3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
1.4. TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU
1.4.1. Khái niệm
Tinh dầu là hỗn hợp nhiều chất dễ bay hơi, có mùi đặc trưng tùy thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu cung cấp tinh dầu, chứa chủ yếu trong thực vật, chỉ một số ít có nguồn gốc động vật. Tinh dầu có mùi đặc trưng, tồn tại trong trạng thái lỏng ở nhiệt độ bình thường, bay hơi hoàn toàn mà không bị phân hủy [19].
Mỗi tinh dầu có các hằng số vật lý đặc trưng như tỷ trọng (d), chiết suất (n), độ quay cực (α) và các chỉ số hóa học như chỉ số acid, chỉ số ancol toàn phần, chỉ số este, chỉ số cacbonyl.
Trong thực vật, tinh dầu được tạo ra và tích trữ trong các mô dưới những tên gọi khác nhau như:
- Tế bào tiết: tế bào tiết ra tinh dầu rồi giữ luôn trong lòng tế bào (mô tiết), ví dụ: cánh hoa hồng, củ gừng, củ nghệ, củ nén, hạt tiêu…
- Lông tiết: giống tế bào tiết nhưng nằm nhô ra ngoài bề mặt thực vật thường có ở các họ hoa môi, cúc, phong lữ, cà…
- Túi tiết: các tế bào tiết ra tinh dầu như không giữ lại bên trong mà dồn chung chứa vào một xoang trống, tròn nằm dưới biểu bì, ví dụ như các túi chứa tinh dầu trong vỏ các trái cam, chanh, quýt, bưởi…
- Ống tiết: cách tạo thành giống túi tiết nhưng nằm sâu bên trong phần thân gỗ và chạy dài theo sớ gỗ, thường thấy trong các cây thông, thiên tuế, trắc bá diệp…
1.4.2. Tính chất hóa lý
1.4.2.1. Tính chất vật lý
- Tinh dầu có dạng lỏng ở nhiệt độ thường, trừ một số trường hợp đặc biệt như menthol, camphor là ở thể rắn.
- Tinh dầu có mùi thơm, ít khi có màu hoặc màu vàng nhạt, tuy nhiên có những tinh dầu chứa azulen có màu xanh, nâu sẫm như tinh dầu quế, và đỏ như tinh dầu Thymus.
- Vị của tinh dầu thường cay, hắc và một số có vị ngọt như tinh dầu quế.
- Tinh dầu không tan hoặc tan ít trong nước, tan tốt trong cồn, dầu béo hay trong các dung môi hữu cơ khác, có thể tan một phần trong các dung dịch kiềm nên ta có thể dùng một số dung môi đó để chiết xuất một số loại tinh dầu.
- Tinh dầu có chỉ số khúc xạ cao, thường có năng suất quay cực. Chỉ số khúc xạ của tinh dầu vào khoảng 1,45 – 1,56. Chỉ số khúc xạ cao hay thấp tùy theo các thành phần hydrocarbon no, không no hoặc nhân thơm. Nếu tinh dầu có nhiều thành phần chứa nhiều dây nối đôi thì chỉ số khúc xạ lớn.
- Tinh dầu không có nhiệt độ sôi nhất định. Điểm sôi của tinh dầu thay đổi theo hợp chất. Khi chưng cất có thể lấy riêng từng thành phần trong tinh dầu.
1.4.2.2. Tính chất hóa học
- Nhiều thành phần có chứa các nhóm chức khác nhau có thể tham gia phản ứng hoá học có thể làm thay đổi tính chất của tinh dầu.
- Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng, không khí, nước tinh dầu dễ bị oxi hóa và biến thành nhựa. Khi bị oxy hoá các thành phần dễ thay đổi như alcol biến thành aldehyd, aldehyd biến thành acid [28].
- Các hợp chất aceton và aldehyd dễ bị andol hoá để biến thành nhựa khi có mặt kiềm. Các hợp chất có nối đôi dễ tham gia phản ứng cộng. Các dạng phản ứng khác nhau tùy theo điều kiện phản ứng, xúc tác, nhiệt độ… làm biến đổi những chất trong tinh dầu thành những chất khác nhau [28].
- Tinh dầu không gây hại môi trường và dễ phân hủy [28].
1.4.3. Hoạt tính sinh học
1.4.3.1. Hoạt tính kháng khuẩn
Hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu trong điều kiện phòng thí nghiệm được hiểu như là khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn thông qua việc đo đường kính vòng vô khuẩn.
Tinh dầu có hoạt tính kháng khuẩn ở nồng độ cao. Mỗi loại tinh dầu sẽ có hoạt tính kháng lại một số chủng vi khuẩn nhất định. Tinh dầu thường tác dụng lên tế bào chất của vi sinh vật, để tiêu diệt chúng.
1.4.3.2. Hoạt tính kháng oxy hoá
Tinh dầu có hoạt tính kháng oxy hóa do có chứa dẫn xuất của phenol là cấu phần chính. Những hợp chất này bắt lấy gốc tự do, không cho phản ứng peroxid xảy ra, bảo vệ các lipid.
1.5. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT TINH DẦU 1.5.1. Phân loại các phương pháp tách chiết tinh dầu 1.5.1. Phân loại các phương pháp tách chiết tinh dầu
Dựa vào quá trình tiến hành tách chiết, người ta chia các phương pháp chiết xuất tinh dầu ra làm bốn loại:
- Phương pháp cơ học - Phương pháp trích ly - Phương pháp hấp thụ
- Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Trong đó phương pháp tẩm trích và chưng cất lôi cuốn hơi nước thường được sử dụng. Nhưng dù có tiến hành theo bất cứ phương pháp nào, quy trình chiết xuất đều có những điểm chung sau đây [2]:
- Tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu. - Quy trình khai thác phải phù hợp nguyên liệu.
1.5.2. Phương pháp trích ly tinh dầu
Phương pháp này có nhiều ưu điểm vì tiến hành ở nhiệt độ phòng, nên thành phần hóa học của tinh dầu ít bị thay đổi. Phương pháp này không những được áp dụng để trích ly cô kết (concrete) từ hoa mà còn dùng để tận trích khi các phương pháp khác không trích ly hết hoặc dùng để trích ly các loại dầu gia vị [15].
1.5.2.1. Nguyên tắc
Dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan của tinh dầu có trong các mô đối với các dung môi hữu cơ [15].
1.5.2.2. Quy trình trích ly
Phương pháp này thích hợp cho các nguyên liệu có chứa lượng tinh dầu không lớn lắm hoặc có chứa những cấu phần tan được trong nước và không chịu được nhiệt độ quá cao. Quy trình kỹ thuật gồm các giai đoạn sau đây [15]:
- Trích ly: Nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong bình chứa. Trong một số trường hợp, để gia tăng khả năng trích ly, nguyên liệu cần được xay nhỏ trước. Hỗn hợp nguyên liệu và dung môi cần được xáo trộn đều trong suốt thời gian trích ly. Nên khảo sát trước xem việc gia nhiệt có cần thiết hay không, nếu cần, cũng không nên gia
nhiệt quá 50oC để không ảnh hưởng đến mùi thơm của sản phẩm sau này.
- Xử lý dung dịch sau trích ly: Sau khi quá trình trích ly kết thúc, dung dịch ly được lấy ra và có thể thay thế bằng dung môi mới sau một khoảng thời gian nhất định, tùy theo nguyên liệu. Tách nước (nếu có) ra khỏi dung dịch, rồi làm khan bằng Na2SO4 và lọc. Dung môi phải được thu hồi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt để tránh tình trạng sản phẩm bị mất mát và phân hủy. Do đó, nên loại dung môi ra khỏi sản phẩm bằng phương pháp chưng cất dưới áp suất chân không (cô quay chân không). Dung môi thu hồi có thể dùng đểtrích ly lần nguyên liệu kế tiếp.
- Xử lý sản phẩm trích ly: Sau khi thu hồi hoàn toàn dung môi, sản phẩm là một chất đặc sệt gồm có tinh dầu và một số hợp chất khác như nhựa, sáp, chất béo, cho nên cần phải tách riêng tinh dầu ra. Chất đặc sệt này đem đi chưng cất bằng hơi nước để tách riêng tinh dầu ra. Tinh dầu có mùi thơm tự nhiên, nhưng khối lượng thu được kém, ngoài ra tinh dầu này có chứa một số cấu phần thơm có nhiệt độ sôi cao nên có tính chất định hương rất tốt.
- Tách dung dịch từ bã: Sau khi tháo hết dung dịch ly trích ra khỏi hệ thống, trong bã còn chứa một lượng dung dịch rất lớn (khoảng 20 – 30% lượng dung môi ly trích). Phần dung dịch còn lại nằm trong nguyên liệu thường được lấy ra bằng phương pháp chưng cất hơi nước (trường hợp dung môi không tan trong nước), hoặc ly tâm, lọc ép (trường hợp dung môi tan trong nước). Sau đó dung dịch này cũng được tách nước, làm khan và nhập chung với dung dịch trích ly.
1.5.2.3. Ưu và khuyết điểm
- Ưu điểm: Sản phẩm thu được theo phương pháp này thường có mùi thơm tự nhiên. Hiệu suất sản phẩm thu được thường cao hơn các phương pháp khác [15].
- Khuyết điểm: Yêu cầu cao về thiết bị; thường thất thoát dung môi; tốn kém, quy trình tương đối phức tạp [15].
1.5.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá khả năng trích ly
a. Dung môi chiết
Yếu tố quan trọng nhất cho sự thành công của phương pháp này là phẩm chất và đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi dùng trong trích ly cần phải đạt được những yêu cầu sau đây [15]:
- 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 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 kể trên. Người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước như: Dietyl ete, ete dầu hỏa, n- hexan, cloroform,… lẫn dung môi tan trong nước như: Etanol, axeton,… Trong một số trường hợp cụ thể, người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi.
b. Đặc điểm của nguyên liệu
Đặc điểm của nguyên liệu là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng trích ly. Vật liệu rắn có kích thước càng nhỏ thì khả năng trích ly càng lớn do diện tích tiếp xúc giữa chúng và dung môi tăng lên, chất tan dễ khuếch tán vào dung môi tạo điều kiện cho khả năng trích ly dễ dàng hơn [15].
Cấu trúc bên trong hay thành phần hóa học, tính chất của vật liệu cũng ảnh hưởng đến khả năng trích ly, nếu độ ẩm cao thì nước có thể tác dụng với thành phần protein và các chất háo nước khác có thể ngăn cản sự di chuyển của dung môi thấm
sâu vào nguyên liệu làm chậm quá trình khuếch tán. Hay đối với vật liệu non, mềm thì dung môi thấm vào dễ dàng nên chỉ cần xay thô không cần xay mịn để tránh trích ly nhiều tạp chất vào dịch chiết [15].
c. Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi
Thực chất quá trình trích ly là quá trình khuếch tán, nên đòi hỏi có sự chênh lệch nồng độ giữa pha lỏng (dung môi) với pha chứa chất cần trích ly (nguyên liệu).
Với khối lượng nguyên liệu ban đầu cố định, khi lượng dung môi gia tăng, quá trình trích ly diễn ra nhanh chóng và lượng dầu còn lại trong bã sẽ giảm. Vì vậy để đảm bảo quá trình trích ly tốt người ta thường thực hiện tăng tỷ lệ dung môi so với nguyên liệu.
Tuy nhiên, cần phải nghiên cứu và xác định tỷ lệ phù hợp để đảm bảo tách chiết với hiệu suất cao nhất mà vẫn đảm bảo tính kinh tế [15].
d. Nhiệt độ
Nhiệt độ càng cao thì khả năng trích ly càng tốt bởi nhiệt độ có tác dụng làm giảm độ nhớt, các phần tử hòa tan chuyển động dễ dàng làm tăng khả năng khuếch tán. Tuy nhiên, cần phải chọn nhiệt độ trích ly phù hợp với chất cần trích ly vì nhiệt độ là yếu tố gây ra các phản ứng hóa học không mong muốn.
e. Thời gian
Thời gian trích ly càng dài thì hàm lượng chất trích ly tăng, nếu thời gian trích ly quá ngắn hay không đạt thì sẽ không trích ly hết chất cần lấy trong nguyên liệu. Tuy nhiên, nếu đến một thời điểm nào đó chất trích ly trong nguyên liệu đã trích ly ra hết nhưng vẫn kéo dài thời gian thì sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế. Mặt khác, nếu trích ly ở nhiệt độ cao trong thời gian dài thì cũng gây ảnh hưởng đến sản phẩm cần thu hồi. Vậy nên, cần khảo sát và chọn thời gian tách chiết các chất một cách hợp lý.
f. Khuấy trộn
Mức độ khuấy trộn cũng có ảnh hưởng tới khả năng trích ly, cần phải khuấy trộn để di chuyển lớp dịch chiết nhằm tạo ra sự chênh lệch nồng độ cho quá trình khuếch tán. Bởi khi dung môi tiếp xúc với nguyên liệu dung môi sẽ thấm sâu vào nguyên liệu hòa tan chất tan, chất tan sẽ khuếch tán từ nguyên liệu vào dung môi qua màng tế bào. Sau một thời gian khuếch tán nồng độ chất tan trong tế bào giảm, nồng độ chất tan trong dung môi tăng lên, chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào giảm dần làm cho quả trình khuếch tán cũng giảm nên quá trình trích ly chậm dần.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 2.1.1. Nguyên liệu 2.1.1. Nguyên liệu
Củ nén được thu mua trên địa bàn huyện Lệ Thủy, tỉnh Quảng Bình. Củ nén ở đây được trồng từ tháng 8 âm lịch. Cây nén sinh trưởng trong mùa mưa - lạnh giá, khi thời tiết bắt đầu nắng ấm, sau 7 tháng củ nén đã đạt đến độ già, lá nén khô hết còn lại củ lúc này người dân thu hoạch củ mang đi bảo quản giống và cất trữ dùng dần để làm thực phẩm. Chúng tôi thu nhận nguyên liệu vào tháng 8 tức là sau khi thu hoạch 4 tháng, củ nén nguyên liệu được lựa chọn những củ còn nguyên vẹn, căng tròn và có đường kính khoảng từ 0,8cm trở lên. Củ nén sau khi thu mua được đóng gói trong bao tải hở và vận chuyển bằng xe ô tô đến phòng thí nghiệm trường Đại học Nông Lâm Huế, tiếp tục làm sạch và bảo quản ở nhiệt độ 200C-300C trong thời gian 3 ngày để tiến hành thí nghiệm.
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
2.1.2.1. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
Bảng 2.1. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
STT Tên dụng cụ
1 Cân phân tích
2 Hệ thống Kjeldahl
3 Hệ thống Soxhlet
4 Thiết bị sấy đối lưu
5 Thiết bị sấy chân không
6 Thiết bị sấy bơm nhiệt
7 Thiết bị bao gói chân không
8 Thiết bị ổn nhiệt
9 Thiết bị cô quay chân không
10 Bếp điện từ
11 Lò nung
12 Tủ lạnh
13 Máy đoOD
Bên cạnh đó, đề tài sử dụng một số dụng cụ khác như: Cốc đựng, cốc đun, cốc sấy, bình hút ẩm, bình tam giác (50 ml, 100 ml,…), buret, cối sứ, chày sứ, giấy lọc, ống đong 50 ml, cốc đong, cốc dung tích 600 ml, phễu lọc…
2.1.2.2. Hóa chất
- Ethanol 99,7%
Dung môi ethanol C2H5OH còn gọi là rượu etylic là một chất lỏng
không màu trong suốt, dễ bay hơi (sôi ở nhiệt độ 78,39oC), tan trong nước vô
hạn, tan trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. Dung môi phân cực [53].
- N – hexane
Dung môi n – hexan C6H14 nhiệt độ sôi 69oC, không tan trong nước, tan trong etanol, ete, axeton. Dùng làm dung môi để pha loãng sơn, làm môi trường phản ứng polyme hoá. Dung môi không phân cực [52].
Ngoài ra, còn một số hóa chất dùng để phân tích các chỉ tiêu gồm: H2SO4 đậm đặc; H2SO4 0,1N; H2SO4 1,25%; Chất xúc tác K2SO4:CuSO4; H3BO3 3%; Chỉ thị Tasiro; Chỉ thị phenolphtalein; NaOH 50%; NaOH 1,25%; Quỳ tím; Nước cất; Dung
môi tách béo (dầu hỏa, ete,…); HCl 2%; HCl 1%; Dung dịch I2 0,01N; Cồn; Dietyl ete.
Các hóa chất trên mua tại Công ty Cổ phần Thiết bị Y tế Thừa Thiên Huế.
2.1.3. Địa điểm nghiên cứu
Địa điểm thực hiện hoạt động nghiên cứu tại phòng thí nghiệm khoa Cơ khí – Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm Huế và Trung tâm Kiểm nghiệm thuốc, mỹ