Nghiên cứu tách chiết và khảo sát thành phần hóa học sinh học của tinh dầu từ vỏ cam sành citrus reticulata x maxima

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước từ đó trích ly tinh dầu vỏ quả cam sành ở cách điều kiện tối ưu tiềm được để th

ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH

CAM SÀNH (CITRUS RETICULATA X MAXIMA)

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Công nghệ Hóa - Dược

CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ hóa học

Mã số công trình: ………

TÓM TẮT

Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi tận dụng vỏ quả cam sành, là phế phẩm bị loại bỏ trong quá trình tiêu thụ quả cam sành Vỏ quả cam sành được tách chiết bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước từ đó trích ly tinh dầu vỏ quả cam sành ở cách điều kiện tối ưu tiềm được để thu tinh dầu vỏ cam sành

Tiến hành xác định chỉ tiêu hóa lý (độ ẩm nguyên liệu, định lượng tinh dầu, tỷ trọng tinh dầu, chỉ số acid, savon hóa, ester, độ hòa tan ethanol) và xác định thành phần hóa học bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ GC/MS của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn (Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus

aureus) của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi

nước

Sau quá trình thực hiện nghiên cứu, chúng tôi thu được kết quả như sau: ghi nhận lại các thông số phù hợp cho quá trình trích ly tinh dầu vỏ cam sành bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu được hàm lượng tinh dầu nhiều nhất và từ

đó xác định các chỉ tiêu hóa lý, thành phần hóa học, hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu cam thu được

1.2.1 Những nét đặc trưng của tinh dầu 7

1.2.5 Một số phương pháp ly trích tinh dầu 14 1.2.6 Phương pháp xác định thành phần hoá học của tinh dầu 19

1.3 Thành phần hóa học của tinh dầu chi Citrus, cây cam sành 23 1.3.1 Sơ lược vài nét về tình hình khai thác 23

1.3.2 Những nghiên cứu hóa học về chi Citrus 25 1.4 Giới thiệu sơ lược về các chủng vi khuẩn chỉ thị 35

2.1 Địa điểm và thời gian tiến hành đề tài 41

2.2.1 Thiết bị, nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất 42 2.2.2 Tiến hành ly trích tinh dầu bằng phương pháp chưng cất

2.2.3 Khảo sát các yếu tố thể tích đến hàm lượng tinh dầu Cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi

2.2.5 Xác định một số chỉ tiêu hóa – lý của tinh dầu Cam 51 2.2.6 Xác định thành phần hóa học chính của tinh dầu Cam

2.2.7 Thử hoạt tính sinh học của tinh dầu Cam sành 54

3.1 Xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 58 3.1.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp

3.1.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu vỏ cam/nước chưng đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 59 3.1.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của nồng độ NaCl bổ sung vào nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 61 3.1.4 Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của thời gian ngâm NaCl bổ sung vào nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 62 3.1.5 Thí nghiệm 5: Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp

3.3 Xác định chỉ tiêu hóa lý của tinh dầu cam sành 65

3.3.4 Chỉ số hóa học của tinh dầu cam sành 67

3.4 Xác định thành phần hóa học của tinh dầu cam sành bằng

3.5 Xác định hoạt lực kháng khuẩn của tinh dầu cam sành thu được

3.5.1 Hoạt tính kháng Escherichia coli của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất hơi nước 71 3.5.2 Hoạt tính kháng Salmonella của tinh dầu cam sành của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất

3.5.3 Hoạt tính kháng Staphylococcus aureus của tinh dầu cam sành của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp

Phụ lục 6: Số liệu kháng E.coli của tinh dầu cam sành được xử lý bằng phần mền Statgraphics Centurion XV.I 4 Phụ lục 7: Số liệu kháng Staphylococcus aureus của tinh dầu cam sành được xử lý bằng phần mền Statgraphics Centurion XV.I 5 Phụ lục 8: Số liệu kháng Salmonella của tinh dầu cam sành được xử

lý bằng phần mền Statgraphics Centurion XV.I 5

PHỤ LỤC

CE-ED Capillary Electropherosis – electrochemical detection

(Phương pháp điên dị mao quản với phát hiện điện hoá) EMB Môi trường eosin methylene blue

NA Môi trường Nutrient Agar

NB Môi trường Nutrient Broth

CFU Colony Forming Units

DMSO Dimethyl sulfoxide

FAO FNP FAO Food and Nutrition Paper

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g cam sànhError! Bookmark not defined

Bảng 1.2 Số liệu sản xuất tinh dầu Citrus trên thế giới 25

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của tinh dầu lá cam, chanh, bưởi 26

Bảng 1.4 Thành phần hoá học của tinh dầu vỏ bởi Đoan Hùng (vết <

Bảng 1.5 Hàm lợng các chất có trong tinh dầu vỏ bởi Phúc Trạch (vết <

Bảng 1.6 Thành phần hoá học của tinh dầu vỏ cam được trổng ở nước ta 32

Bảng 1.7 Hàm lượng tương đối của một số chất thơm có trong tinh dầu

Bảng 1.8 Thành phần hoá học của tinh dầu vỏ quất Việt Nam (vết <

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tinh

dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 58

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu vỏ cam/nước chưng đến thể

hàm lượng dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl bổ sung vào nguyên liệu đến

hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian ngâm NaCl bổ sung vào nguyên liệu

đến hàm lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hàm lượng tinh dầu

cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 63

Bảng 3.6 Kết quả xác định độ ẩm nguyên liệu 65

Bảng 3.7 Kết quả xác định định lượng tinh dầu 66

Bảng 3.8 Kết quả xác định tỷ trọng tinh dầu cam sành 66

Bảng 3.9 Kết quả xác định chỉ số hóa học của tinh dầu 67

Bảng 3.10 Kết quả xác định độ hòa tan của tinh dầu cam sành trong

Bảng 3.11 Kết quả xác định thành phần hóa học (GC – MS) của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 68 Bảng 3.12 Kết quả thành phần hóa học tinh dầu cam của (Sikdar et al.,

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Đặc điểm hình thái của cây và quả cam sành 4

Hình 1.2 Một số loại tinh dầu thực vật hiện nay 7

Hình 1.8 Các phenol và etylphenol có trong tinh dầu 11

Hình 1.9 Các aldehyde tiêu biểu Error! Bookmark not defined.

Hình 1.12 Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước 15

Hình 1.13 Hệ thống máy Soxhlet Error! Bookmark not defined.

Hình 1.15 Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) 22

Hình 1.16 Ảnh hiển vi của Staphyllococcus aureus 36

Hình 1.18 vi khuẩn Salmonella (nhuộm màu đỏ) xâm nhập vào tế

Hình 2.1 Sơ đồ các bước tiến hành nghiên cứu thu nhận tinh dầu cam

sành bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 42

Hình 2.4 Vỏ ngoài quả cam sành cắt nhỏ 1cm2 45

Hình 2.5 Vỏ cam sành xay nhuyễn trong 3 phút 45

Hình 2.7 Sơ đồ các bước thực hiện ly trích tinh dầu Cam sành bằng

phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Error! Bookmark not defined.

Hình 2.8 Quy trình đánh giá hoạt lực kháng khuẩn của tinh dầuError! Bookmark not defined

Hình 3.1 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hàm

lượng tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn

Hình 3.2 Tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi

Hình 3.3 Biểu đồ kết quả xác định thành phần hóa học bằng GC – MS

Hình 3.7 Kết quả kháng Escherichia coli của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ở độ pha loãng khác nhau 73 Hình 3.8 Kết quả kháng Salmonella của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ở độ pha loãng khác nhau 75 Hình 3.9 Kết quả kháng Staphylococcus aureus của tinh dầu cam sành thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước ở độ pha loãng

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tinh dầu hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm,… Tinh dầu là nguồn hương liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên,

trong đó loại cây chứa tinh dầu nhiều và nổi bật nhất là giống Citrus họ Rutaceae,

với hàm lượng tinh dầu cao, có khoảng 90% d-Limonene, là một dung môi dùng trong nhiều hóa chất, là chất tẩy rửa thân thiện với môi trường, ít độc, ngăn ngừa bệnh hen suyễn và ung thư, trong các nghiên cứu gần đây còn cho thấy limonene còn có tác dụng tán sỏi, phá khối u,…

Ở nước ta, đặc biệt là vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long với điều kiện thiên nhiên nhiệt đới rất thuận lợi cho việc hình thành và phát triển các loại thực vật nói

chung và các giống Citrus họ Rutaceae (họ cam) nói riêng trong đó cây cam sành

được trồng khắp nơi Cây cam sành không chỉ là một loại cây ăn quả phổ biến mà còn là vị thuốc hay trong y học cổ truyền và kinh nghiệm dân gian Theo Đông y quả cam sành vị ngọt chua, tính ấm vào các kinh phế, vị, can Có công năng hóa đàm, trị ho, lý khí, giải uất, tiêu thực, giải rượu Vỏ cam có nhiều tác dụng như kháng khuẩn, giảm tress giúp ngủ ngon, trị đau đầu, khử mùi, trị đầy hơi, hạ đường huyết,… Tuy nhiên hiện nay vỏ cam sành vẫn còn bị xem là phụ phế phẩm nông nghiệp không có giá trị kinh tế và là nguồn rác thải hữu cơ gây ô nhiễm môi trường Nếu chúng ta có thể tận dụng vỏ quả cam sành để sản xuất tinh dầu ứng dụng trong đời sống thì ta sẽ giải được vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ cam gây ra và bên cạnh đó làm tăng giá trị kinh tế của cây cam sành nói chung

Các nghiên cứu về tinh dầu cam sành được thực hiện khá nhiều trên thới giới nhưng tại Việt Nam còn rất hạn chế, chủ yếu tập chung vào khảo sát các phương pháp ly trích tinh dầu cam sành Các nghiên cứu về thành phần hóa học của tinh dầu, các nghiên cứu về hoạt tính sinh học của tinh cam sành ít được quan tâm Việc nghiên cứu tách chiết tinh dầu, xác định tính chất lý hóa và hoạt tính sinh học của tinh dầu là việc làm cần thiết và có ý nghĩa quan trọng

Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tách chiết và khảo sát thành phần

hóa học, sinh học của tinh dầu từ vỏ cam sành (Citrus reticulata x maxima)”

2 Mục đích nghiên cứu

- Tìm ra điều kiện tối ưu trong quá trình sản xuất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Xác định thành phần hóa học trong tinh dầu cam sành

- Thử hoạt tính sinh học của tinh dầu cam sành

3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài:

- Tiến hành thực nghiệm ly trích tinh dầu vỏ trái cam sành bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu trong quá trình trích ly bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Xác định một số chỉ số hóa lý và thành phần hóa học của tinh dầu thu được

từ phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Định tính sơ bộ và xác định thành phần hóa học có trong tinh dầu bằng phương pháp GC-MS

- Thử hoạt tính sinh học về khả năng kháng khuẩn của tinh dầu trái cam sành thu được từ phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu chung về cây cam sành

Cam sành là một giống cây ăn quả thuộc chi Cam chanh có quả gần như quả cam, nguồn gốc xuất xứ: Hà Giang, Việt Nam, ở nước ta hiện trồng chủ yếu ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, như: Vĩnh Long, Tiền Giang, Cần Thơ, được gọi chung là cam sành Sài Gòn Quả cam sành rất dễ nhận ra nhờ lớp vỏ dày, sần sùi giống bề mặt mảnh sành và thường có màu lục nhạt (khi chín có sắc cam), các múi thịt có màu cam, thịt trái nhiều nước, hương vị chua ngọt, trọng lượng trung bình

275 gram/trái Chu kỳ khai thác 10 – 15 năm Phù hợp ăn tươi, chế biến và tiêu thụ nội địa (Morton, 1987)

Loài : Citrus reticulata x maxima

Cam sành được gắn nhiều tên khoa học khác nhau như Citrus nobilis, Citrus reticulata, hay Citrus sinensis, trên thực tế nó là giống lai tự nhiên: C reticulata x

C sinensis (tên tiếng Anh: king mandarin)

Thân, tán, lá: cây có tán cây hình dù, lá không eo, màu xanh đậm Cây cao 3 – 3,5 m, đường kính 3 – 4 m

Hoa, quả, hạt: Trái có dạng hình tròn, có đường kính 4 – 12 cm, bên trong có chứa 8 – 11 múi Trái có thịt mềm nhiều sơ đang chặt chẽ với nhau và nhiều hột có hạch cứng bao xung quanh, trọng lượng trung bình 235,9 g, vỏ màu xanh đến xanh vàng khi chín, sần và dầy 3 – 5 mm Tép màu vàng cam đậm, nhiều nước, vị ngọt chua, có mùi thơm (Nguyễn Hữu Đống và cộng sự, 2003)

Bảng Thành phần dinh dưỡng trong 100g cam sành

Hình 1.1 Đặc điểm hình thái của cây và quả cam sành

Trong quả cam tươi có nước chiếm 87,5 %, protein 0,9 %, carbohydrate 8,4 %, acid hữu cơ 1,3 %, cellulose 1,6 %, calcium 34 mg%, sắt 23 mg%, caroten 0,4 mg%, vitamin C 40 mg% Quả là nguồn vitamin C, có thể tới 150 mg trong 100 g dịch, hoặc 200 – 300 mg trong 100 g vỏ khô (Nguyễn Văn Lợi và cộng sự, 2004) Trong lá và vỏ quả xanh có l-stachydrin, hesperdin, aurantin, acid aurantinic, tinh dầu Cam rụng (petitgrain) Hoa chứa tinh dầu Cam (neroli) có limonen, linalol, geraniol Vỏ quả chứa tinh dầu mà thành phần chính là d-limonen (90%), decyclicaldehyd tạo nên mùi thơm, các alcol như linalool, dl-terpineol, alcol nonylic, còn có acid butyric, authranilat metyl và ester caprylic (Nguyễn Văn Lợi và cộng sự, 2004)

Acid glutamic mg 99

(Nguồn Nguyễn Công Khẩn và cộng sự, 2007)

Trị cảm lạnh: khi bị cảm lạnh, hãy uống một cốc nước cam nóng nó sẽ giúp cơ thể chúng ta giảm mệt mỏi và ngăn ngừa tình trạng sổ mũi

Trị viêm phế quản và hen suyễn: các bạn hãy pha nước cam nóng cùng với mật ong và muối để uống, rất có lợi đối với bệnh nhân viêm phế quản và hen suyễn Trị lão hoá da: nước ép trái cam có thể sử dụng như một loại nước tẩy trang, làm sạch da Vỏ quả cam được dùng tẩy da chết, tinh dầu trong vỏ cam sẽ làm da thêm mềm mại, lấy lại độ căng bóng do da hấp thụ được lượng tinh dầu trong vỏ cam, từ

đó nâng cao sức đề kháng cho làn da

Giữ tinh binh khỏe mạnh: một ngày một trái cam là đủ cho một nam giới có thể

để giữ tinh trùng của mình khỏe mạnh Ngoài ra, vitamin C, một chất chống oxy hóa trong trái cam giúp bảo vệ tinh trùng khỏi sự thiệt hại do yếu tố di truyền hoặc

dị tật bẩm sinh gây nên

Trị chứng táo bón: ăn hoặc uống nước cam vào bữa sáng liên tục trong vài ngày

sẽ giúp bạn khắc phục chứng táo bón rất hiệu quả Đồng thời, khi uống nước cam vào buổi sáng cũng sẽ mang lại cho bạn tinh thần phấn chấn để bắt đầu một ngày mới Buổi sáng cũng là thời điểm cơ thể hấp thu tốt nhất các canxi và các vitamin trong quả cam Không nên uống nước cam vào buổi tối vì sẽ gây ra chứng khó ngủ Trị viêm khớp: chất Carotene – tiền tố của vitamin A có tác dụng làm giảm cơn đau của viêm khớp và bệnh Gout

Xơ cứng động mạch: thường xuyên tiêu thụ vitamin C giúp kìm hãm sự phát triển của bệnh xơ cứng động mạch

Phòng, chống ung thư: một hợp chất có trong cam gọi là liminoid đã được tìm thấy để giúp chống lại ung thư miệng, da, phổi, núi đôi, dạ dày và ruột kết Ngoài

ra, các chất có trong cam cũng như là một chất chống oxy hóa tốt để bảo vệ các tế bào cơ thể

Giảm cholesterol: các synephrine alkaloid dưới vỏ cam có thể làm giảm sản xuất cholesterol ở gan

Bệnh tim: một lượng lớn chất flavonoid và vitamin C trong trái cam được biết tới

có khả năng làm giảm một nửa nguy cơ mắc bệnh tim mạch

Cao huyết áp: nghiên cứu đã chỉ ra rằng flavonoid trong trái cam có thể làm giảm bệnh huyết áp cao

Tăng cường hệ thống miễn dịch: nhiều vitamin C dồi dào trong trái cam giúp kích thích các tế bào màu trắng để chống lại nhiễm trùng, xây dựng một hệ thống miễn dịch tự nhiên tốt

Bảo vệ da: các anti-oxidant màu cam giúp bảo vệ làn da khỏi sự hư hại từ các gốc tự do để hạn chế và ngặn chặn quá trình lão hóa

Chống lại sự viêm nhiễm: sự dồi dào của chất polyphenol trong trái cam còn giúp bảo vệ chống lại sự viêm nhiễm do virus gây nên (Nguyễn Thượng Dong, 2006)

2.2 Giới thiệu chung về tinh dầu

Tinh dầu gồm nhiều hợp chất dễ bay hơi (chủ yếu là các terpene và các triterpenonit), có mùi đặc trưng tùy thuộc vào nguồn gốc cung cấp nguyên liệu tinh dầu Hệ thực vật có tinh dầu khoảng 3000 loài, trong đó có 150 – 200 loài có ý nghĩa công nghiệp

Hình 1.2 Một số loại tinh dầu thực vật hiện nay

Tinh dầu là hỗn hợp các chất hữu cơ tan lẫn vào nhau, có mùi đặc trưng Ở nhiệt

độ thường hầu hết tinh dầu ở thể lỏng, có khối lượng riêng bé hơn 1 (trừ một vài tinh dầu như quế, đinh hương,…), không tan trong nước hoặc tan rất ít, nhưng lại

hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ như alcol, ether, chất béo,… Tinh dầu bay hơi với hơi nước, có vị cay và ngọt, nóng bỏng và có tính sát trùng mạnh

Tinh dầu có hai loại: nguyên chất và tinh dầu hỗn hợp

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 xuất phát từ nhiều quốc gia Một trong các nhà cung cấp tinh dầu tại Việt Nam

là công ty Tinh Dầu Thiên Nhiên

Tinh dầu hỗn hợp được pha trộn với các loại tinh dầu khác nhau

Thành phần hóa học của tinh dầu gồm terpone và những dẫn xuất chứa oxi của terpene (như alcol, aldehyde, ceton, ether,…) Mặc dù có nhiều cấu tử như vậy nhưng thường một vài cấu tử chính có giá trị và có mùi đặc trưng cho tinh dầu đó Phương pháp phổ biến để tách tinh dầu từ cây cỏ là chưng cất bằng lôi cuốn hơi nước Nếu các chất trong tinh dầu bị phân hủy bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước thì người ta sử dụng phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ (ví dụ như ether dầu hỏa, benzene,…) Về mặt thực hành tinh dầu có thể xem như “một hỗn hợp thiên nhiên có mùi, phần lớn có nguồn gốc từ thực vật”, chỉ có một số ít nguồn gốc từ động vật Tinh dầu được phân bố rộng trong hệ thực vật, đặc biệt tập trung một số

họ như họ hoa tán, họ cúc, họ hoa môi, họ long não, họ sim, họ cam, họ gừng,… Tinh dầu được chiết từ mọi bộ phận của cây như cánh hoa, lá, cành, rễ, vỏ trái, hạt, vỏ cây,… Tinh dầu chứa trong thực vật có thành phần không ổn định Hàm lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch Trong các bộ phận của cây hàm lượng tinh dầu cũng khác nhau Cần phải hiểu biết như vậy để xác định thời gian thu hái cho hàm lượng tinh dầu nhiều nhất và chất lượng tốt nhất Tinh dầu là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động sống của cây (Trần Thị Ngọc Anh, 2011)

Trong thực vật tinh dầu được tạo ra và tích lũy trong các mô Hình dạng các mô này thay đổi tùy theo vị trí của chúng trong cây Những mô này có thể hiện diện ở tất cả các bộ phận của cây như rễ, thân, lá, hoa và cả trái,… với những tên gọi khác nhau như:

Tế bào tiết: tinh dầu được tiết ra rồi chúng được giữ trong tế bào (mô tiết) ví dụ trong cánh hoa hồng, trong củ gừng,…

Lông tiết: cũng là tế bào tiết nhưng nằm nhô ra ngoài thực vật, thường bắt gặp ở các loài hoa môi, cúc, cà,…

Túi tiết: tế bào tiết ra tinh dầu nhưng không chứa lại bên trong mà dốn chung chứa vào một xoan trống, tạo ra bởi cơ chế ly bào hay tiêu bào Túi tiết thường nằm

bên dưới lớp biểu bì Thường có ở các giống Cirtrus, Eucalyptus,…

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 Dipterocarpi,

Artemisia,… (Đỗ Tất Lợi, 1985)

Phần lớn tinh dầu là hỗn hợp của nhiều hoạt chất với những tỷ lệ thay đổi (cũng

có một số tinh dầu chỉ có chứa một hợp hợp chất nhất như tinh dầu hạt mơ, hạt đào, hạt cải) Thành phần quan trọng nhất (về phương diện thơm) chỉ ở một tỷ lệ rất thấp

Một số hợp chất chính thường gặp trong thành phần tinh dầu (Lê Văn Đăng, 2005):

Hydrocarbon: các hydrocarbon thường gặp trong tinh dầu là những terpene (C10H16)n mạch hở hoặc vòng

Monoterpene (n = 1):

Các monoterpene mạch hở: tiêu biểu là miaxene, oximene, có trong tinh dầu hoa nguyệt quế

Hình 1.3 Monoterpene mạch hở

Các dẫn xuất chứa oxy của chúng là linalool, geraniol, citronelol,…

Các monoterpene một vòng: phổ biến là limonene

Hình 1.4 Monoterpene một vòng

Các dẫn xuất chứa oxy của chúng là menthol, piperitol, carvon,…

Các monoterpene hai vòng: tiêu biểu là pinene, camphene

Hình 1.5 Monoterpene hai vòng

Sesquiterpene (n=1,5): Các sesquiterpene mạch thẳng và vòng tiêu biểu là farnesene, gingiberene, humulen, α −santalene, β − santalene

Hình 1.6 Sesquierpene mạch thẳng

Các dẫn xuất chứa oxy của sesquiterpene có farnesol, nerolidol,…

Ancol: một số ancol quan trọng trích từ tinh dầu thường gặp như: menthol, boneol, terpineol, geraniol,…

Hình Các aldehyde tiêu biểu

Hình 1.7 Các alcol thường gặp

Phenol và etylphenol: một số chất phemol trích từ các loại tinh dầu như: thymol, estragol, eugenol,…

Hình 1.8 Các phenol và etylphenol có trong tinh dầu

Aldehyde: trong tinh dầu có rất nhiều aldehyde, song hiện nay các aldehyde đều thu được qua tổng hợp hóa học Chỉ có aldehyde như aldehyde cuminic, citral và citronellal được ly trích từ nguyên liệu tự nhiên

Ester: các ester bốc hơi nhanh và tạo độ ngát cho hương Một số ester có trong tinh dầu: etyl anthranilate, benzyl acetate,…

Hình 1.10 Các ester có mặt trong tinh dầu

Các hợp chất khác: ngoài các hợp chất nói trên, trong các loại tinh dầu còn có các hợp chất như eucalyptol, các amino acid (acid antranilic), các lactone (coumarin, ambretolit), các hợp chất có lưu huỳnh (anlyl isosulfocyannat), hợp chất có nitrogen (metyl antranilate) (Lê Văn Đăng, 2005)

Đa số tinh dầu không có màu hoặc màu vàng nhạt, một số tinh dầu có màu, như tinh dầu quế có màu nâu sẫm, tinh dầu thymus có màu đỏ Tinh dầu thường có vị cay và hắc Tỷ trọng của tinh dầu thường khoảng 0,80 – 0,95, có một số tinh dầu nặng hơn nước như tinh dầu đinh hương, tinh dầu quế

Tỷ trọng thay đổi theo thành phần hóa học Nếu tinh dầu có thành phần chủ yếu

là hydrocarbon tecpenic thì tỷ trọng thấp, tinh dầu có hợp chất chứa oxi hoặc nhân thơm thì tỷ trọng cao hơn

Tinh dầu thường có chỉ số khúc xạ vào khoảng 1,45 – 1,56 Chỉ số khúc xạ cao hay thấp tùy theo thành phần các chất chứa trong tinh dầu là no, không no hoặc nhân thơm Nếu trong tinh dầu có nhiều thành phần có nhiều nối đôi thì có chỉ số khúc xạ cao Chỉ số khúc xạ bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ Khi đo chỉ số khúc

xạ ở những nhiệt độ khác nhau thì cho kết quả khác nhau, nhiệt độ càng lớn thì chỉ

số khúc xạ biến thiên theo hướng giảm và ngược lại

Góc quay cực (α)D của tinh dầu thể hiện khả năng hòa tan của tinh dầu trong các loại dung môi, nếu (α)D càng lớn thì có thể hòa tan tốt trong dung môi phân cực, ngược lại (α)D càng bé thì có thể hòa tan tốt trong dung môi không phân cực Nhiệt

độ ảnh hưởng tới góc quay cực, nhiệt độ khi đo góc quay cực tăng thì góc quay cực cũng tăng theo và ngược lại

Vì tinh dầu là hỗn hợp nên không có nhiệt độ sôi nhất định Điểm sôi của tinh dầu thay đổi tùy theo thành phần hợp chất Ví dụ, hợp chất terpene có điểm sôi là

150 – 160oC, hợp chất sesquiterpene có điểm sôi cao hơn khoảng 250 – 280oC, còn các hợp chất polyterpene có điểm sôi trên 300oC Từ đó, ta có thể tách riêng các thành phần khác nhau trong tinh dầu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn Khi

hạ nhiệt độ một số tinh dầu có thể kết tinh như tinh dầu hồi, tinh dầu bạc hà, tinh dầu xá xị,… (Lê Ngọc Thạch, 2003)

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

và có thể bị nhựa hóa một phần Alcol trong tinh dầu bị oxi hóa biến thành aldehyde, anđehit biến thành acid

Các hợp chất có nối đôi dễ bị oxy hóa hoặc tham gia vào phản ứng cộng hợp Các hợp chất ceton và aldehyde dễ bị alcol 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 (Lê Ngọc Thạch, 2003)

- Vắt ép: ngâm nguyên liệu vào nước thường hoặc nước muối 5% Vớt nguyên liệu ra, vắt cho tinh dầu tuôn ra, rồi thấm phần tinh dầu này bằng miếng bông hoặc bọt bể, vắt ráo miếng bông để lấy tinh dầu ra rồi tiếp tục thao tác như trên Sau cùng tách nước làm khan và lọc sạch (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007)

- Nạo xát: dùng một phểu bằng đồng, mặt trong có các gai nhỏ, dùng nguyên liệu xát lên mặt phễu làm cho các túi dầu vở ra Tách nước, làm khan, thu

lấy tinh dầu (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007)

- Ép: vừa ép nguyên liệu vừa phun nước muối 10% để tinh dầu dễ trôi ra và đồng thời khi ngưng ép, tinh dầu không bị ép trở lại xác Đem dung dịch li tâm hoặc lắng gạn để thu phần tinh dầu Các phương pháp cơ học này, có ưu điểm là tinh dầu có mùi thơm tự nhiên do không dùng đến sức nóng và dung môi, nhược điểm là tốn nhiều nhân công và đòi hỏi cây trồng tập trung, hiệu suất không cao, tinh dầu lấy ra không triệt để, do đó phải dùng phương pháp khác để lấy lượng tinh dầu còn lại(Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007)

Hình 1.11 Máy ép tinh dầu

Phương pháp này phải dùng một số dung môi thích hợp như ethanol, ether dầu hỏa dễ hòa tan tinh dầu có trong nguyên liệu

Cho nguyên liệu vào bình có nút kín, thêm dung dịch vào ngâm Trong thời gian ngâm thỉnh thoảng lắc bình cho đều, sau đó lọc và ép Ta sẽ có dung dịch mùi của nguyên liệu thiên nhiên Với loại tinh dầu này ta có thể pha chế nước hoa, kẹo, bánh,…

Ưu điểm là thu được tinh dầu có mùi thơm tự nhiên, có hiệu suất cao

Nhược điểm phương pháp này là không mang tính kinh tế, dung dịch ethanol thu được thường có lẫn màu xanh của diệp lục tố nên khi pha kẹo hoặc nước uống màu sắc cũng bị ảnh hưởng (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2007)

Hình 1.12 Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước

(Chú thích cho hình: 1 Bình cấp hơi nước; 2 Bình chứa nguyên liệu chưng cất;

3 Lớp tinh dầu; 4 Lớp nước)

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

Phương pháp này có ưu điểm về năng lượng do nhiệt độ sôi của hỗn hợp thấp hơn nhiệt độ sôi của nước (100oC) trong khi nhiệt độ sôi của tinh dầu lớn hơn 100oC

ở áp suất khí quyển Ví dụ, khi chưng cất lôi cuốn tinh dầu thông bằng hơi nước ở

áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của dầu thông là 158oC nhưng nhiệt độ sôi của hỗn hợp khoảng 95oC

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 (Lê Thị Ngọc Duyên, 2011)

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 esters trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra acid và alcol 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

Những ưu nhược điểm chung của phương pháp chưng cất:

Ưu điểm:

- Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, qui trình sản xuất đơn giản,

- Trong quá trình chưng cất, có thể phân chia các cấu tử trong hỗn hợp bằng cách ngưng tụ từng phần theo thời gian,

- Thời gian chưng cất tương đối nhanh, nếu thực hiện gián đoạn chỉ cần 5 –

10 giờ, nếu liên tục thì 1 giờ đến 2 giờ 30 phút

- Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao

Nhược điểm:

- Không áp dụng phương pháp chưng cất vào những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp vì thời gian chưng cất sẽ kéo dài, tốn rất nhiều hơi và nước ngưng tụ

- Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủy phân

- Không có khả năng tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi trong thành phần của nguyên liệu ban đầu mà những thành phần này rất cần thiết vì chúng có tính chất định hương rất cao như sáp, nhựa thơm,

- Tiêu tốn một lượng nước khá lớn để làm ngưng tụ hỗn hợp hơi

- Khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật (nhiệt độ, áp suất), thời gian chưng cất kéo dài

- Nguyên liệu dễ bị cháy, khét, do bị thiếu nước, bị dính vào thiết bị (Lê Thị Ngọc Duyên, 2011)

Một số phân tử, trong đó có nước, phân chia điện tích trong phân tử một cách bất đối xứng Do đó, khi đặt trong điện trường một chiều, các phân tử này chuyển động như những lưỡng cực định hướng theo chiều của điện trường Nếu là điện trường xoay chiều, thì sự định hướng của các lưỡng cực sẽ thay đổi theo chiều của điện trường đó

Phân tử nước có độ phân cực lớn, nên nước là một chất rất lý tưởng để đun nóng bằng vi sóng Vi sóng được áp dụng trong hóa học chủ yếu là khai thác hiện tượng làm nóng lên của vật chất Những phân tử này có lưỡng cực định hướng theo chiều của từ trường, nên điện xoay chiều có tần số cao sẽ gây một xáo động rất lớn lên các phân tử trên khiến chúng bị ma sát mạnh, đây chính là sự nóng lên của vật chất Tóm lại: vi sóng cung cấp một phương pháp duy nhất về sự đun nóng không dùng sự truyền nhiệt bình thường, tức là sức nóng đi từ bề mặt của vật chất vào bên trong, làm nóng vật chất từ bên trong nó Sự đun nóng này rất hiệu quả, thời gian

Hình Hệ thống máy

Soxhlet

nhanh và đặc biệt bảo vệ được các hợp chất dễ bị phân hủy nhiệt (Phạm Thành Quân, 2006)

Ứng dụng của vi sóng vào ly trích tinh dầu thực vật:

Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra Tinh dầu thoát ra bên ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước) hoặc hòa tan vào dung môi hữu cơ đang bao phủ bên ngoài nguyên liệu (Phạm Thành Quân, 2006)

Hệ thống máy Soxhlet gồm ba bộ phận chính được nối với nhau là: bình cầu chứa dung môi được nung trên bếp điện có thể điều chỉnh nhiệt độ; phần ở giữa là bộ phận chứa mẫu, bộ phận này gồm ba ống thủy tinh thông với nhau; phần trên cùng là hệ thống ngưng tựu hơi

Mẫu được cho vào túi và để vào ống D Sau đó cho dung môi vào, dung môi sẽ thấm ướt mẫu rồi chạy xuống bình cầu theo ống thông nhau E Lưu ý để dung môi vào bình cầu không được quá 2/3 thể tích bình Lúc này mở nước chảy hoàn lưu và tiến hành đun Hơi dung môi bốc lên sẽ theo ống

B, gặp lạnh hơi sẽ bi ngưng tựu xuống ống D Dung môi thấm vào mẫu và chiết những chất hữu cơ nào có thể hòa tan vào dung môi Khi dung môi ngưng tựu đến mức cao nhất

trong ống E thì toàn bộ dung môi bị rút hết xuống bình cầu Các chất được hút xuống nằm lại tại đó và chỉ có dung môi bay hơi lên để tiếp tục quá trình chiết Sau khi hoàn tất đuổi dung môi ta thu được dịch chiết (Tôn Long Dày, 2013)

2.2.6 Phương pháp xác định thành phần hoá học của tinh dầu

Bản chất của phơng pháp sắc ký khí

Sắc ký khí được dùng để chia tách các hỗn hợp của hóa chất ra các phần riêng lẻ, mỗi phần có một giá trị riêng biệt Trong sắc ký khí (GC) chia tách xuất hiện khi mẫu bơm vào pha động Trong sắc ký lỏng (LC) pha động là một dung môi hữu cơ, còn trong GC pha động là một khí trơ gống như helium Pha động mang hỗn hợp mẫu đi qua pha tĩnh, pha tĩnh được sử dụng là các hóa chất, hóa chất này có độ nhạy

và hấp thụ thành phần hỗn hợp trong mẫu

Thành phần hỗn hợp trong pha động tương tác với pha tĩnh, mỗi hợp chất trong hỗn hợp tương tác với một tỷ lệ khác nhau, hợp chất tương tác nhanh sẽ thoát ra khỏi cột trước và hợp chất tương tác chậm sẽ ra khỏi cột sau Đó là đặc trưng cơ bản của pha động và pha tĩnh, hơn nữa quá trình chia tách có thể xảy ra bởi sự thay đổi nhiệt độ của pha tĩnh hoặc là áp suất của pha động

Cột trong GC được làm bằng thủy tinh, inox hoặc thép không rỉ có kích thước, kích cỡ rất đa dạng Cột của GC dài có thể là 25m, 30m, 50m, 100m và có đường kính rất nhỏ, bên trong đường kính được tránh bằng một lớp polimer đặc biệt nhưphenyl 5% + dimetylsiloxane polymer 95%), đường kính cột thường rất nhỏ giống như là một ống mao dẫn Thông thường cột được sử dụng là semivolatile, hợp chất hữu cơ không phân cực như PAHs, các chất trong hỗn hợp được phân tích bằng cách chạy dọc theo cột này

Một chất chia tách, rửa giải phóng đi ra khỏi cột và đi vào đầu dò Đầu dò có khả năng tạo ra một tín hiệu bất kỳ lúc nào, khi phát hiện ra chất cần phân tích Tín hiệu này phát ra từ máy tính, thời gian từ khi bơm mẫu đến khi rửa giải gọi là thời gian lưu (TR)

Trong khi các thiết bị chạy, máy sẽ đưa ra các biểu đồ từ các tín hiệu Đây gọi là sắc đồ, mỗi một peak trong sắc đồ sẽ miêu tả một tín hiệu tạo nên khi chất giải hấp

từ cột sắc ký và đi vào đầu dò detector, trục hoành biểu diễn thời gian lưu và trục tung biểu diễn cường độ của tín hiệu, trong hình 1 mỗi đỉnh (peak) biểu diễn một chất riêng lẻ, chất này được tách từ hỗn hợp mẫu phân tích, peak có thời gian lưu (TR) 4,97 phút là dodecane, 6,36 phút là biphenyl, 7,64 phút là chlolobiphenyl, 9,41 phút là hexadecanoic acid methyl ester

Nếu trong cùng điều kiện sắc ký như nhiệt độ, loại cột… gống nhau thì cùng chất luôn có thời gian lưu giống nhau, khi biết thời gian lưu của hợp chất thì chúng ta có thể chấp nhận được độ nhạy của nó Tuy nhiên, chất có tính chất giống nhau thì thường có thời gian lưu giống nhau.

Hình 1.14 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

Hai bộ phận quan trọng nhất của thiết bị sắc ký khí là hệ thống cột tách (5) và detector (6) Nhờ có khí mang được chất trong bình bơm (1), mẫu từ buồng bay hơi được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt, quá trình sắc ký xảy ra ở đây Sau khi rời bỏ cột tách tại các thời điểm khác nhau Các cấu tử lần lượt vào detector tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu, tín hiệu này được khuếch đại ở bộ phận (7) rồi, hoặc chuyển sang bộ phận ghi (8) ở loại máy đơn giản hoặc chuyển sang tích phân kế có gắn máy tính (9) các tín hiệu được xử lý rồi chuyển sang bộ phân kết quả (loại máy hiện đại) (Phạm Thanh Hiền, 2008)

Ưu điểm của phương pháp

- Phương pháp sắc ký khí dùng để tách các hợp chất có thể bay hơi ở nhiệt độ cao mà không bị phân huỷ kết quả phân tích Sắc ký khí có thể cung cấp nhiều kết luận bổ ích về cấu trúc của các hợp chất

- Phương pháp sắc ký khí cho phép phân tích định tính và định lượng nhanh chóng các thành phần cũng như thực hiện việc tách điều chế các hỗn hợp chất

- Khả năng tách của phương pháp sắc ký khí tốt, nhanh Nó có thể tách nhiều hỗn hợp mà các kỹ thuật khác (sắc ký cột, sắc ký lớp mỏng, cất phân đoạn) không giải quyết được

- Kỹ thuật tương đối đơn giản, dễ vận hành, cho kết quả nhanh Độ nhạy của sắc ký khí cao Các máy thông thường có thể xác định được đến 0,01% chất thử Với loại máy tinh vi hơn có thể phân tích với lượng một phân tử gam

Khối phổ được dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu trúc của nó Khi giải hấp các hợp chất riêng lẻ từ cột sắc ký, chúng đi vào đầu dò có dòng điện ion hóa (mass spectrometry) Khi đó, chúng sẽ đi vào các luồng, bị vỡ thành những mảnh vụn, những mảnh vụn này có thể lớn hoặc nhỏ;

Những mảnh vụn thực tế là các vật mang điện hay còn gọi là ion, điều này là quan trọng bởi vì các hạt cần ở trạng thái tích điện thì mới đi qua được bộ lọc Các khối nhỏ chắc chắn, khối của mảnh vỡ được chia bởi các vật mang gọi là tỉ lệ vật mang khối (M/Z);

Hầu hết các mảnh vụn có điện tích là +1, M/Z thường miêu tả các phân tử nặng của mảnh vụn Nhóm gồm có 4 nam châm điện gọi là tứ cực (quadrapole), tiêu điểm của các mảnh vụn đi xuyên qua các khe hở và đi vào đầu dò detector, tứ cự được thành lập bởi phần mền chương trình và hướng các mảnh vụn đi vào các khe của khối phổ

Phân tích kết quả

Máy tính sẽ ghi lại các biểu đồ của mỗi lần quét Trục hoành biểu diễn tỉ lệ M/Z còn trục tung biểu diễn cường độ tín hiệu của mỗi mảnh vụn được quét bởi đầu dò detector Đây là đồ thị của số khối Làm thế nào để phân tích các kết quả từ máy tính Trục X là khối lượng còn trục Y là số lượng Mỗi hóa chất chỉ tạo ra một mô hình duy nhất, nói cách khác mỗi chất có một “dấu vân tay” để nhận dạng, dựa trên

mô hình ion của nó

Các nhà nghiên cứu có thể so sánh khối phổ thu được trong thí nghiệm của họ với một thư viện khối phổ của các chất đã được xác đinh trước Việc này có thể giúp họ định danh được chất đó (nếu phép so sánh tìm được kết quả tương ứng) hoặc là cơ sở để đăng ký một chất mới (nếu phép so sánh không tìm được kết quả tương ứng) (Phạm Thanh Hiền, 2008)

Hình 1.15 Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS)

Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS) có thể phân tích các hỗn hợp hóa chất phức tạp như không khí, nước…Nếu trong mẫu có một chất lạ xuất hiện, khối phổ có thể nhận dạng cấu trúc hóa học độc nhất của nó (giống như việc lấy dấu vân tay) Cấu trúc của chất này sau đó được so sánh với một thư viện cấu trúc các chất đã biết Nếu không tìm ra được chất tương ứng trong thư viện thì nhà nghiên cứu, có thể dựa trên cấu trúc mới tìm được để phát triển các ý tưởng về cấu trúc hóa học Nói cách khác, nhà nghiên cứu thu được 1 dữ liệu mới và có thể đóng góp vào thư viện cấu trúc nói trên, sau khi tiến hành thêm các biện pháp để xác định chính xác loại hợp chất mới này

Khi GC kết hợp với MS, nó sẽ trở thành 1 máy phân tích đa năng, các nhà nghiên cứu hóa học có thể hòa tan hỗn hợp các hợp chất hữu cơ, tách chiết và bơm vào máy để nhận dạng chúng, hơn nữa các nhà nghiên cứu cũng xác định nồng độ của mỗi thành phần hóa chất (Phạm Thanh Hiền, 2008)

Ứng dụng của phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ:

- Xác định công thức phân tử, dựa vào cường độ tương đối của ion phân tử đồng vị xuất hiện trong phổ đồ

- Xác định công thức cấu tạo: dựa vào giá trị m/e, cường độ tương đối của các ion phân tử cũng như ion mảng

- Định lượng thành phần nguyên tố của ion cần xác định

Tinh dầu chiết được thường được tinh chế bằng chưng cất phân đoạn hoặc bằng phương pháp hóa học để loại những thành phần khó chịu (amin, furfuran) chất gây

kích ứng (aldehyde) Đôi khi người ta loại những chất không no khó bảo quản và gây kích ứng đối với da người

Tinh dầu rất dễ bị biến chất Sự biến chất của tinh dầu là do ở các điều kiện như nhiệt độ, hơi nước, ánh sáng và không khí cao tinh dầu bị oxy hóa thành chất nhựa (rezine), do sự thủy phân các ester và do tác dụng giữa những gốc với nhau

Vì thế nguyên liệu để chiết tinh dầu phải tươi và được đựng trong túi màu đen để tránh tác dụng của ánh sáng và tinh dầu chiết được phải được loại bỏ hết nước, bảo quản nơi tối trong chai lọ, bình thể tích nhỏ

2.3.1 Sơ lược vài nét về tình hình khai thác

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về tinh dầu chi Citrus Nhiều nước đã cất tinh dầu chi Citrus như Ấn Độ, Mỹ, Italia, Nhật Bản, Tây Ban Nha Người Nhật Bản đã cất tinh dầu vỏ quả gần giống như Citrus nobilis là một loại

quả mùa đông phổ biến Vỏ quả đem phơi khô chừng 2 – 3 ngày rồi chưng cất bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước Hiệu suất đạt 0,3 – 0,31% Hàng năm ở Nhât Bản sản lượng tinh dầu cam chưng cất được khoảng 10 – 15 tấn Trong khi đó tại miền đông Ấn Độ vỏ cam cho hiệu suất tinh dầu là 2 – 3% có chất lượng tốt

Ở Mỹ, tinh dầu cam ngọt Califonia chưng cất bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước cho hiệu suất 2,3% đối với vỏ tươi và có các hằng số hoá lý đặc trưng

Ở Ai Cập, tinh dầu cam đắng có hàm lượng aldehyde khoảng 1,4%, còn đối với tinh dầu cam chanh thì hàm lượng andehit khoảng 1,8 – 4,3%

Tinh dầu hoa Citrus cũng đợc khai thác từ lâu và được sử dụng rất rộng rãi trong

công nghiệp hương liệu và thực phẩm

Ở Pháp hoa cam từ khắp các miền đã được tập trung về các nhà máy vùng Grasse vallauric Le Bar và Sullands, hàng năm sản xuất một lượng khoảng 1000 kg tinh dầu neroli

Ở Ý, bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước thì cứ 1000 kg hoa cho một

kg tinh dầu neroli

Ở Tây Ban Nha tinh dầu neroli được sản xuất chủ yếu ở Sevile bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nớc Cũng giống như ở Pháp, cứ 1000 kg hoa thu đợc

800 g tinh dầu và 1000 l nước hoa cam Đặc điểm lý hoá của tinh dầu neroli này gần

giống với tinh dầu neroli ở pháp, nhưng chỉ số ester và tỷ trọng thờng cao hơn, chứng tỏ có lẫn ít lá non khi chưng cất

Algeria là nước có khí hậu phù hợp cho sự phát triển cây cam đắng, chủ yếu ở các vùng Mitudja Plain, xung quanh Bonifacib Algeria trở thành nước đứng đầu trong việc sản xuất tinh dầu neroli Tinh dầu này mùi rất dễ chịu như tinh dầu neroli của Pháp

Ở Tuynidi, bắt đầu công nghiệp sản xuất tinh dầu neroli bằng việc thu lượm hoa trong các vườn nhỏ hoặc mua ở chợ về chưng cất lấy nước thơm, sau phát triển lên quy mô lớn Năm 1945 thu hoạch khoảng 200.000 kg hoa tương ứng 200 kg tinh dầu

Chất lượng của nước thơm hoa cam được đánh giá chủ yếu bằng cảm quan và một vài tính chất hóa lý Tinh dầu chiết bằng ether từ nước thơm cho ra sản phẩm

có các thông số sau:

Hiệu suất thu tinh dầu: 0,026 – 0,035%

Chỉ số acid (acid acetic): 0,05%

Hàm lượng acetyl anthranilate: 0,02 – 0,05%

Tinh dầu chiết bằng ether có giá trị vì nó mang lại mùi thơm đậm đà và giảm bớt dung tích, rất thuận tiên cho việc vận chuyển.Thay vì phải vận chuyển một lượng

3000 – 3500 l thì chỉ còn phải vận chuyển có 1 kg

Tinh dầu Citrus được sản xuất và tiêu dùng từ lâu trên thế giới trong công nghiệp

thực phẩm và hương liệu Sau đây là một số dẫn liệu về việc sản xuất tinh dầu

Citrus trên thế giới trong những năm gần đây:

Bảng 1.2 Số liệu sản xuất tinh dầu Citrus trên thế giới

USD)

Vỏ chanh (Citrus limon L Burnf) 2158 21,6.106

(Nguồn Lưu Thị Thủy, 2008 – 2009)

Ở nước ta, tinh dầu vỏ và hoa của Citrus đã được nghiên cứu và sử dụng khá phổ biến.Tinh dầu của Citrus ở nước ta được sản xuất với sản lượng l tấn/năm

Hầu hết tất cả các loài thuộc chi cam quýt (Citrus) đều có chứa tinh dầu trong vỏ

quả, trong lá và hoa Hàm lượng trong vỏ quả thường khá cao (khoảng từ 1,5% – 6,5 % so với khối lượng tươi của vỏ)

Theo các công trình nghiên cứu công bố đã nhận biết được trên 150 chất trong

tinh dầu Citrus Thành phần chủ yếu của tinh dầu Citrus là các hợp chất terpene

(85% – 95%) như limonene, là hợp chất tham gia một phần nhỏ vào hương vị tinh dầu Nhóm này không ổn định với nhiệt độ và ánh sáng, dễ bị oxy hóa Tiếp đến là các chất thuộc nhóm chức rượu (2% – 10%), còn các hợp chất thuộc nhóm serquiterpene thường rất ít (1% – 2,5%), Trong thành phần hóa học của tinh dầu

Citrus thì hợp chất chứa oxy tuy chỉ có với hàm lượng rất thấp những lại là nhóm

cho mùi thơm tốt nhất và mùi chính của tinh dầu Citrus, dãy hợp chất gây mùi bao

gồm: aldehyde, alcol, ceton, ester, Aldehyde chủ yếu là decanal chiếm 1,5% gồm:

octanal, decanal Alcol trong tinh dầu Citrus là thành phần quan trọng nhất gây mùi,

các alcol chính: linalol, terpinol, terpinon-4-ol, ceton gồm carvon Chẳng hạn tinh

dầu từ vỏ quả loài cam chanh (C.sinensis) chứa chủ yếu là decanal (C10H20O), citral (C10H16O), limonene (C10H16) và octyl alcohol (C8H18O) Thành phần chính của tinh

dầu vỏ cam ta (C.aurantifolia) lại là d-imonene, a-pinene, p-pinene Trong vỏ quả quýt (C.reticulata) hầu như chỉ có d-limonene, ngoài ra còn một lượng nhỏ linalool

và citronellol theo (Lưu Thị Thủy, 2008 – 2009)

Tinh dầu lá bưởi Yên Thế, cam sành Cao Phong, chanh giấy Tân Yên, sau khi được khai thác bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước và được làm

khan bằng Na2SO4, sử dụng phương pháp GC-MS đã xác định được các thành phần hóa học được trình bày trong bảng:

Bảng 1.3 Thành phần hóa học của tinh dầu lá cam, chanh, bưởi

Tinh dầu lá cam sành Cao Phong

Tinh dầu lá chanh giấy Tân Yên

(Nguồn Nguyễn Văn Lợi, 2014)

Bằng phương pháp GC-MS xác định được 28 thành phần hóa học trong tinh dầu

lá bưởi Yên Thế, trong đó có 14 thành phần thuộc lớp chất terpenhydro, chiếm 80,14 % (nhóm monoterpene: 78,81 % và sesquiterpene: 1,33 %) Kết quả nghiên cứu trong bảng 1 cho thấy có 14 thành phần thuộc dẫn xuất chứa oxy của terpen chiếm 18,20 % (nhóm aldehyde: 4,34 %, alcohol: 9,64 %, ketone: 1,87 % và ester: 2,35 %) (Nguyễn Văn Lợi, 2014)

Trong thành phần hóa học của tinh dầu hoa cam thì lần đầu tiên người ta đã phát hiện sự có mặt của hợp chất chứa nitrogen là chất có mùi thơm mạnh Theo kết quả của các công trình nghiên cứu thì tinh dầu hoa cam có chứa những chất sau: P-ocimen, a-pinene, ancolphenyletilic, a-terpineol, nerol, nerylacetate, geraniol, jasmon, nerolidol, famesol, metylanthranilate, indol, (Lưu Thị Thủy, 2009)

Tinh dầu hoa cam chứa chủ yếu các thành phần hóa học tan nhiều trong nước như: alcol, metylanthranilate, có rất ít các thành phần kém hòa tan như: monoterpene, secquiterpene

Ở Liên xô cũng có nhiều công trình nghiên cứu đề cập đến tinh dầu hoa cam và hoa quýt, đã dùng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, từ nước cất tinh dầu được tách ra bằng phương pháp trích ly với dung môi là pentan, sau đó làm khan bằng sodium sulfate (khan) rồi lọc và chưng cất thu hồi dung môi Đem phân tích bằng các phương pháp hiện đại cho kết quả như sau:

- Hàm lượng tinh dầu hoa cam: 0,021%

- Chỉ số acid: 5,1

- Chỉ số ester: 13,8

- nD20: 1,4725

- aD20: +2,1

(Lưu Thị Thủy, 2009)

Nói chung thành phần hoá học của tinh dầu vỏ bưởi không nhiều như các vỏ

Citrus khác Trong đó các chất của nhóm hydrocarbon chiếm hàm lượng cao và với

tỷ lệ như sau: d-limonene: 86 – 95% , a-pinene: 0,2 – 1,6%, g-terpene: 0,5 – 0,8%, α-phellandren và β-phellandren: 1% Aldehyde chính trong tinh dầu vỏ bưởi là octanal và decanal

Nhóm ancol trong tinh dầu vỏ bởi chứa bốn chất có giá trị như octanol, terpineol, terpinene-4-ol, linalool chiếm khoảng 0,4% (Lưu Thị Thủy, 2008 – 2009) Trong nhóm ester của tinh dầu vỏ bởi thì nookaton là một chất quan trọng, mức độ của chất này coi như biểu thị về phẩm chất của tinh dầu

Các hợp chất chính trong tinh dầu vỏ bưởi là: geranyl acetate, neryl acetate, vetyl acetate, 1.8-p-menthadien-2-yl acetate, citronellyl acetate, menthadien-9-yl acetate, decanal, perillyl aldehyde và nootkaton

Ở Việt Nam, tinh dầu vỏ bưởi cũng đã được một số tác giả nghiên cứu

Tác giả Lưu Thị Thủy (2009) đã xác định được thành phần hoá học của vỏ bưởi gồm 30 chất trong đó hàm lượng d-limonene chiếm chủ yếu (86%)

Tác giả Lưu Thị Thủy (2009) xác định được thành phần hoá học của vỏ bưởi (không rõ chủng loại) gồm 23 chất và định danh được 20 chất trong đó chiếm tỷ lệ cao là limonene Tinh dầu vỏ bưởi có:

nD20: 1,493 – 1,510; d20: 0,846 – 0,890; aD20: +910- +940

Tác giả Lưu Thị Thủy (2009), đã xác đinh được thành phần hoá học của tinh dầu

vỏ bưởi Đoan Hùng (Vĩnh Phú) gồm 31 chất trong đó 2 chất chưa xác định được tên Trong đó thành phần chiếm nhiều nhất là limonene (67,7%) rồi đến mircen (21,7%)

Bảng 1.4 Thành phần hoá học của tinh dầu vỏ bởi Đoan Hùng (vết < 0,1%)