Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu quá trình trích ly tinh dầu nụ đinh hương và khảo sát hoạt tính kháng Oxy hóa của tinh dầu

Do vậy, dựa vào những ưu khuyết điểm nhưvừa nêu trên, phương pháp trích ly bang dung môi CO; siêu tới hạn áp dụngtrong việc trích ly tính dầu nụ đỉnh hương vẫn được xem là thích hợp.. kh

DO THỊ BICH PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRÍCH LY TINH

DẦU NỤ ĐINH HƯƠNG VÀ KHẢO SÁT HOẠTTÍNH KHÁNG OXY HÓA CỦA TINH DẦU

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm va đô uốngMã số: 605402

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 01 năm 2013

i

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Ngô Thanh An

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Ngô Đại Nghiệp

wR ww Np TS Nguyễn Quang LongXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận van và Trưởng khoa quan lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI DONG TRƯỞNG

ii

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: Đỗ Thị Bích Phượng MSSV: 10110194Ngày, thang, năm sinh: 10/01/1986 Noi sinh: Déng

Nai

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm & Đồ uống Mã số: 605402I TEN DE TÀI: Nghiên cứu quá trình trích ly tinh dầu nụ đỉnh hương và khảosát hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu

Il NHIEM VU VÀ NOI DUNG1 Khao sát các yếu tô ảnh hưởng đến hiệu suất trích tinh dau.2 Tìm điều kiện tối ưu quy trình trích ly để hiệu suất thu hồi tinh dầu cao nhất.3 Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa và kháng khuẩn của tinh dầu

II NGAY GIAO NHIEM VU: 30/07/2012

IV NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 31/01/2013

V CÁN BO HUONG DAN: TS Ngô Thanh An

Tp HỖ Chi Minh, ngày tháng

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS Ngô Thanh An, người thay tận tụy đã hếtlòng hướng dẫn và chỉ bảo dé tôi có thé hoàn thành tốt luận văn nảy.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến mọi thành viên trong gia đình tôi, nhữngngười đã tạo điều kiện vật chất cũng như ủng hộ về mặt tinh thần cho tôi trongsuốt thời gian thực hiện luận văn

Trong những năm tháng học tập tại trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ ChíMinh, tôi đã được rất nhiều thầy cô hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức vôgiá, tôi xin gửi lời tri ân tới tập thé các thầy cô của trường Dai học Bách Khoathành phố Hồ Chi Minh, đặc biệt là các thay cô của bộ môn Công nghệ thựcphẩm

Sau cùng, tôi xin cảm ơn các anh, chị và các bạn trong ban quản lý phòng thí

nghiệm Quá trình và thiết bị đã giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn tốtnghiệp tại trường Dai học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 02

năm 2013

Đỗ Thị Bích Phượng

IV

Đinh hương là một nguyên liệu quan trọng trong sản xuất các loại hương dùng ởcác nước châu A [1] Tinh dầu đỉnh hương hiện nay là một sản phẩm khá phổbiến trên thị trường Nó có công dụng gây tê và kháng khuẩn, và đôi khi đượcdùng để khử mùi hôi của hơi thở hay để cải thiện tình trạng đau răng Hiện tại,trong lĩnh vực thực phẩm, tinh dầu đỉnh hương được phối chế cùng một số loạinguyên liệu khác tạo nên các loại gia vị truyền thống Qua tham khảo một số tàiliệu, bộ phận nụ chứa hàm lượng tính dầu nhiều nhất so với các bộ phận khác của

cây định hương Do đó trong phạm vi nghiên cứu này, nụ định hương được chọn

làm nguyên liệu để trích ly tinh dau Tinh dau sau khi thu hồi có thé được sửdụng làm hương liệu cho một số gia vị truyền thống hoặc được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực khác như y học, mỹ pham

Trong các phương pháp trích ly, trích ly bang dung môi CO; siêu tới hạn đượcxem là phương pháp hiện đại nhất hiện nay Phương pháp này có nhược điểm đólà có chi phí đầu tư lớn, áp suất hoạt động cao và công tác vận hành tương đốiphức tạp Tuy vậy, ưu điểm đặc biệt của phương pháp này là hiệu suất trích lycao, hoạt tính sinh hoc của các chất không bị phân hủy và đồng thời có thể dễdàng loại bỏ các dung môi trích ly Do vậy, dựa vào những ưu khuyết điểm nhưvừa nêu trên, phương pháp trích ly bang dung môi CO; siêu tới hạn áp dụngtrong việc trích ly tính dầu nụ đỉnh hương vẫn được xem là thích hợp

Ban dau, ảnh hưởng của đồng dung môi đến khối lượng tinh dầu thu được sẽđược tiến hành nghiên cứu Các thông số sẽ được có định ở nhiệt độ 40°C, ápsuất 250 bar, lưu lượng dòng CO; 15 g/phút, thời gian là: 3,0 giờ và các đồngdung môi được khảo sát như sau: không có đồng dung môi, ethanol 5%,methanol 5% và nước 5% Kết quả cho thấy lưu lượng dòng đồng dung môi

ethanol phù hợp là 5%.

Tiếp theo, ảnh hưởng của thời gian đến lượng tinh dầu thu được sẽ được khảosát Các thông số được cé định ở nhiệt độ 40°C, áp suất 250 bar, lưu lượng dòngCO, 15 g/phút, có bồ sung 5% ethanol làm đồng dung môi và khảo sát ở các thời

gian khác nhau là: 0,5giờ, 1,0 giờ, l,5giờ, 2,0 giờ, 2,5 giờ va 3,0 giờ Kết quả

Vv

khảo sát, không thể tìm được mô hình phù hợp cho các thí nghiệm trích ly tinhdau nụ đỉnh hương bằng phương pháp siêu tới hạn Các sản phẩm tinh dau thuđược sau trích ly được định tính băng phương pháp phân tích GC-MS, và đồngthời được khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa cũng như kháng khuẩn.

VỊ

countries Clove essential oil is a popular product In food processing, cloveessential oil is combined with other materials to make up traditional spices.According to some researchers, the bud part of clove is the section whichcontains the most amount essential oil of cloves Therefore, this researchobviously used cloves’ buds as the primary material to extract essential oil Theresearch extracted clove essential oil is potentially used to make flavor for sometraditional spices or applied in other industries such as medicine and cosmetics

In the extraction methods, SFE method is the most modern methods today.Disadvantage of this method is a large investment costs, high operating pressureand complex operating However, the particular advantage of this method is thehigh extraction yield, the biological activity of some substances are notdegradable and can easily remove the solvent extraction Therefore, this paperbased on SFE while introducing the most modern cloves essential oil extractiontechnique

In the first experiment, the effect of cosolvent on extraction yield of

essential oil was investigated Fixed parameters were as follow: 40°C of

temperature, 250 bar of pressure of, 15 g/min of CO; flow rate, 3 hours ofextraction time The changed parameters were as follow: non-cosolvent and 5%addition of ethanol, 5% addition of water The results showed that extractionyield of essential oil is investigated when the process increases 5% of ethanol.

The second, the effect of time on extraction yield of essential oil was

investigated Also, fixed parameters were as follow: 40°C of temperature, 250 bar

pressure, 15 g/min of CO, flow rate, 5% addition of ethanol The extraction timewas changed as follow: 0.5 hour, 1 hour, 2 hours, 2,5 hours and 3 hours.Consequently, the experiment constituted that the proper time for clove essentialoil extraction was 2,0 hours Then, the parameters of the extraction process wereoptimized by three different models to obtain the highest extraction yield of

Vil

methodology to explore the chemical component and evaluated its anti-oxidationcapacity and antibacterial capacity.

Vill

TOM TAT iccccccscesccscecesssscsccsceecsecsccscusssscsssussessassucsesassassssassussevassassucaessssasaesassussesssvassusatessaessseaeenss V

Clove is an important raw material in producing incense in most Asian countries Cloveessential oil is a popular product In food processing, clove essential oil is combined withother materials to make up traditional spices According to some researchers, the bud part ofclove is the section which contains the most amount essential oil of cloves Therefore, thisresearch obviously used cloves’buds as the primary material to extract essential oil Theresearch extracted clove essential oil is potentially used to make flavor for some traditionalSpices or applied in other industries such as medicine and cosmefIcs viiIn the extraction methods, SFE method is the most modern methods today Disadvantage ofthis method is a large investment costs, high operating pressure and complex operating.However, the particular advantage of this method 1s the high extraction yield, the biologicalactivity of some substances are not degradable and can easily remove the solvent extraction.Therefore, this paper based on SFE while introducing the most modern cloves essential oil©Xfracfion teCHMIQUe - - c1 nọ HH TH Ti hi gà vii/9/eng eo ix

¡902000157 xi

CHƯƠNG I: TONG QUAN - 22 22221 211211211221211211211211111111111111111.11 11.111 c1 pdk 11.1TỔng quan về đỉnh hƯƠng ¿ tk 11111 E111 11111111111 11 1T Tnhh 11.2Tổng quan VE eugennol -¿-¿- ¿tk k1 E111 E1 11111 111cc Tàn HE TỰ H1 TT Tàn ru 3

1.3 Tong quan về các phương pháp trích ly tinh dầu đỉnh hương - ¿c5 St se xxx cvei 4

CHƯƠNG 2: NGUYEN LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ¿5c cccccccvccsve2 21

2.1 20-8: 0a 21

2.3 Phương pháp nghiên CỨU - c0 111001111101 1110101 111111181111 v1 KH KH KH ngu 24

2.4 000/210) -09)(90090 282.5 Các Phương pháp phân tÍch 0S S SH ng kh 33

IX

3.3 TỐi ưu hóa các điều kiện của quá trình trích ly tinh DAU ¿- 5652 sEsEsserssea 373.5 Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dẪẦU ¿- tk E RE gr ru 46CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - 5£ 5c SE ‡EEEEÉESEEEEEEEkEEEEKEE HT HE tk tk 51

ALL Kt UA ececccccccccccscscsscssecscscessscsnsssvssescscscsvesescevsnsssssesenscsvsssenessssesessevscssessetenesessenenesaes 514.2 Đề xuất và kiến Nghi cee cesececceccscsescscecscscscsescssscecssscscscavscecevanscsvsescssesesssscecscavacacacanes 51TÀI LIEU THAM KHẢO - 6-5 S113 SE 2 1111111111111 111111111101 T11 1111111111 11111111 13L 52

[3] S K Ling, A Abdull Rashih, M Salbiah, A B Siti Asha, M P Mazura, M G H Khoo, S.Vimala, B K Ong, M Mastura, M A Nor Azah Extraction and Simultaneous Detection of

1:Tính cấp thiết

Trong những năm gân đây, việc tách chiết các chất có hoạt tính sinh họccó nguồn sốc từ thực vật đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu Cụ

thể như nghiên cứu tách chiết lycopen trong một số loại thực vật như cà chua, bột

gac [2]; nghiên cứu chiết tách thành phan flavonoid có trong lá cây yên bach [3]hoặc nghiên cứu điều kiện tách chiết Asiaticosid từ cây rau má [4] v.v rongcác loại hợp chất được nghiên cứu đó, eugenol được xem là chất có hoạt tính sinhhọc rất cao Eugenol chính là hợp chất phenylpropene thuộc nhómphenylpropanoid [9] Chúng có khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa và đượcsử dụng nhiều trong nước hoa, hương liệu, tinh dầu và y học Ngoài ra, eugenolcòn được sử dụng dé làm giảm các vi khuẩn độc hại có trong thực phẩm Eugenolhiện diện trong một số thực vật như sả, hương nhu, định hương v.v Riêngtrong đỉnh hương, eugenol chính là hợp chất tạo mùi cho loại thực vật này.Eugenol là thành phan chính trong tinh dau trích ly từ đỉnh hương, chiếm khoảng72-90% Tinh dầu định hương có trong tat cả các bộ phận của cây nhưng trongnụ hoa hàm lượng tinh dầu chiếm tỷ lệ cao nhất Hiện nay đã có nhiều doanh nghiệptrong nước tiễn hành nhập khẩu nụ đinh hương để sử dụng các lĩnh vực như sản xuấtthuốc lá, chế biễn gia vị thực phẩm, hoặc sử dụng trong lĩnh vực mỹ phẩm Ví dụ nhưcông ty CPCBKD NSTP Nosafood, Công Ty TNHH Thương Mại Phát Triển Và DịchVụ 3T Việt Nam, công ty sản xuất tinh dầu và hương liệu Vạn Tiến Mục đích cuốicùng của các sản phẩm này đều hướng đến việc ứng dụng lợi ích tích cực từ côngdụng của tinh dau có chứa eugenol Xuất phát từ chính nhu cau này, việc nghiêncứu trích ly tỉnh dầu có chứa eugenol đã được đặt ra

Hiện nay có nhiều phương pháp trích ly tinh dầu như phương pháp lôi cuốnhơi nước, phương pháp ngâm chiết, phương pháp soxhlet, phương pháp trích lybăng sóng siêu âm, hỗ trợ vi sóng, trích ly liên tục bằng dung môi, phương phápCO, siêu tới hạn Mỗi phương pháp déu có các ưu và khuyết điểm riêng, tùythuộc vào các điều kiện kinh tế và kỹ thuật mà người ta có thé cân nhắc dé lựa

chọn cho phù hợp.

XI

+ Sự ly trích tự động, liên tục.

-¡ Nhược điểm+ Không trích ly được lượng lớn mẫu nên chỉ thích hợp cho các nghiên

cứu trong phòng thí nghiệm.

+ Trong suốt quá trình trích ly, mẫu luôn có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi củadung môi nên những hợp chất kém bên nhiệt có thể bị phân giải

* Phương pháp ngâm dầm'¡ Ưu đếm

+

+ Nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với dung môi nên dé dàng cho việc khảosát ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất trích ly

+ Thiết bị đơn giản, dễ sử dụng

+ Thích hợp cho cả trích ly thu nghiệm va ở quy mô lớn.

-¡ Nhược điểm+ Thời gian dài có thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuân

lv* Phương pháp trích ly liên tục bang dung môi'¡ Ưu đếm

+ Nông độ chat cần trích cao

+ Ti lệ sử dụng dung môi và nguyén liệu giảm.

-¡ Nhược điểm+ Hệ số sử dụng thiết bị thấp (45%), có thể dễ cháy nỗ hơn khi dung môitiếp xúc với không khí trong thiết bị

+ Hệ thống tuần hoàn dung môi phức tạp, phải dùng bơm nhiều

lv* Phương pháp trích ly có hỗ tro bang vi sóng|) Ưu đếm

+ Ưu điểm chính của trích ly hỗ trợ vi sóng là có thé trích ly đồng thờinhiều mẫu và nhanh hơn trích ly soxhlet

+ Các chất sau trích ly ít thay đổi tính chat

XI

nhanh chóng gây nên mối nguy tiềm tàng.

s* Phương pháp trích ly sử dụng sóng siêu âm

|) Ưu đếm+ Thiết bị đơn giản, dễ thực hiện.+ Thời gian trích ly ngắn

"| Nhược điểm+ Chủ yếu dùng với những trích ly thử nghiệm ở quy mô nhỏ

* Phương pháp trích ly bang CO, siêu tới hạn

CO; siêu tới hạn được su dụng trong hơn 90% quá trình trích ly Vì nó có các ưu

+ Độ chọn lọc cao do có thé điều khiến các thông số vận hành

+ Không độc, không màu, không mùi, không có phản ứng quang hóa.

+ Thân thiện với môi trường: CO, có mọi nơi trong tự nhiên, trong nước uống vàsự trao đổi chất của con người

+ Vô trùng và ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật nên có thể bảo quản.+ Các điều kiện nhiệt độ và áp suất có tác động mạnh đến khả năng hòa tan nêncó thé điều khiến dễ dàng

+ Dễ dang thu hồi dung môi: 95% CO; được thu hôi.Từ những phân tích ưu khuyết điểm trên, phương pháp CO; siêu tới hạn đượcchọn làm phương pháp dé trích ly tinh dầu nụ đỉnh hương

2 Mục tiêu đề tàiMục tiêu của dé tài này là nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tổ nhiệt độ, ápsuất, và lưu lượng dòng CO, đến quá trình trích ly bằng phương pháp siêu tới

Xiil

dé tài cũng hướng đến việc khảo sát một số ứng dụng của tinh dâu đỉnh hươngthông qua đánh giá khả năng kháng khuẩn và kháng oxy hóa của chúng.

3.Y nghia khoa hoc va tính thực tiễn của đề tàiNghiên cứu được qui luật ảnh hưởng của các yêu tô đến quá trình trích ly tinhdâu băng phương pháp CO; siêu tới hạn Từ kết quả này có thé được ứng dụngtrong qui mô sản xuất công nghiệp nhăm góp phân về mặt kinh tế như thời giantrích ly được rút ngắn, thu hôi được dung môi, hiệu suất thu hôi tinh dau cao.Ngoài ra khang định được tinh chat kháng oxy và kháng khuẩn của đỉnh hương.Dựa vào tinh chất này của đinh hương, đây sẽ là nên tang cho các nghiên cứu tiếptheo nhăm ứng dụng vào trong các sản phẩm thực phẩm, y học và mỹ phẩm.4 Phương pháp nghiên cứu và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu

> Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp trích ly CO, siêu tới han.- Phương pháp GC-MS.

- Phương pháp khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa DPPH.

> Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu:- Thiết bị trích ly siêu tới hạn Thar SFC

= Máy cô quay chân không.

- Thiết bị say hồng ngoại

5 Nội dung của nghiên cứu:

e Khảo sát ảnh hưởng của đồng dung môi đến hiệu suất trích ly tinh dau:trích ly có đông dung môi ethanol, methanol, nước, trích ly không dùngđông dung môi

e Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình trích ly tinh dau băng

dung môi CO); siêu tới hạn.

XIV

Xác định thành phân tinh dâu.Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa và kháng khuẩn của tinh dâu.

XV

CHUONG I: TONG QUAN

1.1T6ng quan về đỉnh hương1.1.1 Nguồn gốc, phân loạiDinh hương (danh pháp khoa học: Syzygium aromaticum, từ đồng nghĩa: Eugenia

aromaticum, Eugenia caryophyllata) là một loài thực vật trong họ đào kim nương

(Myrtaceae) có các chéi hoa khi phơi khô có mùi thơm Nó có nguồn gốc ở Indonesiavà được sử dụng như một loại gia vi gần như trong mọi nên văn hóa 4m thực Nó có têngọi là đỉnh hương là do hình dáng của chéi hoa trông khá giống với những cái đỉnh nhỏ.Dinh hương được trồng chủ yếu ở Indonesia và Madagascar, nó cũng được trồng tạiZanzibar, An Độ, Sri Lanka Dinh hương là cây thường xanh có thể cao tới 10-20 m, cócác lá hình bầu dục lớn và các hoa màu đỏ thẫm mọc thành cụm ở đầu cành Các chéihoa ban đầu có màu nhạt và dần dân trở thành màu lục, sau đó chúng phát triển thànhmàu đỏ Các hoa được thu hoạch khi chúng dài khoảng 1,5-2 cm, bao gồm đài hoa dai,căng ra thành bốn lá dai hoa và bốn cánh hoa không nở tạo thành viên tròn nhỏ ở trung

tam [1].Phan loai tén khoa hoc cua dinh huong nhu sau:Gidi (regnum): PlantaeBộ (ordo): MyrtalesHo (familia): MyrtaceaeChi (genus): SyzygiumLoai (species): S aromaticum1.1.2 Sinh thai

Người ta trồng định hương băng hạt hoặc giâm cành Các hạt được gieo trực tiếp trênnhững luống đất đỏ hay đất thịt nhiều min Các hat nay mam sau 10 hay 15 ngày, và

người ta đem đặt vào các túi nhựa chứa đất trộn vớiphân bò, rồi dé vào nơi mát mẻ dé chăm sóc Khoảng18 hay 24 tháng sau, cây con được đem trồng vàocác hố đào sẵn xen giữa vườn cây, đặc biệt giữa cácvườn dừa, tiêu, cà phê, ca cao hay đào lộn hột Đấttrộn phân bò với các mùn cây rất được cây non ưachuộng Cây đỉnh hương sẽ cho hoa lần đầu vàokhoảng năm thứ sáu đến thứ chín, nhưng phải đếnnăm thứ 20 mới cho trái làm giỗng sau mùa trổ bôngkéo dài từ năm đến sáu tháng Các cây mạnh khỏe tiếp tục cho nụ tươi tốt cho đến trêntuổi 60, thậm chí trên cả trăm tuổi, tạo nên nguôn lợi rất lớn và bền vững cho nhiều nhà

nông giữa vùng nhiệt đới [1].

1.1.3 Phân bốCây đỉnh hương có nguồn gốc ở đảo Moluccas (Indonesia) và được sản xuất chủ yếu ởTanzania, Malaysia, Indonesia, các quan dao Zanziba, Pemba (Tandania), Madagasca

Nước ta di thực chưa thành công và còn phải nhập [6].1.1.4 Bộ phận dùng

Bộ phận thường được dùng là nụ hoa Nụ được thu hái khi

bắt đầu có màu hồng đỏ, được ngắt bỏ cuống (đôi khicuống cũng được dùng), sau đó được đem phơi hoặc sấynhẹ cho khô Nếu hái muộn lúc hoa đã nở, cánh hoa rụng

đi hoặc quả non hình thành thì chất lượng dược liệu sẽ

giảm nhiều Chất lượng tinh dầu tốt nhất ở nụ hoa, rỗi đếncuống hoa và lá Quả đinh hương chứa ít tinh dau, hàmlượng Eugenol lại thấp nên không được sử dụng [1]

1.1.5 Thành phan hóa học đinh hươngNụ hoa chứa 10-12% nước, 5-6% chất khoáng, nhiều glucid, 6-10% lipid, tanin Hoạtchat là tinh dau 15-20% mà thành phan chính là eugenol (80-85%) acelylengenol (2-3%), các hợp chat carbon Nếu cat cả cuống thi ham lượng tinh dau là 5-6% Lá chỉ có4-5% tinh dầu có engenol nhưng không chứa acetyleugenol [4].

1.2T6ng quan về eugenol1.2.1 Câu trúc, tính chất lý hóa của Eugenol

vx Lý tính

- Không màu hoặc vàng nhạt, long trong suốt, tham màu do tiếp xúc với không

khí Nó có mùi mạnh của cây định hương.

- Độ hòa tan: Thực tế không tan trong nước, tan trong ethanol 70% (v/v), thực tếkhông hòa tan trong glycerol, trộn lẫn được với ethanol 96%, với axit aceticbăng, với methylen clorua và với các loại dầu béo

- Khối lượng phân tử: 164.20 g/mol [9].- Tý trọng: 1.06 g/cm? [9]

- Nhiệt độ nóng chảy: -9°C [9]

- Nhiệt độ sôi: 256°C [9].

- Nhiệt độ bốc cháy: 104°C [9].- Chỉ số khúc xạ: 1.540-1.542 [9].Y Hoá tính

- Eugenol là một hợp chất chứa nhân thom, có nhóm chức phenol va ether.- Tham gia phản ứng đặc trưng của một phenol: với FeCl;, với NaOH tạo muối

phenolat.- Tham gia phản ứng đặc trưng của một ether.- Tham gia phản ứng cộng.

1.2.2 Nguồn nguyên liệu giàu eugenolBảng 1.2 - Hàm lượng eugenol trong một số nguyên liệu

STT Tén nguyên liệu Hàm lượng (%)l Hương nhu 60-752 Nụ định hương 78-95

1.3 Tổng quan về các phương pháp trích ly tinh dâu đỉnh hương1.3.1 Phương pháp trích ly bằng soxhlet

1.3.1.1 Nguyên tắc trích lyMẫu được gói trong giấy lọc, đặt vào vật chứa xốp và được trích ly liên tục bằng dung

+ Chỉ sử dụng lượng dung môi ít mà vẫn có thể trích ly kiệt được hoạt chất.

+ Sự ly trích tự động, liên tục.

"| Nhược điểm+ Không trích ly được lượng lớn mẫu nên chỉ thích hợp cho các nghiên cứu trong phòng

thí nghiệm.

+ Trong suốt quá trình trích ly, mẫu luôn có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi của dung môinên những hợp chất kém bên nhiệt có thể bị phân giải

1.3.2 Phương pháp ngâm dầm1.3.2.1 Nguyên tắc trích lyPhương pháp ngâm dầm được thực hiện ở nhiệt độ phòng bằng cách trộn hỗn hợp

nguyên liệu với dung mồi phù hợp (tỉ lệ nguyên liệu: dung moi là 1:5 hoặc 1:10), cho

vào bình chứa, đóng nắp lại, để hỗn hợp trong vài ngày, thỉnh thoảng lắc hoặc khuấytrộn Quá trình được lặp lại một hoặc hai lần băng cách thay dung môi mới, dịch tríchđược cho vào lọ riêng bảo quản Ba sau cùng của quá trình trình ly được lay ra bangmáy ép cơ học hoặc máy ly tâm Động lực của phương pháp trích ly ngâm dầm là sựchênh lệch nồng độ bên trong nguyên liệu và môi trường dung môi và bởi quá trìnhkhuấy, lắc liên tục

1.3.2.2 Ưu nhược điểm'¡ Ưu đếm

+ Nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với dung môi nên dễ dàng cho việc khảo sát ảnh hưởngcủa nhiệt độ lên hiệu suất trích ly

+ Thiết bị đơn giản, dễ sử dụng

+ Thích hợp cho cả trích ly thử nghiệm và ở quy mô lớn.

"| Nhược điểm+ Thời gian dài có thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuân.1.3.3 Phương pháp trích ly liên tục bằng dung môi1.3.3.1 Nguyên tắc trích ly

Dòng nguyên liệu được vận chuyền trong một ông dẫn ngược chiêu với dòng dung môihoặc có thể dội nhiều đợt dung môi hoặc dịch trích loấng lên nguyên liệu.

1.3.3.2 Ưu nhược điểm|) Ưu đếm

+ Nông độ chat cần trích cao

+ Ti lệ sử dung dung môi và nguyên liệu giảm.

"| Nhược điểm+ Hệ số sử dụng thiết bị thấp (45%), có thé dễ cháy nỗ hơn khi dung môi tiếp xúc vớikhông khí trong thiết bị

+ Hệ thống tuân hoàn dung môi phức tạp, phải dùng bơm nhiều.1.3.4 Phương pháp trích ly có sự hỗ trợ của vi sóng

Vi sóng là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng Sóng điện từ này được đặc

trưng bởi:

+ Tan số f, tinh bằng Hz (Hz = cycles/s), là chu ky của trường điện từ trong một giây,năm giữa 300 MHz và 30 GHz

+ Vận tốc c là 300.000 km/giây.+ Độ dai sóng | (cm) là đoạn đường đi của vi sóng trong một chu kỳ, liên hệ với tần số

theo công thức | = c/f.

1.3.4.1 Nguyên tắc trích lyDưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trongtăng đột ngột làm các mô bị vỡ ra Các chất thoát ra bên ngoài và được lôi cuốn theo hơinước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất hơi nước) hoặc hòa tan vào dungmôi hữu co đang bao phủ bên ngoài nguyên liệu (phương pháp tam trích)

1.3.4.2 Ưu nhược điểm1 Ưu dém

+ Ưu điểm chính của trích ly hỗ trợ vi sóng là có thé trích ly đồng thời nhiều mẫu va

nhanh hơn trích ly soxhlet.

+ Các chất sau trích ly ít thay đối tính chat."| Nhược điểm

+ Trích ly bang vi sóng thường dùng các dung môi dễ cháy nổ, nên khi trích ly nhữngchất có liên kết mạnh mẽ với bức xa, làm tăng nhiệt độ nhanh chóng gây nên mối nguytiềm tàng

1.3.5 Phương pháp sứ dụng sóng siêu âm

1.3.5.1 Cơ chế sóng siêu âm hé trợ quá trình trích lySóng siêu âm hỗ trợ tốt cho quá trình trích ly có thể được giải thích dựa trên các hiệuứng khi sóng siêu âm truyền qua một hệ chất lỏng, đó là hiện tượng sủi bong bóng và

hiện tượng vỡ bong bóng Chúng gây ra các hiệu ứng vật lý và hóa học có tác động tích

cực đến hiệu quả của quá trình trích ly Nhìn chung, cơ chế của sóng siêu âm giúp làmtăng khả năng trích ly so với quy trình trích ly truyền thống là dựa trên những nguyên

nhân sau:

+ Sóng siêu âm tạo ra một áp lực lớn xuyên qua dung môi và tác động đến tế bào vậtliệu: làm bẻ gay thành tế bào hoặc tạo các rãnh nứt hoặc các lỗ hồng ở bé mặt tế bàogiúp quá trình phóng thích các cấu tử chất tan vào môi trường trích ly được dễ dàng và

nhanh chóng [8].

+ Tăng khả năng truyền khối tới bề mặt phan cách, gia tăng tốc độ khuếch tán nội phântử và ngoại phân tử đồng thời giúp dịch chuyển các chất can trích ly ra ngoài môi

trường trích ly [8].

1.3.5.2 Ưu nhược điềm_¡ Ưu đềm

+ Thiết bị đơn giản, dễ thực hiện.+ Thời gian trích ly ngắn

"| Nhược điểm+ Chủ yếu dùng với những trích ly thử nghiệm ở quy mô nhỏ.1.3.6 Phương pháp trích ly bằng dung môi siêu tới hạn1.3.6.1 Chất lỏng siêu tới hạn

(| Định nghĩa

Đối với mỗi chat thông thường dưới một điều kiện nhất định chúng sẽ tồn tại ở mộttrong 3 trạng thái răn, lỏng và khí Nếu nén chất khí tới một áp suất đủ cao, chất khí sẽhóa long Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà ở đó, nếu nâng dan nhiệt độ lên thì chatlỏng cũng không thể trở về trạng thái khí, mà rơi vào một vùng trạng thái đặc biệt gọi là

trạng thái siêu tới han [11].

Vật chất ở trạng thái này mang nhiều đặc tính của cả chất khí và chất lỏng, nghĩa là

dung môi đó mang tính trung gian giữa khí và lỏng.

„x< + Điêm tới han

Hình 1.2 - Biểu đồ mô tả vùng tới hạn re

Hình 1.2 cho biết khi nào hop chat ở trang thái ran, lỏng hoặc khí Điểm ba là nơi ba

trạng thái giao nhau Các đường cong là nơi hai trạng thái cùng hiện diện Quan sát dọc

theo “đường cong khí - lỏng”, hướng lên cao, sẽ gặp một điểm, nơi đó nồng độ của khívà lỏng băng nhau, điểm này được gọi là điểm siêu tới hạn Vật chất có nhiệt độ và áp

suất cao hơn điểm tới hạn gọi là chất lỏng siêu tới hạn Gia tri ap suất và nhiệt độ tại

điểm tới han được gọi lần lượt là: áp suất tới hạn P và nhiệt độ tới hạn Tc, hai giá trinày đặc trưng của từng loại hợp chất Ở nhiệt độ và áp suất tới hạn, vật chất lỏng và hơikhông thể phân biệt được Một vài hợp chất thích hợp có thể sử dụng trong phương

pháp trích ly siêu tới hạn được trình bày trong bang 1.3.

Bảng 1.3 - Một số dung môi có thể sử dụng cho phương pháp chiết siêu tới hạn

Dung môi Nhiệt độ tới hạn (°C) Ap suất tới han (bar)

Nước 374 218EtOH 241 61MeOH 240 80Aceton 235 46NH; 132 115Propan 97 42

Clorodifloromethan 96 50

Propen 92 45Ethan 32 48CO, 31 73Xenon 17 59Ethylen 09 50

Methan -83 45

Theo bảng 1.3, các chat lỏng có thé phân loại theo nhiệt độ tới han Các khí như COs,methan, ethan, propan, ethylen, propylen được xếp vào dung môi có nhiệt độ tới hạn

thấp, trong khi aceton, methanol và nước là dung môi có nhiệt độ tới hạn cao Có sự

khác biệt quan trọng về việc chọn lọc các dung môi là ở nhiệt độ tới hạn cao hay thấp.Các dung môi có nhiệt độ tới hạn cao như nước, n-hexane khi sử dụng phải tiễn hành ở

500 — 700K, chỉ áp dung được cho các nguyên liệu có phân tử lượng cao, tuy nhiên ở

nhiệt độ đó các chất dễ bị phân huỷ Do đó dựa trên nhiệt độ và áp suất ta có thể chọnlọc để trích ly các thành phần của thực vật như tinh dau, alkaloid, lipid, oleoresin,carotenoid Một lợi thế chính của dung môi có nhiệt độ tới hạn thấp nữa là chúng có thể

dê dàng tách ra sản phầm cuôi cùng.

10

7 Tinh chat vật lý của chất long siêu tới hạnTính chất vật lý của chất lỏng siêu tới hạn so với trạng thái khí và lỏng được trình bày

trong bang 1 4.

Bảng 1.4 - So sánh các đặc tính của chat ở 3 trạng thái lỏng, khí va siêu tới hạn

Trạng thái Khí (0°C, latm) Siêu tớihạn Lông

Ty trọng (g/cm’) 10° 0.2-0.5 0.6-2Hệ số khuếch tán (cm/s) 101 107-107 107Độ nhớt (g/cm/s) 107 107 107Theo bảng 1.4, khối lượng riêng của chất ở trạng thái siêu tới hạn thấp hơn so với khi nóở trạng thái lỏng, tuy nhiên, hệ số khuyếch tán cao hơn Độ dẫn nhiệt của nó tương đốilớn và hệ số dẫn nhiệt có giá trị rất lớn khi nó ở gần điểm tới hạn, vì theo nguyên tac,

nhiệt dung của chất lỏng có xu hướng tiễn tới vô cùng tại điểm tới hạn Sức căng bề mặt

rất nhỏ khi chất nằm trong vùng tới hạn Nhìn chung, tính chất vật lý của chất trongvùng tới hạn là nâng cao khả năng truyền nhiệt và truyền khối Khả năng hòa tan củacau tử trong dung môi được xác định theo công thức sau:

C = pk exp (= + b)T

Với C: nồng độ cau tử

T: nhiệt độ

p: tỷ trọng của lưu chấta, b, k: hằng số thực nghiệmCông thức trên cho thấy khả năng hòa tan của chất lỏng siêu tới hạn có mỗi quan hệchặt chẽ với ty trong của nó và nhờ yếu tô này chat lỏng siêu tới hạn được xem là loạichất lỏng hoàn hảo thích hợp để sử dụng trong kỹ thuật trích ly các hợp chất thiênnhiên Mặt khác từ công thức ta cũng thấy rằng khi nhiệt độ là hăng số thì tăng tỷ trọng

của dung moi sẽ làm tăng độ hoa tan cua cau tử Khi áp suât là hăng sô và áp suat gan

II

băng áp suất tới hạn thì tăng nhiệt độ làm giảm độ hòa tan (p giảm), nhưng khi áp suấtlớn hơn áp suất tới hạn nhiều thì tăng nhiệt độ làm tăng độ hòa tan của cau tử cần trích.Yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan của cau tử cần trích ly là áp suất hơi của chat tan và

tương tác giữa các phân tử.

1.3.6.2 Ưu nhược điểm|) Ưu đếm

So với các kỹ thuật cổ điển như trích ly lỏng — ran với dung môi hoặc trích ly bang lôicuốn hơi nước thì phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn như:

+ Sử dụng ít dung môi.

+ It làm hư hại chất cần trích ly

+ Thân thiện với môi trường.

+ Tốc độ truyền khối cao, dịch ra nhanh, thời gian trích ly ngăn.+ Khả năng trích ly cao, ít xảy ra phản ứng phụ, do đó sản phẩm có độ tinh sạch cao, íttạp chất

+ Điều khiến hoàn toàn tự động."| Nhược điểm

+ Chỉ phí đầu tư thiết bị cao.+ Áp suất hoạt động cao.1.4 Trích ly băng CO; siêu tới hạn1.4.1 Tổng quan về CO; siêu tới hạna Tính chất của CO; siêu tới hạnCO, được xếp vào nhóm dung môi có nhiệt độ và áp suất tới hạn thấp CO> siêu tới hạn

là dung môi không phân cực, có tính axit.

Ty trọng cua CO, siêu tới hạn phụ thuộc vào nhiệt độ va áp suất, do đó có thể điềuchỉnh tỷ trọng trong vùng siêu tới hạn bằng cách hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất Trongmọi trường hợp sự gia tăng nhiệt độ dẫn đến sự giảm tỷ trọng Ty trọng CO; siêu tới hanbiến đổi nhanh ở vùng nhiệt độ và áp suất gần điểm tới hạn [12]

12

hiện ở hình 14.

13

Figure 7: Viscosity isotherm for SCF CO, (the dash line represents a Muid

@enalty of T76 kg.mTM) (Source: Johnsen et al, 1987)

Hình 1.4 - Độ nhớt CO; siêu tới hạn phụ thuộc nhiệt độ và áp suất [12]b Ưu nhược điểm của CO, siêu tới hạn

CO; siêu tới hạn được sử dụng trong hơn 90% quá trình trích ly Vì nó có các ưu điểm

+ Độ chọn lọc cao do có thé điều khiến các thông số vận hành

+ Không độc, không màu, không mùi, không có phản ứng quang hóa.

+ Thân thiện với môi trường: CO, có mọi nơi trong tự nhiên, trong nước uống Và Sự traođối chất của con người

+ Vô trùng và ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật nên có thể bảo quản.+ Các điều kiện nhiệt độ và áp suất có tác động mạnh đến khả năng hòa tan nên có théđiều khiến dễ dàng

14

+ Dễ dàng thu hồi: 95% CO, được thu hồi.Tuy nhiên, CO; siêu tới hạn có nhược điểm là tính không phân cực.

1.4.2 Các yếu tô ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly tinh dầua Ảnh hưởng của nhiệt độ

Theo Mandana Bimakr và cộng sự [12] trích ly tinh dầu bạc hà dùng CO; siêu tới hạnđã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích ly ở áp suất 100, 200 và 300 bar

Kết quả thể hiện ở hình 1.9 cho thấy tăng nhiệt độ làm tăng hiệu suất trích ly

@ Pressure 100(bar) @ Pressure 200(bar) A Pressure 300(bar)y=0.5325x+ 14.065 y= 0.526x+ 24.77 y= 0.920% + 18.808

15

-_

_<a

Luu lượng dòng CO, (kg/h)

Hình 1.7 - Ảnh hưởng của lưu lượng dòng đến trích ly tinh dau hồiTheo Andri C Kumoro và cộng sự [14], trích ly tinh dầu tiêu ở điều kiện nhiệt độ khácnhau: 303, 313 và 323K, tương ứng với áp suất 15 Mpa Kết quả trong hình 1.12 chothay khi tăng lượng CO, hiệu suất trích ly tăng

17

—#—313K) 3 alee 323 K)

19

dp < 600 pm [16].

20

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu2.1.1 Nụ định hương

Nụ đỉnh hương có nguồn gốc An Độ, nhập từ công ty dược Hùng Vuong, nguyên liệumua về được say đến độ âm dat 13%, sau đó dem xay Kích thước hạt nguyên liệu sau

khi xay từ 500 - Imm.Nguyên liệu được bảo quản trong túi bạc có hàn kín miệng ở nhiệt độ phòng.

2.1.2 Các hóa chấtBảng 2.1 - Các loại hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

STT Hóa chất Nguồn gốc Độ tinh khiết Mục dich sử

(%) dụng

1 Ethanol Céng ty 99.9 Dùng làm đồng

Probalo dung mồi

2 Methanol Công ty 99.9 Dùng làm đồng

Probalo dung mồi

3 CO» Việt Nam Dung môi

21

2.2 Thiết bị

2.2.1 Máy trích ly siêu tới hạn

Hình 2.1 - Thiết bị trích ly siêu tới han Thar SFC.* Hãng sản xuất: Thar — Mỹ

Hệ thong trích ly siêu tới hạn tự động sử dụng cho nghiên cứu cũng như sản xuất

dưới dang Pilot.

* Áp suất làm việc: 50 đến dưới 350 bar

22

s* Phạm vi nhiệt độ: nhiệt độ môi trường đến dưới 70°C.% Tốc độ dòng CO: dưới 25g/phút.

s* Loại dung môi: CO, và các dung môi hữu co.

4 So đồ qui trình máy trích ly siêu tới hạn Thar- SFE

Bình chứa dung môi Bộ phận giảm áp

Bình chiết

_l>kaa Van tay

điều khiến ta có thé chỉnh được lưu lượng dòng CO; đi vào, lưu lượng dòng đồng dungmôi, áp suất và nhiệt độ tiến hành thí nghiệm.

- Khi đạt nhiệt độ và áp suất mong muốn, CO, ở trạng thai CO; siêu tới hạn và được sudụng để làm dung môi trích ly, sau đó đi ra khỏi bình để đi đến bộ phận giảm áp

- Dòng siêu tới hạn được giảm áp dé trở về trang thái khí đến bình chứa sản phẩm Ởđây các chất do dòng siêu tới hạn mang đến được giữ lại trong bình sản phẩm còn dòngkhí thì được tuần hoàn lại

2.2.2 Máy cô quay chân không

Máy cô quay chân không dùng dé cô đặc mẫu sau khi trích ly

"miHình 2.3 - Máy cô quay chân không

Nguyên lý hoạt động: Khi áp suất giảm, điểm sôi của dung dịch cũng giảm theo, ít ảnhhưởng đến hoạt tính sinh học của mẫu Dung dịch sẽ sôi ở nhiệt độ thấp làm bay hơidung môi, mẫu được giữ lại trong bình cô quay

2.3 Phương pháp nghiên cứu2.3.1 Cơ sở của phương pháp nghiên cứu

Dựa vào một số nghiên cứu về quá trình trích ly tinh dầu từ một số nguyên liệu khácbang dung môi CO; siêu tới hạn, tính chat dung môi CO, siêu tới hạn và điều kiện củathiết bị, chúng tôi chọn khoảng khảo sát của các thông số như sau:

Vv Nhiệt độ 40, 50, 60°C.

24