Chưng cất tinh dầu Tiêu bằng một số phương pháp ở quy mô phòng thí nghiệm.pdf

Nhiệm vụ luận văn: Khảo sát quy trình chung cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước.. Khảo sát quy trình chưng cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp chưng cất trực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYÊN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỤC PHÁM VÀ MÔI TRƯỜNG

, ‘ÝN 'V er S'

NGUYEN TAT THANH

LUẬN VÀN TÓT NGHIỆP

Tên đề tài:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỤC PHẤM VÀ MÔI TRƯỜNG

csÍIIbơ

LUẬN VÀN TÓT NGHIỆP

Tên đề tài:

CHUNG CẤT TINH DẰU TIÊU BẰNG MỘT SÓ PHƯƠNG PHÁP

Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

Sinh viên thực hiện : Đặng Thị Câm Hương

Mã sô sinh viên : 1511541830

Chuyên ngành : Hóa hữu cơGiáo viên hướng dần: Th.s Nguyễn Đình Phúc

Tp.HCM, tháng 10 năm 2019

TRƯỜNG ĐH NGUYỀN TÁT THÀNH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Tp. Hồ Chi Minh, ngày thảng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: ĐẶNG THỊ CÂM HƯƠNG Mã số sinh viên: 151 1541830

1 Tên đề tài:

CHƯNG CÁT TINH DÀƯ TIÊU BẲNG MỘT SÓ PHƯƠNG PHÁP

Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

2 Nhiệm vụ luận văn:

Khảo sát quy trình chung cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước

Khảo sát quy trình chưng cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Khảo sát quy trình chưng cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp chưng cất trực tiếp

có sự hồ trợ của lò vi sóng

Phân tích thành phần tinh dầu tiêu đen

3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 31/05/2019

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ luận văn: 29/9/2019

5 Người hướng dần: Ths Nguyễn Đình Phúc

Họ và tên Học hàm, học vị Đơn vị Phần hướng dầnNguyền Đình Phúc Thạc sĩ BM Công nghệ Kỳ thuật Hóa Học 100% Nội dung và yêu cầu của luận văn đã được thông qua bộ môn

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

ThS Nguyễn Đình Phúc ThS Nguyễn Đình Phúc

LỜI CẢM ƠN

Đe hoàn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn tới quý thầy cô trong khoa

Kỳ thuật Thực phẩm và Môi trường đà tận tình giảng dạy và hướng dần trong suốt quá trình học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại Khoa, để giúp em nắm vững các kiến thức ngành cũng như các kĩ năng thực hành cần thiết

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Th.s Nguyền Đình Phúc đã tận tình hướng dần trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp Cảm ơn thầy đã dành thời gian truyền đạt những kinh nghiệm của thầy cũng như động viên và hồ trợ trong suốt quá trình học tập để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này

Ngoài ra, em cũng xin cảm ơn các anh chị ở phòng Thí nghiệm đã tạo điều kiện tốt nhất để em có the những thí nghiệm trong thời gian làm luận văn này tại phòng thí nghiệm

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên như em, luận văn này cũng không tránh khỏi sự thiếu sót Em rất mong nhận được ý kiến góp ý của các thầy cô để em có the trau dồi và học hỏi thêm kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu, nâng cao ý thức để có thể phục vụ tốt hơn công việc thực tế sau này.Sau cùng, em xin kính chúc sức khỏe các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Thực phẩm và Môi trường

Trân trọng

Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Sinh viên

Đặng Thị Cẩm Hương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả của đề tài "Chưng cất tinh dầu tiêu bằng một số phương pháp ở quy mô phòng thỉ nghiệm” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi đã thực hiện dưới sự hướng dần của ThS Nguyễn Đình Phúc Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, không sao chép của bất cứ ai, và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình khoa học của nhóm nghiên cứu nào khác cho đến thời điểm hiện tại

Neu không đúng như đã nêu trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình và chấp nhận nhùng hình thức xử lý theo đúng quy định

TP Hồ Chí Minh ,Ngày tháng năm

Tác giả luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TÓM TẮT LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

Tinh dầu tiêu đen được chưng cất bằng các phương pháp ở quy mô phòng thí nghiệm bao gom: phương pháp chưng cất trực tiếp, phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, phương pháp chưng cất trực tiếp có sự hồ trợ của vi sóng ở các điều kiện khác nhau như: thời gian chưng cất, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, tốc độ hóa hơi của nước, sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất tinh dầu khác nhau, ứng với phương pháp chưng cất trực tiếp với cái thông số: nồng độ NaCl dùng đe ngâm nguyên liệu là 2%, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi là 1/15, thời gian chưng cất là 60 phút và cho ra hiệu suất tốt nhất là 2,19% ứng với phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ứng với các thông số: Tốc độ hóa hơi là 0,13 ml/s, khối lượng nhập liệu là 500g, thời gian chưng cất là 60 phút và cho ra hiệu suất tốt nhất là 1,57% ứng với phương pháp chưng cất trực tiếp có sự hồ trợ cùa lò vi sóng tỷ lệ 1/4 tương ứng công suất chưng cất là 380W, thời gian chưng cất là 30 phút

và cho ra hiệu suất là 1,4% Ket quả phân tích GC-MS của từng phương pháp chưng cất tinh dầu tiêu đen có các thành phần chính là a-Pinene, P-pinene, Camphene, Ô-3- Carene, Limonene, E-Caryophyllene, a-Copaene, p-Myrcene, a-Phellandrene, Terpinolene, a-Humulene, a-Terpinene, Linalool, Caryophyllene oxide,

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CẢM ƠN iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP V MỤC LỤC vii

DANH MỤC BẢNG X DANH MỤC HÌNH xi

DANH MỤC TỪ VIÉT TẮT xiii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CÁP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN cứu 1

1.2.1 Mục tiêu tồng quát 1

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 2

Chương 2 TỐNG QUAN 3

2.1 NGUYÊN LIỆU: 3

2.1.1 Giới thiệu: 3

2.1.2 Sản lượng tiêu: 8

2.1.3 Công dụng của hạt tiêu: 8

2.2 SẢN PHÀM: 9

2.2.1 Giới thiệu về tinh dầu: 9

2.2.2 Tinh dầu tiêu đen: 10

2.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU: 12

2.4 TỐNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUNG CẤT TINH DẦU TIÊU: 15

Chương 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 18

3.1 NGUYÊN LIỆU 18

3.2

dụng cụ

3.2.1 Dụng cụ: 18

3.2.2 Thiết bị: 20

3.2.3 Hóa chất: 21

3.3 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIÉM NGHIÊN cứu 22

3.3.1 Thời gian nghiên cứu 22

3.3.2 Địa điểm nghiên cứu 22

3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 23

3.4.1 Quy trình công nghệ 23

3.4.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của quá trình chưng cất: 24

3.4.3 Sơ đồ nghiên cứu 29

3.4.4 Bố trí thí nghiệm 30

3.5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 32

3.6 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ số LIỆU 32

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 33

4.1 CÁC YÉU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHUNG CÁT: 33

4.1.1 Phương pháp chưng cất trực tiếp: 33

4.1.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước: 35

4.1.3 Phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước có sự hồ trợ của lò vi sóng 38 4.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH: 40

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 42

5.1 KÉT LUẬN 42

5.2 KHUYẾN NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC A - PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 47

DANH MỤC BANG

Bảng 2.1: Giá trị dinh dường của hồ tiêu tính trên 5,8g hạt tiêu 7

Bảng 3.1: Dụng cụ cần thiết 18

Bảng 3.2: Các thiết bị cần thiết 20

Bảng 3.3: Hóa chất cần dùng 21

Bảng 3.4: Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát khối lượng 25

NaCl dùng để ngâm 25

Bảng 3.5: Điều kiện chưng cất cùa quá trình khảo sát khối lượng nhập liệu 25

Bảng 3.6: Điều kiện chưng cất cùa quá trình khảo sát tốc độ hóa hơi 26

Bảng 3.7: Điều kiện chưng cất cùa quá trinh khảo sát khối lượng nhập liệu 26

Bảng 3.8: Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát sự ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu và dung môi 27

Bảng 3.9: Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát công suất lò vi sóng 28

Bảng 3.10: Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát thời gian chưng cất 28

Bảng 4.1: So sánh kết quả phân tích GC-MS thành phần tinh dầu tiêu được chưng cất bằng các phương pháp 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Cây hồ tiêu 3

Hình 2.2: cấu tạo hoa cây tiêu 4

Hình 2.3: Hoa của cây tiêu 4

Hình 2.4: Quả của cây tiêu chưa chín 4

Hình 2.5: Rễ của cây tiêu 5

Hình 2.6: Hồ tiêu trắng và ho tiêu đen 6

Hình 2.7: Hợp chất chính cùa tiêu đen 7

Hình 2.8: Những hợp chất chính của tinh dầu tiêu đen 11

Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống chưng cất trực tiếp trong nước 15

Hình 2.10: Sơ đồ hệ thong chưng cất lôi cuốn hơi nước 16

Hình 2.11: Sơ đồ hệ thong chưng cất trực tiếp trong nước có sự hồ trợ của lò vi sóng 16 Hình 2.12: Sơ đồ hệ thong trích ly co2 siêu tới hạn 17

Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống trích ly bằng hơi quá nhiệt quy mô công nghiệp 17

Hình 3.1: Sơ đồ quy trình chưng cất tinh dầu tiêu 23

Hình 3.2: Tiêu nguyên hạt 30

Hình 3.3: Tiêu đã xay 30

Hình 3.4: Máy đo độ ẩm 30

Hình 3.5: Hệ thống chưng cất trực tiếp hơi nước (Clevenger) 31

Hình 3.6: Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước (steam- distillation) 31

Hình 3.7: Hệ thống chưng cất trực tiếp có sự hồ trợ của lò vi sóng 31

Hình 3.8: Tinh dầu tiêu đen 31

Hình 4.1: Biểu đồ the hiện mối tương quan của khối lượng NaCl 33

với hiệu suất tinh dầu 33

Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện sự tương quan giữa tỷ lệ nguyên liệu: nước với hiệu suất tinh dầu 34Hình 4.3: Biểu đồ the hiện sự tương quan giữa thời gian chưng cất 35

và thể tích tinh dầu 35Hình 4.4: Biểu đồ the hiện sự ảnh hưởng cùa tốc độ hóa hơi của nước đến hiệu suất tinh dầu 35Hình 4.5: Biểu do thể hiện sự tương quan của khối lượng nhập liệu đến hiệu suất tinh dầu 36Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian chưng cất tới thể tích tinh dầu 37Hình 4.6: Biếu đồ tương quan giữa tỉ lệ nguyên liệu:dung môi tới hiệu suất tinh dầu 38Hình 4.7: Biếu đồ the hiện sự ảnh hưởng của công suất tới hiệu suất tinh dầu 39Hình 4.8: Biểu đồ thể hiện sự tương quan giừa thời gian chưng cất đến hàm lượng tinh dầu thu được 39Hình 4.9: Bieu đồ so sánh hiệu suất của các phương pháp chưng cất 40

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

HD: Hydro distillation (Chưng cất trực tiếp trong nước)

SD: Steam distillation (Chưng cất lôi cuốn hơi nước)

MD: Micro distillation (Chưng cất trực tiếp trong nước có sự hồ trợ cùa lò vi sóng)

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CÁP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI

Với lịch sử phát triển hàng ngàn năm, tinh dầu được mệnh danh là báu vật của thiên nhiên, là tủ thuốc cùa tự nhiên được phát triến thành phương pháp trị liệu, chăm sóc sức khỏe, làm đẹp trên toàn thế giới Giữa thế kỉ 19, tinh dầu được tập trung nghiên cứu và trở thành một phương pháp trị liệu tổng thể và phổ cập tại nhiều nước như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp [l]

Tinh dầu được sử dụng trong rất nhiều sản phẩm mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc gia đình như xà phòng, nước hoa, nước lau sàn, sữa tắm, và xu hướng hiện nay là

sử dụng tinh dầu đe tạo mùi thay thế cho các hóa chat tong hợp khi các hóa chất tong hợp được chứng minh là ngày càng có nhiều tác dụng phụ

Ngày nay, khi mức sống ngày càng được nâng cao tại các nước đang phát triến, con người càng tìm nhiều về các sản phẩm được làm từ tự nhiên

Hạt tiêu là một trong nhừng gia vị phố biến ở hầu hết các gia đình ở Việt Nam, nó được dùng trong cả các món hiện đại lẫn truyền thống Nhưng với thị trường hồ tiêu của Việt Nam hiện nay đang vấp phải tình trạng cung vượt cầu, dần tới việc giá tiêu giảm mạnh gây khó khăn cho nông nhân trồng tiêu ở các tình Nhận thấy được điều đó,

đề tài tinh dầu tiêu ra đời nhằm giải quyết được tình trạng cho người nông dân mặc khác để nâng cao các sản phẩm và chất lượng tinh dầu ngày nay

Tại Việt Nam những năm gần đây diện tích trồng tiêu đề lấy tinh dầu tăng lên rất nhanh do nhu cầu xuất khấu đi Nhật Bản, Trung Quốc và Ấn Độ

Với đề tài “Chưng cất tinh dầu tiêu bằng một số phương pháp chưng cất với quy mô phòng thí nghiệm” để xây dựng quy trình chưng cất tinh dầu cũng như các thông số phù hợp với từng quá trình chưng cất từ đó xác định thành phần có trong tinh dầu tiêu đen, so sánh hiệu quả của từng phương pháp

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN củu

1.2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu đưa ra quy trình, các thông số phù hợp cho từng phương pháp chưng cất Chưng cất tinh dầu tiêu ở quy mô phòng thí nghiệm

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

• Chưng cất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước:

- Khảo sát khối lượng nhập liệu

- Khảo sát lượng NaCl ngâm

- Khảo sát thời gian chưng cất

• Chưng cất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất hơi nước:

- Khảo sát lưu lượng

- Khảo sát khối lượng nhập liệu

- Khảo sát thời gian chưng cất

• Chưng cất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước có sự hồ trợ của lò vi sóng:

- Khảo sát tỉ lệ nguyên liệu: nước

Khảo sát công suất

- Khảo sát thời gian chưng cất

• So sánh hiệu quả của 3 phương pháp trên

Chương 2 TÒNG QUAN

2.1 NGUYÊN LIỆU:

2.1.1 Giới thiệu:

Tên tiếng anh: Pepper

Tên khoa học: Piper nigri L

Họ hồ tiêu: Piperaceae

Hồ tiêu hay còn gọi là tiêu ăn, cô nguyệt, hắc co nguyệt, bạch cổ nguyệt (danh pháp khoa học: Piper nigrum), là một loại cây leo có hoa thuộc họ Hồ tiêu (Piperaceae), trồng chủ yếu để lấy quả và hạt, thuờng dùng để làm gia vị duới dạng khô hoặc tươi [1]

HỒ tiêu là một loại dây leo, thân dài nhẵn không có lông, bám vào cây khác bằng rể

Lá như lá trầu không, nhưng dài và thuôn hơn [ 1 ]

Tùy theo điều kiện sinh thái của từng vùng mà thời gian ra hoa của hồ tiêu có khác nhau [2]

- ở Tây Nguyên và Đông Nam Bộ cây tiêu thường ra hoa vào tháng 5-6 [2]

- Các tỉnh Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền trung cây tiêu ra hoa vào tháng 8-9

Mỗi gié tiêu có thể cho từ 50 - 60 quả, quả hồ tiêu thuộc loại quả hạch, mồi quả chứa một hạt [2]

Hoa đổ cây tiẽu

Hệ thống rễ của cây hồ tiêu được chia làm 3 phần: rề cái, rễ phụ và rễ bám [2]

- Rễ cây hồ tiêu có đặc tính háo khí, không chịu được ngập úng, chỉ cần ngập úng trong một thời gian ngắn từ 12-24 giờ cũng đã gây tổn thưong bộ rề cây tiêu và có thể dần tới việc hư thối dây tiêu [2]

- Rễ bám (rễ thằn lằn): làm nhiệm vụ chính là giúp cây bám vào trụ đe vươn cao Khả năng hút nước và dinh dưỡng của rễ bám rất hạn chế [2]

HỒ tiêu được trồng ở các nước vùng nhiệt đới ớ Việt Nam được trồng nhiều ở đảo Phú Quốc, Minh Hải, Kiên Giang, An Giang, Daklak, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Hàng năm nước ta xuất khẩu chừng 4000 - 5000 tấn hồ tiêu Tại miền Bắc đã bắt đầu trồng ở Vĩnh Linh, hiện đang co di chuyến dần ra phía bắc miền Bắc nước ta [3]

Mồi năm thu hoạch 2 lần, tùy theo người ta muốn có hồ tiêu đen hay ho tiêu trắng thì cách thu hoạch có khác nhau [4]

- Muốn có ho tiêu đen, người ta hái quả vào lúc thấy xuất hiện một số quả đỏ hay vàng trên chùm quả, nghĩa là quả còn xanh Những quả còn non quá thì không có sọ, rất giòn, khi phơi sẽ dề bị vỡ vụn Còn những quả khác khi phơi khô vỏ sẽ dần teo lại và chuyến sang màu đen,do đó có tên là hồ tiêu đen [5],

Hình 2.6: Hồ tiêu trắng và hồ tiêu đen

2.1.1.3 Thành phần hóa học của hồ tiêu [5| :

Trong hồ tiêu có tinh dầu và các ankanloit Ngoài ra còn có một so chất khác như: xelulozo, muối khoáng, [4]

Tinh dầu hồ tiêu có khoảng 1- 2,5% [5] Tinh dầu này tập trung ở vỏ quả giữa cho nên

hồ tiêu sọ có ít tinh dầu hơn Tinh dầu màu vàng nhạt hoặc lục nhạt, gồm các hydrocacbua như phelandren, cadinen, cariophilen và một số ít hợp chất có oxy [5]

(c) Pipericirle

Figure 2: Some important derivatives oi p nigrum.

Piperine, /ỉ-caryophyllene, chavicine

Hai ankanloit là piperine và chavicine [5]

Piperine(C17H19O3N) trong hồ tiêu từ 5-10% [5], có tinh thể không màu, không tan trong nước sôi, rất tan trong rượu nóng, tính kiềm nhẹ, đồng phân với mocphin [4] Chavicine (C17H19O3N), có trong hồ tiêu từ 2,2-4,6% Chavicin là chất lỏng sền sệt,

có vị cay hắc, làm cho hạt tiêu có vị cay nóng, tan trong rượu, ete, chất béo VI chavixin tập trung chủ yếu ở ngoài vỏ cho nên hồ tiêu sọ ít hắc hơn hồ tiêu đen [4] Ngoài tinh dầu và ancaloit ra thì 110 tiêu còn chứa 8% chất béo, 36% là tinh bột và 4,5%

độ tro [4]

Bảng 2.1: Giá trị dinh dưỡng của hồ tiêu tính trên 5,8g hạt tiêu [7]

Black Pepper, whole peppercorns 2.00 tsp

5.80 grams

Calories: 15 Gl: very low

DRI/DV

(%)

Nutrient Density

World's Healthiest Foods Rating

2.1.2 Sản lượng tiêu:

2.1.2.1 Trên thế giới:

Trên thế giới có khoảng 70 nước trong tiêu, trong đó Ấn Độ vần là vùng trong hồ tiêu lớn nhất với 195.000ha trên toàn lãnh thồ Indonesia duy trì ổn định ở con số lló.OOOha

Tiêu được xuất khẩu dưới 2 dạng chủ yếu là tiêu đen và tiêu trắng (chiếm 85%) còn lại

là tiêu xanh và dầu nhựa tiêu [3]

Năm 2013, tiêu thụ tiêu thực tế ở các quốc gia EU là 92.000 tấn Một lượng lớn tiêu (70% - 80%) được dùng để đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Nhu cầu tiêu thụ vần tăng mặc dù kinh tế đang suy thoái: lượng tiêu thụ tăng 2.4%/năm trong giai đoạn 2009-2013 [3]

Năng suất hồ tiêu ở Việt Nam cao nhất thế giới, Năng suất trung bình của Việt Nam ở con số > 2.0 tấn/ha (hồ tiêu khô) [3]

Hồ tiêu của Việt Nam được xuất khẩu chủ yếu dưới dạng tiêu đen, tiêu trắng và được xuất khau sang hơn 80 nước [3]

Hiện nay Việt Nam đứng đầu thế giới về sản xuất và xuất khẩu hồ tiêu hàng năm Trong 11 tháng năm 2015, cả nước xuất khẩu 124.000 tấn hồ tiêu, đạt giá trị gần 1,2 tỷ USD, giảm 17% về khối lượng nhưng tăng 2,8% về giá trị so với năm 2014 [3]

2.1.3 Công dụng của hạt tiêu:

Hạt tiêu đen là nguồn nguyên liệu quý không chỉ ở Việt Nam mà còn trên thế giới, đặc biệt là các nước nhiệt đới, không chỉ giúp ích về mặt kinh tế mà còn hồ trợ về mặt sức khỏe

• Tăng cường khả năng hấp thu: trong hạt tiêu có chứa piperine nên có khả năng

làm tăng tính khả dụng của các chất dinh dưỡng như p-caroten, vitamin A, vitamin

c Ngoài ra piperin còn kích thích hoạt động dịch chuyển của các amino axit, có

trong thành ruột, hạn chế enzyme giúp co thể chuyển hóa các chất dinh dưỡng tốt hơn [8]

• Cải thiện chức năng hệ tiêu hóa, tốt cho dạ dày: hạt tiêu sẽ giúp kích thích tiết ra

loại axit có trong dạ dày, giúp tiêu hóa thức ăn nhanh hơn và thuận lợi hơn nhờ vậy làm giảm sự khó tiêu, đầy hơi [9]

• Kích thích sự thèm ăn: hạt tiêu đen có khả năng kích thích vị giác, khứu giác từ đó

giúp tăng sự thèm ăn

• Hỗ trợ giảm béo phì: trong vỏ của hạt tiêu đen có chứa một số thành phần có thế

hồ trợ việc phá vỡ những tế bào của chất béo, giúp cơ the giảm nhiều calo hơn Ngoài ra, tiêu đen còn có công dụng lợi tiếu, kích thích cơ the tiết ra nhiều mồ hôi hơn, hồ trợ đào thải chất độc [ 10]

• Chữa nghẹt mũi và sung huyết: với khả năng kháng khuẩn [11] hạt tiêu được liệt

vào danh sách những loại gia vị có khả năng chữa cảm cúm hiệu quả

• Chữa viêm khớp hiệu quả: nhờ khả năng kháng viêm [11], nên dùng hạt tiêu xay

nhỏ trộn với dầu xoa bóp cũng có the giúp làm giảm đau xương khớp, giúp khí quyết lưu thông

• Ngăn ngừa ung thư: Tiêu đen có chứa các chất chống oxy hóa [12] và theo các

nghiêu cứu cho thấy hạt tiêu có the ngừa ung thư, ngăn chặn các tế bào ung thư phát triển [13]

2.2 SẢNPHÁM:

2.2.1 Giói thiệu về tinh dầu:

Tinh dầu bản chất là những tinh dầu dễ bay hơi là một hồn hợp của phức tạp của các thành phần dễ bay hơi Tinh dầu được lấy ra bằng các phương pháp như

chưng cất trực tiếp, chưng cất hơi nước hoặc chưng cất khô hoặc bằng cách ép từ lá cây; thân cây; hoa; vỏ cây; rề cây; hoặc những bộ phận khác cùa thực vật [14]

Tuy nhiên, có bằng chứng cho thấy các bộ phận của thực vật sinh ra tinh dầu là đế phòng vệ, tránh các côn trùng gây bệnh cho cây, cũng như đó là một phần của quá trình trao đổi chất thứ cấp của chúng [14]

Tinh dầu là những hợp chất bay hơi có nguồn gốc từ terpenoid hoặc không có terpennoid Tất cả chúng đều là các hydrocacbon và oxy.

Một số khác có thể là dần xuất của N, s Chúng có thể tồn tại ở dạng alcohols, acids, esters, epoxides, aldehydes, ketones, amines, sulphides, Monoterpenes, sesquiterpenes và thậm chí là diterpenes tạo thành hợp chất của nhiều loại tinh dầu Ngoài ra còn có phenylpropanoids, axit béo và este hoặc các sản phẩm phân hủy của chúng cũng tồn tại duới dạng là những chất bay hơi [14]

Nguời ta hay nhầm lần tinh dầu với dầu hoặc dầu béo vì dầu được tạo thành từ các hồn họp lipit tự nhiên và chúng thường không bay hơi Do đó, tinh dầu có những tính chất hóa học và tính chất vật lý hoàn toàn khác so với các loại dầu béo

Tinh dầu có thể bay hơi ngay cả trên giấy lọc, trong khi dầu thì có thể bám vĩnh viền

và không bay hơi ngay cả khi đun nóng [14],

Tinh dầu thường được tìm thấy trong các loài thực vật Nhưng số ít chúng thì được tìm thấy trong các loài động vật như: cầy hương, xạ hương, cá voi đực hoặc từ các vi sinh vật Tuy nhiên, Hội đồng Châu Âu gọi tinh dầu là sản phẩm từ “nguyên liệu thô từ thực vật”, do lệnh cấm các sản phấm từ các chất thơm, nước hoa hoặc hương liệu từ động vật, cho nên các loại tinh dầu thương mại đều phải từ thực vật [14]

2.2.2 Tỉnh dầu tiêu đen:

Tên Tiếng Anh: Black Pepper Essential Oil

Tên Khoa Học: Piper nigrum

Bộ phận lấy tinh dầu: hạt tiêu

Tinh dầu từ hạt tiêu đen có hương vị đặc trưng, an toàn không gây độc, có hàm lượng monoterpenes và sesquiterpenes cao Tinh dầu tiêu đen có hơn 40 cấu tử với thành phần chính là Caryophyllene, Limonene, Carene, Sabinen, Tinh dầu từ hạt tiêu đen

có hiệu quả trong việc giảm đau, sát trùng, chống co thắt, chong độc tố, hồ trợ tiêu hoá, giảm cholesterol, tăng tuần hoàn máu, chống ung thư, giảm cảm giác lo lắng và giảm cảm giác thèm thuốc lá, kích thích sự thèm ăn và có thể sử dụng như chất bảo quản thực phấm [9, 11, 13]

Tinh dầu tiêu được chưng cất từ hạt tiêu thường có hiệu suất từ 1-3% Trong đó,

hydrocarbons là 20-30% Những hydrocacbon này là những thành phần chính tạo nên hương vị của hạt tiêu [15]

Mặc dù, các oxygenated terpenes là thành phần tương đối nhỏ, chỉ chiếm chưa tới 4% nhưng nó góp phần tạo ra mùi đặc trưng của tinh dầu tiêu [15]

Ví dụ như các thành phần thuộc oxygenated terpenes có trong tinh dầu tiêu như: l,8cineol, camphor, terpinen-4-ol, là một trong những thành phần giúp tinh dầu tiêu

có khả năng kháng khuẩn, kháng viêm và chống oxy hóa [15]

CH,

CH2 Myrcene

Fig 2.1 Aromatic compounds of black pepper.

p-Caryophyllene

> Công dụng của tinh dầu tiêu đen:

Tiêu được ghi nhận nhiều trong các cuốn sách về những bài thuốc truyền thong đặc biệt là công dụng của nó trong điều trị bệnh tiêu chảy [16] Hơn nữa, một đánh giá gần đây cho thấy tinh dầu tiêu và piperine có nhiều hoạt tính sinh học chang hạn như: chống oxy hóa, chống co thắt, kích thích men tiêu hóa làm giảm axit dạ dày và mật bài tiết, chống ung thư [13] khánh khuẩn trong các mô phoi, chống đông máu, [16]

• Làm giảm sự thèm thuốc lá [17]: những thành phần trong tinh dầu hạt tiêu có the

thay thế thuốc lá, cải thiện hiệu quả của đường hô hấp

• Kích thích sự thèm ăn và cải thiện chứng khó nuốt ờ người già [18]: Mùi tinh

dầu tiêu đen là một trong nhừng chất kích thích sự thèm ăn mạnh nhất ở người Do

đó, việc tăng cường hoạt động của vỏ não có thể là một chiến lược đế cải thiện tình trạng nuốt ở những bệnh nhân mắc chứng khó nuốt

• Ngăn ngừa viêm phổi 118,19]: do hoạt tính chống viêm của tinh dầu tiêu đen

• Chống oxy hóa [20]: Do các gốc tự do khác nhau trong cơ thế gây ra quá trình

oxy hóa các lipit trong cơ the Tinh dầu hạt tiêu đen đã chỉ ra các hoạt động chống oxy hóa đáng kể [9]

• Chống lại các vi- rút [20]: Nghiên cứu cho thấy tinh dầu hạt tiêu đen có chứa chất

chống lại các độc lực của vi khuấn mà không ảnh hưởng đen khả năng kháng thuốc, ức che sự hình thành của vi khuẩn Staphylococcus aureus [19]

• Chống trầm cảm [20]: Li et al và Song et al đã chứng minh tác dụng của piperine

đối với hoạt động chống trầm cảm ở chuột thí nghiệm thông qua quy trình làm căng thẳng nhẹ đối với chuột

• Có tác dụng hạ huyết áp [20]: Trong một nghiên cứu trên tim thỏ đã được làm

giảm lực co bóp các mô và sự lưu thông máu ở mạch vành Trong động mạch chủ của thỏ, piperine ức chế phenylephrine, ức chế nồng độ K và Ca2+

• Bảo vệ gan [20]: có tác dụng bảo vệ gan trong các mô hình ở động vật thí nghiệm

và ở người Trong một nghiên cứu đã quan sát thấy rằng khi những con chuột thí nghiệm với D-galactosamine gây nhiễm độc gan được tiếp xúc với liều lượng phụ thuộc vào piperine, nó ức chế sự gia tăng trong GPT huyết thanh

Năm 1992 S.R.S.Ferreira, M.A.A.Meireles & F.A.Cabral đã nghiên cứu trích ly tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp co2 siêu tới hạn bằng thiết bị trích ly có tầng cố định với chất lỏng là co2 được coi như là dung môi Ket quả chỉ ra rằng chiết suất tinh dầu bằng phương pháp siêu tới hạn là một phương pháp đầy hứa hẹn có tính ứng dụng cao [22]

Vào năm 2014 Hossein Bagheri và các cộng sự đà nghiên cứu để tối ưu hóa tính chất chống oxy hóa của tinh dầu hạt tiêu bằng cách sử dụng phương pháp co2 siêu tới hạn Ket quả đà chỉ ra rằng hoạt tính chống oxy hóa tốt nhất khi được thực hiện ở 30 MPa, 40°C trong thời gian 40 phút Thành phần chính khi dùng phương pháp trích ly này với điều kiện tối ưu là p-caryophyllene (25.38 ± 0.62%), limonene (15.6 4 ± 0.15%), sabinene( 13.63 ±0.21%), 3-carene (9.34 ± 0.0 4%), p-pinene (7.27 ±0.05%), and a - pinene (4.25 ±0.0 6%) [12]

C.T.Murthy, Suvendu Bhattacharya trong năm 2017 đã nghiên cứu cách nghiền lạnh hạt tiêu thay vì nghiền bình thường Ket quả chỉ ra rằng, nghiền bình thường làm mất tinh dầu cao hơn khoảng 50% so với nghiền lạnh Sự mất mát các hợp chất monoterpenes Kỹ thuật nghiền lạnh được cải tiến so với kỳ thuật nghiền thông thường giúp giừ lại nhiều hợp chất monoterpenes trong bột tiêu [23]

Vào năm 2007, Rouathbi et al đà nghiên cứu trích ly bằng hơi quá nhiệt, hơi quá nhiệt được cung cấp từ 100-150°C qua bột tiêu hoặc còn nguyên hạt được đựng trong bình chưng cất thử nghiệm Hơi và những thành phần bay hơi thu được trong thiết bị ngưng tụ tại các thời điếm khác nhau Tinh dầu và nước được tách ra bằng diethylether- n-pentane (50/50) trước khi làm khan bằng Na2SO4 Hiệu suất là 1,6% [24]

Năm 2010 Sádecká J đã nghiên cứu điều tra và so sánh ảnh hưởng của sự chiếu xạ ion hóa với những mức khác nhau của tia Y (5 kGy, 10 kGy, and 30 kGy) đoi với sự khử trùng bằng nhiệt (sấy khô 130°C, 3 phút) tới chất lượng cùa hạt tiêu Mục đích là để xác định tác động của những cách khử trùng này đến những thay đổi có thể có trong thành phần hóa học và chất lượng cảm quan (hương vị) của tinh dầu hạt tiêu đen Ket quả chỉ ra rằng xử lý nhiệt là không đủ đe loại bở các vi sinh vật có trong hạt tiêu [25]Susan Chacko và các cộng sự (1996) đã nghiên cứu rang hạt tiêu ở nhiệt độ từ 100 - 150°C trong thời gian từ 15- 30 phút trong lò vi sóng Phân tích cho thấy, ở nhùng điều kiện này lượng tinh dầu dễ bay hơi, oleoresin hoặc piperine là hầu như không thay đổi Tuy nhiên, đánh giá cảm quan cho thấy có sự cải thiện về mùi thơm của hạt tiêu Phân tích GC-MS cho thấy có một vài sự thay đối trong thành phần của tinh dầu [26]

Nghiên cứu năm 2012 của Kottarapat Jeena, Vijayasteltar B Liju, N.p Umadevi, Ramadasan Kuttan đã chỉ ra chưng cất tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp chưng cất

lôi cuốn hơi nước với hiệu suất 5-6% với nguyên liệu được mua ở Angamali, Kerala,

Ấn Độ Tinh dầu là chất lỏng có màu vàng nhạt đến cam [11]

K Ưdaya Sankar (1988) đã nghiên cứu trích ly tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp co2 siêu tới hạn tại áp suất là 8 và lOMpa và tại hai nhiệt độ khác nhau là 4O°C và 60°C Ket quả chỉ ra rằng tinh dầu tiêu được chưng cất bằng phương pháp CO2 siêu tới hạn tại lOMpa và 60°C vượt trội hơn so với chưng cất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước [27]

Công trình nghiên cứu của Ying Wang, Zi-Tao Jiang và Rong Li (2008) đã trích ly tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước có hiệu suất là 3,1% với phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước có sự hồ trợ của lò vi sóng có hiệu suất là 3,8% Kết quả chỉ ra điều kiện tối ưu của phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước có sự hồ trợ của lò vi sóng là 800W cho công suất chạy trong thời gian là 5 phút với tỉ lệ nguyên liệu: nước là 1:10 tương ứng [28]

T Jagella, w Grosch (1998) đà định lượng 14 chất tạo mùi chính và tính toán giá trị của các hợp chất đó ảnh hưởng đến mùi cùa hạt tiêu đen Ket quả chỉ ra a- and p- pinene, myr-cene, a-phellandrene, limonene, linalool, methylpropa-nal, 2- and 3- methylbutanal, butyric acid và 3-methyl-butyric acid là các chất tạo mùi chính [29]

I.P.S.KAPOOR và các cộng sự (2009) đã trích ly tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp Clevenger Phân tích bằng GC-MS đã chỉ ra trong tinh dầu tiêu đen có chứa 54 thành phần chiếm 96,6% tổng khối lượng, p -Caryophylline (29.9%), limonene (13.2%), [3 - pinene (7.9%), sabinene (5.9%) Chất chống oxy hóa như peroxide, p-anisidine và thiobarbituric acid [30]

Mansurah A Abdulazeezva các cộng sự đã chỉ ra các ứng dụng của tinh dầu tiêu đen được sử dụng theo kiêu truyền thống như: thuốc điều trị các triệu chứng roi loạn hô hấp, làm dịu các cơn đau nhức ở cơ bắp Ngoài ra, tinh dầu tiêu đen còn ứng dụng vào ngành công nghiệp thực phàm đế bảo quản các thực phẩm do tinh dầu tiêu làm ức chế các gốc oxy nguyên nhân dần tới các thực phẩm bị ôi thiu [24]

2.4 TÓNG QUAN VỀ CÁC PHUONG PHÁP CHUNG CÁT TINH DẦU TIÊU: 2.4.1 Các phương pháp chưng cất truyền thống:

❖ Phương pháp chưng cất trực tiếp [12]

Đối với phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước Nguyên liệu được cho vào cùng với nước, khi đun sôi hơi nước bay ra sè cuốn theo tinh dầu và được ngưng tụ ta thu được hồn hợp gom nước ngưng và tinh dầu

- Ưu diem: thiết bị gọn nhẹ, đơn giản ít tốn nguyên liệu, phù họp cho quy mô nhỏ và vừa

- Nhược diem: hiệu suất thấp do nguyên liệu được cho vào cùng với nước dề gây ra tình trạng khét Ngoài ra thiết bị khó điều chỉnh được nhiệt độ chưng cất

❖ Phương pháp chưng cất lôi cuốn hoi nước [15]

Nguyên liệu được cho vào bình đựng nguyên liệu đặt ở trên bình đựng nước Khi hơi nước đi lên bình đựng nguyên liệu sẽ lôi cuốn tinh dầu theo qua thiết bị làm lạnh, ngưng tụ và thu được hồn hợp gồm tinh dầu và nước ngưng

- Ưu diem: được ứng nhiều trong công nghiệp, lôi cuốn nhiều cấu từ bay hơi trong tinh dầu, tinh dầu có độ tinh khiết cao hơn

- Nhược điểm: khó áp dụng vào nhừng thực vật có tinh dầu khó bay hơi hoặc những loại tinh dầu có thành phần không bền ở nhiệt độ cao

Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước

❖ Phương pháp chưng cất trực tiếp có sự hỗ trợ của lò vi sóng [31]

Giống với phương pháp chưng cất trực tiếp nhưng chỉ khác là nguồn cung cấp năng lượng là vi sóng

Figure 3 8! Solvent free extractor (Lucchesi 2004).

- Ưu điểm: phương pháp này cho hiệu suất cao nhất trong khoảng thời gian ngắn nhất (từ 30-45p)

- Nhược điểm: Phương pháp này khó triển khai trên quy mô lớn do quá tốn kém từ thiết bị vi sóng

2.4.2 Các phương pháp trích ly hiện đại:

❖ Phương pháp trích ly bằng co2 siêu tói hạn [32, 33]

Trích ly bằng co2 siêu tới hạn như một phương pháp trích ly có ứng dụng cao trong: trích ly tinh dầu, chất màu, chất cay trong gia vị,., dược phẩm, mỹ phâm, nước hoa,

- Ưu điểm: co2 không độc được chấp nhận trong thực phẩm và dược phàm; co2 không độc, không mùi, không nổ, không cháy nên không làm hư hại tài sản,

- Nhược điểm: Giá thành đầu tư quá cao so với các phương pháp truyền thống khác

Pressure Transducer

Constant Tenwerature Water Bath

❖ Phương pháp trích ly bằng hơi quá nhiệt [34]

Hơi quá nhiệt là hơi nước ở nhiệt độ cao hơn điếm hóa hơi ở áp suất tuyệt đối nơi đo nhiệt độ

Triple tracks