TÔNG QUAN VỀ NGHIÊN cứu
Phân đoạn tinh dầu
Từ xa xưa, thảo mộc, đặc biệt là những loại có mùi hương, đã được sử dụng rộng rãi trong việc chăm sóc sức khỏe và làm đẹp Tinh dầu là thành phần quan trọng nhất có trong thảo mộc, và Việt Nam có lợi thế lớn trong lĩnh vực này nhờ vào khí hậu nhiệt đới gió mùa phong phú.
Có khoảng 6000 loài thảo mộc, trong đó tinh dầu có thể được sử dụng trực tiếp như dược phẩm và mỹ phẩm Tinh dầu đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nhiều loại dược mỹ phẩm có giá trị Sản phẩm tinh dầu phân đoạn là loại tinh dầu chất lượng cao, có thể áp dụng trực tiếp trong liệu pháp trị liệu.
Hình 1.3 Tinh dầu ban đầu và các phân đoạn của tinh dầu
Phân đoạn tinh dầu cho phép thu được các phân khúc tinh dầu có chất lượng cảm quan và dược tính tối ưu Nhờ đó, tinh dầu phân đoạn chất lượng cao sẽ tạo ra sự khác biệt và nâng cao tính cạnh tranh so với các loại tinh dầu khác trên thị trường.
Tinh dầu tràm gió, từ lâu đã được ứng dụng trong y học dân tộc để chăm sóc bà mẹ và trẻ em Thành phần của tràm gió chứa nhiều dược chất quý giá như 1,8-Cineole và ß-Caryophyllene, giúp trị cảm cúm, ho, giữ ấm cơ thể và kháng khuẩn hiệu quả.
1.2.2 Công nghệ và thiết bị
Tùy thuộc vào loại nguyên liệu và trạng thái của tinh dầu (tự do hoặc kết hợp), các phương pháp tách tinh dầu sẽ khác nhau.
Chiết xuất tinh dầu bằng phương pháp cơ học (ép lạnh) là một lựa chọn tiết kiệm chi phí, nhưng có thể dẫn đến việc dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nguyên liệu bị lôi cuốn theo, làm cho tinh dầu thu được trở thành tinh dầu “thứ phẩm” so với phương pháp chưng cất phân đoạn.
Tẩm trích bằng dung môi dễ bay hơi mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt là thực hiện ở nhiệt độ phòng, giúp bảo toàn thành phần hóa học của tinh dầu Phương pháp này thường được áp dụng trong ngành sản xuất tinh dầu từ các loại hoa có hàm lượng tinh dầu thấp Nó cho phép thu hồi những thành phần quý giá như sáp và nhựa thơm mà phương pháp chưng cất không thể tách ra Do đó, chất lượng tinh dầu sản xuất qua phương pháp này thường cao Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hầu hết các dung môi hữu cơ sử dụng đều có tính độc hại và dễ cháy nổ.
Công nghệ chưng cất chân không phân đoạn là phương pháp quan trọng trong ngành công nghiệp dầu khí, giúp tách dầu thô thành các sản phẩm nhẹ như xăng, diesel và dầu đốt Ngoài ra, công nghệ này còn được áp dụng để phân tách và tinh chế bio-oil từ thực vật, phục vụ cho việc sản xuất nhiên liệu.
Công nghệ phân tách hoạt chất trong tinh dầu đang được áp dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Tinh dầu, là hỗn hợp các chất hữu cơ dễ bay hơi có mùi hương và dược tính, được chiết xuất từ thảo mộc Phương pháp chưng cất chân không phân đoạn mang lại nhiều ưu điểm về hiệu quả sử dụng và cảm quan so với tinh dầu thô, tạo ra tính riêng biệt cho từng phân đoạn và nâng cao sức cạnh tranh cho sản phẩm Phương pháp này cho phép thu được các phân đoạn tinh dầu gần như tinh khiết nhờ vào việc sử dụng áp suất thấp và khả năng phân tách dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi của các chất trong hỗn hợp tinh dầu ban đầu.
Công nghệ tinh dầu phân đoạn vẫn chưa phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, với chỉ một vài sản phẩm có mặt trên trang thương mại điện tử Amazon Chẳng hạn, tinh dầu tràm trà có hoạt chất P-Caryophyllene chiếm hơn 36% và hàm lượng 1,8-Cineole dưới 5% Điều này cho thấy mặc dù tinh dầu phân đoạn đã thu hút sự chú ý toàn cầu, nhưng vẫn chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nước.
Những nghiên cứu trên thế giới
Nghiên cứu năm 2017 của Tiến sĩ Pauletti cho thấy công nghệ chưng cất chân không phân đoạn có thể tách hoạt chất trong tinh dầu cam, đạt được 96.68% D-Limonene ở đỉnh tháp, trong khi hàm lượng này chỉ là 52.81% ở đáy tháp Đồng thời, hàm lượng Linalool, có khả năng giải cảm tốt, tăng từ 0.37% trong nguyên liệu thô lên 4.22% ở phân khúc tinh dầu dưới đáy tháp Các nhóm chức bị oxy hóa tập trung ở phân đoạn nặng dưới đáy, trong khi các Terpene nhẹ hơn lại tập trung ở phân đoạn nhẹ trên đỉnh tháp.
Nghiên cứu cho thấy D-Limonene có thể đạt độ tinh khiết 96.7% thông qua phương pháp chưng chất chân không phân đoạn ở áp suất 100 mmHg và nhiệt độ 25-26°C Đặc biệt, hàm lượng D-Limonene có thể nâng cao lên 99.9% nhờ vào công nghệ hấp phụ bằng silica gel (Amanzadeh et al., 2006).
Nhóm nghiên cứu của Faral đã sử dụng công nghệ phân tách chân không phân đoạn để tách hoạt chất trong tinh dầu hương đào úc (Moroccan myrtle) Tinh dầu ban đầu chứa ba hoạt chất chính: a-Pinene (10%), 1,8-Cineole (43%) và Myrtenyl acetate (25%) Qua quá trình tách, tinh dầu được chia thành ba phân đoạn: Phân đoạn 1 giàu a-Pinene (42-54.8%) và 1,8-Cineole (27-53.6%); Phân đoạn 2 chủ yếu chứa 1,8-Cineole (83-99.8%); và Phân đoạn 3 tập trung vào Myrtenyl acetate (62-65%) (Farah et al., 2006).
Phương pháp chưng cất chân không phân đoạn có hoàn lưu được áp dụng để phân tách và tinh chế tinh dầu sả Java, với độ chân không -76 cmHg và tỉ lệ hoàn lưu 5:1 Hàm lượng các hoạt chất chính như Citronellal, Citronellol và Geraniol trong hỗn hợp ban đầu lần lượt là 21.59%, 7.43% và 34.27% Sau quá trình chưng cất, hàm lượng Citronellal có thể đạt 95.10%, Citronellol 80.65% và Geraniol 76.63% (Eden et al., 2018) Nghiên cứu của Silvestre và cộng sự cho thấy phương pháp chưng cất phân đoạn chân không hiệu quả trong việc phân tách các hợp chất trong tinh dầu vỏ quýt xanh (Citrus deliciosa Tenore), với khả năng tách các terpene hydrocarbon ra khỏi các terpene có nhóm chức khác Một số hợp chất vi lượng như methyl-N-methyl anthranilate và alpha sinensal có hàm lượng tăng hơn 10 lần sau phân tách, đạt 15.3% và 10.9% Hợp chất chính D-limonene giảm từ 70.7% xuống 21.8% ở phân đoạn đáy, và không có bằng chứng về sự phân hủy nhiệt trong các sản phẩm phân tách (Silvestre et al., 2016).
Chưng cất dải xoay tròn là phương pháp hiệu quả để phân tách các hợp chất có nhiệt độ sôi cao và gần nhau mà không cần sử dụng dung môi hay phụ gia Thực nghiệm phân đoạn tinh dầu sả, tràm gió và hoắc hương được thực hiện bằng thiết bị chưng cất dải xoay tròn B/R 36.
Tinh dầu thô được chứa trong nồi đun 150 mL với nhiệt độ ngắt từ 230-300°C cho hoắc hương, 176-280°C cho sả và 150-230°C cho tràm gió, cùng áp suất vận hành 10 mmHg cho hoắc hương và 30 mmHg cho sả và tràm gió Quá trình gia nhiệt ổn định và dung dịch sôi có kiểm soát, với chưng cất dải xoay tròn giúp dòng hơi ngưng tự nhanh hơn Thành phần chính trong tinh dầu lần lượt là citronella (88%), 1,8-cineole (67%) và patchouli alcohol (44%) (Kumiawan et al., 2019) Warsito và cộng sự đã chưng cất phân đoạn tinh dầu chúc (chanh Thái) bằng PiloDist 104-VTU, với chiều cao tháp 2m và áp suất 5-10 mBar Kết quả cho thấy tinh dầu chúc có 20 hợp chất, trong đó P-citronellal (46.40%) và L-linalool (13.11%) là hai thành phần chính Điều kiện tối ưu cho chưng cất là áp suất 5 mBar và tỉ lệ hồi lưu 10/10, với p-citronellal chiếm 84.86% ở phân đoạn 1 đến 9.
7), L-linalool là 20.13% (phân đoạn 5), sabinen là 19.83% (phân đoạn 1), 4-terpeneol, P-citronellol và citronelyl acetate tương ứng là 7.16, 12.27 và 5.22% (phân đoạn 9) (Warsito et al., 2017).
G Castillo-Herrera và cộng sự đã làm giàu hàm lượng phenolic trong tinh dầu kinh giới cay (Oregano) bằng chưng cất phân đoạn Nó có thể nâng hàm lượng thymol và carvacrol lên 74% trong một phân đoạn tinh dầu Ngoài ra, sự ảnh hưởng của vùng nguyên liệu đến hàm lượng phenolic trong tinh dầu cũng được nghiên cứu Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể nào được tìm thấy Có thể thấy phương pháp chưng cất phân đoạn chuẩn hóa hàm lượng phenolic trong tinh dầu bất kể nguồn nguyên liệu Bằng cách đó, giúp làm giàu hàm lượng phenolic và làm giảm sự ảnh hưởng của các yếu tố biến đổi thời tiết đến chất lượng tinh dầu từ 3 bang Mexico khác nhau (Castillo-Herrera et al., 2007).
Y Aisyah và s Anwar đã nghiên cứu quá trình chưng cất phân đoạn để tăng hàm lượng patchouli alcohol (PA) trong tinh dầu hoắc hương (Pogostemon cablin) Quá trình phân tách được tiến hành với bốn nhiệt độ phân đoạn: 120, 125, 130 và 135°c Thành phần của mồi phân đoạn được xác định bằng GC-MS Tinh dầu hoắc hương A và B với hàm lượng PA ban đầu là 27.03 và 36.8% được phân tách thành 4 phân đoạn Kết quả thu được hàm lượng PA tăng lên tới 35.35 và 43.62% tương ứng (Aisyah & Anwar, 2012).
Tinh dầu hoắc hương cũng được z Su và cộng sự phân tách thành 4 phân đoạn (A,
B, c và raffinate) sử dụng chưng cất phân đoạn chân không theo tỉ số hồi lưu cho trước Patchouli alcohol (PA) được kết tinh từ phân đoạn c (chứa hơn 80% khối lượng) bằng cách làm lạnh và ly tâm Cuối cùng, PA được tinh chế bằng quá trình lọc Đặc trưng của
PA được xác định thông qua các phương pháp như điểm nóng chảy, phổ hồng ngoại (IR), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) và khối phổ (MS), với hiệu suất thu hồi đạt 52.9% Cấu trúc của PA được xác nhận từ phổ 'H-NMR, 13C-NMR và MS, phù hợp với dữ liệu phổ chuẩn Do đó, chưng cất phân đoạn kết hợp với kết tinh là phương pháp hiệu quả để phân lập PA từ tinh dầu hoắc hương mà không cần sử dụng dung môi (Su et al., 2014).
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp chưng cất chân không phân đoạn là khả thi và hiệu quả trong việc tinh chế cũng như phân tách các hợp chất có dược tính trong tinh dầu.
ĐÓI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu
Nguyên liệu
Tinh dầu tràm gió thô được mua ở Tinh dầu tràm Trần Hiền, Thừa Thiên Huế, Việt Nam.
Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất
• Bộ chuyển đổi sừng bò (cow adapter)
• Đồng hồ đo công suất Kawa-EN 106
• Cột chưng cất phân đoạn
• Vật liệu đệm: lò xo dài 1.8 mm, đường kính 0.4 mm, chất liệu nhựa
Bảng 2.1 Thông số cột chưng cất phân đoạn
Loại cột Sốmâm Chiều cao (mm) Đường kính ngoài (mm) Khoảng cách mâm (mm)
Hình 2.1 Cột chưng cất phân đoạn và vật liệu đệm
Phuong pháp nghiên cúu
Hình 2.2 Quy trình công nghệ chưng cất phân đoạn tinh dầu tràm gió
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Tinh dầu tràm gió thô được cân chính xác với khối lượng khoảng 30 g và cho vào bình chưng cất Hệ thống chưng cất được lắp đặt theo sơ đồ, sau đó điều chỉnh áp suất và công suất bếp phù hợp với yêu cầu thí nghiệm Quá trình chưng cất phân đoạn được thực hiện, trong đó sản phẩm được chia thành 3 phân đoạn theo nhiệt độ (F1, F2) và phần còn lại thu ở bình chưng (F3) Khối lượng của các phân đoạn được cân để tính độ thu hồi sản phẩm và phân tích thành phần bằng phương pháp GC-MS.
Hình 2.3 Hệ thống chưng cất phân đoạn quy mô phòng thí nghiệm
(5) Ống sinh hàn (6) Cow adapter
Các thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp luân phiên từng biến, với mồi thí nghiệm được lặp lại hai lần để kiểm tra sự lặp lại ở khối lượng của từng phân đoạn Nhiệt độ sôi của mồi phân đoạn sản phẩm tương đương với nhiệt độ của hỗn hợp hơi ở đỉnh cột và được đo bằng nhiệt kế.
Bảng 2.2 Các giá trị khăo sát
Yếu tố ảnh hưởng Đơn vị Thông số cố định Giá trị khảo sát Áp suất mmHg Cột Vig 2
60 160 260 Áp suất mmHg Cột đệm
Loại cột Áp suất: 60 mmHg
Công suất bếp w Cột đệm Áp suất: 60 mmHg
Phuong pháp phân tích
Phân tích định tính được thực hiện bằng cách đánh giá cảm quan về màu sắc, mùi, độ nhờn rít.
2.4.2 Phân tích định lượng a) Hàm lượng các thành phần trong sán phẩm
Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) được thực hiện trên máy Thermo Fisher Science Trace 1310 kết hợp với máy phân tích khối phổ TSQ 9000, sử dụng cột mao quản silica không phân cực TG-5MS phủ methyl silicon (30 m X 0.25 mm, độ dày màng 0.25 pm) Quá trình quét khối phổ diễn ra với tốc độ 1 scan/s trong khoảng khối lượng 50-550 amu, ion hóa bằng bắn phá điện tử ở 70 eV Helium được sử dụng làm khí mang với tốc độ dòng 1.2 ml/min và tỷ lệ chia dòng 1:250 (0.2 pL) Chương trình nhiệt bao gồm: (i) 60°C trong 30 giây; (ii) tăng 6°C/phút từ 60 đến 180°C; (iii) tăng 20°C/phút từ 180 đến 300°C và giữ ở 300°C trong 10 phút Nhiệt độ của kim tiêm, nguồn ion và giao diện khối phổ lần lượt là 250, 290 và 300°C Các hợp chất có trong tinh dầu được xác định thông qua khối phổ chuẩn từ thư viện NIST 2.2.
Khả năng kháng oxy hóa của các phân đoạn tinh dầu được thực hiện theo phương pháp DPPH (2,2-Diphenyl-l-picrylhydrazyl) như sau:
- Cân 0.024 g DPPH hòa tan trong dung môi ethyl acetat, định mức lên 100 ml và để tủ lạnh trong 36 h.
- Đổ dung dịch đã pha vào một cốc, sau đó cho thêm ethyl acetat vào cốc 1 lượng gấp 3-4 lần dung dịch đã pha.
Đo mật độ quang (OD) tại bước sóng 517 nm với chuẩn 1.1, trong đó OD cao hơn khi thêm dung môi ethyl acetat và thấp hơn khi cho dung dịch DPPH đã pha vào Để ngăn ngừa sự bay hơi, dung dịch cần được làm lạnh trong nước đá.
- Pha tinh dầu với dung môi ethyl acetat trong ống nghiệm ở tỉ lệ 1:5.
- Đổ dung dịch DPPH đã hiệu chỉnh vào ống nghiệm vừa pha với tỉ lệ 1:4 (0.4 ml tinh dầu/ethyl acetat và 1.6 ml DPPH/ethyl acetat).
- Đợi 30 phút rồi đo mật độ quang ở bước sóng 517 nm.
Giá trị mật độ quang thấp tương ứng với khả năng bắt gốc tự do DPPH cao hơn Tỉ lệ phần trăm hoạt tính kháng oxy hóa được xác định theo công thức cụ thể.
% hoạt tính hắt gốc tự do DPPH =
1 - c) Độ thu hồi sán phẩm Độ thu hồi của cấu tử i trong mỗi phân đoạn được tính theo công thức sau: ni trong phân đoạn
Tinh dầu có khả năng kháng lại 4 chủng vi khuẩn, bao gồm cả Gram âm và Gram dương Các chủng vi khuẩn Gram dương được nghiên cứu là Staphylococcus Aureus NRRL-B-313, trong khi các chủng Gram âm bao gồm Escherichia coli NRRL B-409 và Salmonella typhimurium NRRL-B.
Nghiên cứu sử dụng Pseudomonas aeruginosa NRRL B-14781 với nồng độ 1x10^8 CFU/ml, xác định mật độ vi khuẩn qua đo mật độ quang học (OD) ở bước sóng 600nm Thạch dinh dưỡng LB được đổ vào đĩa petri 90 mm với độ dày 4 mm để ngăn chặn sự khuếch tán sản phẩm thử nghiệm Sau đó, 0.1 ml dung dịch vi khuẩn được thêm vào đĩa và phân bố đều bằng phương pháp gạt vô trùng, để yên trong 15 phút Mẩu giấy lọc 6 mm chứa tinh dầu tràm gió được đặt trên thạch, trong khi hai mẩu giấy lọc khác chứa nước cất và kháng sinh Amoxicillin (400 µg/ml) làm đối chứng Các mẩu giấy lọc được đặt đối xứng trên môi trường bằng nhíp vô trùng và ủ trong 24 ± 2 giờ ở 37°C trong điều kiện yếm khí Kết quả được đánh giá bằng cách đo các khu vực không có sự phát triển của vi khuẩn, với thí nghiệm được thực hiện 3 lần Công thức tính ĐK vùng tre chế (mm) = ĐK vòng vô khuẩn — ĐK khoanh giấy.
KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Thành phần của tinh dầu thô
Bảng 3.1 Thành phần (%) các họp chất trong tinh dầu tràm thô
TT Rt (phút) Hợp chất Tràm Campuchia Tràm Huế
Bảng 3.1 cho thấy sự khác biệt rõ rệt về thành phần các hợp chất trong tinh dầu tràm thô Campuchia và tinh dầu tràm Huế Hàm lượng Eucalyptol và alpha-Terpineol trong tinh dầu tràm Huế thấp hơn nhiều so với tràm Campuchia, trong khi đó, tinh dầu tràm Huế lại chứa lượng a và p-Caryophyllene cao hơn gần 4 lần Chúng tôi đã chọn Eucalyptol (1,8-Cineol) và P-Caryophyllene làm hai cấu tử chính để đánh giá trong quá trình khảo sát.
Hình 3.1 Đường cong nhiệt độ sôi của các cấu tử theo áp suất
Hình 3.1 cho thấy sự biến đổi nhiệt độ sôi của các cấu tử chính theo áp suất, với dữ liệu thu được từ phần mềm mô phỏng Aspen Plus V10 Kết quả chỉ ra rằng khi áp suất tăng, chênh lệch nhiệt độ sôi giữa các cấu tử cũng tăng, điều này giúp dễ dàng phân tách chúng Tuy nhiên, ở áp suất cao, nhiệt độ sôi của các cấu tử cũng tăng, có thể ảnh hưởng đến đặc tính của sản phẩm phân đoạn do phản ứng phân hủy xảy ra ở nhiệt độ cao.
3.2 Ảnh hưởng của áp suất lên quá trình phân đoạn với cột Vigreux
Trong phần này, cột Vigreux có chiều cao 300 mm được sử dụng để phân đoạn dưới các áp suất chân không khác nhau (từ 60 đến 260 mmHg).
Bảng 3.2 Nhiệt độ và khối lượng cua các phân đoạn vói cột Vig ở các áp suất khác nhau Áp suất (mmHg) 60 160 260
Hình 3.2 Thành phần hóa học của tinh dầu thô và các phân đoạn được phân tách bằng cột Vig 2 ở áp suất 60 mmHg
Phân đoạn chưng cất được phân tách theo nhiệt độ, như thể hiện trong hình 3.2, cho thấy phân đoạn F1 có hàm lượng Eucalyptol cao nhất, trong khi phân đoạn F2 chứa P-Caryophyllene nhiều nhất Sự thay đổi hàm lượng các hợp chất trong các phân đoạn so với nguyên liệu thô là đáng kể, với Eucalyptol tăng từ 10% trong tinh dầu thô lên gần 25% trong F1, và P-Caryophyllene từ 10% lên gần 17% trong F2 Hình 3.2 cũng chỉ ra rằng Eucalyptol xuất hiện nhiều hơn trong F1 so với F2 và F3 nhờ hiệu suất phân tách cao của cột Vigreux.
Hình 3.3 Thành phần hóa học của Fl (phân đoạn giàu Eucalyptol) được phân tách ở áp suất từ 60 đến 260 mmHg
Hình 3.4 Thành phần hóa học của F2 (phân đoạn giàu p-Caryophyllene) được phân tách ỏ’ áp suất từ 60 đến 260 mmHg
Hàm lượng Eucalyptol trong cả 3 phân đoạn tăng từ 10% lên gần 25%, nhưng áp suất chân không không ảnh hưởng đến hàm lượng này Ngược lại, hàm lượng P-Caryophyllene thay đổi rõ rệt theo áp suất, với mức cao nhất đạt gần 19% ở áp suất 160 mmHg, trong khi ở 260 mmHg chỉ khoảng 15% Điều này có thể do P-Caryophyllene là cấu tử nặng hơn Eucalyptol, dẫn đến sự biến đổi lớn hơn về nhiệt độ sôi theo áp suất chưng cất.
Hình 3.5 Độ thu hồi của Eucalyptoi ở F1 và p-Caryophyllene ở F2 được phân tách ở áp suất từ 60 đến 260 mmHg
Hình 3.5 cho thấy sự thay đổi đáng kể về độ thu hồi của Eucalyptol và P-Caryophyllene ở các áp suất khác nhau Đặc biệt, lượng Eucalyptol và P-Caryophyllene thu hồi cao nhất đạt được ở áp suất 60 mmHg, với tỷ lệ thu hồi gần 99% và 80%, tương ứng Các áp suất 160 và 260 mmHg không mang lại độ thu hồi cao hơn so với 60 mmHg Điều này cho thấy áp suất chân không ảnh hưởng đến khả năng tách, và 60 mmHg là điều kiện áp suất tối ưu cho quá trình phân đoạn cột Vigreux.
Mặc dù hàm lượng phân đoạn có sự thay đổi rõ rệt so với tinh dầu thô, nhưng Eucalyptol không đạt được khả năng tối ưu, khiến sản phẩm không thể sử dụng Nguyên nhân có thể do diện tích truyền khối thấp của cột Vigreux.
3.3 Ảnh hưỏng của áp suất lên quá trình phân đoạn với cột đệm
Để tăng cường thành phần của tinh dầu phân doạn, bao gồm Eucalyptol và p-Caryophyllene, chúng tôi đã sử dụng cột đêm trong nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện tương tự như cột Vigreux.
Bảng 3.3 Nhiệt độ và khối lượng của các phân đoạn vói cột đệm ở các áp suất khác nhau Áp suất (mmHg) 60 160 260
Hình 3.6 Thành phần hóa học của F1 (phân đoạn giàu Eucalyptol) được phân tách ở áp suất từ 60 đến 260 mmHg
Hình 3.7 Thành phần hóa học của F2 (phân đoạn giàu p-Caryophyllene) được phân tách ở áp suất từ 60 đến 260 mmHg
Các mẫu được phân đoạn bằng cột đệm ở các áp suất chân không khác nhau là 60, 160 và 260 mmHg cho thấy hàm lượng Eucalyptol và P-Caryophyllene tăng đáng kể, từ 10% lên đến 24-27% Tuy nhiên, ở áp suất cao, hàm lượng Eucalyptol giảm dần, trong khi hàm lượng P-Caryophyllene lại tăng lên Điều này cho thấy áp suất chân không có ảnh hưởng rõ rệt đến sự phân tách Eucalyptol trong phân đoạn F1 và P-Caryophyllene trong phân đoạn F2.
Hình 3.8 Độ thu hồi của Eucalyptol ở F1 và p-Caryophyllene ở F2 được phân tách ở áp suất từ 60 đến 260 mmHg
Sự thu hồi của Eucalyptol tăng dần theo áp suất, đạt cao nhất gần 92% ở 260 mmHg và giảm nhẹ xuống gần 87% ở 60 mmHg do áp suất quá thấp làm nhiệt độ sôi của các cấu tử gần nhau, gây khó khăn trong việc tách rời Đối với P-Caryophyllene, độ thu hồi cao nhất đạt trên 56% ở áp suất 160 mmHg, trong khi áp suất 60 và 260 mmHg cho kết quả thấp hơn nhưng không đáng kể Nhìn chung, độ thu hồi của hai cấu tử chính không có sự khác biệt lớn khi sử dụng các áp suất khác nhau.
So với cột Vig., có sự thay đổi về hàm lượng Eucalyptol khi phân đoạn với cột đệm
Cột đệm có diện tích truyền khối lớn hơn cột Vig, với diện tích bề mặt riêng của vật liệu đệm cao Thời gian lưu trong cột đệm cũng dài hơn, nhờ vào việc vật liệu đệm tạo ra con đường di chuyển dài hơn, từ đó nâng cao hiệu quả phân tách.
Có thể thấy áp suất vận hành thích hợp để thu hồi Eucalyptol với cột đệm (vật liệu đệm xếp ngầu nhiên) là áp suất thấp (60 mmHg).
3.4 Ảnh hưởng của loại cột phân đoạn
Thí nghiệm được tiến hành ở áp suất 60 mmHg với cột đệm và các cột Vig 1, 2 và 3.
Bảng 3.4 Nhiệt độ và khối lượng của các phân đoạn vói các loại cột khác nhau
Loại cột Đệm Vig 1 Vig.2 Vig.3
■ Eucalyptol ■y-Terpinen ■Terpinolene ■ P-Caryophyllene ■ a-Caryophyllene 30
Raw Packed Vig 1 Vig 2 Vig 3
Hình 3.9 Thành phần hóa học của Fl (phân đoạn giàu Eucalyptol) được phân tách vói các loại cột khác nhau
■ Eucalyptol By-Terpinen ■ Terpinolene ■P-Caryophyllene ■ a-Caryophyllene
Hình 3.10 Thành phần hóa học của F2 (phân đoạn giàu p-CaryophyIIene) được phân tách vói các loại cột khác nhau
Theo hình 3.9, hàm lượng Eucalyptol trong tinh dầu thô có sự khác biệt đáng kể Cột đệm và cột Vig 3 cho hàm lượng Eucalyptol cao nhất nhưng không hiệu quả nhất do chứa nhiều thành phần không mong muốn Việc tiến hành ở áp suất thấp (60 mmHg) làm giảm khả năng phân tách các cấu tử Ngược lại, cột đệm có hàm lượng P-Caryophyllene cao hơn so với cột Vigreux và ít chứa thành phần không mong muốn khác (hình 3.10) Do đó, cột đệm là lựa chọn phù hợp để phân tách Eucalyptol và P-Caryophyllene ở 60 mmHg.
Hình 3.11 Độ thu hồi của Eucalyptol ở F1 và P-Caryophyllene ở F2 được phân tách vói các loại cột khác nhau
Hình 3.11 cho thấy rằng độ thu hồi của Eucalyptol và P-Caryophyllene đạt mức cao nhất với cột đệm, lần lượt là 98% và 84% Nhìn chung, độ thu hồi của hai cấu tử chính này không có sự khác biệt lớn khi sử dụng các loại cột phân đoạn khác nhau.
3 do có số mâm và chiều cao lớn nên có khả năng phân tách tốt hơn cột Vig 1 và 2 nhưng hiệu suất vần thấp hon so với cột đệm.
Chiều cao của cột trong hệ thống chưng cất rất quan trọng, vì nếu quá ngắn, các thành phần không mong muốn ở đáy sẽ bốc hơi Cột đệm, mặc dù có chiều cao thấp nhất trong ba loại cột, nhưng nhờ vào vật liệu đệm có diện tích bề mặt riêng lớn, nên hoạt động hiệu quả hơn cột Vig Hơn nữa, về mặt chế tạo và lắp ráp thiết bị ở quy mô pilot, tháp đệm cũng vượt trội hơn so với tháp mâm Những lý do này cho thấy cột đệm là sự lựa chọn thích hợp nhất.
3.5 Ảnh hưởng của công suất bếp gia nhiệt
Các mẫu được phân đoạn bằng cột đệm cao 200 mm, với vật liệu đệm được đổ đầy và ngẫu nhiên Áp suất được cố định ở mức 60 mmHg sau khi khảo sát các yếu tố liên quan và điều chỉnh công suất bếp gia nhiệt.
Bảng 3.5 Nhiệt độ và khối lượng cua các phân đoạn vói các công suất khác nhau
Hình 3.12 Thành phần hóa học của F1 (phân đoạn giàu Eucalyptol) được phân tách vói công suất từ 100 đến 200 w
Hình 3.13 Thành phần hóa học của F2 (phân đoạn giàu p-CaryophyIIene) được phân tách với công suất từ 100 đến 200 w
Hàm lượng Eucalyptol và [3-Caryophyllene ở cả 3 công suất bếp đều tăng đáng kể so với tinh dầu thô, từ 10% lên đến gần 25-28% Tuy nhiên, công suất không ảnh hưởng đến sự thay đổi hàm lượng Eucalyptol Ngược lại, công suất thấp (100 W) cho hàm lượng (3-Caryophyllene cao hơn đáng kể so với 150 và 200 W, có thể do tốc độ bay hơi chậm ở công suất thấp giúp phân tách các cấu tử hiệu quả hơn.
Hình 3.14 Độ thu hồi của Eucalyptol ở F1 và P-Caryophyllene ở F2 đưọc phân tách vói công suất từ 100 đến 200 w
Ảnh hưởng của công suất bếp gia nhiệt
Các mẫu được phân đoạn bằng cột đệm cao 200 mm, với vật liệu đệm được đổ đầy và ngẫu nhiên Áp suất được cố định ở mức 60 mmHg sau khi khảo sát các yếu tố liên quan và điều chỉnh công suất bếp gia nhiệt.
Bảng 3.5 Nhiệt độ và khối lượng cua các phân đoạn vói các công suất khác nhau
Hình 3.12 Thành phần hóa học của F1 (phân đoạn giàu Eucalyptol) được phân tách vói công suất từ 100 đến 200 w
Hình 3.13 Thành phần hóa học của F2 (phân đoạn giàu p-CaryophyIIene) được phân tách với công suất từ 100 đến 200 w
Hàm lượng Eucalyptol và [3-Caryophyllene ở cả 3 công suất bếp đều tăng đáng kể so với tinh dầu thô, từ 10% lên đến gần 25-28% Tuy nhiên, công suất không ảnh hưởng đến sự thay đổi hàm lượng Eucalyptol Ngược lại, công suất thấp (100 W) cho hàm lượng [3-Caryophyllene cao hơn đáng kể so với 150 và 200 W, có thể do tốc độ bay hơi chậm ở công suất thấp giúp phân tách các cấu tử hiệu quả hơn.
Hình 3.14 Độ thu hồi của Eucalyptol ở F1 và P-Caryophyllene ở F2 đưọc phân tách vói công suất từ 100 đến 200 w
Công suất 100 W cho thấy khối lượng thu được lớn hơn so với hai công suất còn lại Độ thu hồi Eucalyptol và 3-Caryophyllene không có nhiều thay đổi giữa các công suất bếp khác nhau Mặc dù quá trình phân đoạn với công suất nhỏ có thời gian thu hồi F1 và F2 dài hơn, nhưng do hàm lượng và độ thu hồi của hai cấu tử chính cao hơn, công suất 100 W vẫn được ưu tiên lựa chọn.
Đánh giá chất lượng sản phẩm
Các phân đoạn tràm gió thể hiện sự khác biệt rõ rệt về cảm quan và màu sắc Phân đoạn F3 có tinh dầu màu nâu thầm, nhờn và có mùi hôi Trong khi đó, phân đoạn F1 gần như không màu, mang mùi thơm mạnh đặc trưng của Eucalyptol Phân đoạn F2 có màu vàng nhạt và mùi thơm trung bình, đặc trưng của P-Caryophyllene.
Hình 3.15 Màu sắc của ba phân đoạn được phân tách dưói điều kiện tối ưu
3.6.2 Định lượng a) Hoạt tỉnh kháng oxy hóa của các phân đoạn
Các phân đoạn F1, F2, F3 được kiểm tra hoạt tính kháng oxy hóa thông qua % hoạt tính bắt gốc tự do DPPH Kết quả được thể hiện trong hình 3.16.
Hình 3.16 Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu thô và ba phân đoạn được phân tách dưới điều kiện tối ưu
Kết quả nghiên cứu cho thấy tất cả các phân đoạn đều có khả năng bắt gốc tự do, với khả năng cao nhất đạt 75.16% ở phân đoạn F3 và thấp nhất là 6.24% ở F1 Khả năng kháng oxy hóa tỷ lệ thuận với nồng độ của các phân đoạn, trong đó phân đoạn F1 có % hoạt tính bắt gốc tự do thấp có thể do tỉ lệ pha loãng 1:25 chưa đủ để thể hiện hoạt tính Do đó, cần sử dụng nồng độ cao hơn để tăng cường hoạt tính kháng oxy hóa.
Bảng 3.6 Hoạt tính kháng khuẩn của phân đoạn F1 được thử nghiệm trên bốn chung vi khuẩn gây bệnh
Bảng 3.7 Hoạt tính kháng khuẩn của phân đoạn F2 được thử nghiệm trên bốn chủng vi khuẩn gây bệnh
Tinh dầu tràm gió có khả năng ức chế mạnh mẽ sự phát triển của bốn chủng vi khuẩn p aeruginosa, s aureus, s typhimurium và E.coli, với đường kính vùng ức chế được thể hiện trong bảng 3.6 và 3.7 Kết quả nghiên cứu cho thấy tinh dầu tràm gió có khả năng kháng cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương Đặc biệt, phân đoạn F2 cho thấy khả năng kháng s aureus gần bằng với đối chứng dương, tức là chất kháng sinh thường được sử dụng trong điều trị nhiễm khuẩn hiện nay Những kết quả này chỉ ra tiềm năng ứng dụng của các phân đoạn tinh dầu trong y học.
Tràm gió thích họp cho việc sản xuất các loại nước rửa tay diệt khuẩn - một sản phẩm đang có nhu cầu rất lớn hiện nay.
KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ
Kết luận
Nghiên cứu này áp dụng phương pháp chưng cất phân đoạn chân không với cột Vigreux và cột đệm để tách tinh dầu tràm gió thô thành các phân đoạn dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi.
- Phân đoạn F1: phân đoạn đỉnh gồm những thành phần dề bay hơi, giàu Eucalyptol. Đây là thành phần chính giúp trị cảm, giảm ho, giảm sốt ở trẻ.
- Phân đoạn F2: phân đoạn trung gian giàu P-Caryophyllene - hoạt chất có khả năng điều trị chứng lo âu, trầm cảm.
- Phân đoạn F3: đây là phân đoạn nặng chứa nhiều nhựa, hầu như không có thành phần nào có hàm lượng vượt trội.
Các phân đoạn này khác nhau rõ rệt về cảm quan và độ thẩm thấu Những phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn thường có màu sắc tinh dầu nâu thẫm, mùi hôi khó chịu, và cảm giác rít da cũng như độ nhớt tăng lên.
Thông số vận hành cho quá trình chưng cất phân đoạn được lựa chọn là:
- Cột đệm: đường kính 29 mm, chiều cao 200 mm, đổ đầy vật liệu đệm và sắp xếp ngẫu nhiên.
- Vật liệu đệm: lò xo dài 1.8 mm, đường kính 0.4 mm, chất liệu nhựa.
- Áp suất chưng cất: 60 mmHg.
- Công suất bếp gia nhiệt: 100 w.
Hàm lượng Eucalyptol và P-Caryophyllene thu được ở điều kiện này lần lượt là 27.96 và 24.81% Độ thu hồi tương ứng là 96.81 và 85.58%.
Kiến nghị
- Phân đoạn tinh dầu tràm gió ở các khoảng nhiệt độ hẹp hon nữa.
- Chưng cất phân đoạn với sự có mặt của hơi nước.
- Kiểm tra hoạt tính sinh học của các phân đoạn tinh dầu thu được.
