Nghiên cứu quy trình tách chiết tinh dầu từ vỏ cam sành tuyên quang

Đề xuất được quy trình tách sản xuất tinh dầu cam sành bằng phương pháp tách chiết Từ kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp một phần công sức vào việc nghiên cứu quy trình sản xuất ra

NÔNG BẢO CHÂU

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT TINH DẦU TỪ VỎ

CAM SÀNH TUYÊN QUANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo: Đại học (Chính quy) Ngành/chuyên ngành: Công nghệ sinh học Lớp: K50-CNSH

Khoa: Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm Khóa học: 2018-2022

Thái Nguyên - năm 2023

NÔNG BẢO CHÂU

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT TINH DẦU TỪ VỎ

CAM SÀNH TUYÊN QUANG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo: Đại học (Chính quy) Ngành/chuyên ngành: Công nghệ sinh học Lớp: K50-CNSH

Khoa: Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm Khóa học: 2018-2022

Họ tên người hướng dẫn: GV.TS Bùi Tri Thức

Thái Nguyên - năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Được sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà trường, Ban Chủ nhiệm Khoa Công

nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trong thời gian thực tập tốt nghiệp em đã

thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình tách chiết tinh dầu cam sành Tuyên Quang”

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp em đã

nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của nhiều

tổ chức và cá nhân

Trước tiên, Em xin Trân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu nhà trường, Ban Chủ

nhiệm Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm cùng các thầy cô giáo

trong Khoa đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành

tới thầy giáo TS Phạm Bằng Phương và thầy giáo TS Bùi Tri Thức giảng viên Khoa

Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và hướng

dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn hết lòng động viên, ủng hộ, tạo điều

kiện cả về vật chất và tinh thần cho tôi trong suốt thời gian thực tập, cảm ơn bạn

Quách Văn Quang và các anh chị, các em và bạn đã giúp đỡ em trong suốt thời

gian qua

Tuy nhiên vì trình độ chuyên môn của bản thân còn nhiều hạn chế và bản thân

còn thiếu nhiều kỹ năng, kinh nghiệm thực tế nên đề tài không thể tránh được những

sự sai sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để

đề tài của em được hoàn thiện hơn

Lời cuối, em xin gửi đến các thầy cô, bạn bè cùng các anh chị, em tại khoa

CNSH-CNTP lời cảm ơn chân thành nhất

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2023

Sinh viên thực tập

Nông Bảo Châu

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học tinh dầu cam 13

Bảng 3.1: Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 25

Bảng 3.2: Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các kích thước nguyên liệu khác nhau 32

Bảng 3.3: Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các tỷ lệ nước/ nguyên liệu khác nhau Error! Bookmark not defined. Bảng 3.4: Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các nồng độ Nacl khác nhau 34

Bảng 3.5: Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các thời gian ngâm ủ khác nhau 35

Bảng 3.6: Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các thời gian chưng cất khác nhau 36

Bảng 4.1: kết quả thu hồi tinh dầu ở các kích thước khác nhau 38

Bảng 4.2: Kết quả thu hồi tinh dầu ở các tỉ lệ nước/nguyên liệu khác nhau 40

Bảng 4.3: Kết quả thu hồi tinh dầu ở các nồng độ NaCl khác nhau 41

Bảng 4.4: Kết quả thu hồi tinh dầu ở các thời gian ngâm ủ khác nhau 43

Bảng 4.5: Kết quả thu hồi tinh dầu ở các thời gian chưng cất khác nhau 45

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Kích thước vỏ quả cam sành Tuyên Quang 8

Hình 2.2 Mô hình thiết bị chưng cất dạng nước 19

Hình 2.3 Mô hình thiết bị chưng cất hơi nước không có nồi hơi riêng 20

Hình 3.1 Nguyên liệu vỏ cam sành 28

Hình 3.2: Thiết bị chưng cất tinh dầu 28

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu cam 30

Hình 4.1: Biểu đồ kết quả thu hồi tinh dầu ở các thời gian nghiền khác nhau 39

Hình 4.2: Biểu đồ kết quả thu hồi tinh dầu ở các tỷ lệ nước/nguyên liệu khác nhau 40

Hình 4.3: Biểu đồ kết quả thu hồi tinh dầu ở các nồng độ muối khác nhau 42

Hình 4.4: Biểu đồ kết quả thu hồi tinh dầu ở các thời gian ngâm (ủ) khác nhau 44

Hình 4.5: Biểu đồ kết quả thu hồi tinh dầu ở các thời gian chưng cất khác nhau 45

Hình 4.6: Sơ đồ hoàn thiện quy trình tách chiết tinh dầu vỏ cam sánh Tuyên Quang 47

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

MỤC LỤC v

Phần 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.2.1 Mục tiêu tổng quát 3

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 3

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4

Phần 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 5

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài 5

2.1.1 Nguồn gốc họ Cam 5

2.1.2 Tổng quan về Cam Sành 5

2.1.3 Tổng quan về tinh dầu 9

2.1.4 Tinh dầu cam 11

2.1.5 Phương pháp sản xuất tinh dầu 15

2.2 Tổng quan tình hình trong nước và trên thế giới 21

2.2.1 Tình hình nghiên cứu về tinh dầu thuộc họ (Citrus) trên thế giới và ở Việt Nam 21

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

3.1 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 25

3.1.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu 25

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu 25

3.3.3 Thời gian nghiên cứu 25

3.1.4 Phạm vi nghiên cứu 25

3.1.5 Hóa chất sử dụng 25

3.1.6 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 25

3.2 Nội dung nghiên cứu 26

3.3 Phương pháp nghiên cứu 27

3.1.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 27

3.1.2 Phương pháp lấy mẫu 27

3.3.3 Phương pháp chưng cất tinh Cam Sành Tuyên Quang 27

3.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 31

3.4 Các phương pháp xử lý số liệu 36

Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38

4.1 Kết quả nghiên cứu quy trình tách chiết tinh dầu từ vỏ cam sành Tuyên Quang 38

4.1.1 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa kích thước nguyên liệu trong quy trình tách chiết tinh dầu 38

4.1.2 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ nước/nguyên liệu trong quy trình tách chiết tinh dầu 40

4.1.3 Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa nồng độ muối (NaCl) thêm vào trong quy trình tách chiết tinh dầu 41

4.1.4 Kết quả nghiên cứu tối ưu thời gian ngâm, ủ nguyên liệu trong quy trình tách chiết tinh dầu 43

4.1.5 Kết quả nghiên cứu xác định thời gian chưng cất trong quy trình tách chiết tinh dầu 44

4.1.6 Hoàn thiện quy trình tách chiết vỏ cam sành Tuyên Quang 47

4.2 Phân tích thành phần tinh dầu cam sành Tuyên Quang 50

Phần 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC

Phần 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nằm ở phía đông bắc của Việt Nam, trên địa hình khá phức tạp, với khí hậu cận nhiệt đới ẩm, Tuyên Quang rất thích hợp phát triển một số loại cây ăn quả, cây dược liệu quan trọng Vài năm trở lại đây, các loại cây ăn quả rất được nhà nước quan tâm phát triển, tăng cả về diện tích, sản lượng và giá trị

Cây cam sành được xác định là một trong những cây ăn quả chủ lực của tỉnh Tuyên Quang, nhiều đề tài, chương trình phát triển vùng trồng, nghiên cứu quy trình công nghệ trong trồng trọt đối với loài cây này đã được thực hiện

Cam sành là một giống cây ăn quả thuộc chi cam chanh có nguồn gốc từ Việt

Nam Quả cam sành rất dễ nhận ra nhờ lớp vỏ dày, sần sùi giống bề mặt mảnh sành

Thành phần chính trong tinh dầu cam là limonen, D-limonen Hợp chất monoterpene này có chức năng chống ung thư đã được chứng minh là chịu trách nhiệm cho hầu hết các đặc tính có lợi của tinh dầu cam Nó có tính chất chống oxy hóa và chống viêm, cung cấp sự trợ giúp cho nhiều vấn đề về chuyển hoá và sức khoẻ, có tính chống ung thư, và thậm chí nó giúp giảm sự thèm ăn và cải thiện sự trao đổi chất… [9]

Tinh dầu cam giúp loại bỏ tế bào chết trên da, giữ và làm cho da mượt mà, mềm mại kích hoạt làm tiêu mỡ thừa dưới da, giúp da săn chắc ngăn ngừa mụn trứng

cá Tinh dầu giúp trị cảm cúm, nhức đầu, các bệnh về khớp, trị liệu các vấn đề về gan, thận, mất ngủ, giải độc cho cơ thể, thư giãn, giảm strees Tinh dầu tạo mùi thơm nhẹ nhàng, và hoàn toàn tinh khiết cho không gian Tinh dầu cam còn dùng trong sản xuất thuốc [2]

Tinh dầu hiện nay được nhiều người sử dụng thay thế các loại mỹ phẩm thông thường, bởi tính an toàn trong sử dụng và gần như không có tác dụng phụ

Trước năm 2000, cây cam sành tập trung chủ yếu tại huyện Hàm Yên với 2.013

ha, hết năm 2017 tăng lên 7.833 ha và hiện nay trên 8.600 ha, đứng thứ 2 khu vực miền núi phía Bắc, sau tỉnh Hòa Bình Đề án phát triển vùng sản xuất cam sành của

tỉnh giai đoạn 2014 - 2020 đề ra mục tiêu đến hết năm 2020, diện tích cam toàn tỉnh chỉ là trên 6.800 ha nhưng mới hết năm 2019 thì đã vượt quy hoạch [20]

Sau một thời gian tăng trưởng nóng về diện tích, thì khoảng 2 năm trở lại đây, diện tích cây ăn quả có múi bắt đầu có dấu hiệu chững lại nguyên nhân chủ yếu là

do diện tích đất trồng cam đã hết và do giá cả Liên tục từ năm 2018 đến vụ cam 2020

- 2021, cam sành Hàm Yên mất giá Đến vụ thu hoạch rộ cam không tiêu thụ được Trồng, chăm sóc, thu hoạch cam khiến nhiều nhà vườn thua lỗ, bởi thế những vụ cam gần đây không ít nhà vườn bỏ mặc vườn cam tự sinh trưởng phát triển, đã có đến vài trăm ha đã bị sâu bệnh phải phá bỏ [20]

Nhận thấy quả cam chứa rất nhiều tinh dầu ở vỏ nhằm mở thêm hướng tiêu thụ mới cho loại quả này, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn cho người dân trồng cam sành, cần thiết phải nghiên cứu tìm các giải pháp gia tăng giá trị của cam sành, các nghiên cứu về sản xuất tinh dầu cam đã được áp dụng rất nhiều trên thế giới nhưng

tại Việt Nam thì vẫn còn hạn chế

Tuy có tiềm năng rất lớn đối với sức khỏe con người cũng như lợi nhuận về mặt kinh tế; nhưng hiện nay, trên địa bàn cả nước nói chung và tỉnh Tuyên Quang nói riêng, việc sử dụng vỏ cam để làm tinh dầu chưa thực sự phổ biến Bên cạnh đó các quy trình sản xuất tinh dầu chưa thực sự tối ưu Việc nghiên cứu tách chiết tinh dầu cam sành Tuyên Quang là việc làm cần thiết góp phần vào việc sử dụng các hợp chất

từ thiên nhiên một cách thiết thực và có hiệu quả hơn

Từ các vấn đề trên, tôi đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quy trình tách

chiết tinh dầu từ vỏ cam sành Tuyên Quang” nhằm tối ưu hóa quy trình tách chiết

tinh dầu để đạt hiệu suất thu hồi tốt nhất Từ đó góp phần tạo động lực thúc đẩy việc bảo tồn và mở rộng diện tích vùng trồng cam sành tại các khu vực ở Tuyên Quang một cách gián tiếp

1.2 Mục tiêu của đề tài

tinh dầu

tinh dầu

chiết tinh dầu

chiết tinh dầu

tinh dầu

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Quá trình nghiên cứu sẽ đánh giá được điều kiện tối ưu nhằm góp phần xây

dựng và hoàn thiện quy trình tách chiết tinh dầu từ vỏ cam sành Tuyên Quang

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cung cấp các dữ liệu khoa học mới về việc nghiên cứu tối ưu hóa các điều kiện chiết xuất tinh dầu cam sành Tuyên Quang, tạo

tiền đề cho các nghiên cứu sau này

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Giúp sinh viên nâng cao kinh nghiệm và kỹ năng trong việc thực hành nghiên cứu khoa học, củng cố lại kiến thức lí thuyết, ứng dụng vào thực tế để từ đó hoàn

thiện hơn bản thân

Đề xuất được quy trình tách sản xuất tinh dầu cam sành bằng phương pháp tách chiết

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp một phần công sức vào việc nghiên cứu quy trình sản xuất ra các loại sản phẩm mang lại lợi ích về mặt sức khỏe cho cộng đồng cũng như giá trị về mặt kinh tế cho vùng sản xuất nguyên liệu giúp nâng cao

đời sống cho người dân địa phương

Phần 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

2.1.1 Nguồn gốc họ Cam

Giống họ quả cam thuộc chi cam chanh (Citrus) đã được trồng ít nhất 4000 năm

trở lại đây ở khu vực các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới của lục địa Châu Á (đặc biệt

là các nước Đông Nam Á) và quần đảo Malaysia [1], [15]

Quả cam là loại có múi, vỏ gồm ba phần đó là vỏ ngoài, vỏ giữa và vỏ trong, ở

vỏ ngoài chứa các túi tinh dầu, nằm ở các mô và được giữ lại dưới sức trương của tế bào xung quanh [1]

Hiện nay, kỹ thuật lai giống ngày càng phát triển, giống Citrus đã được lai ghép

thành nhiều giống khác nhau vì vậy đã cho ra đời rất nhiều các loài cây lai trên khắp thế giới Tuy nhiên, chỉ một số ít loài cây được nghiên cứu và được xác định tên khoa học một cách chính xác Đa số, các cây lai từ các nhà vườn được lai ngẫu nhiên sao cho phù hợp với khí hậu, thời tiết, thổ nhưỡng và cho ra năng suất cao

2.1.2 Tổng quan về Cam Sành

2.1.2.1 Nguồn gốc

Chi Citrus có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới ở đông nam

Châu Á Cam sành là giống cây ăn quả thuộc chi cam chanh, có nguồn gốc từ Việt Nam Quả cam sành là loại quả có múi, một dạng quả mọng có đặc điểm là vỏ dày sần sùi, dạng tròn dẹp, quả nhiều nước, thịt quả vàng cam, vị ngọt chua mùi thơm, ít hạt, lớp cùi phía trong cũng dày hơn các loại quả khác cùng chi, vỏ quả dày từ 3-5

mm trọng lượng trung bình một quả cam sành từ 200 – 250g Vỏ quả gồm ba phần là

vỏ ngoài, vỏ giữa và vỏ trong Vỏ ngoài chứa các túi tinh dầu- nằm trong các mô- được giữ lại dưới sức trương của tế bào xung quanh [13], [15]

 Phân bố

Á, châu Mỹ, châu Phi và cả châu Âu Cam là một loại cây ăn quả quan trọng nên trong quá trình trồng trọt, người ta đã lai tạo ra nhiều vùng trồng khác nhau [15]

- Ở Việt Nam, Cam sành được trồng ở trên khắp các tỉnh thành Do đó, Việt Nam được coi là một trong những trung tâm đa dạng với nhiều giống Cam bản địa quý như ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam như Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái Tại miền Nam Việt Nam cam sành cũng được trồng ở Tam Bình (Vĩnh Long); Cái Bè (Tiền Giang), Ô Môn (Cần Thơ), Mùa vụ thu hoạch chính từ tháng 10 đến tháng 1 Cây Cam sành có đặc tính ưa đất vùng núi với khí hậu ôn hòa, mát mẻ, chúng dễ sinh trưởng ở những vùng này Vì vậy Tuyên Quang trở thành vùng trồng cam sành chủ chốt với khí hậu phù hợp, thổ nhưỡng không giống bất kỳ vùng nào khác trên cả nước, lượng mưa ở rất đều đặn và lớn [15]

2.1.2.2 Đặc điểm thực vật

a) Khái quát

Cam Sành có một số tên khoa học khác nhau như Citrus nobilis, Citrus

reticulata, hay Citrus sinensis, trên thực tế nó là giống lai tự nhiên: C reticulata x C sinensis [14]

b) Mô tả thực vật

trụ, cành dày, ngắn có gai, lá hơi thuôn, màu xanh đậm, mép lá nhẵn, hoa thường mọc đơn, màu trắng, mùi thơm mạnh, eo lá hơi to, đường kính gốc cây khoảng 20 - 40 cm Quả chín từ tháng mười đến tháng một năm sau [9]

- Chùm hoa cam sành từ cuống đến nụ được phủ một lớp lông màu trắng Cây cam sành ra hoa, ra quả lệ thuộc khá nhiều vào thời tiết hoa nhỏ có 5 cánh, sáp vàng lợt pha màu trắng hơi xanh, thuộc loại lưỡng tính [9]

và kỹ thuật trồng khác nhau, phổ biến có các công thức trồng như: trồng với mật độ

Về chất lượng

So với những giống cam khác trên cả nước thì cam sành Tuyên Quang được đánh giá về chất lượng như sau:

- Hàm lượng nước trong cam khá lớn 86,14-91,99 %

Hình 2.1 Kích thước vỏ quả cam sành Tuyên Quang

Có được các đặc điểm đặc trưng riêng như trên của cam sành Tuyên Quang là nhờ cây cam được trồng ở khu vực địa hình đặc trưng với 2 dãy núi cao và thung lũng

bị chia cắt mạnh (độ cao trung bình 650 m trên mực nước biển), trên nền đất đỏ vàng phong hóa từ đá sét và đá mắc ma có tầng canh tác dày >70 cm, có độ phì tự nhiên từ trung bình đến cao, giữ nước tốt, giúp cây cam sinh trưởng và phát triển thuận lợi Bên cạnh đó, khí hậu vùng trồng phân thành 2 mùa rõ rệt, nhiệt độ trung bình năm

1.600-1.800 mm (tập trung nhiều vào mùa mưa) giúp cây cam phát triển quả thuận lợi, phù hợp với quá trình ra hoa, đậu quả cho mùa vụ tiếp theo Biên độ nhiệt ngày đêm lớn, quả cam có vỏ mỏng hơn cam sành vùng khác, màu sắc và độ bóng cũng có sự khác biệt Điều kiện khí hậu kết hợp với các yếu tố về thổ nhưỡng, chịu sự ảnh hưởng lớn của địa hình giúp cho vùng trồng cam sành Tuyên Quang có đầy đủ các yếu tố để tạo

ra sản phẩm cam sành có chất lượng đặc thù [22]

Bên cạnh yếu tố tự nhiên phù hợp, tập quán canh tác của người dân địa phương (chọn giống thuần chủng, sạch bệnh được lai tạo và nuôi cấy trong nhà lưới và tuân

thủ quy trình canh tác nghiêm ngặt) cũng góp phần tạo nên đặc thù của sản phẩm cam sành Tuyên Quang

2.1.3 Tổng quan về tinh dầu

2.1.3.1 Khái niệm về tinh dầu

Tinh dầu là sản phẩm có mùi thơm

Tinh dầu là một dạng chất lỏng chứa các hợp chất thơm dễ bay hơi được chiết xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, từ vỏ quả, lá cây, thân cây, hoa, vỏ cây, rễ cây… hoặc những bộ phận khác của thực vật Hệ thực vật có tinh dầu bao gồm khoảng

3000 loài, trong đó có 150-200 loài có ý nghĩa công nghiệp Tinh dầu có trong các nguồn nguyên liệu thực vật khác nhau với nồng độ rất khác nhau, có thể thay đổi từ phần triệu đến phần trăm [3], [7]

Tinh dầu phân bố tập trung trong một số họ như họ hoa tán, học Cúc, họ hoa môi, họ Long Não, họ Sim, học Cam, họ Gừng…Tinh dầu được chiết một số bộ phận của cây như cánh hoa, lá, cành, rễ, vỏ trái, cuống hạt, vỏ cây…

- Lá: bạc hà, tràm, bạch đàn, hương nhu, khuynh diệp, húng chanh, tía tô, cúc tần, lá tràm, lá sả, long não, cam, chanh, quýt…

- Bộ phận trên mặt đất: bạc hà, hương nhu…

- Hoa: hoa hồng, hoa nhài, hoa bưởi, hoa hồi, hoa đinh hương…

- Quả: sa nhân, hồi, bưởi, cam, chanh, quất, xuyên tiêu, thảo quả…

- Vỏ quả: cam, chanh, bưởi, quýt…

- Vỏ thân: quế…

- Gỗ: long não, vù hương, trầm hương…

- Thân rễ: gừng, nghệ, hành, tỏi, xuyên khung, bạch chỉ, đương quy…

Hàm lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch…Tinh dầu là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động sống của cây… [5], [7], [8]

 Phân loại các thành phần có trong tinh dầu

 Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1% Thành phần chính là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu

 Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1%

 Thành phần vết: là thành phần có hàm lượng không quá 0,1% trong toàn

bộ tinh dầu

Tinh dầu của mỗi loài thực vật là một hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp chất thuộc các nhóm hữu cơ khác nhau Theo tính chất vật lý, các hợp chất có trong tinh dầu thường được phân thành hai nhóm chính:

+ Nhóm thành phần dễ bay hơi: chiếm tới 90 - 95% tổng lượng tinh dầu

+ Nhóm còn lại: gồm các hợp chất ít bay hơi chỉ chiếm 1 - 10%

Các hợp chất trong tinh dầu được chia thành các nhóm:

 Monoterpen mạch hở (ví dụ: myrcen, ocimen)

 Monoterpen mạch vòng (ví dụ: p-cymen, pinen, sabinen)

 Monoterpen mạch hở bị oxy hóa (như farnesol, linalool, neral)

 Monoterpen mạch vòng bị oxy hóa (như terpineol, geraniol)

 Sesquiterpen mạch hở (ví dụ: farnesen)

2.1.3.2 Tính chất của tinh dầu

Tinh dầu là hợp chất hữu cơ hòa tan lẫn vào nhau, có mùi đặc trưng của nguyên liệu được tách chiết Ở nhiệt độ thường tinh dầu ở thể lỏng, có khối lượng riêng bé thường bé hơn 1 trừ (một vài loại như: đinh hương, quế có khối lượng riêng lớn hơn 1) [3]

Mặc dù trong thành phần hóa học của mỗi một loại tinh dầu là không giống nhau nhưng nhìn chung thì chúng thường không màu hoặc có màu vàng nhạt, dễ bay hơi

và có mùi thơm đặc trưng Thành phần hóa học chủ yếu trong tinh dầu là các hợp chất Terpenoid (tức các hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân (nhất là ở nhiệt

độ cao) và bị phân hủy bởi ánh sáng thành các hợp chất khác [3]

Mặc dù thành phần hóa học của mỗi loại tinh dầu là khác nhau, nhưng nhìn

trưng Thành phần hóa học chủ yếu trong tinh dầu là các hợp chất Terpenoid (tức các hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân (nhất là ở nhiệt độ cao) và bị phân hủy bởi ánh sáng thành các hợp chất khác [4]

Vì vậy, tinh dầu thường bảo quản ở trong những lọ sẫm màu, có miệng nhỏ và đậy nút kỹ Tinh dầu thực vật thường có thành phần không ổn định mà luôn thay đổi theo thời gian sinh trưởng của cây và cũng biến đổi theo điều kiện khí hậu, thời tiết…và trong các bộ phận khác nhau của cây thì hàm lượng tinh dầu cũng khác nhau Hàm lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch…Cây mọc ở vùng nhiệt đới có hàm lượng tinh dầu nhiều hơn ở vùng ôn đới Ngoài ra, lượng tinh dầu còn phụ thuộc vào,

Tinh dầu là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động sống của cây

2.1.4 Tinh dầu cam

2.1.4.1 Tính chất của tinh dầu vỏ cam

- Là một trong những loại tinh dầu phổ biến và được sử dụng rộng rãi trên thế giới, tinh dầu cam là một loại tinh dầu được sản xuất bởi các tế bào bên trong vỏ quả cam Tinh dầu vỏ cam là chất lỏng, màu vàng nhạt, có mùi thơm nhẹ của cam tươi, không tan trong nước [14]

- Vỏ quả: chứa nhiều túi tiết tinh dầu

Thành phần có trong tinh dầu cam là limonene, là một hydrocacbon (monoterpene) lỏng và không màu Thông thường có hơn 90% limonene trong thành phần tinh dầu vỏ cam Trong đó chủ yếu là d-limonene với các tính chất:

 Khối lượng phân tử 136,24g/mol

 Chiết xuất 1,4720

 Lemonene dễ tham gia phản ứng cộng hóa trị và dễ bị oxi hóa [14]

- Tác dụng của chất limonene với sức khỏe

Chất limonene đã được nghiên cứu về khả năng chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thư, các đặc tính chống bệnh tim và là một trong những chất thẩm thấu trong chăm sóc da hiện nay [10]

- Tinh dầu cam có mùi thơm đặc trưng với vị ngọt sắc, gây ấn tượng mạnh, kích thích dịch vị nhất là trong tuyến nước bọt Nó tham gia nhiều thành phần của nhiều chất thơm Do đó, người ta thường sử dụng một ít để pha chế mùi tổng hợp nhân tạo

- Hàm lượng tinh dầu trong vỏ quả thường rất cao (thay đổi từ 1,5 đến 6,5% so với sinh khối tươi của vỏ hoặc từ 0,15 đến 0,85% so với sinh khối tươi) Tinh dầu vỏ quả được quan tâm và nghiên cứu rất nhiều, bởi vì chứa hàm lượng tinh dầu và limonen cao Chính vì vậy, tinh dầu vỏ quả xem như là nguồn cung cấp limonen

- Tùy theo loài cam và điều kiện canh tác, vùng khí hậu mà tinh dầu này có các

thành phần hóa học và các chỉ số vật lý có sự thay đổi khác nhau

- Thành phần chính của tinh dầu cũng thay đổi rất lớn theo loài, đất canh tác trồng trọt, phương pháp khai thác, vùng khí hậu…

Bảng 2.1 Thành phần hóa học tinh dầu cam [14]

2.1.4.2 Ứng dụng của tinh dầu cam

- Trong công nghệ thực phẩm: Trong công nghệ sản xuất các loại bánh kẹo, thức uống tinh được sử dụng với lượng nhỏ và dưới những dạng khác nhau góp phần tạo hương cho các loại thức ăn, đồ uống Ngoài ra, hiện nay người ta còn sử dụng tinh dầu như một chất bảo quản thực phẩm tự nhiên và an toàn thay cho các chất bảo quản tổng hợp, nhờ hoạt tính kháng vi sinh vật và khả năng chống oxi hóa ưu việt của nó [2]

- Trong y học: nhất là trong y học cổ truyền tinh dầu như một loại dược phẩm quan trọng Mỗi một loại tinh dầu có thành phần hóa học và cấu phần chính khác nhau nên những hoạt tính trị bệnh cũng khác nhau, có những loại lại kích thích dịch tiêu hóa như tinh dầu từ vỏ cam, có những loại tác dụng lên hệ thần kinh trung ương, dịch dạ dày, dịch ruột và dịch mật nhờ vậy, chúng được điều chế thành thuốc chữa trị các bệnh về đường hô hấp, tuần hoàn, tiêu hóa, chữa đau bụng, nôn mửa, xoa bóp các chỗ đau, giảm mệt mỏi cho con người [2], [10]

- Trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm: Ngày nay, ngành công nghiệp mỹ phẩm phát triển rất mạnh, tinh dầu được sử dụng trực tiếp, ngoài ra tinh dầu còn là

nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất các sản phẩm như: Nước hoa, xà phòng thơm, dầu gội đầu, các loại kem dưỡng da… [2], [11]

Một số công dụng của tinh dầu cam như:

Tăng cường khả năng miễn dịch: Một trong số những thành phần chính của tinh dầu cam có khả năng chống lại quá trình stress oxy hóa một cách rất mạnh mẽ Từ đó

nó giúp tăng cường hệ thống miễn dịch [9]

Kháng khuẩn: Tinh dầu được chiết xuất từ trái cây họ cam đã được chứng minh khả năng kháng khuẩn rất tốt Một nghiên cứu được công bố năm 2009, đãc hứng minh khả năng ngăn sự phát triển của vi khuẩn E Coli Một vi khuẩn đường ruột có trong thực phẩm bẩn, nước bẩn Loại vi khuẩn này có thể gây ra những căn bệnh nguy hiểm khi nuốt phải như: Suy thận hay thậm chí là tử vong [1]

Hạ huyết áp: Tinh dầu cam được coi là một trong số những phương thuốc tự nhiên giúp hạ huyết áp tự nhiên Ngoài ra nó còn có khả năng cải thiện lưu thông tuần hoàn máu Bên cạnh đó cảm giác khi hít tinh dầu cam tốt hơn nhiều so với hít thở không khí trong lành

Chống viêm: Khả năng chống viêm của tinh dầu cam đã được nghiên cứu trên các tình trạng phổ biến như: Nhiễm trùng, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính

Giảm đau: Nhờ khả năng chống viêm, giảm nề nên tinh dầu cam là một bài thuốctự nhiên cho việc giảm đau Đặc biệt là giảm cảm giác đau cơ, đau xương và khớp rất hiệu quả [9]

Giảm căng thẳng, an thần: Tinh dầu cam đã được chứng minh là có khả năng nâng cao tinh thần, thư giãn, chống trầm cảm, lo âu rất hiệu quả và an toàn Các nhà trị liệu bằng hương liệu và những chuyên gia y tế dùng biện pháp tự nhiên đã sử dụng tinh dầu cam để làm thuốc chống trầm cảm và an thần nhẹ

Chăm sóc da: Vitamin C trở thành một phân tử quan trọng đối với sức khỏe làn

da, đây là một loại vitamin giúp chống lão hóa, tăng cường sản xuất Collagen Và các trái cây họ cam quýt có chứa hàm lượng Vitamin C rất cao Hàm lượng Vitamin C trong vỏ cam là cao nhất trong tất cả các bộ phận, và dĩ nhiên tinh dầu cam được chiết xuất từ vỏ cam sẽ chứa nhiều Vitamin C Bên cạnh tác dụng chống lão hóa, tăng sản

xuất Collagen tinh dầu cam còn giúp bạn ngăn ngừa mụn trứng cá Có được tác dụng này chính là nhờ khả năng chống viêm, kháng khuẩn của nó [21]

Ngăn ngừa ung thư: D-Limonene (chiếm phần lớn thành phần của tinh dầu cam)

là một monoterpene có hoạt tính tương tự hóa trị được sử dụng trong điều trị ung thư Nhiều nghiên cứu trên cả người và động vật đã chỉ ra khả năng ngăn ngừa khối u của hợp chất này Nghiên cứu cho thấy monoterpene có khả năng ngăn ngừa ung thư vú [17], [10]

2.1.5 Phương pháp sản xuất tinh dầu

Tinh dầu hiện nay được chiết xuất từ rất nhiều phương pháp nhưng đều có những đặc điểm chung như sau:

- Tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu

- Tinh dầu phải lấy được triệt để với chi phí thấp nhất

- Quy trình khai thác phải phù hợp với đặc tính của nguyên liệu

Các phương pháp ly trích tinh dầu đều dựa vào các đặc tính sau của tinh dầu:

- Dễ bay hơi

- Dễ bị hấp thu ở thể khí

- Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ

Tìm hiểu về một số phương pháp thường sử dụng trích ly tinh dầu thực vật:

Có 4 phương pháp thường được áp dụng để chiết xuất tinh dầu

 Phương pháp chiết xuất bằng dung môi (Extraction):

a Cơ sở của phương pháp:

Phương pháp chiết phù hợp để trích ly các nguyên liệu có lượng tinh dầu thấp, các hương liệu dễ bay hơi đặc biệt là ở trong hoa [8], [14]

Phương pháp sử dụng các dung môi thực phẩm để hòa tan các chất khác, sau khi hòa tan được dung môi và chất cần tách, đem hỗn hợp này tách dung môi sẽ thu được chất cần tách Nguyên liệu được ngâm trong dung môi hữu cơ thích hợp sẽ được cất chân không để thu hồi dung môi phần còn lại là hỗn hợp tinh dầu và sáp được gọi

là tinh dầu cô kết gọi là “concrete oil” Sau đó sử dụng cồn tuyệt đối để hòa tan “con-

crete oil” rồi để lạnh khi đó phần sáp sẽ đông đặc và được tách loại, phần dịch còn lại

sẽ được đem chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu được sản phẩm là tinh dầu tinh khiết gọi là “absolute oil” Đấy cũng chính là hai dạng sản phẩm chính của chất thơm đang được lưu hành trên thị trường hiện nay [8], [14], [12]

b Yêu cầu về những đặc tính của dung môi chiết:

nguyên liệu

Nhiệt độ sôi thấp vì khi chưng cất dung dịch ly trích để thu hồi dung môi, nhiệt

độ sôi cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu, điểm sôi của dung môi nên thấp hơn điểm sôi của cấu phần dễ bay hơi nhất trong tinh dầu Ngoài ra, cần có thêm những yếu tố phụ khác như: giá thành thấp, nguồn cung cấp dễ tìm, …

Thông thường, thì không có dung môi nào thỏa mãn được tất cả những điều kiện như trên Vì vậy, người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước như Dietyl ete, Ete dầu hỏa, Hexan, Cloroform… lẫn dung môi tan trong nước như Etanol, Axeton… [8], [16], [3]

c Ưu và nhược điểm của phương pháp:

- Ưu điểm: Sản phẩm thu được theo phương pháp này thường có mùi thơm

tự nhiên Hiệu suất sản phẩm thu được thường cao hơn các phương pháp khác

- Nhược điểm: Yêu cầu cao về thiết bị, thất thoát dung môi, quy trình tương đối phức tạp

 Phương pháp ướp:

Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi các chất béo dạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động vật) đã tinh chế

Sử dụng các khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo để hấp phụ chất thơm Các khay có thể xếp chồng lên nhau trên mặt khay

xếp đều nguyên liệu để trích hương và để yên trong khoảng từ 12-72 giờ tùy từng loại nguyên liệu Tiếp đó người ta thay lớp nguyên liệu mới và để hấp phụ từ 10-15 lần cuối cùng thu được chất béo có mùi thơm Đem lắc chất béo với etanol cao độ để trích ly tinh dầu sau đó để lạnh -100C để loại bỏ hết chất béo bị kéo theo rồi cô etanol dưới áp suất thấp để thu tinh dầu [8], [5], [14]

Phương pháp này thường được dùng để chiết hương thơm của các loài hoa

để thu được sản phẩm dưới dạng tinh dầu cô đặc dùng trong ngành công nghiệp

mỹ phẩm

 Phương pháp ép:

Phương pháp này áp dụng cho các loại dược liệu có hàm lượng tinh dầu cao

và tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ

Cơ sở của phương pháp: nguyên liệu chiết được trích tinh dầu bằng cách ép ở nhiệt độ thường sử dụng các loại máy ép trục vít vô tận hoặc máy ép nghiền nguyên liệu, mục đích là để làm vỡ các tế bào chứa tinh dầu Phần thu được là một hỗn hợp gồm tinh dầu và dịch cùi có thể dễ dàng tách bằng cách cho thêm nước muối bão hòa,

hòa tan tinh dầu, sau đó làm lạnh để loại bỏ sáp Sau khi cô dưới áp suất thấp để loại

bỏ etanol ta có sản phẩm tinh dầu có lẫn một ít nhựa Phương pháp này có thể cho hiệu suất trên 90% so với hàm lượng tinh dầu định lượng trong phòng thí nghiệm [8], [6], [12]

 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước:

a Định nghĩa:

Phương pháp chưng cất là phương pháp đầu tiên và phổ biến nhất được sử dụng để chiết xuất và tách tinh dầu ra khỏi thực vật Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao sau đó trải qua quá trình ngưng tụ và phân tách [13], [15], [12]

b Cơ sở của phương pháp chưng cất:

Chưng cất lôi cuốn hơi nước là một trong những quy trình sử dụng thuyết trích

ly hệ rắn-lỏng Trong đó pha lỏng được sử dụng để tách các thành phần, cấu tử của pha rắn Nghĩa là tinh dầu sẽ được tách từ nguyên liệu thô Phương pháp này có 3 quá trình chủ yếu: Nước trong nguyên liệu hòa tan, hóa hơi và hơi nước đi vào lôi cuốn tinh dầu trong các mô, túi tinh dầu ra; Hơi nước và tinh dầu được ngưng tụ ở sinh hàn thành 2 pha lỏng tách biệt; tinh dầu sẽ được chiết tách ra và đem bảo quản [ 13]

Là khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử thành phần Vậy nên khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ được tách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, do đó sẽ hạn chế sự biến tính hóa học (sự oxy hóa, nhiệt phân ) các cấu tử tinh dầu Trong quá trình chưng cất, hơi nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu Dịch chưng cất sẽ được ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp trong đó lớp tinh dầu bên trên và lớp nước ở bên dưới Sự khuếch tán xảy

ra dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu bị trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định Trong những trường hợp các mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi (như sáp, nhựa, acid béo dây dài mạch thẳng) thì quá trình chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn [3], [6], [7], [13]

c Các dạng chưng cất tinh dầu:

Trong công nghiệp, người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước ra thành

ba dạng chính:

chưng cất nước và nguyên liệu không tách rời (chưng cất dạng nước)

chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng

chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng

* Chưng cất dạng nước:

Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị Khi đun sôi, hơi nước bay ra

sẽ cuốn theo tinh dầu, hơi ngưng tụ bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm nước và tinh

dầu, hai thành phần này không tan vào nhau nên dễ dàng tách ra khỏi nhau, tinh dầu

có tỷ trọng nhẹ hơn nước nên nổi lên ở phía trên và ngược lại nước nặng hơn nên ở phía dưới [3]

Phương pháp này đơn giản, thiết bị đơn giản và dễ chế tạo, phù hợp với những

cơ sở sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít, không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ, thời gian chưng cất tương đối nhanh, phù hợp với những cơ sở quy

mô nhỏ, lẻ Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm như chất lượng tinh dầu có thể bị giảm đi do nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với thiết bị nên dễ bị cháy khét, khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất

Hình 2.2 Mô hình thiết bị chưng cất dạng nước

* Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng:

Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị nhưng cách nhau bởi một vỉ nồi Khi đun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ một hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu Phương pháp này phù hợp với những

cơ sở sản xuất có quy mô trung bình So với phương pháp chưng cất bằng nước trực tiếp, phương pháp này có ưu điểm hơn, nguyên liệu ít bị cháy khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị, các nhược điểm khác vẫn chưa khắc phục được Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịu được nhiệt

độ cao [3], [12]

Hình 2.3 Mô hình thiết bị chưng cất hơi nước không có nồi hơi riêng

* Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng:

Trong quá trình chưng cất, hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào các thiết bị chưng cất, hơi nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu lôi cuốn hơi nước này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn Với phương pháp này cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị chưng cất Tức là nồi hơi có thể đi tới nhiều thùng nguyên liệu cùng 1 lúc bằng các đường ống dẫn hơi khác nhau [3], [12]

Hình 2.3 Mô hình thiết bị chưng cất hơi nước không có nồi hơi riêng

Phương pháp này đã khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê, khét và có thể dùng hơi quá nhiệt để chưng cất theo yêu cầu của công nghệ Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trong điều kiện chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ bị phân hủy làm giảm chất lượng Hơn nữa, các thiết bị sử dụng trong phương pháp này khá phức

tạp và chi phí đầu tư cao

Ngoài ra, có rất nhiều phương pháp mới trong việc ly trích tinh dầu như phương pháp chưng cất hay chiết dưới sự hỗ trợ bởi vi sóng, bởi siêu âm, kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME: Solid phase microextraction), kỹ thuật chiết siêu tới hạn (SFE: Supercritical fluid extraction), chiết kết hợp với chưng cất (SDE: Simultaneous distillation extraction),…Tuy nhiên, các phương pháp trên chi phí đắt và thiết bị phức

tạp hơn nên ít phổ biến hơn trong thực tế

So với các phương pháp trên thì tôi sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước dạng nước cụ thể là phương pháp chưng cất hơi nước dạng nước và nguyên liệu không tách rời vì phương pháp này dễ áp dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm, chi phí đầu tư ít, dễ dàng vận hành, cho hiệu quả chiết tương đối cao đặc biệt là phương pháp này phù hợp với loại nguyên liệu mà tôi sử dụng và phù hợp với những chỉ tiêu mà tôi nghiên cứu trên đối tượng cụ thể là vỏ quả cam sành Tuyên Quang Vì vậy tôi sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước dạng nước và nguyên liệu không tách rời để thực nghiên cứu này

2.2 Tổng quan tình hình trong nước và trên thế giới

2.2.1 Tình hình nghiên cứu về tinh dầu thuộc họ (Citrus) trên thế giới và ở Việt Nam

2.2.1.1 Trên Thế giới

Tinh dầu từ vỏ quả, lá và hoa của các cây thuộc chi Citrus là một chất tạo mùi,

hương thơm tự nhiên và mang lại nhưng tác dụng cho sức khỏe con người Hiện nay trên thế giới đã có những công trình nghiên cứu về tinh dầu, trong đó phải kể đến tinh

dầu thuộc chi Citrus như cam, quýt, chanh, bưởi… Các nghiên cứu về tính chất vật lý, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu họ Citrus thu nhận

được bằng các kỹ thuật tách chiết hiện đại đã được quan tâm nhiều trong những năm gần đây

- Atti-Santos, Serafini, Moyna và Cs (2005) đã nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu cho việc chiết tinh dầu chanh bằng phương pháp chưng cất hơi nước (HD) và chiết bằng CO2 siêu tới hạn (CO2 -SFC) Kết quả cho thấy nếu dùng phương pháp

HD thì hiệu suất cao nhất đạt được (5,45% w/w) khi chưng cất trong 3 giờ (dùng cả

vỏ không xay), còn nếu dùng phương pháp CO2 -SFC thì hiệu suất cao nhất là (7,93%

w/w) khi chiết ở 60ºC, 90 bar với tốc độ dòng của CO2 là 1mL/phút [17]

Năm 2006, Simon Njoroge và cộng sự đã nghiên cứu thành phần hóa học của

tinh dầu vỏ quýt Citrus reticulata Blanco tại Burundi Tinh dầu được chiết bằng

phương pháp ép lạnh và được phân tích bằng GC và GC/MS Hàm lượng tinh dầu 97,2% chứa 58 chất đã được xác định, trong đó monoterpene hydrocarbon là nhóm chiết hàm lượng lớn nhất 94,7% và limonene là thành phần đáng chú ý nhất, chiếm 84,8 % Ngoài ra còn có terpinene (5.4 %), myrcene (2,2 %) and piene (1,1 %)…

- Nhóm tác giả María Del Carmen Razola-Díaz, Eduardo Jesús Guerra - Hernández Belén García-Villanova, Vito Verardo đã nghiên cứu chiết xuất và công nghệ đóng gói tinh dầu cam Mô tả nghiên cứu như sau: Sản lượng cam không ngừng phát triển Phụ phẩm chính của cam, vỏ cam, là một nguồn tinh dầu có thể sử dụng được với rất nhiều lợi ích cho sức khỏe Do đó, điều quan trọng là tìm ra các kỹ thuật phục hồi và đóng gói tốt nhất để có được khả dụng sinh học tốt nhất cho con người

và đảm bảo chất lượng cao nhất cho các ứng dụng thực phẩm Do đó, mục đích của công việc này là tóm tắt toàn bộ quy trình cần thiết để thu được tinh dầu cam, từ bước tiền xử lý đến bước đóng gói, được thực hiện trong những năm qua Đánh giá này tập trung vào việc so sánh các kỹ thuật mới và sáng tạo hơn so với các kỹ thuật thông thường nhất được sử dụng để chiết xuất và đóng gói tinh dầu cam [18]

- Anna Geraci và các cộng sự: Vita di Stefano, Enrica Di Martino, Domenico Schillaci, Rosario Schicchi đã nghiên cứu thành phần tinh dầu vỏ cam và hoạt tính

kháng khuẩn: Trong nghiên cứu này, vỏ cam của 12 giống Citrus sinensis từ miền

trung-đông Sicily đã được sử dụng để thu được tinh dầu và chất chiết xuất Những cái được chiết xuất thông qua chưng cất hơi nước, những cái khác thông qua chiết xuất trong hexane Các thành phần hóa học được đánh giá dưới dạng phân tích định

tính và định lượng bằng phương pháp sắc ký khí/khối phổ Năm mươi bốn thành phần đã được xác định trong tinh dầu hơi nước và 44 thành phần trong chiết xuất Trong tất cả các giống, thành phần chính là d-limonene (73,9-97 %); tỷ lệ phần trăm rời rạc của linalool, geraniol và nerol cũng được tìm thấy Phân tích cụm dựa trên thành phần tinh dầu cho thấy một mức độ ái lực nhất định giữa các giống cây trồng cùng loại

Hoạt tính kháng khuẩn đã được nghiên cứu chống lại ba vi sinh vật (Staphylococcus

aureus, Listeria monocytogens và Pseudomonas aeruginosa) [19]

2.2.1.2 Ở Việt Nam

Việt Nam là một nước có điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thuận lợi cho việc hình thành và phát triển các loại thực vật, trong đó phải kể đến các loài thuộc chi

Citrus họ Rutaceae Gần đây, ở nước ta cũng đã có một số nghiên cứu tách chiết tinh

dầu từ lá hay vỏ bưởi, cam, chanh sử dụng phương pháp chưng cất truyền thống cũng như ứng dụng một số kỹ thuật chiết mới

- Nhóm tác giả tại Viện Công Nghệ Sinh Học và Công nghệ thực phẩm của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội bao gồm: Nguyễn Văn Lợi; Nguyễn Thị Minh Tú; Hoàng Đình Hòa; đã nghiên cứu tách chiết thành công và xác định hoạt tính sinh học của các thành phần tạo hương có trong tinh dầu vỏ bưởi và vỏ cam sành của Việt Nam Tinh dầu của 2 loại quả này sau khi được tách chiết bằng phương pháp chưng cất hơi nước đã được đưa vào chạy sắc kí cột với chất hấp phụ là Silicagel, dung môi chạy cột là n-hexane và Diethyl ether để tách nhóm thành phần tạo hương Kết quả thu được như sau:

+) Khi sử dụng phương pháp GC-MS đã xác định được 8 thành phần tạo mùi thơm trong tinh dầu vỏ bưởi và 5 thành phần tạo mùi thơm trong tinh dầu vỏ cam sành

+) Bằng phương pháp DPPH thì đã xác định được hoạt tính chống oxy hóa cho thực phẩm và bằng phương pháp khuếch tán thạch đã xác định được khả năng kháng khuẩn mạnh với các vi sinh vật đã được kiểm định của nhóm thành phần tạo hương trong thành phần của tinh dầu bưởi và tinh dầu cam sành [10]

- Nguyễn Minh Hoàng, khoa Công Nghệ Sinh học, Đại học mở TP HCM đã

nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ trái bưởi da xanh Citrus grandis (L.) Osbeck (trồng tại Đồng Nai) và từ vỏ trái Cam Sành Citrus nobilis Lour (trồng tại Tiền Giang) và

vỏ trái chanh dây Citrus aurantifolia (Chritm) Swingle (trồng tại Tiền Giang) bằng

phương pháp chưng cất hơi nước và không có sự hỗ trợ của vi sóng Kết quả cho thấy khi chưng cất với nguyên liệu không xay tốn nhiều thời gian ly trích hơn và tinh dầu thu được có màu vàng do tiếp xúc nhiệt quá lâu, hiệu suất thấp (bưởi: 0.59 %; Cam: 1.34 Chanh: 0.83%) Nếu dùng nguyên liệu xay thì thời gian ly trích ngắn, tinh dầu thu được trong suốt, không màu, hiệu suất thu được cao hơn (bưởi: 1.58 %; Cam: 3.79 %; chanh:1.78 %) Việc kết hợp sử dụng vi sóng trong quá trình chưng cất với nguyên liệu không xay có thời gian ly trích ngắn (19-21 phút), nhưng tinh dầu thu được có màu vàng nhạt và hiệu suất thấp (bưởi: 0.51 %; Cam: 0.48 %; chanh: 0.4 %)

Kết quả thử nghiệm về hoạt tính kháng khuẩn cho thấy tinh dầu vỏ trái giống Citrus

kháng khuẩn tốt trên một số chủng vi khuẩn thử nghiệm [8]

- Nguyễn thanh Tú, Khoa Công nghệ hóa học, Trường Đại học Công Nghiệp

Thực phẩm TP HCM, Điều chế tinh dầu cam bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Kết quả thu được các thông số kỹ thuật cho quá trình chưng cất ở quy mô phòng thí nghiệm: Nguyên liệu nghiền nhuyễn, tỷ lệ nước/ nguyên liệu là 5/1, nồng

độ muối là 2%, thời gian ngâm muối 2 giờ, thời gian chưng cất 50 phút, làm khan

limonene, β-Myrcene, α-Pinene, Decanal [14]

- Một số nghiên cứu khác về chiết tách tinh dầu như Đề tài “Tách tinh dầu và

alkaloid từ quả quất (Citrus japonica Thumb)” của Nguyễn Thị Lý và cộng sự hay

đề tài tốt nghiệp Đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi năm roi (Citrus

grandus (L.) Osbeck vargrandis) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước”

(2010) của sinh viên Nguyễn Đắc Phát trường Đại học Nha Trang [11]

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu

(nồng độ muối, thời gian trưng cất,.v.v ) trong quy trình

Tuyên Quang

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu

3.3.3 Thời gian nghiên cứu

3.1.4 Phạm vi nghiên cứu

3.1.5 Hóa chất sử dụng

3.1.6 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu

Các thiết bị và dụng cụ sử dụng để thực hiện cho nghiên cứu được thể hiện trong bảng 3.1 dưới đây:

Bảng 3.1: Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu

STT Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm Nguồn gốc

15 Pipet thủy tinh 10ml Trung Quốc

Cùng các trang thiết bị, dụng cụ khác phục vụ nghiên cứu ở phòng thí nghiệm khoa CNSH-CNTP

3.2 Nội dung nghiên cứu

Quang

nghiệm:

tách chiết tinh dầu

quy trình tách chiết tinh dầu

trong quy trình tách chiết tinh dầu

trình tách chiết tinh dầu

chiết xuất tinh dầu

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.1.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

Số liệu thứ cấp được thu thập dựa trên việc tìm kiếm các tài liệu có sẵn liên quan đến vấn đề nghiên cứu, kế thừa thông tin, số liệu khoa học đã có phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài: các văn bản pháp luật liên quan đến tách chiết tinh dầu cam, đánh giá chất lượng tinh dầu trên các tài liệu khoa học, trên sách báo, tạp chí, tài liệu trên mạng internet… liên quan đến các công trình tách chiết tinh dầu cam đã

có trên thế giới và Việt Nam Từ đó phát triển và cải tiến các quy trình tách chiết đó

3.1.2 Phương pháp lấy mẫu

Cam sành mua tại vườn trồng phổ biến trên địa bàn tỉnh Tuyên Quang được sử dụng làm nguyên liệu chính Sau khi vận chuyển đến phòng thí nghiệm, nguyên liệu được rửa sạch để ráo, tách lấy phần vỏ bằng dao gọt bén Sau đó tiến hành các bước tiếp theo của quy trình thiết kế thí nghiệm Nguyên liệu thu nhận được chưa sử dụng cho thí nghiệm được bảo quản lạnh và chỉ sử dụng trong 3 ngày để đảm bảo tính đồng nhất của nguyên liệu

Mẫu vỏ quả được lấy từ những quả nguyên vẹn, loại bỏ những quả vỏ ủng, dập nát, quả thối hỏng để tránh làm giảm đi giá trị sử dụng của vỏ cam, làm giảm hiệu quả của tinh dầu thu được

3.3.3 Phương pháp chưng cất tinh cam sành Tuyên Quang

 Trong nghiên cứu này, Tôi sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước dạng nước và nguyên liệu không tách rời

 Thiết bị chiết xuất tinh dầu, thiết bị nghiền, máy ảnh, đồng hồ đo nhiệt độ

và lọ thủy tinh để đựng tinh dầu

 Nguyên liệu: vỏ cam sành Tuyên Quang

 Nhiên vật liệu: ga

Thiết kế nồi chưng cất: nồi chưng cất tinh dầu thân có dạng hình trụ, chóp hình cầu, ở giữa là cửa thoát hỗn hợp hơi khí, kiểu vòi voi Nồi chưng cất được thiết kế với những thông số kĩ thuật như sau:

 Chất liệu: Hợp kim nhôm

 Kích thước: 32cm x 35cm x 35 cm

 Size: 32 cm

Bộ phận làm lạnh: chất liệu là thủy tinh trung tính, không có bọt, đường kính ngoài Փ 30mm, ống ở giữa và dẫn chất lỏng ra Փ 10mm, ống dẫn khí vào Փ 20mm, ống dẫn nước làm lạnh Փ 5mm có độ rộng giáp ống chính Փ 20mm Đảm bảo làm

hồi lưu

Hình 3.1: Nguyên liệu vỏ cam sành

Hình 3.2: Thiết bị chưng cất tinh dầu

 Tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất

Mục đích: Khảo sát các điều điều kiện chiết xuất tinh dầu tối ưu (tỉ lệ nguyên liệu và dung môi, nhiệu độ chưng cất và thời gian chưng cất ) ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình thu nhận tinh dầu từ vỏ cam sành Tuyên Quang

Quy trình thực hiện: Quy trình chưng cất tinh dầu từ vỏ cam sành Tuyên Quang được thực hiện sau khi tham khảo Ths Đào Tấn Phát (2021) [13] và có điều chỉnh phù hợp

 Tối ưu hóa kích thước nguyên liệu: 4 mức độ khác nhau

 Tối ưu hóa tỉ lệ nước/ nguyên liệu: 5 mức độ khác nhau

 Tối ưu hóa nồng độ muối: 5 mức độ khác nhau

 Tối ưu hóa thời gian ngâm nguyên liệu: 5 mức độ khác nhau

 Tối ưu hóa thời gian chưng cất: 5 mức độ khác nhau

Các chỉ tiêu khảo sát:

- Thể tích tinh dầu (ml)

- Hiệu suất tinh dầu (Y) sau khi đã tối ưu các yếu tố ảnh hưởng

Hiệu suất của tinh dầu vỏ cam sành được tính theo phương trình dưới đây:

Trong đó:

Y (%) là hiệu suất tinh dầu thu được %

V (ml) là khối lượng tinh dầu thu được

m (g) khối lượng nguyên liệu chưng cất

- Thành phần tinh dầu cam sành Tuyên Quang (GC-MS)

Kết quả thu nhận: Dữ liệu thông số của quá trình chưng cất (Thể tích của các lần chưng cất) khi đã tối ưu hết các thông số đưa ra hiệu suất thu hồi tinh dầu và thành phần hàm lượng tinh dầu vỏ cam sành tại Tuyên Quang

Sơ đồ quy trình được thể hiện dưới đây

Hình 3.3: Sơ đồ quy trình tách chiết tinh dầu cam

Mô tả quy trình

Bước 1:Xử lý nguyên liệu thô:

Nguyên liệu sử dụng cho quy trình là cam sành được thu mua từ các hộ dân tại tỉnh Tuyên Quang Cam sau khi thu về sẽ được rửa sạch sau đó bóc lấy vỏ (khoảng 5kg cam sành được 1kg vỏ cam)

Bước 2: Nghiền, ngâm nguyên liệu:

được bổ sung nước với tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp, bổ sung muối NaCl nồng

độ thích hợp và ngâm (ủ)

Tối ưu hóa nồng độ NaCL và thời

gian ngâm (ủ)

Nghiền nhỏ

Tối ưu hóa tỷ lệ nước/nguyên liệu

Tối ưu hóa thời gian chưng cất

Tối ưu hóa kích thước nguyên liệu Nguyên liệu (vỏ cam)

Tinh dầu

Bước 3: Chưng cất:

Tinh dầu thu được là phẩn tách lớp nổi lên trên (do tỉ trọng của tinh dầu cam nhẹ hơn

giọt ngưng tụ đầu tiên ra khỏi đường ống sinh hàn

Bước 4: Tinh sạch tinh dầu

tinh dầu

Bước 5: Bảo quản

Tinh dầu được chuyển vào lọ bằng thủy tinh tối màu, đậy nắp kín và bảo quản

tiếp chiếu vào

hàn, Tại đây, tinh dầu sẽ ngưng tụ khi gặp lạnh, sau đó sẽ phân ly thành 2 lớp: lớp nổi trên mặt nước là tinh dầu lớp phía dưới là nước Thí nghiệm 1 thực hiện với 4 công thức, mỗi công thức lặp lại 3 lần

Bước 3: Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ có vạch và sau đó so sánh Từ đó, chọn ra kích thước nguyên liệu thích hợp và sử dụng nồng độ này trong các thí nghiệm sau Kết quả được trình bày như sau:

Bảng 3.2: Thể tích tinh dầu thu được với các kích thước nguyên liệu khác nhau

Kích thước nguyên liệu (mm) 5-6 x 5-6 3-4 x 3-4 1-2 x 1-2 >1

Thể tích tinh dầu (ml)

Thí nghiệm được lặp lại 3 lần, tổng số công thức là 12 Chỉ tiêu so sánh giữa các công thức là thể tích tinh dầu thu được ở mỗi công thức Kết quả nghiên cứu tối

ưu được sử dụng cho các thí nghiệm sau

3.3.4.2 Nghiên cứu tối ưu hóa tỷ lệ nước/nguyên liệu trong quy trình tách chiết tinh dầu

Nước thẩm thấu vào các mô trong nguyên liệu từ đó giúp hòa tan, khuếch tán

và lôi cuốn các hợp chất hữu cơ có trong tinh dầu [15] Nước giúp phá vỡ hệ keo xung quanh tinh dầu, tạo điều kiện cho tinh dầu thoát ra ngoài một cách dễ dàng, tỷ

lệ nước tối ưu rất quan trọng đến hiệu suất thu hồi tinh dầu

Cách tiến hành:

Thực hiện thí nghiệm bổ sung các tỷ lệ nước khác nhau nhằm đánh giá khả năng phân ly tinh dầu trong nguyên liệu, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình chưng cất và nó cũng quyết định thời gian cất tối ưu Từ đó đưa được tỷ lệ nước/nguyên liệu phù hợp để thu được thể tích tinh dầu đạt hiệu suất cao nhất

Bước 1: Sử dụng với mỗi công thức 2 kg vỏ cam, sau đó đem đi nghiền với các kích thước đã tối ưu ở thí nghiệm 1 thêm vào đó một lượng nước, trong đó tỷ lệ nước/nguyên liệu thay đổi lần lượt là: 3/1; 4/1; 5/1; 6/1; 7/1 Các tỷ lệ thí nghiệm giới