Luận văn nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ cây có chưa tinh dầu

Luận văn nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ cây có chưa tinh dầu

MỞ ĐẦU

Tinh dầu và các loại cây chứa tinh dầu là sản vật tự nhiên đã được loàingười biết đến từ rất lâu Ngay từ thời thượng cổ, người dân thường khai thácvà sử dụng các loại cây có tinh dầu ở dạng phơi khô Thời kỳ trung cổ khoảngthế kỷ thứ 15 người ta biết dùng các loại rễ cây có tinh dầu để thờ cúng Từ thếkỷ thứ 15 đến thế kỷ thứ 17, tinh dầu đã được sử dụng để làm thơm cho tóc vàda mặt, dùng chữa bệnh và dùng trong đời sống hàng ngày của con người Từthế kỷ 17 đến thế kỷ 19, tinh dầu được dùng nhiều để làm mỹ phẩm, làm thuốcvà dùng trong công nghiệp với phạm vi rộng hơn [12]

Từ thế kỷ 20 đến những năm đầu của thế kỷ 21, cùng với sự tiến bộ củanhân loại và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp sản xuấttinh dầu đã dần phát triển, tinh dầu trở thành một sản phẩm không thể thiếutrong đời sống con người và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành côngnghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, dệt may, trang trí nội thất…

Trong những năm gần đây, trên thế giới người dân có xu hướng thíchdùng những sản phẩm thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm có nguồn gốc từ tựnhiên, không độc hại Do vậy, những loại cây cho tinh dầu quí, có tính ứngdụng cao trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống đã được các nhà khoa họcquan tâm nghiên cứu khai thác và chế biến nhằm nâng cao giá trị sử dụng củachúng Một trong những loại nguyên liệu để sản xuất tinh dầu đang được cácnhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam quan tâm là cỏ hương bài.

Theo nhiều tài liệu, cỏ hương bài có nguồn gốc từ Ấn Độ, chúng mọchoang ở các vùng đất cát Từ xa xưa, người dân đã phát hiện ra rễ hương bàitính mát, có tác dụng hạ nhiệt, làm ra mồ hôi, kích thích, lợi tiêu hóa, gâytrung tiện, lợi tiểu và điều kinh nên đã sử dụng nó như một vị thuốc [3]

Tinh dầu chiết tách từ rễ hương bài có hương vị đặc trưng, là một loạitinh dầu an toàn, không độc hại nhưng có thành phần khá phức tạp, chứa trên100 cấu tử được nhận dạng mà chủ yếu là các thành phần chất thơm có giá trị,có nhiệt độ bay hơi cao (như: khusimol, spathulenol, terpinen-4-ol, khusimone,valerenol, vertiven, furfurol, các axít vetivenic- benzoic dưới dạng ete củavetivenol…) nên được sử dụng làm chất định hương cho các tổ hợp hương liệucho thực phẩm và nước hoa cao cấp Bên cạnh đó, nó có đặc tính kháng khuẩn,kích thích tuần hoàn, giúp cân bằng thần kinh, giảm stress và phục hồi trínhớ… nên được sử dụng nhiều trong dược phẩm [23, 32].

Từ giữa thập niên 80 của thế kỷ 20 công nghệ trồng cỏ hương bài đãđược giới thiệu đến hơn 100 nước và hiện nay đã lên tới 147 nước, nhưng chủyếu tập trung ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Cỏ hương bài được sửdụng với mục đích chính là khai thác tinh dầu và chống sói mòn, bảo vệ đất,nước [11, 42, 43].

Ở Việt Nam, cỏ hương bài được trồng ở hầu khắp các tỉnh từ Bắc đếnNam, nhưng chủ yếu tập trung ở những vùng đất cát, có sông hồ, kênh rạch vànhững vùng duyên hải có gió mạnh như Thái Bình, Nghệ An, Quảng Bình,Quảng Trị để bảo vệ đất, sông hồ, kênh rạch, cung cấp dược liệu cho y họcvà phục vụ nhu cầu của người dân [9, 11] Tuy nhiên, hiện nay loại nguyên liệuquý này vẫn chưa được sử dụng để sản xuất ra tinh dầu (mặt hàng có giá trịcao) ở quy mô công nghiệp mà chỉ được sử dụng ở dạng nguyên liệu thô hoặcsơ chế với giá thành rẻ.

Để nâng cao giá trị kinh tế cho cây hương bài đồng thời để có thể tìmđược đầu ra vững chắc cho loại cây này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“Nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ rễ hương bài Việt Nam” Đây

là việc làm vừa có ý nghĩa khoa học, vừa mang tính thực tiễn cao

Mục đích của Đề tài:

Xây dựng một quy trình công nghệ thích hợp để khai thác và tinh chếtinh dầu hương bài cho hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh dầu cao.

Yêu cầu của Đề tài:

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá chất lượng nguyên liệu hương bàiViệt Nam

- Nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ rễ hương bài- Nghiên cứu công nghệ tinh chế tinh dầu hương bài

- Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm tinh dầu

PHẦN THỨ NHẤT TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về cỏ hương bài

1.1.1 Giới thiệu chung

Hương bài hay còn gọi là hương lau hoặc hương lâu có tên khoa học

Vetiveria zizanioides L là một loài cỏ sống lâu năm thuộc họ hoà thảo Tênchi Vetiveria bắt nguồn từ Vetiver, tên gọi Vetiver có nguồn gốc từ tiếng Tamil

[2,8, 11].

Cỏ hương bài có nguồn gốc từ Ấn Độ, chúng mọc hoang ở các vùng đấtcát Từ xa xưa, người dân đã phát hiện ra rễ hương bài tính mát, có tác dụnghạ nhiệt, làm ra mồ hôi, kích thích, lợi tiêu hóa, gây trung tiện, lợi tiểu và điềukinh nên đã sử dụng nó như một vị thuốc [3] Ngoài ra, nhờ chùm rễ hươngbài đan xen ăn sâu trong đất và có thể chịu được lực bằng 1/6 lần so với chịulực của bê tông nên cây có thể phát triển tốt ở vùng đất cát, đất đồi núi, dễtrồng, có khả năng kiểm soát xói mòn tốt trong các khu vực có khí hậu nóng,có vai trò làm hàng rào giữ ổn định cho các bờ hồ, sông suối, các vùng đất bậcthang, các ruộng lúa, giúp bảo vệ các công trình đập, kênh, đường bộ, sông hồthuỷ điện Do đó, trồng loài cỏ này được xem như xây dựng một hàng rào bêtông sinh học chống lại sói mòn và bảo vệ đất đai Hệ thống rễ này phát triểnthành mạng lưới dày đặc giữ cho đất kết dính lại, đồng thời không cho đất bịbật ra khi gặp những dòng chảy có vận tốc lớn Thêm vào đó, thân cỏ mọcđứng và vươn thẳng nếu trồng sát nhau sẽ làm giảm vận tốc dòng chảy, chặnđược lớp đất bị nước cuốn trôi Tại Nam Ấn Độ, gần thành phố Mysora, nôngdân đã trồng cỏ hương bài làm băng cây xanh từ khoảng 200 năm nay cũng

như nông dân ở Kano, Nigeria cũng đã trồng cỏ hương bài hàng thế kỷ nay.Ngày nay, chúng được trồng ở hầu khắp các châu lục như Châu Phi(Ethiopia, Nigeria…), Châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Indonesia,Philippin, Thái Lan,…), Châu Úc, Trung và Nam Mỹ (Colombia…) để cungcấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp khai thác tinh dầu và bảo vệ môitrường [11, 42, 43].

Hương bài là một loại cây khá dễ trồng, thích nghi rộng, phát triển rấtmạnh trong điều kiện khí hậu Việt Nam Ở nước ta, cỏ hương bài ban đầu chủyếu được trồng ở huyện Tiền Hải – Thái Bình Những năm gần đây An Giangđã tìm nguồn giống cỏ hương bài để trồng với mục đích chống sạt lở ở một sốhuyện như Tri Tôn, Tân Châu…, sau đó là một số tỉnh miền Đông Nam bộ,miền Bắc và miền Trung Hiện nay, cỏ hương bài được trồng ở hầu khắp cáctỉnh từ Bắc đến Nam để chống xói mòn đất và lấy rễ làm dược liệu, làm hươngthắp, phục vụ cho đời sống hàng ngày của người dân Ở Việt Nam nhiều hộnông dân đã thoát nghèo nhờ nguồn lợi kinh tế thu được từ việc bán rễ câyhương bài [9, 11].

1.1.2 Đặc tính thực vật và sinh thái

Cỏ hương bài là một loại cây thảo sống lâu năm thường mọc thành bụidày đặc, từ gốc rễ mọc ra rất nhiều chồi ở các hướng Thân cỏ mọc thẳng đứng,cao trung bình 1,5 - 2m, nhưng có thể cao tới 3m, dạng thân cọng, cứng và hoágỗ Phần thân trên không phân nhánh, phần dưới đẻ nhánh rất mạnh Mắt nhẵnnhụi, không có lông nằm tiếp giáp giữa các thân cọng cỏ và lồi ra, từ đó tạo rarễ khi cỏ hương bài được chôn vùi vào đất Lá dài khoảng 45-100cm và rộngkhoảng 6-12mm, rìa lá có hình răng cưa, lá mỏng và cứng Rễ là phần hữudụng và quan trọng nhất Không giống như phần lớn các loài cỏ dại có rễ dạng

sợi cắm đứng vào đất không mọc sâu với phần thân cỏ bò lan trên mặt đất vàcắm vào đất trải rộng theo chiều ngang tương tự như một tấm thảm, cỏ hươngbài không có căn hành, không bò lan, thân rễ đan xen nhau và có thể phát triểnrất nhanh Hệ thống rễ của cây cỏ hương bài có dạng chùm không mọc trảirộng mà lại mọc thẳng và sâu xuống đất, kể cả rễ chính, rễ thứ cấp hoặc rễdạng sợi tới độ sâu khoảng 2-4m, rộng đến 2,5m sau hai năm trồng Một đặc

tính quan trọng của rễ loài Vetiveria zizanioides L là có chứa tinh dầu, có mùi

thơm đặc trưng của cỏ hương bài, thường có chất lượng tốt nhất 18 tháng saukhi trồng [11, 33, 42].

Theo các nhà nông học, cỏ hương bài là cây lưỡng tính, có gié hoa lưỡngtính Các gié hoa có phân hoá giới tính như lưỡng tính, đực hoặc bất thụ trên

cùng một cây Loài Vetiveria zizanioides L được dùng phổ biến vì có đặc

điểm không tạo hạt, nhân giống chủ yếu bằng phương pháp vô tính nên khôngthể mọc tràn lan như một số loài cỏ dại khác Do đó cỏ hương bài không có khảnăng trở thành cỏ dại [11, 42].

Cỏ hương bài khá dễ trồng, dễ sống, chịu hạn tốt, ít bị sâu bệnh, thấmnước và giữ nước tốt Nó vừa ưa khô vừa ưa nước, trồng được ở bất kì loại đấtnào, không kể độ màu mỡ Cỏ được nhân giống bằng cụm rễ và cành giâm.Cây thường mọc thành bụi hay khóm lớn [6].

Trong tự nhiên, cỏ hương bài có sức chịu đựng đối với biến động khíhậu rất lớn như hạn hán kéo dài, khả năng chịu ngập úng kéo dài đến 45 ngày ởluồng nước sâu 0,6 – 0,8m và chịu được biên độ nhiệt độ từ -100C đến 480C.Tuy nhiên lượng mưa khoảng 300mm và nhiệt độ từ 18 - 250C là điều kiện lýtưởng cho loài này phát triển mạnh Cỏ hương bài phát triển tốt ở điều kiện ẩm,

thông thường cỏ hương bài cần một mùa ẩm ướt ít nhất 3 tháng Nhưng chúngcũng có thể sinh trưởng tốt ở điều kiện khô hạn và trên các triền dốc nhờ hệthống rễ đâm ăn sâu vào đất Cỏ hương bài là loại cây rất thích hợp trong vùngcó lượng ánh sáng cao Là loài cỏ có thể phát triển trên phần lớn các loại đất, từ

đất vertisol nứt - đen đến đất alfisol đỏ Cỏ còn mọc trên đá vụn, đất cạn và cả

đất trũng ngập nước Cỏ hương bài mọc tốt nhất ở chỗ đất trống và thoát nướctốt, nhất là ở đất non trẻ tạo từ tro núi lửa và đất cát sâu Hàm lượng tinh dầutrong rễ cỏ hương bài sẽ tăng lên nếu cỏ được trồng ở đất sét [2, 6, 42].

1.1.3 Thu hoạch và bảo quản rễ [2,20]

Rễ vừa mới nhổ lên đem rửa sạch thật nhanh rồi đem phơi khô dướibóng râm, phơi ngoài trời nắng tinh dầu sẽ bay hơi mạnh Thời gian bảo quảnrễ tốt nhất từ 1 - 3 tháng sau thu hoạch, nếu bảo quản trong kho có điều kiệntốt thì cũng không quá 6 tháng Thời gian kéo dài quá 3 tháng chất lượng tinhdầu có tốt hơn nhưng hàm lượng thì giảm nhiều và thời gian chưng cất cầnphải kéo dài làm giảm hiệu quả kinh tế Tác giả Trần Minh Hợi và các cộngsự đã khảo sát mức độ ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu tới hàmlượng, các chỉ số hóa lý và chất lượng của tinh dầu hương bài (xem bảng 1.1).Kết quả khảo sát này cho thấy sau khi bảo quản 100 ngày hàm lượngtinh dầu giảm không đáng kể so với ngay sau khi thu hoạch (từ 2,5 % xuống2,2 %), nhưng giảm mạnh khi thời gian bảo quản lên tới 173 ngày (còn 1,2%) Hàm lượng ancol tự do lại tăng lên (từ 53 % tăng lên 63 %), nhưng khibảo quản tới 173 ngày thì mất hết ancol [2].

Bảng 1.1: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu tớichất lượng và hàm lượng tinh dầu [2]

lượngTỷGócChỉ số

Chỉ sốChỉsố

Chỉ sốAncol

-1.1.4 Thành phần hoá học của rễ cỏ hương bài

Rễ hương bài tươi có độ ẩm từ 45-55%, còn lại là các chất khô Trongthành phần chất khô, tinh dầu (chiếm từ 1-3%) là thành phần quan trọng nhấttạo nên giá trị cao cho cỏ hương bài Ngoài ra, theo nhiều tài liệu tham khảo,trong rễ hương bài khô còn có các chất khác như xenluloza 80-89%, tinh bột 2-5%, protein 2-7%, đường 1-4%, chất béo 0,5-2%, và một lượng rất ít các chấtkhoáng, chất màu, vitamin…[20, 35].

Hàm lượng và chất lượng của tinh dầu rễ cỏ hương bài dao động từ 1-3%tuỳ thuộc vào giống, khí hậu và thổ nhưỡng Tuỳ theo từng loại đất khác nhaumà hàm lượng tinh dầu thu được cũng khác nhau, nếu được trồng ở vùng đấtsét thì hàm lượng và chất lượng tinh dầu sẽ cao hơn [14]

1.2 Giới thiệu về tinh dầu hương bài

Chất lượng tinh dầu phụ thuộc vào nguồn gốc, tình trạng khai thác củanguyên liệu Bên cạnh đó, nguyên liệu ở các độ tuổi khác nhau thì sẽ cho chấtlượng tinh dầu khác nhau, chất lượng tinh dầu tốt nhất khi rễ được 18 – 24tháng tuổi Thời điểm thu hái, phương pháp sơ chế và bảo quản cũng ảnhhưởng rất lớn đến chất lượng tinh dầu Ngoài ra, chất lượng của tinh dầu cũngphụ thuộc rất nhiều vào giống, loại đất trồng, địa lý và khí hậu Chất lượng tinhdầu có thể đánh giá sơ bộ thông qua các chỉ số hóa lý Với tinh dầu hương bài,tỷ trọng và độ quay cực của tinh dầu càng lớn thì mùi thơm càng mạnh Sựkhác nhau về chất lượng tinh dầu giữa các nước được thể hiện ở bảng 1.2 [2].

Bảng 1.2 Tính chất hoá lý của tinh dầu hương bài ở một số nước

Chỉ số axít,mg KOH/g

Chỉ sốesteĐảo

1.2.2 Thành phần hoá học của tinh dầu hương bài

Thành phần hóa học của tinh dầu hương bài rất phức tạp, có khoảng trên100 thành phần dạng sesquiterpnene và các dẫn xuất của chúng thuộc về 11dạng cấu trúc [17] Thành phần chính bao gồm: các sesquiterpnenehydrocacbon như cadenene, clovene, amorphine, aromadendrine, junipene; các

dẫn xuất alcohol của vetiverol như khusimol, epiglobulol, spathulenol,khusinol, vetivenol (bicyclo-); các dẫn xuất carbonyl của vetivone (ketone) nhưvetivone, khusimone; và các dẫn xuất este như khusinol acetate …[27, 28].

Chowdhury A R và cộng sự (năm 2002) đã nghiên cứu phân tích mẫutinh dầu hương bài Ấn Độ và nhận thấy mẫu tinh dầu này có các thành phầnchính sau (bảng 1.3.) [19]:

Bảng 1.3 Thành phần hoá học chính của tinh dầu hương bài Ấn Độ

Khusimol Khusinol

Isovalencenol zizanol

O

O

Axít benzoic Calaren-gurinen Spathulenol

1.3 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ cỏ hương bài, tinh dầuhương bài trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ trên thế giới

Từ xa xưa, loài người đã biết sử dụng cỏ hương bài như một loại nguyênliệu tạo ra hương thơm và là một loại dược liệu quí chữa được rất nhiều loạibệnh Mặc dù có nguồn gốc từ Ấn Độ nhưng hiện nay cỏ hương bài đã đượcgieo trồng và sử dụng để khai thác tinh dầu ở hơn 147 nước, đặc biệt là ở cácnước nhiệt đới, cận nhiệt đới Đảo Reunion (châu Phi) cho đến nay vẫn là nơinổi tiếng nhất về trồng cây hương bài và sản xuất tinh dầu với sản phẩm tinhdầu “Bourbon” có chất lượng tốt nhất thế giới Từ trước Chiến tranh Thế giớilần thứ II, mỗi năm Reunion đã xuất khẩu 10 tấn tinh dầu hương bài Từ năm1955 tới nay, sản lượng xuất khẩu hàng năm thường xuyên cao hơn 20 tấn,lớn nhất là 42 tấn một năm [27, 43].

Những năm gần đây, Indonexia và Haiti đã vươn lên thành những nướcxuất khẩu tinh dầu hương bài có số lượng đứng đầu thế giới Indonexia mỗinăm xuất khẩu từ 100 đến 180 tấn, Haiti khoảng 100 tấn/năm Trung Quốccũng là một trong những nước cung cấp tinh dầu hương bài quan trọng vớisản lượng khoảng 80 tấn/năm Tiếp theo là đến các nước Ấn Độ, Braxin, vàNhật Bản Sản lượng tinh dầu hương bài trên toàn thế giới hiện nay khoảng 250tấn/năm [27].

Trên thị trường quốc tế, giá cả tinh dầu hương bài thay đổi theo từngnăm và tùy thuộc vào chất lượng tinh dầu của từng vùng Vào những năm 90,một kg tinh dầu “Bourbon” từ đảo Reunion có giá khoảng 135 - 155 USD.Tinh dầu hương bài ở Haiti có giá khoảng 90 - 100 USD/kg, của Indonexiakhoảng 54 - 62 USD/kg Hiện nay tinh dầu hương bài có giá dao động khoảng500 - 700 USD cho 1kg sản phẩm tùy theo chất lượng từng loại tinh dầu [18,30, 40, 41].

Hầu hết tinh dầu hương bài sản xuất trên thế giới được tập trung tiêuthụ vào một số thị trường có tiếng như Mỹ nhập khẩu khoảng 100 tấn/năm,Pháp 50 tấn/năm, Thụy Sỹ 30 tấn/năm, Anh 25-30 tấn/năm, Nhật Bản 10 tấn/năm và Đức 6 tấn/năm [24, 25].

Tinh dầu được sản xuất tại Haiti và Reunion có nhiều hương vị của hoahơn và được đánh giá là có chất lượng cao hơn so với tinh dầu sản xuất tại Javado có hương vị nhiều mùi khói hơn Tại miền bắc Ấn Độ, tinh dầu được sảnxuất từ cỏ hương bài mọc hoang được coi là có chất lượng hơn hẳn tinh dầu thuđược từ cỏ hương bài do con người gieo trồng [36, 42].

Theo một số nhà khoa học Ấn Độ, rễ hương bài sợi nhẵn cho tinh dầu cóchất lượng tốt hơn Tinh dầu thường tích lũy ở những rễ phụ, mặc dù nồng độtinh dầu cao, nhưng giá trị hương thơm của tinh dầu giảm rất nhanh do sự tồntại một lượng lớn các chất không phân cực Do vậy để giảm tối đa những thànhphần không phân cực không mong muốn, các tác giả này đã đưa ra những giảipháp sau: (i) rễ sau khi thu hoạch nên để trong không khí khô từ 1-2 ngày ởnhiệt độ < 270C để bay hơi tự nhiên phần tinh dầu nhẹ không mong muốn; (ii)nên loại bỏ tinh dầu thu được trong 15-30 phút đầu của quá trình chưng cất;(iii) tinh dầu được trích ly bằng phương pháp trích ly CO2 lỏng cũng loại đượcmột số cấu tử không mong muốn [27].

Trên thế giới, tinh dầu hương bài thường được khai thác bằng haiphương pháp: chưng cất và trích ly Với phương pháp chưng cất, thời gian đểchưng cất tinh dầu hương bài thường phải kéo dài từ 18-24h Sau khi chưngcất, tinh dầu được tách nước và làm khô bằng muối sunphat natri khan hoặc sấybằng không khí khô, rồi để ngấu trong khoảng vài tháng trong chai thủy tinh

muốn sinh ra trong quá trình chưng cất Mùi của tinh dầu hương bài sẽ đậmthêm cùng với quá trình để ngấu Trong thời gian này tinh dầu có thể sẽ chuyểnsang màu xanh lá cây [43].

Ở Ấn Độ người dân thường chưng cất tinh dầu hương bài theo haiphương pháp truyền thống: (i) Sử dụng hệ thống “Bhapka” rất phổ biến Hệthống thiết bị chưng cất này gồm một thùng đồng tròn “Deg” và thùng thu dầu“Bhapka” bằng đồng Deg nối với Bhapka bằng một ống tre gọi là “Chonga”.Bhapka được đặt trong một thùng nước nhỏ để làm lạnh Tùy theo kích thướccủa Deg mà hệ thống này có thể chưng cất được từ 50-100 kg rễ bán khô.Phương pháp chưng cất này dài hơn các phương pháp khác 4-5h nhưng chấtlượng tinh dầu tốt hơn (ii) Sử dụng hơi nước sinh ra khi đun sôi và chưng cấtbằng đốt củi [36] Để đạt được hiệu quả cao khi chưng cất, rễ hương bài nênđược thu hoạch ở độ tuổi 18 tháng, khi trời mát, nhiệt độ ngày tối đa 25-270C,rễ được chưng cất ngay sau khi thu hoạch và thời gian chưng cất phải đạt tốithiểu 15h [16, 28].

Nhìn chung, việc chưng cất tinh dầu hương bài thường gặp rất nhiều khókhăn do các thành phần của tinh dầu có nhiệt độ sôi rất cao và tỷ trọng củachúng xấp xỉ với nước nên khó phân ly – do vậy không thu được phần tinh dầunặng của rễ cây là phần tinh dầu có chứa nhiều thành phần khó bay hơi có mùithơm đặc trưng Do vậy, hiện nay ở các nước phát triển người ta thường thunhận tinh dầu hương bài bằng phương pháp trích ly với các dung môi hữu cơ.Phương pháp trích ly có những ưu điểm hơn hẳn phương pháp chưng cất là:hiệu suất trích ly cao, quá trình chiết tách khá dễ dàng, nguyên liệu không bịbiến đổi bởi nhiệt trong quá trình trích ly (do các dung môi hữu cơ thường có

nhiệt độ sôi thấp) do vậy tinh dầu sẽ không có mùi khê khét, mùi không mongmuốn; thời gian trích ly không quá dài, tốn ít nhiệt năng, sản phẩm có thể sửdụng được ngay Các dung môi thường được sử dụng là n-hexan, ete petrol,etanol, metanol [15, 20]

Thời gian gần đây, phương pháp trích ly bằng CO2 lỏng, CO2 siêu tớihạn - một phương pháp trích ly mới và hiện đại đã được một số nước áp dụng.Năm 2004, Julian M., Paulo T.V R và các cộng sự đã sử dụng phương phápnày để khai thác tinh dầu hương bài và hàm lượng tinh dầu thu được là 3,2%[25] Hàm lượng và chất lượng tinh dầu thu được có cao hơn so với cácphương pháp thông thường Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm lớn làthiết bị phức tạp và rất đắt tiền [21, 45].

Chất lượng và thành phần hoá học của tinh dầu hương bài trên thị trườngthế giới rất đa dạng, chúng phụ thuộc vào loại giống hương bài, vùng sinh thái,thời vụ thu hái và phương pháp khai thác [20, 31] Trước đây, các nhà khoa họcthường đánh giá chất lượng của tinh dầu bằng các phương pháp sau:

- Xác định các tính chất màu sắc, độ trong, mùi vị của tinh dầu hươngbài bằng phương pháp cảm quan.

- Xác định các tính chất hoá lý: khối lượng riêng, chỉ số chiết quang, gócquay cực, chỉ số axít, chỉ số este, chỉ số cacbonyl, điểm đông đặc [12, 14] Việc nghiên cứu thành phần hoá học được bắt đầu từ những nghiên cứucủa hai nhà khoa học Lemberg S H vào năm 1978 Họ đã tiến hành phân tíchmẫu tinh dầu của Haiti và nhận thấy trong thành phần của tinh dầu có chứa rấtnhiều các cấu tử hương thơm mà nhiều nhất là khusimol, các axít và cácalcohol [31].

Trong những năm gần đây, do sự phát triển không ngừng của kỹ thuậtphân tích các hợp chất thiên nhiên, do yêu cầu ngày càng cao của người sảnxuất và người sử dụng nên việc đánh giá tinh dầu nói chung cũng như tinh dầuhương bài nói riêng mang tính định tính và định lượng hơn Thành phần vàhàm lượng các chất trong tinh dầu hương bài thường được xác định bằng cácphương pháp phân tích hiện đại như: sắc ký khí (GC), sắc ký khối phổ (GC-MS), sắc ký lỏng cao áp (HPLC), Qua các phân tích này, trên 150 chất đãđược nhận dạng có mặt trong tinh dầu hương bài [19, 33, 37].

Bên cạnh đó đã có rất nhiều các công trình khoa học đi sâu nghiên cứuthành phần và hàm lượng của các cấu tử trong các loại tinh dầu hương bài cóxuất xứ, độ tuổi trồng cỏ hương bài và phương pháp sản xuất khác nhau Năm2005, Kim H J, Cheng F cùng các cộng sự đã sử dụng các phương pháp sắcký cột, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký khí để nghiên cứu thành phần của tinh dầuhương bài ở các vùng khác nhau Qua nghiên cứu họ nhận thấy tinh dầu thuđược ở các vùng khác nhau thì có sự khác nhau về hàm lượng và thành phầnchất thơm Nhưng nhìn chung thành phần hóa học của tinh dầu bao gồm:Khusimol, spathulenol, calaren-gurine, α-longipinen, α- vetivone, γ-silinen,Terpen-4-ol, Valerenol, Epizizan, Valencen, β-humulen, 3-epizizand [26] Cùng năm đó (2005), Domenica R.M., Felice S và các cộng sự cũngcông bố kết quả nghiên cứu chất lượng và hàm lượng tinh dầu hương bài theođộ tuổi của rễ cỏ hương bài có xuất xứ từ Italy Họ đã sử dụng phương pháptrích ly với dung môi là n-hexan để khảo sát ảnh hưởng của độ tuổi đến hiệusuất thu nhận và chất lượng tinh dầu Thí nghiệm được tiến hành từ tháng 5năm 2002 đến tháng 3 năm 2004 Khi nguyên liệu được 2 tháng tuổi tiến hành

thu hái và trích ly, cứ 2 tháng lại tiến hành thí nghiệm 1 lần Qua khảo sát chothấy hàm lượng tinh dầu và chất lượng của tinh dầu tăng dần theo độ tuổi vàđạt giá trị lớn nhất khi rễ được 2 tuổi, sau đó thì hàm lượng tinh dầu giảm dầnnhưng chất lượng lại cao hơn [20].

1.3.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ trong nước

Ở Việt Nam, cỏ hương bài được trồng từ lâu đời ở Tiền Hải – TháiBình Cây được trồng vào tháng 2, thu hoạch vào tháng 12 và rải rác trongnăm Mỗi hecta thu được khoảng 20-30 tấn rễ mỗi năm Hương bài ngày nayđược trồng ở nhiều nơi, chủ yếu ở những vùng duyên hải có gió mạnh, QuảngBình, Quảng Trị, An Giang, Phan Thiết do cây phát triển tốt ở những vùngđất cát, dễ trồng, có khả năng kiểm soát sói mòn tốt trong các khu vực khí hậunóng, làm hàng rào giữ ổn định cho các bờ hồ, sông suối, các vùng đất bậcthang, các ruộng lúa, giúp bảo vệ các công trình đập, kênh, đường bộ, sông hồthuỷ điện nhưng đặc biệt do có giá trị kinh tế cao [2]

Hiện nay, vùng nguyên liệu hương bài trong nước đã được hình thànhvà đang được mở rộng Chỉ riêng tỉnh Bắc Giang và tỉnh Quảng Bình đã trồngđược hàng trăm hecta cỏ hương bài với sản lượng ước khoảng vài trăm tấn rễhương bài/năm Giá rễ cỏ hương bài tươi 4000-5000 đồng/kg, khô 14000đồng/kg Ở nhiều vùng quê, người dân đã thoát nghèo nhờ trồng cây hươngbài [9] Tuy nhiên, cho đến nay rễ hương bài chủ yếu được sử dụng ở dạngnguyên liệu thô nhưng rõ ràng nếu hương bài được khai thác sử dụng ở dạngtinh dầu thì giá trị sẽ tăng cao hơn nhiều Việc khai thác tinh dầu hương bài ởnước ta chưa được quan tâm và đầu tư thích đáng Tinh dầu hương bài hiệnnay mới chỉ được một số hộ dân tự khai thác bằng các thiết bị thô sơ tự chếtheo phương pháp chưng cất cuốn theo hơi nước: rễ cỏ hương bài được chặtthành khúc nhỏ ngâm nước từ 10-12 giờ cho mềm rồi đem chưng cất trong

72-96 giờ Tinh dầu thu được bằng phương pháp này rất thấp, thường chỉ đạttừ 0,82-1,44% so với nguyên liệu, ví dụ ở Thụy Hải – Thái Bình chỉ đạt trungbình 1% Tinh dầu thô có màu nâu sáng tới nâu đỏ, độ nhớt cao, có mùi đặctrưng của gỗ Ngoài ra, hạn chế của phương pháp này là không thu được phầntinh dầu nặng của rễ cây – phần tinh dầu này chứa nhiều thành phần khó bayhơi có mùi thơm đặc trưng và bền được sử dụng làm chất định hương Bêncạnh đó, tinh dầu thu được bằng chưng cất lôi cuốn theo hơi nước có mùi hơiủng, nên làm giảm chất lượng của tinh dầu [2, 10] Chúng ta chưa có sảnphẩm tinh dầu hương bài ở quy mô lớn lẫn quy mô nhỏ do công nghệ khaithác tinh dầu của ta còn giản đơn, thiết bị chưng cất quá lạc hậu, công nghệtrích ly tinh dầu thì chưa phát triển

Năm 2007, Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam đã tiến hành nghiêncứu đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu công nghệ chiết tách các hoạt chất hữuích có giá trị kinh tế từ nguồn nguyên liệu thiên nhiên bằng CO2 lỏng ở trạngthái siêu tới hạn”, trong đó có nghiên cứu phương pháp khai thác tinh dầuhương bài từ rễ cỏ hương bài Việt Nam [10] Tuy nhiên, phương pháp nàychưa thể áp dụng rộng rãi trong điều kiện nước ta do thiết bị phức tạp và đắttiền, nên nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở qui mô phòng thí nghiệm, chưađưa được vào sản xuất ở qui mô lớn.

Ngoài ra, theo hiểu biết của chúng tôi tính đến thời điểm hiện tại, ởViệt Nam, chưa có công trình khoa học nào nghiên cứu khai thác loại tinh dầuquí từ rễ hương bài bằng các phương pháp khác được công bố

Những năm gần đây, vùng nguyên liệu hương bài ở nước ta đang pháttriển ngày càng mạnh, đòi hỏi phải tìm được đầu ra ổn định, vững chắc, đồngthời cần nâng cao giá trị sử dụng của chúng Mặt khác, việc sản xuất và sử

dụng tinh dầu hương bài đang là nhu cầu cấp thiết của nhiều doanh nghiệptrong nước.

1.4 Ứng dụng của rễ cỏ hương bài và tinh dầu hương bài

Từ xa xưa, dân gian thường dùng rễ cỏ hương bài để nấu nước gội đầucho thơm, làm mượt tóc, nấu nước xông hơi, massage Người dân cũng thườngdùng rễ hương bài làm hương thắp, đốt thay trầm để tạo cảm giác thư thái [29].

Trong y học cổ truyền của một số nước, rễ cỏ hương bài được sử dụng từhàng ngàn năm nay và được xem là một loại dược liệu quý, có tác dụng trongviệc chữa trị nhiều loại bệnh Tinh dầu trong rễ cỏ hương bài có tác dụng hạnhiệt, giảm đau, làm ra mồ hôi, kích thích, lợi tiêu hoá, gây trung tiện, lợi tiểu,điều kinh, cân bằng hoocmon, làm lành nhanh vết thương, giảm các tổn thươngdây thần kinh, giúp vượt qua trầm cảm, lo lắng, căng thẳng, giảm stress, [27,

32, 44] Chính vì vậy, rễ cỏ hương bài có mặt trong rất nhiều bài thuốc dân

gian chữa các bệnh như: suy nhược thần kinh, mất ngủ, viêm cơ, khớp, timmạch, bệnh viêm da (dùng để nấu nước tắm trị được lở ngứa, sài ghẻ), một sốcác bệnh về gan Ngoài ra nó còn có mặt trong các bài thuốc an thần, thuốcbổ [6]

Ở Ấn Độ, người ta dùng rễ hãm uống với nhiều loại công dụng: Chữacảm sốt, bệnh về đường tiêu hoá và dùng uống trong trị bệnh về men gan, làm

thuốc trị giun sán Tinh dầu cũng được sử dụng để làm tăng trưởng lực [44].

Còn ở Malaixia, người ta dùng rễ hương bài làm thuốc đắp lên bụng phụ nữ

sau khi sinh [44] Tinh dầu hương bài ngăn sự mệt mỏi cho các bà mẹ mang

thai Dùng tinh dầu hương bài xoa bóp làm giảm đau lưng, bong gân, làmgiảm sốt, giảm viêm và kích thích dạ dày [27].

Tinh dầu hương bài được chiết tách từ rễ cỏ hương bài, là loại tinh dầuđa năng, có tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong côngnghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm

Thông thường người ta dùng rễ hương bài làm nguyên liệu chiết tách lấytinh dầu thơm, dùng trong công nghiệp thực phẩm để cố định được các tinhdầu khác dễ bay hơi, làm bột, làm kem, một số loại đồ uống giải khát, xiro [6,42] Theo nhà nghiên cứu U.C.Lavania, tinh dầu hương bài ở dạng pha loãngcòn sử dụng trong bảo quản thực phẩm, làm giảm vị hăng cay của thuốc lá[27] Ở Braxin tinh dầu hương bài được dùng làm hương liệu trong sản xuất

một số sản phẩm đồ hộp rau quả như măng tây, đậu hà lan [25]

Trong công nghiệp dược phẩm, tinh dầu hương bài được sử dụng làmthuốc chữa các bệnh như: cảm sốt, suy nhược thần kinh, mất ngủ, viêm cơ, timmạch, viêm da, giảm tress, giảm mệt mỏi, giảm đau…[26, 46].

Do thành phần tinh dầu chứa nhiều hợp chất khó bay hơi, có tính chấtđịnh hương tốt, mùi thơm dịu nên tinh dầu hương bài thường được sử dụngtrong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm, nước hoa đặc biệt là nước hoa cao cấp,xà phòng, nước xịt phòng, Nó có mặt trong khoảng 36% các loại nước hoa

do các quốc gia Tây Âu và Mỹ sản xuất [27, 36, 42] Ngoài ra, tinh dầu hương

bài có đặc tính khử mùi, làm hết mụn trứng cá, làm ẩm da khô, làm mới datrưởng thành cũng như làm liền da bị viêm, bị tổn thương nên còn được sửdụng để sản xuất kem dưỡng da, sữa rửa mặt [27]

Bên cạnh đó, trong tinh dầu hương bài tồn tại một số chất có khả năngxua đuổi và tiêu diệt côn trùng, mối… như chất nootkatone có khả năng tiêu

diệt loài mối Formosan ăn gỗ và xây tổ mối dưới lòng đất Một số thành phần

khác như α-cedren, zizanol, vetivenol cũng có tác dụng làm yếu và gây độc đối

với mối và côn trùng Do vậy, tinh dầu hương bài còn thường được dùng đểpha chế thành các loại sản phẩm có tác dụng bảo quản sách vở, quần áo, đồdùng gia đình [24, 38]

Từ những vấn đề trình bày ở trên, có thể nói rằng chúng ta có một loàithực vật rất đặc biệt có thể sử dụng như một công cụ hiệu quả, đơn giản, chiphí thấp để bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường của chúng ta đồng thờicó thể khai thác tinh dầu từ bộ rễ của nó để ứng dụng cho công nghiệp thựcphẩm, dược phẩm và mỹ phẩm, và tiến tới xuất khẩu, mang lại nguồn thu đángkể cho nước nhà

1.5 Các phương pháp khai thác tinh dầu

Hiện nay có nhiều phương pháp được sử dụng để khai thác các loại tinhdầu như: phương pháp cơ học, phương pháp hấp phụ, phương pháp trích ly,phương pháp chưng cất.

Tuy nhiên, đối với tinh dầu hương bài các phương pháp khai thácthường được sử dụng là phương pháp chưng cất và phương pháp trích ly

1.5.1 Phương pháp chưng cất [1, 14, 39]

Phương pháp chưng cất theo hơi nước là quá trình chuyển khối, trongđó hai hay nhiều cấu tử lỏng không hoà tan lẫn nhau tạo thành hỗn hợp hơiđẳng phí ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của cấu tử có nhiệt độ sôi thấp nhất.Do nhiệt độ sôi của hầu hết các cấu tử trong các loại tinh dầu đều cao hơn nhiệtđộ sôi của nước nên nhiệt độ trong quá trình chưng cất đều thấp hơn 1000C, dođó không làm phân huỷ thành phấn các chất thơm trong tinh dầu.

Hiện nay, phương pháp chưng cất vẫn được sử dụng nhiều trong côngnghệ khai thác tinh dầu vì thiết bị đơn giản và chất lượng tinh dầu khá tốt Nhìn

chung qui trình sản xuất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất được mô tảtrong hình 1.1.

Nguyên liệu

TINH DẦU

Bã

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất

Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình chưng cất:

1 Nguyên liệu

- Độ ẩm nguyên liệu: Độ ẩm nguyên liệu lớn sẽ gây tốn thể tích thiết bị

trích ly Song nếu độ ẩm nguyên liệu quá thấp khi chưng cất gặp nước hoặc hơinước, nguyên liệu sẽ trương nở dễ gây trào

- Độ mịn nguyên liệu: Độ mịn nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến quá

trình chưng cất Nguyên liệu nếu để ở dạng rễ thô thì hiệu suất chưng cất sẽ rấtthấp vì khi đó tinh dầu trong nguyên liệu khó thoát ra ngoài Nhưng nếunguyên liệu được nghiền quá mịn, khối nguyên liệu không có độ xốp nguyênliệu sẽ khó tiếp xúc với hơi nước trong trường hợp chưng cất bằng hơi nước;hoặc khó đảo trộn, dễ bị khê khét trong trường hợp chưng cất cuốn theo hơinước.

2 Phương pháp chưng cất

Các phương pháp chưng cất thường được sử dụng trong chưng cất tinhdầu là: chưng cất với nước (chưng cất lôi cuốn theo hơi nước), chưng cất bằnghơi nước không có nồi hơi riêng, chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng.Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào từng loại nguyênliệu mà người ta chọn phương pháp thích hợp.

3 Các yếu tố công nghệ

Có nhiều yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chưng cất tinh dầunhưng các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất là: tỷ lệ nguyên liệu/thể tích thiết bị, tỷlệ nguyên liệu/thể tích nước chưng cất, tốc độ chưng cất, thời gian chưng cất

1.5.2 Phương pháp trích ly [1, 14, 39 ]

Nguyên lý của phương pháp trích ly: Quá trình trích ly được thực hiệndựa vào tính hoà tan tốt của tinh dầu trong các dung môi hữu cơ, đây là quátrình chuyển khối do có sự chênh lệch nồng độ nguyên liệu và dòng chảy bênngoài (dung môi) Thực chất quá trình trích ly là quá trình ngâm chiết nhằmchuyển tinh dầu từ bên trong nguyên liệu vào dung môi nhờ quá trình khuếchtán phân tử, chuyển tinh dầu từ bề mặt nguyên liệu vào dung môi bằngkhuếch tán đối lưu Trước tiên các phần tử trích ly được dung môi thấm ướt,phần tinh dầu trên bề mặt nguyên liệu tan vào dung môi, sau đó dung môithấm sâu vào bên trong các phần tử trích ly để tiếp tục hoà tan tinh dầu bêntrong rồi khuếch tán ra bên ngoài do sự chênh lệch áp suất và nồng độ Quátrình hoà tan tinh dầu vào dung môi diễn ra cho đến khi đạt sự cân bằng nồngđộ dòng khuếch tán thì dừng lại Trên thực tế, quá trình trích ly là quá trìnhkhuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu dựa vào điều kiện chuyển khối từcông thức của định luật Fick để giải thích và tính toán (có dấu trừ theo chiềugiảm nồng độ) [10].

dm = - DFdcdTdk Trong đó:

dm: Lượng vật chất chuyển khốiD: Hệ số chuyển khối

F: Bề mặt khuếch tándc/dk: Gradien nồng độdT: Thời gian khuếch tán

Cơ sở vật lý của quá trình trích ly là dựa vào sự khác nhau về hằng sốđiện môi của dung môi và chất cần trích ly Những chất có hằng số điện môi

gần nhau sẽ dễ hòa tan vào nhau Tinh dầu có hằng số điện môi dao động từ 2 –5 và các dung môi hữu cơ thông thường có hằng số điện môi không lớn lắm thídụ: hexan là 1,89; étxăng là 2; benzen là 2,2 Phương pháp này có thể tiến hànhở nhiệt độ thường (khi trích ly) và có thể lấy được những thành phần quí nhưsáp, nhựa thơm trong nguyên liệu mà phương pháp chưng cất không thể táchđược Vì thế, chất lượng của tinh dầu sản xuất bằng phương pháp này khá cao Qui trình chung để trích ly tinh dầu được minh hoạ trong hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh dầu bằng phương pháptrích ly

Nguyên liệu

TINH DẦU

Dung môi

Bã

Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình trích ly:

1 Nguyên liệu

- Độ ẩm nguyên liệu: Khi độ ẩm nguyên liệu lớn thì tốn thể tích thiết bị

trích ly và tốn lượng dung môi sử dụng, tổn thất tinh dầu trong quá trình côđặc Khi độ ẩm nguyên liệu quá thấp sẽ ảnh hưởng tới quá trình tách và thoáttinh dầu ra khỏi bề mặt nguyên liệu.

- Độ mịn nguyên liệu: Nguyên liệu nếu để nguyên ở dạng rễ thô thì hiệu

suất trích ly sẽ rất thấp vì khi đó tinh dầu trong nguyên liệu rất khó tiếp xúc vớidung môi Nhưng nếu nguyên liệu được nghiền quá mịn sẽ gây bí bết cản trởsự tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi, cản trở quá trình lọc

2 Phương pháp trích ly

Trong quá trình khai thác tinh dầu hương bài thì việc lựa chọn ra mộtphương pháp khai thác thích hợp là rất quan trọng Vì nó có ảnh hưởng rất lớnđến hiệu suất thu nhận tinh dầu, chất lượng tinh dầu và hiệu quả kinh tế thuđược Một số phương pháp trích ly thường được sử dụng trong công nghiệpkhai thác tinh dầu là: trích ly tĩnh, trích ly động, trích ly hồi lưu, trích ly luânchuyển, trích ly bằng thiết bị soxlet Hiện nay, có những nghiên cứu trích lytinh dầu bằng phương pháp CO2 lỏng và CO2 siêu tới hạn cũng bắt đầu thuđược những kết quả khả quan

3 Dung môi

Trong quá trình trích ly, chất lượng tinh dầu thu được cùng với hiệu suấttrích ly phụ thuộc rất lớn vào dung môi trích ly Nhìn chung, dung môi cho quátrình trích ly tinh dầu cần đạt được những yêu cầu sau:

- Hoà tan tốt tinh dầu nhưng không hoà tan các chất, tạp chất khác cótrong nguyên liệu

- Có nhiệt độ sôi thấp, tuy nhiên nếu quá thấp thì tổn thất dung môi sẽ rấtlớn, trong sản xuất dễ gây hoả hoạn và rất khó làm ng ưng tụ để thu hồidung môi

- Độ nhớt của dung môi phải thấp, để không làm giảm tốc độ khuếch tán- Phải tinh khiết, không ăn mòn thiết bị, sau khi thu hồi dung môi khôngđể lại mùi vị lạ cũng như các sản phẩm độc hại trong tinh dầu

- Không hoà tan nước, không tác dụng với nước ở bất kỳ nhiệt độ nào- Không tạo hỗn hợp nổ với không khí, khí cháy

- Có giá thành thấp và dễ mua

Nói chung, hiện nay chưa có một dung môi nào đáp ứng được đầy đủ cácđiều kiện như đã nêu ở trên Vì vậy trong quá trình tiến hành, phải căn cứ vàohiệu suất và chất lượng tinh dầu thu nhận được, căn cứ vào tính kinh tế và antoàn để lựa chọn dung môi phù hợp nhất

4 Yếu tố công nghệ

Có rất nhiều yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình trích ly nhưngtheo một số tài liệu tham khảo, những yếu tố ảnh hưởng rõ rệt nhất đến hiệusuất thu nhận cũng như chất lượng tinh dầu là số lần trích ly, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, tốc độ khuấy trộn, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly

PHẦN THỨ HAI

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên vật liệu và hóa chất phục vụ nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu là rễ của cỏ hương bài được thu hoạch ở 3 tỉnh Thái Bình,Quảng Bình và Quảng Trị, theo các độ tuổi khác nhau: rễ trồng 1 năm, 2 năm,3 năm.

2.1.2 Hoá chất thí nghiệm

- Etanol (C2H5OH) - Etanol (C2H5OH) - n- Hexan (C6H14)- Axeton (CH3COOCH3)- Ete petrol (60-900C) - Etyl axetat (C3H8O2) - Dung dịch HCl chuẩn - Metanol (CH3OH)- Axít Clohidric (HCl) - Natri hydroxit (NaOH)- K3Fe(CN)6

- Kali iodua (KI)

96%99,5%99,5%99,5%0,1N: 0,5N99,5%0,1N; 0,5N99,5%6N0,05N0,05N

- Kẽm sunphat (ZnSO4) - Axít sulphuric (H2SO4)- Axít boric (H3BO3) - Axít axetic (CH3COOH)- Natri sunphat khan (NaSO4) - HClO4

- Na2S2O3

- Dung dịch tinh bột

- Chất chỉ thị phenolphtalein- Chất chỉ thị taxiro

- Dung dịch KOH - Nước cất

98%, 0,01N2,5%

10%

- Thiết bị cô quay Buchi R-114

- Thiết bị tạo chân không Buchi B-168; V500; B-721- Bộ cất đạm Micro Kendan

- Buret các loại

- Bình định mức 500ml và 1000ml- Bình đựng mẫu

- Máy xay STRAUME- USR

- Sàng có đường kính lỗ: 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm- Dụng cụ đo tỷ trọng

- Khúc xạ kế Anbe

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp phân tích thành phần chính của nguyên liệu [1, 7, 12, 13]

Tiến hành phân tích thành phần chính của nguyên liệu ba vùng là TháiBình, Quảng Bình và Quảng Trị đối với 3 loại nguyên liệu: rễ trồng 1 năm, rễtrồng 2 năm, rễ trồng 3 năm.

2.2.1.1 Phương pháp xác định độ ẩm của nguyên liệu

Độ ẩm nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy đến khối

lượng không đổi

Cách tiến hành: Cân chính xác 10g nguyên liệu đã được cắt nhỏ, sau đósấy ở 1050C đến khối lượng không đổi Độ ẩm được xác định theo công thức:

m1 – m2

W = x 100 (%) m

Trong đó:

W: Độ ẩm của nguyên liệu, %

m1: Khối lượng nguyên liệu ban đầu, g

m2: Khối lượng nguyên liệu sau khi sấy, g

2.2.1.2 Xác định hàm lượng tinh dầu

Hàm lượng tinh dầu hương bài được xác định bằng phương pháp trích ly.

Cách tiến hành như sau:

Cân chính xác 100g nguyên liệu đã được xay cho vào bình cầu 2000ml,sau đó tiến hành trích ly động 4 lần bằng dung môi metanol, tốc độ khuấy 400v/ph ở nhiệt độ 600C, thời gian 14h, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1: 25 Dịchtrích ly của cả 4 lần được cô đuổi kiệt dung môi thu nhận tinh dầu hương bàithô

Sau đó tinh dầu thô được tiến hành tinh chế theo phương pháp sau:

Cho tinh dầu hương bài thô cùng với nước cất, hỗn hợp dung môi etepetrol và n-hexan vào phễu chiết, tiến hành quá trình trích ly Quá trình trích lyđược lặp lại 4 lần Lớp trên có chứa tinh dầu được hợp lại và làm khô bằngsunphat natri khan Tiếp đó lọc bỏ phần chất rắn, dung dịch trong suốt đượcđuổi kiệt dung môi trên thiết bị cô quay đến khối lượng không đổi, ta thu đượctinh dầu sạch.

Hiệu suất thu nhận tinh dầu được xác định theo công thức sau: m1 104

X = (%) m (100 - W) Trong đó:

X : Hàm lượng tinh dầu so với tổng chất khô có trong nguyên liệu, % m : Khối lượng nguyên liệu, g

m1 : Khối lượng tinh dầu sạch thu được sau khi trích ly, g W : Độ ẩm của nguyên liệu, %

2.2.1.3 Xác định hàm lượng tinh bột

Hàm lượng tinh bột được xác định dựa trên nguyên tắc: Dưới tác dụng

của axít, tinh bột bị thuỷ phân tạo thành đường glucoza Xác định hàm lượngđường glucoza tạo thành rồi nhân với hệ số 0,9 ta được hàm lượng tinh bột (C6H12O5)n + n H2O n C6H12O6

162,1 18,02 180,12

162,1 F = = 0,90

180,12

Thuỷ phân tinh bột trong nguyên liệu bằng axít HCl Sauđó xác định hàm lượng đường khử mới tạo thành bằng phươngpháp Ixekuzt Cách tiến hành cụ thể như sau:

- Cân khoảng 2g nguyên liệu đã được nghiền nhỏ vàbiết trước độ ẩm Chuyển nguyên liệu vào cốc với 100ml nướccất, dùng đũa thuỷ tinh khuấy đều để loại bỏ đường tan trongkhoảng 45 - 60 phút Sau đó lọc tinh bột bằng phễu có giấy lọcvà rửa tinh bột nhiều lần bằng nước cất Chuyển phễu lọc sangbình cầu 250ml, dùng đũa thuỷ tinh chọc thủng giấy lọc,chuyển tinh bột xuống bằng nước cất (chính xác 100ml) Hút10ml dịch thuỷ phân và 2 ml HCl 6N vào bình cầu, lắp hệthống ống sinh hàn Đặt bình cầu vào nồi cách thuỷ đun ở nhiệtđộ 70- 800C trong khoảng 2,5-3h, thỉnh thoảng lắc đều Sau khikết thúc thuỷ phân tinh bột, làm nguội bình, trung hoà dungdịch thuỷ phân bằng NaOH 10%, với chất chỉ thị làphenolphtalein đến khi có mầu hồng thì dừng lại Sau đóthêm CH3COOH 10% đến khi mất mầu hồng để dung dịchthuỷ phân đã được trung hoà có độ axít yếu Chuyển toàn bộdung dịch sang bình định mức 100ml, thêm nước cất đếnvạch định mức của bình Khuấy đều, lọc dung dịch - dungdịch lọc trong suốt để định lượng đường khử (glucoza).

- Định lượng đường khử bằng phương pháp Ixekuzt: Lấy2 bình tam giác: bình 1 (mẫu đối chứng), bình 2 (mẫu thínghiệm):

+ Cho vào bình 1 chính xác 10ml nước cất, bình 2 chínhxác 10ml dịch chiết đường Cho vào mỗi bình 10ml nước cất,10ml K3Fe(CN)6 0.05N Đun sôi 1 phút trên bếp điện, để nguội.Cho vào mỗi bình 10ml hỗn hợp KI + ZnSO4, 10ml CH3COOH10%.

+ Chuẩn độ bằng Na2S2O3 0,05N cho đến khi có màuvàng rơm Thêm 3 giọt dung dịch tinh bột (dung dịch chuyểnmàu xanh), chuẩn độ tiếp cho đến khi có màu trắng sữa hoàntoàn Ghi thể tích Na2S2O3 0,05N đã dùng Kết quả được tínhtheo công thức: a V 104

X = x 0,9 (%) m1 (100 - W) V1

W: Độ ẩm của mẫu, %

0,9: Hệ số chuyển tinh bột thành đường

2.2.1.4 Xác định hàm lượng xelluloza

Phương pháp định lượng xenluloza dựa vào tính chất của nó trong mộthợp chất bền với tác dụng của axít và kiềm mạnh, không bị phân huỷ dưới tácdụng của axít yếu.

Đem một lượng mẫu rễ cỏ hương bài đã nghiền nhỏ sấy ở 1050C đếnkhối lượng không đổi Cân chính xác 1,0g mẫu vào bình tam giác, rồi cho vàođó 50ml H2SO4 8%, 50ml nước cất, đun sôi 10 phút trên bếp điện, sau đó lọcbằng giấy lọc.

Lấy bình tam giác đun sôi nước cất để tráng phần bã lọc (cho các chấtkhác như đường, tinh bột đi qua hết) Sau đó dồn hết phần bã còn lại trên giấylọc vào bình tam giác, tráng giấy lọc bằng nước cất đã đun sôi, rồi cho vào bình9 - 10ml NaOH 30%, đun sôi 10 phút trên bếp điện, sau đó để nguội và tiếp tụclọc trên tờ giấy lọc đã sấy khô và biết trước khối lượng.

Rửa phần bã trên giấy lọc bằng nước cất nóng nhiều lần rồi đem tờ giấylọc (có chứa bã) sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi Lượng bã còn lại trêngiấy lọc sau khi sấy khô chính là xenluloza.

Hàm lượng xenluloza được tính theo công thức: a 100

X = (%) b

Trong đó:

X: Hàm lượng xenluloza, %

a: Khối lượng xenluloza thu được, g

b: Khối lượng nguyên liệu khô đem phân tích, g

2.2.1.5 Xác định hàm lượng đường tổngCách tiến hành:

- Cân chính xác 3g mẫu sau đó dùng nước cất lên thể tích 100ml, tiếnhành lọc để thu lấy dung dịch phân tích.

- Lấy 10ml dung dịch vừa lọc cho vào ống nghiệm cao, cho thêm 2ml HCl6N, tiến hành thuỷ phân ổn nhiệt ở nhiệt độ 70- 800C trong 20-30 phút để tất cảchuyển thành đường khử Để nguội, cho 3 giọt phenolphtalein rồi chuẩn độbằng NaOH 10% đến khi xuất hiện mầu hồng, làm chua lại bằng axítCH3COOH 10% cho hết mầu hồng Cho toàn bộ dung dịch trên vào bình địnhmức 50ml, dùng nước cất lên thể tích đến vạch định mức của bình thu đượcdung dịch đường khử.

- Định lượng đường khử bằng phương pháp Ixekuzt: Lấy 2 bình tam giác:Bình 1 (mẫu đối chứng), bình 2 (mẫu thí nghiệm).

+ Cho vào bình 1 chính xác 10ml nước cất, bình 2 chínhxác 10ml dịch chiết đường Cho vào mỗi bình 10ml nước cất,10ml K3Fe(CN)6 0.05N Đun sôi 1 phút trên bếp điện, để nguội.Cho vào mỗi bình 10ml hỗn hợp KI+ ZnSO4, 10ml CH3COOH10%.

+ Chuẩn độ bằng Na2S2O3 0,05N cho đến khi có màu vàngrơm Thêm 3 giọt tinh bột (dung dịch chuyển màu xanh),chuẩn độ tiếp cho đến khi có màu trắng sữa hoàn toàn Ghi thểtích Na2S2O3 0,05N đã dùng.

Kết quả được tính theo công thức: a V 100

X = x I (%) v C 100

Trong đó:

X: Hàm lượng đường tổng, %.

a: Lượng glucoza có trong dung dịch xác định, mgv: Thể tích dung dịch mẫu nghiên cứu, 10ml V: Toàn bộ thể tích dịch mẫu đã chiết, 100ml

C: Lượng mẫu phân tích, gI: Số lần pha loãng (5lần)

2.2.1.6 Xác định hàm lượng protein

a Định lượng nitơ tổng số (theo phương pháp Kjeldhal) - Giai đoạn 1: Vô cơ hoá mẫu nghiên cứu.

+ Cân mẫu, chuyển mẫu vào bình Kjeldhal

+ Công phá mẫu: Sau khi cho mẫu vào bình Kjeldhal, thêm vài giọt nướccất không chứa nitơ để thấm ướt mẫu và một lượng H2SO4 đậm đặc (0,1g mẫukhô cho 1ml H2SO4 đậm đặc) Đậy kín bình để yên trong 30 phút hoặc quađêm Thay nút bình bằng phễu thuỷ tinh để khí độc CO2, SO2 thoát ra ngoài từtừ, tránh gây ô nhiễm môi trường Đặt bình Kjeldhal nghiêng 450C trên hệthống đốt mẫu trong tủ hút Đun nhẹ trong 30 phút, tăng dần nhiệt độ để dungmôi sôi đều, không nên nâng quá cao (1000C) làm dung dịch bắn ra ngoài.Trong quá trình đun, dung dịch chuyển từ màu đen sang màu nâu sẫm Lấybình ra để nguội, thêm 3 - 4 giọt HClO4 để xúc tác cho phản ứng vô cơ hoádiễn ra nhanh hơn Đun tiếp, màu dung dịch chuyển sang màu nâu cánh giánđến màu vàng nhạt, cuối cùng được dung dịch trắng trong