Việt Nam
2.4.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất và tiêu thụ tinh dầu tía tô trên thế giới
• Tình hình nghiên cứu: Công cuộc nghiên cứu về tinh dầu lá tía tô được bắt đầu và phát triển mạnh mẽ vào những năm 1980. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu mới chỉ được tiến hành ở Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc. Trong đó, Nhật Bản là quốc gia nghiên cứu sâu rộng và toàn diện nhất về loại tinh dầu này. Các công trình nghiên cứu về tinh dầu tía tô tập trung chủ yếu vào các nội dung chính sau:
+ Về thành phần và hàm lượng tinh dầu: Đã có hàng loạt nghiên cứu được tiến hành ở nhiều quốc gia, trên các giống tía tô khác nhau. Các thành phần chính trong tinh dầu tía tô ở Trung Quốc, Hàn Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ và Nhật Bản đã được trình bày trong phần 2.2.2. Sử dụng phương pháp chưng cất hơi nước, các nghiên cứu trên đều cho kết quả về hàm lượng tinh dầu trong lá tía tô là 0,3 – 1.3% theo chất khô [3,16, 17]. Ngoài ra, các nghiên cứu còn được tiến hành ở một số khu vực khác như: Nghiên cứu tại Bắc Lào, các nhà khoa học đã phát hiện 5 loại tinh dầu khác nhau theo thành phần chính là: perillaketone, elemicine, shisofuran, piperitenone, myristicine,…[19]. Tại Thái Lan, tinh dầu tía tô có hàm lượng cao piperitenone và limonene [21]. Nghiên cứu tại Băng-la-đet đã cho thấy thành phần chính của tinh dầu tía tô là rosefuran (58%) [23].
+ Về phương pháp khai thác: Bên cạnh quy trình khai thác lôi cuốn hơi nước truyền thống, các nhà khoa học đã phát triển thêm các phương pháp tiên tiến hơn. [17]
đã sử dụng 3 phương pháp khai thác tinh dầu khác nhau là chiết xuất bằng dung môi bay hơi (SAFE), chiết xuất bằng hệ chất lỏng liên tục (LLCE) và chưng cất hơi nước (HD). Kết quả phân tích GC-MC cho thấy có có 30, 23 và 16 hợp chất được tìm thấy trong tinh dầu được khai thác bằng phương pháp SAFE, LLCE, HD theo thứ tự. [16]
đã khai thác tinh dầu tía tô bằng phương pháp trích ly sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn, cho hiệu quả khai thác tinh dầu khá cao (1,39% theo chất khô). Phương pháp này cho phép khai thác cả những thành phần không bay hơi, cho hiệu quả cao, quy trình khai thác ngắn. Tuy nhiên, nó đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, công nghệ máy móc hiện đại và phức tạp. Bên cạnh đó, các nhà khoa học đã đưa ra các phương pháp khai thác mang lại hiệu quả cao hơn như: tách chiết bằng dung môi hữu cơ (solvent extraction - SE), tách chiết bằng dung môi hữu cơ có hỗ trợ sóng siêu âm (ultrasonic-assisted solvent extraction - UASE), hay tách chiết dưới sự hỗ trợ của vi sóng,…
+ Về hoạt tính sinh học (đặc tính dược lý): Tinh dầu tía tô có hoạt tính dược lý rất cao. Hàng loạt các nghiên cứu về tính kháng khuẩn, chống ngộđộc, chống dị ứng, ngừa ung thư,... đã được tiến hành. Các kết quả nghiên cứu (đã được trình bày ở phần 2.2.3.2).
+ Về các yếu tốảnh hưởng tới hàm lượng và thành phần tinh dầu: Nishizawz và Honda là người tiên phong trong việc nghiên cứu về các gen quy định thành phần hương của tía tô. Họ đã đưa ra sơ đồ mô tả con đường sinh tổng hợp các chất trong tinh dầu tía tô [24, 25]. Nghiên cứu về thành phần tinh dầu trong từng giai đoạn tăng trưởng cho thấy: hàm lượng tinh dầu cao nhất trong giai đoạn cây bắt đầu trổ hoa. Trong quá trình phát triển của cây, perilla aldehyde có xu hướng tăng dần, hàm lượng limonene và β-caryophyllene giảm. Các chất khác nhưα-pinene, β-pinene, linalool và
α-caryophyllene hầu như không thay đổi hàm lượng [23].
Ngoài ra, các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng tới hàm lượng tinh dầu, quan hệ giữa vị trí lá và hàm lượng perilla aldehyde cũng đã được nghiên cứu.
+ Phân lập, tách chiết các cấu tử [5]: Rất nhiều cấu tử trong tinh dầu tía tô đã
được tách và tinh chế như: citral, dillapiol, limonene, myristicine, perilla aldehyde,
linalool,…
• Tình hình sản xuất và tiêu thụ:
Hiện nay, tinh dầu tía tô mới chỉ được sản xuất ở Nhật Bản, Trung Quốc và
Đài Loan.
Ở Nhật, tổng diện tích trồng tía tô thống kê năm 1995 khoảng 1030 ha. Sản lượng tía tô hàng năm tại Nhật vào khoảng 10000 tấn [18]. Tại nước này, tinh dầu tía tô được sản xuất đầu tiên tại vùng Okayama và Saitama, sau đó được mở rộng ra quận Kitami ở Hokkaido. Và hiện nay, Hokkaido là vùng sản suất chính [17]. Sản phẩm
được đóng gói trong các chai sẫm màu có chứa nitơ bên trong, bảo quản ở nhiệt độ
thấp để tránh bị ôxi hóa.
Trung quốc, tía tô được trồng nhiều ở các tỉnh như: Vân Nam, Quảng Đông, Thượng Hải,... Sản lượng nguyên liệu khô ước tính đạt 5000 tấn/năm (Báo cáo của viện y học cổ truyền Trung Quốc, 1994). Ở nước này, tía tô được dùng chủ yếu để làm thuốc và sản xuất tinh dầu. Giá bán của tinh dầu tía tô nguyên chất do Trung Quốc sản xuất dao động từ 300- 350 USD (tháng 2/2013) [19].
2.4.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ trong nước
• Tình hình nghiên cứu trong nước: Ở Việt Nam, khai thác nhiều nguồn để thu nhận tinh dầu, nhưng tinh dầu tía tô còn khá mới mẻ và rất có tiềm năng. Hiện tại, mới chỉ có các công trình nghiên về thành phần và đặc tính của tinh dầu. Mà chưa có bất kỳ nghiên cứu nào về phương pháp khai thác và thu nhận loại tinh dầu và các sản phẩm ứng dụng của nó. Đại học Bách khoa Hà Nội kết hợp với đại học Kochi (Nhật Bản) tiến hành đề tài: “Nghiên cứu về thành phần hương của tía tô”. Kết quả cho thấy thành phần hương của tía tô Việt Nam là perilla aldehyde (25,81%) và D-limonene (50,19%). Trong khi đó, thành phần hương tía tô Nhật Bản chứa perilla aldehyde (42,32%) và D-limonene (36,15%) (Lâm Xuân Thanh và cộng sự, 2000). PGS.TS Lê Ngọc Thạch và cộng sự (1999), đại học Khoa học tự nhiên, đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh thực hiện đề tài: “Khảo sát tinh dầu tía tô”. Nghiên cứu đã phát hiện 32 chất trong tinh dầu lá tía tô tách chiết bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước [7].
Bên cạnh đó còn có một số đề tài nghiên cứu khoa học, đồ án tốt nghiệp của sinh viên các trường đại học trong nước nghiên cứu về tinh dầu tía tô như:
+ “Bước đầu khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu lá tía tô”, thực hiện bởi Nguyễn Thị Yến Nhi, 2009, trường đại học Nha Trang. Đề tài này đã chứng minh khả năng kháng khuẩn của tinh dầu tía tô trên các loại vi khuẩn như: E.coli, Klebsiella, Salmonella typhi, Shigella, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis... [9].
+ “Khảo sát thành phần hóa học của cây tía tô Perilla frutescens Britton họ :
lamiaceae”, thực hiện bởi Vũ Hùng Thái, 2009, trường đại học Khoa học tự nhiên tp. Hồ Chí Minh.
• Tình hình sản xuất và sử dụng tinh dầu tía tô tại Việt Nam:
Tại Việt Nam, tía tô mọc được trồng khắp cả nước và trải rộng, nhưng tập chung chủ yếu ở các tỉnh vùng núi phía bắc. Ở miền bắc, tía tô được trồng phổ biến, do nhu cầu sử dụng tía tô để làm gia vị và làm thuốc, nên cây được trồng quanh năm ở
các vùng ngoại thành Hà Nôi như: Đông Dư (Gia Lâm), Hoàng Liệt (Thanh Trì), Vân Hội (Đông Anh). Tuy nhiên ở nước ta chủ yếu trồng tía tô với mục đích làm rau gia vị, làm thuốc và lấy hạt để làm giống. Do đó mà người Việt Nam rất xa lạ với tinh dầu tía tô [10].
2.5. Phương pháp chưng cất tinh dầu
Tinh dầu, về thành phần hóa học là một hỗn hợp phức tạp bao gồm hầu hết các hợp chất hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng. Tinh dầu có chứa chất thơm phần lớn được khai thác từ các loại thực vật khác [6]. Sự tạo thành chất thơm trong tinh dầu hiện nay vẫn chưa có thuyết nào có thể chứng minh được. Tinh dầu với hàm lượng luôn biến
động tùy thuộc vào mức độ phát triển của cây. Do đó mà tùy từng loại nguyên liệu và trạng thái tinh dầu tồn tại trong nguyên liệu mà người ta lựa chọn các phương pháp khác nhau để khai thác và thu nhận chúng. Tuy nhiên, các phương pháp tách tinh dầu cần phải đạt những yêu cầu cơ bản sau:
- Giữ cho tinh dầu thu được có mùi vị tự nhiên ban đầu. - Quy trình chế biến phải phù hợp, thuận lợi và nhanh chóng.
- Phải tách được triệt để tinh dầu trong nguyên liệu, tổn thất tinh dầu trong quá trình chế biến và hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu sau khi chế biến bã càng thấp càng tốt.
- Chi phí đầu tư vào sản xuất là ít nhất.
Với tinh dầu lá tía tô, người ta chủ yếu sử dụng phương pháp chưng cất hơi nước để khai thác [18, 24]. Đây là phương pháp có quy trình, thiết bị đơn giản, chi phí sản xuất thấp và đem lại hiệu quả thu hồi cao.
2.5.1. Nguyên lý chung
Quá trình chưng được bắt đầu với việc sản xuất rượu từ thế kỷ XI. Ngày nay
được sử dụng rộng rãi để tách các chất khác nhau ra khỏi hỗn hợp của chúng.
Chưng cất được định nghĩa là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như
của các cấu từ trong hỗn hợp [11]. Hay chưng cất là một quá trình biến đổi một cấu tử
hoặc một hỗn hợp thể lỏng thành thể hơi ở một thiết bị sau đó hơi được ngưng tụ ở
một thiết bị khác nhờ phương pháp làm lạnh [4].
Phương pháp chưng cất hơi nước dựa trên sự thẩm thấu, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất
định [7]
Theo định luật Dalton, trong quá trình chưng cất hỗn hợp của chất lỏng sôi ở áp suất chưng bằng tổng áp suất riêng phần của các cấu tử trong hỗn hợp chưng. Nếu hỗn hợp chưng chỉ gồm 2 cấu tử thì hỗn hợp sôi khi :
P = PA+ PB
Trong đó : P : Là áp suất chưng của hỗn hợp
PA, PB : Là áp suất hơi riêng phần của cấu tử A, B trong hỗn hợp.
Vì vậy, đối với từng cấu tử trong hỗn hợp, nhiệt độ sôi của hỗn hợp luôn luôn nhỏ hơn nhiệt độ sôi của nó khi nó đứng độc lập. [10].
2.5.2. Ưu, nhược điểm của phương pháp chưng cất
- Ưu điểm:
+ Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, quy trình sản xuất đơn giản
+ Trong quá trình chưng cất, có thể phân chia các cấu tử trong hỗn hợp bằng cách ngưng tụ từng phần theo thời gian
+ Thời gian chưng cất tương đối nhanh
+ Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao
- Nhược điểm:
+ Không có khả năng tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi trong nguyên liệu
+ Tiêu tốn một lượng nước khá lớn để làm ngưng tụ hỗn hợp hơi
2.5.3. Các phương pháp chưng cất tinh dầu với hơi nước
Có 3 dạng chưng cất tinh dầu như sau : - Chưng cất với nước
- Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng
- Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng
Trong 3 phương pháp chưng cất trên, thì phương pháp chưng cất với hơi nước có nồi hơi riêng được sử dụng phổ biến nhất. Phương pháp này đơn giản và mang lại nhiều ưu điểm. Phương pháp này cùng một lúc có thể phục vụ cho nhiều thiết bị, dễ tự động hóa và cơ khí hóa các công đoạn sản xuất, dễ dàng khống chế các thông số công nghệ, thời gian sản xuất tối ưu. Đặc biệt, phương pháp này còn khắc phục được tình trạng khê khét nguyên liệu. Do đó, chúng tôi lựa chọn dạng chưng cất này để tiến hành nghiên cứu khi sản xuất tinh dầu tía tô.
2.6.1. Quy trình công nghệ chưng cất tinh dầu lá tía tô dự kiến
Sơđồ 2.1. Quy trình công nghệ chưng cất lôi cuốn theo hơi nước
2.6.2. Thiết bị chưng cất tinh dầu tía tô
Trong quá trình chưng cất có nhiều loại thiết bị được sử dụng, tuy nhiên tùy mỗi loại tinh dầu là tinh dầu nặng hay tinh dầu nhẹ, cũng như mục đích của người sử
dụng và điều kiện thực tế mà lựa chọn thiết bị chưng cất cho phù hợp.
XỬ LÝ NL
CHƯNG CẤT
NGƯNG TỤ NƯỚC
HƠI NƯỚC
TINH DẦU + NƯỚC
PHÂN LY
TINH DẦU THÔ NƯỚC TD THÀNH PHẨM TD LOẠI II NƯỚC THẢI NGUYÊN LIỆU
Để chưng cất tinh dầu, từ lâu người ta dùng phương pháp đơn giản và được ứng dụng rộng rãi, đó là hệ thống bao gồm các thiết bị chính sau:
1
4
1 : Thiết bị cung cấp nhiệt 3 : Thiết bị ngưng tụ
2 : Thiết bị chưng cất 4 : Thiết bị phân lớp, tách tinh dầu
Hình 2.3. Hệ thống chưng cất tinh dầu cơ bản
Do tinh dầu tía tô nhẹ hơn nước nên trong quy mô phòng thí nghiệm ta có thể
sử dụng bộ dụng cụ thủy tinh Clevender với loại ống hứng tinh dầu nhẹđể chưng cất, xác định hàm lượng tinh dầu.
Hình 2.4. Bộ chưng cất Clevender cho tinh dầu nhẹ hơn nước
Trong công nghệ chưng cất tinh dầu, các thiết bị chưng thường có các dạng sau:
Hình 2.5. Các thiết bị chưng cất thường gặp
Loại I : Nguyên liệu được phân bố đều, hơi ra tập trung nhưng khó cho nguyên liệu vào.
Loại II: Không phổ biến, thường dùng để chưng cất hoa hồng (do tạo bọt nên phải có chiều cao), nguyên liệu cho vào dễ dàng.
Loại III: Tiện lợi khi chưng cất với nước vì diện tích sôi lớn nhưng năng suất không lớn lắm.
Loại IV: Dùng phổ biến nhất, có khả năng nâng cao năng suất thiết bị bằng cách kéo dài thiết bị, mở rộng dung tích dễ dàng [4].
Thiết bị phân ly dùng để phân ly tinh dầu và nước thành từng lớp riêng biệt. Tùy thuộc vào khối lượng riêng của tinh dầu lớn hay nhỏ hơn so với nước mà tinh dầu sẽ được lấy ra ở phần trên hay phần dưới của thiết bị phân ly. Người ta thường dùng
các thiết bị phân ly như sau:
Hình 2.6. Thiết bị phân ly
I: TBPL tinh dầu nhẹ hơn nước II: TBPL tinh dầu nặng hơn nước III: TBPL có nhiều ngăn.
2.6.3. Các yếu tốảnh hưởng đến quá trình chưng cất tinh dầu tía tô
Sự khuếch tán: Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật. Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi. Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này. Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết. Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết,
cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh để
nguyên liệu bị khô. Nhưng nếu lượng nước sử dụng quá thừa thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nước. Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ
dàng.
Sự thủy giải: Những cấu phần este trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra axit và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt.
Nhiệt độ: Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của