Tài liệu Khóa luận nghiên cứu quy trình chiết tách tinh dầu quế

LỜI CẢM ƠN  Trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này, được sự hướng dẫn tận tình của quý thầy cô và các anh chị, các bạn cùng thực hiện khóa luận đã tạo điều kiện, giúp đỡ em hoàn thành tốt khóa luận này. Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến: ❖ Gia đình đã ủng hộ tinh thần, vật chất và tạo điều kiện cho em trong những năm học vừa qua và trong suốt quá trình làm khóa luận. ❖ Các thầy cô Khoa Hóa học trường Đại học Sư pham Đà Nẵng đã tận tụy dạy dỗ em trong suốt khóa học tại trường. ❖ Thầy ThS. Trần Đức Mạnh là người trực tiếp hướng dẫn truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và tạo điều kiện tốt nhất để em thực hiện tốt khóa luận này. ❖ Các bạn sinh viên cùng học lớp 14SHH, trường Đại học Sư phạm Đại học Đà Nẵng và các bạn sinh viên khác đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm học tập và vui buồn trong suốt thời gian cùng em làm khóa luận. Sinh viên thực hiện TẠ THẾ THẠCH iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ppm : part per million (phần triệu) SKLM : Sắc ký lớp mỏng MeOH : Methanol n-BuOH : n-butanol C2H5OH : Ethanol DĐVN : Dược Điển Việt Nam TB : thiết bị TRPA1 : transient receptor potential ankyrin 1 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Các chế phẩm từ Quế .......................................................................................... 09 Bảng 2: Độ ẩm của nguyên liệu ....................................................................................... 41 Bảng 3: Độ tro toàn phần của nguyên liệu ....................................................................... 41 Bảng 4: Độ tro không tan trong acid của nguyên liệu Quế ............................................... 42 Bảng 5: SKLM kiểm tra sự hiện diện của chất chuẩn aldehyd cinamic trong nguyên liệu Quế ................................................................................................................................... 43 Bảng 6: Hàm lượng tinh dầu có trong nguyên liệu Quế ................................................... 44 Bảng 7: Độ ẩm của cao Quế ............................................................................................. 44 Bảng 8: Độ tro toàn phần của cao Quế ............................................................................. 45 Bảng 9: SKLM kiểm tra sự hiện diện của nguyên liệu trong cao Quế ....................... 46 - 47 Bảng 10: SKLM kiểm tra sự hiện diện của chất chuẩn aldehyd cinamic trong cao Quế . 48 Bảng 11: Hàm lượng aldehyd cinamic trong cao Quế ....................................................... 49 iv DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 1: Chưng cất tinh dầu……………………….………………………………….... 16 Sơ đồ 2: Trích ly tinh dầu................................................................................................. 19 Sơ đồ 3: Phương pháp hấp phụ tĩnh tinh dầu.................................................................... 21 Sơ đồ 4: Định lượng hàm lượng aldehyd cinamic trong cao Quế ..................................... 35 Sơ đồ 5: Quy trình chiết xuất tinh dầu quế ....................................................................... 37 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1: Quế (Cinnamomum loureiroi) ........................................................................... 03 Hình 2: Cấu tạo phân tử cinnamic aldehyde ................................................................... 05 Hình 3: Sơ đồ thiết bị phương pháp hấp phụ động ......................................................... 22 Hình 4: Dụng cụ xác định hàm lượng nước bằng phương pháp cất với dung môi ......... 29 Hình 5:Thiết bị cất tinh dầu ............................................................................................. 31 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... iii PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 1. Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................... 2 3. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................. 2 4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 2 6. Bố cục của luận văn ............................................................................................... 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................................. 3 1.1. Tổng quan về thực vật ............................................................................................ 3 1.1.1. Tên khoa học và vị trí của cây quế trong giới thực vật. .............................. 3 1.2.2. Đặc điểm thực vật của cây quế trà my ......................................................... 3 1.2. Tình hình nghiên cứu thành phần hóa học của cây quế. ........................................ 4 1.2.1. Thành phần hoác học trong vỏ quế .............................................................. 4 1.2.2. Thành phần hóa học tinh dầu quế ................................................................ 4 1.2.3. Ứng dụng của cinnamic aldehyde ................................................................ 5 1.3. Ứng dụng của cây quế trong đời sống và y học ..................................................... 6 1.4. Các chế phẩm từ quế .............................................................................................. 9 1.4. Tổng quan về tinh dầu. ........................................................................................... 10 1.4.1. Tìm hiểu chung về tinh dầu ............................................................................. 10 1.4.2. Các phương pháp khai thác tinh dầu ............................................................... 13 1.4.3. Đáng giá chất lượng tinh dầu bằng phương pháp hóa lí.................................. 23 1.5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 28 1.5.1. Xây dựng tiêu chuẩn kiếm nghiệm nguyên liệu .............................................. 28 1.5.2. Tiêu chuẩn kiểm nghiệm cao quế .................................................................... 32 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT TINH DẦU QUẾ ........................................ 37 2.1. Sơ đồ quy trình chiết xuất tinh dầu quế .................................................................. 37 2.2. Quy trình chiết xuất tinh dầu quế ........................................................................... 37 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ........................................................................... 41 3.1. Tiêu chuẩn kiểm nghiệm nguyên liệu quế .............................................................. 41 3.1.1. Khảo sát độ ẩm ................................................................................................ 41 vi 3.1.2. Độ tro toàn phần .............................................................................................. 41 3.1.3. Độ tro không tan trong acid ............................................................................. 42 3.1.4. Định tính các hợp chất hóa nguyên liệu quế ................................................... 42 3.1.5. Định lượng hàm lượng tinh dầu ...................................................................... 44 3.2. Tiêu chuẩn kiểm nghiệm cao quế ........................................................................... 44 3.2.1. Khảo sát độ tinh khiết của cao quế .................................................................. 44 3.2.2. Định tính các hợp chất trong cao quế .............................................................. 45 3.2.3. Định lượng các hợp chất trong cao quế ........................................................... 49 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 50 4.1. Kết luận................................................................................................................... 50 4.2. Kiến nghị ................................................................................................................ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 52 vii PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Nước ta có nguồn tài nguyên sinh học rất đa dạng và phong phú, được xếp thứ 16 trong 25 quốc gia có mức độ đa dạng sinh học cao nhất thế giới. Trong đó có hàng ngàn loại cây, cỏ được dùng làm thuốc chữa bệnh cùng nhiều bài thuốc dân gian rất đặc biệt. Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của xã hội, đời sống vật chất tinh thần của con người ngày một nâng cao nên vấn đề về chăm sóc và bảo vệ sức khỏe ngày càng được quan tâm. Cũng vì thế mà hiện nay có hai xu hướng mà con người chữa bệnh là theo khoa học và thiên nhiên. Thuốc sử dụng trong phòng và chữa bệnh có hai nguồn gốc: tự nhiên (dược liệu) và thuốc tổng hợp (hóa dược). Thuốc được sản xuất theo con đường hóa học tổng hợp có tác dụng điều trị cao và hiệu quả nhanh, tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích tức thời, có không ít các loại thuốc có nhiều phản ứng phụ, những tác dụng ngoài mong muốn và do đó có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe theo một hướng khác. Theo thống kê của Tổ chức Y Tế thế giới có tới 2000 loài thảo dược đã được sử dụng, 80% dân số thế giới dựa vào nguồn thuốc có nguồn gốc dược liệu. Trên 25% thuốc sử dụng trên lâm sàng có nguồn gốc thực vật. Thị trường thuốc có nguồn gốc thực vật trên thế giới hiện nay trị giá vài chục tỉ USD. Nhiều biệt dược Đông dược của châu Á được tiêu thụ mạnh ở châu Âu. Hợp chất thiên nhiên có hoạt tính sinh học cao nên có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển ngành hóa học ở các nước có hệ thực vật phong phú. Chẳng hạn như nước ta có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa là điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển của các cây dược liệu quý. Đây là một lợi thế to lớn không những đới với ngành công nghiệp hóa dược mà còn quan trọng trong ngành thực phẩm, hương liệu, mỹ phẩm. Trong đó nước ta là một nước có hệ thống động thực vật rất phong phú và đa dạng từ núi cao cho tới đồng bằng và bờ biển, cả nước ước tính có khoảng 12.000 loài trong đó có khoảng 4.000 loài cây đang được sử dụng làm thuốc. Nhiều nguyên liệu là những mặt hàng có giá trị xuất khẩu như: quế, hồi, sa nhân, hoa hòe,…Trong số đó thì quế và 1 là loại nguyên liệu mà đã sử dụng trong nhiều bài thuốc dân gian. Chính vì vậy chúng tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu quy trình chiết tách tinh dầu quế”. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu • Đối tượng: Quy trình chiết tách tinh dầu quế. • Phạm vi nghiên cứu: Qúa trình chiết tách tinh dầu quế ở vùng Quảng Nam. 3. Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu, nghiên cứu quy trình chiết tách tinh dầu quế. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: • Tinh dầu • Các phương pháp chiết tách • Cây quế • Đặc điểm sinh thái. • Thành phần hóa học. • Một quy trình chiết xuất tinh dầu quế. Nghiên cứu thực nghiệm: • Các tiêu chuẩn hóa lí, định tính và định lượng nguyên liệu quế. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài • Cung cấp thông tin có ý nghĩa khoa học của cây quế, thành phần hóa học và cấu tạo của một số hợp chất chính tạo mùi hương thơm. • Cung cấp các tư liệu về một quy trình sản xuất tinh dầu quế. 6. Bố cục của luận văn Nội dung của luận văn gồm các chương: Chương 1. Tổng quan tài liệu Chương 2. Quy trình chiết xuất tinh dầu quế Chương 3. Kết quả và nhận xét Chương 4. Kết luận và kiến nghị 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về thực vật 1.1.1. Tên khoa học và vị trí của cây quế trong giới thực vật. Tên khoa học của cây quế hay cụ thể là cây quế thanh (còn được gọi là quế trà my, quế trà bồng) được xác định là Cinnamomum loureiroi, thuộc: Giới : Thực vật Thực vật có hoa Ngành : Hạt kín Lớp : Hai lá mầm Phân lớp : Mộc lan Bộ : Nguyệt quế Họ : Nguyệt quế Chi : Quế Hình 1: Quế (Cinnamomum loureiroi) 1.2.2. Đặc điểm thực vật của cây quế trà my Cây to, cao 10-20m, cành hình trụ, nhẵn, màu nâu. Lá mọc so le, dày cứng và dai, hình mác, dài 12-25cm, rộng 4-8 cm, gốc thuôn, đầu nhọn, mặt trên nhẵn, màu lục sẫm bóng, mặt dưới màu xám tro, hơi có lông lúc còn non; gân 3, hình cung, nổi rõ ở mặt 3 dưới, gân bên kéo dài đến đầu lá, gân phụ nhiều, song song; cuống lá to, dài 1,5-2 cm, có rãnh ở mặt trên. Cụm hoa mọc ở kẽ lá, gần đầu cành thành chuỳ dài 7-15 cm; bao hoa gồm 6 phiến gần bằng nhau, màu trắng, dài 3cm, mặt ngoài có lông nhỏ. Quả hạch, hình trứng hoặc hình bầu dục, có cạnh dài 1,2-1,3 cm, nằm trong đài tồn tại nguyên hoặc chia thuỳ. Vỏ và lá vò ra có mùi thơm. Mùa hoa: tháng 4-7. Mùa quả: tháng 10-12. 1.2. Tình hình nghiên cứu thành phần hóa học của cây quế. 1.2.1. Thành phần hoác học trong vỏ quế Vỏ quế nói chung là chứa tinh dầu có thể tới 4% ( thông thường là 1%), tannin (gồm nhiều đơn vị 3,5,3’,4’- tetrahydroflavan-3,4-diol đã được polymer hóa), catechin và proanthocyanin, dầu béo, chất nhựa, chất nhầy, gôm, đường, calci oxalat, hai hợp chất có tác dụng diệt côn trùng (cinnzelanin và cinnzelanol), tinh bột, protein, chất vô cơ, coumarin,… Cinnamomum loureiroi (quế trà my, quế thanh, quế quỳ) là loài được trồng nhiều ở Việt Nam, trong đó: vỏ chứa nhiều tinh dầu 1-2%; lá chứa 0,7-1,2% tinh dầu. Trong vỏ quế còn có các hợp chất tannin, chất nhựa, đường, calci oxalat, diterpenoid, phenyl glycosid, chất nhầy, các hợp chất flavonoid, tanin, coumarin,.... 1.2.2. Thành phần hóa học tinh dầu quế Tinh dầu quế (hàm lượng 1-3%), thành phần chính của tinh dầu là cinamic aldehyde (hay cinnamaldehyde, hàm lượng >85%), các thành phần khác như cinnamyl acetat, cinnamyl alcol diterpenoid, phenylglycosid, flavonoid, tanin, coumarin,… làm giảm giá trị tinh dầu. Lý tính: Cinnamic aldehyde là một chất lỏng màu vàng, mùi vị quế và có vị ngọt. Công thức phân tử: C9H8O Công thức cấu tạo: C6H5-CH=CH-CHO 4 Hình 2: Cấu tạo phân tử cinnamic aldehyde 1.2.3. Ứng dụng của cinnamic aldehyde Ứng dụng rõ ràng nhất của cinnamaldehyde là hương liệu trong kẹo cao su, kem, kẹo và đồ uống; mức sử dụng dao động từ 9 đến 4900 phần triệu (ppm) (có nghĩa là ít hơn 0,5%). Nó cũng được sử dụng trong một số nước hoa có hương thơm tự nhiên, ngọt, hoặc trái cây. Hạnh nhân, mơ, mỡ bơ, và các mùi hương khác có thể sử dụng kết hợp với nhau cho ra mùi dễ chịu. Cinnamaldehyde có thể được sử dụng như một chất làm tràn thực phẩm; vỏ trấu beechnut có aromatized với cinnamaldehyde có thể được bán dưới dạng bột quế. Một số loại ngũ cốc ăn sáng chứa nhiều hơn 187 ppm cinnamaldehyde. Cinnamaldehyde cũng được sử dụng làm thuốc diệt nấm. Được chứng minh có hiệu quả trên hơn 40 loại cây trồng khác nhau, cinnamaldehyde thường được áp dụng cho hệ thống rễ cây. Tính độc hại thấp và các tính chất dễ, một thuốc trừ sâu hiệu quả, và mùi hương của nó cũng được biết là đẩy lùi các động vật như mèo và chó. Nó đã được thử nghiệm như một chất diệt côn trùng an toàn và hiệu quả chống lại ấu trùng muỗi. Ở nồng độ 29 ppm cinnamaldehyde giết chết một nửa ấu trùng muỗi Aedes aegypti trong 5 24 giờ. Trans-cinnamaldehyde được coi như một chất có khả năng khử trùng hiệu quả đối với muỗi trưởng thành. Cinnamaldehyde còn được gọi là chất ức chế ăn mòn cho thép và các hợp kim sắt khác trong chất ăn mòn. Nó có thể được sử dụng kết hợp với các thành phần bổ sung như các chất phân tán, dung môi và các chất hoạt động bề mặt khác. Ở nồng độ cinnamaldehyde lớn nó gây kích ứng da, và là hóa chất độc hại, nhưng chưa có kết luận của cơ quan nào nghi ngờ hợp chất này là chất gây ung thư hoặc gây nguy hiểm sức khỏe lâu dài. Cinnamaldehyde cũng là một tác nhân gây ra sự chết rụng tế bào qua sự chuyển đổi qua trung gian gốc oxy hóa tự do trong tế bào ung thư bạch cầu HL-60 ở người. Cinnamaldehyde cũng có tính kháng khuẩn. Cinnamaldehyde cũng là một chất kích hoạt TRPA1, và có thể kích thích một tập hợp các nơ-ron cảm giác mà chủ yếu là các tế bào thần kinh nhạy cảm với lạnh, gây ra hành vi cảm thụ đau ở chuột. Hầu hết chất cinnamaldehyde trong cơ thể được bài tiết qua nước tiểu dưới dạng acid cinnamic, dạng cinnamaldehyde bị oxy hoá. 1.3. Ứng dụng của cây quế trong đời sống và y học Quế được dùng làm thuốc cấp cứu bệnh do hàn như chân tay lạnh, mạch chậm nhỏ, hôn mê, đau bụng trúng thực, phong tê bại, chữa tiêu hoá kém, tả lỵ, thũng do tiểu tiện bất lợi, kinh bế, rắn cắn, ung thư. ❖ Theo tài liệu nước ngoài, vỏ quế bì được dùng trong y học Trung Quốc để chữa những chứng bệnh sau: − Cảm lạnh, phối hợp với nhân sâm, hoàng kỳ, thục địa. − Tiêu chảy, phối hợp với mộc hương, phục linh, nhục đậu khấu. − Đau vùng hông, phối hợp với phụ tử, địa hoàng. − Đau dạ dày, đau bụng, đau kinh, phối hợp với đương quy, hương phụ. − Mụn nhọt lâu lành, phối hơp với ma hoàng, cao nhung, bạch giới tử. Liều dùng mỗi ngày: 2-7,5g, sắc nước uống hoặc tán bột mỗi lần uống 0,5-2g, ngày uống 1-2 lần. 6 ❖ Vỏ cành quế trị: − Cảm mạo, sốt, ra mồ hôi, sợ lạnh, phối hợp với bạch thược, cam thảo, sinh khương, hồng táo. − Phong hàn thấp,đau khớp, phối hợp với phụ tử, sinh khương, cam thảo. − Tim hồi hộp, tức ngực, ho có đờm loãng, phối hợp với phục linh, bạch truật, cam thảo. − Bế kinh đau bụng, thống kinh, phối hợp với xuyên khung, đương quy, ngô thù du, xích lược. − Sốt rét, phối hợp với xuyên khung, bạch chỉ, thương truật. Liều lượng: ngày 2-11g, dạng thuốc sắc. Các bài thuốc có quế 1. Chữa cảm mạo (Quế chi thang): Quế chi 8g, cam thảo 6g, thược dược 6g, sinh khương 6g, táo đen 4 quả, nước 600ml, sắc còn 200ml. Chia 3 lần uống nóng trong ngày. 2. Chữa tiêu chảy: Vỏ thân quế 4-8g, gạo nếp rang vàng 10g, hạt cau già 4g, gừng nướng 2 lát. Sắc uống. 3. Chữa sai khớp, bong gân, chấn thương Cao gián gồm hỗn hợp tinh dầu quế, hồi, menthol, camphor, cao ngải cứu, cao cúc tần, được trộn đều vào hỗn hợp keo cao su. 4. Chữa suy nhược cơ thể do bệnh đường tiêu hoá: Nhục quế 4g, đảng sâm, bạch truật, hoàng kỳ, đại táo mỗi vị 12g; trần bì, ngũ vị tử, mỗi vị 6g; cam thảo 4g; gừng 2g. Sắc uống ngày một thang. 5. Chữa dương hư, khí lực suy nhược, di tinh, liệt dương, thai nghén khó khăn, sợ lạnh: Nhục quế 12g; thục địa 24-32g; sơn thù, hoài sơn, bạch linh, mỗi vị 16g; mẫu đơn, trạch tả, mỗi vị 8g. Tán bột thành viên, mỗi ngày uống 30-40g, hay sắc uống. 6. Chữa viêm phế quản mãn tính: Quế chi 12g, phục linh 16g, bạch truật 8g, cam thảo 4g. Sắc uống ngày một thang. 7. Chữa viêm khớp cấp: 7 Quế chi 8g; thạch cao, ngạnh mễ, mỗi vị 20g; tri mẫu, hoàng bá, tang chi, mỗi vị 12g; thương truật 8g. Sắc uống ngày một thang. 8. Chữa nhồi máu cơ tim Nhục quế 6g; đương quy, đan sâm, nhục thung dung, ba kích, mỗi vị 12g; nhân sâm, phụ tử chế, mỗi loại 8g. Sắc uống ngày một thang. 9. Chữa thiếu máu: Quế tâm 6g; đảng sâm (hay nhân sâm) 16g; phục linh, hoàng kỳ, thục địa, bạch thược, đại táo, mỗi vị 12g; đương quy, ngũ vị tử, viễn chí, mỗi vị 10g; bạch truật 8g; cam thảo, trần bì, mỗi vị 6g; gừng 2g. Sắc uống ngày một thang. 10. Chữa viêm loét dạ dày, tá tràng: Quế chi 8g; hoàng kỳ 16g; đại táo 12g; hương phụ, bạch thược, mỗi vị 8g; sinh khương, cam thảo, cao lương khương, mỗi vị 6g. Sắc uống ngày một thang. 11. Chữa viêm cầu thận cấp tính: Quế chi 8g; bạch truật, phục linh,trạch tả, mỗi vị 12g; trư linh 8g. Sắc uống ngày một thang. 12. Chữa kinh nguyệt không đều, chậm kinh: Nhục quế 4g; bạch truật, đảng sâm, bạch thược, hoàng kỳ, mỗi vị 12g; phuc linh, thục địa, xuyên khung, đương quy, mỗi vị 8g; cam thảo 4g. Sắc uống ngày một thang. 13. Chữa nôn mửa khi có thai Quế chi 8g; bạch thược 12g; đại táo 8g; cam thảo, sinh khương, mỗi vị 6g. Sắc uống. 14. Chữa viêm mũi dị ứng: Quế chi 8g; hoàng kỳ 16g; bạch thược 12g; bạch truật 8g; phòng phong, đại táo, mỗi vị 6g; gừng 2g. Nếu viêm mũi cấp tính chảy nước mũi nhiều, thêm ma hoàng 4g; tế tân 6g. Nếu mệt mỏi ăn kém, đoạn hơi, thêm đảng sâm 16g; kha tử 6g. 15. Chữa viêm tắc nghẽn động mạch: Quế chi 12g; đan sâm 20g; hoàng kỳ 20g; xuyên quy vỹ 16g; xích lược, bạch chỉ, nghệ, nhũ hương, một dược, hồng hoa, đào nhân, tô mộc, mỗi loại 12g. Sắc uống ngày một thang. 8 1.4. Các chế phẩm từ quế Trà quế Cẩm Xuyên Hương Công dụng: Dạng bào chế: Hộp 10vỉ x 10 viên nang. Có tác dụng bổ huyết, tĩnh tâm, nhất là có Chỉ định: Điều trị các trường hợp cảm tác dụng trị những chứng lo âu, mệt mỏi. cúm, cảm lạnh, nhức đầu, hắt hơi, sổ mũi, sốt xuất huyết. Liều dùng: Người lớn ngày uống 2 lần, mỗi lần 2-3 viên. Trẻ em ngày uống hai lần mỗi lần 1 viên. Hương Y Ba Công dụng: Đặc trị tiêu chảy, viêm ruột, viêm đại tràng, lỵ, trực trùng, rối loạn tiêu hoá. Bảng 1: Các chế phẩm từ Quế 9 1.4. Tổng quan về tinh dầu. 1.4.1. Tìm hiểu chung về tinh dầu Tinh dầu là hỗn hợp các hợp chất hữu cơ tan lẫn vào nhau, dễ bay hơi, có mùi thơm, mùi thơm của tinh dầu là mùi của cấu tử có nhiều trong tinh dầu (cấu tử chính). Ví dụ: mùi của tinh dầu hoa hồng là mùi của phenyl etylic (cấu tử chính), mùi của tinh dầu hoa nhài là mùi của jasmin, mùi của tinh dầu chanh là mùi của limonen (chiếm khoảng 90% trong tinh dầu chanh). Tinh dầu có hai loại: Nguyên chất và tinh dầu hỗn hợp. Tinh dầu nguyên chất: Hoàn toàn không có độc tố không có chất bảo quản hóa học nên rất an toàn cho người sử dụng và mang lại kết quả nhanh khi điều trị. Tinh dầu không nguyên chất được pha trộn với các loại tinh dầu khác nhau. Thành phần hóa học của tinh dầu gồm tecpen và những dẫn xuất chứa oxi của tecpen (như ancol, anđehit, xeton, ete…). Mặc dù có nhiều cấu tử như vậy nhưng thường một vài cấu tử chính có giá trị và có mùi đặc trưng cho tinh dầu đó. Phương pháp phổ biến để tách tinh dầu từ cây cỏ là chưng cất bằng lôi cuốn hơi nước. Nếu các chất trong tinh dầu bị phân hủy bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước thì người ta sử dụng phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ (ví dụ như ete dầu hỏa, benzen…). Về mặt thực hành tinh dầu có thể xem như “một hỗn hợp thiên nhiên có mùi, phần lớn có nguồn gốc từ thực vật”, chỉ có một số ít nguồn gốc từ động vật. Tinh dầu được phân bố rộng trong hệ thực vật, đặc biệt tập trung một số họ như họ hoa tán, họ cúc, họ hoa môi, họ long não, họ sim, họ cam, họ gừng…Tinh dầu được chiết từ mọi bộ phận của cây như cánh hoa, lá, cành, rễ, vỏ trái, hạt, vỏ cây… Tinh dầu chứa trong thực vật có thành phần không ổn định. Hàm lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch. Trong các bộ phận của cây hàm lượng tinh dầu cũng khác nhau. Cần phải hiểu biết như vậy để xác định thời gian thu hái cho hàm lượng tinh dầu nhiều nhất và chất lượng tốt nhất. Tinh dầu là sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động sống của cây. 10 a) Tính chất vật lí Ở nhiệt độ thường, tinh dầu ở thể lỏng, trừ một số trường hợp đặc biệt như menthol, camphor…là ở thể rắn. Đa số tinh dầu không có màu hoặc màu vàng nhạt, một số tinh dầu có màu, như tinh dầu quế có màu nâu sẫm, tinh dầu thymus có màu đỏ. Tinh dầu thường có vị cay và hắc. Tỷ trọng của tinh dầu thường khoảng 0,80 - 0,95, có một số tinh dầu nặng hơn nước như tinh dầu đinh hương, tinh dầu quế. Tỷ trọng thay đổi theo thành phần hóa học. Nếu tinh dầu có thành phần chủ yếu là hydrocarbon tecpenic thì tỷ trọng thấp, tinh dầu có hợp chất chứa oxi hoặc nhân thơm thì tỷ trọng cao hơn. Tinh dầu thường có chỉ số khúc xạ vào khoảng 1,45 - 1,56. Chỉ số khúc xạ cao hay thấp tùy theo thành phần các chất chứa trong tinh dầu là no, không no hoặc nhân thơm. Nếu trong tinh dầu có nhiều thành phần có nhiều nối đôi thì có chỉ số khúc xạ cao. Chỉ số khúc xạ bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ. Khi đo chỉ số khúc xạ ở những nhiệt độ khác nhau thì cho kết quả khác nhau, nhiệt độ càng lớn thì chỉ số khúc xạ biến thiên theo hướng giảm và ngược lại. Góc quay cực (α)D của tinh dầu thể hiện khả năng hòa tan của tinh dầu trong các loại dung môi, nếu (α)D càng lớn thì có thể hòa tan tốt trong dung môi phân cực, ngược lại (α)D càng bé thì có thể hòa tan tốt trong dung môi không phân cực. Nhiệt độ ảnh hưởng tới góc quay cực, nhiệt độ khi đo góc quay cực tăng thì góc quay cực cũng tăng theo và ngược lại . Vì tinh dầu là hỗn hợp nên không có nhiệt độ sôi nhất định. Điểm sôi của tinh dầu thay đổi tùy theo thành phần hợp chất. Ví dụ, hợp chất tecpen có điểm sôi là 150-1600C, hợp chất sesquitecpen có điểm sôi cao hơn khoảng 250-2800C, còn các hợp chất polytecpen có điểm sôi trên 3000C. Từ đó, ta có thể tách riêng các thành phần khác nhau trong tinh dầu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. Khi hạ nhiệt độ một số tinh dầu có thể kết tinh như tinh dầu hồi, tinh dầu bạc hà, tinh dầu xá xị… Đa số tinh dầu thường 11 rất dễ bay hơi với hơi nước, có mùi thơm, không hòa tan trong nước và khối lượng riêng thường nhỏ hơn nước. Có một vài tinh dầu có khối lượng riêng lớn hơn nước như tinh dầu quế, tinh dầu đinh hương... Vì những lý do trên người ta thường dùng phương pháp chưng cất để tách tinh dầu. b) Tính chất hóa học Mỗi loại dược liệu đều có các nhóm hợp chất xác định. Có thể dựa vào nhóm chất này đế xác định các nguyên liệu bằng các phản ứng màu hoặc kết tủa đặc trưng. - Hợp chất alkaloid: dựa vào phản ứng kết tủa với các thuốc thử chung (thuốc thử Mayer, thuốc thử Dragendorff, thuốc thử Bouchardat). - Hợp chất saponin: thử tính tạo bọt, tính phá huyết, phản ứng Liebermanm -Burchard, phản ứng Kahlenberg…. - Hợp chất anthraquinon: Định tính bằng phản ứng Borntrager. - Hợp chất flavonoid: Phản ứng tạo phức màu với muối kim loại, phản ứng với dung dịch kiềm, phản ứng với thuốc thử Cyanidin Dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng, không khí, nước, tinh dầu dễ bị oxi hóa và có thể bị nhựa hóa một phần. Ancol trong tinh dầu bị oxi hóa biến thành anđehit, anđehit biến thành axit. Các hợp chất có nối đôi dễ bị oxi hóa hoặc tham gia vào phản ứng cộng hợp. Các hợp chất xeton và anđehit dễ bị ancol hóa tạo nhựa khi có mặt của kiềm. Nhiều thành phần có các nhóm chức khác nhau có thể tham gia các phản ứng hóa học, làm thay đổi tính chất của tinh dầu c) Phân loại Người ta phân loại nguyên liệu chứa tinh dầu ra thành các loại như sau: * Nguyên liệu quả và hạt: hồi, mùi, màng tang... * Nguyên liệu lá, cành: sả, bạc hà, hương nhu... * Nguyên liệu rễ, củ: gừng, long não (nhiều nhất ở rễ) * Nguyên liệu vỏ: cam, chanh, quýt... * Nguyên liệu hoa: hoa hồng, hoa nhài... 12 1.4.2. Các phương pháp khai thác tinh dầu Tùy thuộc từng loại nguyên liệu và trạng thái của tinh dầu trong nguyên liệu (tự do hoặc kết hợp) mà người ta dùng các phương pháp khác nhau để tách chúng. Các phương pháp tách tinh dầu cần phải đạt được những yêu cầu cơ bản như sau: * Giữ cho tinh dầu thu được có mùi vị tự nhiên ban đầu, * Qui trình chế biến phải phù hợp, thuận lợi và nhanh chóng, * Phải tách được triệt để tinh dầu trong nguyên liệu, tổn thất tinh dầu trong quá trình chế biến và hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu sau khi chế biến (bã) càng thấp càng tốt. * Chi phí đầu tư vào sản xuất là ít nhất. Dựa vào các yêu cầu đã nêu trên, người ta thường dùng những phương pháp khai thác tinh dầu sau: * Phương pháp hóa lý: chưng cất và trích ly (trích ly có thể dùng dung môi bay hơi hoặc dung môi không bay hơi) * Phương pháp cơ học: dùng các quá trình cơ học để khai thác tinh dầu như ép, bào nạo. Ngoài ra có thể khai thác tinh dầu bằng cách kết hợp giữa quá trình hóa lý và quá trình cơ học, hoặc sinh hóa (lên men) và cơ học, hoặc sinh hóa và hóa lý. Ví dụ, trong quả vani, tinh dầu ở dạng liên kết glucozit nên dùng enzym để thủy phân, phá hủy liên kết này rồi sau đó dùng phương pháp chưng cất (hóa lý) để lấy tinh dầu. a) Phương pháp chưng cất tinh dầu * Có 3 dạng chưng cất chính đó là: ➢ Chưng cất với nước: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị. Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn theo tinh dầu, ngưng tụ hơi bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm nước và tinh dầu, hai thành phần này không tan vào nhau nên dễ dàng tách ra khỏi nhau. Phương pháp này đơn giản, thiết bị rẻ tiền và dễ chế tạo, phù hợp với những cơ sở sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít. Tuy nhiên, phương pháp này còn một vài nhược điểm như hiệu suất thấp, chất lượng tinh dầu không cao do nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với thiết 13 bị nên dễ bị cháy khét, khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất. ➢ Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị nhưng cách nhau bởi một vỉ nồi. Khi đun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ. Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ 1 hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu. Phương pháp nay phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui mô trung bình. So với phương pháp trên, phương pháp này có ưu điểm hơn, nguyên liệu ít bị cháy khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị, các nhược điểm khác vẫn chưa khắc phục được. Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịu được nhiệt độ cao. ➢ Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng: Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn, hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào các thiết bị chưng cất. Phương pháp này cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị chưng cất, điều kiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn, dễ cơ khí hóa và tự động hóa các công đoạn sản xuất, khống chế tốt hơn các thông số công nghệ, rút ngắn được thời gian sản xuất. Ngoài ra, phương pháp này đã khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê, khét và nếu theo yêu cầu của công nghệ thì có thể dùng hơi quá nhiệt, hơi có áp suất cao để chưng cất. Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trong điều kiện chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ bị phân hủy làm giảm chất lượng. Hơn nữa, các thiết bị sử dụng trong phương pháp này khá phức tạp và đắt tiền * Những ưu nhược điểm chung của phương pháp chưng cất: ∎ Ưu điểm: - Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, qui trình sản xuất đơn giản, - Trong quá trình chưng cất, có thể phân chia các cấu tử trong hỗn hợp bằng cách ngưng tụ từng phần theo thời gian. 14 Thời gian chưng cất tương đối nhanh, nếu thực hiện gián đoạn chỉ cần 5-10 giờ, - nếu liên tục thì 30 phút đến 1 giờ. Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao. - ∎ Nhược điểm: - Không áp dụng phương pháp chưng cất vào những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp vì thời gian chưng cất sẽ kéo dài, tốn rất nhiều hơi và nước ngưng tụ. - Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủy phân. - Không có khả năng tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi trong thành phần của nguyên liệu ban đầu mà những thành phần này rất cần thiết vì chúng có tính chất định hương rất cao như sáp, nhựa thơm... - Hàm lương tinh dầu còn lại trong nưóc chưng (nước sau phân ly) tương đối lớn, - Tiêu tốn một lượng nước khá lớn để làm nhưng tụ hỗn hợp hơi. Tùy theo từng loại nguyên liệu mà qui trình chưng cất có những điểm khác nhau nhất định. 15