NGHIÊN CỨU CHIẾT RÚT TINH DẦU TỪ CÂY QUẾ VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM

Chọn được tỷ lệ nguyên liệu dung môi thích hợp để chưng cất tinh dầu Quế 1:09 bằng thiết bị chưng cất có nguồn nhiệt là bếp điện.. - Tinh dầu thu được từ các nguyên liệu thiên nhiên chủ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tháng 08 năm 2012

NGHIÊN CỨU CHIẾT RÚT TINH DẦU TỪ CÂY QUẾ VÀ ỨNG

Giáo viên hướng dẫn:

ThS Nguyễn Anh Trinh

Tháng 8 năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình tôi – cha mẹ, anh chị là chỗ dựa tinh thần cho tôi trong những năm tháng học ở trường, những người đã luôn kích lệ, động viên, giúp đỡ tôi vượt qua những thử thách trong cuộc sống này

Tôi đặc biệt cảm ơn PGS.TS Trương Vĩnh, T.S Lê Thị Hồng Nhan, Thầy Nguyễn Bảo Việt, các anh chị Lê Đức Ân, Bùi Đức Phú, Nguyễn Thị Việt đã nhiệt tình giúp đỡ trong khoảng thời gian học ở trường

Tôi xin chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Anh Trinh đã gieo hạt giống tốt và phát huy hết khả năng của mình để hoàn thành đề tài này và quan trọng hơn hết là bắt đầu một cuộc sống mới, cuộc sống thực tế bên ngoài

Tôi xin cảm ơn anh Đức và anh Văn đã giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình ứng dụng làm chả Quế

Tôi cũng xin gửi lời tri ân sâu sắc đến toàn thể các thầy cô bộ môn Công Nghệ Hóa Học, trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh vì những kiến thức và đạo lý tôi được học trong suốt bốn năm học Đại Học qua

Sau cùng tôi cảm ơn các bạn lớp DH08HH, những người đã tạo niềm vui và động lực cho tôi trong suốt bốn năm học

Sinh Viên thực hiện

Đỗ Văn Trí

TÓM TẮT

Dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Anh Trinh, đề tài “ Nghiên cứu chiết rút tinh dầu Quế và ứng dụng trong thực phẩm” đã được sinh viên Đỗ Văn Trí thực hiện từ tháng 3/2012 đến 8/2012 tại phòng thí nghiệm I4 thuộc Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, trường Đại Học Nông Lâm, T.p Hồ Chí Minh Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố

Nội dung chính của đề tài là nghiên cứu chiết rút tinh dầu Quế, ứng dụng Quế trong thực phẩm, xác định các thành phần cũng như hàm lượng của các chất có trong tinh dầu Quế Luận văn đã hoàn thành và đạt được những kết quả sau:

Chọn được thời gian thích hợp để chưng cất tinh dầu Quế (4h) bằng thiết bị chưng cất có nguồn nhiệt là bếp điện

Chọn được tỷ lệ nguyên liệu dung môi thích hợp để chưng cất tinh dầu Quế (1:09) bằng thiết bị chưng cất có nguồn nhiệt là bếp điện

Dạng bột – Kích cỡ Quế thích hợp nhất để chưng cất tinh dầu Quế

Xác định các thành phần cũng như hàm lượng các chất có trong tinh dầu Quế

Ứng dụng trong việc làm chả Quế

SUMMARY

Under the guidance of MA Nguyen Anh Trinh, topic “The research of separating cinnamon oil and apply it to foods” was carried out at I4 laboratory of Chemical Engineering Department, Nong Lam university, Ho Chi Minh city from March 2012 to August 2012 by student Do Van Tri Experiment were arranged according to type a completely random factors

The main contents of this thesis were the research of separating cinnamon oil, applying it

to foods, define names and contents of chemicals in cinnamon oil

We carried out the work and obtained these achievements:

Select the available time to distill cinnamon oil with heat source by supplied from electric stove (4 hours)

Select the available rate of solvent to distill cinnamon oil with heat source by supplied from electric stove (1:09)

Power – the available cinnamon size to distill cinnamon oil with heat source by supplied from electric stove

Define to names and content of chemical that contains in cinnamon oil

Apply to make grilled cinnamon ham

MỤC LỤC

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

SUMMARY iv

MỤC LỤC v

Danh sách các hình ix

Danh sách các bảng x

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Nội dung của đề tài 2

1.4 Yêu cầu của đề tài 2

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về cây quế 3

2.1.1 Đặc điểm thực vật học của cây quế 3

2.1.1.1 Đặc điểm hình thái 3

2.1.1.2 Đặc điểm sinh thái và sự phân bố 4

2.1.2 Tác dụng sinh học và công dụng 5

2.2 Khái quát về tinh dầu 6

2.2.1 Khái niệm về tinh dầu 6

2.2.2 Phân loại 6

2.2.2.1 Phân loại theo nguyên liệu 6

2.2.2.2 Phân loại theo thành phần tinh dầu 7

2.2.3 Tính chất hóa lý của tinh dầu 7

2.2.3.1Tính chất hóa học của tinh dầu 7

2.2.3.2 Tính chất vật lý của tinh dầu 7

2.2.4 Công dụng của tinh dầu 8

2.2.5 Bảo quản tinh dầu 8

2.3 Tinh dầu quế 9

2.3.1 Thành phần của tinh dầu quế 9

2.4 Tổng quan về các phương pháp chiết tách tinh dầu 11

2.4.1 Phương pháp cơ học 11

2.4.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 11

2.4.2.1 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước trực tiếp 14

2.4.2.2 Phương pháp chưng cất cách thủy 14

2.4.2.3 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước gián tiếp 14

2.4.3 Phương pháp trích ly bằng dung môi dễ bay hơi 15

2.4.4 Phương pháp trích ly bằng dung môi không bay hơi và các chất hấp phụ rắn 16

2.4.4.1 Phương pháp trích ly bằng dung môi không bay hơi 16

2.4.4.2 Phương pháp hấp phụ bằng chất béo 16

2.4.4.3 Phương pháp dùng chất hấp phụ rắn 16

2.4.5 Phương pháp trích ly bằng CO2 16

2.4.6 Phương pháp vi song 17

2.4.7 Phương pháp sinh học 17

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 18

3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài 18

3.2 Thí nghiệm chiết tách tinh dầu từ vỏ thân cây quế 18

3.2.1 Nguyên liệu 18

3.2.2 Thiết bị và hóa chất 19

3.2.2.1 Thiết bị 19

3.2.2.2 Hóa chất 20

3.2.3 Tiến trình thực hiện thí nghiệm 21

3.2.4 Bố trí thí nghiệm 24

3.2.4.1 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian chưng cất lên hiệu quả thu tinh dầu 24

3.2.4.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu và dung môi đến hiệu quả thu tinh dầu 25

3.2.4.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của kích cỡ nguyên liệu đến hiệu quả thu tinh dầu 26

3.3 Đánh giá sản phẩm 27

3.4 Ứng dụng bột Quế và tinh dầu Quế vào làm chả Quế 27

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 Kết quả chiết xuất tinh dầu từ vỏ thân cây quế 30

4.1.1 Ẩm độ vỏ thân cây Quế 30

4.1.2 Kết quả tìm thời gian chưng cất tối ưu 31

4.1.3 Kết quả tìm tỷ lệ nguyên liệu và dung môi tối ưu 32

4.1.4 Kết quả tìm kích cỡ chưng cất Quế 34

4.2 Đánh giá sản phẩm tinh dầu và kết quả phân tích GC – MS 36

4.3 Sản phẩm chả Quế và kết quả khảo sát 38

Chương 5: KÉT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 40

5.1 Kết luận 40

5.2 Đề nghị 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

PHỤ LỤC 43

Phụ lục 1a: Bảng phân tích ANOVA ảnh hưởng của thời gian chưng cất lên hiệu suất thu tinh dầu 43

Phụ lục 1b: Bảng so sánh giữa các nghiệm thức thời gian chưng cất 43

Phụ lục 2a: Bảng phân tích ANOVA ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu dung môi lên hiệu suất thu tinh dầu 44

Phụ lục 2b: Bảng so sánh giữa các nghiệm thức tỷ lệ nguyên liệu dung môi 44

Phụ lục 3a: Bảng phân tích ANOVA ảnh hưởng của kích cỡ nguyên liệu lên hiệu suất thu tinh dầu 45

Phụ lục 3b: Bảng so sánh giữa các nghiệm thức kích cỡ nguyên liệu 45

Phụ lục 4: Trắc nghiệm hai mẫu 46

Phụ lục 5: Bảng trắc nghiệm hai mẫu 46

Phụ lục 6: Phiếu kết quả kiểm nghiệm 47

Phụ lục 7: Peak sắc ký của các thành phần trong tinh dầu Quế 48

Phụ lục 8: Kết quả phân tích các thành phần có trong tinh dầu Quế theo phương pháp GC-

MS 49

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Cây Quế 3

Hình 2.2: Công thức cấu tạo của cinnamaldehyde (3-phenyl-2-propenal) 9

Hình 3.1: Cân điện tử Sartorius 19

Hình 3.2: Tủ sấy Memmert 19

Hình 3.3: Thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi nước có nguồn cung cấp nhiệt là bếp 20

Hình 3.4: Sơ đồ chiết rút tinh dầu từ vỏ thân cây quế 21

Hình 3.5: Thịt sau khi nêm gia vị 29

Hình 3.6: Khuôn để quay chả 29

Hình 4.1: Giá trị trung bình và khoảng tin cậy 95% của các thời gian chưng cất 31

Hình 4.2 : Giá trị trung bình và khoảng tin cậy 95% của các tỷ lệ nguyên liệu dung môi chưng cất 33

Hình 4.3: Giá trị trung bình và khoảng tin cậy 95% của các kích cỡ Quế chưng cất 35

Hình 4.1: Tinh dầu Quế 36

Hình 4.2: Sản phẩm chả Quế 38

Hình 4.3: Tỷ lệ khảo sát sản phẩm 39

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 : Thành phần hóa học có trong tinh dầu 10

Bảng 3.1: Bố trí thời gian chưng cất 24

Bảng 3.2: Bố trí tỷ lệ nguyên liệu và dung môi 25

Bảng 3.3: Bố trí kích cỡ nguyên liệu 26

Bảng 4.1: Độ ẩm vỏ thân cây Quế 30

Bảng 4.2: Khối lượng tinh dầu khi thời gian thay đổi 31

Bảng 4.3: Khối lượng tinh dầu thu được theo tỷ lệ nguyên liệu và dung môi 33

Bảng 4.4: Khối lượng tinh dầu theo kích cỡ Quế 34

Bảng 4.5: Kết quả phân tích tinh dầu Qué 37

Bảng 4.6: Kết quả khảo sát 39

Quế là một loại cây nhiệt đới và á nhiệt đới, được trồng phổ biến rất nhiều nơi trong đó có Việt Nam, hàm lượng tinh dầu trong đó tương đối cao từ 1-4% Với màu sắc vàng, vị nóng ngọt, có mùi đặc trưng nên quế được ứng dụng nhiều trong thực phẩm và dược phẩm Do đó, với đề tài “Nghiên cứu chiết rút tinh dầu từ cây Quế và ứng dụng trong thực phẩm”, hy vọng sẽ tìm ra phương pháp chiết tách tinh dầu hợp lý, hiệu quả, đồng thời khảo sát những đặc tính của tinh dầu quế vừa được tách chiết, giúp nâng cao giá trị sử dụng và ứng dụng trong thực phẩm

1.2 Mục đích của đề tài

Nguyên cứu phương pháp chiết rút tinh dầu từ vỏ thân cây Quế Ứng dụng tinh dầu Quế vào trong thực phẩm

1.3 Nội dung của đề tài

Khảo sát qui trình chiết rút tinh dầu từ vỏ thân cây Quế

Xác định các thành phần có trong tinh dầu Quế

Ứng dụng làm chả Quế

1.4 Yêu cầu của đề tài

Tìm ra qui trình chiết tách tinh dầu Quế phù hợp nhất

Xác định các điều kiện tối ưu chiết tách tinh dầu

Tìm ra công thức làm chả Quế thích hợp nhất

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về cây Quế

2.1.1 Đặc điểm thực vật học của cây Quế

2.1.1.1 Đặc điểm hình thái

Hình 2.1: Cây Quế Cây Quế có tên khoa học là: Cinnamomum sp

Quế được trồng phổ biến bằng hạt, trồng vào mùa xuân hoặc mùa thu.Ở Việt Nam có nhiều loại Quế trong đó có 3 loại trồng và mọc hoang là: Quế thanh (còn gọi là Quế quỳ), Quế quan (còn gọi là Quế Xrilanca), Quế đơn (còn gọi là Quế Trung Quốc)

+ Quế thanh (Cinnamomun lourerii Gare Ex B1) Cây to, cành non có cạnh, có lông Lá thuôn đến mác thuôn, có mũi nhọn mềm, mặt dưới phủ vảy nhỏ, gân bên không kéo dài đến đầu lá, gân phụ mờ Hoa trắng, bao hoa dài 3mm Quả dài 8 -10mm, đài tồn tại nhỏ + Quế quan (Cinnamomum zeylanicum Gare Ex B1.) Cây có kích thước trung bình, còn non 4 cạnh, hơi dẹt có lông nhỏ rải rác Lá mọc đối hoặc gần đối (ít khi so le), hình bầu dục, gân lá 3-5, gồ lên ở cả 2 mặt Cụm hoa dài hơn lá, bao hoa dài 5-6 mm, màu vàng + Quế đơn (Cinnamomum cassia Nees Ex B1.) Cây cao 18-20 m Vỏ màu xám nâu có mùi thơm Cành non vuông 4 cạnh, màu xanh nhạt, phủ lông màu đen Lá đơn mọc cách, hình thuôn trái xoan, có 3 gân xuất phát từ gốc nổi rõ những gân bên nổi rõ ở mặt bên Phiến lá cứng dày, mặt dưới màu tro lục, có lông thưa Quả hình viên trụ màu tím hồng

2.1.1.2 Đặc điểm sinh thái và sự phân bố

- Cinnamomum B1 Là một chi lớn gồm khoảng 27 loài, hầu như là cây gỗ, phân bố tập trung ở vùng nhiệt đới châu Á Ở Ấn Độ có 20 loài, Trung Quốc 12 loài và Việt Nam 40 loài

- Quế có nguồn gốc ở Việt Nam cách nay khoảng hơn 2000 năm, các triều đại phong kiến

đã coi “Quế Giao Chỉ” như là sản vật quý để trao đổi và triều cống Song, hiện nay chưa xác định cụ thể cây được trồng từ bao giờ Nhiều vùng Quế đã hình thành từ lâu đời ở Yên Bái, Quảng Ninh, Thanh Hóa, Quảng Nam, Quảng Ngãi…quần thể Quế mọc hoang dại được phát hiện trong các kiểu rừng kín thường xanh còn non nguyên sinh hay tương đối nguyên sinh ở độ cao 500 m (miền Bắc) – 700 m (miền Nam) trở lên

- Quế là cây ưa ánh sáng và chịu bóng, nhất là thời kỳ cây còn nhỏ (1-5 năm) Cây ưa khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm, nhiệt độ trung bình năm cho cây sinh trưởng phát triển mạnh là 22-23oC, độ ẩm không khí trung bình khoảng 80%, lượng mưa hàng năm khoảng 1600mm Cây mọc được trên nhiều loại đất ẩm, nhiều mưa và tươi xốp, pH 4,5 – 5,5 Quế

có bộ rễ cọc khỏe, cắm sâu xuống đất nên ít bị đổ khi có gió bão

- Công dụng của tinh dầu chiết xuất từ Quế : tinh dầu Quế rất tốt trong việc chữa cảm cúm và bị lạnh hay co thắt vùng ngực hoặc chữa chứng ho trong vài giờ Tinh dầu Quế có thể được pha chế với một vài loại kem dưỡng và xoa bóp quanh cổ để chữa đau đầu Tinh dầu Quế cũng rất tốt trong việc chữa các chứng bệnh về đường tiêu hoá, nó có thể tạo ra hơi hoặc làm co bóp, thúc đẩy hệ tiêu hoá hoạt động tốt hơn sau các bữa ăn Thậm chí còn được sử dụng chữa đau về cơ bắp

2.2 Khái quát về tinh dầu

2.2.1 Khái niệm về tinh dầu

- Tinh dầu (essential oil, volatile oil, etheric oil hoặc aetheraleum) là một hỗn hợp của nhiều thành phần dễ bay hơi, thường có mùi thơm được sinh tổng hợp bởi các cơ quan sống

- Tinh dầu không tan hay ít tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ

- Tinh dầu thu được từ các nguyên liệu thiên nhiên (chủ yếu là thực vật) bằng phương pháp chưng cất lôi nước hoặc phương pháp ép (trong trường hợp của họ Citrus)

- Hàm lượng và trữ lượng tinh dầu tùy thuộc vào:

+ Vùng (nhiệt đới > ôn đới)

+ Họ, loài

+ Vị trí trên cây

-Bộ phận chứa tinh dầu rất đa dạng:

+ Tế bào: họ long não

+ Biểu bì: hoa hồng

+ Ống: hoa tán

+ Túi: cam

2.2.2 Phân loại

2.2.2.1 Phân loại theo nguyên liệu

* Nguyên liệu quả và hạt: hồi, mùi, màng tang

* Nguyên liệu lá, cành: sả, bạc hà, hương nhu

* Nguyên liệu rễ, củ: gừng, long não (nhiều nhất ở rễ)

* Nguyên liệu vỏ: cam, chanh, quýt

* Nguyên liệu hoa: hoa hồng, hoa nhài

2.2.2.2 Phân loại theo thành phần tinh dầu

Tinh dầu có chứa cacbur như pinen (thông), limonen (chanh), chứa rượu, geraniol, xitronellol (hoa hồng, sả…)

2.2.3 Tính chất hóa lý của tinh dầu

2.2.3.1Tính chất hóa học của tinh dầu

- Rất dễ bị oxi hóa: dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng, không khí, nước, tinh dầu có thể bị oxi hóa và nhựa hóa một phần (sự trùng hợp chuyển tinh dầu thành chất nhựa)

- Một số thành phần chính trong tinh dầu cho các phản ứng đặc hiệu của nhóm chức, tạo thành các sản phẩm kết tinh cho màu, người ta dựa vào đặc tính này để định tính và định lượng thành phần chính trong tinh dầu

- Một số hợp chất chính thường gặp:

+ Hydrocacbon gồm cacbur terpen (chiếm nhiều nhất): limonen, pinen, camphen; cacbur no: heptan, paraffin…

+ Rượu: rượu methylic, etylic, xinamic…

+ Phenol và ester phenolic: anetol, eugenol, safrol…

+ Aldehyde: benzoic, xitral…

+ Xeton: mentol, camfo…

+ Acid (dưới dạng ester): axetic, butyric…

2.2.3.2 Tính chất vật lý của tinh dầu

- Trạng thái: nhiệt độ thường, đa số tinh dầu có dạng lỏng, trừ một số trường hợp đặc biệt chúng ở thể rắn: menthol, borneol, camphor, vanilin Tinh dầu bay hơi ở nhiệt độ thường

- Màu sắc: không màu hoặc màu vàng nhạt Một số tinh dầu có màu như tinh dầu Quế màu vàng, tinh dầu thymus màu nâu đỏ

- Mùi: mỗi tinh dầu có một mùi đặc trưng Thông thường chúng có mùi thơm dễ chịu, một

số có mùi hắc, khó chịu

- Vị: cay và hắc, một số có vị ngọt như tinh dầu Quế, hồi…

- Tỷ trọng: thường nhỏ hơn 1 và nằm trong khoảng 0.85 - 0.95 Tỷ lệ thành phần chính quyết định tỷ trọng tinh dầu

- Độ tan: không tan hoặc ít tan trong nước, tan trong cồn, dầu và các dung môi hữu cơ, một số hợp chất phenol tan trong kiềm

- Độ sôi: phụ thuộc vào thành phần cấu tạo

+150 - 160oC: Chứa nhiều hợp chất terpen

+ 250 - 280oC: Chứa nhiều sesquiterpen

+ >300oC: Chứa nhiều polyterpen

- Nâng suất quay cực: cao

- Chỉ số khúc xạ: no: 1,45 - 1,55 Tùy thuộc thành phần (n<no: nhiều hợp chất no hơn; n>no: nhiều hợp chất không no, thơm hơn)

- Điểm kết tinh: Khi hạ nhiệt độ xuống, một số hợp chất trong tinh dầu kết tinh

2.2.4 Công dụng của tinh dầu

- Tinh dầu và nguyên liệu chứa tinh dầu có vai trò rất quan trọng trong đời sống Chúng phục vụ rất nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm như làm gia vị, tạo màu, tạo mùi Chỉ cần một lượng nhỏ nhưng gia vị có thể kích thích sự tiêu hóa, làm gia tăng sự ngon miệng

- Sau ngành thực phẩm, tinh dầu còn được sử dụng trong ngành mỹ phẩm và hương liệu, công nghệ sơn

- Trong ngành dược, tinh dầu được dùng để sát trùng nhất là sát trùng đường hô hấp (bạch đàn, khuynh diệp), giúp tiêu hóa, chống viêm khớp…

2.2.5 Bảo quản tinh dầu

Trong thời gian bảo quản và vận chuyển sản phẩm tinh dầu cần chú ý ba yếu tố sau: không khí, ánh sáng, nhiệt độ

+ Oxy trong không khí tạo phản ứng oxy hóa dầu Vì vậy, chai lọ chứa tinh dầu cần đậy kín hoặc hàn kín

+ Ánh sáng thúc đẩy tác dụng tụ hợp tác hại đến màu sắc, mùi thơm tinh dầu Cần để trong chai lọ sậm, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng

+ Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ oxy hóa, làm hao hụt tinh dầu do bốc hơi Vì vậy, cần bảo quản ở nhiệt độ thấp

2.3 Tinh dầu Quế

2.3.1 Thành phần của tinh dầu Quế

- Tinh dầu Quế được lấy từ vỏ thân, cành, lá và phải chứa ít nhất 1% tinh dầu (dược điển Việt Nam) cây Quế càng lâu năm lượng tinh dầu càng cao

- Tinh dầu Quế (thu nhận từ vỏ) là chất lỏng trong, màu vàng, vị nóng ngọt, có mùi quế,

để ra ngoài không khí tinh dầu chuyển chuyển màu và đặc lại Tan trong benzene, ether, chloroform Chỉ số acid 4.40 Hàm lượng andehyd cynamic: 70-80%

- Thật vậy, vì cinnamaldehyde là thành phần chính (có hàm lượng khoảng 80%) của tinh dầu Quế nên nó có mùi hương rất đặc trưng cho tinh dầu Quế

Hình 2.2: Công thức cấu tạo của cinnamaldehyde (3-phenyl-2-propenal)

- Về mặt cấu tạo, cinnamaldehyde có chứa nhân benzen và một nhóm chức - CHO, tuy nhiên chưa có tài liệu nào cho thấy rằng cinnamaldehyde có thể gây ung thư hay tác hại lâu dài cho sức khoẻ, mà ngược lại, hợp chất này có công dụng rất tốt cho con người

- Cinnamaldehyde có một số tính chất vật lý như sau:

+ Khối lượng phân tử: 132.16 g/mol

+ Màu sắc: màu vàng

+ Khối lượng riêng: 1.05 g/mL

+ Điểm nóng chảy: - 7.5 0

C + Điểm sôi: 248 0

C + Độ tan trong nước: hầu như rất ít tan

Từ những đặc điểm trên, cho thấy cinnamaldehyde là một chất lỏng sánh, màu vàng ở điều kiện bình thường

- Những nghiên cứu mới nhất gần đây (2010) về công nghệ trích ly tinh dầu quế từ vỏ

Quế bằng lưu chất CO2 siêu tới hạn đang được thực hiện tại Khoa Hóa trường Đại Học Bách Khoa - Tp Hồ Chí Minh

- Kết quả phân tích mẫu sản phẩm bằng thiết bị GC - MS tại Sở khoa học và công nghệ thành phố Hồ Chí Minh, trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm Tp Hồ Chí Minh - 02 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh - có kết quả như sau :

Bảng 2.1 : Thành phần hóa học có trong tinh dầu

Số liệu này mang tính chất tham khảo cho tinh dầu quế Việt Nam

Tham khảo tại: viet-nam.html

edu.go.vn/e-tap-chi/tin/9/90/5927/thanh-phan-hoa-hoc-cua-tinh-dau-que-2.4 Tổng quan về các phương pháp chiết tách tinh dầu

Phương pháp chiết tách tinh dầu cần phải đạt những yêu cầu cơ bản sau:

+ Giữ cho tinh dầu thu được có mùi vị tự nhiên ban đầu

+ Qui trình chế biến phải phù hợp, thuận lợi và nhanh chóng

+ Phải tách được triệt để tinh dầu trong nguyên liệu, tổn thất tinh dầu trong quá trình chế biến và hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu sau khi chế biến (bã) càng thấp càng tốt + Chi phí đầu tư vào sản xuất là ít nhất

2.4.1 Phương pháp cơ học

- Đây là phương pháp làm tương đối đơn giản dùng để tách tinh dầu ở dạng tự do bằng cách tác dụng lực cơ học lên nguyên liệu (thường là ép) Phương pháp này được dùng phổ biến đối với các loại vỏ quả họ citrus như cam, chanh, quýt, bưởi, … vì ở những loại nguyên liệu này tinh dầu thường phân bố chủ yếu ở lớp tế bào mỏng trong biểu bì Khi có lực tác dụng lên vỏ quả, các tế bào chứa tinh dầu bị vỡ ra, giải phóng tinh dầu Sau khi ép, trong phần bã bao giờ cũng có khoảng 30-40% tinh dầu, người ta tiếp tục sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước hoặc trích ly để tách hết phần tinh dầu còn lại

- Ưu điểm: Tinh dầu giữ nguyên được mùi vị tự nhiên ban đầu, các thành phần trong tinh dầu ít biến đổi

- Nhược điểm: Sản phẩm bị lẫn nhiều tạp chất, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hòa tan từ vật liệu đem ép

2.4.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Dựa trên nguyên lý của quá trình chưng cất một hỗn hợp không hòa tan lẫn vào nhau là nước và tinh dầu Khi hỗn hợp này được gia nhiệt, hai hợp chất này đều bay hơi Nếu áp suất của hơi nước cộng với áp suất tinh dầu bằng áp suất môi trường thì hỗn hợp sôi và tinh dầu được lấy ra cùng với hơi nước

Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất hơi nước:

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 Nhưng 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 nghiền nhỏ và không nghiền, đối với hạt không nghiền thì carvon (nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong nước) sẽ ra trước, còn limonen (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

Sự thủy giải:

- Những cấu phần ester trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra acid 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

Nhiệt độ:

- Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưng 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 ba 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

Ưu điểm của quá trình chưng cất

- Qui trình đơn giản hơn so với các phương pháp khác

- Thiết bị gọn nhẹ, dễ chế tạo

- Có thể nâng cao hàm lượng hoặc tách riêng từng cụm cấu tử trong hỗn hợp hơi

- Không sử dụng nhiều chất liệu phụ như phương pháp trích ly hoặc hấp phụ

- Thời gian chưng cất tương đối nhanh Với thiết bị chưng cất gián đoạn chỉ cần 5-10 giờ/mẻ, với các thiết bị liên tục chỉ cần 30 phút – 1 giờ/ 1 đơn vị nguyên liệu

- Có thể tiến hành sử dụng đối với các cấu tử có nhiệt độ sôi trên 100o

C

Nhược điểm của quá trình chưng cất

- Chỉ dùng nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu cao, không sử dụng được đối với các loại nguyên liệu cho hàm lượng tinh dầu thấp

- Một số thành phần trong tinh dầu có thể bị phân hủy trong quá trình chưng cất

- Không thể tách được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu, mặc dù nhựa và sáp rất cần thiết được dùng làm các định hương có giá trị

- Lượng tinh dầu hòa tan trong nước khá lớn và rất khó tách riêng nếu tinh dầu có chứa nhiều hợp chất có oxy

- Tiêu tốn một lượng nước ngưng tụ lớn

2.4.2.1 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước trực tiếp

- Nguyên liệu và nước được cho vào cùng một thiết bị, đun sôi, hơi nước bay ra sẽ lôi cuốn theo hơi tinh dầu, sau đó gặp lạnh ngưng tụ hơi, ta sẽ thu được tinh dầu sau khi tách

ra

- Ưu điểm: thiết bị đơn giản, phù hợp mô hình sản xuất nhỏ lẻ ở địa phương

- Nhược điểm:

+ Chất lượng tinh dầu sản phẩm không cao

+ Nguyên liệu dễ bị cháy, khét do bị thiếu nước và bị dính vào thành thiết bị

+ Khó điều chỉnh các thông số kĩ thuật (nhiệt độ, áp suất), thời gian chưng cất kéo dài + Tiêu tốn nhiều năng lượng

2.4.2.2 Phương pháp chưng cất cách thủy

- Nguyên liệu và nước được cho vào chung một thiết bị, nhưng nguyên liệu không tiếp xúc trực tiếp với nước mà được ngăn cách thủy bằng một lớp vỉ Hơi nước từ phần dưới đi qua lớp vỉ, sau đó đi vào lớp nguyên liệu và kéo theo hơi tinh dầu đi ra thiết bị làm lạnh

- Ưu điểm: Nguyên liệu bớt cháy khét do không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị

- Nhược điểm:

+ Phẩm chất của tinh dầu và việc điều khiển các thông số kĩ thuật chưa được cải thiện đáng kể

+ Đòi hỏi nhiều công lao động

2.4.2.3 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước gián tiếp

- Sử dụng thiết bị bốc hơi nước riêng hoặc sử dụng chung một hệ thống hơi nước từ một

lò hơi chung cho các thiết bị khác nhau

- Ưu điểm:

+ Khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê khét, màu sắc và phẩm chất tinh dầu thu được tốt hơn

Do hơi nước từ bên ngoài nên dễ khống chế và điều chỉnh các yếu tố như lựu lượng, áp suất cho phù hợp với từng loại nguyên liệu, giúp nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng tinh dầu thu được

2.4.3 Phương pháp trích ly bằng dung môi dễ bay hơi

- Phương pháp dựa trên nguyên tắc sử dụng dung môi thích hợp để hòa tan những cấu tử trong nguyên liệu đã được xử lý thành dạng thích hợp ở nhiệt độ phòng Dung môi chiết

sẽ thấm qua thành tế bào của nguyên liệu, các hợp chất trong tế bào sẽ hòa tan vào dung môi, sau đó sẽ xuất hiện quá trình thẩm thấu giữa dịch chiết bên trong với dung môi bên ngoài do chênh lệch nồng độ Sau khi trích ly phải thực hiện quá trình tách dung môi ở áp suất thấp để thu tinh dầu

- Yêu cầu dung môi:

+ Có nhiệt độ sôi thấp, nhưng không quá thấp để hạn chế tổn thất dung môi và thuận lợi trong việc ngưng tụ hơi dung môi

+ Không tương tác hóa học đối với tinh dầu

+ Có khả năng thu hồi tái sử dụng

+ Độ nhớt thấp để không làm giảm tốc độ khuếch tán

+ Có khả năng hòa tan tinh dầu lớn, nhưng ít hòa tan tạp chất, không được hòa tan vào nước để tránh làm loãng dung môi và hạn chế khả năng hòa tan tinh dầu của dung môi + Dung môi phải tinh khiết, không được ăn mòn thiết bị, không gây mùi lạ đối với tinh dầu và độc hại với người

+ Khi bay hơi, dung môi không để lại cặn vì cặn còn lại trong dung môi có thể ảnh hưởng xấu hoặc phá hủy mùi thơm tinh dầu

+ Dung môi thường được sử dụng để tách tinh dầu hiện nay là ether dầu hỏa, hexan, diethyl ether, chloroform, rượu ethylic…

+ Trong tỷ lệ chiết bằng dung môi thì tỉ lệ thường dùng là 1:8 đến 1:12

+ Chiết động: khuấy lắc mạnh, thời gian chiết ngắn lại, nhưng nhược điểm là có O2 nên

có thể oxy hóa các hợp chất dễ bị oxy hóa Chiết động hay dùng cho các hợp chất khó đi qua thành tế bào

+ Chiết tĩnh (ngâm): khuấy nhẹ rồi để yên ngâm, thời gian kéo dài nhưng hạn chế được oxy hóa

2.4.4 Phương pháp trích ly bằng dung môi không bay hơi và các chất hấp phụ rắn 2.4.4.1 Phương pháp trích ly bằng dung môi không bay hơi

- Dựa vào tính chất có thể hòa tan trong chất béo động vật và thực vật của tinh dầu, người

ta ngâm nguyên liệu vào dầu động vật hoặc thực vật, tinh dầu sẽ khuếch tán qua màng tế bào, hòa tan tinh dầu, sau đó tách riêng tinh dầu để thu tinh dầu Ngâm nguyên liệu trong dầu thực chất là phương pháp trung gian giữa hấp phụ và trích ly Phương pháp ngâm chủ yếu là sử dụng cho các loại nguyên liệu dễ hỏng như hoa…

- Yêu cầu đối với dung môi:

+ Không mùi

+ Độ nhớt tương đối thấp để tăng cường sự tiếp xúc với nguyên liệu

+ Không tương tác với nguyên liệu

+ Dễ tách lấy tinh dầu từ hoa

2.4.4.2 Phương pháp hấp phụ bằng chất béo

- Chất béo ngoài khả năng hòa tan tinh dầu còn có khả năng hấp phụ chất thơm, dựa vào tính chất này, người ta đã sử dụng chất béo trong tách dầu Khác với phương pháp ngâm, phương pháp hấp phụ dựa trên hiện tượng hấp phụ ở hai pha hơi – rắn

- Phương pháp này có thể dùng để tách tinh dầu ở nhiều loại hoa, đặc biệt là các loại hoa

mà ngoài tinh dầu có sẵn còn có tinh dầu được tạo ra sau khi hái

- Ưu điểm:

+ Dung môi có tính chọn lựa tốt, nhất là với nhựa có trong nguyên liệu

+ CO2 không tác dụng độc hại đối với con người như các loại dung môi khác

+ Dễ loại và không để lại vết dung môi

+ Khi loại dung môi không cần sử dụng nhiệt, vì vậy giữ được mùi thơm của tinh dầu mà không sợ tinh dầu bị phân hủy

2.4.7 Phương pháp sinh học

- Phương pháp này được ứng dụng cho các nguồn nguyên liệu có tinh dầu ở trạng thái kết hợp (glucoside) Để phân lập tinh dầu, người ta phải xử lý bằng cách lên men hoặc dùng enzyme, sau đó kết hợp với chưng cất hay trích ly để thu được tinh dầu giống như các loại vật liệu chứa hợp chất thơm khác

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài

Từ tháng 3/2012 đến tháng 8/2012 tại phòng thí nghiệm I4 Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, khu phố 6, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, T.p Hồ Chí Minh

3.2 Thí nghiệm chiết tách tinh dầu từ vỏ thân cây quế

3.2.1 Nguyên liệu

Vỏ Quế được mua tại Nhà Thuốc Y Học Cổ Truyền Hưng Phát 141 Lương Nhữ Học, P.11, Q.5 và được xay nhỏ tại Phòng Chuẩn Trị Y Học Cổ Truyền 65 Lương Nhữ Học, P.11, Q.5

Hình 3.1: Vỏ thân cây Quế trước và sau khi xay

Ẩm độ của vỏ thân cây quế được xác định bằng tủ sấy Memmert ở nhiệt độ 105oC, sấy cho đến khi khối lượng không đổi Mỗi lần thực hiện khoảng 5g

Ẩm độ được xác định theo công thức

a= ((m1-m2).100)/m1 (%) (*) Trong đó:

m1: khối lượng vỏ thân cây quế trước khi sấy (g)

m2: khối lượng vỏ thân cây quế sau khi sấy (g)

3 2.2 Thiết bị và hóa chất

3.2.2.1 Thiết bị

- Cân điện tử Sartorius, độ chính xác 0.01g, khối lượng cân 0-610g

Hình 3.2: Cân điện tử Sartorius

- Tử sấy Memmert, sản xuất tại Đức, nhiệt độ sấy 0-200o

C

Hình 3.3: Tủ sấy Memmert

- Thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi có nguồn cung cấp nhiệt là bếp

Hình 3.4: Thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi nước có nguồn cung cấp nhiệt là bếp

- Những thiết bị, dụng cụ thông dụng trong phòng thí nghiệm

3.2.2.2 Hóa chất

- Nước cất

- Cồn etylic 99.5º mua tại công ty hóa chất Hóa Nam, Lý Thường Kiệt, quận 10, Tp Hồ Chí Minh