Việt Nam
1.2.1.1. Trên Thế giới
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tinh dầu, nhất là các loại tinh dầu thuộc chi Citrus như Cam, Chanh, Bưởi, Quýt …vì các tác dụng ưu việt của nó mang lại như thanh nhiệt, giải cảm, giảm stress...Tinh dầu từ vỏ quả, lá và hoa của các cây thuộc chi Citrus là một chất tạo mùi và hương thơm tự nhiên và được sản xuất hàng nghìn tấn khối mỗi năm.
Các nghiên cứu về tính chất vật lý, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu họ Citrus thu nhận được bằng các kỹ thuật tách chiết hiện đại đã được quan tâm nhiều trong những năm gần đây.
Lin và Rouseff (2001) đã phát hiện rằng có trên 200 hợp chất dễ bay hơi có trong tinh dầu bưởi thu được bằng phương pháp ép lạnh, trong đó chỉ có 22 chất đóng góp chủ yếu tạo nên hương Bưởi. Theo McGorrin (2002) thì nootkaton và 1-p-menthen-8-thiol là 2 cấu tử chính tạo ra hương Bưởi đặc trưng. Ngoài ra, decanal acetaldehyde, methyl butyrat, limonen, etyl acetate,
etyl butyrat và 2,8-epithio-cis-p-mentan cũng là những cấu tử chính trong tinh dầu Bưởi (Shaw, 1996).
Napapor Thavanapong thuộc khoa Dược, Đại học Silpakorn, Thái Lan (2006) đã nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ quả và hoa của giống Bưởi Citrus
Maxima Merr bằng các kỹ thuật ép lạnh, chưng cất hơi nước dưới áp suất thấp
và chiết bằng CO2 siêu tới hạn (CO2 -SFC), sau đó xác định thành phần hóa học bằng phương pháp GC-MS và thử hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu trên các chủng vi sinh vật khác nhau. Kết quả cho thấy tinh dầu chiết bằng các phương pháp trên đều có chứa limonen, myrcen, -pinen, sabinen, linalool,…
Atti-Santos, Serafini, Moyna và Cs (2005) đã nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu cho việc chiết tinh dầu Chanh bằng phương pháp chưng cất hơi nước (HD) và chiết bằng CO2 siêu tới hạn (CO2 -SFC). Kết quả cho thấy nếu dùng phương pháp HD thì hiệu suất cao nhất đạt được (5,45% w/w) khi chưng cất trong 3 giờ (dùng cả vỏ không xay), còn nếu dùng phương pháp CO2 -SFC thì hiệu suất cao nhất là (7,93% w/w) khi chiết ở 60ºC, 90 bar với tốc độ dòng của CO2 là 1mL/phút.
M. M. Ahmad, Salim-ur-rehman, F. M. Anjum, E. E. Bajwa (2006) đã nghiên cứu tính chất lý học của tinh dầu chiết từ vỏ của các loại Citrus khác nhau trong đó có giống Bưởi Citrus paradisi. Kết quả cho thấy tinh dầu vỏ Bưởi thu được có chỉ số khúc xạ là 1,472 và cặn còn lại không bay hơi là thấp nhất (3,122%). Khả năng hòa tan trong etanol 95% của các loại tinh dầu thu được khác nhau. [18]
Tinh dầu các loài cây có múi, đặc biệt là tinh dầu vỏ quả, được tách chiết, sử dụng và biết đầu tiên trong lịch sử loài người. Tinh dầu các cây thuộc
chi Citrus có mùi thơm đặc trưng, vị ngọt sắc, gây ấn tượng mạnh, kích thích
dịch vị, nhất là tuyến nước bọt. Nó tham gia nhiều thành phần của nhiều chất thơm nên được sử dụng để pha chế mùi tổng hợp. Các công trình nghiên cứu về tinh dầu các cây này đã và đang được quan tâm, công bố khắp nơi trên thế
giới. Hàm lượng tinh dầu trong vỏ quả thường rất cao (thay đổi từ 1,5 đến 6,5% so với sinh khối tươi của vỏ hoặc từ 0,15 đến 0,85% so với sinh khối tươi). Tinh dầu vỏ quả được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều, bởi vì chứa hàm lượng tinh dầu và limonen cao. Chính vì vậy, tinh dầu vỏ quả xem như là nguồn cung cấp limonen.
Năm 2006, Simon Njoroge và cộng sự đã nghiên cứu thành phần hóa học của tinh dầu vỏ quýt Citrus reticulata Blanco tại Burundi. Tinh dầu được chiết bằng phương pháp ép lạnh và được phân tích bằng GC và GC/MS. Hàm lượng tinh dầu 97,2% chứa 58 chất đã được xác định, trong đó monoterpene hydrocarbon là nhóm chiết hàm lượng lớn nhất 94,7% và limonene là thành phần đáng chú ý nhất, chiếm 84,8%. Ngoài ra còn có terpinene (5,4%), myrcene (2,2%) and piene (1,1%),...
Tinh dầu vỏ quýt có tác dụng kháng khuẩn, tác dụng tốt trên các chủng
như Candida albicans, Escherichia coli, Lysteria innocua, chủng S. Aureus
kháng Methicillin và Staphylococcus aureus. Các tác dụng khác như chống
oxy hóa, chống nấm, chống tăng sinh tế bào. Ngoài ra, tinh dầu Quýt còn có tác dụng thư giãn, làm dịu tâm trí, giảm lo âu, trầm cảm.
1.2.1.2. Ở Việt Nam
1) Tinh dầu chi Citrus
Nguyễn Minh Hoàng, khoa Công Nghệ Sinh học, Đại học mở TPHCM đã nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ trái Bưởi da xanh Citrus grandis (L.) Osbeck (trồng tại Đồng Nai) và từ vỏ trái Cam sành Citrus nobilis Lour (trồng tại Tiền Giang) và vỏ trái Chanh dây Citrus aurantifolia (Chritm). Swingle
(trồng tại Tiền Giang) bằng phương pháp chưng cất hơi nước và không có sự hỗ trợ của vi sóng. Kết quả cho thấy khi chưng cất với nguyên liệu không xay tốn nhiều thời gian ly trích hơn và tinh dầu thu được có màu vàng do tiếp xúc nhiệt quá lâu, hiệu suất thấp (bưởi: 0.59%; Cam: 1.34%; Chanh: 0.83%). Nếu dùng nguyên liệu xay thì thời gian ly trích ngắn, tinh dầu thu được trong suốt,
không màu, hiệu suất thu được cao hơn (Bưởi: 1.58%; Cam: 3.79%; Chanh:1.78%). Việc kết hợp sử dụng vi sóng trong quá trình chưng cất với nguyên liệu không xay có thời gian ly trích ngắn (19-21 phút), nhưng tinh dầu thu được có màu vàng nhạt và hiệu suất thấp (Bưởi: 0.51%; Cam: 0.48%; Chanh: 0.4%). Kết quả thử nghiệm về hoạt tính kháng khuẩn cho thấy tinh dầu vỏ trái giống Citrus kháng khuẩn tốt trên một số chủng vi khuẩn thử nghiệm [14].
Một số nghiên cứu khác về chiết tách tinh dầu như Đề tài “Tách tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus japonica Thumb)” của Nguyễn Thị Lý và cộng sự... hay đề tài tốt nghiệp Đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi (Citrus grandus (L.) Osbeck var.grandis) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước”(2010) của sinh viên Nguyễn Đắc Phát trường Đại học Nha Trang. Việt Nam được coi là nằm trong vùng phát sinh Quýt thường (Citrus reticulata). Nhiều giống Quýt truyền thống được trồng rộng rãi như Quýt giấy, có quả to, vỏ mỏng, múi mọng, ngọt nước, ngọt và thơm, trồng chủ yếu ở Bắc Giang, Lạng Sơn, Cao Bằng, Thái Nguyên,...; Quýt đường, có quả nhỏ, vỏ dày, rất ngọt, trồng nhiều ở Phú Thọ, Tuyên Quang, Yên Bái, Hà Nội,...; Quýt hôi, quả nhỏ, vỏ dày và chua, được trồng chủ yếu ở vùng núi có độ cao 800-1.600m ở Lạng Sơn, Hà Giang, Lai Châu,... Ngoài ra còn nhiều giống Quýt khác được nhập nội trồng trong nước như Quýt hồng, Quýt da xanh, Quýt Thái,...Quýt được trồng chủ yếu để ăn quả, chưng cất tinh dầu và làm thuốc ở Việt Nam. Trong Y học Cổ truyền, nhiều bộ phận được sử dụng khác nhau như: Vỏ quả chín (Trần bì), vỏ quả xanh (Thanh bì), vỏ ngoài của quả (Quất hồng), Lá (Quất Diệp), hạt (Quất hạch). Vỏ quýt (Trần bì) là bộ phận được sử dụng rộng rãi trong y học cổ truyền ở Việt Nam, Trung Quốc,... Thành phần chính của Trần bì là tinh dầu với thành phần chính là D-limonen, và flavonid, bao gồm hesperidin, methylhesperidin, nobiletin, tangeretin,... là hoạt chất được quan tâm nhất trong Trần bì.
Tinh dầu quýt cũng được sử dụng trong ngành mỹ phẩm, dược phẩm, thực phẩm. Tác dụng của tinh dầu là thư giãn, khử mùi, thanh lọc không khí, giúp ngủ ngon và sâu hơn, hỗ trợ điều trị cảm, giúp long đờm, kích thích hệ tuần hoàn, hệ tiêu hóa và hệ bạch huyết, chống ung thư. Cách sử dụng là xông, tắm, gội, massage, v.v...
Phần 2
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng, vật liệu nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Giống quýt được thu hái từ các hộ dân ở tỉnh Bắc Kạn.
- Vật liệu: Vỏ quả quýt Bắc Kạn.
2.1.2. Hóa chất sử dụng
- Na2S04 (khan), Ethanol, NaCl, nước cất,..
- Một số chất làm dung môi như Hexan, Axeton, Axit axetic,…
2.1.3. Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu
Bảng 2.1: Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu
Thiết bị Dụng cụ
Nồi chưng cất 20L Bình tam giác
Ống sinh hàn (thủy tinh) Phễu
Bình chiết (bomex 500L) Cốc đong, ống đong Bếp ga đôi, bình ga 30kg Ống nghiệm
Máy cô quay chân không Bình định mức
Máy đo OD Giấy lọc
Máy nghiền Buret
Cân Pipet
Cùng các trang thiết bị, dụng cụ khác phục vụ nghiên cứu ở phòng thí nghiện khoa CNSH - CNTP.
2.2. Phạm vi, địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu quy trình tách chiết tinh dầu và phát triển các sản phẩm từ tinh dầu quýt từ quả quýt được thu mua ở các hộ dân ở tỉnh Bắc Kạn.
2.2.2. Địa điểm nghiên cứu.
- Địa điểm: Phòng thí nghiệm của khoa CNSH – CNTP, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
2.2.3. Thời gian nghiên cứu
- Thời gian: từ 11/2020 - 6/2021.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu hoàn thiện quy trình chiết xuất và bảo quản tinh dầu
Nội dung 2: Đánh giá chất lượng của tinh dầu sau khi chiết suất.
Nội dung 3: Phát triển và hoàn thiện một số sản phẩm từ tinh dầu quýt.
2.4. Phương pháp nghiên cứu.
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
Số liệu thứ cấp được thu thập dựa trên việc tìm kiếm các tài liệu có sẵn liên quan đến vấn đề nghiên cứu, kế thừa thông tin, số liệu khoa học đã có phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài: các văn bản pháp luật liên quan đến tách chiết tinh dầu quýt, đánh giá chất lượng tinh dầu trên các tài liệu khoa học, trên sách báo, tạp chí, tài liệu trên mạng Internet,... liên quan đến các công trình tách chiết tinh dầu quýt đã có trên thế giới và Việt Nam. Từ đó phát triển và cải tiến các quy trình tách chiết đó.
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu
- Mẫu vỏ quả được lấy từ những quả tốt, đẹp, có giá trị sử dụng cao, loại bỏ những quả vỏ ủng, dập nát, quả thối hỏng để tránh làm giảm đi giá trị sử dụng của vỏ quýt, làm giảm hiệu quả của tinh dầu thu được.
2.4.3. Phương pháp chưng cất tinh dầu
Sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước không có nồi hơi riêng: - Chuẩn bị thiết bi, nguyên vật liệu:
+) Thiết bị chưng cất tinh dầu: - Nồi chưng cất: nồi và bếp ga đôi.
+) Nguyên liệu: Vỏ quýt Bắc Kạn. - Thiết kế nồi chưng cất
Đề tài chọn kiểu nồi chưng cất tinh dầu thân có dạng hình trụ, chóp hình cầu, ở giữa là cửa thoát hỗn hợp hơi khí, kiểu vòi voi. Nồi chưng cất được thiết kế với những thông số kĩ thuật như sau:
+) Chất liệu: Hợp kim nhôm.
+) Kích thước: 32cm x 35cm x 35cm. +) Size: 32cm
+) Vi ngăn: Để đỡ khối nguyên liệu, giữ cho nguyên liệu khỏi rơi xuống đáy nồi làm cháy nguyên liệu, đáy nồi, chiều dày của vi nồi 2 mm, bề mặt vi được làm bằng 2 lớp lưới inox đan xen nhau, tạo điều kiện cho hơi nước thoát lên dễ dàng. Chiều cao vi ngăn so với đáy nồi là 10cm.
+) Bộ phận làm lạnh: Là thủy tinh trung tính, không có bọt, đường kính ngoài Փ 30mm, ống ở giữa và dẫn chất lỏng ra Փ 10mm, ống dẫn khí vào Փ 20mm, ống dẫn nước làm lạnh Փ 5mm có độ rộng giáp ống chính Փ 20mm. Đảm bảo làm giảm nhiệt độ của dịch ngưng xuống khoảng 35oC. Để tiết kiệm nước làm mát được hôi lưu
2.4.4. Dự kiến quy trình tách chiết tinh dầu từ vỏ Quýt
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ vỏ Quýt
Vỏ quýt
Ngâm
Chưng cất lôi cuồn hơi nước
Lắng, gạn Ngưng tụ
Làm khan Tinh dầu thô
Phân ly
Tinh dầu
Na2SO4 khan
Nghiên cứu thời gian chưng cất Nghiên cứu nồng độ NaCl,
thời gian ngâm Xử lý
Nghiền (1 phút)
Từ sơ đồ 2.3 chúng tôi đưa ra các bước cơ bản trong việc chưng cất tinh dầu như sau:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu vỏ quýt đã được xử lý sơ bộ:
- Lấy từ 15-20 kg cân quýt Bắc Kạn rửa sạch cho sạch bụi bẩn, vui khuẩn và bóc lấy vỏ.
- Vỏ sau khi đã đã được xử lý sạch sẽ được đem đi nghiền nhỏ và bổ sung lượng NaCl, tỷ lệ nước/nguyên liệu thời gian ngâm nguyên liệu đã được tối ưu.
Bước 2: Tiến hành chưng cất và thu hỗn hợp tinh dầu:
- Vỏ sau khi đã được nghiền nhỏ và bổ sung các điều kiện tối ưu sẽ được bỏ vào nồi chưng cất và tiến hành chưng cất tinh dầu.
- Sau khi chưng cất tinh dầu kết thúc, dùng bình chiết thu lại lượng tinh dầu thô đã chiết ra.
Bước 3: Xử lý sau tinh dầu:
- Sử dụng Na2SO4 để hút hết nước và các tạp chất khỏi tinh dầu Bước 4: Lắng gạn, thu tinh dầu nguyên chất:
- Để lắng hỗn hợp trên đã thu được và lọc bằng giấy lọc để thu được tinh dầu nguyên chất.
Bước 5: Bảo quản:
- Bảo quản tinh dầu trong các lọ tủy tinh, đóng kín tránh để tinh dầu bay hơi, tiếp xúc với ánh sáng trực tiếp. Bảo quản lạnh ở nhiêt độ từ 0-5oC.
2.4.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.4.5.1. Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết
Thí nghiệm nghiên cứu nồng độ NaCl khác nhau nhằm tìm ra được nồng độ NaCl phù hợp để thu được thể tích tinh dầu đạt hiệu suất cao nhất. Theo tham khảo tài liệu, NaCl có tác dụng trong quá trình tách, chiết tinh dầu vì: NaCl có tác dụng làm tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế bào, làm tăng độ phân cực của dung dịch, nhờ đó làm giảm lực tương tác giữa các cấu tử tinh
dầu kém phân cực với nước. Nhờ đó, tinh dầu sẽ dễ dàng tách ra trong quá trình chưng cất. Nên chúng tôi tiến hành thí nghiệm này, nhằm đánh giá xem muối có tác dụng tốt trong quá trình tách chiết tinh dầu vỏ quýt hay không. Các thí nghiệm tiến hành như bảng 2.2:
Bảng 2.2. Dự kiến thể tích tinh dầu thu được ở các nồng độ NaCl khác nhau
STT Nồng độ NaCl(%)
Thể tích tinh dầu thu được (ml) Lần 1 Lần 2 Lần 3 CT 1 0 CT 2 1,5 CT 3 3 CT 4 3,5 CT 5 5 Cách tiến hành:
Bước1: Lấy 2,5kg vỏ quýt đã được xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó một lượng nước cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu được chọn ở các thí nghiệm này là: 5/1 . Thêm NaCl vào các nồng độ biến thiên lần lượt là: 0%, 1,5%, 3%, 3,5%, 5% .
Bước 2: Sau đó, nghiền nguyên liệu trong 1 phút.
Bước 3: Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào vào nồi chưng cất và chưng cất hỗn hợp trong vòng 2 giờ. Hỗn hợp sau khi gia nhiệt sẽ bay hơi và đi qua ống sinh hàn, Tại đây, tinh dầu sẽ ngưng tụ khi gặp lạnh, sau đó sẽ phân ly thành 2 lớp: lớp nổi trên mặt nước là tinh dầu,lớp phía dưới là nước. Mỗi thí nghiệm làm với 1 công thức, mỗi công thức lặp lại 3 lần.
Bước 4: Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ có vạch và sau đó so sánh. Từ đó, chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.4.5.2. Thí nghiệm xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu
Thí nghiệm nghiên cứu tỷ lệ nước/nguyên liệu khác nhau nhằm tìm được tỷ lệ nước/nguyên liệu phù hợp để thu được thể tích tinh dầu đạt hiệu
suất cao nhất. Vì nước có tác dụng thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn các hợp chất hữu cơ trong tinh dầu, có tác dụng phá vỡ hệ keo xung quanh tinh dầu, tạo điều kiện cho tinh dầu thoát ra dễ dàng hơn. Tỉ lệ nước nhiều hay ít đều ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi tinh dầu.
Thí nghiệm xác định lượng nước bổ sung vào khi ngâm nhằm đánh giá khả năng phân ly tinh dầu trong nguyên liệu, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình chưng cất và nó cũng quyết định thời gian cất tối ưu.
Sau khi xác định hàm lượng muối bổ sung thích hợp ở thí nghiệm thí nhất, các thí nghiệm này được tiến hành với lượng nước/nguyên liệu thay đổi