khảo sát thành phần hóa học của củ gừng được thu hái tại huyện điện bàn, tỉnh quảng nam

- Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử để xác định hàm lượng các kim loại trong củ gừng, phương pháp sắc ký khí – khối phổ liên hợp GC–MS, phương pháp sắc ký lỏng – khối phổ liên hợp

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu chăm sóc sức khỏe của con người càng được quan tâm Vì vậy, việc nghiên cứu các chất mang hoạt tính sinh học cao có trong các loài cây cỏ đã và đang là vấn đề quan tâm của toàn xã hội Hiện nay, trên thế giới và ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu xác định thành phần, cấu tạo của các chất có trong các loại cây và kết quả đã đưa ra một số chất có khả năng kháng khuẩn, chống ung thư …góp phần cho sự phát triển của dược học

Việt Nam là một nước nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên hệ thực vật vô cùng đa dạng và phong phú Trong đó, có nhiều cây dược liệu quý hiếm Đó là nguồn tài nguyên sinh học vô cùng quý giá Vì vậy, từ xưa đến nay, con người đã khai thác nguồn tài nguyên này để làm thuốc chữa bệnh, dược phẩm, mỹ phẩm, hương liệu…

Trong đời sống hàng ngày, gừng, riềng, nghệ thuộc họ gừng (Zingiberaceae)

là các loại cây hết sức quen thuộc với mỗi người dân Việt Nam Chúng là nguồn cung cấp gia vị trong việc chế biến các món ăn, đồng thời cũng là nguồn cung cấp dược liệu để chữa bệnh Chỉ nói riêng loài gừng, đó là loài thực vật thuộc chi

Zingiber, họ Zingiberaceae rất phổ biến ở nước ta. Chúng không những mọc hoang

ở các vùng núi mà còn được trồng khá phổ biến để làm gia vị cho các món ăn và dùng để chữa bệnh

Hiện nay, ở tỉnh Quảng Nam có nhiều người dân trồng một loại gừng được gọi bằng nhiều tên khác nhau như: gừng gió, mai gan, ngải xanh, ngải mặt trời, gừng dại… dùng để chữa một số bệnh như: ứ huyết, trúng gió, đau bụng, đau nhức sưng tấy…, đặc biệt là điều trị bệnh xơ gan cổ trướng và kinh doanh, nhưng quy mô vẫn còn nhỏ Người dân trồng và sử dụng chúng chỉ mang tính kinh nghiệm Do đó chưa khai thác hết các ứng dụng của loài cây quý này Vì vậy, tôi chọn đề tài:

“Khảo sát thành phần hóa học của củ gừng đƣợc thu hái tại huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam” làm đề tài khoá luận tốt nghiệp, nhằm đóng góp các thông tin có

ý nghĩa khoa học vào kho tàng dược liệu quý của dân gian Việt Nam, chúng tôi hi

vọng với kết quả nghiên cứu của đề tài kết hợp với các kết quả nghiên cứu khác về

chi Zingiber sẽ góp phần đưa ra các biện pháp khai thác và nâng cao hiệu quả sử

dụng loài cây này

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Củ gừng được lấy từ vườn tại Huyện Điện Bàn, Tỉnh Quảng Nam

3 Mục đích nghiên cứu

- Xác định một số thông số hóa lý của củ gừng

- Xác định thành phần hóa học, công thức cấu tạo của một số hợp chất có trong củ gừng

4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài này, tôi sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Thu thập, tổng hợp các tài liệu, tư liệu, sách báo trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài, trao đổi kinh nghiệm với các chuyên gia, thầy cô giáo và đồng nghiệp

4.2 Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp lấy mẫu, thu hái và xử lí mẫu

- Phương pháp phân hủy mẫu phân tích để khảo sát hàm lượng hữu cơ

- Phương pháp ngâm chiết mẫu

- Phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử để xác định hàm lượng các kim loại trong củ gừng, phương pháp sắc ký khí – khối phổ liên hợp (GC–MS), phương pháp sắc ký lỏng – khối phổ liên hợp (LC–MS) nhằm phân tách và xác định thành phần định tính và định lượng các hoạt chất chính trong các dịch chiết

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

Xác định các thông số vật lý, hóa học của các dịch chiết của củ gừng ở Quảng Nam, tạo cơ sở nghiên cứu cho các đề tài liên quan đến củ gừng nhằm định hướng cho việc quy hoạch và khai thác sau này

Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu: 11 trang

Kết quả và thảo luận: 27 trang

Kết luận và kiến nghị: 1 trang

Tài liệu tham khảo: 3 trang

- Phụ lục: 8 trang

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Khái quát về chi gừng (Zingiber)

Họ gừng (Zingiberaceae) có nhiều chi và gồm nhiều loài khác nhau Hầu hết

các cây thuộc họ gừng phân bố chủ yếu ở các nước Đông Nam Á, Trung Quốc, Ấn

Độ, Nhật Bản Võ Văn Chi và Dương Đức Tiến đã tổng kết họ gừng gồm 45 chi và hơn 1300 loài, phân bố ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới Riêng ở Việt Nam hiện có

12 chi và 61 loài [1, 2, 14]

Chi gừng (Zingiber) gồm khoảng 100 loài, phân bố chủ yếu ở các khu vực

nhiệt đới châu Á và châu Úc Trung tâm phong phú và đa dạng nhất của chi gừng là các nước Đông Nam Á

Các cây thuộc chi gừng có đặc điểm thực vật chung là: dạng cây thảo sống nhiều năm, cao 0,5-1,5m Thân rễ phân nhánh nhiều, tạo thành ―củ‖ nằm ngang trên mặt đất Thịt ―củ‖ nạc, thơm và có vị cay, đắng Lá mọc so le theo hai phía đối xứng trên thân, phiến lá hình thuôn, cuống lá rất ngắn hoặc hầu như không có, lá có mùi thơm nhẹ Cụm hoa mọc từ thân rễ, các hoa mọc sít nhau và mỗi hoa được bao bởi một lá bắc sắp xếp như dạng vảy cá từ dưới lên trên, lúc đầu hoa có màu xanh sau chuyển sang màu vàng, đỏ nhạt hoặc màu đỏ Cánh hoa hình ống mảnh, màu trắng, vàng hoặc hồng Bao phấn thường có dạng hình ống bao lấy vòi nhụy [2]

Ở Việt Nam, Phạm Hoàng Hộ đã thống kê chi gừng gồm 11 loài [8, 11]

1 Gừng ( Zingiber offcinale Roscoe)

2 Gừng lá nhọn ( Zingiber acuminatum Valeton)

3 Gừng Nam bộ ( Zingiber cochinchinnensis Gagn)

4 Gừng Eberhardt ( Zingiber eberhardtii Gagn)

5 Gừng lúa ( Zingiber gramineum B1)

6 Gừng một lá ( Zingiber monophylum Gagn)

7 Gừng boc-da ( Zingiber pellitum Gagn)

8 Gừng tía ( Zingiber montanum )

9 Gừng đỏ ( Zingiber rubens Roxb)

10 Gừng lông hung ( Zingiber rufopilosum Gagn)

11 Gừng gió ( Zingiber zerumbet (L) J E Sm)

Trong 11 loài này thì có các loài sau là phổ biến

* Gừng ( Zingiber offcinale Roscoe):

Tên khoa học: Zingiber officinale Roscoe, Amomum angustifolium Salisb,

Zingiber Linnaeus Trong y học cổ truyền, Gừng còn được gọi là sinh khương (thân

rễ tươi), và can khương (thân rễ khô) [4, 8, 15]

Cây thảo sống lâu năm, cao khoảng 1m Thân rễ mọc phình lên thành củ, khigià thì có xơ Lá không cuống, mọc cách nhau, hình mũi mác, dài tới 20cm, rộng 2cm, bẹ nhẵn, lưỡi bẹ nhỏ dạng màng Cánh hoa dài khoảng 20cm, mọc từ gốc, có nhiều vẩy lợp lên Cụm hoa dạng trứng, dài 5cm, rộng 2-3cm, lá bắc hình trái xoan, màu lục nhạt, có mép vàng Đài có 3 răng ngắn Tràng có ống dài gấp đôi đài, có 3 thùy hẹp nhọn, 1 nhị Nhị lép không có hoặc tạo thành thùy bên của cánh môi Cánh môi màu vàng, viền thêm màu tía, dài 2cm, rộng 1,5cm, chia thành 3 thùy tròn, các thùy bên ngắn hơn Bầu nhẵn, nhụy lép dạng sợi Có hoa vào mùa hè và mùa thu [17]

* Gừng gió ( Zingiber zerumbet Sm):

Cây gừng gió còn có tên gọi là riềng, ngãi xanh, ngãi mặt trời, riềng dại, khuhet, phtu, prateal, vong atit (Campuchia), gingembre fou (Pháp), phong khương,

khinh kèng (Tày) gừng dại, gừng rừng Tên khoa học Zingber zerumbert sm Là

dạng cây thảo, cao 1-1,3m Thân rễ củ, phân nhánh, màu trắng nhạt, trong ruột màu vàng nhạt Lá mọc sít, gần như không cuống, thuôn dài đầu nhọn, phía trên màu xanh lục thẫm, hơi nhạt ở phía dưới, bẹ nhẵn, phía trên có lông Cán hoa dài 30-60

cm, phủ đầy vảy, mép có nang lông Hoa màu vàng, lá đài hình ống dài 2cm [3, 12, 17]

* Gừng gió Zingiber montanum ( J Konig)

Cây thảo, cao 1-2m Thân rễ mập, phân nhánh, tạo thành ―củ‖ nằm ngang trên mặt đất Thịt củ thơm hắc, vị cay đắng, màu vàng cam, có mùi nồng Lá mọc so le theo hai phía đối xứng trên thân, gần như không cuống Lá dạng mác hẹp cỡ 19-30 x 2,5-5 cm, đầu lá rất nhọn, hai mặt không lông trừ gân giữa dưới có lông, mọc rất

thưa Lá có mùi thơm nhẹ Hoa có hình trụ, kích thước 10- 20 x 4-5 cm, mọc từ thân

rễ Cụm hoa có nhiều lá bắc xếp lợp lên nhau, lá bắc có hình trứng, đầu nhọn, cỡ 3-4

x 2,5 cm Khi còn non có màu xanh, già chuyển sang màu đỏ Hoa mọc ở mỗi kẽ lá bắc, đài hoa dạng ống, trắng ngà

Gừng dại có nguồn gốc từ Thái Lan, Indonexia, Mỹ, Nhật Bản, Ấn Độ, Malaysia,… Theo Đỗ Tất Lợi, cây mọc hoang dại ở vùng núi Ba Vì (Hà Tây) và

các tỉnh phía nam Cây được trồng đại trà bằng thân rễ Bộ phận dùng là rễ (củ)

tươi hoặc khô thái mỏng để làm thuốc Thu hái vào đầu tháng 11-12, loại bỏ cây, thân và lá [12]

1.2 Tình hình nghiên cứu một số loài cây thuộc chi gừng (Zingiber)

1.2.1 Zingiber zerumbet Sm

- Theo Đỗ Tất Lợi, tinh dầu của củ gừng gió có 13% các monoterpen và nhiều sesquiterpen, trong đó humulen chiếm 27%, monocylic sesquiterpen xeton, zerumbon 37,5% Các monoterpen gồm pinen, camphen, limonen, cineol và campho Zerumbon, thành phần chính của tinh dầu gừng gió, ức chế sự phát triển của Micrococcus Pyorgenes var, auereus và Mycobacterium tuberculosis [12]

- Theo nhà thực vật học Nguyễn Quốc Bình, tinh dầu gừng gió ở Tam Đảo (Vĩnh Phúc,Việt Nam) thu được bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước bao gồm các chất sau: zerumbon (71,95%), tricylen (0,08%),  -pinen (0,82%), camphen (3,15%), -mycen (0,2%),  -humulen (7,63%) [14, 16]

- Thành phần của tinh dầu lá của loài Zingiber zermbet Sm ở Bangladesh:

1,2-dihydropyridin,1-(1-oxobutyl) (5.82%); 3-cyclo hexen-1-carboxaldehyde, dimethyl (3.91%); caryophyllen (3.25%); campho (2.72%);caryophyllen oxit (2.54%); α-pinen (2.23%); eucalyptol (1.69%) và longipinene, [E]-(1.65%) Thành

3,4-phần của tinh dầu thân rễ của loài Zingiber zerumbet Sm ở Bangladesh bao gồm:

1,5,5,8-tetramethyl-12oxabicyclo[9.1.0]dodeca-3,7-dien (4.28%); caryophyllen (3.98%); caryophyllen oxit (3.70%); camphen(3.56%); camphor (2.80%); kauran-18-al, 17-(acetyloxy)-

,(4.beta.) (2.16%); 1H-cycloprop[e]azulen-4-ol, decahydro-1,1,4,7-tetramethyl-,

[1ar-(1aα., 4,4a, 7 α,7a,7b α)] (1.89%);eucalyptol (1.27%) và α-pinene

(1.17%) [12, 17]

1.2.2 Zingiber rubens Roxb

Thành phần hóa học của tinh dầu và dịch chiết thân rễ loài Zingiber rubens

Roxb chưa thấy công bố ở tài liệu nào ở nước ta Tuy nhiên công trình nghiên cứu

của thế giới cho biết bộ phận thân rễ của Zingiber rubens Roxb được chiết lần lượt

bởi ba dung môi hexan, clorofom và methanol Các dịch chiết được đem đi phân tích bằng sắc kí cột với chất hấp phụ là … được dự đoán gồm 5 chất khác nhau Chúng là những este với mạch cacbon rất dài Phần thứ hai có màu trắng, tinh thể hình kim, nhiệt độ nóng chảy là 205 – 206,50C là hỗn hợp của ba tritecpenoit có công thức phân tử là C30H50O Hai trong ba đồng phân của C30H50O được xác định là: -amyrin and bauerenol (D:C-Friedours-7-en-3-ol(3.beta)).Phần chất rắn thứ ba

có màu trắng, hình lập phương, nhiệt độ nóng chảy 171-1760C, được xác định là đường saccarozo [8, 10, 24]

1.2.3 Zingiber spectabile Griff

Tên khác: Gừng tổ ong, xampu

Tinh dầu của hoa loài Zingiber spectabile Griff ở Braxin có chứa các thành

phần chính sau: - phellandren (45,3%), α-pinene (13,4%) và -pinen (11%)

Tinh dầu thân rễ của loài Zingiber spectabile Griff ở Tahiti có thành phần

chính gồm: - phellandren , α-pinene,-pinen, 1,8-cineol, limonen [24]

1.2.4 Zingiber montanum ( J Konig)

Năm 1975, D M Barker và J Nabney đã tách được từ tinh dầu gừng dại Thái Lan chất (E)- 1-(3,4- đimetoxiphenyl) butadien

Viện khoa học vệ sinh quốc gia Tokyo Nhật Bản thu dịch chiết methanol từ thân rễ gừng dại đem chiết với ete và nước Phần ete được chiết tiếp với n-hexan, dịch cô từ n- hexan chạy sắc kí cột tách ra được 3 hợp chất là: (E)-1-(3,4- đimetoxiphenyl)but-1-en, (E)-1-(3,4- đimetoxiphenyl)butadien, zerumbon Trong

đó, chất (E)-1-(3,4- đimetoxiphenyl)but-1-en là chất có tác dụng chống viêm nhiễm rất tốt [13]

1.2.5 Zingiber offcinale Roscoe

Thành phần hóa học tinh dầu thân rễ Zingiber officinale Roscoe ở Trung

Quốc xác định bằng phương pháp GC có 13 cấu tử trong đó các cấu tử đã định danh chiếm hàm lượng lớn gồm: α-pinene (0,305%), α-phallendrene (1,02%), myceren (4,82%), γ-Terpinen (2,88%), 1,8-cineol (2,4%), citral (4,5%), zingiberen (8%), α-terpinen (6,5%) [9, 11]

Cũng bằng phương pháp GC (trong cùng điều kiện như trên) thành phần hóa

học tinh dầu thân rễ Zingiber officinale Roscoe ở Thái Lan xác định có 15 cấu tử

trong đó các cấu tử đã định danh chiếm hàm lượng lớn: pinen (3,59%), phallendren (2,84%), myceren (4,58%), β-pinen (0,74%), γ-terpinen (2,49%), 1,8-cineol (3,87%), citral (5,39%), zingiberen (30,81%) [11, 24]

Zingiber officinal Roscoe ở Trung Quốc chứa 12,25 % protein, 6,0 % chất xơ

và 7,78 % chất béo, ở Thái Lan chứa 6,67% protein, 15% chất xơ và 9,0% chất béo [30]

Kết quả nghiên cứu của các tác giả Joy PP., Thomas J., Mathew S., và Skaria

công bố thành phần hóa học loài Zingiber officinal Roscoe ở Ấn Độ gồm: α-pinen

0.4%, camphen 1.1%, ß-pinen 0.2%, myrcen 0.1%, limonen 1.2%, 1,8-cineol 1.3%, ß-phellandren 1.3%, p-cymen 0.1%, metyl heptanon 0.1%, nonanal 0.1%, decanal 0.2%, neral 0.8%, geranial 1.4%, 2 -nonanol 0.2%, linalool 1.3%, bornyl acetat 0.1%, borneol 2.2%, geraniol 0.1%, α-selinen 1.4%, ß-elemen 1.0%, ß-zingiberen 35.6%, ß-bisabolen 0.2%, arcurcum 17.0% and ß-farnesen 9.8% Ngoài

ra trong gừng tươi có chứa 80% nước, 2,3% protein, 1% chất béo và 12,3% cacbonhydrat [20]

Nhận xét chung: thành phần tinh dầu của nhiều loại gừng đã được nghiên cứu tương đối kỹ trên thế giới, tuy nhiên việc nghiên cứu thành phần hoá học của các dịch chiết từ củ gừng trên thế giới và tại Việt Nam thì hầu như rất ít Chúng tôi

chọn củ gừng Ginger — Zingiber officinale Roscoe để làm đối tượng nghiên cứu

của đề tài Đây là loài gừng phổ biến ở nước ta, có hoạt tính sinh học rất mạnh được ứng dụng rộng rãi trong dân giang, trong y học nên được chúng tôi đặc biệt quan tâm Trên cơ sở các hợp chất đã được định danh và các hoạt tính sinh học đã được công bố chúng tôi có những định hướng nghiên cứu tiếp theo để khai thác các đặc tính của cây gừng và làm cơ sở định hướng cho việc nghiên cứu sau này.

1.3 Một số ứng dụng của gừng

Nhân dân ta thường dùng củ làm gia vị và làm thuốc Có nơi dùng để chữa lị mạn tính [12] Hiện nay, ở Bình Định, người dân dùng thân rễ gừng dại để chữa bệnh xơ gan cổ trướng Ở Ấn Độ, người ta cũng sử dụng thân rễ với mục đích tương

tự như gừng Ở Malaysia, nó được dùng làm thuốc trị giun cho trẻ em Người ta còn dùng nước sắc của củ để uống hoặc ngâm củ trong rượu xoa vào bụng cho phụ nữ sau khi sinh đẻ [12, 15]

Ở Thái Lan, Zingiber cassumunar Roxb thường được gọi là Plai, là một loại

thảo dược được khai thác cho mục đích y tế tại Thái Lan và Đông Nam Á từ nhiều thế kỉ qua Plai được coi là thuốc giảm đau, chống viêm, sát khuẩn, chống co thắt, giải độc, chống virus, thuốc tiêu hóa, lợi tiểu, nhuận tràng, chất kích thích, thuốc trị tiêu chảy, sốt, đầy hơi, ợ nóng, buồn nôn, hen suyễn, mãn tính cảm lạnh, các vấn đề

về hô hấp, bong gân, đau cơ bắp và dây chằng bị rách [17]

Một số nghiên cứu thực nghiệm ở Thái Lan cho thấy rằng tinh dầu của Plai

có tác dụng làm mát những chỗ bị viêm khớp giúp khớp, giảm đau Trên các khớp

bị viêm khi sử dụng tinh dầu Plai trong vòng 18 giờ có tác dụng giảm đau Đối với rối loạn tiêu hóa, có thể dùng Plai cùng với cam, hạt tiêu, ngải giấm dùng để làm giảm chứng khó chịu đường ruột Mỗi khi bị đau bụng, sôi ruột chỉ cần thoa hỗn hợp này khoảng 3 lần là các triệu chứng sẽ giảm đi một cách rõ rệt Hiện nay tại Thái Lan, cục cải tiến quốc gia, quỹ sáng kiến đang phát triển khai thác tinh dầu gừng dại làm dầu gội, kem trang điểm vì tinh dầu Plai đã được chứng minh là điều trị được mụn, các vết sạm da, các vết bầm tím, vết đau do côn trùng cắn…[22, 23]

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất

là sinh khương (thân rễ tươi), và can khương (thân rễ khô) [12, 16]

Hình 2.1 Cây Zingiber officinale Roscoe

Hình 2.2 Củ gừng - Bột gừng

Các thiết bị sử dụng trong quá trình thí nghiệm gồm có:

- Tủ sấy, lò nung, bếp điện, cân phân tích

- Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ( phòng thí nghiệm khoa Hóa, trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng)

- Sắc ký lỏng - khối phổ liên hợp (LC/MS) được thực hiện trên máy Xevo

TQ hãng Waters, Mỹ ( tại phòng nghiên cứu cấu trúc – Viện hóa học – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội) Hệ dung môi: methanol

- nước Tốc độ dòng: 0,25ml/phút Nguồn ion hoá của máy phổ khối: phun mù điện

tử

- Sắc ký khí- khối phổ liên hợp (GC/MS) được thực hiện trên máy Agilent 7890A/5975C (tại trung tâm đo lường kỹ thuật chất lượng kỹ thuật , số 2, Ngô Quyền, Quận 3, TP Đà Nẵng) Cột sắc ký HP5MS (dài 30m; đường kính trong 0,25mm; lớp phim dày 0,25μm) Khí mang Heli (7 psi), thể tích tiêm 1μl, split 10:1, nhiệt độ buồng tiêm mẫu: 280o

C Chương trình nhiệt độ lò: nhiệt độ đầu 80o

C, giữ ở

0 phút, sau đó tăng lên 290o

C với tốc độ gia nhiệt 10o

C/phút, giữ ở nhiệt độ này trong 20 phút Điều kiện khối phổ : nguồn ion hoá (EI), năng lượng ion hoá (70eV), nhiệt độ MS source (230oC), nhiệt độ MS Quad (150 oC), nhiệt độ giao diện sắc ký khí với detector khối phổ (280oC), chế độ quét Fullscan ( Thời gian trễ 0-3 phút; thời gian quét: 3-50 phút, khoảng khối quét: 35-600amu)

- Các dụng cụ thủy tinh dùng trong quá tình thí nghiệm gồm có: bình tam giác 100 mL, 250 mL, cốc thủy tinh loại 100 mL, loại 250 mL, pipet, đũa thủy tinh,

lọ đựng mẫu, giá thí nghiệm, bình đựng mức 10 mL, 10 mL, nhãn hóa chất

2.1.3.2 Hóa chất

Các dung môi: n-hexan, ethyl acetate , methanol

Hóa chất vô cơ: dung dịch H2SO4 đặc, HNO3, các dung dịch chuẩn của các muối: Pb2+

, Mg2+, Cu2+, Zn2+, K+, Fe2+, Na+

2.2 Xác định chỉ số hóa lí

2.2.1 Các phương pháp xử lí mẫu

* Xử lí theo phương pháp khô [19, 20]

Cách này thường dùng và đơn giản nhất, ta không dùng dung môi mà dùng nhiệt độ để phân hủy mẫu, đem nung mẫu ở 500-5500C trong chén plantin hay thạch anh, các chất hữu cơ bị đốt cháy, trong tro còn lại các chất vô cơ khó bay hơi Cần chú ý rằng trong quá trình nung sẽ mất một số nguyên tố do bay hơi như các halogen, thủy ngân, lưu huỳnh…Cũng có thể chỉ cần đốt cháy các chất hữu cơ trong bình kín, dưới áp suất cao hoặc khi phân hủy bằng cách nung chảy như đối với các chất vô cơ nhưng phải thêm chất oxi hóa: HNO3, H2O2

Ưu điểm: - Không tốn dung môi

- Tốn ít thời gian hơn so với phương pháp ướt

Hạn chế: - Ở nhiệt độ cao nhiều chất bay hơi, ví dụ ở 5000C lượng Pb,

Cd bay hơi xấp xỉ 20% dẫn đến sai số kết quả lớn

* Xử lý theo phương pháp ướt

Cách này ít được dùng vì không thuận tiện, nó chỉ dùng khi không dùng phương pháp xử lí khô được Mẫu được đưa về dạng dung dịch bằng các dung môi như: H2SO4 đặc, hỗn hợp H2SO4 + HNO3, HClO4 …hoặc thêm H2O2, KMnO4 để làm tăng quá trình phân hủy

Ưu điểm: - Hạn chế được việc bay hơi của các chất trong mâu phân tích,

kết quả phân tích gần với kết quả thực hơn

Hạn chế: - Rất tốn dung môi, dung môi phải tinh khiết

- Hàm lượng phân tích có khi lớn hơn lượng thực dẫn đến hiệu suất thu hồi lớn hơn 100%

* Xử lí theo phương pháp khô ướt kết hợp

Cho lượng dung môi rất ít vào mẫu, mục đích phá vỡ các liên kết yếu rồi đưa vào lò nung ở nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ của phương pháp khô

Ưu điểm: - Nung ở nhiệt độ thấp nên hạn chế các chất bay hơi

- Lượng dung môi dùng ít hơn

2.2.2 Xác định độ ẩm

Cân chính xác một khối lượng mẫu gừng tươi cho vào chén sứ đã sấy đến khối lượng không đổi, cho chén sứ đựng mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ 60-700

C trong thời 4-6 tiếng (làm 3 lần) đến khi khối lượng chén và mẫu không đổi để xác định độ

ẩm

2.2.3 Xác định hàm lượng hữu cơ tổng bằng phương pháp tro hóa mẫu

Để xác định hàm lượng hữu cơ tổng và các nguyên tố vô cơ trong cơ thể động thực vật người ta dùng phương pháp tro hóa mẫu [15]

Trong đề tài này, tôi dùng phương pháp tro hóa mẫu bằng phương pháp khô ướt kết hợp Mẫu xử lí sơ bộ, có thể phân hủy các chất hữu cơ bằng H2SO4, HNO3…hoặc thêm H2O2, KMnO4 để làm tăng nhanh quá trình phân hủy Sau đó

nung 500-5500C trong chén thạch anh hay platin, các chất hữu cơ bị đốt cháy, trong tro còn lại các chất vô cơ khó bay hơi

2.2.4 Xác định hàm lượng kim loại bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

 Nguyên tắc phép đo AAS [19, 20]

Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố được gọi là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử ( phép đo AAS) Cơ sở lý thuyết của phép đo này là sự hấp thụ năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử tự

do ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ [19, 20].Vì thế muốn thực hiện được phép đo quang phổ hấp thụ nguyên tử (phép đo AAS) cần thực hiện các quá trình sau:

- Quá trình nguyên tử hóa mẫu: chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) về trạng thái hơi của các nguyên tủ tự do Mục đích của quá trình này là tạo ra được đám hơi các nguyên tử tự do từ mẫu phân tích, làm môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử Có thể nguyên tử hóa mẫu phân tích bằng ngọn lửa hoặc kỹ thuật nguyện tử hóa không ngọn lửa Đây là giai đoạn quan trọng nhất và có ảnh hưởng đến phép đo AAS Bởi vì chỉ có các nguyên

tử tự do ở trạng thái hơi mới cho phổ hấp thụ nguyên tử

- Chọn nguồn tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp với nguyên tố cần phân tích, chiếu chùm tia sáng đơn sắc đó vào đám hơi của nguyên tố cần phân tích Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo

ra phổ hấp thụ của nó Phần cường độ của chùm tia sáng đã bị một loại nguyên tử hấp thụ sẽ phụ thuộc vào nồng độ của nó trong môi trường hấp thụ

- Thu toàn bộ chùm tia sáng sau khi qua môi trường hấp thụ, phân li chúng thành phổ và chọn vạch phổ cần đo của nguyên tố cần phân tích vào khe đó để đo cường độ của chúng Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ của vạch phổ hấp thụ

- Ghi nhận tín hiệu và đo kết quả đo của cường độ vạch phổ hấp thụ bằng thiết bị thích hợp

 Các bộ phận trong máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

* Nguồn đơn sắc

Nguồn đơn sắc là nguồn phát ra chùm bức xạ đơn sắc của nguyên tố cần phân tích, nguồn này sẽ chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do và nó phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Nguồn phát ra tia bức xạ đơn sắc tạo ra phải là các tia bức xạ nhạy của nguyên tố cần phân tích Chùm tia phát xạ phải có cường độ ổn định, lặp lại được nhiều lần đo khác nhau trong cùng một điều kiện và phải điều chỉnh được để có cường độ cần thiết cho mỗi phép đo

- Phải tạo ra được chùm tia phát xạ thuần khiết, chỉ bao gồm một số vạch nhạy của nguyên tố cần phân tích, phổ nền của nó không đáng kể

- Phải có cường độ cao nhưng bền với thời gian

* Hệ thống nguyên tử hóa mẫu phân tích

Bộ phận nguyên tử hóa mẫu chuyển mẫu cần phân tích từ trạng thái ban đầu thành dạng hơi của nguyên tử tự do dưới tác dụng của nhiệt độ Đám hơi của các nguyên tử tự do này chính là môi trường hấp thụ bức xạ và sinh ra phổ hấp thụ nguyên tử

 Những ưu điểm và nhược điểm của phép đo AAS

- Độ nhạy và độ chọn lọc cao Gần 60 nguyên tố hóa học có thể xác định

bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10-4

đến 10-5 Phương pháp nà áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định vết các kim loại

- Không cần làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích Do đó tốn

ít nguyên liệu mẫu, tốn ít thời gian và không cần dùng nhiều hóa chất tinh khiết cao khi làm giàu mẫu Mặt khác cũng tránh được sự nhiễm bẩn mẫu khi xử lí qua các giai đoạn phức tạp

- Các động tác thực hiện nhẹ nhàng, các kết quả phân tích lại có thể ghi lại trên băng giấy để lưu trữ lại sau này Đồng thời có thể xác định liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu Các kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ

- Cần phải có kĩ sư có trình độ cao để bảo dưỡng và chăm sóc các trang thiết

bị máy móc khá là tinh vi và phức tạp

- Chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích, mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu

2.3 Phương pháp ngâm chiết

Phương pháp ngâm chiết là phương pháp hoá học dùng để tách một hoặc

nhiều cấu tử ra khỏi một hỗn hợp bằng cách ngâm hỗn hợp vào một dung môi thích hợp để hoà tan cấu tử định tách trước khi chiết Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong hoá dược để tách các hợp chất từ các vị thuốc có nguồn gốc từ động, thực vật

2.4 Khảo sát thành phần hóa học bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)

2.4.1 Phương pháp sắc ký khí (GC)

Sắc ký khí là một trong những phương pháp quan trọng nhất hiện nay để tách, định lượng, xác định cấu trúc các chất, đặc biệt có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu các hợp chất hữu cơ [19, 20] Pha động trong GC là chất khí nên chất

phân tích cũng phải được hóa hơi để đưa vào cột sắc ký, thường hóa hơi dưới

2500C Pha tĩnh có thể là chất rắn được nhồi vào cột hay một màng film mỏng bám lên trên bề mặt chất mang trơ, hoặc có thể tạo thành một màng mỏng bám lên mặt trong của thành cột (cột mao quản)

Sắc ký khí được dùng để chia tách các hỗn hợp của hóa chất ra các phần riêng lẻ, mỗi phần có một giá trị riêng biệt Trong sắc ký khí (GC) chia tách xuất hiện khi mẫu bơm vào pha động, pha động là một khí trơ Pha động mang hỗn hợp mẫu đi qua pha tĩnh, pha tĩnh được sử dụng là các hóa chất, hóa chất này có độ nhạy

Trong khi các thiết bị chạy, máy sẽ đưa ra các biểu đồ, được gọi là sắc ký đồ Mỗi peak trong sắc ký đồ mô tả một tín hiệu tạo nên khi chất giải hấp từ cột sắc ký

và đi vào đầu dò detector, trục hoành biểu diễn thời gian lưu và trục tung biểu diễn cường độ của tín hiệu

2.4.2 Phương pháp khối phổ (MS)

Khối phổ được dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu trúc của nó [19, 20] Khi giải hấp các hợp chất riêng lẻ từ cột sắc ký, chúng đi vào đầu dò có dòng điện ion hóa (mass spectrometry) Khi đó, chúng sẽ tấn công vào các luồng,

do đó chúng bị vỡ thành những mảnh vụn, những mảnh vụn này có thể lớn hoặc nhỏ Những mảnh vụn thực tế là các ion, tiêu điểm của các mảnh vụn đi xuyên qua các khe hở và đi vào đầu dò detector, được thành lập bởi phần mềm chương trình

và hướng các mảnh vụn đi vào các khe của khối phổ

Về việc phân tích kết quả máy tính sẽ ghi lại các biểu đồ của mỗi lần quét Trục hoành biểu diễn tỉ lệ m/z còn trục tung biểu diễn cường độ tín hiệu của mỗi mảnh vụn được quét bởi đầu dò detector Đây là đồ thị của số khối

Các nhà nghiên cứu có thể so sánh khối phổ thu được trong thí nghiệm của

họ với một thư viện khối phổ của các chất đã được xác đinh trước Việc này có thể giúp họ định danh được chất đó (nếu phép so sánh tìm được kết quả tương ứng) hoặc là cơ sở để đăng ký một chất mới (nếu phép so sánh không tìm được kết quả tương ứng)

2.4.3 Sắc ký khí ghép khối phổ (GC - MS)

Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ

Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao và được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối Bằng sự kết hợp 2 kỹ thuật này, các nhà hoá học có thể đánh giá, phân tích định tính và định lượng và có cách giải quyết đối với một số hóa chất Ngày nay, người ta ứng dụng

kỹ thuật GC/MS rất nhiều và sử dụng rộng rãi trong các nghành như y học, môi trường, nông sản, kiểm nghiệm thực phẩm…

Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)có thể phân tích các hỗn hợp hóa chất phức tạp như không khí, nước…Nếu trong mẫu có một chất lạ xuất hiện, khối phổ

có thể nhận dạng cấu trúc hóa học độc nhất của nó (giống như việc lấy dấu vân tay) Cấu trúc của chất này sau đó được so sánh với một thư viện cấu trúc các chất đã

biết Nếu không tìm ra được chất tương ứng trong thư viện thì nhà nghiên cứu, có thể dựa trên cấu trúc mới tìm được để phát triển các ý tưởng về cấu trúc hóa học Nói cách khác, nhà nghiên cứu thu được 1 dữ liệu mới và có thể đóng góp vào thư viện cấu trúc nói trên, sau khi tiến hành thêm các biện pháp để xác định chính xác loại hợp chất mới này

Khi GC kết hợp với MS, nó sẽ trở thành 1 máy phân tích đa năng, các nhà nghiên cứu hóa học có thể hòa tan hỗn hợp các hợp chất hữu cơ, tách chiết và bơm vào máy để nhận dạng chúng, hơn nữa các nhà nghiên cứu cũng xác định nồng độ của mỗi thành phần hóa chất

2.5 Khảo sát thành phần hóa học bằng phương pháp sắc ký lỏng – khối phổ (LC-MS)

+ Sắc ký lỏng áp suất cao (sắc ký lỏng cao áp )

- Trước đây chủ yếu sử dụng sắc ký lỏng áp suất thường, tuy thiết bị rẻ nhưng hiệu suất tách thấp, rất tốn dung môi để rửa giải, nên hiện nay dùng HPLC

Sắc ký lỏng phân giải cao là một phương pháp hữu hiệu để phân tách các hỗn hợp phức tạp, đặc biệt là khi nhiều hợp phần trong hỗn hợp có độ phân cực lớn [19, 20]

Phương pháp phổ khối lượng có độ nhạy tuyệt vời (10-6

-10-9g) và tốc độ ghi nhanh sẽ cho thông tin xác định cấu trúc từ những lượng tách ra được như phương pháp sắc ký lỏng

Việc liên kết hai kĩ thuật đó đã tạo ra một công cụ mạnh mẽ để tách biệt và nhận biết các hợp phần của các hỗn hợp tự nhiên và tổng hợp Nhờ có sự liên kết chặc chẽ này người ta có thể thu được phổ khối lượng đủ chấp nhận đối với tất cả các hợp phần mà sắc ký lỏng tách được, kể cả những hợp phần với khối lượng chỉ

cỡ picrogam và có mặt trong vài giây

Ở hệ thống LC-MS người ta phải áp dụng những kĩ thuật đặc biệt để loại những dung môi phân cực dùng cho sắc ký lỏng trước khi chuyển sang máy phổ khối lượng toàn bộ quá trình vận hành và ghi kết quả đều được tự động điều khiển bởi computer

Hình 2.4 Sơ đồ thiết bị sắc ký lỏng ghép khối phổ

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1 Quy trình nghiên cứu

acetate

môi methanol

Cặn còn lại Dịch chiết methanol

Xác định hàm lượng kim loại

Thu nguyên liệu

Nguyên liệu

đã xử lí

- Lấy 30g bột củ gừng khô ngâm kiệt bằng dung môi n- hexane ở nhiệt độ phòng từ 04/1/2012 đến 06/01/2012 Sau đó, đem đi lọc để thu được dịch chiết với n-hexane, tiếp tục ngâm kiệt bã rắn với dung môi n-hexane thêm 2 lần và lọc để thu dịch chiết

- Bã rắn tiếp tục ngâm kiệt với dung môi ethyl acetate ở nhiệt độ phòng từ ngày 12/1/2012 đến ngày 14/01/2012 Sau đó, đem đi lọc để thu được dịch chiết với ethyl acetate Tiếp tục ngâm kiệt bã rắn với dung môi ethyl acetate thêm 2 lần và lọc

để thu dịch chiết ethyl acetate Tương tự, bã rắn tiếp tục được ngâm kiệt 3 lần với dung môi methanol và lọc, thu dịch chiết với methanol

- Dịch chiết n-hexane thu được đem cô đuổi dung môi thu được cao chiết Cao chiết n-hexane được đem đi xác định thành phần hóa học bằng phương pháp sắc kí khí ghép phổ (GC-MS) tại trung tâm đo lường kỹ thuật chất lượng kỹ thuật ,

số 2, Ngô Quyền, Quận 3, TP Đà Nẵng

- Dịch chiết ehtyl acetate và methanol thu được các cao chiết tương ứng Các cao chiết này được đem đi xác định thành phần hóa học bằng phương pháp sắc kí lỏng kết hợp ghép khối phổ (LC-MS) tại phòng nghiên cứu cấu trúc – Viện hóa học – Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội

3.2 Một số chỉ tiêu hóa lí của củ gừng

- Sau đó, lấy 5g gừng tươi thái mỏng cho mỗi cốc, cân khối lượng cốc đựng mẫu được khối lượng m1 Cho cốc đã đựng mẫu vào tủ sấy ở nhiệt độ 100o

C và sấy đến khi nào thấy khối lượng không đổi (sai số 0,01g), thì cho vào bình hút ẩm để làm nguội lại đem ra cân được m2

Độ ẩm W(%) được xác định theo công thức:

W % = 100

0 1

2 1

m m

m m





Trong đó :

mo : Khối lượng cốc sứ (g )

m1 : Khối lượng mẫu và cốc trước khi sấy (g )

m2 : Khối lượng mẫu và cốc sau khi sấy (g)

W(%) : Độ ẩm của mỗi mẫu

WTB (%) : Độ ẩm trung bình

Kết quả khảo sát độ ẩm gừng tươi trình bày trên bảng 3.1

Bảng 3.1 Kết quả khảo sát độ ẩm của củ gừng

Nhận xét: Hàm lượng nước trong củ gừng dại chiếm tỉ lệ cao, độ ẩm lên đến

71,323% Tuy nhiên giá trị này có thể khác nhau tùy thuộc vào mùa thu hái, điều kiện trồng và cách chăm sóc cây Vì vậy, giá trị độ ẩm chỉ mang tính chất tương đối

3.2.2 Xác định hàm lượng tro trong củ gừng

Tro toàn phần: Là khối lượng cặn còn lại sau khi nung cháy hoàn toàn một

mẫu thử trong điều kiện nhất định

 Dụng cụ: cốc sứ, bình hút ẩm, cân phân tích, lò nung

 Tiến hành:

- Các mẫu sau khi được xác định độ ẩm tiếp tục được đem đi tro hóa Đem mẫu đi than hóa trên bếp điện và cho vào tủ nung ở 2000C trong khoảng 2h, tiếp tục

nâng nhiệt độ lên 4500C tro hóa mẫu trong thời gian 8h cho đến khi toàn bộ biến thành tro màu trắng xám

Hàm lượng được tính bằng công thức:

0 1

0 3

m m

m m





Trong đó:

m0: là khối lượng của chén sứ

m1: Là khối lượng của chén sứ và củ gừng dại trước khi sấy

m2: Là khối lượng của chén sứ và củ gừng dại sau khi sấy

m3: khối lượng của chén sứ và củ gừng dại sau khi tro hóa (t0

Nhận xét: Qua thực nghiệm cho thấy hàm lượng tro có trong củ gừng là:

4,199% và hàm lượng hữu cơ trong mẫu là: 24,478%

3.3 Xác định hàm lƣợng kim loại có trong củ gừng

- Tro thu được sau khi nung các mẫu ở trên mang hòa tan vào dung dịch

HNO3 loãng và được định mức bằng nước cất, sau đó xác định hàm lượng các kim loại bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS Định lượng bằng cách lập đường chuẩn Các dung dịch chuẩn của các kim loại được chuẩn bị từ các dung dịch gốc 1000mg/l

Hình 3.1 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS

Kết quả xác định hàm lượng kim loại được trình bày trong bảng 3.3

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát hàm lƣợng kim loại trong củ gừng

Nhận xét: Căn cứ vào quyết định của bộ y tế số 505/BYT – QĐ ngày 13

tháng 4 năm 1992 về một số tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm cho hàm lượng kim loại nặng tối đa cho phép trong rau quả sấy khô đối với Pb: 2mg/kg; Zn: 20mg/kg; Cu: 20mg/kg thì hàm lượng kim loại trong gừng không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người

3.4 Hiệu suất chiết

Cân 30g mẫu cho vào cốc 100ml Sau đó lần lượt chiết kiệt với các dung môi n- hexane , ethyl acetate và methanol

Dịch chiết trong n-hexane có màu vàng Tiến hành cô đuổi dung môi bằng máy cất quay chân không cho đến khi khối lượng không đổi Khối lượng cặn khô thu được là 0,042g

Dịch chiết trong ethyl acetate có màu nâu sẫm Tiến hành cô đuổi dung môi bằng máy cất quay chân không cho đến khi khối lượng không đổi Khối lượng cặn khô thu được là 0,153g

Dịch chiết trong methanol có màu xanh nâu Tiến hành cô đuổi dung môi bằng máy cất quay chân không cho đến khi khối lượng không đổi Khối lượng cặn khô thu được là 0,375g

Kết quả cảm quan về các dịch chiết được trình bày qua hình 3.2

Hình 3.2 Kết quả chiết củ gừng lần lƣợt với từng dung môi

Hiệu suất chiết củ gừng lần lượt trong ba dung môi n-hexane, ethyl acetate

và methanol được trình bày trong bảng 3.4

Hiệu suất chiết = 100

M

C

m m

Trong đó:

mC: Khối lượng cặn khô tính theo gam

mM : Khối lượng mẫu khô tính theo gam

Bảng 3.4 Hiệu suất chiết

Dung môi Khối lượng cặn khô (g) Hiệu suất chiết (%)

Từ bảng 3.4 cho thấy hiệu suất chiết đối với dung môi n-hexane là thấp nhất

và dung môi methanol cho hiệu suất chiết cao nhất Từ đó có thể dự đoán thành phần hóa học chính trong củ gừng chứa một lượng lớn các chất tương đối phân cực

và phân cực

3.5 Thành phần hóa học của dịch chiết củ gừng trong dung môi

n-hexane

Dịch chiết củ gừng trong n-hexane có màu vàng Ký hiệu: HG Mẫu dịch

HG được đo phổ GC/MS tại trung tâm đo lường kỹ thuật chất lượng kỹ thuật , số 2, Ngô Quyền, Quận 3, TP Đà Nẵng Sắc ký đồ của dịch chiết được trình bày trên hình

3.3

Hình 3.3 Sắc kí đồ GC của dịch chiết củ gừng trong dung môi n-hexane

Dựa vào sắc kí đồ thu được so sánh với thư viện chuẩn cho thấy thành phần hóa học của dịch chiết trong dung môi n-hexane có nhiều cấu tử trong đó có 8 cấu

tử chính ký hiệu từ (HG1) đến (HG8) đã được định danh và trình bày trong bảng

3.5

Bảng 3.5 Thành phần hóa học dịch chiết củ gừng trong dung môi n-hexane ST

T T R CTPT Công thức cấu tạo- Tên gọi %