Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu bưởi (citrus grandis l ) và tinh dầu long não (cinnamomum camphora) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp tơi nhận đƣợc nhiều giúp đỡ quý báu, tơi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới giúp đỡ Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Vũ Kim Dung - Bộ môn Công nghệ vi sinh - hóa sinh-Trƣờng đại học Lâm nghiệp ngƣời tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tồn thể thầy cơ, cán trung tâm Viện Cơng nghệ Sinh học Lâm nghiệp - Trƣờng đại học Lâm nghiệp tận tình giúp đỡ, bảo cho tơi tận tình ngày nghiên cứu hồn thiện khóa luận tốt nghiệp Nhân đây, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ngƣời thân gia đình bạn bè ln bên động viên, ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi giúp học tập, nghiên cứu vƣợt qua khó khăn để hồn thành khóa luận tốt nghiệp Một lần nữa, tơi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tất giúp đỡ quý báu Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2019 Sinh viên thực Kiều Thị Mai i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC SƠ ĐỒ vi ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu tinh dầu 1.1.1 Khái niệm tinh dầu [10,12,13] 1.1.2 Vai trò tinh dầu đời sống thực vật 1.1.3 Phân Ioại thành phần có tinh dầu 1.1.4.Tính chất đặc trƣng tinh dầu 1.1.5 Ứng dụng tinh dầu [7,10] 1.2 Phƣơng pháp chƣng cất lôi nƣớc 1.2.1 Nguyên tắc 1.2.2 Những ảnh hƣởng chƣng cất lôi nƣớc 1.2.3.Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp 1.2.4 Các dạng sản phẩm trình tách chiết tinh dầu 10 1.3.Nguồn gốc bƣởi 11 1.3.1 Tác dụng tinh dầu Bƣởi 12 1.3.2.Hoạt tính kháng khuẩn tinh dầu vỏ Bƣởi 15 1.4 Nguồn gốc Long não 15 1.4.1 Tinh dầu chiết xuất từ Long não 16 1.4.2 Tác dụng tinh dầu Long não 17 1.5 Tổng quan nghiên cứu liên quan ngồi nƣớc [10,12] 19 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc 19 1.5.2 Tình hình nghiên cứu giới 20 CHƢƠNG MỤC TIÊU, NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 ii 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 2.2 Nội dung nghiên cứu 22 2.2.1 Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu Bƣởi 22 2.2.2 Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu Long não 22 2.3 Vật liệu nghiên cứu 22 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 22 2.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu 22 2.4.2 Phƣơng pháp chiết xuất tinh dầu Bƣởi 23 2.4.3 Phƣơng pháp chiết xuất tinh dầu Long não 27 2.4.4 Phƣơng pháp thu thập xử lý số liệu 29 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Kết chiết xuất tinh dầu Bƣởi 30 3.1.1 Kết ảnh hƣởng nguồn kích thƣớc nguyên liệu 30 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ R/L đến hiệu xuất thu nhận tinh dầu 31 3.1.3 Thời gian chƣng cất 31 3.1.4 Tối ƣu hóa q trình chiết xuất tinh dầu vỏ Bƣởi 32 3.2 Kết khảo sát trình thu nhận tinh dầu Long não 37 3.2.1 Ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl nƣớc ngâm, chiết tới thể tích tinh dầu thu đƣợc 37 3.2.2.Xác định thời gian ngâm thích hợp 38 3.2.3 Xác định thời gian chƣng cất thích hợp 39 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41 4.1 Kết 41 4.2 Kiến nghị : 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.2 Nhóm tinh dầu gỗ thân tinh dầu 17 Bảng 2.1 Ảnh hƣởng nguồn kích thƣớc nguyên liệu 24 Bảng 2.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ R/L đến hiệu xuất tinh dầu 25 Bảng 2.3 Ảnh hƣởng thời gian đến trình thu nhận tinh dầu 25 Bảng 2.4 Các biến số khoảng chạy chúng 26 Bảng 2.5 Ma trận thực nghiệm 26 Bảng 2.6 Ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl nƣớc ngâm 28 Bảng 2.7 Ảnh hƣởng thời ngâm tới hiệu xuất thu nhận tinh dầu 29 Bảng 2.8 Ảnh hƣởng thời gian chƣng cất tinh dầu 29 Bảng 3.1 : Kết ảnh hƣởng nguồn kích thƣớc nguyên liệu 30 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ R/L đến hiệu xuất tinh dầu 31 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian chƣng cất tới lƣợng tinh dầu thu đƣợc 32 Bảng 3.4 Kết tối ƣu hóa q trình chiết xuất tinh dầu vỏ Bƣởi 33 Bảng 3.5.Kết phân tích phƣơng sai mơ hình tối ƣu phần mềm DesignExpert 7.1.5 (Bảng anova) 34 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số tinh dầu chiết từ phận Hình 1.2 Hệ thống chƣng cất lôi nƣớc Hình 1.3.Cây bƣởi 11 Hình 1.4 Một số sản phẩm tinh dầu Bƣởi 14 Hình 1.5 Cây Long não 16 Hình 1.6 Một số sản phẩm tinh dầu Long não 19 Hình 3.1 Tinh dầu bƣởi 31 Hình 3.2 Hàm mục tiêu điều kiện tối ƣu để chiết xuất tinh dầu 35 Hình 3.3 Bề mặt đáp ứng hàm lƣợng tinh dầu 36 Hình 3.4 Biểu đồ ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl nƣớc ngâm 37 Hình 3.5 Biểu độ thời gian ngâm 38 Hình 3.6 Biểu đồ thời gian chƣng cất tinh dầu 39 Hình 3.7 Tinh dầu long não nguyên chất 40 v DANH MỤC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Quy trình công nghệ chiết xuất tinh dầu vỏ Bƣởi 23 Sơ đồ 2.2 Quy trình cơng nghệ chiết xuất tinh dầu Long não 27 vi ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện đa số sản phẩm thị trƣờng Việt Nam có lẽ phải chiếm đến 80% sản phẩm dùng hƣơng liệu tổng hợp Ở nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật bản, Châu Âu hƣơng liệu sử dụng đƣợc đánh mã số rõ ràng, nằm danh mục đƣợc phép sử dụng đƣợc kiểm soát kĩ quan chức năng, hiệp hội bảo vệ ngƣời tiêu dùng Còn sản phẩm Việt Nam đa số hƣơng liệu ghi chung chung hƣơng liệu tự nhiên mà khơng có mã số rõ ràng Vì vậy, nhu cầu sử dụng hƣơng liệu tự nhiên nƣớc ta tăng cao đột biến năm gần Tinh dầu sản phẩm đƣợc ƣa chuộng nay, sản lƣợng bƣởi nƣớc ta theo thống kê gần năm 2017 đạt 57, tỉ tấn, số không nhỏ Hầu hết thƣờng sử dụng phần lõi bên mà vứt phần vỏ bƣởi – nơi chứa hàm lƣợng tinh dầu vô lớn, với long não số thấp Tinh dầu bƣởi giúp giảm cân hiệu an toàn, trị mụn làm trắng da, chăm sóc tóc, kháng khuẩn, xua tan căng thẳng Tinh dầu long não giúp xua đuổi ruồi muỗi (thƣờng đƣợc bổ xung sản xuất băng phiến), hƣng phấn trung khu thần kinh, tăng cƣờng hô hấp tuần hoàn Tuy vậytrên thị trƣờng xuất tràn lan sản phẩm tinh dầu chất lƣợng Vì mục đích mà doanh nghiệp, cá nhân pha chế bổ sung chất hóa học vào để giảm thiểu chi phí sản xuất, nguyên vật liệu Điều gây nhiều lo lắng cho ngƣời tiêu dùng khơng thể phân biệt đâu tinh dầu có nguồn gốc thiên nhiên, đâu tinh dầu pha chế Xuất phát từ thực tế lý tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu Bưởi (Citrus grandis L.) tinh dầu Long não (Cinnamomum camphora) phương pháp chưng cất lôi nước” CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu tinh dầu 1.1.1 Khái niệm tinh dầu [10,12,13] Tinh dầu chất thơm hay chất mùi có số phận (rễ, củ, vỏ cây, hoa, lá, quả, dầu, nhựa cây…) hay động vật (túi tinh dầu) Hệ thực vật có tinh dầu khoảng 3000 lồi, có 150-200 lồi có ý nghĩa cơng nghiệp Tinh dầu có nguồn ngun liệu với nồng độ khác nhau, thay đổi từ phần triệu đến phần trăm tinh dầu tƣơng đối dễ bay Tinh dầu phân bố tập trung số họ nhƣ họ hoa tán, học Cúc, họ hoa môi, họ Long não, họ Sim, họ Cam, họ Gừng… Tinh dầu đƣợc chiết từ số phận nhƣ cành hoa, lá, cành, rễ, vỏ trái, cuống hạt, vỏ - Lá: Bạc Hà, Tràm, Bạch đàn, Hƣơng nhu, Khuynh diệp, Húng chanh, Tía tơ, Cúc tần, Tràm, Sả, Long não, Cam, Chanh, Quýt - Bộ phận mặt đất: Bạc Hà, Hƣơng nhu - Hoa: hoa Hồng, hoa Nhài, hoa Bƣởi, hoa Hồi, hoa Đinh hƣơng… - Quả: Sa nhân, Hồi, Bƣởi, Cam, Chanh, Quất, Xuyên tiêu, Thảo - Vỏ quả: Cam, Chanh, Bƣởi, Quýt - Vỏ thân: Quế… - Gỗ: Long não, Vù hƣơng, Trầm hƣơng - Thân rễ: Gừng, Nghệ, Hành, Tỏi, Xuyên khung, Bạch chỉ, Đƣơng quy Hình 1.1 Một số tinh dầu chiết từ phận Hàm lƣợng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ giống, di truyền, đất trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch… Tinh dầu sản phẩm cuối q trình trao đổi chất khơng đƣợc sử dụng trở lại cho hoạt động sống Đa số thành phần loại tinh dầu hợp chất Terpenoid đƣợc cấu tạo từ đơn vị Isopren (C5H8) nối với theo quy tắc “đầu nối với đuôi’’ Terpenoid đơn giản đƣợc cấu tạo từ đơn vị Isopren đƣợc gọi Monoter-penoid Nếu có nhiều đơn vị Isopren đƣợc gọi Sesquiterpenoid (ứng với đơn vị Isopren), Diterpenoid (ứng với đơn vị Isopren), Triterpenoid (ứng với đơn vị Isopren ) 1.1.2 Vai trò tinh dầu đời sống thực vật Vấn đề vai trò tinh dầu đời sống thực vật đƣợc đề cập nhiều cơng trình nghiên cứu Theo quan niệm đƣợc trình bày cơng trình khác nhau, vai trị tinh dầu đƣợc quy tụ nội dung sau (Tunaxienco Ph X, 1985) - Bảo vệ khỏi tác động sâu bệnh - Che phủ vết thƣơng gỗ - Ngăn chặn bệnh nấm - Biến đổi sức căng bề mặt nƣớc cây, thúc đẩy vận chuyển nƣớc, tăng hiệu phản ứng enzyme Theo Chambol cho rằng: - Tinh dầu đóng vai trị nhƣ chất dự trữ cây, có khả vận chuyển đến phần khác cây, tinh dầu đƣợc dùng nhƣ nguồn lƣợng hay tạo thành sản phẩm có cấu trúc gần với Coxtrisep (1937) cho tinh dầu xếp vào nhóm chức năng: - Nhóm tinh dầu chức có tác dụng sinh lý đƣơc sử dụng q trình sinh trƣởng - Nhóm tinh dầu khơng có chức sinh lý, khơng đƣợc sử dụng, chúng đơn chất tiết thể đƣợc tích lũy bể chứa tinh dầu Nhƣ vậy, thành phần tinh dầu đƣợc tích lũy tuyến tiết khơng có vai trị sinh lí hoạt động đời sống Trong đó, tinh dầu thực vật sản phẩm q trình tổng hợp tích lũy quan tiết đảm nhiệm - Tinh dầu tham gia vào q trình sinh hóa tế bào - Các thành phần tinh dầu đƣợc tích lũy tuyến tiết chất tiết cố định mà cịn tham gia tích cực vào q trình trao đổi chất Do thành phần hóa học tinh dầu ln ln đƣợc đổi 1.1.3 Phân Ioại thành phần có tinh dầu 1.1.3.1 Phân loại theo hàm lượng - Thành phần chính: thành phần có hàm lƣợng 1% Thành phần tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lƣợng tinh dầu - Thành phần phụ: thành phần có hàm lƣợng từ 0,1-1% - Thành phần vết: thành phần có hàm lƣợng khơng q 0,l% toàn tinh dầu 1.1.3.2 Phân loại theo tính chất vật lý Tinh dầu lồi thực vật hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp chất thuộc nhóm hữu khác Theo tính chất vật lý, hợp chất có tinh dầu thƣờng đƣợc phân thành hai nhóm chính: - Nhóm thành phần dễ bay hơi: chiếm tới 90-95% tổng lƣợng tinh dầu - Nhóm cịn lại: gồm hợp chất bay chiếm 1-10% 1.1.3.3 Phân loại theo chất hóa học Các hợp chất tinh dầu đƣợc chia thành nhóm: - Monoterpen mạch hở (ví dụ: myrcen, ocimen) - Monoterpen mạch vịng (ví dụ: p-cymen, pinen, sabinen) - Monoterpen mạch hở oxy hóa (nhƣ farnesol, linalool, neral) - Monoterpen mạch vịng bị oxy hóa (nhƣ terpineol, geraniol) - Monoterpen mạch hở bị oxy hóa (nhƣ farnesol, linalool, neral) - Monoterpen mạch vịng bị oxy hóa (nhƣ terpineol, geraniol) - Sesquiterpen mạch hở (ví dụ: farnesen) - Sesquiterpen mạch vịng (ví dụ: copaen, humulen) - Sesquiterpen mạch hở bị oxy hóa (nhƣ nerolidol) - Sesquiterpen mạch vịng bị oxy hóa (nhƣ nootkaton, spathulenol) - Các hợp chất thơm (ví dụ: indol) Bảng 2.7 Ảnh hƣởng thời ngâm tới hiệu xuất thu nhận tinh dầu Thời gian ngâm Lƣợng tinh dầu thu Mẫu (giờ) đƣợc (ml) Long não 2.4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian chưng cất tinh dầu Lá Long não đƣợc nghiền mịn ngâm với nồng độ NaCl 8% thời gian Sau chƣng cất nƣớc với thời gian 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút Tinh dầu thu thập đƣợc xác định thể tích cột trụ đƣợc bố trí theo bảng 2.8 Bảng 2.8 Ảnh hƣởng thời gian chƣng cất tinh dầu Thời gian chƣng cất Mẫu (phút) 30 60 90 Long não 120 150 180 2.4.4 Phương pháp thu thập xử lý số liệu Lƣợng tinh dầu thu đƣợc (ml) Các thí nghiệm nghiên cứu chiết xuất tinh dầu Bƣởi Long não đƣợc bố trí lặp lần, số liệu đƣợc thu thập xử lý chƣơng trình Excel 29 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết chiết xuất tinh dầu Bƣởi 3.1.1 Kết ảnh hưởng nguồn kích thước nguyên liệu Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng nguồn vỏ bƣởi: bƣởi Năm roi, bƣởi Da xanh, bƣởi Diễn kích thƣớc nguyên liệu 0,5 – 1mm, – 3mm, 0,5 – 3mm với tỷ lệ nƣớc 1:3 thời gian 45 phút Kết thu đƣợc biểu diễn bảng 3.1 Bảng 3.1 : Kết ảnh hƣởng nguồn kích thƣớc nguyên liệu Kích thƣớc Lƣợng tinh dầu thu đƣợc (mm) (ml) 0,5 - 13,6 ± 0, 62 Bƣởi Năm roi 2-3 11,2 ± 0,38 0,5 - ± 0,3 Không nghiền 6,3 ± 0,26 0,5 - 14,2 ± 0,77 Bƣởi Da xanh 2-3 12 ± 0,46 0,5 - 8,6 ± 0,32 Không nghiền 7,8 ± 0,28 0,5 - 13,8 ± 0,68 Bƣởi diễn 2-3 10,4 ± 0,3 0,5 - 7,8 ± 0,24 Không nghiền 5,8 ± 0,18 Từ kết bảng3.1 nhận thấy bƣởi da xanh có lƣợng tinh dầu cao Mẫu vỏ có kích thƣớc0,5 – 1(mm) đạt lƣợng tinh dầu cao 14,2 ± 0,77(ml) Trong lƣợng tinh dầu bƣởi Năm roi lại thấp có kích thƣơc 0,5 – (mm) đạt lƣợng tinh dầu 13,6 ± 0,62 (ml) Do vỏ bƣởi da xanh kích thƣớc 0,5 – (mm) đƣợc chọn nghiên cứu Nguyên nhân dẫn đến kết nƣớc có tác dụng thẩm thấu vào mơ ngun liệu, sau hịa tan, khuyếch tán lơi hợp chất hữu tinh dầu Nƣớc thẩm thấu vào bên tế bào chứa tinh dầu làm cho chúng trƣơng phồng lên sức chịu đựng màng tế bào khơng đủ phá vỡ giải phóng tinh dầu ngồi, tinh dầu bị lơi theo nƣớc q trình chƣng cất Nếu sửlƣợng nƣớc q khơng đủ để hịa tan 30 lƣợng chất keo có màng tế bào, giảm tốc độ thẩm thấu nƣớc khuếch tán tinh dầu, không phá vỡ đƣợc hết túi tinh dầu nhƣ không đủ lƣợng nƣớc cần thiết để lôi tinh dầu khỏi hỗn hợp Do lƣợng tinh dầu thu đƣợc Nhƣng sử dụng lƣợng nƣớc cao cấu tử có tính phân cực tinh dầu hòa tan vào nƣớc làm tổn thất lƣợng tinh dầu thu đƣợc Hình 3.1 Tinh dầu bƣởi 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ R/L đến hiệu xuất thu nhận tinh dầu Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ R/L đến hiệu xuất thu nhận tinh dầu từ vỏ bƣởi da xanh với tỉ lệ sau: 1:3, 1:4, 1:5, kích thƣớc 0,5 – 1mm cho vào chƣng cất, thời gian 60 phút Kết thu đƣợc từ bảng 3.2 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ R/L đến hiệu xuất tinh dầu Tỷ lệ R/L Lƣợng tinh dầu thu đƣợc (ml) (ml) 1:3 13,8 ±0,68 Bƣởi da xanh 1:4 14,1 ± 0,7 1:5 10 ± 0,3 Kết bảng 3.2 cho thấy tỷ lệ R/L thu đƣợc tỷ lệ tinh dầu thích hợp Mẫu Tuy nhiên, lƣợng nƣớc cao làm hàm hƣợng tinh dầu giảm Kết tinh dầudạng hịa tan dễ tan dung mơi có độ phân cực thấp nên tăng tỷ lệ nƣớc sé giảm lƣợng tinh dầu Tỷ lệ R/L thích hợp 1:4 (14,2 ± 0,77 ml) cao cho thu nhận tinh dầu 3.1.3 Thời gian chưng cất Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian đến hiệu xuất chiết xuất tinh dầu với thời gian trích ly 45 – 90 phút điều kiện chiết cụ thể: tỉ lệ R/L (1:4), 31 kích thƣớc nguyên liệu 0,5 – mm Kết thí nghiệm đƣợc biểu diễn bảng 3.3 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian chƣng cất tới lƣợng tinh dầu thu đƣợc Thời gian (phút) Lƣợng tinh dầu (ml) 45 13 ± 0,6 60 13,8 ± 0,68 75 14,2 ± 0,77 90 14,2 ± 0,77 Kết từ bảng 3.2 cho thấy tăng thời gian chiết hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng đạt hàm lƣợng cao 75 phút (14,2 ± 0,66 ml) không đổi tăng thời gian (90 phút đạt lƣợng tinh dầu 14,2 ± 0,66 ml) Do trình chiết xuất tinh dầu kéo dài làm tăng hàm lƣợng tinh dầu hòa tan đạt đến hàm lƣợng tối ƣu Kết nghiên cứu Serafini (2005) cho tăng thời gian giữ thời gian 60 phút, hàm lƣợng tinh dầu khơng đổi Kết đƣợc giải thích nhƣ sau : thời gian đầu chƣng cất lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng nhanh lúc đầu nguyên liệu chứa nhiều tinh dầu tốc độ bay khuếch tán cấu tử tinh dầu cao nên lƣợng tinh dầu thu đƣợc nhiều nhƣng đến mốc thời gian lƣợng tinh dầu khơng thay đổi Do thời gian chƣng cất không đổi tăng thời 75 phút 3.1.4 Tối ưu hóa trình chiết xuất tinh dầu vỏ Bưởi Dựa sở khảo sát điều kiện thích hợp để chiết xuất tinh dầu yếu tố ảnh hƣởng đơn: ảnh hƣởng tỷ lệ nguyên liệu rắn: dung mơi, kích thƣớc, thời gian, nhận thấy để thu đƣợc hiệu chiết xuấttinh dầu, tiến hành xác định ảnh hƣởng đồng thời yếu tố theo phƣơng phápsử dụng phần mềm Design-Expert 7.1.5 (State-Ease, Inc., Minneapolis, Hoa Kỳ) với quy hoạch Box-Benken, ma trận thực nghiệm gồm 17 thí nghiệm với khoảng chạy yếu tố ảnh hƣởng mạnh tới hiệu xuất chiết xuất tinh dầu vỏ Bƣởi Kết thí nghiệm đƣợc biểu diễn bảng: 32 Bảng 3.4 Kết tối ƣu hóa trình chiết xuất tinh dầu vỏ Bƣởi Tỷ lệ NL Kích thƣớc Thời gian Hàm lƣợng tinh rắn/dung mơi (mm) (phút) dầu (ml) 1:3 0,50 60 12,36 1:5 0,50 60 9,2 1:3 1,50 60 9,1 1:5 1,50 60 7,82 1:3 1,00 45 11,5 1:5 1,00 45 8,6 1:3 1,00 75 11,54 1:5 1,00 75 9,5 1:4 0,50 45 14,4 10 1:4 1,50 45 12 11 1:4 0,50 75 14,89 12 1:4 1,50 75 12,6 13 1:4 1,00 60 13,5 14 1:4 1,00 60 13,7 15 1:4 1,00 60 13,6 16 1:4 1,00 60 13,5 17 1:4 1,00 60 13,2 Kết từ bảng 3.3 cho thấy hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc sau thí nghiệm TT nằm khoảng 7,82 – 14,89 ml, tƣơng ứng với thí nghiệm số 11 Ở mức cực đại cực tiểu tỷ lệ ngun liệu rắn: dung mơi (thí nghiệm 6), kích thƣớc (thí nghiệm 11), thời gian (thí nghiệm 9) hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc chênh lệch nhiều Kết cho thấy yếu tố tỷ lệ nguyên liệu R/L, kích thƣớc, thời gian chiết yếu tố ảnh hƣởng mạnh đến hiệu xuất chiết xuất tinh dầutừ vỏ bƣởi da xanh 3.1.4.1 Phân tích phương sai 33 Bảng 3.5.Kết phân tích phƣơng sai mơ hình tối ƣu phần mềm Design-Expert 7.1.5 (Bảng anova) * Sum of Squares: Tổng phƣơng sai; df: bậc tự do; Mean Square: trung bình bình phƣơng sai khác; chuẩn F: chuẩn Fisher; Residual: phần dƣ; “Lack of Fit”: chuẩn đánh giá độ khơng tƣơng thích mơ hình với thực nghiệm Kết phân tích pƣơng sai mơ hình tối ƣu phần mềm DesignExpert 7.1.5 (State-Ease, Inc., Minneapolis, Hoa Kỳ) đƣợc trình bày bảng 3.4 (bảng anova) cho thấy yếu tố tỷ lệ ngun liệu rắn: dung mơi, kích thƣớc thời gian ảnh hƣởng mạnh đến trình chiết xuất polysaccharide củ ba kích Giá trị F mơ hình 344,72 với p < 0,0001 ( p< 0,05) cho thấy dạng mơ hình đƣợc lựa chọn Giá trị p “Lack of Fit” 0,8071 (p>0,05) cho thấy mơ hình tƣơng thích với thực nghiệm 3.1.4.2 Phương trình hồi quy Phƣơng trình hồi quy biểu hàm lƣợng tinh dầu mô tả ảnh hƣởng yếu tố độc lập mối tƣơng tác chúng đƣợc biểu diễn nhƣ sau: Hàm lƣợng tinh dầu= -13,50 – 1,17*X1 – 1,17*X2 + 0,25*X3 + 0,47*X1*X2+ 0,22*X1*X3 + 0,027*X2*X3 - 3,53*X12- 0,35*X22 – 0,32*X32 34 Trong đó: X1, X2, X3 lần lƣợt Tỷ lệ R/L, kích thƣớc thời gian chiết Tối ƣu hóa điều kiện chiết xuất Sử dụng phƣơng pháp hàm kỳ vọng để tối ƣu hóa hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc sau trình chiết xuất phần mềm Design-Expert Kết tìm đƣợc phƣơng án tốt để cực đại hàm mục tiêu dự đoán là: tỷ lệ nguyên liệu rắn: dung mơi = 1:4, kích thƣớc0,5 mm, thời gian chiết 74,4 phút Khi đó, hàm lƣợng tinh dầu chiết xuất đƣợc điều kiện theo tính tốn 14, 9643 ml/g (hình 3.3) Hình 3.2 Hàm mục tiêu điều kiện tối ƣu để chiết xuất tinh dầu Xem xét ảnh hƣởng yếu tố (khi yếu tố khác đƣợc giữ mức trung bình) đến hàm lƣợng tinh dầu cho thấy hàm lƣợng tinh dầu đạt giá trị cực đại tỷ lệ R/L 1:4, kích thƣớc 0,5 mm thời gian 74,4 phút 35 Dạng biểu diễn 3D Hình 3.3 Bề mặt đáp ứng hàm lƣợng tinh dầu Khi tỷ lệ R/L nhiệt độ thay đổi (thời gian đƣợc giữ mức trung bình), nhiệt độ thời gian thay đổi (tỷ lệ R/L đƣợc giữ mức trung bình), tỷ lệ R/L thời gian thay đổi (nhiệt độ mức trung bình) 36 Hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc theo phƣơng án kết hợp yếu tố: tỷ lệ ngun liệu rắn: dung mơi 1:4, kích thƣớc 0,5 mm thời gian 74,4 phút đạt 14,9643 ml/g cải thiện đƣợc hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc 3.2 Kết khảo sát trình thu nhận tinh dầu Long não 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ muối NaCl nước ngâm, chiết tới thể tích tinh dầu thu Thời gian ngâm yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến thể tích tinh dầu thu đƣợc thẩm thấu dung mơi hay khuyến tán cấu tử tinh dầu môi trƣờng thực đƣợc giây lát mà đòi hỏi phải khoảng thời gian định Thời gian ngâm trƣớc chƣng cất có ảnh hƣởng đáng kể đến thể tích tinh dầu thu đƣợc Do có thời gian để tạo thẩm thấu để tạo thẩm thấu cho tinh dầu mơi trƣờng bên nên chƣng cất,tinh dầu thu đƣợc nhiều từ đầu thể tích tăng đáng kể Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl đến trình thu nhận tinh dầu với nồng độ: 0, 2, 4, 6, % Sau ngâm chƣng cất 150 phút ta bố trí đƣợc biểu đồ sau: Hình 3.4 Biểu đồ ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl nƣớc ngâm 37 Dựa vào kết khảo sát trình thu nhận tinh dầu bảng 3.4 hàm lƣợng muối bổ sung khoảng khảo sát có ảnh hƣởng có ý nghĩa tới lƣợng tinh dầu thu đƣợc Khi khơng dùng muối thể tích tinh dầu chƣng cất thu đƣợc là0,46 ml Nhƣng sử dụng muối nƣớc ngâm tiến hành chƣng cất tinh dầu tăng, cụ thể: sử dụng muối2% lƣợng tinh dầu chƣng cất thu đƣợc 0,56 ml tăng theo chiều tăng nồng độ muối, tới nồng độ khảo sát cuối tăng nồng độ muối 8% lƣợng tinh dầu thu đƣợc 1,04 ml (10% thu đƣợc tinh dầu 1,04 ml) Vậy kết luận việc sử dụng muối nƣớc ngâm, chiết để tiến hành chƣng cất tinh dầu Long não Muối NaCl hợp chất vô tác dụng làm tăng khả năngthẩm thấu nƣớc tế bào, làm tăng độ phân cực với nƣớc làm cho tinh dầu dễ tách trình chƣng cất Do tinh dầu Long não chứa nhiều gốc phân cực nên việc sử dụng có mặt muối làm tăng khả hòa tan cấu tử tinh dầu phân cực vào nƣớc chƣng cất dẫn tới lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng Nhƣ vậy, tiến hành chƣng cất lôi nƣớc tinh dầu Long não bổ sung muối NaCl nƣớc ngâm chiết 3.2.2.Xác định thời gian ngâm thích hợp Để xác định thời gian ngâm tiến hành lựa chọn thời gian ngâm sau: 0, 1, 2, với nồng độ muối NaCl 8% thời gian chƣng cất 90 phút ta biểu diễn nhƣ hình 3.5 1.14 1.2 1.04 0.94 Thể tích tinh dầu (ml) 0.8 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Thời gian ngâm (giờ) Hình 3.5 Biểu độ thời gian ngâm 38 Từ kết khảo sát hiệu xuất trích ly bảng 3.5 ta thấy thời giâm khoảng khảo sát có ảnh hƣởng có ý nghĩa tới lƣợng tinh dầu thu đƣợc Cụ thể khơng ngâm mẫu lƣợng tinh dầu thu đƣợc 0,8 ml, tiến hành ngâm mẫu 1h trƣớc tiến hành chƣng cất lƣợng thu đƣợc 1,04 ml nhƣ lƣợng tinh dầu thu đƣợc sau tiến hành ngâm mẫu 1h tăng them 0,24 ml so với mẫu không ngâm Khi tiến hành ngâm 2h lƣợng tinh dầu tăng lên 1,14 ml tăng thời ngâm lên 3h lƣợng tinh dầu thu đƣợc bắt đầu có xu hƣớng giảm, với thời gian ngâm 3h lƣợng tinh dầu thu đƣợc 0,94 ml Nƣớc có tác dụng thẩm thấu vào tế bào làm khuếch tán cấu tử tinh dầu có tế bào ngồi mơi trƣờng, tạo điều kiện cho việc chƣng cất tinh dầu dễ dàng tăng lƣợng tinh dầu thu hồi Để thực đƣợc chức no cần có thời gian để nƣớc tẩm thấu vào tế bào phát huy tối đa tác dụng Do ta khơng ngâm mẫu lƣợng tinh dầu thu hồi đƣợc so với mẫu có ngâm thời gian định Tiến hành khảo sát ta thấy thời gian thích hợp để ngâm mẫu Long não trƣớc tiến hành chƣng cất 2h, thời gian ngắn nƣớc chƣa phát huy đƣợc tác dụng nó, ngƣợc lại thời gian tối ƣu cấu tử tinh dầu phân cực hòa tan nƣớc dẫn tới thất thoát lƣợng tinh dầu thu hồi, đồng thời thời gian ngâm lâu cấu tử bay làm thất thoát tinh dầu (mẫu ngâm chứa bình cầu thủy tinh) 3.2.3 Xác định thời gian chưng cất thích hợp Sau xác định đƣợc thời gian chƣng cất nhƣ sau: 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút với nồng độ muối NaCl 8% tƣơng ứng với thời gian ngâm ta biểu diễn hình 3.6 1.2 Thể tích tinh dầu (ml) 1.04 1.04 150 180 0.9 0.78 0.8 0.6 0.6 0.4 0.32 0.2 30 60 90 120 Thời gian chƣng cất (phút) Hình 3.6 Biểu đồ thời gian chƣng cất tinh dầu 39 Dựa vào kết khảo sát hiệu xuất trích ly bảng 3.5 hàm lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng theo thời gian chƣng cất đạt tới mức độ tối đa lƣợng tinh dầu thu đƣợc khơng tăng them dù có tăng thời gian chƣng cất Cụ thể giai đoạn đầu dễ thấy tinh dầu thoát khỏi mẫu nhiều 60 phút đầu giao đoạn chƣng cất thể tích tinh dầu tăng nhanh: 30 phút đầu lƣợng tinh dầu thu đƣợc 0,32 ml, thời điểm 40 phút chƣng cất lƣợng tinh dầu thu đƣợc đƣợc 0,6 ml tăng them 0,28 ml so với thể tích tinh dầu thời điểm 30 phút chƣng cất Tùy nhiên từ 90 phút chƣng cất lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng nhƣng với tốc độ chậm hơn, thể tích tinh dầu thu đƣợc sau 90 phút chƣng cất 0,78 ml tăng 0,46 ml 30 phút Thể tích tinh dầu tiếp tục tăng đạt mức tối đa thời điểm chƣng cất 150 phút với thể tích tinh dầu thu đƣợc 1,04 ml Sau 150 phút chƣng cất, khảo sát khoảng thời gian sau thể tích tinh dầu k tăng tiếp Kết đƣợc giải thích nhƣ sau: thời gian đầu chƣng cất lƣợng tinh dầu thu đƣợc tăng nhanh lúc đầu nguyên liệu chứa nhiều tinh dầu, tốc độ bay khuyếch tán cấu tử tinh dầu cao nên lƣợng tinh dầu tinh dầu thu đƣợc nhiều, thời điểm sau tinh dầu mẫu bay ngƣng tụ trƣớc giảm dần tinh dầu đƣợc lôi trình chƣng cất Thời gian chƣng cất tối ƣu cho mẫu Long não 150 phút Hình 3.7 Tinh dầu long não nguyên chất 40 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết  Từ kết thu đƣợc từ 1kg vỏ ta có lƣợng tinh dầu Bƣởi sau: - Trong loại Bƣởi với kích thƣớc nguyên liệu ta khảo sát đƣợc: Bƣởi da xanh có lƣợng tinh dầu cao có kích thƣớc0,5 – (mm) đạt lƣợng tinh dầu cao 14,2 ± 0,77 (ml) Bƣởi Năm Roi có lƣợng tinh dầu cao với kích thƣớc 0,5 – mm (13,6 ± 0,62 ml) Bƣởi Diễn có lƣợng tinh tinh dầu cao với kích thƣớc 0,5 – mm (13,8 ± 0,68 ml) Với kích thƣớc nguyên liệu không nghiền tỷ lệ tinh dầu loại Bƣởi thấp - Tỷ lệ R/L thích hợp 1:4 (14,1 ± 0,7 ml) cao cho thu nhận tinh dầu - Thời gian chƣng cất: thời gian thích hợp để chƣng cất tinh dầu 75 phút (14,2 ± 0,66 ml) - Tối ƣu hóa điều kiện chiết xuất tinh dầu từ vỏ bƣởi: tỷ lệ nguyên liệu rắn: dung mơi 1:4, kích thƣớc 0,5 mm thời gian 74,4 phút đạt hàm lƣợng 14,8943 ml/g  Từ kết thu đƣợc từ 200g Long não ta có lƣợng tinh dầu Long não sau: Thể tích tinh dầu Long não cao (1,14ml) với nồng độ muối NaCl 8% ngâm chƣng cất 150 phút 4.2 Kiến nghị : Do điều kiện kỹ thuật, trình độ kỹ thuật thân, thời gian hạn chế nên số vấn đề chƣa giải đƣợc nên đề xuất cho hƣớng nghiên cứu nhƣ sau: Áp dụng số phƣơng pháp khác việc tách chiết tinh dầu nhƣ: vi sóng, siêu âm,… - Xác định hoạt tính sinh học loại tinh dầu nhƣ kháng khuẩn, chống viên,… để tìm hiểu thêm ứng dụng loại tinh dầu sống - Thay đổi số dung môi khác chiết tách để nâng cao hiệu tách chiết tinh dầu 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngơ Hơng Bình (2006)› Kỹ thuật trồng Bƣởi Bào quản chế biển, NXB Nơng Nghìệp Hà NƠÌ… Vũ Cơng Hậu (1996)Trồng ăn Việt Nam Nhà xuất Nông Nghỉệp Nguyễn Nãng Vinh, Kỹ thuật khai thác sơ chế tinh dầu, NXB Nông Nghiệp Hà Nội (1978) Võ Văn Chí, Từ điển thuốc Vỉệt Nam, NXB Y Học, 141, 171, 221 (1997) Đỗ Tấn Lợi (2001) Những thuốc vị thuốc Việt Nam, NXB y học Lê Ngọc Thạch, Tinh dầu NXB Đại Học Quốc Gia, Thành phố Hồ Chí Minh 12003) Nguyễn Thị Hằng (2015), Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quất, quýt (Citrus) để xử lý rác thải xốp Thành phố Thái Nguyên, Luận văn thạc sĩ Khoa học môi trƣờng – Trƣờng Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Thị Lý, Lê Thị Đề Oanh, Phan Thị Bảo Vy, Huỳnh Mai Thảo, "Tách chiết tinh dầu Alkaliod từ vỏ Quất (Citrus japonicanThumb.)” Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 9, Khoa Cơng nghệ Hóa học – Đại học Bách Khoa Tp HCM Nguyễn Văn Minh,"Các phƣơng pháp sản xuất tinh dầu”, Báo điện tử htt://www.ioop.org.vn/vn - Viện nghiên cứu dầu có dầu – Bản tin khoa học công nghệ 10 Nguyễn Văn Ninh (2003), “Nghiên cứu chiết rút tinh dầu từ số loại quả”, Khoa Chế Biến, Đại học Nha Trang 11 Nguyễn Đắc Phát (20l0), "Nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ Bưởi Năm Roi (Citrus grandis (L.) Osbeck var grandis) phương pháp chưng cất lôi nước”, Khoa Chế Biến, Đại học Nha Trang 12 Lê Ngọc Thạch (2003), “Tinh dầu”, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM 13 Nguyễn Thị Thảo Trân, Trịnh Hoàng Hiếu, Lê Ngọc Thạch, “Khảo sát tinh dầu vỏ trái Tắc” (Fonunella japonica Thumh) Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 12, Số 10 – 2009, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM 14 Lã Đình Mới Tài nguyên thực vật có tinh dầu Việt Nam, NXB Nơng Nghiệp, (2001) 15 Nguyễn Minh Hoàng (2006), “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ Rutaceae”, Khoa Công nghệ Sinh học, Đại học Mỏ Thành phố Hồ Chí Minh 16 Nguyễn Văn Minh, “Các phương pháp sản xuất tinh dầu”, Báo điện tử - Viện nghiên cứu dầu cỏ dầu – tin khoa học 17 Nguyễn Thị Lý, Lê Thị Đế Oanh, Phạm Bảo Vy “Tách chiết tinh dầu Alkaloid từ Quất (Citrus Japonica Thumb.)”, Hội Khao học công lần thứ 9, Khoa học cơng nghệ hóa học – Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh 18 Nationnal Institule of Nutrion-Ministry of Health (1995), Food products in Việt Nam-Composn'tion and Nutritive Medicine publisher 19 Guenther.E The Essential oils VanNostrand, 2, 22-259(1949) 20 Jeong-Kyu KIM, Chang-Soo KANG, Jong-Know LEE, Young-Ran KIM, Hye Yun HAN, Hwa Kyung YUN (2005) “Evaluation of Repellency Effect of Two Natural Aroma Mosquito Repellent Compounds, Citronella and Citronellal” Entomological Research 35 (2): 117-120 21 Kazuhiko NAKAHARA, Najeeb S ALZOREKYI, Tadashi YOSHIHASHI, Huong T.T NGUYEN and Antifungal Activity of Essential Oil from Cymbopogon nardus (Citronella Grass)” JARQ 37 22 Ahmad, M M., Salim-ur-rehman, Anjum, F M., Bajwa, E E (2006), Comparative physical examination of various Citrus peel essential oil, Int J Agri Biol., Vol 8, No 2, p 186-190 23 Ahmnd, M M., Salim-ur-rehman, Anjum, F, M, Bujwa, E E (2006), Compara-tive physical examimaion of various Citrus pell essential oil, Int J Agri Biol., Vol., 8, No 2, p, 186-190 24 AOAC International CD-ROM (2000), AOAC Official Method 945.06 Specific Gravity (Apparent) of Distilled Liquors, Pycnometer Method 25 Atti-Santos, A C., Serafini, L A., Moyna, P., (2005), Extraction of Essential Oils from Lime (Citrus latifolia Tanaka)by Hydrodistillation and Supercritical Carbon Di-oxide, Brazilian Archives of Biology and Technology, Vol.48 (1), p 155-160 ` ... Cây long não Linalol – tinh dầu có chứa 80% linalol Cây long não Cineol – tinh dầu có chứa 76% cineol Cây long não Sesquiterpen – tinh dầu có chức 40-60% nerolidol Cây long não Safrol – tinh dầu. .. ngồi cineol (4,9 %) Trong công nghiệp cất long não, thƣờng thu đƣợc phần đặc (long não) phần l? ??ng (tinh dầu long não) ,hàm l? ?ợng camphor tinh dầu long não không dƣới 35% 16 Theo nghiên cứu Việt... (2 0l0 ), "Nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ Bưởi Năm Roi (Citrus grandis (L. ) Osbeck var grandis) phương pháp chưng cất l? ?i nước? ??, Khoa Chế Biến, Đại học Nha Trang 12 L? ? Ngọc Thạch (200 3), ? ?Tinh dầu? ??,