Nghiên cứu công nghệ khai thác đồng thời các hợp chất thơm và axít shikimic từ quả hồi việt nam cho công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Phương pháp phân tích chất lượng sản phẩm tinh dầu hồi và axit shikimic và các sản phẩm chất thơm tổng hợp anisaldehit, p-hydroxy-benzsaldehit và vanilin 42 2.1.8.1.. Do vậy, hiện nay vấ

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC

ĐỒNG THỜI CÁC HỢP CHẤT THƠM VÀ AXIT

SHIKIMIC TỪ QUẢ HỒI VIỆT NAM CHO CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM VÀ DƯỢC PHẨM

Chủ nhiệm đề tài: BÙI THỊ BÍCH NGỌC

7849

07/4/2010

HÀ NỘI – 2010

1.2.1 Tính chất hoá lí của tinh dầu hồi 11 1.2.2 Thành phần hoá học của tinh dầu hồi 12

1.2.4 Các phương pháp khai thác tinh dầu hồi 15

1.2.5 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng của tinh dầu hồi 17

1.3.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng axit shikimic 21

1.4 Một số hợp chất thơm quan trọng thu nhận được từ quá trình

chuyển hóa tinh dầu hồi và axit shikimic

2.1.1 Phương pháp phân tích và đánh giá chất lượng nguyên liệu 33

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu công nghệ khai thác đồng thời tinh dầu

hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

34

2.1.2.1 Lựa chọn phương pháp khai thác đồng thời tinh dầu hồi và

axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

34

2.1.2.2 Xác định các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình

khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

39

2.1.3 Tối ưu hóa các quá trình bằng phương pháp quy hoạch thực

nghiệm

39

2.1.4 Phương pháp tinh chế tinh dầu hồi và axit shikimic 40

2.1.5 Phương pháp thu nhận anisaldehit 41

2.16 Phương pháp thu nhận p-hydroxybenzaldehit 41

2.1.7 Phương pháp thu nhận vanilin 41

2.1.7.1.Chuyển hóa p-hydroxybenzaldehit thành

3-bromo-4-hydroxy-benzaldehit

41

2.1.7.2 Thu nhận vanilin từ 3-bromo-4-hydroxybenzaldehit 42

2.1.8 Phương pháp phân tích chất lượng sản phẩm tinh dầu hồi và axit

shikimic và các sản phẩm chất thơm tổng hợp anisaldehit,

p-hydroxy-benzsaldehit và vanilin

42

2.1.8.1 Xác định chất lượng tinh dầu hồi và anisaldehit 42

2.1.8.2 Xác định chất lượng axit shikimic, p-hydroxbenzsaldehit và vanilin 43

2.2 Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu 43

2.2.1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 43

2.2.2 Nguyên liệu và hoá chất sử dụng 44

3.1 Nghiên cứu phân tích và đánh giá nguyên liệu quả hồi 46

3.1.1 Xác định các thành phần chính trong nguyên liệu hồi 46

3.1.2 Xác định các thành phần cơ lý của nguyên liệu hồi 46

3.2 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác đồng thời tinh dầu

hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

47

3.3 Nghiên cứu xác định các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá

trình trích ly đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic (PP2)

48

3.3.1 Xác định nồng độ cồn etylic thích hợp 48 3.3.2 Xác định số lần trích ly và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi thích hợp 49

3.3.3 Xác định thời gian trích ly thích hợp 50

3.4 Nghiên cứu xác định các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá

trình chưng cất và trích ly tinh dầu hồi và axit shikimic (PP3)

50 3.4.1 Xác định tỷ lệ nguyên liệu/thể tích bình cất thích hợp 51

3.4.2 Xác định tỷ lệ nước cất/nguyên liệu thích hợp 51

3.4.3 Xác định tốc độ chưng cất thích hợp 52 3.4.4 Xác định thời gian chưng cất thích hợp 53

3.5 So sánh hiệu quả khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit

shikimic giữa hai phương pháp PP2 và PP3

53

3.6 Tối ưu hóa quá trình khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit

shikimic từ quả hồi Việt Nam bằng phương pháp quy hoạch thực

nghiệm

54

3.7 Lựa chọn phương pháp tinh chế tinh dầu hồi và axit shikimic 63

3.7.1 Lựa chọn phương pháp tinh chế tinh dầu hồi 63

3.7.2 Phân tích và đánh giá chất lượng tinh dầu hồi 64

3.7.3 Lựa chọn phương pháp tinh chế axit shikimic 65

3.7.4 Quy trình công nghệ tinh chế tinh dầu hồi và axit shikimic 67

3.7.4.1 Quy trình công nghệ tinh chế tinh dầu hồi 67

3.7.4.2 Quy trình công nghệ tinh chế axit shikimic 68

3.8 Thu nhận các hợp chất thơm từ tinh dầu hồi và axit shikimic 70

3.8.1 Quy trình chuyển hóa tinh dầu hồi (anetol) thành anisaldehit 70

3.8.2 Quy trình chuyển hóa và thu nhận p-hydroxybenzaldehit 75

3.8.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng 76

3.8.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng 77

3.8.3 Quy trình chuyển hóa và thu nhận vanilin 78

3.8.4 Phân tích và đánh giá chất lượng các sản phẩm chất thơm

anisaldehit, p-hydroxybenzaldehit và vanilin

HPLC: Sắc ký lỏng cao áp (High Pressure Liquid Chromatography )

LC- MS: Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ (Liquid Chromatography - Mass Spectrometry

MỞ ĐẦU

Cây Đại Hồi (Star Anise) là một trong những loại cây chứa tinh dầu được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, chất lượng và giá trị của cây Đại hồi không ngừng được nâng cao, thâm nhập vào nhiều lĩnh vực của sản xuất và đời sống Trước đây, tinh dầu hồi được xem là thành phần có giá trị nhất trong cây hồi Nó không chỉ được sử dụng trực tiếp trong công nghiệp sản xuất hương liệu, thực phẩm và mỹ phẩm mà còn là nguồn nguyên liệu tự nhiên quý giá cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ, tạo ra các hợp chất thơm đa năng, có giá trị cao Các sản phẩm chuyển hoá từ tinh dầu hồi được ưu chuộng trên thị trường thế giới là anisaldehyt, p-hydroxybenzaldehyd, ancol anisyl, các este của axit anisic

Tuy nhiên trong những năm gần đây, người ta lại quan tâm nhiều đến axit shikimic, một thành phần khác có hàm lượng tương đương với tinh dầu chứa trong quả hồi (khoảng 10% tính theo trọng lượng chất khô) Axit shikimic có tên theo danh pháp hoá học là 3,4,5-Trihydroxy-1-cyclohexene-1- carboxylic Acid,

là chất có khả năng chống viêm nhiễm và chống bệnh ung thư, đặc biệt là cơ

chất quan trọng để tổng hợp nên thuốc chống bệnh cúm gia cầm (có khả năng kháng virus H5N1) Tamiflu Nhiều người cho rằng axit này mới là thành phần

quan trọng và giá trị nhất trong quả Đại hồi vì giá của nó trong thời điểm hiện nay trên thị trường thế giới khoảng 200 - 250 USD/kg (tinh dầu hồi với chất lượng tốt chỉ có giá 15 -20 USD/kg)

Để thu nhận tinh dầu hồi người ta thường sử dụng phương pháp truyền thống chưng cất theo hơi nước, trong khi đó để khai thác axit shikimic người ta lại sử dụng phương pháp trích ly Theo hai phương pháp trên sẽ không tận thu được hết cả hai thành phần giá trị nhất trong quả hồi Do vậy, hiện nay vấn đề được các nhà nghiên cứu khoa học và sản xuất quan tâm là đưa ra được phương pháp hữu hiệu để có thể khai thác đồng thời cả tinh dầu và axit shikimic từ quả hồi nhằm nâng cao giá trị cây hồi đồng thời làm giảm giá thành sản phẩm tinh dầu hồi và axit shikimic

Năm 2005 và 2006, Viện Công nghiệp thực phẩm đã thực hiện 2 Đề tài

cấp Bộ: "Nghiên cứu nâng cao hiệu suất khai thác và chất lượng tinh dầu Hồi

Việt Nam” và đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ tinh chế và chuyển hóa tinh dầu hồi thành anisaldehit để nâng cao giá trị kinh tế” Kết quả của

đề tài đã được áp dụng vào thực tế sản xuất Phát huy các kết quả đó, trong năm

2008 và 2009, Viện tiếp tục thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ khai thác đồng thời các hợp chất thơm và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam ứng dụng cho công nghiệp thực phẩm và dược phẩm”

- Mục tiêu của đề tài: Xây dựng được quy trình công nghệ khai thác đồng thời

các hợp chất thơm và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam cho công nghiệp dược phẩm và công nghiệp thực phẩm

- Nội dung nghiên cứu của đề tài:

+ Nghiên cứu xây dựng và hoàn chỉnh quy trình công nghệ khai thác đồng thời các hợp chất thơm và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam đạt tiêu chuẩn sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm

+ Nghiên cứu công nghệ tinh chế tinh dầu hồi và axit shikimic

+ Nghiên cứu quy trình chuyển hoá tinh dầu hồi và axit shikimic thành các hợp chất thơm

+ Phân tích đánh giá chất lượng và hiệu quả kinh tế sản phẩm

+ Thử nghiệm các sản phẩm của đề tài trong sản xuất thực phẩm và dược phẩm

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Cây hồi có tên khoa học Ilicium verum thuộc họ hồi Illiciacecae là loại cây tinh

dầu đặc sản của nước ta Từ quả hồi, bằng sự kết hợp của công nghệ chưng cất cuốn theo hơi nước và công nghệ trích ly tinh dầu hồi và axit shikimíc đã được khai thác đồng thời với hiệu suất và chất lượng sản phẩm cao Đặc biệt, quá trình này đã được tiến hành tối ưu bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm nên đã xác định được các điều kiện công nghệ tối ưu, hiệu suất thu nhận tinh dầu đạt 96,5% và axit shikimíc đạt 91,3% Tinh dầu hồi được tinh chế bằng phương

pháp chưng cất phân đoạn chân không nên chất lượng được nâng cao với hàm

lượng anetol 92,1% Axit shikimic thô được tich chế bằng phương pháp kết tinh lại với hệ dung môi metanol/etyl axetat ở nhiệt độ thấp, do vậy độ tinh khiết của sản phẩm đạt 98,5% Từ tinh dầu hồi (anetol) thông qua các phản ứng oxi hoá, phản ứng thế, phản ứng đề ete hoá đã lần lượt thu nhận được các hợp chất thơm có giá trị cao như: anisaldehit, p-hydroxybenzaldehit và vanilin Các sản phẩm của Đề tài được phân tích và đánh giá chất lượng bằng các phương pháp thông dụng và hiện đại (GC-MS, HPLC ) Kết quả cho thấy các sản phẩm có chất lượng tốt, tương đương với sản phẩm nhập ngoại cùng loại và đạt yêu cầu

vệ sinh an toàn thực phẩm nên đã được ứng dụng thành công trong sản xuất thực phẩm và dược phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Cây hồi

Cây hồi được trồng nhiều ở nước ta có tên khoa học là Ilicium verum thuộc họ hồi Illiciacecae Hồi còn được gọi là hồi sao, bát giác, hồi hương, đại

hồi, mác chác Ngoài ra, hồi còn được gọi là mác hồi (Tày), pít cóc (Dao) [1]

Loại hồi này có nguồn gốc ở phía Tây Nam Trung Quốc trên dãy núi cao Yunnan và phía Bắc Việt Nam Trung Quốc đã trồng hồi từ thời thượng cổ, sau

đó hồi được di thực sang Nhật Bản Ở Trung Quốc, hồi được trồng ở Quảng Đông, Quảng Tây, Vân Nam và đảo Hải Nam [24,27] Ở Việt Nam, hồi được trồng ở một số tỉnh phía bắc như Lạng Sơn, Cao Bằng, Bắc Cạn, Quảng Ninh,

và một số tỉnh ở đồng bằng Bắc bộ Có tài liệu ghi rằng vào thế kỷ X-XII dưới thời nhà Đường, hồi đã trở thành những sản vật quý giá, có hình ngôi sao kỳ lạ,

có mùi thơm ngọt mà hàng năm quan lại các triều đại thường đem cống vua Tập bản thảo Cương mục của Lý Thời Trân ở thế kỷ XVI đã mô tả quả hồi sao gồm tám cánh, mỗi cánh có một hạt to bằng hạt đậu, mọc ở Quảng Tây (Trung Quốc) Phải đến thế kỷ XVI châu Âu mới biết đến loại hồi này qua thuỷ thủ Tomax Cavandic đưa từ Philipin sang Luân Đôn [7]

Ở Việt Nam, ngay từ thời Pháp thuộc, cùng với quế chi, hồi và tinh dầu hồi đã được biết đến là những đặc sản Việt Nam nổi tiếng trên thị trường thế giới Lúc đó, đã có nhiều cuốn sách viết về cây hồi Việt Nam và cho rằng nó có chất lượng tốt nhất thế giới Có những thời điểm hồi Việt Nam rất hưng thịnh trên thị trường châu Âu và các nước khác, đứng đầu thế giới về cả sản lượng và chất lượng [38] Khi đất nước được giải phóng, các chủ thầu người Pháp rút đi

đã để lại nhiều khó khăn lớn, sản xuất hồi bị đình trệ một thời gian Đảng và Chính phủ đã có những quan tâm và chính sách kịp thời nhằm khôi phục lại việc sản xuất tinh dầu hồi đặc sản Đặc biệt, sau năm 1975 đất nước thống nhất, Pháp

đã giúp ta xây dựng một nhà máy khai thác và tinh chế tinh dầu hồi vào loại hiện đại lúc bấy giờ, với công suất 300 tấn/năm đặt tại đường Phai Vệ, tỉnh Lạng Sơn Việc sản xuất, mua bán quả hồi và tinh dầu hồi rất tiến triển, hàng năm, đồng bào các dân tộc tỉnh Lạng Sơn đã sản xuất tới 6000-8000 tấn hồi khô Nhưng đến năm 1979, chiến tranh biên giới xảy ra, các tháp cất và tháp tinh luyện tinh dầu hiện đại của nhà máy đã bị phá huỷ Một số thiết bị còn lại đã được sơ tán để tiếp tục sản xuất ở quy mô nhỏ với công nghệ lạc hậu nhưng đến nay nhà máy đã ngừng sản xuất hoàn toàn Không những thế sản lượng quả hồi cũng bị giảm một cách rõ rệt do người dân trồng hồi ít quan tâm đến kỹ thuật

trồng, chăm sóc và thu hoạch hồi Vì vậy, nhiều rừng hồi trước đây xanh tốt quanh năm đã bị thoái hoá [10,46]

Trước tình hình vùng hồi đặc sản bị thoái hoá mạnh, công nghệ và thiết bị khai thác tinh dầu quá lạc hậu, đời sống bà con nơi đây gặp nhiều khó khăn nên hơn chục năm trở lại đây Nhà nước ta đã và đang quan tâm giúp tỉnh Lạng Sơn khôi phục lại vùng nguyên liệu và tinh dầu hồi Lạng Sơn Việc khôi phục này còn nhận được sự quan tâm của các Tổ chức Quốc tế Vừa qua, một đoàn các nhà khoa học châu Âu sang tham quan, khảo sát thực trạng sản xuất quả hồi và tinh dầu tại các tỉnh miền núi phía Bắc Sau chuyến thăm đó, Chính phủ Vương quốc Bỉ hỗ trợ 12.000 USD cho UBND tỉnh Lạng Sơn để phối hợp với Cục sở hữu trí tuệ và phòng Thương mại và Công nghiệp Việt Nam xây dựng lại thương hiệu hồi Lạng sơn Hiện nay, nhờ những nỗ lực, quan tâm của các tổ chức trong

và ngoài nước, tỉnh Lạng Sơn đã bước đầu qui hoạch lại vùng trồng hồi, kỹ thuật chọn giống, nuôi trồng và thu hái dần dần được quan tâm, coi trọng

Theo số liệu của Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lạng Sơn, hiện nay diện tích trồng hồi của tỉnh đã được phục hồi trở lại ước khoảng là 28.000 - 32.000 ha tập trung chủ yếu ở các xã phía nam huyện Văn Quan, 8 xã huyện Bình Gia, một

số xã thuộc huyện Văn Lãng, Bắc Sơn, Tràng Định trong đó có 10.000 ha mới trồng và đang cho thu hoạch Năm 2008, diện tích trồng hồi dự kiến tăng lên khoảng 35.000 ha Sản lượng hồi khô toàn tỉnh đạt khoảng 12.000 -14.000 tấn/năm trong đó Văn Quan là huyện có sản lượng cao nhất Sản lượng hồi khô của huyện Văn Quan một số năm gần đây như sau:

Bảng 1.1 Sản lượng hồi khô của huyện Văn Quan, tỉnh Lạng Sơn

lò sấy nhằm rút ngắn thời gian và chủ động khi thời tiết xấu Trước khi phơi

hoặc sấy, quả hồi thường được ủ nhằm nâng cao hình thức quả hồi, đảm bảo chất lượng cho việc xuất khẩu quả hồi khô sang Trung Quốc Phương pháp ủ được người dân và các hộ buôn bán sử dụng là ủ bằng than (củi) hoặc ủ bằng nắng tự nhiên Yêu cầu của quả hồi sau khi ủ là màu nâu đỏ, chắc và giữ nguyên hàm lượng tinh dầu Sau khi ủ, quả hồi được đem phơi khô hẳn tránh tình trạng

ẩm ướt sẽ có tác dụng ngược lại Độ ẩm quả hồi sau khi phơi đạt khoảng 12– 15% Hồi khô được bảo quản trong bao bì nilông, nơi khô ráo thoáng mát, tránh ánh nắng quá gay gắt

Trong 2 loại hồi, hồi mùa có sản lượng quả cao, chất lượng tốt trong khi hồi chiêm (hồi tứ quý) thường có sản lượng thấp, hàm lượng và chất lượng tinh dầu không cao Theo kết quả phân tích, đánh giá chất lượng nguyên liệu, hàm lượng tinh dầu của hồi mùa là 10 - 12%, hàm lượng tinh dầu của hồi tứ quý là 9 -10% Hàm lượng anetol trong tinh dầu khoảng 86 - 88% Nhìn chung, chất lượng nguyên liệu hồi mà đặc trưng

là hàm lượng tinh dầu và hàm lượng anetol chưa đạt được mức trước đây (vào những năm 70 của thế kỷ 20, hàm lượng tinh dầu đạt 10 - 13%, hàm lượng anetol ≈ 90%) Quả hồi thường được thu hoạch sau 6 tháng kể từ khi ra hoa trong khi đó theo các nhà chuyên môn thì phải sau 12 tháng quả hồi mới đạt chất lượng tốt nhất Vừa qua, tỉnh Lạng Sơn đã kết hợp với một số Viện nghiên cứu đang tiến hành thành công Đề tài tuyển chọn giống hồi nhằm nâng cao chất lượng nguyên liệu hồi

Tóm lại, vùng nguyên liệu hồi Lạng sơn nói riêng và vùng hồi đặc sản của nước ta nói chung đã và đang có những chuyển biến tích cực trên con đường khôi phục lại thương hiệu vốn có Tuy nhiên, để đi tới đích thì vẫn còn nhiều việc cần làm mà trong số đó là cần đầu tư nghiên cứu nâng cao hiệu quả khai thác và chất lượng các sản phẩm từ quả hồi, đa dạng hoá sản phẩm nhằm tạo ra thị trường ổn định, vững chắc cho hồi đặc sản Việt Nam

1.2 Tinh dầu hồi

Tinh dầu hồi chứa chủ yếu ở trong quả và một lượng nhỏ trong lá hồi, hàm lượng tinh dầu trong quả tươi đạt 3,0 - 3,5%, trong quả khô thường lên tới 8 - 13%, tinh dầu có trong lá thường thấp hơn nhiều từ 0,3 - 0,6% Tinh dầu hồi là sản phẩm thu được từ nguyên liệu quả hồi chủ yếu bằng phương pháp chưng cất với hơi nước, gần đây người ta đang thử nghiệm sử dụng phương pháp mới để khai thác nó là trích ly với dung môi hữu cơ, dung môi CO2 lỏng hoặc CO2 siêu tới hạn Tinh dầu hồi có hương vị đặc trưng của quả hồi và được xem là thành phần có giá trị nhất trong cây hồi Trên thị trường thế giới tinh dầu hồi có chất lượng rất đa dạng phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc nguyên liệu, công nghệ khai thác và tinh chế Tuy nhiên, nhìn chung chúng có các tính chất hoá lí và thành phần hoá học cơ bản như sau:

1.2.1 Tính chất hoá lí của tinh dầu hồi [5,10,27,46]

Tinh dầu hồi là chất lỏng, sánh, không màu hoặc màu vàng nhạt, có hương

vị nồng ấm đặc trưng riêng Ở 100C tinh dầu hồi chuyển sang dạng tinh thể và không bị nóng chảy ở nhiệt độ <16,6 0C Đặc tính và chất lượng của tinh dầu nói chung và tinh dầu hồi nói riêng được thể hiện qua một số chỉ số hoá lý đặc trưng, vì vậy người ta thường dựa vào các chỉ số này để đánh giá một cách sơ bộ

về chất lượng tinh dầu Bảng 1.2 thể hiện sự đa dạng của tinh dầu hồi có mặt trên thị trường thế giới [60]

Bảng 1.2 Chỉ số hoá lý của một số loại tinh dầu hồi chủ yếu của thế giới

Loại TD hồi D 20 20 n D 20 αD 20 Tỷ lệ tan

trong cồn 900

T 0 đông đặc, 0C

1.2.2 Thành phần hoá học của tinh dầu hồi [5,8,30,31]

Thành phần hoá học chủ yếu của tinh dầu hồi là trans-anetol (có hàm

lượng: 80% - 93%) Ngoài ra, còn trên 20 hợp chất khác chủ yếu là các hợp chất terpen và các dẫn suất của terpen chứa oxy, trong đó đáng chú ý là limonen, α-

pinen, β-phelandren, linalol, δ-3-caren, methylchavicol, α-phelandren, myrcen, β-caryophylen, anisaldehit, sabinen, α-tecpineol, β-pinen, paracymen, α-

tecpinen, tecpinolen, δ-tecpinen và cis-anetol Các thành phần khác còn lại chỉ

tồn tại ở dạng vết Dẫn suất của trans-anetol là cis-anethol cũng có trong tinh

dầu hồi song với hàm lượng rất nhỏ ( ≤ 0.1%) Nó có đặc tính thơm và tính độc

khác nhiều so với anetol (tính độc cao gấp 15 - 20 lần so với

trans-anetol)

1.2.3 Anetol

Anetol là một trong những hợp chất thơm tự nhiên có giá trị cao và được

sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của sản xuất và đời sống Hợp chất thuộc nhóm terpenoid này có công thức phân tử là C10H12O

Công thức cấu tạo của anetol:

OCH 3

Hình 1.1 Anetol

1.2.3.1 Tính chất hoá lý của anetol [10,27,46]

Anetol là chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt ở to > 23 0C, có vị ngọt và mùi thơm đặc trưng của hồi Ở nhiệt độ 20 - 21 0C (68 - 69 0F), anetol kết tinh thành dạng tinh thể trắng lấp lánh và tan ra ở nhiệt độ 22 - 23 0C (71,6 - 73,4 0F) Anetol hầu như không tan trong nước, tan dễ dàng trong ete hoặc chlorofom, tan tốt trong 2 lần thể tích cồn Nó rất dễ dàng bị biến đổi bởi ánh sáng Anetol được đặc trưng bởi các chỉ số hoá lý sau:

+ Góc quay cực αD : - 0,150 đến + 0,15 0

+ Nhiệt độ sôi : 231 - 237 0C

+ Chỉ số chiết quang nD20 : 1,557 - 1,561

+ Tỷ trọng d420 : 0,893 - 0,988

1.2.3.2 Tính chất hoá học của anetol

+ Anetol dễ bị oxy hoá bởi O2 không khí [8]

Khi để tinh dầu hồi tiếp xúc lâu với không khí, thành phần anetol bị oxy hoá thành andehit anisic Những hợp chất này dễ trùng hợp hoá làm cho độ nhớt của tinh dầu và trọng lượng riêng của tinh dầu tăng lên, màu sắc thay đổi và có mùi khó chịu Vì vậy, cần phải bảo quản tinh dầu hồi ở nơi khô mát, đựng trong chai có màu và tốt nhất cho thêm chất chống oxy hoá 0,01% butyl-oxytoluol + Anetol tham gia phản ứng oxy hoá với các tác nhân oxy hoá mạnh [29]

Phương trình phản ứng oxy hoá tổng quát như sau (Sơ đồ 1.1):

Tuỳ thuộc vào tác nhân oxy hoá và điều kiện của phản ứng mà từ anetol ta

có thể thu được aldehit anisic (p-anisaldehit) hoặc hỗn hợp sản phẩm axít và

aldehit anisic

oxy ho¸ oxy ho¸

anetol aldehyd anisic axit anisic

Sơ đồ 1.1 Phản ứng oxy hoá anetol

1.2.3.3 Các đặc tính khác

Anetol là thành phần chính và là thành phần có giá trị nhất trong tinh dầu hồi Thông thường, hàm lượng của anetol trong tinh dầu hồi thu nhận bằng phương pháp chưng cất (không qua công đoạn tinh chế) vào khoảng 78-82% Trong một số mục đích sử dụng, người ta cần loại tinh dầu hồi có hàm lượng anetol cao hơn 90%, vì vậy họ đã tìm ra nhiều phương pháp làm giàu anetol hoặc tinh chế tinh dầu hồi Các phương pháp thường được sử dụng trong nghiên cứu và thực tế sản xuất là: chưng cất phân đoạn và kết tinh phân đoạn ở nhiệt độ thấp Phương pháp chưng cất phân đoạn thường được sử dụng đối với tinh dầu

có hàm lượng anetol không cao (< 80%) Phương pháp kết tinh phân đoạn chiếm

ưu thế khi hàm lượng anetol trong tinh dầu > 80% [4,27]

Hàm lượng anetol quyết định chất lượng và giá trị sử dụng của tinh dầu hồi

Để đánh giá nhanh một cách định tính chất lượng tinh dầu hồi người ta thường dựa vào điểm đông đặc Tinh dầu có nhiệt độ đông đặc càng cao thì chất lượng tinh dầu (thể hiện bằng hàm lượng anetol trong tinh dầu) càng tốt (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Đánh giá chất lượng tinh dầu hồi thông qua điểm đông đặc

Điểm đông đặc của tinh dầu hồi, 0 C Chất lượng tinh dầu hồi

≥ 15 Trung bình (đạt yêu cầu)

Cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá chất lượng tinh dầu hồi còn thể hiện ở sự

tương quan giữa điểm đông đặc với hàm lượng trans-anetol có trong tinh dầu

hồi được thể hiện trong bảng 1.4 [10]

Bảng 1.4 Sự tương quan giữa điểm đông đặc với hàm lượng trans-anetol có

trong tinh dầu hồi

Điểm đông đặc, 0 C 21,1 18,6 16,3 14,0 11,6 9,9 8,0 6,2

Hàm lượng trans-anetol

1.2.4 Các phương pháp khai thác tinh dầu hồi

Tinh dầu hồi có trọng lượng nhẹ hơn nước và có hàm lượng tương đối cao trong quả hồi Vì vậy, hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, phương pháp khai thác tinh dầu hồi truyền thống và phổ biến nhất vẫn là phương pháp chưng cất theo hơi nước Ngoài ra, tinh dầu hồi có thể được khai thác bằng các phương pháp: trích ly bằng dung môi hữu cơ hay trích ly bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn Chưng cất tinh dầu theo hơi nước được tiến hành trong các thiết bị có nguyên lý hoạt động giống nhau, các chi tiết chế tạo có thể khác nhau tuỳ theo từng loại nguyên liệu Theo cấu tạo và tính chất hoạt động của quá trình chưng cất người ta phân chia thành các kiểu chưng cất tinh dầu, mỗi loại đều có đặc tinh và công dụng phù hợp với điều kiện công nghệ hoặc tính chất của nguyên liệu tinh dầu

Với mong muốn nâng cao chất lượng cũng như hiệu suất khai thác tinh dầu hồi, các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước vẫn không ngừng tìm tòi các phương pháp khai thác tinh dầu hồi mới để thay thế cho các phương pháp truyền thống Bùi Quang Thuật và Phan Thị Phương Thảo đã tiến hành trích ly tinh dầu hồi từ quả hồi Việt Nam bằng cồn etylíc 95% Kết quả cho thấy hiệu suất thu nhận tinh dầu rất cao (96,5%) và chất lượng tinh dầu đạt mọi chỉ tiêu xuất khẩu, hàm lượng anetol đạt Tuy nhiên, khai thác bằng phương pháp chi phí cho 1 đơn

vị sản phẩm cao hơn so với phương pháp cất cuốn theo hơi nước truyền thống Một nghiên cứu khác do Đặng Quốc Tuấn và S G Hangantileke thực hiện [25],

đã nghiên cứu khai thác tinh dầu hồi bằng cả hai phương pháp: chưng cất theo hơi nước truyền thống và trích ly bằng CO2 lỏng Khi sử dụng phương pháp chưng cất bằng hơi nước, các tác giả cho rằng quả hồi trước khi chưng cất phải được xay nhỏ, thời gian chưng cất và hiệu suất thu nhận tinh dầu phụ thuộc rất nhiều vào độ mịn của nguyên liệu Các tác giả khẳng định với kích cỡ hạt nhỏ 0,21 mm và 0,57 mm thì chỉ với thời gian chưng cất 90 phút, hiệu suất thu nhận tinh dầu đã đạt khá cao khoảng 97% Khi sử dụng phương pháp trích ly bằng

CO2 lỏng, các tác giả cũng nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt nguyên

liệu đến quá trình thu nhận tinh dầu Họ tiến hành thí nghiệm với các mẫu có

trọng lượng 15 g có kích thước hạt khác nhau, tại cùng các điều kiện công nghệ:

áp suất 6,5 MPa, nhiệt độ 26,5 0C, thời gian trích ly 120 phút với 260g CO2 Kết

quả thí nghiệm cho thấy với cỡ hạt nguyên liệu 0,21mm cho hiệu suất trích ly

tinh dầu cao nhất (bảng 1.5) [25]

Bảng 1.5 Hiệu suất thu hồi và các tính chất hoá lý đặc trưng của tinh

dầu hồi với hai phương pháp khai thác khác nhau

Các chỉ tiêu Chưng cất với hơi nước Trích ly bằng CO 2 lỏng

Hiệu suất thu nhận

Một điều dễ nhận thấy là hiệu suất thu nhận tinh dầu hồi bằng phương pháp

trích ly CO2 lỏng cao hơn không nhiều so với phương pháp chưng cất thông

thường (11,2% so với 10,2%) nhưng hàm lượng cấu tử chính anetol trong tinh

dầu lại thấp hơn (89,0% so với 92,2%), kéo theo các chỉ số hoá lý đặc trưng

khác nhau Điều này chứng tỏ trích ly tinh dầu hồi bằng CO2 lỏng đã thu được

thêm nhiều thành phần có thể bị hoà tan trong nước chưng hoặc không thể bay

hơi theo hơi nước [25]

G Della Porta và cộng sự cũng nghiên cứu chiết tách tinh dầu hồi bằng

CO2 siêu tới hạn [28] Sau khi đuổi dung môi, phần dịch chiết được đem chưng

cất phân đoạn chân không và thu được hai loại sản phẩm tinh dầu và sáp với

hiệu suất thu nhận lần lượt là 7,3% và 1,5% (so với trọng lượng nguyên liệu

khô) Kết quả phân tích sắc ký phổi khối (GC-MS) cho thấy hàm lượng anetol

trong tinh dầu đạt tới 94,05% Các cấu tử chính trong sáp là n-pentacosan

(35,7%), n-heneicosan (25,8%), n-tricosan (10,3%)

Ngoài ra, một công trình khoa học khác của B Thierry và cộng sự đã tiến

hành thu nhận tinh dầu hồi bằng cách trích ly quả hồi với loại dung môi mới

1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluorethan Concret thu được (đạt hiệu suất 21%) được chưng cất cuốn theo hơi nước cho tinh dầu hồi (hiệu suất 9,5%) có các thành phần và hàm lượng các cấu tử bay hơi tương tự như phương pháp chưng cất trực tiếp Tuy vậy, các thành phần khác không bay hơi còn lại cũng có giá trị sử dụng cao trong các mục đích khác nhau [57]

Năm 2001, Niwat K [49] cũng tiến hành trích ly quả hồi nhưng với dung môi là etanol và nước Tác giả công trình khoa học này cho biết: từ phần dịch chiết bằng etanol đã tách được phenylpropanoid 8-(4-methoxybenzoloyl) anetol glycol, còn từ phần dịch chiết bằng nước tách được axít shikimic và axít protocatechuic (axít 3,4-dihydroxybenzoic) - đây là những chất có khả năng đối kháng lại các yếu tố dễ bị oxy hoá và là nguyên liệu có giá trị cao để bào chế các loại thuốc chữa bệnh Với một nghiên cứu tương tự nhưng sử dụng loại dung môi trích ly khác là etyl axetat, tác giả Pan Yingming và cộng sự đã khẳng định khả năng chống lại các tác nhân ôxy hoá của tinh dầu hồi Điều này giải thích tại sao tinh dầu hồi có thể chữa được nhiều loại bệnh [51]

1.2.5 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng của tinh dầu hồi

Cây hồi và tinh dầu hồi đã được biết đến và được sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới Tuy nhiên hồi chỉ mọc chủ yếu ở các rừng nhiệt đới và á nhiệt đới, đặc biệt là ở Trung Quốc và các nước thuộc khu vực Đông Nam Á Trung Quốc

là nước có truyền thống trồng hồi, đồng thời là nước sản xuất tinh dầu hồi lớn nhất thế giới Trong thời kỳ từ 1955 - 1960, hàng năm Trung Quốc đã sản xuất được 300 - 500 tấn tinh dầu hồi và hiện nay con số đó đã lên đến hàng nghìn tấn Tinh dầu hồi với mùi thơm mạnh, hấp dẫn, có khả năng kích thích tiêu hoá lại có tính kháng khuẩn cao nên được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và một số ngành khác

Trong công nghiệp thực phẩm, tinh dầu hồi là thành phần quan trọng của nhiều loại gia vị rất được ưa chuộng không chỉ ở châu Á mà cả các nước châu

Âu (Pháp, Đức, Ý) và châu Mỹ (Hoa Kỳ, Cuba ) Tinh dầu hồi cũng được sử dụng làm phụ gia trong các ngành công nghiệp chế biến rượu khai vị, rượu mùi, nước ngọt, bánh kẹo Đặc biệt loại rượu Anis nổi tiếng dùng để uống trong mùa đông chế biến từ tinh dầu hồi được người Pháp rất ưa chuộng [10,38] Mặc dù chỉ với hàm lượng rất nhỏ (0,07 - 0,08%) nhưng hương vị hấp dẫn của hồi vừa

có tác dụng kích thích tiêu hoá, vừa gây cảm hứng ngon miệng [8,10] Trong danh mục các sản phẩm thương mại an toàn được sử dụng trong sản xuất và chế

biến thực phẩm của Hoa Kỳ, hồi được xếp vào tiêu chuẩn “GRAS 2096” [10,42]

Trong lĩnh vực dược phẩm, tinh dầu hồi có tác dụng kháng khuẩn, ức chế

sự phát triển của trực khuẩn lao và các vi khuẩn khác như Subtilis, Candida albians, Samonella typhi, Shigella flexneri và Bacillus mycoides nên được sử

dụng làm thành phần của nhiều loại thuốc: thuốc sát khuẩn, thuốc trị nấm ngoài

da, ghẻ lở, các bệnh về tiêu hoá, viêm phế quản, bệnh thần kinh, thấp khớp [1,10,33,34,35]

Anetol tách được từ tinh dầu hồi là nguyên liệu để sản xuất các thuốc nội tiết như hexostrol, dietylstilbestrol Đây là những hợp chất dùng trong phụ khoa

để trị chứng mất kinh, rối loạn ở tuổi mãn kinh và khi cắt bỏ buồng trứng, điều trị một số trường hợp vô sinh Việc sản xuất các loại thuốc từ anetol rẻ tiền hơn

so với dùng các loại nguyên liệu khác [10]

Nhiều nhà khoa học còn nghiên cứu và thấy rằng nếu bổ sung thêm những vi lượng chất nội tiết hexostrol, dietylstilbestrol vào trong khẩu phần ăn của gia súc thì đàn gia súc rất chóng lớn và trong thời gian ngắn đã tăng trọng 30% so với mức bình thường Việc tìm ra ứng dụng này làm cho khối lượng hexostrol và dietylstilbestrol tiêu thụ trên thị trường ngày càng lớn và do đó nhu cầu về anetol ngày càng cao [8]

Ngoài ra, tinh dầu hồi còn được dùng trong sản xuất chế biến thuốc trừ sâu thảo mộc, diệt chấy, rận, rệp và một số loài ngoại ký sinh ở gia súc

Bản thân tinh dầu hồi cũng được sử dụng trong ngành mỹ phẩm để cho vào kem đánh răng, kem dưỡng da Tuy nhiên, giá trị của tinh dầu hồi tăng lên rất nhiều khi tinh dầu hồi được chế biến thành các sản phẩm khác: aldehit anisic (anisaldehit), một chất thơm rất có giá trị dùng trong ngành mỹ phẩm: sản xuất nước hoa, xà phòng thơm, kem dưỡng da và nhiều ngành sản xuất khác: sản xuất thực phẩm, dược phẩm [1,46]

Với ứng dụng rộng rãi và đa dạng, từ lâu tinh dầu hồi là đề tài hấp dẫn của

vô số các công trình nghiên cứu khoa học trên thế giới Chính nhờ vậy mà vai trò và giá trị của tinh dầu hồi trong đời sống và sản xuất không ngừng được nâng cao Người ta quan tâm nhiều đến chất lượng và thành phần hoá học của tinh dầu hồi vì chúng rất đa dạng, phụ thuộc vào chủng giống, vùng trồng cũng như thời vụ thu hái Để đánh giá chất lượng tinh dầu một cách định tính, trên thế giới người ta thường dựa vào nhiệt độ đông đặc hay các chỉ số hoá lý của tinh dầu Tuy nhiên trong nhưng năm gần đây, do sự phát triển không ngừng của kỹ thuật

phân tích các hợp chất thiên nhiên, do yêu cầu ngày càng cao của người sản xuất

và sử dụng nên việc đánh giá tinh dầu, nhựa dầu nói chung và tinh dầu hồi nói riêng mang tính định lượng hơn

Tác giả Cu.Q và cộng sự [20,23] đã tiến hành phân tích các mẫu tinh dầu hồi thu được từ tỉnh Vân Nam (Trung Quốc) ở hai thời điểm khác nhau (1988 và 1990) và cho biết, thành phần các cấu tử trong tinh dầu khá phức tạp, có khoảng

30 hợp chất khác nhau Giữa các mẫu tinh dầu hồi không chỉ có sự biến động về

hàm lượng của các hợp chất chính (trans-anetol: từ 71,98–85,46%, cis-anetol:

vết 0,42%) và của một số thành phần thường gặp như limonen, linalol, anisaldehit, metylchavicol, anic xeton mà còn có sự khác nhau cả về thành phần các cấu tử có trong tinh dầu Trong các mẫu tinh dầu nghiên cứu chỉ có sự khác biệt về thành phần các hợp chất terpen

Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu hồi trồng tại Shangyou Trung Quốc, Sun, L.F (1990) [26] đã xác định được 39 hợp chất, trong đó nhiều

nhất là trans-anetol (87,89%); các thành phần có hàm lượng đáng kể khác là:

limonen (2,83%), foeniculin (0,89%), linalol (0,73%), metylchavicol (0,57%),

trans-β-farnesen (0,42%), α-pinen (0,49%), δ-3-caren (0,58%)

Bằng việc áp dụng các kỹ thuật phân tích hiện đại, cụ thể là phương pháp sắc ký khí ghép nối phổ khối, nhóm các nhà nghiên cứu Yan, Jlan-hui, Xiao, Xu-xian, Huang, Ke-long [57] mới đây (2002) đã xác định được 41 hợp chất có trong tinh dầu hồi, bao gồm 14 hợp chất hydrocacbon, 22 dẫn xuất hydrocacbon chứa oxy và một lượng nhỏ các hợp chất có chứa nitơ Trong đó, thành phần chính anetol có chiếm 76,23% và các thành phần khác như: anisyl axeton, aldehit anic, p-alylanisol, p-cumicaldehyd và p-alylpen với tổng lượng > 10%

Một tài liệu khác cho thấy tinh dầu hồi không chỉ có trong quả hồi mà có

cả các bộ phận khác của cây hồi Người ta lấy các mẫu quả, lá và cành của cây hồi Trung Quốc đem chưng cất bằng hơi nước Kết quả cho thấy lá và cành hồi

có hàm lượng tinh dầu rất thấp chỉ khoảng 0,3 - 0,5 %, trong khi đó quả tươi có tới 1,78 - 5% tinh dầu và quả khô có 8 - 12 % tinh dầu [34]

Một hướng nghiên cứu khác cũng được các nhà khoa học chú ý nhiều là nghiên cứu các kỹ thuật tinh chế, chế biến và chuyển hoá tinh dầu hồi nhằm tạo

ra các sản phẩm có chất lượng và giá trị sử dụng cao cũng như để đa dạng các sản phẩm từ hồi Có rất nhiều công trình kỹ thuật phân tách anetol đã được công

bố nhưng có thể nói kỹ thuật được sử dụng rộng rãi và truyền thống ở quy mô công nghiệp là phương pháp kết hợp giữa phản ứng xà phòng hoá, chưng cất

phân đoạn và kết tinh lạnh [51] Tinh dầu hồi được xà phòng hoá với NaOH (ở

120 - 130 0C) để loại bỏ các hợp chất este và các axít tự do Sau đó, hỗn hợp được làm lạnh và tách dung dịch NaOH dư, phần chất hữu cơ thu được được chưng cất phân đoạn chân không Phân đoạn 3 (ts = 800C, 10 mmHg) chứa chủ yếu anetol được kết tinh lạnh ở -50C (thêm 10% anetol để dễ kết tinh) Các tinh thể anetol tạo thành được tách ra khỏi dịch lỏng bằng ly tâm vắt, rồi đem sấy khô sẽ thu được anetol tinh thể tinh khiết ở dạng khô

Anetol với độ tinh khiết cao có thể sử dụng trực tiếp trong nhiều lĩnh vực sản xuất và cuộc sống, hoặc được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp thành các chất thơm có giá trị kinh tế và sử dụng cao hơn Trong số những chất thơm thường được người ta quan tâm chuyển hoá từ anetol là anisaldehit và p-hydroxybenzaldehit.

Hai hợp chất này không chỉ là thành phần chất thơm quan trọng trong các tổ hợp hương liệu thực phẩm và mỹ phẩm mà còn là những cơ chất đa năng cho tổng hợp các hợp chất hữu cơ nói chung và các hợp chất thơm nói riêng (chi tiết được trình bày trong mục 1.4.)

HO

OH

1

1 6 5 4 3 2

Hình 1.2 Axit Shikimic (3,4,5-Trihydroxyl-1-cyclohexen-1-carboxylic acid)

- Axit shikimic ở điều kiện bình thường là một chất bột màu trắng (có thể ở dạng tinh thể với điểm nóng chảy ở 185 – 1870C), có trọng lượng riêng là 1,64 (kg/l) Axit shikimic tan tốt trong nước (180 g/l), tan ít trong cồn etylic tuyệt đối (22,5 g/l) và hầu như không tan trong các dung môi vô cực ( 0,15 g/l ete)

- Trong phân tử axit shikimic có chứa hai loại nhóm chức gồm 3 nhóm hydroxyl (-OH) và 1 nhóm cacboxyl (-COOH) Những nhóm chức này có khả năng hoạt

động quang học Cho đến nay, người ta đã xác định được chính xác 3 đồng phân quang học của axit shikimic, những đồng phân này là những cơ chất quan trọng của quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thơm trong cơ thể sống Vì có nhiều nhóm chức nên axit shikimic có thể tham gia nhiều kiểu phản ứng hoá học để tạo ra rất nhiều loại este và muối khác nhau

1.3.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng axit shikimic

Axit shikimic được tách ra lần đầu tiên từ quả của một loài Hồi có độc

tính, gọi là Hồi Nhật bản Illicium anisatum năm 1885 [20] dưới dạng tinh thể

màu trắng Axit shikimic có mặt ở lượng nhỏ trong rất nhiều loài cây [24, 54, 48] và có một vai trò then chốt trong quá trình sinh tổng hợp Vì thế nó là đối tượng của nhiều công trình nghiên cứu khoa học

Axit shikimic được thu nhận chủ yếu từ quá trình chiết tách các loại thảo mộc mà trong đó quan trọng nhất là từ quả Đại Hồi Đến nay đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc chiết tách và tinh chế axit shikimic từ quả hồi [25,26,49]

Một phương pháp được xem là hữu hiệu nhất để thu nhận axit shikimic (quy mô phòng thí nghiệm) đã được Richard Payne và Michael Edmonds đưa ra [49] Quả hồi được nghiền nhỏ và trích ly bằng cồn etylic trên thiết bị soxhlet trong khoảng 2h Sau đó, cồn etylic được đuổi tại thiết bị cô quay chân không, hoà tan cặn thu được trong nước và làm ấm hỗn hợp đến 800C Loại bỏ lớp tinh dầu nổi phía trên, lớp phía dưới được xử lý bằng dung dich formaldehit (30-40%) và than hoạt tính nhằm khử màu và loại một phần các hợp chất hữu cơ khác (tan trong nước) Sau khi đuổi dung môi, lớp cặn được đưa vào cột trao đổi ion Rửa bằng nước và dung môi rửa giải là dung dịch axit axetic 25% Cuối cùng, axit shikimic được kết tinh trong hệ dung môi metanol/toluen hoặc metanol/etyl axetat với hiệu suất thu nhận 2,4 -7,0%

Axit shikimic còn nhận được thông qua con đường hoá học và sinh tổng hợp [14] Tuy nhiên, do chưa cạnh tranh được về mặt kinh tế hoặc độ an toàn nên lượng axit shikimic được tổng hợp ra chưa nhiều

Việt sử dụng axit shikimic làm nguyên liệu khởi đầu cho quá trình tổng hợp ức chế neuraminidase GS414 đã được hãng Gilead Sciences phát hiện và sau này hãng dược phẩm lớn của Thuỵ Sỹ- Roche đã mua lại bản quyền và phát

triển chất ức chế GS4140 này dưới tên thương mại "Tamiflu” - được sử dụng là

một thành phần kháng virus có hiệu quả trong việc phòng chống và điều trị lây nhiễm cúm Hàm lượng axit shikimic thu nhận từ quả hồi khá cao (ước tính khoảng 15 - 18 kg quả hồi khô chiết xuất được 1 kg axit shikimic ) trong khi mỗi bệnh nhân bị nhiễm cúm gia cầm cần 10 viên Tamiflu Để sản xuất 10 viên

thuốc này cần 15g hoa hồi Giá của axit shikimic khoảng từ 200-250 USD/kg, loại đặc biệt giá có thể lên đến 500 USD/kg Dưới đây là sơ đồ của quá trình nhiều công đoạn để tổng hợp ra hoạt chất oseltamivir photphat của thuốc kháng virus Tamiflu từ nguyên liệu khởi đầu là axit shikimic

COOH HO

HO HO

TsOH ketalization O

COOEt O

O OH

80% over three steps

TMSOTf

BH3- Me2S

63 - 75%

Ketal reduction Hunter conditions

COOEt

OMs R'O RO

O

NH20.2 equiv MgBr2.OEt29:1 t-BuOMe/MeCN

55 0 C, 16h; (NH4)2SO4/ H 2 O 97% epoxide opening

COOEt HO

2 H2SO4 6 H2O

77%

N - deatlylation

COOEt HO

O

NH 2

PhCHO

t - BuOMe, -H2O unselective imine formation

COOEt

N Ph

Ph

shikimic acid

NH 2

4 0 equiv, -4bar 112o C, 15h;

HCl / H 2 O transimination then aziridination

N

second trasimination followed by acidic hydrolysis

COOEt O

HN

H

2 N 80% over four steps

Nhu cầu về thuốc tamiflu trong mấy năm trước đây không ngừng tăng cao

mà nguồn axit tự nhiên không đủ cung cấp nên đến năm 2004 hãng Roche đã hợp tác với một trung tâm kĩ thuật sinh học của Đức nghiên cứu cách tổng hợp

axit shikimic Họ đã nghiên cứu thành công công nghệ mới về sinh tổng hợp axit shikimic từ vi khuẩn đại tràng trong canh trường glucose Hiện nay, 2/3 lượng axit shikimic của hãng Roche được chiết xuất từ hoa hồi, 1/3 còn lại được cung cấp từ con đường sinh tổng hợp [18,19,10,44]

Trước nhu cầu điêù trị bệnh cúm bằng Tamiflu, một số nước như Ấn Độ, Đài Loan đã chủ động sản xuất axit shikimic bằng nhiều con đường khác nhau

và họ đã sản xuất được hàng chục tấn loại axit này

Axit shikimic còn là loại cơ chất đa năng quan trọng cho vô số các quá trình sinh tổng hợp các hợp chất tự nhiên quan trọng như các amino axit thơm, các alkaloids, các hợp chất rượu phenolic và các hợp chất phenyl propanoids Hơn nữa, axit shikimic còn đóng vai trò thiết yếu để tạo ra những dược phẩm quý [49] Có thể đưa ra đây một sơ đồ sinh tổng hợp (kết hợp với tổng hợp hóa học) một loạt các hợp chất hữu cơ có giá trị cao từ axit shikimic

OH

CHO

OH OH

CHO

OCH 3 OH

4-Hydroxy-3-metoxy- Vanillin benzyl alcohol benzaldehyde benzyl alcohol

thuộc Viện KH và CN Việt Nam đã nghiên cứu thành công công nghệ chiết tách axit shikimic từ quả hồi Việt Nam ở quy mô phòng thí nghiệm [2] Quả hồi được phơi khô và nghiền thành bột Bột quả hồi khô (100 g) được chiết Soxhlet với etanol 95% Dung môi được cất loại dưới áp thấp và thu được cặn dịch etanol Cặn dịch etanol được hòa vào nước, lọc bỏ phần không tan rồi cho chạy qua cột trao đổi ion với dung môi rửa giải là axit axetic 25% Cặn dịch axit axetic thu được được phân tách bằng sắc ký cột Sephadex với dung môi rửa giải là MeOH thu được 7,02 g axit shikimic Nhóm tác giả cũng thành công trong việc phân tích, xác định cấu trúc và định lượng độ tinh sạch của axit shikimic [3] Tuy nhiên, công nghệ chiết tách trên vẫn còn khá phức tạp nên khó áp dụng vào sản xuất ở quy mô lớn Mặt khác, nhóm tác giả mới quan tâm chính vào việc thu nhận axit shikimic mà chưa nghiên cứu tận thu sản phẩm không kém phần quan trọng là tinh dầu hồi

1.4 Một số hợp chất thơm quan trọng thu nhận được từ quá trình chuyển hóa tinh dầu hồi và axit shikimic

Từ anetol (thành phần chính của tinh dầu hồi) và axit shikimic bằng con đường hóa học và sinh học có thể tổng hợp nên hàng loạt các hợp chất thơm và các hợp chất hữu cơ có giá trị trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống Trong số các hợp chất đó điển hình là 3 loại chất thơm: anisaldehit, p-hydroxy-benzaldehit và vanilin

Anisaldehit còn có các tên gọi khác như: anisic aldehit, p-metoxy-

benzaldehit, aubepin Anisaldehit là một loại chất thơm và chất định hương có

giá trị cao, có mùi rất mạnh, bền, có vị ngọt và mùi thơm của hoa Trong tự nhiên, anisaldehit tồn tại với hàm lượng nhỏ trong một số thực vật như trong hoa của loài acacia, trong quả mâm xôi, trong hạt cây Tahiti vanila, trong tinh dầu hồi

và tinh dầu thì là [1,3] Ở điều kiện bình thường, aldehit này là chất lỏng sánh, không màu, có mùi thơm đặc trưng của cây táo gai, mùi thơm ngọt của hương hoa Nó tan vô hạn định trong cồn, benzyl benzoat, dietyl phtalat và trong một

số loại dầu thực vật nhất định Có thể tan 7- 8 lần thể tích trong cồn 50% Tan ít trong propylen glycol Hoàn toàn không tan trong glycerin và dầu mỏ Anisaldehit được đặc trưng bởi các chỉ số hoá lý sau:

+ Khối lượng phân tử :136,15 g/mol

Anisaldehit tương đối bền trong môi trường axit và môi trường kiềm nhẹ

Nó nhạy cảm với ánh sáng và oxy không khí, vì vậy cần bảo quản trong lọ kín tối màu, đổ đầy đến mức có thể để hạn chế oxy không khí và để ở nơi thoáng mát Anisaldehit có thể định lượng được bằng phương pháp hydroxylamin hay phương pháp bisulphit Ở dạng sản phẩm thương mại anisaldehit là chất lỏng màu vàng nhạt, có độ tinh khiết ≥ 99%, hàm lượng các chất đồng phân ≤ 0,5%,

độ ẩm ≈ 0,1%, nhiệt độ sôi: 249-2500C, tỷ trọng d420: 1.119 - 1.120 g/cm³, chỉ số chiết quang nD20 = 1.571 - 1.574 [32]

Anisaldehit là một aldehit thơm có gắn thêm nhóm metoxy ở vị trí para, vì vậy nó có những tính chất hoá học thông thường của một aldehit, ngoài ra còn

có những tính chất khác

Trong những điều kiện nhất định anisaldehit dễ bị oxy hoá bởi các tác nhân oxy hóa hoặc bởi oxy không khí để tạo thành axit anisic Chúng có thể bị khử, tạo ra anisit alcohol (rượu anisic) Chất xúc tác thường được sử dụng nhất cho quá trình chuyển hoá này là kim loại đồng Một tính chất khác của anisaldehit cũng được ứng dụng nhiều trong thực tế để tạo nên vô số các dạng sản phẩm có giá trị cao, được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau Đó là anisaldehit dễ dàng tham gia phản ứng ngưng tụ với các aldehit khác, các xeton, axetophenon để tạo thành các aldehit hoặc xeton mới

Anisaldehit còn có thể tạo phức cộng hợp bền với bisulphit Phức chất này

có nhiệt độ nóng chảy rất cao, dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp sản phẩm Người ta

lợi dụng hợp chất cộng hợp này để xác định hàm lượng hoặc tách anisaldehit ra khỏi các thành phần chất thơm khác Một điều cần chú ý là mặc dù nhóm metoxy khá trơ đối với các tác nhân hoá học nhưng trong những điều kiện phản ứng nhất định nhóm chức này vẫn có thể tham gia phản ứng tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn Vì vậy, khi thực hiện các phản ứng chuyển hoá anisaldehit cần khống chế tốt các điều kiện phản ứng sao cho ôn hoà

Anisaldehit là thành phần quan trọng tạo nên các tổ hợp hương liệu và các chất thơm được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Từ nhiều năm nay, người ta đã biết đến giá trị của aldehit này bởi mùi thơm rất mạnh, có hương vị ngọt, mùi thơm của hương hoa và đã sử dụng nó trong sản xuất nước hoa, mỹ phẩm, sản xuất hương liệu để tạo hương cho thực phẩm, dược phẩm và nhiều ngành công nghiệp khác Một hướng sử dụng trọng yếu khác đối với anisaldehit là sử dụng nó làm cơ chất đa năng cho tổng hợp hữu cơ nói chung và tổng hợp chất thơm nói riêng

Nhiều người cho rằng anisaldehit thu nhận được từ anetol thường có hương vị ngọt với mùi thơm của hương hoa nhiều hơn anisaldehit nhận được từ các nguồn nguyên liệu khác Quá trình chuyển hoá anetol thành anisaldehit được thông qua sự oxy hoá nối đôi ở mạch thẳng có trong phân tử anetol Có rất nhiều loại chất oxy hoá đã được sử dụng cho kiểu phản ứng oxy hoá này như : anhydrid cromic, kali bicromat, natri bicromat, trimetylsilyl clorocromat, KMnO4-H5IO6-nhôm, KMnO4-nhôm, MnO2, ozon; Hoặc sử dụng tác nhân oxy hoá electrolytic dưới sự kiểm soát gắt gao điều kiện phản ứng; Hay sử dụng KMnO4- CuSO4.4H2O làm tác nhân oxy hoá dưới sự trợ giúp của sóng siêu âm (microwave irradiation) [4, 5, 15, 26] Nhìn chung, mỗi loại chất oxy hóa đều có những mặt mạnh và hạn chế khác nhau, tuy nhiên hai chất oxy hóa thường được dùng hơn cả là kali bicromat (K2Cr2O7) và natri bicromat (Na2Cr2O7)

Hiện nay, ở các nước tiên tiến trên thế giới phương pháp ozon hoá thường được áp dụng cho quá trình oxy hoá các liên kết đôi để tạo ra các sản phẩm carbonyl, axit và rượu tương ứng Một ví dụ điển hình là oxy hoá anetol bởi ozon để thu nhận anisaldehit và sản phẩm phụ acetaldehit [14,55]

Anetol Hîp chÊt ozonit Anisaldehit Acetaldehit

HC

O CHCH 3

O O

OCH 3

CH2Cl2/MeOH

O3/t o = -95 o C Ch−ng cÊt

theo h¬i n−íc

Sơ đồ 1.3 Tổng hợp anisaldehit từ quá trình ozon hoá anetol

Ngoài anetol, các nguyên liệu khác thường được sử dụng cho tổng hợp

anisaldehit là: metoxytoluen, benzyl cresyl ete, hydroxybenzaldehit, hydroxybenzyl alcohol, p-nitrotoluen [32,39,55] Trong đó, p-metoxytoluen

p-được xem là một trong những nguồn nguyên liệu quan trọng và chủ yếu nhất để

tổng hợp anisaldehit ở quy mô công nghiệp p-Metoxytoluen có nhiều tên gọi khác như : p-cresyl metyl ete, metyl p–cresol, metyl p-tolyl ete, p-metylanisol,

nó có mặt trong tinh dầu ylang ylang, tinh dầu hoa quế trúc, cananga, champaca [25]

Trên thế giới, vào thời điểm hiện nay nhu cầu về anisaldehit (pAA) lớn nhất là ngành sản xuất hợp chất octolmetoxycinamat (OMC) và các cinamat khác - những thành phần không thể thiếu được của sản phẩm chống nắng và dưỡng da (sunscreen) Sản phẩm sử dụng cuối cùng của pAA – kem chống nắng dưỡng da đã phát triển nhanh chóng trong vài thập kỷ gần đây, trở thành ngành công nghiệp đầy tiềm năng với mức tăng trưởng 6%/năm và doanh thu lên tới nhiều tỷ đô la [40] Nhu cầu sử dụng pAA đứng hàng thứ hai là sản xuất thuốc trợ tim Diltiazem PAA chỉ là một phần nhỏ trong phân tử Diltiazem, nhưng nó được cho thêm vào ở giai đoạn đầu tiên của quá trình tổng hợp gồm 5 giai đoạn,

mà trong quá trình đó 50% sản phẩm trung gian bị mất ở giai đoạn khử hợp chất

có hoạt tính quang học

Đứng thứ ba về sử dụng pAA là ngành sản xuất hương liệu và các chất thơm Mức tiêu thụ pAA cho ngành sản xuất này không ngừng tăng lên khoảng 4-6%/năm pAA ngoài đặc tính nổi trội về hương thơm, phù hợp cho nhiều mục

đích sử dụng, nó còn có đặc tính cố định hương (fixactive properties), giúp cho

các tổ hợp hương có mùi thơm ổn định và bền mùi hơn Phạm vi sử dụng pAA

trong ngành sản xuất hương liệu và chất thơm là rất rộng lớn Hàm lượng của

pAA trong sản phẩm cuối cùng tuỳ thuộc vào lĩnh vực sử dụng, thông thường

đối với nhóm sản phẩm nước hoa là 0,4%, xà phòng là 0,3%, hương liệu cho đồ

uống, kem, bánh ngọt là 6-8% [40] Năm 2000, lượng tiêu thụ pAA cho sản xuất

hương liệu và các chất thơm đạt 550 tấn (bảng 1.6)

Xếp vị trí thứ tư về nhu cầu sử dụng pAA là ngành sản xuất rượu anisic

Loại rượu này được sử dụng làm sản phẩm trung gian để sản xuất một số loại

dược liệu Rượu anisic có thể nhận được trong quá trình khử pAA với kim loại

đồng đóng vai trò chất xúc tác Năm 2000 nhu cầu tiêu thụ pAA cho sản xuất

rượu anisic ở mức 400 tấn Nước tiêu thụ sản phẩm rượu này nhiều nhất thế giới

là Mỹ và Ấn độ mà riêng để phục vụ cho sản xuất thuốc kháng sinh

dextro-methorphane đã cần tới 120 tấn/năm

Bảng 1.6 Nhu cầu sử dụng anisaldehit (pAA) trên thế giới năm 2000 [40]

3 Hương liệu và các chất thơm Mỹ 550

1.4.2 p-Hydroxybenzaldehit

p-Hydroxybenzaldehit còn có tên gọi khác như: 4-hydroxybenzylaldehit

có công thức phân tử C7H6O2 và có công thức cấu tạo:

Hình 1.4 p-Hydroxybenzaldehit

p-Hydroxybenzaldehit là một chất thơm tự nhiên có mùi ngọt, nhựa thơm

và mùi gỗ Trong tự nhiên, chất thơm này có mặt trong quả vanila (chiếm 19% trọng lượng khô của dịch chiết quả vanila), quả nham lê (bilberry) và tồn tại ở dạng vi lượng trong rất nhiều các sản phẩm tự nhiên khác p-Hydroxy-benzaldehit ở điều kiện bình thường là bột màu vàng và có các đặc tính lý hóa như sau [12, 37]:

+ Khối lượng phân tử: 122,12 g/mol

Aldehit này ngoài một phần nhỏ nhận được từ chiết tách các sản phẩm tự nhiên, phần lớn có được từ tổng hợp hóa học và sinh học Trong công nghiệp người ta sản xuất p-hydroxybenzaldehit bằng cách oxi hóa (pha lỏng khí) p-cresol (một nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên) Một loại nguyên liệu quan trọng khác cho tổng hợp aldehit này là anetol theo hai cách như sau:

OCH 3

CH=CHCH 3

OH CHO

OH

CH=CHCH 3 OCH 3

p-hydroxy-De ete rica tion

De ete rica tion

+ Khối lượng phân tử: 152,15 g/mol

+ Nhiệt độ sôi : 2850C

+ Nhiệt độ nóng chảy: 80 - 810C

+ Độ tan trong nước: 1g/100 ml (250C)

+ Độ hòa tan trong các dung môi hữu cơ: TMF: 3,6 M, etanol: 2,3 M, methanol: 4,16 M

Vanilin lần đầu tiên được phân lập ở dạng khá tinh khiết vào năm 1858 bởi Nicolas-Theodore Gobley, khi ông cô kiệt dịch chiết từ quả vanila rồi kết tinh lại trong dung dịch nước nóng Năm 1874, các nhà khoa học Đức đã xác định được cấu trúc phân tử của chúng, trong cùng thời gian này người ta đã tổng hợp được vanilin từ coniferin, một chất glycoside của isoeugenol có trong vỏ cây thông Khoảng cuối thế kỷ 19 vanilin đã được bán tổng hợp từ eugenol (thành phần chính của tinh dầu nụ đinh hương) [43]

Ngày nay, vanilin đã trở thành mặt hàng hương liệu nổi tiếng trên khắp thể giới với nhu cầu ngày một tăng mạnh Năm 2001 sản lượng vanilin sản xuất được trên thế giới đạt khoảng 12.000 tấn, trong đó chỉ có khoảng 1.800 tấn được chiết tách từ tự nhiên, còn lại phần lớn thu nhận được bằng con đường tổng hợp hóa học và sinh học Tuy nhiên, giá thành của các loại vanilin trên thị trường thế giới rất khác nhau Vanilin tự nhiên được chiết tách từ quả vanilla có giá dao động từ 1.200 – 4.000 USD/kg, vanilin bán tổng hợp từ nguyên liệu tự nhiên có giá khoảng 700 USD/kg, trong khi đó giá 1 kg vanilin tổng hợp thuần thúy từ các nguyên liệu hóa dầu chỉ ở mức 15 USD [43, 50]

Các nguyên liệu tự nhiên để tổng hợp vanilin là anetol (tinh dầu hồi), eugenol (tinh dầu hương nhu, đinh hương), p-hydroxybenzaldehit (dịch chiết quả vanila)…

NaOMe, EtOAc CuBr, t0= 1000C

p-Hydroxybenzaldehyd Vanilin

Vanilin bán tổng hợp còn nhận được bằng con đường tổng hợp sinh học

Cơ chất của các quá trình sinh tổng hợp vanilin là axit shikimic, phenylalanine, axit ferulic (chiết tách từ cám gạo)…

β-Oxidation

Vanilin không chỉ được sử dụng để tạo hương vị cho các sản phẩm thực phẩm và dược phẩm mà còn được xem là chất bảo quản cho các sản phẩm này nhờ đặc tính kháng vi sinh vật cao Trong thời gian gần đây, khoảng 50% sản lượng vanilin tổng hợp trên thế giới được sử dụng như một hợp chất trung gian trong công nghiệp hóa học và dược phẩm để sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, chấtchống bọt, các loại thuốc papaverine, L-dopa, L-methyldopa và chất kháng VSV, trimethoprim [50]

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

2.1 Phương pháp tiến hành nghiên cứu

2.1.1 Phương pháp phân tích và đánh giá chất lượng nguyên liệu

- Xác định độ ẩm của nguyên liệu: bằng phương pháp chưng cất với toluen

- Xác định hàm lượng tinh dầu có trong nguyên liệu theo phương pháp chưng cuốn theo hơi nước bằng thiết bị Clevender

- Xác định các thành phần chính của nguyên liệu: tinh bột, protein, chất béo, xenluloza:

+ Xác định hàm lượng tinh bột theo phương pháp thuỷ phân bằng axit HCl + Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Kendan

+ Xác định hàm lượng chất béo bằng thiết bị Soxlet

+ Xác định hàm lượng xenluloza bằng phương pháp dùng HNO3

- Xác định hàm lượng axit shikimic bằng thiết bị shoxlet

Quả hồi được sấy đến độ ẩm 6% và được xay đến độ mịn ≤ 2 mm Cân 100 g bột sau xử lý, rồi chiết trong thiết bị Shoxlet với etanol 95% trong thời gian 3h đến khi dịch trích ly không màu Dung môi được cất loại trên thiết bị cô quay chân không thu được cặn dịch etanol Cặn dịch etanol được hòa vào 300 ml nước, rồi trích ly bằng ete petrol (3 lần x 200 ml) Tách lớp trên trong ete, lớp dưới tan trong nước được cô trên thiết bị cô quay chân không Phần cặn thu được được hoà tan lại trong 100 ml nước và cho chạy qua cột trao đổi ion với dung môi rửa giải là axit axetic 25% Loại bỏ dung môi, phần cặn được tiếp tục phân tách bằng sắc ký cột Sephadex với dung môi rửa giải là MeOH Dịch thu được đem đuổi dung môi và kết tinh trong hệ dung môi metanol/etyl axetat sẽ thu được axit shikimic tinh khiết Hàm lượng axit shikimic trong quả hồi được tính theo công thức:

X = %

Trong đó: - m: Khối lượng axit shikimic thu được, g

- M: Khối lượng mẫu nguyên liệu, g

- W: Độ ẩm của nguyên liệu, %

m 100

M (100 - W)

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu công nghệ khai thác đồng thời tinh dầu hồi

và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

2.1.2.1 Lựa chọn phương pháp khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

Phương pháp khai thác có ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất thu nhận

và chất lượng sản phẩm Để lựa chọn được phương pháp khai thác thích hợp chúng tôi tiến hành khảo sát quá trình khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam bằng 03 phương pháp khác nhau với lượng nguyên liệu sử dụng cho từng phương pháp là 100g và được xay mịn ở d ≤ 2mm

- Phương pháp 1 (PP 1): Trích ly lượng nguyên liệu trên bằng nước với 2 lần trích ly, tổng lượng dung môi là 1200 ml Thời gian trích ly mỗi lần 4h Sau đó, lọc tách phần dịch và bã Phần bã được hoà vào 200 ml nước cất, rồi trích ly 2 lần bằng dung môi ete petrol (2 x 200ml) để thu nhận tinh dầu Phần dịch trích

ly được cô đuổi dung môi ở thiết bị cô quay chân không cho đến dung tích 100

ml thì dừng lại Cho 100ml etepetrol vào dịch chiết nhằm tách triệt để tinh dầu, sau đó phần dịch nước được cô đặc đến dung tích 50ml và đem kết tinh với hệ dung môi metanol/etyl axetat ở nhiệt độ thấp Quá trình kết tinh được lặp lại thêm 2 lần Phần chất rắn được lọc bằng phều lọc có gắn lớp cilite, rồi sấy khô ở nhiệt độ 1200C sẽ thu được axit shikimic thô Các lớp dịch tan trong ete petrol (lớp trên) được gộp lại làm khô bằng Na2SO4, lọc loại phần chất rắn, rồi đuổi dung môi ta sẽ thu được tinh dâu hôi thô Quá trình này được thể hiện trong sơ

đồ 2.1

- Phương pháp 2 (PP 2): Thực chất của phương pháp này là thu nhận đồng thời tinh dầu và axit shikimic bằng phương pháp trích ly với dung môi là cồn etylic 70% Lượng nguyên liệu đã chuẩn bị sẵn được trích ly 2 lần ở nhiệt độ sôi trong bình cầu có lắp sinh hàn hồi lưu với tổng lượng dung môi cồn etylic 70% là

1200 ml Thời gian trích ly mỗi lần 4h Sau đó, lọc tách phần dịch và bã Phần dịch được cô đặc đến dung tích 400 ml thì dừng lại, rồi được trích ly 2 lần với etepetrol (lần 1: 400ml, lần 2: 300ml) để thu nhận tinh dầu Các lớp dịch tan trong ete petrol (lớp trên) được gộp lại làm khô bằng Na2SO4, lọc loại phần chất rắn, rồi đuổi dung môi ta sẽ thu được tinh dâu hôi thô.Lớp dịch tan trong nước (lớp dưới) được đưa sang công đoạn thu nhận axit shikimic Phần bã trích ly được trích ly lại bằng nước cất (1 lần với 400 ml) trong thời gian 3 h Dịch chiết thu được gộp với lớp nước ở phần trên, rồi cô đặc đến dung tích 50 ml và đem kết tinh với hệ dung môi metanol/etyl axetat ở nhiệt độ thấp Quá trình kết tinh

được lặp lại thêm 2 lần Phần chất rắn được lọc bằng phều lọc có gắn lớp cilite, rồi sấy khô ở nhiệt độ 1200C sẽ thu được axit shikimic thô (xem thêm sơ đồ 2.2)

- Phương pháp 3 (PP 3): 100g nguyên liệu quả hồi sau xử lý trong 1200 ml nước cất được chưng cất tinh dầu trên thiết bị chưng cất tinh dầu kiểu Clevender Tinh dầu thô sẽ được cất ra liên tục và được thu nhận ở bình phân ly Trong khi đó ở bình cất quá trình trích ly axit shikimic đồng thời diễn ra Sau khi chưng cất tinh dầu là 8h (khi tinh dầu không còn bay lên), tách bã hồi ra khỏi dịch nước Dịch nước được cô đặc đến dung tích 50ml và đem kết tinh với hệ dung môi metanol/etyl axetat ở nhiệt độ thấp Quá trình kết tinh được lặp lại thêm 2 lần Phần chất rắn được lọc bằng phều lọc có gắn lớp cilite, rồi sấy khô ở nhiệt độ

1200C sẽ thu được axit shikimic thô (xem sơ đồ 2.3)

Hiệu suất thu nhận tinh dầu được tính theo công thức:

HS = %

Trong đó: - m1: Khối lượng tinh dầu thu được, g

- m2: Khối lượng tinh dầu có trong nguyên liệu, g

Hiệu suất thu nhận axit shikimic thô trong quả hồi được tính theo công thức:

HS = % Trong đó: - m3: Khối lượng axit shikimic thu được, g

- m4: Khối lượng axit shikimic có trong nguyên liệu, g

Cô đặc Trích ly 2 lần bằng ete petrol

Phân tách bằng hệ dung môi chọn lọc (nước, ete petrol)

Lớp dưới

(nước) Kết tinh

Lớp trên (ete petrol)

Cô đặc

Tinh dầu hồi

Dung môi thu hồi

Phần kết tủa Phần dịch

Sấy Kết tinh lại

Phần chất rắn

Trích ly

Trích ly 2 lần bằng ete petrol

Phần dịch

trích ly

Cô đặc

Bã sau trích ly

Cô đặc

Phần kết tủa Phần dịch

Sấy Kết tinh lại

Cô đặc

Dịch tan trong nước

Dịch tan trong etepetrol

Dung môi

Tinh dầu Kết tinh

Nguyên liệu

Nghiền

Chưng cất

Lọc

Tinh dầu hồi

Sơ đồ 2.3 Khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam bằng phương pháp 3

Cô đặc

Kết tinh

Phần kết tủa Phần dịch

Sấy Kết tinh lại

2.1.2.2 Xác định các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

Để nghiên cứu lựa chọn các điều kiện công nghệ thích hợp cho quá trình

khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi chúng tôi dựa trên

+ Tỷ lệ nguyên liệu so với thể tích bình cất

+ Tỷ lệ nước cất so với nguyên liệu

+ Tốc độ chưng cất

+ Thời gian chưng cất

- Đối với quá trình trích ly (rắn – lỏng): các yếu tố công nghệ cần được khảo sát là: + Số lần trích ly

+ Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi

+ Thời gian trích ly

Sau đó, dựa vào các kết quả thu được để lựa chọn phương pháp thích hợp nhất cho

quá trình khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam rồi tiến hành tối ưu hóa quá trình khai thác bằng phương pháp đó

2.1.3 Tối ưu hóa các quá trình bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm

Chúng tôi sử dụng phương pháp tối ưu hóa quá trình thông qua quy hoạch thực nghiệm nhằm xác định được các giá trị Xi để tại đó các hàm mục tiêu Yi đạt giá trị cực đại Phương pháp này cho phép nghiên cứu tác động đồng thời của các yếu tố đến quá trình cần khảo sát, cũng như tác động qua lại của các yếu tố này

Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn ma trận DOEHLERT để khảo sát vùng tối ưu Ma trận này cho phép tìm được vùng tối ưu trong khoảng giới hạn

đã chọn Ngoài ra ma trận này cho phép phân chia rất cân đối các điểm thí nghiệm trong giới hạn theo bất kỳ hướng nào Dựa vào ma trận, ta có thể thêm các biến số khác nữa mà không làm mất đi tính đúng đắn của ma trận

Trong ma trận này, số lần thí nghiệm N và các biến số k được xác định:

N = k2 + k + 1