Khái niệm chung và nguyên tắc tổng hợp chất thơm
Giới thiệu chung về lĩnh vực hương thơm
Trong môi trường xung quanh, các loại hương thơm và mùi vị tác động mạnh mẽ đến hành vi và cảm xúc của con người, dù chúng ta không thể nhìn thấy chúng Nghiên cứu cho thấy, khứu giác của người khỏe mạnh có khả năng phân biệt tới bốn nghìn mùi khác nhau, trong khi những người có khứu giác nhạy bén có thể nhận biết đến mười nghìn mùi Mùi hương không chỉ là một phần trong giao tiếp mà còn là một yếu tố quan trọng trong việc nhận thức thế giới Đối với tổ tiên của chúng ta, khả năng cảm nhận mùi hương rất quan trọng để nhận biết môi trường, xác định an toàn và tìm kiếm thức ăn Một số nhà nghiên cứu cho rằng, trong quá trình tiến hóa, phụ nữ nguyên thủy đã dựa vào mùi hương cơ thể để lựa chọn bạn tình, bên cạnh sức khỏe và khả năng chiến đấu của nam giới, cho thấy sức hấp dẫn của mùi hương vẫn tồn tại qua các thời đại.
Mùi hương nhân tạo đã được sử dụng trong 5 – 6 nghìn năm để tạo cảm tình và tăng sức hấp dẫn, đồng thời át đi mùi hôi khó chịu Tinh dầu hương liệu không chỉ được sử dụng kín đáo mà còn có thể cảm nhận ngay khi tiếp xúc, cho thấy người mang mùi hương dễ chịu thường bôi dầu thơm lên cơ thể và mặc quần áo có mùi thơm Trong văn hóa cổ đại, mùi hương dễ chịu được coi là phù hợp với ý muốn của các vị Thần, với niềm tin rằng “Ở đâu có mùi hương thơm ngọt ngào - ở đó có các vị Thần” Họ đã đốt các loại cây, nhựa cây và balsam trong các nghi lễ tôn giáo để thỏa mãn các vị thần Từ tiếng Hy Lạp θυμίαμα (phimiam) và tiếng La Tinh incendere chỉ các sản phẩm tỏa khói thơm, được tạo ra từ việc đốt các loại bột, nhựa cây, sáp, balsam và tinh dầu thực vật.
Hương liệu mỹ phẩm hiện đại bao gồm các sản phẩm như nước hoa, eau de cologne, nước thơm và eau de toilet, với mục đích chính là làm đẹp và nâng cao thẩm mỹ Những sản phẩm này không chỉ tăng cường hương vị cuộc sống mà còn mang lại sự tươi mới cho da, tóc và quần áo.
Hương liệu mang lại mùi thơm dễ chịu cho bản thân và môi trường, đồng thời cũng được sử dụng để giữ gìn vệ sinh Chúng là những hợp chất dễ bay hơi, chủ yếu là hợp chất hữu cơ, với nồng độ nhất định tạo ra hương thơm dễ chịu Nhờ vào đặc tính này, hương liệu được ứng dụng rộng rãi trong mỹ phẩm trang điểm, nước hoa, nước thơm, chất tẩy rửa và thực phẩm.
Hương liệu trong cuộc sống hiện đại không chỉ mang tính thẩm mỹ mà còn có nhiều chức năng bất ngờ, như việc bổ sung vào chất tẩy rửa và hóa chất làm sạch Các hợp chất như limonen và jasmin giúp tăng sức hấp dẫn của sản phẩm, khiến người tiêu dùng sẵn lòng chi trả hơn Hiện tượng này đã dẫn đến việc áp dụng các mùi hương trong không gian mua sắm tại siêu thị, dẫn đến sự gia tăng doanh số bán hàng Ở một số quốc gia, việc sử dụng hương liệu để tạo không gian làm việc với mùi hương cam chanh đã chứng minh hiệu quả trong việc kích thích năng suất lao động, đặc biệt vào buổi sáng.
Trong hai, ba thập kỷ cuối của thế kỷ XX, tinh dầu tự nhiên và các sản phẩm tổng hợp đã phát triển với nhiều hoạt tính sinh học đa dạng Những nỗ lực sử dụng khứu giác để phòng và điều trị bệnh đã mở ra hướng mới cho hương trị liệu, kết hợp giữa y học dân tộc và y học phương Tây.
Sự phát triển của ngành hóa hữu cơ - hương liệu
Từ xa xưa, con người đã tin rằng thần thánh hiện diện khắp nơi, đặc biệt là ở những nơi có hương thơm ngát từ cây cỏ và hoa lá Những không gian này thường được bao phủ bởi hơi thở trong lành của sương sớm, tỏa ra từ những nhành hoa tử đinh hương, tạo nên một bầu không khí thiêng liêng và huyền bí.
Ai Cập cổ đã sử dụng cây cỏ, dầu thơm và nhựa cây để thu hút sự chú ý của thánh thần, xông hương trong các nhà thờ và làm đẹp cho da tóc Những vật phẩm như chum vại và bình cổ từ 3 đến 5 nghìn năm trước đã được phát hiện trong các cuộc khai quật, cho thấy nghệ thuật trang điểm cổ xưa cũng tồn tại ở Trung Quốc, Ấn Độ và Hy Lạp Một trong những bình cổ nổi bật, có hình ảnh các tư tế Ai Cập từ thế kỷ XIV trước công nguyên, được tìm thấy trong hầm mộ của Tu-gan-kha-môn, đã chứa trầm hương vẫn giữ được mùi thơm sau 3300 năm.
Người Ai Cập đã phát triển nghệ thuật pha chế hương liệu bằng cách hãm, ngâm và pha trộn các phần của cây có hương thơm như trầm hương, bạc hà và đan sâm trong mật ong hoặc rượu vang Chỉ có các thầy tư tế nắm giữ bí quyết này, và họ bảo quản chúng nghiêm ngặt vì coi hương liệu là lễ vật dành cho các thần linh, nhằm bảo vệ cuộc sống của pharaon và người dân Ai Cập Các loại thực vật được sử dụng không chỉ được nhập khẩu từ các nước như Eritrea và Somalia mà còn được trồng trong các khu rừng đặc biệt Trầm hương vẫn được đốt trong các đền thờ linh thiêng, và nghiên cứu hiện đại đã chỉ ra rằng nó chứa các chất octanol quý giá.
Incesol và các dẫn xuất axetat của chúng, cùng với các loại monotecpen khác, tạo ra mùi thơm dễ chịu khi được đốt cháy.
Cuốn Ebers Papyrus, viết vào năm 1500 trước Công Nguyên, là tài liệu chữ viết sớm nhất về kiến thức hương liệu của các nhà hương liệu học Ai Cập cổ đại Tài liệu này mô tả các hỗn hợp hương thơm với nhiều chức năng khác nhau.
Kifi (кифи) là một hỗn hợp phức tạp gồm nhiều thành phần, được sử dụng không chỉ như nước hoa mà còn thay thế trầm hương trong các nghi lễ cúng tế Ngoài ra, kifi còn được biết đến như một phương thuốc hiệu quả trong việc điều trị bệnh hen suyễn và giúp an thần.
Chất nhựa màu nâu đỏ (từ tinh dầu cây mật nhi lạp - Myrrh) được tách ra từ loại cây
Commiphora mirrha, được biết đến từ thời Ai Cập cổ đại, đã được các thầy tư tế sử dụng trong các nghi lễ cúng tế nhờ vào mùi thơm huyền bí của nó Tinh dầu cây mật nhi lạp, được vận chuyển từ Yemen và Abyssinie (Ethiopia ngày nay), đã trở thành một thành phần quan trọng trong hương liệu của mỹ phẩm trang điểm cổ đại, dầu bôi trang điểm và các loại thuốc.
Tinh dầu Myrrh chủ yếu được hình thành từ các sesqui-terpen, với hương thơm balsam đặc trưng do các dẫn xuất benzofuran, chẳng hạn như α- và β-lindestren, tạo nên.
Người Hy Lạp và Roma cổ đại đã học hỏi từ người Ai Cập về công nghệ sản xuất hỗn hợp hương liệu, đặc biệt là mùi hương trầm Để cầu xin sự trợ giúp từ các thần linh, họ đã giao tiếp với thế giới linh thiêng và chế tạo ra hỗn hợp hương liệu từ nhựa thơm Murrh, được biết đến với tên gọi megalion, vừa là nước hoa vừa là thuốc trị viêm da Tại Rome cổ đại, việc đốt hương liệu để tạo ra hương thơm trở nên phổ biến đến mức chính quyền đã phải ban hành luật hạn chế buôn bán các loại dầu, mỡ, balsam và bột hương để đảm bảo đủ nguồn cung cho các nghi lễ tôn giáo, đặc biệt là những loại hương liệu từ dầu quế, long não và trầm hương.
An tức hương (cánh kiến trắng) châu Á, hay còn gọi là Liquidambar orientalis, là loại nhựa cây chứa axít xinamic và vanilin Từ thời kỳ cổ đại, nhựa này đã được sử dụng ở Ai Cập, Hy Lạp và Rome để sản xuất mỡ bôi thơm và thuốc sát trùng, đồng thời cũng được đốt trong các nghi lễ tôn giáo.
Việc trồng cây hoa hồi (Pimpinella anisum L.) tại Ai Cập và Hy Lạp để thu hoạch hạt phục vụ sản xuất hỗn hợp hương liệu đã có từ thế kỷ I trước Công nguyên Hương thơm đặc trưng của hoa hồi chủ yếu đến từ các hợp chất trans-anetole và anisandehit.
Trong nền văn minh Ấn Độ cổ, hương liệu được sử dụng phổ biến, như được ghi chép trong Bhagavata Purana: “Khi Đức Krishna bước vào thành phố, bầy voi đã phun nước thơm rửa đường phố … mọi người dân đều tỏa hương thơm ngào ngạt, và trong các ngôi nhà, khói hương lan tỏa khắp nơi” Từ xa xưa, người Ấn Độ đã sử dụng các rễ cây thơm như cus-cus để tạo ra và duy trì mùi hương dễ chịu, trong đó có thành phần γ-eudesmol, tiền chất của lindestren.
Nhựa benzoic, hay còn gọi là benzen, được chiết xuất từ các loài cây như Styrax Tonkinensis, thường được sử dụng trong các nước theo đạo Phật để xông hương trong đền chùa và chữa bệnh cảm, hen suyễn Loại nhựa này đã được khai thác tại Việt Nam và các nước lân cận, và vào thế kỷ XIV, nó đã được đưa vào châu Âu Ở Nga, nhựa benzoic được gọi là cánh kiến trắng (an tức hương) và cũng được sử dụng để xông hương trong các nhà thờ chính thống giáo Hương thơm đặc trưng của nhựa benzoic được tạo ra từ este của axít benzoic kết hợp với rượu coniferyl alcohol, este của axít xinamic và vanilin.
Các vùng hương liệu nổi tiếng từ xa xưa, như phía nam bán đảo Ả Rập, vùng sừng châu Phi (Somalia, Eritrea, Ethiopia), và Đông Nam Á (Việt Nam, Myanmar, Indonesia, Sri Lanka, Ấn Độ, Trung Quốc), đã cung cấp nguồn hương liệu thực vật phong phú Từ đây, các lái buôn Ả Rập đã vận chuyển hương liệu đến Tiểu Á và Ai Cập.
Vào thế kỷ mười hai, châu Âu, đặc biệt là Hy Lạp, các quốc gia Địa Trung Hải và những nước châu Âu khác, đã chứng kiến một làn sóng mới về nhu cầu đối với hương liệu, dầu thơm, kem và sáp, do sự trở về của các lính Thập tự chinh từ các vùng Trung Cận Đông.
Khái niệm chung về hoạt tính sinh học của hương liệu Hương trị liệu
Lịch sử sử dụng tinh dầu để tạo không gian thơm ngát đã tồn tại từ xa xưa, gắn liền với tác dụng phòng ngừa và trị bệnh Người Ai Cập cổ đại được coi là tổ tiên của liệu pháp hương, trong khi Trung Hoa cổ đại tin rằng mùi hương có tác dụng như dược phẩm, thường được cất giữ trong ống tay áo hoặc túi nhỏ Từ xa xưa, người Trung Hoa đã biết rằng đốt cây ngải cứu trong quá trình sinh nở giúp thúc đẩy việc sinh đẻ Vào thế kỷ VII, VIII, tài liệu Trung Quốc ghi nhận rằng hương thơm có khả năng làm con người rạng rỡ, củng cố sức khỏe, tiếp thêm nghị lực và trấn an tinh thần.
Trong các đền thờ Ấn Độ cổ, việc xông hương giúp giảm căng thẳng thần kinh Các văn tự cổ Trung Quốc, các quốc gia Arab và Ấn Độ, như trong Kamasutra, đã mô tả việc sử dụng hương thơm để "đốt cháy niềm say mê yêu đương" Từ thế kỷ IX, Ấn Độ đã biết đến cây đàn hương và ứng dụng của nó trong y học dân gian.
Sử dụng hương trị liệu như một phương tiện chữa bệnh bắt đầu từ thế kỷ XIV, XV với "nước thơm nữ hoàng Hungari" từ cây mê điệt, đã trở nên phổ biến khắp châu Âu Lotion này không chỉ có tác dụng phòng chống và trị bệnh rõ ràng mà còn được cho là giúp nữ hoàng Isabella, 72 tuổi, phục hồi sức khỏe và giữ gìn sắc đẹp Ngoài ra, dung dịch thơm chưng cất từ cây mê điệt còn giúp tăng cường trí nhớ, giảm đau đầu, đau bụng, thấp khớp và củng cố thị giác.
Vào năm 1683, "nước thơm nữ hoàng Hungari" đã được ghi vào dược thư London như một liệu pháp điều trị cảm lạnh và nhiều bệnh lý khác, đồng thời cũng được sử dụng để chống lại sự mệt mỏi.
Trong thời trung cổ, mùi hương từ các hương liệu đã được chứng minh có tác dụng phòng bệnh trong bối cảnh dịch bệnh hạch hoành hành ở châu Âu Những khu vực thường xuyên đốt hương xông khói ghi nhận tỷ lệ sống sót cao hơn, đặc biệt là ở những người sử dụng thảo mộc thơm Napoleon B tin tưởng vào tác dụng của nước cây mê điệt và eau de cologne không chỉ để vệ sinh mà còn để duy trì sự sảng khoái và kích thích hoạt động trí não Các nghiên cứu hiện đại cũng chỉ ra rằng dầu mê điệt có tác dụng kích thích, giảm mệt mỏi, cải thiện trí nhớ và hỗ trợ hoạt động tim mạch.
Vào thế kỷ XVIII và XIX, việc chữa bệnh bằng tinh dầu thơm chưa phổ biến, nhưng đến cuối thế kỷ XIX, sự quan tâm đến phương pháp này bắt đầu gia tăng nhờ vào các quy trình xông hơi chữa bệnh Hương trị liệu đã có bước phát triển mạnh mẽ trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ nhất, khi các tinh dầu như oải hương và chanh không chỉ được công nhận về khả năng khử trùng mà còn về tác dụng làm lành vết thương và bỏng Thuật ngữ “hương trị liệu” chính thức xuất hiện trong giai đoạn này, đánh dấu sự phát triển của lĩnh vực này.
Từ năm 1960, hương trị liệu đã trở nên phổ biến thông qua các phương pháp y học phi truyền thống như massage và xoa bóp với các sản phẩm như cream, dầu thơm và thảo mộc Kể từ cuối thế kỷ XX, sự quan tâm đến tinh dầu và hương liệu đã gia tăng đáng kể, với các ứng dụng mới trong y học, giáo dục, sản xuất, buôn bán và sinh hoạt.
Hương trị liệu hiện đại được định nghĩa là các phương pháp chữa bệnh và phòng bệnh bằng tinh dầu thơm thông qua hít, xông hơi, khói hương, hoặc thoa lên cơ thể với các dung dịch chứa dầu thực vật như dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu ô liu hoặc rượu Các thành phần hương liệu có tác dụng sinh học tích cực của tinh dầu có thể thâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc da Tinh dầu là hỗn hợp các chất dễ bay hơi có nguồn gốc thực vật, có mùi thơm và hoạt tính sinh học, được chiết xuất từ thực vật với nhiều mục đích, bao gồm thu hút động vật hoặc bảo vệ chống lại chúng Thành phần của tinh dầu thường phức tạp, bao gồm các hợp chất mạch thẳng, mạch vòng (terpen và các dẫn xuất) cùng với các hợp chất nhóm aren, trong đó một số tinh dầu như tinh dầu chanh có thể chứa đến 90% limonen.
Tinh dầu có hàng nghìn loại, nhưng chỉ khoảng 100 loại có đặc tính chữa bệnh và được sử dụng trong quang trị liệu và hương trị liệu Chúng thường thể hiện tác dụng chống vi khuẩn, an thần và kích thích miễn dịch Các phương pháp sử dụng tinh dầu bao gồm bình xông hương, bể tắm, xông hơi, phun ngoài da, và mát xa Ví dụ, tinh dầu myrrh được dùng để điều trị viêm da dị ứng và viêm loét hệ tiêu hóa, đồng thời có tác dụng giảm đau và an thần Một số tinh dầu như cam, thiên trúc quỳ, và hoa hồng có tính chất an thần, trong khi đinh hương và khuynh diệp giúp tăng cường trí nhớ Tinh dầu chanh không chỉ nâng cao năng lực lao động mà còn giúp giảm stress khi sử dụng các loại như trầm hương và oải hương Từ thời trung cổ, tinh dầu hoa hồng đã được công nhận là có khả năng sảng khoái tư duy, và hiện nay, một số hương thơm đã được xác định là giúp nâng cao năng suất lao động và giảm mệt mỏi Hít sâu tinh dầu bergamot có thể cải thiện thị giác vào buổi tối, trong khi tinh dầu bạc hà và cam có tác dụng bảo vệ đường hô hấp và nâng cao miễn dịch khi sử dụng trong vitaon.
Nhiều loại tinh dầu thơm có hoạt tính sinh học nhờ chứa lượng lớn hidrocacbon thuộc họ tecpen, bao gồm mono-, sesqui- và ditecpen Các monotecpen như limonen, pinen và camphen nổi bật với tính kháng khuẩn và chống nấm, đồng thời có đặc tính lợi tiểu Các hidrocacbon sesquitecpen như cariofyllen và chamazulen cũng có tác dụng diệt khuẩn, kháng nấm, chống viêm và giảm đau Ngoài ra, nhiều dẫn xuất của sesquitecpen được sử dụng làm thuốc an thần và có khả năng giảm huyết áp.
Các hidrocacbon ditecpen có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm gây hại Trong số các dẫn xuất của tecpen, rượu và andehit được coi là có giá trị sinh học cao nhất Các dung dịch cồn thơm từ monotecpen như geraniol, nerol, mentol, α-tecpineol và borneol, cùng với một số dung dịch rượu từ sesquitecpen như farnezol, cho thấy hoạt tính chống vi khuẩn, nấm và virus Ngoài ra, chúng còn có tác dụng tăng cường trương lực, lợi tiểu và cải thiện hệ thống miễn dịch.
Este (chủ yếu là axetat) của các rượu này có tính chất chống đau co thắt và chống viêm Bên cạnh đó, chúng có tác dụng an thần
Các andehit trong dãy monotecpen thơm như geranial và neral có tác dụng chống vi khuẩn và chống viêm loét hiệu quả Chúng không chỉ giúp tăng trương lực mà còn giảm huyết áp Ngoài ra, một số monotecpen chứa nhóm xeton có khả năng làm lành vết thương nhanh chóng.
Các dẫn xuất thế hidroxyl từ nhóm hidrocacbon thơm như thimol, anetole và eugenol có khả năng kháng vi khuẩn, đồng thời tăng cường hệ thống bảo vệ cơ thể Những hợp chất này cũng giúp duy trì huyết áp ổn định và có tác dụng kích thích tích cực.
Cơ chế cảm nhận hương thơm cấp độ phân tử
Nhà văn La Mã Lucretius đã mô tả trong tác phẩm “Về bản chất các sự vật” rằng các lỗ chân lông trong cơ quan khứu giác có kích thước và hình dạng khác nhau, cho phép các phần tử hương liệu tương ứng đi vào và tạo ra cảm giác mùi Sau 2000 năm, khoa học đã khám phá cơ chế thụ cảm mùi hương, với những tiến bộ trong “khoa học về hương thơm” và “khoa học về khứu giác”, mở ra nhiều bí mật về sự phát tán và lưu giữ hương liệu Ngày nay, chúng ta biết rằng bên trong cơ quan khứu giác có hệ thống niêm mạc chứa chất nhầy, nơi các protein và enzym tương tác với phân tử hương thơm Quá trình này bắt đầu khi phân tử hương nhận biết và tạo phức với T-protein, sau đó được vận chuyển tới các nơron thần kinh khứu giác Cuối cùng, phân tử hương tương tác với R-protein để kích hoạt thụ cảm quan, cho phép chúng ta cảm nhận mùi hương.
Sự linh động cấu hình và các tham số khác dẫn đến việc vứt bỏ T-protein vào chất nhầy niêm mạc, đồng thời tạo dựng lại không gian của R-protein Động lực cải tổ này được truyền vào các tế bào nơron, nơi các protein nội tế bào (G-protein) tiếp xúc với R-protein G-protein nội tế bào kích thích enzym adenylatecyclase, từ đó thúc đẩy nhanh quá trình tổng hợp nội tế bào từ adenosintriphotphat (ATP), tạo ra tín hiệu thông tin thứ cấp adenosin-3’,5’-xiclomonophotphat (xiclo-AMP).
Nucleotit dạng vòng được phát hiện vào những năm 1950, đã hình thành khái niệm tín hiệu thứ hai trong truyền thông tin nội tế bào, khác với tín hiệu ngoại tế bào như hormone và neurotransmitter Nucleotit này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu hormone và kích hoạt enzym proteinkinase, tham gia vào tổng hợp và photpho hóa protein Khi thụ cảm quan hấp thụ phân tử thơm, nó kích thích các phản ứng sinh hóa trong tế bào thần kinh, làm tăng độ nhạy cảm với tín hiệu mùi Sự mở kênh ionophor dẫn đến việc chuyển cation kali vào và natri ra khỏi tế bào, tạo ra tín hiệu xung điện thần kinh Tín hiệu này được chuyển qua sợi thần kinh vào hành khứu giác và hệ thần kinh trung ương, nơi não bộ phân tích và phản hồi lại mùi hương Các tín hiệu này được cảm nhận bởi vùng hạ đồi, điều chỉnh phản ứng sinh lý và cảm xúc, và vùng hồi hải mã, kiểm soát sự chú ý và trí nhớ Sự ghi nhớ mùi hương thường liên quan đến các khung cảnh cuộc sống, tạo ra hiện tượng Prusta khi mùi hương kích thích hồi tưởng.
Số phận của phân tử hương thơm sẽ được quyết định bởi quá trình tín hiệu hoá mùi, trong đó các hệ thống enzym như citochrome P450 sẽ nhanh chóng ôxy hoá các phân tử thơm chủ yếu thông qua sự hidroxyl hóa Kết quả là, các phân tử không còn hoạt tính sẽ được thải vào màng nhầy niêm mạc mũi.
Cơ chế sinh lý học phân tử của việc dẫn truyền mùi thơm đã được nghiên cứu và hiểu biết nhiều, nhưng vẫn còn nhiều điều chưa được giải đáp Một câu hỏi thú vị là tại sao mùi thơm của cùng một chất lại được cảm nhận khác nhau giữa lỗ mũi trái và phải, với lỗ mũi trái cảm nhận tinh tế hơn và lỗ mũi phải mang lại cảm giác thoải mái hơn Thêm vào đó, một chất tinh khiết có thể có mùi khác khi ở trong dung dịch loãng Cũng cần lưu ý rằng có một vùng khứu giác đặc biệt, cơ quan Mozer, không có ở tất cả mọi người lớn nhưng có ở trẻ em, chỉ cảm nhận được pheromone Vai trò của cơ quan này vẫn chưa được hiểu rõ, nhưng ở nhiều loài động vật, pheromone đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp Mặc dù con người không còn phụ thuộc vào pheromone như nhiều loài khác, nhưng vẫn sử dụng hương liệu tự nhiên và tổng hợp để tăng sức hấp dẫn trong các mối quan hệ xã hội và trong việc duy trì giống nòi.
Lý thuyết hoá học về mùi thơm giúp giải thích mối liên hệ giữa cấu trúc hoá học và hương thơm của các chất, cho phép dự đoán hương thơm dựa trên cấu trúc phân tử Tuy nhiên, việc xác định các nhóm odorifore trong hợp chất aliphatic và ankylaren, cũng như các dẫn xuất tecpen, andehit và xeton vẫn còn hạn chế Mặc dù hương liệu đã được sử dụng từ lâu, chúng ta vẫn thiếu các phương pháp mô tả khách quan về mùi thơm và cường độ của chúng Việc dự đoán mùi thơm của các chất tổng hợp vẫn gặp khó khăn, mặc dù điều này có ý nghĩa quan trọng đối với ngành hương liệu, mỹ phẩm và nhiều lĩnh vực khác trong đời sống.
Nguyên tắc cơ bản tạo ra các chất thơm mới
Từ những năm 1950 đến 1990, các nhà hóa học đã liên tục phát triển các hợp chất mới, đặc biệt là trong lĩnh vực hóa học tổng hợp Sự gia tăng số lượng các chất tổng hợp trong những thập kỷ cuối thế kỷ XX không chỉ phục vụ mục đích tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học mà còn tạo ra nhiều chất có hương thơm, có tiềm năng lớn trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, thực phẩm và hương trị liệu Nhiều hương liệu được sản xuất theo phương pháp tổng hợp kinh nghiệm, trong đó chất tổng hợp mới cần có tính dễ bay hơi Sau khi được xác định mùi thơm bởi các chuyên gia hương liệu, nếu đạt yêu cầu về độ dễ chịu và cường độ, các hợp chất sẽ được nghiên cứu thêm về độc tính và tác dụng phụ Khi không có độc tố, các hợp chất này sẽ được đưa vào sản xuất công nghiệp và ứng dụng làm hương liệu trong mỹ phẩm, nước hoa, và các sản phẩm thực phẩm.
Nguyên tắc tổng hợp tương tự là phương pháp định hướng trong việc thu được hương liệu, dựa trên biến đổi hóa học một cấu trúc chuẩn của hương liệu tự nhiên hoặc tổng hợp đã biết Phương pháp này mang tính trực quan và suy đoán, dựa trên nghiên cứu sâu sắc cấu trúc các chất hữu cơ và đặc tính thơm của chúng Nhờ vào sự tương tự giữa hai cấu trúc, hương thơm của hợp chất đã biết có thể tồn tại trong hợp chất mới, với hy vọng mang lại các đặc tính dễ chịu và tông mùi đặc biệt Nếu một chất thơm mới bền mùi hoặc có cường độ mạnh hơn được tổng hợp, điều này sẽ mở ra khả năng tiết kiệm chi phí trong sản xuất hương liệu.
Một ví dụ điển hình của quá trình tổng hợp tương tự là chuyển từ heraniol tự nhiên
Hương thơm của hoa hồng được tạo ra từ chất tổng hợp 2,6-dimetylheptan–2-ol, không tồn tại trong thiên nhiên Bên cạnh đó, chất 2,2,5-trimetyl-4-hexen-1-al mang đến mùi thơm của hoa với tông mùi dâu tây, trong khi đó, chất 2,6-dimetylheptan–2-ol lại có hương vị của lá xanh tươi.
H O mùi hoa hồng mùi hương mùi thơm hoa-dâu tây lá xanh
Trong một ví dụ khác có thể đưa ra cấu trúc 2 marcoxiclic dieste không có trong tự nhiên (sabinat 5 và muxonat 6), có mùi thơm xạ hương
Các hợp chất này được tổng hợp như các đồng đẳng tương tự của đại dị vòng (4), thường xuất hiện trong hạt và rễ cây bạch chỉ (đương quy), và có mùi xạ hương đặc trưng.
1.5.2 Mối liên hệ cấu trúc – hương thơm Các nhóm tạo mùi hương - odorifore
Cơ chế cảm nhận hương thơm đã xác lập những nét chung, nhưng vẫn còn nhiều điều chưa rõ về cách mà các chất dễ bay hơi tương tác với chemoreceptor Với hàng nghìn mùi thơm khác biệt và cấu trúc đa dạng, các câu hỏi về mức độ tương tác, khả năng xuất hiện xung động thần kinh và trình tự tương tác trong hỗn hợp phức tạp vẫn chưa có lời giải Học thuyết dự đoán mùi thơm từ các phân tử vẫn đang trong quá trình tích lũy dữ liệu Đặc biệt, mùi thơm vani phụ thuộc vào vị trí của các đồng phân, với hương thơm này chỉ xuất hiện ở đồng phân (1) khi nhóm para-OH tự do, và khi este hóa nhóm này, mùi thơm biến mất do sự giảm moment lưỡng cực khi chuyển sang isovanilin.
Các đồng phân hình học của nhiều hợp chất thơm mang đến những hương thơm đặc trưng khác nhau Chẳng hạn, đồng phân E-α-ionon (3) toả ra mùi hoa tím, trong khi đồng phân Z-α-ionon (4) lại phát ra hương gỗ bá hương.
Nghiên cứu về sự phụ thuộc giữa cấu trúc và hương thơm trong các hợp chất đồng phân cho thấy rằng mỗi loại đồng phân có thể ảnh hưởng đến sự tồn tại và mức độ hương thơm Cụ thể, β-Santalol là một ví dụ điển hình, chỉ có dạng (-)-enanthiomer với vị trí exo- của nhóm ankenol, nơi hai nhóm thế lớn hơn phải ở vị trí cis- để tạo ra hương thơm đàn hương mạnh mẽ.
Dưới đây đưa ra số liệu về sự thay đổi hương thơm đặc trưng ở e,e,e-diastereomer của mentol (6) phụ thuộc vào tính hoạt quang:
Ba diastereomer mentol còn lại (HO e , i–Pr e , Me a , cũng như HO e , i- Pr e , Me a ) mang mùi thơm bạc hà chưa tinh khiết với tông mùi long não
Khi tổng hợp các hợp chất thơm mới có tâm bất đối xứng, cần lưu ý rằng các enanthiomer khác nhau có thể mang các mùi thơm khác nhau hoặc một trong các đồng phân có thể không có hương thơm Sự phụ thuộc tính đối quang của hương thơm yêu cầu tâm bất đối xứng trong phân tử phải được định hướng theo ba điểm trên phần đối quang của thụ cảm quan, rất nhạy cảm với sự bất đối xứng của các phân tử hương liệu Tác động giữa chất và thụ cảm quan được đảm bảo qua các liên kết yếu như liên kết hidro, liên kết tĩnh điện, và liên kết Van-der-Vaals Khi có sự tương tác bình thường, với ba cặp tiếp xúc (W-W’, Y-Y’, Z-Z’), hương thơm mong đợi sẽ xuất hiện Chất đối quang thứ hai có thể không tương thích với phần hoạt hóa của receptor và có thể mang hương thơm nhẹ hơn hoặc không có mùi thơm Yêu cầu về sự tiếp xúc hai điểm giữa phân tử chất thơm và receptor làm giảm sự khác biệt về mùi thơm của các đồng phân quang học, với dạng (-) có mùi thơm bạc hà mạnh, dạng (+) có mùi thơm bạc hà tinh khiết yếu hơn, và dạng (±) không hoạt quang thể hiện mùi thơm bạc hà yếu.
Hình 1.1 minh họa sự tương tác ba điểm giữa đồng phân quang học và osmoreceptor, với a là tương tác bổ trợ tạo cảm giác hương thơm và b là tương tác bất thường không có cảm giác Nguyên lý nhóm chức tạo mùi thơm – odorifore đóng góp quan trọng vào việc tổng hợp các hợp chất hương liệu, thông qua sự kết hợp các nguyên tử Sự hiện diện của các nhóm chức trong phân tử, đặc biệt trong dãy hidrocacbon mạch thẳng (cả no và chưa no), dẫn đến việc hình thành mùi thơm Các dẫn xuất thơm (7-9) chứa các nhóm odorifore như Me2CH-, -CH2OH, -CHO, và -CH2C(O)-O-CH2R, được thể hiện bằng các đường nét đứt trong hình.
Các nhóm tương tự có thể mang lại mùi thơm trong nhóm hidrocacbon mạch vòng (10-12) và trong nhóm dẫn xuất arylaliphatic (13-15), như sau:
Trong lớp indan (16-17) và tetrahidronaphtalin (tetralin), sự hiện diện của nhóm iso-propyl (Me2CH-) và đặc biệt là nhóm tert-butyl (Me3C-) kết hợp với nhóm axetyl (MeC(O)-) tạo ra mùi thơm xạ hương đặc trưng cho nhóm hợp chất này.
Mùi thơm xạ hương xuất hiện ở các dẫn xuất metyl- và tret-butyl benzen, các hợp chất này có hai hay ba nhóm nitro (các hợp chất 18, 19):
(18)mù i xạ hửơng (19)mù i xạ hửơng-xylene
Các nhóm chức xeton và lacton trong các phân tử mạch vòng lớn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mùi thơm xạ hương và các đặc tính định hương.
Cấu trúc hoá học và không gian của một chất quyết định sự tồn tại của hương thơm Mức độ và cường độ của mùi thơm có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Để đạt được nồng độ hương liệu hiệu quả, các phân tử cần có nhóm odorifore cơ bản và các nhóm hidrophile, giúp chuyển phân tử từ chất nhầy trong cơ quan khứu giác đến osmoreceptor Khi thiết kế hợp chất thơm, cần xem xét các yêu cầu để gắn nhóm chức hoá học phù hợp Việc thêm các nhóm phenol, rượu và cacboxyl sẽ tăng tính tan trong nước và cải thiện mùi thơm Sự hiện diện của n-anken và nhóm xicloankyl cũng hỗ trợ liên kết với osmoreceptor qua lực Van-der-Vaals Trong tổng hợp các chất thơm, nên tránh nhóm chứa lưu huỳnh do chúng có thể tạo ra mùi khó chịu Cuối cùng, các phương pháp tạo và điều chỉnh mùi thơm không phải lúc nào cũng đảm bảo kết quả như mong đợi.
1.5.3 Nguyên lý tổng hợp trên máy tính và dự đoán mùi thơm
Trong những năm gần đây, sự phát triển của kỹ thuật máy tính đã hỗ trợ tích cực cho các nhà hóa học và hương liệu học trong việc tổng hợp và xác định mùi thơm tiềm năng Phương pháp này dựa trên việc phân tích một lượng lớn hợp chất thơm, nhóm chúng theo cấu trúc phân tử hoặc dạng mùi hương Mô phỏng hóa trên máy tính giúp dự đoán cấu trúc phân tử và mùi thơm thông qua các dữ liệu mô tả thành phần của từng phân tử, như độ dài liên kết và cấu hình tuyệt đối Điều này cho phép các chuyên gia nhận được thông tin về mùi hương tiềm năng mà không cần có hợp chất cụ thể trong tay Quá trình này không chỉ tiết kiệm thời gian và vật tư mà còn hỗ trợ trong việc tìm kiếm hương liệu mới, mặc dù vẫn cần đến sự trực giác và kinh nghiệm của nhà nghiên cứu Hỗ trợ tổng hợp bằng máy tính đã được áp dụng gần ba mươi năm qua, với các phần mềm hiện đại dựa trên việc mô tả công thức sản phẩm cuối cùng và điều kiện phản ứng.
1.5.4 Sơ đồ nguyên lý nghiên cứu tổng hợp hương liệu mới
Con đường tổng hợp hương liệu là một quá trình phức tạp và tốn kém, có thể lên đến hàng chục triệu đô la, bắt đầu từ ý tưởng của nhà tổng hợp cho đến khi sản xuất sản phẩm thương mại Quá trình này bao gồm các giai đoạn như rà soát công thức hóa học để chọn lựa những công thức tiềm năng, phân tích thông tin về nguyên tố, nhóm nguyên tử và cấu trúc điện tử nhằm định hình hợp chất có đặc tính mong đợi, đặc biệt là hương thơm Đội ngũ chuyên gia về tổng hợp hữu cơ và hóa học hương liệu sẽ tham gia vào giai đoạn chọn lựa phương pháp điều chế trong phòng thí nghiệm để tổng hợp các hợp chất cần thiết, đồng thời đánh giá sơ bộ các chỉ số kinh tế - kỹ thuật nhằm tối ưu hóa quy trình tổng hợp với chi phí và thời gian tối thiểu.
Giai đoạn thử nghiệm thứ ba là quá trình sàng lọc, nhằm loại bỏ các hợp chất tổng hợp không có mùi thơm hoặc có mùi khó chịu Qua đó, chỉ những hợp chất có hương thơm giá trị, không chứa độc tố và không gây ra các tác dụng phụ đối với con người mới được tiếp tục thử nghiệm sâu hơn.
Quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thơm tự nhiên trong thực vật
Trên Trái đất, đã có hơn ba nghìn loại thực vật chứa tinh dầu, với hàm lượng tinh dầu trong các bộ phận như lá, rễ, vỏ cây, gỗ, hoa và hạt dao động từ 0.01% đến 20% Thời điểm có hàm lượng tinh dầu cao nhất thường trùng với giai đoạn nở hoa và thời kỳ chín của hạt và trái cây Điều này cho thấy rằng một trong những vai trò quan trọng của tinh dầu là thu hút động vật, giúp duy trì nòi giống thông qua việc phát tán phấn hoa và di chuyển hạt đến những địa điểm khác.
Tinh dầu là hỗn hợp tecpen và các hợp chất liên quan, có nhiệt độ sôi trên 100°C nhưng dễ bay hơi Cấu trúc cacbon của monotecpen gồm 10 nguyên tử cacbon liên kết theo dạng dimer isopren Sesquitecpen chứa 3 đơn vị tecpen, trong khi ditecpen có 4 đơn vị Tecpen và tecpenoid được hình thành trong thực vật từ các phản ứng lên men carbohydrate, sản phẩm của quá trình quang hợp, tổng hợp quang hóa từ CO2 và H2O.
Quá trình quang hợp trong cây xanh hấp thụ năng lượng mặt trời, chuyển đổi thành năng lượng hóa học và giải phóng oxy tự do Đường được tổng hợp qua phản ứng này và lưu trữ dưới dạng xenlulozơ, tinh bột, lignin, các loại rượu béo, axít béo, lipit, aminoaxít, protein, vitamin, tinh dầu và ancaloit.
Coenzym A (CoA) đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp tecpen thơm qua phương pháp lên men từ đường và các dẫn xuất hidrocacbon béo Là một dẫn xuất của axít adenosin-5'-triphotphat, CoA chủ yếu đảm nhận chức năng vận chuyển các nhóm axyl Cấu trúc của CoA bao gồm adenin liên kết với 3-photpho-D-ribose thông qua liên kết β-N-glycoside Phần ribose có nhóm pyrophotphat tại vị trí C-5, kết nối với nhóm mercaptoetylamin qua axít pantotenoic Phần cuối cùng của CoA là nhóm thiol, cho phép nó dễ dàng tạo liên kết thioeste với nhóm cacboxyl của axít hữu cơ.
Trong quá trình chuyển hóa axít béo, coenzym sẽ tách mạch tạo thành axetoaxetat, sau đó nhóm xeton kết hợp với một phân tử khác để tạo thành monothioeste của axít dicacbonoic Tiếp theo, sự hidro hóa và tách coenzym dẫn đến sự phục hồi axít dicacbonoic thành 3,5-dihidroxy-3-methylpenanoic (axít mevalonoic) Các quá trình biến đổi sinh hóa của axít này giúp tổng hợp các axít tecpenoic thông qua các phản ứng như diphotphoryl hóa, decacboxyl hóa, dehidrat hóa và đồng phân hóa, tạo ra các sản phẩm este và rượu không no với 5 nguyên tử cacbon Codimer hóa hai rượu này, cùng với hidro hóa và tách pyrophotphat, tạo ra geranylpirophotphat và monotecpen thơm geraniol Cuối cùng, đóng vòng các rượu và photphat của chúng sẽ tạo thành monoxiclic tecpenoit - limonen.
Kết hợp tiếp isopentenylphotphat (8) tới geranylpirophotphat (10) đảm bảo quá trình sinh tổng hợp sesqui-tecpen farnesole (14) và các sesqui-tecpen và ditecpen thơm khác
Các hệ bixiclo monotecpenoit dạng caren (15), pinen (16), camphan (17), isobornilan
(18) v.v được tạo thành trong thảo mộc từ limonen (13)
Quá trình sinh tổng hợp tiền chất của các dẫn xuất bắt đầu bằng proton hóa (xúc tác enzym) tại vị trí propenyl, tạo ra cacbocation bậc ba Tiếp theo, tương tác nội phân tử giữa cation này và các tác nhân nucleophil sẽ dẫn đến sự hình thành bixiclo.
Quá trình sinh tổng hợp các chất thơm thuộc dãy aren bắt đầu từ monosaccarit như glucôzơ Trong giai đoạn đầu, glucôzơ bị photphyl hóa và phân tách thành tetrose (D-eritrose photphat) và enolphotphat của axít pyruvic Sự đồng trùng ngưng tụ photphat tạo ra dẫn xuất của axít heptanoic, sau đó đóng vòng thành các axít dehidroquinic và axít quinic Hợp chất cuối cùng trải qua quá trình dehidrat hóa để hình thành axít shikimic, tương tác với photphat để tạo thành ête Tiếp theo, dehidrat hóa tiếp tục tạo ra axít chorismic, và qua quá trình chuyển vị theo Claisene, axít prephenic được hình thành Cuối cùng, qua giai đoạn aren hóa và decacboxyl hóa, các axít arylpyruvic được tạo ra, từ đó qua các phản ứng oxy hóa khử và enzym sinh học sẽ hình thành các chất thơm thuộc dãy aren.
Quá trình chiết tách tinh dầu thơm từ các nguyên liệu thực vật
Trong số hàng nghìn loại thảo mộc có tinh dầu, chỉ khoảng 200-300 loại có giá trị công nghiệp Hàm lượng tinh dầu trong các loại thảo mộc này dao động từ 1% đến hàng trăm hợp chất khác nhau, với một số tinh dầu được làm giàu bằng cách bổ sung các thành phần thơm chiếm từ 50-90% Ví dụ, tinh dầu hồi chứa hơn 90% anetole, trong khi tinh dầu rau mùi có đến 80% decanal Tinh dầu hoa hồng có hơn 200 hợp chất, trong đó 2-phenyletanol chiếm 25-60% khối lượng, tùy thuộc vào phương pháp điều chế Nhu cầu sử dụng tinh dầu ngày càng tăng, thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành tổng hợp hữu cơ và các hợp chất thơm từ giữa thế kỷ XX, không chỉ trong lĩnh vực hương liệu và mỹ phẩm mà còn trong hương trị liệu Hiện nay, tổng sản lượng tinh dầu toàn cầu vượt 30 nghìn tấn mỗi năm, với giá trị thị trường nước hoa tại Mỹ đạt trên 5 tỷ đô la mỗi năm.
Các phương pháp chính để tách tinh dầu trong công nghiệp bao gồm ép, chiết xuất và chưng cất cuốn hơi nước Ép lấy tinh dầu là một kỹ thuật truyền thống, dễ thực hiện, đã được sử dụng từ lâu, đặc biệt là ở Ấn Độ, nơi người ta đã biết đến việc ép dầu hoa hồng từ cánh hoa cách đây hàng nghìn năm.
Quá trình chiết xuất hương liệu từ thảo mộc như hoa, rễ và cỏ bằng mỡ động vật hoặc dầu ô liu đã có từ thời cổ đại Phương pháp ngâm, dầm cho phép khuyếch tán các chất thơm từ một pha chất lỏng sang pha chất lỏng khác mà không hòa trộn Từ thời trung cổ, người ta đã phát triển phương pháp enfleurage để hấp thụ các chất thơm dễ bay hơi bằng lipit, thường áp dụng cho cánh hoa như hoa nhài Trong quá trình này, các chất thơm sẽ bốc hơi và sau đó được hấp thụ bởi lipit tinh khiết từ bò hoặc lợn Cuối cùng, để thu được tinh dầu tinh khiết, dung môi sẽ được bay hơi từ dịch chiết.
Các phương pháp phổ biến để trích tách tinh dầu hiện nay bao gồm chiết xuất và chưng cất Chiết xuất thường được áp dụng trong các trường hợp mà các hợp chất thơm không chịu được nhiệt độ cao và không bền vững với nhiệt năng, chẳng hạn như quá trình chưng cất bằng hơi nước ở 100°C.
Trong các phương pháp hiện đại để chiết xuất tinh dầu từ thảo mộc, chất chiết (extractant) được sử dụng là các dung môi bay hơi cao như butan, ête dầu hỏa, rượu no mạch thẳng, benzen và toluen Phương pháp chiết tách tinh dầu hiệu quả hiện nay là sử dụng cacbonđiôxít lỏng ở nhiệt độ thấp, giúp tách dầu dễ dàng và bảo toàn chất lượng.
Phần lớn tinh dầu được chiết xuất từ nguyên liệu thảo mộc thông qua phương pháp chưng cất cuốn hơi nước, một kỹ thuật có nguồn gốc lâu đời Từ thế kỷ XI, Abu Ali Ibn Sina (Avinsenna) đã mô tả cách tổng hợp các loại tinh dầu có khả năng trị liệu bằng phương pháp này Ông đã cải tiến quy trình chưng cất bằng cách phát minh ra ống sinh hàn dạng xoắn ruột gà, giúp thu được tinh dầu và nước thơm một cách hiệu quả Trong các tác phẩm của mình, Avinsenna cũng đã ghi lại quá trình chiết xuất các loại tinh dầu như bạc hà, quế, cúc và thì là, dựa trên nguồn gốc của các loại thảo mộc.
Từ thế kỷ XVI, phương pháp chiết tinh dầu từ thảo mộc bằng chưng cất hơi nước đã trở nên phổ biến trong các phòng thí nghiệm và hiệu thuốc Phương pháp này cho phép chiết xuất hàng chục loại tinh dầu với công dụng làm hương liệu và trị liệu Đặc biệt, vào thế kỷ XVII, khu vực Ban căng đã bắt đầu sản xuất tinh dầu hoa hồng bằng cách chưng cất từ cánh hoa Hiện nay, có khoảng vài trăm loại tinh dầu được thu hoạch, nhưng chỉ gần 200 loại được ứng dụng rộng rãi.
Phương pháp này dựa trên sự hiện diện của hơi nước trên bề mặt hỗn hợp, giúp giảm áp suất riêng phần của các thành phần thơm (tinh dầu) và hạ nhiệt độ sôi của chúng Khi không có hơi nước, nhiệt độ có thể tăng cao đến mức tinh dầu bị phân hủy Các chất thơm dễ bay hơi cùng với hơi nước được chuyển sang pha khí và đi qua thiết bị sinh hàn, nơi hơi được làm lạnh và chuyển thành pha lỏng Tại đây, tinh dầu và nước được tách ra do tinh dầu ít tan trong nước Tinh dầu được thu hồi qua các phương pháp như tách gạn, ly tâm hoặc chiết xuất, trong khi lớp nước có thể chứa tinh dầu hòa tan và được chiết xuất bằng dung môi không tan trong nước hoặc hấp thụ bằng than hoạt tính Lớp nước này có thể được sử dụng để sản xuất eau de toilet.
Trong quá trình chiết xuất tinh dầu, nguyên liệu thảo mộc được xử lý bằng butan hoặc hỗn hợp các dung môi như ête, dầu hỏa, và cacbonđiôxít lỏng Những dung môi này giúp hòa tan các thành phần có lợi từ thảo mộc, tạo ra tinh dầu chất lượng.
Phương pháp công nghiệp phân lập tinh dầu từ nguyên liệu thảo mộc bao gồm việc tách chiết và bay hơi dung môi, tạo ra phần tinh dầu gọi là concret, chứa các thành phần thơm dễ bay hơi và hỗn hợp hydrocarbon không bay hơi Trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, concret được sử dụng như một chất tạo mùi thơm, đặc biệt trong tinh dầu hoa hồng Một lượng lớn concret được chuyển hóa thành tinh dầu tuyệt đối (absolute) bằng cách chiết xuất các thành phần có mùi thơm từ concret Tinh dầu tuyệt đối chủ yếu được ứng dụng trong sản xuất các thành phần thơm của mỹ phẩm Một phương pháp khác là chưng cất cuốn hơi nước để thu được tinh dầu gọi là otto, trong khi phần nước còn lại chứa các dung dịch loãng của các thành phần thơm, thường được dùng để sản xuất nước hoa với hàm lượng tinh dầu thấp như eau de toilette.
Trong phần kết luận, cần nhấn mạnh rằng thành phần hóa học của tinh dầu từ cùng một loại thực vật có thể thay đổi đáng kể do yếu tố địa lý, điều kiện khí hậu, thời gian và phương pháp thu hoạch, cũng như cách bảo quản và xử lý nguyên liệu Việc tuân thủ các yêu cầu về thành phần, khối lượng và chất lượng tinh dầu là một thách thức Tuy nhiên, có thể áp dụng phương pháp tiêu chuẩn hóa dựa trên phân tích sắc ký Tinh dầu chất lượng cao cho mỹ phẩm và liệu pháp hương cần đáp ứng các tiêu chuẩn sắc ký đã được công nhận về thành phần tự nhiên, số lượng và mối tương quan giữa các thành phần.
Phân loại các hợp chất thơm
Các hợp chất thơm được phân loại dựa trên bốn đặc điểm: mùi thơm, hướng sử dụng, nguồn gốc xuất xứ và cấu tạo hóa học Hiện nay, chưa có phân loại khoa học chính xác cho các hợp chất thơm theo mùi hương, mà vẫn sử dụng các thuật ngữ như “mùi trái cây” hay “mùi hoa” Các nhà khoa học đã phát triển thiết bị khứu giác điện tử để xác định các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, hoạt động dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện của vật liệu polymer khi hấp thụ các hợp chất này Tuy nhiên, khứu giác của con người vẫn là công cụ nhạy bén và tin cậy nhất để nhận diện hương thơm, với khả năng phát hiện ở nồng độ rất thấp Việc cảm nhận mùi hương có thể khác nhau giữa các cá nhân, theo quốc gia, giới tính, độ tuổi và tình trạng sức khỏe Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của tính khách quan trong việc phân loại các mùi hương.
Mùi hương của các chất thơm rất khó phân loại do sự phụ thuộc vào nồng độ của chúng Chẳng hạn, mùi thơm của indol và skatole có thể khác nhau tùy thuộc vào nồng độ của từng chất.
Cố gắng đầu tiên phân loại mùi hương được Aristotle thực hiện vào thế kỷ IV trước công nguyên, với 6 nhóm chính: ngọt, chua, cay, nồng, hôi thối và ẩm ướt Sau 2000 năm, việc phân loại mùi hương bắt đầu có cơ sở khoa học hơn, theo lý thuyết thế kỷ XVII, mùi hương được chia thành 7 nhóm cơ bản: mùi ete, hương long não, xạ hương, hương hoa, hương bạc hà, mùi cay và mùi hôi thối Đến giữa thế kỷ XVIII, vẫn giữ 7 nhóm này, nhưng cuối thế kỷ XIX đã bổ sung thêm 2 nhóm, dẫn đến phân loại mùi hương thành các nhóm như sau: 1) mùi ete (axeton); 2) mùi thơm vị cay (long não, đinh hương, cam quýt, mentol, quế, hoa oải hương).
3) mùi thơm dễ chịu (hoa nhài, violet, vani); 4) mùi long diên hương-xạ hương; 5) mùi tỏi;
6) mùi cháy; 7) mùi động vật – mùi dê (caprylic, khai, mồ hôi, tinh trùng, pho-mát); 8) ghê tởm; 9) hôi thối (phân)
Vào năm 1916, một hệ thống phân loại mùi hương đã được đề xuất dựa trên hình dạng lăng trụ tam giác, trong đó 6 đỉnh đại diện cho 6 mùi cơ bản Các mùi thứ cấp được hình thành từ sự kết hợp của hai, ba, bốn hoặc sáu mùi cơ bản, tương ứng với các điểm trên các cạnh và mặt của hình lăng trụ.
Trong lĩnh vực hóa mỹ phẩm và công nghệ nước hoa, có một sự phân loại mùi hương rõ ràng Theo phân loại của Ủy ban hương liệu Pháp (Le Comité Français du Parfum) vào năm 1999, mùi hương được chia thành 7 nhóm chính, mỗi nhóm lại có các tiểu nhóm riêng Nhóm đầu tiên là mùi hương cam quýt, bao gồm 5 tiểu nhóm như hương nồng, hương hoa, và hương gỗ; ví dụ điển hình là nước hoa Eau Sauvage của Christian Dior với mùi hương chanh, thảo mộc và cay nồng Nhóm thứ hai là hương hoa, với 9 tiểu nhóm như hương oải hương tinh khiết và hương quả, ví dụ là nước hoa L'air Du Temps của Nina Ricci Nhóm hương dương xỉ có 5 tiểu nhóm như hương hoa và hương trái cây, với Enigme của Pierre Cardin là một ví dụ Cuối cùng, nhóm Chypre bao gồm 7 tiểu nhóm khác nhau.
Hương trái cây, hoa, andehit, mùi da và hương thảo mộc tạo nên sự phong phú trong thế giới nước hoa, với ví dụ điển hình là nước hoa green chypres “Cơn gió thoảng” (Ветивер) của hãng “Tự do” (Свобода) và nước hoa floral chypres “Donna Trussardi” của Trussardi Bên cạnh đó, hương gỗ cũng chiếm một vị trí quan trọng với 8 nhóm hương như hương cam quýt, mùi hương họ cây lá kim, hương nồng, long diên hương, mùi da, hương biển và hương trái cây, trong đó nổi bật là nước hoa hương gỗ Santal de Mysore của Shiseido Long diên hương cũng được phân chia thành 6 tiểu nhóm, bao gồm hương hoa, hương cay nồng, hương cam quýt, hương gỗ và hương trái cây, mang đến sự đa dạng cho trải nghiệm nước hoa.
Hình 1.4 Lăng trụ tổ hợp mùi hương 1-6 – các mùi hương cơ bản
Mùi gia vị trong nước hoa có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau, trong đó nổi bật là hương hoa và trái cây, như trong sản phẩm Matxcơva đỏ (Красная Москва) của hãng “Tự do” (Свобода) và nước hoa Fou d'Elle của hãng Lapidus Bên cạnh đó, hương da cũng được chia thành ba tiểu nhóm, bao gồm mùi thuốc lá và hương hoa, với ví dụ điển hình là nước hoa Herlen’s “Derby”.
Các chất thơm được phân loại theo ứng dụng thành nhiều nhóm khác nhau: nhóm dùng cho nước hoa, bao gồm các thành phần để tạo ra hỗn hợp hương liệu cho eau de parfum, eau de cologne và eau de toilet; nhóm dành cho mỹ phẩm trang điểm, nhằm tạo mùi thơm cho sản phẩm như son môi và kem; nhóm tạo mùi thơm, sử dụng trong xà bông và chất tẩy rửa; và nhóm định hương, giúp giảm sự bay hơi của các chất tạo mùi và tăng cường hương thơm thông qua tương tác giữa các thành phần trong hợp chất hương liệu.
Chất thơm được phân loại theo nguồn gốc xuất xứ thành ba nhóm chính: chất có nguồn gốc tổng hợp, chất bán tổng hợp - là các dẫn xuất của hợp chất tự nhiên, và chất có nguồn gốc tự nhiên như mentol, vanin, và cumarin.
Hợp chất thơm được phân loại theo cấu tạo hóa học thành hai nhóm chính: hợp chất hữu cơ tổng hợp và hợp chất hữu cơ tự nhiên Trong nhóm hợp chất hữu cơ tổng hợp, có các dẫn xuất của hidrocacbon mạch thẳng, mạch vòng, aren và các dẫn xuất dị vòng, mỗi loại lại được chia thành các nhóm nhỏ hơn dựa trên sự hiện diện của các nhóm chức hoặc nhóm thế Hợp chất hữu cơ tự nhiên, hay còn gọi là các chất thơm tự nhiên, là thành phần chính trong nhiều loại tinh dầu thảo mộc.
Trong lý thuyết hương thơm, việc thiếu nguyên lý tương quan định lượng với các thông số vật lý của chất thơm tạo ra khoảng trống lý thuyết lớn Điều này dẫn đến việc có rất ít cơ sở lý thuyết cho các đánh giá khoa học về hương thơm và việc tổng hợp các hợp chất thơm Mặc dù khoa học và công nghệ hiện đại đang phát triển mạnh mẽ, việc tạo ra các chất thơm và hỗn hợp hương liệu mới vẫn chủ yếu phụ thuộc vào sự sáng tạo nghệ thuật và cá nhân.