NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH MỘT SỐ CHẾ PHẨM THIÊN NHIÊN CÓ GIÁ TRỊ KINH TẾ CAO BẰNG CO2 LỎNG Ở TRẠNG THÁI SIÊU TỚI HẠN pptx

DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang B¶ng 1.2: C¸c s¶n phÈm ®−îc s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ SCO2 Bảng 1.3: So sánh thành phần các chế phẩm chiết hoa Huplon bằng SCO2 và bằng các kỹ thuật truyền thống

BCN VHHCN

bé c«ng nghiÖp ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp

2 Ph¹m Ngò L∙o, Hµ Néi

B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi:

nghiªn cøu c«ng nghÖ chiÕt t¸ch mét sè chÕ phÈm

thiªn nhiªn cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao b»ng CO2 láng ë

tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n

TiÕn sü Lưu Hoµng Ngäc

5847

30/5/2006

Hµ Néi, 07 - 2005

bộ công nghiệp Viện Hóa học công nghiệp

2 Phạm Ngũ L∙o, Hà Nội

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật Đề tài:

nghiên cứu công nghệ chiết tách một số chế phẩm thiên nhiên có giá trị kinh tế cao bằng CO2 lỏng ở

trạng thái siêu tới hạn

Tiến sỹ Lưu Hoàng Ngọc

Hà Nội, 08 - 2005

Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài độc lập cấp Nhà nước, mã số ĐTĐL-2002/13

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TAI

Chủ nhiệm đề tài:

TS Lưu Hoàng Ngọc

Phó Viện trưởng

Viện Hóa học công nghiệp, Tổng công ty Hóa chất Việt Nam

Viện Hóa học công nghiệp, Tổng công ty Hóa chất Việt Nam

Trung tâm Hóa thực vật

4 ThS Lê Thị Kim Liên

Trung tâm Hóa thực vật

5 ThS Nguyễn Hoài Anh

Trung tâm Hóa thực vật

6 ThS Nguyễn Thị Thu Hương

Trung tâm Hóa thực vật

7 KS Trịnh Thị Thanh Hương

Trung tâm Hóa thực vật

8 KS Lê Đăng Quang

Trung tâm Hóa thực vật

9 KS Nguyễn Mai Cương

Trung tâm Hóa thực vật

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Bộ Giáo dục và đào tạo

10 PGS.TS Nguyễn Năng Vinh

Đại học Bách khoa Hà Nội

1.1 Công nghệ chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn (Supercritical CO2 - SCO2) 2

1.1.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ tới hệ số khuyếch tán (D)

1.1.3 Một số ứng dụng của công nghệ chiết xuất các sản phẩm thiên nhiên

1.1.3.3 Chiết xuất c¸c chÊt có hoạt tính sinh häc, tinh dÇu vµ c¸c chÊt th¬m

1.2.1 Cây Chè (Camellia sinensis (L.) Kuntze) và một số nghiên cứu

1.2.1.2 T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô ChÌ trong n−íc vµ trªn thÕ giíi 13

1.2.2.1 Cây Bưởi, Citrus maxima (Burn.) Merrill., Rutaceae,

1.2.3 Hương bài và cỏc nghiờn cứu về húa học của tinh dầu rễ Hương bài 23 1.2.3.1 Cây Hương bài, nguồn gốc, đặc điểm hình thái, trồng trọt và thu hoạch 23

1.2.3.4 Tình hình sản xuất tinh dầu Vetiver trên thế giới và ở Việt Nam 27

CHƯƠNG II

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CỨU

c/ Tối ưu húa cỏc điều kiện cụng nghệ chiết bằng SCO2

2.2.2 Chiết và chưng cất cỏc mẫu đối chứng theo cỏc kỹ thuật truyền thống 40

c/ Các phương pháp khác 41

CHƯƠNG III

THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG IV

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1.1.1 M« h×nh hóa thùc nghiÖm xác định các thông số trạng thái SCO2

4.1.1.2 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña thêi gian chiÕt - tû lÖ dung m«i

4.2.1.1 Mô hình hóa thực nghiệm xác định điều kiện chiết xuất tối ưu 52

4.2.1.2 Ảnh hưởng của thời gian tiến hành chiết xuất và tỷ lệ

dung môi SCO2/nguyên liệu chiết tới hàm lượng của concrete thu được 53

4.2.1.3 Ảnh hưởng của tình trạng nguyên liệu tới hàm lượng thu được của concrete 54

4.2.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn tinh dÇu thu được từ hoa B−ëi

4.3.1.2 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của tình trạng nguyên liệu

4.3.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn tinh dÇu Vetiver đã ®−îc điều chế bằng

4.4.1.1 M« h×nh hóa thùc nghiÖm xác định điều kiện tối ưu quá trình chiết

4.4.1.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết và tỷ lệ dung môi SCO2/nguyên liệu

4.4.1.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu tới hàm lượng thu được

4.4.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn tinh dầu hoa Nhài thu được theo hai phương pháp

CHƯƠNG V

TÓM TẮT ĐỀ ÁN SẢN XUẤT HƯƠNG LIỆU VÀ CÁC HOẠT CHẤT SINH

HỌC TỪ NGUỒN THỰC VẬT

5.2 Phương án sản xuất polyphenol từ lá chè xanh công suất 400 kg/ngày 73

Phụ lục 10: Kết quả phân tích GC của concrete hoa Bưởi chiết bằng n-hexan P9 Phụ lục 11: Kết quả phân tích GC của concrete hoa Bưởi chiết bằng SCO2 P10

Phụ lục 13: Kết quả phân tích GC của Vetiver concrete chiết bằng SCO2 P12

Phụ lục 15: Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý của Vetiver concrete

Phụ lục 16: Kết quả phân tích GC của concrete hoa Nhài chiết bằng SCO2 P15 Phụ lục 17: Yêu cầu hîp t¸c gi÷a ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp vµ Công ty

Phụ lục 18: Kết quả thử nghiệm sử dụng concrete hoa Nhài và hoa Bưởi

Phụ lục 19: Kết quả thử nghiệm sử dụng Vetiver concrete,

concrete hoa Nhài và hoa Bưởi chiết bằng SCO2 và polyphenol

Phụ lục 20: Thỏa thuận hợp tác khoa học kỹ thuật và chuyển giao công nghệ

Phụ lục 21: Báo cáo xin chủ trương đầu tư

Phụ lục 22: Nhật ký thí nghiệm

<Trung tâm Hóa thực vật - Viện Hóa học công nghiệp> P21 Phụ lục 23: Trích lược Thuyết minh đề tài ĐTĐL - 2002/13

Bảng danh mục sản phẩm KHCN đăng ký theo đề tài

<Trung tâm Hóa thực vật - Viện Hóa học công nghiệp> P22

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

B¶ng 1.2: C¸c s¶n phÈm ®−îc s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ SCO2

Bảng 1.3: So sánh thành phần các chế phẩm chiết hoa Huplon

bằng SCO2 và bằng các kỹ thuật truyền thống 10

Bảng 1.4: Hiệu suất thu Concrete và Absolute từ các loại nguyên liệu

hoa với các kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ và bằng SCO2 12

Bảng 1.5: So sánh lượng polyphenol chiết từ chè xanh theo

Bảng 1.6: Chiết polyphenol từ chè xanh và chè Ô long bằng SCO2

Bảng 1.9: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu tới

Bảng 1.10: Các tính chất hóa lý của một số loại

Bảng 1.11: Các chỉ số hóa lý của tinh dầu từ

bốn giống Vetiver phổ biến ở Việt Nam25

Bảng 1.14a:Sự phụ thuộc của thành phần tinh dầu hoa Nhài theo

Bảng 1.14b: Sự phụ thuộc của thành phần tinh dầu hoa Nhài

B¶ng 1.15: Thµnh phÇn (%) cña concrete hoa Nhµi

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm chiết xuất Chè xanh bằng SCO2

Bảng 4.3: Kết quả chiết concrete hoa Bưởi bằng SCO2 theo

Bảng 4.4: Kết quả thu concrete hoa bưởi theo thời gian chiết SCO2 53

Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản hoa tới hiệu quả

Bảng 4.6: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu hoa Bưởi

Bảng 4.10: Ảnh hưởng cña kÝch thưíc nguyên liệu tíi hiệu quả thu concrete 60

Bảng 4.14: Kết quả chiết concrete hoa Nhµi bằng SCO2

B¶ng 4.16: Kết quả thu concrete hoa Nhµi với các tỷ lệ

B¶ng 4.17: ¶nh hưëng cña qu¸ tr×nh chiÕt nhiÒu lÇn tíi

B¶ng 4.18: ¶nh hưëng cña thêi gian b¶o qu¶n tíi

Bảng 4.19: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu hoa Nhµi

B¶ng 4.21: Tãm t¾t thµnh phÇn hãa häc cña concrete Nhài

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Trang

Hình 2.2 : Sơ đồ hệ thống chiết xuất bằng SCO236

Sơ đồ 2.1: Thuật toán tìm cực trị cho hàm mục tiêu của

Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết tới

Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kết quả thu

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian bảo quản hoa

Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lượng concrete thu được vào

Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng sản phẩm thu được

Hình 4.6: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña hµm l−îng Concrete hoa Nhµi chiÕt

Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian bảo quản hoa

Đề tài có nhiệm vụ giải quyết những nội dung công nghệ cụ thể, đồng thời tạo tiền đề cho việc phát triển công nghệ nêu trên tại Việt Nam Các nhiệm vụ chính bao gồm:

- Nghiên cứu sử dụng và làm chủ kỹ thuật chiết dược liệu và hương liệu thiên nhiên bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn;

- Áp dụng kỹ thuật chiết xuất bằng SCO2 và kỹ thuật truyền thống để nghiên cứu công nghệ chiết xuất dược chất và hương liệu từ nguyên liệu chè, rễ hương bài, hoa nhài và hoa bưởi của Việt Nam;

- Thông qua đó, góp phần đào tạo cán bộ chuyên môn, hợp tác xây dựng mô hình sản xuất bán công nghiệp hoặc chuyển giao công nghệ được tạo dựng bởi đề tài

Sau 30 tháng thực hiện, trên cơ sở nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết bằng SCO2, có kết hợp với quy hoạch hóa thực nghiệm, chúng tôi đã xây dựng được quy trình công nghệ chiết concrete hoa bưởi, hoa nhài, rễ hương bài và polyphenol từ lá chè xanh

Để đối chiếu, nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu rễ hương bài, công nghệ chiết bằng n-hexan concrete hoa nhài và hoa bưởi, và công nghệ chiết polyphenol bằng dung môi hữu cơ từ lá chè xanh

Sản phẩm của sản xuất thử nghiệm đã được gửi tới các Công ty Cổ phần Mỹ phẩm Sài Gòn, Công ty Vimedimex II và Công ty Cổ phần Dược liệu trung ương II

để thử nghiệm

Trên cơ sở đơn đặt hàng bước đầu 500 kg polyphenol > 80 % của Công ty Cổ phần Dược liệu trung ương II và một số đơn đặt hàng khác, nhóm tác giả đã xây dựng phương án sản xuất các sản phẩm từ thực vật đồng thời đăng ký với Nhà nước một Dự án sản xuất P

Trong quá trình thực hiện, một phần được hỗ trợ thêm bởi kinh phí của Bộ Công nghiệp và của Viện Hóa học công nghiệp, nhóm tác giả đã nghiên cứu bổ sung công nghệ chiết xuất oleoresin từ củ gừng và concrete hoắc hương bằng SCO2

nghiệp ký hợp đồng chuyển giao công nghệ cho Công ty Vimedimex II và Công ty liên doanh Anh Quốc B.V Pharma Đó cũng là một phần trong nội dung hợp tác xây dựng một nhà máy “Sản xuất hóa dược từ thảo mộc làm nguyên liệu thuốc thiết yếu và xuất khẩu” giữa Viện, Công ty Vimedimex II và B.V Pharma Theo dự án đầu tư trên, ngoài những hạng mục khác, dự kiến xây dựng tại Bắc Giang một phân xưởng chiết xuất concrete và các chất có hoạt tính sinh học bằng SCO2 với bình chiết 1000 lít

LỜI MỞ ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Việt Nam có tài nguyên thực vật rất phong phú và đa dạng Cho đến nay đã có xấp xỉ 12.000 loài thực vật bậc cao đ−ợc thống kê, trong số đó nhiều loài chứa cỏc hoạt chất cú giỏ trị đ−ợc sử dụng làm hương liệu hoặc sử dụng trong y học để điều trị có hiệu quả nhiều bệnh tật Đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu từ trước tới nay thực hiện cỏc nhiệm vụ phõn tỏch, xỏc định cấu trỳc và triển khai sản xuất tinh dầu

và hoạt chất sinh học từ nguồn thảo dược Việt Nam, nhưng hướng nghiờn cứu phỏt triển việc ỏp dụng cụng nghệ chiết bằng CO2 siờu tới hạn (SCO2) vẫn cũn chưa được chỳ ý Trờn thế giới, cụng nghệ chiết bằng SCO2 để sản xuất dược chất và hương liệu từ nguồn thiờn nhiờn là một kỹ thuật đang được phỏt triển cạnh tranh với cỏc kỹ thuật truyền thống do ưu thế vượt trội, tạo cỏc sản phẩm cú độ tinh khiết cao, giảm thiểu ụ nhiễm mụi trường và khụng để lại dư lượng húa chất cú hại cho sức khỏe con người, đõy là những tiờu chớ quan trọng trong sản xuất cỏc chế phẩm húa dược, mỹ phẩm và thực phẩm Do vậy chỳng tụi đó đề xuất mục tiờu nghiờn cứu của

đề tài này là “Nghiờn cứu cụng nghệ chiết tỏch cỏc hoạt chất hữu ớch cú giỏ trị kinh

tế cao từ nguồn thiờn nhiờn bằng CO2 lỏng ở trạng thỏi siờu tới hạn”

Cỏc nhiệm vụ cụ thể của đề tài:

- Nghiờn cứu sử dụng và làm chủ kỹ thuật chiết dược liệu và hương liệu thiờn

nhiờn bằng CO2 ở trạng thỏi siờu tới hạn;

- Áp dụng kỹ thuật chiết xuất bằng SCO2 và kỹ thuật truyền thống để nghiờn

cứu cụng nghệ chiết xuất dược chất và hương liệu từ nguyờn liệu lỏ chố xanh,

rễ Hương bài, hoa Nhài và hoa Bưởi của Việt Nam;

- Đề xuất một số quy trỡnh cụng nghệ chiết xuất chế phẩm từ cỏc nguồn dược

liệu, hương liệu kể trờn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Cụng nghệ chiết xuất bằng CO 2 siờu tới hạn (Supercritical CO 2 - SCO 2 )

Năm 1861, Gore lần đầu tiên giới thiệu về khả năng hũa tan tốt của Naphtalen

và Camphor trong CO2 lỏng Vào các năm 1875 - 1876, Andrews, một trong những người đầu tiên nghiên cứu về trạng thái siêu tới hạn của CO2, đó tiến hành đo và cung cấp những giỏ trị áp suất và nhiệt độ tới hạn của CO2 khá gần với các số liệu hiện đại [1] Hiện tượng một số muối vô cơ như các muối: KI, KBr có thể hòa tan trong dung môi etanol và tetracloruametan ở trạng thái siêu tới hạn được hannay và Hogarth công bố lần đầu tiên tại hội nghị khoa học Hội khoa học Hoàng gia London năm 1879 [1, 51] Buchner (1906) cũng thông bỏo về khả năng hũa tan của một số hợp chất hữu cơ kém bay hơi trong SCO2 cao hơn nhiều lần so với trong CO2 ở dạng khí [4]

Sau này đã có nhiều tác giả nghiên cứu và công bố về tính chất của dung môi

ở trạng thái siêu tới hạn, như là các hydrocacbon phân tử lượng thấp (CH4, C2H6,

C3H6), các ôxit Nitơ, CO2, Các chất tan phổ biến đó được khảo sỏt bao gồm các chất thơm, tinh dầu, các dẫn xuất halogen, các triglyxerid và một số cỏc hợp chất hữu cơ khác

Các nghiên cứu về công nghệ chiết xuất cỏc hợp chất thiờn nhiờn bằng dung môi siêu tới hạn thực sự đó được bắt đầu từ những năm 1970 và đó mở ra khả năng

áp dụng vụ cựng đa dạng trong cụng nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và môi trường.v.v Cú thể lấy một vớ dụ: nhà máy công nghiệp đầu tiên ở chõu Âu sử dụng cụng nghệ chiết xuất bằng SCO2 đó được hãng HAG A.G xây dựng và đưa vào hoạt động từ năm 1979 để tách caffein ra khỏi nhân cà phê [2, 3]

1.1.1 Vài nột về trạng thỏi siờu tới hạn

Đối với mỗi một chất đang ở trạng thỏi khớ, khi bị nộn đẳng nhiệt tới một áp suất đủ cao, chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng không húa hơi trở lại mà tồn tại ở một dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn Vật chất ở trạng thái này cú tớnh trung gian, mang nhiều đặc tính của cả chất khí và chất lỏng [4]

Khớ Lỏng

1 - Điểm ba (PT, TT)

2 - Điểm tới hạn (PC, TC)

Hỡnh 1.1: Đồ thị biểu diễn trạng thỏi của cỏc chất ở vựng siờu tới hạn [5]

Giỏ trị PC phụ thuộc nhiều vào phõn tử lượng của cỏc chất, vớ dụ với các chất

có phân tử l−ợng nhỏ nh− các hydrocacbon có số cacbon từ 1đến 3 thì giá trị Pc của chúng không cao, mà chỉ xấp xỉ vào khoảng 45 bar [5] Giá trị TC chỉ tăng ớt theo phõn tử lượng, nhưng TC lại phụ thuộc nhiều vào độ phõn cực của chất Độ phân cực của phân tử càng lớn thì giá trị TC cũng càng lớn Điều này đ−ợc giải thích là do

ở cỏc chất phõn cực, tồn tại một lực cảm ứng giữa các cực của cỏc phõn tử, do đú năng l−ợng để phá vỡ trật tự giữa các phân tử khi chất ở pha lỏng sẽ lớn hơn nhiều

so với cỏc chất khụng phõn cực

Nếu giữa các phân tử có liên kết hydro thì giá trị TC sẽ tăng lên rất lớn Ví dụ,

H2O là một chất có phân tử l−ợng thấp nh−ng giỏ trị Tc lại rất cao (374,20C), đó là do giữa các phân tử H2O xuất hiện liên kết hydro Cỏc thụng số vật lý của một số dung mụi ở điểm tới hạn được trỡnh bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Điểm tới hạn của một số dung môi thụng dụng [2]

tới hạn (oC)

áp suất tới hạn (bar)

Tỷ trọng riêng tới hạn (g/cm3) Metan

ỏp dụng dung môi ở trạng thái siêu tới hạn để chiết xuất đó quan sỏt thấy hiệu quả phõn tỏch kết hợp của quỏ trỡnh chưng cất lụi cuốn và quỏ trỡnh chiết ngược dũng lỏng - rắn [2]

1.1.2 Lựa chọn dung môi CO 2 siêu tới hạn trong chiết tỏch [1, 2, 3, 4, 6]

CO2 và một số dung mụi khỏc ở trạng thái siêu tới hạn có các tính chất húa lý đặc biệt nh− [1, 2, 3, 4, 5, 6]:

+ Sức căng bề mặt thấp;

+ Độ linh động cao, độ nhớt thấp;

+ Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của chất lỏng;

+ Cú thể điều chỉnh khả năng hòa tan cỏc chất khỏc bằng cỏch thay đổi nhiệt

độ và áp suất

Để đỏp ứng cỏc yờu cầu cụng nghệ chiết tỏch cỏc hợp chất thiờn nhiờn, SCO2

là dung môi đ−ợc ưu tiờn lựa chọn áp dụng vì các thuận lợi sau:

- CO2 là một chất dễ kiếm, rẻ tiền vì nó là sản phẩm phụ của nhiều ngành

công nghiệp húa chất khác;

- Là một chất trơ, ít có phản ứng kết hợp với các chất cần tách chiết Khi được đưa lờn đến trạng thỏi tới hạn, CO2 khụng tự kớch nổ, không bắt lửa

và không duy trì sự cháy;

- CO2 không độc với cơ thể, không ăn mòn thiết bị;

- Điểm tới hạn của CO2 (Pc = 73 atm; Tc = 30,9oC) là một điểm có giá trị nhiệt độ, áp suất không cao lắm so với các chất khác cho nên sẽ ít tốn năng l−ợng hơn để đ−a CO2 tới vùng siêu tới hạn;

- Có khả năng hũa tan các chất tan hữu cơ ở thể rắn cũng như lỏng, đồng thời cũng hũa tan được cả các chất thơm dễ bay hơi, không hũa tan các kim loại nặng và cú thể điều chỉnh các thông số trạng thái như ỏp suất và nhiệt độ để thay đổi độ chọn lọc của dung mụi;

- Khi sử dụng CO2 thương phẩm để chiết tỏch không cú dư lượng cặn độc

hại trong chế phẩm chiết

1.1.2.1 Tính tan của các chất trong CO 2 siêu tới hạn [1, 6, 7]

Có một số quy luật tổng quát về tính tan của các chất trong CO2 lỏng đã được Hyatt đưa ra [1, 6, 7], và có thể áp dụng cho dung môi SCO2 như sau:

4 Các axớt béo và các triglyxerid đều tan kém Mặc dầu vậy, nếu este húa các

axớt béo bằng một rượu đơn chức thì tính tan tăng lên nhiều

5 Các chất hữu cơ phân cực như các axit cacboxylic nếu phân tử lượng rất nhỏ tan được trong SCO2

6 Các aldehyd, xeton, este, ancol và các hydrocacbon halogenua có phân tử lượng nhỏ và trung bình cú khả năng tan rất tốt

7 Các hydrocacbon mạch thẳng dưới 20 C, ớt phân cực, phân tử lượng thấp và các hydrocacbon thơm phân tử lượng nhỏ tan tốt

1.1.2.2 Sử dụng dung môi hỗ trợ trong quỏ trỡnh chiết xuất bằng SCO 2

Dung mụi hữu cơ được đưa thêm vào SCO2 với lượng từ 1 - 5 % mol, để thay đổi tính chọn lọc của dung môi trong quỏ trỡnh chiết tỏch, chẳng hạn như làm thay

đổi tính phân cực, hay các tương tác riêng của dung môi đối với các chất tan, mà làm thay đổi không đáng kể tỷ trọng và khả năng chịu nén của dung môi chính [2, 3,

4, 5, 6, 7] Ví dụ, khi cho thêm metanol với nồng độ 3,5 % mol trong SCO2 làm tăng

độ tan của axớt 2-amino-benzoic lên đến 620 % [3]

Khi thêm dung môi hỗ trợ (co-solvent) sẽ làm thay đổi các giá trị tới hạn (nhiệt độ, áp suất) của dung môi chính Thông thường với nồng độ co-solvent nhỏ hơn 5 % mol, sự sai khác này không đáng kể [3]

370C

470C

770C η(cPs)

0.04

0.03

0.02

40 Pc 100 P(bar)

1.1.2.3 Ảnh hưởng của ỏp suất và nhiệt độ tới hệ số khuyếch tỏn (D) của cỏc

chất tan trong SCO 2 [5]

CO2 ở trạng thái siêu tới hạn có độ nhớt (η) của thấp, bởi vậy hệ số khuếch tán của chất tan trong SCO2 sẽ lớn hơn so với trong cỏc dung môi thông thường khỏc Hỡnh 1.2 thể hiện sự thay đổi độ nhớt của CO2 theo ỏp suất P và nhiệt độ T trong vựng trạng thỏi siờu tới hạn

Hỡnh 1.2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt η của SCO 2 vào T và P

Độ nhớt của dung mụi bị ảnh hưởng nhiều bởi áp suất cao, ở vùng áp suất cao, độ nhớt của dung môi SCO2 sẽ tăng lên rất nhanh khi tăng áp suất Ngược lại, vùng có P và T thấp thì giá trị η ít bị biến đổi khi thay đổi áp suất Tại vùng có P lõn cận với Pc, nếu tăng T thì η không thay đổi mạnh Xu hướng chung khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt sẽ giảm đi

Đối với một chất tan ít bay hơi, hệ số khuếch tán của nó trong SCO2 sẽ cao hơn trong dung môi thụng thường vào khoảng 1 - 100 lần Nhưng đối với cỏc chất bay hơi, hệ số khuếch tán trong SCO2 lại nhỏ hơn so với trong pha khí Sự phụ thuộc của hệ số khuếch tỏn D của chất tan vào kớch thước phõn tử σ, độ nhớt η của SCO2, nhiệt độ T và ỏp suất P được tớnh toỏn và mụ tả bằng phương trình Stokes-Einstein dưới đõy Xem đồ thị hỡnh 1.3.a và hỡnh 1.3.b:

] / [ m2 s C

D

η σ

Π

Τ Κ

=

T=298,15K 323,15 348,15 373,15 373,15 348,15 323,15 298,15

η: Độ nhớt (cP)

Hỡnh 1.3.a: Ảnh hưởng của T và P tới η của SCO 2 và D của chất tan

Như vậy khi tăng ỏp suất, tỷ trọng sẽ tăng theo làm độ nhớt cao và làm giảm khả năng khuếch tỏn D của chất tan vào dung mụi Trong quỏ trỡnh đẳng ỏp, khi nhiệt độ T tăng lên thì khả năng khuếch tán vào dung môi của chất tan khụng bay hơi cũng tăng lờn, nh−ng đối với chất dễ bay hơi thỡ ngược lại, khả năng khuếch tán giảm xuống khi nhiệt độ tăng

Hỡnh 1.3.b: Ảnh hưởng của T và P tới D của chất tan

1.1.3 Một số ứng dụng của cụng nghệ chiết xuất cỏc sản phẩm thiờn nhiờn

bằng CO 2 siờu tới hạn trờn thế giới

Trên thế giới đã sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 vào việc loại cafein của chè và cà phê trong quá trình sản xuất các loại đồ uống khụng cafein [2, 3, 4, 51] Đối với công nghiệp sản xuất đồ uống khụng có cồn, SCO2 được dùng để chiết loại cồn ra khỏi chế phẩm thay cho phương pháp cũ là chưng cất [2, 3, 4] Trong công nghiệp thuốc lá, SCO2 được sử dụng để chiết những thành phần dễ bay hơi và tách phần hương tự nhiên từ cây thuốc lá để nâng cao chất lượng sản phẩm [2, 3] Trong cụng nghiệp thực phẩm ứng dụng công nghệ SCO2 để sản xuất các sản phẩm

có hàm lượng chất béo và cholestesrol thấp hoặc các thực phẩm chức năng (giàu axit béo DHA, EPA, FOS v.v ); SCO2 cũn được dựng để chiết các hợp chất của hoa huplon [2, 3, 4] để dùng trong công nghệ bia và dược phẩm; chiết các hoạt chất chống oxy húa có nguồn gốc tự nhiên

ở Trung Quốc và Ấn Độ cũng đã có nhà máy sản xuất thiết bị cũng như các nhà máy chiết tách một số chế phẩm có nguồn gốc thực vật sử dụng công nghệ chiết

bằng CO2 siêu tới hạn Bảng 1.2 giới thiệu về những nước hàng đầu trong ứng dụng cụng nghệ chiết xuất bằng SCO2 và một số sản phẩm tiờu dựng từ cụng nghệ này

- Cà phê

- Chè, huplon, gia vị

- Huplon Australia Carlton & United - Huplon

Pfizer Phasex

- Cà phê

- Huplon

- Các sản phẩm khác Theo đánh giỏ của Vitzthum và cỏc cộng sự thì việc sử dụng SCO2 vào chiết tách các hoạt chất thiên nhiên với sản lượng lớn ở quy mô công nghiệp để ứng dụng

trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm sẽ trở thành phổ biến trong tương lai

và cà phờ có thể giảm xuống chỉ còn dưới 0,1 % [2]

ở Mỹ, lượng tiêu thụ các loại sản phẩm khụng cafein tăng rất nhanh, từ năm

1962 - 1989 đó tăng gấp 4 lần Hiện nay sản lượng cà phê không cafein là 220.000 tấn/năm Khoảng 17 % dân số Mỹ uống loại đồ uống này (năm 1988 - 1989) Trung bình mỗi người Mỹ uống khoảng 2,4 tách cà phê một ngày

Tại thị trường Châu âu các sản phẩm này cũng được sử dụng phổ biến, đặc biệt là ở các nước Đức, Pháp, Đan Mạch, Na Uy, Thụy Điển và Phần Lan Lượng tiêu thụ sản phẩm không cafein ở Đức năm 1990 tăng 12 % so với năm 1989, còn ở Pháp tăng 8 % Hàng năm Đan Mạch nhập khẩu 136 tấn cà phê hạt rang đã loại cafein, phần lớn là nhập từ công ty Federal Republic (Đức) và 113 tấn cà phê xanh cũng đã loại cafein (67% nhập của Brazin, 33% nhập của Đức) Đức và Pháp là những nước chính xuất khẩu sản phẩm cà phê đã loại cafein

1.1.3.2 Chiết xuất hoạt chất từ hoa Huplon [2, 3, 4, 5]

Trong công nghiệp thực phẩm, cụng nghệ chiết xuất hoạt chất bằng CO2 lỏng

từ hoa Huplon được công bố lần đầu tiên vào năm 1950 ở Liên Xô cũ và Nhật Bản Nhưng chất lượng chế phẩm chiết xuất lúc đó không cao và vẫn còn ở dạng sản phẩm thí nghiệm [4] Cho tới năm 1981, công nghệ sử dụng SCO2 chiết xuất dịch hoa Huplon mới thành công và bắt đầu được ỏp dụng ở Đức Trong những năm 80, sản lượng các chất được chiết bằng SCO2 từ hoa Huplon ở Đức đã tăng nhanh và vượt quá 10.000 tấn/năm Sau đó tới những năm đầu thập kỉ 90, công nghệ chiết SCO2 mới thực sự lan rộng ra Châu âu và Mỹ [4] So với cỏc phương phỏp khỏc, chế phẩm chiết bằng SCO2 hầu như vắng mặt cỏc thành phần tạp chất như diệp lục, nhựa cứng - sản phẩm quỏ trỡnh oxy húa khi chưng cất, muối vụ cơ và cỏc cặn khụng tan khỏc Thờm vào đú, hàm lượng cỏc thành phần hữu ớch cũng cao hơn ở

kỹ thuật truyền thống, cỏc so sỏnh này được cụ thể húa trong bảng 1.3

Bảng 1.3: So sỏnh thành phần cỏc chế phẩm chiết hoa Huplon

bằng SCO 2 và bằng cỏc kỹ thuật truyền thống [4]

Thành phần Chế phẩm chiết với

dung mụi gốc Clo

Chế phẩm chiết với cồn

Chế phẩm chiết với SCO 2

Công nghệ SCO2 đang được nghiên cứu áp dụng để chiết các hoạt chất có tác dụng chữa bệnh và tăng cường sức khoẻ từ thảo mộc Các hợp chất triterpenoid mà

đặc trưng nhất là faradiol có tác dụng chống viêm được chiết từ hoa cây cúc vàng

(Calendula officialis)[3] Nếu chiết bằng SCO2, hàm lượng faradiol monoeste trong sản phẩm chiết cao gấp hàng trăm lần so với hàm lượng trong sản phẩm chiết bằng cồn, cho thấy sự ưu việt của công nghệ SCO2 trong việc chiết tách sản phẩm này [3]

Các hợp chất chống ung thư từ thảo dược rất được quan tâm nghiên cứu trên thế giới và công nghệ chiết bằng SCO2 cũng có nhiều triển vọng áp dụng, chẳng hạn như vinblastin - chất chống ung thư máu từ cây dừa cạn [3]; monocrotaline từ hạt

cây lục lạc (crotalaria spectabilis) [3]; maytansine từ cây maytenus senegalensis;

taxol - có tác dụng chống các khối u phổi, ung thư vú và buồng trứng [3] Công nghệ chiết bằng SCO2 có thêm 10 - 20 % dung mụi hỗ trợ (co-solvent) là methanol cho hàm lượng hoạt chất 0,27 - 1,82 %, cao hơn hẳn so với chiết bằng cồn (0,125 %)

Các chất có tác dụng chống ụxi hóa và kháng khuẩn chiết từ thảo mộc từ lâu

đã có ứng dụng trong mỹ phẩm và y dược Công nghệ SCO2 đã được áp dụng để chiết xuất tinh dầu từ hàng loạt cây thảo dược có tác dụng trong các lĩnh vực này như: bạc hà, hương nhu, bọ mảy, quế, nghệ v.v Gần đây, các hoạt chất từ cây bạch

quả (Gingko biloba) có tác dụng chống thiểu năng tuần hoàn não, liệt dương và

chống mất trí nhớ đó được nghiờn cứu chiết xuất bằng SCO2 Cỏc hoạt chất chủ yếu của cây này là quercetin và isorhamnetin có thể chiết ra bằng SCO2 (250 bar;

500C)có thêm 10 % etanol và 0,5 % axớt photphoric [3]

Các chất thơm tự nhiên có trong các phần rễ, hoa, thân, lá, vỏ cây, quả, hạt của nhiều loại thực vật Các chất này được gọi chung là tinh dầu, rất khác nhau về bản chất hóa học nhưng có một vài điểm chung như: không tan trong nước, tính quang hoạt cao Tinh dầu tan trong ete, rượu, tan trong phần lớn các dung môi, và tan được trong CO2 lỏng cũng như SCO2

Công nghệ SCO2 được áp dụng rộng rãi để chiết tách nhiều loại tinh dầu Ngoài những ưu điểm chung, khi áp dụng cho các đối tượng tinh dầu, công nghệ này còn có một số tính ưu việt khác mà các công nghệ kinh điển (chiết dung môi, cất lụi cuốn hơi nước) không có được Sản phẩm có độ tinh khiết cao và có mựi hương đặc trưng Công nghệ SCO2 đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho các đối tượng tinh dầu quý và kém bền nhiệt

Concrete hoa nhài được chiết bằng SCO2 cho năng suất khá cao (0,2 - 0,37 %) [3] Tinh dầu hoa hồng cất lụi cuốn hơi nước chỉ cho hiệu suất 0,025 %, chủ yếu

được sản xuất ở Thổ Nhĩ Kỳ, Bungaria và Ma Rốc Concrete hoa hồng chiết bằng

(hexan/ethanol), nhưng có chất lượng tốt hơn và không chứa dư lượng dung môi [3] Bảng 1.4 trỡnh bày kết quả so sỏnh hiệu suất chiết cỏc sản phẩm absolute và concrete từ một số loại nguyờn liệu hoa giữa kỹ thuật chiết sử dụng dung mụi hữu

cơ và kỹ thuật chiết bằng SCO2

Bảng 1.4: Hiệu suất thu Concrete và Absolute từ cỏc loại nguyờn liệu hoa với cỏc kỹ thuật chiết bằng dung mụi hữu cơ và bằng SCO 2 [3,41, 42]

Kỹ thuật chiết bằng dung mụi hữu cơ Chiết bằng SCO 2

- 0,28

-

-

-

Công nghệ chiết sử dụng SCO2 còn có thể áp dụng đối với hầu hết các loại

tinh dầu và chất thơm quý khác từ thảo mộc như tinh dầu lavan (Lavandula

stoechas), hoàng đàn, hương lau, hoa bưởi.v.v [13]

1.2 Cỏc đối tượng lựa chọn nghiờn cứu của đề tài

1.2.1 Cõy Chố (Camellia sinensis (L.) Kuntze) và một số nghiờn cứu về thành

phần polyphenol từ chố xanh

1.2.1.1 Cõy Chố, Camellia sinensis (L.) Kuntze

nguồn gốc từ Trung Quốc, theo cỏc tỏc giả Vừ Văn Chi và Phạm Hoàng Hộ cõy

Thea sinensis L cũng được xếp vào loài này Chè là một cây khoẻ mạnh, mọc

hoang, nếu không cắt xén có thể cao đến 10 m Đường kính thân cây có thể tới mức một người ôm không xuể Tuy nhiên để tạo thuận lợi cho việc thu hái, người ta thường cắt tỉa để cõy có độ cao khoảng 2 m Cây phõn cành ngang nhiều từ gốc, lá mọc so le, không rụng Hoa to, trắng, mọc ở nỏch lỏ, nhiều nhị, mùi rất thơm Quả một nang thường có 3 ngăn nhưng chỉ có một hạt do các hạt khác bị teo đi

Hiện nay cây Chè được trồng nhiều ở cỏc vựng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: Châu Phi, Nam Mỹ, trung Quốc, Ấn Độ, Srilanka

Ở Việt Nam Chè được trồng khắp nơi, nhưng nhiều nhất ở cỏc vựng đồi trung

du thuộc các tỉnh: Vĩnh Phúc, Tuyên Quang, Hà Giang, thái Nguyên, Đắc Lắc, Lâm Đồng [18]

1.2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ chè trong nước và trên thế giới

Mỗi năm trên thế giới sản xuất trên 2,5 triệu tấn chè Trong đó, 80 % sản lượng chố là từ các nước Châu á, đặc biệt là Trung Quốc, Ấn Độ và srilanka Cú thể đưa ra một vài con số làm vớ dụ [7]:

Trung Quốc sản xuất từ 534 - 545 nghìn tấn/năm

Ấn Độ sản xuất từ 684 - 701 nghìn tấn/năm

Srilanka sản xuất từ 208 - 288 nghìn tấn/năm

Năm 2002 nước ta trồng được 108.000 ha Chè Cả nước sản xuất được 90.000 tấn (tăng 6 % so với năm 2001) Trong đó xuất khẩu 72.000 tấn, đứng thứ 5 trên thế giới về sản lượng chè xuất khẩu [19]

Thị trường tiêu thụ chè cũng rất lớn: Irac một năm nhập vào 60.000 tấn chè (1/3 trong số đó là từ Việt Nam), Nga mỗi năm tiêu thụ 161.000 tấn Pakistan nhập khẩu 86.000 tấn, Nhật 119.000 tấn, Ấn Độ 466.000 tấn [19]

Chố thương phẩm trờn thế giới có 2 loại chính là chè đen và chè xanh Khác

với chè xanh là bỳp chố sau thu hoạch chỉ được sao và sấy cho khụ vàng, chố đen được xử lý trước qua một quá trình lên men để làm giảm vị chỏt và tanin Ngoài những sản phẩm chè thông thường, trên thế giới cũn có cỏc loại chè tan và chè không cafein Phần lớn chố đen, chố tan và chè không cafein được tiêu thụ nhiều ở chõu Âu và Bắc Mỹ Còn chè xanh được tiêu thụ chính ở Đụng Á, Nhật, Cộng hũa Liờn bang Nga và một số nước Ả Rập

1.2.1.3 Vài nột về thành phần húa học của Chè

Lá Chè tươi có khoảng 70 % là nước, 20 % tanin (hỗn hợp các catechin và dẫn suất của chúng), 2 - 3,5 % cafein, còn lại là các chất protein, khoáng, xơ, lignan

và pectin Thuật ngữ Polyphenol (tanin thực vật) dùng để chỉ các hợp chất phenolic chuyển húa thứ cấp phõn bố rộng rói trong thực vật Mặc dự trong cỏc bộ phận của Chố người ta đó tỡm ra hơn 60 cấu trỳc khỏc nhau của cỏc polyphenol, nhưng chỳng

đều được cấu tạo từ 3 nhõn cơ bản flavan-3-ol (catechin) (1), este galloyl (2) và este hexahidroxidiphenoyl (3)

Trong cõy Chố, polyphenol phân bố chủ yếu ở lá và cú hàm lượng thay đổi theo độ tuổi của lá chè Polyphenol tập trung nhiều nhất ở trong các búp chè non với hàm lượng từ 30 - 32 % và giảm dần ở các lá già Lá thứ 2 tớnh từ bỳp trở xuống cú hàm lượng polyphenol 25 - 28 %; lá thứ 3 có 20 - 22 %, lá thứ 4 cú 16 - 18 %, lá già

10 - 13 % và trong cuộng chè chỉ cú 15 % polyphenol tớnh theo lượng mẫu khụ [47]

1.2.1.4 Các tác dụng sinh học của chố

Chè là loại đồ uống phổ biến trên thế giới Ngoài tác dụng làm giảm cơn khát, chè còn có rất nhiều tác dụng cú ớch đối với sức khoẻ con người [19, 20] Người Trung quốc biết uống chè từ năm 2700 trước công nguyên, nhưng phải đến năm

1600 sau công nguyên, theo cỏc con đường thương mại và truyền giỏo, chè mới

được du nhập vào Châu âu [7] Chè có tác dụng hỗ trợ chống ung thư phổi do hút

O O

OH OH HO

O O

OH OH HO

O O

OH

O OH

thuốc, chống nhiễm phóng xạ, chống oxy hoá, ngăn ngừa bệnh huyết áp thấp, làm giảm lượng đường trong máu

Qua các thí nghiệm trên chuột của Junkun và cỏc cộng sự ở trường Dược Ohio - Nhật Bản [21] cho thấy epicatechin gallat và epigallocatechin gallat có tác dụng phòng chống bệnh ung thư tuyến tiền liệt Hai catechin này có tác dụng ngăn ngừa phát triển của khối u, và dẫn đến làm giảm khả năng di căn Epigallocatechin gallat làm giảm kính thước của khối u và đó là nguyên nhân khiến bệnh ung thư

được thuyên giảm Hơn nữa epigallocatechin gallat còn có tác dụng ức chế urokinase, loại enzym thường tìm thấy trong nước tiểu của phần lớn những ngưòi mắc bệnh ung thư urokinase bẻ gẫy liên kết cơ bản nhân tế bào làm cho khối u phát triển nhanh và bệnh sẽ di căn

Junkun và đồng nghiệp cũng đã làm thớ nghiệm so sánh giữa các catechin trong chè xanh với amilorid - một loại thuốc lợi tiểu nhẹ dùng để điều trị cao huyết

áp, xung huyết tim nhẹ và có tác dụng ức chế urokinase Kết quả cho thấy để cú hiệu quả điều trị ngang nhau, người bệnh phải dùng Amilorid với liều lượng 20 mg/ngày trong khi với chè thì chỉ cần một tách nhỏ chè chứa 150 mg epigallo-catechin gallat và uống thêm một vài loại chè mình yêu thích khoảng 10 tách/ngày

Ngoài ra theo nghiên cứu của Chang C.W., Hsu F.L và Lin J.Y., trường Dược, Đại học quốc gia Đài Loan đã chứng tỏ rằng các catechin epigallocatehin,

O

OH

OH

OH HO

OH

(-)-Epicatechin gallat

O

OH OH OH

O

O

OH

OH HO

OH

(-)-Epicatechin gallat

O

OH OH OH OH

epicatechin gallat và epigallocatechin gallat được chiết từ chè xanh Trung quốc -

Camella sinensis L - có tác dụng ức chế, gõy miễn nhiễm với vi rút HIV, IC50 của epigallocatechin là 7,8; của epicatechin gallat là 0,32 và của epigallocatechin gallat

là 0,63 àmol [22]

Ngoài tác dụng chữa bệnh, các polyphenol từ dịch chiết chè xanh còn được sử dụng trong mỹ phẩm Chúng có tác dụng làm ẩm da và chống các vết nhăn Polyphenol có trong thuốc đánh răng có tác dụng diệt khuẩn Những thuốc có chứa catechin và các dẫn xuất của nó chống lại sự phát triển của vi khuẩn gây viêm lợi và chất collagen của vi sinh vật này Catechin ở nồng độ 100 mg/ml ức chế được 98 % collagen [25, 26] Do chè có rất nhiều tác dụng đối với con người, là một loại sản phẩm không gây độc nên ngành công nghiệp chè và nghiên cứu chè ngày càng được quan tâm và phát triển

1.2.1.5 Chiết xuất polyphenol từ Chè xanh

Các sản phẩm polyphenol trên thế giới hiện nay vẫn hoàn toàn được sản xuất bằng cỏch chiết với dung môi hữu cơ

Dựa trờn tính chất hoá học đặc trưng của polyphenol là các hợp chất phân cực yếu, hay gặp trong chố xanh dưới dạng cỏc glycosid dễ tan trong nước nóng và các dung môi hữu cơ có độ phân cực cao như etanol, metanol, hoặc hỗn hợp của chỳng với nước nờn người ta thường chọn cỏc dung mụi này để chiết cỏc polyphenol ở giai đoạn đầu tiờn Kết quả sàng lọc hoạt tớnh chống ụxy húa của cỏc dịch chiết cũng cho thấy khi chiết chố xanh bằng các dung môi phân cực cho cỏc sản phẩm cú hoạt tớnh mạnh hơn so với khi chiết bằng các dung môi có độ phân cực yếu như n-hexan, ete dầu hỏa, ete etylic, hay hỗn hợp của ete etylic với clorofoc, axeton, etylaxetat [48,

49, 50, 51] Mặc dầu vậy, trong dịch chiết tồn tại một lượng lớn các hợp chất không mong muốn bị chiết cùng với polyphenol, thờm vào đú các glycosid cũng bị thủy phân khi sử dụng dung môi chiết là dung dịch nước axớt

Phần lớn cỏc polyphenol và cỏc aglycon cú hoạt tớnh chống oxy húa cao đều hũa tan được trong cỏc dung mụi phõn cực yếu, nờn cỏc dung mụi này được dựng để tinh chế polyphenol từ dịch chiết của cỏc dung mụi phõn cựu Có thể tham khảo một

số ví dụ về các công nghệ chiết polyphenol từ chè xanh bằng dung môi hữu cơ dưới

đây [28, 45, 52, 53, 55]:

chiết ở nhiệt độ phòng bằng 1 lớt Nước/Axeton (3 : 2, v/v) trong 12 giờ Dịch chiết

được cô kiệt trong chân không ở 400C Chiết bằng n-hexan để loại tạp chất, cưới cùng polyphenol được chiết bằng etylaxetat, chế phẩm được làm đụng khụ thành bột mịn Sản phẩm được phõn tớch xác định các catechin và cafein bằng cỏc phương phỏp sắc ký như sắc ký lỏng cao ỏp kết nối khối phổ hoặc sắc ký điện di [28]

Các tác giả Xuejun Pan, Guoguang Niu [45, 52, 53, 55] đã so sánh các phương pháp chiết polyphenol bằng Soxhlet với các kỹ thuật chiết kết hợp viba và kết hợp siờu õm (Xem bảng 1.5) [45]

Bảng 1.5: So sỏnh lượng polyphenol chiết từ chố xanh theo

cỏc kỹ thuật sử dụng viba, siờu õm và Soxhlet [45]

Trong đó: A - % Polyphenol so với nguyên liệu ban đầu;

B - % Caffeine so với nguyên liệu ban đầu;

C - Hàm lượng % Polyphenol trong dịch chiết;

D - Hàm lượng % Caffein trong dịch chiết

v/v), tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 20/1 Thời gian tác dụng của viba trong 4 phút và ngâm tĩnh 90 phút ở 200C

v/v) tỷ lệ dung môi/nguyên liệu là 20/1 Thời gian chiết 90 phút, nhiệt

polyphenol và loại bỏ cafein từ rất sớm (1970) [4] Ưu điểm lớn nhất của quá trình chiết chè bằng phương pháp CO2 siêu tới hạn [23, 53, 54, 55] là độ chọn lọc của sản phẩm rất cao, vớ dụ: khi chiết lá chè bằng SCO2 ở 40 - 700C và 4 - 8 MPa thu được cafein; chiết từ 6 - 10 giờ ở 30 - 40 MPa thu được các catechin thô Khi có mặt etanol - nước ở 70 - 800C, 20 - 30 MPa trong 4 - 8 giờ thu được cỏc flavon và anthocyan

Cỏc kết quả sàng lọc hoạt tớnh chống ụxy húa của cỏc sản phẩm polyphenol thu được với kỹ thuật chiết bằng SCO2 đều có hoạt tính chống oxi hoá cao hơn so với khi chiết bằng các dung môi thông thường khác [51, 52], tuy vậy hiệu suất chiết thấp hơn phương phỏp sử dụng cồn để chiết Ngoài ra SCO2 cũng đó được nghiờn cứu để tinh chế polyphenol trong các dịch chiết cồn hoặc axeton

Chiết Polyphenol bằng SCO2 có sử dụng các dung môi làm Co-solvent cũng

đó được C.J.Chang, K.L.Chiu, P.W.Yang cùng các cộng sự khác nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ như: áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ Co-solvent tới hàm lượng từng Catechin, tỷ lệ Catechin/Caffeine tổng số đồng thời so sánh với các phương pháp thông thường khác [23, 51, 53, 54, 55]

Quá trình thí nghiệm tiến hành ở 600C áp suất 31 MPa (310 bar) Nồng độ Etanol thay đổi từ 18 tới 990 tỷ lệ CO2/cồn = 90/10 (w/w) Hàm lượng polyphenol và caffeine thu được trong dịch chiết chè xanh nhỏ hơn nhiều so với các phương pháp thông thường (Xem bảng 1.6)

Bảng 1.6: Chiết polyphenol từ chố xanh và chố ễ long bằng SCO 2

cú phối hợp co-solvent etanol với cỏc nồng độ khỏc nhau [53, 55]

(g/100ml)

Caffeine (mg/kg)

1.2.2 Hoa Bưởi và một số nghiờn cứu về tinh dầu hoa Bưởi

1.2.2.1 Cõy Bưởi, Citrus maxima (Burn.) Merrill., Rutaceae, nguồn gốc và đặc

điểm hình thái

bưởi, Citrus maxima (Burn) Merrill (Citrus grandis Osbeck), thuộc họ Cam (Rutaceae) Chi Citrus, theo Swingle [18] bao gồm 16 loài bắt nguồn từ New Guine, Malaixia Nguồn gốc chính từ nam á, Trung Quốc, Nhật, Ấn Độ

Bưởi là loại cây to, cao 10 - 13 m, vỏ thân màu vàng nhạt, đôi khi tiết ra một loại chất gôm nhựa màu nâu đen Lá đơn hình trái xoan, nguyên, mép lá nhẵn, cuống lá có cánh to, mặt trên nhẵn, mặt dưới có 8 - 10 đôi gân bên, gân nhỏ, chỉ rõ

và lồi ở mặt dưới, cuống lá không có lông Chiều dài phiến lá: 8,7 - 16,0 cm; chiều rộng: 3,7 - 9,0 cm Chiều dài cánh lá: 3,0 - 5,0 cm; chiều rộng cánh lá: 1,5 - 4,0 cm

Hoa mọc thành chùm 6 - 10 hoa, cuống hoa có lông Hoa màu trắng, rất thơm Đài hoa tròn từ 4 - 5 lá, mặt dưới lá đài có lông Có 29 - 33 nhị rời ngắn bằng 1/2 - 4/5 các cánh hoa Đĩa tuyến mật dầy 0,5 - 0,7 mm, bầu hình cầu có lông, vòi dài có lông bao phủ, đầu nhụy phình to

Quả hình cầu to, khối lượng từ 800 - 850 g Đường kính 13 - 14 cm, chiều cao

11 - 12 cm Đường kính ruột quả 8,5 - 9,7 cm Chiều cao ruột quả 7 - 8 cm Số lượng múi trong quả trung bình 10 - 12 cm Số lượng hạt trong múi 5 - 7 múi

Số túi tiết tinh dầu trên 1 cm2 vỏ quả trung bình là 35 - 40 [18] Màu sắc của

vỏ biến đổi từ vàng đến nâu xậm tựy giống

ở Việt nam do điều kiện khí hậu đất đai rất thuận lợi cho việc phát triển loài Citrus nên được trồng ở khắp mọi nơi, đặc biệt là cây bưởi Tựy theo từng địa phương mà người dân đặt tên cho những loại bưởi như bưởi Đoan hùng, bưởi Phúc trạch, bưởi Biên Hoà, bưởi Thanh Trà (Huế) Hàng năm các loại bưởi này cho sản lượng hàng chục ngàn tấn/năm, dùng trong công nghiệp thực phẩm [32]

1.2.2.2 Tinh dầu hoa và vỏ Bưởi

a/ Thành phần hoá học của tinh dầu hoa Bưởi

Theo Sabertay và Halazs [33] hoa bưởi Palestin cho hiệu suất thu tinh dầu 0,03% và sản phẩm cú cỏc đặc tính sau: Tỉ trọng ở 150: 0,8694;

Độ quay cực: α20

D + 530;

Chỉ số axit: 1,7;

Chỉ số este: 10,3;

Mùi tinh dầu hoa bưởi giống mùi tinh dầu hoa cam nhưng không mang nhiều mùi hồng và mật ong D J Wang (1979) [32] cho biết thành phần chủ yếu của tinh dầu hoa bưởi Đài loan là limonen, linalool, nerol và metylantranilat

Khi nghiên cứu tinh dầu hoa bưởi của Việt Nam, Phùng Bạch Yến và cộng sự năm 1990 [33] đó đưa ra cỏc chỉ số húa lý của tinh dầu và đó phõn tớch thành phần tinh dầu hoa Bưởi bằng GC-MS, cho thấy thành phần chớnh bao gồm cỏc chất limonen, linalool, nerolidol, cedrol và farnesol (Xem thờm Bảng 1.7)

phổ (GC-MS), Nguyễn Mạnh Pha đã khảo sát tinh dầu hoa bưởi ở vùng Đoan Hùng

và Vân Trì (Từ liêm) cho thấy cỏc thành phần: limonen (35 %), linalool (23,76 %), nerolidol (32,94 %) và fanesol (14 %) [32, 33] Thành phần monoterpen và sesquiterpen trong tinh dầu hoa Bưởi của Đoan Hùng nhiều hơn ở từ Liêm, nhưng thành phần hydrocacbon thì thấp hơn Hàm lượng tinh dầu trong hoa Bưởi trung bỡnh khoảng 0,1% được định lượng bằng phương pháp cất lụi cuốn hơi nước

Các chỉ số hoá lý của tinh dầu Hoa Bưởi: Tỷ trọng: d20 0,8160;

OH

Nerolidol

OH

Bảng 1.7: Thành phần của tinh dầu Hoa Bưởi

Linalool oxit (pyranic) (cis) Terpineol-4

α-Terpineol Mertenol (Trans)-carveol Nerol

(cis)-carveol Carvon Geranial Indol Methyl anthranilat Geranyl acetat Nerolidol Cedrol Farnesol

b/ Thành phần hoá học của tinh dầu vỏ Bưởi

α-Pinen 0,1-1,6% γ-Terpen 0,5-0,8% α-Phelandren và β-Phelandren 1%

Aldehyd chính trong tinh dầu vỏ bưởi là Octanal và decanal Nhóm ancol có

4 chất có giá trị: Octanol, terpineol, terpinen-4-ol, linalool chiếm khoảng 4 % Hàm

lượng linalool sẽ giảm dần theo thời gian bảo quản

Manuel G Moshonas [35] đã phân tích vỏ Bưởi và xác định trong tinh dầu vỏ

Bưởi có 22 hợp chất trong đó có 12 aldehyd, 9 este, và 1 xeton Các este chính trong

vỏ bưởi là: Geranyl axetat, neryl axetat, etyl axetat, 1,8-β-menthadren-2-yl axetat,

menthadren-9-yl axetat,

Khi nghiên cứu tinh dầu vỏ bưởi của Đài Loan S.L Gao và Zheng cho biết hàm lượng d-limonen trong tinh dầu là 90% Thành phần chính trong vỏ bưởi Pumelo, theo Sawamura và T Kuriyama là d-limonen 86% và γ-terpinen 6%, myrcen 4%

Ở Việt Nam, theo Phùng Bạch Yến và cộng sự [36], tinh dầu vỏ Bưởi có tới gần 30 chất trong đó chủ yếu là d-limonen (86 %) Bằng GC-MS đã xỏc định được

- Linalool

-

- Limonen-1,2-epoxit (cis) 2-Methyl-bicyclo-(3,2,1)-oct-6en-3on Crypton

Terpineol (trans)-carveol (cis)-Carveol Dehyd cuminal Carvon

Piperitenon Perilaldehyd Paracymen-701 Spathulenol Caryophylen oxyd

1.2.3 Hương bài và cỏc nghiờn cứu về húa học của tinh dầu rễ Hương bài

1.2.3.1 Cây Hương bài, nguồn gốc, đặc điểm hình thái, trồng trọt và thu hoạch

a/ Nguồn gốc và đặc điểm hỡnh thỏi Hương bài

Cây Hương bài - Vetiveria zizanioides (L.) Nash., còn gọi là Hương lau hoặc

Hương lâu, thuộc họ Lúa (Poaceae, Gramineae) Hương bài mọc hoang và được trồng tại nhiều nước nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới như đảo Java, đảo Reunion, Ấn

Độ, Braxin, Việt Nam [18, 56, 57], do cú sự khỏc biệt về tờn gọi địa phương của

cõy Vetiveria zizaniodes (L.) Nash., nờn để tiện theo dừi từ đõy chỳng tụi gọi cõy

này là Vetiver để thống nhất với thế giới

Vetiver là cây thân thảo, sống lâu năm, mọc theo khóm cao từ 1 - 1,5 m, đặc biệt có thể cao hơn 2 m Phiến lá dài cứng phẳng hoặc gấp nếp, kích thước lá 30 - 75

cm, rộng từ 4 - 15 mm, bẹ lá dẹt về một bên dài từ 10 - 12 cm, chóp lá nhọn Rễ chùm, các sợi rễ ăn sâu xuống đất tới 4 m Hoa cấu tạo thành cụm dài 30 - 40 cm, cụm hoa là chựy tận cùng Các bông nhỏ mang hoa từng cặp (một có cuống, một không có cuống) tách biệt nhau Phía trên cùng gồm 3 hoa (hai có cuống và một không có cuống) Bao phấn hình đường, thẳng Vòi nhụy 2, phía trên (khoảng 2/3) vòi nhụy có nhiều lông, hình trồi màu tím hay trắng xanh Bầu có vòi nhụy ở vị trí gần cuối Quả hơi dẹt Trong điều kiện khí hậu ở đồng bằng sông Hồng, hàng năm cây trổ hoa vào các tháng 7, 8 [56]

b/ Sinh trưởng, phỏt triển và nhõn giống Vetiver

Cây Vetiver hầu như khụng thụ phấn, tại các vùng trồng Vetiver của ta hiện nay chủ yếu nhõn giống cõy bằng cỏch dõm nhỏnh gốc rễ hoặc hom cành trên mặt

đất [56]

Theo kinh nghiệm, trồng Vetiver vào mùa mưa sẽ có tỷ lệ sống và phát triển cao hơn các mùa khác, đồng thời rễ cũng cho hàm lượng tinh dầu cao hơn Hàm lượng tinh dầu trong các rễ nhánh và rễ phụ chỉ bắt đầu tăng lên sau khi cây bắt đầu

ra hoa [57]

Ở Việt nam, theo các tác giả Trần Minh Hợi, Lâm Quang Thanh [56, 57] cây Vetiver có thể sống ở nhiều loại thổ nhưỡng khác nhau [18], thích hợp với những vùng đất ẩm, đất ngập nước, bãi lầy ven các đầm hoặc hồ Nhiệt độ thích hợp cho cây phát triển là 25 - 350C, là loại cây ưa sáng, không chịu được sương giá Cây có thể phát triển được trên những vùng đất chua phốn (pH từ 4,0 - 9,6) và đất nhiễm mặn Tuy vậy, quá trình sinh trưởng và hàm lượng tinh dầu của cây phụ thuộc nhiều vào điều kiện đất đai Theo tác giả Trần Minh Hợi, tuổi thu hoạch rễ tốt nhất cho

các giống Vetiver ở Việt Nam là 12 - 15 tháng tuổi đối với V zizanioides, hón hữu

15 - 19 tháng

Hương bài được trồng phổ biến ở cỏc nơi: Bắc Ninh, Hà Tây, Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, Đà Nẵng, Đắc Lắc, Lâm Đồng, Khánh Hũa, Đồng Nai, Tây Ninh, Tiền Giang, Bình Phước, Bình Dương

Trong đó vùng cho sản lượng rễ và hàm lượng tinh dầu Vetiver cao nhất là các địa phương ven biển Thái Bình như Thái Thụy: 2 tấn rễ/ha, hàm lượng tinh dầu cao, chất lượng tương đương với tinh dầu thương phẩm thế giới [56]

c/ Thu hoạch, phân loại và bảo quản rễ [56, 57]

Rễ vừa mới nhổ lên đem rửa sạch thật nhanh rồi đem phơi khô dưới bóng râm, phơi ngoài trời nắng tinh dầu sẽ bay hơi mạnh Thời gian bảo quản rễ tốt nhất

từ 1 - 3 tháng sau thu hoạch, nếu bảo quản trong kho có điều kiện tốt thì cũng không quá 6 tháng Thời gian kéo dài quỏ 3 tháng chất lượng tinh dầu có tốt hơn nhưng hàm lượng thì giảm nhiều và thời gian chưng cất cần phải kéo dài làm giảm hiệu quả kinh tế Tỏc giả Trần Minh Hợi và cỏc cộng sự cũng đó khảo sỏt mức độ ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyờn liệu tới hàm lượng, cỏc chỉ số húa lý và chất lượng của tinh dầu rễ Vetiver (Xem bảng 1.9)

Bảng 1.9: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyờn liệu tới

chất lượng và hàm lượng tinh dầu [56]

D

Chỉ số axit

Chỉ số este

Chỉ số cacbonyl

Ancol

tự do (%)

tự do lại tăng lờn (từ 53 % tăng lờn 63 %), nhưng khi bảo quản tới 173 ngày thỡ mất hết ancol

1.2.3.2 Tính chất hoá lý và thành phần hoá học của tinh dầu Vetiver

Đối với tinh dầu nói chung, cú thể đỏnh giỏ sơ bộ chất lượng thụng qua cỏc tớnh chất húa lý Cụ thể ở trường hợp Vetiver, tỷ trọng và độ quay cực của tinh dầu càng lớn thì mùi thơm càng mạnh

Tính chất hoá lý của tinh dầu phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá học, cấu trúc của các cấu tử trong tinh dầu cũng như phụ thuộc nhiều vào điều kiện sinh thỏi của nguyờn liệu như cỏc điều kiện về địa lý, khí hậu và độ tuổi của cõy Bảng 1.10 mụ tả cỏc tớnh chất húa lý của một số loại tinh dầu Vetiver thương phẩm trờn thế giới

Bảng 1.10: Cỏc tớnh chất húa lý của một số loại

tinh dầu Vetiver trờn thế giới [56]

Bảng 1.11: Cỏc chỉ số húa lý của tinh dầu từ bốn giống Vetiver phổ biến ở Việt Nam [56]

Thành phần hoá học của tinh dầu Vetiver rất phức tạp, có tới trên 300 hợp chất hoá học khác nhau Thành phần chủ yếu là các sesquinterpen và các dẫn xuất của chỳng: α-vetivon (vetiron), β-vetivon, β-vetiven, γ-vetiven, vetiverol (vetivenol, khusimol), zizanal, epi-zizanal, zizanol, axit valencenic, valencen, và có cả các eugenol, isoeugenol Các thành phần chính được sử dụng để đánh giá chất lượng tinh dầu Vetiver trên thị trường là: α-vetivon, β-vetivon, vetivenol, vetivenyl vetivenate

Cỏc thành phần chủ yếu của tinh dầu Vetiver là vetiven và vetivon đó được sử dụng rộng rói trong mỹ phẩm để làm chất định hương Một trong những thành phần quan trọng khỏc là Vetivenol (khusimol) hiện nay cũng đang rất được quan tõm vỡ khả năng ức chế liên kết của vasopressin ở trong gan

1.2.3.3 Giỏ trị sử dụng của tinh dầu Vetiver

Tinh dầu Vetiver cú mựi thơm dịu, bền, giữ mùi lâu, được sử dụng làm chất

định hương để điều chế các chất thơm trong mỹ phẩm và thực phẩm Ngoài ra, tinh

dầu Vetiver còn có tác dụng xua đuổi và tiờu diệt côn trùng cho nên nó hay được pha chế các chất bảo quản sách vở, quần áo Điển hình như Nootkatone [44], một thành phần trong tinh dầu Vetiver, thể hiện khả năng tiờu diệt loài mối Formosan ăn

gỗ và xây tổ mối dưới lòng đất Một số thành phần khác như α-Cedren, Zizanol, Vetivenol cũng cú tỏc dụng làm yếu và gây độc đối với mối và côn trùng

Tinh dầu Vetiver còn được sử dụng để làm thuốc chữa một số chứng bệnh về tiờu húa và thần kinh như chữa đầy hơi, lợi tiểu, điều kinh, thanh nhiệt, kích thích tiêu hoá, chống co thắt, làm thuốc bổ dưỡng Y học dõn gian ở một số nước cũn sử dụng rễ cây Vetiver chế nước giải khỏt như ở Madya Pradesh (Ấn Độ) hoặc dùng làm thuốc trị giun sán

1.2.3.4 Tình hình sản xuất tinh dầu Vetiver trên thế giới và ở Việt Nam

a/ Trờn thế giới

Đảo Reunion (chõu Phi) cho đến nay vẫn là nơi nổi tiếng nhất về trồng Vetiver và chưng cất tinh dầu với sản phẩm tinh dầu “Bourbon” cú chất lượng tốt nhất thế giới Từ trước Chiến tranh thế giới lần thứ II, mỗi năm Reunion đã xuất khẩu 10 tấn tinh dầu Vetiver Từ năm 1955 tới nay, sản lượng xuất khẩu hàng năm thường xuyên cao hơn 20 tấn, lớn nhất là 42 tấn một năm Hiện nay, trên thế giới có khoảng 70 nước trồng Vetiver để lấy tinh dầu phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ chung cả thế giới vào khoảng 450 tấn một năm

Những năm gần đây, Indonexia và Haiti đó vươn lờn thành những nước xuất khẩu tinh dầu Vetiver cú số lượng đứng đầu thế giới Indonexia mỗi năm xuất khẩu

từ 100 đến 180 tấn, Haiti khoảng 100 tấn/năm Trung Quốc cũng là một trong những nước cung cấp tinh dầu Vetiver quan trọng với sản lượng khoảng 80 tấn/năm

Trên thị trường quốc tế, giá cả tinh dầu Vetiver thay đổi theo từng năm và tùy thuộc vào chất lượng tinh dầu của từng vùng Vào những năm 90, một kg tinh dầu

“Bourbon” từ đảo Reunion cú giỏ khoảng 135 - 155 USD Tinh dầu Vetiver ở Haiti

có giá khoảng 90 - 100 USD/kg, của Indonexia khoảng 54 - 62 USD/kg [43]

Hầu hết tinh dầu Vetiver sản xuất trờn thế giới được tập trung tiờu thụ vào một số thị trường cú tiếng như Mỹ nhập khẩu khoảng 100 tấn/năm, Pháp 50 tấn/năm, Thụy Sỹ 30 tấn/năm, Anh 25-30 tấn/năm, Nhật Bản 10 tấn/năm và Đức 6 tấn/năm