Tài liệu Nghiên cứu một số chất tạo hương thuộc nhóm terpenoid thu nhận từ một số loại quả có múi ở miền bắc việt nam và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm (la)

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận án này là trung thực và chưa hề được sử dụng. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ trong việc hoàn thành Luận án đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận án đã được ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong Luận án này. Hà Nội: 2013 NCS: Nguyễn Văn Lợi ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng lỗ lực của bản thân, em đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy, cô giáo và tập thể. Em xin bày tỏ lòng cảm tạ và đội ơn sâu sắc đến thầy GS. TS. Hoàng Đình Hòa, cô PGS. TS. Nguyễn Thị Minh Tú- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận án. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cô PGS. TS. Phạm Thu Thủy, PGS. TS. Lâm Xuân Thanh, PGS. TS. Lê Thanh Mai- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, là những người đã hướng dẫn và giúp đỡ em thực hiện các chuyên đề Tiến sĩ. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ đã dành thời gian đọc, nhận xét và góp ý cho Luận án của em. Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy TS. Vũ Hồng Sơn và các thầy, cô giáo trong Bộ môn Quản lý chất lượng, Bộ môn Công nghệ Sinh học, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm- Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Viện Đào tạo Sau đại học- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã đào tạo, tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập, làm thí nghiệm và viết Luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ, công nhân viên Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký, Phòng thí nghiệm Công nghệ lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác- Viện Hóa học Kỹ thuật, Bộ môn Vi sinh- Hóa sinh- Sinh học phân tử- Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Khoa Hóa học- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nôi. Phòng Sinh học thực nghiệm- Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phòng Bảo quản và chế biếnViên nghiên cứu Rau quả. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn bạn Học viên Cao học Trần Ánh Ngọc, các bạn sinh viên K51, K52 ngành Công nghệ thực phẩm- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi thực hiện các nghiên cứu của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong Khoa Chế biến món ăn, Ban Giám hiệu- Trường Cao đẳng Du lịch Hà Nội nơi tôi đang công tác và giảng dạy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và làm Luận án. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành Luận án. Con xin cảm tạ và đội ơn sâu sắc tới cha, mẹ đã sinh thành, dưỡng dục và khắc phục mọi khó khăn để nuôi con ăn học. Tôi trân trọng, biết ơn sâu sắc tới gia đình, đã động viên và giúp đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành Luận án này. Hà Nội: 2013 NCS: Nguyễn Văn Lợi iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................ ii MỤC LỤC................................................................................................................................. iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ................................................................................... ix DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................................... x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................................... xi MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................................. 4 1.1. KHÁI QUÁT VỀ TERPENOID ...................................................................................... 4 1.1.1. Các loại terpenoid .................................................................................................... 4 1.1.1.1. Monoterpene ...................................................................................................... 4 1.1.1.2. Sesquiterpene ..................................................................................................... 5 1.1.1.3. Diterpene ............................................................................................................ 5 1.1.1.4. Triterpene ........................................................................................................... 5 1.1.1.5. Tetraterpene ....................................................................................................... 5 1.1.1.6. Lacton terpenoid ................................................................................................ 5 1.1.2. Qúa trình sinh tổng hợp terpenoid ............................................................................ 6 1.1.3. Tính chất tạo hương và hoạt tính sinh học của terpenoid ........................................ 7 1.1.3.1. Tính chất tạo hương của terpenoid ..................................................................... 7 1.1.3.2. Hoạt tính sinh học của terpenoid ........................................................................ 8 1.1.4. Một số cấu tử thuộc nhóm terpenoid ........................................................................ 9 1.1.4.1. Nootkatone ......................................................................................................... 9 1.1.4.2. Linalool .............................................................................................................. 9 1.1.4.3. Nerol ................................................................................................................ 10 1.1.4.4. Terpineol .......................................................................................................... 10 1.1.4.5. Geraniol............................................................................................................ 11 1.1.4.6. Citronellal ........................................................................................................ 11 1.1.4.7. Geranial ............................................................................................................ 12 1.1.4.8. Cumin aldehyde ............................................................................................... 12 1.1.5. Giá trị logP và momen lưỡng cực của các cấu tử thuộc nhóm terpenoid ...................... 13 1.1.5.1. Giá trị logP ....................................................................................................... 13 1.1.5.2. Giá trị momen lưỡng cực................................................................................. 13 iv 1.2. KHÁI QUÁT VỀ QUẢ CÓ MÚI .................................................................................. 13 1.2.1. Cây ăn quả có múi trồng ở Việt Nam..................................................................... 13 1.2.1.1. Bưởi .................................................................................................................. 13 1.2.1.2. Cam .................................................................................................................. 15 1.2.1.3. Chanh ............................................................................................................... 17 1.2.1.4. Quýt .................................................................................................................. 18 1.2.1.5. Quất .................................................................................................................. 19 1.2.1.6. Phật thủ ............................................................................................................ 20 1.2.2. Đặc tính của tinh dầu quả có múi ........................................................................... 21 1.2.3. Tình hình nghiên cứu tinh dầu từ quả có múi ........................................................ 22 1.2.3.1. Nghiên cứu trên Thế giới................................................................................. 22 1.2.3.2. Nghiên cứu ở Việt Nam................................................................................... 24 1.3. PHƯƠNG PHÁP THU HỒI CHẤT THƠM, TINH DẦU VÀ CÁC CẤU TỬ TẠO HƯƠNG TRONG TINH DẦU VỎ QUẢ CÓ MÚI ........................................................... 25 1.3.1. Phương pháp thu hồi chất thơm và tinh dầu........................................................... 25 1.3.1.1. Phương pháp ép lạnh ....................................................................................... 25 1.3.1.2. Phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước ............................................. 26 1.3.1.3. Phương pháp hấp phụ ...................................................................................... 27 1.3.1.4. Phương pháp trích ly ....................................................................................... 27 1.3.2. Phương pháp tách nhóm cấu tử tạo hương ............................................................. 28 1.3.3. Phương pháp làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ................................. 30 1.4. NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CHẤT THƠM .................................................. 30 1.4.1. Độ bay hơi .............................................................................................................. 30 1.4.1.1. Hệ số phân bố giữa pha khí-lỏng .................................................................... 30 1.4.1.2. Hệ số hoạt độ ................................................................................................... 31 1.4.1.3. Độ bay hơi tương đối ....................................................................................... 31 1.4.1.4. Hệ số phân bố một chất bay hơi i trong hai pha lỏng-lỏng ............................ 31 1.4.2. Độ hòa tan .............................................................................................................. 32 1.5. TỔ HỢP NHÂN HƯƠNG ............................................................................................. 32 1.5.1. Nguyên tắc xây dựng tổ hợp nhân hương .............................................................. 32 1.5.2. Cấu trúc tổ hợp nhân hương ................................................................................... 32 1.5.3. Mức độ thơm của tổ hợp nhân hương ................................................................... 34 1.6. ỨNG DỤNG CHẤT THƠM TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ......................... 35 1.6.1. Tương tác giữa chất thơm với các thành phần trong thực phẩm ............................ 35 1.6.1.1. Tương tác giữa chất thơm với glucid .............................................................. 35 v 1.6.1.2. Tương tác giữa chất thơm với protein ............................................................. 36 1.6.1.3. Tương tác giữa chất thơm với lipid ................................................................. 36 1.6.1.4. Tương tác giữ chất thơm với các muối vô cơ ................................................. 36 1.6.2. Ứng dụng chất thơm trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm ......................... 37 1.6.2.1. Chất thơm sử dụng trong sản xuất bánh.......................................................... 37 1.6.2.2. Chất thơm sử dụng trong sản xuất kẹo ............................................................ 37 1.6.2.3. Chất thơm sử dụng trong sản xuất thạch rau câu ............................................ 37 1.6.2.4. Chất thơm sử dụng trong chế biến các món ăn ............................................... 37 1.6.2.5. Chất thơm sử dụng trong sản xuất đồ uống .................................................... 38 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 39 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ................................................................................................... 39 2.1.1. Qủa có múi ............................................................................................................. 39 2.1.2. Hóa chất ................................................................................................................. 39 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ............................................................................. 40 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................. 40 2.2.1. Phương pháp khảo sát quả có múi thích hợp cho thu hồi tinh dầu......................... 40 2.2.1.1. Phương pháp lấy mẫu ...................................................................................... 40 2.2.1.2. Xác định độ cứng của quả có múi bằng máy đo độ cứng ............................... 40 2.2.1.3. Xác định màu sắc của qủa có múi bằng máy đo màu ..................................... 41 2.2.1.4. Xác định tỷ lệ thu hồi vỏ quả bằng phương pháp tính phần trăm .................. 41 2.2.1.5. Xác định độ ẩm vỏ quả có múi bằng phương pháp chưng cất với toluen ..... 41 2.2.1.6. Xác định hàm lượng tinh dầu vỏ quả có múi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước........................................................................................................ 42 2.2.2. Các phương pháp thu hồi tinh dầu vỏ quả có múi.................................................. 42 2.2.2.1. Phương pháp ép lạnh ....................................................................................... 42 2.2.2.2. Phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước ............................................. 43 2.2.3. Phương pháp xác định các chỉ số hóa lý và cấu tử của tinh dầu ............................ 43 2.2.3.1. Phương pháp xác định các chỉ số hóa lý của tinh dầu .................................... 43 2.2.3.2. Phương pháp xác định cấu tử của tinh dầu vỏ quả có múi ............................. 46 2.2.4. Phương pháp xác định các cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi .......... 47 2.2.4.1. Tách nhóm cấu tử tạo hương theo phương pháp sắc ký cột ........................... 47 2.2.4.2. Xác định các cấu tử tạo hương theo phương pháp A không A ...................... 47 2.2.4.3. Xác định giá trị logP và momen lưỡng cực của cấu tử trong tinh dầu vỏ quả có múi ............................................................................................................................ 48 2.2.5. Phương pháp tổ hợp nhân hương .......................................................................... 48 vi 2.2.5.1. Xác định công thức tổ hợp nhân hương theo nguyên tắc Jan-Carl ............... 48 2.2.5.2. Đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm thị hiếu ............................. 49 2.2.5.3. Phương pháp xác định hoạt tính sinh học của tổ hợp nhân hương ................ 50 2.2.6. Phương pháp tạo hương liệu quả có múi ............................................................... 51 2.2.7. Tối ưu hóa quá trình chưng cất tinh dầu vỏ quả có theo phương pháp quy hoạch thực nghiêm ...................................................................................................................... 51 2.2.8. Ứng dụng hương liệu quả có múi trong công nghiệp thực phẩm theo phương pháp công nghệ ......................................................................................................................... 53 2.2.9. Phân tích thống kê kết quả thí nghiệm ................................................................... 53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................... 54 3.1. KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU........................................................................................ 54 3.1.1. Xác định giống quả có múi thích hợp cho thu hồi tinh dầu ................................... 54 3.1.2. Khảo sát hàm lượng tinh dầu trong lá, hoa, vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên ................................................................................... 55 3.1.3. Xác định thời điểm thu hoạch quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên, chanh giấy Hàm Yên để thu hồi tinh dầu.................................................................................... 57 3.1.4. Xác định độ ẩm của vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên .......................................................................................................................... 59 3.1.5. Xác định hàm lượng tinh dầu trong vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên ................................................................................................... 59 3.1.6. Xác định ảnh hưởng của thời gian bảo quản quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên đến hàm lượng tinh dầu..................................................... 60 3.2. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THU HỒI TINH DẦU ....................................................... 61 3.2.1. Xác định phương pháp thu hồi tinh dầu ................................................................. 61 3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất tinh dầu .......................... 63 3.2.2.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu ......... 63 3.2.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu .......... 65 3.2.2.3. Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu ............... 66 3.2.2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích của thiết bị chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu ....................................................................................... 66 3.2.3. Tối ưu hóa quá trình chưng cất tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ......................... 68 3.2.3.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm .......................................................................... 68 3.2.3.2. Tối ưu hóa ........................................................................................................ 71 3.2.4. Quy trình thu hồi tinh dầu vỏ quả có múi .............................................................. 72 3.2.4.1. Sơ đồ quy trình ................................................................................................ 72 vii 3.2.4.2. Thuyết minh quy trình ..................................................................................... 73 3.3. XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HÓA LÝ VÀ CẤU TỬ CỦA TINH DẦU VỎ QUẢ CÓ MÚI 74 3.3.1. Xác định các chỉ số hóa lý của tinh dầu ................................................................. 74 3.3.2. Xác định các cấu tử của tinh dầu vỏ quả có múi .................................................... 76 3.3.2.1. Tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ................................................................... 78 3.3.2.2. Tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên .............................................................. 79 3.3.2.3. Tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ............................................................ 80 3.4. NGHIÊN CỨU CẤU TỬ TẠO HƯƠNG TRONG TINH DẦU VỎ QUẢ CÓ MÚI ....... 81 3.4.1. Tách nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi ................................ 81 3.4.1.1. Sơ đồ quy trình tách nhóm cấu tử tạo hương .................................................. 81 3.4.1.2. Thuyết minh quy trình tách nhóm cấu tử tạo hương ...................................... 82 3.4.2. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi .......................... 83 3.4.2.1. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng .... 83 3.4.2.2. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên 91 3.4.2.3. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ... 97 3.4.3. Xác định một số hoạt tính sinh học của các cấu tử tạo hương ........................... 104 3.4.3.1. Xác định khả năng quét gốc tự do DPPH của các cấu tử tạo hương ............ 104 3.4.3.2. Xác định hoạt tính kháng khuẩn của các cấu tử tạo hương .......................... 104 3.5. NGHIÊN CỨU LÀM GIÀU CÁC CẤU TỬ HYDROCARBON CÓ CHỨA OXY TRONG TINH DẦU VỎ QUẢ CÓ MÚI ........................................................................ 106 3.5.1. Xây dựng quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi ................................................................................................................. 107 3.5.1.1. Xác định nồng độ ethanol thích hợp để hòa tan các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi ...................................................................... 107 3.5.1.2. Xác định nồng độ ethanol thích hợp để tạo phân lớp các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy và không chứa oxy ................................................................................. 108 3.5.1.3. Quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi .......................................................................................................................... 109 3.5.2. Xác định các cấu tử trong tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ..................................................................................................................... 110 3.5.2.1. Tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ................................................................................................................. 111 3.5.2.2. Tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ....................................................................................................................... 112 viii 3.5.2.3. Tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy .................................................................................................................. 113 3.6. NGHIÊN CỨU TỔ HỢP NHÂN HƯƠNG VÀ TẠO HƯƠNG LIỆU QUẢ CÓ MÚI .. 114 3.6.1. Nghiên cứu tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi .......................................... 114 3.6.1.1. Xác định công thức tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi............. 114 3.6.1.2. Xác định một số hoạt tính sinh học của tổ hợp nhân hương .................... 115 3.6.2. Nghiên cứu tạo hương liệu quả có múi ................................................................ 117 3.6.2.1. Xác định công thức tạo hương liệu quả có múi ........................................ 117 3.6.2.2. Quy trình tạo hương liệu quả có múi ......................................................... 117 3.6.2.3. Đánh giá chất lượng hương liệu quả có múi ............................................. 119 3.7. ỨNG DỤNG HƯƠNG LIỆU QUẢ CÓ MÚI VÀO CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM ... 121 3.7.1. Bánh quy xốp hương liệu quả có múi .................................................................. 121 3.7.1.1. Nghiên cứu thời điểm bổ sung hương liệu quả có múi vào bánh quy xốp ........ 121 3.7.1.2. Đánh giá chất lượng cảm quan bánh quy xốp hương liệu quả có múi.... 122 3.7.1.3. Công thức và quy trình sản xuất bánh quy xốp hương liệu quả có múi . 122 3.7.2. Thạch rau câu hương liệu quả có múi .................................................................. 124 3.7.2.1. Nghiên cứu thời điểm bổ sung hương liệu quả có múi vào thạch rau câu ... 124 3.7.2.2. Đánh giá chất lượng cảm quan thạch rau câu hương liệu quả có múi .... 124 3.7.2.3. Công thức và quy trình sản xuất thạch rau câu hương liệu quả có múi.. 125 3.7.3. Nước cam hương liệu quả có múi ........................................................................ 127 3.7.3.1. Nghiên cứu thời điểm bổ sung hương liệu quả có múi vào nước cam ... 127 3.7.3.2. Đánh giá chất lượng cảm quan nước cam hương liệu quả có múi .......... 128 3.7.3.3. Công thức và quy trình sản xuất nước cam hương liệu quả có múi........ 128 3.7.4. Rượu mùi hương liệu quả có múi ......................................................................... 130 3.7.4.1. Nghiên cứu thời điểm bổ sung hương liệu quả có múi vào rượu mùi .... 130 3.7.4.2. Đánh giá chất lượng cảm quan rượu mùi hương liệu quả có múi .......... 130 3.7.4.3. Công thức và quy trình sản xuất rượu mùi hương liệu quả có múi......... 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 136 ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 1. CoA: Coenzyme A 2. CT: Công thức 3. D: Đường kính vòng kháng khuẩn (mm) 4. d: Đường kính lỗ khoan (mm) 5. DPPH: 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl 6. GC-MS: Gas Chromatography/ Mass Spectometry (Sắc ký khí/ khối phổ) 7. GC-O: Gas Chromatography- Olfactometer (Sắc ký kết nối mũi ngửi) 8. KC: Kiểm chứng 9. MPA: Meat-Pepton-Agar (môi trường MPA) 10. NDEA: N-nitrosodiethylamine 11. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Bố trí thí nghiệm tổ hợp nhân hương theo nguyên tắc Jan-Carl ................................ 49 Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm chưng cất tinh dầu vỏ quả có múi ................................................. 52 Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm ứng dụng hương liệu quả có múi trong công nghiệp thực phẩm ... 53 Bảng 3.1. Đặc điểm hóa lý của một số giống quả có múi ......................................................... 54 Bảng 3.2. Hàm lượng tinh dầu trong lá, hoa và vỏ quả có múi ................................................. 56 Bảng 3.3. Đặc điểm hóa lý của quả và mùi của tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên, chanh giấy Hàm Yên thu hái ở các độ chín khác nhau ............................................. 58 Bảng 3.4. Độ ẩm vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên ......... 59 Bảng 3.5. Hàm lượng tinh dầu trong vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên .......................................................................................................................... 59 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến hàm lượng tinh dầu thu được ...................... 60 Bảng 3.7. So sánh các phương pháp thu hồi tinh dầu vỏ quả có múi ........................................ 62 Bảng 3.8. Điều kiện thí nghiệm đối với tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng................................ 68 Bảng 3.9. Mô hình thí nghiệm chưng cất tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ............................. 69 Bảng 3.10. Kết quả phân tích hồi quy hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ....... 69 Bảng 3.11. Chỉ số hóa lý của tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên .......................................................................................................................... 74 Bảng 3.12. Các cấu tử của tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên .................................................................................................................................. 76 Bảng 3.13. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane .......... 83 Bảng 3.14. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane và diethyl ether............................................................................................................................. 85 Bảng 3.15. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với diethyl ether ..... 86 Bảng 3.16. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 1 và tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ................................................................................................................ 87 Bảng 3.17. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 2 và tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ................................................................................................................ 88 Bảng 3.18. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 3 và tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ................................................................................................................ 88 Bảng 3.19. Giá trị logP và momen lưỡng cực của các cấu tử trong các phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ................................................................................................................ 89 Bảng 3.20. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với n-hexane ...... 91 Bảng 3.21. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên ........................... 92 Bảng 3.22. Cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với diethyl ether ....... 93 xi Bảng 3.23. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 1 và tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên ............................................................................................................ 94 Bảng 3.24. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 2 và tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên ............................................................................................................ 94 Bảng 3.25. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 3 và tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên ............................................................................................................ 95 Bảng 3.26. Giá trị logP và momen lưỡng cực của các cấu tử trong các phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên ............................................................................................................ 96 Bảng 3.27. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với n-hexane .... 97 Bảng 3.28. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ........................ 98 Bảng 3.29. Các cấu tử trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với diethyl ether99 Bảng 3.30. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 1 và tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ....................................................................................................... 100 Bảng 3.31. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 2 và tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ....................................................................................................... 101 Bảng 3.32. Tổng hợp kết quả trả lời của nhóm người thử trên mẫu phân đoạn 3 và tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ....................................................................................................... 102 Bảng 3.33. Giá trị logP và momen lưỡng cực của các cấu tử trong các phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ....................................................................................................... 102 Bảng 3.34. Khả năng quét gốc tự do DPPH của cấu tử tạo hương .......................................... 104 Bảng 3.35. Đường kính vòng kháng khuẩn của cấu tử tạo hương ........................................... 105 Bảng 3.36. Các cấu tử của tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ................................................................................................................................. 110 Bảng 3.37. Công thức tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ....................................................................................................... 114 Bảng 3.38. Đường kính vòng kháng khuẩn của tổ hợp nhân hương ........................................ 116 Bảng 3.39. Công thức tạo hương liệu quả có múi ................................................................... 117 Bảng 3.40. Cấu tử hương trong hương liệu quả có múi .......................................................... 119 Bảng 3.41. Kết quả đánh giá cảm quan hương liệu quả có múi .............................................. 121 Bảng 3.42. Công thức sản xuất bánh quy xốp hương liệu quả có múi..................................... 123 Bảng 3.43. Công thức sản xuất thạch rau câu hương liệu quả có múi ..................................... 131 Bảng 3.44. Công thức sản xuất nước cam hương liệu quả có múi........................................... 131 Bảng 3.45. Công thức sản xuất rượu mùi hương liệu quả có múi ........................................... 131 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Công thức isoprene ..................................................................................................... 4 Hình 1.2. Nootkatone ................................................................................................................. 9 Hình 1.3. Linalool ...................................................................................................................... 9 Hình 1.4. Nerol......................................................................................................................... 10 Hình 1.5.a. α-Terpineol ............................................................................................................ 10 Hình 1.5.b. β-Terpineol ............................................................................................................ 10 Hình 1.5.c. γ-Terpineol ............................................................................................................. 10 Hình 1.6. Geraniol .................................................................................................................... 11 Hình 1.7. Citronellal ................................................................................................................. 11 Hình 1.8. Geranial .................................................................................................................... 12 Hình 1.9. Cumin aldehyde ........................................................................................................ 12 Hình 2.1. Bưởi Đoan Hùng....................................................................................................... 39 Hình 2.2. Cam sành Hàm Yên .................................................................................................. 39 Hình 2.3. Chanh giấy Hàm Yên ................................................................................................ 39 Hình 3.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu ..................... 64 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu ...................... 65 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu ........................... 66 Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích của thiết bị đến hiệu suất thu hồi tinh dầu .................................................................................................................................... 67 Hình 3.5.a. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng 70 Hình 3.5.b. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu và và thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ........................................................................................ 70 Hình 3.5.c. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu và tỷ lệ nước/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng ........................................................................................ 70 Hình 3.5.d. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nguyên liệu và thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng .............................................................................................. 70 Hình 3.6. Mức độ đáp ứng sự mong đợi quá trình chưng cất tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng 71 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình chưng cất tinh dầu vỏ quả có múi .................................................... 71 Hình 3.8. Sắc ký đồ tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng .............................................................. 78 Hình 3.9. Sắc ký đồ tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên ......................................................... 79 Hình 3.10. Sắc ký đồ tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên ..................................................... 80 Hình 3.11. Sơ đồ quy trình tách nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi ............ 82 Hình 3.12. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane ..................... 84 xiii Hình 3.13. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane và diethyl ether ......................................................................................................................................... 85 Hình 3.14. Phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane và diethyl ether ........... 85 Hình 3.15. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với diethyl ether ................ 86 Hình 3.16. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với n-hexane ................. 91 Hình 3.17. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ cam sành Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether92 Hình 3.18. Phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether ........ 92 Hình 3.19. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với diethyl ether............ 93 Hình 3.20. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với n-hexane .............. 98 Hình 3.21. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether ......................................................................................................................................... 99 Hình 3.22. Phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether ..... 99 Hình 3.23. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với diethyl ether ....... 100 Hình 3.24. Hình ảnh chỉ hoạt tính kháng khuẩn của các cấu tử tạo hương .............................. 106 Hình 3.25. Hiệu suất hòa tan các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ......................................... 106 Hình 3.26. Hiệu suất phân lớp giữa các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy và không chứa oxy 106 Hình 3.27. Sơ đồ quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi ............................................................................................................................. 109 Hình 3.28. Sắc ký đồ tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ............................................................................................................................ 111 Hình 3.29. Sắc ký đồ tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ....................................................................................................... 112 Hình 3.30. Sắc ký đồ tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ....................................................................................................... 113 Hình 3.31. Kết quả đánh giá thị hiếu các mẫu tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi ..... 115 Hình 3.32. Hình ảnh chỉ hoạt tính kháng khuẩn của tổ hợp nhân hương ................................. 116 Hình 3.33. Sơ đồ quy trình tạo hương liệu quả có múi sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy ............................................................................................................................ 118 Hình 3.34. Sắc ký đồ cấu tử của hương liệu quả có múi ......................................................... 120 Hình 3.35. Hương liệu quả có múi dạng bột ........................................................................... 121 Hình 3.36. Kết quả đánh giá thị hiếu sản phẩm bánh quy xốp hương liệu quả có múi ............ 122 Hình 3.37. Sơ đồ quy trình sản xuất bánh quy xốp hương liệu quả có múi ............................. 123 Hình 3.38. Sản phẩm bánh quy xốp hương liệu quả có múi .................................................... 124 Hình 3.39. Kết quả đánh giá thị hiếu sản phẩm thạch rau câu hương liệu quả có múi ............ 125 Hình 3.40. Sơ đồ quy trình sản xuất thạch rau câu hương liệu quả có múi ............................. 126 Hình 3.41. Sản phẩm thạch rau câu hương liệu quả có múi .................................................... 127 Hình 3.42. Kết quả đánh giá thị hiếu sản phẩm nước cam hương liệu quả có múi .................. 128 xiv Hình 3.43. Sơ đồ quy trình sản xuất nước cam hương liệu quả có múi ................................... 129 Hình 3.44. Sản phẩm nước cam hương liệu quả có múi .......................................................... 130 Hình 3.45. Kết quả đánh giá thị hiếu sản phẩm rượu mùi hương liệu quả có múi ................... 131 Hình 3.46. Sơ đồ quy trình sản xuất rượu mùi hương liệu quả có múi .................................... 132 Hình 3.47. Sản phẩm rượu mùi hương liệu quả có múi .......................................................... 133 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm mưa nhiều. Với điều kiện thuận lợi như vậy nên hệ thực vật Việt Nam phát triển rất đa dạng và phong phú, nhóm cây có tinh dầu cũng rất phong phú và mang những nét đặc thù riêng. Chúng là nguồn nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành kinh tế khác nhau cũng như trong đời sống hàng ngày của con người. Quả có múi là loại quả có giá trị dinh dưỡng cao và được sử dụng để ăn tươi, sản xuất đồ uống, làm mứt, làm bánh, làm kem, làm kẹo và sản xuất rượu... Đặc biệt một số loại quả có múi như chanh và quất còn được làm gia vị cho các món ăn. Ngoài phần thịt quả, phần vỏ quả, hạt quả, lá và hoa của cây có múi có chứa một lượng tinh dầu lớn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Ở Việt Nam, cây ăn quả là một ngành sản xuất quan trọng của nền Nông nghiệp, với nhiều loại quả khác nhau được trồng trọt và thu hoạch quanh năm. Theo Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, năm 2005 là 606.400 tấn và năm 2010 là 875.600 tấn. Quả có múi rất đa dạng và phong phú, trong số đó có loại trở thành đặc sản của vùng như cam sành Hàm Yên- Tuyên Quang, bưởi Đoan Hùng- Phú Thọ, cam Canh, bưởi Diễn- Hà Nội, bưởi Phúc Trạch- Hà Tĩnh, bưởi Năm Roi- Vĩnh Long [2, 4, 6]. Trong giai đoạn từ năm 2000- 2010, hàng năm nước ta đã xuất khẩu 30.000 tấn bưởi, 15.000 tấn cam tươi và 35.000 tấn nước quả đồ hộp từ quả có múi [2, 4]. Trên thị trường thế giới, tinh dầu và các sản phẩm chế biến từ tinh dầu luôn là những mặt hàng có giá trị cao và sôi động. Các nước Trung Quốc, Ấn Độ, Indonexia đã và đang trở thành những nước sản xuất và chế biến tinh dầu với khối lượng lớn. Nhiều nước công nghiệp phát triển, đặc biệt là Hoa Kỳ, Anh, Pháp, Đức, Thụy Sỹ, Nhật Bản... rất chú trọng việc nhập khẩu tinh dầu thô và xuất khẩu các sản phẩm tinh dầu đã qua chế biến. Trong những năm 1965- 1970, khối lượng tinh dầu được sản xuất trên toàn thế giới chỉ trong khoảng 25.000- 35.000 tấn/năm. Nhưng những năm gần đây nhu cầu về tinh dầu ngày càng tăng cao đặc biệt là trong lĩnh vực thực phẩm và mỹ phẩm, chỉ riêng Trung Quốc năm 2009 đạt 17.969 tấn. Brazin đứng đầu thế giới về sản lượng tinh dầu cam chanh, năm 2009 Brazin đã sản xuất 18.075 tấn tinh dầu cam, chanh, Hoa kỳ đạt 7.285 tấn, Mexico đạt 370 tấn, Nhật Bản đạt 390 tấn, Israel đạt 372 tấn, Italia đạt 278 tấn, Trung Quốc đạt 265 tấn và Australia đạt 240 tấn [14, 17]. Còn ở Việt Nam nhu cầu về tinh dầu cho các ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa mỹ phẩm ngày càng nhiều, nước ta có nhiều loại thực vật có chứa tinh dầu, nhưng nhiều năm qua nước ta lại phải nhập khẩu 2 tinh dầu với số lượng lớn. Theo thống kê của Bộ Công Thương, năm 2008 nước ta phải nhập khẩu một khối lượng tinh dầu trị giá khoảng 25 triệu đô la Mỹ. Việc khai thác, sản xuất tinh dầu vẫn còn nhỏ, manh mún và tạm bợ. Đặc biệt là việc tách chiết các cấu tử tạo hương trong tinh dầu để tổ hợp hương liệu thì rất ít các cơ sở nghiên cứu và sản xuất [5, 14, 17, 87]. Trong tinh dầu vỏ quả có múi có chứa các hợp chất thuộc nhóm terpenoid có khả năng tạo mùi thơm hấp dẫn, đặc trưng của các loại quả này và có khả năng ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Nhưng ở Việt Nam hiện nay nguồn nguyên liệu để thu chất thơm chủ yếu từ quế, đinh hương, sả, bạc hà... với sản lượng còn thấp và chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng. Trong khí đó, những năm gần đây, chúng ta đang chú trọng tới việc trồng cây ăn quả có múi, nhưng những loại quả này mới chỉ được sử dụng phần múi, còn phần vỏ chiếm từ 20- 25%, có chứa một số cấu tử tạo hương thuộc nhóm terpenoid trong tinh dầu vỏ quả có múi lại chưa được quan tâm nghiên cứu. Cho đến thời điểm này ở nước ta có rất ít công trình khoa học nghiên cứu tách chiết và thu hồi các cấu tử tạo hương thuộc nhóm terpenoid trong tinh dầu vỏ quả có múi, để tổ hợp ra một loại hương liệu mới dùng trong các ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu một số chất tạo hương thuộc nhóm Terpenoid thu nhận từ một số loại quả có múi ở miền Bắc Việt Nam và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm”. Đề tài nhằm tạo ra một loại hương liệu quả có múi, tận dụng phần vỏ quả có múi và góp phần giải quyết đầu ra cho loại quả này. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng quy trình công nghệ tách chiết các cấu tử tạo hương thuộc nhóm terpenoid từ vỏ quả bưởi, cam và chanh, làm cơ sở khoa học để tổ hợp nhân hương. Tổ hợp tạo ra một loại hương liệu quả có múi từ các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. 3. Nội dung nghiên cứu Luận án gồm các nội dung chính như sau: - Nghiên cứu khảo sát quả có múi thích hợp cho thu thồi tinh dầu. - Nghiên cứu xây dựng quy trình thu hồi tinh dầu. - Nghiên cứu xác định chỉ số hóa lý và các cấu tử trong tinh dầu. - Nghiên cứu xác định các cấu tử tạo hương thuộc nhóm terpenoid trong tinh dầu. - Nghiên cứu làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu. - Nghiên cứu tổ hợp nhân hương và tạo hương liệu nhóm terpenoid trong tinh dầu. - Nghiên cứu ứng dụng hương liệu nhóm terpenoid vào công nghiệp thực phẩm. 3 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài 4.1. Ý nghĩa lý thuyết Đã tách chiết và xác định được các cấu tử tạo hương thuộc nhóm terpenoid trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên. Đây là những đóng góp đáng tin cậy làm phong phú thêm nguồn tư liệu về quả có múi của Việt Nam. Đã xây dựng được quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên. Đã xây dựng được quy trình tạo hương liệu dạng bột từ các cấu tử tạo hương thuộc nhóm terpenoid trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên với chất cố định hương là β-cyclodextrin và maltodextrin. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn Tận dụng được vỏ quả có múi từ các cơ sở sản xuất nước giải khát, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời góp phần giải quyết đầu ra và nâng cao giá trị sử dụng cho các loại quả này. Kết quả nghiên cứu góp phần tạo ra một loại hương liệu mới từ vỏ quả có múi, góp phần làm đa dạng hoá sản phẩm hương liệu trên thị trường. Tạo ra một loại hương liệu tự nhiên dạng bột có nguồn gốc từ bưởi, cam, chanh của Việt Nam. Kết quả nghiên cứu của đề tài còn góp phần đưa ra công thức, thông số kỹ thuật, quy trình thu hồi tinh dầu và phối hợp hương liệu cho các sản phẩm thực phẩm. 5. Tính mới của đề tài Luận án là công trình khoa học nghiên cứu và xác định được đầy đủ các cấu tử tạo hương đặc trưng thuộc nhóm terpenoid trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên của Việt Nam, là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu tổ hợp hương liệu từ tinh dầu của loại quả này. Quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy tạo mùi thơm cho tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên, chanh giấy Hàm Yên bằng ethanol 96% và ethanol 70%, đồng thời loại bớt các cấu tử hydrocarbon không chứa oxy, không tạo mùi thơm nhưng gây ra vị đắng cho tinh dầu, góp phần làm tăng giá trị của tinh dầu vỏ quả có múi. Quy trình sản xuất hương liệu quả có múi dạng bột, góp phần giữ được các cấu tử tạo hương trong hương liệu với thời gian dài, thuận tiện trong bảo quản, vận chuyển và sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ TERPENOID Terpenoid là một nhóm các hợp chất thiên nhiên, chúng là dẫn xuất của các đơn vị isoprene. Hay nói cách khác terpenoid là các hợp chất thường chưa no, có chứa C, H2 và O2, mà phân tử của nó được cấu tạo bởi một hoặc nhiều đơn vị isoprene và có chung một nguồn gốc sinh tổng hợp là (C5H8). CH2=C-CH=CH2 ‫׀‬ CH3 Hình 1.1. Công thức isoprene Terpenoid là một loại hợp chất thiên nhiên quan trọng có khả năng tạo mùi thơm và có hoạt tính sinh học mạnh. Terpenoid phân bố rộng rãi trong thiên nhiên và có nhiều ở cây có tinh dầu. Ngoài ra terpenoid cũng có mặt trong thực vật bậc thấp như tảo, nấm đến thực vật bậc cao, trong động vật và vi khuẩn. Mỗi loại terpenoid có sự phân bố đặc trưng, căn cứ vào số đơn vị isoprene hợp thành người ta phân ra monoterpene (10C), sesquiterpene (15C), diterpene (20C), sesterpene (25C), triterpene (30C), tetraterpene (40C) và polyterpene [1, 11, 13, 16, 19, 92]. 1.1.1. Các loại terpenoid 1.1.1.1. Monoterpene Monoterpene có công thức (C10H16), được tạo thành bởi hai đơn vị isoprene kết hợp, monoterpene là những thành phần chủ yếu của tinh dầu, đã được tìm thấy trong 60 họ thực vật. Monoterpene gồm 3 loại không vòng, đơn vòng và hai vòng. Monoterpene không vòng: Nhóm hydradcarbon (ocimene và myrcene), nhóm aldehyde (geranial và neral), nhóm alcol (geraniol, nerol, linalool). Monoterpene đơn vòng: Nhóm hydrocarbon (limonene, α-terpinene, γ-terpinene, α-terpinene, α-phellandrene, β-phellandrene có nhiều trong tinh dầu cam), nhóm aldehyde (α-perillaldehyde, phellandral), nhóm alcohol (α-terpineol, menthol, piperitol, carveol). Monoterpene hai vòng: Nhóm thuyane (α-thuyane, sabonene, thuyone, sabinol), nhóm carane (car-3-en, car-4-en, caron), nhóm pinane (α-pinene, β-pinene, myrtenal, myrtenol), nhóm camphane (camphor, borneol, camptien), nhóm fenchane (phenchone, α-fenchene) [11, 13, 16, 19, 93]. 5 1.1.1.2. Sesquiterpene Sesquiterpene có công thức C15H24, được tạo thành bởi ba đơn vị isoprene kết hợp, sesquiterpene là các hợp chất không no. Sesquiterpene không vòng như farnesol, nerolidol. Sesquiterpene đơn vòng như α-bisabolene, zingiberene. Sesquiterpene hai vòng như cadalene, β-selilene, α-cyperene, santonine. Sesquiterpene cấu trúc phức tạp như caryophyllene. Sesquiterpene là phân đoạn tinh dầu có độ sôi cao, nhiều tinh dầu màu xanh lơ hoặc tím, đặc biệt sau hydrogen hóa với lưu huỳnh [11, 13, 16, 19, 93]. 1.1.1.3. Diterpene Diterpene có công thức C20H32, được tạo thành bởi 4 đơn vị isoprene kết hợp, diterpene có chủ yếu trong nhựa cây và gồm bốn loại: Diterpene không vòng như β-phytol. Diterpene đơn vòng như vitamin A. Diterpene hai vòng như sclareol, manool. Diterpene ba vòng như abietic acid, levopimaric acid, podocapric acid... [1, 11, 13, 16, 19, 93]. 1.1.1.4. Triterpene Triterpene có công thức C30H48, về mặt cấu trúc hóa học triterpene được tạo thành bởi sáu đơn vị isoprene kết hợp với nhau bởi hai mảnh C15 nối với nhau ở giữa theo cách đầu nối với đầu. Hợp chất hexane squalene với cấu hình trans là tiền thân của tất cả các triterpene và được phân bố rộng rãi cả trong động vật và thực vật. Nghiên cứu về triterpene cho thấy có gần 500 bộ khung triterpene khác nhau có nguồn gốc từ tự nhiên, phần lớn các triterpene có cấu trúc bốn vòng giáp nhau (6-6-6-5) hoặc năm vòng giáp nhau (6-6-6-6-5 hoặc 6-6-6-6-6), nhưng cũng tồn tại một số ít các triterpene dưới các dạng mạch hở, một vòng, hai vòng, ba vòng hoặc sáu vòng [1, 11, 13, 16, 19, 93]. 1.1.1.5. Tetraterpene Tetraterpene có công thức C40H64, các tetraterpene chỉ có trong một nhóm các hợp chất, đó là các carotenoid bao gồm hàng trăm các chất khác nhau. Carotenoid được sinh tổng hợp từ hai phân tử geranyl diphosphat qua nhiều quá trình sẽ tạo ra z-phytoene và tiếp đó là lycopene. Carotenoid là những sắc tố vàng hay đỏ da cam, tan trong dầu mỡ, rất phổ biến trong thực vật và có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây xanh. Carotenoid là những hợp chất có từ 40 carbon mà cấu trúc của chúng xếp vào tetraterpene. Carotenoid bao gồm hai nhóm: Nhóm hydrocarbon tan trong ether dầu, nhóm xanthophyl là dẫn xuất oxy của carotenoid bao gồm các ethanol, aldehyde, acid... 1.1.1.6. Lacton terpenoid Lacton terpenoid được phân thành hai loại: Sesquiterpene lacton và iridoid. Sesquiterpene lacton được sắp xếp theo cấu trúc khung cơ bản sesquiterpene (C15). Có khoảng 20 dạng cấu trúc sesquiterpene lacton khác nhau. Các dạng thường gặp nhất trong 6 tự nhiên là eudesmanoid, guaianoid, pseudoguaianolid, germacranolid, eremophilanoid. Sesquiterpene lacton phân bố chủ yếu trong lá, hoa của các cây bụi và của họ asteraceae [1, 16, 19, 93]. Iridoid là nhóm hợp chất thiên nhiên có cấu trúc monoterpene (C10) với một vòng cyclopentane và một vòng d-lacton không no. Ngoài nhóm chức lacton iridoid có thêm các nhóm thế -COOH, -CH2OH, -COOCH3. Iridoid tan trong ethanol và trong nước nóng nên có thể dùng dung môi đó để tách chiết. 1.1.2. Qúa trình sinh tổng hợp terpenoid Terpenoid được tổng hợp từ các gốc acetyl-CoA hoạt hóa, trước hết tạo thành acid mevalonic, sau đó tạo thành isopentenyl pyrophosphate, isopentenyl pyrophosphate là tiền thân của terpenoid. Các 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 và con người. Các terpenoid được hình thành từ hai hoặc ba hay nhiều phân tử isoprene, isoprene lại là một trong những hợp chất cơ sở để tạo thành các carotenoid, các steroid và cao su. Quá trình sinh tổng hợp trong mọi cơ thể thực vật đều bắt nguồn từ hợp chất ban đầu là acetic acid qua các sản phẩm trung gian là mevalonic acid, isopentenil pirophosphat đến geranil và farnesil phosphat. Bằng thực nghiệm, người ta đã 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, các vitamin D, E, K và carotenoid. Một số hợp chất thường gặp trong thành phần của tinh dầu như linalool, farnesol và nerolidol… luôn có mặt trong hầu hết các hoạt động sống của cây. Qúa trình sinh tổng hợp terpenoid được thực hiện qua ba giai đoạn [93]. 1. Tạo isoprene hoạt hóa từ ba phân tử acetyl CoA. 2. Phốt phát hóa để tạo nên pyrophotphat isopentenyl và pyrophotphat dimethylallyl 3. Sinh tổng hợp pyrophotphat geranyl và neryl Dạng trans Dạng cis Pyrophotphat neryl Pyrophotphat geranyl Terpenoid vòng. Terpenoid hở.