Tổng quan về tinh dầu các loài thuộc chi zingiber mill , họ gừng zingiberaceae

corallinum Hance sử dụng phương pháp chiết CO2 lỏng siêu tới hạn 17 3.3 Một số cột mao quản trong phân tích tinh dầu 3.4 Thành phần các hợp chất aliphatic có trong tinh dầu một số 3.

NGUYỄN THỊ GIANG

TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU CÁC LOÀI

THUỘC CHI ZINGIBER MILL.,

HỌ GỪNG ZINGIBERACEAE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2015

NGUYỄN THỊ GIANG

TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU CÁC LOÀI

THUỘC CHI ZINGIBER MILL.,

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới

TS Nguyễn Quỳnh Chi và ThS Lê Thanh Bình, Bộ môn Dược liệu –

Trường Đại học Dược Hà Nội, dù bận rất nhiều công việc nhưng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trường Đại học Dược nói chung

và các thầy cô Bộ môn Dược liệu nói riêng đã tạo mọi điều kiện học tập cho tôi trong 5 năm vừa qua

Gửi lời cảm ơn đến các bạn của tôi, những người đã đồng hành, khích lệ

và giúp đỡ cho tôi trong quá trình làm đề tài này

Cuối cùng, khoá luận tốt nghiệp sẽ không thể hoàn thành nếu thiếu sự động viên, giúp đỡ của gia đình Lời cảm ơn đặc biệt tôi xin gửi đến ba mẹ và chị gái tôi, những người luôn ở bên giúp tôi vượt qua những lúc khó khăn nhất, nuôi dưỡng và che chở cho tôi trong suốt chặng đường đã qua

Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Thị Giang

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.2 Phương pháp nghiên cứu 2

1.2.1 Thu thập tài liệu 2

1.2.2 Tổng hợp dữ liệu 2

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT CHI ZINGIBER MILL 4

2.1 Vị trí phân loại chi Zingiber Mill 4

2.2 Đặc điểm thực vật và phân bố của chi Zingiber Mill 4

2.2.1 Đặc điểm thực vật 4

2.2.2 Phân bố 6

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT VÀ THÀNH PHẦN TINH DẦU CÁC LOÀI THUỘC CHI ZINGIBER MILL 10

3.1 Các phương pháp chiết xuất tinh dầu 10

3.1.1 Phương pháp cất kéo hơi nước 10

3.1.2 Phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ của vi sóng 14

3.1.3 Phương pháp chiết CO2 lỏng siêu tới hạn 16

3.1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất tinh dầu 18

3.2 Các phương pháp phân tích tinh dầu, thành phần tinh dầu và các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu 21

3.2.1 Các phương pháp phân tích tinh dầu 21

3.2.1.1 Phương pháp sắc ký lớp mỏng 22

3.2.1.2 Phương pháp sắc ký khí 22

3.2.2 Thành phần tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill và các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu 24

3.2.2.1 Thành phần tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill 24 3.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu 39

CHƯƠNG 4 TÁC DỤNG SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA

TINH DẦU CÁC LOÀI THUỘC CHI ZINGIBER MILL 50

4.1 Tác dụng sinh học 50

4.1.1 Tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm 50

4.1.2 Tác dụng diệt và xua đuổi côn trùng 53

4.1.3 Tác dụng chống oxy hoá 53

4.1.4 Tác dụng chống viêm 54

4.1.5 Tác dụng giảm đau 55

4.1.6 Tác dụng gây độc tế bào 55

4.1.7 Một số tác dụng sinh học khác 56

4.2 Ứng dụng của tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill 58

4.2.1 Ứng dụng trong Y học 58

4.2.2 Ứng dụng trong kỹ nghệ hương liệu, hoá mỹ phẩm 59

4.2.3 Ứng dụng trong kỹ nghệ thực phẩm 59

CHƯƠNG 5 BÀN LUẬN 61

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ……… 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

IC50 Nồng độ ức chế trung bình

ID50 Liều ức chế trung bình

LC50 Nồng độ gây chết trung bình

LC90 Nồng độ gây chết 90% đối tượng thí nghiệm

LD50 Liều gây chết trung bình

MIC Nồng độ ức chế tối thiểu

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Các loài thuộc chi Zingiber Mill ở Việt Nam 7

3.1 Hàm lượng tinh dầu thu được từ một số loài thuộc chi

3.2 Hàm lượng tinh dầu thân rễ khô của loài Z corallinum

Hance sử dụng phương pháp chiết CO2 lỏng siêu tới hạn 17

3.3 Một số cột mao quản trong phân tích tinh dầu

3.4 Thành phần các hợp chất aliphatic có trong tinh dầu một số

3.5 Thành phần các hợp chất monoterpen có trong tinh dầu một

3.6 Thành phần các hợp chất sesquiterpen có trong tinh dầu

3.7 Thành phần các hợp chất có nhân thơm trong tinh dầu một

3.8 Một số thành phần chính có trong tinh dầu thân rễ loài

3.9 Một số thành phần chính có trong tinh dầu thân rễ loài

3.10 Một số thành phần chính có trong tinh dầu thân rễ loài

3.11 Một số thành phần chính trong tinh dầu cất từ các bộ phận

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Thiết bị cất kéo hơi nước có hỗ trợ vi sóng 15

3.2 Hàm lượng tinh dầu thu được từ thân rễ loài Z officinale

3.3 Hàm lượng tinh dầu thân rễ loài Z officinale Rosc theo mức

3.4 Hàm lượng tinh dầu thân rễ loài Z officinale Rosc thu được

với các tỷ lệ nước/dược liệu khác nhau với công suất 250W 21

5.1

CTCT một số thành phần chính trong tinh dầu các loài thuộc

ĐẶT VẤN ĐỀ

Từ hàng ngàn năm trước đây, con người đã biết khai thác và sử dụng tinh dầu để làm thuốc, chất thơm, gia vị, đáp ứng các nhu cầu trong cuộc

sống Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ,

kinh tế và đời sống xã hội, con người đã áp dụng các công nghệ hiện đại để phát triển khai thác, chế biến, sử dụng tinh dầu với hiệu quả tối ưu trong các lĩnh vực chế biến thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm…Tinh dầu đã và đang trở thành nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp, sản phẩm của tinh dầu cũng ngày càng đa dạng, hoàn thiện trên nhiều lĩnh vực

Chi Zingiber Mill là một chi điển hình trong họ Gừng, là nguồn dược liệu chứa tinh dầu đáng kể Tinh dầu của một số đại diện như Z officinale Rosc., Z cassumunar Roxb hay Z zerumbet (L.) Smith từ lâu đã được biết

đến với công dụng làm dịu tinh thần, chống suy nhược, sử dụng trong viêm khớp, đau nhức cơ Ngoài ra, một số hợp chất được phân lập từ tinh dầu các

loài thuộc chi Zingiber Mill được nghiên cứu cho thấy có hoạt tính kháng vi

sinh vật, chống viêm, gây độc tế bào…[16], [24], [117] Với hơn 150 loài, chi

Zingiber Mill đang được nghiên cứu trên nhiều loài khác nhau về thành phần

tinh dầu và hoạt tính sinh học của thành phần này Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới chỉ được báo cáo đơn lẻ

Vì vậy, để có cái nhìn đầy đủ và khái quát hơn về tinh dầu các loài

thuộc chi Zingiber Mill., đề tài “ Tổng quan về tinh dầu các loài thuộc chi

Zingiber Mill., họ Gừng (Zingiberaceae)” được tiến hành với những mục

tiêu sau:

1 Tổng quan về phương pháp chiết xuất và thành phần tinh dầu các

loài thuộc chi Zingiber Mill

2 Tổng quan về tác dụng sinh học và ứng dụng của tinh dầu các loài

thuộc chi Zingiber Mill

CHƯƠNG 1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các bài báo, các công trình nghiên cứu về tinh dầu các loài thuộc chi

Zingiber Mill., họ Gừng (Zingiberaceae)

1.2 Phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Thu thập tài liệu

Các tài liệu chuyên ngành có nguồn gốc trong và ngoài nước liên quan

đến các loài thuộc chi Zingiber Mill., thành phần tinh dầu và hoạt tính sinh học cũng như ứng dụng của tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill

Tra cứu nguồn tài liệu qua Internet, thư viện Trường Đại học Dược Hà Nội, thư viện Quốc Gia Việt Nam

Tham khảo các nguồn tài liệu:

- Tạp chí chuyên ngành trong nước: Tạp chí Dược học, Tạp chí Dược liệu, Tạp chí Khoa học

- Tài liệu nước ngoài trên cơ sở dữ liệu : Pubmed

Sử dụng các từ khoá tìm kiếm: “Zingiber”, “essential oils”,

“volatile”, “ginger oil”, “plai oil”, tên riêng của loài và kết hợp các toán tử OR, AND để tìm ra bài viết

- Sách, luận văn, luận án, khoá luận tốt nghiệp có liên quan

1.2.2 Tổng hợp dữ liệu

Sau khi đọc, phân tích, các dữ liệu được tập hợp với các nội dung sau:

- Vị trí phân loại, đặc điểm thực vật và phân bố của các loài thuộc chi

Zingiber Mill

- Các phương pháp chiết xuất tinh dầu đã được áp dụng trong nghiên

cứu về các loài thuộc chi Zingiber Mill., từ đó rút ra được các yếu tố ảnh

hưởng đến hiệu suất cũng như chất lượng tinh dầu

- Qua các nghiên cứu đơn lẻ về tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber

Mill hệ thống lại các phương pháp phân tích tinh dầu, các thành phần chính, đặc trưng của tinh dầu các loài này cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu

- Tổng kết được tác dụng sinh học, ứng dụng của tinh dầu các loài

thuộc chi Zingiber Mill đã được nghiên cứu

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM THỰC VẬT CHI ZINGIBER MILL

2.1 Vị trí phân loại chi Zingiber Mill

Theo hệ thống phân loại thực vật của Takhtajan (1987) [4], chi Zingiber

Mill có vị trí phân loại như sau:

Nguyễn Quốc Bình xây dựng khoá định loại các loài thuộc chi Zingiber

Mill ở Việt Nam [3] như sau:

1A Cụm hoa trên ngọn thân có lá

2A Lá có lông màu trắng 2 mặt; bẹ lá có lông trắng; bao phấn dài

bằng phần phụ trung đới kéo dài ……… 1 Z pellitum

2B Lá có lông hung đỏ ở gốc và mép lá, mặt trên nhẵn; bẹ lá có lông màu hung; bao phấn dài hơn phần phụ trung đới kéo dài

……… 2 Z rufopilosum

1B Cụm hoa mọc từ thân rễ

3A Phiến lá nhẵn cả 2 mặt

4A Lá có 1 (-2); cuống lá dài 15-22 cm ……… 3 Z monophyllum

4B Lá nhiều hơn 2; cuống lá (nếu có), dài không quá 1 cm

5A Lưỡi lá dài 1,8-2 cm; cuống cụm hoa dài 3-5cm

…… ……….….4 Z collinisii

5B Lưỡi lá dài 0,2-1,2 cm; cuống cụm hoa dài 8-30 cm

6A Cuống lá dài 4-6 mm; lá bắc dài bằng các lá bắc con

……… ……… 5 Z officinale

6B Cuống lá không có; lá bắc và lá bắc con không bằng nhau 7A Đài hoa dạng ống dài, dài 1-1,2 cm, xẻ xiên, trên không

răng; bầu nhẵn……… 6.Z eberhardtii

7B Đài hoa dạng ống, dài 2,5-2,8 cm, không xẻ xiên, trên chia

3 răng tròn; bầu rậm lông……….7 Z laoticum

3B Phiến lá ít nhất có lông ở gần mặt dưới

8A Phiến lá dạng dài, chiều dài gấp 10-16 lần chiều rộng

……… 8 Z gramineum

8B Phiến lá hình mũi mác hay trái xoan hẹp hay bầu dục dài, chiều dài gấp 4-6 lần chiều rộng

9A Cánh môi màu trắng hay vàng nhạt

10A Lá bắc màu tím đen hay xanh lục phía trên…….9 Z mioga

10B Lá bắc màu xanh, đỏ hay nâu đỏ 11A Cuống lá dài 0,2-1 cm; lưỡi lá dài 1-2 mm

……… ….10 Z montanum 11B Lá không cuống; lưỡi lá dài 0,8-2,5 cm …11 Z zerumbet

9B Cánh môi có đốm hay sọc màu nâu đỏ hay tím

12A Cây cao 30-40 cm; ống tràng dài 1,7-1,9 cm

……….12 Z cochinchinense

12B Cây cao 1-3,5 cm; ống tràng dài 4,5-5 cm 13A Cụm hoa hình thoi nhọn, dài 10-16 cm; đài hoa dạng

ống, màu vàng, dài đến 3,5 cm ………… 13 Z acuminatum

13B Cụm hoa hình trứng rộng, dài 5-6 cm; đài hoa dạng ống,

màu trắng trong, dài đến 1,2 cm ……… 14 Z rubens

2.2.2 Phân bố

Trên thế giới chi Zingiber Mill có khoảng 156 loài, phân bố ở vùng nhiệt

đới châu Á, Australia và châu Á Thái Bình Dương từ Ấn Độ, Sri Lanka, Bangladesh, Burma, Đông Dương tới Trung Quốc, Nhật Bản; qua Malaysia tới Queensland Đa số các loài tập trung chủ yếu ở phía nam Trung Quốc và bán đảo Đông Dương [33], [89], [103], [109]

Ở châu Á, Chi Zingiber Mill có chủ yếu ở Trung Quốc (42 loài), Ấn Độ

(18 loài) và khu vực Đông Nam Á [107], [109], [115] Ở Đông Nam Á, một

số khu vực chi Zingiber Mill tập trung với số lượng loài lớn như Thái Lan

(26 loài), Borneo (31 loài), Malaysia (19 loài) [29], [49], [68], [107]

Một số loài hay gặp nhất trong chi Zingiber Mill ở Việt Nam là Z officinale Rosc (Gừng), Z zerumbet (L) J E Sm (Gừng gió) và Z cassumunar Roxb (Gừng tía, Gừng dại, Gừng núi) Trong đó, Z officinale

Rosc mọc hoang và được trồng ở khắp nơi để lấy củ làm gia vị và làm thuốc, dùng trong nước và xuất khẩu Các loài còn lại thuộc chi này phân bố chủ yếu

ở khu vực miền núi phía Bắc, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ; cụ thể ở một số tỉnh, thành như Lào Cai, Hòa Bình, Kon Tum, Đắk Lắk Ngoài ra, có 4/14 loài được báo cáo có ở Cúc Phương, Ninh Bình Theo 1 số TLTK và báo cáo

gần đây nhất của TS Nguyễn Quốc Bình, chi Zingiber Mill ở Việt Nam có

14 loài (bảng 2.1)

Bảng 2.1 Các loài thuộc chi Zingiber Mill ở Việt Nam

Mọc hoang và được trồng ở khắp nơi trên

cả nước

[3], [5], [12], [15]

Phú Thọ (Thanh Sơn), Hòa Bình (Mai Châu,

[3]

Gagnep

Gừng Eberhardt

Ninh Bình (Cúc Phương), Kon Tum (Đắk Glei, Sa Thầy), Lâm Đồng ( Langbian,

An Giang (Châu Đốc), Đồng Nai ( Biên Hòa), Kon Tum (Đắk Glei)

[3], [12]

7 Z pellitum Gagnep Gừng bọc da

Ninh Bình (Cúc Phương), Đắk Lắk (Yok Đôn), Đồng Nai,

Bà Rịa – Vũng Tàu (Bà Rịa, Núi Dinh)

Lai Châu (Mường Khương), Quảng Ninh (Uông Bí), Hà Nội (Từ Liêm), Nghệ An, Quảng Nam (Nam Giang)

[3], [5], [15]

Lào Cai (Văn Bản, Bát Xát), Hà Giang (Vị Xuyên), Tuyên Quang (Nà Hang), Bắc Kạn (chợ Đồn), Phú Thọ (Hạ Hòa), Hòa Bình (Mai Châu), Ninh Bình (Cúc Phương), Thanh Hóa ( Bá Thước), Kon Tum (Đắk Glei)

[3]

Gagnep

Gừng lông hung

Phú Thọ (Xuân Sơn), Tuyên Quang (Nà Hang), Hòa Bình (Mộc Châu), Hà Nội (Ba Vì),

Mọc hoang và trồng ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Trung Bộ Từ Lào Cai, Hà Giang, Cao Bằng, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc vào Kon Tum, Đắk Lắk, Lâm Đồng

[3], [5], [12], [15]

12 Z collinsii J Mood

& I Theilade Gừng Collin

Quảng Nam (Nam Giang), Kon Tum (Đắk Glei), Đắc Lắk (Đray Sup), Bình Thuận (Tánh Linh)

[3]

Quảng Bình (Tuyên Hóa), Quảng Nam (Khâm Đức), Kon Tum (Sa Thầy, Đắk Glei), Gia Lai (KBang)

[3]

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT VÀ THÀNH PHẦN

TINH DẦU CÁC LOÀI THUỘC CHI ZINGIBER MILL

Các nghiên cứu về thành phần hóa học các loài thuộc chi Zingiber Mill

cho thấy sự có mặt của 1 số nhóm chất như tinh dầu, nhựa dầu, chất béo, tinh bột, chất cay, chất khoáng Trong đó, thành phần được nghiên cứu nhiều nhất

là tinh dầu Bài tổng quan này tập trung trình bày về thành phần tinh dầu các

loài thuộc chi Zingiber Mill

3.1 Các phương pháp chiết xuất tinh dầu

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được sử dụng để chiết xuất tinh dầu

Đối với các loài thuộc chi Zingiber Mill., các phương pháp được sử dụng bao

gồm: phương pháp cất kéo hơi nước, phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ của vi sóng, phương pháp chiết bằng CO2 lỏng siêu tới hạn

3.1.1 Phương pháp cất kéo hơi nước

Cất kéo hơi nước là phương pháp phổ biến nhất trong chiết xuất tinh dầu

các loài thuộc chi Zingiber Mill Phương pháp này đã được sử dụng để cất

tinh dầu của 12 loài từ các bộ phận khác nhau, các mẫu thu hái ở những khu vực khác nhau Kết quả hàm lượng tinh dầu thu được cụ thể của từng loài được thể hiện qua bảng 3.1

Bảng 3.1 Hàm lượng tinh dầu thu được từ một số loài thuộc chi Zingiber

Mill sử dụng phương pháp cất kéo hơi nước

cất tinh dầu

gian cất

Hàm lượng tinh dầu

TLTK

Z officinale

Rosc

Thân rễ tươi

Ấn Độ 3h 0,60% (tt/kl) [75]

Việt Nam 3h 0,15% – 0,27%

(tt/kl) [8]

Thân rễ khô

Lá tươi Ấn Độ 3h 0,25% (tt/kl) [75]

Z zerumbet

(L.) Smith

Thân rễ tươi

Malaysia 8 –

10h

1,22% (tt/kl) [61]

Việt Nam (Quảng Bình)

0,35% (kl/kl) [41]

Việt Nam (Tam Đảo) 0,43% (kl/kl) [7]

Ấn Độ, Malaysia 4h

0,30% – 0,62% (tt/kl) [22]

Ấn Độ 0,34% (tt/kl) [102]

Thân rễ khô

Việt Nam (Hà Tĩnh) 3h 0,35% (tt/kl) [36] Việt Nam

Ấn Độ 6h 0,75%(kl/kl) [28]

Việt Nam 1,33% (tt/kl) [1]

Thân rễ khô Malaysia 6h 0,3% (kl/kl) [53]

Lá tươi Băng-la-đét 4h 0,60% [27]

Zingiber

moran

Thân rễ khô

Đông Bắc

Ấn Độ

3 – 4h 6% (tt/kl) [39]

Z roseum

Rosc

Thân rễ tươi Ấn Độ 8h 0,3% (tt/kl) [82] Hạt tươi Ấn Độ 8h 1% (tt/kl) [81]

Z nimmonii

Dalzell

Thân rễ tươi

Ấn Độ 4h 0,04% (tt/kl) [91]

Z rubens

Roxb

Thân rễ khô Việt Nam 3h 0,40% (tt/kl) [36]

Z neesanum

Ramamoorthy

Thân rễ tươi Ấn Độ 6h 0,40% (tt/kl) [90]

Z wrayi var

halabala

Thân rễ tươi Thái Lan 4h

0,4% (kl/kl)

[31] Thân rễ

khô Thái Lan 4h 3,6% (kl/kl) [31]

Z corallinum

Hance

Thân rễ khô Trung Quốc 5h 6,89% (kl/kl) [122]

Z ottenssi

Valeton

Thân rễ tươi

Malaysia (Negeri Sembilan)

4h 0,05% (kl/kl) [99]

Malaysia (Johor) 8h

0,02% - 0,03%

(kl/kl) [98] Thân rễ

khô Brazil 3h 0,6% (tt/kl) [121]

Lá tươi Malaysia 4h 0,005% (kl/kl) [99]

Từ bảng trên cho thấy, thời gian cất tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber

Mill phần lớn dao động trong khoảng từ 3 – 6h Trong đó, thân rễ tươi thường chiết từ 3 – 4h Bên cạnh đó, cá biệt một số mẫu chiết với thời gian

chiết lên tới 8h – 10h như mẫu thân rễ tươi của loài Z zerumbet (L.) Smith.,

Z ottenssi Valeton, hạt tươi của loài Z roseum Rosc Các bộ phận được sử

dụng để cất tinh dầu bao gồm thân rễ (tươi, khô) (đây là bộ phận chính được nghiên cứu để cất tinh dầu), lá tươi và hạt tươi Hàm lượng tinh dầu trong các

loài thuộc chi Zingiber Mill thu được dao động từ 0,2% đến 3%, phụ thuộc

vào từng loài, thời gian chiết xuất, bộ phận cất tinh dầu, nguồn gốc, xuất xứ

mẫu dược liệu Nghiên cứu trên loài Z officinale Rosc., cho thấy hàm lượng

tinh dầu thu được từ thân rễ khô (1,1% – 3,8%) và thân rễ tươi (0,23% – 0,96%) Một số loài cho hàm lượng tinh dầu vượt trội như thân rễ khô của

loài Z corallinum Hance (6,89%), loài Z moran (6%), loài Z wrayi var halabala (3,6%) Hàm lượng tinh dầu trong lá tươi thường thấp hơn trong

thân rễ của loài tương ứng

Nghiên cứu về thân rễ Gừng “Kintoki” (Zingiber officinale Rosc var Kintoki) di thực từ Nhật Bản vào Việt Nam cho thấy hàm lượng tinh dầu thay

đổi theo điều kiện địa lý khí hậu khác nhau Kết quả hàm lượng tinh dầu thu được lần lượt là 0,50% tại Lâm Đồng; 0,24% tại Đắk Lắk và 0,32% tại Phú Yên so với giống gừng Việt Nam trồng tại Đắk Lắk là 0,18% và trồng tại Đồng Tháp là 0,21% [17]

Phương pháp cất kéo hơi nước được sử dụng để cất tinh dầu trực tiếp từ các bộ phận của cây hoặc được sử dụng để cất lấy tinh dầu từ phần nhựa dầu thu được sau khi chiết bằng dung môi hữu cơ [18]

3.1.2 Phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ của vi sóng

Khác với phương pháp trên, phương pháp này gia nhiệt bằng chiếu xạ vi sóng Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật nóng lên, áp

suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra, kết quả là tinh dầu chứa trong các tế bào tiết được giải phóng ra bên ngoài [113]

Hình 3.1 Thiết bị cất kéo hơi nước có hỗ trợ vi sóng [72]

Nguyễn Văn Kiên và Tống Thị Ánh Ngọc (2011) đã áp dụng phương

pháp này để khảo sát hàm lượng tinh dầu trong thân rễ của loài Z officinale

Rosc với các mức công suất lò vi sóng khác nhau (300W, 450W hoặc 750W) trong khoảng thời gian từ 40 phút – 80 phút cho kết quả hàm lượng tinh dầu đạt 0,33% – 0,72% (kl/kl) Hàm lượng tinh dầu thu được cao nhất (0,72%) tại công suất 300W với thời gian cất 80 phút Sau khoảng thời gian này, nếu tiếp tục kéo dài thời gian cất thì nguyên liệu bị khô, tinh dầu bị khét và có mùi lạ Ngoài ra, trong nghiên cứu này phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ vi sóng được so sánh với phương pháp cất kéo hơi nước thông thường Hàm lượng tinh dầu trong thân rễ của loài này khi sử dụng phương pháp cất kéo hơi nước thông thường đạt từ 0,55% – 1,09% với thời gian cất từ 2h – 20h Sau 80 phút cất kéo hơi nước có hỗ trợ vi sóng, hàm lượng tinh dầu thu được tương đương với cất kéo hơi nước thông thường trong 6h (0,72%) [13] Bước đầu có thể kết luận được phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ vi sóng có thể rút ngắn thời gian chiết so với phương pháp cất kéo hơi nước thông thường

Trong một nghiên cứu khác của Nour A.H và cộng sự [72], chiết tinh

dầu thân rễ của loài Z officinale Rosc với tỉ lệ nước/dược liệu 8:1, trong

khoảng thời gian từ 30 phút – 90 phút hàm lượng thu được dao động từ 0,53% – 0,77% ở công suất 200W và 0,61% – 0,85% ở công suất 250W

Nhóm nghiên cứu của Bua-In cũng đã áp dụng phương pháp cất kéo hơi

nước có hỗ trợ vi sóng để nghiên cứu tinh dầu thân rễ loài Zingiber montanum

(Koenig) Link ex Dietr ở các địa phương khác nhau tại Thái Lan Tỷ lệ nước/dược liệu (8:1), công suất lò vi sóng 800W, tần số 2450 MHz trong thời gian 60 phút, hàm lượng tinh dầu dao động trong khoảng từ 0,50% - 1,1% (tt/kl) [30]

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, bên cạnh việc

sử dụng các phương pháp truyền thống khác kỹ thuật chiết bằng CO2 lỏng siêu tới hạn cũng đang được quan tâm trong lĩnh vực chiết xuất tinh dầu Đây

là phương pháp chiết xuất tinh dầu tốt nhất hiện nay cho hiệu suất cao, tiêu tốn ít dung môi, dung môi sạch, rẻ, an toàn và không gây ô nhiễm môi trường nhưng đòi hỏi thiết bị đắt tiền, nên chưa được ứng dụng rộng rãi

Trong chi Zingiber Mill., phương pháp này chủ yếu được sử dụng để chiết nhựa dầu có trong thân rễ loài Z officinale Rosc [23], [34], [35], [70],

[97], [120]

Zhannan và cộng sự đã tiến hành chiết tinh dầu từ thân rễ khô loài Z

kiện khác nhau [122] Phương pháp được khảo sát dựa trên 4 thông số như sau: thể tích dung môi hỗ trợ (methanol) lần lượt là 20 ml, 30 ml, 40 ml, 50 ml; áp suất 2 Mpa, 5 Mpa, 10 Mpa và 15 Mpa; nhiệt độ 30oC, 40oC, 50oC và

60oC; thời gian khảo sát lần lượt là 20 phút, 30 phút, 40 phút và 50 phút Tốc

độ dòng chảy CO2 siêu tới hạn 0,4 ml/phút – 0,6 ml/phút Hàm lượng tinh dầu thu được dao động từ 2,76% – 9,10% Trong đó, điều kiện chiết xuất tối ưu nhất là áp suất 10 Mpa, nhiệt độ 30oC, thể tích dung môi hỗ trợ 50 ml

methanol với chương trình chạy 40 phút để đạt hàm lượng 9,10% Kết quả cụ thể được thể hiện qua bảng 3.2

Bảng 3.2 Hàm lượng tinh dầu thân rễ khô của loài Z corallinum Hance

(Mpa)

Nhiệt độ ( o C)

Thời gian chiết (phút)

Thể tích dung môi

hỗ trợ (ml)

Hàm lượng tinh dầu (%, kl/kl)

Nghiên cứu cũng khảo sát sự ảnh hưởng của 4 yếu tố trên đến hiệu suất chiết xuất trong mô hình này Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ở nhiệt độ không đổi, nếu tăng áp suất thì hiệu suất chiết tăng do điều kiện này làm tăng

tỉ trọng của chất lỏng dẫn đến làm tăng tính tan của các hợp chất có trong mẫu Phân tích về ảnh hưởng của nhiệt độ cho thấy ở áp suất 10 Mpa và 15 Mpa nếu tăng nhiệt độ lên làm giảm tỉ trọng chất lỏng, do đó làm giảm hiệu suất của quá trình chiết Lượng thể tích dung môi hỗ trợ được chỉ ra không phải là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất chiết Đối với sự ảnh hưởng của thời gian chiết, nghiên cứu chỉ ra 40 phút là thời gian tối ưu nhất

3.1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất tinh dầu

Với cùng một phương pháp chiết xuất, một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng cũng như chất lượng tinh dầu thu được bao gồm: thời gian chiết xuất, năng lượng tiêu thụ, tỷ lệ nước/dược liệu

 Thời gian chiết xuất

Thời gian chiết xuất ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu thu được Trong

một số nghiên cứu về loài Z officinale Rosc cho thấy khi tăng thời gian cất

kéo hơi nước cũng như thời gian chiếu vi sóng thì hàm lượng tinh dầu thu được cũng tăng Nhưng hàm lượng tinh dầu chỉ tăng đến một giới hạn nhất định, sau đó không tăng nữa kể cả khi kéo dài thời gian chiết xuất [13], [20], [72]

Awang và cộng sự đã tiến hành khảo sát hàm lượng tinh dầu thân rễ loài

Z officinale Rosc thu được theo thời gian cất Hàm lượng tinh dầu (kl/kl) thu

được lần lượt là 1%; 5%; 6%; 6,7% và 7% sau khoảng thời gian tương ứng 30 phút, 40 phút, 50 phút, 70 phút, 90 phút Hàm lượng tinh dầu thu được cao nhất sau 90 phút Sau đó, kéo dài thời gian chiết tới 160 phút hàm lượng tinh dầu cũng không có sự thay đổi [20]

Một nghiên cứu khác sử dụng phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ

vi sóng cho thấy hiệu suất chiết tinh dầu từ thân rễ loài Z officinale Rosc ở

công suất 250W, tỉ lệ nước/dược liệu 8:1 với thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút lần lượt là 0,61%; 0,8%; 0,85% Kết quả cho thấy hiệu suất chiết tăng khi tăng thời gian chiết và đạt hàm lượng cao nhất ở 90 phút Sau 90 phút thì hàm lượng không có sự thay đổi đáng kể [72] Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng tinh dầu thu được được thể hiện ở hình 3.2

Hình 3.2 Hàm lượng tinh dầu thu được từ thân rễ loài Z officinale Rosc

theo thời gian chiết xuất [72]

Trong phương pháp cất kéo hơi nước có hỗ trợ vi sóng, thời gian cất tinh dầu được rút ngắn khi cất ở mức năng lượng cao Nhưng nếu để ở mức công suất quá cao, hàm lượng tinh dầu thu được chưa đạt tối đa và có thể dẫn đến nguyên liệu bị khô, tinh dầu bị khét và có mùi lạ hoặc một phần hơi có lẫn tinh dầu bị thoát ra ngoài [13] Do vậy, cần lựa chọn công suất phù hợp với thời gian tương ứng để đạt được hàm lượng tinh dầu cao nhất mà vẫn đảm bảo được chất lượng của tinh dầu thu được

Một nghiên cứu khác cũng đã khảo sát sự ảnh hưởng của công suất lò

vi sóng đến hàm lượng tinh dầu thu được (hình 3.3)

Hình 3.3 Hàm lượng tinh dầu thân rễ loài Z officinale Rosc theo mức

công suất lò vi sóng khác nhau [72]

Có thể nhận thấy ở mức công suất cao hơn (250W) hàm lượng tinh dầu thu được tại các thời điểm tương ứng (30 phút, 60 phút, 90 phút) đều cao hơn

so với khi cất tinh dầu ở mức công suất lò vi sóng thấp hơn (200W) [72]

 Tỷ lệ nước so với khối lượng dược liệu

Tỷ lệ nước so với khối lượng dược liệu được lựa chọn là tỷ lệ cần thiết

và hợp lý đủ để nước thẩm thấu vào các tế bào tiết chứa tinh dầu và đẩy tinh dầu ra ngoài dung dịch Nghiên cứu tỷ lệ này để xem xét ở tỷ lệ nào thì tinh dầu khuếch tán tốt nhất và hàm lượng tinh dầu thu được cao nhất

Trong nghiên cứu của Awang và cộng sự [20], tinh dầu thân rễ loài Z officinale Rosc được chiết bằng phương pháp cất kéo hơi nước theo tỷ lệ

nước/dược liệu lần lượt là 20:1, 30:1, 40:1, 50:1 và 60:1 thu được hàm lượng tinh dầu tương ứng 7%, 5%, 4,6%, 3% và 2,8% Như vậy, khi lượng nước tăng lên thì hàm lượng tinh dầu giảm xuống Mặt khác, việc sử dụng một lượng nước quá lớn sẽ dẫn đến sự gia tăng tiêu thụ năng lượng trong quá trình chiết xuất

Yếu tố này cũng được khảo sát trong một nghiên cứu khác trên thân rễ

loài Z officinale Rosc thu được kết quả tương tự Tiến hành cất tinh dầu ở tỷ

lệ nước/dược liệu 8:1, 10:1 và 12:1 lần lượt cho hàm lượng là 0,89%; 0,86%

và 0,65% Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong hình 3.4

Hình 3.4 Hàm lượng tinh dầu thân rễ loài Z officinale Rosc thu được

với các tỷ lệ nước/dược liệu khác nhau với công suất 250W [72]

Từ biểu đồ trên nhận thấy hàm lượng tinh dầu thu được tăng lên khi lượng nước giảm Điều này có thể giải thích do giảm lượng nước sẽ giảm thiểu được quá trình este hoá hoặc quá trình oxy hóa Ngoài ra, biểu đồ còn cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng tinh dầu thu được sau

90 phút với điều kiện tỷ lệ nước/dược liệu 8:1 Kết quả có thể giải thích là với lượng nước nhỏ như vậy trong hệ thống, ở cường độ cao của lò vi sóng với thời gian chiết xuất lâu hơn nước bắt đầu bốc hơi Điều này dẫn đến các nguyên liệu có thể bị đốt cháy trong bình [72] Vì vậy, cần lựa chọn lượng nước tối ưu cho quá trình cất

3.2 Các phương pháp phân tích tinh dầu, thành phần tinh dầu và các

yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu

3.2.1 Các phương pháp phân tích tinh dầu

Sắc ký lớp mỏng và sắc ký khí là hai phương pháp được sử dụng để

phân tích tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill

3.2.1.1 Phương pháp sắc ký lớp mỏng

Sắc ký lớp mỏng đã được dùng để định tính tinh dầu loài Z officinale Rosc., Z zerumbet (L.) Smith và Z spectabile Valet Đây vẫn là một phương

pháp định tính có nhiều ưu điểm bởi sự đơn giản, thuận tiện, chi phí thấp và

có thể áp dụng tại tất cả các phòng thí nghiệm Một số hệ dung môi được

dùng khi phân tích tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill là n-hexan :

aceton : acid formic (75:20:2), toluen : ethylacetat (93:7), ether dầu hoả : ethylacetat (8:2), chloroform : methanol (9:1), toluen : ethylacetat (93:7), benzen : aceton (9 : 1), chloroform : methanol : acid acetic (9:1:1) và n-hexan : diethyl ether (9:l) Các vết sắc ký được quan sát dưới ánh sáng tử ngoại và

sử dụng thuốc thử hiện màu vanillin/H2SO4 hoặc 2,4-DNPH, hơi iot [8], [38], [98]

3.2.1.2 Phương pháp sắc ký khí

Sắc ký khí (GC) là phương pháp quan trọng nhất trong các phương pháp được dùng để xác định thành phần hóa học của tinh dầu, có thể cho biết

sự hiện diện hàng chục cấu tử trong một mẫu tinh dầu với khối lượng chỉ vài

mg Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay để phân tích các

thành phần có trong tinh dầu các loài chi Zingiber Mill

Trong quá trình phân tích tinh dầu bằng sắc ký khí, các thông số chính được quan tâm bao gồm: loại cột sử dụng, detector, khí mang, chương trình nhiệt độ và thư viện phổ

 Cột sắc ký

Trong sắc ký khí có hai loại cột được sử dụng là cột nhồi và cột mao quản Trước đây, một số loại cột nhồi đã được sử dụng để phân tích thành

phần tinh dầu Gừng (Z officinale Rosc.) như Reoplex 400, Silicon nitril,

Apiezon M và L, Carbowax 400 và 20 M, SE 30 [88] Tuy nhiên, hiện nay cột nhồi đang dần được thay thế bằng cột mao quản Bảng 3.3 trình bày một số

loại cột mao quản được sử dụng trong phân tích tinh dầu các loài thuộc chi

Zingiber Mill

Bảng 3.3 Một số cột mao quản trong phân tích tinh dầu chi Zingiber Mill

OV-17 50% diphenyl polysiloxan,

50% dimethyl polysiloxan Phân cực trung bình HP-wax, DB-wax,

BP-20 Polyethylen glycol Phân cực

Trên loài Z officinale Rosc giàu citral ở Ấn Độ, Van Beek đã sử dụng

cột 1 và Wax để phân tích Kết quả cho thấy cột không phân cực

DB-1 tách tốt các dẫn chất monoterpen không có oxy, tuy nhiên cột này không tách được các dẫn chất limonen, β-phellandren và 1,8-cineol Trong khi đó, sử dụng DB-Wax lại cho phép tách được các thành phần này [88]

Một nghiên cứu trên thân rễ tươi loài Z neesanum Ramamoorthy, cho

thấy tinh dầu giàu các dẫn chất phenylbutanoid và các dẫn chất này được rửa giải tốt nhờ cột DB-5 nhưng không được phát hiện khi sử dụng cột HP-5 [90]

Ngoài ra, các đồng phân có thể được phân tách bởi cột mao quản tráng dẫn xuất β-cyclodextrin Takeoka (1990) sử dụng cột PM-β-CD để tách các sesquiterpen như ar-curcumen, α- và β-bisabolen, δ- và β-elemen, α-copaen,

δ-cadinen, cis- và trans-calamenen, bicyclogermacren Koenig et al (1994)

cũng đã tách được hai đồng phân đối quang của ar-curcumen và β-bisabolen

trong tinh dầu loài Z officinale Rosc bằng loại cột này [88] Loại cột mao

quản có tráng dẫn xuất β-cyclodextrin cũng đã được Pragadheesh V và cộng

sự sử dụng khi phân tích thành phần tinh dầu loài Z roseum Rosc [80]

 Các thông số khác (detector, khí mang, chương trình nhiệt độ, thư viện

phổ)

Hai loại detector thường được sử dụng trong phân tích tinh dầu nói

chung và tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill nói riêng là detector FID

và detector MS Khí mang được sử dụng là He, N2 và H2; trong đó He thường được sử dụng trong GC-MS

Chương trình nhiệt độ được thay đổi cho phù hợp khi phân tích tinh

dầu các loài khác nhau thuộc chi Zingiber Mill., tuy nhiên nhìn chung nhiệt

độ phân tích thường nằm trong khoảng từ 60o

C – 220oC Dữ liệu phân tích thường được so sánh với thư viện phổ NIST và Wiley (Phụ lục)

3.2.2 Thành phần tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill và các yếu tố

ảnh hưởng đến thành phần tinh dầu

3.2.2.1 Thành phần tinh dầu các loài thuộc chi Zingiber Mill

Các kết quả phân tích thành phần tinh dầu một số loài thuộc chi

Zingiber Mill cho thấy sự có mặt của các nhóm chất sau: các hợp chất

aliphatic, terpen và dẫn chất của chúng (monoterpen, sesquiterpen) và các hợp chất có nhân thơm

Bảng 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 trình bày các thành phần aliphatic, các thành phần terpenoid và các thành phần có nhân thơm có trong tinh dầu một số loài

thuộc chi Zingiber Mill nghiên cứu (Các chất được trình bày trong bảng là

những chất có mặt trong tinh dầu với hàm lượng ≥ 0,1%)

 Các hợp chất aliphatic

Bảng 3.4 Thành phần các hợp chất aliphatic có trong tinh dầu

một số loài thuộc chi Zingiber Mill

Hydrocacbon

3,7-dimethyl-1,3,6-octatrien Z officinale Rosc [45]

3,7-dimethyl-1,3,7- octatrien Z officinale Rosc [45]

Adehyd

[95]

Alcol

n-heptanol-2-ol Z officinale Rosc [73], [86]

Z zerumbet (L.) Smith [102]

Ceton

2-methyl-2-hepten-6-on Z officinale Rosc [73]

6-methyl-5-hepten-2-on Z officinale Rosc [78], [95]

2-methyl-6-methylen-1,7-octadien-3-on

Z zerumbet (L.) Smith [40]

methyl nonyl ceton Z officinale Rosc [73]

methyl-n-undecylceton Z officinale Rosc [73]

methyl-n-heptylceton Z officinale Rosc [73]

Bảng 3.5 Thành phần các hợp chất monoterpen có trong tinh dầu

một số loài thuộc chi Zingiber Mill

camphen Z officinale Rosc [37], [45], [51], [65], [73], [75],

Z mioga (Thunb.) Roscoe [59]

myrcen Z officinale Rosc [37], [45], [65], [67], [73], [75],

Z roseum Rosc [80]

Z ottensii Valeton [61]

limonen Z officinale Rosc [42], [51], [73], [78], [86], [95]

Z mioga (Thunb.) Roscoe [59]

dehydrolinalool Z officinale Rosc [75]

Z,E-sabinen hydrat Z roseum Rosc [80]

Z cassumunar Roxb [27]

Z ottensii Valeton [61], [110]

Z mioga (Thunb.) Roscoe [59]

borneol Z officinale Rosc [37], [51], [67], [73], [75], [78],

p-menth-1-en-8-ol Z corallinum Hance [122]

citronellol Z officinale Rosc [73], [75], [86]

limonen-10-ol Z officinale Rosc [73]

Z ottensii Valeton [110]

myrtenol Z neesanum Ramamoorthy [90]

Z roseum Rosc [80], [82]

Z officinale Rosc [86]

myrtanol Z officinale Rosc [75]

cis hơặc

trans-piperitol

Z cassumunar Roxb [86]

iso-dihydrocarveol Z neesanum Ramamoorthy [90]

nerol Z officinale Rosc [42], [75], [78], [95]

myrtenal Z officinale Rosc [75]

phellandral Z spectabile Griff [121]

Ceton

camphor Z nimmonii Dalzell [91]

Z zerumbet (L.) Smith [22], [102]

Z officinale Rosc [73], [86], [95]

Z wrayi var halabala [31]

(E)-pinocamphon Z officinale Rosc [75]

menthon Z officinale Rosc [95]

verbenon Z zerumbet (L.) Smith [22]

pinocarvon Z neesanum Ramamoorthy [90]

crypton Z spectabile Griff [121]

Ester

α-Terpenyl acetat Z cassumunar Roxb.[27], [86]

lornyl acetat Z officinale Rosc [37], [86], [100]

Z rubens Roxb [36]

Z ottensii Valeton [61], [110]

isobornyl acetat Z officinale Rosc.[73]

geranyl acetat Z officinale Rosc [37], [75], [95], [100]

citronellyl acetat Z officinale Rosc [37], [73], [75], [100]

neryl acetat Z officinale Rosc [73], [75]

terpinen-4-acetat Z corallinum Hance [122];

Z cassumunar Roxb [27]

methyl geranat Z roseum Rosc [82]

linalyl acetat Z officinale Rosc [78]

Bảng 3.6 Thành phần các dẫn chất sesquiterpen có trong tinh dầu

một số loài thuộc chi Zingiber Mill