Nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu chiết tách tinh dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu tỏi
Xác định các chỉ số hóa - lý của tinh dầu tỏi
Xác định thành phần hóa học trong tinh dầu tỏi.
Các phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về các hợp chất tự nhiên tập trung vào việc phân tích đặc điểm hình thái thực vật, thành phần hóa học và ứng dụng của tinh dầu tỏi Tài liệu tổng quan cung cấp cái nhìn sâu sắc về các tính chất và lợi ích của tinh dầu tỏi trong nhiều lĩnh vực.
Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Phương pháp lấy mẫu: Củ tỏi được mua về, bóc vỏ, rửa sạch bằng nước, để ráo sau đó đem đi xay nhỏ
Chiết tách tinh dầu tỏi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Phương pháp trọng lượng để xác định hàm lượng và tỷ trọng
Dùng phương pháp phân tích thông thường để xác định các chỉ số vật lý, hóa học
Phương pháp sắc ký khí - khối phổ (GC – MS) để xác định một số thành phần chính trong tinh dầu tỏi.
Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
Ý nghĩa thực tiễn: Giải thích một cách khoa học các kinh nghiệm dân gian, thuận tiện cho việc ứng dụng
Tinh dầu tỏi có ý nghĩa khoa học quan trọng, cung cấp thông tin về các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu Bài viết cũng đề cập đến một số chỉ tiêu hóa - lý của tinh dầu tỏi, đồng thời xác định thành phần hóa học và cấu trúc của các hợp chất chính có trong tinh dầu này.
Bố cục của đề tài
Đề tài gồm 40 trang, bao gồm 22 hình ảnh và 14 bảng Nội dung được cấu trúc thành 3 chương, với phần mở đầu dài 3 trang, kết luận và kiến nghị 1 trang, tài liệu tham khảo 1 trang, cùng phần phụ lục.
Chương 2- Nguyên liệu và nghiên cứu thực nghiệm (10 trang)
Chương 3- Kết quả và bàn luận (10 trang)
TỔNG QUAN
Giới thiệu về cây tỏi [1], [5], [6], [8], [14], [16], [19]
1.1.1 Sơ lược về nguồn gốc của cây tỏi
Tỏi, có nguồn gốc từ Trung Á, đã được sử dụng như một phương thuốc chữa bệnh từ 4000 – 5000 năm trước tại nhiều nền văn minh như Trung Quốc, Nhật Bản, La Mã và Ai Cập Năm 1858, Pasteur chứng minh tính kháng khuẩn của tỏi, và trong Thế chiến thứ nhất, tỏi được dùng để ngăn ngừa nhiễm trùng ở vết thương Quân đội Nga cũng áp dụng nước tỏi để chữa trị vết thương trong Thế chiến thứ hai Ngày nay, tỏi được trồng rộng rãi ở Châu Á và Châu Âu, đặc biệt tại Việt Nam, nơi nó được coi là một vị thuốc tự nhiên hiệu quả cho các bệnh thông thường như cảm cúm, ho hen, nghẹt mũi, và tiêu chảy Tỏi hiện nay được trồng chủ yếu tại huyện đảo Lý Sơn, Kim Môn và Gia Lâm.
Hà Nội, Ninh Phước – Khánh Hòa, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc…
Tỏi, hay còn gọi là Allium Saltivum L, là một loại cây thuộc họ hành tỏi (Alliaceae) với hơn 600 loại khác nhau trên thế giới Mỗi loại tỏi có đặc điểm riêng biệt về kích thước, màu sắc củ, số lượng tép và hương vị, cùng với những công dụng khác nhau.
Tên gọi khác: Garlic (Anh-Mỹ)
Tỏi là cây thân thảo căn hành, sống nhiều năm
+ Thân: Thân thực hình trụ, phía dưới mang nhiều rễ phụ, phía trên mang nhiều lá
Lá của cây tỏi có hình dạng cứng, dài và thẳng, với chiều dài từ 15 đến 50 cm và rộng từ 1 đến 2,5 cm, có rãnh khía và mép lá hơi ráp Tại mỗi nách lá gần gốc, có một chồi nhỏ sẽ phát triển thành một tép tỏi Các tép tỏi này sẽ nằm chung trong một bao do các bẹ lá trước tạo ra, hình thành nên một củ tỏi hoàn chỉnh.
Hoa được xếp thành tán trên ngọn thân với chiều dài cán hoa khoảng 55cm hoặc hơn Những bông hoa có màu trắng hoặc hồng được bao bọc bởi một cái mo dễ rụng, tạo thành mũi nhọn dài ở cuối.
Củ tỏi có hình gần cầu với đường kính từ 3 đến 5 cm, chứa khoảng 8 đến 20 tép tỏi Bao quanh củ là 2 đến 5 lớp lá vảy trắng mỏng, được tạo thành từ các bẹ lá trước, gắn vào một đế hình tròn dẹt Các tép tỏi có hình trứng, 3 đến 4 mặt, với đỉnh nhọn và đế cụt, được bao phủ bởi lớp lá vảy trắng và lớp biểu bì màu trắng hồng dễ tách khỏi phần rắn bên trong Các tép tỏi xếp thành lớp quanh một sợi dài có đường kính từ 1 đến 3 mm mọc từ giữa đế Phần rắn bên trong của các tép chứa nhiều nước, có mùi thơm đặc trưng và vị hăng.
Cây tỏi được trồng rộng rãi trên toàn cầu, với Trung Quốc là quốc gia dẫn đầu về sản xuất tỏi, đạt khoảng 10,5 triệu tấn mỗi năm, chiếm hơn 77% tổng sản lượng tỏi thế giới Ngoài Trung Quốc, các quốc gia trồng nhiều tỏi khác bao gồm Ấn Độ (4,1%), Hàn Quốc (2%), Ai Cập và Nga (1,6%), cùng với Hoa Kỳ (1,4%).
Bảng1.1 : Top 10 nước sản xuất tỏi trong năm 2010
Quốc gia Sản lượng (tấn)
Tỏi là loại cây trồng phổ biến ở Việt Nam, với các vùng trồng chủ yếu tập trung tại huyện đảo Lý Sơn (Quảng Ngãi), Kim Môn (Hải Dương) và Gia Lâm (Hà Nội), theo thông tin từ Tổ chức Liên Hợp Quốc về Thực Phẩm và Nông Nghiệp (FAO).
Nội, Ninh Phước – Khánh Hòa, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh… với tỏi ở huyện đảo Lý Sơn – Quảng Ngãi rất nổi tiếng với chất lượng cao
1.1.4 Trồng hái và thu hoạch
Tỏi phát triển tốt trong điều kiện khí hậu ôn hòa, ưa nhiệt độ mát và có khả năng chịu lạnh Nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng của tỏi là từ 18°C đến 20°C, trong khi để tạo củ, nhiệt độ cần đạt từ 20°C đến 22°C Độ pH phù hợp cho đất trồng tỏi là từ 6 đến 6,5, với loại đất lý tưởng là đất thịt nhẹ, tơi xốp và giàu mùn Việc trồng tỏi thường được thực hiện bằng cách sử dụng củ giống đã được lựa chọn kỹ lưỡng.
Thời gian gieo trồng tỏi là vào khoảng tháng 9 – 10, vào thời gian này hay có mưa làm cho tỏi phát triển rất nhanh Thu hoạch tỏi vào khoảng tháng 1 – 2.
Một số nghiên cứu về thành phần hóa học của tỏi [4], [8], [12], [13], [19]
Việc sử dụng tỏi trong y học có một lịch sử lâu dài, vì vậy việc xác định các thành phần hóa học trong tỏi để phát hiện những hợp chất có hoạt tính sinh học là vô cùng quan trọng và thiết thực.
1.2.1 Thành phần hóa học chung của cây tỏi
Thành phần hóa học chung của cây tỏi được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cây tỏi khi tươi
Thành phần Tỷ lệ (% khi tươi)
Toàn bộ các hợp chất sulfur 1,5-3,5
Toàn bộ các hợp chất hòa tan trong dầu 0,15 (để nguyên); 0,7 (cắt ra)
Củ tỏi tươi chứa khoảng 60% – 68% nước, thấp hơn so với trái cây và rau củ (80% – 90%), cùng với 2% chất vô cơ Tỏi cũng có hàm lượng glucid đáng kể, chiếm từ 10% – 15%, chủ yếu là đường khử và saccharose, với polysaccharid fructosan chiếm đến 75% theo khô Ngoài ra, tỏi còn chứa một lượng nhỏ các vitamin A, B1, B2, B3 và C.
Theo phân tích của bộ nông nghiệp Hoa Kì, thành phần dinh dưỡng trong 100g tỏi tươi được thể hiện trong bảng zsau:
Bảng 1.3: Thành phần dinh dưỡng trong 100g tỏi tươi
Tìm hiểu chung về tinh dầu
Tinh dầu là hỗn hợp các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, thường có nguồn gốc từ thực vật, và tạo ra mùi hương đặc trưng Chúng được chiết xuất thông qua quá trình cất hoặc sử dụng dung môi hữu cơ.
Ví dụ: Tinh dầu bạc hà, tinh dầu hoa hồng, tinh dầu khuynh diệp, tinh dầu quế là những tinh dầu được lấy từ cây tương ứng
Cần phân biệt rõ tinh dầu với dầu béo (là triglycerides, este của glycerol và một vài loại axit béo) và dầu mỏ (là những hợp chất của hydrocarbon)
1.3.1 Phân bố trong thiên nhiên [4]
Tinh dầu có mặt rộng rãi trong hệ thực vật, đặc biệt tập trung ở một số họ thực vật như Họ Hoa tán (Apiaceae), Họ Cúc (Asteraceae) và Họ Hoa môi (Lamiaceae).
Long não – Lauraceae, họ Sim – Myrtaceae, họ Cam – Rutaceae, họ Gừng – Zingiberaceae
Ngoài ra một số động vật cũng có chứa tinh dầu: Hươu xạ, cà cuống
Thể chất: Đa số là chất lỏng ở nhiệt độ thường, một số ở thể rắn như: menthol, borneol, vanilin
Màu sắc của tinh dầu khi mới cất thường không có màu hoặc chỉ có màu vàng nhạt Tuy nhiên, theo thời gian, do hiện tượng oxi hóa, màu sắc của tinh dầu có thể trở nên thẫm hơn Đặc biệt, một số tinh dầu chứa hợp chất azulen có màu xanh mực nổi bật.
Mùi: Có mùi đặc biệt, đa số có mùi thơm dễ chịu, một số có mùi hắc khó chịu Vị: Cay (tinh dầu quế), một số có vị ngọt
Bay hơi được ở nhiệt độ thường vì vậy, cần đựng tinh dầu trong những chai, lọ miệng nhỏ, có nút kín
Tỷ trọng của tinh dầu thường nhỏ hơn 1, nhưng một số loại như tinh dầu quế, tinh dầu tỏi và tinh dầu đinh hương có tỷ trọng lớn hơn 1 Độ tan của tinh dầu thường không tan hoặc ít tan trong nước, nhưng tan tốt trong các dung môi như alcol, ethanol, cloroform và benzen, cho phép sử dụng những dung môi này để chiết xuất tinh dầu từ nguyên liệu chứa tinh dầu.
Chỉ số khúc xạ: Dao động trong khoảng 1,43 – 1,61
Hầu hết tinh dầu rất dễ bị oxy hóa, sự oxy hóa thường xảy ra cùng với sự trùng hợp hóa, tinh dầu sẽ chuyển thành chất nhựa
Tinh dầu chứa nhiều thành phần chính có khả năng tham gia vào các phản ứng đặc hiệu của nhóm chức, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm kết tinh hoặc màu sắc Dựa vào những đặc tính này, chúng ta có thể thực hiện việc định tính và định lượng các thành phần chính trong tinh dầu.
1.3.4 Tác dụng sinh học và ứng dụng của tinh dầu [2], [4]
Tinh dầu có mặt ở nhiều bộ phận khác nhau của thực vật như lá, thân, hoa, vỏ và rễ, đóng vai trò quan trọng trong sự sống của cây Nó không chỉ là chất dẫn dụ côn trùng đến hút mật, hỗ trợ quá trình thụ phấn và duy trì nòi giống, mà còn là chất bảo vệ cây bằng cách xua đuổi những động vật gây hại Hơn nữa, tinh dầu được xem như nhựa sống của cây, cung cấp sức sống và năng lượng cần thiết cho sự phát triển của chúng.
Tác dụng của tinh dầu:
Tác dụng trên đường tiêu hóa: Kích thích tiêu hóa, lợ mật, thông mật
Tinh dầu bạch đàn và bạc hà có tác dụng kháng khuẩn và diệt khuẩn hiệu quả, đặc biệt trên đường hô hấp Ngoài ra, tinh dầu hoa cây Barosma betulina cũng mang lại lợi ích cho sức khỏe đường tiết niệu.
Một số tác dụng kích thích thần kinh trung ương như đại hồi…
Một số có tác dụng diệt ký sinh trùng: trị giun, trị sán, diệt ký sinh trùng sốt rét…
Rất nhiều tinh dầu có tác dụng chống viêm, làm lành vết thương nên được sử dụng để sản xuất các loại thuốc chữa bệnh, thuốc sát trùng…
1.3.1.3 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau
Trong hương phẩm, trong thực phẩm dùng làm chất gia mùi cho kẹo bánh, thuốc lá, rượu mùi, nước giải khát…
Tinh dầu là thành phần quan trọng trong mỹ phẩm nhờ khả năng giữ mùi, chống oxy hóa và bảo vệ da Với hương thơm dịu tự nhiên, tinh dầu thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như dầu thơm, nước hoa, kem và dầu gội.
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
1.3.5 Sản xuất tinh dầu từ thiên nhiên [6], [11]
1.3.5.1 Các phương pháp sản xuất tinh dầu [6]
Có nhiều phương pháp tách tinh dầu từ dược liệu nên khi lựa chọn phương pháp cần lưu ý vào các đặc điểm sau:
Vị trí của tinh dầu trong dược liệu: hoa, lá, quả, thân, rễ, cành, lá, hạt…
Đặc tính hóa lý của tinh dầu: tinh dầu nặng hay nhẹ hơn nước, tinh dầu dễ bị biến mùi khi bị tác động bởi nhiệt…
Với những đặc điểm như trên thì có một số phương pháp sản xuất tinh dầu như sau:
Phương pháp dùng dung môi để hòa tan
Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Nhưng dù tiến hành theo bất kì phương pháp nào, quy trình sản xuất đều có những đặc điểm chung sau đây:
Quy trình khai thác phải phù hợp với nguyên liệu:
Tinh dầu phải được lấy triệt để khỏi nguyên liệu với chi phí thấp
Quy trình sản xuất đơn giản, thuận tiện và nhanh chóng
Tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu
1.3.5.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Trong phạm vi đề tài này, phương pháp dùng để chiết tách tinh dầu tỏi là phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước a Nguyên tắc chung [6]
Phương pháp chưng cất tinh dầu bằng hơi nước dựa trên nguyên tắc rằng nhiệt độ sôi của hỗn hợp nước và tinh dầu thấp hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của tinh dầu Nhờ đó, tinh dầu có thể được tách ra khỏi nguyên liệu mà không cần phải đạt đến nhiệt độ sôi của nó Quá trình này được thực hiện bằng thiết bị chưng cất chuyên dụng.
Hình trụ, làm bằng thép không gỉ, tôn mạ kẽm, đồng Điều kiện cất thủ công có thể dùng thùng phuy đựng xăng
Nồi cất công nghiệp sử dụng ống dẫn hơi để đưa hơi nước vào, trong khi ở quy mô thủ công, nước đã có sẵn trong nồi và dược liệu được đặt trên một tấm vỉ để tránh tiếp xúc với đáy nồi.
Ống dẫn hơi có vai trò quan trọng trong việc dẫn hơi nước và hơi tinh dầu đến bộ phận ngưng tụ Nhờ vào tác động của không khí lạnh bên ngoài, một phần hơi nước và hơi tinh dầu sẽ được ngưng tụ thành dạng lỏng Do đó, ống dẫn hơi cần được thiết kế với độ dốc nghiêng về phía bộ phận ngưng tụ để tối ưu hóa quá trình này.
Bộ phận ngưng tụ có vai trò quan trọng trong việc hóa lỏng hơi nước và tinh dầu từ nồi cất Nó bao gồm hai phần chính: thùng chứa nước làm lạnh và ống dẫn hơi Ống dẫn hơi được đặt trong thùng nước lạnh, hoạt động theo nguyên tắc làm lạnh ngược dòng để tối ưu hóa quá trình ngưng tụ.
Các kiểu ống dẫn hơi làm lạnh thông dụng:
Kiểu ống xoắn ruột gà: Diện tích làm lạnh lớn nhưng khó làm vệ sinh, nước và tinh dầu hay đọng lại ở các đoạn gấp khúc
Kiểu ống chùm: là kiểu thông dụng nhất
Kiểu hình đĩa: là sự kết hợp giữa ống chùm và ống xoắn ruột gà
Bộ phận phân lập có chức năng thu thập chất lỏng như nước và tinh dầu, đồng thời tách riêng tinh dầu ra khỏi nước Tinh dầu nặng hơn nước sẽ nằm ở phía dưới, trong khi tinh dầu nhẹ hơn sẽ nổi lên ở phía trên Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm trong việc chiết xuất và phân loại tinh dầu hiệu quả.
Thiết bị gọn gàng, dễ chế tạo, quy trình sản xuất đơn giản
Dung môi sử dụng là nước nên chi phí rẻ
Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao d Nhược điểm của phương pháp
Tinh dầu được chiết xuất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước thường có thành phần nghèo hơn so với tinh dầu được trích ly bằng dung môi Nguyên nhân là do quá trình chưng cất ở nhiệt độ cao có thể dẫn đến sự phân hủy hoặc biến đổi của một số cấu tử, trong khi đó, những cấu tử không bay hơi với nước như sáp, nhựa thơm và chất béo lại bị giữ lại Bên cạnh đó, một số cấu tử cũng có thể hòa tan vào nước chưng.
Hàm lượng tinh dầu không cao do thất thoát trong quá trình chưng cất và thu hồi
Khó điều chỉnh các thông số kĩ thuật như 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
1.3.6 Đánh giá chất lượng tinh dầu bằng phương pháp hóa-lý [2], [5], [6]
Phân tích sơ bộ tinh dầu là quá trình đánh giá chất lượng thông qua các cảm quan, bao gồm việc nghiên cứu các đặc điểm bên ngoài như mùi hương, vị giác, màu sắc và độ trong suốt.
Tìm hiểu chung về tinh dầu tỏi [1]
Tinh dầu tỏi được chiết xuất từ củ tỏi qua phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Đây là một chất lỏng dễ bay hơi, có màu vàng nhạt và mùi hắc khó chịu, với vị cay đắng Tỷ trọng của tinh dầu tỏi khoảng 1,092, nặng hơn nước, và chỉ số khúc xạ khoảng 1,56.
Chất lượng tinh dầu phụ thuộc vào nguồn gốc và tình trạng khai thác nguyên liệu, với các độ tuổi khác nhau mang lại chất lượng tinh dầu khác nhau Thời điểm thu hái, phương pháp sơ chế và bảo quản cũng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng Ngoài ra, giống cây, loại đất trồng, địa lý và khí hậu cũng đóng vai trò quan trọng Chất lượng tinh dầu có thể được đánh giá sơ bộ qua các chỉ số hóa lý, ví dụ như với tinh dầu tỏi, tỷ trọng và độ quay cực càng lớn thì mùi hương càng mạnh.
1.4.2 Thành phần hóa học trong tinh dầu tỏi
Từ các công trình nghiên cứu trước đây [8], [10] đã tìm ra một số thành phần hóa học trong tinh dầu tỏi:
Bảng 1.4: Thành phần hóa học trong tinh dầu tỏi
STT Thành phần hóa học Hàm lượng (%)
Hợp chất allicin của tỏi
Theo các nghiên cứu trước đây, tép tỏi tươi chứa các hợp chất sulfur quan trọng nhất, với tỷ lệ lên tới 3,2%, cao hơn so với nhiều loại rau quả khác Các hợp chất sulfur này không chỉ là thành phần chính trong tỏi mà còn có mặt trong các kháng sinh mạnh như penicillin và sulfonamide, giúp giảm cholesterol trong máu và điều trị huyết áp cao.
Trong số các hợp chất sulfur đó thì hợp chất quan trọng nhất về mặt tác dụng sinh học trong tỏi phải kể đến là allicin
Allicin là một hợp chất organosulfur, chứa lưu huỳnh, được chiết xuất từ tỏi Hợp chất này lần đầu tiên được Chester phân lập và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
J Cavallito và Jonh Hays vào năm 1944
Công thức phân tử của allicin: C6H10OS2
Tên gọi theo hệ thống IUPAC: Acid 2-propene-1-sulfinothioic S-2-propenyl ester
Tên thường dùng: allicin hoặc diallyl thiosulfinate
Trong tỏi, chất alliin là thành phần chính, nhưng không có tác dụng kháng khuẩn Khi tỏi bị nghiền nát hoặc cắt nhỏ, enzyme alliinase sẽ chuyển đổi alliin thành allicin, chất có tác dụng sinh học mạnh mẽ.
a mi no a cryl i c a ci d pyruvic acid allicin
Hình 1.3: Sơ đồ chuyển hóa alliin thành allicin
Allicin tinh khiết là một chất lỏng không màu, dễ hòa tan trong cồn, benzen và ete, nhưng không ổn định trong dịch nước, có khả năng bị thủy phân khoảng 2,5% Đây là hợp chất chịu trách nhiệm cho mùi đặc trưng của tỏi tươi khi bị thái, đồng thời có tính kích thích da tương tự như tỏi Trong khi đó, alliin lại không mang mùi hôi của tỏi.
Allicin là một hợp chất không bền, dễ bị biến đổi khi tiếp xúc với không khí, dẫn đến việc tinh dầu chiết xuất không còn chứa allicin mà chuyển hóa thành dimethyl trisulfide và diallyl disulfide.
1.4.3 Công dụng của tỏi trong đời sống
Tỏi đã được sử dụng trong y học dân gian từ rất lâu đời
Theo y học cổ truyền Việt Nam và Trung Quốc, củ tỏi có vị cay, tính ôn, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe như thanh nhiệt, giải độc, sát khuẩn và thông khiếu Tỏi có tác dụng chữa các bệnh như khí hư, tiểu tiện khó, bụng trướng đầy, tiêu nhọt, đờm và hạch ở phổi, đồng thời giúp tẩy uế, trị kiết lỵ và phòng trị cảm cúm Việc ăn 1 – 2 nhánh tỏi mỗi ngày rất tốt cho sức khỏe.
Các nhà khoa học trên thế giới đã phát hiện rằng tỏi chứa alliin, một hợp chất vi lượng có khả năng kháng khuẩn, giúp tăng cường hệ thống miễn dịch, giảm huyết áp cao và cải thiện sức khỏe tổng thể.
Một số kết quả trong nghiên cứu đã được ghi nhận [1], [12], [14], [16], [17], [19]:
Củ tỏi chứa allicin, hoạt chất mạnh và quan trọng nhất của tỏi Allicin không có sẵn trong tỏi mà chỉ được hình thành khi tỏi được cắt mỏng hoặc đập dập, dưới tác động của enzym alliinase, biến đổi từ chất alliin có sẵn trong tỏi.
Cắt nhỏ hoặc đập nát tỏi sẽ làm tăng hoạt tính của allicin, nhưng allicin dễ bị biến chất theo thời gian Việc để tỏi lâu hoặc nấu nướng trong thời gian dài sẽ làm giảm đáng kể hoạt tính kháng sinh của nó.
Diallyl disulfide và diallyl trisulfide, các hợp chất chuyển hóa từ allicin, cùng với các hoạt chất chứa lưu huỳnh khác, có khả năng ức chế 70 loại vi khuẩn gram (-) và gram (+), bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh hủi và bệnh lao Nhờ vào đặc tính kháng khuẩn vượt trội này, tỏi đã được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.
Chất allicin không chỉ giúp khử trùng và bảo vệ da mà còn tăng cường sức đề kháng, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn, từ đó mang lại làn da trắng mịn và sạch mụn.
Cách dùng: có thể cắt đôi nhánh tỏi và xoa trực tiếp lên vùng da bị mụn
Không nên để tỏi sống trên da quá lâu vì có thể gây bỏng Thay vào đó, bạn có thể dã nhuyễn tỏi, lấy nước tỏi bôi lên da, để trong 3 phút rồi rửa sạch.
Kháng virus: Tỏi có thể ngăn ngừa một số bệnh gây ra do virus như cúm, cảm lạnh, kể cả virus gây lở mồm long móng ở bò, ngựa, trâu…
Cách dùng trị cảm cúm:
Dùng tỏi sống hoặc tỏi ngâm với dấm trong vòng 30 – 40 ngày để ăn hàng ngày, mỗi lần chỉ nên ăn từ 1 – 2 nhánh tỏi
Ép lấy nước tỏi và pha loãng với nước sạch theo tỷ lệ 1:10, sau đó thêm một chút muối sạch Sử dụng hỗn hợp này để nhỏ vào mũi từ 2-3 lần mỗi ngày, giúp làm suy giảm viêm đau khớp hiệu quả.
NGUYÊN LIỆU VÀ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước
Máy đo chỉ số khúc xạ
Máy đo sắc kí khí kết hợp với khối phổ GC-MS (Trung tâm kỹ thuật đo lường chất lượng II, số 2, Ngô Quyền, Đà Nẵng)
Cân phân tích chính xác
Bình đo tỷ trọng (picnomet)
Bếp điện, bếp cách thuỷ
Cốc thuỷ tinh, bình tam giác, ống nghiệm
Các loại pipet, bình định mức, giấy lọc…
Nguyên liệu
Củ tỏi được thu mua từ xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng là nguyên liệu nghiên cứu chính Sau khi thu mua, tiến hành lựa chọn sơ bộ bằng cách loại bỏ những củ bị thối, sâu mọt và chọn những củ có tép đầy đặn Để bảo quản tỏi trước khi sử dụng, nên để trong bao nilông, tránh ẩm ướt và đặt ở nơi thoáng mát.
Tỏi sau khi mua về được xử lý theo phương pháp thủ công là bóc vỏ từng tép một, rửa sạch bằng nước, để ráo nước.
Nghiên cứu thực nghiệm
Tổng quan tài liệu về phương pháp đánh giá tinh dầu
Hình 2.1 : Một số hình ảnh về cây tỏi
Hình 2.2: Củ tỏi khi mới mua về Hình 2.3: Tỏi sau khi bóc vỏ làm sạch
2.3.1 Quy trình chiết tách tinh dầu tỏi
Hình 2.4: Quy trình chiết tách tinh dầu tỏi
Tỏi tươi hoặc khô (dạng củ)
Làm khô bằng Na 2 SO 4 khan
Giã nhỏ hoặc xay nhỏ
Chưng cất lôi cuốn theo hơi nước
Hình 2.5: Dụng cụ chiết tinh dầu
Sau khi mua nguyên liệu, tỏi được xử lý bằng phương pháp thủ công, bao gồm bóc vỏ, rửa sạch và để ráo nước, nhằm thu được tỏi sạch Tiếp theo, tỏi sạch sẽ được làm nhỏ bằng cách xay hoặc giã để đạt được độ mịn mong muốn.
Tiến hành chưng cất lôi cuốn theo hơi nước bằng cách lắp dụng cụ như Hình 2.5 Khi nước sôi, tinh dầu tỏi sẽ được lôi cuốn và ngưng tụ tại thiết bị ngưng tụ, tạo thành hai phần: bã và dịch chiết ngưng tụ Bã được loại bỏ, trong khi dịch chiết ngưng tụ được tách bằng phễu chiết để thu được tinh dầu thô có lẫn nước Tinh dầu thô sau đó được tinh chế bằng Na2SO4 khan, cho ra tinh dầu tinh khiết Cuối cùng, tinh dầu được bảo quản trong lọ thủy tinh có nắp đậy kín ở nhiệt độ thấp.
Tinh dầu thu được có màu vàng, mùi hắc, vị cay đắng
2.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu trong quá trình chưng cất [2], [6]
Nhiều yếu tố quyết định lượng tinh dầu thu được, bao gồm thời gian thu hoạch, đặc điểm thổ nhưỡng, bộ phận được thu hái, thời gian chưng cất, độ ẩm của nguyên liệu và kích thước của nguyên liệu.
Trong nghiên cứu này, tôi đã khảo sát ba yếu tố chính ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu tỏi, bao gồm kích thước của nguyên liệu, thời gian phơi nguyên liệu và thời gian chưng cất.
Nguyên tắc nghiên cứu là cố định hai yếu tố trong khi thay đổi một yếu tố để xác định mức tối ưu cho yếu tố đó Sau khi xác định được mức tối ưu, tiếp tục cố định yếu tố đã khảo sát và thay đổi yếu tố khác Quy trình này được lặp lại cho đến khi tìm ra ba mức tối ưu cho ba yếu tố được nghiên cứu.
2.3.3.1 Khảo sát kích thước nguyện liệu
Hình 2.6 : Tinh dầu thô Hình 2.7: Tinh dầu
Hàm lượng tinh dầu có thể thay đổi tùy thuộc vào kích thước của nguyên liệu, do đó việc lựa chọn cách xử lý nguyên liệu phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình chưng cất và đạt hiệu quả cao.
Để tiến hành chưng cất, cần cố định thời gian phơi nguyên liệu và thời gian chưng cất Thay đổi kích thước nguyên liệu bằng cách cắt và xay Tiến hành chưng cất lôi cuốn hơi nước với hai loại nguyên liệu đã chuẩn bị Cuối cùng, thu tinh dầu và ghi lại kết quả để tính toán.
2.3.3.2 Khảo sát thời gian phơi nguyên liệu
Hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu có thể biến đổi theo độ ẩm, vì vậy việc lựa chọn phương pháp bảo quản phù hợp là rất quan trọng để duy trì chất lượng nguyên liệu.
Cách tiến hành: Cố định hai yếu tố là kích thước nguyên liệu và thời gian chưng cất Thay đổi thời gian phơi bằng cách phơi nguyên liệu trong: 0h; 3h; 6h; 9h
Hình 2.8: Nguyên liệu được cắt Hình 2.9: Nguyên liệu được xay
Hình 2.10: Nguyên liệu phơi trong 0h Hình 2.11: Nguyên liệu phơi trong 3h
2.3.3.3 Khảo sát thời gian chưng cất
Hàm lượng tinh dầu thay đổi tùy thuộc vào thời gian chưng cất So sánh hàm lượng tinh dầu để tìm ra được thời gian chưng cất tối ưu
Cách tiến hành: Cố định hai yếu tố kích thước nguyên liệu và thời gian phơi
Thay đổi thời gian chưng cất trong: 1h; 1,5h; 2h; 2,5h; 3h; 3,5; 4h
2.3.3 Đánh giá chất lượng tinh dầu bằng phương pháp hóa - lý [2], [7]
Sau khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tinh dầu tỏi, chúng tôi đã xác định được điều kiện chưng cất tối ưu cho từng yếu tố Tiến hành chưng cất để thu được tinh dầu tỏi chất lượng cao.
Phân tích sơ bộ: đánh giá chất lượng tinh dầu bằng cảm quan
Xác định các chỉ số vật lý là: hàm lượng, tỷ trọng, chỉ số khúc xạ
Xác định các chỉ số hóa học là: chỉ số acid, chỉ số ester, chỉ số xà phòng
Xác định thành phần hóa học của tinh dầu tỏi bằng phương pháp sắc ký khí - khối phổ (GC – MS)
2.3.4.1 Xác định hàm lượng tinh dầu tỏi
Để xác định hàm lượng tinh dầu tỏi, phương pháp trọng lượng được áp dụng Tinh dầu thu được sẽ được cân một cách chính xác Hàm lượng tinh dầu được tính toán dựa trên công thức cụ thể.
Trong đó: m1 là khối lượng tinh dầu m2 là khối lượng nguyên liệu
2.3.4.2 Xác định tỷ trọng của tinh dầu tỏi
Sử dụng phương pháp picnomet [5] để xác định tỷ trọng tinh dầu tỏi
Cách tiến hành: Rửa sạch picnomet, tráng kĩ bằng nước cất, dùng giấy lọc lau khô bên ngoài, làm khô bên trong bình bằng cách tráng ethnol và acetol
Cân chính xác picnomet khô, sạch ở 20 0 C ta được m1
Hình 2.12: Nguyên liệu phơi trong 6h Hình 2.13 : Nguyên liệu phơi trong 9h
Đổ đầy nước cất vào bình và sử dụng nút ống mao quản, chú ý không để bọt khí xuất hiện Giữ picnomet ở nhiệt độ 20°C trong 30 phút Sử dụng băng giấy lọc để thấm chất lỏng thừa và làm khô bề mặt ngoài của picnomet, sau đó cân khối lượng picnomet đầy nước để có giá trị m2 Sau khi đổ nước đi và làm khô bình, cho tinh dầu tỏi vào bình và giữ ở 20°C, sau đó cân picnomet chứa tinh dầu tỏi để có giá trị m3.
Thêm nước cất đến đầy vào picnomet có chứa tinh dầu tỏi ở trên Cân chính xác được m4
Tính kết quả: Kết quả được tính theo công thức sau:
Trong đó: m2 – m1: khối lượng nước đầy picnomet m3 – m1: khối lượng tinh dầu m4 – m3: khối lượng nước bị chiếm bởi 1 phần tinh dầu
(m2 – m1) – (m4 – m3): khối lượng nước có thể tích bằng thể tích tinh dầu
2.3.4.3 Xác định chỉ số khúc xạ
Để tiến hành, mở nắp lăng kính và sử dụng bông thấm acetol để lau sạch Nhỏ từ 1 đến 3 giọt nước cất lên mặt lăng kính phía dưới, sau đó nhẹ nhàng đậy lăng kính xuống Khi nhiệt kế chỉ đúng 25°C, nhìn vào thị kính và nếu thấy rõ ranh giới giữa hai miền sáng tối ở mức 1,333 trên cột chia nấc 1 thì quá trình đã thành công.
Sau khi hoàn tất việc chỉnh sửa, hãy làm sạch và làm khô lăng kính bằng acetol Sau đó, nhỏ từ 1 đến 3 giọt tinh dầu lên lăng kính và đậy lăng kính lại, quan sát nhiệt kế để đảm bảo nhiệt độ đạt 25°C.
Để sử dụng bình đo tỷ trọng, trước tiên, bạn cần nhìn vào thị kính để điều chỉnh hiện tượng tán sắc Hãy vặn nút điều chỉnh màu cho đến khi ranh giới giữa hai miền sáng tối được phân chia rõ ràng Cuối cùng, đọc giá trị trên thang chia và ghi lại kết quả.
2.3.4.4 Xác định chỉ số acid a Dụng cụ
Bình cầu có dung tích 100 – 200 ml
Tinh dầu khan c Cách tiến hành
Cân 0,5g tinh dầu khan và cho vào bình cầu Sử dụng pipet để hút 10ml ethanol 96% và thêm vào bình cầu, sau đó lắc đều cho đến khi tinh dầu hòa tan hoàn toàn.
KẾT QUẢ THẢO LUẬN
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu tỏi
3.1.1 Khảo sát kích thước nguyên liệu
Sau khi thu mua, tỏi được xử lý và đưa vào quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước, thực hiện dưới hai hình thức: xay nhỏ và cắt lát.
Kết quả chưng cất tinh dầu được thể hiện trong bảng 3.1
Bảng 3.1: Sự thay đổi của hàm lượng tinh dầu tỏi theo kích thước nguyên liệu
Thời gian chưng cất (giờ)
Nhận xét từ biểu đồ cho thấy nguyên liệu được xay nhỏ có hàm lượng tinh dầu cao hơn so với nguyên liệu không được xay nhỏ Sự chênh lệch này là do việc xay nhỏ làm tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi nước, giúp hơi nước dễ dàng thẩm thấu vào tế bào, phá vỡ túi tinh dầu và nâng cao hiệu suất chưng cất.
Vì vậy, khi chưng cất thu tinh dầu tỏi, nên sử dụng nguyên liệu đã được xay nhỏ
Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu
3.1.2 Khảo sát thời gian phơi của nguyên liệu
Tỏi sau khi được mua về và xử lý thì đem đi phơi trong: 0h, 3h, 6h, 9h Sau đó đưa vào chưng cất lôi cuốn hơi nước
Kết quả chưng cất tinh dầu được thể hiện trong bảng 3.2
Bảng 3.2: Sự thay đổi của hàm lượng tinh dầu tỏi theo thời gian phơi nguyên liệu
Thời gian chưng cất (giờ)
Nhận xét từ biểu đồ cho thấy hàm lượng tinh dầu của nguyên liệu giảm dần theo thời gian phơi Cụ thể, trong 3 giờ đầu, hàm lượng tinh dầu giảm ít, nhưng khi thời gian phơi kéo dài, mức giảm trở nên rõ rệt hơn.
Do tinh dầu tỏi dễ bay hơi ở nhiệt độ thường nên khi phơi tinh dầu dễ bay hơi cùng với nước trong tỏi
Vì vậy, để thu được lượng tinh dầu cao nhất nên tiến hành chưng cất ngay sau khi thu hái
Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian phơi nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu
3.1.3 Khảo sát thời gian chưng cất
Tỏi sau khi thu mua về, đem đi xử lý, tiến hành chưng cất lôi cuốn theo hơi nước trong: 1h; 1,5h; 2h; 2,5h; 3h; 3,5h; 4h
Kết quả chưng cất tinh dầu được thể hiện trong bảng 3.3
Bảng 3.3: Sự thay đổi của hàm lượng tinh dầu tỏi theo thời gian chưng cất
Thời gian chưng cất (giờ) Thời gian phơi nguyên liệu (giờ)
Biểu đồ cho thấy hàm lượng tinh dầu thay đổi theo thời gian, với sự gia tăng nhanh chóng từ 1 giờ đến 2,5 giờ Tuy nhiên, từ 2,5 giờ đến 4 giờ, hàm lượng tinh dầu chỉ tăng nhẹ, không đáng kể.
Vì vậy, chọn mức thời gian tối ưu là 2,5 giờ cho phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu tinh dầu tỏi
Hình 3.3: Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hàm lượng tinh dầu
Đánh giá chất lượng của tinh dầu bằng phương pháp hóa – lý
Tinh dầu tỏi thu được có màu vàng nhạt, trong suốt, mùi hắc, có vị cay đắng
3.2.2 Xác định hàm lượng tinh dầu tỏi
Sau khi khảo sát các điều kiện tối ưu, tinh dầu tỏi đã được chưng cất dưới những điều kiện đó Phương pháp trọng lượng được sử dụng để xác định hàm lượng tinh dầu Kết quả thu được được trình bày trong bảng 3.4.
Bảng 3.4: Hàm lượng tinh dầu tỏi
STT Nguyên liệu (g): m1 Tinh dầu (g): m2 Hàm lượng (%): (m2/m1) x 100
Hàm lượng tinh dầu của củ tỏi chưng cất trong nghiên cứu này đạt khoảng 0,15% - 0,17%, phù hợp với tài liệu cho thấy hàm lượng tinh dầu tỏi dao động từ 0,06% - 0,2% Kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm cho thấy hàm lượng tinh dầu tỏi tương đối tốt.
3.2.1 Xác định tỷ trọng của tinh dầu tỏi
Sau khi thu được tinh dầu tỏi, sử dụng phương pháp picnomet để xác định tỷ trọng của tinh dầu tỏi
Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.5
Bảng 3.5: Tỷ trọng của tinh dầu tỏi
KL bình+tinh dầu+nước (g): m 4
Tinh dầu tỏi có tỷ trọng lớn hơn 1, cho thấy nó nặng hơn nước Do đó, trong quá trình chưng cất, tinh dầu tỏi sẽ nằm ở phía dưới, trong khi nước sẽ nổi lên trên.
3.2.2 Chỉ số khúc xạ của tinh dầu tỏi
Tiến hành đo chỉ số khúc xạ đối với tinh dầu tỏi thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Kết quả xác định được thể hiện trong bảng 3.6:
Bảng 3.6: Chỉ số khúc xạ của tinh dầu tỏi
Số lần đo Chỉ số khúc xạ (n) Chỉ số khúc xạ trung bình
Chỉ số khúc xạ của tinh dầu tỏi được đo là 1,5699, nằm trong khoảng trung bình so với giá trị chỉ số khúc xạ của tinh dầu, dao động từ 1,43 đến 1,61 Điều này cho thấy tinh dầu tỏi chứa một số hợp chất có nối đôi, mặc dù số lượng không nhiều.
3.2.3 Chỉ số acid của tinh dầu tỏi
Sử dụng phương pháp thông thường để xác định chỉ số acid của tinh dầu tỏi Kết quả xác định được thể hiện trong bảng 3.7:
Bảng 3.7: Chỉ số acid của tinh dầu tỏi
Lần thí nghiệm m (g) V (ml) Ax
Chỉ số acid trung bình:
Chỉ số acid trong tinh dầu tỏi từ phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước là 9,266, cho thấy hàm lượng acid tự do cao Điều này chứng tỏ tinh dầu tỏi dễ bị oxi hóa trong quá trình bảo quản Để đảm bảo hiệu quả sử dụng, tinh dầu tỏi cần được bảo quản trong chai lọ kín, tránh ánh sáng và nhiệt độ, và nên sử dụng trong thời gian ngắn.
3.2.4 số este của tinh dầu tỏi
Sử dụng phương pháp thông thường để xác định chỉ số este của tinh dầu tỏi Kết quả xác định được thể hiện trong bảng 3.8
Bảng 3.8: Chỉ số este của tinh dầu tỏi
Lần thí nghiệm m (g) V1 (ml) V2 (ml) Es
Chỉ số este trung bình:
Nhận xét: Chỉ số este trung bình của mẫu tinh dầu tỏi là (21,12) tương đối cao, chứng tỏ tổng hàm lượng este trong tinh dầu tỏi là cao
3.2.5 Chỉ số xà phòng của tinh dầu tỏi
Chỉ số xà phòng bằng tổng của chỉ số axit và chỉ số este:
Xp = Ax + Es Kết quả xác định được ghi ở bảng sau:
Bảng 3.9: Chỉ số xà phòng của tinh dầu tỏi
Chỉ số xà phòng trung bình:
Chỉ số axit và chỉ số este cao trong quá trình thực nghiệm cho thấy chỉ số xà phòng của tinh dầu tỏi cũng ở mức cao.
Xác định thành phần hóa học trong tinh dầu tỏi
Từ kết quả phân tích phổ GC – MS, xác định được hàm lượng một số cấu tử chính trong tinh dầu tỏi như sau:
Hình 3.4: sắc kí đồ biểu thị thành phần hóa học trong tinh dầu tỏi
Bảng 3.10: Thành phần hóa học của tinh dầu tỏi
STT Thời gian Định danh Hàm lượng
KLPT (m/z) Công thức cấu tạo
Nhận xét: Qua bảng 3.4 cho thấy sự có mặt của Dimethyl trisulfide (2,47%) và
Diallyl disulfide (23,92%) là hợp chất được hình thành từ quá trình chuyển hóa allicin sau khi chưng cất Hợp chất này có nhiều tác dụng tích cực, bao gồm khả năng kháng khuẩn, chống ung thư và ngăn ngừa sơ vữa động mạch.