Nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu và các hoạt tính sinh học từ quả mác mật

Với những lý do trên, để nâng cao giá trị của cây mác mật, phục vụ tốt cho sản xuất và đời sống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ khai thác tinh dầ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1.TS BÙI QUANG THUẬT 2.TS CUNG THỊ TỐ QUỲNH

HÀ NỘI-2010

Tôi xin cam đoan trước Hội đồng chấm luận văn cao học, các nghiên cứu

và kết quả đạt được trong đề tài này là hoàn toàn trung thực Do chính tôi tiến hành nghiên cứu Các số liệu, kết quả nghiên cứu của các công trình nghiên cứu khác được tham khảo đã có trích dẫn tài liệu tham khảo đầy đủ

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.T.S Bùi Quang Thuật-Phó Viện trưởng-Giám đốc Trung tâm dầu, hương liệu và phụ gia thực phẩm-Viện Công nghiệp thực phẩm, người đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn T.S Cung Thị Tố Quỳnh-Bộ môn Quản lý chất lượng-Viện Công nghệ sinh học và Thực phẩm-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Đồng thời tôi xin trân trọng cảm ơn các bác, các anh, chị thuộc Trung tâm dầu-hương liệu và phụ gia thực phẩm-Viện Công nghiệp thực phẩm đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài tại đây

Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn tới gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian vừa qua

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2010

Nguyễn Đức Ninh

STT DANH MỤC CÁC BẢNG Trang

1 Bảng 1.1 Phân bố các loài thuộc chi Clausena bắt gặp ở VN và trên thế giới 4

2 Bảng 1.2 Các thành phần chính trong tinh dầu từ hạt mác mật Benin 9

3 Bảng 1.3 Các thành phần chính trong tinh dầu chiết xuất từ hạt Mác Mật ở Cameroon 10

4 Bảng 1.4 Các thành phần chính trong tinh dầu từ lá mác mật tại

5 Bảng 1.5 Các thành phần chính trong tinh dầu từ lá mác mật

6 Bảng 1.6 Các thành phần chính trong tinh dầu từ hạt mác mật Benin 11

7 Bảng 1.7 Các thành phần chính trong tinh dầu từ quả mác mật ở Cameron 11

8 Bảng 1.8 Thành phần hóa học của tinh dầu lá cây mác mật ở vườn quốc gia Cúc Phương, Ninh Bình 12

9 Bảng 1.9 Thành phần hóa học của tinh dầu lá mác mật được thu hái từ Nghệ

10 Bảng 3.1: Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu mác mật 65

11 Bảng 3.2 Xác định các thành phần cơ lý và hàm lượng tinh dầu trong các thành phần của quả mác mật 66

12 Bảng 3.3 Kết quả thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả mác mật theo các phương pháp khác nhau 67

13 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian lưu trữ nguyên liệu đến hàm lượng

14 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu quả mác mật đến hiệu

16 Bảng 3.7 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích thiết bị 71

17 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của tốc độ chưng cất đến hiệu suất thu nhận tinh dầu mác mật 73

18 Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước ngưng đến quá trình chưng cất

19 Bảng 3.10 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến quá trình chưng cất tinh dầu mác mật 75

21 Bảng 3.12 Giá trị của các yếu tố cố định 76

22 Bảng 3.13 Ma trận qui hoạch thực nghiệm 77

25 Bảng 3.16 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ cồn etylic đến quá trình

26 Bảng 3.17 Kết quả ảnh hưởng của số lần trích ly và tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến đến quá trình khai thác polyphenol và flavonoid 82

27 Bảng 3.18 Kết quả ảnh hưởng của thời gian trích ly đến quá trình khai thác polyphenol và flavonoid 83

28 Bảng 3.19 Ảnh hưởng của số lần trích ly đến quá trình tinh chế hoạt chất sinh học 84

29 Bảng 3.20 Ảnh hưởng của tỉ lệ sản phẩm thô/dung môi đến quá trình tinh chế hoạt chất sinh học 84

30 Bảng 3.21 Kết quả phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm tinh dầu

31 Bảng 3.22 Các thành phần hóa học của tinh dầu quả mác mật 87

STT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang

2 Hình 1.2 Quy trình công nghệ chưng cất lôi cuốn theo hơi nước 37

9 Hình 2.4 Phương pháp 1: Thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học

từ quả mác mật bằng phương pháp kết hợp chưng cất + trích ly 58

10 Hình 2.5 Phương pháp 2: Thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học

11 Hình 3 1 Ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu quả mác mật đến hiệu

12 Hình 3.2 Ảnh hưởng của áp suất hơi đến hiệu suất thu nhận tinh dầu mác mật 70

13 Hình 3.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích thiết bị (kg/lit) 72

14 Hình 3.4 Ảnh hưởng của tốc độ chưng cất đến hiệu suất thu nhận tinh dầu mác mật 73

15 Hình 3.5 Ảnh hưởng của tốc độ chưng cất đến hiệu suất thu nhận tinh dầu mác mật 74

16 Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hiệu suất thu nhận tinh dầu 75

18 Hình 3.8 Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất tinh dầu quả mác mật 80

19 Hình 3.9 Sơ đồ quy trình công nghệ khai thác và tinh chế các hoạt chất sinh học từ quả mác mật 85

1.1.2 Đặc tính thực vật, sinh thái và trồng trọt của cây mác mật 5

1.1.3 Thu hoạch và bảo quản nguyên liệu 7

1.2.2 Hoạt chất sinh học trong quả mác mật 16

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 22

1.4 Phương pháp khai thác tinh dầu từ quả mác mật 25

1.5 Phương pháp khai thác các chất có hoạt tính sinh học từ quả mác mật 32

1.6 ỨNG DỤNG CỦA CÂY MÁC MẬT 36

2.1 ĐỐI TƯỢNG, HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ 38

2.1.1 Đối tượng 38 2.1.2 Hoá chất 38

2.2.1 Nghiên cứu đánh giá chất lượng nguyên liệu 41

2.2.2 Nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác tinh dầu và các hoạt

2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình

khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả mác mật

51

2.2.5 Tối ưu hóa các quá trình bằng phương pháp quy hoạch thực

nghiệm

52

2.2.6 Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm 53

3.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU 56

3.1.1 Phân tích thành phần nguyên liệu mác mật 56

3.1.2 Xác định các thành phần cơ lý của nguyên liệu mác mật 56

3.2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC TINH

DẦU VÀ CÁC HOẠT CHẤT SINH HỌC TỪ QUẢ MÁC MẬT

57

3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ KHAI THÁC TINH DẦU

TỪ QUẢ MÁC MẬT

58

3.3.1 Nghiên cứu chế độ xử lý nguyên liệu trước khi chưng cất 58

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình

3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình trích ly 72

3.4.2 Nghiên cứu công nghệ tinh chế các hoạt chất sinh học từ quả mác mật 74

KẾT LUẬN 89

MỞ ĐẦU

Tinh dầu và các loại cây chứa tinh dầu là sản vật tự nhiên đã được loài người biết đến từ rất lâu Ngay từ thời thượng cổ, người dân thường khai thác và sử dụng các loại cây có tinh dầu ở dạng phơi khô Thời kỳ trung cổ khoảng thế kỷ thứ 15 người ta biết dùng các loại rễ cây có tinh dầu để thờ cúng Từ thế kỷ thứ 15 đến thế kỷ thứ 17, tinh dầu đã được sử dụng để làm thơm cho tóc và da mặt, dùng chữa bệnh và dùng trong đời sống hàng ngày của con người Từ thế kỷ 17 đến thế kỷ 19, tinh dầu được dùng nhiều để làm mỹ phẩm, làm thuốc và dùng trong công nghiệp với phạm vi rộng hơn

Từ thế kỷ 20 đến nay, cùng với sự tiến bộ của nhân loại và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp sản xuất tinh dầu đã dần phát triển, tinh dầu trở thành một sản phẩm không thể thiếu trong đời sống con người và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, …

Trong những năm gần đây, trên thế giới người dân có xu hướng thích sử dụng những sản phẩm thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên, không độc hại nhằm hạn chế tối đa việc đưa hoá chất vào cơ thể Do vậy, những loại cây cho tinh dầu quí, có tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu khai thác và chế biến nhằm nâng cao giá trị sử dụng của chúng

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 đa dạng và phong phú Trong số hơn 550 loại cây có chứa tinh dầu ở nước ta thì mác mật là một trong những cây có giá trị và là một thứ gia vị quan trọng, không thể thiếu trong nhiều món ăn truyền thống của nhân dân vùng núi phía Bắc nước ta Trong y học mác mật là một dược liệu quý báu, là vị thuốc trong y học cổ truyền của nhiều nước trên thế giới, đặc biệt ở các nước Châu Á Hơn nữa, các công bố khoa học về công dụng mới của mác mật như: chữa ung thư, chống đông tụ mạch máu và đặc biệt là khả năng chống lại sự phát triển của virut HIV,… càng góp phần khiến cho nhu cầu về mác mật trên thế giới ngày càng gia tăng

Nước ta là một trong số ít những nước có khí hậu phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của cây mác mật Các sản phẩm từ cây mác mật như mác mật ướp ớt, mác mật sấy, bột mác mật, tương ớt mác mật, bước đầu đã thu hút được sự quan tâm từ phía người tiêu dùng Tuy nhiên, việc chế biến quả mác mật mới dừng lại ở mức sơ khai Các sản phẩm có giá trị cao như tinh dầu và các chất có hoạt tính sinh học từ quả mác mật còn chưa được quan tâm, đầu tư, nghiên cứu

Với những lý do trên, để nâng cao giá trị của cây mác mật, phục vụ tốt cho sản

xuất và đời sống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu quy trình công

nghệ khai thác tinh dầu và các chất có hoạt tính sinh học từ quả mác mật Clausena excavata” Đây là việc làm cấp thiêt, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao

Mục tiêu của đề tài:

- Xây dựng được quy trình công nghệ khai thác tinh dầu từ quả mác mật cho hiệu suất khai thác và chất lượng sản phẩm cao

- Xây dựng được quy trình công nghệ khai thác và tinh chế các chất có hoạt tính sinh học từ quả mác mật

Nội dung của đề tài:

- Nghiên cứu phân tích và đánh giá chất lượng nguyên liệu mác mật Việt Nam

- Nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả mác mật

- Nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ quả mác mật

- Nghiên cứu công nghệ khai thác và tinh chế các chất có hoạt tính sinh học từ quả mác mật

- Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm của đề tài

CHƯƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MÁC MẬT

1.1.1 Giới thiệu chung

Mác mật có tên khoa học là Clausena excavata Burm.f thuộc họ cam quýt (Rutaceae), chi Clausena (chi hồng bì) Chi Clausena là chi nhỏ thuộc họ Cam Trên

thế giới chi Clausena có khoảng 50 loài, phân bố rộng ở các nước Đông Nam Á như

Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaixia, Inđônêxia và Philippin Ở Việt Nam, mác mật còn có tên gọi là Châm châu, Nhâm hôi, Gổi, Hồng bì dại - được mọc chủ yếu từ Bắc vào Nam (Lạng sơn, Mai châu, Ninh bình, Tây nguyên,…) Thường gặp trên các đồi cây bụi, nương rẫy cũ và cũng thường được trồng trong vườn các gia đình miền núi Nó thích hợp với khí hậu nhiệt đới, cận nhiệt đới và sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao tại các vùng có độ cao từ 200 - 600 m so với mặt biển, nhiệt độ không khí bình quân năm từ 20 - 25oC, nhiệt độ cao nhất 35-

37oC, lượng mưa trung bình 1000 - 1900mm/năm [4, 9, 14]

Mác mật có vị thơm ngon đặc trưng, được con người sử dụng để chế biến các món ăn truyền thống như lợn quay, gà quay, vịt quay, thịt kho tầu,… Tất cả các bộ phận của cây đều có thể sử dụng được Ngoài ra, mác mật còn được xem như 1 loại thuốc dùng trong y dược Theo kinh nghiệm dân gian Việt Nam, cây mác mật được xem như là một loại thuốc đắng và chát dùng khi ăn uống kém tiêu, đau bụng, còn dùng để chữa ho, cảm, lỵ và sốt rét, rễ sao vàng, sắc đặc, uống để chữa đau nhức, sưng đầu ngối Có thể thu lá, vỏ thân và hạt của quả chín gần như quanh năm để làm thuốc Theo kinh nghiệm dân gian Ấn Độ, cây này có tính lợi tiểu, quả đắng, có tác dụng làm chống tiêu cơm Lá có vị đắng, có tác dụng tiêu viêm, sát trùng và trừ giun Ở Indonesia và Trung Quốc, người ta dùng rễ sắc uống để chữa ra mồ hôi trộm, lá làm thuốc diệt sâu bọ, và giải độc khi bị rắn cắn Vỏ cây được nhân dân Campuchia dùng như là một loại thuốc bổ dạ dày chữa đau bụng và kém tiêu Ở Malaisia người ta còn dùng rễ và lá nấu nước xông [2]

Bảng 1.1 Phân bố các loài thuộc chi Clausena bắt gặp ở VN và trên thế giới [11]

1

C cambodiana (Pierre) Pierre

ex Guillaum

Hồng bì cam bốt

Thanh Hóa, Campuchia

2 C dunniana (Levl.& Fedde)

Hồng bì núi

Vĩnh Phúc, Hòa Bình, Quảng Bình, Ninh Bình, Thanh Hóa, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Trung Quốc, Thái Lan, Malaixia, Indonexia

3 C dimidiana Tanaka

Mơ-rây

Phân bố rộn rãi ở Việt Nam, Trung Quốc,

Ấn Độ, Đài Loan, Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaixia, Indonexia

4 C indica (Dalz.) Oliv

Hồng bì dại

Phân bố rộng rãi ở Việt Nam, Trung Quốc,

Ấn Độ, Đài Loan, Lào, Campuchia, Thái Lan, Malaixia, Philippin

8 C laevis Drake Lai Châu,Hà Tây, Ninh Bình, Trung Quốc,Thái Lan, Lào

9 C lasnium (Lour.) Skeels

Hồng bì

Quảng Ninh, Phú Thọ, Vĩnh phúc, Hà Tây, Ninh Bình, Ấn Độ, Trung Quốc, Lào, Thái Lan, Malaixia, Philippin, Campuchia, Singapo, Ôxtraylia

10 C lenis Drake

Giổi trái

Việt Nam, Trung Quốc

Thành phần hoá học chủ yếu của mác mật rất đa dạng và phong phú, theo thống

kê đến năm 2005 đã có trên 100 chất được phân lập từ hầu hết các bộ phận của cây, trong đó đến 75 chất mới, chủ yếu là carbazol alcaloid, coumarin; ngoài ra còn có limonoid, flavonoid và lactam [2]

Về thành phần dinh dưỡng, trong lá và quả có hàm lượng các nguyên tố vi lượng và đa lượng khá cao, Trong đó, lá có hàm lượng protein, sắt, mangan, can xi cao hơn quả và hạt Quả mác mật rất giàu hàm lượng vitamin C [9]

Trước đây, con người thường sử dụng mác mật ở dạng tươi hoặc phơi khô Tuy nhiên, các sản phẩm này mới chỉ dừng lại ở dạng sơ khai Ngày nay, các nhà khoa học

đã tiến hành chưng cất để thu được tinh dầu và các chất có hoạt tính sinh học có giá trị cao, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, y học, dược phẩm, mỹ phẩm,…Thành phần của tinh dầu mác mật từ lá và vỏ quả có sự khác nhau cơ bản về hàm lượng một số thành phần chính nên mùi thơm của quả khác với mùi thơm của lá Trong tinh dầu lá mác mật có 11 thành phần chất, trong đó, có 2 thành phần chính là myristicin (40,37-56,04%) và P-cymen-8-ol (18,58-22.45%) Trong tinh dầu của vỏ quả có 9 thành phần chất, trong đó chủ yếu là beta-myrcen (70%) [9]

1.1.2 Đặc tính thực vật, sinh thái và trồng trọt của cây mác mật

Mác mật là cây thân gỗ nhỏ, bao giờ cũng xanh, cao từ 1-7m, cành non có màu xanh nhạt, có lông rải rác về sau nhẵn, vỏ thân màu xám đen, có những nốt sần Vỏ thân, cành, lá, hoa, quả có tích dầu thơm Lá chét lông chim lẻ mọc so le, mang 15-21

lá chét không cân, mùi hôi hôi, mặt trên bóng, mặt dưới dày lông, chóp là nhọn, góc lá lệch, tù hay nhọn, mép lá gần như nguyên hay có khía răng nhỏ Chuỳ hoa ở ngọn, nụ tròn, hoa màu hồng nhạt, cao khoảng 24 mm, có 4 lá đài, 4 cánh hoa, 8 nhị, bầu hình trụ có lông Quả mọng hình trứng kéo dài, màu cam hay đỏ, không lông, chứa 1-2 hạt, đường kính hạt 1-2 mm, màu xanh nhạt [9, 38]

Hình 1.1 Clausena excavata

1 Cành lá mang hoa; 2 Nhánh quả

Mác mật ra hoa 2 đợt lộc trong năm là lộc xuân và lộc hè thu Với độ cao phân cành 56-80 cm là phù hợp đối với cây thu hái quả, đặc biệt là quả mọng nước Cây đạt chiều cao trung bình và hình dạng bộ khung tán ổn định, có hình mâm xôi hoặc bát úp vào giai đoạn từ 16-20 năm tuổi sau trồng Mác mật ra hoa tháng 4-5, quả chín vào tháng 6-7 Quả còn non có màu xanh đậm, hình cầu, trên vỏ có túi tinh dầu, khi chín

vỏ quả màu vàng nhạt, nhẵn bóng, trong [9]

Mác mật được trồng từ hạt đến 5-6 tuổi bắt đầu bói quả Nếu trồng từ cây ghép đến năm thứ 2-3 bắt đầu cho quả, thời gian cho thu hoạch quả trên 40 năm Nó thích hợp với đất trồng ở vị trí chân hoặc sát sườn núi và bãi bằng vùng đá vôi Nên khi trồng cây Mác mật cần chọn những vùng có đất phát triển trên núi đá vôi hoặc phát triển trên đồi núi có nền đá vôi, tốt nhất là trồng trên đất có màu nâu đen, nơi đất có nhiều đá lẫn, đá lộ đầu, có độ ẩm tương đối cao Ngoài ra, để đảm bảo cây sai quả liên tục cần phải áp dụng nhiều kỹ thuật canh tác kết hợp giữa việc xử lý hạt giống và chăm sóc bảo vệ cây Nên chọn cây mẹ to khỏe, sinh trưởng phát triển tốt, tán rộng và đều, quả to, tròn, nhiều hạt, ăn ngọt và sai đều hàng năm

Nên trồng vào vụ xuân, mỗi ha trồng từ 400 - 450 cây, khoảng cách trồng 4,5m

x 5 m hoặc 5 m x 5 m Có thể trồng hỗn giao với trám trắng hoặc cam, quýt, … Hố trồng cây có kích thước 60 cm x 60 cm x 50 cm Bón lót 5 kg hỗn hợp phân chuồng với phân lân đã trộn ủ kỹ theo tỷ lệ 1/10 Phân và đất tầng mặt được trộn đều 2/3 hố, bên trên lấp lớp đất mặt nhô cao hình mai rùa Hố được bón phân và lấp hố trước khi trồng 3-4 tuần Khi hố trồng đủ ẩm, thời tiết râm mát thì đem trồng Dùng cuốc moi một hố nhỏ ở tâm hố, bọc nylon bọc bầu cây con, cho cây xuống hố và vun đất nhỏ xung quanh, lèn chặt, tạo một gờ xung quanh để cây giữ nước khi mưa, tủ gốc giữ ẩm bằng rơm, rạ, cỏ khô Cắm 3 cọc cây cố định và buộc giữ cây chống gió, bão Trồng xong, nếu gặp khô hạn phải tưới nước cho cây trồng hơn 1 tháng để cây có khả năng phục hồi Sau khi trồng 3 - 4 tháng, cây bén rễ cần bón phân urê pha loãng 1 - 2% khoảng 1 - 2 lần, mỗi lần cách nhau 1 tháng để cây chóng phục hồi Làm cỏ xung quanh gốc theo đường kính tán cây để chống cạnh tranh dinh dưỡng và phòng trừ sâu bệnh Hàng năm, sau khi thu quả cần bón 1 lượng phân từ 10 - 50 kg phân chuồng hoại trộn 5% vôi bột, bón xung quanh gốc bằng cách đào rãnh sâu 20 - 30 cm theo chiều tán

cây Bón phân xong lấp đất, tạo gờ, tưới đủ nước để cây hấp thụ tốt Cây mác mật ít bị sâu bệnh, hàng năm chú ý làm cỏ ít nhất 2 lần/năm, quét vôi vào thân để chống sâu đục thân [38, 39]

1.1.3 Thu hoạch và bảo quản nguyên liệu

Khi sử dụng một loại nguyên liệu nào đó, ta cần phải chú ý tới độ tươi của nguyên liệu, vì phần lớn nguyên liệu càng tươi thì càng có nhiều chất thơm hơn Nếu nguyên liệu sau khi thu hái về không có điều kiện chế biến ngay, cần tìm biện pháp để bảo quản tránh cho nguyên liệu khỏi bị tự bốc nóng, lên men, mốc và hỏng

Nguyên liệu cần thu hoạch đúng lúc khi hàm lượng chất thơm và phẩm chất chất thơm cao nhất Ngoài ra khi thu hái cần chú ý đến độ sạch và loại bỏ những tạp chất không mong muốn, vì phần lớn các tạp chất chứa chất thơm, khi chế biến thì làm giảm mất phẩm chất của sản phẩm chính

Tất cả các bộ phận của cây mác mật đều dùng được Lá mác mật xanh quanh năm nên có thể thu hái quanh năm Tuy nhiên không nên thu hái quá nhiều để có thể đảm bảo cho sự sinh trưởng và phát triển của cây Lá mác mật được cắt theo từng cành nhỏ có khoảng 15 - 25 lá Khi thu hái cần chú ý loại bỏ lá vàng, lá úa, lá sâu bệnh, đồng thời tránh làm dập nát nguyên liệu gây mất mát chất thơm và dễ xảy ra hiện tượng hư, hỏng

Hoa thường ra kéo dài từ tháng 4 đến tháng 7 nên vào thời điểm này có thể thu hái được Quả thường được thu hái từ tháng 7 đến tháng 10 Khi thấy quả từ màu xanh chuyển sang màu trắng đục thì tiến hành thu hái quả Nên tiến hành thu hái trên cây, nếu xa thì dùng móc để kéo vào và cắt lấy cả chùm, không được cắt cành hay cây để thu hái quả Quả chín đều cùng một đợt cho nên cần tiến hành thu hoạch từng cây một Khi thu hái cần chú ý phân loại để loại bỏ những quả bị sâu bệnh, thối, hỏng Dụng cụ chứa đựng phải thích hợp tránh làm dập nát gây hư hỏng cho quả

Mác mật là loại quả mọng, vỏ mỏng nhanh chín, nhanh hỏng, khi chín thì chín

rộ cả cây nên khi mùa thu hoạch tới không thể sử dụng hết ngay toàn bộ lượng nguyên liệu tươi Các biện pháp bảo quản và sơ chế nguyên liệu là giải pháp cần thiết để chúng ta có được nguồn nguyên liệu lâu dài

Sau khi thu hái, quả mác mật được dàn đều thành từng lớp mỏng và bảo quản trong kho, kho chứa phải đảm bảo thoáng gió, nhiệt đọ và độ ẩm thích hợp Trong quy

mô sản xuất nhỏ, tốt nhất nên dùng bảo quản lạnh sẽ giúp nguyên liệu tươi lâu, đồng thời ức chế được các sự phát triển của các vi sinh vật và sâu bệnh, giúp giữ được phẩm chất nguyên liệu Tuy nhiên, các cách bảo quản trên chỉ có thể giúp chúng ta giữ cho nguyên liệu khỏi hư hỏng trong một khoảng thời gian ngắn Chính vì vậy, để có thể có nguyên liệu dùng khi đã hết mùa thu hái, nhiều cơ sở sơ chế nguyên liệu tại vùng nguyên liệu đã ra đời để phục vụ nhu cầu ngày càng nhiều của thị trường về mác mật,

áp dụng nhiều phương pháp bảo quản như: phơi khô, sấy khô, ngâm hoặc ướp muối,…

1.1.4 Thành phần hoá học của mác mật

Mác mật là cây có giá trị cao Tất cả các bộ phận của cây đều dùng được Tuy nhiên, các sản phẩm từ cây mác mật mới dừng lại ở mức sơ khai Ngày nay, các nhà khoa học trên thế giới đã tiến hành chưng cất để thu được tinh dầu và các chất có hoạt tính sinh học từ cây mác mật, được ứng dụng rộng rãi trong y học, dược phẩm, công nghệ thực phẩm, …

Qua các nghiên cứu về mác mật của một số nhà khoa học cho biết hai loại tinh dầu lấy từ quả và lá cây mác mật có sự khác biệt về mùi vị và thành phần, tỷ lệ các hợp chất bay hơi Nhìn chung, tinh dầu quả mác mật có mùi vị thơm ngọt và có giá trị hơn tinh dầu lá mác mật [24]

Cây mác mật có thành phần hóa học hết sức đa dạng và phong phú, theo thống

kê đến nay đã có trên 100 chất được phân lập từ hầu hết các bộ phận của cây, trong đó

có hơn 80 chất mới, chủ yếu là các hợp chất carbazol alkaloid và cumarin Đặc biệt trong những năm gần đây, rất nhiều chất mới có cấu trúc thú vị và hoạt tính sinh học cao đã được phát hiện ở cây này Ở Việt Nam, Trịnh Thị Thuỷ, Trần Văn Sung và cộng sự đã phân lập và xác định được cấu trúc 17 hợp chất cumarin trong đó có 13 chất mới, một carbazol alcaloid và 3 hợp chất limonoid Nghiên cứu tinh dầu từ cây mác mật tại Cúc Phương (Ninh Bình), người ta đã xác định được khoảng 50 hợp chất Trong đó chủ yếu là β-phelandren (9,2%); β-caryophyllen (25,3%); germacren B (11,8%); spathulennol (7,0%); elemen (5,8%); humulen (4,3%) [11]

Theo nghiên cứu cơ bản về cây mác mật ở Cao Bằng của kỹ sư Nông Ích

Thượng, thì hàm lượng tinh dầu của cây mác mật tập trung chủ yếu ở lá, vỏ quả, hạt,

cành, cuống lá, cuống quả Bộ phận chứa nhiều tinh dầu nhất là vỏ quả chứa 5,55%

Sau vỏ quả là lá chứa 2,71% Hạt chứa 1,47% Về thành phần hoá học của tinh dầu thì

trong tinh dầu lá mác mật có 11 thành phần chất, trong đó, có 2 thành phần chính là

myristicin (40,37-56,04%) và p-cymen-8-ol (18,58-22.45%) Trong tinh dầu của vỏ

quả có 9 thành phần chất, trong đó chủ yếu là beta-myrcen (70%) Thành phần hoá học

của tinh dầu lá và vỏ quả có sự khác nhau cơ bản về hàm lượng một số thành phần

chính nên mùi thơm của quả khác với mùi thơm của lá [9]

Trên thế giới, rất nhiều nhà khoa học đã xác định được thành phần hoá học của

tinh dầu tại nhiều địa phương khác nhau Lim và Gin Keat (2005) khi nghiên cứu về

thành phần hoá học và các chất có hoạt tính sinh học từ cây mác mật đã chỉ ra rằng

trong tinh dầu của quả mác mật có chứa β-caryophellene (22,89%) và germacrene-D

(15,49%) Trong khi đó tinh dầu của lá mác mật lại chứa 65,02% elemicin và 12,95%

methyl eugenol [8]

Ngoài ra, thành phần hoá học của tinh dầu Mác mật còn phụ thuộc rất nhiều vào

loại giống, khí hậu đất đai, kỹ thuật chăm bón, từng vùng khác nhau Một ví dụ điển

hình về sự khác biệt thành phần các cấu tử bay hơi chính của tinh dầu hạt mác mật có

xuất xứ từ 2 quốc gia châu Phi [11]

Bảng 1.2 Các thành phần chính trong tinh dầu từ hạt mác mật Benin [11]

Bảng 1.3 Các thành phần chính trong tinh dầu chiết xuất từ hạt Mác Mật ở

Cameroon [14]

1.2 GIỚI THIỆU VỀ TINH DẦU VÀ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC

TỪ QUẢ MÁC MẬT

1.2.1 Tinh dầu mác mật

1.2.1.1 Tính chất hóa lý và thành phần hóa học của tinh dầu mác mật

Tinh dầu mác mật thường được thu nhận từ lá và quả mác mật bằng phương pháp chưng cất cuốn theo hơi nước Đó là một chất lỏng dễ bay hơi linh động, có màu vàng nhạt, có vị thơm ngọt đặc trưng và hấp dẫn Cùng với thời gian bảo quản, loại tinh dầu này càng trở nên sánh đặc

Qua các nghiên cứu về mác mật của một số nhà khoa học cho biết hai loại tinh dầu lấy từ quả và lá cây mác mật có sự khác biệt về mùi vị và thành phần, hàm lượng các hợp chất bay hơi Nhìn chung, tinh dầu quả mác mật có mùi vị thơm ngọt và có giá trị hơn tinh dầu lá mác mật [24]

Ngoài ra, thành phần chất thơm của tinh dầu mác mật còn phụ thuộc rất nhiều

vào loại giống, khí hậu đất đai, kỹ thuật chăm bón Điều này được thể hiện trong các

bảng 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8 và 1.9 với các loại tinh dầu mác mật trong và ngoài nước

Bảng 1.4 Các thành phần chính trong tinh dầu từ lá mác mật tại Zimbabwe [11]

Bảng 1.8 Thành phần hóa học của tinh dầu lá cây mác mật ở vườn quốc gia Cúc

Phương, Ninh Bình [26]

Butanoat

0.2

α-Cadinol 0.7 Các hợp chất chưa

xác định

β-Cudesmol 0.3

Bảng 1.9 Thành phần hóa học của tinh dầu lá mác mật được thu hái từ Nghệ An [2]

(Z)-β-Ocimen 0.23 Nonanal 0.21

Safrol 0.3 Chưa xác định 0.14 Chưa xác định Vết

Naphtalen,1,2,3,4te

trahydro-1,1,3-trimethyl

Vết Naphthalen,1,2-dihydro-1,1,1-trimethyl

0.44

3,4,-dimethyl-4-1(4H)-on

hydroxynaphtaln-0.66

caproat

1.25 Chưa xác định 0.66

α-Panasinen 0.96 Aromadendren 4.22 Chưa xác định Vết

α-Humulen 2.62 đồng phân của

trimethyl-10-0.14

ι-Cadiol 0.67 Chưa xác định 0.3

Naphthalen,1,6-methylethyl)

dimethyl-4-(1-0.18

3-(2-aminophenyl)

isocoumarin

0.32 Mintsulfiid 0.27 Tetradeanoic axit 0.10

Benzyn benzoat 2.67 Chưa xác định 0.68 2-Pentadecanon 0.14

Phytol 1.21 Linoleic acid 1.13 9,12,15-

Octadecatrien-1-ol

0.31

Từ bảng 1.8 cho thấy tinh dầu lá cây mác mật tại Cúc Phương – Ninh Bình có

khoảng 50 hợp chất Trong đó chủ yếu là β-phellandren (9,2%), β-Caryophyllen

(25,3%), Germacren-B (11,8%), Spathulenol (7,0%), Elemen (5,8%), Humulen (4,3%)

Trong khi đó đối với loại tinh dầu lá cây mác mật tại Nghệ An có khoảng 60

cấu tử, chiếm 86,14% tổng hàm lượng tinh dầu đã được xác định (bảng 1.7) Thành

phần chính là β-Caryophyllen (28,64%), và Leden (12,05%) Hàm lượng các hợp chất

monoterpen hydrocacrbon khá thấp, khoảng 5,81 % Các hợp chất sesquiterpen

hydrocarbon chiếm hàm lượng lớn trong tinh dầu này Các hợp chất chứa Oxy chiếm khoảng 13,96 %

Nhìn chung, qua các bảng trên có thể nhận rõ sự khác nhau về thành phần hóa học cơ bản, hàm lượng các thành phần hóa học chính trong tinh dầu mác mật ở các vùng khác nhau Điều này dẫn đến mùi thơm và giá trị sử dụng, giá trị kinh tế của các tinh dầu này cũng khác nhau Chứng tỏ các loại giống, khí hậu và đất đai có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng tinh dầu mác mật Ở nước ta, mác mật được trồng ở rất nhiều địa phương, vì vậy việc nghiên cứu tinh dầu loại cây này cần được tiến hành trên nhiều vùng nguyên liệu đặc biệt là những vùng có sản lượng và diện tích trồng cây mác mật cao như: Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Giang

1.2.1.2 Một số hợp chất chính trong tinh dầu mác mật

* β-Phellandren và α-Phellandren

- Công thức phân tử : C 10 H 16

- Tên gọi: β-phellandren : 3-Methylene-6-(1-methylethyl) Cyclohexen

α-phellandren : 2-methyl-5-(1-methylethyl) -1,3-Cyclohexadien

- Công thức cấu tạo:

Phellandren là chất lỏng không màu đến vàng nhạt thuộc nhóm hợp chất monoterpene - hydrocarbon Nó có mùi cay giống với bạc hà và các loại quả thuộc họ cam, tan trong ete, không tan trong nước và có:

- Danh pháp IUPAC: 7-Methyl-3-methylene-1,6-octadiene

- Công thức cấu tạo:

β-Myrcene là một monoterpen tự nhiên có thể tìm thấy trong tinh dầu hoàng lan, tinh dầu lá long não Nó có hương thơm dễ chịu, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nước hoa với vai trò là chất trung gian quan trọng cho việc chuẩn

bị mùi vị và hương thơm của các chất hóa học như: bạc hà, chanh,…

* α-Terpinolene

- Công thức phân tử: C10H16

- Danh pháp IUPAC: 1-methyl-4-(methylethylidene-1)-Cyclohexen

- Công thức cấu tạo:

Terpinolene là chất lỏng không màu Theo một số tài liệu mùi của Terpinolene tại nồng độ 1% được mô tả giống mùi gỗ tươi và vỏ chanh với sắc thái nhẹ,dịu Ngoài ra, mùi của α-Terpinolene còn được xếp vào loại mùi thảo mộc với độ mạnh trung bình

α-Người ta có thể tìm thấy α-Terpinolene trong vỏ quýt và tinh dầu rau mùi

* β-Bisabolene

- Công thức phân tử: C15H24

- Danh pháp IUPAC: (4R)-1-methyl-4-(6-methylhepta-1,5-dien-2-yl)cyclohexene

- Công thức cấu tạo:

*Caryophyllen oxyd

- Công thức phân tử : C 15 H 24O

- Tên gọi:4,12, 12-trimethyl-9-mêtylen-5-oxatricyclo (8.2.0.04,6) Dodecan

- Công thức cấu tạo

Caryophyllen oxyd ở dạng tinh thể rắn có màu hơi hơi vàng Nó có mùi thơm ngọt ngọt của gỗ cây, tan trong rượu, không tan trong nước và chỉ số khúc xạ :

nD20 = 1,507 ± 0,02

1.2.2 Hoạt chất sinh học trong quả mác mật

Cho đến nay, chưa có nhiều công trình khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu sâu về các hoạt chất sinh học có trong cây mác mật nói chung và trong quả mác mật nói riêng Nhìn chung, các hoạt chất sinh học có trong quả mác mật thuộc nhóm chất flavonoid và nhóm chất polyphenol với hàm lượng của các nhóm chất này lần lượt khoảng 26% so với hàm lượng chất khô

1.2.2.1 Hợp chất Flavonoids

a Định nghĩa : Flavonoid là nhóm các chất sắc tố không quang hợp trong thực vật,

tan trong nước Các hợp chất này thường nằm trong không bào, quy định màu sắc cho

hoa, quả, lá, thân của thực vật và làm cho chúng có màu vàng, đỏ, xanh [8] Các flavonoid đều là những dẫn xuất của croman và cromon có bổ sung vòng phenol (B) Croman và cromon đều thuộc các phenyl-propan vì có nhóm C6-C3

b Cấu trúc hoá học :

*Khung của Flavonoid

Người ta xếp vào nhóm flavonoid những chất có cấu tạo khung theo kiểu C6

-C3-C6 hay nói cách khác là khung cơ bản gồm 2 vòng benzen A và B nối với nhau qua một mạch 3 carbon [8]

Cấu trúc khung cơ bản của flavonoid

O A

B C

1 2 3 4 5 6 7

B C

1 2

5 6 7

B C

1 2 3 5

6 7

B C

1 2

5 6 7

B C

1 2

5 6 7

1 2

5 6 7 8

*Phân loại

Theo IUPAC, Flavonoid được chia làm 3 nhóm chính [8]:

+ Flavonoids, có cấu trúc dạng 2-phenylchromen-4-one

(2-phenyl-1,4-benzopyone) ví dụ như quercetin, rutin

+ Isoflavonoids, có cấu trúc dạng 3- phenylchromen-4-one (3-phenyl-1,4-

benzopyone)

+ Neoflavonoids, có cấu trúc dạng 4-phenylcoumarine

(4-phenyl-1,2-benzopyone)

Cả 3 nhóm chất trên đều là các chất có gốc ceton Phân loại dựa theo nhóm C3

và các Glicosid của Flavonoids Cụ thể người ta dựa vào vị trí gốc aryl (C6- vòng B)

và mức độ oxi hóa của mạch 3 carbon (C3) như sau [8]

-Euflavonoid

Euflavonoid bao gồm các nhóm: anthocyanidin, flavan, flavan, flavan 3-ol, flavan 4-ol, flavan 3,4- diol, flavanon, 3-hydroxy flavon, flavonol, dihydrochalcon, chalcon, auron

-Neoflavonoid

Neoflavonoid chỉ có giới hạn trong một số loài thực vật, là nhóm chất có

khung 4-aryl croman

c Tác dụng sinh học:

Tác dụng sinh học của flavonoid rất đa dạng, phong phú Một trong những cơ chế sinh hóa học của flavonoid đóng vai trò chủ chốt, quyết định hoạt tính sinh học của chúng là tác dụng chống oxy hóa (antioxydant), nhờ có flavonoid có thể triệt tiêu các gốc tự do có hại sinh ra trong quá trình sinh lý bệnh lý, giúp cơ thể động vật và người phòng chống bệnh

*Tác dụng chống oxy hóa của flavonoid

Các dẫn chất flavonoid có khả năng kìm hãm quá trình oxy hóa dây chuyền sinh ra bởi các gốc tự do hoạt động như HO•, ROO• Các gốc này sinh ra bởi nhiều

nguyên nhân và khi sinh ra cạnh DNA thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nguy hại như

gây biến dị, hủy hoại tế bào, gây ung thư, tăng nhanh sự lão hóa Nhiều thí nghiệm cho

thấy khả năng dập tắt của một số flavonoid phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của từng

flavonoid cụ thể khả năng đó theo thứ tự: myricetin >quercetin >thammetin >morin

>diosmetin >naringenin >apigenin >catechin >5,7 dihydroxy-3’,4’,5’ trimethoxy

flavon >robinin >kaempferol >flavon

Các phản ứng

1 O2 + flavonoid (khử) polyphenolxydaza Flavonoid (dạng bị OXH)

(hydroquinon) (semiquinon hoặc quinon)

2 H2O2 + flavonoid (khử) peroxydaza Flavonoid (dạng bị

OXH) (hydroquinon)

(semiquinon hoặc quinon)

Flavonoid tạo được phức với các ion kim loại mà chính các ion kim loại này là

xúc tác của nhiều phản ứng oxi hóa Các flavonoid có 3, 5, 3’, 4’ hydroxyl có khả năng

liên kết tốt với các ion kim loại đó theo phức oxychromon, oxycarbonyl hoặc 3’, 4’

orthodioxyphenol

Thành phần của màng tế bào có các chất lipid dễ bị peroxyd hóa, tạo ra các sản

phẩm làm rối loạn sự trao đổi chất cũng dẫn đến sự hủy hoại tế bào Đưa các chất

chống oxi hóa như flavonoid vào cơ thể để bảo vệ tế bào thì có thể ngăn ngừa các

nguy cơ như xơ vữa động mạch, tai biến mạch, lão hóa , tổn thương do bức xạ, thoái

hóa gan,…

*Tác dụng chống độc

Tác dụng chống độc của flavonoid thể hiện làm giảm tổn thương gan, bảo vệ

được chức năng gan, bảo vệ được chức năng gan khi một số chất độc được đưa vào cơ

thể súc vật thí nghiệm (CCl4, benzen, ethanol, CHCl3, quinin,…) dưới tác dụng của

flavonoid ngưỡng ascorbic được ổn định đồng thời lượng glycogen trong gan tăng Sự

tích lũy glycogen có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chức năng giải độc gan

Tác dụng kích thích tiết mật thể hiện ở các chất thuộc nhóm flavanon, flavon,

flavonol và flavan-3-ol

* Tác dụng kháng sinh, chống viêm

Tác dụng chống viêm loét của flavanon và chalcon glycosid của rễ cam thảo

đã được ứng dụng để chữa đau dạ dày Một số dẫn chất khác như catechin, methylcatechin, cũng đã được thử và thấy có tác dụng chống loét

3-o-Các flavonoid thuộc các nhóm flavon, flavanon, dihydroflavonol, anthocyanin, flavan-3-ol, chalcon, isoflavon, biflavon, 4-aryl coumarin,… các chất này đã được chứng minh có tác dụng ức chế con đường sinh tổng hợp prostagladin Ngoài ra các chất như rutin, quercetin, catechin, còn được dùng để điều trị ban đỏ, viêm da, tổn thương và màng nhày trong trường hợp xạ trị

* Tác dụng trong hệ tim mạch

Trên hệ tim mạch, nhiều flavonoid thuộc nhóm flavonoid thuộc nhóm flavonol, flavan-3-ol, anthocyanin như quercetin, rutin, myricetin, pelargonin, hỗn hợp catechin của chè có tác dụng làm tăng biên độ co bóp và tăng thể tích phút của tim

* Tác dụng trên hệ thần kinh

Trên hệ thần kinh, một số C-flavon glycosid của hạt táo có tác dụng an thần rõ rệt Một số tài liệu gần đây có nói đến tác dụng chống ung thư của một số chất như leucocyanidin, eucopelargonidin, leucodelphinidin và tác dụng kháng HIV của một số dẫn chất thuộc nhóm flavon như chrysin, acacetin- 7-O-β- D- galactopyranosid

*Tác dụng đối với enzym

Flavonoid cùng với acid ascorbic tham gia trong quá trình hoạt động của enzym oxi hóa- khử Flavonoid còn ức chế các tác động của hyaluronidase Enzym này làm tăng tính thấm của mao mạch Khi enzym này thừa thì gây xuất huyết dưới da

mà y học gọi là bệnh thiếu vitamin P Các chế phẩm của flavonoid chiết từ các loài Citrus như “Cemaflavone”, “Circularine”,…, flavonoid từ lá bạc hà như “Daflon”,

“Diosmil”, flavonoid từ hoa hòe (Rutin) với nhiều biệt dược khác nhau đã chứng minh tác dụng làm bền thành mạch, làm giảm tính “dòn” và tính thấm của mao mạch Tác dụng này được hợp lực với acid ascorbic Các dẫn chất anthocyanosid có tác dụng tái tạo tế bào võng mạc và đã được chứng minh có tác dụng làm tăng thị lực vào ban đêm

1.2.2.2 Hợp chất Polyphenol [37]

Phenol là những hợp chất có nhóm hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen Khi trong phân tử có nhiều nhóm hydroxyl đính trực tiếp với nhân benzen thì được gọi

là polyhydroxylphenol (monome), nhiều monomer gắn với nhau gọi là polyphenol (polime) Polyphenols thường được chia thành hydrolyzable tannin (Gallic acid este của glucose và đường khác) và phenylpropanoids, như lignins, flavonoids và tannin cô đặc Các hợp chất phenol được nghiên cứu rộng rãi nhất là các hợp chất flavonoid, chúng chứa đến hàng ngàn hợp chất khác nhau, trong đó có các flavonols, flavone, catechin, flavanones, anthocyanidins và isoflavonoids

Đơn vị cơ sở

Class/Polymer Hydrolyzable tannin Flavonoid, tannin đặc Lignins

Nhóm hydroxyl là nhóm có khả năng phản ứng cao của hợp chất phenol Tuỳ theo vị trí tương hỗ và tuỳ theo số lượng của các nhóm hydroxyl có trong phân tử của các hợp chất phenol mà các tính chất vật lí, hoá học và hoạt tính sinh học của chúng bị thay đổi Các polyphenol có nhóm hydroxyl ở vị trí metha (hai nhóm hydroxyl cách nhau một nguyên tử cacbon) có khả năng hydroxyl hình thành liên kết ester với các chất khác nhưng rất trơ trong các phản ứng oxyhoá- khử Còn các polyphenol có nhóm hydroxyl ở vị trí orthol (các nhóm hydroxyl đwcj đính vào các nguyên tử carbon canh nhau) thì dễ dàng bị oxy hoá khi có sự tham gia của các enzym oxy hoá khử (ví dụ như polyphenoloxydase

Các hợp chất polyphenol hoà tan mạnh trong các dung môi phân cức như nước, methanol, ethanol, aceton và ether Một số các polyphenol liên kết với glucocid tạo thành các glucosid dễ tan trong nước Polyphenol là một nhóm chất tự nhiên quan trọng, có nhiều ứng dụng trong mọi lĩnh vực như là chất vận chuyển điện tử trong quá

trình hô hấp, là chất điều kiển, chất đặc trưng cho mỗi loài về màu sắc, mùi vị polyphenol đóng vai trò như những kháng thể chống lại các tác nhân gây bệnh Polyphenol còn là tác nhân chống oxi hoá (antioxidant), chúng tiếp nhận các gốc tự do sinh ra trong quá trình bệnh lý, nói một cách khác polyphenol có khả năng dập tắt các quá trình tạo ra gốc tự do gây bệnh Nhiều polyphenol còn được sử dụng trong công nghiệp nhẹ như công nghệ mỹ phẩm, dược phẩm,

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước [1-14]

Mác mật ngày nay được trồng nhiều ở Việt Nam, chủ yếu ở một số tỉnh vùng Đông Bắc: Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn Đây là loài cây đa tác dụng, có giá trị nhiều mặt: cho gỗ nhỏ, củi đun, lá và vỏ cây cho những vị thuốc dân gian chữa các bệnh viêm khớp, đau bụng kém tiêu, ho đờm khản cổ Đặc biệt quả và hạt có đặc trưng rất thơm, ngọt đậm đà, người Trung Quốc và người dân vùng miền núi Phía Bắc

đã sử dụng nguyên liệu mác mật (lá, quả, hạt) làm phụ gia để chế biến các món ăn truyền thống như vịt quay, lợn quay, thịt kho tầu, chân giò ninh, kho

Hiện nay, do nhu cầu trong và ngoài nước về mác mật tăng mạnh, do chính sách khuyến khích của các cấp chính quyền về tăng độ che phủ rừng, chống sói mòn, chống

đá lở, xoá đói giảm nghèo nên diện tích trồng cây mác mật đã tăng nhanh Chỉ tính riêng tỉnh Cao Bằng và Lạng Sơn đã có khoảng 600 ha với năng suất thu hoạch quả trung bình đạt 5,2 tấn/ha Nhiều người cho rằng cây mác mật là “lộc ngọt miền biên ải” hay được xem là “hướng thoát nghèo” của các huyện vùng núi phía Bắc Giá quả mác mật tươi trên thị trường có giá từ 3.000 – 5.000 đồng/kg, trong khi lá mắc mật (kèm cành non) được bán theo mớ với giá khoảng 1.500 đồng, như vậy thu nhập mỗi

ha trồng mác mật cho hàng chục triệu đồng

Ở nước ta, tính đến thời điểm này, các công trình nghiên cứu về cây mác mật còn quá ít Ngoài một số ít nghiên cứu về giống cây, sinh thái, thổ nhưỡng và cách trồng cây mác mật như: “Nghiên cứu cơ bản về cây mác mật Cao Bằng” của tác giả Nông Ích Thượng, Sở Khoa học và Công nghệ Cao Bằng đã đưa ra những thông tin cơ bản nhất về đặc điểm sinh thái, phân bố, sản lượng và thành phần hóa học của cây mác

mật ; “Kinh nghiệm gây trồng, chế biến của người Tày, Nùng tỉnh Cao Bằng” của

Nguyễn Thùy Vinh - Trường trung học Lâm Nghiệp I Trung Ương đã chỉ ra các kỹ thuật trồng cây mác mật một cách cụ thể, khoa học Mới đây, Viện Hoá học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tiến hành nghiên cứu cơ bản về phân lập và xác định cấu trúc của các hoạt chất sinh học có trong cây mác mật Viện Dược liệu đang thực hiện đề tài về xác định dược lý của một số hoạt chất sinh học có trong quả mác mật Trường đại học Vinh, trường đại học Khoa Học Tự Nhiên, trường đại học Quốc Gia Hà Nội cũng công bố 2 công trình nghiên cứu là : “những nghiên cứu gần đây về chi Clausena ở Việt Nam, hội thảo quốc gia về sinh thái và tài nguyên môi trường lần thứ nhất”, “thành phần hóa học tinh dầu chiết tách từ lá mác mật (ở Nghệ An)” 2 nghiên cứu này đã chỉ ra một số tác dụng của cây mác mật đồng thời đưa ra những kết quả cụ thể về thành phần hóa học của tinh dầu mác mật Việc chế biến và bảo quản cây mác mật nói chung, việc khai thác tinh dầu và chiết tách các hoạt chất sinh học từ lá và quả mác mật nói riêng chưa được quan tâm và đầu tư nghiên cứu hoặc công tác nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa nghiên cứu quy trình khai thác tinh dầu mà chú trọng vào nghiên cứu thành phần hóa học trong tinh dầu Vì vậy nó chỉ thuần túy là một báo cáo khoa học chưa có tính áp dụng thực tế Quả và lá mác mật (những phần giá trị nhất của cây mác mật) chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi hoặc dạng phơi khô để làm gia vị và làm thuốc dân tộc nên giá trị còn thấp

Tóm lại việc nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ cây mác mật ở nước ta vẫn chưa được quan tâm đúng mức, chưa được đầu tư thỏa đáng Một điều dễ nhận thấy là sự cần thiết phải có thêm nhiều công trình nghiên cứu khoa học về loài cây này

ở nước ta Đây là trách nhiệm thuộc về các nhà khoa học ngành công nghệ hóa học và công nghệ thực phẩm để sản phẩm tinh dầu mác mật trở thành sản phẩm có giá trị và tiềm năng phát triển ở Việt Nam

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới [17-36]

Trong thời gian gần đây, thế giới hiện đại đang có xu hướng sử dụng các hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên cho các sản phẩm thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm nhằm hạn chế tối đa việc đưa hoá chất vào cơ thể con người, bảo vệ sức khoẻ người

tiêu dùng Hơn nữa, so với các loại nguyên liệu thô hoặc đã qua sơ chế, tinh dầu có những đặc điểm vượt trội và chính nhờ những ưu điểm này mà trên chúng được tiêu thụ mạnh trên thị trường thế giới Những ưu điểm đó là: tinh dầu là sản phẩm sạch, tiệt trùng, an toàn cho người tiêu dùng, chúng được tiêu chuẩn hóa về thành phần hóa học, tính chất hóa lý nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc mua bán và sử dụng tinh dầu trong sản xuất và chế biến Đồng thời tinh dầu cũng dễ dàng sử dụng và bảo quản hơn các nguyên liệu thô Vì vậy, tinh dầu có nguồn gốc từ thực vật đang là vấn đề nóng hổi được các nhà khoa học và các nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu và sử dụng

Trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về cây mác mật Trong

số đó phải nói đến những đóng góp của tác giả Tian-shung Wu, năm 1982 ông hợp tác với Hiroshi Furukawa trong việc nghiên cứu điều tra hoạt chất sinh học và hóa lý của cây mác mật Năm 1993, ông lại đưa ra những kết quả nghiên cứu về thành phần hóa học và khả năng chống đông tụ mạch máu của lá cây mác mật Sau đó vào năm 1994, ông tiếp tục công bố cấu trúc và quá trình tổng hợp Clausenaquinone-a – một Carbazolequinone alkaloid mới, và hoạt tính sinh học chính của mác mật Và những năm sau đó tiếp tục nghiên cứu các hoạt chất có trong các bộ phận khác của cây mác mật và đưa ra được 2 báo cáo khoa học vào năm 1996, một vào năm 1999 Ngoài ra còn phải kể đến Chin-Chung Wu với báo cáo khoa học “hiệu quả chống đông tụ mạch máu của Clausine-D được phân lập từ mác mật” năm 1994 Những năm gần đây do đời sống và nhu cầu xã hội tăng nên có thêm nhiều các công trình nghiên cứu về mác mật như: năm 2005, “chống lại HIV bằng limonoid - chất phân lập được từ mác mật” của Boonsong Kongkathip; “thành phần hóa học và hoạt chất sinh học của mác mật” - Lim , Gin Keat, và gần đây nhất là “ những tác dụng của lá và tinh dầu mác mật chống lại muỗi vằn và ấu trùng muỗi” - Cheng SS – tháng 3 năm 2005

Nói chung, nhờ những phát hiện mới của các nhà khoa học đã chỉ ra rằng : Tinh dầu mác mật ngày càng có giá trị sử dụng cao trong đời sống Tinh dầu này không chỉ

có giá trị tạo hương thơm cho các sản phẩm thực phẩm và mỹ phẩm mà còn có tác dụng kháng vi sinh vật, các hợp chất terpen có trong tinh dầu lá và quả mác mật đều có hoạt tính sinh học cao, có khả năng kháng VSV và ức chế được sự phát triển của ấu trùng muỗi với nồng độ rất thấp

Tóm lại, việc nghiên cứu về tinh dầu và các hoạt chất sinh học có trong lá và quả cây mác mật trên thế giới đã được thực hiện công phu, bài bản, gồm các nghiên cứu cơ bản và các nghiên cứu ứng dụng, triển khai Vì vậy, chúng đã trở thành các sản phẩm thương mại có giá trị lưu hành trên thị trường quốc tế Các nước đi đầu về nghiên cứu và sản xuất tinh dầu và các hoạt chất sinh học có trong lá và quả cây mác mật là Trung Quốc và Ấn Độ Giá các sản phẩm này tuỳ thuộc nhiều vào chủng loại, chất lượng và độ tinh khiết của sản phẩm, dao động trong khoảng 20 – 150 USD/1kg

1.4 Phương pháp khai thác tinh dầu từ quả mác mật [10, 12, 13]

Tùy thuộc từng loại nguyên liệu và trạng thái của tinh dầu trong nguyên liệu (tự

do hoặc kết hợp) mà người ta dùng các phương pháp khác nhau để tách chúng

Các phương pháp tách tinh dầu cần phải đạt được những yêu cầu cơ bản như sau:

- Giữ cho tinh dầu thu được có mùi vị tự nhiên ban đầu

- Qui trình chế biến phải phù hợp, thuận lợi và nhanh chóng

- Phải tách được triệt để tinh dầu trong nguyên liệu, tổn thất tinh dầu trong quá trình chế biến và hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu sau khi chế biến (bã) càng thấp càng tốt

- Chi phí đầu tư vào sản xuất là ít nhất

Dựa vào các yêu cầu đã nêu trên, người ta thường dùng những phương pháp khai thác tinh dầu sau:

- Phương pháp cơ học: Dùng để tách chất thơm ở dạng tự do bằng cách ép, dùng phổ biến cho các loại quả như cam, chanh, quýt là những nguyên liệu có chất thơm phân bố ở lớp tế bào mỏng phía bên ngoài với hàm lượng tương đối lớn

- Phương pháp chưng cất: Thiết bị đơn giản, có khả năng thu được triệt để chất thơm có trong nguyên liệu dựa vào tính chất bay hơi khác nhau của các cấu tử có trong chất thơm

- Phương pháp trích ly: Sử dụng trong trường hợp các thành phần thiên nhiên không bền ở nhiệt độ cao hoặc hàm lượng trong nguyên liệu rất thấp

- Phương pháp hấp phụ: Dựa trên cơ sở tính chất của một số loại hoa, quả có thể kéo dài thời gian tạo ra hương thơm sau khi đã rời khỏi cây và khả năng hòa tan chúng của các loại mỡ động vật trên bề mặt

- Phương pháp lên men: Áp dụng đối với các loại cây và quả có chất thơm ở trạng thái kết hợp từng phần, hoặc kết hợp hoàn toàn

Để khai thác tinh dầu mác mật người ta thường sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước.

a Nguyên lý chung

Chưng cất có thể được định nghĩa là: Sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng Trong trường hợp đơn giản, khi chưng cất một hỗn hợp gồm 2 chất lỏng không hòa tan vào nhau, áp suất hơi tổng cộng là tổng của hai áp suất hơi riêng phần Do đó, nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ tương ứng với áp suất hơi tổng cộng xác định, không tùy thuộc vào thành phần bách phân của hỗn hợp, miễn là lúc đó hai pha lỏng vẫn còn tồn tại Nếu vẽ đường cong áp suất hơi của từng chất theo nhiệt độ, rồi vẽ đường cong áp suất hơi tổng cộng, thì ứng với một áp suất, ta dễ dàng suy ra nhiệt độ sôi tương ứng của hỗn hợp và nhận thấy là nhiệt độ sôi của hỗn hợp luôn luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng hợp chất

Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà từ lâu phương pháp chưng cất hơi nước là phương pháp đầu tiên dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật Phương pháp chưng cất hơi nước dựa trên sự thẩm thấu, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương

phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định

Chưng cất theo hơi nước là quá trình chuyển khối, trong đó 2 hay nhiều cấu tử chất lỏng không hoà tan lẫn nhau tạo thành hỗn hợp hơi đẳng phí ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của cấu tử trong các loại tinh dầu đều cao hơn nhiệt độ sôi của nước nên nhiệt độ trong quá trình chưng cất đều thấp hơn 100oC, do đó không làm phân huỷ thành phần các chất thơm trong tinh dầu

Chưng cất tinh dầu theo hơi nước được tiến hành trong các thiết bị có nguyên lý hoạt động giống nhau, các chi tiết chế tạo có thể khác nhau tuỳ theo loại nguyên liệu

Theo cấu tạo và tính chất hoạt động của quá trình chưng cất người ta phân chia thành các kiểu chưng cất tinh dầu, mỗi loại đều có đặc tính và công dụng phù hợp với điều kiện công nghệ hoặc tính chất của nguyên liệu tinh dầu

-Chưng cất trực tiếp với nước: Nguyên liệu được cho vào nồi cất cùng với lượng nước thường gấp 9-10 lần lượng nguyên liệu Nhiệt được cấp trực tiếp phía dưới đáy nồi Khi sôi, nước bay hơi ra sẽ lôi cuốn theo tinh dầu Đem làm lạnh để ngưng tụ lại ta sẽ thu được tinh dầu sau khi phân ly tách nước ra Bằng phương pháp này, thiết

bị chưng cất tương đối đơn giản, rẻ tiền phù hợp với điều kiện sản xuất nhỏ hay ở phòng thí nghiệm

-Chưng cất với hơi nước không có nồi hơi riêng : Nguyên liệu được đặt trên mặt lưới phía trên không tiếp xúc trực tiếp với nước Nhiệt được cấp trực tiếp phía dưới đáy nồi bằng các loại nguyên liệu như củi, than, Hơi nước từ nồi nấu phía dưới

đi lên và hỗn hợp với tinh dầu tạo thể hơi đi ra thùng ngưng Kiểu chưng này tránh cho nguyên liệu bị ngâm quá lâu trong nước, có thể dẫn đến biến đổi chất lượng tinh dầu Phương pháp này phù hợp với các xưởng sản xuất thủ công nghiệp quy mô nhỏ

-Chưng cất bằng hơi nước gián tiếp có nồi hơi riêng : Đây là kiểu chưng cất trong các thiết bị công nghiệp Phương pháp này có nhiều ưu điểm so với 2 phương pháp trên ở chỗ : dùng 1 nồi hơi có thể phục vụ được cho cả 1 cơ sở sản xuất có nhiều thiết bị, điều kiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn, có khả năng dễ cơ giới hoá hoặc tự động hoá các khâu sản xuất Ngoài ra còn khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê khét làm cho màu sắc và phẩm chất của tinh dầu thu được tốt hơn Theo phương pháp này còn có thể rút ngắn được thời gian chưng cất bằng cách tăng hoặc giảm tốc độ chưng cất cho phù hợp với từng loại nguyên liệu, chưng cất ở áp suất cao hoặc dùng hơi nước quá nhiệt hay bão hoà để tăng thể tích chưng cất

Trong công nghiệp thường hay sử dụng thiết bị chưng cất kiểu giỏ chứa, trong

đó các giỏ chứa nguyên liệu được chế tạo rời và có nhiều giỏ kèm theo một thiết bị Khi một mẻ nguyên liệu được chưng cất tinh dầu thì mẻ khác đã sẵn sàng, để thay nguyên liệu mới chỉ cần nhấc giỏ trong thiết bị ra và cho giỏ khác vào

Phần thiết bị trong công nghệ khai thác tinh dầu có tính chất rất quan trọng quyết định đến hiệu suất thu hồi tinh dầu sau khi chưng cất ra là thiết bị phân ly Sau khi được chưng cất ra, hỗn hợp hơi nước và tinh dầu ngưng tụ, các hạt tinh dầu tách ra khỏi nước dưới dạng các hạt nhỏ phân tán trong nước Do có sự khác nhau về tỷ trọng

nên tinh dầu nhẹ hơn nước sẽ nổi lên trên Tốc độ lắng tuỳ thuộc sự chênh lệch tỷ trọng, nhiệt độ nước ngưng, cấu tạo thiết bị phân ly Một số loại tinh dầu có tỷ trọng gần với nước nên khó phân ly, cần phải áp dụng một số biện pháp kỹ thuật như làm tăng tỷ trọng nước ngưng bằng các chất điện ly như muối ăn, axit citric Đối với các loại tinh dầu nhẹ hơn nước như tinh dầu mác mật thì nhiệt độ nước ngưng càng thấp, hiệu suất phân ly càng cao, thiết bị phân ly có cấu tạo đặc biệt tuỳ theo tính chất của từng loại tinh dầu quyết định đến hiệu suất tinh dầu thu được sau khi đã được chưng cất ra theo hơi nước

b Quy trình công nghệ và thiết bị

Quy trình công nghệ chưng cất lôi cuốn theo hơi nước gồm các bước cơ bản sau :

ƒ Chuẩn bị nguyên liệu

ƒ Chưng cất

ƒ Xử lý tinh dầu thô sau khi chưng cất

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất lôi cuốn theo hơi nước

c Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất hơi nước

có sẵn trong tế bào thực vật Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và

bị hơi nước cuốn đi Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh

TD LOẠI II NƯỚC THẢI

NGUYÊN LIỆU

dầu trong các mô thoát ra ngoài hết Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Nhưng nếu lượng nước sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nước Ngoài ra,

vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ dàng

acid và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt

hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của

sự chưng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt

Tóm lại, dù ba ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũng tăng theo

d Thiết bị chưng cất

Do tinh dầu mác mật nhẹ hơn nước nên trong quy mô phòng thí nghiệm ta có thể sử dụng bộ dụng cụ thủy tinh Clevenger với loại ống hứng tinh dầu nhẹ để chưng cất (hình 1.3)

Hình 1.3 Bộ chưng cất Clevenger cho tinh dầu nhẹ hơn nước