Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ thích hợp cho việc chiết xuất tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đồng thời đánh giá chất lượ



NGUYỄN THỊ HẰNG

NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT TINH DẦU TỪ

LÁ CHANH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƯỚC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên Ngành: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: TS MAI THỊ TUYẾT NGA

Nha Trang, tháng 07 năm 2013

sâu sắc, sự tự hào được học tập và nghiên cứu tại trường 4 năm qua

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm Hóa – Vi Sinh, phòng thí nghiệm Hóa Cơ Bản

Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS Mai Thị Tuyết Nga, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp

Và em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Nha Trang, ngày 20 tháng 6 năm 2013

MỤC LỤC

TRANG LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vi

LỜI MỞ ĐẦU - 1 -

CHƯƠNG I TỔNG QUAN - 2 -

1.1 Giới thiệu chung về cây Chanh - 2 -

1.1.1 Đặc điểm thực vật - 2 -

1.1.2 Phân bố và đặc điểm sinh thái, sinh trưởng - 2 -

1.1.3 Công dụng của cây Chanh - 4 -

1.2 Tổng quan về tinh dầu - 4 -

1.2.1 Khái niệm về tinh dầu - 4 -

1.2.2 Phân loại các thành phần có trong tinh dầu - 5 -

1.2.1.1 Phân loại theo hàm lượng - 5 -

1.2.2.2 Phân loại theo tính chất vật lý - 6 -

1.2.2.3 Phân loại theo bản chất hóa học - 6 -

1.2.3 Tính chất vật lý và hóa học của tinh dầu - 8 -

1.2.3.1 Tính chất vật lý - 8 -

1.2.3.2 Tính chất hóa học - 8 -

1.2.4 Vai trò của tinh dầu trong cuộc sống thực vật - 8 -

1.2.5 Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật - 11 -

1.2.6 Hoạt tính sinh học và công dụng của tinh dầu - 13 -

1.3 Các phương pháp trích ly tinh dầu - 15 -

1.3.1 Phương pháp cơ học - 15 -

1.3.2 Phương pháp tẩm trích - 16 -

1.3.3 Phương pháp hấp thụ - 16 -

1.3.4 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước - 16 -

1.3.4.1 Lý thuyết chưng cất - 16 -

1.3.4.2 Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất lôi cuốn hơi nước - 17 -

1.3.4.3 Ưu nhược điểm của phương pháp - 18 -

1.3.5 Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu - 19 -

1.3.5.1 Dung môi dioxit cacbon - 19 -

1.3.5.2 Vi sóng - 19 -

1.4 Các dạng sản phẩm trong quá trình tách chiết tinh dầu - 20 -

1.5 Tình hình nghiên cứu về tinh dầu họ Citrus……… - 21 -

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới - 21 -

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước - 21 -

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 23 -

2.1 Đối tượng nghiên cứu - 23 -

2.1.1 Nguyên liệu chính - 23 -

2.1.2 Dụng cụ - thiết bị - hóa chất - 23 -

2.2 Phương pháp nghiên cứu - 24 -

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu - 24 -

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu - 24 -

2.2.3 Quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh dự kiến - 25 -

2.2.4 Bố trí thí nghiệm - 26 -

2.2.4.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm chiết - 26 -

2.2.4.2 Thí nghiệm xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu - 27 -

2.2.4.3 Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối - 28 -

2.2.4.4 Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất - 30 -

2.2.5 Xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu Chanh: bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi - 31 -

2.2.6 Xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu……….- 31 -

2.2.6.1 Phương pháp xác định các tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu - 31 -

2.2.6.2 Định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Chanh bằng

phương pháp phân tích sắc kí khí ghép phối phổ GC-MS - 31 -

2.2.7 Phương pháp xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu - 32 -

2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu - 32 -

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN - 33 -

3.1 Kết quả xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết - 33 -

3.2 Kết quả xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu (v/w) thích hợp - 35 -

3.3 Kết quả xác định thời gian ngâm thích hợp - 37 -

3.4 Kết quả xác định thời gian chưng cất thích hợp - 39 -

3.5 Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh - 41 -

3.6 Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh - 43 -

3.7 Kết quả xác định tỷ lệ khối lượng tinh dầu - 44 -

3.8 Kết quả đánh giá tính chất cảm quan và xác định các chỉ số hóa lý của sản phẩm - 45 -

3.8.1 Tính chất cảm quan của sản phẩm - 45 -

3.8.2 Kết quả xác định các chỉ số hóa - lý của sản phẩm - 45 -

3.9 Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu - 46 -

3.10 Tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu - 48 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 49 -

1 Kết luận - 49 -

2 Kiến nghị - 49 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 50 -

DANH MỤC BẢNG

TRANG

Bảng 3.1 Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong lá Chanh - 43 -

Bảng 3.2 Tỷ lệ khối lượng tinh dầu tách chiết từ lá Chanh - 44 -

Bảng 3.3 Bảng mô tả tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh - 45 -

Bảng 3.4 Kết quả xác định các chỉ số hóa lý của tinh dầu lá Chanh - 45 -

Bảng 3.5 Kết quả phân tích GC/MS của tinh dầu lá Chanh - 46 -

Bảng 3.6 Ước tính chi phí nguyên vật liệu để tách tinh dầu từ 10kg lá Chanh trong phòng thí nghiệm 48

-DANH MỤC HÌNH ẢNH

TRANG

Hình 1.1 Cây Chanh - 2 -

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của terpenoid 5

-Hình 1.3 Công thức hóa học của một số hợp chất thường có trong tinh dầu……- 7 -

Hình 2.1 Lá Chanh - 23 -

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ lá Chanh - 25 -

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ muối bổ sung trong nước ngâm chiết - 26 -

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung - 28 -

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu - 29 -

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thì nghiệm xác định thời gian chưng cất - 30 -

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl trong nước ngâm, chiết tới thể tích tinh dầu lá thu được - 33 -

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/lá Chanh đến thể tích tinh dầu thu được - 35 -

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến thể tích tinh dầu lá thu được- 37 - Hình 3.4 Tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được trong các thời gian chưng cất khác nhau - 39 -

Hình 3.5 Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh 41

hiện và cho hiệu suất thu hồi tinh dầu khá cao Tinh dầu Citrus được sử dụng khá

phổ biến hiện nay trên thị trường do nó có mùi thơm dễ chịu, có tác dụng trị cảm,

giảm stress và thanh nhiệt…Chanh thuộc họ Citrus nhưng tính thời điểm này chưa

có công trình nào nghiên cứu sâu về nó, đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất tinh dầu có giá trị kinh tế cao Được sự đồng ý của Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, dưới sự hướng dẫn của TS Mai Thị Tuyết Nga, em đã thực hiện

đề tài “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi

cuốn hơi nước”

Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ thích hợp cho việc chiết xuất tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đồng thời đánh giá chất lượng của tinh dầu thu được

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu của việc xây dựng quy trình sản xuất tinh dầu từ lá Chanh trên quy mô công nghiệp cũng như cung cấp những dẫn liệu khoa học về thành phần hóa học và tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu lá Chanh

Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn về điều kiện thực nghiệm và nguồn kinh phí nên mặc dù đã cố gắng song đề tài của em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô cũng như sự góp ý kiến từ các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về cây Chanh [8]

Chanh ta hay Chanh giấy có tên khoa học: Citrus aurantifolia Swingle

Họ: Rutaceae

1.1.1 Đặc điểm thực vật [8, 20]

Chanh là một loài cây nhỏ, cao từ 1m đến 3m Thân có nhiều cành, có gai Lá nhỏ hình trứng , có màu xanh lục dài từ 3cm đến 8cm, rộng từ 3cm đến 5cm mép lá hình răng cưa hoặc trơn Hoa có màu trắng mọc đơn độc hoặc từng chùm từ 3 đến

10 hoa Quả có đường kính từ 3cm đến 6cm có hình ovan Vỏ quả có màu xanh, khi chín có thể chuyển màu vàng Quả có múi, dịch quả có vị rất chua, hột có diệp tử trắng Trong vỏ và lá Chanh chứa nhiều tinh dầu

Hình 1.1 Cây Chanh

1.1.2 Phân bố và đặc điểm sinh thái, sinh trưởng [20]

Cây Chanh Citrus aurantifolia Swingle có nguồn gốc từ miền bắc Ấn Độ và

vùng tiếp giáp với Myanma và phía bắc Malaysia, Trung Quốc Hiện nay Chanh được trồng phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước có khí hậu nhiệt đới

Về mặt sinh thái học cây Chanh cũng như hầu hết các loài trong họ Citrus đều không chịu được giá rét Chúng ưa khí hậu nóng ẩm, lượng mưa hay lượng nước

tưới đủ lớn Chanh được trồng nhiều trên các vùng đất ẩm, trên các vùng đất thấp hoặc trên các khu vực đồi núi cao hơn 1000m so với mực nước biển Chanh rất nhạy cảm với vùng đất lạnh nhưng lại có sức chống chịu rét rất khỏe Chanh có thể sinh trưởng trên các vùng đất nghèo chất dinh dưỡng và có sức chống chịu khỏa

hơn một số cây trong họ Citrus như cam, quýt…Chanh là cây có tán lá rộng và

không rụng lá theo mùa Chúng ra hoa vào mùa xuân và tạo quả trong một thời gian ngắn sau đó, quả chín vào mùa thu hoặc đông

Chanh mọc từ hạt thường sinh trưởng khỏe hơn so với Chanh chiết từ cành của cây Chanh mẹ, nhưng với Chanh mọc từ hạt thì thường trồng 5 năm mới ra hoa, kết trái Các chồi mọc từ rễ hoặc chồi vượt thường có nhiều gai dài, nhọn Hoa thường thụ phấn bằng côn trùng, đặc biệt là ong mật, chúng cũng có thể tự thụ phấn song hiệu quả không cao Thời gian từ khi hoa nở đến khi thụ phấn và cho quả thu hoạch khoảng từ 5 tháng đến 6 tháng Tại các tỉnh phía Bắc nước ta Chanh thường

ra hoa vào tháng 1 đến tháng 3 và cho trái thu hoạch từ tháng 6 đến tháng 12

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên rất thích hợp cho cây Chanh sinh trưởng và phát triển Nói chung Chanh trồng bằng hột cho trái chậm hơn so với chiết cành, ở nước ta có thói quen nhân giống chanh bằng biện pháp chiết cành từ rất lâu đời Đây cũng là phương pháp nhân giống phổ biến ở nhiều nước trên thế giới đặc biệt là các nước ở vùng Đông Nam Á Những cây Chanh trồng bằng cành thường ra hoa vào năm thứ 2 nhưng để cho cây sinh trưởng khỏe người ta thường ngắt hoa vào năm thứ 2 và để cây ra hoa vào năm thứ 3

Trồng Chanh thành từng vườn thuần loại hoặc trồng ven ao, hồ, mương, máng…Trong vườn Chanh cần giữ sạch cỏ, cắt bỏ bớt cành tạo tán thông thoáng, loại bỏ những cây hoặc cành sâu bệnh Vườn Chanh cần có chế độ vệ sinh nghiêm ngặt và phun thuốc phòng trừ sâu bệnh

Cây Chanh được trồng nhiều ở khắp các vùng trên cả nước cung cấp nguồn nguyên liệu để phục vụ con người trong các lĩnh vực thực phẩm, y học, hóa học… Chanh được trồng nhiều và phổ biến trên khắp đất nước:

Các tỉnh phía Bắc như: Hải Dương, Thái Bình, Hà Nội, Nam Định…

Các tỉnh miền Trung: Khánh Hòa, Bình Định, Phú Yên…

Các tỉnh miền Nam: Tiền Giang, Long An, TP Hồ Chí Minh…

1.1.3 Công dụng của cây Chanh [8, 20]

Cây Chanh trồng để lấy trái là phổ biến, nhưng bên cạnh đó các bộ phận khác của cây cũng có rất nhiều công dụng

Rễ Chanh: thu hái quanh năm, rễ nhỏ dùng cả, rễ to chỉ lấy vỏ, rễ Chanh có vị đắng, tính ôn, có tác dụng trị ho, suyễn, giảm sưng đau, ăn không tiêu, đầy hơi

Lá Chanh: chứa tinh dầu, có vị cay, ngọt, tính ôn, có tác dụng trị ho, thanh nhiệt, sát khuẩn Lá Chanh dùng để nấu nước xông chữa cảm cúm, dùng làm gia vị trong nâu một số món ăn

Quả Chanh: quả chanh có vị chua, ngọt, tính mát được dùng làm nước giải khát, gia vị trong chế biến thức ăn Vị chua và hương thơm hấp dẫn của Chanh giúp

ăn ngon miệng và giúp tinh thần con người sảng khoái Dịch Chanh có tác dụng thanh nhiệt, chống viêm, lợi tiểu, cầm máu, chữa cảm sốt, thiếu vitamin C, ngậm Chanh với nước muối có tác dụng chống ho, giải rượu…Dịch nước quả Chanh còn được dùng trong sản xuất axit citric, trong ngành công nghệ thực phẩm, tinh dầu vỏ Chanh được ứng dụng nhiều trong y học, thực phẩm…

Hạt Chanh: chứa dầu béo và chất đắng lemonin Có thể góp phần chữa các bệnh về ho, táo bón, rắn cắn…

Hoa Chanh: hoa Chanh được sử dụng nhiều trong y học, có tác dụng long đờm, lợi tiểu, giải nhiệt, trị các cơn đau co thắt và thuốc giúp ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa, an thần Chính vì thế hoa Chanh được sử dụng để chữa các bệnh đau đầu, cảm cúm, ho, căng thẳng thần kinh

1.2 Tổng quan về tinh dầu [2, 6, 8, 10, 16, 17]

1.2.1 Khái niệm về tinh dầu

Tinh dầu là hỗn hợp của các hợp chất hữu cơ có đặc tính chung là dễ bay hơi, thường có mùi thơm, có nguồn gốc chủ yếu từ một số bộ phận của thực vật (như hạt, rễ, củ, vỏ cây, hoa, lá, quả, dầu, nhựa cây) hay động vật (túi tinh dầu), tinh dầu

có thể thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước Vai trò của

tinh dầu đối với cây cỏ chưa được biết rõ, nhưng đáng chú ý là những cây có tinh dầu đều không có ancaloit và ngược lại Từ đó người ta cho rằng tinh dầu có vai trò như là chất thải để giải độc cho cây và góp phần bảo vệ cây cũng như ancaloit Tinh dầu trong mỗi nguyên liệu khác nhau thì cũng có nồng độ khác nhau

Đa số thành phần chính của các loại tinh dầu đều là các hợp chất terpenoid

đuôi” Terpenoid đơn giản nhất được cấu tạo từ 2 đơn vị isopren được gọi là

monoterpenoid Nếu có nhiều hơn 2 đơn vị isopren thì được gọi là sesquiterpenoid (ứng với 3 đơn vị isopren), diterpenoid (ứng với 4 đơn vị isopren), triterpenoid (ứng với 6 đơn vị isopren )

a Bộ khung terpenoid cơ bản b Phân tử isopren

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của terpenoid

1.2.2 Phân loại các thành phần có trong tinh dầu

Thành phần tinh dầu được phân loại theo các cách sau:

1.2.1.1 Phân loại theo hàm lƣợng [6]

Theo cách phân loại này các thành phần trong tinh dầu được chia làm 3 nhóm:

- Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1% Thành phần chính

là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu

- Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1%

- Thành phần vết: là thành phần có hàm lượng không quá 0,1% trong toàn bộ

tinh dầu

1.2.2.2 Phân loại theo tính chất vật lý [10]

Tinh dầu của mỗi loài thực vật là một hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp chất thuộc các nhóm hữu cơ khác nhau

Các hợp chất có trong tinh dầu thường được phân thành hai nhóm chính:

- Nhóm thành phần dễ bay hơi: chiếm tới 90 – 95% tổng lượng tinh dầu

- Nhóm còn lại: gồm các hợp chất ít bay hơi chỉ chiếm 1 – 10%

Tỷ lệ các thành phần riêng lẻ có thể thay đổi rất lớn tùy theo giống cây trồng, điều kiện canh tác, mùa vụ và các bộ phận khác nhau của cây tuy nhiên số lượng của các thành phần là không thay đổi trong phạm vi loài

1.2.2.3 Phân loại theo bản chất hóa học [16]

Có nhiều cách phân loại tinh dầu theo bản chất hóa học sau đây là các cách phân loại

Các hợp chất trong tinh dầu được chia thành các nhóm:

- Monoterpen mạch hở (ví dụ: myrcen, ocimen)

- Monoterpen mạch vòng (ví dụ: p-cymen, pinen, sabinen)

- Monoterpen mạch hở bị oxy hóa (như farnesol, linalool, neral)

- Monoterpen mạch vòng bị oxy hóa (như terpineol, geraniol)

- Sesquiterpen mạch hở (ví dụ: farnesen)

- Sesquiterpen mạch vòng (ví dụ: copaen, humulen)

- Sesquiterpen mạch hở bị oxy hóa (như nerolidol)

- Sesquiterpen mạch vòng bị oxy hóa (như nootkaton, spathulenol)

- Các hợp chất thơm (ví dụ: indol)

- Các hydrocarbon mạch dài (như tetradecanal, dodecanal)

Hình 1.3 Công thức hóa học của một số hợp chất thường có trong tinh dầu

1.2.3 Tính chất vật lý và hóa học của tinh dầu [6, 16]

1.2.3.1 Tính chất vật lý

Để xác định tính chất vật lý của tinh dầu, thông thường người ta tiến hành xác

sôi, năng suất quay cực, màu sắc

Hầu hết tỷ trọng của các loại tinh dầu thường nhỏ hơn 1, do vậy chúng thường nhẹ hơn nước Tuy nhiên, cũng có một vài tinh dầu có khối lượng riêng lớn hơn nước (như tinh dầu quế, tinh dầu đinh hương…)

Tinh dầu không tan hoặc rất ít tan trong nước nhưng chúng hòa tan tốt trong

đa số các dung môi hữu cơ như eter, cồn Mặc dù thành phần hóa học của mỗi loại

Về màu sắc, tinh dầu thường không màu hoặc có màu vàng nhạt Một số ít tinh dầu có màu (ví dụ: tinh dầu ngải cứu có màu xanh lơ, tinh dầu quế có màu nâu sẫm) là do sự có mặt của các hợp chất có màu được lôi kéo theo tinh dầu trong quá trình chiết xuất (ví dụ: màu xanh do có chlorophyll, màu vàng do có carotenoid,…) Còn mùi và vị của tinh dầu chủ yếu gây ra do các cấu tử bị oxy hóa

1.2.3.2 Tính chất hóa học

Các thành phần trong tinh dầu là các hợp chất terpenoid (tức các hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân (nhất là ở nhiệt độ cao) và bị phân hủy bởi ánh sáng thành các hợp chất khác Vì vậy, người ta thường bảo quản tinh dầu trong những lọ sẫm màu, có miệng nhỏ và đậy nút kỹ

1.2.4 Vai trò của tinh dầu trong cuộc sống thực vật [18]

Vấn đề của vai trò tinh dầu trong đời sống của cây đã được đề cập tới rất nhiều trong các công trình nghiên cứu Vai trò của tinh dầu cụ thể như sau:

Theo Ph X Tanaxienco, 1985:

- Bảo vệ cây khỏi tác động của sâu bệnh

- Che phủ các vết thương từ cây gỗ

- Ngăn chặn các bệnh do nấm

- Biến đổi sức căng bề mặt của nước trong cây, thúc đẩy sự vận chuyển nước, tăng hiệu quả của các phản ứng enzim

Theo Charabot cho rằng tinh dầu đóng vai trò như các chất dự trữ trong cây,

nó có khả năng vận chuyển đến các phần khác nhau của cây, tại đây tinh dầu được

sử dụng như một nguồn năng lượng hay tạo thành các sản phẩm mới có cấu trúc gần với nó

Theo quan điểm của Tschirch (1925) trong đời sống của cây, tinh dầu giữ vai trò quan trọng (tuy nhiên, theo tác giả chưa thể biết rõ đó là vai trò gì) và vì vậy không nên xếp tinh dầu vào nhóm các chất tiết một cách tuyệt đối

Khác với Charabot, Tschirch cho rằng đôi khi tinh dầu được “lưu giữ lại” trong các bể chứa tinh dầu và không tham gia vào các phản ứng tiếp theo

Theo Coxtrisep X P (1937) cho rằng tinh dầu có thể được xếp vào 2 nhóm chức năng:

- Nhóm các tinh dầu có chức năng sinh lý được cây sử dụng trong quá trình sinh trưởng

- Nhóm các tinh dầu không có chức năng sinh lý, không được cây sử dụng, chúng đơn thuần chỉ là các chất tiết của cơ thể và được tích lũy trong các bể chứa tinh dầu

Như vậy, theo quan điểm này, các thành phần của tinh dầu được tích lũy trong tuyến tiết không có vai trò sinh lý trong hoạt động sống của cây Trong khi đó theo quan điểm thông thường, tinh dầu thực vật chính là sản phẩm của quá trình tổng hợp và tích lũy do các cơ quan tiết đảm nhiệm

Những năm sau này, khi dùng carbon đánh dấu để nghiên cứu quá trình chuyển hóa tinh dầu trong cơ thể sống, Mutxtiatse (1985) đã chứng minh rằng, các thành phần tinh dầu được tích lũy trong tuyến tiết không phải là các chất tiết cố định

mà còn tham gia tích cực vào quá trình trao đổi chất của cây; do vậy thành phần hóa học của tinh dầu ở trong cây luôn luôn được đổi mới

Những năm gần đây, vai trò sinh lý của tinh dầu trong đời sống thực vật được

thống nhất trong hầu hết các tài liệu đã công bố Tuy nhiên, chức năng cụ thể của từng hợp chất còn phải được nghiên cứu sâu hơn

Qua các bằng chứng thực nghiệm, có thể khẳng định chắc chắn rằng, nhiều thành phần hóa học của tinh dầu, ví dụ một số acid có phân tử lượng thấp, rượu, các aldehid mạch vòng…là những nguyên liệu khởi đầu để tổng hợp hàng loạt các chất

có hoạt tính sinh học Trong thành phần của tinh dầu, có thể gặp hàng loạt các chất khởi nguyên nói trên: các acid hữu cơ thường gặp gồm: acid acetic, acid valerianic, acid isovalerianic …và các rượu tương ứng với chúng; ngoài ra còn thường gặp các aldehid, các ester, một số terpenoid như geraniol, linalool, pharnesol, nerolydol…

Đó là những hợp chất liên quan tới nhiều kiểu cấu trúc hóa học khác nhau và tham gia vào các hệ thống đồng hóa khác nhau Trong thành phần tinh dầu còn thường thấy các hợp chất có nhân thơm như aneton, pheniletilnol, benzaldehid, vanilin, thậm chí cả các hợp chất có chứa nitơ và lưu huỳnh Vì vậy không thể lý giải vai trò của tinh dầu một cách chung chung hoặc nhìn nhận vấn đề chỉ trong một vài giả thuyết cụ thể nào đó Để đánh giá chính xác vai trò của tinh dầu trong hoạt động sống ở cây, cần phải tiến hành nghiên cứu từng thành phần riêng lẻ của tinh dầu hoặc các hợp chất có cấu trúc gần nhau

Hiện nay, các bằng chứng xác đáng chủ yếu tập trung vào sự tham gia của các thành phần tinh dầu trong quá trình trao đổi chất, có nghĩa là tinh dầu tham gia vào các quá trình sinh lý hóa bên trong tế bào Và nhiều kết quả nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng, một số dạng terpenoid của tinh dầu như các geraniol, linalool, farnesol …thường có mặt trong hầu hết các cơ thể sống ở tất cả các mức độ tiến hóa khác nhau, từ các vi sinh vật, các loài thực vật bậc thấp, thực vật bậc cao, đến cả động vật cũng như con người Các terpen được hình thành từ 2,3 hoặc nhiều phân tử isopren (C5H6) và isopren lại là một trong những hợp chất cơ sở để tạo thành các carotenoid, các steroid và cao su Các kết quả nghiên cứu tiếp theo đã xác nhận rằng, quá trình sinh tổng hợp trong mọi cơ thể thực vật đều bắt nguồn từ hợp chất ban đầu là acid acetic qua các sản phẩm trung gian là acid mevalonic, isopentenil pirophosphat đến geranil và farnesil phosphat Bằng thực nghiệm, người ta đã

chứng minh được các chuỗi carbon trong các phân tử geraniol, linalool, farnesol và nerolidol là những sản phẩm trung gian chủ yếu trong quá trình sinh tổng hợp các terpenoid có hoạt tính sinh học như các phyton, hocmon steroid, acid mật, các vitamin D, vitamin K, vitamin E, các carotenoid, các chất kích thích sinh trưởng thuộc nhóm giberilin…Một số hợp chất thường gặp trong thành phần của tinh dầu như linalool, farnesol, nerolidol…luôn có mặt trong hầu hết các hoạt động sống của cây

1.2.5 Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật [18]

Hiện tồn tại hai giả thuyết về quá trình tổng hợp và tích lũy tinh dầu:

- Một số tác giả cho rằng tinh dầu được tổng hợp ở các tế bào không phụ thuộc cấu trúc tiết và chuyển dần vào tuyến tiết Theo quan điểm này, cấu trúc tiết được coi như cơ quan đảm nhận vai trò tích lũy sản phẩm Cơ sở của giả thuyết trên chủ yếu dựa trên các kết quả quan sát thấy sự có mặt của một số giọt tinh dầu và một số men tham gia vào quá trình tổng hợp tinh dầu ở các tế bào nằm ngoài tuyến tiết Liên quan tới giả thuyết nói trên, nhiều nhà khoa học đã chứng minh mối liên quan trực tiếp giữa tinh dầu với các hợp chất hữu cơ khác trong mô thực vật: lignin, glucosid …

- Những năm sau này, với các phương tiện nghiên cứu hiện đại, hầu hết các tác giả đã thừa nhận rằng, cấu trúc tiết là cơ quan chuyên hóa làm nhiệm vụ tổng hợp

và tích lũy tinh dầu Theo quan điểm này, các tế bào tiết (nằm trong thành phần cấu trúc tiết) làm nhiệm vụ tổng hợp tinh dầu, và theo một cơ chế nào đó, tinh dầu được vận chuyển, tập trung ở cấu trúc chuyên biệt gọi là khoang chứa tinh dầu Bằng chứng của giả thuyết này được các tác giả nêu ra bởi sự có mặt đầy đủ tất cả các hệ men tham gia tổng hợp tinh dầu trong các tế bào của cấu trúc tiết Cho đến nay hầu như không có nhà nghiên cứu nào nghi ngờ giả thuyết này, tuy nhiên không ít vấn

đề liên quan còn chưa được sáng tỏ hoàn toàn Trước hết, khi thừa nhận vai trò sinh học của tinh dầu trong đời sống thực vật, đồng thời cũng thừa nhận có sự vận chuyển tinh dầu từ trong cấu trúc tiết ra các mô xung quanh để tham gia vào các quá trình chuyển hóa, vậy tại sao không có sự vận chuyển ngược lại?

Nhiều năm trở lại đây, hầu hết các nhà nghiên cứu theo hướng này đều tập trung làm sáng tỏ sự định khu của các phản ứng Vấn đề dễ thừa nhận là sự tổng hợp tinh dầu là một quá trình bao gồm hàng loạt các phản ứng hóa học Tùy theo mức độ phức tạp của cấu trúc, mỗi hợp chất có thể phải trải qua nhiều phản ứng hóa học khác nhau

Mỗi phản ứng cần một hệ thống men xác định, vì vậy nghiên cứu sự có mặt của các hệ men cụ thể ở các cơ quan khác nhau có thể là cơ sở để nghiên cứu sự định khu của các phản ứng Cho đến nay, vẫn tồn tại hai quan điểm về sự định khu của các phản ứng tổng hợp:

- Đa số các tác giả khi nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp tinh dầu đã cho rằng mỗi hợp chất được tổng hợp ở một cơ quan nhất định Điều đó có nghĩa là ở mỗi cơ quan tử có thể bao gồm một hệ thống men đảm bảo cho một loạt phản ứng xảy ra

- Một số tác giả khác lại đề xuất giả thuyết “dây chuyền phản ứng” Theo quan điểm này, mỗi hợp chất trước khi được đưa vào tích lũy trong khoang chứa cần phải qua các phản ứng ở nhiều cơ quan tử khác nhau Giả thuyết này dựa trên sự có mặt rất hạn chế các hệ men ở các cơ quan khác nhau Từ những số liệu trên, các nhà nghiên cứu cho rằng mỗi cơ quan tử chỉ phụ trách một hoặc một số ít các phản ứng hóa học xác định và quá trình tổng hợp các hợp chất xảy ra theo một dây chuyền liên tục từ cơ quan tử này sang một cơ quan tử khác

Mặc dù các vấn đề được đặt ra còn có nhiều bất đồng, song những nghiên cứu đều khẳng định rằng, tất cả các phản ứng tổng hợp đều xảy ra trên bề mặt của màng các cơ quan tử và tế bào Đồng thời cũng thống nhất rằng, hệ thống ống nội bào có nhiệm vụ thu hồi và vận chuyển các hợp chất tinh dầu tới khoang chứa

Ở mỗi cơ quan của thực vật, trong các giai đoạn phát triển khác nhau, các quá trình tổng hợp và biến đổi của tinh dầu xảy ra không như nhau Điều này giải thích

sự khác biệt về hàm lượng và thành phần tinh dầu trong các cơ quan của cùng một cây hoặc ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau trong quá trình phát sinh cá thể Quá trình tổng hợp tinh dầu được điều khiển chặt chẽ bởi hệ thống gen, tuy nhiên hoạt hóa các tổ hợp gen lại có mối liên quan khá chặt chẽ với điều kiện ngoại

cảnh Vì vậy, quá trình tổng hợp tinh dầu trong cây là kết quả của hiệu ứng “kiểu gen –môi trường” Nguyên liệu cho quá trình sinh tổng hợp tinh dầu trong cây từ lâu đã được thừa nhận là các sản phẩm của quá trình quang hợp và sự tổng hợp tinh dầu cũng chỉ xảy ra trong điều kiện được chiếu sáng Song gần đây, người ta cũng

đã chứng minh được rằng quá trình tổng hợp tinh dầu cũng có thể xảy ra cả trong điều kiện không có ánh sáng và trong trong trường hợp này rõ ràng nguyên liệu cho quá trình tổng hợp là các sản phẩm trung gian của quá trình hô hấp

Sự tổng hợp tinh dầu trong cây là một quá trình vô cùng phức tạp và đây cũng

là vấn đề còn nhiều tranh cãi và cần phải nghiên cứu tiếp tục trong thời gian tới

1.2.6 Hoạt tính sinh học và công dụng của tinh dầu [8, 19, 20]

Hoạt tính sinh học của tinh dầu bao gồm hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, kháng oxi hóa, kháng sự nảy mầm của khoai tây đã được nghiên cứu rất nhiều trên các loại tinh dầu khác nhau

Tinh dầu được dùng làm hương liệu trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm

và mỹ phẩm Ví dụ: Tinh dầu Bạch đàn Chanh được sử dụng trong kỹ nghệ nước

hoa Menthol có trong tinh dầu bạc hà (Mentha arvensis L., thuộc họ Hoa môi Lamiaceae) trong y học dùng làm thuốc giảm đau, chữa chứng đau nửa đầu, chữa

-cảm lạnh, nóng sốt, chống buồn nôn do say tàu xe Kháng viêm, khử trùng mạnh Thanh lọc không khí, khử mùi Xua đuổi muỗi và côn trùng Trong công nghiệp tinh dầu bạc hà dùng vào thành phần của các mỹ phẩm giúp da mịn màng, làm se lỗ chân lông Tinh dầu hoa hồng làm mỹ phẩm phục hồi làn da bị lão hóa, giảm các nếp nhăn Làm da trắng sáng hơn Cung cấp độ ẩm cho làn da khô Làm thuốc giảm cơn đau đầu, căng thẳng, giảm nhức mỏi cơ Giúp ngủ ngon, ngủ sâu, tăng cường trí nhớ Kháng viêm, khử trùng, khử mùi Campho trong cây Long não hay Dã hương

(Cinnamomum camphora), cây Đại bi (Blumea balsamifera) được dùng làm thuốc

trợ tim, để điều trị bong gân, sưng và viêm Các hợp chất tritecpen trong cây Đinh

lăng (Polyscias fruticosa) làm thuốc tăng lực…

Tinh dầu thường có tính gây giãn mạch, kháng khuẩn, thường được dùng trong điều trị cảm sốt, trị bệnh đường hô hấp Ví dụ: Borneol trong cây Đại

bi (Blumea balsamifera) dùng làm thuốc cảm cúm, chữa cảm mạo, ho, sốt nóng làm

ra mồ hôi dưới dạng thuốc xông Tecpinhidrat (từ các nguồn như dầu nhựa Thông, oregano, Húng tây và Bạch đàn) dùng làm thuốc ho Dược phẩm tecpin-codein chữa

ho long đờm trong điều trị viêm phế quản cấp hay mãn tính Lupeol có tính kháng khuẩn, chống viêm chống viêm khớp chủ yếu được tìm thấy trong cây ăn quả phổ biến như Ô liu, Xoài, Dâu tây, Nho… có tác dụng có lợi như một tác nhân điều trị

và phòng ngừa cho một loạt các rối loạn Hợp chất lupeol trong trái cây tìm thấy có

tác dụng tiêu diệt các khối u ung thư ở đầu và cổ Tinh dầu hồi có tác dụng chữa ho, viêm phế quản, giảm stress, giúp dễ tiêu Tinh dầu Bạch đàn Chanh có tác dụng phòng chống viêm họng, giảm các triệu chứng về hô hấp, giảm viêm khớp, chống cảm cúm, tăng cường hệ miễn dịch

Một số thành phần trong tinh dầu có tác dụng đặc biệt như gây tê, giúp tiêu hóa, dẫn dụ côn trùng, kháng khuẩn, kháng ung thư, diệt ký sinh trùng, diệt

nấm…Ví dụ: Tinh dầu quế có tác dụng bổ dưỡng, hồi sinh, diệt khuẩn, làm nóng,

giảm đau, kích thích, chống nôn, giải độc cơ thể, được xem là một gia vị quý hiếm Tinh dầu quế được dùng làm thuốc khử nấm, chống dị ứng, ung thư dạ dày, tiêu

(Medicago Sativa L.) có tác dụng dẫn dụ con đực của vài loại côn trùng nên đóng vai trò quan trọng trong quá trình thụ phấn của cây Linalool là một loại chất dẫn xuất có thể tìm thấy trong Cam, Quýt, Xoài, các loài thảo mộc khác như là Húng quế, Rau mùi, cây Bu lô hay hoa Oải hương Ngửi chất linalool có thể mang đến những hiệu quả về mặt sinh lý hóa, từ đó có thể làm cho mức độ căng thẳng giảm xuống một cách đáng kể Linalool còn dùng để diệt Bọ chét, Gián…

Các hợp chất secquitecpen lacton trong tinh dầu chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu do tác dụng độc tế bào, kháng ung thư, kháng trùng, diệt côn trùng và diệt nấm của chúng Đa số có vị đắng và có mùi khó chịu nên động vật

ăn cỏ và sâu bọ không ưa thích

Artemisinin trong cây thanh hao hoa vàng (Artemisia annua) đã được sử dụng

để điều trị nhiễm ký sinh trùng đường ruột, trĩ chống viêm và làm thuốc chống sốt rét

Tinh dầu Chanh được ứng dụng rộng rãi trong các ngành thực phẩm (như sản xuất nước giải khát, bánh kẹo, đồ hộp, gia vị…), dược phẩm, hương liệu…Các cấu phần dễ bay hơi trong tinh dầu Chanh đóng vai trò hàng đầu trong công nghệ sản xuất các loại nước hoa và xà phòng thơm nổi tiếng trên thế giới như nước hoa English Lavander, Chanel No.5 Trong các loại nước giải khát có gas, các loại thức uống nhẹ đề không thể thiếu được mùi vị của tinh dầu Chanh, tinh dầu Chanh cũng được sử dụng như một thành phần không thể thiếu trong các sản phẩm dưỡng da, giữ ẩm da…

Tinh dầu vỏ Chanh và lá Chanh chứ limonen, citral là tiền chất quan trọng để bán tổng hợp ra các chất có giá trị hơn trong ngành hương liệu như carvon, ionon…tinh dầu Chanh cũng được sử dụng trong các sản phẩm gia đình như nước rửa chén, nước khử mùi…

Trong tinh dầu họ Citrus ngoài các hợp chất chính là terpen cùng một số hợp

chất khác thuộc nhóm sesquiterpen trong tinh dầu của nhiều loại Cam, Chanh, Quýt còn có một số hợp chất chứa oxigen (acol, adehit, ester) Các hợp chất chứa oxigen

dễ hòa tan trong nước và rượu có độ cồn thấp đồng thời có vị mát dịu, hấp dẫn của hoa quả tươi Do đó được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất nước hoa, kem đánh răng, xà phòng thơm, dầu chải tóc, nguyên liệu dược phẩm và thực phẩm…

Ngoài tinh dầu trên các cơ quan thực vật của các loài thuộc giống Citrus còn

có một loại tinh dầu có tên gọi là “petitgrain” Tinh dầu này được sản xuất từ lá và nhánh non được cắt tỉa sau khi thu hoạch Tinh dầu petitgrain được sử dụng như thành phần của nước hoa do đặc tính khử mùi và mùi hương của chúng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các trong các sản phẩm vệ sinh của gia đình

1.3 Các phương pháp trích ly tinh dầu [5, 6, 8, 7, 16]

1.3.1 Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học bao gồm vắt, nạo, xát, ép Phương pháp cơ học chủ yếu

dùng để trích ly vỏ của các trái thuộc chi Citrus như Cam, Chanh, Quýt, Bưởi…do

trong vỏ của chúng có chứa khá rất nhiều tinh dầu Có thể tiến hành trích ly bằng tay hoặc máy

để tận trích khi các phương pháp khác không trích ly hết hoặc dùng để trích ly các loại nhựa dầu gia vị

Nguyên tắc của phương pháp: dựa vào hiện tượng thẩm thấu hoặc khuếch tán

và hòa tan của tinh dầu có trong dung môi hữu cơ

1.3.3 Phương pháp hấp thụ

Phương pháp hấp phụ: gồm phương pháp ướp và phương pháp hấp phụ thụ động học Phương pháp này thường được sử dụng để trích ly tinh dầu từ các loại hoa Phương pháp ướp: một số loài hoa như hoa lài, hoa huệ…có khả năng đặc biệt

là sau khi thu hái vẫn có khả năng tiếp tục tổng hợp tinh dầu Đồng thời dựa vào tính chất của các chất béo động vật hay thực vật có khả năng hấp thụ những chất có khả năng dễ bay hơi trên bề mặt của chúng Do đó khi cho hoa tiếp xúc với các chất béo trong khoảng thời gian nhất định, hương thơm của hoa sẽ được các chất béo hấp thụ Phương pháp hấp thụ động học: khi thổi không khí vào giữa các lớp hoa, tinh dầu trong hoa sẽ bốc thơi theo không khí Nếu không khí này được dẫn ngang qua một cột chứa than hoạt tính (than gỗ hoặc than xương), hơi tinh dầu sẽ bị hấp thụ Thường xác hoa sau đó được tiếp tục tẩm trích bằng dung môi hữu cơ để lấy thêm các cấu phần khó bay hơi

1.3.4 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

1.3.4.1 Lý thuyết chưng cất

Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tan và lôi cuốn hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao

Khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ được tách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính hóa học (sự oxy hóa, nhiệt phân ) các cấu tử tinh dầu Trong quá trình chưng cất, hơi nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu Dịch chưng cất sẽ gặp lạnh tại ống sinh hàn và được ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp (lớp tinh dầu bên trên và lớp nước ở bên dưới) trong hệ thống ngưng tụ Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định Trường hợp mô thực vật có chứa nhựa, sáp, axit béo dây dài mạch thẳng thì cần nhiều hơi nước hơn và sự chưng cất phải được thực hiện trong thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở lên khó khăn

1.3.4.2 Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất lôi cuốn hơi nước

a Sự khuếch tán

Ngay cả khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa tinh dầu

bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi Ở nhiệt độ sôi của nước phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ được hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi Còn nước sẽ thẩm thấu vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Tuy nhiên, nếu lượng nước

sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nước

Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ dàng Vì các cấu phần trong tinh dầu được chưng cất hơi nước theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thường những hợp chất nào dễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước Thí dụ: khi chưng cất hơi nước hạt caraway, đối với hạt không nghiền thì carvon (có nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong nước) sẽ

ra trước, còn limonen (có nhiệt độ sôi thấp, nhưng ít tan trong nước) sẽ ra sau Nhưng với hạt caraway nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại

b Sự thủy phân

Những cấu phần este trong tinh dầu dễ bị thủy phân cho ra acide và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt

c Nhiệt độ

Nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy tinh dầu, do đó cần thiết phải dùng hơi nước quá

cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt

độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt

Tóm lại, dù 3 ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán, thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũng tăng theo

1.3.4.3 Ưu nhược điểm của phương pháp

a Ưu điểm

- Phương pháp này đơn giản dễ làm

- Thiết bị rẻ tiền, gọn và dễ chế tạo

- Phù hợp với những cơ sở sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít

- Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản

- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ

- Thời gian chưng cất tương đối nhanh

- Khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất

- Không hiệu quả đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp

- Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu phần dễ bị phân hủy

- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất định hương thiên nhiên rất có giá trị)

- Trong nước chưng luôn luôn còn một lượng tinh dầu tương đối lớn

- Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém

1.3.5 Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu [8]

1.3.5.1 Dung môi dioxit cacbon

(phương pháp SFE – Supercritical Fliud)

tinh dầu tạo thành chu trình khép kín

tinh dầu thu được có chất lượng cao Tuy nhiên phương pháp này chưa phổ biến do giá thành thiết bị còn cao và lượng nguyên liệu còn hạn chế, điều kiện tối ưu để trích ly còn phải khảo sát thêm

1.3.5.2 Vi sóng

Nguyên tắc của phương pháp: nước trong tế bào rất nhanh sôi dưới sự chiếu xạ của vi sóng Trong thực vật tươi, nước hiện diện khắp các tế bào Khi nước sôi áp

lực hơi nước làm vỡ các tế bào nhanh chóng, đồng thời lôi cuốn các hợp chất dễ bay hơi dưới dạng hỗn hợp cùng với nước Thêm vào đó các hợp chất hữu cơ phân cực cũng nóng lên đồng thời với nước dưới tác dụng của vi sóng, việc này hỗ trợ thêm việc chưng cất hơi nước đang xảy ra

Tuy các phương pháp trên mới và hiện đại, cho hiệu suất trích ly tinh dầu và chất lượng tinh dầu cao nhưng thực tế ít được sử dụng do chi phí thiết bị cao và đòi hỏi kĩ thuật khá phức tạp

1.4 Các dạng sản phẩm trong quá trình tách chiết tinh dầu

- Tinh dầu dạng cô kết (Concrete oil): thu được từ phương pháp ngâm chiết

tĩnh, chủ yếu là dùng để sản xuất tinh dầu thô Đây là sản phẩm chưa loại sáp và chất béo, có dạng sệt có thể được sử dụng trực tiếp

- Tinh dầu tinh khiết (Absolute oil): được thu bằng cách chiết kiệt những sản

phẩm cô kết bằng một lượng etanol vừa đủ rồi làm lạnh đột ngột (-5 đến -100C) để tủa và lọc để loại sáp và chất béo Phần dịch thu được đem cô quay chân không loại etanol thu được tinh dầu tinh khiết

- Nước chưng (Bouquet): là phần nước còn lại sau khi lóng, gạn thu tinh dầu

trong phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước của các loại tinh dầu có giá trị cao

và có thể xem như một sản phẩm trong công nghệ hương liệu

- Nhựa dầu tự nhiên (Resinoid): Dạng này được thu trực tiếp từ phần gỗ của

thân cây đang sống, từ nhựa này người ta chưng cất hơi nước để lấy tinh dầu

- Cao tinh dầu (Pomade): là chất béo chứa chất thơm thu được trong phương

pháp ướp

- Nước hoa (hydrosol): là phần nước ngưng được tách ra sau khi đã tách lấy

lớp tinh dầu Loại hydrosol này chứa các cấu tử chất thơm dễ tan trong nước và một

ít tinh dầu kém tan nên vẫn còn mùi thơm nhẹ

Ngoài ra, còn có các dạng sản phẩm nước hoa phối hợp giữa tinh dầu thiên nhiên với hay tinh dầu tổng hợp hoặc bán tổng hợp hòa tan trong cồn, ngoài ra còn có chất định hương Các thành phần trong nước hoa được phối trộn theo một tỷ lệ chính xác

nghiêm ngặt để đảm bảo các yếu tố như độ bay mùi, cường độ và độ bền mùi của sản phẩm

1.5 Tình hình nghiên cứu về tinh dầu họ Citrus [2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 16]

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới [10, 12, 16]

Tinh dầu từ vỏ quả, lá và hoa của các cây thuộc họ Citrus là một chất tạo mùi

và hương thơm tự nhiên Các nghiên cứu về tinh chất vật lý, thành phần hóa học và

hoạt tính sinh học của tinh dầu họ Citrus thu nhận được bằng các kỹ thuật tách chiết

hiện đại đã được quan tâm nhiều trong những năm gần đây Như Napapor Thavanapong thuộc khoa Dược, Đại học Silpakorn, Thái Lan (2006) đã nghiên cứu

về tinh dầu từ vỏ và hoa của Bưởi; Dharmawan,J thuộc khoa Hóa trường NUS của Singapore (2008) nghiên cứu về đặc tính của hợp chất dễ bay hơi trong quả có múi tại châu Á

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước [2, 3, 4, 6, 7, 8, 9]

Công trình nghiên cứu “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ Rutaceae”

của Nguyễn Minh Hoàng (2006)

Công trình nghiên cứu “Tách tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus

japonica Thumb.)” của Nguyễn Thị Lý và cộng sự

Trịnh Hoàng Hiếu, Nguyễn Thị Thảo Trân, Lê Ngọc Thạch (2009) “Khảo sát

tinh dầu vỏ trái và lá tắc (Fortunella japonica “) - Trường ĐH khoa học tự nhiên,

ĐH quốc gia TP.Hồ Chí Minh Đề tài này tiến hành khảo sát tinh dầu vỏ trái và lá tắc, trên nhiều lĩnh vực: hiệu suất tối ưu theo các phương pháp ly trích, chỉ số vật lý

và hoá học, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học

Đề tài tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả Quất”

(2012) của sinh viên Phạm Thị Mỹ Loan, trường Đại học Nha Trang

Đề tài tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Quất” (2012)

của sinh viên Phan Anh Quốc, trường đại học Nha Trang

Công trình nghiên cứu “Khảo sát tinh dầu của bộ phận cây Chanh ta Citrus

aurantifolia (Christm.) Swingle họ Rutaceae”, Nguyễn Thị Thảo Trân (2007),

trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh

Đề tài tốt nghiệp Đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi (Citrus grandis (L.) Osbeck var grandis) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi

nước” (2010) của Sinh viên Nguyễn Đắc Phát, trường Đại học Nha Trang

Các công trình trong nước đều tập trung khảo sát thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu và chưa nghiên cứu đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất chiết tinh dầu để làm cơ sở khoa học cho việc sản xuất trên quy mô công nghiệp

Vì vậy, trong đề tài này, em sẽ nghiên cứu các vấn đề sau:

- Xây dựng quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Áp dụng quy trình để thu nhận tinh dầu từ lá Chanh Sơ bộ tính chi phí nguyên vật liệu

- Xác định các chỉ số lý-hóa và thành phần hóa học của tinh dầu lá Chanh Đánh giá chất lượng tinh dầu thu nhận được

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu chính

Nguyên liệu chính được sử dụng để tiến hành tách chiết tinh dầu trong đề tài là

lá cây Chanh ta (Citrus aurantifolia Swingle) trồng tại Diên Khánh - Khánh Hòa

Thu hái và mua lá tại vườn trồng Chanh

Lá Chanh được sử dụng để tách chiết tinh dầu phải tươi, không bị nấm mốc, không bị hư hỏng, dập, úa, không bị sâu bệnh, lá đạt độ trưởng thành, không thu hái

lá quá non hoặc quá già vì những lá đó hàm lượng tinh dầu chứa trong lá ít

Hình 2.1 Lá Chanh

2.1.2 Dụng cụ - thiết bị - hóa chất

a Dụng cụ thiết bị

- Cân kỹ thuật 1 mg (Shimadzu, Nhật)

- Cân kỹ thuật 1 g (Việt Nam)

- Cân phân tích 0,1 mg (Satorius, Nhật)

- Bộ chưng cất tinh dầu định lượng, có hồi lưu kiểu Clevenger dùng cho tinh dầu nhẹ hơn nước (ISOLAB, Đức)

- Bếp đun bình cầu 1000 ml (Trung Quốc)

- Máy xay điện (Sanyo, Nhật)

- Bình đo tỷ trọng 25 ml (Bomex, Trung Quốc)

- Buret, pipet, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh

- Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ hai lần với thiết bị GC model G3440A của hãng Agilent (Agilent, USA) ghép với detector MS/MS model Quattro micro TMGC của hãng Waters (USA)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Lá Chanh để tách chiết tinh dầu phải tươi, đạt độ trưởng thành của lá, không bị sâu bệnh, lá sau khi thu hái mang đi rửa sạch bằng nước máy để loại bỏ tạp chất, bụi bẩn sau đó tiến hành mang đi xử lý chưng cất lấy tinh dầu, trong đề tài nghiên cứu,

em lấy mẫu 100g cho một lần chưng cất tách tinh dầu

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

2.2.3 Quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh dự kiến

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ lá Chanh

Lá Chanh

Xay (3 phút )

Lắng gạn Làm khan

Nghiên cứu thời gian chưng cất

Nghiên cứu nồng độ NaCl, thời gian

ngâm

Tinh dầu thô Phân ly Ngưng tụ Chưng cất lôi cuốn hơi nước

2.2.4 Bố trí thí nghiệm

2.2.4.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm chiết

Mục đích: NaCl có tác dụng tốt trong quá trình tách chiết tinh dầu do NaCl có

tác dụng làm tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế bào, làm tăng độ phân cực của dung dịch từ đó làm giảm lực tương tác giữa các cấu tử tinh dầu kém phân cực với nước tạo điều kiện cho tinh dầu dễ dàng bay hơi khi chưng cất

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ muối bổ sung trong nước ngâm chiết

Ngâm

Lá Chanh

Xử lý

Ngưng tụ Chưng cất 80 phút

Bổ sung nước với nồng độ muối NaCl (w/v,%)

Xay

Phân ly

0 2,0 4,0 6,0 8,0

Tinh dầu thô

Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn hàm lượng NaCl thích hợp

Cách tiến hành: lấy 100g nguyên liệu mang xử lý sau đó cho vào máy xay

điện, tiến hành xay ướt với dung dịch NaCl được pha với tỷ lệ lần lượt như trên, tỷ

lệ nước muối/nguyên liệu là 4/1 Xay nguyên liệu trong 3 phút Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất, ngâm mẫu trong 2h sau đó tiến hành chưng cất hỗn hợp trong 80 phút dưới áp suất khí quyển Hỗn hợp sẽ bay hơi sau khi gia nhiệt và đi qua ống sinh hàn Tại đây tinh dầu ngưng tụ sau khi gặp lạnh do có nước làm mát tại ống sinh hàn, tinh dầu nhẹ hơn nước nên sẽ phân li thành 2 lớp, lớp trên là tinh dầu, lớp dưới là nước Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ có vạch đo trong mỗi mẫu chưng cất với điều kiện lần lượt như trên

và so sánh Từ đó chọn nồng độ NaCl thích hợp

2.2.4.2 Thí nghiệm xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu

Mục đích: nước có tác dụng thẩm thấu các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan,

khuếch tán và lôi cuốn hơi nước và các hợp chất hữu cơ trong tinh dầu, có tác dụng phá vỡ hệ keo xung quanh tinh dầu, tạo điều kiện cho tinh dầu thoát ra ngoài dễ dàng hơn Thí nghiệm nước bổ sung nhằm xác định lượng nước bổ sung vào mẫu khi ngâm nhằm đánh giá khả năng phân ly tinh dầu trong nguyên liệu

Cách tiến hành: lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó

một lượng nước muối, trong đó tỷ lệ nước muối/nguyên liệu thay đổi lần lượt là: 2/1, 3/1, 4/1, 5/1, 6/1, 7/1 (v/w) (hàm lượng NaCl thích hợp được xác định từ lô nguyên liệu trước) Xay mẫu 3 phút để làm dập nát mẫu Sau đó chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất, ngâm mẫu trong 2h và tiến hành chưng cất hỗn hợp trong 80 phút dưới ấp suất khí quyển Đọc thể tích tinh dầu thô tách ra trên ống ngưng tụ (có khắc vạch thể tích) và so sánh thể tích tinh dầu thu được ở các nồng độ khác nhau như trên Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung

2.2.4.3 Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối

Mục đích: thời gian ngâm ảnh hưởng đến thể tích tinh dầu thu được bởi vì sự

thẩm thấu của muối và nước hay sự khuếch tán của các cấu tử tinh dầu ra môi trường không thể thực hiện được ngay sau xay mẫu mà đòi hỏi phải có một thời gian ngâm nhất định

Sau khi xác định được hàm lượng NaCl, tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp, muối và nước sẽ được ngâm chung với nguyên liệu Tiến hành khảo sát thí nghiệm xác định thời gian ngâm nước muối Thí nghiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h, 1h, 2h, 3h, 4h, 5h

Ngâm

Xử lý

Ngưng tụ Chưng cất 80 phút

Bổ sung nước với tỷ lệ nước/cái

Xay

Phân ly

Tinh dầu thô

Cách thực hiện: lấy 100g nguyên liệu mang đi xử lý sau đó cho vào máy xay

điện, tiến hành xay ướt với dung dịch nước muối đã được xác định trên thí nghiệm xác định nồng độ muối và tỷ lệ nước bổ sung vào mẫu Xay trong 3 phút Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất Thay đổi thời gian ngâm nguyên liệu lần lượt là: 0h, 1h, 2h, 3h, 4h, 5h Sau đó, chưng cất hỗn hợp trong 80 phút dưới áp suất khí quyển Tinh dầu sẽ được ngưng tụ và phân ly khi gặp lạnh ở ống sinh hàn Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ và so sánh Từ

đó, chọn thời gian ngâm thích hợp

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu

Lá Chanh

Xử lý

Ngưng tụ Chưng cất 80 phút

Ngâm với thời gian (h)

Xay

Phân ly

0 1 2 3 4 5

Tinh dầu thô

Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn thời gian ngâm thích hợp

2.2.4.4 Thí nghiệm xác định thời gian chƣng cất

Mục đích: thời gian chưng cất ảnh hưởng lớn tới lượng tinh dầu thu được Nếu

chưng cất trong thời gian quá ngắn thì lượng tinh dầu trích ly chưa hết hoàn toàn do tinh dầu vẫn tồn tại trong tế bào tiết, do đó lượng tinh dầu thu được thấp Ngược lại, khi chưng cất quá thời gian quá dài thì tốn thời gian, tổn hao năng lượng và chất lượng tinh dầu thu được cũng bị giảm đi đáng kể

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thì nghiệm xác định thời gian chƣng cất

Lá Chanh

Xử lý

Ngưng tụ

Chưng cất (phút) Ngâm với thời gian

Xay

Phân ly

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tinh dầu thô

Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn thời gian chưng cất thích hợp

Tiến hành: sau khi xác định được các thông số tối ưu như hàm lượng NaCl, tỷ

lệ nước/nguyên liệu, thời gian ngâm nước muối Tiến hành khảo sát thời gian chưng cất tối ưu Lấy 100g mẫu đã được xử lý, mang xay với dung dịch nước muối đã tiến hành xác định ở các thí nghiệm trước, chuyển mẫu đã xay vào bình cầu và ngâm với thời gian đã được chọn ở lô thí nghiệm xác định thời gian ngâm mẫu Sau đó mang chưng cất mẫu dưới áp suất khí quyển

Thí nghiệm tiến hành khảo sát thời gian chưng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ 10 phút, 20 phút , 30 phút… thời gian chưng cất được khảo sát bắt đầu tính từ khi có giọt tinh dầu đầu tiên rơi xuống ống xiphong, thường xuyên theo dõi mẫu đang chưng cất và cứ sau 10 phút ghi lại thể tích tinh dầu thô thu được trên ống ngưng tụ Quá trình khảo sát thời gian chưng cất kết thúc tại thời điểm mà thể tích tinh dầu đọc được trên ống xiphong không tăng nữa Ghi lại thời gian và thể tích tinh dầu

2.2.5 Xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu Chanh: bằng phương pháp sấy

đến khối lượng không đổi [1] (phụ lục1)

2.2.6 Xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu

2.2.6.1 Phương pháp xác định các tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu [1]

Lượng tinh dầu sau khi chưng cất và làm khan được đem xác định các chỉ số

lý hóa như sau:

trọng (Phụ lục 2)

- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS): Phương pháp chuẩn độ (Phụ lục 2)

2.2.6.2 Định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Chanh bằng

phương pháp phân tích sắc kí khí ghép phối phổ GC-MS (phụ lục 5)

Xác định các cấu tử có trong tinh dầu lá Chanh tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh (số 02 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, Tp.HCM) trên thiết bị sắc ký khí – ghép khối phổ Việc định danh các thành phần

trong tinh dầu được thực hiện bằng cách dùng phần mềm cài đặt sẵn trên máy để so sánh các phổ full-MS và MS/MS của từng cấu tử tách ra trên sắc ký đồ với các phổ chuẩn có trong thư viện phổ

Mức độ phù hợp giữa chất có trong mẫu nghiên cứu và chất đề nghị được tính bằng đại lượng độ tương thích Độ tương thích càng cao thì kết quả định danh càng chính xác Khi phổ khối của một chất phân tích hoàn toàn giống với phổ khối của một chất chuẩn trong thư viện thì độ tương thích là được biểu thị là 1000 Độ tương thích đạt trên 800 được xem là cho kết quả có độ tin cậy cao

2.2.7 Phương pháp xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu [1]

Tinh dầu thu được sau khi chưng cất ta đem tiến hành xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu tách chiết được

Tỉ lệ khối lượng tinh dầu thu hồi được tính theo công thức:

Trong đó:

η: Tỉ lệ khối lượng tinh dầu thu hồi tinh dầu (%)

V td : Thể tích tinh dầu thu được (ml)

m NL : Khối lượng nguyên liệu đem đi chưng cất (g)

2.2.8 Phương pháp xử lý số liệu

Các kết quả nghiên cứu đều là trung bình cộng của 3 lần xác định song song

Xử lý số liệu và vẽ đồ thị bằng phần mềm MS Excel 2007

Thống kê và xử lý kết quả bằng phần mềm SPSS