R27vÀ2 92 :-+z£.1 2 2 TONG QUAN VE TALI LIỆU -2-©22+S2+E22EEE2EE22EE+EEE2EE+EEE+2E2EEEzEErrrerree 3 VN 018400 3 2.2 Đặc điểm thực vật, phân bố . ¿- 2-2 5£ +s©E+E£EE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrkerree 3 2.2.1 Đặc điểm thực vật . ¿©2222 2212212211211211271121171121 211.11 3 2.2.2 Phân bó - ©2222 +2222ES2EE2E12711211221127112112711112111111171111211 111 xe 4 2.3 Thành phần hóa học 2.4 Tính chất hóa lý của nhóm tỉnh dầu 2-2-2 x++EE+zE+EE+zE+EEzEerxzxerxez 5 Pu ái 6 3 PHAN THUC NGHIEM
3.1 Chiết xuất nhóm tỉnh dầu toàn phần 2-22 22 E+EE£+EE+EEE+zE2Exz+Eerrxerree 8
3.1.1 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ¿- s22 +2szz+zxzzvzse 8
3.1.2 Phương pháp chiết bang chat lỏng quá tới hạn -2- 52 2+sz+£+zs2 8
3.2 Phân lập các hợp chất Citronellal va Geraniola trong nhóm tỉnh dau 10
Trang 21 ĐẶT VÁN ĐÈ
Nhu cầu về tinh dầu và hương liệu (cho mỹ phẩm), thứ đang được coi là “vàng xanh”, trên thế giới tăng nhanh do người dân ngày càng có xu hướng trở về dung những hợp chất tự nhiên Trong khí đó, Việt Nam là một trong những nơi thuận lợi nhất dé trồng một số loại cây chiết xuất tỉnh dầu [1]
Các thị trường nhập khẩu tinh dầu chính trên thế giới mấy năm gần đây: 1 Khối 25 nước EU: 1,7 tỷ USD; 2 Mỹ: 1,2 tỷ USD; 3 Pháp: 0,7 tỷ USD; 4 Anh: 0,6 ty USD; 5 Nhat: 0,4 ty USD [1]
Việt Nam là một trong những nơi trồng cây chiết xuất tinh dầu thuận lợi
nhất Với nguồn cây nguyên liệu chiết xuất tỉnh dầu khá đồi dào, như: Bạc hà,
hương nhu, bạch đàn, húng quế, hoắc hương, qué, hồi sả Đây có thể coi là nguồn cung “vàng thô” không phải nước nào cũng có được Các cây có tỉnh dầu rất dể trồng, không cần nhiều công sức, không sợ bị úng lụt hay khô hạn, ít mắc sâu bệnh,
đặc biệt là giá trị cao hơn hắn so với ngũ cóc [1]
Hiện tại, cả nước ta mới chỉ có khoảng vài trăm ha nguyên liệu cho các cây nguyên liệu mới như sả chanh, bạch đàn chanh, tram rải rác ở các tỉnh Hòa Bình, Lang Son, Phú Yên, Hà Tĩnh [ I ]
Thông tin mà các chuyên gia đều khẳng định là nguồn “vàng xanh” mỗi năm
có thể mang lại kim ngạch xuất khẩu hàng trăm triệu USD, ngoài ra còn có thể trở
thành nền tảng cho sự phát triển của ngành công nghiệp mỹ phẩm ở Việt Nam rất đáng cht y [1]
Trang 32 TONG QUAN VE TAI LIEU
2.1 Phan loai khoa hoc
Sa chanh tén khoa hoc Cymbopogon flexuosus Stapf \a \oai thc vat thudc chi sa
Chi Sa (danh pháp khoa hoc: Cymbopogon) la mét chi chiva khoảng 55 loài trong họ Poaceae, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và ôn đới ẩm Chúng là loại cây cỏ sống lâu năm và cao Tên gọi thông thường là sả [2]
Hình 2.1 Sa chanh - Cymbopogon flexuous Stapf
2.2 Đặc điểm thực vật, phân bố
2.2.1 Đặc điểm thực vật
Sa là loại cây cỏ sống lâu năm, mọc thành bụi, cao từ 0,8-1,5m hay hơn Thân rễ trắng hay hơi tím Lá hẹp, dài giống như lá lúa, mép hơi nháp Cụm hoa gồm hiều bong nhỏ không cuống Toàn cây có mùi thơm đặc biệt mùi sả Trồng làm thuốc, người ta ít phân biệt sả này với sả khác, nhưng khi trồng để cất tỉnh dầu người ta phân biệt sả ra hai nhóm có tinh dầu có giá trị khác hắn nhau [3]:
1 Nhóm sả cho tình dầu với thành phần chủ yếu là Citronellal và genariola
Trang 4Cymbopogon nardus (L.) Rendl (Andropogon nardus L.) co ham luong tỉnh dầu cao và chất lượng tốt nhất, sau đến cây sả Cymbopogon
conƒfertiflorus Sfapƒ cho ít tỉnh đầu hơn, chất lượng cũng kém hơn [3] 2 Nhóm sả cho tỉnh dầu với thành phần chủ yếu là xitrala (Lemon grass-
Vereine des Indes) làm tỉnh dầu có mùi chanh rất rõ Đứng đầu nhóm sả nay la Cymbopogon flexuosus Stapf (Andropogon flexousus Nees), sau dén loai Cymbopogon citrates Stapf, (Andropogon Schoenanthus L.) [3]
Ngoài hai nhón này còn có một số loài sả cho tỉnh dầu có thành phần khác hắn mặc dầu về hình thái và giải phẫu rat kho phan biét nhu loai sa Cymbopogon
martini (Roxb.) Wats Thi thtt motia cho tinh dau goi la essence Palma rosa hay Geranium des Indes chứa tới 75-95% geraniola, còn thứ sofia lại cho một thứ tính dầu không chứa geraniola mà lại chỉ có ancol perilic [3]
2.2.2 Phân bố
Cây sả được trồng ở khắp nước ta, nhưng diện tích trồng làm thuốc không
nhiều, chỉ có tính chất gia đình và làm người ta chỉ dung rễ hoặc toàn cây đào về
dung tươi hay phơi trong râm mát [3]
Nhưng diện tích trồng sả để cất tỉnh dầu lại rất lớn: Từ trước Cách mạng
tháng 8, ở miền Bắc nước ta diện tích trồng ở đồn điền Sơn Cốt (Bắc Cạn) hằng năm cho khoảng 10 tấn tinh dầu Từ ngày hòa bình lập lại ở miền Bắc nước ta
(1954) diện tích trồng sả đề cất tinh dầu tăng dần tới hàng nghìn ham hằng năm
cung cấp hàng trăm tấn tinh dau dung trong nước và xuất khâu Nhu cầu tỉnh dầu sả khoảng 3.000-4.000 tắn/năm Những nước sản xuất nhiều tỉnh dầu sả nhất là: Inđônêxya (nỗi tiếng sả Giava), Xrilanca nôi tiếng với tên sả Xrilanca, sau đến Ấn
Độ, Trung Quốc [3]
2.3 Thành phần hóa học
Trang 5Cymbopogon winterianus Jowitt (sả Giava) có từ 20 đến 40% geraniola và citronellola, 40 đến 60% xìtronellala Loài thứ hai được trồng nhiều ở Giava, Đài Loan, Trung My (Guatemala), Ghiné, Mangat Tinh dau sa cat tir cay sa chanh Cymbopogon flexuosus va C citratus chita tir 70 dén 80% xitral Loai sa chanh nay được trồng nhiều ở An Độ, Mangat, đảo Como, Trung Mỹ (Guatemala), châu Phí ( Côngô, Kenya) Tinh dầu sả cất từ loài Cymbopogon martiniì var motìa chữa 75- 95% geraniola còn vaz soƒ/ia chứa ancol perilic [3] Citronellal oF ZZ 3,7-dimethyloct-6en-] -al Hình 2.3.1 Citronellal OH
Hinh 2.3.2 Geraniol (3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1-ol)
2.4 Tính chất hóa lý của nhóm tỉnh dầu
Trạng thái: Đa số là chất lỏng ở nhiệt độ thường, một số thành phần ở thể
rắn: Menthol, borneol, camphor, vanilin, heliotropin
Trang 6Mùi: Đặc biệt, đa số có mùi thơm dễ chịu, một só có mùi hắc, khó chịu (tinh
dầu giun)
VỊ: cay, một SỐ CÓ VỊ ngọt: Tĩnh dau qué, hồi Bay hơi được ở nhiệt độ thường
Tỷ trọng: Đa số nhỏ hơn 1 Một số lớn hơn I: Qué, đinh hương, hương nhau Tỷ lệ thành phần chính (aldehyd cinnamic, eugenol) quyết định ty trong tinh
dầu Nếu hàm lượng các thành phần chính thấp, những tinh dầu này có thể trở thành
nhẹ hơn nước
Độ tan: Không tan, hay đúng hơn ít tan trong nước, tan trong alcol và các dung môi hữu cơ khác
Độ sôi: Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, có thể dùng phương pháp cất phân đoạn dé tách riêng từng thành phần trong tinh dầu
Năng suất quay cực cao, tả tuyền hoặc hữu tuyên
Chỉ số khúc xạ: 1,4500 - 1,5600
Rất dễ oxy hoá, sự oxy hoá thường xảy ra cùng với sự trùng hiệp hoá, tính dầu sẽ chuyền thành chất nhựa
Một số thành phần chính trong tinh dầu cho các phản ứng đặc hiệu của nhóm
chức, tạo thành các sản phẩm kết tỉnh hay cho màu, dựa vào đặc tính này để định tính và định lượng các thành phần chính trong tinh dầu
2.5 Công dụng
Sả là loại gia vị vừa tạo mùi thơm, vừa kích thích tiêu hóa, chống nôn, sát trùng, khử hôi miệng, tiêu đờm, giảm đau, thông kinh lạc, chữa cảm cúm, trúng hàn, chữa cho trẻ em chứng động kinh Có thể dùng pha nước uống cho mát, chóng tiêu hóa thức ăn, thông tiểu tiện, chữa cảm sốt (cảm cúm) Tinh dầu sả có khả năng hỗ trợ tiêu hóa Chữa ăn chậm tiêu, đầy bụng, buồn nôn, nôn mửa hay kích thích trung
tiện Sả giải độc rượu rất nhanh
Trang 72.6 Một số sản phẩm trên thị trường
Hình 2.6.1 Tinh dầu sả chanh (xuất xứ Pháp)
Thành phần chính: citronellal (65-85%), geraniol (40%)
Công dụng: Tỉnh dầu sả chanh giúp giảm đau rất tốt, cỏ chanh còn trị nắm rất hiệu quả, tốt cho xương và dây chằng Giảm độ sưng tấy, tỉnh dầu sả chanh có tác dụng sát trùng, khử mùi, đuổi côn trùng, kích thích tiêu hoá, trị lạnh bụng, cảm lạnh, đau bụng do kích thích tuần hoàn máu
Trang 8
Thành phần chính: citronellal (35%), geraniol
Công dụng:Tinh dầu sả có tác dung sát trùng, khử mùi, đuổi côn trùng, kích thích tiêu hóa, trị lạnh bụng, cảm lạnh, đau đầu, đau bụng do kích thích tuần hoàn máu Có thể dùng tinh dầu sả như một thứ nguyên liệu thêm vào thực phẩm để tạo hương vị
3 PHẢN THỰC NGHIỆM
3.1 Chiết xuất nhóm tỉnh dầu toàn phần
3.1.1 Phương pháp chưng cắt lôi cuốn hơi nước
Quy trình sản xuất đều có những điểm chung sau đây:
- Tỉnh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu - Quy trình khai thác phải phù hợp nguyên liệu
- Tinh dầu phải được lấy triệt đề khỏi nguyên liệu, với chi phí thấp nhất
Nguyên tắc ly trích của tất cả các phương pháp nói trên đều dựa vào những đặc tính của tính dầu như:
- Dễ bay hơi
- Lôi cuốn theo hoi nước ở nhiệt độ dưới 100°C
- Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ
- Dễ bị hấp thu ngay ở thê khí
3.1.2 Phương pháp chiết bằng chất lóng quá tới hạn
Những năm gần đây phương pháp chiết xuất bằng chat lỏng quá tới han (super-critical fluid extraction,SFC) cing duge 4p dung dé chiét xuat trong định tính cũng như công nghiệp các hợp chất tự nhiên [6]
Nguyên tắc của phương pháp này như sau: trong điều kiện áp suất bình thường, khi nâng nhiệt độ một chất lỏng tới điểm sôi của nó, chất lỏng sẽ hóa hơi Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ và đồng thời tăng áp suất của hệ lên quá một
Trang 9Điểm (ứng với nhiệt độ và áp suất) mà một chất chuyền từ trạng thái hơi sang trạng thái long này được gọi là điểm tới han (critical point) của chất đó Điểm tới hạn của nước có nhiệt độ tới hạn (t,) và áp suất tới hạn (p,) tương ứng là 374,2°C va 220,5 bar, voi carbon dioxid t, = 31,1°C va p = 73,8 bar, voi ethanol t, =
243,4°C va p = 72 bar [6]
Do mang cả đặc tính của chất khí và chất lỏng nên chất lỏng quá tới hạn có khả năng hòa tan các chất đồng thời có độ nhớt thấp và khả năng khuếch tán cao có thể dùng để hòa tan các chất và ứng dụng vào chiết xuất các chat trong dược liệu Các đặc tính của chất lỏng quá tới hạn (khả năng hòa tan các chất, độ nhớt ) phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Thay đổi các điều kiện này sẽ làm thay đồi đặc tính (độ phân cực, khả năng hòa tan) của chất lỏng quá tới hạn Trong thực tế, người ta thực hiện chiết trong điều kiện cao hơn điểm tới hạn một ít [6]
Chất lỏng thông dụng nhất hiện nay là CO; lỏng quá tới hạn CO; có điểm tới hạn thấp, rẻ tiền, không độc hại và thân thiện với môi trường, có thể thu hồi, không làm tăng hiệu ứng nhà kính Khi chiết xuất hoạt chất từ dược liệu, CO; lỏng quá tới
hạn có lợi hơn các dung môi hữu cơ thông thường ở chỗ ít độc hại, nâng cao hiệu suất và không để lại dư lượng dung môi trong cao chiết Ngoài ra quá trình chiết
xuất có thể tiền hành ở nhiệt độ thấp nên không làm biến đổi những thành phần kém bền với nhiệt độ [6]
Một trong những nhược điểm của SFE là tính phân cực của CO; lỏng quá tới hạn Ở các điều kiện chiết thông thường, CO; lỏng quá tới hạn là một dung môi kém phân cực, do đó chỉ có thể dung đề chiết các chất kém phân cực Để cải thiện khả năng hòa tan các chất phân cực hơn, trong quá trình chiết xuất, người ta thêm vào CO; lỏng quá tới hạn một lượng nhất định một dung môi phân cực (như methanol) để thay đổi tính phân cực của dung môi để chiết các chất phân cực hơn.Chiết chất lỏng quá tới hạn hiện nay được ứng dụng trong nhiều ngành ở quy mô công nghiệp (từ những năm 1978), trong nghiên cứu và phân tích kiểm nghiệm Trong phạm vi nghiên cứu cây thuốc, tác giả đầu tiên ứng dụng nghiên cứu này là Stahl và cộng sự
Trang 1010
lỏng quá tới hạn là tính dầu, chất béo, carotenoid và các chất kém phân cực khác Với tinh dầu, việc chiết bằng CO; lỏng quá tới hạn cho hiệu suất chiết cao, thời gian chiết ngắn và không làm hư hỏng các chất nhạy cảm với nhiệt độ Tinh dầu thu được có hương thơm gần với tự nhiên nhất Người ta dùng carbon dioxyd và nitrogen oxyd hóa lỏng để chiết xuất nhiều loại hoạt chất trong cây như alcaloid vi dụ loại cafein trong hạt Cà phê, chiết những thành phần của hoa cây Dương cam cúc — Matricara chamomilla, hoa Cúc trừ sâu — Pyrethrum cinerariifolium Bằng phương pháp chiết này hiệu suất pyrethrin được nâng lên đến 50% so với phương pháp chiết bằng ether dầu Trong phòng thí nghiệm, SFE được dùng để chiết mẫu cho phân tích dư lượng thuốc trừ sâu, các chất hữu cơ độc hại trong môi trường [6 ] 3.2 Phân lập các hợp chất Citronellal và Geraniola trong nhóm tỉnh dầu
Phương pháp chưng cắt phân đoạn
Là một trong những phương pháp kinh điển dùng đề tách các chat bay hơi ra khỏi một hỗn hợp dựa vào sự khác biệt nhiệt độ sôi của các chất trong hỗn hợp Quá trình chưng cất có thể thực hiện ở áp suất khí quyển hay áp suất giảm Phương pháp chưng cất phân đoạn được thực hiện với những bình cất có lắp cột phân đoạn và thường được nối với máy hút chân không đề giảm nhiệt độ chưng cất, giảm ảnh hưởng tới các chất nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ và áp suất được theo dõi trong quá trình chưng cất Phương pháp này thường áp dụng đề tách các chất thành phần
của tỉnh dầu [7]
Chưng cất phân đoạn được dùng đề có được một độ tỉnh khiết cao của phần cất hay để chưng cất nhiều chất khác nhau từ một hỗn hợp Nếu nhiệt độ sôi gần
nhau có thể chưng cất dưới áp suất thấp hơn đề cải thiện bước tách vì như thế nhiệt
độ sôi sẽ nằm xa nhau hơn
Nguyên tắc: dựa trên sự khác nhau về tính chất bay hơi trong một dung dịch sôi Đây là một tiến trình phân tách vật lí, không phải là một phản ứng hóa học [7]
Trang 1111
Sự khuếch tán: ngay khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa tinh dầu bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngồi theo hơi nước lơi cuốn đi Phan lớn tỉnh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu Von Rechenberg đã mô tá quá trình chưng cất hơi nước như sau: “Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tỉnh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tính đầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tỉnh dầu trong các mô thốt ra ngồi hết” [7]
Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp
chưng cất sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh đừng đề nguyên liệu bị khô
Nhưng nếu lượng nước sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dé trong nước [7]
Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thé đi xuyên ngang lớp
này đồng đều và dễ dàng
Vì các cầu phần trong tinh dầu được chưng cất hơi nước theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thường những hợp chất nào đễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước Thí dụ, khi chưng cất hơi nước hạt caraway nghiền nhỏ và không nghiền, đối với hạt không nghiền thì carvon (nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong nước) sẽ ra trước, còn limonen (nhiệt độ sôi thấp, nhưng ít tan trong nước) sẽ ra sau Nhưng với hạt caraway nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại [7]
Sự thủy giải: những cau phan ester trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra acid và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt [7]
Nhiệt độ:nhiệt độ cao làm phân hủy tỉnh dầu Do đó, khi cần thiết phải dùng
Trang 1212
hết các tỉnh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời
gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt [7]
Tiến hành:
Bước ï: Nguyên liệu là củ,lá sả tươi đạt độ chín kỹ 10 cm 1a lic đầu lá (tính từ ngoài vào) đã khô từ 5cm thì thu hoạch, sau khi cắt xong củ,lá sã được phơi héo
đến độ âm còn 50 % so với ban đầu Ở độ âm này, củ và lá sã bảo quản được một số ngày ở noi cat, hơn nữa,khi chưng cất củ, lá sả héo sẽ giảm được 35 % nhiên liệu và
27 % thời gian chưng cất Trước khi đưa nguyên liệu vào nồi cất, cần chú ý loại các
tạp chất như cỏ rác lẫn vào trong quá trình thu hái
Hình 3.2.1 Mô hình tháp chưng cất
Trang 13
13
1) Nguồn nhiệt 9) Cổng hút chân không
2) Bình thủy tỉnh 10) Adapter (thiết bị kết nối)
3) Cột ngưng tụ-bay hơi 11) Điều chỉnh nhiệt độ
4) Nhiệt kế 12) Điều chỉnh tốc độ khuấy
5) Sinh hàn 13) Thiết bị khấy và gia nhiệt
6) Nước làm lạnh đầu vào 14) Dầu gia nhiệt 7) Nước làm lạnh đầu ra 15) Cánh khuấy (cá từ)
8) Binh chứa sản phẩm 16) Dung dịch làm lạnh
Bước 3: Cho dung dịch nhóm tỉnh dầu đã chiết vào bình thủy tinh
Bước 4: Gia tăng nhiệt độ đến điểm sôi của tùng chất (Vd: nước ở 760mmHg 1a 100° C, citronellal 14 201-207° C, geraniol 14 230° C) thu sản phẩm tại bình chứa sản phẩm Bước 5: Lặp lại phân đoạn đến khi thu được các chất cần thiết Kết quả: Thu được citronellal và genariola với độ tỉnh khiết cao 4 KÉT LUẬN
Tinh dầu sả chanh có giá trị cao trong y học và kỹ nghệ sản xuất nước hoa, hương liệu, có mùi thơm đặc trưng
Công dụng quen thuộc như các loại tỉnh dầu nói chung: sát khuẩn (ngoài đa,
đặc biệt là đường hô hấp), kháng nắm
Các công dụng riêng: giảm đau, diệt côn trùng, xua đuổi muỗi, giải cảm,
Trang 1414 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 http://hanoimoi.com.vn/newsdetail/Cong-nghe/152163/th7883-tr4327901ng-tinh- d7847u-h4324 1 7ng-li7879u-b7887-quen-vang-xanh htm 2 http://vi.wikipedia.org/wiki/Chi_S%E1%BA%A3 3 GS.TS Đỗ Tắt Lợi (2004), Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, NXB Y học, tr.688-689
4 Jeong-Kyu KIM, Chang-Soo KANG, Jong-Kwon LEE, Young-Ran KIM, Hye Yun HAN, Hwa Kyung YUN (2005) "Evaluation of Repellency Effect of Two Natural Aroma Mosquito Repellent Compounds, Citronella and Citronellal" Entomological Research 35 (2): 117-120
5.Kazuhiko NAKAHARA, Najeeb S ALZOREKY 1, Tadashi YOSHIHASHI, Huong T T NGUYEN and Gassinee TRAKOONTIVAKORN (2003) "Chemical Composition and Antifungal Activity of Essential Oil from Cymbopogon nardus (Citronella Grass)” JARQ 37