Tiểu luận: Tinh dầu cây hoa bia ppt

Trong khi đó, Việt Nam là một trong những nơi thuận lợi nhất để trồng một số loại cây chiết xuất tinh dầu.. Chuyên đề này sẽ tìm hiểu về một trong những tinh dầu đang có nhu cầu lớn hiện

Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Đại cương về phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn 4

1.1.1 Định nghĩa 4

1.1.2 Dụng cụ 6

1.1.3 Ưu nhược điểm 7

1.1.4 Ứng dụng 8

1.2 Tổng quan về hoa bia (Hoa Houblon) 8

1.2.1 Thực vật học 8

1.2.2 Thành phần hoá học 10

1.3 Tổng quan về tinh dầu 13

1.3.1 Tính chất hóa lý của nhóm tinh dầu 13

1.3.2 Công dụng của tinh dầu 14

Chương 2 - PHẦN THỰC NGHIỆM 15

2.1 Chiết xuất tinh dầu bằng carbon dioxide siêu tới hạn 15

2.1.1 Chuẩn bị 15

2.1.2 Các bước tiến hành 15

2.1.3 Kết quả 16

2.2 Kiểm nghiệm nguyên liệu hoa bia 17

Chương 3 - KẾT LUẬN VÀ NHẬN ĐỊNH 18

3.1 Kết luận 18

3.2 Nhận định 19

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

performance liquid chromatography)

extraction)

water extraction)

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nhu cầu về tinh dầu và hương liệu (cho mỹ phẩm), thứ đang được coi là

“vàng xanh”, trên thế giới tăng nhanh do người dân ngày càng có xu hướng trở về dùng những hợp chất tự nhiên Trong khi đó, Việt Nam là một trong những nơi thuận lợi nhất để trồng một số loại cây chiết xuất tinh dầu

Các thị trường nhập khẩu tinh dầu chính trên thế giới mấy năm gần đây: 1 Khối 25 nước EU: 1,7 tỷ USD; 2 Mỹ: 1,2 tỷ USD; 3 Pháp: 0,7 tỷ USD; 4 Anh: 0,6

tỷ USD; 5 Nhật: 0,4 tỷ USD

Thông tin mà các chuyên gia đều khẳng định là nguồn “vàng xanh” mỗi năm

có thể mang lại kim ngạch xuất khẩu hàng trăm triệu USD, ngoài ra còn có thể trở thành nền tảng cho sự phát triển của ngành công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm ở Việt Nam rất đáng chú ý

Chuyên đề này sẽ tìm hiểu về một trong những tinh dầu đang có nhu cầu lớn hiện nay là tinh dầu từ cây hoa bia (Houblon) về thành phần, công dụng từ đó làm

rõ lý do tinh dầu này ngày càng được dung nhiều và một số sản phẩm trên thị trường

Chương 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Đại cương về phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn

1.1.1 Định nghĩa: Một hợp chất ở trạng thái siêu tới hạn khi hợp chất đó có

nhiệt độ và áp suất cao hơn giá trị tới hạn Ở trạng thái siêu tới hạn, hợp chất này không còn ở thể lỏng nhưng vẫn chưa thành thể khí [1]

Phương pháp chiết lỏng siêu tới hạn là phương pháp chiết sử dụng dạng dung môi đặc biệt là dung môi ở trạng thái siêu tới hạn [1]

Điểm ba là nơi mà ba trạng thái rắn, lỏng và khí giao nhau Các đường cong là nơi hai trạng thái cùng hiện diện Quan sát dọc theo đường cong khí - lỏng hướng lên cao gặp 1 điểm, nơi đó nồng độ của khí và lỏng bằng nhau Điểm này được gọi

là điểm siêu tới hạn và hợp chất lúc đó gọi là chất lỏng siêu tới hạn Tại điểm tới hạn, áp suất và nhiệt độ có các giá trị được gọi lần lượt là áp suất tới hạn (Pc) và nhiệt độ tới hạn (Tc) Hai giá trị này là đặc trưng cho từng chất [1]

Trạng thái rắn

Trạng thái lỏng

Điểm ba

Điểm tới hạn

Chất lỏng siêu tới hạn

T 0 C

Pc

Nhiệt độ

Áp suất

Khí

Hình 1.1 Giản đồ pha trạng thái siêu tới hạn của một chất.

Bảng 1.1 Một số dung môi có thể sử dụng cho phương pháp chiết siêu tới hạn

Dung môi Nhiệt độ tới hạn Áp suất tới hạn

Bảng 1.2 So sánh các đặc tính của chất ở 3 trạng thái lỏng, khí và siêu tới hạn

Trạng thái Khí (00C, 1atm) Siêu tới hạn Lỏng

Hệ số khuếch tán (cm2/s) 10-1 10-3-10-4 10-5

Trong số đó dung môi CO2 là thông dụng nhất vì

- Áp suất và nhiệt độ tới hạn thấp

- Giá tiền rẻ

- Bền về hóa học

- Không độc, không dễ cháy

- Độ nhớt thấp

- Khả năng khuếch tán cao

- An toàn, độ tinh khiết cao

- Dễ loại ra khỏi dịch chiết bằng cách giảm áp suất

- Có thể pha thêm MeOH, EtOH để chiết những chất phân cực

1.1.2 Dụng cụ:

Hình 1.2 Bộ dụng cụ chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn.

Hệ thống gồm một nguồn cung cấp CO2, một máy bơm, một bộ làm lạnh, một

bộ tăng nhiệt, bình chiết chứa dược liệu, bình tách thu sản phẩm và bình ngưng tụ Nguyên tắc hoạt động:

- Nạp dược liệu vào bình chiết, khóa nắp lại

- Mở dòng CO2 lỏng đi qua bộ phận làm lạnh rồi qua bơm nén Sau đó qua bộ tăng nhiệt Khi đạt nhiệt độ và áp suất, CO2 trở thành dòng siêu tới hạn

- Dòng này vào bình chiết Hoạt chất theo dòng CO2 qua bộ phận làm lạnh Tại đây CO2 hóa lỏng và được đưa vào bình tách

- Điều chỉnh nhiệt độ và áp suất thích hợp, CO2 biến thành dạng khí, sản phẩm

sẽ lắng xuống, được thu riêng

Bình chứa

CO2

Bình tách Bình

chiết

Làm lạnh Bơm

Làm nóng

Điều chỉnh

P, t0C Bình ngưng tụ

(CO

2 lỏng)

- CO2 dạng khí được đưa qua bộp phận nén lạnh, hóa lỏng và đưa trở lại bình chứa Quá trình chiết lại tiếp tục

Một số lưu ý:

- Trong vài trường hợp đặc biệt, mẫu cần

chiết có thể được điều chỉnh pH, hoặc

thêm dung môi hoặc làm thấm ướt Nếu

hợp chất có tính phân cực, một lượng nhỏ nước được thêm vào để làm thấm ướt mẫu cần chiết giúp việc chiết thêm dễ dàng Nếu hợp chất chiết có tính không phân cực, một lượng dầu nhỏ hoặc chất béo trộn thêm vào mẫu chiết

- Chất cho thêm (modifier): CO2 chỉ phù hợp để chiết các hợp chất có độ phân cực kém cho đến trung bình Nếu muốn chiết các chất có tính phân cực cao, cần bổ sung thêm methanol, ethanol hoặc methylen clorua

- Thể tích áp dụng: vài ml cho tới hàng ngàn lít

- Có loại thiết bị cấu tạo bộ phận nhận mẫu rời, có loại cấu tạo với bộ phận nhận mẫu được nối trực tiếp với máy sắc ký khí hoặc HPLC để khảo sát ngay sản phẩm vừa thu nhận

1.1.3 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

- Khả năng khuếch tán tốt

- Độ nhớt thấp, áp suất hơi cao, điểm siêu tới hạn của CO2 dễ đạt

- Độ chọn lọc cao với loại hợp chất cần chiết Vì thế chất chiết tương đối sạch

- Dễ áp dụng ở qui mô công nghiệp

- Thân thiện với môi trường

- Tốc độ phản ứng lớn

- Tc = 31,1o C nên hòa tan chất dễ phân hủy ở nhiệt độ cao

- Có khả năng tái sử dụng vì vậy chi phí rẻ hơn

Nhược điểm:

- Thiết bị chuyên dùng, đắt tiền

- Không thích hợp với mẫu chiết dạng lỏng

Hình 1.3 Hệ thống máy chiết

lỏng siêu tới hạn

- Khó lường được khi chiết trên một mẫu mới Cần có nhiều nghiên cứu tìm các thông số tối ưu để chiết thành công

1.1.4 Ứng dụng

Lưu chất siêu tới hạn được ứng dụng trong rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong lĩnh vực môi trường, thực phẩm, trong công nghiệp, trong y học… Ứng dụng của dung môi siêu tới hạn trong ngành dược

- Chiết lỏng siêu tới hạn: (supercritical fluid extraction - SFE) chiết từ các chất rắn như cà phê, trà, hoa bia hay các thành phần trong thực phẩm (hoa bia, vitamin, lipid )

- Cắt phân đoạn (supercritical fluid fractionation – SFF): từ hỗn hợp lỏng Ngày nay người ta ứng dụng để ly trích hương liệu từ dịch nhiều thành phần được chưng cất Hoặc dùng để tách lipid phân cực hay những polyme

- Sắc ký lỏng siêu tới hạn (Prerarative scale supercritical fluid chromatography- PSFC): dùng để tách phân đoạn sau cùng gồm những chất

có cấu trúc rất giống nhau

- Phản ứng (supercritical fluid reactions – SFR): lưu chất siêu tới hạn có thể xúc tác các phản ứng tổng hợp, nhất là phản ứng hydrogen hóa

1.2 Tổng quan về hoa bia (Hoa Houblon)

1.2.1 Thực vật học

Sinh thái

Hoa Houblon phân bố khắp nơi trên thế giới, từ Châu Âu cho đến Châu Á Nhưng phân bố và được trồng nhiều nhất là ở các nước Châu Âu là các nước có khí hậu ôn đới thích hợp cho loài cây này phát triển

Ở Châu Á, hoa Houblon cũng được trồng, nhưng chỉ với một diện tích rất nhỏ

và chủ yếu ở các nước có khí hậu lạnh [2]

Các nước có diện tích hoa Houblon lớn nhất có thể là Bỉ, Cộng hoà Séc, Pháp, Đức, New Zeland, Ba Lan, Slovenia, Anh và Hoa kỳ Đây cũng là các nước xuất khẩu các sản phẩm chế biến từ hoa Houblon lớn trên thế giới

Hình thái

Mặc dù thường xuyên được gọi tắt là loại cây bia “dây leo”, nó là một loại cây leo nhưng khác với loại dây leo mà sử dụng tua, chồi của rể cây và một số bộ phận phụ thuộc khác gắn vào mình, cây leo có thân chắc khỏe với các lông rất khỏe

để hỗ trợ cho việc leo Nó là một cây trồng cây lâu năm và mọc ra các chồi cây mới vào đầu mùa xuân và chết khi rể bị quá lạnh vào mùa thu Các chồi hoa bia phát triển rất nhanh chóng và có thể phát triển từ 20 đến 50 cm mỗi tuần Thân hoa bia leo theo chiều kim đồng hồ quoanh bất cứ thứ gì nó có thể bám vào, cá nhân một số loại cây leo nhiệt đới phát tiển từ 2 đến 14 mét phụ thuộc vào môi trường có sẵn để phát triển Lá mọc đối xứng dài từ 7 đến 12 cm từ cuống là và hình tim Khi cây hoa bia hết khả năng sinh trưởng để leo, mầm ngang giữa lá của chồi chính tạo ra một mạng lưới các chồi xung quanh mỗi cây [2]

Cấu tạo

Hoa Houblon có cấu tạo dạng búp (bub), có màu vàng xanh, một bông hoa Houblon có cấu tạo gồm : búp hoa 3 – 5 cm, cánh hoa 40 – 100 cánh, số tế bào trong mỗi cánh vào khoảng 60 tế bào, ngoài ra còn có các thành phần khác như: cuống, trục, nhị hoa và hạt Lupulin [2]

Hình 1.4 Hoa houblon và cấu tạo.

1.2.2 Thành phần hoá học

Khi phân tích thành phần hóa học của hoa Houblon, người ta thấy trong hoa Houblon có các thành phần sau:

Bảng 1.3 Thành phần các chất có trong hoa Houblon

Các chất đắng trong hoa Houblon chiếm khoáng 15 – 21%, tan tốt trong methanol và ete

Các chất đắng trong hoa Houblon được chia thành 2 loại: các chất nhựa mềm chiếm 90% và tan tốt trong hecxan; còn lại là các chất nhựa cứng chiếm 10%, tan tốt trong ete

Từ các chất nhựa mềm, người ta lại phân tích thấy có α acid đắng chiếm khoảng 6 – 9 % gồm humolone (35 – 70%), cohumolone (20 – 55%), adhumolone (10 – 15%), prehomulone (1 – 10%) và posthumolone (1 – 5%) [1]; còn lại là các nhóm chất β bao gồm lupulone (30 – 55%), colupulone (20 – 55%), adlupulone (5 – 10%), prelupulone (1 – 3%), postlupulone , trong đó β acid đắng chiếm 3 – 4 %, 5 –

6 % là các chất nhựa mềm khác chưa xác định được

Hình 1.5

Cấu tạo hoá học của α acid đắng (trái) và β acid đắng (phải)

Hình 1.6 Cấu tạo hoá học của α acid đắng (trái) và iso α acid đắng (phải)

Chất đắng

Trong chế biến hoa Houblon người ta có đưa ra khái niệm lực đắng

Lực đắng = α acid đắng + (β acid đắng + nhựa mềm)/9

Hình 1.7 Các α acid đắng (trái) và iso α acid đắng (phải).

Tinh dầu thơm

Tinh dầu trong hoa Houblon gồm hơn 200 chất: terpen, ester, cetone và các hợp chất chứa lưu huỳnh Tinh dầu phấn hoa Houblon chiếm từ 0,17 – 0,65 % trọng lượng hoa, trong đó khoảng 3/4 là các cấu tử thuộc nhóm tecpen (C5H8)n và 1/4 là các cấu tử có mang oxy, đại diện chính là geraniol (C10H18O)

Tinh dầu hoa ở điều kiện gia nhiệt nhẹ dễ bị oxy hoá, khi đó tác dụng gây mùi sẽ thay đổi nhiều, thậm chí tạo ra mùi không phù hợp cho sản phẩm bia như mùi tỏi

Các hợp chất trong tinh dầu có thể tồn tại dưới các dạng hydratcacbon với nhân là một tecpen (C5H8), hoặc dưới dạng aldehyd, ceton, rượu, …Khi hòa tan vào dịch đường, tinh dầu tồn tại trong bia và tạo ra cho bia một mùi thơm đặc trưng rất nhẹ nhàng và dễ chịu Các hydrocacbone chiếm 75 %, rất dễ bay hơi, có mùi thơm rất dễ chịu Khi nấu còn lại rất ít trong dịch nấu hoa

Hình 1.8 Cấu tạo một số hợp chất tinh dầu thơm.

Ngoài ra còn có các hợp chất oxygene, các vòng epoxy.

Tanin và polyphenol

Tannin chiếm khoảng 4% trọng lượng hoa Các chất trong hoa đều thuộc nhóm Flavonit, tập hợp nhiều chất tự nhiên như: flavan, flavon, flavanol, catechin

và nhiều chất khác [3]

Các hợp chất này dễ dàng kết hợp với các protein cao phân tử tạo thành các phức chất không hoà tan nên được liệt kê vào một nhóm được gọi là tanin (chất chát) của hoa Houblon [3]

Hình 1.9 Công thức của một vài hợp chất tannin trong hoa Houblon

1.3 Tổng quan về tinh dầu

1.3.1 Tính chất hóa lý của nhóm tinh dầu

Trạng thái: Đa số là chất lỏng ở nhiệt độ thường, một số thành phần ở thể rắn: Menthol, borneol, camphor, vanilin, heliotropin

Màu sắc: Không màu hoặc vàng nhạt Do hiện tượng oxy hóa màu có thể sẫm lại Một số có màu đặc biệt: Các hợp chất azulen có màu xanh mực

Mùi: Đặc biệt, đa số có mùi thơm dễ chịu, một só có mùi hắc, khó chịu (tinh dầu giun)

Vị: cay, một số có vị ngọt: Tinh dầu quế, hồi.

Bay hơi được ở nhiệt độ thường

Tỷ trọng: Đa số nhỏ hơn 1 Một số lớn hơn 1: Quế, đinh hương, hương nhau

Tỷ lệ thành phần chính (aldehyd cinnamic, eugenol) quyết định tỷ trọng tinh dầu Nếu hàm lượng các thành phần chính thấp, những tinh dầu này có thể trở thành nhẹ hơn nước

Độ tan: Không tan, hay đúng hơn ít tan trong nước, tan trong alcol và các dung môi hữu cơ khác

Độ sôi: Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, có thể dùng phương pháp cất phân đoạn để tách riêng từng thành phần trong tinh dầu

Năng suất quay cực cao, tả tuyền hoặc hữu tuyền

Chỉ số khúc xạ: 1,4500 - 1,5600

Rất dễ oxy hoá, sự oxy hoá thường xảy ra cùng với sự trùng hiệp hoá, tinh dầu

sẽ chuyển thành chất nhựa

Một số thành phần chính trong tinh dầu cho các phản ứng đặc hiệu của nhóm chức, tạo thành các sản phẩm kết tinh hay cho màu, dựa vào đặc tính này để định tính và định lượng các thành phần chính trong tinh dầu

1.3.2 Công dụng của tinh dầu

Tinh dầu chanh có tác dụng làm thơm các thuốc phiến, thuốc ngậm hay thuốc bột để uống cho dễ (viên C chanh)

Tinh dầu được dùng chế các loại thuốc bôi, xoa, làm tan những vết tụ máu bầm tím, làm dịu cơn đau Tinh dầu còn làm thuốc chống cảm cúm, sát khuẩn và kích thích tiêu hóa

Ngoài tác dụng chữa bệnh, tinh dầu còn dùng để chế mỹ phẩm, dầu gội và làm gia vị trong công nghệ thực phẩm Tinh dầu là chất lỏng, dễ bay hơi, có mùi thơm, tùy theo từng loại thảo mộc có thể chế biến thành tinh dầu

VD: Tinh dầu hoa bia có tính kháng khuần cao Tinh dầu sả: Có tác dụng sát khuẩn trong bệnh viện, tẩy uế nơi ô nhiễm, làm thuốc kích thích tiêu hóa ăn ngon miệng Ngoài ra, tinh dầu sả còn dùng để đuổi muỗi, làm nước hoa, xà-phòng thơm

và dầu gội đầu Tinh dầu quế: Tác dụng kích thích tuần hoàn máu tăng lên, hô hấp mạnh lên, kích thích tăng bài tiết, tăng cường co bóp tử cung, tăng nhu động ruột Tinh dầu quế còn dùng xoa bóp vùng đau, bầm tím do chấn thương, dùng đánh gió khi bị cảm mạo

Chương 2 - PHẦN THỰC NGHIỆM

2.1 Chiết xuất tinh dầu bằng carbon dioxide siêu tới hạn

2.1.1 Chuẩn bị

Nguyên liệu thực vật sau khi thu hái, các mẫu được sấy khô và nghiền nhỏ Bán kính trung bình của hạt 0.488x10-3 m

Dung môi được dùng CO2 ở nhiệt độ 40o C và tốc độ dòng chảy 97,725 L/h, trong hai bước với áp suất tương ứng 150 bar và 300 bar Thời gian chiết xuất cho mỗi bước là 2,5 giờ Điều kiện chiết tách là p = 15 ± 1 bar và T = 20 ± 1 °C

Chiết xuất hóa lỏng siêu tới hạn bằng CO2 được thực hiện bằng cách sử dụng quy mô phòng thí nghiệm hay nhà máy trích áp lực cao (lên đến 1000 bar)

2.1.2 Các bước tiến hành

- Bổ sung hoa viên vào thiết bị chiết tách

- Sử dụng CO2 hóa lỏng ( áp suất 60-70 bar ) bơm nén vào thùng chiết với áp suất 220-280 bar

- Điều chỉnh nhiệt độ chiết 40-500o C

- CO2 lỏng chảy xuống theo các vùng chiết, hòa tan nhựa và dầu Hop

- Giảm áp suất xuống 60-70 bar bằng van mở rộng, do đó CO2 bị bay hơi tại các khu vực đổi nhiệt, vì thế sản phẩm chiết có thể thu được bằng bộ phận bình tách[4]

- Sử dụng bơm nén CO2 nâng áp suất của CO2 lên tới 220-280 bar và đi qua thiết bị trao đổi nhiệt A, nâng nhiệt tới 40-450o C Tại đây, CO2 được bơm qua bình chiết chứa hoa viên Áp suất giảm tại van tháo 1 xuống 60-70 bar, CO2 lỏng bị bay hơi tại thiết bị trao đổi nhiệt B, tiếp tục giảm áp suất tại van tháo 2 và do đó sự mất

đi đặc tính dung môi[4]