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. (tt)

1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam hiện nay tinh dầu, chất thơm chủ yếu được sản xuất từ quế, đinh hương, sả, bạc hà... với sản lượng còn thấp và chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng. Trong khi 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 công nghiệp thực phẩm. Xuất phát từ những lý do trên mà 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 được 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. 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 2 những đóng góp đáng tin cậy làm phong phú thêm nguồn tư liệu về cây ăn 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 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. 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. 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 ở Việt Nam. 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. 6. Bố cục của Luận án Luận án gồm 148 trang, trong đó mở đầu: 3 trang, chương 1: 35 trang, chương 2: 15 trang, chương 3: 80 trang, kết luận và kiến nghị: 2 trang, tài liệu tham khảo: 13 trang. Luận án có 48 bảng số liệu, 64 hình vẽ và đồ thị, 156 tài liệu tham khảo. 3 CHƢƠNG 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, H 2 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. 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. Terpenoid có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người, chúng tham gia vào những quá trình trao đổi chất, tác dụng như các tác nhân điều tiết, phòng chống ung thư, kháng virus, phòng chống tiểu đường, hạn chế sinh tổng hợp cholesterol từ đó làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch và đóng vai trò bảo vệ như những chất chống oxy hóa. 1.2. Khái quát về cây ăn quả có múi 1.2.1. Cây bưởi Bưởi có tên khoa học là Citrus grandis Osbek. Trong bưởi có nhiều thành phần hóa học có tác dụng tốt cho sức khỏe, đặc biệt là tinh dầu bưởi có tác dụng phòng trừ huyết áp cao và cảm cúm... Ở nước ta có nhiều giống bưởi nổi tiếng như bưởi Diễn, bưởi Da Xanh, bưởi Phúc Trạch, bưởi Năm Roi và bưởi Đoan Hùng... Vỏ quả, lá và hoa bưởi có chứa nhiều tinh dầu có giá trị cao. 1.2.2. Cây cam Cam có tên khoa học Citrus sinensis Osbeck. Cam là loại quả có chứa nhiều chất dinh dưỡng có tác dụng tốt cho sức khỏe như đường, vitamin và các chất khoáng. Trong vỏ quả, lá và hoa cam cũng có chứa nhiều tinh dầu. Ở nước ta có nhiều loại cam có giá trị cao như cam Canh, cam sành, cam Sông Con và cam Vân Du... 1.2.3. Cây chanh Chanh có tên khoa học là Citrus limonia Osbeck. Quả chanh được dùng trong bữa ăn hàng ngày, làm nước giải khát, làm rượu, làm mứt, lá non dùng làm gia vị và tách chiết tinh dầu. Tinh dầu chanh có múi thơm hấp dẫn, trong đó có các cấu tử octanal, 4 citronellal, decanal, dodecanal... Ở nước ta cũng có nhiều giống chanh nổi tiếng như chanh giấy, chanh núm và chanh lòng đào... 1.3. Tổ hợp nhân hƣơng Để có tổ hợp nhân hương người ta sử dụng các cấu tử tạo hương khác nhau. Tuy nhiên một tổ hợp nhân hương thường được cấu trúc như sau: Mùi chủ thể: Là cơ sở thơm của tổ hợp nhân hương, nó là yếu tố quan trọng nhất của tổ hợp nhân hương. Mùi chủ thể là mùi của cấu tử chính trong tổ hợp nhân hương. Chất khuếch tán: Chất khuếch tán thường tăng cường sự bay hơi của các mùi thơm (điều khiển sự bay hơi của các cấu tử). Loại này thường bao gồm các andehyde và các tinh dầu có chứa nhóm terpenoid như tinh dầu họ citrus. Chất hỗ trợ: Chất hỗ trợ có tác dụng cải thiện mùi thơm, làm cho mùi êm dịu, đậm đà và mang sắc thái riêng của tổ hợp nhân hương. Chất hỗ trợ sẽ bổ sung những khiếm khuyết cho mùi chủ đạo. Chất định hương: Thường là những chất có khối lượng phân tử lớn, nhiệt độ sôi cao, khó bay hơi trong không khí. Những chất này thường ở dạng sệt và có độ nhớt cao. 1.4. Ứng dụng chất thơm trong công nghiệp thực phẩm 1.4.1. Chất thơm sử dụng trong sản xuất bánh Trong chế biến bánh người ta thường bổ sung chất thơm có nguồn gốc thiên nhiên, góp phần tạo cho bánh có mùi thơm đặc trưng và hấp dẫn. Đồng thời cũng chính chất thơm có khả năng kháng khuẩn và kéo dài thời gian sử dụng của bánh. 1.4.2. Chất thơm sử dụng trong sản xuất thạch rau câu Chất thơm được bổ sung vào thạch rau câu góp phần tạo cho thạch có mùi vị hấp dẫn hơn, đồng thời còn có khả năng kháng khuẩn. 1.4.3. Chất thơm sử dụng trong sản xuất đồ uống Đồ uống có cồn: Đồ uống có cồn bao gồm rượu mạnh, rượu khai vị, rượu vang và bia... Trong quá trình pha chế rượu rượu mùi, người ta thường bổ sung chất thơm vào để tạo cho rượu có những mùi thơm đặc trưng, như hương cam, hương chanh.... Đồ uống nhẹ: Trong quá trình pha chế đồ uống nhẹ người ta cũng thường phối trộn các chất thơm, nhằm tạo cho đồ uống này có mùi thơm đặc trưng. Đồ uống nhẹ phần lớn không phải trải qua thời gian gia nhiệt sau khi pha chế, do vậy mà lượng chất thơm thường ít bị tổn thất bởi nhiệt độ cao. 5 CHƢƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu Đề tài nghiên cứu trên đối tượng là vỏ quả bưởi Đoan Hùng- Phú Thọ (Citrus grandis Osbek), vỏ quả cam sành Hàm Yên- Tuyên Quang (Citrus sinensis (L.) Osbeck) và vỏ quả chanh giấy Hàm Yên- Tuyên Quang (Citrus limonia Osbeck). 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Các phương pháp thu hồi tinh dầu vỏ quả có múi 2.2.1.1. Phương pháp ép lạnh Phương pháp này chủ yế u dùng để tách tinh dầ u trong các loa ̣i vỏ quả có múi . Trong loa ̣i nguyên liê ̣u này , tinh dầ u nằ m trong những túi tế bào ở bề mă ̣t ngoài . Khi dùng lực cơ học tác dụng vào vỏ quả , tinh dầ u sẽ thoát ra ngoài. 2.2.1.2. Phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước Chưng cất là một quá trình biến đổi một cấu tử hoặc một hỗn hợp thể lỏng thành thể hơi ở trong một thiết bị sau đó hơi được ngưng tụ nhờ hệ thống làm lạnh. Hơi nước sôi kéo theo hơi của tinh dầu đến bình làm lạnh, ở đây chúng bị ngưng tụ thành hỗn hợp tinh dầu và nước. Do tinh dầu không tan vào nước nên tách thành lớp. 2.2.2. Phương pháp xác định cấu tử và cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi Cấu tử và cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi được xác định trên thiết bị GS-MS 2010 Shimadzu với chương trình thực hiện như sau: Nhiệt độ cột 80-150oC, tốc độ tăng nhiệt 3 oC/phút, giữ ở 5 phút và 150-2200C tốc độ tăng nhiệt 80C/phút, giữ ở 5 phút. Điều kiện MS: ion hóa mẫu ở dòng điện 70ev, nhiệt độ duy trì 2500C, khí mang là heli tốc độ 0,5ml/phút, tốc độ chia dòng 1:50. 2.2.3. Phương pháp xác định nhóm cấu tử tạo hương 2.2.3.1. Phương pháp tách nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi Để tách chiết nhóm cấu tử tạo hương, chúng tôi sử dụng phương pháp sắc ký cột với chất hấp phụ là silicagel Merck 60, cỡ hạt 100- 160 mesh, được hoạt hóa ở nhiệt độ 1050C, thời gian 24 giờ, dung môi chạy cột là n-hexane và diethyl ether. 2.2.3.2. Xác định nhóm cấu tử tạo hương theo phương pháp A không A Để đánh giá cảm quan các cấu tử tạo hương chúng tôi sử dụng phép thử A không A, phép thử này xác định xem các cấu tử tạo hương có mùi thơm giống mùi của tinh dầu vỏ quả có múi hay không. Yêu cầu đối với phép thử này là số lần mẫu A xuất hiện bằng số lần mẫu không A xuất hiện. 6 2.2.4. Phương pháp làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi Để làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi, chúng tôi sử dụng ethanol 96% để hòa tan cấu tử hydrocarbon có chứa oxy, sau đó sử dụng ethanol 70% để tạo phân lớp. 2.2.5. Xác định công thức tổ hợp nhân hương theo nguyên tắc Jan-Carl Dựa trên cơ sở các cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên và tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên có sự tương đồng nhau. Các cấu tử tạo hương trong ba loại quả này chủ yếu là các cấu tử hydrocarbon có nhóm chức aldehyde. Do đó để tổ hợp nhân hương từ tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy, chúng tôi sử dụng nguyên tắc Jan-Carl, tổ hợp mức 1(21, 22, 23). 2.2.6. Phương pháp đánh giá cảm quan Đánh giá cảm quan sản phẩm thực phẩm có bổ sung hương liệu quả có múi theo phương pháp cho điểm thị hiếu. 2.2.7. Phương pháp xác định một hoạt tính sinh học của tổ hợp nhân hương 2.2.7.1. Xác định hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp DPPH Phương pháp dựa trên sự khử 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) bởi một chất có khả năng nhường nguyên tử hydro. Khi dung dịch DPPH được trộn với dung dịch của chất có khả năng nhường nguyên tử hydro thì độ hấp thụ của hỗn hợp giảm. Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá thông qua giá trị hấp thụ ánh sáng của dung dịch thí nghiệm so với đối chứng khi đọc trên máy Elisa ở bước sóng 517 nm. 2.2.7.2. Xác định hoạt lực kháng khuẩn theo phương pháp khuếch tán thạch Thí nghiệm được thực hiện trên các chủng vi sinh vật: Staphylococcus aureus KC1, Escherichia coli KC2, Salmonella typhi KC3, Bacillus cereus KC4 do Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cung cấp. 2.2.8. Phương pháp tạo hương liệu quả có múi Qúa trình tạo hương liệu chia thành 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Nhũ hóa hoặc phân tán đều tổ hợp nhân hương dạng lỏng trong dung dịch chất mang. Giai đoạn 2: Tạo phức bao quanh tổ hợp nhân hương. Giai đoạn 3: Làm khô phức bao. 2.2.9. Quy hoạch thực nghiệm Bố trí thí nghiệm được thực hiện theo quy hoạch bậc hai Box-Behnken, với n=3 có 17 thí nghiệm, trong đó có 5 thí nghiệm tại tâm. 7 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát nguyên liệu Khảo sát các giống bưởi Đoan Hùng, giống cam sành và các giống chanh giấy ở các địa phương khác nhau. Kết quả thu được trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Đặc điểm hóa lý của một số loại quả có múi Bƣởi Đoan Hùng Chỉ tiêu hóa lý Chanh giấy Cam sành Tộc sửu Hình cầu dẹt Bằng Luân Hình cầu dẹt Hàm Yên Hình cầu dẹt Yên Thế Hình cầu Cao phong Hình cầu Bắc Quang Hình cầu dẹt Hàm Yên Hình cầu Tân Yên Hình cầu Vàng rơm Vàng rơm Vàng đậm Vàng xám Vàng đậm Vàng đậm Xanh đậm Màu xanh Trọng lượng quả (g) 750±10 780±10 180±10 170±10 170±10 175±10 40±2 39±2 Trạng thái của tép Mềm, nhão Ít nhão Ướt Ướt Ướt Ướt Ướt Ướt Màu sắc của tép Trắng hồng Trắng xanh Vàng đậm Vàng Vàng Vàng Vàng nhạt Vàng nhạt Vị của tép Ngọt nhẹ Ngọt nhẹ chua chua Tỷ lệ vỏ tính theo (%) khối lượng quả 23±1 23±1 22±1 21±1 Hình dạng quả Màu sắc vỏ khi chín Hàm lượng tinh dầu (ml) tính theo 100g 1,9±0,02 1,7±0,02 chất khô của vỏ quả Mùi tinh dầu vỏ quả có múi Thơm Thơm nhẹ Ngọt hơi Ngọt hơi Ngọt hơi Ngọt hơi chua chua chua chua 25±1 24±1 24±1 25±1 2,2±0,03 1,9±0,01 2,0±0,03 21±0,01 1,5±0,02 1,3±0,01 Thơm Thơm nhẹ Thơm Thơm nhẹ Thơm Thơm nhẹ Giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, n=3 Dựa vào bảng 3.1, chúng tôi thấy giống bưởi Tộc Sửu, cam sành Hàm Yên, chanh giấy Hàm Yên có hàm lượng tinh dầu cao hơn, tinh dầu có mùi thơm hấp dẫn hơn, đồng thời diện tích và sản lượng lớn hơn các giống quả có múi khác. Vì vậy chúng tôi chọn giống bưởi Tộc Sửu- Đoan Hùng (gọi tắt là bưởi Đoan Hùng), cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên để nghiên cứu tiếp theo. 3.2. Xây dựng quy trình thu hồi tinh dầu vỏ quả có múi 3.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu hồi tinh dầu 3.2.1.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu Chưng cất vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên, chanh giấy Hàm Yên ở các kích thước 0,1mm, 0,5mm, 1,0mm, 1,5mm, 2,0mm, 2,5mm, 3,0mm, 3,5mm với tỷ lệ 8 nước/nguyên liệu là 5/1(ml/g), thời gian chưng cất là 180 phút và tỷ lệ khối lượng Hiệu suất thu hồi tinh dầu (%) nguyên liệu/thể tích thiết bị là 0,1(kg/l). 100 80 60 40 20 0 Tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng Tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên Tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên 0,1 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Kích thƣớc nguyên liệu (mm) Hình 3.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu Qua hình 3.1, cho thấy trong thước nguyên liệu từ 0,5 đến 1,5mm thì hiệu suất thu hồi tinh dầu cao nhất. Do đó để đảm bảo hiệu suất thu hồi tinh dầu và tiết kiệm chi phí, chúng tôi chọn khoảng kích thước của nguyên liệu là 0,5 đến 1,5mm để nghiên cứu. 3.2.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu Đề tài tiến hành chưng cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu là 1/1, 2/1, 3/1, 4/1, 5/1, 6/1 và 7/1(ml/g). Thời gian chưng cất 180 phút, kích thước của nguyên liệu là 0,5mm và tỷ Hiệu suất thu hồi tinh dầu (%) lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích thiết bị là 0,1(kg/l). Kết quả được trình bày như sau: 100 80 60 40 20 0 Tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng Tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên Tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên 1:01 2:01 3:01 4:01 5:01 6:01 7:01 Tỷ lệ nƣớc/ nguyên liệu (ml/g) Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu Hình 3.2 cho thấy ở tỷ lệ nước/nguyên liệu từ 3/1 đến 5/1(ml/g) thì hiệu suất thu hồi tinh dầu cao nhất. Do đó chọn khoảng tỷ lệ nước/nguyên liệu từ 3/1 đến 5/1 để nghiên cứu. 3.2.1.3. Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hàm lượng tinh dầu Đề tài chưng cất với kích thước của nguyên liệu là 0,5mm, tỷ lệ nước/nguyên liệu Hiệu suất thu hồi tinh dầu (%) là 5/1(ml/g) và tỷ lệ khối lượng nguyên liệu/thể tích thiết bị là 0,1(kg/l). 85 80 75 Tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng 70 Tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên 65 Tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên 60 120 180 240 300 Thời gian chƣng cất (phút) 360 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu 9 Qua hình 3.3 cho thấy trong khoảng thời gian từ 60 đến 180 phút thì hiệu suất thu hồi tinh dầu tăng cao. Nhưng đến khoảng thời gian từ 240 đến 360 phút thì hiệu suất thu hồi không tăng. Do đó để tiết kiệm chi phí và hạn chế sự biến đổi các cấu tử trong tinh dầu, chúng tôi chọn khoảng thời gian từ 60 đến 180 phút để nghiên cứu. 3.2.2 Tối ưu hóa quá trình chưng cất tinh dầu vỏ quả có múi 3.2.2.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm Mô hình gồm 17 thí nghiệm, trong đó có 5 thí nghiệm lặp lại ở tâm như sau: Bảng 3.2. Mô hình thí nghiệm chưng cất tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng TN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 A -1,00 1,00 -1,00 1,00 -1,00 1,00 -1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 B -1,00 -1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -1,00 1,00 -1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 C 0,00 0,00 0,00 0,00 -1,00 -1,00 1,00 1,00 -1,00 -1,00 1,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Y1 (%) 69,87 64,51 81,73 66,28 73,91 63,28 78,03 67,54 62,37 67,52 64,78 70,82 67,02 67,14 67,19 67,08 67,15 Vậy hiệu suất chưng cất tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng được biểu diễn như sau: Y1= 66,79 – 5,23A + 3,10B + 1,76 C – 2,51 AB + 3,85A2 Cho thấy kích thước nguyên liệu (A) ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu, sau đó đến tỷ lệ nước/nguyên liệu (B) nhưng ở mức độ thấp hơn. Còn thời gian chưng cất (C) thì ảnh hưởng ít đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng. 10 Hình 3.4.a. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất Hình 3.4.c. Ảnh hưởng của kích thước nguyên thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng liệu và tỷ lệ nước/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng Hình 3.4.b. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu Hình 3.4.d. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/nguyên và thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi tinh dầu liệu và thời gian chưng cất đến hiệu suất thu hồi vỏ quả bưởi Đoan Hùng tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng 3.2.2.2. Tối ưu hóa Kết quả tối ưu hóa bằng phần mềm Design-Expert 7.1, với tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng như sau: Kích thước nguyên liệu 0,50mm, tỷ lệ nước/nguyên liệu 5/1(ml/g), thời gian chưng cất 135 phút; khi đó hiệu suất đạt 81,73%. Với điều kiện tối ưu này thì mục tiêu về hiệu suất đạt 100% mong muốn. Hình 3.5. Mức độ đáp ứng sự mong đợi quá trình chưng cất tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng Tương tự với tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên: Kích thước nguyên liệu 0,50mm, tỷ lệ nước/nguyên liệu là 5/1(ml/g), thời gian chưng cất là 132 phút, khi đó hiệu suất đạt 81,36%. Tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên: Kích thước nguyên liệu 0,50mm, tỷ lệ nước/nguyên liệu là 5/1(ml/g), thời gian chưng cất là 132 phút, khi đó hiệu suất đạt 80,06%. 11 3.3. Xây dựng quy trình chƣng cất và xác định cấu tử trong tinh dầu vỏ quả có múi 3.3.1. Xây dựng quy trình chưng cất Từ các kết quả nghiên cứu chúng tôi thiết lập quy trình chưng cất tinh dầu vỏ quả có múi như sau: Nguyên liệu vỏ quả bưởi, cam, chanh Kiểm tra, phân loại, chọn lọc Rửa sạch Ruột quả Nước Bóc tách lấy vỏ và loại bỏ cùi trắng Cắt thái: 0,5mm Chưng cất Tỷ lệ nước/nguyên liệu: 5/1(ml/g), thời gian:132135 phút, kích thước nguyên liệu: 0,5mm Tinh dầu thô Làm khan Natrisunfat khan Tinh dầu đã làm khan Hình 3.6. Sơ đồ quy trình chưng cất tinh dầu vỏ quả có múi 12 3.3.2. Xác định các cấu tử trong tinh dầu vỏ quả có múi Để xác định các cấu tử trong tinh dầu vỏ quả có múi, chúng tôi sử dụng phương pháp GC-MS. Kết quả được trình bày như sau: Bảng 3.3. Cấu tử của tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng, cam sành Hàm Yên và chanh giấy Hàm Yên Tỷ lệ (%) TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Tên cấu tử trong tinh dầu n-butan-1-ol α-thujene α-pinene camphene sabinene β-pinene myrcene bicyclogermacrene cis-β-ocimene γ-terpinene l-limonene octanal germacrene-D p-cymene terpinolene nonanal cis-linalool oxide trans-linalool oxide cis-nerolidol linalool octanol β-elemene trans-p-mentha-2,8-dien-1-ol δ-3-carene α-phellandrene citronellal octyl acetate terpinene-4-ol geranyl acetate α-citronellol β-phellandrene α-terpineol neryl acetate β-citronellol cis-carveol nerol trans-carveol nonanoic acid decanal dodecanal perilla alcohol trans-nerolidol α-copaene-11-ol Vỏ quả bƣởi Đoan Hùng Vỏ quả cam sành Hàm Yên Vỏ quả chanh giấy Hàm Yên 0,41 0,43 5,23 6,52 6,95 0,44 0,55 025 45,04 0,43 0,92 7,56 0,05 0,37 0,82 0,49 0,45 0,09 0,46 0,06 0,69 6,62 5,26 5,63 0,12 0,62 0,29 0,43 0,35 0,41 0,28 0,23 0,41 0,47 0,24 0,22 - 1,36 1,23 0,69 0,76 0,41 1,29 1,08 0,14 13,59 45,56 0,09 0,18 0,14 0,27 0,07 0,06 0,05 0,39 0,59 0,06 3,08 0,51 0,43 0,06 0,05 0,08 1,07 8,06 7,02 1,43 0,63 0,65 0,64 5,49 1,42 0,67 0,06 5,26 51,18 1,43 0,56 0,07 0,63 6,06 0,57 0,79 0,94 1,54 0,67 0,87 1,44 0,96 0,19 0,07 0,09 0,11 0,18 1,32 0,06 5,27 0,11 - 13 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 geranial cedrenol valencene germacrene B α-farnesene α-copaene β-caryophyllene α-bergamotene α-humulene farnesol β-farnesene δ-cadinene cumin aldehyde tridecanal cis-geraniol trans-geraniol nootkatone β-bisabolene perillyl acetate decanol β-elemol monoterpene sesquiterpene aldehyde alcohol ketone ester oxide acid Tổng hydrocarbon có oxy Tổng hydrocarbon không có oxy Tổng cộng 0,55 0,84 0,37 0,14 0,85 0,18 0,38 0,86 0,31 0,26 67,15 2,97 3,40 9,91 0,86 12,94 1,19 28,10 70,12 98,22 0,32 0,42 0,06 0,21 0,12 0,43 0,17 0,37 0,33 0,05 6,12 0,33 0,36 71,96 1,58 1,61 15,33 7,18 24,12 73,54 97,66 0,05 0,71 0,07 0,08 0,09 0,07 0,76 0,49 0,65 0,39 1,08 70,05 3,76 4,12 10,49 1,51 6,63 0,18 22,93 73,81 96,74 Ghi chú: -: Không xác định được, Tỉ lệ (%): Tính theo diện tích peak sắc kí. Qua bảng 3.3 chúng tôi thấy đã xác định được 46 cấu tử trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng: hydrocarbon không có chứa oxy: 70,12%, hydrocarbon có chứa oxy: 28,10%, 42 cấu rử trong tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên: hydrocarbon không có chứa oxy: 73,54%, hydrocarbon có chứa oxy: 24,12%, 43 cấu tử trong tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên: hydrocarbon không có chứa oxy: 73,81%, hydrocarbon có chứa oxy: 22,93%. 3.4. Nghiên cứu tách chiết và xác định nhóm cấu tử tạo hƣơng trong tinh dầu 3.4.1. Tách chiết nhóm cấu tử tạo hương 3.4.1.1. Sơ đồ quy trình tách chiết nhóm cấu tử tạo hương Từ các kết quả nghiên cứu thử nghiệm chúng tôi đưa ra sơ đồ quy trình tách chiết nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi với các bước như sau: 14 Tinh dầu vỏ quả có múi (3ml) Chiết bằng dung môi n-hexane Phân đoạn trong suốt (phân đoạn 1) Hỗn hợp màu vàng Chiết bằng hệ dung môi n-hexane: diethyl ether=1:1 Cô quay chân không Dịch trong suốt Phân đoạn màu vàng đậm (phân đoạn 2) Hỗn hợp màu vàng nhạt Cô quay chân không Dịch đặc màu vàng đậm có mùi thơm đặc trưng Chiết bằng dung môi diethyl ether Phân đoạn màu vàng nhạt (phân đoạn 3) Cô quay chân không Dịch màu vàng nhạt có mùi thơm nhẹ Hình 3.7. Sơ đồ quy trình tách nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả có múi 3.4.1.2. Thuyết minh quy trình tách nhóm cấu tử tạo hương Phân đoạn 2 đem cô quay: tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng thời gian 12 phút thì thu được 0,16 ml, tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên thời gian 10 phút thì thu được 0,14 ml và tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên thời gian 12 phút thì thu được 0,17 ml dịch đặc màu vàng đậm trong suốt có mùi thơm đặc trưng. 3.4.2. Xác định nhóm cấu tử tạo hƣơng trong tinh dầu vỏ quả có múi 3.4.2.1. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng Bằng phương pháp GC-MS đã xác định được 8 cấu tử tạo hương trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với hệ dung môi n-hexane và diethyl ether. Kết quả được trình bày ở bảng 3.4 như sau: 15 Bảng 3.4. Cấu tử tạo hương trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane và diethyl ether TT 1 2 3 4 5 6 7 8 Tên cấu tử tạo hƣơng octanal citronellal trans-p-mentha-2,8-dien-1-ol decanal dodecanal geranial cumin aldehyde nootkatone Tỷ lệ (%) 4,78 15,05 12,43 3,19 11,24 12,13 18,21 21,02 Hình 3.8. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng với n-hexane và diethyl ether Qua bảng 3.4 cho thấy trong phân đoạn này có màu vàng đậm, sánh và có mùi thơm đặc trưng. Kết quả phân tích cho thấy chủ yếu là các cấu tử thuộc nhóm ester aldehyde và ketone. 3.4.2.2. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên Bằng phương pháp GC-MS đã xác định được 5 cấu tử tạo hương trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với hệ dung môi n-hexane và diethyl ether. Bảng 3.5. Cấu tử tạo hương trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether TT 1 2 3 4 5 Tên cấu tử tạo hƣơng octanal nonanal citronellal decanal geranial Tỷ lệ (%) 18,75 21,84 7,34 30,68 19,18 Hình 3.9. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether 16 Trong 5 cấu tử thu được chủ yếu là các aldehyde, trong đó decanal: 30,68%, nonanal: 21,84%, geranial: 19,18% là những cấu tử chiếm tỷ lệ lớn nhất. 3.4.2.3. Xác định nhóm cấu tử tạo hương trong tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên Bằng phương pháp GC-MS, chúng tôi đã xác định được 6 cấu tử trong phân đoạn này, kết quả được trình bày ở như sau: Bảng 3.6. Cấu tử tạo hương trong phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether Tên cấu tử tạo hƣơng TT 1 2 3 4 5 6 octanal citronellal decanal dodecanal geranial tridecanal Tỷ lệ (%) 30,34 12,82 34,07 7,23 3,39 9,51 Hình 3.10. Sắc ký đồ phân đoạn tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên với n-hexane và diethyl ether Trong 6 cấu tử thu được trong dịch màu vàng đậm thì decanal: 34,07%, octanal: 30,34%, citronellal: 12,82% là những cấu tử chiếm tỷ lệ cao, các cấu tử còn lại đều chiếm tỷ lệ < 10%. Đây là những cấu tử góp phần quan trọng trong việc tạo mùi thơm của tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên. 3.5. Nghiên cứu làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi Qua các kết quả nghiên cứu chúng tôi đã xác định được các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy là những cấu tử tham gia tạo mùi thơm đặc trưng cho tinh dầu nhưng lại chiếm tỷ lệ nhỏ, còn cấu tử hydrocarbon không có chứa oxy không tạo mùi thơm lại chiếm tỷ lệ lớn. Do đó để ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm cần phải có một hàm lượng lớn, vì vậy chúng tôi tiến hành làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy. 3.5.1. Quy trình làm giàu cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi Từ các kết quả nghiên cứu chúng tôi đưa ra quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi gồm các bước như sau: 17 Tinh dầu vỏ quả có múi (3ml) Đậy nút kín, lắc nhẹ để hòa tan tinh dầu, thời gian: 3 phút Để yên ở nhiệt độ phòng, thời gian 4 giờ để phân lớp ethanol 96% (6ml) ethanol 70% (3ml) Chiết 3 lần để loại hydrocarbon không chứa oxy Hydrocarbon không chứa oxy 1,8 ml tinh dầu sau khi làm giàu cấu tử hydrocarbon có chứa oxy Hình 3.11. Sơ đồ quy trình làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy trong tinh dầu vỏ quả có múi 3.5.2. Xác định cấu của tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy Bằng phương pháp GC-MS, chúng tôi đã xác định được các cấu tử của tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu các cấu tử hydrocarbon có chứa oxy. Bảng 3.7. Cấu tử của tinh dầu vỏ quả có múi sau khi làm giàu cấu tử hydrocarbon có chứa oxy TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tên các cấu tử n-butan-1-ol myrcene octanal citronellal l-limonene cis-linalool oxide trans-linalool oxide cis-nerolidol linalool octanol trans-p-mentha-2,8-dien-1-ol nonanal Tỷ lệ (%) Tinh dầu vỏ bƣởi Tinh dầu vỏ cam Tinh dầu vỏ chanh Đoan Hùng sành Hàm Yên giấy Hàm Yên 2,79 0,63 1,24 0,31 13,07 4,67 10,16 11,73 0,92 3,42 1,57 5,97 1,92 2,93 9,12 2,96 1,87 3,21 6,89 0,98 3,74 0,36 11,17 7,23 0,59 - 18 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 octyl acetate terpinene-4-ol geranyl acetate α-citronellol α-terpineol neryl acetate β-citronellol cis-carveol nerol trans-carveol nonanoic acid decanal dodecanal perilla alcohol trans-nerolidol α-copaene-11-ol geranial cedrenol α-farnesene farnesol δ-cadinene cumin aldehyde tridecanal cis-geraniol trans-geraniol nootkatone β-bisabolene perillyl acetate decanol β-elemol monoterpene sesquiterpene aldehyde alcohol ketone ester oxide acid Tổng hydrocarbon có oxy Tổng hydrocarbon không có oxy Tổng cộng 8,26 10,62 9,07 0,73 0,86 2,79 1,07 0,86 0,71 0,84 1,17 1,06 0,74 0,97 1,05 0,73 2,63 5,02 2,76 3,37 6,76 0,92 11,82 46,36 3,37 26,68 8,9 97,13 0,92 98,05 0,97 7,96 5,82 15,17 8,93 6,06 5,91 9,54 6,07 3,02 1,72 2,08 3,12 4,33 6,07 4,05 3,02 23,19 58,74 8,94 90,87 7,07 97,94 10,72 0,81 12,41 0,73 1,91 0,81 0,42 1,48 1,87 0,83 0,27 3,34 2,57 0,81 0,73 0,67 1,56 1,57 4,86 28,64 28,42 22,13 11,04 0,81 91,04 6,43 97,47 Ghi chú: -: Không xác định được, Tỉ lệ (%): Tính theo diện tích peak sắc ký. Bằng phương pháp GC-MS đã xác định được 29 cấu tử trong tinh dầu vỏ quả bưởi Đoan Hùng (28 cấu tử hydrocarbon có chứa oxy: 97,13% và 1 cấu tử hydrocarbon không chứa oxy: 0,92%), 23 cấu tử trong tinh dầu vỏ quả cam sành Hàm Yên (20 cấu tử hydrocarbon có chứa oxy: 90,87% và 3 cấu tử hydrocarbon không chứa oxy: 7,07%) và 25 cấu tử trong tinh dầu vỏ quả chanh giấy Hàm Yên (21 cấu tử hydrocarbon có chứa 19 oxy: 93,04% và 4 cấu tử hydrocarbon không chứa oxy: 6,43%). Vậy tinh dầu thu được chủ yếu chứa các hợp chất hydrocarbon có chứa oxy. 3.6. Nghiên cứu tổ hợp nhân hƣơng và tạo hƣơng liệu quả có múi 3.6.1. Nghiên cứu tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi 3.6.1.1. Xác định công thức tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi Để thực hiện được điều đó chúng tôi áp dụng nguyên tắc Jan-Carl như sau: Bảng 3.8. Công thức tổ hợp nhân hương tinh dầu vỏ quả có múi Tinh dầu vỏ quả có múi (μl) Tổng cộng Bƣởi Cam Chanh Đoan Hùng sành Hàm Yên giấy Hàm Yên CT-1 1 1 1 3 CT-2 1 2 1 4 CT-3 2 1 1 4 CT-4 1 1 2 4 CT-5 1 4 1 6 CT-6 4 1 1 6 CT-7 1 1 4 6 CT-8 1 8 1 10 CT-9 8 1 1 10 CT-10 1 1 8 10 Sử dụng phép thử cho điểm thị hiếu, các thành viên trong Hội đồng, đều đánh công Công thức tổ hợp nhân hƣơng thức CT-3 có số điểm cao nhất, với số điểm trung bình là 6,43. Do đó chúng tôi chọn công thức CT-3 để nghiên cứu. 3.6.1.2. Xác định một số hoạt tính sinh học của tổ hợp nhân hương a. Khả năng quét gốc tự do DPPH Sử dụng phương pháp DPPH, chúng tôi đã xác định được hoạt tính chống oxy hóa của tổ hợp nhân hương là 45,17 ± 0,15%, cao hơn mẫu đối chứng là vitamin C: 39,15± 0,13%. b. Hoạt tính kháng khuẩn của tổ hợp nhân hương Khả năng kháng khuẩn của tổ hợp nhân hương, trên các chủng vi sinh vật kiểm định được trình bày như sau: Bảng 3.9. Đường kính vòng kháng khuẩn của tổ hợp nhân hương TT 1 2 3 4 Chủng vi sinh vật kiểm chứng Staphylococus aureus KC1 Escherichia coli KC2 Salmonella typhy KC3 Bacillus cereus KC4 Đƣờng kính vòng kháng khuẩn (mm) Vitamin C Tổ hợp nhân hƣơng 1,9 2,1 2,3 2,7 2,1 2,3 2,7 2,9 Kết quả trong bảng 3.9 cho thấy tổ hợp hương có khả năng kháng khuẩn mạnh, trên các chủng vi sinh vật kiểm định. 20 3.6.2. Nghiên cứu sản xuất hương liệu quả có múi 3.6.2.2. Quy trình tạo hương liệu quả có múi Qua các kết quả nghiên cứu thực nghiệm tạo hương liệu dạng bột từ tinh dầu vỏ quả có múi sau khi đã làm giảm các thành phần không chứa oxy, chúng tôi đưa ra sơ đồ quy trình như sau: Chất cố định hương: 45% Tổ hợp nhân hương: 10% Khuấy đều để hòa tan chất cố định hương Nước cất: 40%, ethanol 96%: 5% Gia nhiệt 600C Đồng hóa: v=1500v/phút, τ=15 phút Tạo phức: t0=400C, τ=12 giờ Sấy khô: t0= 600C, τ = 18 giờ Nghiền nhỏ và cho vào lọ thủy tinh Hương liệu quả có múi dạng bột Hình 3.12. Sơ đồ quy trình tạo hương liệu quả có múi sau khi làm giàu cấu tử hydrocarbon có chứa oxy 3.6.2.3. Đánh giá chất lượng hương liệu quả có múi Hương liệu ở dạng bột màu trắng có mùi thơm hấp dẫn, tan trong nước và trong ethanol. Sau khi có hương liệu dạng bột, tiến hành hòa tan trong nước và chưng cất lôi cuốn theo hơi nước để thu các cấu tử hương trong hương liệu này và sử dụng phương pháp GC-MS để phân tích các cấu tử hương. Kết quả được trình bày ở bảng 3.10.