TÓNG QUAN
Tổng quan tinh dầu
Tinh dầu là chất lỏng có mùi thơm, thường chứa các hợp chất hữu cơ phức tạp, dễ bay hơi và tan lẫn vào nhau Chúng được chiết xuất từ nhiều bộ phận của cây thảo mộc, bao gồm hạt, rễ, lá, củ, vỏ trái, vỏ cây và hoa.
Mỗi bộ phận của cây đều chứa tinh dầu, nhưng lượng tinh dầu có thể khác nhau tùy thuộc vào từng bộ phận Khi chiết tách tinh dầu, người ta sẽ thử nghiệm và chọn lựa bộ phận phù hợp của từng cây Ngoài ra, lượng tinh dầu trong cây còn phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng, môi trường sống, cũng như quá trình thu hoạch, bảo quản và chiết tách Mỗi cây sẽ có lượng tinh dầu và thành phần trong các bộ phận khác nhau.
Bảng 1.1 Tinh dầu có nguồn gốctừcác bộ phận của cây
Lá,cành Hoa Vỏ Quà, hạt Thân rề Gỗ
Bạchà Hông Cam Màng tang Cùgừng Xá xị
Sà Nhài Chanh Hồi Cây nữ lang Thông
Lá trà xanh Oải hương Quất Cam Long não Câyđàn hương
Tràm Cúc la mã Quýt Tiêu Đinh lăng Câytuyet tùng
Hương nhu Đinh hương Bưởi Ngòrí
Hương thảo Phonglữ Cây bách xù
Tinh dầu nguyên chất được chiết tách từ cây theo phương pháp tự nhiên, không có sự can thiệp hóa học Đa phần tinh dầu không có màu, ngoại trừ một số loại như sả, quế Tinh dầu dễ bị oxi hóa khi tiếp xúc với không khí trong thời gian dài Ở điều kiện thường, tinh dầu tồn tại ở trạng thái lỏng, dễ bay hơi, tạo nên mùi đặc trưng và vị cay hoặc hắc Tỷ trọng của đa số tinh dầu nhỏ hơn 1, nhưng một số loại như quế, đinh hương có tỷ trọng lớn hơn 1 do hàm lượng thành phần chính thấp Tinh dầu không tan hoặc tan ít trong nước, nhưng tan trong alcohol và các dung môi hữu cơ khác Độ sôi của tinh dầu phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, có thể sử dụng phương pháp chưng cất phân đoạn để tách riêng từng thành phần.
Tinh dầu nguyên chất là hỗn hợp phức tạp của nhiều chất hữu cơ như hidrocacbon, ancol, este, và ete, chủ yếu là tecpens hoặc các dẫn xuất phenylpropanic Sự khác biệt giữa các thành phần hóa học và cấu trúc của chúng là rất rõ ràng Phương pháp khai thác tinh dầu phụ thuộc vào loại nguyên liệu và trạng thái của tinh dầu, do đó cần áp dụng các phương pháp tách khác nhau Tùy vào yêu cầu, người ta thường sử dụng những phương pháp khai thác phù hợp.
• Phương pháp hóalý: chưng cấtvà tríchly (Dùng nước hoặc hơi nước);
• Phương phápcơhọc: ép, bào nạo để khai thác tinh dầu;
Phương pháp kết hợp là sự kết hợp giữa các quá trình hóa lý và cơ học, hoặc giữa quá trình sinh hóa (lên men) và cơ học, hoặc giữa sinh hóa và hóa lý.
Tinh dầu hiện nay được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm Nguồn hương liệu từ tinh dầu có nguồn gốc tự nhiên từ cây cỏ đang ngày càng được con người chú trọng và ưa chuộng.
Tinh dầu đã được sử dụng từ lâu để điều trị các bệnh sưng viêm, giảm đau và các bệnh về đường hô hấp Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh dầu có hoạt tính sinh học đáng chú ý, bao gồm kháng nấm, kháng khuẩn, kháng viêm, giảm đau, chống ung thư, bảo vệ tim mạch và chống côn trùng Ngoài ra, tinh dầu còn được áp dụng rộng rãi trong các phương pháp trị liệu bằng chất thơm.
Tinh dầu và mỹ phẩm có nhiều ứng dụng nhờ vào đặc tính kháng nấm, kháng khuẩn và chống oxy hóa Chúng được sử dụng trong các sản phẩm như xà phòng, kem đánh răng, nước hoa và các sản phẩm tẩy rửa Ngoài ra, tinh dầu còn giúp ngăn ngừa tác hại của tia UV và chống lão hóa da, làm cho chúng trở thành thành phần quan trọng trong mỹ phẩm bảo vệ da Tác dụng kháng khuẩn và kháng viêm của tinh dầu cũng được áp dụng trong kem đánh răng và nước súc miệng, không chỉ mang lại hương thơm mà còn hỗ trợ điều trị các vấn đề như viêm lợi.
Tinh dầu có khả năng chống ôxi hóa và ngăn ngừa vi khuẩn, nấm, do đó được ứng dụng rộng rãi trong việc bảo quản thực phẩm Bên cạnh đó, tinh dầu còn được sử dụng để tạo hương vị cho thực phẩm và đồ uống.
Tổng quan về tinh dầu sả chanh
Sả chanh, với tên khoa học là Cymbopogon citratus, là loại cây bụi lâu năm cao từ 0,8 đến 1,5 mét Thân cây có màu trắng hơi tím, trong khi phiến lá dài, hẹp, có mép hơi nhám và đầu lá nhọn, rủ xuống với màu xanh sáng và mùi thơm nhẹ Bẹ lá cuốn chặt vào nhau, không có lông nhưng có sọc dọc, và hoa mọc thành nhiều cụm nhỏ không cuống.
Sả chanh là một loại thảo mộc nhiệt đới có nguồn gốc từ Ấn Độ và Sri Lanka, được sử dụng phổ biến ở các nước có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới Loại cây này phát triển tốt trong điều kiện ẩm ướt và đầy đủ ánh sáng.
Hình 1.1 Sả chanh (Cymbopogon citratus)
Cây sả chanh có khả năng chịu hạn tốt nhưng lại nhạy cảm với nhiệt độ cao, phát triển lý tưởng trong khoảng 22-27°C Để đạt được sự phát triển tối ưu, cây cần lượng mưa từ 1500-2000mm mỗi năm Cây sả chanh cần đủ ánh sáng để quang hợp và tích tụ tinh dầu trong tế bào Tại Việt Nam, cây sả đã được trồng từ lâu và có diện tích lớn ở cả hai miền Nam và Bắc.
Sản phẩm chính của cây sả là tinh dầu, được chiết xuất từ thân và lá của cây Hàm lượng tinh dầu dao động từ 0.4-2%, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, đất đai, cũng như cách chăm sóc và thời gian thu hoạch Ở nhiệt độ thường, tinh dầu sả có màu vàng và mùi thơm nhẹ, tương tự như mùi chanh, không tan trong nước và nhẹ hơn nước.
Tinh dầu sả chanh chủ yếu chứa citral, một hợp chất gồm hai aldehyde monoterpene đồng phân lập thể, trong đó geranial đồng phân trans chiếm ưu thế (40-62%) so với neral đồng phân cis (25-38%) [Robacker, (1977)] Chất lượng của tinh dầu sả chanh được đánh giá dựa trên hàm lượng citral, với tiêu chuẩn ISO yêu cầu ít nhất 75% citral để được coi là sản phẩm chất lượng [W.P Silvestrea, (2019)] Ngoài citral, một hợp chất hóa học khác thường xuất hiện trong tinh dầu sả là myrcene, với tỷ lệ phần trăm dao động từ 0,8-25% trong tinh dầu thu được.
Hình 1.2 Thành phần chínhcủa tinh dầu sả chanh tù’ các khu vực khácnhau trên thế giói [Mohamed Nadjib Boukhatem, 19 Sep 2014] [Boukhatem, (2014a)[
In addition to citral and myrcene, essential oils commonly contain geraniol (1.34-21.86%), citronellal (0.12-12.77%), and limonene (0.18-7.9%) Other minor components found in these oils include citronellol, globulol, linalool, hinesol, borneol, isopulegol, trans-verbenol, cis-verbenol, nerol, trans-farnesol, 3-methyl cyclohexanol, eucalyptol, carotol, cardinol, cubenol, citronellyl acetate, and guaiene.
Nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng citral ảnh hưởng lớn đến chất lượng tinh dầu sả chanh Citral (C₁₀H₁₈O) là một hợp chất bao gồm hai aldehyde monoterpene đồng phân, bao gồm geranial (đồng phân trans) và neral (đồng phân cis).
Hình 1 3 Đồng phân của Citral
Citral là một hợp chất hương thơm quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong mỹ phẩm, nước hoa và các sản phẩm chăm sóc cá nhân Nó có tác dụng chống viêm và kháng khuẩn mạnh mẽ, đồng thời có ảnh hưởng đến pheromon của côn trùng Hiện nay, citral còn được sử dụng để tổng hợp vitamin A, lycopene, ionone và methylionone, giúp khử mùi khói hiệu quả.
1.2.3 Hoạt tính sinh học vàứng dụng củatinhdầu sả chanh
Tinh dầu sả có hoạt tính sinh học phong phú, bao gồm khả năng kháng khuẩn, chống oxy hóa, chống nấm, diệt và xua đuổi côn trùng, cũng như tiêu diệt ấu trùng Hoạt tính sinh học của tinh dầu này phụ thuộc vào thành phần hóa học, có thể thay đổi đáng kể ngay cả trong cùng một loài, cùng với sự tương tác giữa các thành phần cấu trúc Nhờ vào những đặc tính này, tinh dầu sả chanh được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Tinh dầu Sâ được sử dụng trong nhiều loại thực phẩm, bao gồm đồ uống có cồn và không cồn, món tráng miệng, bánh kẹo, gia vị nướng, gelatin, puddings, thịt, cũng như các chất béo và dầu Nó không chỉ cải thiện hương vị của các sản phẩm như rượu vang mà còn làm tăng độ hấp dẫn cho nước sốt.
Sà chanh là một gia vị quan trọng trong ẩm thực của nhiều quốc gia Châu Á Gia vị này có thể được sử dụng tươi, khô hoặc xay thành bột, như trong các món cà ri và súp của Ấn Độ.
- Sà được dùngxào với thịt, kết hợp với các loại mắm và làm nước chấm
- Ớ các nước khác, sã còn đượcdùng đelàm trà uống.
❖ Trong y học [Tyagi AK, 2012; Rauber, 2004]
Theo Đông y, sả chanh có vị cay, mùi thơm nhẹ và tính ấm, được sử dụng để chữa ho, đầy bụng Nó có tác dụng ra mồ hôi, hạ sốt, kháng khuẩn, sát trùng vết thương, hỗ trợ tiêu hóa, kháng viêm, giảm đau và đuổi muỗi.
Dịch chiết nước nóng từ lá khô có tác dụng tích cực trong việc điều trị chứng phù bàn chân do carrageenin gây ra ở chuột Tại Ấn Độ, trong y học cổ truyền, loại dịch chiết này được sử dụng như một phương thuốc để trị chứng ợ chua, chống nhiễm trùng và đuổi côn trùng.
Tinh dầu Sâ đóng vai trò quan trọng trong thương mại nhờ vào ứng dụng rộng rãi của nó trong sản xuất nước hoa, mùi vị, nước thơm, mỹ phẩm, chất tẩy rửa và dược phẩm.
Theo Cục quàn lý dượcvà thựcphẩmcôngnhậntinh dầu Sả là an toàn (GRAS) và có thể được sữdụng như một chấtphụ gia thực phẩm thay thế các loại tổnghợp.
1.3 Các phưomg pháp phân tách và tinh chế đế nâng cao hoạt chất chính trong tinh dầu.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình chiết xuất tinh dầu sả chanh và hoạt tính sinh học của chúng vẫn còn hạn chế, đặc biệt là trong công nghệ phân tách và tinh chế để nâng cao hoạt chất chính Chưng cất đường ngắn (Short-path distillation) là một kỹ thuật phân tách tiên tiến hoạt động ở áp suất chân không cao, cho phép tách các thành phần trong tinh dầu mà không cần thêm phụ gia, giảm thiểu tác động nhiệt và nâng cao chất lượng tinh dầu Martins và cộng sự (2012) đã chứng minh phương pháp này có thể tinh chế metylchavicol từ tinh dầu húng quế với chất lượng cao Tovar và cộng sự (2011) cũng đã báo cáo rằng chưng cất đường ngắn có thể tinh chế citral từ tinh dầu sả chanh thô, làm tăng đáng kể hàm lượng citral Nghiên cứu của Olmedo và cộng sự (2014) cho thấy có sự khác biệt trong thành phần của phân đoạn thu được so với tinh dầu thô Mezza và cộng sự (2018) đã thực hiện tinh chế tinh dầu hương thảo, cho thấy sự gia tăng các hợp chất monoterpen và sesquiterpenes chứa oxy Việc sử dụng chân không cao giúp ngăn chặn biến tính do nhiệt, tuy nhiên, hệ thống này yêu cầu độ chân không cao từ 0,1 đến 10 Pa, dẫn đến chi phí quy trình tăng cao.
Phương pháp chưng cất phân đoạn chân không ứng dụng trong phân tách và tinh chế tinh dầu
Chưng cất phân đoạn là phương pháp phổ biến để tách các thành phần trong hỗn hợp lỏng, đặc biệt trong ngành công nghiệp dầu khí, nơi nó tách dầu thô thành các phân khúc nhẹ hơn như xăng và diesel Công nghệ chưng cất chân không cũng được sử dụng để tinh chế bio-oil từ thực vật Quá trình này diễn ra trong điều kiện chân không, nơi các chất có nhiệt độ sôi khác nhau được đun nóng, cho phép tách các thành phần dễ bay hơi trước Sự khác biệt về độ bay hơi giữa các thành phần trong hỗn hợp tạo điều kiện cho quá trình truyền khối xảy ra, với pha hơi và pha lỏng tương tác ở cùng nhiệt độ và áp suất Kết quả là, nồng độ của thành phần dễ bay hơi tăng lên trong pha hơi, trong khi thành phần ít bay hơi hơn tập trung trong pha lỏng Sau khi tách hầu hết các chất lỏng dễ bay hơi, các chất lỏng ít bay hơi hơn sẽ tiếp tục trải qua quá trình bay hơi và ngưng tụ.
Việc sử dụng áp suất chân không giúp giảm nhiệt độ sôi của các hợp chất, tăng cường độ bay hơi và thúc đẩy quá trình phân tách Áp suất chân không cũng làm chậm các phản ứng phân hủy của các hợp chất nhạy cảm với nhiệt độ, nhờ vào việc giảm nhiệt độ sôi so với áp suất khí quyển Công nghệ này đã được áp dụng để phân tách các hoạt chất trong tinh dầu, 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, do đó phương pháp chưng cất chân không phân đoạn trở nên phù hợp Tinh dầu phân đoạn mang lại nhiều ưu điểm về hiệu quả sử dụng và cảm quan so với tinh dầu thô, tạo ra những tính chất riêng biệt cho từng phân đoạn và gia tăng sức cạnh tranh của sản phẩm Phương pháp này cũng đảm bảo các phân đoạn tinh dầu hoàn toàn tinh khiết, dựa trên nguyên lý sử dụng áp suất thấp và khả năng phân tách của các hoạt chất dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi trong hỗn hợp tinh dầu ban đầu.
Nhiều nghiên cứu đã khảo sát chưng cất phân đoạn chân không của tinh dầu Milojevic và cộng sự (2010) báo cáo rằng chưng cất phân đoạn tinh dầu từ cây bách xù (Juniperus communis L.) đã tách được các thành phần chính như a-pinen, sabinene và myrcene, chiếm 65% tinh dầu Silvestre và cộng sự (2016) đã nghiên cứu tinh dầu quý xanh (Citrus deliciosa Tenore) và chứng minh rằng chưng cất phân đoạn chân không có khả năng tách các tecpen hydrocarbon khỏi các tecpen có chức năng hóa học khác như rượu, andehit và xeton Một số hợp chất vi lượng trong tinh dầu quý xanh, như metyl-N-metylanthranilate và alpha sinensal, có nồng độ tăng hơn mười lần sau khi phân tách Phần khối lượng của hợp chất chính d-limonene đã giảm sau quá trình này.
Nghiên cứu cho thấy rằng trong quá trình chưng cất chân không phân đoạn, hàm lượng D-limonene có thể đạt tới 96.68% ở đỉnh tháp, trong khi ở đáy tháp chỉ đạt 52.81% Hàm lượng Linalool cũng tăng từ 0.37% lên 4.22% trong phân khúc tinh dầu dưới đáy tháp Các phân đoạn chứa oxy thường tập trung ở đáy thiết bị, trong khi các phân đoạn nhẹ như terpine tập trung ở đỉnh tháp Một nghiên cứu khác cho thấy D-limonene có thể đạt độ tinh khiết 96.7% với áp suất 100 mm Hg và nhiệt độ 25-26°C, và có thể lên tới 99.9% nhờ công nghệ hấp phụ bằng silica gel Ngoài ra, nghiên cứu của nhóm Faral đã phân tách tinh dầu hương đào Úc thành ba phân đoạn chính, với a-pinene, 1,8-cineole và myrtenyl acetate Phương pháp chưng cất chân không phân đoạn có hoàn lưu cũng được áp dụng để tinh chế tinh dầu sả Java, với áp suất -76 cmHg và tỷ lệ hoàn lưu 5:1, cho hàm lượng citronellal, citronellolv và geraniol lần lượt là 21.59%, 7.45% và 34.27%.
Nghiên cứu của Silvestre và cộng sự (2019) cho thấy rằng các thành phần chính trong tinh dầu hương thảo bao gồm 95.10% 1,8-cineole, 80.65% citronellol và 76.63% geraniol Phương pháp chưng cất phân đoạn chân không đã được áp dụng để phân tách các thành phần của tinh dầu hương thảo Kết quả cho thấy các terpen nhẹ như a-pinen, myrcen và camphene bị loại bỏ, trong khi các hợp chất chứa oxy như verbenon, borneol, linalool và geraniol vẫn giữ lại Đặc biệt, nồng độ của một số hợp chất như borneol và geraniol tăng hơn mười lần so với tinh dầu thô Nghiên cứu này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp chưng cất chân không phân đoạn trong việc chiết xuất và phân tách các hợp chất có dược tính trong tinh dầu.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cúu
Nguyên liệu
Tinh dầu sả chanh thô, có nguồn gốc từ huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình, Việt Nam, được cung cấp bởi công ty cổ phần quốc tế Aota Sản phẩm này được chiết tách trực tiếp từ sả chanh tươi, đảm bảo 100% hữu cơ và không chứa hóa chất tổng hợp.
Dụng cụ — thiết bị - hóa chất
4 Cộtphân đoạn (cột đệm, cột mâm: 200, 300, 400mm);
Thời gian và địa điểtn nghiên cứu
2.3 Thời gianvà địa điếm nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện tại Khoa Kỳ thuật Thực phẩm và Môi trường, Đại học NguyễnTất Thành.
Phương pháp nghiên cứu
2.4.1 Quytrìnhnghiên cứu a Quy trình chưng cất phân đoạn tinh dầu sà chanh
Hình 2 2 Quy trình chưng cất phân đoạn tinh dầu sả chanh
Lấy tinh dầu sâ chanh thô, cân và cho vào bình cầu 250ml Lắp đặt hệ thống phân đoạn với 2 nhiệt kế thủy ngân và đinh cột chưng cất Bật hệ thống bơm chân không, điều chỉnh công suất gia nhiệt và áp suất chân không theo yêu cầu thí nghiệm Theo dõi nhiệt độ trong bình cầu và đinh cột để lấy từng phân đoạn (1,2,3,4,5) cách nhau khoảng 15-20 phút, phần còn lại trong bình cầu là phân đoạn 6 Sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen Plus VI1 để theo dõi nhiệt độ đỉnh của mỗi phân đoạn Sau khi hoàn tất phân đoạn, tháo thiết bị, rửa sạch và sấy khô trước khi lắp lại Các phân đoạn thu được sẽ được cân và đo GCMS để xác định thành phần.
Hình 2.3 Quytrình đokháng oxy hóa
Dung dịch DPPH được chuẩn bị bằng cách hòa tan 0.024g DPPH trong 100ml ethyl acetate, sau đó để trong tủ lạnh 36 giờ Dung dịch này được pha loãng với ethyl acetate theo tỷ lệ 1:4, đạt độ hấp thụ 1.1 tại bước sóng 517nm Tinh dầu sà chanh được pha với ethyl acetate theo các tỷ lệ 1:10, 1:50, 1:100 Sau đó, 0.4ml hỗn hợp tinh dầu và 1.6ml hỗn hợp DPPH được trộn đều và để trong tối 30 phút, sau đó đo độ hấp thụ bằng máy quang phổ UV-Vis ở bước sóng 517nm.
, , J Ảnh hưởngcùa công suất; ành hưởng lên quá & 6 ’
; , „ _X , J Ảnh hưởng cùaáp suất; trình chưng catphân & 1 đoan r s Ảnh hườngcủa khối lượngtinh dầu phân đoạn
J Ảnh hường cùa cột chưng cất. Đánhgiáchất lượng z Phân tích địnhtinh (tinhchấthóa lý, cãm quan); sanphẩm _ Phân tíchđịnh lượng (GC-MS);
V J Phân tích khà năng kháng oxy hóa.
2.4.3 Bố trí thỉ nghiệm a Khảo sát ânh hưởngáp suất
Các thí nghiệm sử dụng các loại cột phân đoạn với công suất gia nhiệt không thay đổi là 165W Áp suất chân không được điều chỉnh ở các mức 680mmHg, 710mmHg và 745mmHg (áp suất tối đa) Nghiên cứu sẽ khảo sát ảnh hưởng của công suất gia nhiệt trong các thí nghiệm với áp suất chân không đã chọn, và thông số tối ưu sẽ được áp dụng để khảo sát công suất gia nhiệt Mỗi loại cột phân đoạn sẽ được nghiên cứu với các mức công suất gia nhiệt khác nhau: 100W, 165W, 265W và 365W Cuối cùng, sẽ khảo sát ảnh hưởng của từng loại cột phân đoạn.
Thực hiện các thí nghiệmvới các loại cộtphân đoạn nhưcột đệm, cộtđĩatừ200mmtới400mm Với công suất nhiệt là 165Wvà áp suất 745mmHgkhông đoi.
Bảng 2 2 Bố trícác thí nghiệm
200mm 300mm 400mm Áp suất(mmHg) Ápsuất (mmHg) Áp suất Ápsuất (mmHg)
Phương pháp phân tích
Xác định độ trong và màu sắc của tinh dầu bằng cách cho vào khoảng 5 ml tinh dầu từ mẫu phân đoạn vào ống nghiệm thủy tinh Quan sát xem tinh dầu có đục hay trong, sau đó so sánh màu sắc với sả thô và các phân đoạn khác.
Xác định mùi: chovài giọt tinh dầuragiấy thấm rồi ngửi, ngùi 3 lanmồilần cách nhau vài phút.
Phương pháp Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) sử dụng hệ thống sắc ký khí- khối phổ Thermo Fisher Scientific để phân tích các thành phần trong tinh dầu sả Máy sắc ký khí Trace 1300 kết hợp với khối phổ TSQ 9000, sử dụng cột mao quản silican TG-5ms được phủ bằng metyl silicone Quá trình quét MS diễn ra với tốc độ 1 lần quét mỗi giây trong phạm vi khối lượng 50-550 amu, sử dụng ion hóa tác động điện từ ở 70 eV Heli được sử dụng làm khí mang với tốc độ dòng 1,2 mL/phút và tỷ lệ phân chia 1:250.
- Gia nhiệt từ60°C lên 180°C vớitốc độ 6°c/phút,
- Gia nhiệt từ 180°Cđến 270°C vớitốc độ 30°C/phút và giữ trong 5 phút.
Hợp chất có trong tinh dầu sà chanh đã được xác định thông qua khối phổ (bộ sưu tập thư viện NIST 2.2) và so sánh với thư viện phổ Adams Diện tích pic riêng lẻ được ghi lại và diện tích pic tương đối (%) được tính toán để định lượng các thành phần của tinh dầu Các phân tích sắc ký được thực hiện ba lần để đảm bảo độ chính xác.
Phương pháp xử lý so liệu
2.6.1 Phương pháp phân tích sác kí khíghép khôi phô (GC-MS)
Dựa vào kết quà GC-MS đo được tìm racácthành phancótrong phân đoạn.
> Tínhđộ thu hoi cùa các phân đoạn so với mầuthô.
Khỗi lượng hợp chất trong phần đoạn Recovery (%) = 777-7-7 — — — — ■ —-—777— 7- —77 — * 100
Khôi lượng hợp chẳt trong nguyên liệu ban đâu
2.6.2 Phân tíchkhá năng kháng oxy hóa
Dựa vào kếtquả đo khángoxyhóa, áp dụng công thức tính khá năng kháng oxyhóa cùa tinh dầu sà:
KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao cột lên hàm lượng Citral
Bảng 3 2 Ảnh hưởng củachiều cao cột
Nhiệt độ cácphân đoạn(°C) thời
Loại(mm) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy gian(ph) Đĩa 200 60-64 65-70 71-95 98-107 108-110 140 45 Đĩa 300 60-64 65-70 71-95 98-107 108-110 140 60 Đĩa 400 60-64 65-70 71-95 98-107 108-110 140 65 Đệm 200 50-57 58-60 61-98 100-107 108-110 140 120
Loại(mm) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy gian(phút) Đĩa 200 6.5 4.8 6.48 51.51 20.33 7.43 45 Đĩa 300 5.1 3.1 6.7 48.5 20.8 8.6 60 Đĩa 400 4.5 5.8 4 50 22 8 65 Đệm 200 4.2 6.2 7 39 22 13 120
Bàng 3.2 thể hiệnnhiệtđộvà khối lượng cùa mồi phân đoạn theo ảnh hường cùa chiều cao và loại cột khác nhau khi phân tách ở áp suất chân không 745mmHg và công suất bép là
- Nhiệtcùacácphânđoạn không thay đổikhi sừdụngchiềucao và cột khác nhau, càngvề saucác phânđoạn có nhiệt độhầunhư giong nhau.
Cột đĩa có chiều cao thấp giúp thời gian phân đoạn cành nhanh hơn, nhưng các đoạn gần nhau lại khó tách rời Ngược lại, cột đĩa cao hơn sẽ kéo dài thời gian phân đoạn, nhưng các phân đoạn được tách ra sẽ rõ ràng và hiệu quả hơn.
Cột đệm có thời gian phân đoạn lâu hơn cột đĩa, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để hơi lên đỉnh do khả năng phân tách tốt hơn, nhưng độ thu hồi lại thấp hơn Thời gian lâu khiến phần đầu bị thất thoát và một phần giữ lại trong đệm, dẫn đến lượng tinh dầu ở phần đáy còn nhiều hơn so với cột đĩa Hơn nữa, cột đệm xảy ra hiện tượng trào hơn cột đĩa vì tinh dầu trong quá trình sôi tạo bọt mạnh mẽ Do đó, cần khảo sát ba loại cột đĩa.
Bảng3.3 Ảnh hưởngcủa chiều cao cộtvói hàm lượng của 3 hoạt chất chính
Bảng 3.3 trình bày hàm lượng của ba chất chính trong các phân đoạn, cho thấy sự ảnh hưởng của chiều cao và loại cột (cột đĩa 200mm, 300mm và 400mm) Trong số ba chất, p-Myrcene có nhiệt độ sôi thấp nhất, do đó nó được tách ra nhiều nhất ở các phân đoạn đầu và ít xuất hiện ở các phân đoạn cuối Citral ban đầu chiếm khoảng 75%, nhưng trong các phân đoạn đầu tiên, khi nhiệt độ còn thấp, năng lượng không đủ để thu hồi Citral hiệu quả Tuy nhiên, từ các phân đoạn F3, F4, F5 trở đi, năng lượng cung cấp tăng lên, dẫn đến lượng thu hồi Citral đạt trên 90%.
Trong các chiều cao cột khácnhau thì cộtđĩa 400mmthu được lượng Citral nhiều nhất và tách dề dàngcác phân đoạn tuy hơi mấtnhiềuthời gian (65p)
□ Cloum200mm ■Colum300mm ®Colum400
Hình 3 2 Ảnh hưởng chiều caocột lên hàm lượngCitral
□ Cloum200mm ■Colum300mm ®Colum400
Hình 3 3 Ảnh hưởng chiều caocột đối với độ thu hồi
Hình 3.2 thể hiện sự ảnh hưởng của chiều cao và loại cột lên hàm lượng citral, trong khi Hình 3.3 cho thấy độ thu hồi Theo hình, cột 200mm tách nhanh, dẫn đến nhiều hoạt chất không thể tách riêng, vì vậy độ thu hồi ở các phân đoạn không cao Ngược lại, ở các cột 300mm và 400mm, hàm lượng citral không chênh lệch nhiều, nhưng tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được cao hơn Kết quả phân tích GCMS cho thấy cột 400mm thu được phần trăm citral cao nhất.
Khảo sát ảnh hưởng của áp suất chân không lên hàm lượng Citral của các phân đoạn
Bảng 3 4: Khối lượng và nhiệtđộ đỉnh của cácphân đoạn ở ápsuấtchânkhông 680 mmHg
Khối lượng (g)/Cột400mm (công suấtbếp 165w)
P(mmHg) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy Thời gian
Nhiệt độ đỉnh/cột400mm/côngsuấtbếp 165w
P(mmHg) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy Thời gian
Hình 3 4 Hàm lượng vàđộ thu hồi của Citral vói áp suất 680mmHg
Hình 3.4 cho thấy hàm lượng và độ thu hồi của Citral ở áp suất chân không 680 mmHg Ở các đoạn đầu, Citral xuất hiện tương đối ít (< 10%), do đó F1 và F2 chưa có màu thơm đặc trưng của citral trong tinh dầu sả chanh Bắt đầu từ F3, lượng Citral đạt trên 50%, thu hồi được 10% so với tinh dầu sả thô Khi được cung cấp nhiệt ở F4 và F5, lượng Citral tăng đáng kể, vượt quá 90% Ở F4, độ thu hồi của Citral đạt 50%, lúc này có thể cảm nhận mùi thơm nhẹ đặc trưng của sả chanh với màu vàng nhạt, đẹp.
Bảng 3 5: Khối lượng và nhiệt độ đỉnh của các phân đoạn ở áp suất chân không 710 mmHg
Khối lượng (g)/Cột400 mm(công suất bếp 165w)
P(mmHg) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy Thời gian
Nhiệt độ đỉnh/cột400mm/ công suất bếp 165w
P(mmHg) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy Thời gian
Hình 3.5 Hàm lượng vàđộ thu hồi của Citral vói áp suất 710inmHg
Ở áp suất chân không 710mmHg, hàm lượng citral không thay đổi nhiều so với 680mmHg, với các đoạn đầu citral xuất hiện tương đối ít (< 10%) do F1, F2 chưa có màu thơm đặc trưng Bắt đầu từ F3, lượng citral đạt trên 50%, thu hồi được 10% so với tinh dầu sả thô Khi cung cấp đủ nhiệt ở F4 và F5, lượng citral tăng đáng kể, vượt quá 90% Tại F4, độ thu hồi của citral đạt 50%, mang lại mùi thơm nhẹ đặc trưng của sả chanh với màu vàng nhạt Mặc dù ở phân đoạn đáy vẫn còn hàm lượng citral, nhưng có nhiều hợp chất nặng, khiến F6 có màu vàng nâu và mùi hắc khó chịu.
Bảng 3 6: Khối lượng và nhiệtđộ đỉnh của các phân đoạn ở ápsuấtchânkhông 745 mmHg
Khối lượng (g)/Cột400 mm (công suất bếp 165w)
P(mmHg) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy Thời gian
Nhiệt độ đỉnh/cột 400mm/công suấtbep 165w
P(mmHg) PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy Thời gian
Mồi mẫu thu được 6 phânđoạntrongđó phân đoạn 4 và 5 có mùi thơm nhẹ đặc trưng của citral, đây là sảnphẩm cần lấy Áp suất chân không càng cao thì:
- Nhiệtđộ sôi của các phân đoạn càng thấp;
- Quátrình bay hơi nhanh hơn nên đỡ ton thờigian phânđoạn;
- Lượng chất còn lạiởphần đáy sẽcàng ít;
Nhiệt độ bịchênhlệch ởgiữa các phân đoạncàng thấp, nên việc táchcácphân đoạn càng khó khăn hơn.
Hình 3 6: Hàm lượng ciia Citral tổng ờ các áp suất chân trong khác nhau
Hình 3 7 Độ thu hồi của Citral tống ở các áp suất chân trong khác nhau
Hỉnh 3.6 và 3.7 so sánh hàm lượng citral tổngvà độthu hồi cũa các áp suấtkhác nhau. Dựa vào hình cho thấy các áp suất không ành hưởng nhiều tới hàm lượng vàđộ thu hoi cùa Citral Áp suấtchân không càng caothì độ bay hơi cùa tinh dầu càng cao Ápsuất chân không ở 745mmHg thì các chất bay hơi dễ hơn, năng lượng nhiệt nhanh hơn, nhiệt độthấp hơn vàđỡ tốn thờigian Áp suất chân không ở 710mmHg có nhiệt độ vàhàm lương cao hơn một chút so với 745mmHg nhưng 71 OmmHg mất độ phântáchcác chất dềdànghơnbởi vì nhiệt độ sôi giữa các chấtđượccách biệt hơn so với 745mmHg.Còn 680mmHg thì hàmlượng thấp hơn một chú, thờigian lâu nên nhiệt độ rất cao dề dần đen tinh dầu bị biến tính.
Hình 3 8: Hàm lượngcủa3 hoạt chất của các phân đoạn với các ápsuất khác nhau
Kết quả của chưng cất phân đoạn cho thấy áp suất chân không ảnh hưởng đến hàm lượng p-Myrcene, với các phân đoạn đầu (F1, F2) thu hồi p-Myrcene nhiều nhất (>70%) Điều này chứng minh rằng 3-Myrcene có nhiệt độ sôi thấp, xuất hiện ở các phân đoạn đầu và bị tách hoàn toàn ở các phân đoạn cuối Citral ban đầu chiếm khoảng 78%, nhưng ở các phân đoạn đầu, nhiệt độ thấp không đủ năng lượng để thu hồi Citral nhiều Từ các phân đoạn F3, F4, F5, năng lượng cung cấp đủ nên lượng thu hồi Citral đạt lớn (>90%).
Bảng 3 7: Ảnh hưởng của công suấtlên hàm lượng Citral
Nhiệt độ cácphân đoạn/áp suất 710mmHg/cột đĩa400mm
Công suất PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy
Thời gian(phút) 100w chi tách được 1 PĐ vì hơi lên cột không đù
%khối lượng phân đoạn/Áp suất 710mmHg/cột đĩa400mm
Công suất PĐ1 PĐ2 PĐ3 PĐ4 PĐ5 Đáy
Thời gian(phút) 100w chitách được 1 PĐ vìhơi lêncột không đù
Áp suất chân không 710 mmHg được chọn để thực hiện nghiên cứu Công suất gia nhiệt được điều chỉnh ở các mức 165W, 265W và 365W nhằm khảo sát ảnh hưởng của công suất (với mức 100W không đủ năng lượng để tách) lên hàm lượng Citral sau quá trình phân đoạn bằng cột chưng 400mm.
Hình 3 9 Hàm lượng của citral ở các phân đoạn vói các công suất nhiệt
Hình 3 10 Độ thu hồi củacitral ởcác phân đoạn vói các công suất nhiệt
Nhiệt độ của các phân đoạn không giống nhau, mà chỉ khác nhau về thời gian Ở công suất cao, thời gian diễn ra các phân đoạn nhanh hơn, chỉ mất 22 phút, dẫn đến việc các chất bị lẫn vào nhau và không thể tách ra riêng biệt Tuy nhiên, ở mức công suất 165W, thời gian diễn ra lâu hơn và khối lượng Citral thấp hơn so với các công suất khác, nhưng các hoạt chất được tách ra dễ dàng mà không bị lẫn vào nhau.
Từcác khảo sát em tìmra thôngsố tối ưucho cả quá trình đạtđượckết quả cao nhất:
Bảng 3 8: Thông số tối ưu
Cột 400mm Áp suất 71 OmmHg
Bảng 3 9 Độ thu hôi của mâu tôi ưu
Thành phần Tinh dầu thô
Mass ỉn the raw oil (g)
Phân đoạn 1 Phân đoạn 2 Phân đoạn 3 Phân đoạn 4 Phân đoạn 5 Nhựa tống
2-one 2.7 2.7 10.8 0.6 23.7 17.6 0.6 22.7 16.2 1.1 40.0 0.2 0.1 2.6 89.0 p-Myrcene 7.7 7.7 73.3 4.4 57.3 48.3 1.7 22.0 20.7 1.4 18.0 0.1 0.0 0.5 0.0 0.0 0.1 97.9 trans-p-Ocimene 0.5 0.5 2.7 0.2 33.6 4.3 0.1 31.2 2.5 0.2 34.8 99.6 p-LinalooI 1.1 1.1 2.0 0.1 6.5 2.5 0.2 15.7 1.6 0.8 71.0 0.0 0.0 0.2 93.4
3.7 Khả năng khảng oxy hóa
III II ỉĩĩĩỹ s il K fro tt frí" I II tit tft S-
■ IS H III ft It O; h+Tth+T- II I
Hình 3 11.Khảnăng kháng oxy hóa
Dùng DPPH đểđo khãnăngkháng oxy, ở phânđoạn 4 và 5 có nhiều hàm lượng citral nên khả năngkháng oxy cao, làmmấtmàu DPPH(tím chuyển vàng).
Mặc dùở phân đoạn 3 lượng cital ít hơnnhưng có thetrong phân đoạn 3 có sựkết họp giữa các thành phần khác nênkhànăng kháng oxy hóa cũngcao.
Hình 3.12 Khả năng làm mất màu DPPH
Khả năng kháng oxy hóa
Từ kết quả nghiên cứu chưngcất phân đoạnnày, chúng tôi đã rútramột so ket luận sau:
Áp suất chân không, loại cột chưng cất và năng lượng đầu vào (công suất của bếp) có ảnh hưởng lớn đến quá trình chưng cất phân đoạn chân không để tách tinh dầu.
J Phần khối lượng cùa hợp chất chính cũa tinh dầu, Citral, đãtángtừ 78% trong dầu thô lên 94,5% ởF4và F5 vớitỷlệ thu hồi là 73,8%.
J Chưng cấtphân đoạn chân không có thể là một quá trinh hiệu quâ để nâng cấp tinh dầu sả.
Khả năng kháng oxy hóa của các phân đoạn và dầu thô có sự khác biệt rõ rệt Các phân đoạn chứa nhiều hoạt chất BCP cho thấy khả năng kháng oxy hóa tốt hơn Khi tinh dầu thô chiếm 70%, các phân đoạn chứa nhiều citral có khả năng kháng oxy hóa tăng lên đạt 90%.
Phương pháp chưng cất phân đoạn chân không có thể được áp dụng để nâng cao các hoạt chất chính trong tinh dầu, từ đó gia tăng giá trị cho tinh dầu Việt Nam và mở ra cơ hội phát triển quy mô công nghiệp.