Tài liệu Nghiên cứu công nghệ chiết tách bằng sco2 và khảo sát thành phần hoá học của concrette từ cây bó bầu aquilaria crassna perre ex lecomte

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI ************************* LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH BẰNG SCO2 VÀ KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CONCRETE TỪ CÂY DÓ BẦU AQUILARIA CRASSNA PIERRE EX LECOMTE LÊ ĐĂNG QUANG HÀ NỘI 2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI ************************* LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH BẰNG SCO2 VÀ KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CONCRETE TỪ CÂY DÓ BẦU AQUILARIA CRASSNA PIERRE EX LECOMTE NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÃ SỐ: LÊ ĐĂNG QUANG Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU HOÀNG NGỌC HÀ NỘI 2007 1 LỜI MỞ ĐẦU Các phương pháp chiết tách và khai thác chất thơm, tinh dầu, hương liệu từ giữa thế kỷ 20 đã mang nhiều nét biến đổi mạnh mẽ so với diện mạo của nó trước đây. Bên cạnh các phương pháp cổ điển như chưng cất, ngâm chiết bằng dung môi hữu cơ, các phương pháp mới có tính hiệu quả cao như quá trình chiết với sự hỗ trợ của vi sóng, sóng siêu âm, dung môi CO2 siêu tới hạn (SCO2) đang ngày càng thay thế trong quá trình nghiên cứu và sản xuất. Phương pháp chiết tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn mang tính kỹ thuật hoàn toàn mới do các đặc điểm rất lý tưởng trong vùng siêu tới hạn của CO2. Dung môi CO2 ở trạng thái tồn tại giữa lỏng và khí, tỷ trọng của dung môi sấp xỉ bằng với chất lỏng, hệ số khuếch tán và độ linh động cao tạo ra quá trình chuyển khối mạnh mẽ, hòa tan được cả những chất dễ bay hơi trong thành phần tinh dầu bên cạnh đó kéo ra cả các oleoresin khó bay hơi. Quá trình chiết diễn ra ở vùng nhiệt độ thấp từ 20-800C không làm phân giải các chất thơm, CO2 tách ra hoàn toàn khỏi dịch chiết, không để lại dư lượng dung môi và kim loại nặng. Sản phẩm chiết mang hương thơm gần gũi với tự nhiên nhất so với các phương pháp khác. Sinh trưởng và phát triển chi Dó mạnh mẽ ở Việt Nam đã tạo ra được một thuận lợi lớn cho khai thác nguồn lâm sản quý giá này. Trầm hương là một sản vật rất đặc trưng được sinh ra từ những cây thuộc chi Dó, từ xa xưa Trầm Hương Việt Nam đã được ưa chuộng sử dụng trên nhiều nước, và cho tới hiện nay khi mà các loài này có nguy cơ bị tuyệt chủng, chỉ còn lại rất ít nước thuộc vùng Đông Nam Á còn có khả năng khai thác trầm. Trầm đã trở thành một sản phẩm mang tính riêng và đặc trưng ở khu vực. Riêng Việt Nam đã chiếm 6 loài Dó : A. baillonii ; A. banaensis ; A. crassna ; A. mal accensis ; A. rugosa L.C.Kiet ; A. sinensis (A. agallocha) đa dạng và sản lượng nhiều nhất trong khu vực. Việt Nam cũng là nước đứng đầu trong số 2 các nước xuất khẩu Trầm hương, không những vậy chất lượng Trầm còn có thể đạt tới hạng cao nhất. Một khó khăn hiện nay đó là hiện tượng trồng và kinh doanh cây Dó tràn lan, không theo quy hoach đã đến mất kiểm soát về chất lượng cây giống, chất lượng Trầm, phổ biến là hạng 5 và 6. Việt Nam đang chịu nhiều thiệt thòi khi phải xuất khẩu các mặt hàng Trầm thô ít giá trị, khả năng khai thác tất cả các nguồn lợi từ cây Dó không đạt, mục đích chính vẫn là tạo Trầm thô hoặc đồ gỗ mỹ nghệ để bán. Tinh dầu Trầm hương (agarwood oil) được biết đến trên thế giới như một loại hương liệu quí dùng để chế tạo nước hoa cao cấp, chất định hương bền mùi. Giá trị của tinh dầu rất cao, giá đắt, thị trường tiêu thụ trực tiếp là các nước Ả Rập, Nhật Bản, khu vực Hồi giáo, Phật giáo, các ngành công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm dược phẩm và thực phẩm. Lĩnh vực sản xuất tinh dầu Trầm ở Việt Nam còn yếu, sản lượng thấp, cở sở nhỏ lẻ và chủ yếu là chưng cất thủ công. Sản phẩm chưng cất chủ yếu đạt hiệu suất thấp từ 0,020,1%, thời gian chưng cất kéo dài (70 h) vì thế hạn chế hiệu quả kinh tế đi nhiều. Concrete chiết bằng các dung môi hữu cơ thì kéo theo nhiều sáp và tạp chất, khó sử lý, gây mùi hắc không đạt về mặt cảm quan. Trước vấn đề cần khai thác các nguồn chất thơm, tinh dầu từ cây Dó với mục đích khai thác tốt hơn, nâng cao chất lượng một loại sản phẩm quí, đề tài ‘‘Nghiên cứu chiết tách bằng SCO2 và khảo sát thành phần hóa học của concrete từ cây Dó bầu Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte’’ được tập trung nghiên cứu với các nội dung : - Nghiên cứu quá trình chiết concrete từ cây Dó bầu Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn. - Nghiên cứu concrete của phần gỗ hình thành trên cây Dó bầu trồng ở Đà Năng với các khảo sát về thành phần các cấu tử dễ bay hơi chính bằng GC-MS - Phân lập một số thành phần hóa học có trong cocrete 3 CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn (Supercritical CO2 SCO2) Năm 1861, Gore lần đầu tiên giới thiệu về khả năng hòa tan tốt của Naphtalen và Camphor trong CO2 lỏng. Vào các năm 1875 - 1876, Andrews, một trong những người đầu tiên nghiên cứu về trạng thái siêu tới hạn của CO2, đó tiến hành đo và cung cấp những giá trị áp suất và nhiệt độ tới hạn của CO2 khá gần với các số liệu hiện đại [56]. Hiện tượng một số muối vô cơ như các muối: KI, KBr có thể hòa tan trong dung môi etanol và tetracloruametan ở trạng thái siêu tới hạn được Hannay và Hogarth công bố lần đầu tiên tại hội nghị khoa học Hội khoa học Hoàng gia London năm 1879 [56, 22]. Buchner (1906) cũng thông báo về khả năng hòa tan của một số hợp chất hữu cơ kém bay hơi trong SCO2 cao hơn nhiều lần so với trong CO2 ở dạng khí [38]. Sau này đã có nhiều tác giả nghiên cứu và công bố về tính chất của dung môi ở trạng thái siêu tới hạn, như là các hydrocacbon phân tử lượng thấp (CH4, C2H6, C3H6), các ôxit Nitơ, CO2,... Các chất tan phổ biến đó được khảo sát bao gồm các chất thơm, tinh dầu, các dẫn xuất halogen, các triglyxerid và một số các hợp chất hữu cơ khác...[56,42,38,17] Các nghiên cứu về công nghệ chiết xuất các hợp chất thiên nhiên bằng dung môi siêu tới hạn thực sự đó được bắt đầu từ những năm 1970 và đó mở ra khả năng áp dụng đa dạng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và môi trường.v.v... [17]. Một ví dụ: nhà máy công nghiệp đầu tiên ở châu Âu sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 đó được hãng HAG A.G. xây dựng và đưa vào hoạt động từ năm 1979 để tách caffein ra khỏi nhân cà phê [42]. 4 1.1.1 Vài nét về trạng thái siêu tới hạn Đối với mỗi một chất đang ở trạng thái khí, khi bị nén đẳng nhiệt tới một áp suất đủ cao, chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại. Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng không hóa hơi trở lại mà tồn tại ở một dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn. Vật chất ở trạng thái trung gian này, mang đặc tính của cả chất khí và chất lỏng [38]. Chất ở trạng thái siêu tới hạn có tỷ trọng tương đương như tỷ trọng của pha lỏng. Nhưng sự linh động của các phân tử lại rất lớn, sức căng bề mặt nhỏ, hệ số khuếch tán cao giống như khi chất ở trạng thái khí. Hình 1.1 biểu thị vùng trạng thái siêu tới hạn của một chất trong biểu đồ cân bằng pha rắn, lỏng và khí của chất đó theo sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ [381757]. P Vùng siêu tới hạn Rắn PC Lỏng Khí PT T 1 - Điểm ba (PT, TT) 2 - Điểm tới hạn (PC, TC) Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn [17] 5 Giá trị PC phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng của các chất, ví dụ với các chất có phân tử lượng nhỏ như các hydrocacbon có số cacbon từ 1đến 3 thì giá trị Pc của chúng không cao, mà chỉ xấp xỉ vào khoảng 45 bar [17]. Giá trị TC chỉ tăng ít theo phân tử lượng, nhưng TC lại phụ thuộc nhiều vào độ phân cực của chất. Độ phân cực của phân tử càng lớn thì giá trị TC cũng càng lớn. Điều này được giải thích là do ở các chất phân cực, tồn tại một lực cảm ứng giữa các cực của phân tử, do đó năng lượng để phá vỡ trật tự giữa các phân tử khi chất ở pha lỏng sẽ lớn hơn nhiều so với các chất không phân cực. Nếu giữa các phân tử có liên kết hydro thì giá trị TC sẽ tăng lên rất lớn. Ví dụ, H2O là một chất có phân tử lượng thấp nhưng giá trị Tc lại rất cao (374,20C), đó là do giữa các phân tử H2O xuất hiện liên kết hydro. Các thông số vật lý của một số dung môi ở điểm tới hạn được trình bày trong bảng 1.1. Bảng 1.1 Điểm tới hạn của một số dung môi [17,42,57] Nhiệt độ Áp suất Tỷ trọng riêng Metan tới hạn (oC) -82, 6 tới hạn (bar) 46, 0 tới hạn (g/cm3) 0, 162 Etylen 9, 3 50, 3 0, 218 Carbon dioxide 30, 9 73, 8 0, 468 Etan 32, 3 48, 8 0, 203 Propan 96, 7 42, 4 0, 217 Aceton 235, 0 47, 0 0, 278 Chất Các dung môi siêu tới hạn có khả năng hòa tan tốt các chất ở cả 3 dạng rắn, lỏng và khí. Dung môi siêu tới hạn có sự tác động lên cả các chất dễ bay hơi và cả các cấu tử không bay hơi của mẫu. Hiệu quả phân tách kết hợp của quá trình chưng cất lôi cuốn và quá trình chiết ngược dòng lỏng - rắn [18,22,40,42,56]. 6 1.1.2 Lựa chọn dung môi CO2 siêu tới hạn trong chiết tách [56, 42, 38, 57] CO2 và một số dung môi khác ở trạng thái siêu tới hạn có các tính chất hóa lý đặc biệt như [56,42,38,17,57,18]: + Sức căng bề mặt thấp; + Độ linh động cao, độ nhớt thấp; + Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của chất lỏng; + Có thể điều chỉnh khả năng hòa tan các chất khác bằng cách thay đổi nhiệt độ và áp suất. Để đáp ứng các yêu cầu công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên, SCO2 là dung môi được ưu tiên lựa chọn áp dụng vì các thuận lợi sau: - CO2 là một chất dễ kiếm, rẻ tiền vì nó là sản phẩm phụ của nhiều ngành công nghệ húa chất khác; - Là một chất trơ, ít có phản ứng kết hợp với các chất cần tách chiết. Khi được đưa lên đến trạng thái tới hạn, CO2 không tự kích nổ, không bắt lửa và không duy trì sự cháy; - CO2 không độc với cơ thể, không ăn mòn thiết bị; - Điểm tới hạn của CO2 (Pc = 73 atm; Tc = 30,9oC) là một điểm có giá trị nhiệt độ, áp suất không cao lắm so với các chất khác cho nên sẽ ít tốn năng lượng hơn để đưa CO2 tới vùng siêu tới hạn; - Có khả năng hòa tan tốt các chất tan hữu cơ ở thể rắn cũng như lỏng, đồng thời cũng hòa tan được cả các chất thơm dễ bay hơi, không hòa tan các kim loại nặng và có thể điều chỉnh các thông số trạng thái như áp suất và nhiệt độ để nâng cao độ chọn lọc khi chiết tách; - Khi sử dụng CO2 thương phẩm để chiết tách không có dư lượng cặn độc hại trong chế phẩm chiết. 7 1.1.2.1 Tính tan của các chất trong CO2 siêu tới hạn [56, 57, 18] Có một số quy luật tổng quát về tính tan của các chất trong CO2 lỏng đã được Hyatt đưa ra [56, 57, 18], và có thể áp dụng cho dung môi SCO2 như sau: 1. Các chất có phân tử lượng trên 500 đ.v.c. thì kém tan; 2. Các chất tan rất tốt như: các aldehyd, xeton, este, ancol và các cacbon halogenua có phân tử lượng nhỏ và trung bình; 3. Các hydrocacbon mạch thẳng dưới 20 C, ít phân cực, phân tử lượng thấp và các hydrocacbon thơm phân tử lượng nhỏ tan tốt; 4. Các chất hữu cơ phân cực như các axit cacboxylic nếu phân tử lượng rất nhỏ tan được trong SCO2; 5. Các axit béo và các triglyxerid đều tan kém. Mặc dầu vậy, nếu este hóa các axit béo bằng một rượu đơn chức thì tính tan tăng lên nhiều; 6. Nếu trong phân tử các chất tan có thêm các nhóm phân cực như hidroxyl, carbonyl, hay Nitơ, thì tính tan sẽ bị suy giảm. Nói chung các ancaloid, các hợp chất phenol, aniline, amid, urea, urethan và các phẩm màu azo đều tan kém; 7. Các carotenoid, axit amin, các axit quả, diệp lục và đa phần các muối vô cơ đều không tan. 1.1.2.2 Sử dụng dung môi hỗ trợ trong quá trình chiết xuất bằng SCO2 Dung môi hỗ trợ là một lượng nhỏ loại dung môi hữu cơ được đưa thêm vào hòa trộn với SCO2, thường là 1 - 5 % mol, nhằm thay đổi tính chọn lọc của dung môi trong quá trình tách, chẳng hạn như làm thay đổi tính phân cực, hay các tương tác riêng của dung môi đối với các chất tan, mà không làm thay đổi đáng kể tỷ trọng và khả năng chịu nén của dung môi chính [42,38,17,57,18]. Metanol là một ví dụ tốt, khi cho thêm metanol với nồng độ 8 3,5 % mol trong SCO2 làm tăng độ tan của axit 2-amino-benzoic lên đến 620 % [42]. Khi thêm dung môi hỗ trợ (co-solvent) sẽ làm thay đổi các giá trị tới hạn (nhiệt độ, áp suất) của dung môi chính. Thông thường với nồng độ cosolvent nhỏ hơn 5 % mol, sự sai khác này không đáng kể [42]. 1.1.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ tới hệ số khuyếch tán (D) của các chất tan trong SCO2 [17] CO2 ở trạng thái siêu tới hạn có tính khuếch tán lớn do độ nhớt (η) của dung môi thấp, bởi vậy hệ số khuếch tán của chất tan trong SCO2 sẽ lớn hơn so với trong dung môi lỏng thông thường. Có thể tham khảo thêm về sự thay đổi độ nhớt của SCO2 theo áp suất P và nhiệt độ T trạng thái trong hình 1.2. η(cPs) 370C 470C 770C 0.04 0.03 0.02 40 Pc 100 P(bar) Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt η của SCO2 vào T và P Độ nhớt của dung mụi bị ảnh hưởng nhiều bởi áp suất cao, ở vùng áp suất cao, độ nhớt của dung môi SCO2 sẽ tăng lên rất nhanh khi tăng áp suất. 9 Ngược lại, vùng có P và T thấp thì giá trị η ít bị biến đổi khi thay đổi áp suất. Tại vùng có Pr gần 1 nếu tăng T thì η không thay đổi mạnh. Xu hướng chung khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt sẽ giảm đi. Đối với một chất tan ít bay hơi, hệ số khuếch tán của nó trong SCO2 sẽ cao hơn trong dung môi thông thường vào khoảng 1 - 100 lần. Nhưng đối với các chất bay hơi, hệ số khuếch tán trong SCO2 lại nhỏ hơn so với trong pha khí. Sự phụ thuộc của hệ số khuếch tán D của chất tan vào kích thước phân tử s, độ nhớt η của SCO2, nhiệt độ T và áp suất P được tính toán và mô tả bằng phương trình Stokes-Einstein dưới đây và đồ thị ở hình 1.3.a và hình 1.3.b [17]: D = ΚΤ [m 2 / s] C Πση Trong đó: D: Hệ số khuyếch tán K: Hằng số Bolzman; C: Hằng số hiệu chỉnh (C = 3 - 6); σ: Đường kính phân tử; η: Độ nhớt (cP). 10 T=298,15K 50 323,15 348,15 20 373,15 373,15 10 348,15 323,15 298,15 05 02 00 100 200 300 400 MPa ____ Đường biểu diễn D [m2/s] ------ Đường biểu diễn η [10-4 Pas] Hình 1.3.a Ảnh hưởng của T và P tới η của SCO2 và D của chất tan Như vậy khi tăng áp suất, tỷ trọng sẽ tăng theo làm độ nhớt cao và làm giảm khả năng khuếch tán D của chất tan vào dung môi. Trong quá trình đẳng áp, khi nhiệt độ T tăng lên thì khả năng khuếch tán vào dung môi của chất tan không bay hơi cũng tăng lên, nhưng đối với chất dễ bay hơi thì ngược lại, khả năng khuếch tán giảm xuống khi nhiệt độ tăng [17,38,42]. 11 D P(bar) -3 10 70 80 100 150 200 10-4 10-5 0 20 31.1 40 60 100 T Hình 1.3.b Ảnh hưởng của T và P tới D của chất tan 1.1.3 Một số ứng dụng của công nghệ chiết xuất các sản phẩm thiên nhiên bằng CO2 siêu tới hạn trên thế giới 1.1.3.1 Chiết xuất hoạt chất bằng SCO2 trong công nghiệp [42, 38, 17] Trên thế giới đã sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 vào việc loại cafein của chè và cà phê trong quá trình sản xuất các loại đồ uống không cafein [42, 38, 29,22]. Đối với công nghiệp sản xuất đồ uống không có cồn, SCO2 được dùng để chiết loại cồn ra khỏi chế phẩm thay cho phương pháp cũ là chưng cất [42, 38,29]. Trong công nghiệp thuốc lá, SCO2 được sử dụng để chiết những thành phần dễ bay hơi và tách phần hương tự nhiên từ cây thuốc 12 lá để nâng cao chất lượng sản phẩm [42]. Trong công nghiệp thực phẩm ứng dụng công nghệ SCO2 để sản xuất các sản phẩm có hàm lượng chất béo và cholestesrol thấp hoặc các thực phẩm chức năng (giàu axit béo DHA, EPA, FOS .v.v...); chiết các hoạt chất chống oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên. Một ví dụ điển hình là công nghệ chiết xuất các hợp chất của hoa Huplon [42, 38] dùng trong công nghệ bia bằng CO2 lỏng, được công bố lần đầu tiên vào năm 1950 ở Liên Xô cũ và Nhật Bản. Nhưng chất lượng chế phẩm chiết xuất lúc đó không cao và vẫn còn ở dạng sản phẩm thí nghiệm [38]. Cho tới năm 1981, công nghệ sử dụng SCO2 chiết xuất dịch hoa Huplon mới thành công và bắt đầu được áp dụng ở Đức. Trong những năm 80, sản lượng các chất được chiết bằng SCO2 từ hoa Huplon ở Đức đã tăng nhanh và vượt quá 10.000 tấn/năm. Sau đó tới những năm đầu thập kỉ 90, công nghệ chiết SCO2 mới thực sự lan rộng ra Châu âu và Mỹ [38]. Ưu điểm của chế phẩm Huplon chiết bằng SCO2 so với các phương pháp khác được thể hiện chủ yếu ở sự vắng mặt các thành phần tạp chất như diệp lục, nhựa cứng - sản phẩm từ quá trình oxy hóa khi chưng cất, muối vô cơ và các cặn không tan khác. Thêm vào đó, hàm lượng các thành phần hữu ích cũng cao hơn ở kỹ thuật truyền thống, các so sánh này được cụ thể hóa trong bảng 1.3. 13 Bảng 1.2 So sánh thành phần chế phẩm chiết hoa Huplon bằng SCO2 và bằng các kỹ thuật truyền thống [38] Thành phần Chế phẩm chiết với Chế phẩm chiết Chế phẩm chiết dung môi gốc Clo với cồn với SCO2 Alpha axit 35 - 45% 30 - 40% 40 - 50% Beta axit 15 - 20% 10 - 15% 18 - 40% Nhựa ít biến tính 3 - 8% 3 - 8% 5 - 20% Nhựa cứng 2 - 5% 2 - 10% -- Chất dễ bay hơi 1 - 3% 1 - 2% 2 - 8% Lipit và sáp 1 - 2% vết 0 - 5% vết 1 - 5% -- Tanin Hiện nay, Trung Quốc và Ấn Độ đã có nhà máy sản xuất thiết bị cũng như các nhà máy chiết tách một số chế phẩm có nguồn gốc thực vật sử dụng công nghệ chiết bằng CO2 siêu tới hạn. Bảng 1.2 cung cấp một số thông tin về những nước hàng đầu trong ứng dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 và các sản phẩm từ công nghệ này [7,38]. Bảng 1.3 Các sản phẩm được sản xuất bằng công nghệ SCO2 ở một số nước trên thế giới [7,38] Nước Đức Công ty HAG-General Foods SKW Chemical Sản phẩm tự nhiên - Cà phê Barth - Chè, huplon, gia vị Australia Carlton & United - Huplon Anh English Hops - Huplon, gia vị Mỹ General Foods Pfizer Phasex - Cà phê - Huplon 14 Theo đánh giá của Vitzthum và các cộng sự thì việc sử dụng SCO2 vào chiết tách các hoạt chất thiên nhiên với sản lượng lớn ở quy mô công nghiệp để ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm... sẽ trở thành phổ biến trong tương lai. 1.1.3.2 Chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học, tinh dầu và các chất thơm từ thảo dược bằng công nghệ sử dụng SCO2 Công nghệ SCO2 đang được nghiên cứu áp dụng để chiết các hoạt chất có tác dụng chữa bệnh và tăng cường sức khoẻ từ thảo mộc [7,10,8,56,42]. Các hợp chất triterpenoid mà đặc trưng nhất là faradiol có tác dụng chống viêm được chiết từ hoa cây cúc vàng (Calendula officialis). Nếu chiết bằng SCO2, hàm lượng faradiyl este trong sản phẩm chiết cao gấp hàng trăm lần so với hàm lượng trong sản phẩm chiết bằng cồn, cho thấy sự ưu việt của công nghệ SCO2 trong việc chiết tách sản phẩm này [42]. Các hợp chất chống ung thư từ thảo dược rất được quan tâm nghiên cứu trên thế giới và công nghệ chiết bằng SCO2 cũng có nhiều triển vọng áp dụng, chẳng hạn như vinblastin - chất chống ung thư máu từ cây dừa cạn [42]; moncrotaline từ hạt cây lục lạc (crotalaria spectabilis) [42]; maytansine từ cây maytenus senegalenis; taxol - có tác dụng chống các khối u phổi, ung thư vú và buồng trứng [42]. Công nghệ chiết bằng SCO2 có thêm 10 - 20 % dung môi hỗ trợ (co-solvent) là methanol cho hàm lượng hoạt chất 0,27 - 1,82 %, cao hơn hẳn so với chiết bằng cồn (0,125 %). Các chất có tác dụng chống oxi hóa và kháng khuẩn chiết từ thảo mộc từ lâu đã có ứng dụng trong mỹ phẩm và y dược. Công nghệ SCO2 đã được áp dụng để chiết xuất tinh dầu từ hàng loạt cây thảo dược có tác dụng trong các lĩnh vực này như: bạc hà, hương nhu, bọ mảy, quế, nghệ .v.v... [7,10,8,9,56,18,49]Gần đây, các hoạt chất từ cây bạch quả (Gingko biloba) có 15 tác dụng chống thiểu năng tuần hoàn não, liệt dương và chống mất trí nhớ đó được nghiên cứu chiết xuất bằng SCO2. Các hoạt chất chủ yếu của cây này là quercetin và isorhamnetin có thể chiết ra bằng SCO2 có thêm 10 % etanol và 0,5 % axit photphoric [42]. Các chất thơm tự nhiên có trong các phần rễ, hoa, thân, lá, vỏ cây, quả, hạt của nhiều loại thực vật. Các chất này được gọi chung là tinh dầu, rất khác nhau về bản chất hóa học nhưng có một vài điểm chung như: không tan trong nước, tính quang hoạt cao. Tinh dầu tan trong ete, rượu, tan trong phần lớn các dung môi, và tan được trong CO2 lỏng cũng như SCO2 [7,42,38,18,49,22]. Công nghệ SCO2 được áp dụng rộng rãi để chiết tách nhiều loại tinh dầu. Ngoài những ưu điểm chung, khi áp dụng cho các đối tượng tinh dầu, công nghệ này còn có một số tính ưu việt khác mà các công nghệ kinh điển (chiết dung môi, cất lụi cuốn hơi nước) không có được. Sản phẩm có độ tinh khiết cao và có mùi hương đặc trưng. Công nghệ SCO2 đặc biệt hiệu quả khi áp dụng cho các đối tượng tinh dầu quý và kém bền nhiệt [41,58,42,38,57,18,7]. Tinh dầu hoa nhài được chiết bằng SCO2 cho năng suất khá cao (0,2 0,37 %) [42]. Tinh dầu hoa hồng cất lôi cuốn hơi nước chỉ cho hiệu suất 0,025 %, chủ yếu được sản xuất ở Thổ Nhĩ Kỳ, Bungaria và Ma Rốc. Tinh dầu hoa hồng chiết bằng SCO2 có đầy đủ các đặc trưng của absolute hoa hồng chiết bằng dung môi (hexan/ethanol), nhưng có chất lượng tốt hơn và không chứa dư lượng dung môi [42]. Bảng 1.4 trình bày kết quả so sánh hiệu suất chiết các sản phẩm absolute và concrete từ một số loại nguyên liệu hoa giữa kỹ thuật chiết sử dụng dung môi hữu cơ và kỹ thuật chiết bằng SCO2. 16 Bảng 1.4 Hiệu suất thu Concrete và Absolute từ các loại nguyên liệu hoa với các kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ và bằng SCO2 [42, 43] Kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ Chiết bằng SCO2 Tên Hoa Concrete (%) Absolute từ concrete (%) Absolute (%) Helichrysum 0,90 - 1,15 60 - 70 4,40 - 6,60 Hoa Dạ hương lan 0,17 - 0,20 10 - 14 - Hoa Nhài 0,28 - 0,34 45 - 53 0,44 - 0,66 HoaTử đinh hương 0,60 - 0,95 35 - 45 - Hoa Cam 0,24 - 0,27 36 - 55 0,28 Hoa Hồng 0,22 - 0,25 50 - 60 - Violet 0,07 - 0,13 35 - 40 - YlangYlang 0,80 - 0,95 75 - 80 - Công nghệ chiết sử dụng SCO2 còn có thể áp dụng đối với hầu hết các loại tinh dầu và chất thơm quý khác từ thảo mộc như tinh dầu hương lau, hoa nhài, hoa cam, lavan (Lavandula stoechas), hoàng đàn, hương lau, hoa bưởi.v.v... [10,8,9,42,38,55]. 1.2 Đối tượng lựa chọn nghiên cứu của đề tài Đề tài nghiên cứu chiết concrete từ nguyên liệu là gỗ thân cây Dó Bầu được trồng để khai thác trầm hương tại Việt Nam bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn. Bên cạnh đó khảo sát và phân lập một số cấu tử của concrete thu được. 17 1.2.1 Đặc điểm hình thái, sinh thái và phân bố của cây Dó Bầu Hình 1.4 Cây Dó bầu- Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte Cây Dó Bầu được xếp loại thực vật [13,11,4] thuộc: Họ Trầm Hương: Thymelaeaceae; Chi: Aquilaria Lamk; Loài: Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte Hình thái thực vật được miêu tả, thuộc loại thuộc loại cây gỗ cao 30-40 m, vỏ xám, có xơ. Lá mọc so le, có phiến mỏng, thuôn hay bầu dục ngọn giáo, nhọn ở gốc, thon hẹp dần ở chóp. Thường gần như có mũi nhọn và mũi dài, dài 8-10 cm, rộng 3,5-5,5 cm, có mép phồng lên thành vòng, mặt trên màu lục, sáng bóng, nhẵn trừ trên gân gần cuống lá. Mặt dưới màu nhạt hơn, có lông mềm nhất là trên gân giữa và ở vòng mép lá, gân bên 15-18 đôi nổi rõ ở hai mặt, gân nhỏ nhiều song song hoặc gần song song với các gân bên, cuống có lông mềm, có rãnh ở trên, có đốt ở gốc dài 4-5mm. Hoa thành chùm hay thành 18 tán, ở nách lá có lông. Quả khô loại quả nang, hình quả lê, có lông lún phún dài 4 cm, rộng 3 cm, dày 2 cm, ở gốc có bao hoa đồng trưởng có vỏ quả mở làm hai mảnh van, xốp. Hạt thường chỉ có gồm một phần chính ở trên dạng nón và một phần kéo dài ở dưới cũng bằng phần trên, vỏ ngoài cứng và hóa gỗ, bên trong mềm. Cây thường ra hoa và kết quả từ tháng 3 đến tháng 6 [1,3]. Về mặt sinh thái, cây Dó bầu thích hợp phát triển ở những vùng có độ cao 1000m, nhưng thường tập trung ở độ cao 300-700m, độ dốc trên 25%. Nhiệt độ thích hợp không dưới 150C và nhiệt độ tối đa không vượt quá 350C, nhiệt độ phù hợp thường là 22-290C. Lượng mưa cả năm ở các vùng có Trầm từ 1200mm trở lên, mùa khô từ 3 đến 5 tháng. Cây Dó bầu thường mọc trên nhiều loại đất núi, đất đỏ, đất xám, đất đỏ vàng, đất feralit trên đá macma trung tính, đất feralit trên đá kết tinh chua, trên đá biến chất dạng phiến và cả trên đất đỏ bazan. Cây ưa đất thịt pha cát, có tầng sâu, dầy và nhiều mùn [1]. Sự phân bố của cây Dó ở nước ta, thường tìm thấy ở những vùng núi hướng về phía có gió biển, nên thường gặp ở vùng phía Đông Trường Sơn hơn là Tây Trường Sơn. Một số địa danh có thể kể tới như sau : - Ở Bình Trị Thiên thường tìm thấy ở vùng Cam Lộ của Quảng Trị, vùng A Sao, A Lưới, vùng Thanh Sơn và vùng đèo Hải Vân. - Ở Bình Định có từ cùng núi Quy Nhơn đi vào. - Ở Khánh Hòa, Phú Yên có rất nhiều ở Vạn Giã, Tân Định, An Thành, Bình Khang, Duyên Khánh… - Ở Bình Thuận có ở vùng núi giáp ranh với Lâm Đồng. - Ở các hải đảo thì gặp nhiều Dó tại Phú Quốc [11] Hiện nay ở nước ta, cây Dó bầu được trồng tập trung nhiều nhất ở một số tỉnh như:Quảng Nam, Bình Phước, Bình Dương, Hà Tĩnh, Khánh Hòa, An Giang, Đắc Lắc, Gia Lai, Quảng Trị…với khoảng 15000 -18000 hécta. Nơi có diện tích trồng Dó bầu nhiều nhất là Hà Tĩnh khoảng 3000 ha, tiếp đến là