TRƢỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA MÔI TRƢỜNG – THỰC PHẨM – HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHƢNG CẤT TINH DẦU TIÊU ĐEN VÀ ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT Sinh[.]
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA MÔI TRƢỜNG – THỰC PHẨM – HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHƢNG CẤT TINH DẦU TIÊU ĐEN VÀ ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT Sinh viên thực : Lê Kế Hà Mã số sinh viên :1311521363 Lớp :13DHH01 Chuyên ngành : Cơng nghệ Kỹ thuật Hố học Giáo viên hƣớng dẫn : Đỗ Đình Nhật Tp.HCM, tháng năm 2017 TRƢỜNG ĐH NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA MÔI TRƢỜNG – THỰC PHẨM - HÓA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Kế Hà Mã số sinh viên: 1311521363 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Hoá học Lớp: 13DHH01 Tên đề tài: Nghiên Cứu Quy Trình Chƣng Cất Tinh Dầu Tiêu Đen Và Ứng Dụng Phụ Phẩm Của Quá Trình Chƣng Cất Nhiệm vụ luận văn - Nghiên cứu quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen phƣơng pháp chƣng cất lôi nƣớc, khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình chƣng cất, - Xác định thành phần hoá học tinh dầu tiêu đen phƣơng GC-MS, - Nghiên cứu trích ly, tinh chế kết tinh piperine từ bả tiêu sau trình chƣng cất tinh dầu Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 13/02/2017 Ngày hoàn thành nhiệm vụ luận văn: 21/08/2017 Ngƣời hƣớng dẫn: Họ tên Học hàm, học vị Đỗ Đình Nhật Thạc sĩ Đơn vị Phần hƣớng dẫn BM Cơng nghệ kỹ thuật Hố học 100% Nội dung yêu cầu luận văn đƣợc thông qua môn Trƣởng Bộ môn Ngƣời hƣớng dẫn ThS Nguyễn Đình Phúc ThS Đỗ Đình Nhật ii LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực đề tài ngồi làm việc cố gắng thân, tơi cịn nhận đƣợc nhiều khích lệ, động viên từ phía nhà trƣờng, thầy cơ, gia đình bạn bè Trƣớc hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô trƣờng Đại học Nguyễn Tất Thành, đặc biệt thầy khoa Mơi trƣờng Thực phẩm - Hố trƣờng giúp đỡ, góp ý hỗ trợ tận tình suốt thời gian tơi thực q trình nghiên cứu Và tơi xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Đình Nhật, ngƣời dành nhiều thời gian tâm huyết hƣớng dẫn nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khố luận tốt nghiệp Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn đến anh Đoàn Quang Huy hỗ trợ giúp đỡ thời gian tơi thực nghiệm phịng thí nghiệm Cuối tơi xin tỏ lịng biết ơn gia đình, bạn bè động viên tơi mặt giúp đỡ tơi tận tình suốt q trình học tập, nghiên cứu, động lực không nhỏ để tơi có kết ngày hơm Tơi xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lê Kế Hà iii TÓM TẮT Trong luận án tốt nghiệp này, yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng tinh dầu trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen đƣợc nghiên cứu để nâng cao hiệu sản xuất nghiên cứu việc sử dụng bả tiêu trình chƣng cất để chiết xuất piperine Tinh dầu tiêu đen đƣợc phân tích thành phần phƣơng pháp GC-MS Nghiên cứu thực chiết xuất piperine từ bả hạt tiêu phƣơng pháp Soxhlet với loại dung môi Acetone, Isopropyl alcohol Ethanol 99,5o Dịch chiết đƣợc xử lý với 20ml NaOH/Ethanol (nồng độ 5,10,20%) piperine đƣợc kết tinh lại loại dung môi Kết nghiên cứu, thu đƣợc tinh dầu tiêu đen với hàm lƣợng 2.25% chƣng cất điều kiện: Nồng độ NaCl (2%), ngâm trƣớc chƣng cất nhiệt độ 150 oC với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/20 (20g bột tiêu/400ml nƣớc) Tinh dầu tiêu đen có thành phần 3-Carene (29.21%), DLimonen (20.94%), Caryophyllene (15.05%), α-Pinene (4.69%) β-Pinene (9.77%) Thu 1.17g piperine thô trích ly acetone giờ, dùng NaOH với nồng độ 10% Kết tinh isopropyl alcohol thu 0.35g tinh thể piperine iv ABSTRACT In this essay, the factors affecting the essential oil content of the black pepper essential oil have been investigated to improve production efficiency and initially researched the use of black pepper residue of the distillation process to extract piperine Essentinal oils obtained of black peper were analyzed by GC-MS Piperine have extracted from black pepper residue by Soxhlet system with solvents is Acetone, Isopropyl alcohol Ethanol 99,5o Extraction liquid have treated with 20 ml NaOH/Ethanol (concentration is 5,10,20%) and piperine is crystallized in solvents As a result of the study, i have obtained 2.25% black pepper essentinal oil in distillation with the best distillation parameters: concentration of NaCl (2%), soaked for hours before distilling at 150 °C in hours with a ratio is 1/20 (20g pepper / 400ml water) 1.17g of raw piperine have obtained when extracted with acetone for hours, and using NaOH 10% Crystallisation piperine in isopropyl alcohol, 0.35 g of piperine crystals have obtained v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG ix LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY HỒ TIÊU 1.2 TỔNG QUAN VỀ HẠT TIÊU ĐEN 1.2.1 Công Dụng Của Hạt Tiêu Đen 1.2.2 Thành Phần Hoá Học Của Hạt Tiêu 1.3 TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU 1.3.1 Giới Thiệu 1.3.2 Tinh Dầu Tiêu Đen 1.3.3 Công Dụng Của Tinh Dầu Tiêu Đen 1.4 TỔNG QUAN VỀ PIPERINE 1.4.1 Giới Thiệu 1.4.2 Tính Chất 1.4.3 Công Dụng Của Piperine 10 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 11 Chƣơng THỰC NGHIỆM 16 2.1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 16 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 16 2.3 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 16 2.3.1 Nguyên Liệu 16 2.3.2 Thiết Bị 17 2.3.3 Dụng Cụ 17 2.3.4 Hoá Chất 17 2.4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 vi 2.4.1 Phƣơng Pháp Chƣng Cất Lôi Cuốn Hơi Nƣớc Trực Tiếp 18 2.4.2 Phƣơng Pháp Phân Tích Tinh Dầu Tiêu Đen 18 2.4.3 Phƣơng Pháp Sắc Ký Khí Ghép Khối Phổ (GC-MS) 20 2.4.4 Phƣơng Pháp Soxhlet 21 2.5 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 21 2.5.1 Chƣng Cất Tinh Dầu Tiêu Đen 21 2.5.2 Khảo Sát Các Điều Kiện Tối Ƣu Của Quá Trình Chƣng Cất 23 2.5.3 Trích Ly Piperine Từ Bả Tiêu 27 2.5.4 Khảo Sát Yếu Tố Ảnh Hƣởng Đến Q Trình Trích Ly 30 2.5.5 Tẩy Màu Và Kết Tinh Piperine 31 Chƣơng 3.1 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 33 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHƢNG CẤT 33 3.1.1 Xác Định Kích Thƣớc Nguyên Liệu 33 3.1.2 Khảo Sát Phƣơng Pháp Bảo Quản 33 3.1.3 Khảo Sát Sự Ảnh Hƣởng Của Kích Thƣớc Nguyên Liệu 34 3.1.4 Khảo Sát Nồng Độ Dung Dịch Nƣớc Muối NaCl 35 3.1.5 Khảo Sát Thời Gian Ngâm 36 3.1.6 Khảo Sát Nhiệt Độ Chƣng Cất 36 3.1.7 Khảo Sát Tỷ Lệ Nguyên Liệu / Dung Môi (Nƣớc) 37 3.1.8 Khảo Sát Thời Gian Chƣng Cất 38 3.1.9 Phân Tích Tinh Dầu Tiêu Đen 39 3.1.10 Xác Định Chỉ Số Acid 40 3.1.11 Xác Định Chỉ Số Savon Hoá – Ester 40 3.1.12 Kết Quả Phân Tích GC-MS 41 3.2 TRÍCH LY PIPERINE TỪ BẢ TIÊU 42 3.2.1 Khảo Sát Các Dung Mơi Cho Q Trình Trích Ly 42 3.2.2 Khảo Sát Nồng Độ Dung Dịch NaOH 43 3.2.3 Khảo Sát Quá Trình Kết Tinh Piperine 44 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 47 4.1 KẾT LUẬN 47 4.2 KHUYẾN NGHỊ 47 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Những lồi tiêu biểu chi Hồ Tiêu Hình 1.2 Hạt tiêu đen Hình 1.3 Cấu trúc số chất có hạt tiêu đen Hình 1.4 Tinh dầu tiêu đen Hình 1.5 Cơng thức cấu tạo chất tinh dầu tiêu đen Hình 1.6 Cơng thức cấu tạo piperine Hình 2.1 Hạt tiêu cung cấp sở Ngọc Châu 17 Hình 2.2 Bộ dụng cụ Soxhlet 21 Hình 2.3 Quy trình chưng cất tinh dầu tiêu đen 22 Hình 2.4 Hạt tiêu nguyên hạt, xay nhỏ bột tiêu 23 Hình 2.5 Chuẩn bị mẫu cho trình khảo sát phương pháp bảo quản 24 Hình 2.6 Sơ đồ quy trình trích ly piperine thơ 28 Hình 2.7 Bả tiêu sau chưng cất, sau phơi khô sau xay nhỏ 29 Hình 2.8 Bả tiêu trích ly Soxhlet 30 Hình 2.9 Piperine tủa thêm nước vào 30 Hình 2.10 Quy trình tẩy màu kết tinh piperine 32 Hình 3.1 Biểu đồ tương quan phương pháp bảo quản hàm lượng tinh dầu 33 Hình 3.2 Biểu đồ tương quan kích thước nguyên liệu hàm lượng tinh dầu 34 Hình 3.3 Biểu đồ tương quan nồng độ NaCl hàm lượng tinh dầu 35 Hình 3.4 Biểu đồ tương quan thời gian ngâm nguyên liệu hàm lượng tinh dầu 36 Hình 3.5 Biểu đồ tương quan nhiệt độ chưng cất hàm lượng tinh dầu 37 Hình 3.6 Biểu đồ tương quan tỷ tệ nguyên / nước hàm lượng tinh dầu 38 Hình 3.7 biểu đồ tương quan thời gian chưng cất hàm lượng tinh dầu 39 Hình 3.8 Tinh dầu tiêu đen 40 Hình 3.9 Biểu đồ kết trích ly piperine dung mơi khác 42 Hình 3.10 Biều đồ tương quan khối lượng piperine nồng độ NaOH/Ethanol 43 Hình 3.11 Piperine thơ sau lọc 43 Hình 3.12 Biểu đồ khối lượng piperine kết tinh dung mơi khác 44 Hình 3.13 Piperine kết tinh IPA 44 Hình 3.14 Tinh thể piperine sau sấy 44 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các số hoá, lý tinh dầu Bảng 1.2 So sánh chưng cất tinh dầu tiêu đen dùng không dùng microwave 13 Bảng 1.3 Kết chưng cất tinh dầu tiêu phương pháp CO2 siêu tới hạn lôi nước 14 Bảng 1.4 Kết phân tích phổ GC-MS tinh dầu tiêu 15 Bảng 2.1 Điều kiện chưng cất trình khảo sát kích thước ngun liệu 25 Bảng 2.2Điều kiện chưng cất trình khảo sát nồng độ muối NaCl 25 Bảng 2.3 Điều kiện chưng cất trình khảo sát thời gian ngâm .26 Bảng 2.4 Điều kiện chưng cất trình khảo sát nồng độn muối NaCl 26 Bảng 2.5 Điều kiện chưng cất trình khảo sát tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 27 Bảng 3.1 Kết chuẩn độ xác định số acid 40 Bảng 3.2 Kết chuẩn độ xác định số savon hoá số ester .40 Bảng 3.3 Kết phân tích GC-MS tinh dầu tiêu đen 41 ix LỜI MỞ ĐẦU Tinh dầu nguồn nguyên liệu có nhiều tiềm năng, triển vọng với phát triển kinh tế xã hội đất nƣớc ta gia đoạn nhƣ tƣơng lai [1] Từ kỷ 17 đến kỷ 19, tinh dầu đƣợc sử dụng để làm mỹ phẩm, làm thuốc dùng công nghiệp với phạm vi rộng Từ kỷ 20 đến năm đầu kỷ 21, với tiến nhân loại phát triển khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp sản xuất tinh dầu dần phát triển, tinh dầu trở thành sản phẩm thiếu đời sống ngƣời đƣợc ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm mỹ phẩm Trong năm gần đây, giới ngƣời có xu hƣớng dùng sản phẩm thực phẩm, dƣợc phẩm, mỹ phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên, không độc hại Do vậy, loại thực vật chứa tinh dầu q, có tính ứng dụng cao nhiều lĩnh vực sản xuất đời sống đƣợc nhà khoa học quan tâm nghiên cứu khai thác chế biến nhằm nâng cao giá trị sử dụng chúng Một loại nguyên liệu để sản xuất tinh dầu đƣợc nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm hạt tiêu đen Tinh dầu từ hạt tiêu đen có hƣơng vị đặc trƣng, an tồn khơng gây độc, có hàm lƣợng monoterpenes sesquiterpenes cao Tinh dầu tiêu đen có 40 cấu tử với thành phần Caryophyllene, Limonene, Carene, Sabinen, … Tinh dầu từ hạt tiêu đen có hiệu việc giảm đau, sát trùng, chống co thắt, chống độc tố, hỗ trợ tiêu hố, giảm cholesterol, tăng tuần hồn máu, chống ung thƣ, giảm cảm giác lo lắng giảm cảm giác thèm thuốc lá, kích thích thèm ăn sử dụng nhƣ chất bảo quản thực phẩm Theo Hiệp hội Hồ tiêu Việt Nam (VPA), hồ tiêu Việt Nam giữ kỷ lục sản xuất xuất số giới suốt 14 năm liền Xuất hồ tiêu tính đến hết tháng 10 năm 2016, tăng 35% lên 160 nghìn Kim ngạch tăng 15% lên 1,3 tỷ USD, cao so với kỳ năm trƣớc nhiên giá lại thấp hẳn so với năm 2015 Giá bình quân tiêu đen đạt 7.698 USD/tấn, giảm 1.283 USD so với năm 2015 Giá giảm Piperine tƣơng tác với nhiều thuốc nhƣ: thuốc chống lao isoniazid, pyrazinamid rifampicin, thuốc chống cao huyết áp propranolol, thuốc chống hen theophyllin [18] Piperine có tác dụng tăng hấp thu giảm đào thải curcumin máu Piperine giúp tăng sinh khả dụng curcumin thể ngƣời lên tới 20 lần so với khơng dùng piperine [19] Piperine cịn cải thiện việc hấp thu nhiều phân tử khác có mặt thức ăn, đặc biệt nhƣ: chất β-caroten (tiền vitamin A), selenium, phân tử (-)Epigallocatechin-3-gallate (EGCG) chống ung thƣ có mặt trà xanh Với βcarotene, piperine làm tăng hàm lƣợng β-carotene huyết sau 14 ngày dùng phối hợp Piperine làm tăng hàm lƣợng selen, vitamin C, vitamin B6 sau ngày phối hợp [17, 20] Piperine có ảnh hƣởng đến ức chế phản ứng chuyển hóa sinh học enzyme gan Nó ức chế mạnh hydroxylase aryl hydrocarbon gan đƣờng ruột UDP-Glucuronyl transferase [17] Piperine đƣợc biết đến chất điều trị số bệnh ung thƣ Piperine, khơng gây độc hại cho gen, nhƣng thực tế có tác dụng chống lại tác nhân gây đột biến chống khối u [10, 17] Piperine làm chậm tăng trƣởng khối u lây lan ung thƣ Ức chế phát triển tế bào ung thƣ đại tràng [21], chống ung thƣ kháng khuẩn [22] Piperine chống lại hủy hoại q trình oxy hố gốc oxy hoá tự Tiêu đen piperine làm giảm lipid peroxidation thể ảnh hƣởng tốt đến trạng thái tế bào thiol Piperine làm giảm mức độ peoroxy hóa lipid hình thành gốc tự do, đồng thời làm tăng hoạt động chất chống oxy hóa ezyme (superoxyd dismutase, catalase glutathion peroxidase) chất chống oxy hóa khơng enzyme (vitamin E vitamin C) [17] Ngoài piperine đƣợc biết đến tác dụng nhƣ chống trầm cảm, chống viêm kháng nấm 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Errol R Jansz (1984) cộng thực nghiên cứu xác định thành phần khả chống oxy hố tinh dầu (chƣng cất lơi nƣớc) oleresins tiêu đen (Soxhlet) Phân tích GC-MS tinh dầu tiêu có 54 cấu tử chiếm 96,6% tổng khối lƣợng Thành phần β-Caryophyllene (29.9%) với 11 Limonen (13.2%), β-pinene (7.9%), sabinene (5.9%) số thành phần khác Thành phần oleoresins đƣợc tìm thấy có chứa piperine (63.9 39.0%), với nhiều thành phần khác với hàm lƣợng Cả dầu oleoresin có hoạt tính chống oxy hóa mạnh so với butylated hydroxyanisole (BHA) butylated hydroxytoluene (BHT) nhƣng thấp so với propyl gallate (PG) Ngoài ra, khảo sát hoạt động ức chế chúng phƣơng pháp FTC, chứng tỏ khả chống oxy hóa mạnh mẽ tinh dầu oleoresins tiêu đen[23] Năm 1995, M McCarron thực nghiên cứu so sánh thành phần tinh dầu tiêu đen tiêu xanh có nguồn gốc từ Sri Lanka Ấn Độ Tinh dầu đƣợc phân tích phƣơng pháp GC GC-MS, sau so sánh kết Các monoterpene dầu tiêu ấn độ tƣơng đƣơng với dầu tiêu Sri lanka Nhƣng khác việc tạo sesquiterpene thành phần oxy hoá Caryophyllene β-pinene tất mẫu dầu, sabinene có dầu tiêu Sri Lanka car-3-ene khơng có mẫu tinh dầu [24] Năm 1999, Sandra R.S Ferreira cộng nghiên cứu trích ly tinh dầu tiêu đen phƣơng pháp CO2 siêu tới hạn nghiên cứu tiến hành điều kiện trích ly 30°C, 40°C 50°C áp suất150, 200 300 bar Độ hòa tan thay đổi từ 0.09 đến 0.15 g dầu /g CO2 độ hồ tan tăng theo mật độ dung mơi [25] Supinya Tewtrakul (1999) thực nghiên cứu so sánh thành phần tinh dầu loại tiêu P Nigrum, P Chaba P Longum phƣơng pháp GC GCMS Không giống nhƣ tinh dầu từ P Nigrum, P Chaba P Longum đƣợc tìm thấy vài monoterphene hydrocarbon, nồng độ vừa phải sesquiterpenes nồng độ cao aliphatic hydrocarbon P Chaba có nồng độ caryophyllene oxide (7.4%) cao β-caryophyllene tìm thấy P nigrum, P Longum, P Chaba lần lƣợt 39.7%, 10.2% 5.2% [26] Cơng trình nghiên cứu Ying Wang, Zi-Tao Jiang Rong Li (2008) [27] thuộc trƣờng College Of Biotechnology And Food Science tinh dầu tiêu đen chiết xuất phƣơng pháp chƣng cất lôi nƣớc cho hiệu suất 3.1% có hỗ trợ vi sóng 3.8% Điều kiện thực phƣơng pháp chƣng cất lôi nƣớc có hỗ trợ vi sóng mức lƣợng sử dụng 800W phút tỷ lệ 12 nguyên liệu dung môi 1:10 Tinh dầu đƣợc phân tích xác định thành phần phƣơng pháp GC GC-MS cho kết theo bảng 1.2: Bảng 1.2 So sánh chưng cất tinh dầu tiêu đen dùng không dùng microwave [27] Không sử dụng microwave Có sử dụng microwave Thành phần 29 cấu tử 30 cấu tử 3-Carene 31.9% 33.2% Limonene 19.3% 20.2% Caryophyllene 18.4% 16.0% β-Pinene 13.0% 14.0% α-Pinene 5.8% 6.7% δ-Elemene 1.8% 1.3% α-Copaene 1.9% 1.6% Gurdip Singh (2004) nghiên xác định thành phần tinh dầu oleresin tiêu đen khảo sát tính chống oxy hố chống nấm chúng Kết GC-MS cho thấy tinh dầu tiêu đen có 49 cấu tử chiếm 99.39% tổng khối lƣợng, thành phần β-caryphyllene (24.24%), limonen (16.88%), sabinen (13.01%), β-bisabolene (7.69%) α-copaene (6.3%) Dịch chiết với axetone, hạt tiêu cho thấy có 18 cấu tử chiếm 75.59% tổng khối lƣợng với thành phần Piperine (33.53%), piperolein B (13.73%), piperamide (3.43%) guineensine (3.23%) Tinh dầu có hiệu 100% việc kiểm sốt phát triển Fusarium graminearum Dịch chiết đạt hiệu 100% việc làm chậm phát triển nấm Penicillium viridcatun Aspergillus orchaceus Tinh dầu dịch chiết đƣợc xác định chất chống oxy hoá tốt dầu hạt lanh, so vớibutylated hydroxyanisole (BHA) butylated hydroxytoluene (BHT) [28] HosseinBagheri (2014) nhóm nghiên cứu thực nghiên cứu khả chống oxy hố tinh dầu tiêu đen đƣợc trích ly phƣơng pháp CO2 siêu tới hạn (áp suất 15-30 MPa, nhiệt độ 40-50°C thời gian chiết 40-80 phút) Kết 13 cho thấy hoạt tính chống oxy hóa tốt đạt đƣợc 30 MPa, 40oC 40 phút Các chiết xuất đƣợc phân tích GC-FID GC-MS Các thành phần chiết xuất cách sử dụng SC-CO2 điều kiện tối ƣu theo bảng 1.3: Bảng 1.3 Kết chưng cất tinh dầu tiêu phương pháp CO2 siêu tới hạn lôi nước CO2 siêu tới hạn Lôi nƣớc β-caryophyllene 25.38 ± 0.62% 18.64 ± 0.84% Limonen 15.64 ± 0.15% 14.95 ± 0.13% Sabinene 13.63 ± 0.21% 13.19 ± 0.17 3-Carene 9.34 ± 0.04% 8.56±0.11% β-Pinen 7.27 ± 0.05% 9.71±0.12% α-Pinen 4.25 ± 0.06% 7.96±0.14% Chỉ số EC50 tinh dầu chiết xuất phƣơng pháp CO2 siêu tới hạn chƣng cất lôi nƣớc lần lƣợt 103.28 316.27 μg mL-1[29] Nguyễn Văn Huệ (2012) nhóm nghiên cứu trƣờng Đại học Cần Thơ thực nghiên cứu khảo sát thành phần hóa học hoạt tính kháng vi sinh vật tinh dầu củ gừng tinh dầu hạt tiêu Đồng Bằng Sơng Cửu Long Thành phần tinh dầu gừng thu đƣợc hai phƣơng pháp chƣng cất zingiberene (17%), -farnesene (12%), -sesquiphellandrene (6%), 1,8-cineole (6%) So với phƣơng pháp chƣng cất lơi nƣớc có hỗ trợ vi sóng, phƣơng pháp chƣng cất cổ điển thơng thƣờng có hàm lƣợng cẩu tử cao Thành phần tinh dầu tiêu thu đƣợc hai phƣơng pháp cất có hàm lƣợng tƣơng đƣơng, trans-caryophyllene (27%), limonene (15%), -3-carene (14%) Tuy nhiên, chƣng cất lơi nƣớc có hỗ trợ vi sóng khơng thu đƣợc transcaryophyllene Cả hai tinh dầu kháng tốt số vi sinh vật thử nghiệm Candida albicans ATCC 10231 Bacillus subtilis ATCC 6633, Enterococcus feacalis ATCC 29212, Staphylococus aureus ATCC 25923[4] Phan Nhật Minh (2002) nhóm nghiên cứu thuộc đại học cần thơ viện cơng nghệ hố học, viện KH & CN việt nam thực nghiên cứu thành phần hoá học 14 tinh dầu tiêu (piper nigrum L.) chiết xuất phƣơng pháp CO2 lỏng siêu tới hạn [30] Cơng trình nghiên cứu thực loại hồ tiêu đƣợc trồng huyện Chƣ Sê, Tỉnh Gia Lai, lần đƣợc chiết xuất phƣơng pháp CO2 lỏng siêu tới hạn Thành phần hoá học tinh dầu tiêu đen đƣợc phân tích phƣơng pháp GC GC-MS Kết cho thấy hàm lƣợng sesquiterpene cao monoterpene Khi áp suất đến 110 bar, thu đƣợc piperine, chất cay thành phần nhựa tiêu Tinh dầu thu đƣợc phƣơng pháp CO2 lỏng siêu tới hạn có màu nâu sậm, sánh, có tủa vàng, mùi thơm đặc trƣng, nh nƣớc, tỷ trọng 0.9106 g/ml [n]D = 1.5110 (25oC) Tinh dầu tiêu chiết phƣơng pháp chƣng cất lơi nƣớc có màu xanh nhạt, mùi thơm nh , nh nƣớc, tỷ trọng: 0.8547 g/ml, [n] D = 1.4772 (25oC) Bảng 1.4 Kết phân tích phổ GC-MS tinh dầu tiêu CO2 Siêu Tới Hạn Lôi Cuốn Hơi Nƣớc 90 Bar 110 Bar α-Pinene 4.778 3.733 0.138 β-Pinene 1.868 1.451 - (-)-β-Pinene 8.315 5.975 - α-Phellantrene 5.307 - 0.121 3-Carene 25.443 13.144 1.369 β-Cymene 16.31 0.28 - D-Limonene 0.359 9.587 - δ-Elemene 1.278 2.304 4.004 β-Elemene 1.472 2.521 3.844 β-Caryphyllene 20.31 16.719 47.529 α-Caryphyllene 1.545 3.042 4.445 Piperine - - 2.443 15 Chƣơng THỰC NGHIỆM MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Nghiên cứu quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen, Xác định thành phần hoá học tinh dầu tiêu đen, Nghiên cứu trích ly piperine từ bả tiêu sau trình chƣng cất tinh dầu NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2.2 Xây dựng quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng tinh dầu trình chƣng cất: - Kích thƣớc nguyên liệu - Cách bảo quản nguyên liệu sau xử lý - Nồng độ dung dịch nƣớc muối NaCl - Thời gian ngâm nguyên liệu nƣớc muối - Nhiệt độ chƣng cất - Tỷ lệ dung môi nguyên liệu - Thời gian chƣng cất Xác định thành phần chất có tinh dầu phƣơng pháp GC-MS, Trích ly piperine từ phụ phẩm trình chƣng cất khảo sát: 2.3 - Sự ảnh hƣởng loại dung mơi khác đến q trình trích ly - Sự ảnh hƣởng nồng độ NaOH/Ethanol đến trình phân lập - Sự kết tinh piperine dung môi khác NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 2.3.1 Nguyên liệu Nguyên liệu đƣợc sử dụng suốt trình nghiên cứu hạt tiêu đen đƣợc trồng, thu hoạch chế biến huyện Chƣ Sê, tỉnh Gia Lai Nguyên liệu đƣợc cung cấp sở chế biến, phân phối hồ tiêu Ngọc Châu 16 Hình 2.1 Hạt tiêu cung cấp sở Ngọc Châu 2.3.2 Thiết bị - Cối xay Electrolux (Việt Nam), - Bếp từ (Trung Quốc), - Bếp hồng ngoại Panasonic (Việt Nam), - Lọc chân không, - Cân điện tử 200g±0.01 (Trung Quốc), - Tủ sấy Memmert (Đức) 2.3.3 Dụng cụ - Hệ thống Clevenger (Đức), - Bộ rây 20-200mesh (Trung Quốc), - Nhiệt kế -50-250oC (Pháp), - Bình cầu 500, 1000ml (Mỹ), - Cốc thuỷ tinh 100,250ml, - Soxhlet 250 ml - Buret 25ml, - Pipet 5, 10 ml, - Erler 250 ml, - Cá từ, đũa khuấy, phễu lọc 2.3.4 Hoá chất - Na2SO4, - Acetone, - NaCl, - Dung dịch KOH 10% ethanol, - NaOH, - Dung dịch HCL 10% ethanol, - Ethanol 99o , - Phenoltalein, - Isopropyl alcohol (IPA), - Nƣớc cất Hoá chất (Trung Quốc), dung môi (Việt Nam) đƣợc mua Công ty TNHH Bách Khoa 17 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.4 2.4.1 Phƣơng Pháp Chƣng Cất Lôi Cuốn Hơi Nƣớc Trực Tiếp Phƣơng pháp chƣng cất lôi nƣớc trực tiếp phƣơng pháp chƣng cất lôi sử dụng dung mơi nƣớc Nghĩa nƣớc đƣợc thêm vào bình cầu nguyên liệu, thể tích nƣớc & nguyên liệu chiếm tối đa 2/3 thể tích bình cầu (vì nhiều sôi làm văng nguyên liệu qua ống hồi lƣu Nhiệt đƣợc cung cấp bếp lƣới, bếp từ từ dầu tải nhiệt 2.4.2 Phân tích tinh dầu tiêu đen Phƣơng pháp định tính [31] Mẫu tinh dầu thu đƣợc sau q trình chƣng cất lơi nƣớc đƣợc xác định, phân tích sơ chất lƣợng phƣơng pháp cảm quan dấu hiệu bên Màu sắc Xác định màu sắc độ suốt tinh dầu cách cho tinh dầu vào ống nghiệm 10ml, lác quan sát ghi nhận tính chất, cƣờng độ màu độ suốt (ví dụ: mài vàng nhạt, nâu sẫm, ….) tinh dầu đục khơng suốt chứng tỏ cịn tạp chất nƣớc Mùi Mùi biểu bên quan trọng tinh dầu Mỗi loại tinh dầu có mùi đặc trƣng Dựa vào mùi để biết đƣợc chất lƣợng mục đích sử dụng Để xác định mùi, nhỏ giọt tinh dầu lên giấy lọc bôi vào phần mu bàn tay ngữi cách xa chỗ có tinh dầu 20-30mm, 15 phút ngữi lần vòng Ghi nhận xét chất cƣờng độ mùi (mùi thơm, hăng, sốc, …) Vị Vị biểu bên quan trọng tinh dầu Mỗi tinh dầu có vị riêng Để xác định vị, dùng phƣơng pháp nếm, nếm xong ghi nhận xét chất (ngọt, đắng, …) cƣờng độ (dịu, thoảng, ….) 18 Phƣơng pháp định lƣợng[31] Tiến hành mẫu tinh dầu đƣợc chƣng cất với điều kiện tối ƣu Chỉ số acid Chỉ số acid biểu diễn lƣợng KOH cần thiết dùng để trung hồ acid tự có 1g tinh dầu Biết đƣợc số acid xác định đƣợc lƣợng acid tự có tinh dầu Chỉ số acid phụ thuộc vào phƣơng pháp khai thác, mức độ tƣơi thời gian bảo quản tinh dầu Kho bảo quản lâu số acid xủa tinh dầu tăng lên bị oxy hoá ester tinh dầu bị phân giải Xác định số acid dựa vào phản ứng trung hoà Từ lƣợng kiềm để trung hồ acid tự do, tính đƣợc số acid: RCOOH +KOH RCOOK +H2O Cách xát định: cân xác 2g tinh dầu, hồ tan ethanol 96o, cho vài giọt Phenolphtalein chuẩn độ dung dịch KOH 0.1N đến xuất màu hồng ổn định 2-3 giây Chỉ số acid đƣợc tính theo cơng thức: IA Trong đó: 5,61.V m (2.1) IA: số acid, V – lƣợng dung dịch KOH 0.1N dùng để chuẩn độ (ml), m – khối lƣợng mẫu thử (g), 5.61 – lƣợng KOH có ethanol (mg) Chỉ số savon hoá Chỉ số xà phịng số mg KOH dùng để trung hồ tất acid tự acid kết hợp 1gam tinh dầu Cách xác định: Cân xác 0.3g tinh dầu cho vào bình tam giác 250ml, cho vào 6ml KOH 0.1N alcol Tiến hành somg sơng với mẫu khơng có dầu Đem bình đun cách thuỷ qua ống sinh hàn, cho sôi nh khoảng 45 phút để tinh dầu thuỷ phân hoàn toàn Để nguội, thêm vào 2m Nƣớc cất, 2-3 giọt phenolphtalein, dung dịch chuyển sang màu hồng, chuẩn độ HCL 0.1N alcol đến màu hồng Tiến hành chuẩn độ mẫu trắng trƣớc chuẩn mẫu thật Tính số xà phong theo công thức sau: 19 IS 5,61.(V2 V1) m (2.2) Trong đó: 1ml KOH 0.1N tƣơng đƣơng với 5.61mg KOH, IS: số xà phòng, V1: số ml HCL 0.1N dùng chuẩn độ mẫu trắng V2: số ml HCL 0.1N dùng chuẩn độ mẫu thật m: khối lƣợng tinh dầu dùng thí nghiệm (g) Chỉ số ester Là số mg KOH cần thiết để xà phịng hố hết lƣợng glycerid có gam tinh đâu, số ester hiệu số số xà phòng số acid Chỉ số ester cao glyxerid tinh dầu nhiều IE=IS –IA (2.3) 2.4.3 Phƣơng pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS_Gas Chromatography Mass Spectometry) phƣơng pháp sắc ký đại với độ nhạy độ đặc hiệu cao đƣợc sử dụng nghiên cứu phân tích kết hợp Thiết bị GC/MS đƣợc cấu tạo thành phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp chất tìm chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả hợp phần riêng lẻ cách mô tả số khối Bằng kết hợp kỹ thuật đánh giá, phân tích định tính định lƣợng có cách giải số hóa chất Tinh dầu sau chƣng cất điều kiện tối ƣu đƣợc phân tích thành phần hoá học máy sắc ký ghép khối phổ GC-MS Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm thành phố Hồ chí Minh - CASE Thành phần tinh dầu đƣợc xác định nhƣ sau: Xác định thời gian lƣu chất GC giống thời gian lƣu chất biết trƣớc Đối chiếu phổ khối lƣợng thu đƣợc với phổ gốc thƣ viện NIST, từ định danh cấu tử có tinh dầu tiêu đen 20 2.4.4 Phƣơng pháp Soxhlet Soxhlet trình liên tục, lặp lặp lại nhiều lần cách tự động nhằm chiết kiệt đƣợc hoạt chất Hệ thống Soxhlet bao gồm bình cầu, thiết bị chiết, sinh hàn hồn lƣu Dung mơi bình cầu bốc phần, ngƣng tụ nhỏ giọt vào nguyên liệu chiết đƣợc chứa ống chiết sau dung mơi hồn lƣu ngƣợc lại vào bình cầu Trong q trình đó, cấu tử cần tách đƣợc làm giàu thêm dung môi Đặc biệt, dụng cụ Soxhlet có ống xi-phơng đặt bên cạnh, để dung dịch chiết chảy vào bình cầu mức chất lỏng ống chiết đạt đến khuỷu ống xiphơng Hình 2.2 Bộ dụng cụ Soxhlet 2.5 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 2.5.1 Chƣng cất tinh dầu tiêu đen Dựa vào nguyên tắc chung phƣơng pháp chƣng cất lôi nƣớc trực tiếp qua kham khảo báo cáo nghiên cứu tiến hành xây dựng quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu nhƣ hình 2.1 21 Na2SO4 Hạt Tiêu NaCl Nƣớc 20g 10oC, Làm Lạnh Xay 4-20 g Mesh 20-160 Ngâm 1-8 130-200oC 100-700ml Rây 1-5 Chƣng Cất Bả Hỗn hợp tinh dầu Làm khan Lọc Tinh dầu Hình 2.3 Quy trình chưng cất tinh dầu tiêu đen Thuyết minh quy trình Xử lý nguyên liệu Nhặt cành khơ sàng bỏ bụi bẩn, sau tiến hành xay hạt tiêu Để giảm thất thoát tinh dầu q trình xay nhỏ, tơi tiến hành làm lạnh (ở nhiệt độ10oC) nguyên liệu trƣớc xay Hạt tiêu sau xay nhỏ đƣợc phân loại cách sàng rây Các hạt không qua rây đƣợc làm lạnh xay lại Khi hạt tiêu không đƣợc làm lạnh trƣớc, nguyên liệu sau xay có toả mùi nhiều nhiệt độ tăng 22 trình xay làm tinh dầu dễ bay so với nguyên liệu đƣợc làm lạnh trƣớc xay (khơng toả mùi nhiều) Hình 2.4 Hạt tiêu nguyên hạt, xay nhỏ bột tiêu Ngâm nguyên liệu Nguyên liệu sau xay nhỏ kích thƣớc cần khảo sát, tiến hành cân nguyên liệu cho ngun liệu vào bình cầu, sau cân muối NaCl pha vào nƣớc theo tỷ lệ cần khảo sát Cho dung dịch nƣớc muối vào bình cầu có chứa nguyên liệu, lắc nh cho nguyên liệu chìm hồn tồn dung dịch nƣớc muối Lắp bình cầu vào hệ thống để ngâm khoảng thời gian cần khảo sát Chƣng cất Tải FULL (64 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Sau ngâm đủ thời gian cần thiết, bắt đầu gia nhiệt bình cầu cách đun nóng dầu để nhiệt độ toả Gia nhiệt đến dầu đạt nhiệt độ dầu cần khảo sát ngƣng gia nhiệt giữ nhiệt độ cố định Thời gian chƣng cất đƣợc tính từ lúc giọt tinh dầu đƣợc ngƣng tụ rơi xuống phận hứng tinh dầu hệ thống Sau trình chƣng cất kết thúc, tinh dầu đƣợc thu hồi làm khan Na2SO4 đƣợc lƣu vào bình chứa tiến hành lƣu trữ mẫu Với mẫu đƣợc chƣng cất với điều kiện tối ƣu đƣợc lƣu trữ đem đánh giá cảm quan, xác định số hố lý phân tích xác định thành phần phƣơng pháp GC-MS 2.5.2 Khảo sát điều kiện tối ƣu trình chƣng cất Để kháo sát yếu tố ảnh hƣởng đến q trình chƣng cất, tơi sử dụng phƣơng pháp khảo sát biến thiên biến, sau khảo sát đƣợc điều kiện tối ƣu, cố định điều kiện tối ƣu khảo sát yếu tố đến kết thúc trình khảo sát yếu tố ảnh hƣởng 23 Xác định kích thƣớc nguyên liệu Nguyên liệu sau mua đƣợc loại bỏ tạp chất bảo quản hộp kín, nhiệt độ phịng Ngun liệu sau xay nhỏ dùng rây để phân loại: dạng hạt (ở lại rây), dạng bột (đi qua rây) Dùng rây chia kích thƣớc từ 20-200 mesh để xác định kích thƣớc nguyên liệu sau xay Tiến hành với mẫu dạng hạt dạng bột Cân 10g nguyên liệu trạng thái nguyên liệu, tiến hành lần lƣợt với mẫu đổ mẫu cần xác định kích thƣớc vào rây chia kích thƣớc Đổ mẫu từ rây 20 đến 200 mesh theo thứ tự từ xuống Rây vài phút, thu hồi mẫu kích thƣớc rây đem cân để xác định % kích thƣớc hạt mẫu, ghi nhận kết chọn kích thƣớc nguyên liệu tối ƣu Tải FULL (64 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Khảo sát ảnh hƣởng phƣơng pháp bảo quản nguyên liệu Nguyên liệu sau trình xay khơng đƣợc chƣng cất bị thất lƣợng lƣợng tinh dầu định Nguyên liệu phải đƣợc bảo quản cách để giảm thiểu tối đa lƣợng tinh dầu bị thất thoát Chuẩn bị 12 hộp nhựa, cho vào hộp 20g bột tiêu (6 hộp nhựa đƣợc bảo quản kín, hộp khơng bảo quản) Tiếp theo, bảo quản mẫu bảo quản kín, mẫu khơng bảo quản kín nhiệt độ phịng, bảo quản mẫu lại ngăn mát tủ lạnh (10oC) Mỗi 24 giờ, 48 72 tiến hành chƣng cất mẫu bảo quản kín mẫu khơng bảo quản kín (ở nhiệt độ bảo quản) điều kiện chƣng cất (thời gian giờ, nhiệt độ: 150oC, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: 1/20) Hình 2.5 Chuẩn bị mẫu cho trình khảo sát phương pháp bảo quản 24 Thu hồi tinh dầu cân khối lƣợng để xác định lƣợng tinh dầu thu đƣợc Từ kết chọn đƣợc phƣơng pháp bảo quản hiệu quả, giảm thất thoát tinh dầu Khảo sát ảnh hƣởng kích thƣớc nguyên liệu Sau xác định kích thƣớc nguyên liệu chia nguyên liệu thành dạng cần khảo sát, tiến hành khảo sát ảnh hƣởng kích thƣớc nguyên liệu đến hiệu trình chƣng cất Cân 20g nguyên liệu dạng hạt chƣa xay, dạng hạt dạng bột Khảo sát hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc kích thƣớc nguyên liệu với điều kiện chƣng cất (thời gian giờ, nhiệt độ: 150oC, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: 1/20) Bảng 2.1 Điều kiện chưng cất q trình khảo sát kích thước ngun liệu Nhiệt Độ Dung Môi (OC) (ml) 150 400 Nguyên Liệu Thời Gian (g) 20 (Giờ) Kích Thƣớc 3 trạng thái nguyên liệu Thu hồi tinh dầu cân khối lƣợng để xác định lƣợng tinh dầu thu đƣợc từ kích thƣớc ngun liệu khác Từ chọn đƣợc kích thƣớc nguyên liệu phù hợp cho trình chƣng cất tinh dầu Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NaCl dùng ngâm nguyên liệu Cân 20g bột tiêu, tiến hành ngâm dung dịch nƣớc muối NaCl theo nồng độ 1%, 2%, 3%, 4% 5% (tƣơng đƣơng với 4g, 8g, 12g, 16g 20g) 400ml nƣớc Ngâm nguyên liệu Tiến hành chƣng cất tinh dầu với thời gian chƣng cất giờ, nhiệt độ: 150oC sau ngâm đủ Bảng 2.2Điều kiện chưng cất trình khảo sát nồng độ muối NaCl Nhiệt Độ Dung Môi (OC) (ml) 150 400 Nguyên Liệu Thời Gian (Giờ) (g) Giờ 20 25 5486423 Nồng Độ Khối Lƣợng NaCl Tinh Dầu (%) (g) 1-5 0.38 ... tài: Nghiên Cứu Quy Trình Chƣng Cất Tinh Dầu Tiêu Đen Và Ứng Dụng Phụ Phẩm Của Quá Trình Chƣng Cất Nhiệm vụ luận văn - Nghiên cứu quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen phƣơng pháp chƣng cất lôi... MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Nghiên cứu quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen, Xác định thành phần hoá học tinh dầu tiêu đen, Nghiên cứu trích ly piperine từ bả tiêu sau trình chƣng cất tinh dầu. .. hàm lƣợng tinh dầu trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen đƣợc nghiên cứu để nâng cao hiệu sản xuất nghiên cứu việc sử dụng bả tiêu trình chƣng cất để chiết xuất piperine Tinh dầu tiêu đen đƣợc phân