1.3.1. Thu hoạch, bảo quản và sơ chế nguyên liệu sản xuất tinh dầu
Nguyên liệu chứa tinh dầu cần thu hoạch vào thời điểm cây có hàm lượng tinh dầu nhiều và tinh dầu đạt chất lượng tốt nhất. Thông thường, thu hoạch nguyên liệu vào lúc sáng sớm lúc tan sương lượng tinh dầu sẽ cho nhiều nhất. Khi thu hoạch, tránh làm dập nát nguyên liệu, lẫn tạp chất và vận chuyển ngay về cơ sở sản xuất.
Nguyên liệu sau thu hoạch có thể bảo quản đông hoặc sấy khô để chủ động nguồn nguyên liệu cho sản xuất. Sau khi thu hoạch nếu chưa chế biến ngay thì cần rải mỏng nguyên liệu, tránh chất đống để phòng ngừa hiện tượng bốc nóng.
1.3.2. Các phương pháp sản xuất tinh dầu
Dựa vào những đặc tính của tinh dầu là ở thể lỏng, lôi cuốn theo hơi nước ở nhiệt độ dưới 100oC, hòa tan trong nước kém nhưng dễ dàng hòa tan trong dung môi hữu cơ, dễ bay hơi và bị hấp thu ngay ở thể khí… nên người ta có thể sản xuất tinh dầu theo những phương pháp khác nhau như: chưng cất hơi nước, ướp, ngâm, ép hoặc chiết.
Tuy nhiên, dù có tiến hành theo bất cứ phương pháp nào quy trình sản xuất đều cần đảm bảo những yêu cầu sau: tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu, quy trình khai thác phải phù hợp nguyên liệu, tinh dầu phải được lấy triệt để khỏi nguyên liệu với chi phí thấp nhất [6].
1.3.2.1. Phương pháp chưng cất hơi nước (Hydrodistillation)
Chưng cất có thể định nghĩa là: “Sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng”.
Đây là phương pháp đầu tiên được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật. Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao.
Cơ sở của phương pháp này là nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử thành phần. Do đó, khi chưng cất hơi nước, các cấu tử tinh dầu được tách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước. Vì vậy, sẽ hạn chế sự biến tính hóa học (oxy hóa, nhiệt phân…) các cấu tử tinh dầu. Trong quá trình chưng cất, hơi nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu. Dịch chưng cất sẽ được ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp trong hệ thống ngưng tụ. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường hợp các mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi (như sáp, nhựa, acid béo mạch dài thẳng) thì quá trình chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn.
1.3.2.2. Phương pháp ướp (Enfleurage)
Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi các chất béo dạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động vật) đã tinh chế. Người ta dùng các khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo để hấp phụ các chất thơm. Các khay có thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đều nguyên liệu để trích hương và để yên khoảng từ 12 - 72h tùy từng loại nguyên liệu, sau đó thay lớp nguyên liệu mới vào và để hấp phụ từ 10 - 15 lần cuối cùng thu được hỗn hợp có mùi thơm. Đem lắc hỗn hợp thu được với dung môi để trích ly tinh dầu, sau đó để lạnh -100C để loại bỏ hết chất bị kéo theo rồi cô đuổi dung môi dưới áp suất thấp để thu tinh dầu. Kỹ thuật này thường được dùng để chiết hương thơm của các loài hoa để thu sản phẩm dưới dạng tinh dầu cô đặc dùng trong mỹ phẩm.
1.3.2.3. Phương pháp ngâm (Hot Maceration)
Phương pháp này dựa trên hiện tượng hấp thụ chất thơm bởi các loại dầu béo. Nguyên liệu được ngâm trong dầu béo đã tinh chế trong một thiết bị được làm nóng bởi hơi nước ở 45 - 600C trong thời gian từ 1 - 2h. Sau mỗi lần ngâm, vớt ra cho vào máy ly tâm để thu hồi dầu và cho tiếp nguyên liệu mới vào. Mỗi mẻ dung môi có thể
dùng để chiết 10 - 15 lần. Dầu béo đã bão hòa chất thơm được đem lắc với dung môi rồi cô dưới áp suất thấp để thu được tinh dầu cô đặc tương tự như trong phương pháp ướp.
1.3.2.4. Phương pháp ép (Expression hay Cold Pressing)
Phương pháp này áp dụng cho các loại dược liệu có hàm lượng tinh dầu cao và tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ. Nguyên liệu chiết được trích ly tinh dầu bằng cách ép ở nhiệt độ thường sử dụng các loại máy ép trục vít vô tận hoặc cối ép dùng nêm (giống như ép các loại dầu béo). Phần thu được là một hỗn hợp gồm tinh dầu và dịch cùi có thể dễ dàng tách bằng cách cho thêm nước muỗi bão hòa, tinh dầu sẽ nổi lên trên có kéo theo một phần sáp và nhựa. Dùng dung môi để hòa tan tinh dầu, sau đó làm lạnh để loại bỏ sáp. Sau khi cô dưới áp suất thấp để loại bỏ dung môi, ta có sản phẩm tinh dầu có lẫn một ít nhựa. Phương pháp này có thể cho hiệu suất trên 90% so với hàm lượng trong phòng thí nghiệm.
1.3.2.5. Phương pháp chiết (Extraction)
Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan tinh dầu có trong các mô nguyên liệu khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Phương pháp chiết thường dùng để tách các hương liệu dễ bay hơi mà phương pháp chưng cất tỏ ra kém hiệu quả.
Trong phương pháp này nguyên liệu được ngâm trong dung môi hữu cơ thích hợp, sau đó cô quay chân không để thu dung môi, phần còn lại là hỗn hợp tinh dầu và sáp được gọi là tinh dầu cô kết. Dùng dung môi để hòa tan tinh dầu rồi để lạnh, khi đó phần sáp sẽ đông đặc và được tách loại, phần dịch còn lại được đem đi chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu tinh dầu tinh khiết. Đây cũng chính là hai dạng sản phẩm chính của chất thơm hiện lưu hành trên thị trường.
Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất trong quá trình chiết
a, Chênh lệch nồng độ chất cần chiết ở trong nguyên liệu và dung môi
Sự chênh lệch nồng độ hợp chất cần chiết có trong nguyên liệu và dung môi càng lớn thì càng làm cho sự khuếch tán các phân tử có trong nguyên liệu cần chiết
đi ra càng nhanh và mạnh hơn. Để sự chênh lệch này lớn thì yêu cầu nguyên liệu phải có lực hút nhỏ nhất đối với dung môi.
Tuy nhiên, tỷ lệ NL/ DM: phải ở mức độ hợp lý, không quá lớn vì sẽ làm cho nồng độ chất cần chiết trong dung môi chiết rút thấp gây khó khăn, cồng kềnh trong sản xuất.
b, Hình thái, tính chất và cấu tạo tổ chức của nguyên liệu:
Kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi càng tăng, hiệu suất chiết tăng, thời gian chiết rút ngắn hơn.
Tuy nhiên, nguyên liệu không nên quá nhỏ vì rất dễ bị vón lại các hạt mịn lắng đọng trên các lớp nguyên liệu và khi nguyên liệu quá nhỏ sẽ bị cuốn vào dịch chiết gây khó khăn cho quá trình xử lý dịch chiết sau khi chiết. Tính chất của nguyên liệu cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất chiết, khi chiết bằng dung môi hữu cơ, độ ẩm nguyên liệu giảm thì tốc độ chiết tăng lên.
c, Thời gian chiết
Thời gian chiết thích hợp, càng dài thì lượng chất khuếch tán càng tăng nhưng không quá dài vì khi đã đạt được độ trích ly cao nhất thì không mang lại hiệu quả và tốn thời gian. Đặc biệt, nếu nếu thời gian chiết quá cao sẽ gây tổn thất tinh dầu.
d, Nhiệt độ chiết
Nhiệt độ có tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, do đó phân tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phân tử dung môi. Nhưng nhiệt độ tăng phải có giới hạn vì nhiệt độ cao quá sẽ làm phân hủy chất cần chiết và một phần làm bay hơi dung môi.
e, Dung môi chiết
Yếu tố quan trọng trong phương pháp chiết là đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi chiết cần phải đạt được những yêu cầu sau:
- Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu phần có mùi thơm trong nguyên liệu.
- Hòa tan kém các hợp chất khác như sáp, nhựa dầu có trong nguyên liệu. - Không có tác dụng hóa học với tinh dầu.
- Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần.
- Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị, không tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém.
- Nhiệt độ sôi thấp vì khi chưng cất dung dịch ly trích để thu hồi dung môi, nhiệt độ sôi cao thì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu. Điểm sôi của dung môi nên thấp hơn điểm sôi của cấu phần dễ bay hơi nhất trong tinh dầu.
- Ngoài ra, cần có thêm những yếu tố phụ khác như: giá thành thấp, nguồn cung cấp dễ tìm,…
Thường thì không có dung môi nào thỏa mãn tất cả những điều kiện trên. Người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước (như Dietyl, Ete dầu hỏa, Hexan, Cloroform…) lẫn dung môi tan trong nước (như Ethanol, Acetone…). Trong một số trường hợp cụ thể, người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi.
Ưu nhược điểm của phương pháp chiết
Ưu điểm:
- Sản phẩm thu được có mùi thơm tự nhiên.
- Hiệu suất sản phẩm thu được cao hơn các phương pháp khác.
Nhược điểm:
- Yêu cầu cao về thiết bị, phức tạp. - Thất thoát dung môi [6].
1.4. Quá trình oxy hóa trong cơ thể sống và chất chống oxy hóa 1.4.1. Quá trình oxy hóa trong cơ thể sống và gốc tự do 1.4.1. Quá trình oxy hóa trong cơ thể sống và gốc tự do
1.4.1.1. Quá trình oxy hóa trong cơ thể sống
Quá trình oxy hóa trong cơ thể sống gây ra nhiều tác hại xấu cho cơ thể, quá trình này được giải thích qua những quan niệm khác nhau:
- Thuyết di truyền là quá trình lão hóa do gen: Các gen trong mỗi tế bào đã
được lập trình sẵn và đến giai đoạn nhất định sẽ xảy ra hiện tượng lão hoá. Đây gọi là hiện tượng lão hoá nội sinh, không thể phòng tránh hay ngăn ngừa được.
- Thuyết gốc tự do: Trong quá trình chuyển hóa của tế bào, oxy sẽ làm phát
có thể phá hủy các thành phần khác của tế bào, đặc biệt phá huỷ DNA và gây ra tình trạng lão hoá. Các tác nhân bên ngoài môi trường như: tia tử ngoại trong ánh nắng mặt trời, phóng xạ, bức xạ, vi khuẩn, thức ăn, hoá chất... cũng có thể tác động vào cơ thể tạo ra các gốc tự do và gây lão hóa.
Quá trình oxy hóa là nguyên nhân của các bệnh nguy hiểm như: parkinson, tiểu đường, lão hóa da, ung thư, tim mạch, Alzheimer, đục thuỷ tinh thể…
1.4.1.2. Gốc tự do
Nguyên tử là đơn vị cơ bản nhất cấu tạo nên vật chất. Một nguyên tử bao gồm gồm hạt nhân và các nơ-tron. Thông thường, một cặp electron bay trên một quỹ đạo quanh hạt nhân, giống như các hành tinh quay quanh Mặt trời.
Phân tử bao gồm các nhóm nguyên tử gắn kết với nhau bởi hoạt động của các cặp electron này. Đôi khi, trong quá trình phản ứng hóa học, một electron bị kéo ra khỏi chỗ cố hữu của nó trong phân tử, và tạo thành một gốc tự do.
Các gốc tự do rất không ổn định, nhạy cảm và dễ dàng tham gia vào các phản ứng vì chúng có bản chất là một electron đơn độc. Các gốc tự do này đi tìm kiếm các electron khác từ các tế bào bình thường để hình thành một cặp electron mới.
Năm 1954, bác sĩ Denham Harman thuộc Đại học Berkeley, California là khoa học gia đầu tiên nhận ra sự hiện hữu của gốc tự do trong cơ thể với nguy cơ gây ra những tổn thương cho tế bào mà trước đó người ta cho rằng gốc tự do này chỉ có ở ngoài cơ thể.
1.4.1.3. Nguồn gốc hình thành các gốc tự do
Tia UV, bức xạ ion hóa, ô nhiễm không khí, hút thuốc, trao đổi chất, sự cháy hay sự căng thẳng,…đều là những nguồn gốc dẫn đến sự hình thành các gốc tự do (OH-, -O-, NO-.…). Các gốc tự do này chính là nguyên nhân dẫn đến tổn thương tế bào, protein, axit nucleic, DNA,… Hơn nữa, là nguyên nhân của các căn bệnh nguy hiểm như ung thư, lão hóa, tiểu đường, tim mạch… Như vậy, để giảm một cách tối thiểu sự hình thành các gốc tự do thì cần tránh hoặc hạn chế tiếp xúc trực tiếp với tia UV, bức xạ ion hóa, ô nhiễm không khí, không hút thuốc, tránh sự căng thẳng,…
Ngoài ra, có thể sử dụng các chất chống oxy hóa bổ sung như: VTM A, VTM C, VTM E, polyphenol,…
Hình 1.6. Nguồn gốc hình thành các gốc tự do
1.4.1.4. Ảnh hưởng của gốc tự do đối với cơ thể
Trong quá trình chuyển hóa của cơ thể, gốc tự do có thể được sinh ra hoặc cũng có thể xâm nhập từ bên ngoài vào. Chúng làm phát sinh những phản ứng dây chuyền, gây ra nhiều bệnh tật và tăng nhanh quá trình lão hóa cơ thể.
Khi bị căng thẳng tinh thần, mệt mỏi, ô nhiễm môi trường, khói thuốc lá, dược phẩm, tia phóng xạ mặt trời, thực phẩm có màu tổng hợp, nước có nhiều chlorine và ngay cả oxygen,… tất cả những yếu tố trên có thể tạo ra các gốc tự do. Nó sẽ phá hủy màng tế bào làm thất thoát chất dinh dưỡng, tiêu hủy hoặc ngăn cản sự tổng hợp các phân tử chất đạm, đường, enzym trong tế bào. Các gốc tự do cũng gây đột biến ở gen, ở DNA, RNA. Hơn nữa, nó còn làm chất collagen, elastin mất tính đàn hồi, dẻo dai khiến da nhăn nheo, cơ khớp cứng nhắc.
Quá trình phá hủy tế bào của gốc tự do diễn ra như sau: ban đầu, gốc tự do oxy hóa màng tế bào gây trở ngại trong việc thải chất bã và tiếp nhận thực phẩm, dưỡng khí. Sau đó, gốc tự do tấn công các ty thể, phá vỡ nguồn cung cấp năng lượng. Sau
cùng, bằng cách oxy hóa, gốc tự do làm suy yếu kích thích tố, enzym khiến cơ thể không tăng trưởng được.
Khi có sự tăng quá nhiều gốc tự do sẽ gây ra tình trạng viêm nhiễm ở các cơ quan, các bệnh lý như tim mạch, bệnh thần kinh, đục thuỷ tinh thể, thoái hóa điểm vàng ở mắt, tiểu đường, Alzheimer, Parkinson, tăng nguy cơ các bệnh ung thư và nhất là hiện tượng lão hoá sớm.
Gốc tự do có tác dụng không tốt cho cơ thể liên tục ngay từ lúc con người mới sinh ra và mỗi tế bào chịu sự tấn công của cả chục ngàn gốc tự do mỗi ngày. Ở tuổi trung niên, cơ thể mạnh, trấn áp được chúng, nhưng tới tuổi cao, sức yếu, gốc tự do lấn át, gây thiệt hại nhiều gấp mười lần ở người trẻ. Nếu không bị kiểm soát, kiềm chế, gốc tự do gây ra các bệnh thoái hóa như ung thư, xơ cứng động mạch, làm suy yếu hệ thống miễn dịch gây dễ bị nhiễm trùng, làm giảm trí tuệ, teo cơ quan bộ phận người cao niên.
Cơ chế gốc tự do gây bệnh ung thư: các gốc tự do ban đầu gây tổn thương ADN, gây đột biến phân tử, tế bào. Kích hoạt gen gây ung thư, còn gọi là oncogene. Ức chế hệ miễn dịch làm hệ miễn dịch của cơ thể suy yếu dẫn đến một loạt bệnh nguy hiểm như: HIV/AIDS, viêm gan virus B, C…
Tuy nhiên, không phải là gốc tự do nào cũng phá hoại. Đôi khi chúng cũng có