Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn h...

Tài liệu Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

.PDF
88
856
145

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -------- NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIEÂN CÖÙU TAÙCH CHIEÁT TINH DAÀU TÖØ LAÙ CHANH BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP CHÖNG CAÁT LOÂI CUOÁN HÔI NÖÔÙC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: TS. MAI THỊ TUYẾT NGA Nha Trang, tháng 07 năm 2013 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi tới Ban giám hiệu Trường Đại Học Nha Trang, Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, Phòng đào tạo Trường Đại Học Nha Trang sự kính trọng, lòng biết ơn sâu sắc, sự tự hào được học tập và nghiên cứu tại trường 4 năm qua. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm Hóa – Vi Sinh, phòng thí nghiệm Hóa Cơ Bản. Đặc biệt em xin tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Mai Thị Tuyết Nga, người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp. Và em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè và người thân đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Nha Trang, ngày 20 tháng 6 năm 2013 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hằng i MỤC LỤC TRANG LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC ................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................... iv DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. v DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ vi LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... - 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN ................................................................................ - 2 1.1. Giới thiệu chung về cây Chanh ................................................................... - 2 1.1.1. Đặc điểm thực vật.................................................................................. - 2 1.1.2. Phân bố và đặc điểm sinh thái, sinh trưởng ......................................... - 2 1.1.3. Công dụng của cây Chanh ..................................................................... - 4 1.2. Tổng quan về tinh dầu ................................................................................. - 4 1.2.1. Khái niệm về tinh dầu ........................................................................... - 4 1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu ........................................... - 5 1.2.1.1. Phân loại theo hàm lượng ............................................................... - 5 1.2.2.2. Phân loại theo tính chất vật lý ......................................................... - 6 1.2.2.3. Phân loại theo bản chất hóa học ...................................................... - 6 1.2.3. Tính chất vật lý và hóa học của tinh dầu .............................................. - 8 1.2.3.1. Tính chất vật lý ............................................................................... - 8 1.2.3.2. Tính chất hóa học ............................................................................ - 8 1.2.4. Vai trò của tinh dầu trong cuộc sống thực vật....................................... - 8 1.2.5. Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật ...................................... - 11 1.2.6. Hoạt tính sinh học và công dụng của tinh dầu .................................... - 13 1.3. Các phương pháp trích ly tinh dầu............................................................. - 15 1.3.1. Phương pháp cơ học ............................................................................ - 15 1.3.2. Phương pháp tẩm trích. ....................................................................... - 16 1.3.3. Phương pháp hấp thụ ........................................................................... - 16 - ii 1.3.4. Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước .......................................... - 16 1.3.4.1. Lý thuyết chưng cất ...................................................................... - 16 1.3.4.2. Những ảnh hưởng chính trong sự chưng cất lôi cuốn hơi nước ... - 17 1.3.4.3. Ưu nhược điểm của phương pháp ................................................. - 18 1.3.5. Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu ..................................... - 19 1.3.5.1. Dung môi dioxit cacbon ................................................................ - 19 1.3.5.2. Vi sóng .......................................................................................... - 19 1.4. Các dạng sản phẩm trong quá trình tách chiết tinh dầu ............................. - 20 1.5. Tình hình nghiên cứu về tinh dầu họ Citrus……………………………..- 21 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ...................................................... - 21 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................ - 21 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. - 23 2.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ - 23 2.1.1. Nguyên liệu chính ............................................................................... - 23 2.1.2. Dụng cụ - thiết bị - hóa chất ................................................................ - 23 2.2. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... - 24 2.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu ........................................................................... - 24 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... - 24 2.2.3. Quy trình tách chiết tinh dầu từ lá Chanh dự kiến .............................. - 25 2.2.4. Bố trí thí nghiệm.................................................................................. - 26 2.2.4.1. Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm chiết. ... - 26 2.2.4.2. Thí nghiệm xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu ................................ - 27 2.2.4.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối ................................... - 28 2.2.4.4. Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất ..................................... - 30 2.2.5. Xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu Chanh: bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi.............................................................................. - 31 2.2.6. Xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu………………………………………………………………………….- 31 2.2.6.1. Phương pháp xác định các tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu..- 31 - iii 2.2.6.2. Định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp phân tích sắc kí khí ghép phối phổ GC-MS ......................... - 31 2.2.7. Phương pháp xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu ................................. - 32 2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................... - 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................... - 33 3.1. Kết quả xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết ...................... - 33 3.2. Kết quả xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu (v/w) thích hợp ......................... - 35 3.3. Kết quả xác định thời gian ngâm thích hợp ............................................... - 37 3.4. Kết quả xác định thời gian chưng cất thích hợp ........................................ - 39 3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh ................................ - 41 3.6. Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh ................... - 43 3.7. Kết quả xác định tỷ lệ khối lượng tinh dầu................................................ - 44 3.8. Kết quả đánh giá tính chất cảm quan và xác định các chỉ số hóa lý của sản phẩm.................................................................................................................. - 45 3.8.1. Tính chất cảm quan của sản phẩm ...................................................... - 45 3.8.2. Kết quả xác định các chỉ số hóa - lý của sản phẩm ............................. - 45 3.9. Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu ................................... - 46 3.10. Tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu .................................................. - 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... - 49 1. Kết luận ......................................................................................................... - 49 2. Kiến nghị....................................................................................................... - 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. - 50 - iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT GC GC-MS TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Gas chromatography Sắc kí khí Gas chromatography-Spectroscpy Sắc kí khí ghép phối phổ Min Minute Phút v/w Volume/weight Thể tích/khối lượng w/v Weight/Volume Khối lượng/thể tích IA Acide Index Chỉ số acide IS Saponification Index Chỉ số xà phòng IE Esters Index Chỉ số este SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn v DANH MỤC BẢNG TRANG Bảng 3.1. Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong lá Chanh ................................. - 43 Bảng 3.2. Tỷ lệ khối lượng tinh dầu tách chiết từ lá Chanh ................................ - 44 Bảng 3.3. Bảng mô tả tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh ....................... - 45 Bảng 3.4. Kết quả xác định các chỉ số hóa lý của tinh dầu lá Chanh .................. - 45 Bảng 3.5. Kết quả phân tích GC/MS của tinh dầu lá Chanh................................ - 46 Bảng 3.6. Ước tính chi phí nguyên vật liệu để tách tinh dầu từ 10kg lá Chanh trong phòng thí nghiệm.................................................................................................. - 48 - vi DANH MỤC HÌNH ẢNH TRANG Hình 1.1. Cây Chanh .............................................................................................. - 2 Hình 1.2. Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của terpenoid ................. - 5 Hình 1.3. Công thức hóa học của một số hợp chất thường có trong tinh dầu……- 7 Hình 2.1. Lá Chanh .............................................................................................. - 23 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ lá Chanh ...................... - 25 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ muối bổ sung trong nước ngâm chiết ...................................................................................................................... - 26 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước bổ sung ........................... - 28 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu ............. - 29 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thì nghiệm xác định thời gian chưng cất .......................... - 30 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl trong nước ngâm, chiết tới thể tích tinh dầu lá thu được .............................................................................................. - 33 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/lá Chanh đến thể tích tinh dầu thu được ... - 35 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến thể tích tinh dầu lá thu được- 37 Hình 3.4. Tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được trong các thời gian chưng cất khác nhau ...................................................................................................................... - 39 Hình 3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh .......................... - 41 - -1- LỜI MỞ ĐẦU Tinh dầu thiên nhiên hiện nay là một sản phẩm khá thông dụng trên thị trường. Tinh dầu được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, y học và một số lĩnh vực khác… Hiện nay có rất nhiều phương pháp tách chiết tinh dầu từ thực vật, trong đó có phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu suất thu hồi tinh dầu khá cao. Tinh dầu Citrus được sử dụng khá phổ biến hiện nay trên thị trường do nó có mùi thơm dễ chịu, có tác dụng trị cảm, giảm stress và thanh nhiệt…Chanh thuộc họ Citrus nhưng tính thời điểm này chưa có công trình nào nghiên cứu sâu về nó, đồng thời tận dụng nguồn nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất tinh dầu có giá trị kinh tế cao. Được sự đồng ý của Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, dưới sự hướng dẫn của TS. Mai Thị Tuyết Nga, em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước”. Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ thích hợp cho việc chiết xuất tinh dầu từ lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đồng thời đánh giá chất lượng của tinh dầu thu được. Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu của việc xây dựng quy trình sản xuất tinh dầu từ lá Chanh trên quy mô công nghiệp cũng như cung cấp những dẫn liệu khoa học về thành phần hóa học và tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu lá Chanh. Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn về điều kiện thực nghiệm và nguồn kinh phí nên mặc dù đã cố gắng song đề tài của em chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô cũng như sự góp ý kiến từ các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiện hơn. -2- CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây Chanh [8] Chanh ta hay Chanh giấy có tên khoa học: Citrus aurantifolia Swingle. Họ: Rutaceae. 1.1.1. Đặc điểm thực vật [8, 20] Chanh là một loài cây nhỏ, cao từ 1m đến 3m. Thân có nhiều cành, có gai. Lá nhỏ hình trứng , có màu xanh lục dài từ 3cm đến 8cm, rộng từ 3cm đến 5cm mép lá hình răng cưa hoặc trơn. Hoa có màu trắng mọc đơn độc hoặc từng chùm từ 3 đến 10 hoa. Quả có đường kính từ 3cm đến 6cm có hình ovan. Vỏ quả có màu xanh, khi chín có thể chuyển màu vàng. Quả có múi, dịch quả có vị rất chua, hột có diệp tử trắng. Trong vỏ và lá Chanh chứa nhiều tinh dầu. Hình 1.1. Cây Chanh 1.1.2. Phân bố và đặc điểm sinh thái, sinh trƣởng [20] Cây Chanh Citrus aurantifolia Swingle có nguồn gốc từ miền bắc Ấn Độ và vùng tiếp giáp với Myanma và phía bắc Malaysia, Trung Quốc. Hiện nay Chanh được trồng phổ biến trên thế giới đặc biệt là các nước có khí hậu nhiệt đới. Về mặt sinh thái học cây Chanh cũng như hầu hết các loài trong họ Citrus đều không chịu được giá rét. Chúng ưa khí hậu nóng ẩm, lượng mưa hay lượng nước -3- tưới đủ lớn. Chanh được trồng nhiều trên các vùng đất ẩm, trên các vùng đất thấp hoặc trên các khu vực đồi núi cao hơn 1000m so với mực nước biển. Chanh rất nhạy cảm với vùng đất lạnh nhưng lại có sức chống chịu rét rất khỏe. Chanh có thể sinh trưởng trên các vùng đất nghèo chất dinh dưỡng và có sức chống chịu khỏa hơn một số cây trong họ Citrus như cam, quýt…Chanh là cây có tán lá rộng và không rụng lá theo mùa. Chúng ra hoa vào mùa xuân và tạo quả trong một thời gian ngắn sau đó, quả chín vào mùa thu hoặc đông. Chanh mọc từ hạt thường sinh trưởng khỏe hơn so với Chanh chiết từ cành của cây Chanh mẹ, nhưng với Chanh mọc từ hạt thì thường trồng 5 năm mới ra hoa, kết trái. Các chồi mọc từ rễ hoặc chồi vượt thường có nhiều gai dài, nhọn. Hoa thường thụ phấn bằng côn trùng, đặc biệt là ong mật, chúng cũng có thể tự thụ phấn song hiệu quả không cao. Thời gian từ khi hoa nở đến khi thụ phấn và cho quả thu hoạch khoảng từ 5 tháng đến 6 tháng. Tại các tỉnh phía Bắc nước ta Chanh thường ra hoa vào tháng 1 đến tháng 3 và cho trái thu hoạch từ tháng 6 đến tháng 12. Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên rất thích hợp cho cây Chanh sinh trưởng và phát triển. Nói chung Chanh trồng bằng hột cho trái chậm hơn so với chiết cành, ở nước ta có thói quen nhân giống chanh bằng biện pháp chiết cành từ rất lâu đời. Đây cũng là phương pháp nhân giống phổ biến ở nhiều nước trên thế giới đặc biệt là các nước ở vùng Đông Nam Á. Những cây Chanh trồng bằng cành thường ra hoa vào năm thứ 2 nhưng để cho cây sinh trưởng khỏe người ta thường ngắt hoa vào năm thứ 2 và để cây ra hoa vào năm thứ 3. Trồng Chanh thành từng vườn thuần loại hoặc trồng ven ao, hồ, mương, máng…Trong vườn Chanh cần giữ sạch cỏ, cắt bỏ bớt cành tạo tán thông thoáng, loại bỏ những cây hoặc cành sâu bệnh. Vườn Chanh cần có chế độ vệ sinh nghiêm ngặt và phun thuốc phòng trừ sâu bệnh. Cây Chanh được trồng nhiều ở khắp các vùng trên cả nước cung cấp nguồn nguyên liệu để phục vụ con người trong các lĩnh vực thực phẩm, y học, hóa học… Chanh được trồng nhiều và phổ biến trên khắp đất nước: Các tỉnh phía Bắc như: Hải Dương, Thái Bình, Hà Nội, Nam Định… -4- Các tỉnh miền Trung: Khánh Hòa, Bình Định, Phú Yên… Các tỉnh miền Nam: Tiền Giang, Long An, TP Hồ Chí Minh… 1.1.3. Công dụng của cây Chanh [8, 20] Cây Chanh trồng để lấy trái là phổ biến, nhưng bên cạnh đó các bộ phận khác của cây cũng có rất nhiều công dụng. Rễ Chanh: thu hái quanh năm, rễ nhỏ dùng cả, rễ to chỉ lấy vỏ, rễ Chanh có vị đắng, tính ôn, có tác dụng trị ho, suyễn, giảm sưng đau, ăn không tiêu, đầy hơi. Lá Chanh: chứa tinh dầu, có vị cay, ngọt, tính ôn, có tác dụng trị ho, thanh nhiệt, sát khuẩn. Lá Chanh dùng để nấu nước xông chữa cảm cúm, dùng làm gia vị trong nâu một số món ăn. Quả Chanh: quả chanh có vị chua, ngọt, tính mát được dùng làm nước giải khát, gia vị trong chế biến thức ăn. Vị chua và hương thơm hấp dẫn của Chanh giúp ăn ngon miệng và giúp tinh thần con người sảng khoái. Dịch Chanh có tác dụng thanh nhiệt, chống viêm, lợi tiểu, cầm máu, chữa cảm sốt, thiếu vitamin C, ngậm Chanh với nước muối có tác dụng chống ho, giải rượu…Dịch nước quả Chanh còn được dùng trong sản xuất axit citric, trong ngành công nghệ thực phẩm, tinh dầu vỏ Chanh được ứng dụng nhiều trong y học, thực phẩm… Hạt Chanh: chứa dầu béo và chất đắng lemonin. Có thể góp phần chữa các bệnh về ho, táo bón, rắn cắn… Hoa Chanh: hoa Chanh được sử dụng nhiều trong y học, có tác dụng long đờm, lợi tiểu, giải nhiệt, trị các cơn đau co thắt và thuốc giúp ăn ngon miệng, dễ tiêu hóa, an thần. Chính vì thế hoa Chanh được sử dụng để chữa các bệnh đau đầu, cảm cúm, ho, căng thẳng thần kinh. 1.2. Tổng quan về tinh dầu [2, 6, 8, 10, 16, 17] 1.2.1. Khái niệm về tinh dầu Tinh dầu là hỗn hợp của các hợp chất hữu cơ có đặc tính chung là dễ bay hơi, thường có mùi thơm, có nguồn gốc chủ yếu từ một số bộ phận của thực vật (như hạt, rễ, củ, vỏ cây, hoa, lá, quả, dầu, nhựa cây) hay động vật (túi tinh dầu), tinh dầu có thể thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước. Vai trò của -5- tinh dầu đối với cây cỏ chưa được biết rõ, nhưng đáng chú ý là những cây có tinh dầu đều không có ancaloit và ngược lại. Từ đó người ta cho rằng tinh dầu có vai trò như là chất thải để giải độc cho cây và góp phần bảo vệ cây cũng như ancaloit. Tinh dầu trong mỗi nguyên liệu khác nhau thì cũng có nồng độ khác nhau. Đa số thành phần chính của các loại tinh dầu đều là các hợp chất terpenoid được cấu tạo từ các đơn vị isopren (C5H8) nối với nhau theo quy tắc “đầu nối với đuôi”. Terpenoid đơn giản nhất được cấu tạo từ 2 đơn vị isopren được gọi là monoterpenoid. Nếu có nhiều hơn 2 đơn vị isopren thì được gọi là sesquiterpenoid (ứng với 3 đơn vị isopren), diterpenoid (ứng với 4 đơn vị isopren), triterpenoid (ứng với 6 đơn vị isopren...). a. Bộ khung terpenoid cơ bản b. Phân tử isopren Hình 1.2. Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của terpenoid 1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu Thành phần tinh dầu được phân loại theo các cách sau: 1.2.1.1. Phân loại theo hàm lƣợng [6] Theo cách phân loại này các thành phần trong tinh dầu được chia làm 3 nhóm: - Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1%. Thành phần chính là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu. - Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1%. -6- - Thành phần vết: là thành phần có hàm lượng không quá 0,1% trong toàn bộ tinh dầu. 1.2.2.2. Phân loại theo tính chất vật lý [10] Tinh dầu của mỗi loài thực vật là một hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp chất thuộc các nhóm hữu cơ khác nhau. Các hợp chất có trong tinh dầu thường được phân thành hai nhóm chính: - Nhóm thành phần dễ bay hơi: chiếm tới 90 – 95% tổng lượng tinh dầu. - Nhóm còn lại: gồm các hợp chất ít bay hơi chỉ chiếm 1 – 10%. Tỷ lệ các thành phần riêng lẻ có thể thay đổi rất lớn tùy theo giống cây trồng, điều kiện canh tác, mùa vụ và các bộ phận khác nhau của cây tuy nhiên số lượng của các thành phần là không thay đổi trong phạm vi loài. 1.2.2.3. Phân loại theo bản chất hóa học [16] Có nhiều cách phân loại tinh dầu theo bản chất hóa học sau đây là các cách phân loại. Các hợp chất trong tinh dầu được chia thành các nhóm: - Monoterpen mạch hở (ví dụ: myrcen, ocimen). - Monoterpen mạch vòng (ví dụ: p-cymen, pinen, sabinen). - Monoterpen mạch hở bị oxy hóa (như farnesol, linalool, neral). - Monoterpen mạch vòng bị oxy hóa (như terpineol, geraniol). - Sesquiterpen mạch hở (ví dụ: farnesen). - Sesquiterpen mạch vòng (ví dụ: copaen, humulen). - Sesquiterpen mạch hở bị oxy hóa (như nerolidol). - Sesquiterpen mạch vòng bị oxy hóa (như nootkaton, spathulenol). - Các hợp chất thơm (ví dụ: indol). - Các hydrocarbon mạch dài (như tetradecanal, dodecanal). -7- Hình 1.3. Công thức hóa học của một số hợp chất thƣờng có trong tinh dầu -8- 1.2.3. Tính chất vật lý và hóa học của tinh dầu [6, 16] 1.2.3.1. Tính chất vật lý Để xác định tính chất vật lý của tinh dầu, thông thường người ta tiến hành xác định các chỉ số như tỷ trọng, chiết suất, tỷ lệ hòa tan trong cồn 90O ở 25OC, nhiệt độ sôi, năng suất quay cực, màu sắc. Hầu hết tỷ trọng của các loại tinh dầu thường nhỏ hơn 1, do vậy chúng thường nhẹ hơn nước. Tuy nhiên, cũng có một vài tinh dầu có khối lượng riêng lớn hơn nước (như tinh dầu quế, tinh dầu đinh hương…). Tinh dầu không tan hoặc rất ít tan trong nước nhưng chúng hòa tan tốt trong đa số các dung môi hữu cơ như eter, cồn...Mặc dù thành phần hóa học của mỗi loại tinh dầu là khác nhau, nhưng nhìn chung chúng có nhiệt độ sôi khoảng 100OC – 200OC, dễ bay hơi và có mùi thơm. Về màu sắc, tinh dầu thường không màu hoặc có màu vàng nhạt. Một số ít tinh dầu có màu (ví dụ: tinh dầu ngải cứu có màu xanh lơ, tinh dầu quế có màu nâu sẫm) là do sự có mặt của các hợp chất có màu được lôi kéo theo tinh dầu trong quá trình chiết xuất (ví dụ: màu xanh do có chlorophyll, màu vàng do có carotenoid,…). Còn mùi và vị của tinh dầu chủ yếu gây ra do các cấu tử bị oxy hóa. 1.2.3.2. Tính chất hóa học Các thành phần trong tinh dầu là các hợp chất terpenoid (tức các hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân (nhất là ở nhiệt độ cao) và bị phân hủy bởi ánh sáng thành các hợp chất khác. Vì vậy, người ta thường bảo quản tinh dầu trong những lọ sẫm màu, có miệng nhỏ và đậy nút kỹ. 1.2.4. Vai trò của tinh dầu trong cuộc sống thực vật [18] Vấn đề của vai trò tinh dầu trong đời sống của cây đã được đề cập tới rất nhiều trong các công trình nghiên cứu. Vai trò của tinh dầu cụ thể như sau: Theo Ph. X. Tanaxienco, 1985: - Bảo vệ cây khỏi tác động của sâu bệnh. - Che phủ các vết thương từ cây gỗ. - Ngăn chặn các bệnh do nấm. -9- - Biến đổi sức căng bề mặt của nước trong cây, thúc đẩy sự vận chuyển nước, tăng hiệu quả của các phản ứng enzim. Theo Charabot cho rằng tinh dầu đóng vai trò như các chất dự trữ trong cây, nó có khả năng vận chuyển đến các phần khác nhau của cây, tại đây tinh dầu được sử dụng như một nguồn năng lượng hay tạo thành các sản phẩm mới có cấu trúc gần với nó. Theo quan điểm của Tschirch (1925) trong đời sống của cây, tinh dầu giữ vai trò quan trọng (tuy nhiên, theo tác giả chưa thể biết rõ đó là vai trò gì) và vì vậy không nên xếp tinh dầu vào nhóm các chất tiết một cách tuyệt đối. Khác với Charabot, Tschirch cho rằng đôi khi tinh dầu được “lưu giữ lại” trong các bể chứa tinh dầu và không tham gia vào các phản ứng tiếp theo. Theo Coxtrisep X. P. (1937) cho rằng tinh dầu có thể được xếp vào 2 nhóm chức năng: - Nhóm các tinh dầu có chức năng sinh lý được cây sử dụng trong quá trình sinh trưởng. - Nhóm các tinh dầu không có chức năng sinh lý, không được cây sử dụng, chúng đơn thuần chỉ là các chất tiết của cơ thể và được tích lũy trong các bể chứa tinh dầu. Như vậy, theo quan điểm này, các thành phần của tinh dầu được tích lũy trong tuyến tiết không có vai trò sinh lý trong hoạt động sống của cây. Trong khi đó theo quan điểm thông thường, tinh dầu thực vật chính là sản phẩm của quá trình tổng hợp và tích lũy do các cơ quan tiết đảm nhiệm. Những năm sau này, khi dùng carbon đánh dấu để nghiên cứu quá trình chuyển hóa tinh dầu trong cơ thể sống, Mutxtiatse (1985) đã chứng minh rằng, các thành phần tinh dầu được tích lũy trong tuyến tiết không phải là các chất tiết cố định mà còn tham gia tích cực vào quá trình trao đổi chất của cây; do vậy thành phần hóa học của tinh dầu ở trong cây luôn luôn được đổi mới. Những năm gần đây, vai trò sinh lý của tinh dầu trong đời sống thực vật được - 10 - thống nhất trong hầu hết các tài liệu đã công bố. Tuy nhiên, chức năng cụ thể của từng hợp chất còn phải được nghiên cứu sâu hơn. Qua các bằng chứng thực nghiệm, có thể khẳng định chắc chắn rằng, nhiều thành phần hóa học của tinh dầu, ví dụ một số acid có phân tử lượng thấp, rượu, các aldehid mạch vòng…là những nguyên liệu khởi đầu để tổng hợp hàng loạt các chất có hoạt tính sinh học. Trong thành phần của tinh dầu, có thể gặp hàng loạt các chất khởi nguyên nói trên: các acid hữu cơ thường gặp gồm: acid acetic, acid valerianic, acid isovalerianic …và các rượu tương ứng với chúng; ngoài ra còn thường gặp các aldehid, các ester, một số terpenoid như geraniol, linalool, pharnesol, nerolydol… Đó là những hợp chất liên quan tới nhiều kiểu cấu trúc hóa học khác nhau và tham gia vào các hệ thống đồng hóa khác nhau. Trong thành phần tinh dầu còn thường thấy các hợp chất có nhân thơm như aneton, pheniletilnol, benzaldehid, vanilin, thậm chí cả các hợp chất có chứa nitơ và lưu huỳnh. Vì vậy không thể lý giải vai trò của tinh dầu một cách chung chung hoặc nhìn nhận vấn đề chỉ trong một vài giả thuyết cụ thể nào đó. Để đánh giá chính xác vai trò của tinh dầu trong hoạt động sống ở cây, cần phải tiến hành nghiên cứu từng thành phần riêng lẻ của tinh dầu hoặc các hợp chất có cấu trúc gần nhau. Hiện nay, các bằng chứng xác đáng chủ yếu tập trung vào sự tham gia của các thành phần tinh dầu trong quá trình trao đổi chất, có nghĩa là tinh dầu tham gia vào các quá trình sinh lý hóa bên trong tế bào. Và nhiều kết quả nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng, một số dạng terpenoid của tinh dầu như các geraniol, linalool, farnesol …thường có mặt trong hầu hết các cơ thể sống ở tất cả các mức độ tiến hóa khác nhau, từ các vi sinh vật, các loài thực vật bậc thấp, thực vật bậc cao, đến cả động vật cũng như con người. Các terpen được hình thành từ 2,3 hoặc nhiều phân tử isopren (C5H6) và isopren lại là một trong những hợp chất cơ sở để tạo thành các carotenoid, các steroid và cao su. Các kết quả nghiên cứu tiếp theo đã xác nhận rằng, quá trình sinh tổng hợp trong mọi cơ thể thực vật đều bắt nguồn từ hợp chất ban đầu là acid acetic qua các sản phẩm trung gian là acid mevalonic, isopentenil pirophosphat đến geranil và farnesil phosphat. Bằng thực nghiệm, người ta đã - 11 - chứng minh được các chuỗi carbon trong các phân tử geraniol, linalool, farnesol và nerolidol là những sản phẩm trung gian chủ yếu trong quá trình sinh tổng hợp các terpenoid có hoạt tính sinh học như các phyton, hocmon steroid, acid mật, các vitamin D, vitamin K, vitamin E, các carotenoid, các chất kích thích sinh trưởng thuộc nhóm giberilin…Một số hợp chất thường gặp trong thành phần của tinh dầu như linalool, farnesol, nerolidol…luôn có mặt trong hầu hết các hoạt động sống của cây. 1.2.5. Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật [18] Hiện tồn tại hai giả thuyết về quá trình tổng hợp và tích lũy tinh dầu: - Một số tác giả cho rằng tinh dầu được tổng hợp ở các tế bào không phụ thuộc cấu trúc tiết và chuyển dần vào tuyến tiết. Theo quan điểm này, cấu trúc tiết được coi như cơ quan đảm nhận vai trò tích lũy sản phẩm. Cơ sở của giả thuyết trên chủ yếu dựa trên các kết quả quan sát thấy sự có mặt của một số giọt tinh dầu và một số men tham gia vào quá trình tổng hợp tinh dầu ở các tế bào nằm ngoài tuyến tiết. Liên quan tới giả thuyết nói trên, nhiều nhà khoa học đã chứng minh mối liên quan trực tiếp giữa tinh dầu với các hợp chất hữu cơ khác trong mô thực vật: lignin, glucosid … - Những năm sau này, với các phương tiện nghiên cứu hiện đại, hầu hết các tác giả đã thừa nhận rằng, cấu trúc tiết là cơ quan chuyên hóa làm nhiệm vụ tổng hợp và tích lũy tinh dầu. Theo quan điểm này, các tế bào tiết (nằm trong thành phần cấu trúc tiết) làm nhiệm vụ tổng hợp tinh dầu, và theo một cơ chế nào đó, tinh dầu được vận chuyển, tập trung ở cấu trúc chuyên biệt gọi là khoang chứa tinh dầu. Bằng chứng của giả thuyết này được các tác giả nêu ra bởi sự có mặt đầy đủ tất cả các hệ men tham gia tổng hợp tinh dầu trong các tế bào của cấu trúc tiết. Cho đến nay hầu như không có nhà nghiên cứu nào nghi ngờ giả thuyết này, tuy nhiên không ít vấn đề liên quan còn chưa được sáng tỏ hoàn toàn. Trước hết, khi thừa nhận vai trò sinh học của tinh dầu trong đời sống thực vật, đồng thời cũng thừa nhận có sự vận chuyển tinh dầu từ trong cấu trúc tiết ra các mô xung quanh để tham gia vào các quá trình chuyển hóa, vậy tại sao không có sự vận chuyển ngược lại? - 12 - Nhiều năm trở lại đây, hầu hết các nhà nghiên cứu theo hướng này đều tập trung làm sáng tỏ sự định khu của các phản ứng. Vấn đề dễ thừa nhận là sự tổng hợp tinh dầu là một quá trình bao gồm hàng loạt các phản ứng hóa học. Tùy theo mức độ phức tạp của cấu trúc, mỗi hợp chất có thể phải trải qua nhiều phản ứng hóa học khác nhau. Mỗi phản ứng cần một hệ thống men xác định, vì vậy nghiên cứu sự có mặt của các hệ men cụ thể ở các cơ quan khác nhau có thể là cơ sở để nghiên cứu sự định khu của các phản ứng. Cho đến nay, vẫn tồn tại hai quan điểm về sự định khu của các phản ứng tổng hợp: - Đa số các tác giả khi nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp tinh dầu đã cho rằng mỗi hợp chất được tổng hợp ở một cơ quan nhất định. Điều đó có nghĩa là ở mỗi cơ quan tử có thể bao gồm một hệ thống men đảm bảo cho một loạt phản ứng xảy ra. - Một số tác giả khác lại đề xuất giả thuyết “dây chuyền phản ứng”. Theo quan điểm này, mỗi hợp chất trước khi được đưa vào tích lũy trong khoang chứa cần phải qua các phản ứng ở nhiều cơ quan tử khác nhau. Giả thuyết này dựa trên sự có mặt rất hạn chế các hệ men ở các cơ quan khác nhau. Từ những số liệu trên, các nhà nghiên cứu cho rằng mỗi cơ quan tử chỉ phụ trách một hoặc một số ít các phản ứng hóa học xác định và quá trình tổng hợp các hợp chất xảy ra theo một dây chuyền liên tục từ cơ quan tử này sang một cơ quan tử khác. Mặc dù các vấn đề được đặt ra còn có nhiều bất đồng, song những nghiên cứu đều khẳng định rằng, tất cả các phản ứng tổng hợp đều xảy ra trên bề mặt của màng các cơ quan tử và tế bào. Đồng thời cũng thống nhất rằng, hệ thống ống nội bào có nhiệm vụ thu hồi và vận chuyển các hợp chất tinh dầu tới khoang chứa. Ở mỗi cơ quan của thực vật, trong các giai đoạn phát triển khác nhau, các quá trình tổng hợp và biến đổi của tinh dầu xảy ra không như nhau. Điều này giải thích sự khác biệt về hàm lượng và thành phần tinh dầu trong các cơ quan của cùng một cây hoặc ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau trong quá trình phát sinh cá thể. Quá trình tổng hợp tinh dầu được điều khiển chặt chẽ bởi hệ thống gen, tuy nhiên hoạt hóa các tổ hợp gen lại có mối liên quan khá chặt chẽ với điều kiện ngoại
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan