BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
--------
NGUYỄN THỊ HẰNG
NGHIEÂN CÖÙU TAÙCH CHIEÁT TINH DAÀU TÖØ
LAÙ CHANH BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP
CHÖNG CAÁT LOÂI CUOÁN HÔI NÖÔÙC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
GVHD: TS. MAI THỊ TUYẾT NGA
Nha Trang, tháng 07 năm 2013
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi tới Ban giám hiệu Trường Đại Học Nha Trang, Khoa Công Nghệ
Thực Phẩm, Phòng đào tạo Trường Đại Học Nha Trang sự kính trọng, lòng biết ơn
sâu sắc, sự tự hào được học tập và nghiên cứu tại trường 4 năm qua.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô phụ trách
phòng thí nghiệm Hóa – Vi Sinh, phòng thí nghiệm Hóa Cơ Bản.
Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Mai Thị Tuyết
Nga, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình
nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Và em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân đã
luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp này.
Nha Trang, ngày 20 tháng 6 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Hằng
i
MỤC LỤC
TRANG
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ vi
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... - 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ................................................................................ - 2 1.1. Giới thiệu chung về cây Chanh ................................................................... - 2 1.1.1. Đặc điểm thực vật.................................................................................. - 2 1.1.2. Phân bố và đặc điểm sinh thái, sinh trưởng ......................................... - 2 1.1.3. Công dụng của cây Chanh ..................................................................... - 4 1.2. Tổng quan về tinh dầu ................................................................................. - 4 1.2.1. Khái niệm về tinh dầu ........................................................................... - 4 1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu ........................................... - 5 1.2.1.1. Phân loại theo hàm lượng ............................................................... - 5 1.2.2.2. Phân loại theo tính chất vật lý ......................................................... - 6 1.2.2.3. Phân loại theo bản chất hóa học ...................................................... - 6 1.2.3. Tính chất vật lý và hóa học của tinh dầu .............................................. - 8 1.2.3.1. Tính chất vật lý ............................................................................... - 8 1.2.3.2. Tính chất hóa học ............................................................................ - 8 1.2.4. Vai trò của tinh dầu trong cuộc sống thực vật....................................... - 8 1.2.5. Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật ...................................... - 11 1.2.6. Hoạt tính sinh học và công dụng của tinh dầu .................................... - 13 1.3. Các phương pháp trích ly tinh dầu............................................................. - 15 1.3.1. Phương pháp cơ học ............................................................................ - 15 1.3.2. Phương pháp tẩm trích. ....................................................................... - 16 1.3.3. Phương pháp hấp thụ ........................................................................... - 16 -
ii
1.3.4. Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước .......................................... - 16 1.3.4.1. Lý thuyết chưng cất ...................................................................... - 16 1.3.4.2. Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất lôi cuốn hơi nước ... - 17 1.3.4.3. Ưu nhược điểm của phương pháp ................................................. - 18 1.3.5. Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu ..................................... - 19 1.3.5.1. Dung môi dioxit cacbon ................................................................ - 19 1.3.5.2. Vi sóng .......................................................................................... - 19 1.4. Các dạng sản phẩm trong quá trình tách chiết tinh dầu ............................. - 20 1.5. Tình hình nghiên cứu về tinh dầu họ Citrus……………………………..- 21 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...................................................... - 21 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................ - 21 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. - 23 2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ - 23 2.1.1. Nguyên liệu chính ............................................................................... - 23 2.1.2. Dụng cụ - thiết bị - hóa chất ................................................................ - 23 2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... - 24 2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ........................................................................... - 24 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... - 24 2.2.3. Quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh dự kiến .............................. - 25 2.2.4. Bố trí thí nghiệm.................................................................................. - 26 2.2.4.1. Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm chiết. ... - 26 2.2.4.2. Thí nghiệm xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu ................................ - 27 2.2.4.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối ................................... - 28 2.2.4.4. Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất ..................................... - 30 2.2.5. Xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu Chanh: bằng phương pháp sấy
đến khối lượng không đổi.............................................................................. - 31 2.2.6. Xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh
dầu………………………………………………………………………….- 31 2.2.6.1. Phương pháp xác định các tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu..- 31 -
iii
2.2.6.2. Định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Chanh bằng
phương pháp phân tích sắc kí khí ghép phối phổ GC-MS ......................... - 31 2.2.7. Phương pháp xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu ................................. - 32 2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................... - 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................... - 33 3.1. Kết quả xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết ...................... - 33 3.2. Kết quả xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu (v/w) thích hợp ......................... - 35 3.3. Kết quả xác định thời gian ngâm thích hợp ............................................... - 37 3.4. Kết quả xác định thời gian chưng cất thích hợp ........................................ - 39 3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh ................................ - 41 3.6. Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh ................... - 43 3.7. Kết quả xác định tỷ lệ khối lượng tinh dầu................................................ - 44 3.8. Kết quả đánh giá tính chất cảm quan và xác định các chỉ số hóa lý của sản
phẩm.................................................................................................................. - 45 3.8.1. Tính chất cảm quan của sản phẩm ...................................................... - 45 3.8.2. Kết quả xác định các chỉ số hóa - lý của sản phẩm ............................. - 45 3.9. Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu ................................... - 46 3.10. Tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu .................................................. - 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... - 49 1. Kết luận ......................................................................................................... - 49 2. Kiến nghị....................................................................................................... - 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. - 50 -
iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT
GC
GC-MS
TIẾNG ANH
TIẾNG VIỆT
Gas chromatography
Sắc kí khí
Gas chromatography-Spectroscpy
Sắc kí khí ghép phối
phổ
Min
Minute
Phút
v/w
Volume/weight
Thể tích/khối lượng
w/v
Weight/Volume
Khối lượng/thể tích
IA
Acide Index
Chỉ số acide
IS
Saponification Index
Chỉ số xà phòng
IE
Esters Index
Chỉ số este
SD
Standard Deviation
Độ lệch chuẩn
v
DANH MỤC BẢNG
TRANG
Bảng 3.1. Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong lá Chanh ................................. - 43 Bảng 3.2. Tỷ lệ khối lượng tinh dầu tách chiết từ lá Chanh ................................ - 44 Bảng 3.3. Bảng mô tả tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh ....................... - 45 Bảng 3.4. Kết quả xác định các chỉ số hóa lý của tinh dầu lá Chanh .................. - 45 Bảng 3.5. Kết quả phân tích GC/MS của tinh dầu lá Chanh................................ - 46 Bảng 3.6. Ước tính chi phí nguyên vật liệu để tách tinh dầu từ 10kg lá Chanh trong
phòng thí nghiệm.................................................................................................. - 48 -
vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH
TRANG
Hình 1.1. Cây Chanh .............................................................................................. - 2 Hình 1.2. Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của terpenoid ................. - 5 Hình 1.3. Công thức hóa học của một số hợp chất thường có trong tinh dầu……- 7 Hình 2.1. Lá Chanh .............................................................................................. - 23 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ lá Chanh ...................... - 25 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ muối bổ sung trong nước ngâm
chiết ...................................................................................................................... - 26 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung ........................... - 28 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu ............. - 29 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thì nghiệm xác định thời gian chưng cất .......................... - 30 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl trong nước ngâm, chiết tới thể tích
tinh dầu lá thu được .............................................................................................. - 33 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/lá Chanh đến thể tích tinh dầu thu được ... - 35 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến thể tích tinh dầu lá thu được- 37 Hình 3.4. Tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được trong các thời gian chưng cất khác
nhau ...................................................................................................................... - 39 Hình 3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh .......................... - 41 -
-1-
LỜI MỞ ĐẦU
Tinh dầu thiên nhiên hiện nay là một sản phẩm khá thông dụng trên thị trường.
Tinh dầu được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm,
y học và một số lĩnh vực khác…
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tách chiết tinh dầu từ thực vật, trong đó có
phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, đây là phương pháp đơn giản, dễ thực
hiện và cho hiệu suất thu hồi tinh dầu khá cao. Tinh dầu Citrus được sử dụng khá
phổ biến hiện nay trên thị trường do nó có mùi thơm dễ chịu, có tác dụng trị cảm,
giảm stress và thanh nhiệt…Chanh thuộc họ Citrus nhưng tính thời điểm này chưa
có công trình nào nghiên cứu sâu về nó, đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ
tiền để sản xuất tinh dầu có giá trị kinh tế cao. Được sự đồng ý của Khoa Công
Nghệ Thực Phẩm, dưới sự hướng dẫn của TS. Mai Thị Tuyết Nga, em đã thực hiện
đề tài “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi
cuốn hơi nước”.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ thích hợp cho
việc chiết xuất tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
đồng thời đánh giá chất lượng của tinh dầu thu được.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu của việc
xây dựng quy trình sản xuất tinh dầu từ lá Chanh trên quy mô công nghiệp cũng
như cung cấp những dẫn liệu khoa học về thành phần hóa học và tính chất lý-hóa cơ
bản của tinh dầu lá Chanh.
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn về điều
kiện thực nghiệm và nguồn kinh phí nên mặc dù đã cố gắng song đề tài của em chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô
cũng như sự góp ý kiến từ các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiện hơn.
-2-
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về cây Chanh [8]
Chanh ta hay Chanh giấy có tên khoa học: Citrus aurantifolia Swingle.
Họ: Rutaceae.
1.1.1. Đặc điểm thực vật [8, 20]
Chanh là một loài cây nhỏ, cao từ 1m đến 3m. Thân có nhiều cành, có gai. Lá
nhỏ hình trứng , có màu xanh lục dài từ 3cm đến 8cm, rộng từ 3cm đến 5cm mép lá
hình răng cưa hoặc trơn. Hoa có màu trắng mọc đơn độc hoặc từng chùm từ 3 đến
10 hoa. Quả có đường kính từ 3cm đến 6cm có hình ovan. Vỏ quả có màu xanh, khi
chín có thể chuyển màu vàng. Quả có múi, dịch quả có vị rất chua, hột có diệp tử
trắng. Trong vỏ và lá Chanh chứa nhiều tinh dầu.
Hình 1.1. Cây Chanh
1.1.2. Phân bố và đặc điểm sinh thái, sinh trƣởng [20]
Cây Chanh Citrus aurantifolia Swingle có nguồn gốc từ miền bắc Ấn Độ và
vùng tiếp giáp với Myanma và phía bắc Malaysia, Trung Quốc. Hiện nay Chanh
được trồng phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước có khí hậu nhiệt đới.
Về mặt sinh thái học cây Chanh cũng như hầu hết các loài trong họ Citrus đều
không chịu được giá rét. Chúng ưa khí hậu nóng ẩm, lượng mưa hay lượng nước
-3-
tưới đủ lớn. Chanh được trồng nhiều trên các vùng đất ẩm, trên các vùng đất thấp
hoặc trên các khu vực đồi núi cao hơn 1000m so với mực nước biển. Chanh rất
nhạy cảm với vùng đất lạnh nhưng lại có sức chống chịu rét rất khỏe. Chanh có thể
sinh trưởng trên các vùng đất nghèo chất dinh dưỡng và có sức chống chịu khỏa
hơn một số cây trong họ Citrus như cam, quýt…Chanh là cây có tán lá rộng và
không rụng lá theo mùa. Chúng ra hoa vào mùa xuân và tạo quả trong một thời gian
ngắn sau đó, quả chín vào mùa thu hoặc đông.
Chanh mọc từ hạt thường sinh trưởng khỏe hơn so với Chanh chiết từ cành
của cây Chanh mẹ, nhưng với Chanh mọc từ hạt thì thường trồng 5 năm mới ra hoa,
kết trái. Các chồi mọc từ rễ hoặc chồi vượt thường có nhiều gai dài, nhọn. Hoa
thường thụ phấn bằng côn trùng, đặc biệt là ong mật, chúng cũng có thể tự thụ phấn
song hiệu quả không cao. Thời gian từ khi hoa nở đến khi thụ phấn và cho quả thu
hoạch khoảng từ 5 tháng đến 6 tháng. Tại các tỉnh phía Bắc nước ta Chanh thường
ra hoa vào tháng 1 đến tháng 3 và cho trái thu hoạch từ tháng 6 đến tháng 12.
Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên rất thích hợp cho cây Chanh sinh
trưởng và phát triển. Nói chung Chanh trồng bằng hột cho trái chậm hơn so với
chiết cành, ở nước ta có thói quen nhân giống chanh bằng biện pháp chiết cành từ
rất lâu đời. Đây cũng là phương pháp nhân giống phổ biến ở nhiều nước trên thế
giới đặc biệt là các nước ở vùng Đông Nam Á. Những cây Chanh trồng bằng cành
thường ra hoa vào năm thứ 2 nhưng để cho cây sinh trưởng khỏe người ta thường
ngắt hoa vào năm thứ 2 và để cây ra hoa vào năm thứ 3.
Trồng Chanh thành từng vườn thuần loại hoặc trồng ven ao, hồ, mương,
máng…Trong vườn Chanh cần giữ sạch cỏ, cắt bỏ bớt cành tạo tán thông thoáng,
loại bỏ những cây hoặc cành sâu bệnh. Vườn Chanh cần có chế độ vệ sinh nghiêm
ngặt và phun thuốc phòng trừ sâu bệnh.
Cây Chanh được trồng nhiều ở khắp các vùng trên cả nước cung cấp nguồn
nguyên liệu để phục vụ con người trong các lĩnh vực thực phẩm, y học, hóa học…
Chanh được trồng nhiều và phổ biến trên khắp đất nước:
Các tỉnh phía Bắc như: Hải Dương, Thái Bình, Hà Nội, Nam Định…
-4-
Các tỉnh miền Trung: Khánh Hòa, Bình Định, Phú Yên…
Các tỉnh miền Nam: Tiền Giang, Long An, TP Hồ Chí Minh…
1.1.3. Công dụng của cây Chanh [8, 20]
Cây Chanh trồng để lấy trái là phổ biến, nhưng bên cạnh đó các bộ phận khác
của cây cũng có rất nhiều công dụng.
Rễ Chanh: thu hái quanh năm, rễ nhỏ dùng cả, rễ to chỉ lấy vỏ, rễ Chanh có vị
đắng, tính ôn, có tác dụng trị ho, suyễn, giảm sưng đau, ăn không tiêu, đầy hơi.
Lá Chanh: chứa tinh dầu, có vị cay, ngọt, tính ôn, có tác dụng trị ho, thanh
nhiệt, sát khuẩn. Lá Chanh dùng để nấu nước xông chữa cảm cúm, dùng làm gia vị
trong nâu một số món ăn.
Quả Chanh: quả chanh có vị chua, ngọt, tính mát được dùng làm nước giải
khát, gia vị trong chế biến thức ăn. Vị chua và hương thơm hấp dẫn của Chanh giúp
ăn ngon miệng và giúp tinh thần con người sảng khoái. Dịch Chanh có tác dụng
thanh nhiệt, chống viêm, lợi tiểu, cầm máu, chữa cảm sốt, thiếu vitamin C, ngậm
Chanh với nước muối có tác dụng chống ho, giải rượu…Dịch nước quả Chanh còn
được dùng trong sản xuất axit citric, trong ngành công nghệ thực phẩm, tinh dầu vỏ
Chanh được ứng dụng nhiều trong y học, thực phẩm…
Hạt Chanh: chứa dầu béo và chất đắng lemonin. Có thể góp phần chữa các
bệnh về ho, táo bón, rắn cắn…
Hoa Chanh: hoa Chanh được sử dụng nhiều trong y học, có tác dụng long
đờm, lợi tiểu, giải nhiệt, trị các cơn đau co thắt và thuốc giúp ăn ngon miệng, dễ tiêu
hóa, an thần. Chính vì thế hoa Chanh được sử dụng để chữa các bệnh đau đầu, cảm
cúm, ho, căng thẳng thần kinh.
1.2. Tổng quan về tinh dầu [2, 6, 8, 10, 16, 17]
1.2.1. Khái niệm về tinh dầu
Tinh dầu là hỗn hợp của các hợp chất hữu cơ có đặc tính chung là dễ bay hơi,
thường có mùi thơm, có nguồn gốc chủ yếu từ một số bộ phận của thực vật (như
hạt, rễ, củ, vỏ cây, hoa, lá, quả, dầu, nhựa cây) hay động vật (túi tinh dầu), tinh dầu
có thể thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước. Vai trò của
-5-
tinh dầu đối với cây cỏ chưa được biết rõ, nhưng đáng chú ý là những cây có tinh
dầu đều không có ancaloit và ngược lại. Từ đó người ta cho rằng tinh dầu có vai trò
như là chất thải để giải độc cho cây và góp phần bảo vệ cây cũng như ancaloit. Tinh
dầu trong mỗi nguyên liệu khác nhau thì cũng có nồng độ khác nhau.
Đa số thành phần chính của các loại tinh dầu đều là các hợp chất terpenoid
được cấu tạo từ các đơn vị isopren (C5H8) nối với nhau theo quy tắc “đầu nối với
đuôi”. Terpenoid đơn giản nhất được cấu tạo từ 2 đơn vị isopren được gọi là
monoterpenoid. Nếu có nhiều hơn 2 đơn vị isopren thì được gọi là sesquiterpenoid
(ứng với 3 đơn vị isopren), diterpenoid (ứng với 4 đơn vị isopren), triterpenoid (ứng
với 6 đơn vị isopren...).
a. Bộ khung terpenoid cơ bản
b. Phân tử isopren
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của terpenoid
1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu
Thành phần tinh dầu được phân loại theo các cách sau:
1.2.1.1. Phân loại theo hàm lƣợng [6]
Theo cách phân loại này các thành phần trong tinh dầu được chia làm 3 nhóm:
- Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1%. Thành phần chính
là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu.
- Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1%.
-6-
- Thành phần vết: là thành phần có hàm lượng không quá 0,1% trong toàn bộ
tinh dầu.
1.2.2.2. Phân loại theo tính chất vật lý [10]
Tinh dầu của mỗi loài thực vật là một hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp chất
thuộc các nhóm hữu cơ khác nhau.
Các hợp chất có trong tinh dầu thường được phân thành hai nhóm chính:
- Nhóm thành phần dễ bay hơi: chiếm tới 90 – 95% tổng lượng tinh dầu.
- Nhóm còn lại: gồm các hợp chất ít bay hơi chỉ chiếm 1 – 10%.
Tỷ lệ các thành phần riêng lẻ có thể thay đổi rất lớn tùy theo giống cây trồng,
điều kiện canh tác, mùa vụ và các bộ phận khác nhau của cây tuy nhiên số lượng
của các thành phần là không thay đổi trong phạm vi loài.
1.2.2.3. Phân loại theo bản chất hóa học [16]
Có nhiều cách phân loại tinh dầu theo bản chất hóa học sau đây là các cách
phân loại.
Các hợp chất trong tinh dầu được chia thành các nhóm:
- Monoterpen mạch hở (ví dụ: myrcen, ocimen).
- Monoterpen mạch vòng (ví dụ: p-cymen, pinen, sabinen).
- Monoterpen mạch hở bị oxy hóa (như farnesol, linalool, neral).
- Monoterpen mạch vòng bị oxy hóa (như terpineol, geraniol).
- Sesquiterpen mạch hở (ví dụ: farnesen).
- Sesquiterpen mạch vòng (ví dụ: copaen, humulen).
- Sesquiterpen mạch hở bị oxy hóa (như nerolidol).
- Sesquiterpen mạch vòng bị oxy hóa (như nootkaton, spathulenol).
- Các hợp chất thơm (ví dụ: indol).
- Các hydrocarbon mạch dài (như tetradecanal, dodecanal).
-7-
Hình 1.3. Công thức hóa học của một số hợp chất thƣờng có trong tinh dầu
-8-
1.2.3. Tính chất vật lý và hóa học của tinh dầu [6, 16]
1.2.3.1. Tính chất vật lý
Để xác định tính chất vật lý của tinh dầu, thông thường người ta tiến hành xác
định các chỉ số như tỷ trọng, chiết suất, tỷ lệ hòa tan trong cồn 90O ở 25OC, nhiệt độ
sôi, năng suất quay cực, màu sắc.
Hầu hết tỷ trọng của các loại tinh dầu thường nhỏ hơn 1, do vậy chúng thường
nhẹ hơn nước. Tuy nhiên, cũng có một vài tinh dầu có khối lượng riêng lớn hơn
nước (như tinh dầu quế, tinh dầu đinh hương…).
Tinh dầu không tan hoặc rất ít tan trong nước nhưng chúng hòa tan tốt trong
đa số các dung môi hữu cơ như eter, cồn...Mặc dù thành phần hóa học của mỗi loại
tinh dầu là khác nhau, nhưng nhìn chung chúng có nhiệt độ sôi khoảng 100OC –
200OC, dễ bay hơi và có mùi thơm.
Về màu sắc, tinh dầu thường không màu hoặc có màu vàng nhạt. Một số ít
tinh dầu có màu (ví dụ: tinh dầu ngải cứu có màu xanh lơ, tinh dầu quế có màu nâu
sẫm) là do sự có mặt của các hợp chất có màu được lôi kéo theo tinh dầu trong quá
trình chiết xuất (ví dụ: màu xanh do có chlorophyll, màu vàng do có carotenoid,…).
Còn mùi và vị của tinh dầu chủ yếu gây ra do các cấu tử bị oxy hóa.
1.2.3.2. Tính chất hóa học
Các thành phần trong tinh dầu là các hợp chất terpenoid (tức các hydrocarbon
không no) nên chúng dễ bị thủy phân (nhất là ở nhiệt độ cao) và bị phân hủy bởi
ánh sáng thành các hợp chất khác. Vì vậy, người ta thường bảo quản tinh dầu trong
những lọ sẫm màu, có miệng nhỏ và đậy nút kỹ.
1.2.4. Vai trò của tinh dầu trong cuộc sống thực vật [18]
Vấn đề của vai trò tinh dầu trong đời sống của cây đã được đề cập tới rất nhiều
trong các công trình nghiên cứu. Vai trò của tinh dầu cụ thể như sau:
Theo Ph. X. Tanaxienco, 1985:
- Bảo vệ cây khỏi tác động của sâu bệnh.
- Che phủ các vết thương từ cây gỗ.
- Ngăn chặn các bệnh do nấm.
-9-
- Biến đổi sức căng bề mặt của nước trong cây, thúc đẩy sự vận chuyển nước,
tăng hiệu quả của các phản ứng enzim.
Theo Charabot cho rằng tinh dầu đóng vai trò như các chất dự trữ trong cây,
nó có khả năng vận chuyển đến các phần khác nhau của cây, tại đây tinh dầu được
sử dụng như một nguồn năng lượng hay tạo thành các sản phẩm mới có cấu trúc gần
với nó.
Theo quan điểm của Tschirch (1925) trong đời sống của cây, tinh dầu giữ vai
trò quan trọng (tuy nhiên, theo tác giả chưa thể biết rõ đó là vai trò gì) và vì vậy
không nên xếp tinh dầu vào nhóm các chất tiết một cách tuyệt đối.
Khác với Charabot, Tschirch cho rằng đôi khi tinh dầu được “lưu giữ lại”
trong các bể chứa tinh dầu và không tham gia vào các phản ứng tiếp theo.
Theo Coxtrisep X. P. (1937) cho rằng tinh dầu có thể được xếp vào 2 nhóm
chức năng:
- Nhóm các tinh dầu có chức năng sinh lý được cây sử dụng trong quá trình
sinh trưởng.
- Nhóm các tinh dầu không có chức năng sinh lý, không được cây sử dụng,
chúng đơn thuần chỉ là các chất tiết của cơ thể và được tích lũy trong các bể chứa
tinh dầu.
Như vậy, theo quan điểm này, các thành phần của tinh dầu được tích lũy trong
tuyến tiết không có vai trò sinh lý trong hoạt động sống của cây. Trong khi đó theo
quan điểm thông thường, tinh dầu thực vật chính là sản phẩm của quá trình tổng
hợp và tích lũy do các cơ quan tiết đảm nhiệm.
Những năm sau này, khi dùng carbon đánh dấu để nghiên cứu quá trình
chuyển hóa tinh dầu trong cơ thể sống, Mutxtiatse (1985) đã chứng minh rằng, các
thành phần tinh dầu được tích lũy trong tuyến tiết không phải là các chất tiết cố định
mà còn tham gia tích cực vào quá trình trao đổi chất của cây; do vậy thành phần hóa
học của tinh dầu ở trong cây luôn luôn được đổi mới.
Những năm gần đây, vai trò sinh lý của tinh dầu trong đời sống thực vật được
- 10 -
thống nhất trong hầu hết các tài liệu đã công bố. Tuy nhiên, chức năng cụ thể của
từng hợp chất còn phải được nghiên cứu sâu hơn.
Qua các bằng chứng thực nghiệm, có thể khẳng định chắc chắn rằng, nhiều
thành phần hóa học của tinh dầu, ví dụ một số acid có phân tử lượng thấp, rượu, các
aldehid mạch vòng…là những nguyên liệu khởi đầu để tổng hợp hàng loạt các chất
có hoạt tính sinh học. Trong thành phần của tinh dầu, có thể gặp hàng loạt các chất
khởi nguyên nói trên: các acid hữu cơ thường gặp gồm: acid acetic, acid valerianic,
acid isovalerianic …và các rượu tương ứng với chúng; ngoài ra còn thường gặp các
aldehid, các ester, một số terpenoid như geraniol, linalool, pharnesol, nerolydol…
Đó là những hợp chất liên quan tới nhiều kiểu cấu trúc hóa học khác nhau và tham
gia vào các hệ thống đồng hóa khác nhau. Trong thành phần tinh dầu còn thường
thấy các hợp chất có nhân thơm như aneton, pheniletilnol, benzaldehid, vanilin,
thậm chí cả các hợp chất có chứa nitơ và lưu huỳnh. Vì vậy không thể lý giải vai trò
của tinh dầu một cách chung chung hoặc nhìn nhận vấn đề chỉ trong một vài giả
thuyết cụ thể nào đó. Để đánh giá chính xác vai trò của tinh dầu trong hoạt động
sống ở cây, cần phải tiến hành nghiên cứu từng thành phần riêng lẻ của tinh dầu
hoặc các hợp chất có cấu trúc gần nhau.
Hiện nay, các bằng chứng xác đáng chủ yếu tập trung vào sự tham gia của các
thành phần tinh dầu trong quá trình trao đổi chất, có nghĩa là tinh dầu tham gia vào
các quá trình sinh lý hóa bên trong tế bào. Và nhiều kết quả nghiên cứu gần đây đã
chứng minh rằng, một số dạng terpenoid của tinh dầu như các geraniol, linalool,
farnesol …thường có mặt trong hầu hết các cơ thể sống ở tất cả các mức độ tiến hóa
khác nhau, từ các vi sinh vật, các loài thực vật bậc thấp, thực vật bậc cao, đến cả
động vật cũng như con người. Các terpen được hình thành từ 2,3 hoặc nhiều phân tử
isopren (C5H6) và isopren lại là một trong những hợp chất cơ sở để tạo thành các
carotenoid, các steroid và cao su. Các kết quả nghiên cứu tiếp theo đã xác nhận
rằng, quá trình sinh tổng hợp trong mọi cơ thể thực vật đều bắt nguồn từ hợp chất
ban đầu là acid acetic qua các sản phẩm trung gian là acid mevalonic, isopentenil
pirophosphat đến geranil và farnesil phosphat. Bằng thực nghiệm, người ta đã
- 11 -
chứng minh được các chuỗi carbon trong các phân tử geraniol, linalool, farnesol và
nerolidol là những sản phẩm trung gian chủ yếu trong quá trình sinh tổng hợp các
terpenoid có hoạt tính sinh học như các phyton, hocmon steroid, acid mật, các
vitamin D, vitamin K, vitamin E, các carotenoid, các chất kích thích sinh trưởng
thuộc nhóm giberilin…Một số hợp chất thường gặp trong thành phần của tinh dầu
như linalool, farnesol, nerolidol…luôn có mặt trong hầu hết các hoạt động sống của
cây.
1.2.5. Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật [18]
Hiện tồn tại hai giả thuyết về quá trình tổng hợp và tích lũy tinh dầu:
- Một số tác giả cho rằng tinh dầu được tổng hợp ở các tế bào không phụ thuộc
cấu trúc tiết và chuyển dần vào tuyến tiết. Theo quan điểm này, cấu trúc tiết được
coi như cơ quan đảm nhận vai trò tích lũy sản phẩm. Cơ sở của giả thuyết trên chủ
yếu dựa trên các kết quả quan sát thấy sự có mặt của một số giọt tinh dầu và một số
men tham gia vào quá trình tổng hợp tinh dầu ở các tế bào nằm ngoài tuyến tiết.
Liên quan tới giả thuyết nói trên, nhiều nhà khoa học đã chứng minh mối liên quan
trực tiếp giữa tinh dầu với các hợp chất hữu cơ khác trong mô thực vật: lignin,
glucosid …
- Những năm sau này, với các phương tiện nghiên cứu hiện đại, hầu hết các tác
giả đã thừa nhận rằng, cấu trúc tiết là cơ quan chuyên hóa làm nhiệm vụ tổng hợp
và tích lũy tinh dầu. Theo quan điểm này, các tế bào tiết (nằm trong thành phần cấu
trúc tiết) làm nhiệm vụ tổng hợp tinh dầu, và theo một cơ chế nào đó, tinh dầu được
vận chuyển, tập trung ở cấu trúc chuyên biệt gọi là khoang chứa tinh dầu. Bằng
chứng của giả thuyết này được các tác giả nêu ra bởi sự có mặt đầy đủ tất cả các hệ
men tham gia tổng hợp tinh dầu trong các tế bào của cấu trúc tiết. Cho đến nay hầu
như không có nhà nghiên cứu nào nghi ngờ giả thuyết này, tuy nhiên không ít vấn
đề liên quan còn chưa được sáng tỏ hoàn toàn. Trước hết, khi thừa nhận vai trò sinh
học của tinh dầu trong đời sống thực vật, đồng thời cũng thừa nhận có sự vận
chuyển tinh dầu từ trong cấu trúc tiết ra các mô xung quanh để tham gia vào các quá
trình chuyển hóa, vậy tại sao không có sự vận chuyển ngược lại?
- 12 -
Nhiều năm trở lại đây, hầu hết các nhà nghiên cứu theo hướng này đều tập
trung làm sáng tỏ sự định khu của các phản ứng. Vấn đề dễ thừa nhận là sự tổng
hợp tinh dầu là một quá trình bao gồm hàng loạt các phản ứng hóa học. Tùy theo
mức độ phức tạp của cấu trúc, mỗi hợp chất có thể phải trải qua nhiều phản ứng hóa
học khác nhau.
Mỗi phản ứng cần một hệ thống men xác định, vì vậy nghiên cứu sự có mặt
của các hệ men cụ thể ở các cơ quan khác nhau có thể là cơ sở để nghiên cứu sự
định khu của các phản ứng. Cho đến nay, vẫn tồn tại hai quan điểm về sự định khu
của các phản ứng tổng hợp:
- Đa số các tác giả khi nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp tinh dầu đã cho rằng
mỗi hợp chất được tổng hợp ở một cơ quan nhất định. Điều đó có nghĩa là ở mỗi cơ
quan tử có thể bao gồm một hệ thống men đảm bảo cho một loạt phản ứng xảy ra.
- Một số tác giả khác lại đề xuất giả thuyết “dây chuyền phản ứng”. Theo quan
điểm này, mỗi hợp chất trước khi được đưa vào tích lũy trong khoang chứa cần phải
qua các phản ứng ở nhiều cơ quan tử khác nhau. Giả thuyết này dựa trên sự có mặt
rất hạn chế các hệ men ở các cơ quan khác nhau. Từ những số liệu trên, các nhà
nghiên cứu cho rằng mỗi cơ quan tử chỉ phụ trách một hoặc một số ít các phản ứng
hóa học xác định và quá trình tổng hợp các hợp chất xảy ra theo một dây chuyền
liên tục từ cơ quan tử này sang một cơ quan tử khác.
Mặc dù các vấn đề được đặt ra còn có nhiều bất đồng, song những nghiên cứu
đều khẳng định rằng, tất cả các phản ứng tổng hợp đều xảy ra trên bề mặt của màng
các cơ quan tử và tế bào. Đồng thời cũng thống nhất rằng, hệ thống ống nội bào có
nhiệm vụ thu hồi và vận chuyển các hợp chất tinh dầu tới khoang chứa.
Ở mỗi cơ quan của thực vật, trong các giai đoạn phát triển khác nhau, các quá
trình tổng hợp và biến đổi của tinh dầu xảy ra không như nhau. Điều này giải thích
sự khác biệt về hàm lượng và thành phần tinh dầu trong các cơ quan của cùng một
cây hoặc ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau trong quá trình phát sinh cá thể.
Quá trình tổng hợp tinh dầu được điều khiển chặt chẽ bởi hệ thống gen, tuy
nhiên hoạt hóa các tổ hợp gen lại có mối liên quan khá chặt chẽ với điều kiện ngoại
- 13 -
cảnh. Vì vậy, quá trình tổng hợp tinh dầu trong cây là kết quả của hiệu ứng “kiểu
gen –môi trường”. Nguyên liệu cho quá trình sinh tổng hợp tinh dầu trong cây từ
lâu đã được thừa nhận là các sản phẩm của quá trình quang hợp và sự tổng hợp tinh
dầu cũng chỉ xảy ra trong điều kiện được chiếu sáng. Song gần đây, người ta cũng
đã chứng minh được rằng quá trình tổng hợp tinh dầu cũng có thể xảy ra cả trong
điều kiện không có ánh sáng và trong trong trường hợp này rõ ràng nguyên liệu cho
quá trình tổng hợp là các sản phẩm trung gian của quá trình hô hấp.
Sự tổng hợp tinh dầu trong cây là một quá trình vô cùng phức tạp và đây cũng
là vấn đề còn nhiều tranh cãi và cần phải nghiên cứu tiếp tục trong thời gian tới.
1.2.6. Hoạt tính sinh học và công dụng của tinh dầu [8, 19, 20]
Hoạt tính sinh học của tinh dầu bao gồm hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm,
kháng oxi hóa, kháng sự nảy mầm của khoai tây đã được nghiên cứu rất nhiều trên
các loại tinh dầu khác nhau.
Tinh dầu được dùng làm hương liệu trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm
và mỹ phẩm. Ví dụ: Tinh dầu Bạch đàn Chanh được sử dụng trong kỹ nghệ nước
hoa. Menthol có trong tinh dầu bạc hà (Mentha arvensis L., thuộc họ Hoa môi Lamiaceae) trong y học dùng làm thuốc giảm đau, chữa chứng đau nửa đầu, chữa
cảm lạnh, nóng sốt, chống buồn nôn do say tàu xe. Kháng viêm, khử trùng mạnh.
Thanh lọc không khí, khử mùi. Xua đuổi muỗi và côn trùng. Trong công nghiệp
tinh dầu bạc hà dùng vào thành phần của các mỹ phẩm giúp da mịn màng, làm se lỗ
chân lông. Tinh dầu hoa hồng làm mỹ phẩm phục hồi làn da bị lão hóa, giảm các
nếp nhăn. Làm da trắng sáng hơn. Cung cấp độ ẩm cho làn da khô. Làm thuốc giảm
cơn đau đầu, căng thẳng, giảm nhức mỏi cơ. Giúp ngủ ngon, ngủ sâu, tăng cường trí
nhớ. Kháng viêm, khử trùng, khử mùi. Campho trong cây Long não hay Dã hương
(Cinnamomum camphora), cây Đại bi (Blumea balsamifera) được dùng làm thuốc
trợ tim, để điều trị bong gân, sưng và viêm. Các hợp chất tritecpen trong cây Đinh
lăng (Polyscias fruticosa) làm thuốc tăng lực…
Tinh dầu thường có tính gây giãn mạch, kháng khuẩn, thường được dùng
trong điều trị cảm sốt, trị bệnh đường hô hấp. Ví dụ: Borneol trong cây Đại
- 14 -
bi (Blumea balsamifera) dùng làm thuốc cảm cúm, chữa cảm mạo, ho, sốt nóng làm
ra mồ hôi dưới dạng thuốc xông. Tecpinhidrat (từ các nguồn như dầu nhựa Thông,
oregano, Húng tây và Bạch đàn) dùng làm thuốc ho. Dược phẩm tecpin-codein chữa
ho long đờm trong điều trị viêm phế quản cấp hay mãn tính. Lupeol có tính kháng
khuẩn, chống viêm chống viêm khớp chủ yếu được tìm thấy trong cây ăn quả phổ
biến như Ô liu, Xoài, Dâu tây, Nho… có tác dụng có lợi như một tác nhân điều trị
và phòng ngừa cho một loạt các rối loạn. Hợp chất lupeol trong trái cây tìm thấy có
tác dụng tiêu diệt các khối u ung thư ở đầu và cổ. Tinh dầu hồi có tác dụng chữa ho,
viêm phế quản, giảm stress, giúp dễ tiêu. Tinh dầu Bạch đàn Chanh có tác dụng
phòng chống viêm họng, giảm các triệu chứng về hô hấp, giảm viêm khớp, chống
cảm cúm, tăng cường hệ miễn dịch.
Một số thành phần trong tinh dầu có tác dụng đặc biệt như gây tê, giúp tiêu
hóa, dẫn dụ côn trùng, kháng khuẩn, kháng ung thư, diệt ký sinh trùng, diệt
nấm…Ví dụ: Tinh dầu quế có tác dụng bổ dưỡng, hồi sinh, diệt khuẩn, làm nóng,
giảm đau, kích thích, chống nôn, giải độc cơ thể, được xem là một gia vị quý hiếm.
Tinh dầu quế được dùng làm thuốc khử nấm, chống dị ứng, ung thư dạ dày, tiêu
chẩy, chống oxi hóa, kháng lại H2O2 phá hủy tế bào. Phanesol trong cây Linh lang
(Medicago Sativa L.) có tác dụng dẫn dụ con đực của vài loại côn trùng nên đóng
vai trò quan trọng trong quá trình thụ phấn của cây. Linalool là một loại chất dẫn
xuất có thể tìm thấy trong Cam, Quýt, Xoài, các loài thảo mộc khác như là Húng
quế, Rau mùi, cây Bu lô hay hoa Oải hương. Ngửi chất linalool có thể mang đến
những hiệu quả về mặt sinh lý hóa, từ đó có thể làm cho mức độ căng thẳng giảm
xuống một cách đáng kể. Linalool còn dùng để diệt Bọ chét, Gián…
Các hợp chất secquitecpen lacton trong tinh dầu chiếm một vị trí quan trọng
trong lĩnh vực nghiên cứu do tác dụng độc tế bào, kháng ung thư, kháng trùng, diệt
côn trùng và diệt nấm của chúng. Đa số có vị đắng và có mùi khó chịu nên động vật
ăn cỏ và sâu bọ không ưa thích.
Artemisinin trong cây thanh hao hoa vàng (Artemisia annua) đã được sử dụng
để điều trị nhiễm ký sinh trùng đường ruột, trĩ chống viêm và làm thuốc chống sốt rét.
- 15 -
Tinh dầu Chanh được ứng dụng rộng rãi trong các ngành thực phẩm (như sản
xuất nước giải khát, bánh kẹo, đồ hộp, gia vị…), dược phẩm, hương liệu…Các cấu
phần dễ bay hơi trong tinh dầu Chanh đóng vai trò hàng đầu trong công nghệ sản
xuất các loại nước hoa và xà phòng thơm nổi tiếng trên thế giới như nước hoa
English Lavander, Chanel No.5. Trong các loại nước giải khát có gas, các loại thức
uống nhẹ đề không thể thiếu được mùi vị của tinh dầu Chanh, tinh dầu Chanh cũng
được sử dụng như một thành phần không thể thiếu trong các sản phẩm dưỡng da,
giữ ẩm da…
Tinh dầu vỏ Chanh và lá Chanh chứ limonen, citral là tiền chất quan trọng để
bán tổng hợp ra các chất có giá trị hơn trong ngành hương liệu như carvon,
ionon…tinh dầu Chanh cũng được sử dụng trong các sản phẩm gia đình như nước
rửa chén, nước khử mùi…
Trong tinh dầu họ Citrus ngoài các hợp chất chính là terpen cùng một số hợp
chất khác thuộc nhóm sesquiterpen trong tinh dầu của nhiều loại Cam, Chanh, Quýt
còn có một số hợp chất chứa oxigen (acol, adehit, ester). Các hợp chất chứa oxigen
dễ hòa tan trong nước và rượu có độ cồn thấp đồng thời có vị mát dịu, hấp dẫn của
hoa quả tươi. Do đó được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất nước hoa, kem
đánh răng, xà phòng thơm, dầu chải tóc, nguyên liệu dược phẩm và thực phẩm…
Ngoài tinh dầu trên các cơ quan thực vật của các loài thuộc giống Citrus còn
có một loại tinh dầu có tên gọi là “petitgrain”. Tinh dầu này được sản xuất từ lá và
nhánh non được cắt tỉa sau khi thu hoạch. Tinh dầu petitgrain được sử dụng như
thành phần của nước hoa do đặc tính khử mùi và mùi hương của chúng. Chúng
được sử dụng rộng rãi trong các trong các sản phẩm vệ sinh của gia đình.
1.3. Các phƣơng pháp trích ly tinh dầu [5, 6, 8, 7, 16]
1.3.1. Phƣơng pháp cơ học
Phương pháp cơ học bao gồm vắt, nạo, xát, ép. Phương pháp cơ học chủ yếu
dùng để trích ly vỏ của các trái thuộc chi Citrus như Cam, Chanh, Quýt, Bưởi…do
trong vỏ của chúng có chứa khá rất nhiều tinh dầu. Có thể tiến hành trích ly bằng
tay hoặc máy.
- 16 -
1.3.2. Phƣơng pháp tẩm trích.
Phương pháp này thường sử dụng để trích ly tinh dầu từ các loài hoa hoặc các
loại thực vật dùng làm gia vị. Có 2 phương pháp tẩm trích:
Tầm trích bằng dung môi không bay hơi: nguyên tắc dựa vào tinh dầu có khả
năng hòa tan trong chất béo của động vật, thực vật. Sản phẩm thu được là dầu hoặc
là mỡ bão hòa tinh dầu được gọi là sáp hoa có thể được sử dụng trực tiếp trong kĩ
nghệ mĩ phẩm hoặc trích ly lại với etanol để thu được tinh dầu tuyệt đối.
Tẩm trích bằng dung môi dễ bay hơi: 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 từ hoa mà còn dùng
để tận trích khi các phương pháp khác không trích ly hết hoặc dùng để trích ly các
loại nhựa dầu gia vị.
Nguyên tắc của phương pháp: dựa vào hiện tượng thẩm thấu hoặc khuếch tán
và hòa tan của tinh dầu có trong dung môi hữu cơ.
1.3.3. Phƣơng pháp hấp thụ
Phương pháp hấp phụ: gồm phương pháp ướp và phương pháp hấp phụ thụ
động học. Phương pháp này thường được sử dụng để trích ly tinh dầu từ các loại hoa.
Phương pháp ướp: một số loài hoa như hoa lài, hoa huệ…có khả năng đặc biệt
là sau khi thu hái vẫn có khả năng tiếp tục tổng hợp tinh dầu. Đồng thời dựa vào tính
chất của các chất béo động vật hay thực vật có khả năng hấp thụ những chất có khả
năng dễ bay hơi trên bề mặt của chúng. Do đó khi cho hoa tiếp xúc với các chất béo
trong khoảng thời gian nhất định, hương thơm của hoa sẽ được các chất béo hấp thụ.
Phương pháp hấp thụ động học: khi thổi không khí vào giữa các lớp hoa, tinh
dầu trong hoa sẽ bốc thơi theo không khí. Nếu không khí này được dẫn ngang qua
một cột chứa than hoạt tính (than gỗ hoặc than xương), hơi tinh dầu sẽ bị hấp thụ.
Thường xác hoa sau đó được tiếp tục tẩm trích bằng dung môi hữu cơ để lấy thêm
các cấu phần khó bay hơi.
1.3.4. Phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc
1.3.4.1. Lý thuyết chƣng cất
- 17 -
Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tan và lôi cuốn 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.
Khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ được tách ra ở nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính hóa học (sự 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 gặp lạnh tại ống sinh hàn và
được ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp (lớp tinh dầu bên trên và lớp nước ở bên
dưới) trong hệ thống ngưng tụ. 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. Trường hợp mô thực vật có chứa nhựa, sáp, axit béo dây dài mạch thẳng thì
cần nhiều hơi nước hơn và sự chưng cất phải được thực hiện trong thời gian dài vì
những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch
tán trở lên khó khăn.
1.3.4.2. Những ảnh hƣởng chính trong sự chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc
a. Sự khuếch tán
Ngay cả khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa tinh dầu
bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi. Ở nhiệt độ sôi
của nước phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ được 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 sẽ thẩm thấu 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 đừng để nguyên liệu bị khô. Tuy nhiên, nếu lượng nước
sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa
những cấu phần tan dễ trong nước.
- 18 -
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. Vì các cấu phần trong tinh dầu được chưng cất hơi nước
theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thường những hợp chất nào dễ hòa tan
trong nước sẽ được lôi cuốn trước. Thí dụ: khi chưng cất hơi nước hạt caraway, đối
với hạt không nghiền thì carvon (có nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong nước) sẽ
ra trước, còn limonen (có nhiệt độ sôi thấp, nhưng ít tan trong nước) sẽ ra sau.
Nhưng với hạt caraway nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại.
b. Sự thủy phân
Những cấu phần este trong tinh dầu dễ bị thủy phân cho ra acide 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.
c. Nhiệt độ
Nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy tinh dầu, do đó cần thiết phải dùng hơi nước quá
nhiệt (trên 100OC), nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưng
cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết. Thực ra, hầu hết các tinh dầu
đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt
độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt.
Tóm lại, dù 3 ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có
liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch
tán, thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy
cũng tăng theo.
1.3.4.3. Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp
a. Ƣu điểm
- Phương pháp này đơn giản dễ làm.
- Thiết bị rẻ tiền, gọn và dễ chế tạo.
- Phù hợp với những cơ sở sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít.
- Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản.
- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ.
- 19 -
- Thời gian chưng cất tương đối nhanh.
b. Nhƣợc điểm
Phương pháp này có nhược điểm như:
- Hiệu suất thấp.
- Chất lượng tinh dầu không cao do nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với thiết bị
nên dễ bị cháy khét.
- Khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất.
- Không hiệu quả đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp.
- Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu
phần dễ bị phân hủy.
- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất
định hương thiên nhiên rất có giá trị).
- Trong nước chưng luôn luôn còn một lượng tinh dầu tương đối lớn.
- Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.
1.3.5. Các phƣơng pháp mới trong trích ly tinh dầu [8]
1.3.5.1. Dung môi dioxit cacbon
Hiện nay CO2 lỏng được sử dụng như một dung môi để trích ly tinh dầu
(phương pháp SFE – Supercritical Fliud)
Nguyên tắc: lợi dụng tính chất khí CO2 có thể hóa lỏng ở áp suất cao, dùng
CO2 lỏng chiết tinh dầu ra khỏi nguyên liệu. Sau đó trả lại khí CO2 ở áp suất bình
thường và thu được tinh dầu. Khí CO2 được thu hồi lại và tiếp tục hóa lỏng để chiết
tinh dầu tạo thành chu trình khép kín.
CO2 lỏng có tính chọn lọc tốt, rẻ tiền, không độc hại như các dung môi khác và
tinh dầu thu được có chất lượng cao. Tuy nhiên phương pháp này chưa phổ biến do
giá thành thiết bị còn cao và lượng nguyên liệu còn hạn chế, điều kiện tối ưu để
trích ly còn phải khảo sát thêm.
1.3.5.2. Vi sóng
Nguyên tắc của phương pháp: nước trong tế bào rất nhanh sôi dưới sự chiếu xạ
của vi sóng. Trong thực vật tươi, nước hiện diện khắp các tế bào. Khi nước sôi áp
- 20 -
lực hơi nước làm vỡ các tế bào nhanh chóng, đồng thời lôi cuốn các hợp chất dễ bay
hơi dưới dạng hỗn hợp cùng với nước. Thêm vào đó các hợp chất hữu cơ phân cực
cũng nóng lên đồng thời với nước dưới tác dụng của vi sóng, việc này hỗ trợ thêm
việc chưng cất hơi nước đang xảy ra.
Tuy các phương pháp trên mới và hiện đại, cho hiệu suất trích ly tinh dầu và
chất lượng tinh dầu cao nhưng thực tế ít được sử dụng do chi phí thiết bị cao và đòi
hỏi kĩ thuật khá phức tạp.
1.4. Các dạng sản phẩm trong quá trình tách chiết tinh dầu
- Tinh dầu dạng cô kết (Concrete oil): thu được từ phương pháp ngâm chiết
tĩnh, chủ yếu là dùng để sản xuất tinh dầu thô. Đây là sản phẩm chưa loại sáp và
chất béo, có dạng sệt có thể được sử dụng trực tiếp.
- Tinh dầu tinh khiết (Absolute oil): được thu bằng cách chiết kiệt những sản
phẩm cô kết bằng một lượng etanol vừa đủ rồi làm lạnh đột ngột (-5 đến -100C) để
tủa và lọc để loại sáp và chất béo. Phần dịch thu được đem cô quay chân không loại
etanol thu được tinh dầu tinh khiết.
- Nước chưng (Bouquet): là phần nước còn lại sau khi lóng, gạn thu tinh dầu
trong phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước của các loại tinh dầu có giá trị cao
và có thể xem như một sản phẩm trong công nghệ hương liệu.
- Nhựa dầu tự nhiên (Resinoid): Dạng này được thu trực tiếp từ phần gỗ của
thân cây đang sống, từ nhựa này người ta chưng cất hơi nước để lấy tinh dầu.
- Cao tinh dầu (Pomade): là chất béo chứa chất thơm thu được trong phương
pháp ướp.
- Nước hoa (hydrosol): là phần nước ngưng được tách ra sau khi đã tách lấy
lớp tinh dầu. Loại hydrosol này chứa các cấu tử chất thơm dễ tan trong nước và một
ít tinh dầu kém tan nên vẫn còn mùi thơm nhẹ.
Ngoài ra, còn có các dạng sản phẩm nước hoa phối hợp giữa tinh dầu thiên nhiên
với hay tinh dầu tổng hợp hoặc bán tổng hợp hòa tan trong cồn, ngoài ra còn có chất
định hương. Các thành phần trong nước hoa được phối trộn theo một tỷ lệ chính xác
- 21 -
nghiêm ngặt để đảm bảo các yếu tố như độ bay mùi, cường độ và độ bền mùi của
sản phẩm.
1.5. Tình hình nghiên cứu về tinh dầu họ Citrus [2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 16]
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới [10, 12, 16]
Tinh dầu từ vỏ quả, lá và hoa của các cây thuộc họ Citrus là một chất tạo mùi
và hương thơm tự nhiên. Các nghiên cứu về tinh 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. Như Napapor
Thavanapong thuộc khoa Dược, Đại học Silpakorn, Thái Lan (2006) đã nghiên cứu
về tinh dầu từ vỏ và hoa của Bưởi; Dharmawan,J. thuộc khoa Hóa trường NUS của
Singapore (2008) nghiên cứu về đặc tính của hợp chất dễ bay hơi trong quả có múi
tại châu Á.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc [2, 3, 4, 6, 7, 8, 9]
Công trình nghiên cứu “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ Rutaceae”
của Nguyễn Minh Hoàng (2006).
Công trình nghiên cứu “Tách tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus
japonica Thumb.)” của Nguyễn Thị Lý và cộng sự.
Trịnh Hoàng Hiếu, Nguyễn Thị Thảo Trân, Lê Ngọc Thạch (2009) “Khảo sát
tinh dầu vỏ trái và lá tắc (Fortunella japonica “) - Trường ĐH khoa học tự nhiên,
ĐH quốc gia TP.Hồ Chí Minh. Đề tài này tiến hành khảo sát tinh dầu vỏ trái và lá
tắc, trên nhiều lĩnh vực: hiệu suất tối ưu theo các phương pháp ly trích, chỉ số vật lý
và hoá học, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học.
Đề tài tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả Quất”
(2012) của sinh viên Phạm Thị Mỹ Loan, trường Đại học Nha Trang.
Đề tài tốt nghiệp đại học “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Quất” (2012)
của sinh viên Phan Anh Quốc, trường đại học Nha Trang.
Công trình nghiên cứu “Khảo sát tinh dầu của bộ phận cây Chanh ta Citrus
aurantifolia (Christm.) Swingle họ Rutaceae”, Nguyễn Thị Thảo Trân (2007),
trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP Hồ Chí Minh.
- 22 -
Đề tài tốt nghiệp Đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi
(Citrus grandis (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.
Các công trình trong nước đều tập trung khảo sát thành phần hóa học và hoạt
tính sinh học của tinh dầu và chưa nghiên cứu đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu
suất chiết tinh dầu để làm cơ sở khoa học cho việc sản xuất trên quy mô công
nghiệp.
Vì vậy, trong đề tài này, em sẽ nghiên cứu các vấn đề sau:
- Xây dựng quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng
cất lôi cuốn hơi nước.
- Áp dụng quy trình để thu nhận tinh dầu từ lá Chanh. Sơ bộ tính chi phí
nguyên vật liệu.
- Xác định các chỉ số lý-hóa và thành phần hóa học của tinh dầu lá Chanh.
Đánh giá chất lượng tinh dầu thu nhận được.
- 23 -
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu chính
Nguyên liệu chính được sử dụng để tiến hành tách chiết tinh dầu trong đề tài là
lá cây Chanh ta (Citrus aurantifolia Swingle) trồng tại Diên Khánh - Khánh Hòa.
Thu hái và mua lá tại vườn trồng Chanh.
Lá Chanh được sử dụng để tách chiết tinh dầu phải tươi, không bị nấm mốc,
không bị hư hỏng, dập, úa, không bị sâu bệnh, lá đạt độ trưởng thành, không thu hái
lá quá non hoặc quá già vì những lá đó hàm lượng tinh dầu chứa trong lá ít.
Hình 2.1. Lá Chanh
2.1.2. Dụng cụ - thiết bị - hóa chất
a. Dụng cụ thiết bị
- Cân kỹ thuật 1 mg (Shimadzu, Nhật).
- Cân kỹ thuật 1 g (Việt Nam).
- Cân phân tích 0,1 mg (Satorius, Nhật).
- 24 -
- Bộ chưng cất tinh dầu định lượng, có hồi lưu kiểu Clevenger dùng cho tinh
dầu nhẹ hơn nước (ISOLAB, Đức).
- Bếp đun bình cầu 1000 ml (Trung Quốc).
- Máy xay điện (Sanyo, Nhật).
- Tủ sấy 1000OC (Memmert , Đức).
- Bình đo tỷ trọng 25 ml (Bomex, Trung Quốc).
- Buret, pipet, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh.
- Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ hai lần với thiết bị GC model G3440A
của hãng Agilent (Agilent, USA) ghép với detector MS/MS model Quattro micro
TMGC của hãng Waters (USA).
b. Hóa chất
- Nước cất.
- NaCl.
- Na2SO4 khan.
- KOH 0,1N và 0,5N.
- HCl 0,5N.
- Dung dịch chỉ thị phenolphtalein 1%.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu
Lá Chanh để tách chiết tinh dầu phải tươi, đạt độ trưởng thành của lá, không bị
sâu bệnh, lá sau khi thu hái mang đi rửa sạch bằng nước máy để loại bỏ tạp chất, bụi
bẩn sau đó tiến hành mang đi xử lý chưng cất lấy tinh dầu, trong đề tài nghiên cứu,
em lấy mẫu 100g cho một lần chưng cất tách tinh dầu.
2.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước.
- 25 -
2.2.3. Quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh dự kiến
Lá Chanh
Xử lý
Xay (3 phút )
Nghiên cứu tỷ lệ nước ngâm nguyên
liệu
Ngâm
Nghiên cứu nồng độ NaCl, thời gian
ngâm
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Nghiên cứu thời gian chưng cất
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Làm khan
Na2SO4 khan
Lắng gạn
Tinh dầu
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ lá Chanh
- 26 -
2.2.4. Bố trí thí nghiệm
2.2.4.1. Thí nghiệm xác định hàm lƣợng NaCl trong nƣớc ngâm chiết.
Mục đích: NaCl có tác dụng tốt trong quá trình tách chiết tinh dầu do NaCl có
tác dụng làm tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế bào, làm tăng độ phân cực
của dung dịch từ đó làm giảm lực tương tác giữa các cấu tử tinh dầu kém phân cực
với nước tạo điều kiện cho tinh dầu dễ dàng bay hơi khi chưng cất.
Lá Chanh
Xử lý
Xay
Bổ sung nước với nồng độ muối NaCl (w/v,%)
0
2,0
4,0
6,0
8,0
Ngâm
Chưng cất 80 phút
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn hàm lượng NaCl thích hợp
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ muối bổ sung trong nƣớc ngâm chiết
- 27 -
Cách tiến hành: lấy 100g nguyên liệu mang xử lý sau đó cho vào máy xay
điện, tiến hành xay ướt với dung dịch NaCl được pha với tỷ lệ lần lượt như trên, tỷ
lệ nước muối/nguyên liệu là 4/1. Xay nguyên liệu trong 3 phút. Chuyển toàn bộ
nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất, ngâm mẫu trong 2h sau đó
tiến hành chưng cất hỗn hợp trong 80 phút dưới áp suất khí quyển. Hỗn hợp sẽ bay
hơi sau khi gia nhiệt và đi qua ống sinh hàn. Tại đây tinh dầu ngưng tụ sau khi gặp
lạnh do có nước làm mát tại ống sinh hàn, tinh dầu nhẹ hơn nước nên sẽ phân li
thành 2 lớp, lớp trên là tinh dầu, lớp dưới là nước. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên
ống ngưng tụ có vạch đo trong mỗi mẫu chưng cất với điều kiện lần lượt như trên
và so sánh. Từ đó chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.2.4.2. Thí nghiệm xác định tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu
Mục đích: nước có tác dụng thẩm thấu các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan,
khuếch tán và lôi cuốn hơi nước và 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 ngoài dễ
dàng hơn. Thí nghiệm nước bổ sung nhằm xác định lượng nước bổ sung vào mẫu
khi ngâm nhằm đánh giá khả năng phân ly tinh dầu trong nguyên liệu.
Cách tiến hành: lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó
một lượng nước muối, trong đó tỷ lệ nước muối/nguyên liệu thay đổi lần lượt là:
2/1, 3/1, 4/1, 5/1, 6/1, 7/1 (v/w) (hàm lượng NaCl thích hợp được xác định từ lô
nguyên liệu trước). Xay mẫu 3 phút để làm dập nát mẫu. Sau đó chuyển toàn bộ
nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất, ngâm mẫu trong 2h và tiến
hành chưng cất hỗn hợp trong 80 phút dưới ấp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu thô
tách ra trên ống ngưng tụ (có khắc vạch thể tích) và so sánh thể tích tinh dầu thu được ở
các nồng độ khác nhau như trên. Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp.
- 28 Lá Chanh
Xử lý
Xay
Bổ sung nước với tỷ lệ nước/cái
2/1
3/1
4/1
5/1
6/1
7/1
Ngâm
Chưng cất 80 phút
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn tỷ lệ nước bổ sung thích hợp
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nƣớc bổ sung
2.2.4.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối
Mục đích: thời gian ngâm ảnh hưởng đến thể tích tinh dầu thu được bởi vì sự
thẩm thấu của muối và nước hay sự khuếch tán của các cấu tử tinh dầu ra môi
trường không thể thực hiện được ngay sau xay mẫu mà đòi hỏi phải có một thời
gian ngâm nhất định.
Sau khi xác định được hàm lượng NaCl, tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp,
muối và nước sẽ được ngâm chung với nguyên liệu. Tiến hành khảo sát thí nghiệm
xác định thời gian ngâm nước muối. Thí nghiệm được tiến hành với các thời gian
thay đổi như sau: 0h, 1h, 2h, 3h, 4h, 5h.
- 29 -
Cách thực hiện: lấy 100g nguyên liệu mang đi xử lý sau đó cho vào máy xay
điện, tiến hành xay ướt với dung dịch nước muối đã được xác định trên thí nghiệm
xác định nồng độ muối và tỷ lệ nước bổ sung vào mẫu. Xay trong 3 phút. Chuyển
toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất. Thay đổi thời gian
ngâm nguyên liệu lần lượt là: 0h, 1h, 2h, 3h, 4h, 5h. Sau đó, chưng cất hỗn hợp
trong 80 phút dưới áp suất khí quyển. Tinh dầu sẽ được ngưng tụ và phân ly khi gặp
lạnh ở ống sinh hàn. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ và so sánh. Từ
đó, chọn thời gian ngâm thích hợp.
Lá Chanh
Xử lý
Xay
Ngâm với thời gian (h)
0
1
2
3
4
5
Chưng cất 80 phút
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn thời gian ngâm thích hợp
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu
- 30 -
2.2.4.4. Thí nghiệm xác định thời gian chƣng cất
Mục đích: thời gian chưng cất ảnh hưởng lớn tới lượng tinh dầu thu được. Nếu
chưng cất trong thời gian quá ngắn thì lượng tinh dầu trích ly chưa hết hoàn toàn do
tinh dầu vẫn tồn tại trong tế bào tiết, do đó lượng tinh dầu thu được thấp. Ngược lại,
khi chưng cất quá thời gian quá dài thì tốn thời gian, tổn hao năng lượng và chất
lượng tinh dầu thu được cũng bị giảm đi đáng kể.
Lá Chanh
Xử lý
Xay
Ngâm với thời gian
Chưng cất (phút)
10
20
30
40
50
60
70
80
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Xác định thể tích tinh dầu thu được, chọn thời gian chưng cất thích hợp
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thì nghiệm xác định thời gian chƣng cất
90
- 31 -
Tiến hành: sau khi xác định được các thông số tối ưu như hàm lượng NaCl, tỷ
lệ nước/nguyên liệu, thời gian ngâm nước muối. Tiến hành khảo sát thời gian chưng
cất tối ưu. Lấy 100g mẫu đã được xử lý, mang xay với dung dịch nước muối đã tiến
hành xác định ở các thí nghiệm trước, chuyển mẫu đã xay vào bình cầu và ngâm với
thời gian đã được chọn ở lô thí nghiệm xác định thời gian ngâm mẫu. Sau đó mang
chưng cất mẫu dưới áp suất khí quyển.
Thí nghiệm tiến hành khảo sát thời gian chưng cất nguyên liệu với các khoảng
thời gian biến thiên từ 10 phút, 20 phút , 30 phút… thời gian chưng cất được khảo
sát bắt đầu tính từ khi có giọt tinh dầu đầu tiên rơi xuống ống xiphong, thường
xuyên theo dõi mẫu đang chưng cất và cứ sau 10 phút ghi lại thể tích tinh dầu thô
thu được trên ống ngưng tụ. Quá trình khảo sát thời gian chưng cất kết thúc tại thời
điểm mà thể tích tinh dầu đọc được trên ống xiphong không tăng nữa. Ghi lại thời
gian và thể tích tinh dầu.
2.2.5. Xác định hàm lƣợng ẩm trong nguyên liệu Chanh: bằng phương pháp sấy
đến khối lượng không đổi [1] (phụ lục1)
2.2.6. Xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh
dầu
2.2.6.1. Phƣơng pháp xác định các tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu [1]
Lượng tinh dầu sau khi chưng cất và làm khan được đem xác định các chỉ số
lý hóa như sau:
- Xác định tỷ trọng ở 25OC (d25): Phương pháp khối lượng, dùng bình đo tỷ
trọng (Phụ lục 2).
- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS):
Phương pháp chuẩn độ (Phụ lục 2).
2.2.6.2. Định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Chanh bằng
phƣơng pháp phân tích sắc kí khí ghép phối phổ GC-MS (phụ lục 5)
Xác định các cấu tử có trong tinh dầu lá Chanh tại Trung tâm Dịch vụ Phân
tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh (số 02 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1,
Tp.HCM) trên thiết bị sắc ký khí – ghép khối phổ. Việc định danh các thành phần
- 32 -
trong tinh dầu được thực hiện bằng cách dùng phần mềm cài đặt sẵn trên máy để so
sánh các phổ full-MS và MS/MS của từng cấu tử tách ra trên sắc ký đồ với các phổ
chuẩn có trong thư viện phổ.
Mức độ phù hợp giữa chất có trong mẫu nghiên cứu và chất đề nghị được tính
bằng đại lượng độ tương thích. Độ tương thích càng cao thì kết quả định danh càng
chính xác. Khi phổ khối của một chất phân tích hoàn toàn giống với phổ khối của
một chất chuẩn trong thư viện thì độ tương thích là được biểu thị là 1000. Độ tương
thích đạt trên 800 được xem là cho kết quả có độ tin cậy cao.
2.2.7. Phƣơng pháp xác định tỉ lệ khối lƣợng tinh dầu [1]
Tinh dầu thu được sau khi chưng cất ta đem tiến hành xác định tỉ lệ khối lượng
tinh dầu tách chiết được.
Tỉ lệ khối lượng tinh dầu thu hồi được tính theo công thức:
Trong đó:
η: Tỉ lệ khối lượng tinh dầu thu hồi tinh dầu (%).
Vtd: Thể tích tinh dầu thu được (ml).
Dtd: Tỷ trọng của tinh dầu (g/ml).
mNL: Khối lượng nguyên liệu đem đi chưng cất (g).
2.2.8. Phƣơng pháp xử lý số liệu
Các kết quả nghiên cứu đều là trung bình cộng của 3 lần xác định song song.
Xử lý số liệu và vẽ đồ thị bằng phần mềm MS Excel 2007.
Thống kê và xử lý kết quả bằng phần mềm SPSS.
- 33 -
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả xác định hàm lƣợng NaCl trong nƣớc ngâm, chiết
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.1 (bảng PL 3.1)
0,6
0,52; a
Thể tích tinh dầu (ml)
0,5
0,4; b
0,4
0,33; c
0,28; d
0,3
0,23; e
0,2
0,1
0,0
0
2
4
6
8
Nồng độ NaCl (%)
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ muối NaCl trong nƣớc ngâm, chiết tới thể
tích tinh dầu lá thu đƣợc
(Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa)
Thảo luận:
Nhìn vào kết quả thí nghiệm được thể hiện trên hình 3.1 trong phần bố trí thí
nghiệm để xác định hàm lượng muối NaCl bổ sung trong nước ngâm chiết ta thấy:
hàm lượng muối bổ sung trong khoảng khảo sát có ảnh hưởng có ý nghĩa tới lượng
tinh dầu thu được. Khi không dùng muối thể tích tinh dầu chưng cất thu được là
0,52ml. Nhưng khi sử dụng muối trong nước ngâm lá và tiến hành chưng cất thì
lượng tinh dầu lại giảm, cụ thể: sử dụng muối 2% lượng tinh dầu chưng cất thu
được là 0,4 ml và giảm theo chiều tăng của nồng độ muối, tới nồng độ khảo sát cuối
cùng khi tăng nồng độ muối tới 8% thì lượng tinh dầu thu được chỉ là 0,23 ml. Vậy
ta có thể kết luận việc sử dụng muối trong nước ngâm, chiết để tiến hành chưng cất
- 34 -
tinh dầu lá Chanh không có hiệu quả. Với một số nghiên cứu đã tiến hành thì kết
quả này có sự tương đồng với kết quả khảo sát của nguyên liệu lá Quất [7], tuy
nhiên cùng trong họ Citrus nhưng với nguyên liệu vỏ Quất và vỏ Bưởi thì việc sử
dụng muối trong nước ngâm lại có hiệu quả (vỏ Quất sử dụng nồng độ muối 10%
[4] và vỏ Bưởi Năm Roi sử dụng nồng độ muối 12,2% [6] trong quy trình chưng cất
lôi cuốn hơi nước thu tinh dầu). Điều này có thể được giải thích bởi bản chất
nguyên liệu và thành phần hóa học khác nhau trong nguyên liệu tiến hành chưng
cất.
Muối NaCl là hợp chất vô cơ 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 làm cho tinh dầu dễ tách ra
trong quá trình chưng cất. Tuy nhiên với nguyên liệu lá Chanh trong thành phần
tinh dầu của lá chứa nhiều gốc phân cực nên việc sử dụng muối trong trường hợp
này không có tác dụng, ngược lại còn làm giảm thể tích tinh dầu thu được. Do tinh
dầu lá Chanh chứa nhiều gốc phân cực nên sự có mặt của muối sẽ làm tăng khả
năng hòa tan các cấu tử tinh dầu phân cực vào nước chưng cất dẫn tới lượng tinh
dầu thu được giảm. Đồng thời khi cho muối vào trong nước ngâm chiết sẽ làm tăng
nhiệt độ sôi của dung dịch mẫu chưng cất trong khi tinh dầu lá Chanh chứa nhiều
các hợp chất dễ bị thủy phân ở nhiệt độ cao làm tổn hao lượng tinh dầu thu hồi. Như
vậy, tiến hành chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu lá Chanh sẽ không bổ sung
muối NaCl trong nước ngâm, chiết.
- 35 -
3.2. Kết quả xác định tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu (v/w) thích hợp
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2 (bảng PL 3.2)
0,6
0,52;c
Thể tích tinh dầu (ml)
0,5
0,4; b
0,39; b
0,4
0,37; d
0,34; e
0,3; a
0,3
0,2
0,1
0,0
2,0/1
3,0/1
4,0/1
5,0/1
6,0/1
7,0/1
Tỷ lệ nƣớc/lá
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc/lá Chanh đến thể tích tinh dầu thu đƣợc
(Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa)
Thảo luận:
Dựa vào kết quả sau khi tiến hành thí nghiệm được thể hiện trên hình 3.2. Ta
thấy được sự chênh lệch về thể tích tinh dầu thu hồi được ở mỗi tỷ lệ nước ngâm
khác nhau. Cụ thể tỷ lệ nước ngâm/nguyên liệu sử dụng ở tỷ lệ 2/1 thì thể tích tinh
dầu thu được chỉ là 0,3 ml, khi tăng tỷ lệ nước/nguyên liệu là 3/1 thì lượng tinh dầu
thu được tăng thêm 0,09 ml so với thể tích tinh dầu thu được ở tỷ lệ 2/1. Tiếp tục
khảo sát với tỷ lệ nước/nguyên liệu ở tỷ lệ 4/1 thì thể tích tinh dầu thu được tiếp tục
tăng, thể tích tinh dầu thu được là 0,52 ml. Như vậy việc tăng tỷ lệ nước ngâm để
tiến hành chưng cất tách tinh dầu có hiệu quả.
Tuy nhiên khi tiếp tục tăng tỷ lệ nước ngâm lên tỷ lệ cao hơn thì lượng tinh
dầu thu hồi không tăng mà lại giảm. Với tỷ lệ nước ngâm 5/1 thì lượng tinh dầu thu
- 36 -
được giảm xuống còn 0,4 ml, giảm 0,12 ml tinh dầu so với tỷ lệ nước/nguyên liệu
4/1. Khảo sát với tỷ lệ 6/1 thì lượng tinh dầu thu được là 0,37 ml và ở tỷ lệ nước
ngâm 7/1 thì lượng tinh dầu thu được giảm còn 0,34 ml.
Nguyên liệu lá Quất sử dụng lượng nước ngâm là 6/1 [7] trong khi nguyên liệu
lá Chanh chỉ sử dụng lượng nước ngâm tối ưu là 4/1, cùng là nguyên liệu lá nhưng
có sự khác nhau giữa tỷ lệ nước ngâm chiết. Sự khác biệt này có thể lý giải như sau:
bản chất nguyên liệu khác nhau nên với mỗi thông số khảo sát đều có sự khác nhau
trong kết quả thu được. Nguyên liệu lá Chanh có hàm ẩm cao hơn so với nguyên
liệu lá Quất (hàm ẩm của lá Chanh 68%, hàm ẩm lá Quất 60,8% [7]) nên có thể
lượng nước sử dụng trong quá trình chưng cất ít hơn đồng thời thành phần hóa học
của mỗi loại nguyên liệu là khác nhau nên lượng tinh dầu thu được sẽ tối ưu ở các
tỷ lệ khác nhau.
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. Nước thẩm thấu vào bên
trong tế bào chứa tinh dầu làm cho chúng trương phồng lên và khi sức chịu của màng
tế bào không đủ nó sẽ phá vỡ và giải phóng tinh dầu ra ngoài, tinh dầu sẽ bị lôi cuốn
theo hơi nước trong quá trình chưng cất. Nếu sử dụng lượng nước quá ít thì không đủ
để hòa tan lượng chất keo có trên màng tế bào, làm giảm tốc độ thẩm thấu của nước và
khuếch tán của tinh dầu, không phá vỡ được hết các túi tinh dầu cũng như không đủ
lượng nước cần thiết để lôi cuốn tinh dầu ra khỏi hỗn hợp. Do đó, lượng tinh dầu thu
được sẽ ít. Nhưng nếu tỷ lệ nước sử dụng quá cao thì các cấu tử có tính phân cực trong
tinh dầu sẽ hòa tan vào nước làm tổn thất lượng tinh dầu thu được.
Dựa vào kết quả khảo sát ta chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu 4/1 trong quy trình
chưng cất tinh dầu lá Chanh.
- 37 -
3.3. Kết quả xác định thời gian ngâm thích hợp
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.3 (bảng PL 3.3)
0,6
0,52; d
Thể tích tinh dầu (ml)
0,5
0,47; e
0,43; c
0,41; b
0,4; ab
0,4
0,39; a
0,3
0,2
0,1
0,0
0
1
2
3
4
5
Thời gian ngâm (h)
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến thể tích tinh dầu lá thu
đƣợc
(Các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa)
Thảo luận:
Từ kết quả khảo sát ta thấy thời gian ngâm trong khoảng khảo sát có ảnh
hưởng có ý nghĩa tới lượng tinh dầu thu được. Lượng tinh dầu thu được tăng theo
thời gian ngâm tuy nhiên nếu thời gian ngâm tiếp tục tăng tới một thời điểm nhất
định lại làm cho lượng tinh dầu giảm. Cụ thể khi không ngâm mẫu thì lượng tinh
dầu thu được là 0,4 ml, tiến hành ngâm mẫu trong 1h trước khi tiến hành chưng cất
thì lượng tinh dầu thu được là 0,43 ml như vậy lượng tinh dầu thu được sau khi tiến
hành ngâm mẫu 1h tăng thêm 0,03 ml so với mẫu không ngâm. Khi tiến hành ngâm
2h thì lượng tinh dầu thu được tiếp tục tăng, lượng tinh dầu thu được là 0,52 ml.
Nhưng nếu tăng thời gian ngâm lên 3h thì lượng tinh dầu thu được bắt đầu có xu
- 38 -
hướng giảm, với thời gian ngâm 3h lượng tinh dầu thu được là 0,47 ml và khảo sát
ở thời gian ngâm 5h thì lượng tinh dầu thu được giảm còn 0,39 ml.
Nguyên liệu lá Chanh sử dụng thời gian ngâm tối ưu lá 2h trong khi nguyên
liệu lá Quất và vỏ Quất sử dụng thời gian ngâm là 3h [4,7], nguyên liệu vỏ Bưởi
Năm Roi có thời gian ngâm là 2,31h [6]. Như vậy lá Chanh có thời gian ngâm tối
ưu ngắn hơn so với các nguyên liệu khác bởi bản chất nguyên liệu và thành phần
các cấu tử tinh dầu trong mỗi loại khác nhau nên có sự khác nhau giữa các thông số
khảo sát.
Nước có tác dụng thẩm thấu vào tế bào và làm khuếch tán các cấu tử tinh dầu
có trong tế bào ra ngoài môi trường, tạo điều kiện cho việc chưng cất tinh dầu dễ
dàng hơn và tăng lượng tinh dầu thu hồi. Để thực hiện được chức năng đó thì cần có
thời gian để nước thẩm thấu vào trong tế bào và phát huy tối đa tác dụng của nó. Do
vậy nếu ta không ngâm mẫu thì lượng tinh dầu thu hồi được ít hơn so với mẫu có
ngâm trong một thời gian nhất định. Tiến hành khảo sát ta thấy thời gian thích hợp
để ngâm mẫu lá Chanh trước khi tiến hành chưng cất là 2h, nếu thời gian quá ngắn
thì nước chưa phát huy được tác dụng của nó, ngược lại nếu quá thời gian tối ưu thì
các cấu tử tinh dầu phân cực hòa tan trong nước dẫn tởi thất thoát lượng tinh dầu
thu hồi, đồng thời nếu thời gian ngâm quá lâu thì các cấu tử tinh dầu dễ bị phân hủy
bởi ánh sáng môi trường xung quanh tạo thành các cấu tử bay hơi cũng làm thất
thoát tinh dầu (mẫu ngâm chứa trong bình cầu thủy tinh).
- 39 -
3.4. Kết quả xác định thời gian chƣng cất thích hợp
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.4 (bảng PL 3.4)
0,6
0,52
0,5
Thể tích tinh dầu (ml)
0,52
0,52
0,52
0,49
0,45
0,39
0,4
0,30
0,3
0,2
0,16
0,1
0,0
0
20
40
60
Thời gian chƣng cất (phút)
80
100
Hình 3.4. Tỷ lệ khối lƣợng tinh dầu thu đƣợc trong các thời gian chƣng cất
khác nhau
Thảo luận:
Nhìn vào đồ thị biểu diễn ta thấy lượng tinh dầu thu được tăng theo thời gian
chưng cất và khi đạt tới mức tối đa thì lượng tinh dầu thu được không tăng thêm dù
có tăng thời gian chưng cất. Thể tích tinh dầu đọc được trên ống xiphong tăng theo
thời gian chưng cất có sự khác biệt trong từng giai đoạn chứ không hề tăng đều cho
tới khi đạt thể tích tinh dầu tối đa. Cụ thể trong giai đoạn đầu ta dễ thấy lượng tinh
dầu thu thoát ra khỏi mẫu nhiều. Trong 20 phút đầu của giai đoạn chưng cất thể tích
tinh dầu tăng nhanh: 10 phút đầu lượng tinh dầu thu được là 0,16 ml, tại thời điểm
20 phút chưng cất lượng tinh dầu thu được là 0,3 ml tăng thêm 0,14 ml so với thể
tích tinh dầu đọc được trên ống xiphong tại thời điểm 10 phút chưng cất. Tuy nhiên
từ sau 30 phút chưng cất thì lượng tinh dầu thu được tăng nhưng với tốc độ chậm
- 40 -
hơn, thể tích tinh dầu đọc được sau 30 phút chưng cất là 0,39 ml tăng 0,9 ml trong
10 phút. Thể tích tinh dầu tiếp tục tăng và đạt mức tối đa tại thời điểm chưng cất là
60 phút với thể tích tinh dầu thu được là 0,52 ml. Sau 60 phút chưng cất, khảo sát
các khoảng thời gian sau đó thể tích tinh dầu không tăng tiếp nữa. So với nguyên
liệu lá Quất thời gian chưng cất tối ưu là 80 phút [7], vỏ Quất: 70 phút [4], vỏ Bưởi:
102,42 phút [6] thì thời gian chưng cất tối ưu của lá Chanh nhanh hơn so với các
nguyên liệu trên.
Kết quả trên được giải thích như sau: thời gian đầu chưng cất lượng tinh dầu
thu được tăng nhanh do lúc đầu trong nguyên liệu còn chứa nhiều tinh dầu, tốc độ
bay hơi và khuếch tán của các cấu tử trong tinh dầu cao nên lượng tinh dầu thu
được nhiều, tại các thời điểm sau tinh dầu trong mẫu ít hơn do bay hơi ngưng tụ
trước đó và giảm dần cho tới khi tinh dầu được lôi cuốn hết trong quá trình chưng
cất. Thời gian chưng cất tối ưu cho mẫu lá Chanh là 60 phút.
- 41 -
3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh
Lá Chanh
Xử lý
Xay (3 phút )
Ngâm
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Tỷ lệ nước/nguyên liệu(v/w): 4/1
Nồng độ NaCl(w/v): 0%
Thời gian ngâm nước: 2h
Thời gian chưng cất: 60 phút
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Làm khan
Na2SO4 khan
Lắng gạn
Tinh dầu
Hình 3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh
- 42 -
 Thuyết minh quy trình:
1. Chuẩn bị nguyên liệu:
Sử dụng lá Chanh tươi, xanh và không bị sâu, hỏng. Lá đạt độ trưởng thành,
không sử dụng những lá quá non hoặc quá già do những lá này chứa lượng tinh dầu
ít. Lá Chanh sau khi chọn lựa mang rửa sạch và làm ráo để loại bỏ tạp chất, bụi bẩn
và nấm mốc trên lá. Tiến hành cân chính xác 100g lá sau đó cắt nhỏ mẫu để tạo điều
kiện cho việc xử lý ở công đoạn sau. Trường hợp nguyên liệu không có sẵn mà phải
trữ mẫu thì sau khi xử lý mẫu, ta đem bảo quản mẫu trong túi PE và cấp đông để
bảo quản cho tới khi sử dụng.
2. Xay
Lá Chanh sau khi cắt nhỏ ở công đoạn chuẩn bị nguyên liệu ta tiến hành mang
xay lá để tạo điều kiện cho các cấu tử tinh dầu tách ra khỏi các tế bào trong lá. Xay
nguyên liệu với nước, tỷ lệ nước/nguyên liệu 4/1 (v/w). Cho nguyên liệu vào máy
xay, tiến hành xay ướt trong 3 phút sau đó chuyển toàn bộ nguyên liệu sau khi xay
vào bình cầu của thiết bị chưng cất.
3. Ngâm
Nguyên liệu xay xong chuyển vào bình cầu của hệ thống chưng cất và tiến
hành ngâm mẫu trong 2h tạo điều kiện cho các cấu tử trong tinh dầu thoát ra khỏi tế
bào thuận tiện cho quá trình chưng cất. Lắp kín thiết bị để tránh thất thoát tinh dầu
do trong tinh dầu có chứa nhiều este dễ bay hơi, nếu không lắp kín thiết bị thì sẽ bị
thất thoát tinh dầu ra môi trường ngoài.
4. Chưng cất
Ngâm mẫu sau 2h ta bắt đầu tiến hành chưng cất, bộ chưng cất sử dụng là bộ
chưng cất lôi cuốn hơi nước kiểu Clevenger có hồi lưu nước, gia nhiệt bằng bếp
điện dòng điện 220V. Thiết bị lắp kín, mở van xả nước làm mát, bật bếp điện tiến
hành gia nhiệt. Hỗn hợp sôi sẽ bốc hơi nước, hơi nước đi qua ống sinh hàn, tại ống
sinh hàn hơi nước sẽ được làm mát nhờ nước làm mát bên ngoài ống, hơi ngưng tụ
và rơi xuống ống xiphong. Áp suất chưng cất bằng với áp suất khí quyển. Quá trình
chưng cất cứ tiếp tục cho tới khi lượng tinh dầu được lôi cuốn ngưng tụ dưới ông
xiphong không đổi.
5. Ngưng tụ
- 43 -
Hỗn hợp hơi nước được lôi cuốn bay hơi trong quá trình chưng cất được
ngưng tụ tại ống sinh hàn chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng và rơi xuống ống
xiphong.
6. Phận ly
Hỗn hợp thu được có nước và tinh dầu, để yên hỗn hợp thu được trong ống
xiphong của thiết bị, tinh dầu lá Chanh nhẹ hơn nước nên sẽ nổi lên phía trên nước
phân thành 2 pha rõ rệt, pha nước ở dưới và tinh dầu ở trên. Mở van xả phía dưới
ống xiphong để xả hết pha nước ở dưới, đến khi còn tinh dầu trong ống thì lấy bình
hứng tinh dầu để thu hồi tinh dầu.
7. Làm khan
Tinh dầu thu được sau khi chưng cất còn lẫn nước, nếu không loại nước ra
khỏi tinh dầu thì tinh dầu sẽ bị hư hỏng do trong tinh dầu chứa nhiều hợp chất phân
cực dễ bị oxi hóa. Loại nước trong tinh dầu bằng muối NaSO4 do muối này có tính
hút nước. Tùy vào lượng nước còn lại trong tinh dầu mà sử dụng lượng muối làm
khan khác nhau. Cho NaSO4 vào bình chứa tinh dầu thô, lắc đều và quan sát tới khi
thấy các tinh thể muối NaSO4 bắt đầu rời ra là được.
8. Lắng gạn – thu tinh dầu
Sau khi làm khan tiến hành lắng gạn tinh dầu, để lắng hỗn hợp sau đó chuyển
phần tinh dầu đã được làm khan vào lọ sẫm màu, đậy kín và mang đi bảo quản ở
2OC – 4OC.
3.6. Kết quả xác định hàm lƣợng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh
Bảng 3.1. Kết quả xác định hàm lƣợng ẩm trong lá Chanh
Mẫu
Thí
nghiệm
Cốc trước
khi sấy
G1(g)
Cốc sau
khi sấy
G2(g)
Độ ẩm (%)
1
31,9919
30,6318
68
Lá Chanh
Độ ẩm
trung
bình(%)
68,1
2
31,8096
30,4465
68,16
3
31,9021
30,5392
68,14
Độ ẩm trung bình trong lá Chanh từ kết quả thí nghiệm thu được là 68,1%. Kết
quả này cho thấy hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh tuy không quá cao
- 44 -
nhưng cũng chứa khá nhiều nước. Hàm ẩm xấp xỉ 70% so với hàm ẩm của lá Quất
là 60,8% [7] thì hàm ẩm của lá Chanh cao hơn 7,3%. Với giá trị hàm ẩm 68,1%
trong quá trình chưng cất cần thiết phải bổ sung nhiều nước để tăng khả năng thẩm
thấu của nước vào các mô nguyên liệu, phá hủy hệ keo và lôi cuốn các thành phần
hữu cơ trong tinh dầu lá Chanh. So với nguyên liệu lá Quất thì lá Chanh sử dụng
lượng nước thấp hơn được giải thích một phần do hàm ẩm của lá Chanh cao hơn lá
Quất, cụ thể lượng nước sử dụng trong quy trình chưng cất lôi cuốn tinh dầu lá
Chanh là 4/1 trong khi lá Quất là 6/1 [7].
3.7. Kết quả xác định tỷ lệ khối lƣợng tinh dầu
Bảng 3.2. Tỷ lệ khối lƣợng tinh dầu tách chiết từ lá Chanh
Khối lượng
nguyên liệu tươi
(g)
Thể tích tinh dầu
(ml)
Tỷ lệ khối lượng
tinh dầu (%(w/w))
1
100,00
0,52
0,45
2
100,00
0,51
0,45
3
100,01
0,52
0,45
Trung bình
100,00
0,52
0,45
Thí nghiệm
Chưng cất tinh dầu theo phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước theo các
thông số tối ưu đã khảo sát. Kết quả thu được cho thấy hiệu suất tách chiết tinh dầu
lá Chanh là 0,45% (w/w) tính theo nguyên liệu tươi. Hiệu suất tách tinh dầu của lá
Quất là 0,67% (w/w) [7], hiệu suất tách tinh dầu của vỏ Quất là 2,6% (w/w) [4],
hiệu suất tách tinh dầu của vỏ Bưởi Năm Roi là 1,25 % (w/w) [6]. So với hiệu suất
tách chiết tinh dầu của một số nguyên liệu thuộc họ Citrus thì hiệu suất tách tinh
dầu lá Chanh trong nghiên cứu này nhìn chung không cao.
- 45 -
3.8. Kết quả đánh giá tính chất cảm quan và xác định các chỉ số hóa lý của sản phẩm
3.8.1. Tính chất cảm quan của sản phẩm
Sản phẩm tinh dầu lá Chanh thu được sau khi chưng cất đem tiến hành đánh
giá cảm quan, kết quả đánh giá cảm quan thu được trong bảng sau:
Bảng 3.3. Bảng mô tả tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh
Tính chất cảm quan
Chỉ tiêu
Độ trong
Kết quả
Trong suốt
Màu sắc
Mùi
Vị
Màu vàng
nhạt
Mùi thơm đặc
trưng của tinh
dầu lá Chanh
Có vị đắng
3.8.2. Kết quả xác định các chỉ số hóa - lý của sản phẩm
Các chỉ số hóa lý của sản phẩm được thể hiện ở bảng 3.4 (xem các bảng PL
4.1, bảng PL 4.2, bảng PL 4.3, bảng PL 4.4)
Bảng 3.4. Kết quả xác định các chỉ số hóa lý của tinh dầu lá Chanh
Sản
phẩm
Tỷ trọng
(d25)
Chỉ số axit
(IA)
Chỉ số xà
phòng hóa
(IS)
Chỉ số este
(IE)
Tinh dầu lá
Chanh
0,8731
4,72
47,19
42,47
Giá trị tỷ trọng của tinh dầu lá Chanh ở 25OC là 0,8731 nhỏ hơn 1 tức tinh dầu
lá Chanh nhẹ hơn nước nên có thể tách chiết tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp
chưng cất lôi cuốn hơi nước, đồng thời giá giá trị tỷ trọng xấp xỉ 0,9 chứng tỏ tinh
dầu nhẹ hơn nước không nhiều, điều này giải thích một phần tại sao tinh dầu lá
Chanh thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ít do nó nặng gần
bằng nước nên một phần các cấu tử tinh dầu bị thất thoát do tan vào trong nước.
Chỉ số axit của tinh dầu lá Chanh là 4,72 chỉ số này khá thấp nên tinh dầu lá
Chanh có tính chất bền, khó bị nhựa hóa hoặc biến chất. Chỉ số xà phòng hóa (IE =
47,19) và chỉ số este (IS = 42,47) của tinh dầu lá Chanh khá cao (so với một số loại
- 46 -
tinh dầu thuộc họ Citrus) chứng tỏ trong thành phần tinh dầu lá Chanh có chứa
nhiều các hợp chất dễ bay hơi và sôi ở nhiệt độ thấp, khi chưng cất tinh dầu dễ bị
thất thoát do các hợp chất này bay hơi và phân hủy thành các sản phẩm phụ, điều
này giải thích tại sao tinh dầu lá Chanh thu được sau khi chưng cất ít và trong quy
trình không sử dụng muối để chưng cất do nếu có muối thì nhiệt độ sôi của hỗn hợp
sẽ tăng cao, sự thất thoát các cấu tử tinh dầu sẽ nhiều hơn.
3.9. Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu
Thành phần hóa học của tinh dầu lá Chanh được xác định bằng phương pháp
sắc kí khí, ghép phối phổ GC/MS. Kết quả phân tích mẫu tinh dầu được thể hiện
trọng bảng 3.5. Phổ MS và công thức hóa học của một số cấu tử chính trong tinh
dầu lá Chanh (phụ lục 7).
Bảng 3.5. Kết quả phân tích GC/MS của tinh dầu lá Chanh
STT
Tên
%
1
D-Limonene
18,98
2
β-Linalool
0,92
3
R-(+)-Citronellal
0,44
4
2-(4-methyl-3-cyclohexen-1-yl)-2-Propanol
0,16
5
Cis-Geraniol
16,18
6
Tran-Geraniol
18,64
7
β-Citral
13,97
8
α-Citral
26,72
9
Caryophyllene
3,99
100
- 47 -
- Từ kết quả phân tích thành phần tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp sắc kí
khí, ghép phối phổ GC/MS cho thấy: trong thành phần tinh dầu lá Chanh chứa 9 cấu
tử và đều thuộc nhóm terpen và dẫn xuất của terpen, chiếm thành phần nhiều nhất là
Citral sau đó tới Geraninol và Limonene, chiếm lượng ít hơn là một số cấu tử còn
lại. Cụ thể:
 D-Limonene, β-Linalool, R-(+)-Citronellal, Cis-Geraniol, α-Citral, β-Citral,
Tran-Geraniol đều thuộc nhóm monoterpenoid: chứa một nhóm terpen trong cấu
tạo của chúng tức n = 1 trong công thức (C10H16)n. Trong đó Cis-Geraniol, TranGeraniol, β-Linalool có bản chất là rượu và R-(+)-Citronellal, α-Citral, β-Citral là
những chất có chứa oxi.
 2-(4-methyl-3-cyclohexen-1-yl)-2-Propanol, Caryophyllene thuộc nhóm
sesquiterpene trong đó 2-(4-methyl-3-cyclohexen-1-yl)-2-Propanol có bản chất là rượu.
Như vậy trong thành phần hóa học của tinh dầu lá Chanh chứa các hợp chất
terpen, là những hợp chất phân cực đồng thời chiếm một thành phần lớn có bản chất
của rượu, những hợp chất này dễ tan trong nước, dễ bị bay hơi và thủy phân ở nhiệt
độ cao, dễ tổn thất lượng tinh dầu trong quá trình chưng cất. Điều này giải thích tại
sao trong quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu ta sử dụng lượng nước
chưng cất với tỷ lệ 4/1 và không sử dụng muối đồng thời thời gian chưng cất ngắn
(60 phút) và thể tích tinh dầu lá Chanh thu được sau khi tách mẫu đạt tối đa 0,52ml
tinh dầu/100g mẫu. So với mẫu cùng áp dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi
nước để thu tinh dầu như lá Quất thể tích tinh dầu thu được là 0,71ml tinh dầu/100g
[7], mẫu vỏ Quất thể tích tinh dầu thu được là 3,14 ml/100g mẫu [4], mẫu vỏ Bưởi
Năm Roi thể tích tinh dầu thu được là 1,49ml tinh dầu/100g mẫu [6] thì thể tích tinh
dầu của lá Chanh thu được trong quy trình chưng cất tối ưu không cao. Sự khác biệt
này là do đặc điểm riêng của từng loại nguyên liệu: lượng và thành phần cấu tử tinh
dầu trong các loại nguyên liệu khác nhau.
Từ kết quả phân tích trên ta thấy cần phải tiến hành thử nghiệm chiết rút tinh
dầu lá Chanh bằng nhiều phương pháp khác nhau và đánh giá hiệu suất thu được để
- 48 -
có sự đánh giá chính xác hơn về thành phần, đặc tính của tinh dầu lá Chanh cũng
như tìm được phương pháp tách chiết tinh dầu lá Chanh tối ưu nhất.
3.10. Tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu
Bảng 3.6. Ƣớc tính chi phí nguyên vật liệu để tách tinh dầu từ 10kg lá Chanh
trong phòng thí nghiệm
STT
Nguyên vật liệu
Lƣợng sử
dụng
Đơn giá
(VNĐ)
Thành tiền
(VNĐ)
1
Lá Chanh
10kg
20.000
200.000
2
Nước cất
0,5m3
6.000
3.000
3
Nước máy
2m3
3.000
6.000
4
NaSO4 công nghiệp
0,5kg
95.000
47.500
5
Lọ sẫm màu
5 chiếc
3.000
15.000
Tổng cộng
271.500
Lượng tinh dầu tách chiết được từ 10kg lá Chanh là 52ml vậy để sản xuất
10ml tinh dầu lá Chanh thì chi phí ước tính là:
(271,500/52)*10 = 52.221 (VNĐ)
Với giá 53.000 VNĐ ước tính chi phí cho sản xuất 10 ml tinh dầu lá Chanh thì
giá thành này tương đối hợp lý, thấp hơn so với giá bán tinh dầu lá Chanh trên thị
trường hiện nay (giá bán tinh dầu lá Chanh hiện nay trên thị trường từ 90.000 VNĐ
đến 110.000 VNĐ).
Tuy nhiên chi phí này chưa phải là rẻ, để đưa quy trình vào sản xuất ở quy mô
công nghiệp ta cần hạ thấp giá thành sản xuất, muốn hạ giá thành cần hạ thấp giá
của nguyên liệu mua vào, tiết kiệm nước sử dụng và tìm cách thu hồi NaSO4 trong
quá trình làm khan, hoàn lưu nước làm mát ống sinh hàn trong quá trình chưng cất
để tiết kiệm chi phí.
- 49 -
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
a. Các điều kiện thích hợp để tách chiết tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp
chưng cất lôi cuốn hơi nước như sau:
- Tỷ lệ nước/nguyên liệu: 4/1 (v/w)
- Nồng độ muối NaCl: 0 %
- Thời gian ngâm mẫu: 2h
- Thời gian chưng cất: 60 phút
- Tỷ lệ khối lượng tinh dầu lá Chanh tách chiết được là 0,45%(w/w)
b. Tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh: trong suốt, màu vàng nhạt, có vị
đắng, có mùi thơm đặc trưng của tinh dầu lá Chanh.
c. Các chỉ số vật lý và hóa học của tinh dầu lá Chanh:
-
Tỷ trọng: 0,8731
-
Chỉ số axit (IA): 4,72
-
Chỉ số xà phòng hóa (IE): 42,47
-
Chỉ số este (IS): 47,19
d. Xác định thành phần các cấu tử trong tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp
sắc kí ghép phối phổ (GC-MS) xác định được trong tinh dầu lá Chanh chứa 9 cấu tử
trong tinh dầu lá Chanh và các cấu tử đều thuộc nhóm terpen và dẫn xuất của chúng
(terpenoid).
2. Kiến nghị
1/ Tiếp tục nghiên cứu tách chiết tinh dầu lá Chanh bằng các phương pháp
khác nhau, các phương pháp mới hiên đại hơn như phương pháp chiết bằng CO2 tới
hạn, kết hợp vi sóng…hoặc tách chiết bằng dung môi hữu cơ để tìm ra phương pháp
tối ưu nhất, cho hiệu suất thu hồi tinh dầu lá Chanh cao hơn phương pháp chưng cất
lôi cuốn hơi nước.
2/ Nghiên cứu các hoạt tính sinh học của tinh dầu để tăng khả năng ứng dụng
của tinh dầu lá Chanh trong các lĩnh vực: y học, dược phẩm, mĩ phẩm..và nhất là
trong ngành thực phẩm.
- 50 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Phan Thị Trân Châu, Nguyễn Thị Hiên, Phùng Gia Tường (1997), “Thực hành
hóa sinh học”, NXB Giáo Dục.
2. Nguyễn Minh Hoàng (2006), “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ
Rutaceae”, khoa Công nghệ Sinh học, Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh.
3. Nguyễn Thị Lý, Lê Thị Đề Oanh, Phan Thị Bảo Vy, Huỳnh Mai Thảo, “Tách
tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus japonica Thumb.)”, Hội nghị khoa học và
công nghệ lần 9, Khoa công nghệ hóa học-Đại học Bách Khoa TP. HCM.
4. Phạm Thị Mỹ Loan (2012), “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả Quất”,
Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, Đại học Nha Trang.
5. Nguyễn Văn Minh, “Các phương pháp sản xuất tinh dầu”, Báo điện tử
http://www.ioop.org.vn/vn/ - Viện nghiên cứu dầu và cây có dầu - Bản tin khoa học
công nghệ.
6. Nguyễn Đắc Phát (2010), “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi
(Citrus grandis (L.) Osbeck var. grandis) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi
nước”, Khoa Chế Biến, Đại học Nha Trang.
7. Phan Anh Quốc (2012), “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Quất”, Khoa Công
Nghệ Thực Phẩm, Đại học Nha Trang.
8. Nguyễn Thị Thảo Trân (2007),“Khảo sát tinh dầu của bộ phận cây Chanh ta
Citrus aurantifolia (Christm.) Swingle họ Rutaceae”, Đại học Khoa Học Tự Nhiên
TP. Hồ Chí Minh.
9. Nguyễn Thị Thảo Trân, Trịnh Hoàng Hiếu, Lê Ngọc Thạch, “Khảo sát tinh dầu
vỏ trái và lá tắc”(Fortunella japonica, Thumb), Tạp chí phát triển KH&CN, Tập
12, Số 10 – 2009, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM.
TIẾNG ANH
10. Ahmad, M. M., Salim-ur-rehman, Anjum, F. M., Bajwa, E. E. (2006),
Comparative physical examination of various Citrus peel essential oil, Int. J. Agri.
Biol., Vol. 8, No. 2, p.186-190.
- 51 -
11. AOAC International CD-ROM (2000), AOAC Official Method 945.06, Specific
Gravity (Apparent) of Distilled Liquors, Pycnometer Method .
12. Dharmawan, J., (2008), Characterization of Volatile Compounds in selected
Citrus Fruits from Asia, Doctor Thesis, Dept. Chemistry, NUS, Singapore.
13. Gentry, T. (2002), Analysis of Citrus Oils, Current Protocols in Food Analytical
Chemistry , G1.5.1-G1.5.24
14. Handa, S. S., Khanuja, S. P. S., Longo, G., Rakesh, D. D. (2008), Extraction
technologies for Medicinal and Aromatic Plants, United Nations Industrial
Development Organization and the International Centre for Science and High
Technology.
15. Sun, J., (2007), D-Limonene: Safety and Clinical Applications, Alt. Med.
Review, Volume 12, No.3, p.259-264.
16. Thavanapong, N. (2006), The essential oil from peel and flower or Citrus
Maxima, Master Thesis, Dept. Pharmacology, Silpakorn University.
INTERNET
17. http://tinhdau.vn
18.http://www.ioop.org.vn/vn/NCTK/Thanh-Tuu-Cua-Vien/Ban-Tin-Khoa-HocCong-Nghe/Vai-Tro-Cua-Tinh-Dau-Trong-Doi-Song-Thuc-Vat/.
19. http://yhocbandia.com.vn/index.php/hoat-dong/nghien-cuu/1367-hoat-chatsinh-hoc-cua-nhom-tecpenoit/
20. http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tong-quan-tai-lieu-ve-cay-chanh-citrus-limoniaosbeck-1651/
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Phương pháp xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh
a. Nguyên tắc
- Dùng nhiệt độ cao để làm bay hơi hết nước trong mẫu phân tích.
- Dựa vào hiệu khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy để tính hàm lượng
ẩm có trong mẫu phân tích.
b. Tiến hành
- Chuẩn bị cốc sấy: cốc sấy rửa sạch trước khi đem sấy, sau đó để ráo và
mang đi sấy cốc ở 100OC÷10OC trong 30 phút. Sau đó lấy cốc ra khỏi tủ sấy, làm
nguội bên bình hút ẩm và mang đi cân. Cốc được sấy tới khối lượng không đổi
trước khi cho mẫu vào sấy xác định hàm ẩm.(khối lượng cốc sấy không đổi tức hiệu
khối lượng cốc giữ 2 lần cân liên tiếp chênh lệch nhau không quá 5.10-4 g)
- Chuẩn bị mẫu: nguyên liệu rửa sạch và để cho ráo nước bên ngoài sau đó
mang cắt nhỏ, cân chính xác G (g) mẫu cho vào cốc sấy đã được sấy tới khối lượng
không đổi. Cân cốc chứa mẫu có khối lượng G1 (g) và mang đi sấy. Sấy mẫu trong
tủ sấy ở nhiệt độ 100OC÷10OC trong vòng 2h sau đó lấy mẫu ra làm nguội bên bình
hút ẩm rồi mang đi cân, quá trình sấy tiếp tục lặp lại như vậy cho tới khi khối lượng
cốc chứa mẫu đạt khối lượng không đổi G2 (g).
Hàm lượng nước trong nguyên liệu tính theo công thức:
%H2O = (G1 – G2)/G*100%
Trong đó:
G: khối lượng mẫu mang phân tích (g).
G1: khối lượng mẫu trước khi sấy (g).
G2: khối lượng mẫu sau khi sấy (g).
Phụ lục 2. Phương pháp xác định chỉ số hóa lý của tinh dầu
1. Xác định tỷ trọng của tinh dầu.
Nguyên tắc: Tỷ trọng của tinh dầu là tỉ số khối lượng tinh dầu trên khối lượng
của cùng một thể tích nước cất ở cùng nhiệt độ (thường xác định ở 25OC).
Cách xác định:
- Bình đo tỷ trọng (pycnometer) được rửa sạch bằng metanol, sấy nhẹ cho khô
rồi cho vào tủ điều nhiệt ở 25OC trong 30 phút. Sau đó lấy ra cân nhanh ta được
khối lượng của bình là mO .
- Cho tinh dầu (đã được làm lạnh ở 25OC) vào đầy tới cổ bình, đậy nút, lau
khô phần tinh dầu tràn, sau đó cho vào tủ ổn nhiệt ở 25OC trong 30 phút. Sau đó
lấy ra cân nhanh ta được khối lượng là m1.
- Làm tương tự như trên nhưng thay tinh dầu bằng nước cất, sau đó đem cân
ta được khối lượng là m2.
Khi đó tỷ trọng của tinh dầu ở 25OC được xác định như sau:
d25 = (m1- mO)/(m2- mO)
2. Xác định chỉ số axit (IA) [1]
Nguyên tắc: Chỉ số axit là số mg KOH cần thiết để trung hòa các axit tự do có
trong 1gam tinh dầu.
RCOOH + KOH → RCOOK + H2O
Cách tiến hành:
- Lấy 1g tinh dầu cho vào bình nón 100 ml, thêm 10 ml etanol 96O và lắc cho
tinh dầu tan hoàn toàn.
- Sau đó cho vào bình 3 giọt phenolphtalein 1%, chuẩn độ bằng KOH 0,1N
đến xuất hiện màu hồng bền trong 30 giây. Thực hiện 3 lần, ghi thể tích dung dịch
KOH 0,1N đã dùng.
Tính kết quả:
IA= (V* 5,61)/G
Trong đó:
IA: chỉ số axit (mg KOH/g).
V: số ml KOH 0,1N đã dùng để chuẩn độ.
5,61: số miligam KOH tương đương với 1ml KOH 0,1N.
G: khối lượng tinh dầu đem phân tích (gam).
3. Xác định chỉ số xà phòng hóa (IS)
Nguyên tắc: Chỉ số xà phòng là số mg KOH cần thiết để trung hòa tất cả các
axit tự do và axit kết hợp dưới dạng este có trong 1 gam chất béo. Tiến hành xác
định lượng KOH cần dùng theo nguyên tắc chuẩn độ ngược.
Bước 1: Thêm dư KOH để xà phòng hóa este và trung hòa acid tự do:
RCOOR’ + KOH → RCOOK + R’OH
RCOOH + KOH → RCOOK + H2O
Bước 2: Chuẩn độ lượng KOH còn dư bằng dung dịch chuẩn HCl:
KOH + HCl → KCl + H2O
Cách tiến hành: Lấy 2 bình nón 100 ml
- Cho vào bình 1: (bình kiểm tra) 1ml nước cất và 15ml KOH 0,5 N.
- Cho vào bình 2: (bình thí nghiệm) 1g tinh dầu và 15ml KOH 0,5 N.
- Đun cách thủy các bình 1 và 2 (có lắp ống hoàn lưu) trong 50 phút, sau đó
để nguội. Thêm vào mỗi bình 15ml nước cất và 3 giọt phenolphtalein 1%, lắc đều,
dung dịch có màu hồng. Chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,5N đến khi mất màu hồng.
Ghi thể tích HCl đã dùng để chuẩn độ.
Cách tính kết quả:
IS= (V2- V1)*28,05/G
Trong đó:
IS: chỉ số xà phòng (mg KOH/g).
V2: thể tích HCl 0,5 N chuẩn độ bình kiểm tra (ml).
V1: thể tích HCl 0,5 N chuẩn độ bình thí nghiệm (ml).
G: khối lượng tinh dầu đem phân tích (gam).
28,05: số miligam KOH tương đương với 1 ml KOH 0,5 N.
4. Xác định chỉ số este (IE)
Nguyên tắc:
Chỉ số este là số mg KOH cần thiết để trung hòa lượng axit béo liên kết với
glyxerol được giải phóng khi xà phóng hóa 1gam dầu. Do đó, chỉ số este được tính
bằng hiệu giữa chỉ số xà phòng và chỉ số axit.
Tính kết quả:
IE= IS- IA
Trong đó:
IE: chỉ số este (mg KOH/g).
IS: chỉ số xà phòng (mg KOH/g).
IA: chỉ số axit (mg KOH/g).
Phụ lục 3: Kết quả thể tích tinh dầu thu được khi chưng cất ở các lô thí nghiệm
Bảng PL 3.1
Bảng PL 3.1.a. Thể tích tinh dầu lá Chanh thu được ở các nồng độ muối NaCl
ngâm chiết khác nhau.
Nồng độ muối (w/v,%)
0
2
4
6
8
Thể tích tinh dầu (ml)
0,52
0,4
0,33
0,28
0,23
Bảng PL 3.2.b. Các bảng số liệu xử lý bằng excel và phần mềm SPSS của thí
nghiệm xác định nồng độ muối bổ sung
Nồng độ muối
0
2
4
6
8
Thể tích tinh dầu
0,52
0,4
0,33
0,28
0,23
SD
0,01
0,02
0,01
0,01
0,01
ANOVA
the_tich_tinh_dau
Sum of
Squares
df
Mean Square
F
Sig.
Between Groups
,152
4
,038
355,844
,000
Within Groups
,001
10
,000
Total
,153
14
the_tich_tinh_dau
Subset for alpha = 0,05
nong_do
Duncana
_muoi
N
1
8
3
,2267
6
3
4
3
2
3
0
3
Sig.
2
3
4
5
,2800
,3267
,3967
,5167
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
Bảng PL 3.2
Bảng PL 3.2.a. Thể tích tinh dầu lá Chanh thu được ở các tỷ lệ nước/nguyên liệu
(v/w) khác nhau
Tỷ lệ nước/lá (v/w)
2/1
3/1
4/1
5/1
6/1
7/1
Thể tích tinh dầu (ml)
0,3
0,39
0,52
0,4
0,37
0,34
Bảng 3.2.b. Các bảng số liệu xử lý bằng excel và phần mềm SPSS của thí nghiệm
xác định tỷ lệ nước/lá
Tỷ lệ nước/lá
2,0/1
3,0/1
4,0/1
5,0/1
6,0/1
7,0/1
Thể tích tinh dầu
0,3
0,39
0,52
0,4
0,37
0,34
SD
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
ANOVA
the_tich_tinh_dau
Sum of
Squares
df
Mean Square
F
Sig.
Between Groups
,083
5
,017
166,500
,000
Within Groups
,001
12
,000
Total
,084
17
the_tich_tinh_dau
Subset for alpha = 0,05
ty_le_nuoc_tren_
nguyen_lieu
N
1
2
3
4
5
Dunc
2
3
ana
7
3
6
3
3
3
,3900
5
3
,4000
4
3
Sig.
,2967
,3400
,3667
,5167
1,000
1,000
1,000
,244
1,000
Bảng PL 3.3
Bảng PL 3.3.a. Thể tích tinh dầu lá thu được ở các thời gian ngâm nước khác nhau
Thời gian ngâm (h)
Thể tích tinh dầu (ml)
0
1
2
3
4
5
0,4
0,43
0,52
0,47
0,41
0,39
Bảng 3.3.b. Các bảng số liệu xử lý bằng excel và phần mềm SPSS của thí nghiệm
xác định thời gian ngâm mẫu
Thời gian ngâm
0
1
2
3
4
5
Thể tích tinh dầu
0,4
0,43
0,52
0,47
0,41
0,39
SD
0,01
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
ANOVA
the_tich_tinh_dau
Sum of
Squares
df
Mean Square
F
Sig.
Between Groups
,037
5
,007
111,000
,000
Within Groups
,001
12
,000
Total
,038
17
the_tich_tinh_dau
Subset for alpha = 0,05
thoi_gian
_ngam
Duncana
N
1
5
3
,3867
0
3
,3967
4
3
1
3
3
3
2
3
Sig.
2
3
4
5
,3967
,4067
,4267
,4667
,5167
,159
,159
1,000
1,000
1,000
Bảng PL 3.4. Thể tích tinh dầu lá thu được trong các thời gian chưng cất khác nhau
Kết quả
Thời gian chưng cất
Thể tích tinh dầu thu được (ml)
(phút)
10
0,16
20
0,30
30
0,39
40
0,45
50
0,49
60
0,52
70
0,52
80
0,52
90
0,52
Phụ lục 4. Kết quả các chỉ số hóa lí của tinh dầu lá Chanh.
Bảng PL4.1. Kết quả xác định tỷ trọng tinh dầu lá Chanh
Thí
Khối lượng
Khối lượng
Khối lượng
Kết quả
nghiệm
bình ở 25OC,
bình chứa
bình chứa
xác định
m0 (g)
tinh dầu ở
nước cất ở
tỷ trọng
25OC, m1 (g)
25OC, m2 (g)
Mẫu
Lá
1
17,352
18,5
18,667
Chanh
2
17,369
18,253
18,382
3
17,398
18,420
18,569
0,8731
Bảng PL 4.2. Kết quả xác định chỉ số axit (IA) của tinh dầu lá Chanh
Mẫu
Thí nghiệm
Thể tích KOH
Thể tích KOH
0,1N (ml)
0,1 trung bình
IA
(ml)
Lá Chanh
1
0,80
2
0,90
3
0,82
0,84
4,72
Bảng PL 4.3. Kết quả xác định chỉ số xà phòng (IS) của tinh dầu lá Chanh
Mẫu
Thí
Thể tích HCl 0,5N
Thể tích HCl 0,5N
nghiệm
dùng để chuẩn độ bình
dùng để chuẩn độ
thí nghiệm
bình kiểm tra
V1 (ml)
IS
V2 (ml)
1
15,45
17,12
Lá
2
14,78
16,45
Chanh
3
15,80
17,52
47,19
Bảng PL 4.4. Kết quả xác định chỉ số este (IE) của tinh dầu lá Chanh
Mẫu
Chỉ số axit (IA)
Lá Chanh
Chỉ số xà phòng (IS)
4,72
47,47
Chỉ số este
(IE)
42,47
Bảng PL 4.5. Bảng chỉ số hóa lý của một số loại tinh dầu thuộc họ Citrus
Loại tinh dầu
IA
IE
IS
Bưởi da xanh
0,79
10,64
11,43
3,65
30,85
34,5
1,46
16,39
17,38
Lá Quất
Cam sành
Phụ lục 5: Phương pháp phân tích sắc kí khí ghép phối phổ (GC/MS)
1. Nguyên lý hoạt động của sắc ký khí
Sắc ký khí là một phương pháp tách chất, trong đó pha động là chất khí (gọi
là khí mang) và pha tĩnh được chứa trong cột ở dạng chất rắn hoặc dạng lỏng được
phủ lên trên bề mặt chất mang trơ dạng rắn hay phủ đều lên trên thành phía trong
của cột, tùy thuộc vào bản chất pha tĩnh chia thành hai loại sắc ký khí:
+ Nếu pha tĩnh là một chất hấp phụ rắn thì kỹ thuật phân tích được gọi là sắc
ký khí -rắn.
+ Nếu pha tĩnh là chất lỏng được gắn lên bề mặt của chất mang trơ hoặc được
phủ dưới dạng một lớp phim mỏng lên thành trong của cột mao quản thì kỹ thuật
này được gọi là sắc ký khí-lỏng.
Hình PL5.1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị GC
Khi hoạt động khí mang (1) sẽ đi qua cổng tiêm mẫu (2) có nhiệt độ cao và
mang theo các chất bay hơi từ từ mẫu đi qua cột (3). Cột sắc ký được đặt trong
buồng nhiệt độ (4) có thể thay đổi nhiệt độ theo thời gian giúp cho quá trình tách
các chất xảy ra trong cột khi chúng đi từ đầu đến cuối cột, do sự tương tác giữa các
chất với pha tĩnh trên cột khác nhau do đó thời gian chúng đi từ đầu đến cuối cột sẽ
khác nhau. Vì thế mà mỗi chất sẽ đi ra khỏi cột tại một thời điểm khác nhau (gọi là
thời gian lưu của chất phân tích).
Như vậy các chất sẽ được tách ra khỏi nhau khi đi ra khỏi cột, mỗi chất sau
khi ra khỏi cột sẽ được thu nhận ở dạng tín hiệu điện bởi các detector theo nhiều cơ
chế khác nhau tùy từng loại detector. Sau đó tín hiệu này được truyền đến bộ phận
ghi nhận và xử lý dữ liệu (6), dữ liệu này được hiển thị thành pic trên sắc ký đồ.
2. Thiết bị khối phổ hai lần MS/MS
* Sơ đồ cấu tạo của detector MS/MS
Hình PL5.2. Sơ đồ cấu tạo của detector khối phổ MS/MS
1. GC oven (Lò chứa cột GC)
7. Post-filter (Lọc sau cột)
2. GC interface (Điểm ghép nối giữa 8. Hexaple Collision Cell (Khu phân
GC và MS)
mảnh lần 2)
3. Removable inner source (Nguồn bên 9. Quadrupole 2 (Bộ phân tích MS tứ
trong)
cực lần 2, MS2)
4. Isolation valve (Van cách ly)
10. Conversion Dynode (Bộ chuyển tín
hiệu)
5. Pre-filter (Lọc trước)
11. Phostor (Bộ dynot nhân quang
phospho)
6. Quadrupole 1 (Bộ phân tích MS tứ
cực lần 1, MS1)
Như vậy về cơ bản dựa vào chức năng hoạt động, thiết bị khối phổ có thể chia
ra làm 3 khu vực chức năng: khu vực ion hóa, khu vực phân tách ion, khu vực phát
hiện.
* Nguyên tắc hoạt động
Hỗn hợp chất phân tích sau khi đi qua cột tách trên GC sẽ được phân tách
thành các hợp chất riêng lẽ lần lượt đi vào thiết bị MS qua cổng nối (2), nhiệt độ
của cổng nối thường ở 2500C, sau đó đi vào các khu vực của MS.
- Khu vực ion hóa (Ion source)
Tại đây các chất sẽ bị ion hóa để tạo thành các ion. Có nhiều phương pháp để
tiến hành ion hóa, tuy nhiên trong mỗi lần phân tích thì chỉ có một kỹ thuật ion hóa
được sử dụng (tùy vào nguồn ion hóa được lắp đặc trên máy). Tùy thuộc vào chất
phân tích và vào điều kiện chạy mà ta có thể sử dụng các kỹ thuật ion hóa khác
nhau.
- Cơ chế phân mảnh ion theo kỹ thuật EI (Electron Ionization): Đây là một
kỹ thuật phân mãnh phổ biến nhất, có lẽ là chuẩn nhất hiện nay.
Các phân tử khi đi vào nguồn, đây là một tứ cực hoặc có thể là một bẫy ion có
hiệu điện thể rất cao. Khi các phân tử bay hơi đi vào khu vực ion hóa, khu vực chân
không có nhiệt độ cao lên đến 200OC, tại đây các phân tử bị va chạm với dòng e tự
do được phát ra từ một sợi filament có năng lượng lớn (70eV) và dòng lên đến
50μA, sự va chạm mạnh này làm phát sinh nhiều mãnh phân tử tích điện + hoặc có đặc tính riêng của từng chất và có độ lặp lại cao. Sau đó dòng ion sẽ được
hướng về phía bẫy ion (trap plate), thực ra đây là một điện cực có điện thế cao
được tích điện ngược dấu với các mãnh ion cần thu nhận, nếu tích điện (-) thì sẽ
cho dòng các mãnh ion (+) đi qua và loại bỏ các mãnh ion tích điện (-), đây gọi là
kỹ thuật ion hóa dương (EI+) nếu ngược lại gọi là kỹ thuật ion hóa âm (EI-). Dòng
ion sau đó được hướng vào bộ phận gia tốc (acceleration plate) rồi tập trung thành
dòng lớn để đi vào bộ phận phận phân tích khối của MS. Đây là một kỹ thuật ion
hóa cứng và sản phẩm tạo ra gồm nhiều các mảnh phổ có tỉ lệ m/z thấp, và nếu có
thì chỉ tồn tại một lượng rất ít mảnh có khối lượng phân tử. Ngược lại với kỹ thuật
ion hóa cứng là kỹ thuật ion hóa mềm, sự phân mãnh ion dựa vào sự va chạm của
các phân tử chất phân tích với các phân tử khí được đưa vào.
Hình PL5.3. Cơ chế sphaan mãnh theo kĩ thuật EI
- Cơ chế phân mảnh ion theo kỹ thuật CI (Chemical Ionization):
Trong kỹ thuật ion hóa hóa học một tác nhân khí thường là methan hay
amoniac được đưa vào trong khối phổ. Tùy vào kỹ thuật ion hóa dương (PCI) hay
âm (NCI) khí sẽ phản ứng với các eletron, chất phân tích để tạo ra các ion. Đây là
kỹ thuật ion hóamềm, sản phẩm tạo ra có phần lớn các mãnh khối có m/z lớn hơn so
với kỹ thuật ion hóa cứng. Vì vậy, ưu điểm của kỹ thuật này là tạo ra các mãnh khối
có khối lượng mãnh bằng với khối lượng phân tử.
* Bộ phân tách ion (Ion Analyzer)
Sau khi được đi ra khỏi khu vực nguồn ion các ion sẽ đi vào khu vực phân
tích.
Có nhiều kỹ thuật phân tích khối lượng khác nhau có thể được dùng trong
thiết bị MS như sử dụng bộ phân tích tứ cực, bộ phân tích bẫy ion tứ cực, bộ phân
tích thời gian bay… nhưng mục đích cuối cùng là chọn được ion cần thiết.
- Bộ phân tích tứ cực (Quadrupole Analyser):
Tứ cực được cấu tạo bởi 4 thanh điện cực song song tạo thành một khoảng
trống để các ion bay qua. Một trường điện từ được tạo ra bằng sự kết hợp giữa
dòng một chiều và dòng xoay chiều tần số RF. Các tứ cực được đóng vai trò như
một bộ lọc khối. Khi một trường điện từ được áp vào, các ion chuyển động trong nó
sẽ dao động phụ..thuộc vào tỉ số giữa m/z và trường RF. Chỉ những ion có tỉ số m/z
phù hợp mới có thể đi qua được bộ lọc này.
- Bộ phân tích bẫy ion tứ cực (Quadrupole Ion-Trap Mass Analyser)
Loại thiết bị này bao gồm một điện cực vòng (ring electrode) với nhiều điện
cực bao xung quanh, điện cực đầu cột (end-cap electrode) ở trên và ở dưới. Trái
với lại thiết bị tứ cực ở trên, các ion sau khi đi vào bẫy ion theo một đường cong ổn
định được bẫy lại cho đến khi một dòng xoay chiều tần số RF được đặt trên điện
cực vòng. Các ion có dao động phù hợp với dao động của dòng xoay chiều tần số
RF thì sẽ được định hướng đi về phía detector. Vì điện áp RF có thể thay đổi được
trong hệ thống này do đó ta thu được một phổ khối lượng đầy đủ. Các ion tồn tại
trong bẫy có thể được chọn riêng và phân tích theo sự khác nhau về m/z, đồng thời
có thể chọn riêng và thực hiện quá trình bắn phá để thu được các mảnh ion con, từ
đó thực hiện phân tích theo m/z của ion con (khối phổ 2 lần). Về nguyên tắc các ion
có thể tồn tại trong bẫy thời gian đủ lâu có thể thực hiện đến MS n lần, tuy nhiên
trong thực tế thường chỉ có khả năng thực hiện đến khối phổ 3 lần.
Bộ phân tích thời gian bay (Time of Flight Analyser)
Phân tích thời gian bay dựa trên cơ sở gia tốc các ion tới detector với cùng
một năng lượng. Do các ion có cùng năng lượng nhưng lại khác nhau về khối lượng
nên thời gian đi tới detector sẽ khác nhau. Các ion nhỏ hơn sẽ đi tới detector nhanh
hơn do có vận tốc lớn hơn còn các ion lớn hơn sẽ đi chậm hơn, do vậy, thiết bị này
được gọi là thiết bị phân tích thời gian bay do tỉ số m/z được xác định bởi thời gian
bay của các ion. Thời gian bay của một ion tới detector phụ thuộc vào khối lượng,
điện tích và năng lượng động học của các ion. Độ phân giải của bộ phân tích thời
gian bay thấp nhưng nó có ưu điểm là khối lượng ion có thể phân tích không bị hạn
chế. Như vậy, sau khi đi qua bộ tứ cực thứ nhất (MS1) các ion được chọn sẽ vào
khu vực trung gian Collosion Cell. Tại đây do va đập với khí va chạm, khí Ar, các
ion bị vỡ thành các ion có khối lượng nhỏ hơn. Đây chính là lần phân mãnh thứ hai
trước khi đi vào MS2. Nguyên tắc hoạt động của MS2 hoàn toàn giống với MS1.
* Bộ phận phát hiện (Detector)
Sau khi đi ra khỏi thiết bị phân tích khối lượng, các ion được đưa tới phần
cuối của thiết bị khối phổ là bộ phận phát hiện ion. Bộ phận phát hiện cho phép
khối phổ tạo ra một tín hiệu của các ion tương ứng từ các electron thứ cấp đã được
khuếch đại hoặc tạo ra một dòng do điện tích di chuyển. Có hai loại bộ phận phát
hiện phổ biến: bộ phận phát hiện nhân electron và bộ phận phát hiện nhân quang.
Bộ phận phát hiện nhân electron là một trong những detector phổ biến nhất, có độ
nhạy cao. Các ion đập vào bề mặt dinot làm bật ra các electron. Các electron thứ
cấp sau đó được dẫn tới các dinot tiếp theo và sẽ tạo ra electron thứ cấp nhiều hơn
nữa, tạo thành dòng các electron. Bộ phận phát hiện nhân quang cũng giống như
thiết bị nhân electron, các ion ban đầu đập vào một dinot tạo ra dòng các electron.
Khác với detector nhân electron, các electron sau đó sẽ va đập vào một màn chắn
phôtpho và giải phóng ra các photon. Các photon này được phát hiện bởi một bộ
nhân quang hoạt động như thiết bị nhân electron. Ưu điểm của phương pháp này là
các ống nhân quang được đặt trong chân không nên loại bỏ được các khả năng
nhiễm bẩn.
Phụ lục 6: Một số hình ảnh
Bộ chưng cất tinh dầu định lượng, có
hồi lưu kiểu Clevenger dùng cho tinh
dầu nhẹ hơn nước (ISOLAB, Đức)
Tinh dầu lá Chanh thô ngưng
tụ trong quá trình chưng cất
Mẫu lá Chanh đang được
chưng cất
Mẫu lá Chanh đang trong thời
gian ngâm trước khi chưng cất
Hình ảnh tinh dầu lá Chanh thu
được sau khi chưng cất
Thiết bị xay nguyên liệu lá
Chanh
Phụ lục 7: Phổ MS và công thức hóa học của một số cấu tử chính trong tinh dầu
lá Chanh