Báo cáo Nghiên cứu công nghệ chiết tách một số chế phẩm thiên nhiên có giá trị kinh tế cao bằng CO2 lỏng ở trạng thái siêu tới hạn

BCN VHHCN bé c«ng nghiÖp ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp 2 Ph¹m Ngò L∙o, Hµ Néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi: nghiªn cøu c«ng nghÖ chiÕt t¸ch mét sè chÕ phÈm thiªn nhiªn cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao b»ng CO2 láng ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n TiÕn sü L−u Hoµng Ngäc 5847 30/5/2006 Hµ Néi, 07 - 2005 bé c«ng nghiÖp ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp 2 Ph¹m Ngò L∙o, Hµ Néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi: nghiªn cøu c«ng nghÖ chiÕt t¸ch mét sè chÕ phÈm thiªn nhiªn cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao b»ng CO2 láng ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n TiÕn sü L−u Hoµng Ngäc Hµ Néi, 08 - 2005 Tµi liÖu nµy ®−îc chuÈn bÞ trªn c¬ së kÕt qu¶ thùc hiÖn §Ò tµi ®éc lËp cÊp Nhµ n−íc, m· sè §T§L-2002/13 ii DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN ĐỀ TAI Chủ nhiệm đề tài: TS Lưu Hoàng Ngọc Phó Viện trưởng Viện Hóa học công nghiệp, Tổng công ty Hóa chất Việt Nam Viện Hóa học công nghiệp, Tổng công ty Hóa chất Việt Nam 1. PGS. TS Mai Ngọc Chúc Viện trưởng Viện Hóa học công nghiệp 2. ThS Nguyễn Ngọc Thanh PGĐ. Trung tâm Hóa thực vật 3. TS Trần Bạch Dương Trung tâm Hóa thực vật 4. ThS Lê Thị Kim Liên Trung tâm Hóa thực vật 5. ThS Nguyễn Hoài Anh Trung tâm Hóa thực vật 6. ThS Nguyễn Thị Thu Hương Trung tâm Hóa thực vật 7. KS Trịnh Thị Thanh Hương Trung tâm Hóa thực vật 8. KS Lê Đăng Quang Trung tâm Hóa thực vật 9. KS Nguyễn Mai Cương Trung tâm Hóa thực vật Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Bộ Giáo dục và đào tạo 10. PGS.TS Nguyễn Năng Vinh Đại học Bách khoa Hà Nội 11. ThS Vũ Hồng Sơn Bộ môn Quản lý chất lượng và thực phẩm nhiệt đới 12. KS Vũ Thị Thu Vân Đại học Bách khoa Hà Nội v MỤC LỤC Trang Lời mở đầu và nhiệm vụ của đề tài 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn (Supercritical CO2 - SCO2) 2 1.1.1 Vài nét về trạng thái siêu tới hạn 2 1.1.2 Lùa chän dung m«i CO2 siªu tíi h¹n trong chiết tách 4 1.1.2.1 TÝnh tan cña c¸c chÊt trong CO2 siªu tíi h¹n 5 1.1.2.2 Sö dông dung m«i hỗ trợ trong quá trình chiết xuất bằng SCO2 5 1.1.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ tới hệ số khuyếch tán (D) của các chất tan trong SCO2 6 1.1.3 Một số ứng dụng của công nghệ chiết xuất các sản phẩm thiên nhiên bằng CO2 siêu tới hạn trên thế giới 8 1.1.3.1 T¸ch cafein trong Cµ phª vµ ChÌ 9 1.1.3.2 ChiÕt xuất ho¹t chÊt tõ hoa Huplon 10 1.1.3.3 Chiết xuất c¸c chÊt có hoạt tính sinh häc, tinh dÇu vµ c¸c chÊt th¬m tõ th¶o d−îc b»ng c«ng nghÖ sử dụng SCO2 10 1.2 Các đối tượng lựa chọn nghiên cứu của đề tài 13 1.2.1 Cây Chè (Camellia sinensis (L.) Kuntze) và một số nghiên cứu về thành phần polyphenol từ lá Chè xanh 13 1.2.1.1 Cây Chè, Camellia sinensis (L.) Kuntze 13 1.2.1.2 T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô ChÌ trong n−íc vµ trªn thÕ giíi 13 1.2.1.3 Vài nét về thµnh phÇn hóa häc cña ChÌ 14 1.2.1.4 C¸c t¸c dông sinh học của Chè 14 1.2.1.5 Chiết xuÊt polyphenol tõ lá ChÌ xanh 16 1.2.2 Hoa Bưởi và một số nghiên cứu về tinh dầu hoa Bưởi 19 1.2.2.1 Cây Bưởi, Citrus maxima (Burn.) Merrill., Rutaceae, nguån gèc vµ ®Æc ®iÓm h×nh th¸i 19 1.2.2.2 Tinh dÇu hoa vµ vá B−ëi 19 a/ Thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu hoa B−ëi 19 b/ Thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu vá B−ëi 21 vi 1.2.3 Hương bài và các nghiên cứu về hóa học của tinh dầu rễ Hương bài 23 1.2.3.1 C©y H−¬ng bµi, nguån gèc, ®Æc ®iÓm h×nh th¸i, trồng trọt và thu hoạch 23 a/ Nguồn gốc và đặc điểm hình thái 23 b/ Sinh trưởng, phát triển và nhân giống Vetiver 23 c/ Thu ho¹ch, ph©n lo¹i vµ b¶o qu¶n rÔ 24 1.2.3.2 TÝnh chÊt ho¸ lý vµ thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu Vetiver 24 1.2.3.3 Giá trị sử dụng cña tinh dÇu Vetiver 26 1.2.3.4 T×nh h×nh s¶n xuÊt tinh dÇu Vetiver trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam 27 a/ Trên thÕ giíi 27 b/ Ở ViÖt Nam 28 1.2.4 Cây Nhài và các nghiên cứu chiết xuất tinh dầu hoa Nhài 29 1.2.4.1 Cây Nhài 29 1.2.4.2 Thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña tinh dÇu hoa Nhµi 29 1.2.4.3 Một số kỹ thuật khai thác tinh dầu hoa Nhài 32 1.2.4.4 Công nghệ chiết concrete hoa Nhài bằng SCO2 33 a/ Sản xuất Absolute bằng cách dïng SCO2 chiÕt Concrete Nhµi 33 b/ Sản xuất concrete Nhài b»ng c¸ch dïng SCO2 chiÕt hoa Nhµi 33 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 35 2.1.1 Lá Chè xanh, Camellia sinensis (L.) Kuntze, Theaceae 35 2.1.2 Hoa Bưởi, Citrus maxima (Burn.) Merrill, Rutaceae 35 2.1.3 Rễ Vetiver, Vetiveria zizanioides (L.) Nash., Poaceae 35 2.1.4 Hoa Nhài, Jasminum sambac (L.) Ait., Oleaceae 35 2.2 Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 36 2.2.1 Nghiên cứu kỹ thuật chiết mẫu thực vật bằng SCO2 36 a/ Thiết bị SFT-250 36 b/ Nguyªn lý ho¹t ®éng 37 c/ Tối ưu hóa các điều kiện công nghệ chiÕt bằng SCO2 theo quy hoạch hóa thực nghiệm 38 2.2.2 Chiết và chưng cất các mẫu đối chứng theo các kỹ thuật truyền thống 40 a/ Chiết đối chứng bằng Soxhlet 40 b/ Chưng cất tinh dầu theo cách lôi cuốn hơi nước bằng Clevender 40 2.2.3 Các thiết bị và phương pháp phân tích chế phẩm chiết xuất 40 a/ Phân tích 40 b/ Chuẩn độ axít - bazơ 41 vii c/ Các phương pháp khác 41 2.2.4 Các thiết bị hỗ trợ 41 CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 3.1 ChiÕt xuÊt polyphenol tõ lá ChÌ xanh 42 3.1.1 ChiÕt xuÊt polyphenol tõ lá ChÌ xanh b»ng SCO2 42 3.1.2 ChiÕt polyphenol tõ l¸ ChÌ xanh b»ng kü thuËt truyÒn thèng 42 3.1.3 §¸nh gi¸ chÊt l−îng chÕ phÈm polyphenol 43 3.2 ChiÕt xuÊt concrete hoa B−ëi 44 3.2.1 ChiÕt xuÊt concrete từ hoa B−ëi b»ng SCO2 44 3.2.2 ChiÕt concrete hoa B−ëi bằng n-hexan 44 3.2.3 Ph©n tÝch xác định thµnh phÇn tinh dÇu và concrete Hoa B−ëi 45 3.3 ChiÕt xuất Vetiver concrete 45 3.3.1 Chiết xuất Vetiver concrete bằng SCO2 45 3.3.2 Chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dÇu Vetiver 45 3.3.3 Ph©n tÝch tinh dÇu và Vetiver concrete 46 3.3.4 B¶o qu¶n tinh dÇu 46 3.4 Chiết xuất concrete hoa Nhài 46 3.4.1 Chiết xuất concrete từ hoa Nhài bằng CO2 lỏng siêu tới hạn 46 3.4.2 Chiết xuất concrete từ hoa Nhài bằng n-hexan 47 3.4.3 Ph©n tÝch tinh dÇu và concrete hoa Nhài 47 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Nghiên cứu công nghệ chiÕt xuất polyphenol tõ ChÌ xanh 48 4.1.1 Nghiên cứu công nghệ chiết nguyên liệu Chè xanh b»ng SCO2 48 4.1.1.1 M« h×nh hóa thùc nghiÖm xác định các thông số trạng thái SCO2 và nồng độ co-solvent 48 4.1.1.2 Kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña thêi gian chiÕt - tû lÖ dung m«i SCO2/nguyªn liÖu tới hàm lượng thu được của s¶n phÈm 49 4.1.2 Chiết polyphenol từ lá chè xanh bằng dung môi hữu cơ 51 4.2 Nghiên cứu công nghệ chiết xuất concrete từ hoa Bưởi 52 4.2.1 Nghiên cứu sử dụng SCO2 chiết concrete hoa Bưởi 52 viii 4.2.1.1 Mô hình hóa thực nghiệm xác định điều kiện chiết xuất tối ưu 52 4.2.1.2 Ảnh hưởng của thời gian tiến hành chiết xuất và tỷ lệ dung môi SCO2/nguyên liệu chiết tới hàm lượng của concrete thu được 53 4.2.1.3 Ảnh hưởng của tình trạng nguyên liệu tới hàm lượng thu được của concrete 54 4.2.2 Nghiên cứu chiết xuất concrete hoa Bưởi bằng bằng n-hexan 56 4.2.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn tinh dÇu thu được từ hoa B−ëi theo hai phương pháp chiết bằng n-Hexan và bằng SCO2 57 4.3 Nghiên cứu công nghệ chiết xuất concrete từ rễ Vetiver 59 4.3.1 Nghiên cứu công nghệ chiết rễ Vetiver bằng SCO2 59 4.3.1.1 Mô hình hóa thực nghiệm để tìm điều kiện chiết xuất 59 4.3.1.2 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của tình trạng nguyên liệu tới kết quả chiết concrete từ rễ Vetiver 60 4.3.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn tinh dÇu Vetiver đã ®−îc điều chế bằng hai ph−¬ng ph¸p cÊt lôi cuèn h¬i n−íc và chiết bằng SCO2 62 4.4 Nghiên cứu c«ng nghÖ chiÕt xuất concrete hoa Nhµi bằng SCO2 64 4.4.1 Nghiên cứu công nghệ chiết concrete hoa Nhµi b»ng SCO2 64 4.4.1.1 M« h×nh hóa thùc nghiÖm xác định điều kiện tối ưu quá trình chiết bằng SCO2 với co-solvent 64 4.4.1.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết và tỷ lệ dung môi SCO2/nguyên liệu tới hàm lượng concrete thu được 65 4.4.1.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu tới hàm lượng thu được của concrete hoa Nhài 67 4.4.2 ChiÕt tinh dÇu hoa Nhµi b»ng n-hexan 68 4.4.3 Ph©n tÝch thµnh phÇn tinh dầu hoa Nhài thu được theo hai phương pháp chiết bằng n-hexan và bằng SCO2 69 CHƯƠNG V TÓM TẮT ĐỀ ÁN SẢN XUẤT HƯƠNG LIỆU VÀ CÁC HOẠT CHẤT SINH HỌC TỪ NGUỒN THỰC VẬT 5.1 Phương án sản xuất concrete từ hoa Nhài, hoa Bưởi và rễ Vetiver 70 5.2 Phương án sản xuất polyphenol từ lá chè xanh công suất 400 kg/ngày 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 ix PHỤ LỤC Phụ lục 1: Xác định chỉ số axít P1 Phụ lục 2: Xác định chỉ số este P1 Phụ lục 3: Xác định ancol tự do P2 Phụ lục 4: Xác định tỷ trọng P3 Phụ lục 5: Chiết suất P4 Phụ lục 6: Xác định độ trong P4 X¸c ®Þnh mïi P4 X¸c ®Þnh vÞ P5 Phụ lục 7: Phương pháp so màu xác định hàm lượng các polyphenol P5 Phụ lục 8: Phương pháp quy hoạch và tối ưu hóa thực nghiệm P6 Phụ lục 9: Kết quả xác định hàm lượng “Tổng polyphenol” P8 Phụ lục 10: Kết quả phân tích GC của concrete hoa Bưởi chiết bằng n-hexan P9 Phụ lục 11: Kết quả phân tích GC của concrete hoa Bưởi chiết bằng SCO2 P10 Phụ lục 12: Kết quả GC của tinh dầu Vetiver cất lôi cuốn hơi nước P11 Phụ lục 13: Kết quả phân tích GC của Vetiver concrete chiết bằng SCO2 P12 Phụ lục 14: Thẩm định chất lượng Vetiver concrete chiết bằng SCO2 P13 Phụ lục 15: Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý của Vetiver concrete chiết bằng SCO2 P14 Phụ lục 16: Kết quả phân tích GC của concrete hoa Nhài chiết bằng SCO2 P15 Phụ lục 17: Yêu cầu hîp t¸c gi÷a ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp vµ Công ty cổ phần D−îc liÖu trung −¬ng II s¶n xuÊt polyphenol P16 Phụ lục 18: Kết quả thử nghiệm sử dụng concrete hoa Nhài và hoa Bưởi chiết bằng SCO2 trong dược phẩm P17 Phụ lục 19: Kết quả thử nghiệm sử dụng Vetiver concrete, concrete hoa Nhài và hoa Bưởi chiết bằng SCO2 và polyphenol trong mỹ phẩm P18 Phụ lục 20: Thỏa thuận hợp tác khoa học kỹ thuật và chuyển giao công nghệ SCO2 giữa Viện Hóa học công nghiệp và Vimedimex II P19 Phụ lục 21: Báo cáo xin chủ trương đầu tư “Dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất Hóa dược từ thảo mộc làm nguyên liệu thuốc thiết yếu và xuất khẩu” P20 Phụ lục 22: Nhật ký thí nghiệm P21 Phụ lục 23: Trích lược Thuyết minh đề tài ĐTĐL - 2002/13 Bảng danh mục sản phẩm KHCN đăng ký theo đề tài P22 x DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang B¶ng 1.1: Điểm tíi h¹n cña mét số dung m«i thông dụng 4 B¶ng 1.2: C¸c s¶n phÈm ®−îc s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ SCO2 ở một số nước trên thế giới 9 Bảng 1.3: So sánh thành phần các chế phẩm chiết hoa Huplon bằng SCO2 và bằng các kỹ thuật truyền thống 10 Bảng 1.4: Hiệu suất thu Concrete và Absolute từ các loại nguyên liệu hoa với các kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ và bằng SCO2 12 Bảng 1.5: So sánh lượng polyphenol chiết từ chè xanh theo các kỹ thuật sử dụng viba, siêu âm và Soxhlet 17 Bảng 1.6: Chiết polyphenol từ chè xanh và chè Ô long bằng SCO2 có phối hợp co-solvent etanol với các nồng độ khác nhau 18 B¶ng 1.7: Thành phần của tinh dÇu Hoa B−ëi 21 Bảng 1.8: Thành phần của tinh dầu vỏ Bưởi 22 Bảng 1.9: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu tới chất lượng và hàm lượng tinh dầu 24 Bảng 1.10: Các tính chất hóa lý của một số loại tinh dầu Vetiver trên thế giới 25 Bảng 1.11: Các chỉ số hóa lý của tinh dầu từ bốn giống Vetiver phổ biến ở Việt Nam25 Bảng 1.12: Chỉ số hóa lý của một số loại tinh dầu Nhài trên thế giới 30 Bảng 1.13: Sự phụ thuộc hàm lượng sáp hoa Nhài vào thời gian thu hái 31 Bảng 1.14a:Sự phụ thuộc của thành phần tinh dầu hoa Nhài theo thời gian thu hái trong ngày 32 Bảng 1.14b: Sự phụ thuộc của thành phần tinh dầu hoa Nhài theo thời vụ thu hái 32 B¶ng 1.15: Thµnh phÇn (%) cña concrete hoa Nhµi thu ®−îc tõ c¸c ®iÒu kiÖn chiết CO2 kh¸c nhau 34 Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm chiết xuất Chè xanh bằng SCO2 theo quy hoạch 48 Bảng 4.2: Kết quả thu polyphenol từ chè xanh theo thời gian chiết 50 Bảng 4.3: Kết quả chiết concrete hoa Bưởi bằng SCO2 theo quy hoạch thực nghiệm 52 xi Bảng 4.4: Kết quả thu concrete hoa bưởi theo thời gian chiết SCO2 53 Bảng 4.5: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản hoa tới hiệu quả thu concrete hoa Bưởi 55 Bảng 4.6: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu hoa Bưởi tới hiệu quả thu concrete 56 Bảng 4.7: Kết quả chiết hoa Bưởi bằng n-Hexan 56 Bảng 4.8: Kết quả phân tích GC-MS concrete hoa Bưởi 57 Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm chiết rễ Vetiver theo quy hoạch 59 Bảng 4.10: Ảnh h−ởng cña kÝch th−íc nguyên liệu tíi hiệu quả thu concrete 60 Bảng 4.11: Ảnh hưởng của độ ẩm tới kết quả thu concrete 61 B¶ng 4.12: KÕt qu¶ ph©n tÝch c¸c chØ sè hãa lý cña Vetiver concrete 62 Bảng 4.13: Kết quả phân tích thành phần Vetiver concrete bằng GC-MS 62 Bảng 4.14: Kết quả chiết concrete hoa Nhµi bằng SCO2 theo quy hoạch thực nghiệm 64 B¶ng 4.15: Kết quả thu Concrete hoa Nhµi theo thêi gian chiÕt SCO2 65 B¶ng 4.16: Kết quả thu concrete hoa Nhµi với các tỷ lệ dung m«i SCO2/nguyªn liÖu 66 B¶ng 4.17: ¶nh h−ëng cña qu¸ tr×nh chiÕt nhiÒu lÇn tíi hiÖu suÊt thu Concrete hoa Nhµi 66 B¶ng 4.18: ¶nh h−ëng cña thêi gian b¶o qu¶n tíi hàm lượng thu được của concrete hoa Nhµi 67 Bảng 4.19: Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu hoa Nhµi tới hàm lượng thu được của concrete 68 Bảng 4.20: Kết quả chiết hoa Nhµi bằng n-hexan 68 B¶ng 4.21: Tãm t¾t thµnh phÇn hãa häc cña concrete Nhài chiết b»ng n-Hexan vµ SCO2 69 xii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Trang Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn 3 Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt η của SCO2 vào T và P 6 Hình 1.3.a: Ảnh hưởng của T và P tới η của SCO2 và D của chất tan 7 Hình 1.3.b: Ảnh hưởng của T và P tới D của chất tan 8 Hình 2.1: Ảnh chụp thiết bị SFT-250 36 Hình 2.2 : Sơ đồ hệ thống chiết xuất bằng SCO236 Hình 2.3: Chu trình trạng thái của CO2 trong quá trình chiết 37 Sơ đồ 2.1: Thuật toán tìm cực trị cho hàm mục tiêu của quá trình chiết bằng SCO2 39 Hình 2.4: Bộ dụng cụ Soxhlet và bộ dụng cụ Clevender 40 Sơ đồ 3.1: Chiết polyphenol từ chè xanh bằng dung môi hữu cơ 43 Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết tới kết quả thu sản phẩm 50 Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kết quả thu concrete hoa Bưởi vào thời gian chiết SCO2 54 Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian bảo quản hoa tới hµm l−îng thu ®−îc cña concrete hoa Bưởi 55 Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc lượng concrete thu được vào kích thước nguyên liệu và thời gian chiết 61 Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hàm lượng sản phẩm thu được vào độ ẩm của nguyên liệu 61 Hình 4.6: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña hµm l−îng Concrete hoa Nhµi chiÕt ®−îc vµo thêi gian chiÕt SCO2 65 Hình 4.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian bảo quản hoa tới hàm lượng thu được của Concrete hoa Nhài 67 Hình 5.1: Pilot chiết tách bằng SCO2 dung tích 1000 lít 72 Hình 5.2: Xưởng chiÕt t¸ch Thực vật ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp 74 iii BÀI TÓM TẮT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH MỘT SỐ CHẾ PHẨM THIÊN NHIÊN CÓ GIÁ TRỊ KINH TẾ CAO BẰNG CO2 LỎNG Ở TRẠNG THÁI SIÊU TỚI HẠN Công nghệ chiết bằng CO2 siêu tới hạn (SCO2) để sản xuất dược chất và hương liệu từ nguồn thiên nhiên là một kỹ thuật đang được phát triển cạnh tranh với các kỹ thuật truyền thống do ưu thế vượt trội, tạo các sản phẩm có độ tinh khiết cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và không để lại dư lượng hóa chất có hại cho sức khỏe con người, đây là những tiêu chí quan trọng trong sản xuất các chế phẩm hóa dược, mỹ phẩm và thực phẩm. Đề tài có nhiệm vụ giải quyết những nội dung công nghệ cụ thể, đồng thời tạo tiền đề cho việc phát triển công nghệ nêu trên tại Việt Nam. Các nhiệm vụ chính bao gồm: - Nghiên cứu sử dụng và làm chủ kỹ thuật chiết dược liệu và hương liệu thiên nhiên bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn; - Áp dụng kỹ thuật chiết xuất bằng SCO2 và kỹ thuật truyền thống để nghiên cứu công nghệ chiết xuất dược chất và hương liệu từ nguyên liệu chè, rễ hương bài, hoa nhài và hoa bưởi của Việt Nam; - Thông qua đó, góp phần đào tạo cán bộ chuyên môn, hợp tác xây dựng mô hình sản xuất bán công nghiệp hoặc chuyển giao công nghệ được tạo dựng bởi đề tài. Sau 30 tháng thực hiện, trên cơ sở nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết bằng SCO2, có kết hợp với quy hoạch hóa thực nghiệm, chúng tôi đã xây dựng được quy trình công nghệ chiết concrete hoa bưởi, hoa nhài, rễ hương bài và polyphenol từ lá chè xanh. Để đối chiếu, nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu hoàn thiện công nghệ cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu rễ hương bài, công nghệ chiết bằng n-hexan concrete hoa nhài và hoa bưởi, và công nghệ chiết polyphenol bằng dung môi hữu cơ từ lá chè xanh. Sản phẩm của sản xuất thử nghiệm đã được gửi tới các Công ty Cổ phần Mỹ phẩm Sài Gòn, Công ty Vimedimex II và Công ty Cổ phần Dược liệu trung ương II để thử nghiệm. iv Trên cơ sở đơn đặt hàng bước đầu 500 kg polyphenol > 80 % của Công ty Cổ phần Dược liệu trung ương II và một số đơn đặt hàng khác, nhóm tác giả đã xây dựng phương án sản xuất các sản phẩm từ thực vật đồng thời đăng ký với Nhà nước một Dự án sản xuất P. Trong quá trình thực hiện, một phần được hỗ trợ thêm bởi kinh phí của Bộ Công nghiệp và của Viện Hóa học công nghiệp, nhóm tác giả đã nghiên cứu bổ sung công nghệ chiết xuất oleoresin từ củ gừng và concrete hoắc hương bằng SCO2. Trên cơ sở những công nghệ đã được xây dựng kể trên, Viện Hóa học công nghiệp ký hợp đồng chuyển giao công nghệ cho Công ty Vimedimex II và Công ty liên doanh Anh Quốc B.V. Pharma. Đó cũng là một phần trong nội dung hợp tác xây dựng một nhà máy “Sản xuất hóa dược từ thảo mộc làm nguyên liệu thuốc thiết yếu và xuất khẩu” giữa Viện, Công ty Vimedimex II và B.V. Pharma. Theo dự án đầu tư trên, ngoài những hạng mục khác, dự kiến xây dựng tại Bắc Giang một phân xưởng chiết xuất concrete và các chất có hoạt tính sinh học bằng SCO2 với bình chiết 1000 lít. 1 LỜI MỞ ĐẦU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ViÖt Nam cã tµi nguyªn thùc vËt rÊt phong phó vµ ®a d¹ng. Cho ®Õn nay ®· cã xÊp xØ 12.000 loµi thùc vËt bËc cao ®−îc thèng kª, trong sè ®ã nhiÒu loµi chøa các hoạt chất có giá trị ®−îc sử dụng làm hương liệu hoặc sử dụng trong y häc ®Ó ®iÒu trÞ cã hiÖu qu¶ nhiÒu bÖnh tËt. Đã có nhiều công trình nghiên cứu từ trước tới nay thực hiện các nhiệm vụ phân tách, xác định cấu trúc và triển khai sản xuất tinh dầu và hoạt chất sinh học từ nguồn thảo dược Việt Nam, nhưng hướng nghiên cứu phát triển việc áp dụng công nghệ chiết bằng CO2 siêu tới hạn (SCO2) vẫn còn chưa được chú ý. Trên thế giới, công nghệ chiết bằng SCO2 để sản xuất dược chất và hương liệu từ nguồn thiên nhiên là một kỹ thuật đang được phát triển cạnh tranh với các kỹ thuật truyền thống do ưu thế vượt trội, tạo các sản phẩm có độ tinh khiết cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và không để lại dư lượng hóa chất có hại cho sức khỏe con người, đây là những tiêu chí quan trọng trong sản xuất các chế phẩm hóa dược, mỹ phẩm và thực phẩm. Do vậy chúng tôi đã đề xuất mục tiêu nghiên cứu của đề tài này là “Nghiên cứu công nghệ chiết tách các hoạt chất hữu ích có giá trị kinh tế cao từ nguồn thiên nhiên bằng CO2 lỏng ở trạng thái siêu tới hạn”. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài: - Nghiên cứu sử dụng và làm chủ kỹ thuật chiết dược liệu và hương liệu thiên nhiên bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn; - Áp dụng kỹ thuật chiết xuất bằng SCO2 và kỹ thuật truyền thống để nghiên cứu công nghệ chiết xuất dược chất và hương liệu từ nguyên liệu lá chè xanh, rễ Hương bài, hoa Nhài và hoa Bưởi của Việt Nam; - Đề xuất một số quy trình công nghệ chiết xuất chế phẩm từ các nguồn dược liệu, hương liệu kể trên. 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn (Supercritical CO2 - SCO2) N¨m 1861, Gore lÇn ®Çu tiªn giíi thiÖu vÒ kh¶ n¨ng hòa tan tèt cña Naphtalen vµ Camphor trong CO2 láng. Vµo c¸c n¨m 1875 - 1876, Andrews, mét trong nh÷ng ng−êi ®Çu tiªn nghiªn cøu vÒ tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n cña CO2, đã tiến hành đo và cung cấp nh÷ng giá trị ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é tíi h¹n cña CO2 kh¸ gÇn víi c¸c sè liÖu hiện đại [1]. HiÖn t−îng mét sè muèi v« c¬ nh− c¸c muèi: KI, KBr cã thÓ hßa tan trong dung m«i etanol vµ tetracloruametan ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n ®−îc hannay vµ Hogarth c«ng bè lÇn ®Çu tiªn t¹i héi nghÞ khoa häc Héi khoa häc Hoµng gia London n¨m 1879 [1, 51]. Buchner (1906) còng th«ng báo về khả năng hòa tan của mét sè hîp chÊt h÷u c¬ kÐm bay h¬i trong SCO2 cao h¬n nhiÒu lÇn so víi trong CO2 ở d¹ng khÝ [4]. Sau nµy ®· cã nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu vµ c«ng bè vÒ tÝnh chÊt cña dung m«i ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n, như lµ c¸c hydrocacbon ph©n tö l−îng thÊp (CH4, C2H6, C3H6), c¸c «xit Nit¬, CO2,... C¸c chÊt tan phæ biÕn đã được khảo sát bao gåm c¸c chÊt th¬m, tinh dÇu, c¸c dÉn xuÊt halogen, c¸c triglyxerid vµ một số các hîp chÊt h÷u c¬ kh¸c... C¸c nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ chiÕt xuất các hợp chất thiên nhiên b»ng dung m«i siªu tíi h¹n thùc sù đã được b¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 1970 và đã mở ra khả năng ¸p dông vô cùng ®a d¹ng trong công nghiệp thùc phÈm, mü phÈm, d−îc phÈm và m«i tr−êng.v.v... Có thể lấy một ví dụ: nhµ m¸y c«ng nghiÖp ®Çu tiªn ở châu Âu sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 đã ®−îc h·ng HAG A.G. x©y dùng và đưa vào hoạt động tõ n¨m 1979 ®Ó t¸ch caffein ra khái nh©n cµ phª [2, 3]. 1.1.1 Vài nét về trạng thái siêu tới hạn §èi với mçi một chÊt đang ở trạng thái khí, khi bị nén đẳng nhiệt tíi mét ¸p suÊt ®ñ cao, chÊt khÝ sÏ hãa láng và ngược lại. Tuy nhiªn, cã mét gi¸ trÞ ¸p suÊt mµ tại ®ã, nếu tăng nhiÖt ®é lªn th× chÊt láng cũng kh«ng hóa hơi trë lại mµ tồn tại ở một dạng đặc biệt gäi lµ tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n. VËt chÊt ë tr¹ng th¸i nµy có tính trung gian, mang nhiÒu ®Æc tÝnh cña c¶ chÊt khÝ vµ chÊt láng [4]. 3 Khí Lỏng Rắn Vùng siêu tới hạn P T PT PC Chất ở tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n có tỷ träng t−¬ng ®−¬ng nh− tỷ träng cña pha láng. Nh−ng sù linh ®éng cña c¸c ph©n tö l¹i rÊt lín, søc c¨ng bÒ mÆt nhá, hÖ sè khuếch t¸n cao giống như khi chất ở trạng thái khí. Hình 1.1 biểu thị vùng trạng thái siêu tới hạn của một chất trong biểu đồ cân bằng pha rắn, lỏng và khí của chất đó theo sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ. 1 - §iÓm ba (PT, TT) 2 - §iÓm tíi h¹n (PC, TC) Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn [5] Giá trị PC phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng của các chất, ví dụ với c¸c chÊt cã ph©n tö l−îng nhá nh− c¸c hydrocacbon cã sè cacbon tõ 1®Õn 3 th× gi¸ trÞ Pc cña chóng kh«ng cao, mµ chØ xÊp xØ vµo kho¶ng 45 bar [5]. Gi¸ trÞ TC chỉ t¨ng ít theo phân tử lượng, nhưng TC lại phụ thuộc nhiều vào độ phân cực của chất. §é ph©n cùc của ph©n tö cµng lín th× gi¸ trÞ TC còng cµng lín. §iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch lµ do ở các chất phân cực, tồn tại mét lùc c¶m øng gi÷a c¸c cùc của các phân tử, do đó n¨ng l−îng ®Ó ph¸ vì trËt tù gi÷a c¸c ph©n tö khi chất ë pha láng sẽ lớn hơn nhiều so với các chất không phân cực. NÕu gi÷a c¸c ph©n tö cã liªn kÕt hydro th× gi¸ trÞ TC sÏ t¨ng lªn rÊt lín. VÝ dô, H2O lµ mét chÊt cã ph©n tö l−îng thÊp nh−ng giá trÞ Tc l¹i rÊt cao (374,20C), ®ã lµ do gi÷a c¸c ph©n tö H2O xuÊt hiÖn liªn kÕt hydro. Các thông số vật lý của một số dung môi ở điểm tới hạn được trình bày trong bảng 1.1. 4 B¶ng 1.1: Điểm tíi h¹n cña mét số dung m«i thông dụng [2] ChÊt NhiÖt ®é tíi h¹n (oC) ¸p suÊt tíi h¹n (bar) Tû träng riªng tíi h¹n (g/cm3) Metan Etylen Carbon dioxid Etan Propan Aceton Metanol N−íc -82, 6 9, 3 30, 9 32, 3 96, 7 235, 0 239, 5 374, 2 46, 0 50, 3 73, 8 48, 8 42, 4 47, 0 80, 9 220, 0 0, 162 0, 218 0, 468 0, 203 0, 217 0, 278 0, 272 0, 322 Nói chung c¸c dung m«i siªu tíi h¹n có kh¶ n¨ng hòa tan tèt c¸c chÊt ë c¶ 3 d¹ng r¾n, láng vµ khÝ. Dung m«i siªu tíi h¹n cã sù t¸c ®éng lªn c¶ c¸c chÊt dÔ bay h¬i vµ c¶ c¸c cÊu tö kh«ng bay h¬i cña mÉu. Các nghiên cứu có trước trong lĩnh vực áp dụng dung m«i ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n để chiết xuất đã quan sát thấy hiệu quả phân tách kết hợp của quá trình chưng cất lôi cuốn và quá trình chiết ngược dòng lỏng - rắn [2]. 1.1.2 Lùa chän dung m«i CO2 siªu tíi h¹n trong chiết tách [1, 2, 3, 4, 6] CO2 và một số dung môi khác ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n cã c¸c tÝnh chất hóa lý đặc biệt nh− [1, 2, 3, 4, 5, 6]: + Søc c¨ng bÒ mÆt thÊp; + §é linh ®éng cao, đé nhít thÊp; + Tỷ träng xÊp xỉ tỷ träng cña chÊt láng; + Có thể điều chỉnh kh¶ n¨ng hßa tan các chất khác bằng cách thay đổi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. Để đáp ứng các yêu cầu công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên, SCO2 lµ dung m«i ®−îc ưu tiên lùa chän ¸p dông v× c¸c thuËn lîi sau: - CO2 lµ mét chÊt dÔ kiÕm, rÎ tiÒn v× nã lµ s¶n phÈm phô cña nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp hóa chÊt kh¸c; - Lµ mét chÊt tr¬, Ýt cã ph¶n øng kÕt hîp víi c¸c chÊt cÇn t¸ch chiÕt. Khi được đưa lên đến trạng thái tới hạn, CO2 không tự kích nổ, kh«ng b¾t löa và kh«ng duy tr× sù ch¸y; - CO2 kh«ng ®éc víi c¬ thÓ, kh«ng ¨n mßn thiÕt bÞ; - §iÓm tíi h¹n cña CO2 (Pc = 73 atm; Tc = 30,9 oC) lµ mét ®iÓm cã gi¸ trÞ nhiÖt ®é, ¸p suÊt kh«ng cao l¾m so víi c¸c chÊt kh¸c cho nªn sÏ Ýt tèn n¨ng l−îng h¬n ®Ó ®−a CO2 tíi vïng siªu tíi h¹n; 5 - Cã kh¶ n¨ng hòa tan c¸c chÊt tan h÷u c¬ ë thÓ r¾n còng nh− láng, ®ång thêi còng hòa tan được c¶ c¸c chÊt th¬m dễ bay h¬i, kh«ng hòa tan c¸c kim lo¹i nÆng vµ có thể ®iÒu chØnh c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i như áp suất và nhiệt độ ®Ó thay đổi độ chọn lọc của dung môi; - Khi sử dụng CO2 thương phẩm để chiết tách kh«ng có dư lượng cÆn ®éc h¹i trong chế phẩm chiết. 1.1.2.1 TÝnh tan cña c¸c chÊt trong CO2 siªu tíi h¹n [1, 6, 7] Cã mét sè quy luËt tæng qu¸t vÒ tÝnh tan cña c¸c chÊt trong CO2 láng ®· ®−îc Hyatt ®−a ra [1, 6, 7], vµ cã thÓ ¸p dông cho dung m«i SCO2 nh− sau: 1. C¸c chÊt cã ph©n tö l−îng trªn 500 ®.v.c. kÐm tan. 2. C¸c carotenoid, axít amin, c¸c axít qu¶, diệp lục vµ ®a phÇn c¸c muèi v« c¬ đều kh«ng tan. 3. C¸c ancaloid, c¸c hîp chÊt phenol, aniline, amid, urea, urethan vµ c¸c phÈm mµu azo ®Òu tan kÐm; 4. C¸c axít bÐo vµ c¸c triglyxerid ®Òu tan kÐm. Mặc dầu vậy, nếu este hóa c¸c axít bÐo bằng một r−îu ®¬n chức th× tÝnh tan t¨ng lªn nhiÒu. 5. C¸c chÊt h÷u c¬ ph©n cùc nh− c¸c axit cacboxylic nÕu ph©n tö l−îng rÊt nhá tan được trong SCO2. 6. C¸c aldehyd, xeton, este, ancol vµ c¸c hydrocacbon halogenua cã ph©n tö l−îng nhá vµ trung b×nh có khả năng tan rÊt tèt. 7. C¸c hydrocacbon m¹ch th¼ng dưới 20 C, ít ph©n cùc, ph©n tö l−îng thÊp vµ c¸c hydrocacbon th¬m ph©n tö l−îng nhá tan tèt. 1.1.2.2 Sö dông dung m«i hỗ trợ trong quá trình chiết xuất bằng SCO2 Dung môi h÷u c¬ ®−îc ®−a thªm vµo SCO2 víi l−îng từ 1 - 5 % mol, để thay đổi tÝnh chọn lọc cña dung m«i trong quá trình chiết tách, ch¼ng h¹n nh− lµm thay ®æi tÝnh ph©n cùc, hay c¸c t−¬ng t¸c riªng cña dung m«i ®èi víi c¸c chÊt tan, mµ lµm thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ tû träng vµ kh¶ năng chịu nÐn cña dung m«i chÝnh [2, 3, 4, 5, 6, 7]. VÝ dô, khi cho thªm metanol với nồng độ 3,5 % mol trong SCO2 lµm t¨ng ®é tan cña axít 2-amino-benzoic lªn đến 620 % [3]. Khi thªm dung m«i hỗ trî (co-solvent) sẽ làm thay đổi c¸c gi¸ trÞ tíi h¹n (nhiÖt ®é, ¸p suÊt) cña dung m«i chÝnh. Th«ng th−êng víi nång ®é co-solvent nhá h¬n 5 % mol, sù sai kh¸c nµy kh«ng ®¸ng kÓ [3]. 6 370C 470C 770C η(cPs) 0.04 0.03 0.02 40 Pc 100 P(bar) 1.1.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ tới hệ số khuyếch tán (D) của các chất tan trong SCO2 [5] CO2 ë tr¹ng th¸i siªu tíi h¹n cã ®é nhít (η) cña thÊp, bëi vËy hÖ sè khuếch t¸n cña chÊt tan trong SCO2 sÏ lín h¬n so víi trong các dung m«i th«ng th−êng khác. Hình 1.2. thể hiện sự thay đổi độ nhớt của CO2 theo áp suất P và nhiệt độ T trong vùng trạng thái siêu tới hạn. Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt η của SCO2 vào T và P Đé nhít của dung môi bÞ ¶nh h−ëng nhiÒu bëi ¸p suÊt cao, ë vïng ¸p suÊt cao, ®é nhít cña dung m«i SCO2 sÏ t¨ng lªn rÊt nhanh khi t¨ng ¸p suÊt. Ngược lại, vïng cã P vµ T thÊp th× gi¸ trÞ η Ýt bÞ biÕn ®æi khi thay ®æi ¸p suÊt. T¹i vïng cã P lân cận với Pc, nÕu t¨ng T th× η kh«ng thay ®æi m¹nh. Xu h−íng chung khi t¨ng nhiÖt ®é th× ®é nhít sÏ gi¶m ®i. §èi víi mét chÊt tan Ýt bay h¬i, hÖ sè khuếch t¸n cña nã trong SCO2 sÏ cao h¬n trong dung m«i thông th−êng vµo kho¶ng 1 - 100 lÇn. Nh−ng đối với các chất bay hơi, hÖ sè khuếch t¸n trong SCO2 l¹i nhá h¬n so víi trong pha khÝ. Sự phụ thuộc của hệ số khuếch tán D của chất tan vào kích thước phân tử σ, độ nhớt η của SCO2, nhiệt độ T và áp suất P được tính toán và mô tả bằng ph−¬ng tr×nh Stokes-Einstein dưới đây. Xem đồ thị hình 1.3.a và hình 1.3.b: ]/[ 2 sm C D ησΠ ΤΚ= 7 T=298,15K 323,15 348,15 373,15 373,15 348,15 323,15 298,15 100 200 300 400 MPa 50 20 10 05 02 00 Trong đó: D: HÖ sè khuyÕch t¸n K: H»ng sè Bolzman; C: H»ng sè hiÖu chØnh (C = 3 - 6); σ: Đ−êng kÝnh ph©n tö; η: Đé nhít (cP). ____ §−êng biÓu diÔn D [m2/s] ------ §−êng biÓu diÔn η [10-4 Pa s] Hình 1.3.a: Ảnh hưởng của T và P tới η của SCO2 và D của chất tan Như vậy khi tăng áp suất, tỷ trọng sẽ tăng theo làm độ nhớt cao và làm giảm khả năng khuếch tán D của chất tan vào dung môi. Trong quá trình đẳng áp, khi nhiệt độ T t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng khuÕch t¸n vµo dung m«i cña chÊt tan không bay hơi còng tăng lên, nh−ng ®èi víi chÊt dÔ bay h¬i thì ngược lại, kh¶ n¨ng khuÕch t¸n gi¶m xuèng khi nhiệt độ tăng. 8 Hình 1.3.b: Ảnh hưởng của T và P tới D của chất tan 1.1.3 Một số ứng dụng của công nghệ chiết xuất các sản phẩm thiên nhiên bằng CO2 siêu tới hạn trên thế giới Trªn thÕ giíi ®· sö dông c«ng nghÖ chiết xuất bằng SCO2 vµo viÖc lo¹i cafein cña chÌ vµ cµ phª trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c¸c lo¹i ®å uèng không cafein [2, 3, 4, 51]. §èi víi c«ng nghiÖp sản xuất ®å uèng không cã cån, SCO2 ®−îc dïng ®Ó chiÕt lo¹i cån ra khái chÕ phÈm thay cho ph−¬ng ph¸p cò lµ ch−ng cÊt [2, 3, 4]. Trong c«ng nghiÖp thuèc l¸, SCO2 ®−îc sö dông ®Ó chiÕt nh÷ng thµnh phÇn dÔ bay h¬i vµ t¸ch phÇn h−¬ng tù nhiªn tõ c©y thuèc l¸ ®Ó n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm [2, 3]. Trong công nghiệp thùc phÈm øng dông c«ng nghÖ SCO2 ®Ó s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm cã hµm l−îng chÊt bÐo vµ cholestesrol thÊp hoÆc c¸c thùc phÈm chøc n¨ng (giµu axit bÐo DHA, EPA, FOS .v.v...); SCO2 còn ®−îc dùng ®Ó chiÕt c¸c hîp chÊt cña hoa huplon [2, 3, 4] ®Ó dïng trong c«ng nghÖ bia vµ d−îc phÈm; chiÕt c¸c ho¹t chÊt chèng oxy hóa cã nguån gèc tù nhiªn. ë Trung Quèc vµ Ấn §é còng ®· cã nhµ m¸y s¶n xuÊt thiÕt bÞ còng nh− c¸c nhµ m¸y chiÕt t¸ch mét sè chÕ phÈm cã nguån gèc thùc vËt sö dông c«ng nghÖ chiÕt P(bar) 70 80 100 150 200 D 10-3 10-4 10-5 0 20 31.1 40 60 100 T 9 b»ng CO2 siªu tíi h¹n. Bảng 1.2 giới thiệu về những nước hàng đầu trong ứng dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 và một số sản phẩm tiêu dùng từ công nghệ này. B¶ng 1.2: C¸c s¶n phÈm ®−îc s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ SCO2 ở một số nước trên thế giới [4] N−íc C«ng ty S¶n phÈm tù nhiªn §øc HAG-General Foods SKW Chemical Barth - Cµ phª - ChÌ, huplon, gia vÞ - Huplon Australia Carlton & United - Huplon Anh English Hops - Huplon, gia vÞ Mü General Foods Pfizer Phasex - Cµ phª - Huplon - C¸c s¶n phÈm kh¸c Theo ®¸nh giá cña Vitzthum vµ các céng sù th× viÖc sö dông SCO2 vµo chiÕt t¸ch c¸c ho¹t chÊt thiªn nhiªn víi s¶n l−îng lín ë quy m« c«ng nghiÖp ®Ó øng dông trong thùc phÈm, mü phÈm và d−îc phÈm... sÏ trë thµnh phæ biÕn trong t−¬ng lai. 1.1.3.1 T¸ch cafein trong Cµ phª vµ ChÌ [2, 3, 4, 5, 51] Cafein lµ mét thµnh phÇn ho¹t chÊt trong cµ phª vµ chÌ, g©y vÞ ch¸t vµ kÝch thÝch thÇn kinh. B¾c Mü vµ ch©u ¢u lµ nh÷ng thÞ tr−êng lín tiªu thô cµ phª vµ chÌ ®· t¸ch lo¹i cafein. Gi¶i ph¸p công nghệ duy nhÊt lo¹i bá cafein ®ång thêi gi÷ chÊt l−îng cµ phª vµ chÌ lµ sö dông c«ng nghÖ chiÕt b»ng SCO2, lần ®Çu tiªn ®−îc ¸p dông ë Ch©u Âu vµ sau ®ã lµ B¾c Mü. Víi kỹ thuật nµy hµm l−îng cafein trong chè và cà phê cã thÓ gi¶m xuèng chØ cßn dưới 0,1 % [2]. ë Mü, l−îng tiªu thô c¸c lo¹i s¶n phÈm không cafein t¨ng rÊt nhanh, tõ n¨m 1962 - 1989 đã t¨ng gÊp 4 lÇn. HiÖn nay sản l−îng cµ phª kh«ng cafein lµ 220.000 tÊn/n¨m. Kho¶ng 17 % d©n sè Mü uèng lo¹i ®å uèng nµy (n¨m 1988 - 1989). Trung b×nh mçi ng−êi Mü uèng kho¶ng 2,4 t¸ch cµ phª một ngµy. T¹i thÞ tr−êng Ch©u ©u c¸c s¶n phÈm nµy còng ®−îc sö dông phæ biÕn, ®Æc biÖt lµ ë c¸c n−íc §øc, Ph¸p, §an M¹ch, Na Uy, Thôy §iÓn vµ PhÇn Lan. L−îng tiªu thô s¶n phÈm kh«ng cafein ë §øc n¨m 1990 t¨ng 12 % so víi n¨m 1989, cßn ë Ph¸p t¨ng 8 %. Hµng n¨m §an M¹ch nhËp khÈu 136 tÊn cµ phª h¹t rang ®· lo¹i cafein, phÇn lín lµ nhËp tõ c«ng ty Federal Republic (§øc) vµ 113 tÊn cµ phª xanh còng ®· lo¹i cafein (67% nhËp cña Brazin, 33% nhËp cña §øc). §øc và Ph¸p lµ nh÷ng n−íc chÝnh xuÊt khÈu s¶n phÈm cµ phª ®· lo¹i cafein. 10 1.1.3.2 ChiÕt xuất ho¹t chÊt tõ hoa Huplon [2, 3, 4, 5] Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm, công nghệ chiÕt xuất hoạt chÊt b»ng CO2 láng tõ hoa Huplon ®−îc c«ng bè lÇn ®Çu tiªn vào n¨m 1950 ë Liªn X« cò vµ NhËt B¶n. Nh−ng chÊt l−îng chế phẩm chiÕt xuất lóc ®ã kh«ng cao vµ vÉn cßn ë dạng sản phẩm thÝ nghiÖm [4]. Cho tíi n¨m 1981, c«ng nghÖ sử dụng SCO2 chiết xuất dÞch hoa Huplon míi thµnh c«ng và b¾t ®Çu ®−îc áp dụng ë §øc. Trong nh÷ng n¨m 80, s¶n l−îng c¸c chÊt ®−îc chiÕt b»ng SCO2 từ hoa Huplon ở Đức ®· t¨ng nhanh vµ v−ît qu¸ 10.000 tÊn/n¨m. Sau ®ã tíi nh÷ng n¨m ®Çu thËp kØ 90, c«ng nghÖ chiÕt SCO2 míi thùc sù lan réng ra Ch©u ©u vµ Mü [4]. So với các phương pháp khác, chế phẩm chiết bằng SCO2 hầu như vắng mặt các thành phần tạp chất như diệp lục, nhựa cứng - sản phẩm quá trình oxy hóa khi chưng cất, muối vô cơ và các cặn không tan khác. Thêm vào đó, hàm lượng các thành phần hữu ích cũng cao hơn ở kỹ thuật truyền thống, các so sánh này được cụ thể hóa trong b¶ng 1.3. Bảng 1.3: So sánh thành phần các chế phẩm chiết hoa Huplon bằng SCO2 và bằng các kỹ thuật truyền thống [4] Thµnh phÇn Chế phẩm chiết với dung môi gốc Clo Chế phẩm chiết với cån Chế phẩm chiết với SCO2 Alpha axit Beta axit Nhùa Ýt biÕn tÝnh Nhùa cøng ChÊt dÔ bay h¬i Lipit vµ s¸p Tanin Clorophil Muèi v« c¬ CÆn chÊt tan N−íc 35 - 45% 15 - 20% 3 - 8% 2 - 5% 1 - 3% 1 - 2% vÕt >1% <1% <1% vÕt 30 - 40% 10 - 15% 3 - 8% 2 - 10% 1 - 2% vÕt 1 - 5% vÕt 0,5 - 1% 0,01 - 0,1% 1 - 5% 40 - 50% 18 - 40% 5 - 20% - - 2 - 8% 0 - 5% -- -- vÕt -- 1 - 5% 1.1.3.3 Chiết xuất c¸c chÊt có hoạt tính sinh häc, tinh dÇu vµ c¸c chÊt th¬m tõ th¶o d−îc b»ng SCO2 Tõ hµng ngµn n¨m tr−íc con ng−êi ®· biÕt sö dông th¶o d−îc trong c¸c ®¬n thuèc ch÷a bÖnh vµ t¨ng c−êng søc kháe, nhÊt lµ ë Trung Quèc vµ Ấn §é [19, 20]. Đã có nhiều loài cây được sử dụng rộng rãi làm hương liệu và thuốc chữa bệnh như bạc hà, cỏ xạ hương, thanh hao hoa vàng, dừa cạn... Ngµy nay, b»ng c¸c kü thuËt hiÖn ®¹i, ng−êi ta ®· x¸c ®Þnh ®−îc nhiều ho¹t chÊt cã trong c¸c th¶o d−îc. C«ng nghÖ SCO2 ®ang ®−îc nghiªn cøu ¸p dông ®Ó chiÕt c¸c ho¹t chÊt cã t¸c dông ch÷a bÖnh và t¨ng c−êng søc khoÎ tõ th¶o méc. C¸c hîp chÊt triterpenoid mµ 11 ®Æc tr−ng nhÊt lµ faradiol cã t¸c dông chèng viªm ®−îc chiÕt tõ hoa c©y cóc vµng (Calendula officialis)[3]. NÕu chiÕt b»ng SCO2, hµm l−îng faradiol monoeste trong s¶n phÈm chiÕt cao gÊp hµng tr¨m lÇn so víi hµm l−îng trong s¶n phÈm chiÕt b»ng cån, cho thấy sự −u viÖt cña c«ng nghÖ SCO2 trong viÖc chiÕt t¸ch s¶n phÈm nµy [3]. C¸c hîp chÊt chèng ung th− tõ th¶o d−îc rÊt ®−îc quan t©m nghiªn cøu trªn thÕ giíi vµ c«ng nghÖ chiết bằng SCO2 còng cã nhiÒu triÓn väng ¸p dông, ch¼ng h¹n nh− vinblastin - chÊt chèng ung th− m¸u tõ c©y dõa c¹n [3]; monocrotaline tõ h¹t c©y lôc l¹c (crotalaria spectabilis) [3]; maytansine tõ c©y maytenus senegalensis; taxol - cã t¸c dông chèng c¸c khèi u phæi, ung th− vó vµ buång trøng [3]. C«ng nghÖ chiÕt b»ng SCO2 cã thªm 10 - 20 % dung môi hỗ trợ (co-solvent) là methanol cho hµm l−îng ho¹t chÊt 0,27 - 1,82 %, cao h¬n h¼n so víi chiÕt b»ng cån (0,125 %). C¸c chÊt cã t¸c dông chèng ôxi hãa vµ kh¸ng khuÈn chiÕt tõ th¶o méc tõ l©u ®· cã øng dông trong mü phÈm vµ y d−îc. C«ng nghÖ SCO2 ®· ®−îc ¸p dông ®Ó chiÕt xuÊt tinh dÇu tõ hµng lo¹t c©y th¶o d−îc cã t¸c dông trong c¸c lÜnh vùc nµy nh−: b¹c hµ, h−¬ng nhu, bọ m¶y, quế, nghÖ .v.v... GÇn ®©y, c¸c ho¹t chÊt tõ c©y b¹ch qu¶ (Gingko biloba) cã t¸c dông chèng thiÓu n¨ng tuÇn hoµn n·o, liÖt d−¬ng vµ chèng mÊt trÝ nhí đã được nghiên cứu chiết xuất bằng SCO2. Các hoạt chÊt chñ yÕu cña c©y này lµ quercetin vµ isorhamnetin cã thÓ chiÕt ra b»ng SCO2 (250 bar; 500C)cã thªm 10 % etanol vµ 0,5 % axít photphoric [3]. C¸c chÊt th¬m tù nhiªn cã trong c¸c phÇn rÔ, hoa, th©n, l¸, vá c©y, qu¶, h¹t cña nhiÒu lo¹i thùc vËt. C¸c chÊt nµy ®−îc gäi chung lµ tinh dÇu, rÊt kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt hãa häc nh−ng cã mét vµi ®iÓm chung nh−: kh«ng tan trong n−íc, tÝnh quang ho¹t cao. Tinh dÇu tan trong ete, r−îu, tan trong phÇn lín c¸c dung m«i, vµ tan được trong CO2 láng còng nh− SCO2. C«ng nghÖ SCO2 ®−îc ¸p dông réng r·i ®Ó chiÕt t¸ch nhiÒu lo¹i tinh dÇu. Ngoµi nh÷ng −u ®iÓm chung, khi ¸p dông cho c¸c ®èi t−îng tinh dÇu, c«ng nghÖ nµy cßn cã mét sè tÝnh −u viÖt kh¸c mµ c¸c c«ng nghÖ kinh điển (chiÕt dung m«i, cÊt lôi cuốn hơi nước) kh«ng cã ®−îc. S¶n phÈm cã ®é tinh khiÕt cao và cã mùi hương ®Æc tr−ng. C«ng nghÖ SCO2 ®Æc biÖt hiÖu qu¶ khi ¸p dông cho c¸c ®èi t−îng tinh dÇu quý và kÐm bÒn nhiÖt. Concrete hoa nhµi ®−îc chiÕt b»ng SCO2 cho n¨ng suÊt kh¸ cao (0,2 - 0,37 %) [3]. Tinh dÇu hoa hång cÊt lôi cuốn h¬i n−íc chỉ cho hiệu suÊt 0,025 %, chñ yÕu ®−îc s¶n xuÊt ë Thæ NhÜ Kú, Bungaria vµ Ma Rèc. Concrete hoa hång chiÕt b»ng SCO2 cã ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tr−ng cña absolute hoa hång chiÕt b»ng dung m«i 12 (hexan/ethanol), nh−ng cã chÊt l−îng tèt h¬n vµ kh«ng chøa d− l−îng dung m«i [3]. Bảng 1.4 trình bày kết quả so sánh hiệu suất chiết các sản phẩm absolute và concrete từ một số loại nguyên liệu hoa giữa kỹ thuật chiết sử dụng dung môi hữu cơ và kỹ thuật chiết bằng SCO2. Bảng 1.4: Hiệu suất thu Concrete và Absolute từ các loại nguyên liệu hoa với các kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ và bằng SCO2 [3,41, 42] Kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ Chiết bằng SCO2 Tªn Hoa Concrete từ nguyên liệu (%) Absolute từ concrete (%) Concrete từ nguyên liệu (%) Helichrysum Hoa D¹ h−¬ng lan Hoa Nhµi HoaTö ®inh h−¬ng Hoa Cam Hoa Hång Violet YlangYlang 0,90 - 1,15 0,17 - 0,20 0,28 - 0,34 0,60 - 0,95 0,24 - 0,27 0,22 - 0,25 0,07 - 0,13 0,80 - 0,95 60 - 70 10 - 14 45 - 53 35 - 45 36 - 55 50 - 60 35 - 40 75 - 80 4,40 - 6,60 - 0,44 - 0,66 - 0,28 - - - C«ng nghÖ chiết sử dụng SCO2 cßn cã thÓ ¸p dông đối với hÇu hÕt c¸c lo¹i tinh dÇu vµ chÊt th¬m quý kh¸c tõ thảo mộc nh− tinh dÇu lavan (Lavandula stoechas), hoµng ®µn, h−¬ng lau, hoa b−ëi.v.v... [13]. 13 1.2 Các đối tượng lựa chọn nghiên cứu của đề tài 1.2.1 Cây Chè (Camellia sinensis (L.) Kuntze) và một số nghiên cứu về thành phần polyphenol từ chè xanh 1.2.1.1 Cây Chè, Camellia sinensis (L.) Kuntze Cây Chè (Camellia sinensis (L.) Kuntze) thuộc họ Chè (Theaceae) [18] có nguồn gốc từ Trung Quốc, theo các tác giả Võ Văn Chi và Phạm Hoàng Hộ cây Thea sinensis L. cũng được xếp vào loài này. ChÌ lµ mét c©y khoÎ m¹nh, mäc hoang, nÕu kh«ng c¾t xÐn cã thÓ cao ®Õn 10 m. §−êng kÝnh th©n c©y cã thÓ tíi møc mét ng−êi «m kh«ng xuÓ. Tuy nhiªn ®Ó tạo thuËn lîi cho viÖc thu h¸i, ng−êi ta th−êng c¾t tỉa ®Ó cây cã ®é cao kho¶ng 2 m. C©y phân cành ngang nhiÒu tõ gèc, l¸ mäc so le, kh«ng rông. Hoa to, tr¾ng, mäc ë nách lá, nhiÒu nhÞ, mïi rÊt th¬m. Qu¶ mét nang th−êng cã 3 ng¨n nh−ng chØ cã mét h¹t do c¸c h¹t kh¸c bÞ teo ®i. HiÖn nay c©y ChÌ ®−îc trång nhiÒu ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới nh−: Ch©u Phi, Nam Mü, trung Quèc, Ấn §é, Srilanka... Ở ViÖt Nam ChÌ ®−îc trång khắp nơi, nhưng nhiều nhất ở các vùng đồi trung du thuộc c¸c tØnh: VÜnh Phóc, Tuyªn Quang, Hµ Giang, th¸i Nguyªn, §¾c L¾c, L©m Đång [18]. 1.2.1.2 T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô chÌ trong n−íc vµ trªn thÕ giíi Mçi n¨m trªn thÕ giíi s¶n xuÊt trªn 2,5 triÖu tÊn chÌ. Trong ®ã, 80 % sản lượng chè là từ c¸c n−íc Ch©u ¸, ®Æc biÖt lµ Trung Quèc, Ấn Đé vµ srilanka. Có thể đưa ra một vài con số làm ví dụ [7]: Trung Quèc s¶n xuÊt tõ 534 - 545 ngh×n tÊn/n¨m. Ấn Đé s¶n xuÊt tõ 684 - 701 ngh×n tÊn/n¨m. Srilanka s¶n xuÊt tõ 208 - 288 ngh×n tÊn/n¨m. N¨m 2002 n−íc ta trång ®−îc 108.000 ha ChÌ. C¶ n−íc s¶n xuÊt ®−îc 90.000 tÊn (t¨ng 6 % so víi n¨m 2001). Trong ®ã xuÊt khÈu 72.000 tÊn, ®øng thø 5 trªn thÕ giíi vÒ s¶n lượng chÌ xuất khẩu [19]. ThÞ tr−êng tiªu thô chÌ còng rÊt lín: Irac mét n¨m nhËp vµo 60.000 tÊn chÌ (1/3 trong sè ®ã lµ tõ ViÖt Nam), Nga mçi n¨m tiªu thô 161.000 tÊn. Pakistan nhËp khẩu 86.000 tÊn, NhËt 119.000 tÊn, Ấn Đé 466.000 tÊn [19]. Chè thương phẩm trên thế giới cã 2 lo¹i chÝnh lµ chÌ ®en vµ chÌ xanh. Kh¸c 14 với chÌ xanh lµ búp chè sau thu hoạch chỉ được sao và sấy cho khô vàng, chè đen được xử lý trước qua mét qu¸ tr×nh lªn men để làm giảm vị chát và tanin. Ngoµi nh÷ng s¶n phÈm chÌ th«ng th−êng, trªn thÕ giíi còn cã các lo¹i chÌ tan vµ chÌ kh«ng cafein. PhÇn lín chè đen, chè tan và chÌ kh«ng cafein ®−îc tiªu thô nhiÒu ë châu Âu và Bắc Mỹ. Cßn chÌ xanh ®−îc tiªu thô chÝnh ë Đông Á, NhËt, Cộng hòa Liên bang Nga vµ mét số n−íc Ả RËp. 1.2.1.3 Vài nét về thµnh phÇn hóa häc cña ChÌ L¸ ChÌ t−¬i cã kho¶ng 70 % lµ n−íc, 20 % tanin (hçn hîp c¸c catechin vµ dÉn suÊt cña chóng), 2 - 3,5 % cafein, cßn l¹i lµ c¸c chÊt protein, kho¸ng, x¬, lignan vµ pectin. ThuËt ng÷ Polyphenol (tanin thực vật) dïng ®Ó chỉ c¸c hợp chÊt phenolic chuyển hóa thứ cấp phân bố rộng rãi trong thực vật. Mặc dù trong các bộ phận của Chè người ta đã tìm ra hơn 60 cấu trúc khác nhau của các polyphenol, nhưng chúng đều được cấu tạo từ 3 nhân cơ bản flavan-3-ol (catechin) (1), este galloyl (2) và este hexahidroxidiphenoyl (3). Trong cây Chè, polyphenol ph©n bè chñ yÕu ë l¸ vµ có hàm lượng thay đổi theo ®é tuổi cña l¸ chÌ. Polyphenol tập trung nhiều nhÊt ë trong c¸c bóp chÌ non với hàm lượng tõ 30 - 32 % vµ gi¶m dÇn ở c¸c l¸ giµ. L¸ thø 2 tính từ búp trở xuống có hµm l−îng polyphenol 25 - 28 %; l¸ thứ 3 cã 20 - 22 %, l¸ thứ 4 có 16 - 18 %, l¸ giµ 10 - 13 % vµ trong cuéng chÌ chỉ có 15 % polyphenol tính theo lượng mẫu khô [47]. 1.2.1.4 C¸c t¸c dông sinh học của chè ChÌ lµ lo¹i ®å uèng phæ biÕn trªn thÕ giíi. Ngoµi t¸c dông lµm gi¶m c¬n kh¸t, chÌ cßn cã rÊt nhiÒu t¸c dông có ích đối với søc khoÎ con ng−êi [19, 20]. Ng−êi Trung quèc biÕt uèng chÌ tõ n¨m 2700 tr−íc c«ng nguyªn, nhưng phải ®Õn n¨m 1600 sau c«ng nguyªn, theo các con đường thương mại và truyền giáo, chÌ míi ®−îc du nhËp vµo Ch©u ©u [7]. ChÌ cã t¸c dông hỗ trợ chèng ung th− phæi do hót OO OH OHHO OO OH OHHO O O OH HO OH O OH 1: Flavan-3-ol 2: Galloyl - ~ 3: Hexahidroxidiphenoyl - ~ 15 thuèc, chèng nhiÔm phãng x¹, chèng oxy ho¸, ng¨n ngõa bÖnh huyÕt ¸p thÊp, lµm gi¶m l−îng ®−êng trong m¸u. Qua c¸c thÝ nghiÖm trªn chuét cña Junkun vµ các cộng sự ở tr−êng D−îc Ohio - NhËt B¶n [21] cho thÊy epicatechin gallat và epigallocatechin gallat cã t¸c dông phßng chèng bÖnh ung th− tuyÕn tiÒn liÖt. Hai catechin nµy cã t¸c dông ng¨n ngõa ph¸t triÓn cña khèi u, vµ dÉn ®Õn lµm gi¶m kh¶ n¨ng di c¨n. Epigallocatechin gallat lµm gi¶m kÝnh th−íc cña khèi u vµ ®ã lµ nguyªn nh©n khiÕn bÖnh ung th− ®−îc thuyªn gi¶m. H¬n n÷a epigallocatechin gallat cßn cã t¸c dông øc chÕ urokinase, lo¹i enzym th−êng t×m thÊy trong n−íc tiÓu cña phÇn lín nh÷ng ng−ßi m¾c bÖnh ung th−. urokinase bÎ gÉy liªn kÕt c¬ b¶n nh©n tÕ bµo lµm cho khèi u ph¸t triÓn nhanh vµ bÖnh sÏ di c¨n. Junkun vµ ®ång nghiÖp còng ®· lµm thí nghiệm so s¸nh gi÷a c¸c catechin trong chÌ xanh víi amilorid - một lo¹i thuèc lîi tiÓu nhÑ dïng ®Ó ®iÒu trÞ cao huyÕt ¸p, xung huyÕt tim nhÑ vµ cã t¸c dông øc chÕ urokinase. Kết quả cho thấy để có hiệu quả điều trị ngang nhau, ng−êi bÖnh ph¶i dïng Amilorid víi liÒu l−îng 20 mg/ngµy trong khi víi chÌ th× chØ cÇn một t¸ch nhá chÌ chøa 150 mg epigallo- catechin gallat vµ uèng thªm một vµi lo¹i chÌ m×nh yªu thÝch kho¶ng 10 t¸ch/ngµy. Ngoµi ra theo nghiªn cøu cña Chang C.W., Hsu F.L. và Lin J.Y., tr−êng D−îc, §¹i häc quèc gia §µi Loan ®· chøng tỏ r»ng c¸c catechin epigallocatehin, O OH OH OH HO OH (+)-Catechin O OH OH OH HO OH (-)-Epigallocatechin OH O O OH OH HO OH (-)-Epicatechin gallat O OH OH OH O O OH OH HO OH (-)-Epicatechin gallat O OH OH OH OH 16 epicatechin gallat và epigallocatechin gallat ®−îc chiÕt tõ chÌ xanh Trung quèc - Camella sinensis L. - cã t¸c dông øc chÕ, gây miÔn nhiÔm víi vi rót HIV, IC50 của epigallocatechin lµ 7,8; của epicatechin gallat lµ 0,32 và của epigallocatechin gallat lµ 0,63 µmol [22]. Ngoµi t¸c dông ch÷a bÖnh, c¸c polyphenol tõ dÞch chiÕt chÌ xanh cßn ®−îc sö dông trong mü phÈm. Chóng cã t¸c dông lµm Èm da vµ chèng c¸c vÕt nh¨n. Polyphenol cã trong thuèc ®¸nh r¨ng cã t¸c dông diÖt khuÈn. Nh÷ng thuèc cã chøa catechin vµ c¸c dÉn xuÊt cña nã chèng l¹i sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn g©y viªm lîi vµ chÊt collagen cña vi sinh vËt nµy. Catechin ở nồng độ 100 mg/ml øc chÕ ®−îc 98 % collagen [25, 26]. Do chÌ cã rÊt nhiÒu t¸c dông ®èi víi con ng−êi, lµ một lo¹i s¶n phÈm kh«ng g©y ®éc nªn ngµnh c«ng nghiÖp chÌ vµ nghiªn cøu chÌ ngµy cµng ®−îc quan t©m vµ ph¸t triÓn. 1.2.1.5 Chiết xuÊt polyphenol tõ ChÌ xanh C¸c s¶n phÈm polyphenol trªn thÕ giíi hiÖn nay vẫn hoµn toµn ®−îc s¶n xuÊt b»ng cách chiết với dung m«i h÷u c¬. Dựa trên tÝnh chÊt ho¸ häc ®Æc tr−ng cña polyphenol lµ c¸c hîp chÊt ph©n cùc yÕu, hay gặp trong chè xanh dưới dạng các glycosid dÔ tan trong n−íc nãng vµ c¸c dung m«i h÷u c¬ cã ®é ph©n cùc cao nh− etanol, metanol, hoÆc hçn hîp của chúng với n−íc nên người ta thường chọn các dung môi này để chiết các polyphenol ở giai đoạn đầu tiên. Kết quả sàng lọc hoạt tính chống ôxy hóa của các dịch chiết cũng cho thấy khi chiết chè xanh bằng c¸c dung m«i ph©n cùc cho các sản phẩm có hoạt tính mạnh h¬n so víi khi chiết bằng c¸c dung m«i cã ®é ph©n cùc yÕu nh− n-hexan, ete dầu hỏa, ete etylic, hay hçn hîp cña ete etylic víi clorofoc, axeton, etylaxetat [48, 49, 50, 51]. Mặc dầu vậy, trong dÞch chiÕt tån t¹i mét l−îng lín c¸c hîp chÊt kh«ng mong muèn bÞ chiÕt cïng víi polyphenol, thêm vào đó c¸c glycosid còng bị thủy ph©n khi sö dông dung m«i chiÕt lµ dung dịch nước axít. Phần lớn các polyphenol và các aglycon có hoạt tính chống oxy hóa cao đều hòa tan được trong các dung môi phân cực yếu, nên các dung môi này được dùng để tinh chế polyphenol từ dịch chiết của các dung môi phân cựu. Cã thÓ tham kh¶o mét sè vÝ dô vÒ c¸c c«ng nghÖ chiÕt polyphenol tõ chÌ xanh b»ng dung m«i h÷u c¬ d−íi ®©y [28, 45, 52, 53, 55]: - Ph−¬ng ph¸p cña Delaunay J.C. vµ các céng sù: 100 g l¸ chÌ ®−îc ng©m chiÕt ë nhiÖt ®é phßng b»ng 1 lít N−íc/Axeton (3 : 2, v/v) trong 12 giờ. DÞch chiÕt 17 ®−îc c« kiÖt trong ch©n kh«ng ë 400C. ChiÕt b»ng n-hexan ®Ó lo¹i t¹p chÊt, c−íi cïng polyphenol ®−îc chiÕt b»ng etylaxetat, chÕ phÈm ®−îc làm đông khô thµnh bét mÞn. Sản phẩm được phân tích x¸c ®Þnh c¸c catechin vµ cafein bằng các phương pháp sắc ký như sắc ký lỏng cao áp kết nối khối phổ hoặc sắc ký điện di [28]. C¸c t¸c gi¶ Xuejun Pan, Guoguang Niu [45, 52, 53, 55] ®· so s¸nh c¸c ph−¬ng ph¸p chiÕt polyphenol b»ng Soxhlet víi c¸c kỹ thuật chiết kÕt hîp viba và kết hợp siêu âm (Xem bảng 1.5) [45]. Bảng 1.5: So sánh lượng polyphenol chiết từ chè xanh theo các kỹ thuật sử dụng viba, siêu âm và Soxhlet [45] Kỹ thuật A B C D MAE 30 4 77 10 UE 28 3,6 75 10 Soxhlet 28 3,6 72 9 Trong ®ã: A - % Polyphenol so víi nguyªn liÖu ban ®Çu; B - % Caffeine so víi nguyªn liÖu ban ®Çu; C - Hµm l−îng % Polyphenol trong dÞch chiÕt; D - Hµm l−îng % Caffein trong dÞch chiÕt. - MAE: Ph−¬ng ph¸p chiÕt có hç trî viba. Dung m«i Etanol/n−íc (1:1, v/v), tû lÖ dung m«i/nguyªn liÖu là 20/1. Thêi gian t¸c dông cña viba trong 4 phót vµ ng©m tÜnh 90 phót ë 200C. - UE: Ph−¬ng ph¸p chiÕt có hç trî siêu ©m. Dung m«i Etanol/n−íc (1:1, v/v) tû lÖ dung m«i/nguyªn liÖu là 20/1. Thêi gian chiÕt 90 phót, nhiệt độ chiết 20 - 400C. - Soxhlet: ChiÕt hồi lưu trên phễu Soxhlet trong 45 phót, nhiệt độ chiết 850C. Để khắc phục nhược điểm của các kỹ thuật truyền thống là thường để lại dư lượng dung môi trong sản phẩm, ở mét sè n−íc như §øc, NhËt, Trung quèc đã nghiên cứu áp dụng ph−¬ng ph¸p chiết chè bằng CO2 siªu tíi h¹n ®Ó t¸ch polyphenol và lo¹i bá cafein tõ rÊt sím (1970) [4]. Ưu điểm lớn nhất của qu¸ tr×nh chiÕt chÌ b»ng ph−¬ng ph¸p CO2 siªu tíi h¹n [23, 53, 54, 55] là độ chọn lọc của sản phẩm rất cao, ví dụ: khi chiÕt l¸ chÌ b»ng SCO2 ở 40 - 700C vµ 4 - 8 MPa thu ®−îc cafein; chiết từ 6 - 10 giờ ở 30 - 40 MPa thu ®−îc c¸c catechin th«. Khi cã mÆt etanol - n−íc ë 70 - 800C, 20 - 30 MPa trong 4 - 8 giờ thu ®−îc các flavon vµ anthocyan. 18 Các kết quả sàng lọc hoạt tính chống ôxy hóa của các s¶n phÈm polyphenol thu ®−îc với kỹ thuật chiÕt b»ng SCO2 đều cã ho¹t tÝnh chèng oxi ho¸ cao h¬n so với khi chiÕt b»ng c¸c dung m«i th«ng th−êng kh¸c [51, 52], tuy vậy hiÖu suÊt chiết thÊp h¬n phương pháp sử dụng cồn để chiết. Ngoµi ra SCO2 cũng đã được nghiên cứu để tinh chÕ polyphenol trong c¸c dÞch chiÕt cån hoÆc axeton. ChiÕt Polyphenol b»ng SCO2 cã sö dông c¸c dung m«i lµm Co-solvent còng đã ®−îc C.J.Chang, K.L.Chiu, P.W.Yang cïng c¸c céng sù kh¸c nghiªn cøu kh¶o s¸t ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè c«ng nghÖ nh−: ¸p suÊt, nhiÖt ®é, tû lÖ Co-solvent tíi hµm l−îng tõng Catechin, tû lÖ Catechin/Caffeine tæng sè ®ång thêi so s¸nh víi c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng kh¸c [23, 51, 53, 54, 55]. Qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm tiÕn hµnh ë 600C ¸p suÊt 31 MPa (310 bar). Nång ®é Etanol thay ®æi tõ 18 tíi 990 tû lÖ CO2/cån = 90/10 (w/w). Hµm l−îng polyphenol vµ caffeine thu ®−îc trong dÞch chiÕt chÌ xanh nhá h¬n nhiÒu so víi c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng (Xem bảng 1.6). Bảng 1.6: Chiết polyphenol từ chè xanh và chè Ô long bằng SCO2 có phối hợp co-solvent etanol với các nồng độ khác nhau [53, 55] Dung m«i ChÊt hoµ tan (g/100ml) Caffeine (mg/kg) TC/Caf (HPLC) TPP/Caf ChÌ xanh CO2 0,05 218 0,15 0,73 CO2 + H2O 0,08 223 0,99 1,17 CO2 + EtOH 18 % 0,09 394 0,34 - CO2 + EtOH 70 % 0,31 1369 0,11 - CO2 + EtOH 95 % 0,35 755 1,33 1,50 CO2 + EtOH 99,8 % 0,32 880 1,08 1,28 Soxhlet H2O 2,06 1056 2,20 2,96 ChÌ ¤ long CO2 0,04 171 0,64 - CO2 + H2O 0,06 281 0,41 - CO2 + EtOH 18 % 0,07 318 0,50 - CO2 + EtOH 95 % 0,40 608 0,95 0,95 Soxhlet H2O 2,86 919 2,06 6,26 19 1.2.2 Hoa Bưởi và một số nghiên cứu về tinh dầu hoa Bưởi 1.2.2.1 Cây Bưởi, Citrus maxima (Burn.) Merrill., Rutaceae, nguån gèc vµ ®Æc ®iÓm h×nh th¸i b−ëi, Citrus maxima (Burn) Merrill (Citrus grandis Osbeck), thuéc hä Cam (Rutaceae). Chi Citrus, theo Swingle [18] bao gåm 16 loµi b¾t nguån tõ New Guine, Malaixia. Nguån gèc chÝnh tõ nam ¸, Trung Quèc, NhËt, Ấn Đé... B−ëi lµ lo¹i c©y to, cao 10 - 13 m, vá th©n mµu vµng nh¹t, ®«i khi tiÕt ra mét lo¹i chÊt g«m nhùa mµu n©u ®en. L¸ ®¬n h×nh tr¸i xoan, nguyªn, mÐp l¸ nh½n, cuèng l¸ cã c¸nh to, mÆt trªn nh½n, mÆt d−íi cã 8 - 10 ®«i g©n bªn, g©n nhá, chØ râ vµ låi ë mÆt d−íi, cuèng l¸ kh«ng cã l«ng. ChiÒu dµi phiÕn l¸: 8,7 - 16,0 cm; chiÒu réng: 3,7 - 9,0 cm. ChiÒu dµi c¸nh l¸: 3,0 - 5,0 cm; chiÒu réng c¸nh l¸: 1,5 - 4,0 cm. Hoa mäc thµnh chïm 6 - 10 hoa, cuèng hoa cã l«ng. Hoa mµu tr¾ng, rÊt th¬m. §µi hoa trßn tõ 4 - 5 l¸, mÆt d−íi l¸ ®µi cã l«ng. Cã 29 - 33 nhÞ rêi ng¾n b»ng 1/2 - 4/5 c¸c c¸nh hoa. §Üa tuyÕn mËt dÇy 0,5 - 0,7 mm, bÇu h×nh cÇu cã l«ng, vßi dµi cã l«ng bao phñ, ®Çu nhụy ph×nh to. Qu¶ h×nh cÇu to, khèi l−îng tõ 800 - 850 g. §−êng kÝnh 13 - 14 cm, chiÒu cao 11 - 12 cm. §−êng kÝnh ruét qu¶ 8,5 - 9,7 cm. ChiÒu cao ruét qu¶ 7 - 8 cm. Sè l−îng mói trong qu¶ trung b×nh 10 - 12 cm. Sè l−îng h¹t trong mói 5 - 7 mói. Sè tói tiÕt tinh dÇu trªn 1 cm2 vá qu¶ trung b×nh là 35 - 40 [18]. Mµu s¾c cña vá biÕn ®æi tõ vµng ®Õn n©u xËm tùy gièng. ë ViÖt nam do ®iÒu kiÖn khÝ hËu ®Êt ®ai rÊt thuËn lîi cho viÖc ph¸t triÓn loµi Citrus nªn ®−îc trång ë kh¾p mäi n¬i, ®Æc biÖt lµ c©y b−ëi. Tùy theo tõng ®Þa ph−¬ng mµ ng−êi d©n ®Æt tªn cho nh÷ng lo¹i b−ëi nh− b−ëi §oan hïng, b−ëi Phóc tr¹ch, b−ëi Biªn Hoµ, b−ëi Thanh Trµ (Huế)... Hµng n¨m c¸c lo¹i b−ëi nµy cho s¶n l−îng hµng chôc ngµn tÊn/n¨m, dïng trong c«ng nghiÖp thùc phÈm [32]. 1.2.2.2 Tinh dÇu hoa vµ vá B−ëi a/ Thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu hoa B−ëi Theo Sabertay vµ Halazs [33] hoa b−ëi Palestin cho hiÖu suÊt thu tinh dÇu 0,03% vµ sản phẩm có các ®Æc tÝnh sau: TØ träng ë 150: 0,8694; Độ quay cùc: α20D + 530; ChiÕt suất: 1,4761; ChØ sè axit: 1,7; 20 ChØ sè este: 10,3; Hµm l−îng aldehyd: 4,94 %. Mïi tinh dÇu hoa b−ëi gièng mïi tinh dÇu hoa cam nh−ng kh«ng mang nhiÒu mïi hång vµ mËt ong. D. J. Wang (1979) [32] cho biÕt thµnh phÇn chñ yÕu cña tinh dÇu hoa b−ëi §µi loan lµ limonen, linalool, nerol vµ metylantranilat. Khi nghiªn cøu tinh dÇu hoa b−ëi cña ViÖt Nam, Phïng B¹ch YÕn vµ céng sù n¨m 1990 [33] đã đưa ra các chỉ số hóa lý của tinh dầu và đã phân tích thành phần tinh dầu hoa Bưởi bằng GC-MS, cho thấy thành phần chính bao gåm các chÊt limonen, linalool, nerolidol, cedrol vµ farnesol (Xem thêm Bảng 1.7). B»ng ph−¬ng ph¸p s¾c ký khí mao qu¶n (GCC) vµ s¾c ký khÝ kÕt hîp khèi phæ (GC-MS), NguyÔn M¹nh Pha ®· kh¶o s¸t tinh dÇu hoa b−ëi ë vïng §oan Hïng vµ V©n Tr× (Tõ liªm) cho thÊy các thành phần: limonen (35 %), linalool (23,76 %), nerolidol (32,94 %) và fanesol (14 %) [32, 33]. Thành phần monoterpen vµ sesquiterpen trong tinh dÇu hoa B−ëi cña §oan Hïng nhiÒu h¬n ở tõ Liªm, nh−ng thành phÇn hydrocacbon th× thÊp h¬n. Hàm lượng tinh dầu trong hoa B−ëi trung bình khoảng 0,1% được định lượng b»ng ph−¬ng ph¸p cÊt lôi cuốn h¬i n−íc. C¸c chØ sè ho¸ lý cña tinh dÇu Hoa B−ëi: Tỷ trọng: d20 0,8160; Độ quay cực: αD +11,10; Chiết suất: n20D 1,4630; Chỉ số este: 7; Chỉ số axit: 0,6. Limonen Linalool HO Ocimen Methylanthranilat NH2 COOCH3 Myrcen Farnesol OH Nerolidol OH 21 B¶ng 1.7: Thành phần của tinh dÇu Hoa B−ëi Thø tù Tªn chÊt MS Tû lÖ % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 α-pinen Myrcen Paracymen Limonen Linalool oxit (pyranic) (trans) Linalool Linalool oxit (pyranic) (cis) Terpineol-4 α-Terpineol Mertenol (Trans)-carveol Nerol (cis)-carveol Carvon Geranial Indol Methyl anthranilat Geranyl acetat Nerolidol Cedrol Farnesol 136 136 134 136 170 154 170 154 154 152 152 154 152 150 154 117 151 196 222 222 222 1,20 0,25 0,85 6,75 0,80 21,15 0,09 0,12 1,10 vÕt 0,19 1,6 0,13 0,24 1,75 0,12 0,65 0,70 32,70 15,35 20,00 b/ Thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu vá B−ëi Theo ashorr vµ Berhard 1967 [34], trong tinh dÇu vá B−ëi một số hidro- cacbon chiÕm tØ lÖ nh− sau: d-Limonen 86-95% α-Pinen 0,1-1,6% γ-Terpen 0,5-0,8% α-Phelandren vµ β-Phelandren 1% Aldehyd chÝnh trong tinh dÇu vá b−ëi lµ Octanal vµ decanal. Nhãm ancol cã 4 chÊt cã gi¸ trÞ: Octanol, terpineol, terpinen-4-ol, linalool chiÕm kho¶ng 4 %. Hµm l−îng linalool sÏ gi¶m dÇn theo thêi gian b¶o qu¶n. Manuel G. Moshonas [35] ®· ph©n tÝch vá B−ëi vµ x¸c ®Þnh trong tinh dÇu vá B−ëi cã 22 hîp chÊt trong ®ã cã 12 aldehyd, 9 este, vµ 1 xeton. C¸c este chÝnh trong vá b−ëi lµ: Geranyl axetat, neryl axetat, etyl axetat, 1,8-β-menthadren-2-yl axetat, menthadren-9-yl axetat,... 22 Khi nghiªn cøu tinh dÇu vá b−ëi cña §µi Loan S.L. Gao vµ Zheng cho biÕt hµm l−îng d-limonen trong tinh dÇu lµ 90%. Thµnh phÇn chÝnh trong vá b−ëi Pumelo, theo Sawamura vµ T. Kuriyama lµ d-limonen 86% vµ γ-terpinen 6%, myrcen 4%. Ở ViÖt Nam, theo Phïng B¹ch YÕn vµ céng sù [36], tinh dÇu vá B−ëi cã tíi gÇn 30 chÊt trong ®ã chñ yÕu lµ d-limonen (86 %). B»ng GC-MS ®· xác định được 23 chÊt, xem b¶ng 1.8. Bảng 1.8: Thành phần của tinh dầu vỏ Bưởi [36] Thø tù Tªn chÊt MS Hµm l−îng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 α-Pinen Sabinen β-Pinen Myrcen Limonen oxit Linalool - Linalool - - Limonen-1,2-epoxit (cis) 2-Methyl-bicyclo-(3,2,1)-oct-6en-3on Crypton Terpineol (trans)-carveol (cis)-Carveol Dehyd cuminal Carvon Piperitenon Perilaldehyd Paracymen-701 Spathulenol Caryophylen oxyd 136 136 136 136 136 170 154 152 136 138 154 152 152 148 150 150 150 220 220 0,02 0,03 0,06 1,90 90,00 0,20 0,20 0,25 0,20 0,35 0,18 0,03 0,20 0,18 0,35 0,10 0,20 0,60 0,11 0,13 0,11 0,04 0,07 Còng kh¶o s¸t b»ng ph−¬ng ph¸p ë trªn, theo NguyÔn M¹nh Pha, thành phần chÝnh trong tinh dÇu vá b−ëi §oan Hïng vµ Tõ Liªm gåm limonen 86,7 % vµ myrcen 1,78 % [32, 33]. 23 1.2.3 Hương bài và các nghiên cứu về hóa học của tinh dầu rễ Hương bài 1.2.3.1 C©y H−¬ng bµi, nguån gèc, ®Æc ®iÓm h×nh th¸i, trồng trọt và thu hoạch a/ Nguồn gốc và đặc điểm hình thái Hương bài C©y H−¬ng bµi - Vetiveria zizanioides (L.) Nash., cßn gäi lµ H−¬ng lau hoÆc H−¬ng l©u, thuéc hä Lóa (Poaceae, Gramineae). H−¬ng bµi mäc hoang vµ ®−îc trång t¹i nhiÒu n−íc nhiÖt ®íi hoÆc cËn nhiÖt ®íi nh− ®¶o Java, ®¶o Reunion, Ấn Đé, Braxin, ViÖt Nam ... [18, 56, 57], do có sự khác biệt về tên gọi địa phương của cây Vetiveria zizaniodes (L.) Nash., nên để tiện theo dõi từ đây chúng tôi gọi cây này là Vetiver để thống nhất với thế giới. Vetiver là c©y th©n th¶o, sèng l©u n¨m, mäc theo khãm cao tõ 1 - 1,5 m, ®Æc biÖt cã thÓ cao h¬n 2 m. PhiÕn l¸ dµi cøng ph¼ng hoÆc gÊp nÕp, kÝch th−íc l¸ 30 - 75 cm, rộng từ 4 - 15 mm, bÑ l¸ dÑt vÒ mét bªn dµi tõ 10 - 12 cm, chãp l¸ nhän. RÔ chïm, c¸c sîi rÔ ¨n s©u xuèng ®Êt tíi 4 m. Hoa cÊu t¹o thµnh côm dµi 30 - 40 cm, côm hoa lµ chùy tËn cïng. C¸c b«ng nhá mang hoa tõng cÆp (một cã cuèng, một kh«ng cã cuèng) t¸ch biÖt nhau. PhÝa trªn cïng gåm 3 hoa (hai cã cuèng vµ một kh«ng cã cuèng). Bao phÊn h×nh ®−êng, th¼ng. Vßi nhụy 2, phÝa trªn (kho¶ng 2/3) vßi nhụy cã nhiÒu l«ng, h×nh tråi mµu tÝm hay tr¾ng xanh. BÇu cã vßi nhụy ë vÞ trÝ gÇn cuèi. Qu¶ h¬i dÑt. Trong ®iÒu kiÖn khÝ hËu ë ®ång b»ng s«ng Hång, hµng n¨m c©y træ hoa vµo c¸c th¸ng 7, 8 [56]. b/ Sinh trưởng, phát triển và nhân giống Vetiver C©y Vetiver hÇu nh− không thụ phấn, tại c¸c vïng trång Vetiver cña ta hiÖn nay chñ yÕu nhân giống cây bằng cách dâm nhánh gốc rễ hoặc hom cµnh trªn mÆt ®Êt [56]. Theo kinh nghiÖm, trång Vetiver vµo mïa m−a sÏ cã tû lÖ sèng vµ ph¸t triÓn cao h¬n c¸c mïa kh¸c, ®ång thêi rÔ còng cho hµm l−îng tinh dÇu cao h¬n. Hµm l−îng tinh dÇu trong c¸c rÔ nh¸nh vµ rÔ phô chØ b¾t ®Çu t¨ng lªn sau khi c©y b¾t ®Çu ra hoa [57]. Ở ViÖt nam, theo c¸c t¸c gi¶ TrÇn Minh Hîi, L©m Quang Thanh [56, 57] c©y Vetiver cã thÓ sèng ë nhiÒu lo¹i thæ nh−ìng kh¸c nhau [18], thÝch hîp víi nh÷ng vïng ®Êt Èm, ®Êt ngËp n−íc, b·i lÇy ven c¸c ®Çm hoÆc hå. NhiÖt ®é thÝch hîp cho c©y ph¸t triÓn lµ 25 - 350C, lµ lo¹i c©y −a s¸ng, kh«ng chÞu ®−îc s−¬ng gi¸. C©y cã thÓ ph¸t triÓn ®−îc trªn những vïng ®Êt chua phèn (pH từ 4,0 - 9,6) và ®Êt nhiÔm mÆn. Tuy vậy, qu¸ tr×nh sinh tr−ëng vµ hµm l−îng tinh dÇu cña c©y phô thuéc nhiÒu vào ®iÒu kiÖn ®Êt ®ai. Theo t¸c gi¶ TrÇn Minh Hîi, tuæi thu ho¹ch rÔ tèt nhất cho 24 c¸c gièng Vetiver ë ViÖt Nam lµ 12 - 15 th¸ng tuæi đối với V. zizanioides, hãn hữu 15 - 19 th¸ng. H−¬ng bài được trồng phổ biến ở các nơi: B¾c Ninh, Hµ T©y, Hµ Néi, H¶i D−¬ng, H−ng Yªn, Th¸i B×nh, §µ N½ng, §¾c L¾c, L©m Đång, Kh¸nh Hòa, §ång Nai, T©y Ninh, TiÒn Giang, B×nh Ph−íc, B×nh D−¬ng ... Trong ®ã vïng cho s¶n l−îng rÔ vµ hµm l−îng tinh dÇu Vetiver cao nhÊt lµ c¸c ®Þa ph−¬ng ven biÓn Th¸i B×nh nh− Th¸i Thụy: 2 tÊn rÔ/ha, hµm l−îng tinh dÇu cao, chÊt l−îng t−¬ng ®−¬ng víi tinh dÇu th−¬ng phÈm thÕ giíi [56]. c/ Thu ho¹ch, ph©n lo¹i vµ b¶o qu¶n rÔ [56, 57] RÔ vừa míi nhæ lªn ®em röa s¹ch thËt nhanh rồi ®em ph¬i kh« d−íi bãng r©m, ph¬i ngoµi trêi n¾ng tinh dÇu sÏ bay h¬i m¹nh. Thêi gian b¶o qu¶n rÔ tèt nhÊt tõ 1 - 3 th¸ng sau thu ho¹ch, nÕu b¶o qu¶n trong kho cã ®iÒu kiÖn tèt th× còng kh«ng qu¸ 6 th¸ng. Thêi gian kÐo dµi quá 3 th¸ng chÊt l−îng tinh dÇu cã tèt h¬n nh−ng hµm l−îng th× gi¶m nhiÒu vµ thêi gian ch−ng cÊt cÇn ph¶i kÐo dµi lµm gi¶m hiÖu qu¶ kinh tÕ. Tác giả Trần Minh Hợi và các cộng sự cũng đã khảo sát mức độ ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu tới hàm lượng, các chỉ số hóa lý và chất lượng của tinh dầu rễ Vetiver (Xem bảng 1.9). Bảng 1.9: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu tới chất lượng và hàm lượng tinh dầu [56] Thêi gian b¶o qu¶n (ngµy) Hµm l−îng tinh dÇu (%) d20 α20D n20D ChØ sè axit ChØ sè este ChØ sè cacbonyl Ancol tù do (%) 18 2,5 1,0441 +150 1,519 32,6 19,4 23,6 53,0 54 2,1 1,0390 - 1,516 32,6 23,7 16,2 61,0 100 2,2 1,0455 +130 1,516 32,6 20,1 17,9 63,0 173 1,2 1,0579 +160 1,518 24,3 28,0 19,5 - Kết quả khảo sát này cho thấy sau khi bảo quản 100 ngày hàm lượng tinh dầu giảm không đáng kể so với ngay sau khi thu hoạch (từ 2,5 % xuống 2,2 %), nhưng giảm mạnh khi thời gian bảo quản lên tới 173 ngày (còn 1,2 %). Hàm lượng ancol tự do lại tăng lên (từ 53 % tăng lên 63 %), nhưng khi bảo quản tới 173 ngày thì mất hết ancol. 1.2.3.2 TÝnh chÊt ho¸ lý vµ thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu Vetiver §èi víi tinh dÇu nãi chung, có thể đánh giá sơ bộ chất lượng thông qua các tính chất hóa lý. Cụ thể ở trường hợp Vetiver, tỷ trọng và độ quay cực của tinh dầu cµng lín th× mïi th¬m cµng m¹nh. 25 TÝnh chÊt ho¸ lý cña tinh dÇu phô thuéc vµo thµnh phÇn, tÝnh chÊt ho¸ häc, cÊu tróc cña c¸c cÊu tö trong tinh dÇu cũng như phô thuéc nhiÒu vµo điều kiện sinh thái cña nguyên liệu như các ®iÒu kiÖn về ®Þa lý, khÝ hËu và độ tuổi của cây. Bảng 1.10 mô tả các tính chất hóa lý của một số loại tinh dầu Vetiver thương phẩm trên thế giới. Bảng 1.10: Các tính chất hóa lý của một số loại tinh dầu Vetiver trên thế giới [56] Các chØ sè Java Reunion Haiti Ấn §é Tỷ trọng d15 1,004 0,990 ÷ 1,020 0,999 ÷ 1,004 1,005 ÷ 1,007 Độ quay cực α20D 30 ÷ 480 14 ÷ 370 22 ÷ 310 -67 ÷ -70o Chiết suất n20D 1,5262 1,515 ÷ 1,529 1,5198 ÷ 1,5250 1,5221 ÷ 1,5270 Chỉ số axít 31,57 4,5 ÷ 17 7,5 ÷ 16,8 8,4 ÷ 9,3 Chỉ số este 4,75 5 ÷ 20 124,0 ÷ 164,0 - Chỉ số este sau axetat 143 119 ÷ 145 130 ÷ 170 - Với điều kiện khí hậu và truyền thống canh tác của Việt Nam, tinh dÇu Vetiver ViÖt Nam còng cã c¸c nÐt ®Æc thï riªng. Hiện nay, ở ta trồng phổ biến c¸c gièng Vetiver VA, VB, VR và VI trong đó có hai gièng nhập ngoại VR (từ đảo Reunion) vµ VI (từ Ấn Độ) [56]. Tinh dầu thu được từ rễ của các loài này có thµnh phÇn hóa học thay đổi phụ thuộc vào vùng canh tác, điều kiện khí hậu và thời vụ thu hái, các thay đổi đó đã được thống kê thông qua các chØ sè hóa lý của tinh dầu, có thể tham khảo các số liệu thể hiện trong bảng 1.11. Bảng 1.11: Các chỉ số hóa lý của tinh dầu từ bốn giống Vetiver phổ biến ở Việt Nam [56] Các chØ sè VA 15 th¸ng VB 15 th¸ng VI 12 th¸ng VR 19 th¸ng Tỷ trọng d15 1,0195 ÷ 1,0310 1,0260 ÷ 1,0335 1,0080 ÷ 1,0152 1,0219 ÷ 1,0451 Độ quay cực α20D -1908 ÷ 2403 2001 ÷ 2508 -4805 ÷ -6302 2900 ÷ 3200 Chiết suất n20D 1,5173 ÷ 1,5187 1,5155 ÷ 1,1590 1,5160 ÷ 1,5182 1,5182 ÷ 1,5212 Chỉ số axít 19,8 ÷ 33,6 18,3 ÷ 35,1 15,8 ÷ 26,3 28,2 ÷ 33,3 Chỉ số este 18,8 19,7 26,5 16,6 Chỉ số cacbonyl 19,4 18,9 22,5 21,3 26 Thµnh phÇn ho¸ häc cña tinh dÇu Vetiver rÊt phøc t¹p, cã tíi trªn 300 hîp chÊt ho¸ häc kh¸c nhau. Thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c sesquinterpen vµ c¸c dÉn xuÊt cña chúng: α-vetivon (vetiron), β-vetivon, β-vetiven, γ-vetiven, vetiverol (vetivenol, khusimol), zizanal, epi-zizanal, zizanol, axit valencenic, valencen, vµ cã c¶ c¸c eugenol, isoeugenol... C¸c thµnh phÇn chÝnh ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ chất lượng tinh dÇu Vetiver trªn thÞ tr−êng lµ: α-vetivon, β-vetivon, vetivenol, vetivenyl vetivenate. Các thành phần chủ yếu của tinh dầu Vetiver là vetiven và vetivon đã ®−îc sö dông rộng rãi trong mỹ phẩm ®Ó lµm chÊt ®Þnh h−¬ng. Một trong những thành phần quan trọng khác là Vetivenol (khusimol) hiện nay cũng đang rất được quan tâm vì khả năng ức chế liªn kÕt cña vasopressin ở trong gan. 1.2.3.3 Giá trị sử dụng cña tinh dÇu Vetiver Tinh dÇu Vetiver có mùi thơm dịu, bÒn, gi÷ mïi l©u, được sử dụng lµm chÊt ®Þnh h−¬ng ®Ó điều chế c¸c chÊt th¬m trong mü phÈm và thùc phÈm. Ngoµi ra, tinh α-Vetivon O β-Vetivon O Vetivenol (Khusimol) H HOH2C β-Vetiven γ-Vetiven Isovalencenol CH2OH Khusinol H OH H Khusinodiol H OH H OH Azulen Zizanol HO H Axit zizanoic H HOOC Zizanal H OHC α-Cadinol H H OH 27 dÇu Vetiver cßn cã t¸c dông xua ®uæi và tiêu diÖt c«n trïng cho nªn nã hay ®−îc pha chế c¸c chÊt b¶o qu¶n s¸ch vë, quÇn ¸o. §iÓn h×nh nh− Nootkatone [44], mét thµnh phÇn trong tinh dÇu Vetiver, thể hiện khả năng tiêu diÖt loµi mèi Formosan ¨n gç vµ x©y tæ mèi d−íi lßng ®Êt. Một số thµnh phÇn kh¸c như α-Cedren, Zizanol, Vetivenol còng có tác dông lµm yÕu vµ g©y ®éc ®èi víi mèi vµ c«n trïng. Tinh dÇu Vetiver cßn ®−îc sö dông ®Ó lµm thuèc ch÷a một số chứng bệnh về tiêu hóa và thần kinh nh− ch÷a ®Çy h¬i, lîi tiÓu, ®iÒu kinh, thanh nhiÖt, kÝch thÝch tiªu ho¸, chèng co th¾t, lµm thuèc bæ d−ìng. Y học dân gian ở một số nước còn sử dụng rÔ c©y Vetiver chế nước giải khát như ở Madya Pradesh (Ấn Độ) hoÆc dïng lµm thuèc trÞ giun s¸n. 1.2.3.4 T×nh h×nh s¶n xuÊt tinh dÇu Vetiver trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam a/ Trên thÕ giíi Đảo Reunion (châu Phi) cho đến nay vẫn là nơi nổi tiếng nhất về trồng Vetiver và chưng cất tinh dầu với sản phẩm tinh dầu “Bourbon” có chất lượng tốt nhất thế giới. Từ tr−íc ChiÕn tranh thế giới lÇn thø II, mỗi năm Reunion ®· xuÊt khÈu 10 tÊn tinh dÇu Vetiver. Tõ n¨m 1955 tíi nay, s¶n l−îng xuÊt khÈu hµng n¨m th−êng xuyªn cao h¬n 20 tÊn, lín nhÊt lµ 42 tÊn một n¨m. HiÖn nay, trªn thế giới cã kho¶ng 70 n−íc trång Vetiver ®Ó lÊy tinh dÇu phục vụ cho nhu cÇu tiªu thô chung cả thế giới vào kho¶ng 450 tấn một n¨m. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, Indonexia vµ Haiti đã vươn lên thành nh÷ng n−íc xuÊt khÈu tinh dÇu Vetiver có số lượng đứng đầu thế giới. Indonexia mỗi năm xuất khẩu từ 100 ®Õn 180 tÊn, Haiti kho¶ng 100 tÊn/n¨m. Trung Quèc cũng là một trong những nước cung cấp tinh dầu Vetiver quan trọng với sản lượng kho¶ng 80 tÊn/n¨m. Trªn thÞ tr−êng quèc tÕ, gi¸ cả tinh dÇu Vetiver thay ®æi theo tõng n¨m vµ tïy thuéc vµo chÊt l−îng tinh dÇu cña tõng vïng. Vào những năm 90, một kg tinh dÇu “Bourbon” tõ ®¶o Reunion có giá khoảng 135 - 155 USD. Tinh dÇu Vetiver ë Haiti cã gi¸ kho¶ng 90 - 100 USD/kg, cña Indonexia kho¶ng 54 - 62 USD/kg [43]. Hầu hết tinh dầu Vetiver sản xuất trên thế giới được tập trung tiêu thụ vào một số thị trường có tiếng như Mü nhËp khÈu khoảng 100 tÊn/n¨m, Ph¸p 50 tÊn/n¨m, Thụy Sỹ 30 tÊn/n¨m, Anh 25-30 tÊn/n¨m, NhËt B¶n 10 tÊn/n¨m và §øc 6 tÊn/n¨m. 28 b/ ë ViÖt Nam Ở nước ta, từ trong nh÷ng n¨m 70, diÖn tÝch trång Vetiver ®¨ ph¸t triÓn rÊt nhanh. Riªng t¹i vïng c¸t ven biÓn c¸c huyÖn Th¸i Thụy, TiÒn H¶i (Th¸i B×nh) diÖn tÝch trång Vetiver ®¨ v−ît qu¸ 30 ha. Tõ sau n¨m 1975, Vetiver ®¨ ®−îc thö nghiÖm trång trªn c¸c d¶i c¸t ven biÓn miền Trung như ở các huyện LÖ Ninh (Qu¶ng B×nh), H−¬ng Phó (Thõa Thiªn HuÕ), §iÖn D−¬ng, §iÖn Bµn (Qu¶ng Nnam)... Tinh dÇu Vetiver hiện nay vẫn được khai thác theo ph−¬ng ph¸p ch−ng cÊt l«i cuèn h¬i n−íc, rÔ c©y Vetiver ®−îc chÆt thµnh khóc nhá ng©m nước tõ 10 - 12 giờ cho mÒm rồi ®em ch−ng cÊt trong 72 - 96 giờ. L−îng tinh dÇu thu được từ rễ Vetiver Việt Nam thường đạt được từ 0,82 % đến 1,44 % so với nguyên liệu. Ví dụ ë Thụy Hải, Th¸i B×nh trung b×nh đạt khoảng 1 %. Tinh dÇu thô cã mµu n©u s¸ng tíi n©u ®á, ®é nhít cao, cã mïi ®Æc tr−ng cña gç. Hạn chế của phương pháp truyền thống cất lôi cuốn hơi nước thu tinh dầu đối với Vetiver là kh«ng thu ®−îc phÇn dầu nÆng cña rÔ c©y (phÇn dÇu nµy cã chøa nhiÒu thµnh phÇn khã bay h¬i cã mïi th¬m ®Æc tr−ng vµ bÒn ®−îc sö dông lµm chÊt ®Þnh h−¬ng), ngoµi ra tinh dÇu thu ®−îc b»ng cÊt l«i cuèn h¬i n−íc cã mïi h¬i ñng, nên làm giảm chất lượng của tinh dÇu [55, 56]. Trên thế giới, hiện nay Concrete rễ Vetiver chủ yếu đã được trích ly từ nguyên liệu rễ cây bằng phương pháp chiết với CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (SCO2). Ph−¬ng ph¸p chiÕt SCO2 ®em l¹i nhiÒu lîi Ých về kinh tÕ và làm tăng chất lượng tinh dầu h¬n so víi c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c, theo Naik [16], Concrete rễ Vetiver chiết bằng SCO2 cã mµu n©u nh¹t, nhít, cã mïi gç - ®Êt, mïi ngät kh«ng h¾c. Đối với cùng một lượng rễ cây, sau khi chiết 2 giờ thu được khoảng 1 % concrete trong khi cÊt lôi cuốn h¬i n−íc cho 0,9 % [3]. Theo các tác giả N. Gopalakrishnan và C.S. Narayanan tiến hành chiết phÇn dầu nhựa cña rễ Vetiver b»ng CO2 láng ë 25 0C, áp suất dưới 100 bar cho s¶n phÈm cã mµu vµng s¸ng, ®é nhít thÊp, s¶n phÈm chøa khoảng dưới 5 % c¸c chÊt khã bay h¬i, rÊt thÝch hîp cho viÖc pha chÕ n−íc hoa [15]. 29 1.2.4 Cây Nhài và các nghiên cứu chiết xuất tinh dầu hoa Nhài 1.2.4.1 Cây Nhài Tõ xa x−a ng−ßi cæ Ba T−, Hy L¹p, Trung Quèc, Ấn §é, ¶ rËp ®· biÕt dïng h−¬ng th¬m cña hoa nhµi trong cuéc sèng hµng ngµy. Hä lÊy tinh dÇu tõ hoa t¹o h−¬ng th¬m trang ®iÓm cho phô n÷, lµm chất th¬m cho thực phẩm, nước giải khát vµ dïng lµm thuèc. Chất chiết từ thân cây có tính an thần dïng lµm thuốc điều trị bệnh về huyết áp và tim mạch. C¸ch ®©y kho¶ng 200 n¨m, Nhµi ®−îc di thùc vµo ViÖt Nam vµ mét sè n−íc ch©u Âu. Ngµy nay Nhµi cã mÆt ë kh¾p c¸c ch©u lôc Âu, Á, Phi, chủ yếu tại các vïng có khÝ hËu nãng vµ Êm ¸p. Cã kho¶ng 100 loµi Nhµi nh−ng phæ biÕn nhÊt vµ ®−îc trång ë quy m« c«ng nghiÖp ®Ó s¶n xuÊt tinh dầu lµ 4 loµi sau: - Jasminum grandiflorum L. - Jasminum odoratissimun L. - Jasminum sambac (L.) Ait. - Jasminum oficinale L. Nhµi lµ lo¹i c©y l©u n¨m, nhiÒu nh¸nh, cµnh tỏa thµnh bôi, thuéc hä Nhài (Oleaceae). Nhµi cã nguån gèc tõ miÒn ®«ng Ấn §é, ë ®ã hiÖn nay người ta vÉn cßn tìm thÊy loµi Nhµi hoang d¹i. Các loài thuộc chi Jasmimum (Nhµi) lµ loµi c©y nhá l©u n¨m cao tõ 1 - 2 m, nhiÒu cµnh mäc xoµ ra to¶ nh¸nh thµnh bôi. L¸ h×nh tr¸i xoan, nhän ë ®Çu vµ ë phÝa cuèng, l¸ dµi 3 - 7 cm, réng chõng 2 - 3,5 cm. Hai mÆt l¸ ®Òu bãng. Hoa mµu tr¾ng. Côm hoa mäc ë ®Çu cµnh. Qu¶ nhµi cã 2 ng¨n, h×nh cÇu, ®−êng kÝnh 0,6 cm mµu ®en, quanh cã ®µi phñ lªn. Hoa Nhài được thu hái vào khoảng từ tháng 5 đến th¸ng 9 d−¬ng lÞch. Ở mét sè quèc gia nh− Ấn §é, Ma Rèc, Trung Quèc, tinh dÇu hoa Nhµi cã ý nghÜa rÊt lín ®èi víi nÒn kinh tÕ quèc d©n, Trung Quèc vµ Ấn Độ là hai nước chính cung cấp concrete Nhài từ loài J. sambac L.. T¹i Trung Quèc vµ NhËt B¶n, trong các loại chè thông dụng, chè ướp hương Nhài là loại được s¶n xuÊt và tiªu thô với số l−îng nhiÒu nhÊt. 1.2.4.2 Thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña tinh dÇu hoa Nhµi Tinh dÇu hoa Nhµi ë d¹ng ®Ëm ®Æc hoÆc pha lo·ng ®Òu ®−îc dïng nhiÒu trong h−¬ng liÖu, nã cho mïi th¬m nhÑ nhàng tinh khiÕt. Mét sè n−íc ở châu Âu cã s¶n l−îng tinh dÇu hoa Nhµi cao nh− Ph¸p, Italia, T©y Ban Nha và Nga; ë ch©u Phi 30 nh− Marèc, Angieri và ë ch©u ¸ nh− Trung Quèc. Tinh dầu Nhài và các sản phẩm chiết tõ hoa cã tíi 200 thµnh phÇn nhưng hiện nay người ta chỉ míi x¸c ®Þnh ®−îc gÇn 80 chÊt, chñ yÕu lµ c¸c chÊt [2]: 1 - Benzyl axetat 54 - 65 %; 2 - Linalol 11,5 - 15,5 %; 3 - Benzil alcool 4 - 6 %; 4 - Benzil benzoat 5 - 16,8 %; 5 - IzoPhitol 5,3 - 9,1 %; 6 - Geranillinalol 2,3 - 5,3 %; 7 - Indol 0,3 - 2,7 %; 8 - Jasmon 2 %; 9 - Ergenol vµ Kredol 0,7 %. Ngoài ra còn có metylantranilat, jacminlacton, terpineol, nerol, pharnerrol, nerolidol, vanilin... và khoảng 2 % axit tù do trong ®ã chủ yếu là linalenoic, Palmitinoic .v.v... Trªn thÕ giíi, tinh dÇu hoa Nhµi xuÊt xø ë c¸c n−íc kh¸c nhau cũng cã c¸c thành phần và tính chất kh¸c nhau. Bảng 1.12 dưới đây cung cấp các chỉ số tinh dầu Nhài của một số nước sản xuất chủ yếu. Bảng 1.12: Chỉ số hóa lý của một số loại tinh dầu Nhài trên thế giới §Æc ®iÓm Ph¸p Italia Maroc Erunet Angieri Tỷ trọng d20 >0,962 0,929 - 0,970 0,938 0,941 0,9439 Độ quay cực α20D -- 0,4 - 5,26 3,5 - 2,7 - 3,0 Chiết suất n20D 1,486 - 1,942 1,480 - 1,525 1,488 - 1,496 1,490 - 1,494 1,487 Chỉ số axít 20 - 30 4,2 - 29,6 6,9 - 9,9 8,7 - 12 12,7 Chỉ số este 124 - 194 67,6 - 148 127,2 - 122,8 115,6 - 128,7 124,7 Eugenol OH OCH3 Metyleugenol OCH3 OCH3 Benzylaxetat O O Benzylancol OH Indol N H Benzylbenzoat O O Linalool HO Linalylaxetat O O Methylanthranilat NH2 COOCH3 31 Concrete Nhµi, một trong các sản phẩm từ hoa Nhài, lµ mét hçn hîp c¸c chÊt th¬m ở tr¹ng th¸i gÇn nh− s¸p, cã mµu vµng h¬i n©u ®á, ®«i khi cã ¸nh xanh l¸ c©y. Khi chiết b»ng benzen hoặc ete butylic sản phẩm concrete thu được cã mµu tèi h¬n vµ có các chỉ số hóa lý sau (ví dụ đối với loài J. grandiflorum L. của Maroc): Đnc = 47 - 550C; Tỷ trọng d60 = 0,886 - 0,899; Chiết suất nD = 1,460 - 1,4658; ChØ sè axit = 0,27 - 15,4; ChØ sè este = 68 - 128. Dưới đây các chỉ số hóa lý của một sản phẩm concrete của Trung Quốc là cao hoa Nhài - J. sambac L.: Chiết suất nD20 = 1,485 - 1,505; Tỷ trọng d20 = 0,94 - 0,97; ChØ sè axit = 5 - 17; ChØ sè este = 95 - 115. Hàm l−îng tinh dÇu cña hoa nhµi tõ 0,2 - 0,37 %. L−îng tinh dÇu trong hoa cßn phô thuéc vµo vïng khÝ hËu trång trät vµ vào thời kỳ sinh trưởng của cây, thông th−êng ng−êi ta cã thÓ lÊy ra ®−îc 0,2 % tinh dÇu. Điều kiện thời tiết lúc thu hoạch hoa cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hàm lượng tinh dầu, nÕu thu h¸i vµo thêi tiÕt Èm −ít, lạnh hoặc có m−a th× hµm l−îng tinh dÇu gi¶m ®i rÊt nhiÒu. Hµm l−îng tinh dÇu cao nhÊt khi hoa b¾t ®Çu në. Hoa chØ nªn ®Ó chËm nhÊt lµ 2 giờ sau khi h¸i đã ph¶i ®−a vµo chÕ biÕn. Hoa h¸i vµo c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau trong ngµy còng cho l−îng tinh dÇu kh¸c nhau. Bảng 1.13 biểu thị sự phụ thuộc hàm lượng sáp vào thời điểm thu hái trong mùa và vào các thời gian hái hoa trong ngày. Bảng 1.13: Sự phụ thuộc hàm lượng sáp hoa Nhài vào thời gian thu hái Thời gian hái trong ngày (giờ) Hµm l−îng s¸p (%) §Çu mïa Hµm l−îng s¸p (%) Cuèi mïa 6.00 0,48 0,42 15.00 0,46 0,35 18.00 0,50 0,44 20.00 0,51 0,49 21.00 0,50 0,49 Nhµi ®−îc trång ở ViÖt Nam lµ loµi J. sambac L., tinh dầu hoa của loài này cũng có c¸c thµnh phÇn chÝnh benzyl axetat, indol, geraniol, linalyl axetat, metyl antranilat, linalool t−¬ng tù như tinh dầu hoa Nhài thÕ giíi. Hµm l−îng và thành 32 phần các chất này trong tinh dầu cũng có sự thay đổi theo thời điểm thu hái trong ngày (Bảng 1.14a) và theo thời vụ (Bảng 1.14b). Bảng 1.14a: Sự phụ thuộc của thành phần tinh dầu hoa Nhài theo thời gian thu hái trong ngày Giê h¸i(h) Linalol (%) Bezylaxetat (%) Indol (%) Metylantranilat (%) 6 9,05 11,23 2,22 3,37 15 1,34 0,52 - 0,53 18 - 19 9,94 17,46 1,66 1,72 Bảng 1.14b: Sự phụ thuộc của thành phần tinh dầu hoa Nhài theo thời vụ thu hái Giê h¸i(h) Linalol (%) Bezylaxetat (%) Indol (%) Metylantranilat (%) Đầu vụ (tháng 5) 5,79 5,79 0,41 0,55 Giữa vụ (tháng 7) 1,32 10,84 0,4 0,38 Cuối vụ (tháng 9) 9,05 11,23 2,22 3,37 Để có được tinh dầu Nhài chất lượng tốt với tỷ lệ các thành phần chính cao (xem các bảng 1.14a và b) việc thu hái được tiến hành vào những ngày có thời tiết tốt trong thời gian đầu vụ hoặc cuối vụ, vào thời điểm hoa mới nở (6 giờ sáng) hoặc đang tỏa hương (khoảng 6 - 7 giờ tối). 1.2.4.3 Một số kỹ thuật khai thác tinh dầu hoa Nhài Tinh dầu hoa Nhµi, còng nh− nhiều loại tinh dầu được phân lập từ hoa tươi và một số loµi thùc vËt, có các thành phần nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é cao nªn hiện nay chủ yếu vẫn được sản xuất bằng ph−¬ng ph¸p hÊp phô vµ trÝch li. 1. Ph−¬ng ph¸p hÊp phô : Ng−êi ta sử dụng không khí nóng thổi qua nguyên liệu rồi dẫn luồng hơi có tinh dầu vào than hoạt tính để hấp phụ, hoặc cũng có thể dùng mỡ động vật để hấp thụ chất thơm. 2. Ph−¬ng ph¸p trÝch li: §©y lµ ph−¬ng ph¸p chủ yếu, dïng dung m«i hữu cơ ®Ó chiết tinh dÇu th¬m ra khái nguyªn liÖu. Dung m«i chiết cÇn ®¹t c¸c yªu cÇu sau: - Hòa tan nhanh c¸c chÊt th¬m; đång thÓ vÒ mÆt ho¸ häc; - Kh«ng tan trong n−íc ®Ó kh«ng kÐo nh÷ng chÊt tan trong n−íc ra theo; - Kh«ng ®éc víi thÇn kinh người, kh«ng ăn mòn m¸y mãc, thiÕt bÞ; - RÎ tiÒn; dÔ cÊt lo¹i ra ë nhiÖt ®é thÊp. 33 Các dung môi được sử dụng nhiều nhất là xăng công nghiệp, n-hexan, ete etylic ... HÇu hÕt c¸c dung m«i ®Òu dÔ b¾t löa và gây ch¸y næ, ít nhiều đều gây ®éc víi con ng−ời. Một nhược điểm khác của phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ là việc cất loại dư lượng trong concrete, do tinh dầu hoa Nhài có những thành phần dễ bay hơi nên khi cất loại dung môi sẽ làm giảm đáng kể chất lượng tinh dầu. Ngày nay, trong thực tế sản xuất trên thế giới, chiết tinh dầu bằng SCO2 khắc phục tốt những nhược điểm kể trên và concrete Nhài đã trở thành một trong những thương phẩm được sản xuất hiệu quả bằng phương pháp này [2]. 1.2.4.4 Công nghệ chiết concrete hoa Nhài bằng SCO2 C«ng nghÖ chiết bằng dung môi SCO2 ngµy mét chiÕm tû phÇn lín trong ngµnh c«ng nghÖ chÊt th¬m thÕ giíi. Hµng n¨m, Ấn §é xuÊt khÈu trªn 1500 tÊn tinh dÇu vµ chÊt thơm từ nguồn gốc thiên nhiªn víi gi¸ trÞ trªn 150 triÖu USD [3,40]. Hiện nay, concrete hoa Nhài được sản xuất chủ yếu bằng cách chiết với SCO2, tùy theo điều kiện kỹ thuật có thể thực hiện theo hai phương pháp: Chiết concrete Nhài từ hoa bằng dung môi hữu cơ, sau đó sử dụng SCO2 chiết concrete để thu sản phẩm; hoặc cũng có thể sử dụng SCO2 chiết trực tiếp hoa Nhài tươi. a/ Sản xuất Absolute hoa Nhài bằng cách dïng SCO2 chiÕt Concrete hoa Nhµi S¶n phÈm concrete thu ®−îc bằng cách chiết hoa Nhài với dung môi xăng hoặc n-hexan cã chøa nhiÒu s¸p. §Ó t¸ch s¸p, tr−íc ®©y người ta dïng dung m«i lµ etanol vµ ph¶i tr¶i qua tiÕp nhiÒu gian ®o¹n c«ng nghÖ kh¸c. Dung môi SCO2 hiÖn nay cã kh¶ n¨ng gi¶i quyÕt rÊt hiÖu qu¶ giai ®o¹n c«ng nghÖ nµy. Concrete Nhµi ®−îc chiÕt trùc tiÕp vµ chØ chiÕt mét lÇn b»ng SCO2 cho s¶n phÈm Absolute, hiÖu suÊt chiÕt đạt 40 - 50 % so với việc sử dụng etanol nhưng ®Æc biÖt absolute cã chÊt l−îng cao, c¸c thµnh phÇn trong s¶n phÈm phong phó vµ hàm l−îng cao h¬n h¼n so víi s¶n phÈm chiÕt b»ng Etanol. b/ Sản xuất concrete Nhài b»ng c¸ch dïng SCO2 chiÕt hoa Nhµi Sử dụng SCO2 chiết trực tiếp hoa Nhài, n¨ng suÊt chiÕt concrete đạt đ−îc rÊt cao tõ 0,2 - 0,4 % vµ chÊt l−îng s¶n phÈm tèt h¬n so víi chiÕt b»ng c¸c lo¹i dung m«i th«ng th−êng nh− xăng công nghiệp, benzen, etanol... Ví dụ đối với conrete Nhài (Jasmine fragrance), khi chiết nguyên liệu hoa tươi bằng SCO2 theo quy tr×nh chiÕt một lÇn sẽ thu được 1 kg concrete/250 kg hoa. So víi khi chiÕt b»ng dung m«i 34 n-hexan thu được 1 kg concrete/300 - 360 kg hoa th× n¨ng suÊt cña ph−¬ng ph¸p chiết bằng SCO2 lµ v−ît tréi h¬n h¼n. Trong phương án kỹ thuật sử dụng SCO2, một lượng nhỏ dung môi hữu cơ (co-soltven) được thêm vào để tăng hiệu quả chiết. Bảng 1.15 cho thấy sự thay đổi về thành phần và hàm lượng concrete hoa Nhài khi thay đổi các điều kiện chiết SCO2 [3, 41, 42]. B¶ng 1.15: Thµnh phÇn (%) cña concrete hoa Nhµi thu ®−îc tõ c¸c ®iÒu kiÖn chiết CO2 kh¸c nhau Thµnh phÇn SCO2 CO2 láng SCO2 thªm Metanol α-Tecpineol Farnesol Linalool Geraniol Nerol Indole Methylanthranilat Benzoic axit Benzyl alcohol p-Crezol Linalylaxetat Benzaldehyd Benzyl acetat cis-Jasmon Eugenol Số gam TD/kg hoa 0,9 3,4 1,2 0,7 0,2 26,2 1,5 3,0 1,7 1,8 0,7 0,9 4,8 17,0 10,8 4,4 0,7 0,2 4,9 0,1 0,1 11,4 0,9 1,5 3,4 1,9 3,2 4,6 16,7 3,5 1,3 2,8 1,2 12,9 1,5 1,0 0,2 39,5 2,9 3,5 2,1 1,0 1,1 1,5 4,2 9,0 13,0 6,6 Qu¸ tr×nh chiÕt ®¬n thuÇn kh«ng dïng thªm co-solvent cña SCO2 còng cã n¨ng suÊt chiÕt cao h¬n nhiÒu so víi c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng. Sö dông SCO2 t¹i 120 bar vµ 400C cã thÓ thu ®−îc concrete víi hµm l−äng 0,28 - 0,29 % [3]. C¸c nghiªn cøu kh¸c cho thÊy viÖc s¬ chÕ hoa ë 45 - 750C trong khoảng 2 - 8 giờ tr−íc khi chiÕt ®Òu lµm t¨ng hiÖu suÊt [42]. 35 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Lá chè xanh, Camellia sinensis (L.) Kuntze, Theaceae Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu là chè thµnh phÈm mua cña c«ng ty xuÊt nhËp khÈu thùc phÈm Hµ Néi. Đặc điểm nguyên liệu: Cây chè ®−îc trång t¹i Th¸i Nguyªn, thu h¸i vµo th¸ng 3 n¨m 2004. Sản phẩm mua được là “Chè xanh loại F”, thành phần chủ yếu từ lá 3 và 4, mảnh chè có kích thước 0,5 - 1,5 mm. §é Èm nhá h¬n 4,5 % theo quy định đối với “Chè xanh loại F” của công ty. ChÌ ®−îc b¶o qu¶n trong tói polietilen kÝn ®Ó ë n¬i kh« r¸o, tr¸nh ¸nh s¸ng. 2.1.2 Hoa bưởi, Citrus maxima (Burn.) Merrill, Rutaceae Cây bưởi nguyên liệu được trồng t¹i huyÖn Kho¸i Ch©u - H−ng Yªn trªn cïng mét thöa, cã ®é tuæi vµ chÕ ®é th©m canh hoµn toµn gièng nhau. Hoa nguyên liệu được thu h¸i vµo buæi s¸ng các ngày của th¸ng 4 - 5 năm 2004. Tr¸nh nh÷ng ngày cã nhiÒu s−¬ng mï vµ m−a để b¶o ®¶m c¸c mÉu hoa cã hµm l−îng tinh dÇu vµ độ Èm gièng nhau. Hoa được tiÕn hµnh s¬ chÕ ngay sau khi h¸i. Đặc điểm nguyên liệu: Hoa bưởi ở dạng b¾t ®Çu hÐ në, c¸c c¸nh hoa ®−îc gi÷ nguyªn vÑn kh«ng t¸ch ra khái ®µi hoa, mẫu hoa ít dập nát để tránh mất tinh dầu, độ ẩm trung bình 78,4 %. 2.1.3 Rễ Vetiver, Vetiveria zizanioides (L.) Nash., Poaceae Cây Vetiver được trồng tại vùng đất cát ven biển Tiền Hải - Thái Bình, thu hoạch rễ cây vào tháng 4 năm 2004 sau khi cây đã được 15 tháng tuổi. Đặc điểm nguyên liệu: RÔ Vetiver sau thu ho¹ch xö lý b»ng c¸ch ph¬i trong bãng r©m tíi kh«. ChiÒu dµi cña bé rÔ tõ 20 - 35 cm, độ Èm trung bình 11,23 %. RÔ cã mµu n©u h¬i ng¶ tr¾ng. 2.1.4 Hoa Nhài, Jasminum sambac (L.) Ait., Oleaceae Cây Nhài được trồng tại §«ng Anh, Hà Nội. MÉu hoa thu h¸i trªn cïng mét thöa hoa, gièng nhau hoµn toµn về tuæi vµ chÕ ®é th©m canh. Hoa võa në, h¸i lóc 5 - 6 giờ s¸ng vµo nh÷ng ngày không có s−¬ng mï vµ m−a. Thêi ®iÓm nµy đã ®−îc x¸c 36 ®Þnh lµ hoa cã hµm l−îng vµ chÊt l−îng tinh dÇu tèt nhÊt. TiÕp theo tiÕn hµnh qu¸ tr×nh s¬ chÕ kh«ng qu¸ 2 h sau thu h¸i. Đặc điểm nguyên liệu: Hoa b¾t ®Çu hÐ në, c¸c c¸nh hoa ®−îc gi÷ nguyªn vÑn kh«ng t¸ch ra khái ®µi hoa. Hoa ít bÞ dËp n¸t nh»m tránh mÊt tinh dÇu. Khèi l−îng trung b×nh mét b«ng hoa Nhµi lµ 0,25 g. Hoa t−¬i ch−a s¬ chÕ cã độ Èm trung bình 85,93 %. 2.2 Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Nghiên cứu kỹ thuật chiết mẫu thực vật bằng SCO2 a/ Thiết bị SFT-250 Hình 2.1: Ảnh chụp thiết bị SFT-250 Hình 2.2 : Sơ đồ hệ thống chiết xuất bằng SCO2 B¬m nÐn án CO l g2 M¸y l¹nh B×nh chøa CO2 Van ®iÒu ¸p 2Läc khÝ B¬m co-solvent B×nh chøa dung m «i B×nh t¸ch B×nh chiÕt Van th¸o 1 Van th¸o 2 2 1 1 4 3 KhÝ nÐn Chó thÝch: 1 - Van mét chiÒu 2 - Van bi 3 - Mµng b¶o hiÓm 4 - Bé ®iÒu khiÓn 37 b/ Nguyªn lý ho¹t ®éng Hình 2.3: Chu trình trạng thái của CO2 trong quá trình chiết MÉu chiết ®−îc s¬ chÕ vµ nghiền rồi cho vào bình chiết. B×nh chiÕt được lót mµng läc cả phần đỉnh và phần đáy ®Ó tr¸nh việc c¸c h¹t nhá có thể bÞ lọt vµo c¸c ®−êng èng dÉn dung m«i. Khí CO2 từ bình khí (45 - 55 bar) ®−îc dÉn qua cét than ho¹t tÝnh vµ qua mµng läc parafin ®Ó loại bỏ tạp chất và t¸ch n−íc. Sau đó, khÝ CO2 ®−îc ®−a vào hóa lỏng tại thiÕt bÞ lµm l¹nh, nhiÖt ®é CO2 sau ng−ng tô vµo kho¶ng 0oC. Trước khi đi vào bình chứa, CO2 láng cã thÓ ®−îc trén thªm c¸c dung m«i hỗ trî (co-solvent) kh¸c nh− etanol, metanol, n-hexan ... ®Ó t¹o thành dung m«i míi theo yêu cầu công nghệ. Dung m«i hỗ trợ ®−îc trén vµo dßng CO2 láng b»ng mét bơm đẩy 1011 B- 100-S với tốc độ dòng từ 0,2 - 0,8 ml/phút (áp lực tối đa 5000 psi). KhÝ CO2 lóc ban ®Çu trong b×nh chứa ë tr¹ng th¸i 1 (Xem hình 2.3), th−êng lµ ¸p suÊt trong kho¶ng 45 - 55 bar, nhiÖt ®é 12 - 200C. Khi ®−îc h¹ nhiÖt ®é ë ®iÒu kiÖn ®¼ng ¸p tõ tr¹ng Vùng siêu tới hạn 1 5 4 3 2 Khí Lỏng -60 0 20 Tc 40 60 T(0C) P(bar) 150 100 73.8(Pc) 50 38 th¸i 1 sang tr¹ng th¸i 2 lµ tr¹ng th¸i CO2 ë thÓ láng trong b×nh chứa CO2 láng. CO2 ở dạng láng cã thÓ pha trén với c¸c dung m«i hỗ trî dÔ dµng. Quan träng h¬n, khi CO2 ë thÓ láng, cã thÓ sử dụng b¬m cao ¸p ®Ó nÐn lªn ¸p suất cao và ®iÒu chØnh l−u l−îng vµo bình chiÕt thuận lợi. Tõ b×nh chứa, CO2 láng ®−îc b¬m qua van ®iÒu chØnh l−u l−îng vµo bé phËn trao ®æi nhiÖt để ®iÒu chØnh tû träng vµ ®é nhít phï hîp víi yêu cầu công nghệ. Dßng CO2 láng tõ tr¹ng th¸i 3 ®−îc gi÷ ë ®iÒu kiÖn ®¼ng ¸p vµ t¨ng nhiÖt ®é dÇn dÇn ®Ó chuyÓn CO2 láng sang trạng thái siªu tíi h¹n 4. Trong suốt qu¸ tr×nh chiÕt, nhiÖt độ và áp suất của bình chiết lu«n luôn ®−îc ®iÒu chØnh ®Ó gi÷ ổn ®Þnh ở một giá trị định trước cho quá trình chiết bởi hệ thèng ®iÒu khiÓn Fuzzy logic control. Quá trình chiết nguyên liệu thực vật bằng CO2 siêu tới hạn có thể thực hiện liên tục hoặc gián đoạn tùy theo yêu cầu công nghệ. Van bảo hiểm an toàn áp suất cho hệ thống chiết (màng 3 - Rupture disk - Hình 2.2) ®−îc lắp trên đường dẫn CO2 vào bình chiết. Kết thúc quá trình chiết, dÞch chiÕt ®−îc dÉn vµo b×nh ph©n t¸ch. T¹i ®©y qu¸ tr×nh t¸ch chÊt tan ra khái dung m«i thành nh÷ng ph©n ®o¹n riªng ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi c¸c th«ng sè áp suất và nhiệt độ. Tõ tr¹ng th¸i 4 trë vÒ tr¹ng th¸i 5 lµ qu¸ tr×nh gi¶m ¸p. Khi dÞch chiÕt vµo b×nh t¸ch (5 → 1) ®Ó t¹o c¸c ph©n ®o¹n kh¸c nhau th× cã thÓ chän các gi¸ trÞ áp suất P và nhiệt độ thÝch hîp. Với hệ thiết bị được xử dụng trong đề tài, do lưu lượng nhỏ nên hệ thiết bị không thu hồi CO2. Trong sản xuất công nghiệp, khÝ CO2 t¸ch ra ®−îc sử dụng tuần hoàn. c/ Tối ưu hóa các điều kiện công nghệ chiÕt bằng SCO2 theo quy hoạch hóa thực nghiệm C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu suÊt vµ chÊt l−îng s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh chiÕt xuÊt đã được nghiên cứu bao gồm: - T×nh tr¹ng mÉu: thêi gian b¶o qu¶n mÉu tr−íc khi chiÕt, kÝch th−íc m¶nh nguyªn liÖu cña mÉu; - C¸c th«ng sè tr¹ng th¸i ¸p suÊt P vµ nhiÖt ®é T cña SCO2 trong b×nh chiÕt; - Nång ®é co-solvent trong SCO2; - Thêi gian cña qu¸ tr×nh tiÕn hµnh chiÕt xuÊt; - Tû lÖ theo khèi l−îng gi÷a dung m«i SCO2 vµ nguyªn liÖu thùc vËt. 39 Dùa vµo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm víi c¸c ®èi t−îng thùc vËt nghiªn cøu cña ®Ò tµi, chóng t«i ®· chän lùa kh¶o s¸t c¸c kho¶ng thêi gian b¶o qu¶n (®èi víi c¸c nguyªn liÖu lµ mÉu t−¬i) tr−íc khi tiÕn hµnh chiÕt mÉu lµ 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h; 8 h vµ 9 h. KÝch th−íc m¶nh nguyªn liÖu còng được khảo sát với các kích thước nghiền mẫu từ < 0,5 mm, 1 - 5 mm và 5 - 7 mm. §Ó xác định thêi gian chiÕt vµ tû lÖ dung m«i SCO2/l−îng nguyªn liÖu thÝch hîp cho tõng ®èi t−îng, chóng t«i ®· tiÕn hµnh kh¶o s¸t chiÕt xuÊt c¸c mÉu thùc vËt víi c¸c kho¶ng thêi gian 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h vµ 8 h. Trong ph¹m vi nghiªn cøu nµy, trªn thiÕt bÞ SFT-250, chóng t«i ®· x¸c ®Þnh ®−îc thêi gian chiÕt SCO2 vµ tû lÖ dung m«i/nguyªn liÖu thÝch hîp ®èi víi tõng ®èi t−îng nghiªn cøu cô thÓ cña ®Ò tµi. Căn cứ vào tài liệu tham khảo, nhóm đề tài đã khảo sát sù ¶nh h−ëng cña ¸p suÊt P, nhiÖt ®é T và nồng độ co-solvent C tíi hµm l−îng chÕ phÈm chiÕt ®−îc để xây dựng các thông số công nghệ chiết SCO2 cho các đối tượng nghiên cứu của đề tài. Từ các dữ kiện thực nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chiết SCO2, đã thiết lập được phương trình tÝnh to¸n møc ®é ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè P, T vµ C tíi hiÖu suÊt chiÕt nh− sau (Phương trình 2.1): F = a1 + a2T + a3P + a4C + a5TP + a6PC + a7CT + a8T 2 + a9P 2 + a10C 2 (2.1) Cực trị của phương trình hồi quy 2.1 được lập trình để tính toán trên ngôn ngữ Pascal (S¬ ®å 2.1). Từ giá trị tính toán cực trị này, các điều kiện chiết tách hiệu quả cho mẫu nghiên cứu cũng được xác lập, mức độ phù hợp của các kết quả tính toán được kiểm chứng lại bằng thực nghiệm. Sơ đồ 2.1: Thuật toán tìm cực trị cho hàm mục tiêu của quá trình chiết bằng SCO2 BEGIN Đọc giá trị các hệ số bi, khoảng chia m ∆temp = (x1a - x1b)/m ∆time = (x2a - x2b)/m ∆conn = (x3a - x3b)/m Fmax = 0 i = 1 - m j = 1 - m n = 1 - m F = f (x1a + j*∆temp, x2a + j*∆time, x3a + n* ∆conn) F > Fmax Fmax = F; imax = i jmax = j; nmax = n Ghi Fmax và điều kiện tối ưu Đúng END 40 2.2.2 Chiết và chưng cất các mẫu đối chứng theo các kỹ thuật truyền thống a/ Chiết đối chứng bằng Soxhlet: (Hình 2.4.a) Nguyên liệu thực vật được nạp vào túi chiết và đặt vào trong bầu chiết. Dung môi được đun sôi hồi lưu để đưa lên ngưng trên bầu chiết cho ngập hết nguyên liệu, tốc độ chiết được điều khiển khoảng từ 5 - 15 phút dung môi quay vòng lại một lần theo yêu cầu cụ thể đối với từng mẫu. b/ Chưng cất tinh dầu theo cách lôi cuốn hơi nước bằng Clevender: (Hình 2.4.b) Nguyên liệu thực vật được nạp vào bình cất, đổ nước muối (nồng độ muối khoảng 3 - 7 % tùy theo nguyên liệu) vào ngập hết nguyên liệu và đun sôi hồi lưu. Đặc biệt riêng đối với tinh dầu nhẹ, bên nhánh hứng thu nguyên liệu được gia thêm một lượng nhỏ n-hexan để trích ly tinh dầu. 2.2.3 Các thiết bị và phương pháp phân tích chế phẩm chiết xuất a/ Phân tích Đã sử dụng sắc ký khí kết nối khối phổ GC-MS HP 5890 B có chương trình nhiệt độ để phân tích các chế phẩm chiết xuất. H×nh 2.4: a - Bé dông cô chiÕt Soxhlet b - Bé dông cô ch−ng cÊt Clevender a b 41 b/ Chuẩn độ axít - bazơ Đã sử dụng phương pháp chuẩn độ thông thường được sử dụng để xác định các chỉ số hóa học của tinh dầu như các chỉ số axít, chỉ số ester, hàm lượng rượu tự do, chỉ số axetyl (Chi tiết xem Phụ lục 1, 2, 3). c/ Các phương pháp khác: - Tỷ trọng (đối với chế phẩm là tinh dầu) được xác định bằng hydrometer (Phụ lục 4); - Chiết suất được xác định trên khúc xạ kế kiểu Albe - (Phụ lục 5); - Xác định chất lượng tinh dầu bằng cảm quan (ngửi mùi) - Phụ lục 6; - Phân tích so màu UV-Vis (Phụ lục 7). 2.2.4 Các thiết bị hỗ trợ - ThiÕt bÞ sÊy Member §øc; - C« quay ch©n kh«ng BšCHI; - M¸y nghiÒn; - Lọc hút Busner. 42 CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM 3.1 ChiÕt xuÊt polyphenol tõ lá chÌ xanh 3.1.1 ChiÕt xuÊt polyphenol tõ lá chÌ xanh b»ng SCO2 Chóng t«i ®· chiÕt mÉu lá chÌ víi SCO2 vµ kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu suÊt chiÕt bao gồm nång ®é co-solvent trong SCO2, ¸p suÊt, nhiÖt ®é, tû lÖ dung m«i SCO2/ nguyªn liÖu, thêi gian chiÕt mÉu. Hµm l−îng polyphenol trong chÕ phÈm ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p so mµu [45] (Phô lôc 7). MÉu lá chÌ xanh lo¹i F ®−îc chiÕt víi c¸c l−îng 100 g (®é Èm < 5%) theo c¸c ®iÒu kiÖn ®· quy ho¹ch. MÉu ®−îc nhåi vµo tói v¶i kÝn vµ n¹p vµo b×nh chiÕt. Quá trình chiÕt xuÊt ®· được kh¶o s¸t theo c¸c kho¶ng thêi gian 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h vµ 8h. Co-solvent lµ Etanol 99,8% được thêm vào SCO2 với các nång ®é 5%; 7,5% và 10% theo khèi l−îng. Nång ®é co-solvent X (%) trong SCO2 ®−îc tÝnh nh− sau: MEtOH = X(%). MCO2 trong ®ã: MEtOH: khèi l−îng Etanol 99,8 %; MCO2 = 2000 ml. ρ(g/ml) 2000: thÓ tÝch b×nh ph¶n øng lµm viÖc ρ: Tû träng cña SCO2 ®−îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¬ së c¸c th«ng sè P vµ T t¹i ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm. Các thí nghiệm xác định ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè ¸p suÊt P vµ nhiÖt ®é T tíi hàm lượng thu được của sản phẩm tiÕn hµnh trong cïng mét kho¶ng thêi gian chiÕt lµ 3 h ®èi víi từng mÉu. ViÖc thay ®æi tû lÖ dung m«i vµ nguyªn liÖu ®−îc kh¶o s¸t b»ng c¸ch chØ thay ®æi khèi l−îng nguyªn liÖu ®em chiÕt và gi÷ nguyªn l−îng SCO2 cùng c¸c yÕu tè kh¸c bao gồm thêi gian, ¸p suÊt P, nhiÖt ®é T vµ nồng độ co-solvent. 3.1.2 ChiÕt polyphenol tõ lá chÌ xanh b»ng kü thuËt truyÒn thèng C¸c l−îng 100 g mÉu chÌ xanh ®−îc chiÕt theo c¸ch ®un s«i håi l−u trong etanol 96o. DÞch chiÕt ®−îc läc s¹ch vµ c« quay ch©n kh«ng cho hÕt Etanol. ChiÕt röa t¹p chÊt b»ng Dung môi hữu cơ I ba lÇn. DÞch n−íc cßn l¹i ®−îc l¾c chiÕt mét lÇn víi l−îng thÓ tÝch t−¬ng ®−¬ng Dung môi hữu cơ II (Sơ đồ 3.1). 43 Sơđồ 3.1: Chiết polyphenol từ chè xanh bằng dung môi hữu cơ DÞch chiÕt dung môi II ®−îc chiÕt röa b»ng n−íc muèi 5% ba lÇn. Sau đó dÞch chiÕt ®−îc c« quay ch©n kh«ng cho kiÖt hÕt dung m«i råi lµm kh« l¹nh ®Ó thu chÕ phÈm bét Polyphenol. B¶o qu¶n chÕ phÈm polyphenol trong bao PE kÝn, ®Ó n¬i tèi vµ m¸t. 3.1.3 §¸nh gi¸ chÊt l−îng chÕ phÈm polyphenol C¸c chÕ phÈm polyphenol thu ®−îc tõ chÌ xanh theo ph−¬ng ph¸p chiÕt b»ng SCO2 vµ theo kü thuËt chiÕt truyÒn thèng ®· ®−îc ®¸nh gi¸ hµm l−îng polyphenol tæng sè b»ng ph−¬ng ph¸p so mµu UV-Vis [55](Phụ lục 7) ë b−íc sãng 254 nm. Nguyªn liÖu ChiÕt b»ng cån C« ®Æc ch©n kh«ng T¸ch t¹p chÊt h÷u c¬ Cån Dung m«i I ChiÕt Polyphenol th« C« ®Æc ch©n kh«ng Polyphenol th« SÊy ®«ng l¹nh B¶o qu¶n N−íc cÆn Dung môi II B∙ chiÕt Dung m«i, t¹p chÊt 44 3.2 ChiÕt xuÊt tinh dÇu hoa B−ëi S¬ chÕ hoa tr−íc khi chiÕt: Hoa b−ëi sau khi thu h¸i ®−îc nhÆt lÊy riªng c¸nh vµ nhÞ hoa, bá c¸c phÇn nhôy, ®µi vµ cuèng hoa. Nguyªn liÖu hoa B−ëi ®−îc b¶o qu¶n trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é thÊp nh»m tr¸nh lµm thÊt tho¸t tinh dÇu. 3.2.1 ChiÕt xuÊt concrete từ hoa B−ëi b»ng SCO2 Các lượng 500 g nguyên liệu hoa Bưởi đã sơ chế ®−îc ®ãng trong tói v¶i kÝn vµ n¹p vµo b×nh chiÕt. Trong quá trình nghiên cứu thực nghiệm, các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng concrete đã được khảo sát bao gồm thời gian bảo quản mẫu, kích thước mảnh nguyên liệu, áp suất P, nhiệt độ T, nồng độ co-solvent, thời gian chiết và tỷ lệ dung môi SCO2 so với nguyên liệu. C¸c mẫu nguyên liệu hoa Bưởi đã được khảo sát sau các khoảng thời gian bảo quản lạnh là 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h; 8 h và 9 h. Các thí nghiệm về ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu tới hàm lượng concrete đã được thực hiện trên các mẫu nguyên liệu như sau: mẫu với cánh hoa được giữ nguyên, mẫu với kích thước mảnh hoa 5 - 7 mm và mẫu với kích thước mảnh hoa nhỏ hơn 1 mm. Để xác định tû lÖ dung m«i SCO2/nguyªn liÖu tèi −u cho qu¸ tr×nh chiÕt, thay đổi khèi l−îng nguyªn liÖu, còn l−îng SCO2 và các yếu tố khác ®−îc gi÷ cè ®Þnh. Thêi gian chiÕt xuất tối ưu được chọn trong các khoảng thời gian 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h và 8 h. Các yếu tố áp suất P, nhiệt độ T và sự thay đổi nồng độ co-solvent được khảo sát với thời gian chiết 3 giờ cho một mẫu. C¸c kÕt qu¶ ®−îc lËp b¶ng quy ho¹ch vµ tÝnh to¸n tìm điều kiện tối ưu - thông số công nghệ. Các thông số này được kiểm tra lại bằng 3 thÝ nghiÖm lÆp lại. 3.2.2 ChiÕt concrete hoa B−ëi bằng n-hexan Mẫu nguyên liệu hoa B−ëi ®−îc ngâm chiÕt 3 lÇn víi dung m«i n-hexan. Tû lÖ dung m«i/nguyªn liÖu 3 : 1. DÞch chiÕt thu ®−îc ®em c« quay ch©n kh«ng tíi kiÖt dung m«i t¹o thµnh Concrete. Concrete ®−îc hoµ tan vµo cån 960 vµ làm lạnh, sau đó đem lọc sạch rồi c« quay loại kiÖt dung m«i để thu Absolute. Các l−îng cân vµ thµnh phÇn của Concrete và Absolute được sử dụng làm ®èi chøng víi mÉu Concrete chiết với SCO2 . 45 3.2.3 Ph©n tÝch xác định thµnh phÇn concrete Hoa B−ëi Các chỉ số hóa lý của tinh dầu hoa Bưởi đã được xác định theo các phương pháp nêu trong mục 2.2.3 (Các phụ lục từ 1 đến 5) như đối với các tinh dầu thương phẩm. Chúng tôi đã phân tích concrete hoa B−ëi trên máy s¾c ký khÝ kÕt nèi khèi phổ GC-MS HP 5890 B (EI-70 eV) với ch−¬ng tr×nh nhiệt độ 400C (2 phót)→ 2900C (10 phót); 40C/ phót. 3.3 ChiÕt xuất Vetiver concrete Concrete Vetiver được nghiên cứu chiết xuất từ các lượng mẫu 200 g nguyên liệu rễ Vetiver với các phương pháp chiết bằng SCO2 và chưng cất lôi cuốn hơi nước. 3.3.1 Chiết xuất Vetiver concrete bằng SCO2 Tương tự như quá trình nghiên cứu chiết xuất concrete hoa Bưởi bằng SCO2, Vetiver concrete cũng được nghiên cứu thực nghiệm theo quy hoạch và tối ưu hóa để xây dựng công nghệ chiết. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chiết và chất lượng tinh dầu đều đã được khảo sát, bao gåm kích thước hạt nguyên liệu, độ ẩm của nguyên liệu, nhiÖt ®é T, ¸p suÊt P và thêi gian chiÕt t. Mẫu nguyên liệu rễ Vetiver đã được nghiên cứu chiết với các kích thước hạt nguyên liệu: 0,05 - 0,1 mm; 0,1 - 0,5 mm; 0,5 - 2 mm và cì 5 - 7 mm. Các mÉu này ®−îc chiÕt trong cïng mét ®iÒu kiÖn thêi gian, nhiÖt ®é và ¸p suÊt. Ảnh hưởng của độ ẩm tới hàm lượng concrete thu được bằng SCO2 được nghiên cứu trên các lượng 200 g mẫu nguyên liệu với kích thước hạt 0,5 - 2 mm, có ®é Èm lần lượt là 23 %; 17,12 % và 11,23 %. Điều kiện chiết xuất được tiến hành thống nhất ở nhiệt độ T = 600C và P = 80 bar. KÕt qu¶ tÝnh to¸n thông số công nghệ tối ưu từ b¶ng kÕt quả thùc nghiÖm theo quy ho¹ch ®· ®−îc lµm lÆp lại 3 thÝ nghiÖm ®Ó kiÓm tra. 3.3.2 Chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dÇu Vetiver 100 g rÔ Vetiver (®ộ Èm 11,23 %) ®−îc c¾t nhá ng©m qua ®ªm, sau đó được chưng cất trong bộ dụng cụ Clevender với nước muối 5 %. Thí nghiệm được tiến hành cho đến khi không còn tinh dầu được tách ra thì dừng lại và chiết thu phần tinh dầu từ bên nhánh thu của bộ dụng cụ. 46 3.3.3 Ph©n tÝch tinh dÇu và Vetiver concrete C¸c chØ sè ho¸ lý nh−: ChØ sè axit, chØ sè este, chØ sè axetyl, tû träng vµ chiÕt suất ®−îc xác định theo quy tr×nh ®¸nh gi¸ tinh dÇu th−¬ng m¹i (Các phụ lục từ 1 đến 5). Tinh dÇu và concrete ®ược ph©n tÝch b»ng m¸y s¾c ký khÝ khèi phæ GC - MS HP 5890 B (70 eV) với ch−¬ng tr×nh nhiệt độ 400 C (2 phót) → 2900 C (10 phót); 40 C/phót. 3.3.4. B¶o qu¶n tinh dÇu Tinh dÇu ®−îc chøa vµo c¸c b×nh kÝn màu nâu để tránh tiếp xúc trực tiếp víi ¸nh s¸ng và không khí ë nhiÖt ®é th−êng. So s¸nh ®èi chiÕu sự thay đổi chÊt l−îng c¸c s¶n phÈm tinh dầu sau mét thêi gian vµ trong cïng mét ®iÒu kiÖn b¶o qu¶n. 3.4 Chiết xuất concrete hoa Nhài S¬ chÕ nguyên liệu: Hoa ®−îc nhÆt bá l¸ và cuống hoa, sau đó ®em x¸c ®Þnh độ Èm ban ®Çu tr−íc khi xay nhỏ. Cuối cùng, mẫu nguyên liệu hoa Nhài ®−îc b¶o qu¶n lạnh. 3.4.1 Chiết xuất concrete từ hoa Nhài bằng CO2 lỏng siêu tới hạn Concrete hoa Nhài được chiết bằng SCO2 với các lượng 500 g mẫu nguyên liệu tươi. Cũng như các mẫu chiết khác, hoa Nhài được đóng vào túi chiết bằng vải kín rồi nạp vào bình chiết. Chúng tôi đã thực hiện các thí nghiệm xác định các yếu tố ảnh hưởng bao gồm: thời gian bảo quản mẫu, kích thước nguyên liệu, áp suất P, nhiệt độ T, thời gian chiết t, tỷ lệ dung môi SCO2/nguyên liệu chiết và hiệu quả của việc chiết nhiều lần. Thêi gian chiÕt xuất tối ưu được lựa chọn dựa vào kết quả các thí nghiệm chiết xuất theo các khoảng thời gian 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h và 8 h. Các yếu tố áp suất P và nhiệt độ T được khảo sát với thời gian chiết xuất 3 giờ cho một mẫu. C¸c mẫu nguyên liệu hoa Nhài đã được khảo sát sau các khoảng thời gian bảo quản lạnh là 1 h; 2 h; 3 h; 4 h; 5 h; 6 h; 7 h; 8 h và 9 h. Các thí nghiệm về ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu tới hiệu suất chiết đã được thực hiện trên các mẫu được giữ nguyên, mẫu có kích thước 5 - 7 mm và mẫu có kích thước nhỏ hơn 1 mm. 47 Thí nghiệm chiết nhiều lần được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ và áp suất chiết tối ưu. Với mỗi một mẫu, quá trình chiết và thu sản phẩm được thực hiện liên tục ba lần, lần đầu 2h, lần thứ 2 trong 1h và lần thứ ba cũng trong 1 h. Sản phẩm concrete của các lượt chiÕt ®−îc gép l¹i, so s¸nh với kết quả của qu¸ tr×nh chi