HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM *** BÀI TIỂU LUẬN Môn học HÓA SINH THỰC PHẨM ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TINH DẦU VÀ HOẠT ĐỘNG KHÁNG KHUẨN CỦA TINH DẦU Giáo viên hướng dẫn ThS[.]
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM *** BÀI TIỂU LUẬN Mơn học: HĨA SINH THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TINH DẦU VÀ HOẠT ĐỘNG KHÁNG KHUẨN CỦA TINH DẦU Giáo viên hướng dẫn : ThS Hồng Lan Phương Lớp : K66CNTPD Nhóm : 07 Chuyên ngành : Công Nghệ Thực phẩm HÀ NỘI - 2022 Thành viên nhóm STT Họ tên Mã sinh viên Trần Thị Kim Nga 6655686 Đỗ Thị Minh Anh 6668065 Bùi Ngọc Diễm 6660265 Vũ Thị Quỳnh Dương 6656402 Nguyễn Thu Hiền 6666006 Đỗ Thị Huế 6666826 Bùi Thị Ngọc 6650166 Phạm Hà Phương 6666004 Nguyễn Thị Hồng Ngọc 6665920 Điểm Ký tên Nhận xét giáo viên: MỤC LỤC PHẦN I: TÓM TẮT PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT CỦA TINH DẦU 2.1 Chiết xuất tinh dầu 2.2 Phương pháp truyền thống .5 2.2.1.Ép lạnh .5 2.2.2.Chưng cất 2.2.3.Chiết xuất dung môi 2.3.Phương pháp 2.3.1 Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (MAE) .8 2.3.2 Chiết xuất hỗ trợ siêu âm( UAE) .8 2.3.3 Chiết xuất chất lỏng siêu tới hạn (SFE) PHẦN III: HOẠT ĐỘNG KHÁNG KHUẨN CỦA TINH DẦU .9 3.1 Hoạt động kháng khuẩn tinh dầu 3.2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến hoạt động kháng khuẩn tinh dầu PHẦN IV: NHẬN XÉT KẾT LUẬN 10 PHẦN I: TÓM TẮT Trên tồn giới có nhiều loại thực vật gia vị có cơng dụng khác tùy theo văn hóa truyền thống vùng Tinh dầu nhận quan tâm từ cộng đồng học thuật cơng nghiệp chúng có liên quan đến hoạt động kháng khuẩn chống lại loạt vi sinh vật Chiết xuất tinh dầu thực phương pháp truyền thống nổi; ngày nay, mơ hình tốn học phát triển cho phương pháp để thiết kế quy trình cơng nghiệp hiệu Mặc dù phần lớn loại tinh dầu phân loại GRAS, việc sử dụng chúng thực phẩm làm chất bảo quản thường bị hạn chế cân nhắc hương vị, liều kháng khuẩn hiệu vượt mức chấp nhận cảm giác Tác dụng kháng khuẩn loại tinh dầu chủ yếu phụ thuộc vào chất lượng số lượng thành phần chúng, bị ảnh hưởng yếu tố khác điều kiện môi trường mùa sinh trưởng phương pháp chiết xuất Các phương pháp phổ biến sử dụng để đánh giá hoạt động kháng khuẩn tinh dầu ống nghiệm phương pháp khuếch tán pha loãng (tiếp xúc trực tiếp) vaporphase (tiếp xúc với khí) Đánh giá tập trung vào phương pháp có sẵn để chiết xuất loại tinh dầu mơ hình tốn học chúng, ứng dụng chúng chất chống vi trùng PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT 2.1: Phương pháp chiết xuất tinh Tinh dầu (EO) thu từ có tinh dầu thơm đại diện cho nguồn sản phẩm tự nhiên đa dạng độc đáo Ứng dụng diệt khuẩn, diệt nấm, chống vi-rút, chống ký sinh trùng, diệt côn trùng, dược liệu mỹ phẩm, đặc biệt ngành công nghiệp dược phẩm, vệ sinh, mỹ phẩm, thực phẩm nông nghiệp Sự quan tâm người tiêu dùng thành phần từ nguồn tự nhiên, mối quan tâm họ chất phụ gia tổng hợp gây hại nên nhu cầu toàn cầu tinh dầu tăng lên ngày Tuy nhiên, trước EO sử dụng phân tích, chúng phải trích xuất từ ma trận thực vật Các phương pháp khác sử dụng cho mục đích này, bao gồm phương pháp phổ biến chưng cất thủy lực (HD), chưng cất nước, ép lạnh (CP), chiết dung môi phương pháp chưng cất – chiết xuất đồng thời, số phương pháp khác Mặc dù kỹ thuật sử dụng từ nhiều năm để chiết xuất EO, nhược điểm : số hợp chất dễ bay hơi, hiệu chiết xuất thấp, suy thoái hợp chất khơng bão hịa este thơng qua hiệu ứng nhiệt thủy phân, dư lượng dung mơi độc hại có chiết xuất EO Do hậu gia tăng chi phí lượng với xuất '' Kỷ nguyên xanh '' nhược điểm mà phương pháp chiết xuất truyền thống nên phương pháp ( bao gồm chiết xuất chất lỏng siêu tới hạn (SFE), chiết xuất chất lỏng điều áp, chiết xuất nước nóng có áp suất, chiết dung mơi có màng hỗ trợ, chiết xuất vi mô pha rắn, hỗ trợ lị vi sóng, chiết xuất có tác động siêu âm, số phương pháp khác) lựa chọn thay cho quy trình khai thác thơng thường làm tăng hiệu sản xuất góp phần bảo vệ mơi trường cách giảm sử dụng dung mơi lượng hóa thạch, tạo chất độc hại Các phương pháp chiết xuất ảnh hưởng đáng kể đến thành phần hóa học thành phần EO Phương pháp thích hợp thuận tiện để cô đặc hợp chất hoạt tính sinh học nhắm mục tiêu vào EO nên lựa chọn cẩn thận; phần sau, phương pháp chiết xuất EO truyền thống trình bày 2.2 Phương pháp truyền thống 2.2.1 Ép lạnh Ép nguội biểu quy trình cổ xưa có EO’s; thực hành từ lâu trước người khơng đề cập đến q trình chưng cất Phương pháp có lợi khơng sinh nhiệt q trình, cho suất thấp Nó chủ yếu sử dụng cho cô lập dầu vỏ trái có múi họ hàng khơng ổn định nhiệt andehit chứa chúng Phương pháp ép lạnh học sử dụng để chiết xuất tinh dầu từ vỏ cam quýt cách phá vỡ tuyến dầu sử dụng áp lực mài mòn để dầu đẩy rửa vòi phun nước * Các thiết bị cho dầu chiết xuất CP có sẵn thị trường dịng máy vắt từ FMC (Food Machinery Corporation, Chi cago, Illinois) Ở phương pháp có bất lợi liên quan đến suất thấp chiết xuất độ tinh khiết thấp thu nhà nghiên cứu xử lý trước sử dụng enzym để tăng cường chất lượng số lượng EO chiết xuất VD: Soto cộng sử dụng phương pháp thủy phân enzym kết hợp với CP để lấy dầu hạt lưu ly (Borago officinalis), thành lập sản lượng lớn so với đối chứng khơng có enzyme tiền xử lý; Collao cộng cải thiện suất chiết xuất dầu hoa anh thảo (Oenothera biennis) cách sử dụng quy trình chiết xuất có hỗ trợ enzyme với CP; Anwar et al chứng minh tác dụng chế phẩm enzym khác suất dầu hạt lanh ép lạnh, thu suất cao có từ trình ép lạnh xử lý enzyme hạt lanh (38%) so với đối chứng(32%) -> Gần đây, CP sử dụng để sản xuất EO’s hữu cơ; sản phẩm thường tiếp thị sản phẩm đặc biệt đặt mức giá cao thị trường 2.2.2 Chưng cất Cách truyền thống để cô lập hợp chất dễ bay EO’s từ nguyên liệu thực vật chưng cất - Quy trình chưng cất : nhiệt độ sơi, áp suất kết hợp áp suất môi trường xung quanh Do đó, bề mặt tinh dầu bị lõm xuống, mà điểm sôi thường nằm khoảng từ 100 đến 300°C, làm bay nhiệt độ gần với nhiệt độ nước Làm mát gián tiếp nước ngưng tụ hỗn hợp nước dầu; từ bình ngưng, chưng cất chảy vào thiết bị phân tách, nơi dầu tách khỏi nước - Phân loại: HD, chưng cất nước chưng cất nước / nước - So sánh phương pháp : + Chưng cất nước: sản lượng dầu, tốc độ chưng cất, oxy thành phần tính nhạy cảm với thủy phân thu hợp chất cho suất cao hai phương pháp lại bị thủy phân + HD có nhược điểm tạo dầu dễ bị thủy phân cao trình diễn nhanh + Chưng cất nước / nước đưa giá trị trung gian cho thông số đề cập * Trong trình : + HD, nguyên liệu thực vật hồn tồn nhúng vào nước sơi Tính đặc trưng q trình có tiếp xúc trực tiếp q trình sơi nước ngun liệu + Chưng cất nước, hai nước nước sử dụng, nguyên liệu thực vật tiếp xúc trực tiếp với nước Hơi nước tạo lò thổi qua đường ống vào đáy thùng chứa, nơi trồng nằm khay có đục l lỗ (hơi nước đến từ nguồn bên ngoài) Các sản phẩm chưng cất đặc bao gồm hỗn hợp nước dầu, dầu tách khỏi nước bình Florentine, điều ngăn cách chúng sở mật độ khác chúng Các tính tiêu biểu phương pháp nước ln bão hịa hồn tồn, ướt khơng nóng, vật liệu tiếp xúc với nước, không tiếp xúc với nước sôi + Chưng cất nước / tương tự loại trước; trường hợp này, nước tạo đáy hộp bên khay đục lỗ =>Tóm lại : Trong số kỹ thuật chưng cất khác nhau, chưng cất nước sử dụng nhiều để thu EO quy mô lớn; nhiên, với gia tăng chi phí lượng nhu cầu ngành cơng nghiệp cho quy trình nhanh chóng, kỹ thuật coi rẻ phù hợp cho hoạt động thực địa khứ, ngày nay, đại diện cho lãng phí tốn lượng thời gian Hơn nữa, chưng cất số lần gây phân hủy hợp chất nhạy cảm với nhiệt 2.2.3 Chiết xuất dung môi - Đặc tính kỵ nước khơng phân cực EO cho phép chiết xuất chúng dung môi hữu cơ, đặc biệt dung mơi có nguồn gốc nhiên liệu Chiết xuất dung môi đề cập đến phân phối chất hòa tan hai pha lỏng trộn lẫn tiếp xúc với - Trong q trình này, chất chuyển hóa lên men từ chất cách sử dụng chất lỏng chất hịa tan Khi thành phần giải nén rắn, trường hợp nguyên liệu thực vật, trình dạng q trình rửa trơi * Quy trình chiết xuất dung môi đề cập đến phân phối chất hịa tan hai pha lỏng khơng thể trộn lẫn tiếp xúc với nhau: bột khô xay nguyên liệu thực vật chiết xuất lấp đầy bình thẳng đứng có đáy giả Một vải che phía ngăn chặn di chuyển hạt mịn với mixen dầu Dịch chiết ban đầu giàu chất hơn, điều thực để chưng cất để sản xuất EO Các micelle yếu sau hướng đến thẩm thấu chứa đầy nguyên liệu thực vật đất tươi Micelle yếu yếu qua nguyên liệu thực vật chiết xuất phần Cuối cùng, dung môi tươi qua vật liệu chiết xuất * Trong trình chiết xuất Soxhlet, bột thực vật đặt ống chiết xenlulo buồng chiết, đặt đầu bình thu thập, bên bình ngưng tụ trào ngược Một dung mơi thích hợp thêm vào bình, thiết lập đun nóng hồi lưu Khi cô đọng mức độ định dung mơi tích tụ ống chiết, hút vào bình bên - Nhược điểm : + Hạn chế nhiễm bẩn mẫu với dung môi (hoặc tạp chất dung môi) phải loại bỏ hoàn toàn để xác định đặc điểm mối quan hệ khứu giác dầu để nghiên cứu hoạt tính sinh học dầu + Nước thải chiết xuất dung mơi, chứa chất hoạt động sinh học tạo '' '' mối nguy môi trường - Mục tiêu cơng nghệ hóa học xanh: khử, loại bỏ sử dụng dung mơi thân thiện với mơi trường Vì lý này, nghiên cứu thực để phát triển dung môi mới, xanh chất truyền thống chất lỏng ion, siêu tới hạn carbon dioxide, dung mơi có nguồn gốc sinh khối, số dung môi khác 2.3 Phương pháp bật Sự phát triển kỹ thuật tách cho ngành cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm dược phẩm gần nhận đượcrất nhiều ý chi phí lượng ngày tăng thúc đẩy giảm lượng khí thải CO2 Một số ví dụ ứng dụng trích xuất với phương pháp tóm tắt Bảng Chưng cất thủy điện HD, chiết xuất chất lỏng siêu tới hạn SFE, chiết xuất vi sóng khơng dung mơi SFME, chiết xuất hỗ trợ vi sóng MAE, chưng cất nước SD, chiết dung môi SE, chiết xuất hỗ trợ siêu âm UAE 2.3.1.Chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (MAE) - Trong năm gần nhà nghiên cứu khác áp dụng sóng vi mơ để chiết xuất số EO - MAE sử dụng xạ vi sóng làm nguồn sưởi ấm + sưởi ấm vi sóng phá vỡ hydro yếu giới hạn, thúc đẩy quay lưỡng cực phân tử => Các quy trình khai thác MAE khác với quy trình phương pháp thơng thường q trình trích xuất xảy kết thay đổi cấu trúc tế bào sóng điện từ gây Việc áp dụng vi sóng làm giảm đáng kể thời gian chiết xuất yêu cầu thể tích dung môi, tự động giúp giảm gánh nặng môi trường cách giảm CO2 đến chất thể tích dung môi - Những tiến khai thác vi sóng dẫn đến phát triển số kỹ thuật chiết dung mơi có hỗ trợ vi sóng: + Vi song chân không HD + Vi song ngoại vi không dung môi + Chưng cất nước gia tốc vi song + Sự khuếch tán thủy lực trọng lực vi song + Dung môi chưng cất đồng thời có hỗ trợ vi sóng chiết xuất 2.3.2.chiết xuất hỗ trợ siêu âm( UAE) - Siêu âm ứng dụng công nghiệp tiềm công nhận ngành công nghiệp chiết xuất phyto-dược phẩm cho loạt chiết xuất thảo dược - UAE sử dụng: + Để cách ly hợp chất dễ bay từ sản phẩm tự nhiên nhiệt độ phòng dung môi hữu rút ngắn thời gian xử lý + Giảm thể tích dung mơi tăng suất chiết xuất so với phương pháp thông thường (Hiệu mạnh nhiều tần số thấp (18–40 kHz) thực tế không đáng kể 400–800 kHz) Sự gia tăng khai thác suất báo cáo UAE sử dụng để thu EO so sánh với phương pháp truyền thống Toma cộng báo cáo siêu âm sử dụng, suất khai thác không tăng đáng kể; nhiên, xuống cấp thành phần thảo mộc ln bị giảm bớt Do đó, UAE đại diện cho quy trình phù hợp cho hợp chất hợp lý 2.3.3.Chiết xuất chất lỏng siêu tới hạn (SFE) - SFE kỹ thuật đầy hứa hẹn cho ứng dụng cơng nghiệp sử dụng để chiết xuất vật liệu thực vật, đặc biệt chất béo, hương vị - Chiết xuất bật kỹ thuật thường nhanh hơn, chọn lọc hợp chất cần chiết xuất, thân thiện với môi trường so sánh với phương pháp truyền thống - Quy trình chiết xuất SFE bao gồm giai đoạn: + thành phần hịa tan dung mơi siêu tới hạn + tách chất hòa tan chiết xuất khỏi dung mơi - Ví dụ thủ tục để trích xuất có chọn lọc tách riêng hợp chất với SFE + chiết tách phân đoạn (FEP) + chiết xuất giai đoạn (SSE) + giảm áp (SD) - Hầu hết nghiên cứu liên quan đến SFE EO tập trung vào tối ưu hóa điều kiện khai thác để tăng suất chiết xuất thu hồi hợp chất cụ thể PHẦN III: HOẠT ĐỘNG KHÁNG KHUẨN CỦA TINH DẦU 3.1 Hoạt động kháng khuẩn tinh dầu Trong tự nhiên, EO đóng vai trò quan trọng việc bảo vệ thực vật hoạt động kháng khuẩn, kháng vi-rút, kháng nấm, thuốc trừ sâu chống lại động vật ăn cỏ cách giảm thèm ăn chúng EO gây chết người cho số sinh vật bao gồm vi khuẩn, vi rút, nấm, động vật nguyên sinh, ký sinh trùng, acarids trùng, chúng đơn giản ức chế sản xuất chất chuyển hóa mycotoxin - Hoạt động kháng khuẩn EO phụ thuộc chủ yếu vào ba đặc điểm: + Đặc tính EO (ưa nước kỵ nước) + Các thành phần hóa học loại sinh vật phải cơng Là lipophile điển hình, EO qua thành tế bào màng tế bào chất, phá vỡ cấu trúc lớp polysacarit, axit béo phospholipids khác chúng thấm vào màng Ở vi khuẩn, thẩm thấu màng có liên quan đến việc ion giảm tiềm màng, sụp đổ bơm proton cạn kiệt bể ATP EO đơng tụ tế bào chất làm hỏng lipid protein Thiệt hại cho thành tế bào màng dẫn đến rị rỉ đại phân tử ly giải Hoạt tính kháng khuẩn EO chủ yếu diện phenol, aldehyd rượu EO có hiệu chống lại nấm mốc, nấm men vi khuẩn, nhiên, quan sát thấy nhạy cảm với EO vi khuẩn Gram âm trái ngược với vi khuẩn Gram dương; nhạy cảm liên quan đến màng Fisher Phillips đề cập hoạt động kháng khuẩn vi khuẩn Gram âm liên quan đến chậm trễ hiệu ứng, để đạt hiệu tiêu diệt tương tự, cần tiếp xúc lâu với EO 3.2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến hoạt động kháng khuẩn - Hoạt động kháng khuẩn khác biệt tìm thấy EO từ nhà máy có liên quan đến yếu tố mơi trường, thành phần hàm lượng loại tinh dầu khác thảo mộc gia vị tùy thuộc vào thực hành nông nghiệp, địa lý điều kiện khí hậu mùa trồng trọt - Bất kỳ mơi trường yếu tố ảnh hưởng đến diện số lượng thành phần có tinh dầu Điều xảy thực vật phần hệ sinh thái bị ảnh hưởng sinh vật yếu tố phi sinh học kết sinh tổng hợp trao đổi chất - Các thành phần bị thay đổi, mối quan hệ qua lại bị chi phối ánh sáng, nhiệt độ, dao động hai, thời tiết, số lượng chất lượng nước dinh dưỡng,trong số khác Các yếu tố liên quan đến trình phát triển ảnh hưởng đến thành phần EO - Các hợp chất có sẵn EO nguyên nhân gây hoạt động kháng khuẩn; thay đổi thành phần ảnh hưởng đến chức sinh học Vì lý này, số nghiên cứu tập trung vào việc xác định khác chất lượng số lượng thành phần có EO thu từ loài thay đổi nhiều yếu tố môi trường đề cập -Sự thay đổi số lượng, chất lượng khả kháng khuẩn hoạt động tinh dầu Thymus caramanicus hoang dã giai đoạn hình thái học khác bao gồm sinh dưỡng, hoa nảy chồi, hoa hình thành hạt báo cáo cho Ebrahimi cộng Hoạt động kháng khuẩn dầu hợp chất chúng thử nghiệm chống lại vi khuẩn Gram dương xét nghiệm khuếch tán đĩa xác định giá trị MIC -T.caramanicus EO có tiềm lớn hoạt động kháng khuẩn chống lại bảy loại vi khuẩn thử nghiệm, quan sát thấy lượng thấp cterpinene giai đoạn hoa có liên quan đến chất kháng khuẩn thấp hoạt độ dầu thu giai đoạn - Các biến thể thành phần tinh dầu loài nghiên cứu suốt khoảng thời gian điều tra ước tính khoảng thời gian tốt thu hoạch để sử dụng làm chất chống nấm Tác dụng ức chế loại tinh dầu chủ yếu thành phần phong phú thành phần thay đổi theo mùa thu thập - Thành phần tinh dầu phân lập từ phận không húng quế (Ô húng quế) bị ảnh hưởng mùa trồng trọt khác với hoạt động chống oxy hóa kháng khuẩn chúng Mẫu thu thập vào mùa đông phát giàu oxy monoterpenes (68,9%), mùa hè cao hydrocacbon sesquiterpene (14,3%) Hàm lượng hầu hết thành phần hóa học thay đổi đáng kể (p < 0,05) mùa - Hoạt động kháng khuẩn loại tinh dầu chống lại S aureus, E coli, B subtilis, Pasteurella multocida nấm gây bệnh Aspergillus niger, Mucor mucedo, Fusarium solani, Botryodiplodia theobromae, Rhizopus solani đánh giá xét nghiệm khuếch tán đĩa xác định MICs thực Các hoạt động kháng khuẩn loại dầu thay đổi đáng kể (p