Tổng hợp phức hợp giữa tinh dầu quế với Β cyclodextrin và Ứng dụng bảo quản quả Đu Đủ

Nghiên cứu cung cấp một số thông tin hữu ích về khả năng kháng khuẩn của tinh dầu đối với một số loại vi khuẩn gây bệnh trên thực phẩm và cũng cho thấy tiềm năng của tinh dầu tần và tinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Trần Kim Bảo Ngọc, xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và do tôi thực hiện Các số liệu kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực, và mọi tham khảo đều được trích dẫn, chỉ rõ nguồn tham khảo theo đúng quy định

Đà Nẵng, ngày tháng 04 năm 2024

Tác giả

Trần Kim Bảo Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy/Cô trong khoa Hóa học đã trang

bị những kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Sư phạm –

Đại học Đà Nẵng vừa qua Chính nhờ công lao giảng dạy, chỉ bảo tận tình của Quý

Thầy/Cô mà em mới trang bị được kiến thức chuyên ngành để có thể thực hiện tiếp

chặng đường học tập, vận dụng và nghiên cứu để góp phần phục vụ các lĩnh vực khác

nhau

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên

hướng dẫn, cô Đỗ Thị Thúy Vân đã giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu, lập đề cương

cũng như trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện bài luận văn này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn ở Khoa Hóa học, Trường Đại

học Sư phạm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong thời gian học tập và

nghiên cứu thực hiện luận văn này

Em đã rất cố gắng và nổ lực để hoàn thành bài luận, nhưng chắc chắn sẽ không

tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý và tận tình chỉ

bảo của quý thầy cô để bài luận văn được hoàn thiện nhất Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Trần Kim Bảo Ngọc

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC HÌNH 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9

MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài 11

3 Mục tiêu của đề tài 12

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

5 Phương pháp nghiên cứu 12

5.1 Nghiên cứu lý thuyết 12

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm 12

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 12

7 Nội dung nghiên cứu 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 14

1.1 Tổng quan về tinh dầu quế 14

1.1.1 Đặc điểm 14

1.1.2 Thành phần hóa học 14

1.1.3 Hoạt tính sinh học và ứng dụng 14

1.1.4 Điều chế và sản xuất 15

1.2 Tổng quan về β-cyclodextrin 15

1.2.1 Giới thiệu về β-cyclodextrin 15

1.2.2 Cấu trúc của β-cyclodextrin 16

1.2.3 Tính chất vật lý của β-cyclodextrin [3] 17

1.2.4 Độ an toàn của β-cyclodextrin 18

1.2.5 Ứng dụng của cyclodextrin [3] 18

1.3 Tổng quan về kỹ thuật bao gói vi nang 19

1.3.1 Nguyên lý và phương pháp của kỹ thuật bao gói vi nang 20

1.3.2 Ưu điểm của kỹ thuật bao gói vi nang 21

1.3.3 Ứng dụng của kỹ thuật bao gói vi nang 21

1.4 Tổng quan về quả đu đủ 21

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Nguyên liệu 23

2.2 Thiết bị, dụng cụ và hoá chất 23

2.2.1 Hoá chất 23

2.2.2 Thiết bị 23

2.2 Phương pháp tổng hợp phức hợp 24

2.2.1 Tổng hợp phức hợp giữa tinh dầu với β-cyclodextrin 24

2.2.2 Khảo sát tỷ lệ giữa tinh dầu quế và β-cyclodextrin (β-CD) 25

2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khối lượng phức thu được 25 2.3 Phương pháp xác định đặc trưng phức hợp 26

2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction, XRD) 26

2.3.2 Phương pháp chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy, SEM) 27

2.3.3 Phương pháp đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR) 28

2.3.4 Phân tích nhiệt trọng (TGA) và nhiệt quét vi sai (DSC) 29

2.4 Khảo sát ảnh hưởng của phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin đến thời gian bảo quản đu đủ 30

2.4.1 Chuẩn bị trái cây 30

2.4.2 Quy trình bảo quản trái cây bằng phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin 30

2.5 Phương pháp đánh giá khả năng bảo quản quả đu đủ 30

2.5.1 Đánh giá các chỉ tiêu vật lý của trái cây 30

2.5.2 Đánh giá các chỉ tiêu hóa học của trái cây 32

2.6 Phương pháp xử lý số liệu 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34

3.1 Tổng hợp phức hợp tinh dầu/β-cyclodextrin 34

3.1.1 Tổng hợp phức hợp giữa tinh dầu với β-cyclodextrin 34

3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ giữa tinh dầu và β-CD để tạo ra phức 34

3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khối lượng phức thu được 35

3.2 Tính chất đặc trưng của các phức hợp 36

3.2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 38

3.2.4 Phân tích nhiệt trọng (TGA) và Nhiệt quét vi sai (DSC) 39

3.3 Ảnh hưởng của phức đến thời gian bảo quản quả đu đủ 40

3.3.2 Độ cứng của quả đu đủ 42

3.3.3 Độ màu của quả đu đủ 43

3.3.4 Kết quả đo chất rắn hòa tan 45

3.3.5 Kết quả đo vitamin C 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

KẾT LUẬN 48

KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Tinh dầu quế 14

Hình 1.2 Cấu trúc của β-cyclodextrin 16

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp phức tinh dầu/β-CD 25

Hình 2.2 Nguyên lý của phương pháp XRD và sơ đồ chùm tia tới và chùm tia nhiễu xạ trên tinh thể [19] 26

Hình 2.3 Máy phân tích nhiễu xạ Tia X D8 Advance Eco 27

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của SEM 27

Hình 2.5 Thiết bị kính hiển vi điện tử SEM JSM – IT 200 28

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ hồng ngoại 28

Hình 2.7 Thiết bị đo phổ hồng ngoại JASCO FT/IR-6800 29

Hình 2.8 Thiết bị đo STA 6000 Simultaneous Thermal Analyzer 29

Hình 2.9 Thiết bị đo độ cứng LUTRON FR-5120 31

Hình 2.10 Thiết bị đo độ màu CHN spec 32

Hình 2.11 Thiết bị đo chất rắn hòa tan, khúc xạ kế đo độ ngọt Atago Pal-2 32

Hình 3.1 Phức hợp thu được sau phản ứng 34

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa tinh dầu quế và β-CD đến khối lượng phức 35

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến khối lượng phức thu 36

Hình 3.4 Giản đồ PXRD của β-CD và CEO/β-CD 37

Hình 3.5 Quang phổ hồng ngoại FT-IR của CEO/β-CD 37

Hình 3.6 Hình ảnh SEM của β-CD 38

Hình 3.7 Hình ảnh SEM của phức hợp CEO/β-CD 39

Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng β-CD 39

Hình 3.9 Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng của CEO/β-CD 40

Hình 3.10 Biểu đồ biểu diễn kết quả độ hao hụt khối lượng của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 41

Hình 3.11 Hình ảnh quả đu đủ sau 8 ngày bảo quản của 03 nhóm 42 Hình 3.12 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo độ cứng của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 43 Hình 3.13 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo độ màu chỉ số L* của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 43 Hình 3.14 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo độ màu chỉ số h* của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 44 Hình 3.15 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo độ màu chỉ số a* của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 44 Hình 3.16 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo độ màu chỉ số b* của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 44 Hình 3.17 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo chất rắn hòa tan của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 46 Hình 3.18 Biểu đồ biểu diễn kết quả đo vitamin C của quả đu đủ khi bảo quản bằng phức hợp CEO/β-CD 47

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số thông số vật lý của CD 17

Bảng 2.1 Bảng hóa chất dùng trong quá trình nghiên cứu 23

Bảng 2.2 Bảng dụng cụ, thiết bị dùng trong quá trình nghiên cứu 24

Bảng 3.1 Khảo sát tỉ lệ giữa tinh dầu quế và β-CD để tạo ra phức 35

Bảng 3.2 Khảo sát thời gian khuấy ảnh hưởng đến khối lượng phức thu được 36

Bảng 3.3 Kết quả đo hao hụt khối lượng quả đu đủ 41

Bảng 3.4 Kết quả đo độ cứng của đu đủ (Đối chứng, MCEO1, MCEO2) 42

Bảng 3.5 Kết quả đo chất rắn hòa tan (TSS) 46

Bảng 3.6 Kết quả đo vitamin C của đu đủ 47

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CD: Cyclodextrin

β−CD: β−cyclodextrin

SEM: Kính hiển vi điện tử quét

Å: Đơn vị đo độ dài (Amstrong)

DSC: Nhiệt quét vi sai

TGA: Phân tích nhiệt trọng

PXRD: Nhiễu xạ tia X dạng bột

CEO: Tinh dầu quế

MCEO1: 0,25g phức giữa (tinh dầu quế và β-cyclodextrin)/100g trái cây

MCEO2: 1,0g phức giữa (tinh dầu quế và β-cyclodextrin)/100g trái cây

[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15] [16] [17]

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là đất nước nông nghiệp, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, gió mùa có nhiều loại trái cây chất lượng được xuất khẩu ra thị trường nước ngoài, đặc biệt là đu đủ Đu đủ là loại trái cây có giá trị dinh dưỡng cao và được trồng phổ biến ở Việt Nam, tuy nhiên thời gian bảo quản chúng ở điều kiện phòng (20-25oC) chỉ từ 2-7 ngày, nếu không có biện pháp bảo quản đúng cách, các loại trái cây này rất nhanh sẽ bị thâm, hư hỏng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và không còn giá trị xuất khẩu Hiện nay, việc sử dụng màng bọc nilon hay màng bọc PE là những phương pháp phổ biến được sử dụng để bảo quản trái cây, nhưng những vật liệu này mất cả thập kỉ, thậm chí cả thế kỉ để phân hủy, gây ra vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng không những

ở Việt Nam mà còn ở nhiều nước khác trên thế giới

Tinh dầu thiên nhiên là hợp chất dễ bay hơi, có mùi thơm dễ chịu, khả năng kháng

vi sinh vật cao và chúng đang được nghiên cứu rộng rãi để ứng dụng bảo quản trái cây Trong nghiên cứu “Khả năng kháng khuẩn của tinh dầu đối với một số loại vi khuẩn gây bệnh trong thực phẩm Tạp Chí Nông nghiệp Và Phát triển 19(4), 64-72” đã đưa ra kết quả về nghiên cứu nhằm xác định khả năng kháng khuẩn của 7 loại tinh dầu: tinh dầu tần (Plectranthus amboinicus), quế (Cinnamon zeylanicum), sả (Cymbopogon citratus), hương nhu (Ocimum gratissium), bạc hà (Mentha arvensis), chúc (Citrus hystrix) và rau

om (Limnophila aromatica) đối với 8 chủng vi khuẩn: E coli (ATCC 25922, E coli 92E, E coli 82E, E coli 74E); S typhimurium; P aeruginosa; S aureus và L monocytogenes bằng phương pháp khuếch tán trên đĩa thạch Kết quả nghiên cứu cho thấy vi khuẩn gram dương nhạy cảm với tinh dầu hơn so với vi khuẩn gram âm Tinh dầu tần và quế có khả năng kháng tốt đối với 8 chủng vi khuẩn thử nghiệm Đặc biệt, tinh dầu cũng có hoạt tính kháng khuẩn đối với các chủng vi khuẩn E coli đa kháng với thuốc kháng sinh phân lập từ chuỗi chế biến cá Tra nên rất có tiềm năng ứng dụng thực

tế Đồng thời, nghiên cứu cũng xác định nồng độ ức chế tối thiểu MIC (Minimum Inhibitory Concentration) của tinh dầu lên các chủng vi khuẩn Giá trị MIC của tinh dầu quế dao động từ 512-1024 μg/mL và tinh dầu tần dao động từ 1024-4096 μg/mL đối với các chủng vi khuẩn: E coli ATCC 25922, S typhimurium, S aureus, L monocytogenes

và P aeruginosa Nghiên cứu cung cấp một số thông tin hữu ích về khả năng kháng khuẩn của tinh dầu đối với một số loại vi khuẩn gây bệnh trên thực phẩm và cũng cho thấy tiềm năng của tinh dầu tần và tinh dầu quế trong việc ứng dụng làm chất bảo quản thực phẩm Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã cho thấy khả năng kháng khuẩn của nhiều loại tinh dầu khác nhau, kháng được vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Gram dương, nấm men và nấm mốc (Tatiana et al., 2017; Vyshali et al., 2016) Vì vậy trong đề tài này, chúng tôi nghiên cứu sử dụng tinh dầu quế để bảo quản loại trái cây là đu đủ Tuy nhiên, tinh dầu quế dễ bị oxy hóa khi thoát ra ngoài môi trường, dễ bay hơi và đôi khi

mùi của tinh dầu ảnh hưởng đến mùi của trái cây nên việc ứng dụng chúng vào bảo quản trái cây còn hạn chế

Cyclodextrin là hợp chất oligosaccharide vòng, có 6 (α-cyclodextrin), 7 cyclodextrin) hoặc 8 (γ-cyclodextrin) đơn vị glucopyranose liên kết lại với nhau thông qua liên kết α-(1, 4) glucosidic Chúng được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, dược phẩm để bao bọc những chất có tính kỵ nước, ưa dầu như các sản phẩm dược phẩm, tinh dầu, mỹ phẩm, để làm tăng độ tan của những chất này và bảo vệ chúng dưới tác động của môi trường Trong ba loại cyclodextrin trên, β-cyclodextrin là loại phổ biến và giá thành thấp nhất, ngoài ra β-cyclodextrincòn có kích thước vòng phù hợp để bao bọc những loại chất có vòng benzene hoặc có khối lượng phân tử ~ 200 g/mol Như vậy, để nghiên cứu kéo dài sự bay hơi của tinh dầu, từ đó giảm mùi của tinh dầu lên trái cây và

(β-sự oxy hóa của tinh dầu, đồng thời tăng hiệu quả bảo quản trái cây, chúng tôi lựa chọn

đề tài: “TỔNG HỢP PHỨC HỢP GIỮA TINH DẦU QUẾ VỚI CYCLODEXTRIN VÀ ỨNG DỤNG BẢO QUẢN QUẢ ĐU ĐỦ”

β-2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài

- Tình hình nghiên cứu trong nước: Đối với việc sử dụng cyclodextrin để bao bọc tinh dầu đã có ít nhất hai công trình nghiên cứu Trong một đồ án tốt nghiệp do TS Hà Thị Hải Yến hướng dẫn, sinh viên Đặng Gia Hân đã sử dụng β-cyclodextrin để bao bọc tinh dầu màng tang, kết quả cho thấy quá trình điều chế phức bọc đã thành công với hiệu quả bao bọc cao nhất đạt đến hơn 90% [12] Trong một nghiên cứu khác, đã sản xuất thành công vi nang tinh dầu tỏi sử dụng chất mang là hỗn hợp β-cyclodextrin và maltodextrin để sử dụng trong dược phẩm và thực phẩm do TS Bùi Thị Bích Ngọc hướng dẫn sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp [13]

- Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Trên thế giới việc nghiên cứu sử dụng tinh dầu để kháng khuẩn, bảo quản thực phẩm cũng đã được quan tâm từ rất lâu, tuy nhiên

sử dụng cyclodextrin, một hợp chất an toàn với con người để kéo dài thời gian tác dụng của tinh dầu, đồng thời giảm những tác động không mong muốn của tinh dầu lên đối tượng cần bảo quản thì vẫn chưa được đặc biệt quan tâm nghiên cứu đến

Một số phương pháp được sử dụng để tạo phức cyclodextrin như: phương pháp đồng kết tủa, phương pháp phức bùn nhão, phương pháp nghiền, phương pháp pha trộn

và gia nhiệt… Trong đó, phương pháp đồng kết tủa được sử dụng phổ biến nhất trong phòng thí nghiệm Theo đó, cyclodextrin được hòa tan trong nước ở nhiệt độ cao, và

“chất cần bao bọc” được thêm vào trong khi tiếp tục khuấy dung dịch cyclodextrin Khi dung dịch cyclodextrin được sử dụng ở trạng thái bão hòa, và phức tạo thành có độ tan kém hơn sẽ kết tinh và tách ra khỏi dung dịch hoàn toàn khi lọc và sấy khô [7]

- Những vấn đề cần được nghiên cứu: Nghiên cứu về quá trình tạo phức hợp của β-cyclodextrin với tinh dầu quế và khả năng bảo quản trái cây của phức hợp

3 Mục tiêu của đề tài

- Tổng hợp phức hợp giữa β-cyclodextrin với tinh dầu quế

- Thử nghiệm khả năng bảo quản trái cây (quả đu đủ) của phức hợp trên

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: quả đu đủ ở thôn Bầu Tròn, xã Đại An, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam

5 Phương pháp nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Tổng quan các tài liệu, tư liệu, sách báo trong và ngoài nước kết hợp tìm hiểu

về đặc điểm, công dụng của β-cyclodextrin, tinh dầu quế và phức hợp của β-cyclodextrin với tinh dầu quế và khả năng bảo quản trái cây (quả đu đủ)

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp thu gom và xử lý mẫu

- Phương pháp tổng hợp phức hợp

- Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)

- Phương pháp chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét (SEM)

- Phương pháp đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT-IR)

- Phân tích nghiệt trọng (TGA) và nhiệt quét vi sai (DSC)

- Phương pháp đánh giá khả năng bảo quản đu đủ

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa khoa học khi cung cấp tài liệu cho việc nghiên cứu về tổng hợp phức hợp tinh dầu tự nhiên và β-cyclodextrin và đưa ra hướng

sử dụng chất bảo quản thân thiện với môi trường trong bảo quản trái cây nhằm thay thế cho các hóa chất bảo quản thực phẩm hiện nay

- Kết quả nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa thực tiễn trong việc sử dụng nguồn nguyên liệu thiên nhiên (tinh dầu) kết hợp với β-cyclodextrin tạo ra phức hợp để bảo quản trái cây

7 Nội dung nghiên cứu

Ngoài các phần mở đầu, mục lục, kí hiệu các chữ viết tắt, danh mục các bảng, hình, đồ thị, sơ đồ, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo Luận văn được chia làm các chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan tài liệu

- Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và bàn luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về tinh dầu quế

1.1.1 Đặc điểm

Hàm lượng tinh dầu trong vỏ quế khá cao (1-2,5%), còn trong lá và cành non thường thấp hơn (0,2-0,5%) Tinh dầu từ vỏ có màu vàng nâu nhạt, sánh, vị cay, thơm, ngọt, nóng Tinh dầu từ lá quế thường có màu nâu đậm

Tinh dầu quế là loại tinh dầu được chưng cất từ vỏ cây quế, có màu vàng nhạt đến vàng nâu, mùi thơm đặc trưng, ấm nồng Tinh dầu quế (Hình 1.1) được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm chăm sóc sức khỏe, làm đẹp và thực phẩm

Hình 1.1 Tinh dầu quế

Tinh dầu quế có nhiều công dụng tốt cho sức khỏe, bao gồm:

+ Giảm đau, kháng viêm: Tinh dầu quế có tác dụng giảm đau, kháng viêm hiệu quả, được sử dụng để điều trị các bệnh lý như đau nhức cơ bắp, đau khớp, đau bụng kinh,

+ Chống oxy hóa: Tinh dầu quế có tác dụng chống oxy hóa mạnh, giúp bảo vệ tế bào khỏi tác hại của các gốc tự do, ngăn ngừa lão hóa da, giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, ung thư

+ Tăng cường hệ miễn dịch: Tinh dầu quế có tác dụng tăng cường hệ miễn dịch, giúp cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh

+ Giảm căng thẳng, lo âu: Tinh dầu quế có tác dụng thư giãn, giảm căng thẳng, lo

Nguyên lý chiết xuất tinh dầu quế bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước cũng tương tự nguyên lý nấu rượu Khi hơi nước từ nồi hơi chuyển qua nồi hấp sẽ cuốn theo tinh dầu và được dẫn qua bình làm mát để giảm nhiệt độ từ 160oC xuống còn 30oC Khi chiết xuất sẽ thu được hỗn hợp nước và tinh dầu sau đó sẽ được cho vào bình chiết Tinh dầu quế nặng hơn nước nên sẽ lắng xuống dưới, sau một thời gian sẽ có sự tách biệt hoàn toàn

Tinh dầu quế thu được sẽ được bảo quản, sau đó tiếp tục tinh lọc nâng cao để loại

bỏ hết nước và bụi bẩn Mỗi nồi hấp như vậy sẽ thu được khoảng 4 - 7kg tinh dầu quế Chiết xuất quế, tinh dầu quế và các hợp chất hóa học từ quế đã được báo cáo là có khả năng ức chế vi khuẩn bằng cách làm hỏng màng tế bào, làm thay đổi cấu trúc lipid;

ức chế ATPase, phân chia tế bào, porin màng, nhu động và hình thành màng sinh học, thông qua các hiệu ứng cảm biến[6]

1.2 Tổng quan về β-cyclodextrin

1.2.1 Giới thiệu về β-cyclodextrin

Cyclodextrin (còn được gọi là dextrin Schardinger) đã được biết đến cũng từ hơn

100 năm nay Năm 1881, cyclodextrin lần đầu tiên được đưa vào sản xuất tinh bột bằng

vi khuẩn Basillus amylobacter Năm 1903, người ta biết đến cấu trúc và tính chất của

các hợp chất này qua mô tả của Schardinge[8] Sau đó, Tilden và Hudson (1939) đã chứng minh enzyme cyclodextrin glucosyltransferaza, được chiết xuất từ môi trường

nuôi cấy vi khuẩn Bacillus macerans, chính là tác nhân làm chuyển hóa tinh bột thành

cyclodextrin Từ năm 1950 cho đến ngày nay, rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm nghiên

cứu đến các tính chất của cyclodextrin, cũng như quan tâm đến việc sản xuất và ứng dụng của nó Kể từ những năm 1981, các thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu này được công bố thường xuyên tại các hội thảo quốc tế về cyclodextrin được tổ chức hai năm một lần [10]

Cyclodextrin là một minh chứng tuyệt vời của quá trình biến hình sinh học các tinh bột Cấu trúc vòng của cyclodextrin đã cho phép tạo phức bao dạng khách thể - chủ thể với nhiều hợp chất hữu cơ Sự tạo phức bao này đã dẫn đến làm thay đổi tính chất lý hóa của phân tử chất khách thể Chính vì thế, cyclodextrin được ứng dụng rộng rãi ở trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Trong ngành công nghiệp thực phẩm, cyclodextrin

đã được sử dụng làm chất mang hữu hiệu cho các hương liệu mà có thể dễ bị mất mùi trong quá trình chế biến và bảo quản Trong ngành công nghệ dược phẩm, cyclodextrin được sử dụng để ổn định các hoạt chất, làm tăng khả năng hòa tan và khả năng hấp thụ thuốc, ngoài ra còn làm giảm tác dụng phụ của thuốc

Trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, cyclodextrin đã góp phần làm ổn định màu

và mùi thơm của sản phẩm Cyclodextrin cũng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp để sản xuất các loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu

1.2.2 Cấu trúc của β-cyclodextrin

Hình 1.2 Cấu trúc của β-cyclodextrin

- Công thức hóa học: C42H70O35 hay (C6H10O5)7

- Khối lượng mol phân tử: 1135 g/mol

- Các tên gọi khác: Betadex, cyclomaltoheptaose, cycloheptaglucan,

cycloheptaamylose, kleptose,…

Cyclodextrins (CDs) (Hình 1.2) là một nhóm các hợp chất oligosaccharide vòng

có cấu trúc gồm các đơn bị α-D-glucopyranose được nối với nhau bằng liên kết glycosid Các CDs tự nhiên đã được tạo thành do quá trình phân cắt tinh bột bằng enzym cyclodextrin glucotransferase Cấu trúc của các CDs ở dạng phức lồng hình nón cụt, với khoang nội phân tử mang đặc tính thân dầu và bề mặt bên ngoài có tính thân nước Bởi

α-1,4-vì đặc điểm này mà các CDs có thể làm thay đổi độ tan, tính ổn định hoặc khả năng phản ứng của các phân tử được gói trong khoang.[3]

Có 3 loại CDs tự nhiên là α, β và γ-cyclodextrin lần lượt là các phân tử có chứa 6,

7, 8 đơn vị glucose trong cấu trúc Trong đó, β-cyclodextrin là loại được sử dụng nhiều nhất ở trong ngành dược bởi vì đặc tính cấu trúc, kích thước khoang và giá thành rẻ hơn

[14]

1.2.3 Tính chất vật lý của β-cyclodextrin [3]

Trong phân tử CD các nhóm hydroxyl đều hướng ra bên ngoài, vì thế mà CD có khả năng tan trong nước Khi nhiệt độ tăng, dẫn đến độ tan của CD tăng: ở 25°C, độ tan của α-, β-, γ-CD tương ứng là 14,2; 1,85; 23,2 g/100mL và ở 50°C, độ tan tương ứng là 43,5; 5,62; và 93,8 g/100mL

β-cyclodextrin: tỷ trọng khối là 0,523 g/cm3, tỷ trọng thật là 1,378 g/cm3, điểm nóng chảy 255-265oC, độ quay cực [α]D +162o, độ tan: 1g trong 200mL propylenglycol, 50mL nước ở 20oC Độ ẩm 13-15% Liều dẫn đến gây chết tiêm tĩnh mạch chuột (LD50): 1g/kg

Một số thông số vật lý của CD được thể hiện ở bảng 1.1

1.2.4 Độ an toàn của β-cyclodextrin

Trên thực tế, việc dùng β-cyclodextrin theo đường uống không gây ra bất kỳ độc hại nào Các phân tử thuốc bao gói ở trong khoang nội phân tử của β-cyclodextrin được giảm thiểu tối đa những độc tính trên cơ thể do chỉ sử dụng với liều lượng thấp nhất, đồng thời hạn chế tiếp xúc với màng sinh học vì vậy tránh được những kích ứng tại chỗ.[1]

1.2.5 Ứng dụng của cyclodextrin [3]

Một trong các vấn đề luôn được chú ý hàng đầu của công nghệ và kỹ thuật sinh học là việc tạo ra được phức ở mức phân tử, việc này có ý nghĩa đặc biệt cho việc chọn lọc, trích ly và hòa tan những phân tử sinh học khác nhau Có tương đối nhiều chất đóng vai trò là tác nhân tạo phức hữu cơ ở trong tự nhiên như protein, kháng thể hoặc chất vô

cơ như zeolit, nhưng trong đó chỉ có CD là tác nhân tạo phức có nhiều ứng dụng nhất Các đặc điểm nổi trội giúp CD được ứng dụng nhiều:

+ Giúp ổn định, chống lại sự phân hủy của ánh sáng, oxy và cả nhiệt độ

+ Tăng tính tan ở trong nước

+ Phóng thích có kiểm soát

+ Giảm sự bay hơi

+ Che giấu được mùi

+ Tăng sinh khả dụng

+ Độc tính trên tế bào không đáng kể

Trong lĩnh vực dược học, β-cyclodextrin đã được nghiên cứu và được dùng trong các công thức thuốc để giúp cải thiện độ tan, tốc độ hòa tan, tăng tính thấm qua màng

và sinh khả dụng của các dược chất ít tan trong nước [13] Ngoài ra, β-cyclodextrin cũng

có công dụng tăng độ ổn định của những loại dược chất nhạy cảm với phản ứng dehydrate hóa, oxy hóa, thủy phân, ánh sáng, chính vì thế mà β-cyclodextrin giúp kéo dài tuổi thọ của thuốc

Trong ngành công nghiệp thực phẩm: Hầu hết các chất tạo mùi tự nhiên hay nhân tạo đều là dầu bay hơi hoặc chất lỏng không ổn định, vì thế việc tạo phức với cyclodextrin là chất bảo vệ mùi đầy hứa hẹn thay thế cho các kỹ thuật nang hoá Nó làm cho cho mùi vị của thực phẩm được giữ lâu hơn qua nhiều công đoạn chế biến Ở Nhật Bản, cyclodextrin được xem như là “tinh bột biến tính” dùng trong ngành công nghệ thực phẩm từ nhiều thập niên qua, vì khả năng che dấu mùi của thực phẩm tươi sống, chất ổn định dầu cá Ngoài ra, cyclodextrin cũng là chất làm ngọt có nhiều ưu điểm Phức giữa cyclodextrin và các đường aspartam, steviosid, glycyrrhizin và rubusosid làm mất đi vị đắng thường gặp sau khi uống Một số sự kết hợp của cyclodextrin với các flavonoid và terpenoid mang lại cho con người nhiều dạng thực phẩm có tác dụng kháng

khuẩn và chống oxy hoá tốt Hơn thế nữa, cyclodextrin cũng được dùng để phát hiện aflatoxin trong mẫu thực phẩm

Trong ngành mỹ phẩm: Phức hợp giữa cyclodextrin với chất làm thơm giúp cho mùi hương được kéo dài Đặc tính này đã được ứng dụng vào sản xuất nước hoa, bột giặt, nước thơm xịt phòng

Trong ngành công nghiệp môi trường: cyclodextrin còn đóng vai trò đáng kể trong công nghiệp môi trường với việc giúp hoà tan và di chuyển các tạp chất hữu cơ và kim loại nặng ra khỏi đất, nước, không khí Người ta đã dùng cyclodextrin để loại các hợp chất nhân thơm như phenol, p-cholorophenol và benzene ra khỏi nước thải, dùng trong lọc thông khí cho các nhà máy hoá chất hữu cơ, làm tăng tính tan trong nước của các chất kháng nấm như thiabendazol, carbendazol và fuberidazol, làm cho chúng dễ hấp thu vào đất

Trong hóa học: Hiện nay, cyclodextrin cùng các dẫn xuất được dùng để tách các hợp chất vòng trong hóa phân tích, được dùng làm pha tĩnh tẩm vào chất mang hoặc làm chất thêm vào pha động để chạy HPLC Ngoài ra, cyclodextrin còn dùng làm tác nhân tách các đồng phân quang học

Trong công nghiệp vi sinh: Bởi vì khả năng nhũ hoá các cơ chất thân dầu, giảm tính độc của cơ chất hoặc sản phẩm, làm tăng hiệu suất chuyển hoá nên cyclodextrin được sử dụng vào một số quy trình lên men và chuyển hóa sinh học Sự hiện diện của phức β-cyclodextrin-steroid đã chuyển hoá cholesterone thành androst-4-ene-3,7-diol đến 90% Có vẻ như việc thêm vào khoảng 0,1% cyclodextrin trong môi trường nuôi cấy giúp tăng sự vận chuyển của cơ chất steroid qua màng tế bào vi khuẩn Ngoài ra, cyclodextrin còn kích thích quá trình lên men của nhóm kháng sinh lankacidin của

Streptomyces sp giúp tăng hiệu suất tạo penicilin G từ phenylacetic acid và

6-aminopencillanic acid khi penicillin acylase được liên kết với β-menthyl-cyclodextrin Cyclodextrin và kỹ thuật nano: Hiện nay, cyclodextrin được biết đến như là một chất host cơ bản với nhiều tính năng cao trong hoá học host-guest Trong lĩnh vực vật liệu mới đã tạo ra những hợp chất với kích thước nano Cyclodextrin là những phân tử dạng ống có kích thước nano Với nhiều nghiên cứu hiện nay thì cyclodextrin được ứng dụng mang lại các vật liệu trong lĩnh vực máy tính Việc sắp xếp và kết hợp cyclodextrin với hợp chất khác tạo ra những sợi polymer ứng dụng mang lại các vật liệu bán dẫn có giá thành rẻ hơn và độ bền cao [4]

1.3 Tổng quan về kỹ thuật bao gói vi nang

Kỹ thuật bao gói vi nang là một phương pháp trong ngành công nghệ dược phẩm

và thực phẩm chức năng, nhằm mục đích bảo vệ các hoạt chất nhạy cảm với môi trường bên ngoài hoặc cải thiện khả năng hấp thụ và vận chuyển chúng trong cơ thể Kỹ thuật bao gói vi nang bao gói các thành phần có hoạt tính sinh học có lợi trong các cấu trúc vi nang rất nhỏ, phủ kín bởi màng vỏ mỏng (đơn lớp hoặc đa lớp), nhân (lõi) bên trong là

dạng rắn hoặc lỏng được kiểm soát cơ chế giải phóng theo khả năng tan rã của màng vỏ

ở điều kiện phù hợp

β-cyclodextrin được dùng để tạo ra phức hợp bao bọc tinh dầu giúp tinh dầu được giải phóng từ từ bằng cách hấp thụ tinh dầu vào bên trong để bảo vệ tinh dầu, giúp tinh dầu không bị phân hủy bởi ánh sáng, nhiệt độ, sự oxy hóa, bay hơi, Từ đó kéo dài tác dụng của tinh dầu quế

1.3.1 Nguyên lý và phương pháp của kỹ thuật bao gói vi nang

Cyclodextrin có thể tạo ra các phức hợp với các chất khác nhau, bao gồm cả các hợp chất thơm như tinh dầu Các phức hợp này được biết đến với tên là vi nang

Vi nang của cyclodextrin và tinh dầu có thể bảo vệ tinh dầu khỏi những tác động của môi trường bên ngoài, ví dụ như tác động của ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, Vi nang cũng có thể giúp tinh dầu phân tán đều ở trong các sản phẩm khác như là mỹ phẩm, thực phẩm, dược phẩm,

Cyclodextrin và tinh dầu có thể được bao gói vi nang bằng nhiều phương pháp [17]:

- Phương pháp nhào trộn: Hỗn hợp rắn bao gồm chất cần phối trộn và

cyclodextrin được trộn trong máy trộn hoặc cối, nghiền nhỏ sau đó rây để thu lấy kích thước mong muốn Quá trình cần tiến hành trong phòng có điều khiển độ ẩm và nhiệt

độ thích hợp

- Phương pháp đồng kết tủa: Để tiến hành theo phương pháp đồng kết tủa, dược

chất cần được hòa tan trong dung dịch cyclodextrin Hỗn hợp được khuấy ở tốc độ thích hợp và tránh ánh sáng Kết tủa hình thành được tách ra bằng cách lọc chân không và sấy khô ở nhiệt độ phòng để tránh cấu trúc phức hợp bị mất nước

- Phương pháp kết tủa trung hòa: Phương pháp này dựa trên sự kết tủa của các

hợp chất thành phần bằng kỹ thuật trung hòa, bao gồm cyclodextrin và dược chất hòa tan trong dung dịch kiềm Khi sử dụng acid để trung hòa, kết tủa phức chất có thể xuất hiện và được lọc ra rồi sấy khô Nhược điểm của phương pháp này là có thể gây phân hủy chất do pH của môi trường quá cao hoặc quá thấp

- Phương pháp sấy phun: Đây là phương pháp phổ biến trong công nghiệp dược,

chuyên dùng để sấy thuốc, tránh nhiễm khuẩn, tránh độ ẩm Hỗn hợp được đi qua một

bộ phận loại bỏ nhanh dung môi chuyên dụng với áp suất lớn để phun thành các giọt nhỏ, sau đó dùng dòng khí để tách ẩm

- Phương pháp xay nghiền: Ở phương pháp này, dược chất và cyclodextrin được

trộn đều trong khoảng thời gian xác định, đồng thời được nghiền nhỏ Có thể tiến hành quá trình này trong máy nghiền bi, sau đó rây sản phẩm để thu lấy sản phẩm phù hợp

Ưu điểm của phương pháp là không sử dụng đến dung môi hữu cơ cũng như các hóa chất độc hại khác

1.3.2 Ưu điểm của kỹ thuật bao gói vi nang

- Bảo vệ tinh dầu tránh các tác động của môi trường bên ngoài

- Giúp cho tinh dầu được phân tán đều trong các sản phẩm khác

- Tăng khả năng ứng dụng của tinh dầu trong nhiều lĩnh vực khác nhau

1.3.3 Ứng dụng của kỹ thuật bao gói vi nang

- Trong mỹ phẩm: Vi nang của cyclodextrin và tinh dầu được dùng phổ biến trong các sản phẩm mỹ phẩm để bảo vệ tinh dầu khỏi bị biến đổi trong quá trình sử dụng, cũng đồng thời giúp tinh dầu thẩm thấu tốt hơn vào da

- Trong thực phẩm: Vi nang của cyclodextrin và tinh dầu được dùng trong các sản phẩm thực phẩm để bảo vệ tinh dầu khỏi bị bay hơi, đồng thời giúp tinh dầu phát huy được tối đa tác dụng của nó

- Trong dược phẩm: Vi nang của cyclodextrin và tinh dầu được dùng trong các sản phẩm dược phẩm để bảo vệ tinh dầu khỏi bị biến đổi trong quá trình bảo quản, đồng thời giúp tinh dầu phát huy được tác dụng điều trị, ngoài ra còn làm tăng tính hòa tan trong dung môi

1.4 Tổng quan về quả đu đủ

Đu đủ là một loại trái cây nhiệt đới mềm, có màu vàng cam Loại quả này - thuộc

họ Caricaceae - có hình tròn, bầu bĩnh và có nhiều kích thước khác nhau Cây đu đủ được trồng rộng rãi ở nhiều vùng trên thế giới như: Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ Ở nước ta cây đu đủ được trồng khắp cả nước, đặc biệt trồng nhiều ở trung du và bán trung địa và các tỉnh ở đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long Quả đu đủ chứa nhiều dinh dưỡng, trong 100 g thịt quả chín chứa nhiều nước (86,6%), bột (12,1%), protem (0,6%) và có khá nhiều chất khoảng như: Kali (204 mg), Canxi (34 mg), Phốt-pho (llmg) Đặc biệt, quả đu đủ cung cấp lượng vitamin phong phú: vitamin A (450 mg), Canxi (74mg), Vitamin Bị (0,03), Vitamm pp (0,5 mg), Vitamin B2 (0,04 mg)

Đu đủ được xem là cây ăn quả ngắn ngày có thể trồng chuyên canh, trồng xen trong các vườn cây ăn quả Một số giống đu đủ địa phương và nhập nội được thu thập rất đa dạng về kiểu hình:

+ Giống đu đủ ruột đỏ truyền thống dễ trồng, sinh trưởng mạnh mẽ và có thể trồng quanh năm Cây cho quả dài với trọng lượng quả từ 1 - 1,2kg Thịt quả ngọt thanh, dày, màu đỏ đậm và ít hạt Chỉ trồng 7 -8 tháng sau khi gieo là cây đã ra quả

+ Giống đu đủ này cũng được trồng khá phổ biến ở nước ta, thường trồng ở vùng đất cát hoặc cát pha Trọng lượng của đu đủ ruột vàng trung bình từ 1,5 – 2 kg/quả Quả dày cơm, ruột vàng óng, ít hạt và ngọt thanh Giống đu đủ vàng chỉ mất 5-6 tháng sau khi gieo trồng là đã thu hoạch được quả

+ Những năm gần đây giống đu đủ lùn được khá nhiều bà con ưa chuộng vì cho năng suất rất cao Cây cũng dễ trồng và ít sâu bệnh Quả đu đủ lùn nặng khoảng 1,4kg, hàm lượng đường cao, thịt quả dày và ruột có màu đỏ đậm Giống đu đủ lùn cũng chỉ mất 7 – 8 tháng sau khi gieo trồng là đã thu hoạch được quả

+ Ngoài ra, còn nhiều giống đu đủ được nhập nội từ nước ngoài như từ Viện Cây

ăn quả nhiệt đới Á Châu (ở Đài Loan), Đài Loan, Thái Lan và Nam Mỹ

Tuy nhiên, hiện nay ở nước ta đu đủ chưa được đánh giá là tiềm năng phát triển

về kinh tế nên cây trồng này chưa được chú trọng để trồng rộng rãi

Bảo quản đu đủ: Hầu hết đu đủ đều được trồng theo qui mô hộ gia đình, chủ yếu trồng xen canh với các cây trồng khác (đu đủ,…) và sau khi thu hoạch thì di chuyển trực tiếp đến những nhà buôn bán lớn nên người ta chưa có công nghệ bảo quản thích hợp

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng các hóa chất thông dụng trong phòng thí nghiệm (Bảng 2.1)

và nước cất 1 lần Các hóa chất sử dụng đều có là hóa chất có độ tinh khiết phân tích

Bảng 2.1 Bảng hóa chất dùng trong quá trình nghiên cứu

STT Tên hóa chất Nồng độ/độ tinh khiết Xuất xứ

2.2.2 Thiết bị

Dụng cụ và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu được thể hiện ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng dụng cụ, thiết bị dùng trong quá trình nghiên cứu

14 Máy khuấy từ có gia nhiệt - C - MAG HS 7 - 00035812A0 1

2.2 Phương pháp tổng hợp phức hợp

2.2.1 Tổng hợp phức hợp giữa tinh dầu với β-cyclodextrin

Phức hợp giữa tinh dầu với β-CD được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa trong dung môi nước, cụ thể như sau: cân 1,135g (1mmol) β-cyclodextrin cho vào bình cầu, thêm nước cất và khuấy cho đến khi chất rắn tan hoàn toàn ở nhiệt độ 55oC bằng máy khuấy từ điều nhiệt Sau đó, cho tinh dầu tiếp tục khuấy trong nhiệt độ được duy trì ổn định ở mức 55oC Làm nguội và lọc lấy sản phẩm, phức hợp thu được là chất rắn màu trắng dạng bột mịn Sản phẩm sau khi lọc, được sấy khô ở điều kiện tự nhiên, bảo quản ở nhiệt độ mát, tránh ánh sáng trực tiếp

Quy trình tổng hợp phức hợp tinh dầu quế/β-CD được thể hiện ở hình 2.1: