Xây dựng quy trình chiết tách tinh dầu từ lá tía tô perilla frutescens l bằng phương pháp trích ly sử dụng co2 siêu tới hạn

Mục tiêu : Xây dựng quy trình kỹ thuật chiết tách tinh dầu từ cây tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn.. - Quy trình chiết tách tinh dầu từ cây tía tô bằng phương p

BAN QUẢN LÝ KHU NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO TP HCM

TRUNG TÂM ƯƠM TẠO DOANH NGHIỆP NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO



BÁO CÁO NGHIỆM THU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH TINH DẦU TỪ LÁ

TÍA TÔ (Perilla frutescens L.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LY TRÍCH

SỬ DỤNG CO2 SIÊU TỚI HẠN

Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao

Cơ quan quản lý nhiệm vụ: Ban Quản lý Khu Nông nghiệp Công Nghệ Cao

Chủ nhiệm nhiệm vụ: CN Nguyễn Ngọc Duy

Thời gian thực hiện nhiệm vụ: 12 tháng

Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2022

BAN QUẢN LÝ KHU NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO

TRUNG TÂM ƯƠM TẠO DOANH NGHIỆP NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO



BÁO CÁO NGHIỆM THU NHIỆM VỤ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

(Đã chỉnh sửa theo các góp ý của Hội đồng)

XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHIẾT TÁCH TINH DẦU TỪ LÁ

TÍA TÔ (Perilla frutescens L.) BẰNG PHƯƠNG PHÁP LY TRÍCH

THÔNG TIN NHIỆM VỤ

1 Tên nhiệm vụ: Xây dựng quy trình chiết tách tinh dầu từ lá tía tô (Perilla frutescens

L.) bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn

Chủ nhiệm nhiệm vụ: CN Nguyễn Ngọc Duy

Năm sinh: 1989 Nam/Nữ: Nam

Học vị: Cử nhân Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Năm đạt học vị: 2011 Chức vụ: Phó Trưởng Phòng Hỗ trợ công nghệ vi sinh

Tên cơ quan công tác: Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao Địa chỉ cơ quan: Ấp 1, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, Tp.HCM

Điện thoại: 028.62646103 Fax: 028.62646104

Địa chỉ nhà riêng: số 110 đường 489, ấp 2, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, TP.HCM Điện thoại: 0383290994 Email: ngocduy89@hotmail.com

Cơ quan chủ trì: Trung tâm Ươm tạo Doanh nghiệp Nông nghiệp Công nghệ cao

Điện thoại: 028.62646103 Fax: 028.62646104

Email: uomtao.ahtp@tphcm.gov.vn Website: www.abi.com.vn

Địa chỉ: ấp 1, xã Phạm Văn Cội, huyện Củ Chi, Tp HCM

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Vương Thị Hồng Loan

Số tài khoản: 3713.0.1101853 tại Kho bạc Nhà nước quận 10, thành phố Hồ Chí Minh

Thời gian thực hiện nhiệm vụ: 12 tháng (từ tháng 12/2021 đến tháng 12/2022)

Kinh phí được duyệt: 252.548.000 đồng

Kinh phí đã cấp: 252.548.000 đồng (theo Hợp đồng số 08/HĐ-NVNCKHVCN 2021

ngày 20 tháng 12 năm 2021)

2 Mục tiêu : Xây dựng quy trình kỹ thuật chiết tách tinh dầu từ cây tía tô bằng phương

pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn

3 Nội dung thực hiện

cần đạt

1 Nội dung 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của các

phương pháp sấy đến hàm lượng tinh dầu trong

lá tía tô

Xác định được phương pháp sấy, xử lý nguyên liệu

STT Nội dung thực hiện Kết quả

cần đạt

2 Nội dung 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến

đến hiệu suất ly trích tinh dầu từ tía tô bằng

phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn

Xác định được áp suất, nhiệt độ thích hợp cho hiệu suất ly trích và chất lượng tinh dầu từ cây tía tô

3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật

của phương pháp CO2 siêu tới hạn và phương

pháp chưng cất bằng hơi nước trong ly trích tinh

dầu tía tô

Báo cáo đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật ở mô hình sản xuất thử nghiệm

4 Sản phẩm của nhiệm vụ

- 500g tinh dầu tía tô: Hàm lượng squalene trên 4% (w/w) trong tinh dầu

- Quy trình chiết tách tinh dầu từ cây tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn khả thi ứng dụng cho sản xuất

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Đề tài “Xây dựng quy trình chiết tách tinh dầu từ lá tía tô (Perilla frutescens L.) bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn” được thực hiện tại Trung tâm Ươm tạo doanh nghiệp Nông nghiệp công nghệ cao, từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2022, đã xác định được phương pháp sấy lạnh dùng để xử lý nguyên liệu lá tía tô để tách chiết tinh dầu sử dụng CO2 siêu tới hạn, nhiệt độ sấy là 45°C Xác định điều kiện trích ly tinh dầu từ lá tía tô bằng CO2 siêu tới hạn tối ưu: Áp suất: 33 Mpa, Nhiệt độ: 47,5oC; Lưu lượng CO2: 346 (l/h), thời gian ly trích 2 giờ Hiệu suất thu hồi tinh dầu thu được ở chế

độ tối ưu 1,66 % (tính theo trọng lượng khô nguyên liệu) Quy trình chiết tách tinh dầu

từ lá tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn có hiệu suất thu hồi tinh dầu cao hơn 1,93 lần, chất lượng tinh dầu thu được cao hơn so với phương pháp chưng cất bằng hơi nước với Perilla aldehyde (32,9%), Limonene (15,7), Squalene (4,2%)

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG i

DANH MỤC HÌNH ii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về cây tía tô 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.2 Đặc tính thực vật và sinh thái 4

Đặc điểm thực vật 4

1.1.3 Thành phần hóa học của lá tía tô 5

1.2 Giới thiệu về tinh dầu tía tô 6

1.2.1 Tính chất vật lý 6

1.2.2 Thành phần hóa học 6

1.2.3 Một số hợp chất chính trong tinh dầu tía tô 8

1.2.4 Ứng dụng của tinh dầu tía tô 12

1.3 Các phương pháp khai thác tinh dầu 16

1.3.1 Phương pháp chưng cất 16

1.3.2 Phương pháp trích ly 17

1.4 Phương pháp trích ly tinh dầu bằng CO2 ở điều kiện siêu tới hạn 20

1.4.1 Khát quát về phương pháp trích ly ở điều kiện siêu tới hạn 20

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của chiết tách CO2 siêu tới hạn 21

1.5 Hiện trạng các công trình nghiên cứu liên quan đến nhiệm vụ 24

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 24

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Nội dung nghiên cứu 29

2.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 29

2.3 Vật liệu nghiên cứu 29

2.3.1 Nguyên liệu 29

2.3.2 Dụng cụ, hóa chất, thiết bị 29

2.4 Phương pháp nghiên cứu 30

2.4.1 Nội dung 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của các phương pháp sấy đến hàm lượng tinh dầu trong lá tía tô 30

2.4.2 Nội dung 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đến hiệu suất ly trích tinh dầu từ tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn 33

2.4.3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương pháp CO2 siêu tới hạn và phương pháp chưng cất bằng hơi nước trong ly trích tinh dầu tía tô 36

2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 38

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Nội dung 1: Khảo sát sự ảnh hưởng của các phương pháp sấy đến hàm lượng tinh dầu trong lá tía tô 39

3.2 Nội dung 2: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến đến hiệu suất ly trích tinh dầu từ tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn 41

3.2.1 Tối ưu hóa các yếu tố tách chiết theo phương pháp Box-Benhken 41

3.3 Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của phương pháp CO2 siêu tới hạn và phương pháp chưng cất bằng hơi nước trong ly trích tinh dầu tía tô 48

3.4 Đề xuất quy trình chiết tách tinh dầu từ cây tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn dự kiến 53

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55

4.1 Kết luận 55

4.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Thành phần dinh dưỡng của lá tía tô được thể hiện trong bảng dưới đây (trong

100g nguyên liệu tía tô Nhật Bản) 5

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu hóa lý của tinh dầu tía tô 6

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của tinh dầu lá tía tô Việt Nam 7

Bảng 3.1.Hàm lượng tinh dầu tía tô qua các phương pháp sấy 39

Bảng 3.2 Ma trận kết quả dự đoán và giá trị thực nghiệm của hiệu suất chiết xuất tinh dầu tía tô 41

Bảng 3.5 Tiêu chí và kết quả tối ưu của hiệu suất chiết 47

Bảng 3.6 Thông số tối ưu các yếu tố chiết 47

Bảng 3.7 So sánh kết quả thực nghiệm và dự đoán hiệu suất chiết trong điều kiện tối ưu 48

Bảng 3.8 Một số chỉ tiêu hoá lý và cảm quan của tinh dầu tía tô 48

Bảng 3.10 Chi phí sơ bộ tạo ra 1 kg tinh dầu từ lá tía tô 49

Bảng 3.9 Thành phần hóa học tinh dầu tía tô 50

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Perilla frutescens var.Frutescens 3

Hình 1.2 Perilla frutescens var.Crispa 3

Hình 1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất 16 Hình 1.5 Quy trình chiết tách tinh dầu bằng phương pháp trích ly 18

Hình 1.7 Chu trình trạng thái CO2 trong quá trình chiết 22

Hình 1.8 Hệ thống ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn tại Trung tâm ươm tạo 23

Hình 2.1 Nguyên liệu tía tô 29

Hình 2.2 Nguyên liệu tía tô chuẩn bị sấy 30

Hình 2.3 Lá tía tô trước khi sấy 31

Hình 2.4 Lá tía tô sau khi sấy 31

Hình 2.5 Định lượng tinh dầu sau khi sấy 33

Hình 3.1 Nguyên liệu bột tía tô 40

Hình 3.2 Tinh dầu tía tô ly trích bằng CO2 siêu tới hạn 41

Hình 3.3 Mối tương quan giữa giá trị hiệu suất chiết xuất từ thực nghiệm và được dự đoán 42

Hình 3.4 Mặt đáp ứng hiệu suất thu hồi tinh dầu theo ảnh hưởng của các cặp yếu tố 46 Hình 3.5 Tinh dầu tía tô 49

Hình 3.6 Sơ đồ quy trình tách chiết tinh dầu tía tô 53

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mưa nhiều, cây cối tươi tốt quanh năm, thảm thực vật rất phong phú và đa dạng Trong số hơn 550 loại cây có chứa tinh dầu ở nước ta, tía tô là một trong những loại cây đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Lá tía tô chứa 0,3-1,3% lượng tinh dầu theo chất khô [21] Tinh dầu lá tía tô từ lâu đã được sử dụng vào rất nhiều mục đích khác nhau Trên

30 hợp chất trong tinh dầu lá tía tô đã được xác định, trong đó thành phần bay hơi có 4 loại chính là monoterpene, sesquiterpene, phenylpropanoid và furylketone Loại tinh dầu này chứa thành phần chủ yếu là perilla aldehyde, limonene, α-pinene, β-caryophyllene, linalool và perilla alcohol,…Chúng được sử dụng trong y học, sản xuất nước hoa, các loại mỹ phẩm, phụ gia thực phẩm Các hợp chất perilla aldehyde, phenylpropanoid và β-caryophyllene trong tinh dầu có tác dụng ức chế các loại vi khuẩn

gây ngộ độc thực phẩm như: Sallmonella, tụ cầu khuẩn, trực khuẩn lị, trực khuẩn đại

tràng [1] Tinh dầu lá tía tô còn có tác dụng khử mùi tanh hải sản rất hiệu quả, giải độc cua cá [23] Ở Nhật Bản và Hàn Quốc, tinh dầu lá tía tô được sử dụng để chế biến các món sashimi, mận muối, món hầm, súp Tại Mỹ, tinh dầu tía tô nằm trong danh mục các phụ gia thực phẩm được phép sử dụng Ngoài sử dụng làm chất phụ gia, tinh dầu tía tô còn được sử dụng để bảo quản thịt, cá và các loại thực phẩm khác Trong thành phần tinh dầu lá tía tô có chứa một dẫn xuất của perilla aldehyde có tên là perillartine Chất này có vị ngọt gấp 2.000 lần đường mía và có calo rất thấp Nó được sử dụng làm chất tạo ngọt thay thế tại Nhật Bản và Mỹ Đặc biệt, đây còn là phụ gia quan trọng trong ngành sản xuất thuốc lá để giảm mùi hăng cay, làm cho sản phẩm có hương vị hài hòa hơn [3][20][21] Perilal alcohol và limonene có tác dụng ức chế sự tăng trưởng của các khối u vú, khối u gan, ung thư phổi ở chuột Với tác dụng kháng khuẩn và tạo hương, tinh dầu tía tô được sử dụng nhiều trong sản xuất nước hoa, kem trị mụn, xà bông, sữa dưỡng thể; xông hơi, massage làm giảm căng thẳng, mệt mỏi, giúp cơ thể luôn tươi trẻ [25]

Để trích ly tinh dầu từ tía tô, có một số phương pháp như trích ly tĩnh: ngâm nguyên liệu trong dung môi cho tới khi đạt nồng độ chất hòa tan bão hòa; trong suốt quá trình trích ly, nguyên liệu và dung môi không được đảo trộn; trích ly động (có khuấy

trộn): dung môi và nguyên liệu không thay đổi trong cùng một thiết bị trong suốt thời gian trích ly, nguyên liệu và dung môi được đảo trộn nhờ cánh khuấy làm tăng sự tiếp xúc giữa hai pha, do đó hiệu suất trích ly cao hơn, thời gian trích ly giảm Trong công nghiệp khai thác tinh dầu, còn sử dụng một số phương pháp trích ly khác như: trích ly hồi lưu, trích ly bằng thiết bị sohxlet [13] Ngoài ra, phương pháp ly trích sử dụng carbon dioxide (CO2) lỏng siêu tới hạn – là phương pháp ly trích mới được chú ý gần đây, được xem là phương pháp tiên tiến, thân thiện với môi trường đồng thời tạo được sản phẩm

có giá trị cao trong dược phẩm

Để góp phần nâng cao hiệu quả khai thác tinh dầu từ lá tía tô, chúng tôi tiến hành

nghiên cứu “Xây dựng quy trình chiết tách tinh dầu từ lá tía tô (Perilla frutescens L.)

bằng phương pháp ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn” nhằm nhằm trích ly nhiều hơn các hợp chất so với các phương pháp khác, tạo ra dịch chiết có thể sử dụng trực tiếp hoặc tạo tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng hợp chất kháng oxy hóa từ tía tô vào dược phẩm, không những góp phần làm đa dạng hóa các sản phẩm từ tía tô mà còn nâng cao giá trị của chúng đối với sức khỏe con người

2 Mục tiêu

Xây dựng quy trình kỹ thuật chiết tách tinh dầu từ cây tía tô bằng phương pháp

ly trích sử dụng CO2 siêu tới hạn; Đánh giá được hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của quy trình

ở quy mô sản xuất thử nghiệm

3 Đối tượng nghiên cứu

Tinh dầu chiết suất từ lá tía tô

4 Giới hạn nhiệm vụ

Đề tài tiến hành chiết tách tinh dầu từ lá tía tô bằng phương pháp ly trích sử dụng

CO2 siêu tới hạn với thiết bị quy mô pilot 10kg/mẻ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về cây tía tô

1.1.1 Giới thiệu chung

Tía tô có tên khoa học là Perilla frutescens (L.) Britton, giới Plantae, lớp

Magnoliopsida, bộ hoa môi (Lamiales), họ bạc hà (Lamiaceae), chi Perilla [7]

Do đặc điểm hình thái rất đa dạng nên việc phân loại các giống tía tô vẫn còn

được bàn luận mà chưa đi đến thống nhất Theo màu sắc lá, tía tô có 2 giống: lá xanh và

lá tím Dựa trên mục đích sử dụng, tía tô được chia thành hai giống chính:

Perilla frutescens var.Crispa: Thường trồng làm thuốc, cất tinh dầu hoặc làm

rau gia vị Trong thành phần tinh dầu của giống này có chứa hàm lượng lớn perilla

andehyde (PA) – chất tạo hương thơm của cây Giống này được trồng rộng rãi ở Nhật

Bản, Trung Quốc, Việt Nam hay Mỹ Mỗi quốc gia, vùng miền lại có cách gọi khác

nhau, trong tiếng Nhật giống này được gọi là “Shiso”, ở Mỹ gọi là “beefsteak plant”

Perilla frutescens var.Frutescens: hạt lớn có hàm lượng dầu cao, thường được

trồng để sản xuất dầu hạt Tinh dầu của giống này thường không chứa PA Lá có mùi

hương gần giống lá vừng, thường được trồng và sử dụng phổ biến ở Hàn Quốc Ở Nhật,

giống tía tô này được gọi là "egoma” [1]

Hình 1.1 Perilla frutescens

var.Frutescens

Hình 1.2 Perilla frutescens var.Crispa

Ở Việt Nam cây tía tô còn được gọi là cây tử tô, tử tô tử hay tô ngạnh, hom tô

(tiếng Thái), phằn cưa (tiếng Tày) Theo nghiên cứu người ta chia tía tô thành hai giống

dựa trên đặc điểm hình thái Một giống tía tô có mép lá phẳng, mặt trên màu xanh, mặt

dưới màu tím đỏ, thân có sọc đỏ, hoa đỏ và có mùi thơm nhẹ Giống thứ hai có mép lá quăn, màu tím đậm hơn ở cả hai mặt lá và có mùi thơm mạnh hơn Tuy nhiên cả hai giống đều có PA trong tinh dầu [7]

Tía tô được ghi nhận lần đầu tiên trong thư tịch cổ của Trung Quốc vào thế kỷ thứ V-VI, có nguồn gốc từ vùng núi Ấn Độ và Trung Quốc Loài thực vật này phân bố dọc theo dãy Hymalaya của Ấn Độ, Bhutan, Pakistan và Nepal, phía bắc Đông Nam Á như Campuchia, Lào, Thái Lan, Việt Nam, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản và Đài Loan

Từ thời cổ đại tía tô được sử dụng như một loại rau ở Trung Quốc, làm gia vị hay bày trên đĩa các món ăn của người Nhật Bản, còn người Hàn quốc lại ưa dùng tía tô trong các món thịt quay, hạt làm gia vị cho các món súp Theo nhiều nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng tía tô là loài cây có triển vọng vừa dùng làm thuốc, làm gia vị, làm cây trang trí, nó làm tăng tính đa dạng và phong phú nguồn tài nguyên của loài [19]

1.1.2 Đặc tính thực vật và sinh thái

Đặc điểm thực vật

Thân và lá: Tía tô là một loại cỏ mọc hàng năm, cao từ 0.5- 1m Thân vuông, mọc đứng, phân nhánh có màu tím nâu hoặc tím sẫm Lá mọc đối hình trứng, đầu nhọn có răng cưa ở mép lá, mặt trên xanh lục, mặt dưới có màu tía, nâu hay xanh lục Các lá mọc đối nhau, cuống lá dài Khi vò ra có mùi thơm đặc biệt

- Hoa: Cụm hoa mọc ở kẽ lá hoặc ở đầu cành dài 6 – 20 cm, hoa nhỏ màu trắng hay tím, đài hình chuông

- Quả và hạt: Mùa có quả là từ tháng 7- 10 và quả chín có màu hơi xám chứa từ 1- 4 hạt nhỏ Hạt có hình trứng hoặc tựa hình trứng, có đường kính từ 0,6- 2 mm, có màu hơi xám đến màu nâu hơi đen Vỏ hạt có các đường gân hình mạng lưới [10]

Phân bố và sinh thái

Chi Perilla L có một loài ở châu Á Nguồn gốc có thể từ vùng núi của Ấn Độ và

Trung Quốc, sau đó được nhân trồng khắp nơi ở châu lục Cây cũng được trồng ở vùng

có khí hậu ôn hòa của Châu Âu Ở Mỹ và Ukrain còn thấy cây mọc hoang dại

Tía tô là cây ưa sáng và ưa ẩm, thích nghi với những vùng khí hậu ôn hòa, nhiệt

độ trung bình năm từ 18-230C Ở những vùng có khí hậu nhiệt đới điển hình như các tỉnh phía nam, cây chỉ trồng được vào mùa mưa Tía tô ra hoa kết quả nhiều Sau khi quả già, cây tàn lụi, hạt giống phát tán ra xung quanh, đến mùa mưa ẩm năm sau mới

nảy mầm Ở Việt Nam, người ta trồng tía tô ở khắp nơi và gần như quanh năm Mỗi hecta cần 20-30 Kg hạt giống và thời kỳ gieo hạt tốt nhất vào tháng 1-2 dương lịch Thông thường mỗi cây chỉ hái 2-3 lần lá Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà có cách gieo trồng, thu hoạch khác nhau [8] Tuy nhiên, do nhu cầu sử dụng rau gia vị nhiều nên

ở vùng ngoại thành Hà Nội người ta có thể trồng tía tô quanh năm Ở Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc, tía tô được trồng đến hàng chục ngàn hecta để thu hoạch hoặc cất tinh dầu [10]

1.1.3 Thành phần hóa học của lá tía tô

Bảng 1 Thành phần dinh dưỡng của lá tía tô được thể hiện trong bảng dưới

đây (trong 100g nguyên liệu tía tô Nhật Bản)

1.2 Giới thiệu về tinh dầu tía tô

1.2.1 Tính chất vật lý

Tinh dầu lá tía tô là chất lỏng dễ bay hơi, trong suốt, có màu từ vàng nhạt tới vàng sáng, vị cay, hương tía tô đặc trưng, và có tác dụng sát trùng mạnh Ở nhiệt độ thường thì ở thể lỏng, có khối lượng riêng nhỏ hơn 1 Tinh dầu tía tô không tan trong nước hoặc ít tan Nhưng lại hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ

Một số chỉ tiêu hóa lý của tinh dầu lá tía tô được thể hiện ở bảng dưới đây:

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu hóa lý của tinh dầu tía tô

Nguồn: Lê Ngọc Thạch và cộng sự, 1999[8].; H Panda, 1999[25]

1.2.2 Thành phần hóa học

Toàn bộ cây tía tô chứa 0,3-1,3% tinh dầu (theo trọng lượng chất khô) Tuy nhiên tinh dầu tập chung chủ yếu ở lá và chồi hoa Ở thân và cành, lượng tinh dầu rất thấp (0.05%) Thành phần chính của tinh dầu tía tô là perilla andehyde, perilla alcohol, limonene, α-pinene, elsholtziacetone, linalool [8, 21]

Tinh dầu tía tô được cấu thành từ các hợp chất dễ bay hơi có khoảng 30 hợp chất được xác định trong tinh dầu tía tô Dựa trên con đường sinh tổng hợp các hợp chất thơm, người ta phân ra các loại chính sau:

Nhóm Perilla aldehyde (PA): Thành phần bao gồm Perilla aldehyde, limonene, perilla alcohol Trong đó perilla andehyde là thành phần chủ yếu chúng được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm và y học cổ truyền Trung Quốc, là tác nhân chính tạo nên mùi thơm đặc trưng của tía tô Hàm lượng PA trong tinh dầu còn được dùng để đánh giá chất lượng tinh dầu tía tô Hàm lượng này tỉ lệ thuận với chất lượng của giá trị của tinh dầu

Nhóm hợp chất này thường tìm thấy trong các giống tía tô ở Nhật, Việt Nam và Trung Quốc [11, 7, 19]

Nhóm Perilla ketone (PK): Thành phần bao gồm Perillaketone, isoegomaketone

và egomaketone Tuy nhiên chủ yếu là perillaketone PK chủ yếu được tìm thấy ở các loại tía tô hoang dại Nhóm này có chứa độc tính có thể gây phù phổi và làm chết hàng loại các gia súc Nhóm này được tìm thấy chủ yếu ở tinh dầu tía tô ở Hàn Quốc

Nhóm Elsholtzoa ketone (EK): Nhóm này chủ yếu là elsholtzoaketone và naginaketone ngoài ra còn có shisofuran

Nhóm Phenylpropanoids (PP): Là loại không chứa các monotecpenoids nhưng

có chứa synthesizes phenylpropanoids myristicin, elemicin và dillapiol Là nhóm cung cấp phenylpropanoid khá quan trọng trong ngành dược phẩm

Nhóm Perillen (PE): Chỉ có chứa Perillen Nhóm này được tìm thấy nhiều trong thành phần tinh dầu tía tô ở Thái Lan

Nhóm Perilla citridora (PC): Citral thường được tìm thấy nhiều ở tinh dầu chanh,

xả nó có vai trò to lớn trong công nghiệp nước hoa và phụ gia thực phẩm

Ở Việt Nam tinh dầu tía tô cũng đã được các nhà khoa học trong nước nghiên cứu Lê Ngọc Thạch và cộng sự năm 1999 trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh đã khảo sát tinh dầu tía tô và thu được kết quả như sau:

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của tinh dầu lá tía tô Việt Nam

A: phương pháp chưng cất hơi nước cổ điển

B: phương pháp chưng cất có sự tham gia của vi sóng không cho thêm nước C: phương pháp chưng cất có sự tham gia của vi sóng cho thêm nước

1.2.3 Một số hợp chất chính trong tinh dầu tía tô

Perilla aldehyde

Công thức phân tử: C10H14O

Tên gọi: 1, (S)-4-(1-Methylethenyl)-1-cyclohexene-1-carboxaldehyde Đây là

một monoterpenoid - thành phần chủ yếu trong tinh dầu tía tô

Perilla aldehyde là chất lỏng dễ bay hơi, trong suốt, không màu hoặc hơi vàng, có hương tía tô mạnh mẽ [7] Đây là thành phần chính trong tinh dầu tía tô thương mại (chiếm 30 – 50% thành phần tinh dầu) Perilla aldehyde là thành phần chính quyết định tới mùi hương của tinh dầu Do đó, nó được sử dụng để đánh giá chất lượng tinh dầu tía tô Tinh dầu có hàm lượng perilla aldehyde càng cao thì có giá trị càng cao Nó được đặc trưng bởi một số tính chất hóa lý sau:

Phân tử khối: 150,22 g/mol

Tên gọi: p-Mentha-1,8-dien-7-ol

Công thức cấu tạo:

Perilla alcohol là chất lỏng trong suốt, không màu hoặc hơi vàng Đây là chất dễ chuyển hóa từ perilla aldehyde, có mùi thơm đặc trưng và thường được dùng trong sản xuất nước hoa [23] Một số tính chất hóa lý:

Phân tử khối: 152,2334 g/mol

Tên gọi: 1-methyl-4-(1-methylethenyl)-cyclohexene

Công thức cấu tạo:

D-limonene có mùi chanh thơm mát, được ứng dụng nhiều trong thực phẩm, dược phẩm cũng như mỹ phẩm [9] Một số tính chất hóa lý:

Phân tử khối: 136,24 g/mol

Nhiệt độ sôi: ts = 176°C / 760 mmHg

Tỷ trọng: d2020 = 0,8411 g/ml

Linalool

Công thức phân tử: C10H18O

Tên gọi: 3,7-dimethylocta-1,6-dien-3-ol

Linalool có hương thơm dễ chịu và vị hơi cay, dùng tạo hương trong các sản phẩm xà phòng, chất tẩy rửa, dầu gội, [13] Một số tính chất hóa lý:

Phân tử khối: 154,25 g/mol

β-Caryophylene là chất lỏng có màu từ vàng nhạt đến vàng đậm, tan trong rượu và không tan trong nước, có mùi của gỗ đinh hương (Wikipedia, 2014, Caryophyllene)

Nó được đặc trưng bởi một số tính chất hóa lý sau:

Phân tử khối: 204,36 g/mol

Nhiệt độ sôi: ts =257oC / 760 mmHg

Tỷ trọng: d2020 = 0,897 - 0,910 g/ml

Chỉ số khúc xạ : nD20 = 1,498 – 1,504

α-Caryophyllene

Công thức phân tử: C15H24

Tên gọi: (E,E,E)-2,6,6,9-Tetramethyl-1,4,8-cycloundecatriene

α-Caryophyllene có mùi hương của dầu, gỗ và hương trái cây (Chemicalbook, 2014)

Nó được đặc trưng bởi một số tính chất hóa lý sau:

Phân tử khối: 204,36 g/mol

Tên gọi:(1 S, 5 S) -2,6,6-trimethyl bicyclo [3,1,1] hept-2-ene ((-)-α-Pinene)

α-Pinene là một trong hai đồng phân của pinene, có mùi nhựa thông và bạch đàn

Phân tử khối: 136,23 g/mol

Nhiệt độ sôi: ts = 155°C / 760 mmHg

Tỷ trọng: d2020 = 0,858 g/ml

Chỉ số khúc xạ: nD20 = 1,465

1.2.4 Ứng dụng của tinh dầu tía tô

Ứng dụng của tinh dầu tía tô trong lĩnh vực thực phẩm

Tinh dầu giữ vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất các loại bánh kẹo, đồ uống Mặc dù với một lượng vô cùng nhỏ và dưới những dạng khác nhau, tinh dầu đã góp phần tạo hương cho các loại thức ăn, đồ uống, làm cho chúng thêm phần hấp dẫn Tinh dầu tía tô còn được biết đến như một chất bảo quản bởi hoạt tính kháng vi sinh vật

và tính chống oxy hóa ưu việt của nó

Trong tinh dầu tía tô có các hợp chất như perilla andehyde, limonene, caryophyllene, farnesene, có tác dụng kích thích dây thần kinh khứu giác, tăng nhu động ruột, thúc đẩy tiết enxyme tiêu hóa và làm tăng cảm giác ngon miệng Ngoài ra, các hợp chất perilla aldehyde, phenylpropanoid và β-caryophyllene,… trong tinh dầu tác dụng ức chế các loại vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm như: sallmonella, tụ cầu khuẩn, trực khuẩn lị, trực khuẩn đại tràng, [1] Tinh dầu lá tía tô còn có tác dụng khử mùi tanh hải sản rất hiệu quả, giải độc cua cá [20] Từ những lợi ích trên, một phần tinh dầu lá tía

tô được sử dụng làm hương liệu, phụ gia thực phẩm khá phổ biến ở Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ

Tinh dầu tía tô không chỉ có giá trị tạo hương thơm cho các sản phẩm mà người

ta đã chứng minh rằng các hợp chất terpen có trong tinh dầu lá tía tô có hoạt tính sinh học cao nên có thể bổ sung vào thực phẩm để sản xuất thực phẩm chức năng Tại Hàn Quốc, Trung Quốc cũng có rất nhiều công ty có các sản phẩm chức năng sản xuất từ lá tía tô chủ yếu đưa ra dưới dạng trà, dạng bột, viên nén, đồ hộp, như các công ty Sangso Herb, Milal Food, Dowoodang Pharmacy (Hàn Quốc); Naturalin Bio – resources,

JoryHerb, Changsha Huancheng Biotech Inc (Trung Quốc)

Ngày nay khi mà thực phẩm chế biến sẵn hay đồ ăn nhanh ngày càng phổ biến thì ứng dụng của tinh dầu càng được quan tâm nhiều hơn Đặc tính của các loại đồ ăn này là có hoạt độ nước cao, giàu chất béo nên người ta thường phải bổ sung một lượng lớn chất bảo quản hóa học và có thể khi con người sử dụng sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe Nhưng khi sử dụng tinh dầu tía tô để bổ sung, chúng đóng vai trò như một chất chống oxy hóa kháng vi sinh vật rất hiệu quả Mặt khác lại góp phần làm tăng thêm sắc, hương,

vị cho sản phẩm Hơn thế nữa chúng còn không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng Ở Nhật Bản và Hàn Quốc, nó được sử dụng để chế biến các món sashimi, mận muối, món hầm, súp Tại Mỹ, tinh dầu tía tô nằm trong danh mục các phụ gia thực phẩm được phép sử dụng Nó đã được sử dụng để bổ sung vào các loại nước sốt, bánh kẹo, chewing gum

Ngoài sử dụng làm chất phụ gia, tinh dầu tía tô còn được sử dụng bảo quản thịt,

cá và các loại thực phẩm khác Tinh dầu tía tô có ưu điểm là chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ, hoạt tính cao, an toàn cho sức khỏe và có thể áp dụng cho các loại thực phẩm ở mọi giá trị pH Đặc biệt hơn, nếu như các chất bảo quản thông thường có thể gây ảnh hưởng xấu tới mùi vị của thực phẩm thì loại tinh dầu này vừa là chất bảo quản, vừa cải thiện hương vị cho thực phẩm [18, 24] Vì vậy, tinh dầu tía tô hứa hẹn sẽ là một chất bảo quản thực phẩm ngày càng được quan tâm

Trong thành phần tinh dầu lá tía tô có chứa một dẫn xuất của perilla aldehyde có tên là perillartine Chất này có vị ngọt gấp 2000 lần đường mía và có calo rất thấp Nó được sử dụng làm chất tạo ngọt thay thế tại Nhật Bản và Mỹ Đặc biệt, đây còn là phụ gia quan trọng trong ngành sản xuất thuốc lá để giảm mùi hăng cay, làm cho sản phẩm

có hương vị hài hòa hơn [8, 17, 8]

Ứng dụng của tinh dầu tía tô trong dược phẩm

Theo y học cổ truyền, tía tô có vị cay, tính nóng, có tác dụng với phổi và kinh mạch, làm đổ mồ hôi khi bị cảm cúm, phòng chống ngộ độc do ăn cá và cua, thích hợp trong điều trị sốt, giảm ho, hen suyễn, viêm phế quản, giảm đau vùng thượng vị, củng

cố dạ dày và đầy bụng Công dụng cụ thể từ tinh dầu tía tô đã được nghiên cứu để ứng dụng trong dược phẩm như:

Trị ho, hạ sốt: Theo nghiên cứu, β-caryophyllene có tác dụng làm thư giãn khí quản ở chuột lang Tinh dầu tía tô trị bệnh phó thương hàn trên thỏ hiệu quả hơn aspirin [18]

Kháng khuẩn, chống viêm: Các hợp chất: linalool, limonene, perilla aldehyde, perilla alcohol, β-caryophyllene, trong tinh dầu tía tô có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm, chống nhiễm trùng rất hiệu quả [20] Tinh dầu tía tô có tác dụng khử mùi hôi thối, xua tan khí hư, được sử dụng như chất khử trùng hiệu quả ở Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc Tinh dầu lá tía tô còn được ứng dụng trong nha khoa, là thành phần trong kem đánh răng, nước súc miệng [24]

Chống oxy hóa: Dịch chiết lá tía tô thu được sau khi trích ly được Linghua Meng

và cộng sự (2009) thử khả năng chống oxy hoá bằng phương pháp bẫy gốc tự do DDPH Trong đó, các dẫn xuất axit cinnamic, flavonoid và anthocyanin được định lượng Kết quả cho thấy, tổng hàm lượng các hợp chất phenolic và khả năng chống oxy hoá của dịch chiết tương đối cao

Hiệu ứng thần kinh trung ương: Theo kết luận của Ito và cộng sự (2011), thành phần chính trong tinh dầu lá tía tô là l-peraldehydel-perillaldehyd (PAH) có tác dụng chống trầm cảm Khi hít phải PAH cho thấy hoạt động chống trầm cảm, giảm stress thông qua tác dụng liên quan đến chức năng thần kinh ngoại biên

Chống dị ứng: Theo nghiên cứu của Hiroshi Ueda và cộng sự (2002), các chất luteolin, axit rosmarinic và axit caffeic trong lá tía tô có thể được tách chiết Đây là những thành phần có thể ức chế sự hình thành các yếu tố hoại tử khối u (TNF – α) trong điều kiện in vitro Tuy nhiên, trong số các hợp chất cô lập, chỉ có duy nhất luteolin cho thấy hoạt tính ức chế TNF-α cùng các hoạt động chống viêm và chống dị ứng khi thử nghiệm trên cơ thể chuột

Điều trị khối u và ung thư: Axit rosmarinic, vitamin, khoáng chất, anthocyanin, luteoline trong lá tía tô tím có tác dụng ngăn ngừa tác hại của các gốc tự do của tế bào,

do đó giảm nguy cơ ung thư, chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng virus, giảm viêm biểu

bì và niêm mạc miệng

Trong lá tía tô có đến 9 loại axit triterpen: axit ursolic (1), axit corosolic (2), axit epicorosolic (3), axit pomolic (4), axit tormentic (5), axit hyptadienic (6), axit oleanolic (7), axit augustic (8) và axit 3-epimaslinic (9), trong đó (1) là axit triterpen vượt trội nhất trong tác dụng chống viêm và hợp chất (5) thể hiện hoạt động chống oxy hoá trong một thử nghiệm về ung thư

3-Theo Stark etal (1995) thì perilal alcohol và limonene có tác dụng ức chế sự tăng trưởng của các khối u vú, khối u gan, ung thư phổi ở chuột (trích dẫn từ Lina Bumblauskien et al, 2009) Các nghiên cứu khác còn cho thấy khả năng chống ung thư ruột kết, khối u thần kinh và bệnh bạch cầu của loại tinh dầu này [21]

Kết quả nghiên cứu của Youngeun Kwak và Jihyeung Ju (2015), cũng chỉ ra rằng các hợp chất trong lá tía tô (Perilla frutescens (L.) Britton) có khả năng ức chế sự phát triển, di căn và kết dính của cả tế bào ung thư đại tràng và ung thư phổi ở người (HCT116 và H1299) Việc điều trị các tế bào HCT116 và H1299 với dịch chiết lá tía tô

có thể kìm hãm sự tăng trưởng các tế bào ung thư 52-92% (phụ thuộc vào liều lượng ở mức 87,5; 175 và 350µg/ml) và hoàn toàn kìm hãm sự hình thành khuẩn lạc trong môi trường thạch mềm (nồng độ 350µg/ml)

Dịch chiết ở nồng độ 87,5 - 50µg/ml cũng có hiệu quả trong việc ức chế sự di căn của tế bào ung thư H1299 (52 - 58%) và sự kết dính của cả hai tế bào HCT116 và H1299 (25 - 46%)

Cải thiện tiêu hóa, hô hấp: Perillaketone có khả năng kích thích cơ ruột tròn hoạt động, có hiệu quả trong chống ngộ độc thực phẩm và các rối loạn tiêu hóa Tinh dầu tía

tô có tác dụng kháng histamin, làm giảm co thắt khí quản, buồn nôn trong trường hợp ngộ độc hải sản [21]

Theo nghiên cứu, β-caryophyllene có tác dụng làm thư giãn khí quản ở chuột lang Tinh dầu tía tô trị bệnh phó thương hàn trên thỏ hiệu quả hơn aspirin [25]

Năm 2002, Hiroyo Yamamoto và Tomohiko Ogawa đã làm nghiên cứu về tác dụng của các hợp chất polyphenol trong dầu hạt tía tô trên các vi khuẩn gây bệnh ở răng miệng Kết quả cho thấy, dịch chiết ethyl acetat của hạt tía tô có tác dụng kháng

khuẩn mạnh với các vi khuẩn Streptococus ở miệng và các chủng vi khuẩn P

gingivalis Trong các hợp chất polyphenol, luteolin thể hiện tác dụng kháng khuẩn mạnh nhất so với các hợp chất polyphenol còn lại

Ứng dụng của tinh dầu tía tô trong lĩnh vực mỹ phẩm

Ngoài Việc dùng trong công nghiệp thực phẩm, tinh dầu tía tô rất thích hợp để tạo hương cho mỹ phẩm, trong các sản phẩm với mục đích làm đẹp Lương y Đinh Công Bảy – Tổng thư ký Hội Dược liệu TP.HCM cho biết tía tô tốt cho phế quản, phổi Theo Đông y, phổi tốt sẽ giúp thần sắc tươi tắn, da hồng hào

Chính vì thế nhiều người dùng tía tô như một phương thuốc làm đẹp da ít tốn kém nhưng hiệu quả

Với tác dụng kháng khuẩn và tạo hương, tinh dầu tía tô được sử dụng nhiều trong sản xuất nước hoa, kem trị mụn và các sản phẩm hóa - mỹ phẩm khác như xà bông, sữa dưỡng thể, kem, muối tắm Loại tinh dầu này còn được sử dụng trong xông hơi, massage làm giảm căng thẳng, mệt mỏi, giúp cơ thể luôn tươi trẻ [24]

Hiện nay, tinh dầu cũng được ứng dụng trong các sản phẩm nước hoa để để tạo nên mùi hương ưa thích hay dùng để massage giảm mệt mỏi, thư giãn toàn cơ thể, mang lại cảm giác thoải mái

1.3 Các phương pháp khai thác tinh dầu

Các phương pháp chưng cất thường được sử dụng trong chưng cất tinh dầu là: chưng cất với nước (cất lôi cuốn theo hơi nước), chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng, chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng Mỗi phương pháp có ưu nhược

Nguyên liệu

Nghiền

Chưng cất Phân ly

Tinh dầu thô

Tinh chế

Tách TD loại

Nước chưng

TINH DẦU

Bã

điểm riêng, tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu mà người ta chọn phương pháp thích hợp

dm= - DdC

dx S.dt Trong đó :

dm: Lượng vật chất a chuyển khối theo phương vuông góc qua tiết diện S

D: Hệ số chuyển khối

dC/dx: Gradien nồng độ khuếch tán theo khoảng cách

S: bề mặt khuếch tán

dt: Thời gian khuếch tán

Cơ sở vật lý của quá trình trích ly là dựa vào sự khác nhau về hằng số điện môi của dung môi và chất cần trích ly Những chất có hằng số điện môi gần nhau sẽ dễ hòa tan vào nhau Tinh dầu có hằng số điện môi dao động từ 2 – 5 và các dung môi hữu cơ thông thường có hằng số điện môi không lớn lắm thí dụ: hexan là 1,89; essence là 2; benzene là 2,2 Phương pháp này có thể tiến hành ở nhiệt độ thường (khi trích ly) và có thể lấy được những thành phần quý như sáp, nhựa thơm trong nguyên liệu mà phương pháp chưng cất không thể tách được

Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình chưng cất:

Nguyên liệu

Độ ẩm nguyên liệu: Khi độ ẩm nguyên liệu lớn thì tốn thể tích thiết bị trích ly và

tốn lượng dung môi sử dụng, tổn thất tinh dầu trong quá trình cô đặc

Khi độ ẩm nguyên liệu quá thấp sẽ ảnh hưởng tới quá trình tách và thoát tinh dầu

ra khỏi bề mặt nguyên liệu

Độ mịn nguyên liệu:

Nguyên liệu nếu để nguyên ở dạng rễ thô thì hiệu suất trích ly sẽ rất thấp vì khi

đó tinh dầu trong nguyên liệu rất khó tiếp xúc với dung môi

Hình 1.5 Quy trình chiết tách tinh dầu bằng phương pháp trích ly

TINH DẦU

Dung môi

Bã

Nhưng nếu nguyên liệu được nghiền quá mịn sẽ gây bí bết cản trở sự tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi, cản trở quá trình lọc

Phương pháp trích ly

Trong quá trình khai thác tinh dầu thì việc lựa chọn ra một phương pháp khai thác thích hợp là rất quan trọng Vì nó có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu nhận tinh dầu, chất lượng tinh dầu và hiệu quả kinh tế thu được

Một số phương pháp trích ly thường được sử dụng trong công nghiệp khai thác tinh dầu là: trích ly tĩnh, trích ly động, trích ly hồi lưu, trích ly luân chuyển, trích ly bằng thiết bị soxlet Hiện nay, có những nghiên cứu trích ly tinh dầu bằng phương pháp CO2lỏng và CO2 siêu tới hạn cũng bắt đầu thu được những kết quả khả quan

Độ nhớt của dung môi phải thấp, để không làm giảm tốc độ khuếch tán

Phải tinh khiết, không ăn mòn thiết bị, sau khi thu hồi dung môi không để lại mùi

vị lạ cũng như các sản phẩm độc hại trong tinh dầu

Không hoà tan nước, không tác dụng với nước ở bất kỳ nhiệt độ nào

Không tạo hỗn hợp nổ với không khí, khí cháy

Có giá thành thấp và dễ mua

Nói chung, hiện nay chưa có một dung môi nào đáp ứng được đầy đủ các điều kiện như đã nêu ở trên Vì vậy trong quá trình tiến hành, phải căn cứ vào hiệu suất và chất lượng tinh dầu thu nhận được, căn cứ vào tính kinh tế và an toàn để lựa chọn dung môi phù hợp nhất

Yếu tố công nghệ

Có rất nhiều yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình trích ly nhưng theo một

số tài liệu tham khảo, những yếu tố ảnh hưởng rõ rệt nhất đến hiệu suất thu nhận cũng như chất lượng tinh dầu là số lần trích ly, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, tốc độ khuấy trộn, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly

1.4 Phương pháp trích ly tinh dầu bằng CO 2 ở điều kiện siêu tới hạn

1.4.1 Khát quát về phương pháp trích ly ở điều kiện siêu tới hạn

Đối với mỗi một chất đang ở trạng thái khí, khi bị nén đẳng nhiệt với một áp suất

đủ cao, chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng không hóa hơi trở lại mà trở thành một dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn Vật chất ở dạng này có tính chất trung gian, mang nhiều đặc tính của chất khí và chất lỏng

Chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn có tỷ trọng tương đương như tỷ trọng của pha lỏng nhưng sự linh động của các phần tử lại rất lớn, sức căng bề mặt nhỏ, hệ số khuếch tán cao giống như đang ở trạng thái khí Điểm tới hạn của một số hợp chất thông dụng:

Chất

Nhiệt độ tới hạn

Tc(oC)

CO2 là chất dễ kiếm, rẻ tiền vì nó là sản phẩm phụ của nhiều ngành công nghiệp hóa chất khác

Là một chất trơ, ít có phản ứng kết hợp với các chất cần tách chiết khi được đưa lên tới trạng thái tới hạn, CO2 không tự kích nổ, không bắt lửa và không duy trì sự cháy

CO2 không độc với con người và không duy trì sự cháy

Điểm tới hạn của CO2 (PC = 73 atm; TC = 30,9oC) là một điểm có giá trị nhiệt độ

và áp suất không cao lắm so với các chất khác nên sẽ tốn ít năng lượng hơn để đưa CO2tới vùng tới hạn

Có khả năng hòa tan các chất hữu cơ ở thể rắn cũng như thể lỏng, đồng thời cũng hòa tan được cả các chất thơm dễ bay hơi, không hòa tan các kim loại nặng và có thể điều chỉnh các thông số trạng thái như áp suất, nhiệt độ để thay đổi chọn lọc của dung môi

Khi sử dụng CO2 thương phẩm để chiết tách không có dư lượng chất độc

hại trong chế phẩm chiết

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của chiết tách CO 2 siêu tới hạn

Hình 6 Sơ đồ nguyên lý phương pháp trích ly bằng CO2 siêu tới hạn

Mẫu chiết sau khi sơ chế, được nghiền với kích thước nhỏ rồi cho vào bình chiết Bình chiết được lót màng lọc ở cả phần đỉnh và phần đáy để tránh việc các hạt nhỏ có thể bị lọt vào các đường ống dẫn dung môi và đường thu sản phẩm Khí CO2 từ bình khí nén được dẫn đến bộ phận làm lạnh để hóa lỏng CO2, nhiệt độ CO2 sau ngưng tụ vào khoảng 0oC Trước khi đi vào bình chứa, CO2 lỏng có thể được trộn thêm các dung môi

hỗ trợ (co - solvent) khác như ethanol, methanol, n-hexane để tạo thành dung môi mới theo yêu cầu công nghệ Dung môi hỗ trợ được trộn vào dòng CO2 lỏng bằng bơm đẩy

Hình 1.7 Chu trình trạng thái CO 2 trong quá trình chiết

Khí CO2 trong bình chứa ở trạng thái áp suất thường là 45 – 50 bar, nhiệt độ khoảng 12-20oC Khi được hạ nhiệt độ ở điều kiện đẳng áp từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 là trạng thái CO2 ở dạng lỏng trong bình chứa CO2 lỏng CO2 ở dạng lỏng ta có thể hòa trộn với các dung môi hỗ trợ một cách dễ dàng hơn Quan trọng hơn, khi CO2 ở dạng lỏng, có thể sử dụng bơm cao áp để nén lên áp suất cao và điều chỉnh lưu lượng vào bình chiết thuận lợi

Từ bình chứa, CO2 được bơm qua van điều chỉnh lưu lượng vào bộ phận trao đổi nhiệt để điều chỉnh tỷ trọng và độ nhớt phù hợp với yêu cầu công nghệ dòng CO2 lỏng

từ trạng thái 3 được giữ ở điều kiện đẳng áp và tăng nhiệt độ dần dần để chuyển CO2lỏng sang trạng thái siêu tới hạn 4

Trong suốt quá trình chiết, nhiệt độ và áp suất của bình chiết luôn luôn được điều chỉnh để giữ ổn định ở một giá trị định trước cho quá trình chiết bởi hệ thống điều khiển được kết nối với máy tính

Kết thúc quá trình chiết, dịch chiết được dẫn vào bình phân tách Tại đây quá trình tách chất tan ra khỏi dung môi thành những phân đoạn riêng được thực hiện bằng cách thay đổi các thông số áp suất và nhiệt độ Từ trạng thái siêu tới hạn 4 sẽ được giảm

áp đến trạng thái 5 CO2 sẽ trở thành chất khí và tách ra khỏi dịch chiết để thoát ra ngoài, chúng ta sẽ thu được dịch chiết

Hình 1.8 Hệ thống ly trích sử dụng CO 2 siêu tới hạn tại Trung tâm ươm tạo

Hệ thống CO2 sử dụng trong thí nghiệm này là do Đài Loan sản xuất ký hiệu SFE

96, do áp suất thiết kế tối đa của hệ thống là 40 Mpa (400 bar) nên nhà sản xuất khuyến

cáo chỉ vận hành hệ thống từ 35 Mpa (350 bar) trở xuống, thể tích bình chiết là 24L x 4 cột và tối đa chỉ vận hành 1 lần được 2 cột bất kì Nguyên liệu đưa vào cho 1 lần chiết tinh dầu là từ 1-10kg, nguyên liệu đưa vào tách chiết dạng bột mịn có kích thước ≥ 0,3mm, do đó phải xay và rây nguyên liệu trước khi đưa vào Dầu hạt ngò sau khi tách chiết được đựng trong chai thủy tinh màu nâu, đóng nắp kín và bảo quản ở nhiệt độ 10-

150C để phân tích chất lượng

1.5 Hiện trạng các công trình nghiên cứu liên quan đến nhiệm vụ

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Tình hình nghiên cứu: Công cuộc nghiên cứu về tinh dầu lá tía tô được bắt đầu

và phát triển mạnh mẽ vào những năm 1980 Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu mới chỉ được tiến hành ở Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc Trong đó, Nhật Bản là quốc gia nghiên cứu sâu rộng và toàn diện nhất về loại tinh dầu này Các công trình nghiên cứu

về tinh dầu tía tô tập trung chủ yếu vào các nội dung chính sau:

Về thành phần và hàm lượng tinh dầu: Đã có hàng loạt nghiên cứu được tiến hành

ở nhiều quốc gia, trên các giống tía tô khác nhau Sử dụng phương pháp chưng cất hơi nước, các nghiên cứu trên đều cho kết quả về hàm lượng tinh dầu trong lá tía tô là 0,3 – 1.3% theo chất khô [3,16, 17] Ngoài ra, các nghiên cứu còn được tiến hành ở một số khu vực khác như: Nghiên cứu tại Bắc Lào, các nhà khoa học đã phát hiện 5 loại tinh dầu khác nhau theo thành phần chính là: perillaketone, elemicine, shisofuran, piperitenone, myristicine [19] Tại Thái Lan, tinh dầu tía tô có hàm lượng cao piperitenone và limonene [21] Nghiên cứu tại Băng-la-đet đã cho thấy thành phần chính của tinh dầu tía tô là rosefuran (58%) [23]

Về phương pháp khai thác: Bên cạnh quy trình khai thác lôi cuốn hơi nước (HD) truyền thống, các nhà khoa học đã phát triển thêm các phương pháp tiên tiến hơn như: chiết xuất bằng dung môi bay hơi (SAFE), chiết xuất bằng hệ chất lỏng liên tục (LLCE)

và sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn Kết quả phân tích GC-MC cho thấy có có 30, 23

và 16 hợp chất được tìm thấy trong tinh dầu được khai thác bằng phương pháp SAFE, LLCE, HD theo thứ tự Khai thác tinh dầu tía tô bằng phương pháp trích ly sử dụng dung môi CO2 siêu tới hạn, cho hiệu quả khai thác tinh dầu khá cao (1,39% theo chất khô) Phương pháp này cho phép khai thác cả những thành phần không bay hơi, cho hiệu quả cao, quy trình khai thác ngắn

Chất lượng của tinh dầu khai thác bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước và phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn đã được Qiu và cộng sự (2006) so sánh trong nghiên cứu

về thành phần hóa học của tinh dầu tía tô được tách chiết bằng 2 phương pháp trên, kết quả đã chỉ ra thành phần hóa học tinh dầu tía tô có 45 thành phần khí chưng cất bằng hơi nước và có 53 thành phần khi sử dụng phương pháp chiết bằng CO2 siêu tới hạn Cũng như tinh dầu tía tô chiết bằng CO2 siêu tới hạn có giá trị dược liệu cao hơn tinh dầu chiết bằng hơi nước

Trong nghiên cứu của Baokang Huang và cộng sự (2011) về thành phần các hợp chất dễ bay hơi trong tinh dầu tía tô qua các phương pháp chiết khác nhau đã đã so sánh thành phần tinh dầu của hai phương pháp lôi cuốn hơi nước (SD) và CO2 siêu tới hạn (SFE) như sau:

một hydrocarbon hợp chất béo không bão hoà với 6 liên kết đôi, chứa 6 đơn vị isoprene

để cung cấp bộ khung cho tổng hợp cholesterol, axít mật, steroit và là một chất trao đổi trung gian quan trọng trong sinh tổng hợp sterol và triterpenes ở động, thực vật Các nghiên cứu đã cho thấy squalene ức chế hiệu quả các tác nhân hóa học có khả năng gây ung thư ruột kết, phổi, da ở động vật thực nghiệm Chúng là chất chống oxi hóa tiềm năng, có thể bảo vệ tế bào khỏi các gốc tự do, tăng cường miễn dịch, giảm nguy cơ ung thư và cholesterol máu Bên cạnh đó, squalene cũng được sử dụng làm thành phần hòa

tan chất béo trong một số sản phẩm mỹ phẩm do chúng được hấp thụ dễ dàng trên da Các nghiên cứu về lâm sàng cũng đã chỉ ra rằng khoảng 60-85% tổng số squalene được đưa vào cơ thể qua con đường thức ăn đã được hấp thụ và phân bố tới tất cả các mô trong cơ thể Việc cung cấp thực phẩm chức năng có thành phần squalene cao (khoảng

500 mg/ngày) đã được chứng minh là cần thiết cho sức khỏe dinh dưỡng của con người [18]

Về các phương pháp tách chiết tinh dầu từ lá tía tô, Yu-ChiaoYang và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu so sánh sản lượng tinh dầu thu được với các phương pháp tách chiết: Chiết xuất sử dụng CO2 siêu tới hạn có hỗ trợ siêu âm (UscCO2), chiết xuất sử dụng CO2 siêu tới hạn truyền thống (TscCO2), chưng cất hơi nước (STD) và chiết xuất hồi lưu nhiệt (HRE) Kết quả thu được sản lượng tinh dầu cao nhất là 1,62% (w/w) từ phương pháp UscCO2 [27]

Về hoạt tính sinh học (đặc tính dược lý): Tinh dầu tía tô có hoạt tính dược lý rất cao Hàng loạt các nghiên cứu về tính kháng khuẩn, chống ngộ độc, chống dị ứng, ngừa ung thư đã được tiến hành

Về các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng và thành phần tinh dầu: Nishizawz và Honda là người tiên phong trong việc nghiên cứu về các gen quy định thành phần hương của tía tô Họ đã đưa ra sơ đồ mô tả con đường sinh tổng hợp các chất trong tinh dầu tía

tô [24, 25] Nghiên cứu về thành phần tinh dầu trong từng giai đoạn tăng trưởng cho thấy: hàm lượng tinh dầu cao nhất trong giai đoạn cây bắt đầu trổ hoa Trong quá trình phát triển của cây, perilla aldehyde có xu hướng tăng dần, hàm lượng limonene và β-caryophyllene giảm Các chất khác như α-pinene, β-pinene, linalool và α-caryophyllene hầu như không thay đổi hàm lượng [23]

Ngoài ra, các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng tới hàm lượng tinh dầu, quan hệ giữa vị trí lá và hàm lượng perilla aldehyde cũng đã được nghiên cứu

Phân lập, tách chiết các cấu tử [5]: Rất nhiều cấu tử trong tinh dầu tía tô đã được tách và tinh chế như: citral, dillapiol, limonene, myristicine, perilla aldehyde, linalool

Tình hình nghiên cứu trong nước

Tình hình nghiên cứu trong nước: Ở Việt Nam, khai thác nhiều nguồn để thu nhận tinh dầu, nhưng tinh dầu tía tô còn khá mới mẻ và rất có tiềm năng Hiện tại, mới chỉ có các công trình nghiên về thành phần và đặc tính của tinh dầu Mà chưa có bất kỳ nghiên cứu nào về phương pháp khai thác và thu nhận loại tinh dầu và các sản phẩm