thu bước sĩng ngắn và tốc độ làm nĩng tốt hơn và cao hơn so với các đung mơi phân cực, chẳng hạn như nước Dung mơi khơng phân cực cho dịch chiết tinh đầu tốt hơn dung mơi phân cực Do đĩ, NPSMAE cĩ lợi hơn so với HD truyền thống về thời gian chiết xuất và phân tích mẫu Hiệu quả chiết bằng NPSMAE cao hơn nhiều so PSMAE và MSMAE Hơn nữa, cĩ thể mở rộng phương pháp này để tách các mẫu khác khơng hấp thu vi ba bằng cách thay đơi các điều kiện chiết xuất
5.2 Phương pháp chiết xuất vi ba khơng dùng dung mdi cai tién (ISFME: Improved
solvent-free microwave extraction)[9]
Tĩm tắt
Một phương pháp mới về việc chiết xuất tinh dầu từ được liệu khơ đã được nghiên
Trang 32medium) vào bình phản ứng, chiết xuất vi ba khơng dùng dung mơi (SEME: solvent-free microwave extraction) đã được cải tiến và cĩ thê được sử dụng để chiết xuất tỉnh dầu từ
vật liệu khơ mà khơng cần qua quá trình tiền xử lý Với một bức xạ vi ba 85W chỉ mất
khoảng 30 phút để chiết xuất hồn tồn các loại tinh đầu Tồn bộ quá trình chiết xuất rất đơn giản, nhanh chĩng, và kinh tế Ba loại MAM: sắt cacbonyl bột (ICP: iron carbonyl powder), bột than (GP: graphite powder), và bột than hoạt (ACP: activated carbon powder), và dược liệu khơ là Gừng Zingiber officinale Rosc đã được nghiên cứu So sánh các kết quả chiết xuất từ ba phương pháp chiết xuất vi ba khơng dùng dung mơi (SEME: solvent-free microwave extraction), chung cat hơi nước cĩ hỗ trợ vi ba (MAHD: microwave-assisted hydrodistilation), chưng cất hơi nước thơng thường (HD: hydrodistillation) và rút ra được kết luận SFME cải tiến là một phương pháp khả thi cho việc chiết xuất các loại tinh đầu từ nguồn nguyên liệu khơ, bởi vì cĩ vài khác biệt giữa các thành phân của tinh đầu chiết xuất bởi SFME cải tiến và bằng các phương pháp khác
Giới thiệu
Chiết xuất vi ba khơng dùng dung mơi (SEME), một phương pháp mới được sử dụng để chiết xuất tỉnh dầu từ vật liệu đã được phát triển trong những năm gan day SFME 1a một “cơng nghệ xanh”, bởi vì tinh đầu cĩ thể được chiết xuất bằng phương pháp này mà khơng cần thêm bất kỳ một loại đung mơi nào Trong SFME, mẫu phải chứa nước đầy đủ,
bởi vì hệ thống được làm nĩng là do kết quả của sự hấp thụ năng lượng của nước từ vi ba Đối với dược liệu tươi, SEME cĩ thể được sử dụng để chiết xuất tinh dầu trực tiếp Tuy nhiên, đối với mẫu vật liệu khơ thì cần thiết là phải làm âm các mẫu trước khi chiết xuất,
mà thực hiện quá trình này thì phức tạp và tốn thời gian Để giúp quá trình chiết xuất tỉnh
đầu từ nguyên liệu thực vật khơ được nhanh chĩng, chát trưng gian hấp thụ vi ba (MAM)
đã được thêm vào các mẫu để thay thế nước, ví dụ bột sắt cacbonyl (ICP), bột than chỉ (GP) và bột than hoạt (ACP) - tất cả đều hấp phụ năng lượng vi ba Tat ca chúng cĩ tính
chất hấp thu vi ba tốt và hĩa tính ổn định Dưới cùng điều kiện này, vật liệu rắn cĩ thé
được làm nĩng bằng cách chiếu xạ vi ba nhanh chĩng hơn nhiều so với các dung mơi
Trang 33ACP cho một mẫu là một phương pháp khả thi để cải tiến SFME ma co thé lam cho toan
bộ quá trình đơn giản hơn và nhanh hơn khi sử dụng đơn thuần SFME trước đây để chiết xuất tinh dầu từ vật liệu khơ
Trong bài báo cáo này, để tiếp tục hiểu biết về tác dụng của các MAM và mở rộng phạm vị áp dụng của phương pháp, được liệu kh6 Zingiber officinale Rosc d& dugc chon
làm mau; ICP, GP, va ACP được sử đụng như MAM SEME đã duoc cai tiến bằng cách
trộn các MAM với các mẫu Để đánh giá bước cải tiến của SFME so với SFME thường,
MAHD va HD bang cách dựa vào việc xác định thời gian chiết xuất, chất lượng của tinh dau thu duoc, bao gom cac thanh phan hop chat, va tiéu thu dién nang
3# Phương pháp chiết xuất vi ba khơng dùng dung mơi cải tiến (ISFME: Improved solvent-free microwave extraction):
Hệ thống SFME cải tiến bao gồm một lị vi ba, bình phản ứng, một thiết bị khuấy trộn, và thiết bị đo nhiệt độ Sơ đồ của hệ thống SEME cải tiến được thể hiện trong hinh1 Cac
lị vi ba gia dụng đã được sửa đổi trong phịng thí nghiệm và năng lượng bức xạ vi ba cĩ thể được truyền một cách liên tục đến các lị phản ứng Năng lượng vi ba phát ra liên tục,
đều đặn được kiểm sốt Năng lượng phát ra tối đa là 800W với tần số 2.450 MHz Kích
Trang 34Water —cm <=> +— Water Coelef ——————— , Esserihal olỦ —————> TWater Stirrer — Microwave ®—— š 5 — trradiahon
sample and MAM
Hình 15 Hệ thơng SFME cải tiến
Thiết bị đo nhiệt độ cĩ thể phát hiện chính xác nhiệt độ từ -45 tới 290°C
Trong quy trình SEME cải tiễn, 100g mẫu và 20g MAM được thêm vào bình phản ứng và đun nĩng bằng cách sử dụng bức xạ vi ba 85W trong 30 phút ở 100°C với thiết bị khuấy Tốc độ khuấy thích hợp (khoảng 200 vịng / phút) được lựa chọn để cho phép trộn mẫu và MAM trong bình phản ứng Các chất chiết ra được làm lạnh bằng thiết bị bên ngồi lị vi ba Quá trình chiết được tiếp tục cho đến khi khơng cịn sản phẩm Sản phẩm chiết được chứa cả tỉnh đầu và nước
Thu tỉnh dầu, làm khan với natrisulfat khan và được bảo quản ở 0°C cho đến khi sử dụng
3+ Hệ thống SFME thơng thường:
Hệ thống SFME thơng thường gần giống như hệ thống SEME cải tiến ngoại trừ khơng
sử dụng hệ thống đo nhiệt độ, nhưng cĩ một hệ thống dé giữ độ âm trong mẫu hằng định
(inner circulatingwater system) Lam âm mẫu (100g) trước khi chiết xuất
Trang 35Mẫu âm được đặt trong bình phản ứng và làm nĩng băng cách sử dụng bức xạ vi ba
85W trong 50 phút hoặc cho đến khi khơng thu được tỉnh đầu nữa Thu tinh dầu, làm
khan với natrisulfat khan và được bảo quản ở 0°C cho đến khi sử đụng
4L Hệ thống MAHD và HD:
Hệ thống MAHD là giống như hệ thống SEME thơng thường Mẫu (50 g) và nước (300 ml) cho vào 500ml và đun nĩng bức xạ vi ba 85W trong 90 phút Thu tinh dầu, làm khan với natrisulfat khan và được bảo quản ở 0°C cho đến khi sử dụng
Trong HD, 50g mẫu và 300ml nước được cho vào bình nĩn 500ml và đun nĩng ở 100°C
trong 180 phút (Dược điển Trung Quốc) Thu tỉnh dầu, làm khan với natrisulfat khan và
được bảo quản ở 0°C cho đến khi sử dụng
Xác định thành phần bằng GC-MS (Gas chromatography-mass spectrometry)
Tinh dau da duoc phan tich béi hé théng Hewlett Packard bao gồm sắc ký khi 6890
kết hợp với khối phổ 5973, sử đụng cột HP - 5MS (30,0m x 250um x 0,25um lớp dày)
Heli được sử dụng làm khí mang tốc độ dịng 1,0 mi/mnn; tiêm 0,2 uL ở nhiệt độ 230°C; hệ số tách là 01:50 Nhiệt độ lị nung được thiết lập từ 60 đến 220°C với tốc độ 5”C/phút
Sự ion hĩa các hợp chất phân tích sử dụng các bức xạ cĩ năng lượng là 70 eV Kết quả và thảo luận
Đặc tinh cia MAM:
ICP, GP, va ACP, duoc su dung nhu 14a MAM trong SFME cai tién.Tat cd chúng cĩ tính chất hấp thu vi ba tốt và hĩa tính ơn định Bởi vì nước là một dung mơi được sử dụng nhiều trong MAE, tính hấp thụ của ba loại MAM được so với nước MAM (Š ø) và nước
(5 ml) đã được đặt trong cùng một lị phản ứng và chiếu bức xạ 85W Thời hạn chiếu xạ
cho việc gia tăng nhiệt độ 20-100°C được liệt ké trong Bang 1 Matenal ICP GP ACP Water Time of heating (5) 55 4§ 65 | RŨ
Trang 36Trong SFME cai tiến, việc lựa chọn điều kiện thực nghiệm tối ưu, ví đụ như tỷ lệ của MAM so với mẫu, năng lượng bức xạ vi ba và tốc độ của thiết bị khuấy là quan trọng Bởi vì đặc tính hấp thu vi ba của ba loại MAM tương tự nhau, nên tỷ lệ của MAM so với mẫu cĩ thể được lựa chọn 1 trong 3 chất MAM Đối với ICP, tỷ lệ khối luong 1:1, 1:02, 1:05, và 1:10 đã được khảo sát, và tỷ lệ khối lượng được chọn là 01:05 Nếu tỷ lệ này quá cao, việc kiểm sốt nhiệt độ chính xác sẽ khĩ khăn Nếu tỷ lệ quá thấp, nhiệt độ tăng quá chậm
và thời gian chiết xuất quá dài
Năng lượng bức xạ thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo tỉnh dầu được chiết xuất một cách nhanh chĩng với kiểm sốt nhiệt độ chính xác Ở những năng lượng bức xạ
50W, 85W, 100W và cao hơn đã được nghiên cứu Và cuối cùng, năng lượng bitc xa 85 W đã được chọn bởi vì với năng lượng này và tỷ lệ MAM/mấẫu là 1:5 chỉ mất khoảng 30
phút để chiết xuất tinh đầu hồn tồn bằng cách sử dụng các phương pháp SFME cải tiến Để đảm bảo mẫu và MAM được trộn kỹ lưỡng và làm nĩng như nhau, tốc độ khuấy
cũng rất quan trọng Tốc độ 200 vịng/phút đã được lựa chọn; đảm bảo hỗn hop di chuyén
liên tục trong lị phản ứng Thành phân của tỉnh dẫu
Hợp chất điển hình trong tinh dầu thu duoc ti Zingiber officinale Rosc la a- zingiberene chiếm 17.4 - 25.4% Theo các tài liệu, œ-zingiberene trong tinh đầu Gừng là 28,6%, gần giống với kết quả nghiên cứu
Hàm lượng chất oxy hĩa tồn phan trong tinh đầu Gừng là 6 - 9%
Trang 37Compounds* Content (%)° ISFME CSFME MAHD HD ICP GP ACP œ-Pinene 1.5 1.9 1.6 k5 0.9 L.3 Camphene 3.6 4.5 3.9 2.8 2.2 3.1 f-Pinene 0.4 0.9 0.7 0.1 O.1 0.1 Myrcene 0.8 Ll 0.9 0.6 0.5 0.7 œ-Phellandrene 0.9 L.4 1.1 0.6 0.5 0.8 a-Terpinene 0.4 0.7 0.6 0.2 0.2 8.4 p-Cymene 0.9 1.2 1.0 0.3 0.3 0.4 B-Phellandrene 8.6 11.6 9.0 6.5 Ta hl y-Terpinene 0.6 0.7 0.7 0.4 0.4 0.4 Linalool 0.8 0.7 0.7 0.5 0.5 0.6 endo-Borneo! 1.3 1.7 1.4 5 l.4 L.& œ-Terpineol 0.8 Ll 1.0 0.8 0.7 1.0 Perylaldehyde 0.7 0.6 0.8 0.3 0.4 0.3 (£)-Anethole L.A 3.7 #3 1.3 2.8 a7 Cyclosativene 0.6 0.7 0.6 0.5 0.5 0.4 x-Copaene 1.1 13 1.1 0.9 0.9 0.8 Neryl acetate 0.6 0.6 0.4 0.9 0.9 0.7 B-Elemene 4.1 4.0 al 3.0 2.8 3.4 ar-Curcumene LÄ.4 L4.I 16.4 15.4 16.0 15.3 œ-Zingiberene 23.2 17.4 20.4 25.4 23.9 2322 ä-B3isahplene 12.3 9.9 10.5 12.5 12.3 11.3 đ-Sesquiphellandrene 12.0 9.7 10.2 13.4 13.0 LL.8 trans-Nerolidol 0.4 0.4 0.3 0.9 1.2 0.0 Epizonarene 0.6 0.6 0.6 1.0 2.6 L.4 Total amount of oxygenated compounds (%) 6.0 8.8 7.9 6.2 7.9 9.0 Total amount of identified compounds (%) 92.0 89.9 90.3 91.0 90.2 90.0 Extraction time (min) 30 30 30 50 90 L&0
Volume of water In the system (mL) 10 10 LO 100-1 50 300 300
Electricity consumption (kW h) 0.04 0.04 0.04 0.07 0.13 0.75
* As identified by GC-MS software; names according to both NIST mass spectral library and the literatures [19-21]
® Quantitative data were obtained by relating individual peak areas to the total area of the total ion chromatogram Calibration factors were not used
Hiéu qua cua ICP, GP va ACP:
Ta biết rằng đặc tính hấp thu vi ba của ba loại MAM tốt hơn nước Từ đĩ, cĩ thể kết
luận rằng, SEME cải tiến dùng ICP, GP, ACP thì tiết kiệm thời gian hơn SFME thơng
thường, MAHD và HD khi chiết xuất tinh đầu từ dược liệu khơ Thời gian chiết được
trình bày trong ðảng 7 Khi thêm 3 loại MAM vào mẫu thì chỉ mất khoảng 2-3 phút để làm nĩng mẫu từ 20C đến 100°C và khoảng 30 phút để chiết xuất tỉnh dầu hồn tồn Trong SFME thơng thường sử dụng nước để hấp thụ năng lượng bức xạ vi ba và làm nĩng mẫu,
tuy nhiên, phải mất khoảng 8-10 phút để nâng nhiệt độ từ 20°C đến 100°C và khoảng 50
phút để chiết xuất tinh đầu hồn tồn
Trang 38cao và nước cĩ thê dẫn đến một số thành phần bị phân hủy, ơxy hĩa, hoặc thủy phân Hầu hết các phản ứng xảy ra rất phức tạp và khơng chắc chắn, và một số khơng thường xuyên
Các thành phần bị thiếu cĩ thể đã trở thành các thành phần khác tinh dầu hoặc sản phẩm
mà khơng được phát hiện
Từ đĩ cho thấy, cả ba loại nguyên vật liệu (ICP, GP, và ACP) đĩng vai trị như chất
hấp phụ năng lượng bức xạ điện từ nhưng khơng phải là tác chất và tất cả đều thích hợp
để sử dụng như MAM trong SEME cải tiến
So sánh các SEME cải tiến, SEFEME thường, MAHD, và HD
Từ Bảng 6 cho thấy răng thời gian chiết xuất của SFME cải tiến chỉ mất 30 phút, ngắn nhất trong bốn phương pháp, phương pháp SFME thơng thường là 50 phút, MAHD là 90 phút, và HD là 180 phút Trong quá trình chiết các thành phần chủ yếu của tinh dầu cĩ thê bị ảnh hưởng bởi thời gian chiết: thời gian chiết quá lâu tạo điều kiện cho quá trình oxy
hĩa và thủy phân xảy ra dễ dàng hơn
Nước cũng cĩ thê ảnh hưởng các thành phần của tinh dau, vì nước cĩ thê dẫn đến thủy phân một số hydrocarbon Lượng nước càng nhiều, xác suất thủy phân càng tăng
Tuy nhiên, sự hiện diện của nhiều nước sẽ cĩ xu hướng ngăn chặn sự oxy hĩa, bởi vì
nhiều nước sẽ làm giảm sự tiếp xúc giữa vật liệu và oxy trong khí quyên Trong phương pháp SEFME cải tiến chỉ cĩ khoảng 8-10ml nước trong các nguyên liệu thực vật khơ; đây là lượng nước nhỏ nhất trong bốn phương pháp Khoảng 300 ml nước đã được hiện diện trong MAHD và HD, cao nhất trong bốn kỹ thuật chiêt xuất
Các hợp chất oxy hĩa trong các loại tinh đầu cĩ thể là sản phẩm của quá trình oxy hĩa hoặc thủy phân Tổng số các hợp chất oxy hĩa trong các loại tinh dầu chiết xuất từ Gừng bằng các phương pháp khác nhau được hiển thị trong Bang 8
Lượng chất oxy hố trong tinh dầu chiết xuất từ gừng thì phương pháp HD thu nhiều
nhất (9,0%) Khi sử đụng SEME cải tiến lượng chất oxy hố thu được thấp nhất (6,0%)
Trang 39Déi voi SFME cải tiến chỉ phí chỉ 0,04 kWh - thấp nhất trong bốn phương pháp Điện
năng tiêu thụ được cao nhất cho HD (0,75 kW h) Kết luận
Phương pháp SEME đã được cải tiến bằng cách thêm ba loại MAM (ICP, GP và ACP)
vào mẫu, và được sử đụng để chiết xuất tinh dầu từ nguyên liệu thực vật khơ SEME cải
tiến phù hợp hơn so với SFEME thường, MAHD và HD cho các loại tỉnh đầu chiết xuất từ nguồn nguyên liệu thực vật khơ mà khơng cĩ bất kỳ dung mơi hay tiền xử lý, và làm cho tồn bộ quá trình chiết xuất đơn giản hơn, nhanh hơn, và kinh tế hơn
6 KÉT LUẬN
Qua tìm hiểu về quy trình chiết xuất, kiểm nghiệm tinh dầu từ thân rễ Gừng (Zingiber officinale Rosc.) thuéc ho Gimg (Zingiberaceae), chúng tơi nhận thay:
- Về hiệu suất chiết, phương pháp chưng cất hơi nước cho hiệu suất cao hơn các phương pháp chưng cất cĩ sự hỗ trợ của vi sĩng
- Đối với phương pháp chưng cất hơi nước cần thời gian dài để cĩ thể chiết được tồn bộ tinh dầu (14 giờ)
- Phương pháp sử dụng vi sĩng để chiết xuất tỉnh dầu gừng cĩ một sĩ ưu điểm hơn
phương pháp cất hơi nước cơ điển:
+Thời gian chiết ngắn hơn nhiều so với phương pháp cất với nước (7 phút) + Thành phan phần trăm của các hợp chất phân cực tăng lên rõ rệt
+Các chất oxi hĩa cĩ trong thành phần tinh dàu giảm rõ rệt, chất lượng tinh dầu tốt ho - Các chỉ số lý hĩa của mẫu tinh dầu gừng thu được đều phù hợp với kết quả tham khảo
Trang 40TAI LIEU THAM KHAO
[1] M Letellier and H Budzinski*, Microwave assisted extraction of organic
compounds , Analusis, 1999, 27, 259-271© EDP Sciences, Wiley-VCH 1999
[2] Bai Giang Dug liệu, Tập II, Đại học Dược Hà Nội, NXB Y học
[3] Đỗ Tắt Lợi, Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB Y hoc(2004)
[4] Giáo trình Nhận thức dược liệu, Đại học Y Dược thành phố Hị Chí Minh
[5] Lê Quỳnh Liên, Luận án thạc sĩ khoa học chuyên ngành hĩa hữu cơ, mã số 01.01.02 (2000)
[6] Nurul Azlina Binti Mohamed, Study On Important Parameters Affecting The Hydro-Distillation For Ginger Oil Production (July 2005)
[7] Zingiber officinale, Natural Remedies Pvt Ltd.,
[8] YU, YongWANG, Zi-MingWANG, Yu-Tang(LI, Tie-ChunCHENG, Jian-Hua LIU,
Zhong-YingZHANG, Han-Qi, “Non-polar Solvent Microwave-Assisted Extraction of VolatileConstituents from Dried Zingiber Officinale Rosc.”, Chinese Journal of
Chemistry, 2007, 25, 346—350