Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học chính trong tinh dầu cây gai xanh

Tên đề tài: Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học chính trong tinh dầu cây gai xanh 2.. Chính vì vậy tôi quyết định tiến hành nghiên cứu cây gai xanh với nội dung “Nghiên

Giảng viên hướng dẫn : TRẦN ĐỨC MẠNH Sinh viên thực hiện : LÊ HUYỀN MY

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên đề tài: Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa

học chính trong tinh dầu cây gai xanh

2 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:

3 Nội dung nghiên cứu:

4 Giáo viên hướng dẫn: Trần Đức Mạnh

5 Ngày giao đề tài:

6 Ngày hoàn thành:

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày … tháng … năm 2018

Kết quả đánh giá: Ngày … tháng … năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký và ghi rõ họ, tên)

LỜI CẢM ƠN

*****

Được sự phân công của khoa Hóa học trường đại học Sư phạm Đà Nẵng và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn ThS Trần Đức Mạnh, tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu phân lập một số hợp chất hóa học chính trong tinh dầu cây gai xanh”

Để hoàn thành khóa luận này tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở trường đại học Sư phạm Đà Nẵng Xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn ThS Trần Đức Mạnh đã tận tình, chu đáo hướng dẫn tôi thực hiện khóa luận này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, song

do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế sản xuất cũng như hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản thân chưa thấy được Tôi rất mong được sự góp ý của quý thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để khóa luận được hoàn chỉnh hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

LÊ HUYỀN MY

MỤC LỤC Trang phụ bìa

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình, đồ thị

MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4.1 Nghiên cứu lý thuyết: 2

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 2

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

5.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

5.1.1 Cây gai xanh 2

5.1.2 Các phương pháp chiết tách 2

5.1.3 Phương pháp xác định thành phần hóa học và cấu trúc hợp chất hữu cơ 2

5.1.4 Phương pháp xác định các chỉ tiêu vật lý –hóa lý 3

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm 3

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN 4

1.1 Giới thiệu về cây gai xanh 4

1.2 Tổng quan tinh dầu 5

1.2.1 Vài nét chung về tinh dầu 5

1.2.2 Phân loại tinh dầu 6

1.2.3 Tính chất vật lý 6

1.2.4 Tính chất hóa học 6

1.2.5 Phân bố tinh dầu trong thiên nhiên 7

1.2.6 Qúa trình tích lũy 7

1.2.7 Sơ lược một số thành phần hóa học chủ yếu của tinh dầu 8

1.2.7.1 Hợp chất monotecpen 8

1.2.7.2 Hợp chất Secquitecpen 10

1.2.7.3 Hợp chất chứa nhân thơm 12

1.2.7.4 Các thành phần khác 12

1.2.8 Ảnh hưởng của những nhân tố khác nhau đến thành phần và tính chất của tinh dầu 13

CHƯƠNG 2 15

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Ép 15

2.2 Phương pháp chiết Soxhlet 17

2.3 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 19

2.4 Ly trích bằng chiếu xạ vi sóng 22

2.5 Các phương pháp xác định chất lượng tinh dầu 23

2.5.1 Đánh giá cảm quan 23

2.5.2 Các phương pháp xác định chỉ tiêu lý học 24

2.5.2.1 Xác định nước trong tinh dầu 24

2.5.2.2 Xác định độ ẩm 25

2.5.2.3 Xác định tỉ trọng 25

2.5.2.4 Xác định chỉ số khúc xạ 26

2.5.2.5 Xác định góc quay cực 27

2.5.2.6 Nhiệt độ sôi 28

2.5.2.7 Xác định nhiệt độ đông đặc 28

2.5.3 Các phương pháp xác định chỉ số hóa học 28

2.5.3.1 Chỉ số axit (A X ) 28

2.5.3.2 Chỉ số xà phòng hóa (X P ) 29

2.5.3.3 Chỉ số este (E S ) 30

2.5.4 Phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) dùng để xác định thành phần hóa học tinh dầu 30

2.5.4.1 Phương pháp phân tích sắc ký khí (GC) 30

2.5.4.2 Phương pháp khối phổ (MS) 32

2.5.4.3 Phương pháp sắc ký khí – khối phổ (GC – MS) 33

CHƯƠNG 3 36

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36

3.1 Nguyên liệu nghiên cứu 36

3.2 Cách tiến hành 36

3.3 Kết quả chiết tách từ dung môi nước 37

3.3.1 Khảo sát tỷ lệ chiết rắn lỏng 37

3.3.2 Khảo sát thời gian tối ưu cho quá trình chiết tách 38

3.3.3 Hình thái sản phẩm 39

3.4 Kết quả chiết tách bằng dung môi n-hexan 39

3.4.1 Thực nghiệm 39

3.4.2 Phân tích sản phẩm bằng GC-MS 39

3.4.2.1 Hàm lượng phần trăm của các chất có trong mẫu lá cây gai xanh 39

3.4.2.2 Công thức cấu tạo các cấu tử chính có trong mẫu lá cây gai xanh 40

3.5 Kết quả chưng cất và định lượng tinh dầu lá cây gai xanh 42

3.5.1.Sơ đồ quy trình chưng cất 42

3.5.2 Thuyết minh sơ đồ 42

3.5.2.1 Nguyên liệu dạng lá 42

3.5.2.2 Làm sạch nguyên liệu 43

3.5.2.3 Giã nhỏ 43

3.5.2.4 Chưng cất tinh dầu 43

3.5.2.5 Định lượng tinh dầu lá cây gai xanh 43

3.5.2.6 Tinh chế tinh dầu 43

3.6 Kết quả xác định các hằng số vật lý 43

3.6.1 Tỷ trọng của tinh dầu lá cây gai xanh 43

3.6.2 Chỉ số khúc xạ của tinh dầu lá cây gai xanh 44

3.7 Kết quả xác định các chỉ số hóa học 44

3.7.1 Chỉ số axit 44

3.7.2 Chỉ số este 45

3.7.3 Chỉ số xà phòng hóa 45

3.8 Kết quả xác định một số thành phần chính trong tinh dầu lá cây gai xanh 45

3.8.1 Thiết bị chính hệ thống sắc ký khối phổ GC-MS 45

3.8.2 Kết quả 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

1 Kết luận 48

2 Kiến nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Sự xuất hiện và biến đổi liên tục các cấu tử của tinh dầu mùi theo

hướng phát triển của cây 14

Bảng 3.1 Sự phụ thuộc giữa thể tích dung môi và khối lượng sản phẩm chiết 37

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc giữa thời gian và khối lượng sản phẩm chiết 38

Bảng 3.3 Hàm lượng % của các chất trong mẫu lá cây gai xanh theo thời gian lưu 39

Bảng 3.4 Hàm lương tinh dầu lá cây gai xanh khi chưng cất 43

Bảng 3.5 Tỷ trọng của mẫu tinh dầu lá cây gai xanh 44

Bảng 3.6 Chỉ số khúc xạ của mẫu tinh dầu lá cây gai xanh 44

Bảng 3.7 Chỉ số axit của tinh dầu lá cây gai xanh 44

Bảng 3.8 Chỉ số este của tinh dầu lá cây gai xanh 45

Bảng 3.9 Chỉ số xà phòng hóa của tinh dầu lá cây gai xanh 45

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Bộ chiết Soxhlet 17

Hình 2.2 Bộ chiết Soxhlet 17

Hình 2.3 Máy sắc ký 31

Hình 2.4 Hình ảnh sắc ký đồ 31

Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ 34

Hình 3.1 Đồ thị biểu di n sự phụ thuộc giữa thể tích dung môi và khối lượng sản phẩm chiết 38

Hình 3.2 Đồ thị biểu di n sự phụ thuộc giữa thời gian chiết và khối lượng sản phẩm 38

thu được 38

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Từ thời cổ đại, trong các cung điện hay các gia đình quyền quý ở Ai Cập, Trung Hoa, Hi Lạp tinh dầu đã được chưng cất và sử dụng Với lịch sử phát triển hàng ngàn năm, tinh dầu được mệnh danh là báu vật của thiên nhiên, được phát triển thành phương pháp trị liệu, chăm sóc sức khỏe và làm đẹp trên toàn thế giới

Xã hội hiện đại ngày càng phát triển, trình độ khoa học kỹ thuật của con người ngày càng tiến bộ, nhu cầu chăm lo, giữ gìn và bảo vệ sức khỏe của con người ngày càng cao Tuy nhiên, sự tin tưởng vào các hợp chất hóa học tổng hợp đang càng giảm dần vì các tác dụng phụ tiềm ẩn của chúng, do đó con người ngày càng có khuynh hướng sử dụng các dược liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên Trong đó tinh dầu thực vật

là 1 trong những sản phẩm được chú trọng nghiên cứu

Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ cao, mưa nhiều và độ ẩm tương đối cao Vì vậy đã tạo ra một hệ thực vật phong phú và đa dạng, có nhiều ứng dụng trong đời sống, đặc biệt là các loại cây cho tinh dầu (sả, hương nhu, oải hương, bạc hà, quýt, cam, chanh, lài,…) Trong đó, cây gai xanh (Severina monophylla) là một loài thực vật đã từ lâu được sử dụng để chữa một số bệnh viêm nhiễm, đặc biệt là rất hiệu quả trong việc chữa bệnh viêm họng nên nó được xem như một loại dược liệu được dùng rộng rãi trong dân gian Trong những năm gần đây, do sự ô nhiễm môi trường ngày càng cao, dẫn đến bệnh viêm họng ngày càng nhiều và càng nặng thuộc các đối tượng khác nhau Do vậy nghiên cứu xác định thành phần, hoạt tính sinh học của cây gai xanh làm cơ sở cho việc ứng dụng cây này có hiệu quả hơn nhằm nâng cao chất lượng sức khỏe cộng đồng là điều hết sức cần thiết Chính vì vậy tôi quyết định tiến hành nghiên cứu cây gai xanh với nội dung “Nghiên cứu chiết tách và xác định thành phần hóa học chính trong tinh dầu cây gai xanh”

Tôi hi vọng rằng với những kết quả nghiên cứu được của đề tài, kết hợp với những công trình nghiên cứu trước đây về cây gai xanh, chúng ta sẽ có một kiến thức tổng hợp để từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng của chúng

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu, nghiên cứu quy trình chiết tách tinh dầu trong lá cây gai xanh

- Xác định thành phần hóa học trong tinh dầu chiết tách

3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng: Cây gai xanh, phần rắn và dịch chiết từ cây bằng các dung môi khác nhau

ở khu vực Sơn Trà – Đà Nẵng

- Phạm vi nghiên cứu: Quy trình chiết tách, xác định thành phần và cấu trúc một số hợp chất trong tinh dầu cây gai xanh Quá trình thực nghiệm được tiến hành ở phòng thí nghiệm Hóa học, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4.1 Nghiên cứu lý thuyết:

Tổng quan tài liệu về tinh dầu, tìm hiểu thực tế về cây gai xanh

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Chiết Soxhlet với các loại dung môi: phân cực, không phân cực

- Chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Xác định thành phần hóa học của dịch chiết dựa vào các phổ: hồng ngoại, GC-MS

- Xác định các chỉ số hóa lí: tỉ trọng; chỉ số khúc xạ; chỉ số axit, chỉ số este, chỉ số xà phòng hóa

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

5.1 Nghiên cứu lý thuyết

5.1.1 Cây gai xanh

- Đặc điểm sinh thái

- Thành phần hóa học

5.1.2 Các phương pháp chiết tách

- Chiết Soxhlet với các loại dung môi: phân cực, không phân cực

- Chưng cất lôi cuốn hơi nước

5.1.3 Phương pháp xác định thành phần hóa học và cấu trúc hợp chất hữu cơ

- Phương pháp sắc ký

- Phương pháp GC-MS

- Phương pháp HPLC

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân

5.1.4 Phương pháp xác định các chỉ tiêu vật lý –hóa lý

- Xác định độ ẩm toàn phần; tỉ trọng tinh dầu, chỉ số khúc xạ, chỉ số axit, chỉ số este, chỉ số xà phòng hóa

5.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Xử lý mẫu, áp dụng phương pháp phân hủy mẫu phân tích để khảo sát hàm lượng hữu cơ

- Chiết mẫu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Chiết mẫu bởi các dung môi H2O, CHCl3, n-C6H14

- Dùng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS để khảo sát bước sóng hấp thụ, dựa vào độ hấp thụ để nghiên cứu khảo sát tối ưu các điều kiện chiết

- Định tính dịch chiết trong các loại dung môi trên

- Phân lập các dịch chiết bằng các dung môi khác nhau như H2O, CHCl3, n-C6H14

- Dùng phương pháp sắc ký khối phổ để xác định thành phần hóa học và cấu trúc

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Cung cấp các thông tin khoa học về thành phần và cấu tạo một số hợp chất trong tinh dầu cây gai xanh

- Cung cấp các tư liệu về ứng dụng của tinh dầu gai xanh, giải thích một số công dụng của tinh dầu gai xanh trong thực tế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về cây gai xanh

Tên khác: Tầm xoọng, quýt gai, cam trời, độc lực, mền tên, tửu bính lặc

Tên khoa học: Severina Monophylla, thuộc họ cam Rutaceae

Phân bố: Cây mọc phổ biến ở miền Bắc và dọc theo duyên hải các tỉnh miền Trung

nước ta

Đặc điểm hình thái: Cây bụi nhỏ, nhiều cành, cao khoảng 0,8 – 1,5m Thân có gai

dài, lá tựa như lá chanh nhưng dày hơn, mọc so le và chứa nhiều tinh dầu Hoa màu trắng mọc thành chùm, dài 4cm Qủa hình cầu giống như quả quýt nhỏ, đường kính 1- 2,5cm, khi chín có màu đen.Toàn cây có tinh dầu thơm mùi quýt Quả xanh chứa chất nhầy Các bộ phận khác có vị đắng, the, mùi thơm, tính ấm, không độc

Công dụng: Ở nông thôn mỗi khi luộc ốc, người ta dùng gai của cây này để khêu ruột

ốc Vì loại gai này dài sắc và có độ cứng thích hợp Toàn cây được dùng làm thuốc

Theo y học cổ truyền, cây gai xanh là một cây thuốc nam với nhiều tác dụng quý như

điều trị: ho hen, viêm nhiễm và đặc biệt nó là 1 vị thuốc trong bài thuốc 4 vị điều trị

bệnh thận hư

Theo kinh nghiệm, cây này dùng tươi tốt hơn dùng khô Có thể dùng riêng hoặc phối hợp cùng những vị khác thành bài Hãy cùng khám phá 10 tác dụng của cây gai xanh đối với sức khỏe người sử dụng:

Rễ: thu hái quanh năm, tốt nhất là vào mùa thu, rửa sạch, rễ nhỏ để nguyên, rễ to

chỉ lấy vỏ

- Chữa phong thấp, đau xương, đau mình: rễ quýt gai 16g, phối hợp với thổ phục

linh 12g, ngưu tất 12g, thiên niên kiện 8g Tất cả thái nhỏ, phơi khô, ngâm với rượu trong nhiều ngày, càng lâu càng tốt Ngày uống 2 lần, mỗi lần 1 chén nhỏ Có thể nấu thành cao rồi pha rượu mà uống

- Chữa ho: rễ quýt gai 20g, vỏ cây dâu 10g, rễ hoặc lá cam thảo Nam 10g Ba thứ

thái mỏng, sắc với 400ml nước còn 100ml, uống làm 2 lần trong ngày

- Chữa đinh râu: rễ quýt gai và bã rượu (lượng 2 thứ bằng nhau) giã nhỏ, hơ

nóng, đắp hằng ngày

- Chữa đau răng, sâu răng: vỏ rễ quýt gai cắt nhỏ, nhai với muối, ngậm trong 5

phút, rồi nhổ nước

- Chữa kiết lỵ: vỏ, thân: quýt gai, vỏ quả lựu, vỏ quả chuối hột, rễ tầm xuân, mỗi

thứ 20g, búp ổi 10g, thái nhỏ, phơi khô, sắc uống trong ngày

Lá: thu hái khi cần, chỉ lấy lá non và lá bánh tẻ, lá chứa nhiều tinh dầu

- Chữa cảm, cúm, nhức đầu: lá quýt gai nấu với những loại lá thơm khác như sả,

cúc tần, đại bi, hương nhu, lá bưởi dùng xông cho ra mồ hôi

- Chữa sưng tấy, ứ huyết: lá quýt gai 40g, lá bạc thau 40g, trộn chung rồi chia

thành 2 phần bằng nhau, một phần đem phơi khô, sao vàng sắc uống Phần còn lại để tươi, giã đắp Dùng 3 - 4 ngày

- Chữa mụn rò lâu ngày có mủ: lá quýt gai 20g, lá chanh 20g, tinh tre 10g Tất cả

phơi khô, tán nhỏ, rây bột mịn, rắc và băng làm 1 - 2 lần trong ngày

- Chữa rắn cắn: lá quýt gai tươi, rửa sạch, giã nhỏ, thêm ít muối và một chén

nước đun sôi để nguội, chắt nước uống, dùng bã đắp (trong lúc chuyển bệnh nhân tới

cơ sở y tế)

- Thuốc giảm ho, tiêu đờm: Quả: chỉ dùng quả xanh còn chứa nhiều tinh dầu và

chất nhầy Lấy 8 - 16 quả quýt gai, trộn với một thìa cà phê đường kính hoặc mật ong,

ít muối ăn và 5g bồ hóng (loại bồ hóng đốt bằng củi, không dùng thứ đốt bằng than tổ ong hoặc các chất liệu khác) Đem hấp cơm trong 15 phút Lấy ra, nghiền nát, trộn đều Uống 2 - 3 lần trong ngày

1.2 Tổng quan tinh dầu

1.2.1 Vài nét chung về tinh dầu

Tinh dầu là một hỗn hợp nhiều chất dễ bay hơi, có mùi đặc trưng tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu cung cấp tinh dầu Phần lớn tinh dầu có nguồn gốc từ thực vật và số

ít từ động vật ( cầy hương, chồn hôi, cá voi, long diên hương…) Tinh dầu được ví như

là nhựa sống của cây, vì vậy đã mang sức sống, năng lượng và mạnh hơn 100 lần các loại thảo dược sấy khô Khác với hương liệu hóa học tổng hợp, tinh dầu thiên nhiên thường mau bay mùi và dễ dàng bị phân hủy bởi ánh sáng hoặc nhiệt độ do đó tinh dầu thường được đựng trong các chai màu tối ( thủy tinh trung tính hoặc chai nhựa HDPE) Tinh dầu được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp dược phẩm để làm thuốc, công nghiệp hóa mỹ phẩm như để làm nước hoa, mỹ phẩm, sữa tắm…, thêm hương liệu cho đồ uống và thực phẩm, sát trùng Ngoài ra tinh dầu còn là nguyên liệu để tách hoặc chuyển hóa hoặc tổng hợp nhiều chất thơm quan trọng được ứng

dụng rộng rãi trong công nghiệp

1.2.2 Phân loại tinh dầu

Tinh dầu có hai loại: tinh dầu nguyên chất và tinh dầu không nguyên chất

- Tinh dầu nguyên chất: hoàn toàn không có độc tố, không có chất bảo quản hóa học nên rất an toàn cho người sử dụng và mang lại kết quả nhanh khi điều trị

- Tinh dầu không nguyên chất: là tinh dầu được pha trộn với các loại dầu hoặc tinh dầu khác, các chất dẫn hương hoặc trong tinh dầu có lẫn các tạp chất

1.2.3 Tính chất vật lý

- Trạng thái tồn tại: Tinh dầu thường ở thể lỏng ở nhiệt độ thường Ngoài ra tinh

dầu rất dễ bay hơi nên tạo ra mùi đặc trưng

- Màu sắc: Hầu hết các loại tinh dầu đều trong, ngoại trừ một vài loại tinh dầu

như dầu cây hoắc hương, dầu cam… thì có màu vàng hoặc hổ phách.Nếu để tinh dầu

tiếp xúc với không khí trong thời gian dài có thể làm tinh dầu đổi màu do bị oxi hoá

- Tỉ trọng: Tinh dầu thường nhẹ hơn nước nhưng vẫn có một vài loại nặng hơn

nước như tinh dầu quế, đinh hương,…

- Tính tan: Tinh dầu thường không tan trong nước (thực ra là tan rất ít), tan tốt

trong các dung môi hữu cơ Tuy nhiên tinh dầu lại dễ bay hơi cùng với hơi nước Dựa vào tính chất này mà người ta thường tiến hành chiết tách tinh dầu bằng phương pháp

chưng cất lôi cuốn hơi nước, phương pháp chiết tách dung môi ít phổ biến hơn

- Về mùi: Tinh dầu là hỗn hợp của các chất hữu cơ có mùi thơm do đó mùi thơm

của tinh dầu chính là mùi thơm của những cấu tử tạo thành nhưng mùi của tinh dầu thường là mùi của cấu tử chiếm nhiều nhất trong đó Đa số tinh dầu có mùi thơm dễ

chịu nhưng vẫn có một vài loại có mùi hắc

- Chỉ số khúc xạ: Chỉ số khúc xạ của tinh dầu nói chung thường biến đổi từ 1,45

– 1,56

1.2.4 Tính chất hóa học

- Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng, không khí, nước, tinh dầu dễ bị oxi hóa

và có thể bị nhựa hóa một phần

- Ancol trong tinh dầu bị oxi hóa biến thành anđehit, anđehit biến thành axit

- Các hợp chất có nối đôi dễ bị oxi hóa hoặc tham gia vào phản ứng cộng hợp

- Các hợp chất xeton và anđehit dễ bị ancol hóa tạo nhựa khi có mặt của kiềm

- Nhiều thành phần có các nhóm chức khác nhau có thể tham gia các phản ứng hóa học, làm thay đổi tính chất của tinh dầu

1.2.5 Phân bố tinh dầu trong thiên nhiên

Các loại cây có tinh dầu được phân bố rộng trong thiên nhiên Trữ lượng tinh dầu trong cây phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng Cây mọc ở vùng nhiệt đới có hàm lượng tinh dầu nhiều hơn ở vùng ôn đới Ngay trong một cây, thành phần và lượng tinh dầu trong các bộ phận khác nhau cũng khác nhau Ngoài ra, lượng tinh dầu còn phụ thuộc vào môi trường sống của cây, phương pháp thu hoạch, bảo quản, tách chiết

Tinh dầu có nhiều trong họ long não, họ hoa môi, họ cam, họ sim, họ hoa tán… Tinh dầu có trong các bộ phận khác nhau của cây, như ở hoa (hồng, nhài, cam, chanh,…), ở lá (gai xanh, bạch đàn, bạc hà, hương nhu, …), ở quả và hạt (hồi, thông,…), ở vỏ cây (quế), ở rễ (gừng, nghệ, hương bài,…)

Trong cây, tinh dầu có thể ở dạng có sẵn hoặc chỉ tạo thành trong một điều kiện nhất định nào đó Khi đó, tinh dầu không phải là những bộ phận bình thường trong cây

mà chỉ xuất hiện trong những điều kiện nhất định khi một số bộ phận bị chết Ví dụ tinh dầu trong nhân hạt mơ, hạt đào, hạt cải và củ tỏi Tinh dầu hạt mơ, hạt đào (andehit benzoic) xuất hiện do tác dụng của men emulsin trên một heterozit gọi là amygdalin Tinh dầu hạt cải (bạch đới tử) xuất hiện do tác dụng của men myrosin trên một heterozit gọi là grozit Tinh dầu củ tỏi xuất hiện do tác dụng của men alliinnaza trên một chất không phải heterozit mà là một axit amin chứa sunfua là anillin cho một sunfoxyt gọi là allixin để cho chất đisunfua allyl

bên dưới lớp biểu bì Thường có ở các giống Citrus (Cam), eucalyptus (Khuynh

Diệp)…

- Ống tiết: cách tạo ra tinh dầu cũng giống như túi tiết nhưng nằm sâu trong phần

gỗ và chạy dài theo sớ gỗ, thường bắt gặp trong các giống Dipterocarpus(Chi Dầu),

Artemisia (Chi Ngải)…

1.2.7 Sơ lƣợc một số thành phần hóa học chủ yếu của tinh dầu

Tinh dầu thực vật là một hỗn hợp phức tạp của nhiều chất hữu cơ như

hidrocacbon, ancol, este, ete, andehit, xeton,… nhưng phần lớn và quan trọng hơn cả

là các hợp chất tecpen và dẫn xuất có oxi của chúng – tecpenoit Hai loại hợp chất này

là sản phẩm của quá trình trao đổi chất thứ cấp trong thực vật và cũng là chất chủ yếu

gây ra mùi của tinh dầu

- Tecpen là tên gọi nhóm hiđrocacbon không no thường có công thức chung

là (C5H8)n (n≥2), thường gặp trong giới thực vật

- Các dẫn xuất chứa oxi của tecpen như ancol tecpen, xeton, andehit tecpen hay

cacboxylic, este tecpen… lại được gọi là tecpenoit Chúng thường có mùi thơm hấp

dẫn hơn so với tecpen cũng loại

- Tecpen và tecpenoit đôi khi còn được gọi chung là isoprenoit bởi cấu tạo chung

của mạch cacbon của chúng chính là sự lắp ghép các mắt xích isoprene với nhau theo

trật tự “đầu nối đuôi”

Sau đây là một số hợp chất thường gặp trong tinh dầu

1.2.7.1 Hợp chất monotecpen

a Monotecpen mạch hở

Monotecpen do 2 đơn vị isopren ngưng tụ, tiêu biểu là Myrcenen và Ocimene

Myrcene α – ocimene β – ocimene

2

CH3

Các dẫn xuất thường gặp của chúng là linalol, geranilol, Citronelol, Citral

Linalol Geranilol Citronelol Citral

Linalol có trong tinh dầu hoa lan, hoa bưởi, hoa quýt… nó được dùng trong kỹ nghệ nước hoa dưới dạng nguyên hay dạng este axetat

Geranilol, Citronelol, Citral có trong tinh dầu hoa hồng, hoa bưởi, hoa chanh, trong tinh dầu sả cũng chứa nhiều Geranilol, Citronelol, Citral

b Monotecpen một vòng

Đa số monotecpen một vòng có bộ khung Cacbon dạng 1-metyl-4- izopropyl

xiclohexan

Monotecpen đơn vòng phổ biến hơn cả là limonene và dẫn xuất chứa oxi của nó

là menthone, menthol, piperitone, carvone

6 5 4

3 2

10

8 9

Limonene chứa trong tinh dầu hoa và vỏ quả quýt, Menthol có nhiều trong tinh dầu Bạc hà…

Pinene có trong nhiều loại tinh dầu, đặc biệt có nhiều trong tinh dầu thông Pinene tồn tại hai dạng đồng phân α và β

Camphene có nhiều trong tinh dầu họ cam, quýt, họ hoa trắc bạch và nhiều loại khác

Borneol là một ancol bậc (II) có nhiều trong tinh dầu long não Khi oxi hóa ta thu được camphor

Camphor là một xeton có nhiều trong tinh dầu thảo mộc

Farnensene Nerolidol Farnesol

Nerolidol có nhiều trong tinh dầu họ cam quýt, hoa hồng… nó được xem là nhân

tố cố định mùi của nước hoa

Farnesol có nhiều trong tự nhiên, đặc biệt nó có nhiều trong tinh dầu họ cam quýt

và có nhiều trong tinh dầu chiết từ một số loại côn trùng Với côn trùng ở kỳ động dục farnesol là một chất gây tình cảm mà côn trùng đực tiết ra để dẫn dụ côn trùng cái

- Ba vòng

α – Cedrene β - Cedrene

1.2.7.3 Hợp chất chứa nhân thơm

Trong tinh dầu có chứa các hợp chất chứa nhân thơm như: Safrol, Thymol, Eugenol,

Estragol, Andehit cuminic, Cumarin…

Safrol Thymol Eugenol

Estragol Andehit cuminic Cumarin

1.2.7.4 Các thành phần khác

Ngoài các thành phần kể trên trong tinh dầu còn chứa nhiều chất khác như: các aminoaxit (axit anthranilic), các hợp chất có lưu huỳnh (anlyl isosulfocyanate), hợp chất có nitơ (methyl anthranilate), có thể chứa dị vòng Furan, Thiofen…

Axit anthranilic Anlyl isosulfocyanate Methyl anthranilate

Tinh dầu chứa trong thực vật có thành phần không cố định mà luôn luôn thay đổi

theo hướng phát triển của cây cũng như ảnh hưởng của những yếu tố khác

a Nguyên liệu chế biến và bộ phận dùng để chế biến

Mỗi một loại cây tinh dầu, ở mỗi bộ phận chứa tinh dầu, có thành phần nhất định trong những điều kiện nhất định Cùng một giống nhưng khác loại, thành phần tinh dầu cũng khác nhau

Ví dụ : Trong Lavender vera cấu tử chính là linalyl axetat (30 - 60%), còn trong Lavende spica cấu tử chính lại là ximeol ( 46%)

Trong cùng một cây nhưng tinh dầu khai thác ở các bộ phận khác, hàm lượng và thành phần cũng khác nhau

Ví dụ: Quả hồi khô có hàm lượng tinh dầu là 13% và anetol chiếm 70 - 80% nhưng lá hồi hàm lượng tinh dầu chỉ 1- 2% và hàm lượng anetol khoảng 40 - 50%

b Phương pháp chế biến

Tùy thuộc vào phương pháp chế biến mà hàm lượng và thành phần tinh dầu cũng khác nhau

Tinh dầu nhận được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước nghèo cấu tử

so với tinh dầu trích ly bằng dung môi bay hơi vì khi chưng cất ở nhiệt độ cao, một số cấu tử bị phân hủy hoặc biến đổi, mặt khác một số cấu tử không bay hơi với hơi nước (sáp, nhựa thơm, chất béo) bị giữ lại Ngoài ra còn một số cấu tử hòa tan vào nước chưng

Ví dụ : Tinh dầu hoa hồng nhận được bằng phương pháp chưng cất 1% rượu phenyl etylic còn tinh dầu hoa hồng trích ly chứa 45% phenyl etylic

Tinh dầu hoa nhài trích ly hiệu suất tách thấp hơn 8 lần so với tách bằng phương pháp hấp thụ Trong tinh dầu hấp thụ còn có indol và methyl anthranylate mà tinh dầu trích ly không có

c Hướng phát triển của cây

Trong thời gian cây sinh trưởng thành phần tinh dầu chịu hàng loạt những biến đổi và chuyển hóa này có thể xác định một cách đúng đắn thời kỳ mà cây tích tụ được nhiều tinh dầu nhất và tinh dầu có chất lượng cao nhất để thu hoạch và chế biến

Quan sát và theo dõi sự phát triển của cây thấy rằng sự biến đổi và chu kỳ chuyển hóa hóa học của tinh dầu xảy ra trong những hướng phát triển của cây đều tuân theo những quy luật nhất định

Tinh dầu tạo thành trong cây không phải có một lượng cố định mà biến đổi liên tục theo hướng phát triển của cây Sự biến đổi này có xu hướng là càng ngày càng tích

tụ nhiều những hợp chất có chứa oxi

Trong các bộ phận khác nhau của cây, tinh dầu tạo thành và tích lũy không giống nhau mà luôn luôn chuyển hóa lẫn nhau

Ví dụ : Sự xuất hiện và biến đổi liên tục các cấu tử của tinh dầu mùi theo hướng phát triển của cây được ghi trong bảng như sau:

Bảng 1.1 Sự xuất hiện và biến đổi liên tục các cấu tử của tinh dầu mùi theo hướng

phát triển của cây

Tinh dầu trong hoa chiếm 90% andehyt, khi kết quả andehyt chuyển thành

linalol Khi quả chín hoàn toàn linalol sẽ chuyển thành tecpen 1 vòng là Limonen

Trong tinh dầu mùi cấu tử có giá trị là linalol Vì vậy để có được tinh dầu có chất lượng cao nên thu hoạch vào lúc quả chín sáp là tốt nhất Lúc này hàm lượng tinh dầu trong quả mùi là 1% và hàm lượnng linalol trong tinh dầu là 70 - 80% còn hàm lượng andehyt chỉ 1 -2 %

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tùy thuộc từng loại nguyên liệu và trạng thái của tinh dầu trong nguyên liệu 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 hóa lý: chưng cất và tẩm trích ( tẩm trích có thể dùng dung môi bay hơi hoặc dung môi không bay hơi)

* Phương pháp cơ học: dùng các quá trình cơ học để khai thác tinh dầu như ép, bào, nạo

* Phương pháp kết hợp: khai thác tinh dầu bằng cách kết hợp giữa quá trình hóa

lý và quá trình cơ học, hoặc sinh hóa (lên men) và cơ học, hoặc sinh hóa và hóa lý Ví

dụ, trong quả vani, tinh dầu ở dạng liên kết glucozit nên dùng enzym để thủy phân, phá hủy liên kết này rồi sau đó dùng phương pháp chưng cất (hóa lý) để lấy tinh dầu Sau đây ta sẽ cùng tìm hiểu một vài phương pháp phổ biến ly trích tinh dầu

2.1 Ép

a Nguyên tắc:

Phương pháp ép thường dành cho những nguồn giàu tinh dầu và dễ lấy Ví dụ lớp ngoài quả họ citrus: vỏ cam, chanh, quýt, bưởi, tắc.Tinh dầu họ loài này nhiều và chứa trong các túi (tế bào lớn)

b Quy trình:

Nguyên liệu vỏ phải tươi, vì khi đó tế bào ở cạnh túi tinh dầu còn căng, nên khi

ép túi tinh dầu sẽ vỡ ra, và tinh dầu dễ thoát ra ngoài

Vỏ tươi

ép

Huyền phù (tinh dầu + nước + mảnh tế bào)

1

Làm khan

Tách nước

Tướng lỏng

Bã rắn Lọc li tâm

Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Tinh dầu loại 2

Na 2 SO 4 khan

Nước

Khi ép, vừa ép vừa phun nước để giải nhiệt để bảo vệ tinh dầu và để kịp thời thu tinh dầu, vì với nước tưới này sẽ làm cho các tế bào tinh dầu phình ra, nên không thể hút tinh dầu ngoài vào được

Mặt khác, các tế bào quanh túi tinh dầu hút nước phình ra ép lên túi tinh dầu giúp túi dễ vỡ hơn và lúc túi tinh dầu vỡ tinh dầu không phun văng ra ngoài gây thất thoát

Để tách tinh dầu dễ dàng, có thể thêm vào dung dịch NaHCO3 2%, để hạn chế quá trình tạo dung dịch nhựa quả

Bã còn lại thường chứa khoảng 20-30% tinh dầu.Để lấy tinh dầu triệt để, phải thực hiện tiếp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước để lấy phần tinh dầu còn lại này (tinh dầu loại 2)

Tinh dầu có từ phương pháp ép cho sản phẩm có chất lượng cao hơn phương pháp lôi cuốn theo hơi nước vì phương pháp này hạn chế được tác dụng của nhiệt

2.2 Phương pháp chiết Soxhlet

a Dụng cụ

Gồm một bình cầu A đặt trong một bếp đun có thể điều chỉnh nhiệt độ Một bộ phận chứa mẫu bột dược liệu, gồm ba ống: Ống D có đương kính lớn, ở giữa để chứa bột dược liệu; ống B có đường kính trung bình để dẫn dung môi từ bình A bay lên đi vào ống D chứa bột dược liệu; ống E có đường kính nhỏ, là ống thông nhau để dẫn dung môi từ D trả lại bình cầu A Trên cao nhất là ống C ngưng hơi

Hình 2.1 Bộ chiết Soxhlet Hình 2.2 Bộ chiết Soxhlet

b Cách tiến hành

Bột dược liệu khô đựng trong một cái túi bằng giấy lọc được đặt trực tiếp trong ống D Lưu ý đặt vài viên bi thủy tinh dưới đáy ống D để tránh làm nghẹt lối ra vào của ống thông nhau E Rót dung môi đã lựa chon vào bình cầu bằng cách tháo hệ thống ở nút mài số 2, như thế dung môi sẽ thấm ướt bột dược liệu rồi mới chảy xuống bình cầu, ngang qua ngõ ống thông nhau E

Kiểm tra hệ thống kín, mở cho nước chảy hoàn lưu trong ống ngưng hơi Cắm bếp điện và điều chỉnh nhiệt sao cho dung môi trong bình cầu sôi nhẹ đều Dung môi tinh khiết khi được đun nóng sẽ bốc hơi lên cao, theo ống B lên cao hơn, rồi theo ống ngưng hơi để lên cao hơn nữa, tại đây hơi dung môi bị ống ngưng hơi làm lạnh, ngưng

tụ thành chất lỏng rớt xuống ống D đang chứa bột dược liệu Dung môi ngấm vào bột dược liệu và chiết những chất hữu cơ nào có thể hòa tan vào dung môi Theo quá trình đun nóng, lượng dung môi rơi vào ống D và đồng thời cũng dâng lên trong ống E Đến một mức cao nhất trong ống E, dung môi sẽ bị hút vào bình A, lực hút này sẽ rút lượng dung môi đang chứa trong ống D

Bếp vẫn tiếp tục đun và một quy trình mới vận chuyển dung môi theo như mô tả lúc đầu Các hợp chất được rút xuống bình cầu va nằm lại tại đó, chỉ có dung môi tinh khiết là được bốc hơi bay lên để tiếp tục quá trình chiết

Sau khi hoàn tất, lấy dung môi chiết ra khỏi bình cầu A, đuổi dung môi và thu được cao chiết

c Ưu nhược điểm của phương pháp chiết soxhlet

+ Trong quá trình chiết, các hợp chất chiết ra từ bột dược liệu được trữ lại trong bình cầu, nên chúng luôn bị đun nóng ở nhiệt độ sôi của dung môi vì thế hợp chất nào kém bền nhiệt dễ bị hư hại

+ Do toàn hệ thống của thiết bị đều bằng thủy tinh và gia công thủ công nên giá thành của một thiết bị khá cao Thiết bị bằng thủy tinh nên dễ vỡ, trong đó các bộ phận của máy, nhất là các nút mài được gia công thủ công nên chỉ cần làm bể một bộ phận nào

đó thì khó tìm được một bộ phận khác vừa khớp để thay thế

2.3 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

a Nguyên tắc chung

Phương pháp lôi cuốn tinh dầu bằng hơi nước dựa trên nguyên lý của quá trình chưng cất một hỗn hợp không tan lẫn vào nhau là nước và tinh dầu Khi hỗn hợp này được gia nhiệt, hai chất này dều bay hơi Nếu áp suất của nước cộng với áp suất của tinh dầu bằng với áp suất của môi trường, thì hỗn hợp sôi và tinh dầu được lấy ra cùng với hơi nước

Nguyên tắc của phương pháp này là theo định luật Raun:

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 Chưng cất lôi cuốn hơi nước không đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, nhưng có khả năng cất gần như triệt để tinh dầu có trong nguyên liệu Ngoài ra, phương pháp còn cho phép phân ly các cấu tử có trong tinh dầu thành những phần riêng biệt có độ tinh khiết cao hơn dựa vào sự khác biệt về tính chất bay hơi

b Các yếu tố ảnh hưởng chính trong quá trình chưng cất

* Sự khuếch tán

Khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa tinh dầu bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu

Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong 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 hòa tan vào lượng nước này Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết Đồng thời những hợp chất nào dễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước

Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong chưng cất phải sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh 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 dễ tan trong nước Nguyên liệu được làm vỡ vụn càng nhiều càng tốt, cần cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định nào đó để hơi nước có thể đi vào lớp này đồng đều và dễ dàng hơn

* Sự thủy giải

Những cấu phần este trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra axit và ancol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất lôi cuốn hơi nước phải thực hiện trong thời gian càng ngắn càng tốt

* Nhiệt độ

Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu Do đó, khi tiến hành chưng cất phải điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp với từng giai đoạn Sau khi cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết có thể dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) để chưng cất (nên thực hiện việc này ở giai đoạn cuối cùng của chưng cất) Tuy nhiên, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên ta phải hạn chế thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu

Các yếu tố trên đều có mối liên hệ lẫn nhau khi tăng nhiệt độ thì sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước cũng sẽ tăng nhưng sự phân hủy tinh dầu cũng sẽ tăng theo

c Cách tiến hành

Nguyên liệu được cho vào nồi cất Sau đó, cho chạy qua nguyên liệu một luồng hơi nước, hoặc cho nước trực tiếp vào nguyên liệu rồi đun sôi Hơi nước và hơi tinh dầu được kéo sang bình làm lạnh, đọng lại thành chất lỏng, chỉ một phần rất nhỏ tinh dầu tan trong nước Tiếp theo dùng một bình riêng gọi là florentin để gạn lấy tinh dầu