NGHIÊN cứu QUY TRÌNH CHƯNG cất TINH dầu GỪNG và ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM của QUÁ TRÌNH CHƯNG cất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA MÔI TRƯỜNG – THỰC PHẨM – HÓA  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CHƯNG CẤT TINH DẦU GỪNG VÀ ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Sinh viên thực : Huỳnh Việt Thắng Mã số sinh viên : 1311524428 Lớp :13DHH01 Chuyên ngành : Cơng nghệ Kỹ thuật Hố học Giáo viên hướng dẫn : Đỗ Đình Nhật Tp.HCM, tháng năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Việt Thắng Mã số sinh viên: 1311524428 Chuyên ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Hố học Lớp: 13DHH01 Tên đề tài: Nghiên cứu chưng cất tinh dầu gừng và ứng dụng phụ phẩm của trình chưng cất Nhiệm vụ luận văn Xác định quy trình điều chế tinh dầu gừng; Xác định thông số ảnh hưởng hiệu suất tinh dầu gừng; Khảo sát quy mô pilot & quy mô công nghiệp nhỏ; Điều chế oleoresin từ bã của quy trình chưng cất Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 13/02/2017 Ngày hoàn thành nhiệm vụ luận văn: 21/08/2017 Người hướng dẫn: Họ tên Học hàm, học vị Đỗ Đình Nhật Thạc Sĩ Đơn vị Phần hướng dẫn Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Hóa học 100% Nội dung yêu cầu của luận văn thông qua môn Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) ThS Nguyễn Đình Phúc ThS Đỗ Đình Nhật ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài làm việc cố gắng của thân, tơi cịn nhận nhiều khích lệ, động viên từ phía nhà trường, thầy cơ, gia đình và bạn bè Trước hết, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc thầy cô của trường Đại học Nguyễn Tất Thành, đặc biệt thầy cô khoa Mơi trường - Thực phẩm - Hố của trường giúp đỡ, góp ý hỗ trợ tận tình suốt thời gian tơi thực q trình nghiên cứu Và xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Đình Nhật người dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khố luận tốt nghiệp Ngồi ra, xin gửi lời cảm ơn đến anh Đoàn Quang Huy hỗ trợ và giúp đỡ thời gian tơi thực nghiệm phịng thí nghiệm Cuối tơi xin tỏ lịng biết ơn gia đình, bạn bè động viên mặt giúp đỡ tận tình suốt trình học tập, nghiên cứu, và là động lực khơng nhỏ để tơi có kết ngày hôm Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, Ngày Tháng Năm Sinh viên thực Huỳnh Việt Thắng iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong luận này, yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu của quy trình chưng cất tinh dầu gừng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất bước đầu nghiên cứu tận dụng bã gừng của quy trình chưng cất để trích ly oleoresin phục vụ nghiên cứu thuốc trừ sâu sinh học Theo đó, nghiên cứu tiến hành khảo sát quy mô pilot sản xuất quy mô công nghiệp nhỏ Đồng thời tiến hành ly trích oleoresin từ bã gừng với khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng oleoresin Kết của nghiên cứu là tạo tinh dầu gừng với hàm lượng chất cao so với số cơng bố trước α-Pinene (4.2-2.03%), Camphene (11.7-5.01%), 1,8-Cineol (15.6-5.67%), Zingiberene (11-10.62%), Geraniol (6.4-6%), β-Bisabolene (4.1-2.94%), β- Sesquiphellandrene (6.8-5.37%) Các thông số tối ưu thông qua khảo sát thu như: thời gian lưu trữ nguyên liệu ngày, nguyên liệu nghiền nát, tỉ lệ nước nguyên liệu 1:1, thời gian chưng cất (kể từ lúc bình cầu đạt 130oC), nhiệt độ 130oC; Khảo sát quy mô pilot quy mô công nghiệp nhỏ đạt hiệu suất lần lượt 0.24% 0.18% Đã trích ly oleoresin từ bã gừng với hiệu suất 5.4% ứng dụng diệt gián, rầy nâu, bọ cánh cứng iv ABSTRACT In this essay, the factors influencing the essential oil content of the ginger essential oil distillate process have been investigated to improve production efficiency and initially researched the use of ginger residue of the distillation process to extract oleoresin for biopesticide research I have research on the storage time of raw materials, the effect of raw material processing, the ratio of water and raw materials, distillation time, temperature to essential oil content by hydro distillation method The process uses a cleverger distillation system Accordingly, this research also conducted pilot-scale surveys and production on a medium-scale The study also extract oleoresin from ginger residue and the effect of temperature surveys to oleoresin’s yield The result of the research was that ginger essential oil with the higher levels of major constituents was compared to some of the previous publications, such as α-Pinene (4.2-2.03%), Camphene (11.7-5.01%), 1.8-Geranol (6.46%), β-Bisabolene (4.1-2.94%), β-Sesquiphellandrene (6.8-5.37%); The best results obtained through the survey were: storage time of days, raw material was crush, ratio of water and raw materials was 1:1, distillation time was 3.5h (since the temperature in the round-bottom flask reached 100oC), the temperature is 130oC; The pilot scale surveys and small-scale industrial scale yields were 0.24% and 0.18%, respectively The extracted oleoresin from the ginger residue (yield = 5.4%) and was applied to kill cockroaches, brown backed hoppers and beetles v MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH x LỜI MỞ ĐẦU xi Chương TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ GỪNG 1.1.1 Giới thiệu Gừng 1.1.2 Công dụng của gừng 1.1.3 Phân bố trữ lượng gừng 1.2 TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU 1.2.1 Lịch sử tinh dầu 1.2.2 Khái niệm tinh dầu 1.2.3 Tinh dầu Gừng 1.2.4 Công dụng của tinh dầu gừng 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH TINH DẦU 11 1.3.1 Phương pháp trích ly dung mơi 12 1.3.2 Phương pháp chưng cất lôi nước 13 vi 1.3.3 Phương pháp ép lạnh 13 1.4 PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY OLEORESIN 13 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 14 Chương THỰC NGHIỆM 18 2.1 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 18 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 18 2.3 NGUYÊN LIỆU & THIẾT BỊ 18 2.3.1 Nguyên liệu 18 2.3.2 Dụng cụ 19 2.3.3 Hóa chất 19 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.4.1 Phương pháp chưng cất lôi nước trực tiếp 20 2.4.2 Phương pháp Soxhlet 21 2.4.3 Xác định tiêu hóa lý của tinh dầu 21 2.4.4 Xác định thành phần tinh dầu, số khúc xạ, góc quay cực 23 2.4.5 Phương pháp luân phiên từng biến 23 2.5 TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN 24 2.5.1 Chưng cất tinh dầu 24 2.5.2 Thuyết minh quy trình 24 2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu trữ đến hàm lượng tinh dầu 25 2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng của trình xử lý nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu 25 2.5.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước và nguyên liệu 26 2.5.6 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hàm lượng tinh dầu 26 vii 2.5.7 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng tinh dầu 27 2.6 KHẢO SÁT QUY MÔ PILOT & QUY MÔ CÔNG NGHIỆP NHỎ 27 2.7 ĐIỀU CHẾ OLEORESIN TỪ BÃ GỪNG CỦA QUY TRÌNH CHƯNG CẤT 28 2.7.1 Quy trình trích ly oleoresin 28 2.7.2 Thuyết minh quy trình 28 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 29 3.1 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG TINH DẦU 29 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu trữ 29 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của trình xử lý nguyên liệu 29 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước và nguyên liệu 30 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chưng cất 31 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt chưng cất 32 3.1.6 Khảo sát quy mô pilot quy mô công nghiệp nhỏ 33 3.1.7 Điều chế oleoresin từ bã gừng của quy trình chưng cất 34 3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 34 3.2.1 Kết định tính, định lượng 34 3.2.3 Kết GC/MS 35 Chương KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 37 4.1 KẾT LUẬN 37 4.2 KHUYẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 42 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần của gừng Bảng 1.2 Sản lượng gừng năm 2014 Bảng 1.3 Một số hợp chất hay gặp thành phần tinh dầu Bảng 2.1 Điều kiện của khảo sát hàm lượng tinh dầu theo thời gian lưu trữ 25 Bảng 2.2 Điều kiện của khảo sát hàm lượng tinh dầu theo dạng nguyên liệu 25 Bảng 2.3 Điều kiện của khảo sát hàm lượng tinh dầu theo tỉ lệ nước:nguyên liệu 26 Bảng 2.4 Điều kiện của khảo sát hàm lượng tinh dầu theo thời gian chưng cất 26 Bảng 2.5 Điều kiện của khảo sát hàm lượng tinh dầu theo nhiệt độ chưng cất 27 Bảng 2.6 Điều kiện của khảo sát hàm lượng tinh dầu theo thực tế 27 Bảng 2.7 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng oleoresin 28 Bảng 3.1 Kết khảo sát quy mô pilot & sản xuất quy mô công nghiệp nhỏ 33 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng oleoresin 34 Bảng 3.3 Kết định tính, định lượng 35 Bảng 3.4 Kết phân tích GC/MS của thí nghiệm 35 Bảng 3.5 Bảng so sánh kết mẫu thí nghiệm 36 Phụ lục Kết khảo sát hàm lượng tinh dầu theo thời gian lưu trữ 42 Phụ lục Kết khảo sát hàm lượng tinh dầu theo dạng nguyên liệu 42 Phụ lục Kết khảo sát hàm lượng tinh dầu theo tỉ lệ gừng:nước 42 Phụ lục Kết khảo sát hàm lượng tinh dầu theo thời gian chưng cất 43 Phụ lục Kết khảo sát hàm lượng tinh dầu theo nhiệt độ chưng cất 43 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Miêu tả sinh học tiêu biểu của loài Gừng (Z.officinale Roscoe) Hình 1.2 Hình chụp SEM của củ gừng gió Hình 1.3 Tháp phân loại lồi gừng sử dụng nghiên cứu Hình 1.4 Chai tinh dầu gừng Hình 1.5 Cơng thức phân tử của α-Pinene (C10H16) Hình 1.6 Công thức phân tử của Camphene (C10H16) Hình 1.7 Cơng thức phân tử của 1,8-Cineol (C10H18O) Hình 1.8 Cơng thức phân tử của β-Citral (C10H16O) Hình 1.9 Công thức phân tử của Geraniol (C10H18O) 10 Hình 1.10 Cơng thức phân tử của α-Farnesene (C15H24) 10 Hình 1.11 Cơng thức phân tử của β-Bisabolenes (C15H24) 10 Hình 1.12 Công thức phân tử của β-Sesquiphellandrene (C15H24) 11 Hình 2.1 Thiết bị của phương pháp chưng cất lôi nước trực tiếp 20 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chưng cất tinh dầu gừng 24 Hình 2.3 Quy trình trích ly oleoresin 28 Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn hàm lượng tinh dầu theo thời gian lưu trữ 29 Hình 3.2 Biểu đồ thể hàm lượng tinh dầu thu theo tình trạng nguyên liệu 30 Hình 3.3 Biểu đồ kết khảo sát hàm lượng tinh dầu theo tỉ lệ gừng:nước (g/g) 31 Hình 3.4 Biểu đồ kết khảo sát ảnh hưởng của thời gian chưng cất 32 Hình 3.5 Biểu đồ kết ảnh hưởng của nhiệt độ chưng cất đến hàm lượng tinh dầu 33 x Bên cạnh protein, tinh bột chất béo, gừng có chứa thành phần hoạt động dầu dễ bay (zingeberene, curcumene, borneol, neral, geranial, geraniol, citronyl acetate, α-terpineol, linalool), hợp chất cay (Gingerols shogaols), thành phần nhỏ liên quan đến Gingerols (gingediols, gingediacetates, paradol, hexahydrocurcumin) Bảng 1.1 Thành phần của gừng Hàm lượng Thành phần (%) Tinh dầu Hỗn hợp Hydrocarbon (chủ yếu là 10-16 sesquiterpene) Tro 6.5 Protein 12.3 Protein hòa tan nước 2.3 Tinh bột 45.25 Các acid béo tự do, phospholipid 4.5 Sterols 0.53 Sợi thô 10.3 Oleoresin 7.3 Nhựa dầu chứa 20-25% tinh dầu 20-30% chất cay Thành phần chủ yếu của nhóm chất cay zingeron, shogaol zingerol, gingerol chiếm tỷ lệ cao nhất Ngồi ra, tinh dầu Gừng cịn chứa α-camphen, β-phelandren, eucalyptol gingerol Cineol Gừng có tác dụng kích thích sử dụng chỗ có tác dụng diệt khuẩn nhiều vi khuẩn [3] 1.1.2 Công dụng của gừng Y học: Do có tính sát trùng kháng khuẩn nên gừng dùng để điều trị ngộ độc thực phẩm, nhiễm trùng đường ruột kiết lỵ vi khuẩn Gừng có tác dụng chống buồn nôn, mửa, đặc biệt ốm nghén cho phụ nữ mang thai Gừng làm giảm mức cholesterol máu phịng chống đơng máu nên làm giảm nguy tắc nghẽn mạch máu giảm tỷ lệ đột quỵ Gừng tinh dầu gừng chất làm tan đàm tốt nên có hiệu vấn đề hô hấp ho, cảm cúm, hen suyễn, viêm phế quản khó thở Ngồi ra, gừng cịn có tính kháng viêm, có hiệu chống bệnh vàng da sốt rét, làm giảm trầm cảm, căng thẳng, mệt mỏi, chóng mặt, bồn chồn lo âu, dân gian sử dụng gừng để trị gàu Gừng nghiên cứu điều trị ung thư chuột Thực phẩm: Gừng dùng làm rau, gia vị, kẹo mứt, trà, rượu, nước uống có gas 1.1.3 Phân bố trữ lượng gừng Gừng là loại gia vị cổ điển trồng nhiều nước vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, từ Đông Á đến Đơng Nam Á và Nam Á, có Việt Nam Phân loại khoa học theo sinh học rất rộng lớn, có đến 47 chi và 1000 loài Ở Việt Nam biết có 20 chi và gần 11 loài Tháp phân loại đơn giản loại gừng sử dụng nghiên cứu và sản x́t phở biến sau: Hình 1.3 Tháp phân loại loài gừng sử dụng nghiên cứu Mỗi năm, giới sản xuất khoảng 1,2 triệu tấn gừng tươi, Ấn Độ Trung Quốc góp gần 49,96% Tính theo diện tích trồng Nigeria Trung Quốc hai nước sản xuất lớn nhất giới Cịn tính theo sản lượng Ấn Độ nước sản xuất gừng lớn nhất giới Vụ 2005/06, nước sản xuất 391.000 tấn, diện tích 110.600 héc ta, đạt suất trung bình 3.537 kg/hécta Ấn Độ thường xuất khẩu khoảng 8% sản lượng gừng nước Theo tờ Public Ledger, xuất khẩu gừng của Trung Quốc tháng đầu năm 2009 tăng 68% so với kỳ năm ngoái, chủ yếu nhu cầu tăng từ Pakistan Bangladesh Theo thống kê của Hải quan Trung Quốc, Trung Quốc xuất khẩu 95.695 tấn gừng quý I năm nay, so với 56.875 tấn kỳ năm 2008 Xu hướng tăng xuất khẩu xuất phát từ việc Pakistan tăng nhu cầu nhập khẩu gừng Nhập khẩu vào Pakistan tăng 52% tháng đầu năm 2009, lên 11.896 tấn, so với 7.796 tấn năm 2008 Nhập khẩu vào Bangladesh giai đoạn nói cịn tăng mạnh hơn, tăng 1.029% lên 10.633 tấn, so với 942 tấn năm ngoái Malaysia tăng nhập khẩu thêm 128% lên 8.547 tấn so với 3.736 tấn năm 2008 Nhật Bản khách hàng lớn nhất của Trung Quốc với 13.893 tấn gừng quý I năm nay, tăng 4% so với 13.290 tấn năm 2008 (Tổ chức Lương thực Nông nghiệp của Liên hợp quốc - FAOSTAT) Bảng 1.2 Sản lượng gừng năm 2014 Sản lượng gừng năm 2014 Sản lượng (Tấn) Quốc gia Ấn Độ Trung Quốc Nepal Indonesia Thái Lan Các quốc gia khác Thế giới 655,000 415,951 276,150 266,145 161,404 381,803 2,156,453 Food and Agricultural Oraganization of the United Nations, Statistics Division (FAOSTAT) 1.2 TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU 1.2.1 Lịch sử tinh dầu Tinh dầu thực vật dùng văn minh cổ đại vào thời gian cách khoảng 6.000 năm xưa Người Ai Cập cổ đại dùng phương pháp ngâm chiết để trích ly tinh dầu từ loại cỏ có mùi thơm, và hương trầm có lẽ là phương cách cổ xưa nhất việc sử dụng hương liệu Người Ai Cập rất thông thạo việc ướp xác hương liệu để bảo quản cở thể Họ thường dùng dầu thơm để xoa bóp thể Người Hy Lạp tiếp tục sử dụng tinh dầu thơm và dùng loại dầu này cho hai mục đích điều trị và trang điểm Một y sĩ Hy Lạp (Pedcaius Dioscorides) viết sách loại thảo dược, và nhất 1.200 năm sau sách này dùng làm tham khảo cho Tây y Nhiều phương thuốc ông đưa còn dùng liệu pháp hương Khi La Mã trở thành kinh đô của giới cổ đại, người La Mã chép phần lớn kiến thức y khoa từ người Hy Lạp và cải thiện khả sử dụng loại hương liệu Sau tắm, họ thường thoa dầu và xoa bóp Họ bắt đầu nhập sản phẩm hương liệu từ Đông Ấn và Ả Rập tuyến đường mậu dịch khai thông Kiến thức loại dầu hương liệu và nước hoa truyền bá đến vùng Viễn Đông và Ả Rập, và y sĩ tên Avcenna (980 - 1037 sau Công nguyên) lần đầu tiên dùng quy trình gọi là chưng cất để cất tinh dầu hoa hồng Các thời kì văn minh Trung Hoa cổ đại dùng số hương liệu đồng thời với người Ai Cập Thần Nông là sách y học cổ xưa nhất còn Trung Quốc, viết khoảng 2.700 năm trước Cơng ngun và có ghi chép 300 loài dược thảo Người Trung Hoa dùng loại hương liệu và đốt loại gỗ thơm và hương trầm để thực hành tín ngưỡng Y học cổ truyền Ấn Độ gọi là Ayurveda, liệu pháp thực hành từ 3.000 năm qua, với việc xoa bóp dầu thơm là cơng đoạn Người Tây Ban Nha có số lượng dược thảo trồng vườn nhà của họ rất nhiều; người da đỏ Bắc Mỹ dùng dầu hương liệu và đưa phương thuốc trị bệnh của họ dược thảo Giữa kỉ 19, tinh dầu tập trung nghiên cứu và trở thành phương pháp trị liệu tổng thể và phổ cập nhiều nước như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp… 1.2.2 Khái niệm tinh dầu Tinh dầu hỗn hợp chất hữu tan lẫn vào nhau, có mùi đặc trưng Ở nhiệt độ thường, hầu hết tinh dầu thể lỏng, có khối lượng riêng bé (trừ số lọại tinh dầu nặng nước Cinnamon, Lilac,…), khơng tan tan rất nước, có vị cay ngọt, nóng có tính sát trùng mạnh Thành phần hóa học của tinh dầu gồm tecpen dẫn xuất chứa oxy của tecpen (như alcol, aldehic, xeton,…) Mặc dù có nhiều cấu tử thường người ta cần vài cấu tử có giá trị và mùi đặc trưng tinh dầu Bảng 1.3 Một số hợp chất hay gặp thành phần tinh dầu Nhóm Các chất Hidrocacbua Cacbua tecpennic (chiếm nhiều nhất): limonen, pinen, camphen, carryophyllen, sylvestren Alcol Alcol metylic, alcol etylic, alcol cinnamic, citronellol, geraniol, linalool, bocneol, tecpineol, mentol, cineol Phenol ete phenolic Anetol, eugenol, safrol, apiol, tymol Aldehit Aldehit benzoic, cinnamic, sakyxilic, citral, citronellal Xeton Menton, Campho, Thuyon Acid (dưới dạng este) Cumarin Hợp chất chứa sunfua, nito, halogen Acid Axetic, butyric, benzoic, namic, fomic, salyxilic, Becgapten, onbelliferon Tinh dầu có sunfua họ thuộc họ chữ Thập (Cruciferae) 1.2.3 Tinh dầu Gừng Tinh dầu gừng là loại tinh dầu chiết xuất từ củ gừng Nó sử dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm cơng nghiệp Có màu vàng nhạt, mùi cay nồng, Thường trích ly phương pháp chưng cất trực tiếp dùng dung mơi nước Các thành phần có tinh dầu gừng α-Pinene, Camphene, Eucalyptol (1,8-Cineol), Nerol, Neral (β-Citral), Zingiberene, α-Curcumene, α-Farnesene, βSesquiphellandrene có số cao Một số công dụng đặc trưng: Được sử dụng phổ biến loại gia vị [3]; bổ sung vào khẩu phần ăn để chữa bệnh buồn nôn; [4] chống say tàu xe [5]; chống oxi hóa kháng viêm [6] Tinh dầu gừng gồm hợp chất bay và chất tan tạo mùi hương đặc trưng và vị cay của gừng Trong đó, hai hợp chất chức 6-gingerol 6-shogaol tạo vị cay đặc trưng hợp chất khác có gừng [7] Ngồi ra, hai hợp chất cịn mang tính kháng khuẩn và sử dụng điều trị bệnh nhân bị suy giảm miễn dịch [8] Hình 1.4 Chai tinh dầu gừng 1.2.4 Cơng dụng của tinh dầu gừng Công dụng của tinh dầu gừng thể qua thành phần của α-Pinene chất hữu thuộc nhóm terpene Được tìm thấy kim, đặc biệt thông Xuất thành phần của loại tinh dầu: Gừng, Bưởi, Sả, Hương thảo,… Thường dùng y học để điều trị bệnh viêm nhiễm, nhiễm khuẩn, bảo vệ dày Hình 1.5 Cơng thức phân tử của α-Pinene (C10H16) Camphene loại monoterpene đơn vòng Nó gần khơng hòa tan nước, rất hịa tan dung mơi hữu thơng thường Nó bay dễ dàng nhiệt độ phịng có mùi cay Camphene sử dụng việc pha chế nước hoa và phụ gia thực phẩm cho hương liệu Ngoài còn sử dụng làm nhiên liệu của đèn kỷ 19 Hình 1.6 Công thức phân tử của Camphene (C10H16) 1,8-Cineol là hợp chất hữu tự nhiên, điều kiện nhiệt độ phòng là chất lỏng khơng màu Nó là ete vòng đồng thời là monotecpenoit Ứng dụng: - Tạo vị và hương: 1,8-Cineol sử dụng chất tạo mùi, tạo vị và mỹ phẩm có mùi thơm và vị hăng dễ chịu - Y học: 1,8-Cineol là thành phần nhiều loại nước súc miệng và thuốc ho - 1,8-Cineol sử dụng là thuốc trừ sâu và thuốc xua côn trùng Ngoài ra, 1,8- Cineol còn sử dụng làm mồi nhử để thu hút loài ong lan (Euglossini) để phục vụ mục đích nghiên cứu Hình 1.7 Cơng thức phân tử của 1,8-Cineol (C10H18O) β-Citral thường tìm thấy cà rốt Là chất lỏng màu vàng có mùi giống chanh Mật độ phân tử cao nước và không hòa tan nước Dùng để tổng hợp hóa chất khác β-Citral chứng minh có chức giảm đau, kháng viêm và có tác dụng kháng khuẩn mạnh, thường dùng để tổng hợp vitamin A, ionone, methylionone Hình 1.8 Cơng thức phân tử của β-Citral (C10H16O) Geraniol là monoterpenoid với đuôi -OH Đây là phần của tinh dầu hoa hồng, tinh dầu palmarosa và tinh dầu sả java Có màu vàng nhạt, không hòa tan nước, hòa tan hầu hết dung mơi hữu Geraniol có hương thơm hoa hồng nên thường sử dụng điều hương, tổng hợp nước hoa Ngoài còn sử dụng để tạo hương vị đào, mâm xôi, bưởi, táo đỏ, mận, chanh, cam, chanh, dưa hấu, dứa, và blueberry Hình 1.9 Cơng thức phân tử của Geraniol (C10H18O) α-Farnesene mặc dù có nhiều bài báo có đề cập đến thành phần chưa tìm nghiên cứu cụ thể hoạt tính của riêng chất này Hình 1.10 Cơng thức phân tử của α-Farnesene (C15H24) β-Bisabolenes là chất trung gian q trình tởng hợp nhiều hợp chất hóa học tự nhiên khác, bao gồm hernandulcin, chất làm tự nhiên, phê chuẩn châu Âu phụ gia thực phẩm Hình 1.11 Cơng thức phân tử của β-Bisabolenes (C15H24) β-Sesquiphellandrene có màu vàng nhạt, mùi đặc trưng của gừng, vị vừa đắng vừa cay, tan hầu hết dung môi 10 Hình 1.12 Cơng thức phân tử của β-Sesquiphellandrene (C15H24) Từ thành phần của tinh dầu gừng ta thấy tác dụng dược lý của như: chống oxy hóa, kháng viêm, chống nơn, hỗ trợ tiêu hóa, tan máu bầm, chống xơ vữa động mạch, trị lạnh bụng, đầy hơi, ăn không tiêu, tiêu chảy, chống nôn, trị cảm cúm, mồ hôi, trị nhức đầu, nhức mỏi tay chân, tê thấp [9-16] 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT TÁCH TINH DẦU Khuếch tán là chế đầu tiên, có vai trị quan trọng q trình chiết x́t tinh dầu gừng Khuếch tán trình chuyển động ngẫu nhiên của phân tử chất tan từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp dung môi lỏng Theo định luật Fick, nguyên nhân của trình khuếch tán gradient nồng độ của phân tử chất tan Các phân tử chất tan có xu hướng khuếch tán để cân nồng độ Thẩm thấu là chế thứ hai trình chiết x́t tinh dầu Thẩm thấu đóng vai trị việc mang phân tử tinh dầu gừng lên bề mặt túi tiết Trong thẩm thấu, phân tử dung môi di chuyển dễ dàng từ nơi có nồng độ thấp chuyển động phân tử Các tế bào đẩy phân tử tinh dầu theo hướng từ nồng độ thấp đến cao, trình cần lượng Sau xử lý nguyên liệu bên tế bào cịn phân tử tinh dầu (do tác động vật lý nên túi tinh dầu bị vỡ, phần tinh dầu sẽ dễ dàng ngoài nằm dung môi) Nồng độ nước bên ngồi tế bào lớn, đó, nước này có khuynh hướng di chuyển vào tế bào Quá trình sẽ tiếp tục đạt đến cân hai bên màng Khi nồng độ chất tan hai mặt của màng tế bào cân nhau, phân tử nước sẽ di chuyển khỏi màng tế bào Các phân tử nước sẽ mang theo phân tử tinh dầu khỏi tế bào 11 Thứ ba là q trình đun nóng nước Khi cung cấp nhiệt cho nước, nhiệt độ của nước tăng lên đến áp śt của nước với áp śt khơng khí Tại thời điểm nhiệt độ không tăng thêm q trình đốt nóng diễn nên tiếp tục cung cấp nhiệt lượng để biến đổi nước từ thể lỏng sang thể Cùng thời điểm này, phần tinh dầu gừng phân tán phân tử nước thẩm thấu vào túi tiết Các phân tử tinh dầu ngấm vào nước nhờ trình khuếch tán thông qua màng Hai chế xảy lúc Quá trình tiếp tục tất các phân tử tinh dầu khuếch tán từ túi tiết và bay theo nước Cơ chế thứ tư là hóa Khi nước tinh dầu gừng đun nóng đến áp śt khí quyển, chúng sẽ bay nhiệt độ xác định tạo thành hỗn hợp đẳng phí Cơ chế thứ năm là ngưng tụ của sản phẩm chưng cất Hơi nước tinh dầu gừng làm lạnh cách ngưng tụ Cơ chế cuối phân tách nước tinh dầu Chất lỏng ngưng tụ và rơi xuống trọng lực tách thành lớp dầu và nước riêng biệt, lớp dầu phía lớp nước phía 1.3.1 Phương pháp trích ly dung môi Hầu hết, loại hoa chứa rất tinh dầu, mà thành phần hóa học của chúng lại dễ bị phân hủy, bị biến tính sử dụng phương pháp chưng cất lơi nước Thay vào đó, người ta sử dụng hexane, ethanol, florasols để trích ly tinh dầu Cơ sở lý thuyết của q trình trích ly là dựa vào khác số điện môi của dung mơi và chất cần trích ly Những chất có số điện môi gần sẽ dễ hòa tan vào Tinh dầu có số điện mơi dao động từ 2÷5 và dung mơi hữu có số điện mơi dao động từ 1,5÷2 Phương pháp này tiến hành nhiệt độ thường (khi trích ly) và lấy thành phần quý sáp, nhựa thơm nguyên liệu mà phương pháp chưng cất khơng thể tách Vì thế, chất lượng của tinh dầu sản xuất phương pháp này cao Tải FULL (54 trang): bit.ly/34x3hOH Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 12 Chất lượng của tinh dầu thu phương pháp trích ly phụ thuộc rất nhiều vào dung mơi dùng để trích ly, dung mơi dùng để trích ly cần phải đảm bảo yêu cầu sau: Nhiệt độ sơi thấp, khơng tác dụng hóa học với tinh dầu, đnhớt của dung môi thấp, không chứa tạp chất, dung môi hòa tan tinh dầu nhiều, dung môi không ăn mòn thiết bị, không gây mùi lạ cho tinh dầu và đặc biệt không gây độc hại, rẻ tiền và dễ mua 1.3.2 Phương pháp chưng cất lơi ćn nước Trong q trình nghiên cứu, phương pháp chưng cất lôi nước là phương pháp chọn để làm thí nghiệm nhiều lý Chưng cất lôi nước là quy trình sử dụng thuyết trích ly hệ rắn-lỏng Trong đó, pha lỏng sử dụng để tách thành phần, cấu tử của pha rắn Nghĩa là tinh dầu sẽ tách từ nguyên liệu thô Phương pháp này có q trình chủ yếu: Nước ngun liệu hòa tan, hóa và nước vào lơi tinh dầu mô, túi tinh dầu ra; Hơi nước và tinh dầu sẽ ngưng tụ sinh hàn thành pha lỏng tách biệt; Tinh dầu sẽ chiết tách và đem bảo quản (đôi sẽ có tinh chế thêm tùy vào nhu cầu sử dụng) 1.3.3 Phương pháp ép lạnh Các loại tinh dầu từ vỏ chanh, cam, quýt, bưởi (họ citrus) thu hồi phương pháp ép lạnh Do lượng tinh dầu tương đối lớn vỏ cam, quýt chi phí thấp để trồng thu hoạch ngun liệu thơ, tinh dầu hoa có giá rẻ hầu hết loại tinh dầu khác Các loại tinh dầu từ họ citrus thu hồi là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp ăn Trước phát phương pháp chưng cất, tất loại tinh dầu trích xuất phương pháp ép lạnh 1.4 PHƯƠNG PHÁP TRÍCH LY OLEORESIN Phương pháp chiết Soxhlet trình liên tục, lập lập lại nhiều lần cách tự động nhầm chiết kiệt hoạt chất Bộ dụng cụ Soxhlet bao gồm bình câu, thiết bị chiết, sinh hàn hoàn lưu Dung mơi bình cầu bốc từng phần, ngưng tụ nhỏ giọt vào nguyên liệu chiết chứa ống chiết sau dung mơi chảy ngược lại Tải FULL (54 trang): bit.ly/34x3hOH13 Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net vào bình cầu Trong q trình đó, cấu tử cần tách làm giàu thêm dung môi đặc biệt, dụng cụ soxhlet có ống xi- phơng đặt bên cạnh, để dung dịch chiết chảy vào bình vâu mức chất lỏng ống chiết đạt đến khuỷu của ống xi phơng 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGỒI NƯỚC Các nghiên cứu đề tài ngoài nước tìm hiểu từ nguồn như: Journal of Cardiovasc Pharmacol, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Journal of Science Food Agricultural, Materials Science & Engineering C, Marterials for biological applications, Phytochemistry, Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, International Journal of Control Science and Engineering,… Từ năm 2000 đến nay, có rất nhiều báo cáo khoa học tinh dầu gừng cơng dụng của Về nghiên cứu giúp nâng cao hiệu suất phát triển thành quy trình sản xuất có báo cáo của Mohamed nghiên cứu thông số sản xuất tinh dầu gừng [17], báo cáo của Mazidah Tajjudin, Mohd Hezri Fazalul Rahiman, Norlela Ishak, Hashimah Ismail, Norhashim Mohd Arshad, Ramli Adnan nhiệt độ thích hợp để sản xuất tinh dầu gừng sử dụng phương pháp chưng cất lôi nước [18], báo cáo của Khairu Aizam, Ibrahim việc sử dụng phương pháp chưng cất lôi nước trích ly tinh dầu gừng, nhà hóa học Trung Quốc có nghiên cứu sử dụng dung mơi khơng phân cực để trích ly cấu tử nhẹ tinh dầu gừng[16] Và gần nhất, năm 2017, Muhammad Arifuddin Fitriady, Anny Sulaswatty, Egi Agustian, Salahuddin, Deska Prayoga Fauzi Aditama có nghiên cứu điều chế tinh dầu gừng phương pháp chưng cất lôi nước thông qua nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng thời gian chưng cất [19] Năm 2001, Manjree Agarwal, Suresh Walia, Swaran Dhingra and Bhupinder PS Khambay có nghiên cứu khả ức chế tăng trưởng của trùng, hoạt tính chống nấm kháng nấm của oleoresin [20] Đối với việc nghiên cứu để ứng dụng, không thua người trước, từ năm 2007 đến có rất nhiều báo cáo hoạt tính sinh học của tinh dầu gừng, có bài review của F Bakkali cùng đồng nghiệp hoạt tính sinh học của tinh dầu, họ nói 14 Tải FULL (54 trang): bit.ly/34x3hOH Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net tế bào nhân chuẩn, loại tinh dầu hoạt động chất chống oxy hóa ảnh hưởng đến màng tế bào bên và quan ty lạp thể Tùy thuộc vào loại tinh dầu nồng độ sử dụng, chúng có tác động gây hại đến tế bào, thường không gây độc (nếu sử dụng liều lượng) Trong số trường hợp, thay đổi rối loạn chức ty lạp thể tượng oxi hóa tế bào khống chế, kiểm soát loại tinh dầu tạo khả kháng genotoxic (là tác nhân gây ung thư) Vì lẽ đó, nghiên cứu khả chống ung thư của tinh dầu ngày mở rộng [21] Những phát cho thấy rằng, nhất phần, ảnh hưởng có ích của tinh dầu hiệu ứng prooxidant mức độ tế bào [15] Sasidharanl Indu A.Nirmala Menon có nghiên cứu mối liên hệ thành phần của tinh dầu gừng trích ly từ gừng tươi và gừng sấy khô khả kháng vi trùng phương pháp khuếch tán đĩa, họ khẳng định tinh dầu gừng có hoạt tính chống lại loại vi khuẩn Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Candida Albicans, Trichoderma spp, Aspergillus niger, Pencillium spp Saccharomyces cerevisiae, nghiên cứu cho thấy ứng dụng rộng rãi của dầu gừng điều trị nhiều bệnh vi khuẩn nấm [13] Các nhà khoa học kỹ sư Trung Quốc có nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu gừng [11] Năm 2011, Shahnaz Sultana Mohammed Ali nghiên cứu in vitro in vivo tác dụng ức chế của tinh dầu gừng di chuyển của bạch cầu [12] Năm 2010, Black CD cùng đồng nghiệp có nghiên cứu tác dụng giảm đau của gừng [14] Vào thập niên 80, 90 của kỉ XX kỉ XXI, nghiên cứu tinh dầu gừng giới khoa học mở rộng đến ứng dụng sinh học, y học sản xuất diện rộng Tinh dầu gừng Fiji (Úc) phân tích GC/MS số sesquiterpenes chưa báo cáo trước tinh dầu gừng xác định bao gồm α-copaene, βbourbonene, α-bergamotene, α-selinene, calamenene cuparene Thành phần của tinh dầu là khơng bình thường có hàm lượng neral geraniol nhiều so với tinh dầu gừng từ Ấn Độ, Úc, Nhật Bản Châu Phi [22] 15 Các bệnh khuẩn Mycobacterium avium Mycobacterium tuberculosis gây đại dịch, chủng vi khuẩn bắt đầu có dấu hiệu kháng lại liệu pháp hóa trị có Các liệu pháp này đòi hỏi từ 4-6 loại thuốc để ngăn ngừa xuất của chủng kháng thuốc Trước tình hình đó, nghiên cứu của Hiserodt R.D., Franzblau S.G., Rosen R.T mô tả cô lập -6, 8- 10- gingerol từ thân gừng tươi và xác định 10-gừng chất ức chế hoạt tính mạnh nhất của M avium M tuberculosis (nghiên cứu kiểm chứng cấp độ in vitro) Các gingerols phân lập cách chưng cất chiết xuất methylene chloride thô của thân gừng tươi HPLC Việc xác định gingerols dựa liệu khối phổ Việc xác định 10-gingerol xác nhận cách tổng hợp [8] Các nghiên cứu của Toshiyasu Kawai, Kaoru Kinoshita, KiyotakaKoyama Kunio Takahashi khả chống buồn nôn của 6-, 8-, 10-shogaols 6-, 8-, 10-gingerols (được tách cách trích ly từ củ gừng sử dụng dung môi methanolic) [5] Nghiên cứu của Vutyavanich T, Kraisarin T, Ruangsri R., Borrelli F., Capasso R., Aviello G., Pittler M.H., Izzo A.A báo cáo tác dụng chống buồn nôn nôn mửa phụ nữ mang thai [23, 24] Nghiên cứu của Shogi N., Iwasa A., Takemoto T., Ishida Y., Ohizumi Y cho thấy khả trợ tim của 6-, 8-, 10-gingerols [6] Năm 1971, D W Connell R A Jordan nghiên cứu thành phần của tinh dầu gừng từ củ gừng trồng Úc phương pháp GC/MS Họ tìm thành phần nhóm hydrocarbon sesquiterpene dựa khung carbon bisabolene Các hợp chất này kèm với số hydrocacbon monoterpene chất khác Tuy nhiên, có điều đặc biệt diện của geranial neral với tỷ lệ tương đối cao [25] Năm 1975, Bednarczyk A Allen, William G Galetto Amihud Kramer tách đồng phân của Sesquiterpene Alcohols (cis-, trans- β-sesquiphellandrol) từ tinh dầu gừng Đồng thời xác định cấu trúc của chúng cách phân tích phở ir, uv, ms, nmr chứng minh chúng là đồng phân lập thể của 5-(1,5-dimethyl-4-hexenyl)-2methylene-3-cyclohexenol [26] 5382707 16 ... hưởng đến hàm lượng tinh dầu của quy trình chưng cất tinh dầu gừng nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất bước đầu nghiên cứu tận dụng bã gừng của quy trình chưng cất để trích... nhiều tinh chất nhất của gừng mà chưa phở biến rộng rãi là tinh dầu gừng và nhựa dầu Do đó, ? ?Nghiên cứu quy trình chưng cất tinh dầu gừng và ứng dụng phụ phẩm của quá trình chưng. .. Nghiên cứu chưng cất tinh dầu gừng và ứng dụng phụ phẩm của trình chưng cất Nhiệm vụ luận văn Xác định quy trình điều chế tinh dầu gừng; Xác định thông số ảnh hưởng hiệu suất tinh