Chiết suất tinh dầu sả chanh, phân tích thành phần hóa học và nâng cao hàm lượng các cấu tử quí trong tinh dầu sả chanh (Cymbopogon citratus) bằng phương pháp chưng luyện

Để nâng cao hàm lượng các cấu tử quí trong tinh dầu sả chanh, nhóm nghiên cứu đã dùng biện pháp chưng luyện; kết quả cho thấy hàm lượng citral trong tinh dầu sả chanh tăng lên rõ rệt.

ISSN 2354-0575 CHIẾT SUẤT TINH DẦU SẢ CHANH, PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ NÂNG CAO HÀM LƯỢNG CÁC CẤU TỬ QUÍ TRONG TINH DẦU SẢ CHANH (CYMBOPOGON CITRATUS) BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG LUYỆN Phạm Thị Kim Thanh, Nguyễn Trọng Quang, Nguyễn Thị Nguyệt, Nguyễn Thị Chúc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Ngày tòa soạn nhận báo: 20/04/2017 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 15/05/2017 Ngày báo duyệt đăng: 02/06/2017 Tóm tắt: Chưng cất lơi theo nước kỹ thuật thông dụng, đơn giản hiệu để chiết tách loại tinh dầu Nhóm nghiên cứu cải tiến hệ thống chưng cất lôi theo nước để chiết tách tinh dầu sả chanh với hiệu suất cao Thành phần hoá học tinh dầu sả chanh chủ yếu citral chiếm 65 - 85 % Ngồi ra, tinh dầu cịn có hợp chất khác myrcen (12 - 25%), diterpen, methylheptenon, citronellol, linalol, farnesol, alcohol, aldehyd, linalool, terpineol, Để nâng cao hàm lượng cấu tử quí tinh dầu sả chanh, nhóm nghiên cứu dùng biện pháp chưng luyện Kết cho thấy hàm lượng citral tinh dầu sả chanh tăng lên rõ rệt Từ khoá: Tinh dầu sả chanh, diệt muỗi, chưng lôi nước Đặt vấn đề Sả gia vị, thuốc du nhập vào Việt Nam từ lâu Tinh dầu sả có tiềm to lớn vai trò phụ gia bảo quản thực phẩm khả ức chế số vi sinh vật có hại thực phẩm [6] Ngồi tinh dầu sả cịn có tác dụng đuổi muỗi, diệt trùng (kiến, gián,…) hiệu mà lại không ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người Điều đặc biệt có ý nghĩa phải đối mặt với dịch bệnh teo não vi rút Zika gây ra, mà muỗi tác nhân truyền bệnh Đây dịch bệnh nguy hiểm mà giới chưa có vacxin phịng bệnh Vì vậy, phương pháp phịng tránh bệnh tốt diệt muỗi Sản xuất tinh dầu sả để cung cấp nguyên liệu tạo dung dịch diệt muỗi cần thiết Ngồi tinh dầu cịn nguồn nguyên liệu quí cho dược phẩm, hương liệu mỹ phẩm Nội dung 2.1 Phương pháp chưng lôi nước * Lý thuyết chưng cất: Chưng cất định nghĩa là: “Sự tách rời cấu tử hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa khác biệt áp suất chúng” Trong trường hợp đơn giản, chưng cất hỗn hợp gồm chất lỏng khơng hịa tan vào nhau, áp suất tổng cộng tổng hai áp suất riêng phần Do đó, nhiệt độ sơi hỗn hợp luôn thấp nhiệt độ sôi hợp chất Chính nhờ đặc tính làm giảm nhiệt độ sơi mà từ lâu phương pháp chưng cất nước phương pháp thông dụng để tách tinh dầu khỏi nguyên liệu thực vật 86 Phương pháp chưng cất lơi nước có nhiều ưu điểm: - Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản - Thiết bị gọn, dễ chế tạo, nên vốn đầu tư ban đầu thấp - Khơng địi hỏi vật liệu phụ phương pháp tẩm trích, hấp thụ - Thời gian tương đối nhanh - Dễ dàng tháo lắp cần vệ sinh thiết bị thay thế, bảo dưỡng phận 2.2 Cải tiến hệ thống chưng lôi theo nước Với qui mơ nghiên cứu phịng thí nghiệm, lượng nguyên liệu ít, dùng thiết bị chưng cất nước khơng có nồi riêng, có vỉ ngăn cách nguyên liệu nước Hình Hệ thống thiết bị chưng cất nước nồi riêng Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị cách bởi một vỉ nồi Khi đun sôi, Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 nước bốc lên, qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và thiết bị ngưng tụ Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót vỉ hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu Phương pháp phù hợp với những sở sản xuất có qui mơ trung bình So với khơng có vỉ đựng nguyên liệu, phương pháp này có ưu điểm hơn: + Nguyên liệu ít bị cháy khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị, chất lượng tinh dầu đảm bảo + Hiệu suất tăng so với khơng có vỉ ngăn, song thấp so với dùng hệ chưng cất có nồi tạo riêng Tuy nhiên tồn nhược điểm: + Khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật tốc độ và nhiệt độ chưng cất 2.3 Qui trình chiết tách tinh dầu sả Cây sả Xay nhỏ Chưng cất lôi nước Làm lạnh, ngưng tụ Hỗn hợp nước & tinh dầu Phân ly, chiết Tinh dầu thô Na2SO4 khan Làm khan Lắng, gạn Tinh dầu Bảo quản * Thuyết minh Cây sả thu hoạch, loại bỏ hết rễ, khô, xay nhỏ, cho vào thiết bị chưng (Sả sau Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 thu hoạch, nên chưng cất hàm lượng tinh dầu giảm dần theo thời gian để héo nguyên liệu) Lượng nguyên liệu cho vào khoảng 4/5 thể tích thiết bị Cho nước vào thiết bị chưng khoảng 1/3 thể tích nồi nấu (đến vỉ đỡ nguyên liệu) Tiến hành chưng cất hỗn hợp nguyên liệu Hỗn hợp nước tinh dầu thoát làm lạnh, ngưng tụ sinh hàn nước, chảy xuống phận phân ly Để hỗn hợp thu tách hoàn toàn thành pha, lớp tinh dầu trên, nước Nước bên qua phận hoàn lưu trở lại phần chưng cất Thêm Na2SO4 khan vào bình chứa tinh dầu thơ, vừa thêm vừa khuấy khơng cịn thấy bóng nước bám quanh tinh thể Na2SO4 Gạn tinh dầu, cho vào bình chứa hay lọ sẫm màu, đậy kín, bảo quản tối 2.4 Thành phần hóa học tinh dầu sả Các số hóa lý tinh dầu sả chanh (Cymbopogon citratus Stapf.) sau: Bảng Các số hóa lý tinh dầu sả chanh Thông số Giá trị 20 d20 n 20 D [a]D IA IE 0,881 – 0,895 1,491 -620 0,5 – 3,5 20 – 40 Trong đó: 20 : tỷ trọng tinh dầu sả chanh d20 n 20 D : chiết suất tinh dầu sả chanh [a]D: độ quay cực tinh dầu sả chanh IA: số acid tinh dầu sả chanh IE: số ester tinh dầu sả chanh Thành phần hóa học tinh dầu sả chanh chủ yếu citral chiếm 65 - 85 % Ngồi ra, tinh dầu cịn có hợp chất khác myrcen (12 - 25%), diterpen, methylheptenon, citronellol, linalol, farnesol, alcohol, aldehyd, linalool, terpineol, 2.5 Nâng cao hàm lượng cấu tử quí phương pháp chưng luyện Để tăng hàm lượng cấu tử q tinh dầu sả chanh, chúng tơi thử nghiệm chưng tinh dầu thiết bị chưng luyện loại tháp đệm khoa Cơng nghệ Hóa học Môi trường, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên * Nguyên tắc phương pháp chưng luyện: Chưng luyện phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn tồn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn toàn vào - Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao; - Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường Journal of Science and Technology 87 ISSN 2354-0575 Các thơng số q trình chưng luyện sau: Nhiệt độ thiết bị đun sôi đáy tháp: 110oC Nhiệt độ đoạn chưng: 100oC Nhiệt độ đoạn luyện: 70oC Áp suất chân khơng: 30mmHg Thời gian: 100 phút Hình Tinh dầu sả sau chưng luyện Hình thể màu sắc độ sản phẩm tinh dầu trước sau chưng luyện Bằng trực quan thấy được, tinh dầu sả chanh sau chưng luyện có màu nhạt Để có kết xác, tinh dầu sả trước sau chưng luyện đem xác định thành phần hóa học phương pháp GC/MS Kết so sánh thành phần hóa học tinh dầu trước sau chưng luyện thể Bảng Bảng Thành phần hóa học tinh dầu sả chanh Hình Thiết bị chưng luyện loại tháp đệm Kết Sau chưng luyện 500ml tinh dầu sả chanh tháp đệm với thông số kỹ thuật đưa mục 2.5, thu 350ml tinh dầu sản phẩm Như hiệu suất trình chưng luyện 70% Dưới kết trình chưng luyện: Hình Tinh dầu sả trước chưng luyện 88 TT Tên chất α-Citral β-Citral β-Myrcene Hỗn hợp Geraniol Nerol Carane, 4,5-epoxi-, trans cis-Verbenol Geraniol acetate β-Linalool trans-Ocimene cis-Ocimene β-Citronellal 10 11 Hàm lượng Hàm lượng (%) trước (%) sau chưng luyện chưng luyện 36.16 43.14 32.11 37.04 4.62 7.32 3.13 5.54 1.12 0,61 0.86 0.80 0.53 0.78 0.21 0.22 0.16 1.35 0.34 0.32 0.08 Trong thành phần hóa học tinh dầu sả chanh, hợp chất đặc trưng loài sả chanh Citral β-Myrcene, đặc biệt Citral chiếm tới 68% Hợp chất Citral ứng dụng ngành cơng nghiệp dược mỹ phẩm Bởi Citral có tác dụng chống viêm, giảm đau, làm giảm cholesterol… Còn β-Myrcene khơng biểu tính kháng khuẩn rõ, lại tăng khả ức chế vi khuẩn kết hợp với Citral [2,3,4,6] Cụ thể theo ThS Trần Hữu Anh [1], Citral kháng khuẩn Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 mạnh Streptococcus, faecalis, Staphylococcus, Escherichia coli Theo Vũ Ngọc Lộ [5], hợp chất geraniol, làm giảm mạnh số lượng thymidylatesynthase thymidi kinase tế bào ung thư ruột kết Cả enzym liên quan đến độc tính 5-fluorouracil thuốc chống ung thư làm giảm độ độc tế bào Geraniol giảm khả chống đỡ tế bào ung thư với 5-fluorouracil, tạo khả ức chế sinh trưởng ung thư Như theo tài liệu nghiên cứu tinh dầu sả chanh thành phần Citral, β-Myrcene, geraniol có hoạt tính sinh học cao Vì việc nâng cao hàm lượng cấu tử có nghĩa thực tế cao Từ bảng so sánh ta thấy, sau chưng luyện, hàm lượng cấu tử quý α-Citral, β-Citral, hỗn hợp Geraniol Nerol… tăng lên rõ rệt Kết luận Sả chanh loại rau gia vị sử dụng phổ biến chế biến thức ăn hàng ngày Hàm lượng tinh dầu sả chanh thu khoảng 3-5.5% Để thu tinh dầu sả chanh với hiệu cao, nhóm nghiên cứu nghiên cứu: - Cải tiến thiết bị chưng cất lơi nước - Ngồi để thu tinh dầu có hàm lượng cấu tử quý cao, tinh dầu sau sản xuất chưng tiếp thiết bị chưng luyện kiểu tháp đệm Quá trình chưng luyện đạt hiệu suất 70%, tinh dầu sả chanh thu có hàm lượng Citral, β-Myrcene, Geraniol tăng lên rõ rệt Đây thành phần hóa học có hoạt tính sinh học cao Nhờ đó, đưa tinh dầu sả vào nghiên cứu khoa học chuyên sâu, nhằm ứng dụng tinh dầu sả dược phẩm cao cấp Tài liệu tham khảo [1] Trần Hữu Anh, Phạm Đình Hùng, Lê Ngọc Thạch, Cao Như Anh, Nguyễn Thị Tuyết Nhung, Đoang Ngọc Nhuận, Đỗ Quang Hiền, 2000, Đề tài NCKH cấp trường năm 2000-kinh giới, trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Thành phố HCM [2] Costa, C.A., L.T Bidinotto R K Takahira, D M Salvadori, L.F Barbisan, M Costa, 2011 Food and Chemical Toxicology, 49(9): 2268-2272 [3] Francisco, V., A Figueirinha, B M Neves, C García-Rodríguez, M C Lopes, M T.Cruz, M T Batista, 2011 Journal of Ethnopharmacology, 133(2): 818-827 [4] Nguyễn Thị Huyền, Trần Thị Phương Chi, Các cấu tử dễ bay từ loài sả chanh (Cymbopogon citratus) Nghệ An, Hội nghị khoa học toàn quốc sinh thái tài nguyên sinh vật lần thứ 8: 1145-1149 [5] Vũ Ngọc Lộ, Nguyễn Thái An, Tác dụng sinh học tinh dầu, Tạp chí dược học – 10/2010 (số 414 năm 50), trang 51-54 [6] Viana, GS., T.G Vale, R.S Pinho, F.J Matos, 2000; Journal of Ethnopharmacology, 70 (3): 323-327 EXTRACT ESSENTAIL OIL OF CYMOPOGON CITRATUS, ANALYSE CHEMICAL COMPOSITION AND INCREASING CONTENT OF GOOD INGREDIENTS IN ESSENTIAL OIL OF CYMOPOGON CITRATUS BY USING DISTILLING TOWER Abstract: Steam distillation is a common, simple and effective technique for extracting essential oils We have studied the improvement of steam distilling system to extract essential oil of Cymbopogon Citratus with high efficiency Essential oil of Cymbopogon Citratus contains 65-85% Citral In addition, there are other compounds such as myrcene (12-25%), diterpenes, methylheptenon, citronellol, linalool, farnesol, alcohol, aldehyde, linalool, terpineol… The content of good ingredients in essential oil of Cymbopogon Citratus is increased by using distillation tower The result shows that content of Citral increases clearlty Keywords: Essential oil of Cymbopogon Citratus, mosquitocidal, stream distillation Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology 89 ... Nâng cao hàm lượng cấu tử quí phương pháp chưng luyện Để tăng hàm lượng cấu tử q tinh dầu sả chanh, chúng tơi thử nghiệm chưng tinh dầu thiết bị chưng luyện loại tháp đệm khoa Cơng nghệ Hóa học. .. 40 Trong đó: 20 : tỷ trọng tinh dầu sả chanh d20 n 20 D : chiết suất tinh dầu sả chanh [a]D: độ quay cực tinh dầu sả chanh IA: số acid tinh dầu sả chanh IE: số ester tinh dầu sả chanh Thành phần. .. chưng luyện đem xác định thành phần hóa học phương pháp GC/MS Kết so sánh thành phần hóa học tinh dầu trước sau chưng luyện thể Bảng Bảng Thành phần hóa học tinh dầu sả chanh Hình Thiết bị chưng luyện