Nghiên cứu công nghệ khai thác đồng thời các hợp chất thơm và axit chikimic từ quả hồi việt nam ứng dụng cho công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

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

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

–––––––––––––––––––––––––––––––

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI R-D CẤP BỘ

Tên 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

2 Tổng quan

2.1 Cơ sở lý thuyết/ xuất xứ của đề tài

Đề tài được thực hiện theo hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số: 86.08.RD/HĐ-KHCN giữa Bộ Công Thương và Viện Công nghiệp Thực phẩm ký ngày 28 tháng 01 năm 2008 (Bản photo hợp đồng ở trong phần phụ lục)

2.2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

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, 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 dể 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 nằm 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, năm 2008 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

2.3 Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ khai thác đồng thời tinh dầu hồi và axit shikimic

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

2.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.4.1 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 [22,25] 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 [10,41]

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 khoảng 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 2.1 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 9,55%, hàm lượng tinh dầu của hồi tứ quý là 8,24% Nhìn chung, chất lượng nguyên liệu hồi mà đặc trưng là hàm lượng tinh dầu và hàm lượng anetol có phần giảm so với trước đây (hàm lượng tinh dầu đạt

10 - 13%, hàm lượng anetol >90%) Nguyên nhân là do người dân chưa quan tâm đến việc tuyển chọn giống hồi, kỹ thuật trồng trọt và chăm sóc cây cũng như thời điểm thu hoạch quả 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 Hiện nay, tỉnh Lạng Sơn đang kết hợp với một số Viện

nghiên cứu đang tiến hành 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 lam 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

2.4.2 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:

2.4.2.1 Tính chất hoá lí của tinh dầu hồi [5,10,25,41]

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 2.2 thể hiện sự đa dạng của tinh dầu hồi có mặt trên thị trường thế giới [52]

Bảng 2.2 Chỉ số hoá lý của một số loại tinh dầu hồi chủ yếu của thế giới

2.4.2.2 Thành phần hoá học của tinh dầu hồi [5,8,28,29]

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 trans-anetol (tính độc cao gấp 15 - 20 lần so với trans-anetol)

2.4.2.3 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:

Hình 2.1 Anetol

2.4.2.3.1 Tính chất hoá lý của anetol [10,25,41]

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

+ 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

2.4.2.3.2 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 [27]

Phương trình phản ứng oxy hoá tổng quát như sau:

oxy hoá oxy hoá

Sơ đồ 2.1 Phản ứng oxy hoá anetol

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

2.4.2.3.3 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% [4,25]

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 2.3)

Bảng 2.3 Đánh giá chất lượng tinh dầu hồi thông qua điểm đông đặc

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 2.4 [10]

Bảng 2.4 Sự tương quan giữa điểm đông đặc với hàm lượng trans-anetol có

trong tinh dầu hồi

Hàm lượng trans-anetol

2.4.2.4 Các phương pháp khai thác tinh dầu hồi

Tinh dầu hồi có trọng lượng nhẹ hơn nước, hơn nữa lại 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 lỏng hoặc siêu tới hạn

2.4.2.4.1 Phương pháp chưng cất theo hơi nước

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

Chưng cất trực tiếp với nước: nguyên liệu được cho vào nồi cất cùng với lượng nước thường gấp 9 - 10 lần lượng nguyên liệu Nhiệt được cấp trực tiếp phía dưới đáy nồi Phương pháp này thường gặp trong các thiết bị chưng cất thủ công, áp dụng và chế tạo thiết bị đơn giản Trong phòng thì nghiệm cũng hay áp dụng để kiểm tra hàm lượng tinh dầu của nguyên liệu

Chưng cất với hơi nước gián tiếp: nguyên liệu được đặt trên mặt lưới phía trên, không tiếp xúc trực tiếp với hơi nước Nhiệt được cấp trực tiếp phía dưới

đáy nồi bằng các loại nguyên liệu củi than Hơi nước từ nồi nấu phía dưới đi lên

và hỗn hợp với tinh dầu tạo thể hơi đi ra thùng ngưng Kiểu chưng cất này tránh cho nguyên liệu không bị ngâm quá lâu trong nước, có thể dẫn tới biến đổi chất lượng tinh dầu Phương pháp này thích hợp với những xưởng thủ công quy mô nhỏ

Chưng cất bằng hơi nước gián tiếp có nồi hơi riêng: đây là kiểu chưng cất trong các thiết bị công nghiệp, thực chất cũng là phương pháp chưng cất với hơi nước gián tiếp Hơi nước được dẫn từ lò hơi cách xa khu vực chưng cất nên đảm

bảo an toàn về phòng cháy Mặt khác, hơi nước cung cấp từ lò hơi cho áp suất và nhiệt độ ổn định, có thể điều chỉnh tốc độ chưng cất rất nhanh chóng và chính xác

2.4.2.4.2 Các phương pháp khác

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 [23],

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 2.5) [23]

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 [23]

Bảng 2.5 Hiệu suất thu hồi và các tính chất hoá lý đặc trưng của tinh

dầu hồi với hai phương pháp khai thác khác nhau

Hiệu suất thu nhận

G Della Porta và cộng sự cũng nghiên cứu chiết tách tinh dầu hồi bằng CO2

siêu tới hạn [26] 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 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 [49]

Năm 2001, Niwat K [44] 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 [45]

2.4.2.5 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” [10,38]

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, thuốc trị các bệnh về tiêu hoá, viêm phế quản, giảm đau, khử đờm, thuốc chữa bệnh thần kinh, thấp khớp… [1,10,31,32,34]

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… [1,41]

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 [20,21] 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 ở một số mẫu, trong thành phần tinh dầu có chứa α-pinen, β-phelandren, trans-α-becgamoten, β-tecpineol và β-bisabonen Song ở những mẫu khác thì các hợp chất trên không tìm thấy, trong khi đó lại xuất hiện một số hợp chất mới như: α-gurjunen, longifolen và anisyl isobutyrat…

Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu hồi trồng tại Shangyou Trung Quốc, Sun, L.F (1990) [24] 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%), metylisoeugenol

(0,32%), cis-anetol (0,20%), 1,8-cineol (0,20%), γ-tecpinen (0,30%), α-tecpineol

(0,28%), β-caryophylen (0,35%), isocaryophylen (0,31%), safrol (0,14%) và copaen (0,10%) Các thành phần còn lại ở dạng vết hoặc dưới 0,10%

α-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 [49] mới đây (2002) đã xác định được 41 hợp chất có

trong tinh dầu hồi, bao gồm 14 hợp chất hydrocacbon, 22 dẫn xuất chứa oxy của hydrocacbon và một lượng nhỏ các hợp chất có chứa nitơ Thành phần chính trong tinh dầu là anetol có hàm lượng 76,23% và các thành phần khác như: anisyl axeton, aldehit anic, p-alylanisol, p-cumicaldehyd và p-alylpen với tổng lượng lớn hơn 10%

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

có cả trong lá và cành 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 [32]

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 Một trong chất thơm thường

được người ta quan tâm chuyển hoá từ anetol là anisaldehyt (pAA) Axit này là thành phần quan trọng tạo nên các tổ hợp hương liệu và các chất thơm được dùng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống Từ nhiều năm nay, người ta

đã biết đến giá trị của aldehyd 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 anisaldehyd 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 anisaldehyd thu nhận được từ anetol thường có hương vị ngọt với mùi thơm của hương hoa nhiều hơn anisaldehyd nhận được từ các nguồn nguyên liệu khác Quá trình chuyển hoá anetol thành anisaldehyd

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) [13, 24]

PGS TS Mai Ngọc Chúc (Viện Hoá học Công nghiệp) [4] đã tiến hành oxy hóa anetol trong tinh dầu hồi (hàm lượng >90%) với chất oxy hoá dioxit mangan (MnO2) Chất xúc tác và các bước tiến hành tương tự như kiểu phản ứng chuyển hoá anetol bằng K2Cr2O7 Tác giả đã lựa chọn được các yếu tố công nghệ thích hợp cho quá trình chuyển hoá anetol thành anisadehit (với MnO2 là chất oxy hoá): tỷ lệ mol MnO2/Anethol là 3,2; lượng chất xúc tác axit sulphanilic là 22%

so với anetol, nhiệt độ phản ứng ở 850C và thời gian phản ứng là 15 phút Ngoài

ra, tác giả đã sử dụng hai phương pháp tách anisaldehit là: phương pháp I tách ngay anisaldehit khỏi hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng oxy hoá bằng chưng cất phân đoạn chân không (độ tinh khiết của sản phẩm: 86%); Phương pháp II tách anisaldehit thông qua phức chất cộng hợp với bisulfit (độ tinh khiết đạt 99%)

2.4.3 Axit shikimic

2.4.3.1 Giới thiệu chung

- Công thức phân tử: C7H10O5

- Công thức cấu tạo

COOHHO

HO

OH

1

1 6 5 4 3 2

Hình 2.2 3,4,5-Trihydroxyl-1-cyclohexen-1-carboxylic axit

- 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) ở các vị trí khác nhau Những nhóm chức hydroxyl đã tạo nên 3 nguyên tử carbon bất đối (3, 4, 5) trong phân tử và làm cho axit này có hoạt tính 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

- Axit shikimic 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 [44] Một dẫn chứng điển hình là axit shikimic chính là nguyên liệu khởi đầu để tổng hợp ra hoạt chất oseltamivir photphat của thuốc kháng virus Taminflu – một chất ức chế neraminidase được dùng để phòng và điều trị cúm týp A và týp B (sơ

đồ 2.2)

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 H

2 O 77%

N - deatlylation

COOEt HO

COOEt

N Ph

Ph

shikimic acid

NH 2

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

HCl / H2O transimination then aziridination

N

second trasimination followed by acidic hydrolysis

COOEt O

HN

H

2 N 80% over four steps

Sơ đồ 2.2 T ổng hợp hoạt chất oseltamivir photphat từ axit shikimic

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

Axit shikimic đ−ợc tách ra lần đầu tiên từ quả của một loài Hồi có độc

màu trắng Axit shikimic có mặt ở lượng nhỏ trong rất nhiều loài cây [22, 47, 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 [23, 24, 44…]

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 [44] 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 [12] 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 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 {16,17,18,39} 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

ở Việt Nam việc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng axit shikimic còn hết sức mới mẻ Gần đây, TS Nguyễn Quyết Chiến và cộng sự ở Viện Hoá học 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] Kết quả cho thấy: Axit Shikimic, [α]D -176 o (c=1.0, H2O), đnc 185-186 oC, EI-MS

(70eV) m/z 174 [M]+ ; 1H-NMR (D2O; 500 MHz) δ 6.77 (1H, dt, J=4.1, 1.5 Hz, H-2); 4.41(1H, t, J=4.1 Hz, H-3); 3.99 (1H, ddd, J=8.4, 6.5, 5 Hz, H-5); 3.74 (1H, dd, J=8.4, 4.1 Hz, H-4); 2.69 (1H, ddt, J=18, 5, 1.5 Hz, H-6α); 2.18 (1H, ddt, J=18, 6.5, 1.5 Hz, H-6β); 13C-NMR (D2O; 125 MHz) δ 170.12 (C=O); 137.28 (C-2); 129.73 (C-1); 71.08 (C-4); 66.59 (C-5); 65.78 (C-3); 30.36 (C-6)

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 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

2.4.4 Các phương pháp thu nhận đồng thời tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ nguồn thực vật

Trong một số loài thực vật, ngoài tinh dầu (các hợp chất dễ bay hơi) chúng còn chứa các hoạt chất sinh học khác có giá trị (các hợp chất không bay hơi) Tiêu biểu cho các loài thực vật này là các cây gia vị Để có thể chiết tách được

đồng thời tinh dầu và các chất tạo vị (không bay hơi) ra khỏi nguyên liệu người

ta thường sử dụng phương pháp trích ly với dung môi hữu cơ hoặc dung môi CO2siêu tới hạn và phương pháp kết hợp chưng cất với trích ly

Một ví dụ điển hình là chiết tách nhựa dầu gừng (gồm tinh dầu và phần nhựa là các hợp chất tạo vị) bằng phương pháp trích ly với dung môi là cồn etylic Sở dĩ, sử dụng được phương pháp này là do tinh dầu và các hợp chất tạo vị (nhựa) đều tan tốt trong cồn etylic Quy trình chiết tách nhựa dầu gừng ở quy mô thực nghiệm được thể hiện trong sơ đồ 2.3 [11]

Đối với nguyên liệu chứa tinh dầu kém bền với nhiệt và dễ bay hơi trong quá trình trích ly, người ta thường sử dụng phương pháp kết hợp chưng cất với trích ly để khai thác nhựa dầu Sơ đồ 2.4 đưa ra quy trình công nghệ khai thác nhựa dầu từ củ nghệ

Nguyên liệu tươi

(W= 86%)

Phơi nắng (W=14%) Sấy (t0= 80 – 850C

Tinh chế

- Ly tâm lắng:

+ VNL/VT = 1/2 + Vận tốc ly tâm : 6000 v/ph + Nhiệt độ ly tâm : 400C + Thời gian ly tâm: 20 phút

- Trích ly lại bằng etyl axetat

+ Tỷ lệ NDT/DM: 1/16 + Tốc độ khuấy: 500 v/ph + Thời gian khuấy: 20 phút + Thời gian lắng: 45 phút

Xử lý cồn

Kết tinh

Sơ đồ 2.4: Sơ đồ công nghệ khai thác nhựa dầu từ củ nghệ

Kết tinh lại

3 thực nghiệm

3.1 Phương pháp tiến hành nghiên cứu

3.1.1 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: Khói lượng mẫu nguyên liệu, g

- W: Độ ẩm của nguyên liệu, %

M (100 W)

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

và axit shikimic từ quả hồi Việt Nam

3.1.2.1 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 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 3.1

- 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