Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Đánh giá chất lượng hạt hồ tiêu (Piper nigrum L.) tại Bà Rịa Vũng Tàu và khảo sát quá trình chiết xuất oleoresin

PHẠM VŨ MINH CHÂU

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HẠT HỒ TIÊU

(Piper nigrum L.) TẠI BÀ RỊA VŨNG TÀU

VÀ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT XUẤT OLEORESIN

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2023

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Trương Vũ Thanh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Bùi Tấn Nghĩa

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 05 tháng 02 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I.TÊN ĐỀ TÀI

Tên tiếng việt: Đánh giá chất lượng hạt hồ tiêu (Piper nigrum L.) và khảo sát quá trình

chiết xuất oleoresin

Tên tiếng anh: Evaluating the quality of peppercorns (Piper nigrum L.) and

investigating the oleoresin extraction process

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1 Đánh giá chất lượng hồ tiêu thông qua hàm lượng oleoresin, piperine và tinh dầu 2 Tối ưu hóa quy trình chiết xuất oleoresin bằng phương pháp bề mặt đáp ứng RSM sử dụng hệ thống chiết tuần hoàn dung môi

3 Khảo sát quá trình kết tinh và tái kết tinh piperine của tiêu đen và tiêu sọ

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2022

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vi, họ tên): TS Lê Xuân Tiến

LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm được trở thành học viên cao học của Trường Đại học Bách Khoa, đối với em, điều để lại trong em ấn tượng nhất là khoảng thời gian em thực hiện đề tài luận văn này Để bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

▪ Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP.HCM đã tạo mọi điều kiện, phương tiện vật chất và môi trường thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt đề tài của mình ▪ Giảng viên hướng dẫn của em – thầy Lê Xuân Tiến; cảm ơn Thầy thời gian qua đã luôn tận tình quan tâm, hướng dẫn và định hướng cho em rất nhiều điều trong công việc và cuộc sống Em không chỉ học hỏi được những kĩ năng từ luận văn mà còn học được nhiều kinh nghiệm cũng như kiến thức khác liên quan đến chuyên môn công việc sau này

▪ Chị Thanh – người đã hướng dẫn em cách vận hành máy sắc ký HPLC và GC-MS, chị luôn cùng em giải quyết mọi vấn đề khách quan và chủ quan trong quá trình sử dụng máy

▪ Tất cả các em trong nhóm K19, K18 – đặc biệt là hai em Minh Khánh và Thanh Ngân, đã cùng đồng hành, giúp đỡ và hỗ trợ chị trong suốt quá trình thực hiện luận văn ▪ Cảm ơn bố mẹ đã luôn tin tưởng và tạo mọi điều kiện vật chất lẫn tinh thần, giúp con có thêm động lực hoàn thành tốt luận văn này

▪ Anh – người bạn tinh thần, luôn lắng nghe, chia sẻ và cùng em giải quyết mọi khó khăn cũng như áp lực trong suốt hai năm học qua

Luận văn này là hành trang để em có thể vững bước, không ngại mọi khó khăn thử thách trên con đường tương lai phía trước Một lần nữa, em xin gửi đến mọi người những lời chúc tốt đẹp nhất Em xin chân thành cảm ơn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2022

Phạm Vũ Minh Châu

TÓM TẮT

Hồ tiêu (Piper nigrum L.) là cây dược liệu quý đã đem lại rất nhiều công dụng cho đời

sống con người Đây là một loại gia vị được sử dụng phổ biến trên khắp thế giới vì đem lại mùi thơm và hương vị cay đặc trưng Các sản phẩm từ hạt tiêu được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và y học Những yếu tố quan trọng tạo nên chất lượng và công dụng cho hạt tiêu được kể đến như oleoresin, piperine và tinh dầu Để lựa chọn loại tiêu phù hợp với nhu cầu và mục đích sử dụng, nghiên cứu đã tiến hành khảo sát 3 yếu tố trên theo phân loại tiêu về giống, độ chín, kích thước và dung trọng Với nhu cầu chiết xuất hoạt chất, nên chọn loại hạt có dung trọng thấp vì giá thành rẻ và hàm lượng piperine cao Bên cạnh đó, nghiên cứu đã xây dựng thành công quy trình chiết xuất oleoresin bằng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM sử dụng hệ thống bơm tuần hoàn dung môi Các điều kiện tối ưu được xác định là: nồng độ ethanol (85% v/v); tỷ lệ dung môi: nguyên liệu (3,4:1 mL/g) và thời gian chiết (78 phút) Kết quả cho thấy hiệu suất chiết piperine có sự cải thiện đáng kể (51,99%) so với phương pháp luân phiên từng biến được nghiên cứu trước đó (38,7%) Hiệu suất chiết piperine của hai mẫu tiêu sọ và tiêu đen lần lượt là 45,8 ± 3,40% và 32,3 ± 2,02% Ngoài ra, nghiên cứu đã khảo sát quá trình kết tinh piperine để thu được tinh thể có độ tinh khiết và hiệu suất kết tinh cao Hiệu suất kết tinh thô của tiêu sọ (36,4 ± 1,92%) cao gấp 2 lần tiêu đen (17,6 ± 1,74%) và tăng lên sau quá trình tái kết tinh Độ tinh khiết của hai loại tiêu cũng được cải thiện đáng kể: 760,3 – 882,2 (mg piperine/ g tinh thể) đối với tiêu sọ; và 694,7 – 812,9 (mg piperine/ g tinh thể) đối với tiêu đen Hiệu suất thu hồi không có sự khác biệt lớn giữa hai loại tiêu Kết quả nghiên cứu cho thấy tiêu đen được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho quá trình kết tinh vì có giá thành thấp nhưng vẫn thu được độ tinh khiết piperine cao Nghiên cứu cần tiến hành khảo sát lại các điều kiện kết tái kết tinh để cải thiện độ tinh khiết của tinh thể piperine lên 98%

ABSTRACT

Pepper (Piper nigrum L.) is a precious medicinal plant that has brought many uses to

human life This is a popular spice used around the world because of its characteristic spicy aroma and flavor Pepper products are widely used in the food, cosmetic and medical industries For economic purposes and the requirements of the utilization, this study evaluated oleoresin, piperine, and essential oils content based on the classification of species, maturity, size and density With the objective of extracting active ingredients, it is necessary to choose the kind of seeds with low density because of their low cost and high piperine content In addition, this study has successfully made an oleoresin extraction process by surface response method RSM using a solvent circulation pump system The optimal conditions were determined as ethanol concentration (85% v/v); liquid: solid ratio (3,4:1 mL/g) and extraction time (78 minutes) The results showed that the piperine extraction efficiency has a significant increase (51,99%) greater than the previously variable-by-variable method (38.7%) The piperine efficiency of white pepper and black pepper was 45,8 ± 1,32% and 32,3 ± 0,98%, respectively In addition, the study investigated the piperine crystallization process to obtain crystals with high purity and recovery efficiency The coarse crystallization efficiency of white pepper (36,4 ± 1,92%) was 2 times higher than black pepper (17,6 ± 1,74%) and increased after ending the recrystallization The purity was also significantly improved: 760,3 – 882,2 (mg piperine/g crystals) for white pepper; and 694,7 – 812,9 (mg piperine/g crystals) for black pepper There was not much difference between the recovery efficiency of the two types of pepper The results showed that black pepper was considered as a potential raw material for the crystallization process because of its low cost but still high purity of piperine This reseach needs to re-investigate the recrystallization conditions to improve the purity of piperine crystals to greater than 98%

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Phạm Vũ Minh Châu, học viên cao học ngành Kỹ thuật Hóa học, khóa 2020 đợt 2, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Tôi xin cam đoan công trình luận văn này do chính tôi thực hiện, số liệu là kết quả nghiên cứu thực sự của tôi dưới dự hướng dẫn khoa học của TS Lê Xuân Tiến

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp của mình

Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 12 năm 2022

Phạm Vũ Minh Châu

1.1 Tìm hiểu về cây hồ tiêu 1

1.2 Quy trình sản xuất hạt tiêu 2

1.2.1 Quy trình sản xuất hạt tiêu đen 2

1.2.2 Quy trình sản xuất hạt tiêu sọ 4

1.3 Các tiêu chuẩn về tiêu trên thế giới 7

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt tiêu 9

1.4.1 Các yếu tố khí hậu, địa chất 9

1.4.2 Thời gian thu hái 9

1.5 Thành phần hóa học của hạt tiêu 10

1.8 Tinh dầu hồ tiêu 14

1.8.1 Thành phần hóa học của tinh dầu 14

1.8.2 Công dụng tinh dầu 16

1.9 Tình hình nghiên cứu hồ tiêu trên thế giới 17

1.9.1 Các nghiên cứu về hồ tiêu trước năm 2000 17

1.9.2 Tình hình nghiên cứu hồ tiêu hiện nay 18

1.10 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài 19

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.3.3 Quy trình chiết mẫu bằng phương pháp đun hồi lưu 23

2.3.4 Phương pháp đo tỷ trọng tinh dầu 27

2.3.5 Phương pháp chưng cất và định lượng tinh dầu 27

2.3.6 Phân tích thành phần tinh dầu bằng sắc ký GC-MS 28

2.3.7 Quy trình chiết mẫu bằng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM kết hợp hệ thống chiết tuần hoàn dung môi 28

2.3.8 Quy trình kết tinh piperine thô và tái kết tinh piperine 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 37

3.1 Kết quả định danh loài của các giống tiêu nghiên cứu 37

3.2 Đánh giá dung trọng, hàm lượng oleoresin và hàm lượng piperine theo phân loại

tiêu 37

3.3 Khảo sát và đánh giá hàm lượng tinh dầu theo phân loại tiêu 44

3.4 Xác định các thành phần hóa học có trong tinh dầu theo phân loại tiêu 49

3.5 Khảo sát hàm lượng oleoresin và piperine bằng phương pháp RSM 54

3.5.1 Hiệu suất chiết oleoresin từ phương pháp đun hồi lưu và phương pháp chiết tuần hoàn dung môi 54

3.5.2 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình chiết piperine từ tiêu sọ 55

3.5.3 Kết quả khảo sát hàm lượng oleoresin và piperine từ phương pháp RSM 57

3.5.4 Hiệu quả chiết xuất oleoresin theo phương pháp RSM 67

3.5.5 Hiệu suất chiết oleoresin và piperine theo phương pháp RSM giữa tiêu đen và tiêu sọ 68

3.6 Khảo sát quá trình kết tinh và tái kết tinh piperine trong tiêu sọ và tiêu đen 70

3.6.1 Quá trình kết tinh piperine thô từ tiêu sọ và tiêu đen 71

3.6.2 Quá trình tái kết tinh piperine từ tiêu sọ và tiêu đen 72

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

4.1 Kết luận 75

4.2 Kiến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 90

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Hình ảnh cây tiêu 1

Hình 1 2 Hình ảnh quả tiêu (quả non - quả chín - quả khô) 1

Hình 1 3 Hạt tiêu đen và tiêu sọ 2

Hình 1 4 Quy trình sản xuất hạt tiêu đen 4

Hình 1 5 Quy trình sản xuất hạt tiêu sọ [3][10] 6

Hình 1 6 Cấu trúc piperine và các đồng phân [18] 11

Hình 1 7 Tinh thể piperine 12

Hình 1 8 Tóm tắt nội dung nghiên cứu 21

Hình 2 1 Quy trình chiết mẫu bằng ethanol 24

Hình 2 2 Hệ thống chiết đun hồi lưu 24

Hình 2 3 Đường chuẩn diện tích peak theo hàm lượng piperine 26

Hình 2 4 Các bước cho phương pháp phản ứng bề mặt 30

Hình 2 5 Hệ thống chiết tuần hoàn dung môi 32

Hình 2 6 Đường chuẩn độ hấp thu theo hàm lượng piperine 33

Hình 2 7 Quy trình kết tinh piperine 34

Hình 2 8 Sơ đồ hệ thống kết tinh piperine 35

Hình 3 1 Dung trọng, hàm lượng oleoresin và piperine theo giống tiêu 39

Hình 3 2 Chùm tiêu theo độ chín 40

Hình 3 3 Dung trọng, hàm lượng oleoresin và piperine theo độ chín 41

Hình 3 4 Dung trọng, hàm lượng oleoresin và piperine theo kích thước hạt 43

Hình 3 5 Hàm lượng oleoresin và piperine theo dung trọng 44

Hình 3 6 Hiệu suất chiết tinh dầu theo giống tiêu 45

Hình 3 7 Hiệu suất chiết tinh dầu theo độ chín 47

Hình 3 8 Hiệu suất chiết tinh dầu theo kích thước 48

Hình 3 9 Hiệu suất chiết tinh dầu theo tỷ trọng tiêu đen 49

Hình 3 10 Ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến quá trình chiết piperine 56

Hình 3 11 Hiệu suất chiết piperine của 20 thí nghiệm 61

Hình 3 12 Hiệu suất chiết piperine từ thực nghiệm và mô hình 64

Hình 3 13 Mô hình bề mặt đáp ứng hiệu suất chiết piperine theo các yếu tố 65

Hình 3 14 Hàm lượng oleoresin và piperine của tiêu sọ theo hai phương pháp 68

Hình 3 15 Hàm lượng oleoresin và piperine của tiêu đen và tiêu sọ 70

Hình 3 16 Tinh thể piperine thô của tiêu sọ và tiêu đen 71

Hình 3 17 Hiệu suất kết tinh, độ tinh khiết và hiệu suất thu hồi từ quá trình kết tinh thô piperine 72

Hình 3 18 Tinh thể piperine của tiêu sọ và tiêu đen sau kết tinh lần 2 73

Hình 3 19 Hiệu suất kết tinh, độ tinh khiết và hiệu suất thu hồi từ quá trình tái kết tinh piperine 74

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Tiêu chuẩn IPC đối với tiêu đen [11] 7

Bảng 1 2 Tiêu chuẩn IPC đổi với tiêu trắng [11] 8

Bảng 1 3 Độ chín tối ưu khi thu hoạch đối với các sản phẩm tiêu khác nhau [8] 10

Bảng 1 4 Thành phần hóa học của tiêu khô [8] 10

Bảng 1 5 Thành phần tinh dầu tiêu theo lý thuyết [30] 15

Bảng 1 6 Các thông số cần khảo sát theo phân loại tiêu 20

Bảng 2 1 Các thiết bị chính dùng cho nghiên cứu 22

Bảng 3 1 Thành phần hóa học tinh dầu tiêu đen theo phân loại 52

Bảng 3 2 Các thông số cho quá trình chiết xuất piperine 56

Bảng 3 3 Mã hóa giá trị các yếu tố tối ưu hóa 58

Bảng 3 4 Bố trí thí nghiệm và kết quả hiệu suất chiết piperine từ hạt tiêu sọ 59

Bảng 3 5 Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình bậc 2 của hiệu suất chiết piperine 61

Bảng 3 6 Hệ số của phương trình hồi quy hiệu suất chiết piperine 62

Bảng 3 7 Hệ số tương quan của mô hình 63

Bảng 3 8 Kiểm tra độ lặp lại mô hình 67

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

EtOH : Ethanol UV : Ultraviolet

HPLC : High-performance liquid chromatography w : Khối lượng

nlk : Nguyên liệu khô

SD : Độ lệch chuẩn

Ø : Đường kính

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tìm hiểu về cây hồ tiêu

Hồ tiêu (Piper nigrum L.) là cây thân leo, dài, nhẵn, có tuổi thọ trung bình từ 10 – 12

năm [1] Cây có rất nhiều nhánh hình thành từ kẽ lá Trong quá trình trồng trọt, các nhánh của tiêu được đặt trên các giá đỡ hoặc bám trên cây cao, vì thế, cây có thể đạt được chiều

cao từ 20 m trở lên (Hình 1.1) [2] Các lá dày và mịn, hình dáng của lá thay đổi từ hình

trứng, hình elip đến hình mũi mác [3] Cây tiêu được trồng để lấy quả (hạt) Quả tiêu thường nhỏ, có hình cầu, mọc thành chùm theo hình xoắn ốc trên một cuống, gồm 50 – 60 quả [1] Quả non có màu xanh, hình cầu đường kính khoảng 5 - 6 mm, khi chín quả chuyển sang màu vàng đỏ và thịt quả mềm hơn Quả khô màu nâu đen, vỏ quả nhăn

nhúm, bóc hết vỏ thường có đường kính khoảng 3 - 4 mm (Hình 1.2) [4]

Hình 1 1 Hình ảnh cây tiêu

Hình 1 2 Hình ảnh quả tiêu (quả non - quả chín - quả khô)

Hạt tiêu đen là một trong những loại gia vị lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Hạt tiêu đen có nguồn gốc từ Đông Nam Á và được trồng rộng rãi ở các vùng nhiệt đới Tính đến năm 2008, Việt Nam là nước sản xuất và xuất khẩu hạt tiêu lớn nhất thế giới, sản xuất 34% sản lượng tiêu của thế giới Các nước sản xuất lớn khác bao gồm Ấn Độ (19%), Malaysia (8%), Sri Lanka (6%), Trung Quốc (6%) và Thái Lan (4%) [5] Ở nước ta, hai vùng có diện tích trồng hồ tiêu lớn nhất là Đông Nam Bộ và Tây Nguyên, trọng điểm là các tỉnh Bình Phước, Đắk Nông, Đắk Lắk, Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai và Gia Lai

1.2 Quy trình sản xuất hạt tiêu

Đề tài nghiên cứu dựa trên hai loại tiêu chính là tiêu đen và tiêu sọ (Hình 1.3) Thông

thường, hạt tiêu chủ yếu được chế biến thành tiêu đen (chiếm 80%), còn lại sẽ được chế biến thành tiêu trắng [1]

1.2.1 Quy trình sản xuất hạt tiêu đen

Hạt tiêu đen đạt chuẩn theo TCVN 5837:1994 là hạt khô, sạch, đồng đều [6] Hạt có lớp vỏ khô, nhăn, có màu từ nâu thẫm, nâu xám đến đen

Hạt tiêu đen phải trải qua nhiều công đoạn xử lý nhằm đạt được tiêu chuẩn để tiêu thụ Tuổi thu hái thường từ 6 đến 7 tháng, vào những ngày nhiều nắng, thời điểm quả bắt đầu chuyển từ màu xanh sang màu vàng Việc xử lý sau thu hoạch rất quan trọng để đạt được

Hình 1 3 Hạt tiêu đen và tiêu sọ

sản phẩm chất lượng cao Sau đó, quả hồ tiêu cần được tách ra khỏi chùm bằng máy tuốt cơ học hoặc thủ công như giẫm đạp, đập bằng gậy hoặc bằng tay [2] Quá trình chần tiêu

của quả, loại bỏ bụi, vi sinh vật và đẩy nhanh quá trình làm khô Do đó, quả chần chỉ cần phơi nắng từ 2 đến 3 ngày [7] trên tấm bạt cho đến khi chuyển thành màu đen và độ ẩm giảm xuống thấp hơn 12% [8] Các hạt tiêu khô được phân loại theo các tiêu chuẩn khác nhau bằng phương pháp sàng cơ học để loại bỏ 90% tạp chất như cát, bụi mịn, đầu kim rồi tiến hành sàng đảo phân loại theo kích thước khảo sát Sau đó, công đoạn xử lý vi

trong thời gian ngắn (khoảng 20 – 40 giây) [9] Thành phẩm đạt tiêu chuẩn về chất lượng

sẽ được đóng gói và bảo quản (Hình 1.4) Việc bảo quản hồ tiêu cần các điều kiện tối

ưu như độ ẩm (dưới 12%), không bị sâu bệnh Hạt tiêu thường được đóng gói trong túi vải bố chất liệu nhựa polyethylene [7]

Hình 1 4 Quy trình sản xuất hạt tiêu đen

1.2.2 Quy trình sản xuất hạt tiêu sọ

Tiêu sọ là một loại gia vị phổ biến được sử dụng trong các món ăn Trung Quốc, Việt Nam, Thái Lan và phương Tây Mùi thơm của tiêu sọ khá ngọt và thơm nồng nhưng ít hăng hơn so với tiêu đen Việc sử dụng tiêu sọ thay cho tiêu đen có thể tránh được các

đốm đen từ hạt tiêu đen xay làm ảnh hưởng đến hình thức thực phẩm và giảm sự hài lòng của người tiêu dùng [1]

Tiêu sọ được sản xuất từ những quả tiêu gần chín Trong giai đoạn đầu, những quả mọng chín đỏ được thu hoạch và loại bỏ cuống Nếu tỉ lệ quả chín thấp, chùm tiêu sẽ được ủ đến khi chín ít nhất 80% số quả trong chùm Sau đó, quả tiêu được tách ra bằng máy hoặc thủ công rồi tiến hành sàng để loại bỏ tạp chất, sạn đá, các phụ phẩm khác và phân loại theo các kích thước khác nhau [3] Sau đó, tiêu sẽ được tiếp tục phân loại khí động học, phân loại tỷ trọng xoắn ốc để tách các quả nhẹ và các quả móp méo [10] Phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất tiêu sọ là phương pháp ngâm nước Quả tiêu chín được cho vào các bao đay rồi ngâm trong nước từ 7 đến 15 ngày để phân hủy phần vỏ của quả Thời gian ngâm có thể thay đổi tùy thuộc vào các điều kiện như nhiệt độ và vi sinh vật có trong nước ngâm [1] Khi lớp vỏ bị phân hủy, tiêu sẽ được xát vỏ lần đầu và làm sạch bằng nước để tiếp tục chuẩn bị cho công đoạn ngâm ủ lần thứ 2 Quá trình này được lặp lại nhằm loại bỏ hoàn toàn vỏ quả tiêu Tương tự công đoạn trước, tiêu sau ngâm sẽ được xát vỏ lần 2 và rửa sạch với nước Để tăng tính mỹ quan về màu

Tiêu sọ thành phẩm sẽ được đóng bao và mang đi tiêu thụ (Hình 1.5) Hạt tiêu sọ đạt

chuẩn để tiêu thụ là hạt khô, sạch, đồng đều, mặt hạt nhẵn, đỉnh hơi bẹt, cuống hạt hơi lồi với những vạch lõm nối từ đỉnh tới cuống hạt, màu từ xám nâu nhạt tới vàng ngà (TCVN 5837:1994) [6]

Hình 1 5 Quy trình sản xuất hạt tiêu sọ [3][10]

1.3 Các tiêu chuẩn về tiêu trên thế giới

Hiện nay, việc đánh giá chất lượng sản phẩm hồ tiêu do các cơ quan khác nhau cung cấp như Hiệp hội Hồ tiêu Quốc tế (IPC), Tiêu chuẩn Việt Nam, Tiêu chuẩn ASTA (Hiệp hội Thương mại Gia vị Hoa Kỳ), Hiệp hội Gia vị Châu Âu (ESA) và Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) [1] Theo bản sửa đổi thông số chất lượng của Hiệp hội Hồ tiêu Quốc tế (IPC) năm 2015, chất lượng hạt tiêu nguyên hạt được đánh giá theo các chỉ tiêu vật lý,

Côn trùng chết hoặc sống (% khối

Hóa học

Vi sinh

Escherichia coli (MPN/g) tối đa < 3 < 3 < 3

Côn trùng chết hoặc sống (% khối lượng),

Hóa học

Vi sinh

Escherichia coli (MPN/g), tối đa <3 <3 <3

Aflatoxin

Aflatoxin tổng số (B1+B2+G1+G2)

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt tiêu

Chất lượng hạt tiêu phần lớn được xác định bởi kích thước quả, màu sắc, độ ẩm, lượng vi sinh vật, phân động vật hoặc côn trùng phá hoại [8] Năng suất và chất lượng hạt tiêu có thể bị ảnh hưởng bởi việc thu hái cũng như các điều kiện khí hậu, địa chất Bên cạnh đó, sự khác nhau về giống loài cũng là một yếu tố quyết định đến kích thước quả, màu sắc, hình dạng, thành phần hóa sinh của hạt tiêu [7] Thành phần hóa học của hạt tiêu có thể thay đổi so dự khác biệt về giống, địa lý [12], cách xử lý sau thu hoạch cũng như cách bảo quản và lưu trữ hạt tiêu [7]

1.4.1 Các yếu tố khí hậu, địa chất

Hồ tiêu thích nghi với những vùng có điều kiện khí hậu tối ưu Các khu vực sản xuất hồ tiêu có sự khác biệt về nhiệt độ không khí, độ ẩm và lượng mưa Các điều kiện môi trường như chiếu xạ và độ ẩm của đất ảnh hưởng đến chức năng quang hợp của cây tiêu [7] Nghiên cứu của D Sruthi và cộng sự cho thấy độ cao cũng là yếu tố tác động đến sự thay đổi thành phần dựa dầu, hàm lượng piperine, tổng hàm lượng chất xơ, tinh bột, chất béo, dung trọng và thành phần tinh dầu tạo nên hương thơm có trong tiêu [13]

1.4.2 Thời gian thu hái

Sự tiến bộ trong việc đa dạng hóa sản phẩm đòi hỏi việc thu hoạch quả mọng ở các giai đoạn chín khác nhau để đáp ứng nhu cầu về sản phẩm Thời kỳ chín của hạt tiêu thay đổi từ 6 – 8 tháng, tùy theo điều kiện môi trường và giống được trồng [7] Mức độ chín cần thiết khi thu hái để chế biến thành các sản phẩm tiêu khác nhau được trình bày trong

Bảng 1.3

Bảng 1 3 Độ chín tối ưu khi thu hoạch đối với các sản phẩm tiêu khác nhau [8]

1.5 Thành phần hóa học của hạt tiêu

Thành phần hóa học của hạt tiêu rất đa dạng Tinh bột là thành phần chủ yếu có trong hạt tiêu, chiếm khoảng 35 – 40% trong tiêu đen và 53 – 58% trong tiêu sọ [8] Bên cạnh đó, hàm lượng piperine và tinh dầu cũng được xem là thành phần quan trọng vì chúng quyết định phần lớn đến năng suất và chất lượng của hạt tiêu [2] Piperine tập trung chủ yếu ở phần lõi [14], chiếm 4 – 6% khối lượng hạt tiêu đen Trong giai đoạn chưa chín, hàm lượng piperine có thể lên đến 10% [15] Mùi thơm đặc biệt của hạt tiêu xuất phát từ tinh dầu, phần tinh dầu này tập trung nhiều nhất ở vỏ tiêu [14] Tiêu sọ là sản phẩm từ quả tiêu đen sau khi được loại bỏ vỏ [1] Do đó, tiêu đen chứa nhiều tinh dầu hơn nên thơm hơn tiêu sọ Năm 1993, Pruthi và cộng sự đã phân tích hàm lượng của các thành

phần trong hạt tiêu đen khô với kết quả được thể hiện ở Bảng 1.4

Bảng 1 4 Thành phần hóa học của tiêu khô [8]

Oleoresin 3,9 – 11,5

1.6 Piperine

Piperine là một hợp chất hữu cơ thuộc nhóm alkaloid tạo nên vị cay chính của hạt tiêu đen [16] Piperine có hàm lượng thay đổi từ 2% đến cao nhất là 10%, tùy thuộc vào yếu tố môi trường, điều kiện khí hậu cũng như các điều kiện thu hoạch, sự khác biệt về giống tiêu [21] Cấu trúc piperine bao gồm ba phần: (1) vòng piperidine với gốc α-β cacbonyl không no; (2) nhóm 1,3-benzodioxole còn được gọi là nhân piperonal và (3) chuỗi butadiene [17] Piperine là một đồng phân có cấu hình trans – trans trong 4 đồng phân của nó, chiếm khoảng 98% tổng số alkaloid trong hạt tiêu Các đồng phân khác là isopiperine (cấu hình cis – trans); chavicine (cấu hình cis – cis) và isochavicine (cấu hình

trans – cis) (Hình 1.6) Tuy nhiên, 3 đồng phân này hầu như không tạo vị cay nồng cho hạt tiêu [18]

Hình 1 6 Cấu trúc piperine và các đồng phân [18]

1.6.1 Tính chất vật lý và hóa học

Piperine là một base yếu, trong môi trường acid hoặc kiềm có thể bị thủy phân thành

cơ như alcohol (1 g/15 mL), ether (1 g/36 mL) hoặc chloroform (1 g/1,7 mL) Piperine hấp thu bước sóng cực đại từ 340 – 345 nm [20] Piperine khi được hòa tan trong dung dịch thường dễ bị phân hủy bởi ánh sáng Do đó, quá trình chiết xuất piperine bằng dung môi được thực hiện trong điều kiện tránh tiếp xúc với ánh sáng [20]

Hình 1 7 Tinh thể piperine 1.6.2 Hoạt tính sinh học

Piperine có hoạt tính sinh học đa dạng với các tác dụng sinh lý cho cơ thể người bao gồm hạ huyết áp, chống đông máu, chống oxy hóa, chống khối u … Piperine còn được biết đến với khả năng tăng sinh khả dụng của thuốc, do đó tăng cường tiềm năng chữa bệnh cho con người [21] Một nghiên cứu được thực hiện bởi Bezerra và cộng sự (2008) cho thấy piperine có thể nâng cao hiệu quả của các loại thuốc hóa trị liệu với các tế bào ung thư [22] Hoạt tính kháng khuẩn của piperine cũng được chứng minh bởi Zied (2013), chỉ với một lượng nhỏ piperine ở nồng độ dưới 325 mg/mL có thể kháng được các chủng

Gram dương như Bacilus subtilis, Enterococcus faecalis, Staphylococcus epidermidis và Gram âm như Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae và Salmonella anterica [23]

1.6.3 Các phương pháp chiết xuất piperine

Oleoresin và piperine có trong hồ tiêu được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm Cho đến nay, nhiều nghiên cứu đã và đang khảo sát các phương pháp chiết xuất nhựa dầu với nhiều loại dung môi như: ethanol, hexane, dichlomethane, ethyl acetate, Việc lựa chọn phương pháp chiết xuất và dung môi phù hợp có ảnh hưởng mạnh mẽ đến kinh tế thị trường và mục đích sử dụng [1]

Chiết xuất piperine bằng dung môi ethanol

Dù được nghiên cứu và áp dụng từ năm 1993 nhưng đến nay phương pháp chiết xuất oleoresin và piperine bằng ethanol vẫn được sử dụng rộng rãi Quy trình chiết mẫu được tiến hành thực hiện 3 lần: 100 g hạt tiêu sau khi xay được ngâm với 300 ml ethanol 95%

phần bã rắn tiếp tục được chiết với ethanol Dịch chiết nhiều lần được hoà lẫn với nhau và được cô quay để loại dung môi thu được oleoresin hồ tiêu Phương pháp này với khá nhiều ưu điểm như rẻ tiền, dễ tìm, thiết bị chiết xuất đơn giản, chi phí đầu tư thấp, thích hợp triển khai ở quy mô công nghiệp [24]

Chiết xuất piperine bằng chất lỏng ion có sự hỗ trợ của vi sóng

Nghiên cứu của Xiaoji và cộng sự (2009) đã phát triển một phương pháp hiệu quả để chiết xuất piperine từ hạt tiêu sọ bằng chất lỏng ion có sự hỗ trợ của vi sóng Quy trình

lỏng ion ưu tiên Hiệu suất chiết piperine tối đa là 3,557% với công suất siêu âm là 500W, tỷ lệ nguyên liệu : dung môi là 1:15 (g/mL) trong thời gian 30 phút Phương pháp đã đem lại hiệu suất và khả năng thu hồi cao, rút ngắn thời gian chiết, tiết kiệm năng lượng nên có tiềm năng trong hóa học xanh [18] Tuy nhiên chất lỏng ion có giá thành đắt hơn 5 – 20 lần so với các dung môi phân tử khác; áp suất hơi thấp gây cản trở cho quá trình chiết xuất và có độ ăn mòn cao nên cần bảo quản trong các thùng chứa đặc biệt [25]

Chiết xuất piperine bằng hệ thống Soxhlet

Ngoài phương pháp sử dụng chất lỏng ion làm dung môi chiết, piperine hồ tiêu có thể được chiết bằng thiết bị Sohxlet Quy trình thí nghiệm sử dụng một lượng mẫu khô cho vào ống giấy lọc và đặt trong hệ thống chiết có chứa dung môi mong muốn Dung môi được làm nóng và hơi sinh ra được ngưng tụ rồi nhỏ giọt vào ống chiết Quá trình này tiếp tục cho đến khi nhựa dầu và piperine được chiết xuất hoàn toàn [49]

Với phương pháp này, mẫu thường xuyên tiếp xúc với dung môi làm tăng tốc độ chuyển khối; việc lọc sau khi chiết cũng được loại bỏ nên rút ngắn thời gian thí nghiệm Mặc dù thiết bị chiết Sohxlet rất đơn giản nhưng nó đòi hỏi lượng dung môi đáng kể, thời gian chiết lâu và thất thoát dung môi gây hại cho môi trường [18]

1.7 Oleoresin

Oleoresin – nhựa dầu là chiết xuất từ thực vật với dung môi thích hợp Một số dung môi

thường được dùng để chiết xuất nhựa dầu là: hydrocarbon, alcohol, ether, ketone và carbon dioxide [2] Nhựa dầu chứa các hợp chất dễ bay hơi và không bay hơi [27], có thể hòa tan trong dung môi đã chọn Oleoresin là chất đại diện cho hương vị của hạt tiêu đen [27], chiếm khoảng 3,9 – 11,5% khối lượng nguyên liệu của hạt tiêu [8] Oleoresin được sử dụng làm hương vị trong ngành chế biến thực phẩm như thịt hộp, nước sốt, công nghệ dược phẩm và mỹ phẩm, nước hoa… Oleoresin được ưa chuộng cho ngành công nghiệp thực phẩm vì đem lại hương vị, mùi thơm đặc trưng và có thời hạn sử dụng lâu Nghiên cứu của Shaikh và cộng sự (2006) cho thấy rằng 1 kg oleoresin có thể thay thế việc sử dụng 10 kg hạt tiêu [28] Ngày nay, oleoresin được bán trên thị trường dưới dạng gia vị chứa các thành phần tạo vị cay như piperine và hương thơm của tinh dầu tiêu [2], với tỷ lệ 40 : 20, nghĩa là sẽ có 40% piperine và 20% tinh dầu dễ bay hơi [14]

1.8 Tinh dầu hồ tiêu

1.8.1 Thành phần hóa học của tinh dầu

Tinh dầu tiêu là hỗn hợp số lượng lớn các hợp chất hóa học dễ bay hơi, có mùi đặc trưng của nguyên liệu Tinh dầu hồ tiêu có hơn 80 thành phần hợp chất khác nhau, gồm các

nhóm chất monoterpene, sesquiterpene và các dẫn xuất oxy hóa, có điểm sôi trong

kể đến, là hỗn hợp các glycoside của axit phenolic và glycoside flenta như quercetin, isoquercetin, isorhamnetin 3-β-D-rutinoside, kaempferol 3-arabinoside [2]

Một nghiên cứu khác của Mouin cùng cộng sự (năm 2007), thông qua phân tích GC – MS, thành phần của tinh dầu tiêu được thu từ phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

đã được phân tích [30] Kết quả được thể hiện ở Bảng 1.5

Bảng 1 5 Thành phần tinh dầu tiêu theo lý thuyết [30]

Một nghiên cứu của Jin Zhang cho thấy rằng tinh dầu hồ tiêu có khả năng kháng khuẩn

như Candida albicans, Bacillus subtilis, Enterococcus feacalis, Staphylococus aureus

….đem lại hiệu quả cao trong việc bảo quản thịt heo [34].Theo kết quả báo cáo, tinh dầu hạt tiêu được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nước hoa và dầu làm ấm cơ thể khi ông tiến hành phân tích thành phần hương thơm với hơn 250 chất bay hơi có trong tinh dầu tiêu [35]

Ứng dụng trong y học

Tinh dầu tiêu đen có tác dụng hỗ trợ điều trị giảm đau, thấp khớp, ớn lạnh, cảm cúm, đau nhức cơ bắp, tăng lưu lượng nước bọt và kích thích tiêu hóa [5] Nghiên cứu của Susan và cộng sự chỉ ra công dụng của tinh dầu tiêu trong việc tiếp cận tĩnh mạch đối với bệnh nhân có khả năng nhìn thấy tĩnh mạch kém Việc bôi tinh dầu đen trực tiếp là cách tăng cường khả năng phát hiện tĩnh mạch trước khi đặt ống thông tĩnh mạch vào cơ thể bệnh nhân, làm giảm sự khó chịu và cải thiện việc chăm sóc bệnh nhân [36]

1.9 Tình hình nghiên cứu hồ tiêu trên thế giới

Hồ tiêu là một nguyên liệu được ứng dụng rộng rãi và gần gũi với đời sống con người Ngày nay, các nước trên thế giới cũng như Việt Nam vẫn đang tiếp tục nghiên cứu về hồ tiêu

1.9.1 Các nghiên cứu về hồ tiêu trước năm 2000

Các nghiên cứu trước đây đã cho thấy tiềm năng ứng dụng oleoresin, piperine và tinh dầu trong hồ tiêu vào các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và y học Năm 1981, Mathai và cộng sự đã tiến hành khảo sát sự tích lũy oleoresin và các hợp chất khác trong tiêu đen theo quá trình sinh trưởng và phát triển hạt tiêu Nguyên liệu được chiết bằng dung môi aceton Sau đó, piperine thu được bằng phương pháp quang phổ UV-Vis tại bước sóng 345 nm Sự tổng hợp oleoresin, piperine, tinh dầu và tinh bột cho thấy có sự gia tăng theo quá trình chín của quả [27]

Nghiên cứu của Mouin và cộng sự (2007) thực hiện quá trình chiết xuất tinh dầu cỏ xạ hương và hạt tiêu đen bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Các thành phần hóa học trong tinh dầu được xác định bằng sắc ký khí khổi phổ GC – MS Kết quả cho thấy hiệu suất thu tinh dầu tiêu đen tăng dần theo thời gian, nhiệt độ và tỉ lệ nguyên liệu

[30]

Gorgani và cộng sự (2017) đã chứng minh piperine là hợp chất đem lại nhiều tác dụng chữa bệnh cho cơ thể vì khả năng hỗ trợ tăng sinh khả dụng của một số dược phẩm Từ đó, nghiên cứu của ông tiến hành quá trình chiết tách piperine trong hồ tiêu bằng các phương pháp chiết khác nhau như Sohxlet, chiết hồi lưu có hỗ trợ của sóng siêu âm hoặc chất lỏng ion [18] Ngoài ra, báo cáo cho thấy tổng quan về công nghệ hạt nano piperine làm chất mang thuốc có độ ổn định cao Các hạt nano có thể giải phóng piperine mục tiêu đến vị trí khối u và cho thấy hoạt động chống lại các tế bào ung thư khác nhau [18]

Piperine và piperic acid (được tổng hợp bằng quá trình thủy phân kiềm từ piperine) còn được chứng minh là có khả năng chống oxy hóa và kháng khuẩn cao với nồng độ ức chế tối thiểu (<325 µg/mL) tại các chủng vi sinh thử nghiệm Hai tác dụng kháng oxy hóa và kháng khuẩn trên được xác định bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR và

1.9.2 Tình hình nghiên cứu hồ tiêu hiện nay

Các nghiên cứu ngoài nước

Năm 2022, Minseok và cộng sự đã được công bố nghiên cứu với đề tài đánh giá hàm lượng piperine, thành phần tinh dầu và thành phần đa nguyên tố của các mẫu tiêu đen Kết quả cho thấy quá trình sấy khô cơ học ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu Khi tăng nhiệt độ sấy, hàm lượng hai nguyên tố As và Pb tăng và vượt quá giới hạn cho phép về an toàn tiêu dùng của con người [37]

Nghiên cứu về việc cải thiện giấc ngủ được tiến hành để khảo sát khả năng ức chế tác dụng gây gián đoạn giấc ngủ của caffein trên người và chuột Một nghiên cứu khác của Yoon (2022) đã chứng minh rằng piperine có thể được sử dụng như một tác nhân điều trị các vấn đề về giấc ngủ và các tình trạng kích thích liên quan đến hàm lượng caffein Việc sử dụng đồng thời caffein và piperine không dẫn đến các hoạt động kích thích gây hại cho sức khỏe con người [38]

Nghiên cứu khác của Haiyan Luo và đồng sự (03/2022) cho thấy sự kết hợp của hạt tiêu đen và hỗn hợp nhũ tương từ dầu hạt cải có tác dụng hiệp đồng tăng cường sinh khả dụng carotenoid của rau sống trong cơ thể người Việc ăn salad cùng với dầu hạt cải và tiêu đen cho thấy hàm lượng tổng số carotenoid, β-carotene và lycopene tăng cường mạnh mẽ so với việc ăn rau mà không có sự kết hợp của hai chất trên Sự tăng hàm lượng carotenoid ở nữ giới cao hơn nam giới [39]

Các nghiên cứu trong nước

Đề tài “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ hạt tiêu lép bằng phương pháp chưng cất ở

qui mô pilot” (Đỗ Đình Nhật, 2020) đã xây dựng được quy trình chưng cất tinh dầu tiêu

lép ở qui mô pilot (5 kg/mẻ) Tiêu lép là loại tiêu chỉ có phần vỏ bên ngoài và một ít nhân bên trong nên có giá trị thấp hơn nhiều so với loại tiêu chất lượng tốt Tuy nhiên, tinh dầu tập trung chủ yếu ở phần vỏ nên việc chiết xuất tinh dầu từ nguồn nguyên liệu này là phương án đầy hứa hẹn trong tương lai Sự thành công của nghiên cứu đã đóng góp những tư liệu mới về quá trình chiết xuất tinh dầu tiêu lép và nâng cao giá trị kinh tế của cây hồ tiêu [40]

Tinh dầu là hợp chất có chứa các thành phần kỵ nước và dễ bay hơi nên rất khó để thêm vào các sản phẩm thực phẩm Với mục đích sử dụng tinh dầu trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất phụ gia tự nhiên, dễ phân tán được trong môi trường thực phẩm, đề tài nghiên cứu được thực hiện bởi Lý Thị Minh Hiền năm 2021 đã xây dựng được công thức chế tạo nhũ tương nano tinh dầu hạt tiêu đen bằng hai phương pháp điểm đảo pha (Emulsion phase inversion – EPI) và nhiệt độ chuyển pha (Phase Inversion Temperature – PIT) Cả hai phương pháp trên đều tạo thành những hạt nano kích thước nhỏ Phương pháp EPI cho kết quả phân tán đồng nhất và ổn định hơn PIT [41]

Một nghiên cứu khác của Phan Thành Nhân (2022) với mục đích xác định chế độ sấy cụ thể của hạt tiêu trong quy trình sấy tầng sôi Đề tài đã xác định được vận tốc sấy tầng sôi tối thiểu của dòng khí và tổn thất áp suất qua lớp nguyên liệu Kết quả xác định được từ các thí nghiệm được so sánh với mô hình tính toán của Fedorov, Baeyens-Geldart và Leva được cho là khớp với dữ liệu thực nghiệm thu thập được từ các tài liệu Từ các kết quả trên, phương trình tuyến tính bậc nhất đã được thiết lập với độ tin cậy cao [42]

1.10 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của đề tài

Hiện nay, chất lượng và giá thành sản phẩm đều có ý nghĩa quan trọng đối với các ngành công nghiệp sản xuất vì ảnh hưởng đáng kể đến cung và cầu Sản phẩm có chất lượng tốt, giá thành rẻ sẽ đáp ứng được các nhu cầu của người tiêu dùng mà vẫn đem lại lợi

nhuận lớn cho các nhà sản xuất Trong nghiên cứu này, hàm lượng oleoresin, piperine và tinh dầu là 3 yếu tố quan trọng thể hiện chất lượng hạt tiêu và đem lại giá trị kinh tế cho thị trường sản xuất hồ tiêu Việt Nam cũng như trên thế giới Để lựa chọn loại tiêu có chất lượng tốt, phù hợp với mục đích và nhu cầu sử dụng, đề tài tiến hành khảo sát và đánh giá hàm lượng 3 yếu tố trên trong hạt tiêu ở khu vực tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu dựa

theo phân loại về giống, kích thước, độ chín và dung trọng (Bảng 1.6) Bên cạnh đó,

nhằm nâng cao hiệu suất chiết oleoresin, tiết kiệm thời gian và chi phí cho nhà sản xuất, quy trình chiết mẫu bằng hệ thống chiết tuần hoàn dung môi được thực hiện dựa trên điều kiện tối ưu của phương pháp đáp ứng bề mặt (Response Surface Methodology – RSM) Sau khi thu được oleoresin và kết tinh thô piperine, đề tài còn khảo sát quá trình tái kết tinh piperine nhằm thu được piperine có hiệu suất thu hồi và độ tinh khiết cao hơn Toàn bộ quy trình trong nghiên cứu này đều tiến hành thực hiện trên hai loại tiêu

đen và tiêu sọ (Hình 1.8)

Bảng 1 6 Các thông số cần khảo sát theo phân loại tiêu

Hình 1 8 Tóm tắt nội dung nghiên cứu

Tiêu đen và tiêu sọ

Chiết xuất theo phương pháp đun hồi

lưu Định lượng oleoresin và piperine

Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Định lượng tinh dầu

Xác định thành phần tinh dầu

Chiết tuần hoàn dung môi kết hợp RSM

Kết tinh thô piperine

Tái kết tinh piperine

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Hóa chất và thiết bị 2.2.1 Hóa chất

Ethanol 96% (v/v) (Chemsol, Viet nam ) được xem là dung môi chiết xuất oleoresin và kết tinh piperine Bên cạnh đó, piperine 98% (Sigma Chemical Co., USA) là dung dịch chuẩn cho phép đo UV-VIS và HPLC Acetic acid và acetonitrile (Merck, Germany) cũng được sử dụng làm dung môi rửa giải để phân tích HPLC Quy trình sử dụng dung dịch glycol propylene (USA) làm chất tải lạnh giúp quá trình kết tinh trong máy chiller diễn ra thuận lợi hơn

2.2.2 Thiết bị

Thiết bị dùng trong đề tài nghiên cứu được trình bày ở Bảng 2.1

Bảng 2 1 Các thiết bị chính dùng cho nghiên cứu

GENESYS™ 30 Visible

2.2 Phương pháp và nội dung nghiên cứu 2.2.1 Xử lý nguyên liệu

Hồ tiêu được thu hái tại khu vực tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu vào tháng 03 năm 2022 Sau khi thu hái, hồ tiêu được phơi nắng từ 4 đến 8 ngày trên tấm bạt cho đến khi chuyển thành màu đen và độ ẩm giảm xuống còn dưới 12% Sau đó, tiến hành sàng để loại tạp chất Hạt tiêu khô sau khi làm sạch được bảo quản kín để tránh hút ẩm trở lại Kết thúc quá trình này, hạt tiêu sạch được phân loại theo giống, kích thước, độ chín và địa điểm gieo trồng Khi tiến hành thí nghiệm, hạt tiêu được xay phải đạt kích thước tương đối đồng đều, nhỏ hơn hoặc bằng 1 mm (theo TCVN 8960:2011) [43]

2.3.2 Phương pháp đo độ ẩm

Độ ẩm được xác định bằng thiết bị Satorius MA35 Đầu tiên, mẫu được trải lên đĩa nhôm

lượng không đổi Kết quả độ ẩm W% được hiển thị trên màn hình khi quá trình sấy kết thúc Phép đo được thực hiện 3 lần và lấy kết quả trung bình Khối lượng nguyên liệu khô (g) được tính theo công thức:

Trong đó:

2.3.3 Quy trình chiết mẫu bằng phương pháp đun hồi lưu

Theo tiêu chuẩn TCVN 9683:2013, quy trình chiết xuất piperine từ hạt tiêu được tiến hành bằng phương pháp đun hồi lưu, bao gồm 4 bước chính: nghiền mẫu, trích ly, lọc

thu dịch chiết và làm bay hơi dung môi (Hình 2.1)

Định lượng oleoresin

Đầu tiên, 5 g mẫu được cân chính xác đến 0,0001 g rồi cho vào bình cầu cùng với ethanol 96% (v/v) theo tỷ lệ nguyên liệu: dung môi là 1:100 (g/mL) tại 78 ℃ Quá trình chiết

diễn ra trong 3h Hệ thống trích ly được thực hiện với bộ chiết hồi lưu (Hình 2.2) Dịch

thu được sau 3 lần chiết được đem đi lọc và tiến hành cô quay làm bay hơi dung môi, thu được nhựa dầu [44] Hàm lượng oleoresin được xác định bằng hiệu số khối lượng bình sau và trước khi cô quay

Hình 2 1 Quy trình chiết mẫu bằng ethanol

Hình 2 2 Hệ thống chiết đun hồi lưu

Hiệu suất chiết oleoresin (g oleoresin/g nguyên liệu khô) được tính theo công thức:

moleoresin : khối lượng oleoresin thu được sau quá trình chiết (g)

Định lượng piperine

Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) được thực hiện dựa theo TCVN

9683:2013 [44] Máy sắc kí HPLC với bộ lấy mẫu tự động kết hợp với đầu dò PDA (photodiode-array) được sử dụng để phân tích piperine Thông số cột sắc kí với chiều dài và đường kính trong của cột là 150 x 4.6 mm có kết hợp hệ thống bơm tạo và duy trì tốc độ dòng không đổi 1,0 mL/phút Pha tĩnh được nhồi vào cột là hạt silica với nhóm chức octadecyl có kích cỡ hạt tối đa là 5 μm [45]

+ Đường chuẩn piperine: Chất chuẩn là piperine có độ tinh khiết > 98% Dung dịch chuẩn piperine được chuẩn bị từ dung dịch gốc piperine 1 g/L trong dung môi ethanol 96% (v/v) có dải nồng độ trong khoảng 0,05 g/L đến 0,20 g/L Dung môi pha động là dung dịch chứa 52% thể tích acetic acid (99% v/v) với 48% thể tích acetonitrile Phép thử được lặp lại nếu các kết quả chênh lệch quá 5% Đường chuẩn nồng độ piperine

(Hình 2.3) được xác định theo diện tích peak [45]

Hình 2 3 Đường chuẩn diện tích peak theo hàm lượng piperine

Sau khi lọc, dịch chiết được cho vào bình định mức 100 ml rồi định mức đến vạch bằng ethanol 96% (v/v) Dung dịch được pha loãng 2,5 lần rồi được lọc bằng màng lọc 0,22 μm, sau đó bơm dung dịch mẫu thử vào máy sắc kí Tiến hành hai phép thử và lặp lại việc xác định nếu các kết quả chênh lệch quá 5% Hàm lượng piperine có trong mẫu được tính theo công thức:

y = 20887x - 20,635R² = 0,9992

g/L