10 2.2.2.5. Nƣớc hoa Là sản phẩm phối hợp đa dạng của tinh dầu thiên nhiên hay tinh dầu tổng hợp hoặc bán tổng hợp hòa tan trong cồn, ngoài ra còn có chất định hương. Mỗi thành phần trong nước hoa đều được chuẩn độ rất chính xác các yếu tố như độ bay mùi, cường độ và độ bền của mùi hương [5]. 2.3. TINH DẦU HOA LÀI 2.3.1. Tinh dầu hoa lài Tinh dầu hoa lài thiên nhiên gồm 2 sản phẩm: tinh dầu hoa lài dạng cô kết (Jasmine concrete) và tinh dầu hoa lài dạng tuyệt đối (Jasmine absolute) – là nguyên liệu làm chất thơm của công nghệ sản xuất các loại trà, dược phẩm, mỹ phẩm, bên cạnh đó tinh dầu hoa lài là một trong năm thành phần quan trọng nhất không thể thiếu trong kỹ thuật phối hương. Hoa lài cho mùi hương ngọt, ấm dịu với thành phần hóa học gồm nhiều cấu tử đã chinh phục được các nhà phối hương. Ở Châu Âu tinh dầu hoa lài được dùng trong ngành sản xuất nước hoa. Nhà nghiên cứu C.Martin đã từng nói: “Nếu không thể phủ nhận được hoa hồng là nữ hoàng của các loại hương thơm thì hoa lài là vua của các loại này” [6]. Do sự đa dạng về thành phần hóa học mà tinh dầu hoa lài có mùi đặc trưng và phức tạp. Nó là hỗn hợp nhiều đơn hương, sự tạo thành các đơn hương này phụ thuộc vào các yếu tố địa lý, khí hậu, điều kiện bảo quản cũng như kỹ thuật ly trích tinh dầu. Vài đơn hương trong tinh dầu hoa lài: [6] Hexanol và ester của hexanil: mùi cỏ Cresol và indol: mùi động vật Eugenol: mùi đặc trưng của hạt Z-jasmon và jasmonat methyl: mùi quả Cis - - jasmolacton: mùi hoa tím Anthranilate methyl: mùi tương tự hoa cam Ngoài ra một số chất sẽ đóng vai trò của chất định hương như phyton, ester phytil, acid béo và ester của nó. Sự xuất hiện của các chất như piridin, quinolin sẽ tạo nên các mùi đặc trưng khác trong tự nhiên. 11 2.3.2. Năng suất tinh dầu Viện nghiên cứu Công nghiệp Thực phẩm TP. HCM đã nghiên cứu chiết xuất hương lài năm 1992 ở miền Bắc và miền Nam cho thấy hương lài Việt Nam có chất lượng tương đương hương lài thế giới với hiệu suất đạt trung bình 0,2 % – 0,3 %, nếu năm nào thời tiết tốt thu hái đúng chế độ thì hiệu suất còn cao hơn nhiều. [9] Theo Naves và Mazuyer (1939), 1.000 kg hoa lài tách chiết với petroleum ether thu được 2,8 – 3,4 kg cô kết (concrete). Theo nghiên cứu của Girard (1947), năng suất cô kết của hoa lài miền Nam nước Pháp khoảng 0,28 % – 0,3 %. Trong báo cáo gần đây của Face năng suất cô kết của hoa lài vùng Sicily và Calabria ít khi dưới 0,3 %, thông thường khoảng 0,33 % [10]. Năng suất cô kết phụ thuộc vào một số yếu tố như thời tiết, tháng thu hoạch và thời gian hái hoa trong ngày. Theo Rovesti (1928), năng suất này đạt tối đa vào nửa cuối tháng 8 và đầu tháng 9, hoa hái vào 6 – 10 giờ sáng năng suất cô kết gấp đôi hoa hái vào buổi chiều [10]. La Face (1948) đã theo dõi năng suất cô kết của hoa lài trong các tháng khác nhau: Bảng 2.1. Năng suất cô kết hoa lài theo tháng Tháng Năng suất (%) 6 0,3273 8 0,3322 9 0,3200 10 0,3180 11 0,3000 2.3.3. Thành phần hóa học tinh dầu hoa lài Đối với hoa lài Việt Nam, viện nghiên cứu Công nghiệp Thực phẩm Tp. HCM sơ bộ xác định được một số thành phần hóa học chính như sau [9]: 12 Bảng 2.2. Hàm lượng (%) các chất trong tinh dầu hoa lài miền Bắc và miền Nam Linalol Benzyl acetate Geraniol Indole Methylanthra -nilate Linalyl Acetate Hoa lài miền Bắc (3 tuổi) 9,035 11,23 2,22 3,37 Hoa lài miền Nam (3 tuổi) 0,593 6,96 2,8 0,179 2,8 0,179 Theo Hesse và Muller (1899), thành phần hóa học tinh dầu hoa lài thu được từ phương pháp hấp thụ bao gồm [10]: Bảng 2.3. Thành phần tinh dầu hoa lài ly trích bằng phương pháp hấp thụ Tên chất Hàm lượng (%) Benzyl Acetate d- Linalool Linalyl acetate Benzyl alcohol Jasmone Indole Methyl anthranilate 6,5 15,5 7,5 6,0 3,0 2,5 0,5 Naves và Grampoloff (1942) đã xác định thành phần hóa học tinh dầu hoa lài vùng Sicily và Calabria nước Italia như sau [10]: 13 Bảng 2.4. Thành phần tinh dầu hoa lài vùng Sicily và Calabria. Stt Tên chất 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Benzyl benzoate Nerol l- - Terpincol d- Linalool dl- Linalool Farnesol Nerolidol Rượu (C 18 H 34 O) Eugenol p- Cresol Benzaldehyde Jasmone Indole Ketone (C 12 H 36 O 3 ) Benzoic acid Methyl anthranilate 2.3.4. Đặc tính tinh dầu hoa lài Cô kết (concrete) của hoa lài là một dịch đỏ nâu, chứa sáp. Theo Naves và Mazuyer, “concrete” của hoa lài từ vùng Grasse có các đặc tính lý hóa sau [10]: Điểm đông đặc: 47 o C – 51 o C Điểm nóng chảy: 49 o C – 52 o C Chỉ số acid: 9,8 o C – 12,8 o C Chỉ số ester: 68 o C – 105 o C Tinh dầu hoa lài tinh khiết (absolute) là chất lỏng sền sệt, màu nâu vàng, tan trong cồn 95 %. Naves và Mazuyer (1939) đã báo cáo một số tính chất của tinh dầu hoa lài tinh khiết như sau [10]: Tỉ trọng: 0,929 – 0,955 Độ quay cực: + 2 o 36’ – +4 o 95’ Chỉ số khúc xạ ở 20 o : 1,4822 – 1,4935 Chỉ số acid: 4,2 – 17,2 14 Chỉ số ester: 96,4 – 147,6 2.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TINH DẦU Tùy thuộc vào tính chất nguyên liệu và các tính chất của tinh dầu mà sử dụng các phương pháp tách chiết khác nhau. Dù bằng phương pháp nào người ta phải dựa vào một số tính chất quan trọng của tinh dầu như:  Tính bay hơi của tinh dầu.  Tính hòa tan trong trong hơi nước của tinh dầu.  Tính bay hơi theo hơi nước của tinh dầu ở các điều kiện nhiệt độ thích hợp.  Tính hòa tan trong dung môi hữu cơ bay hơi và không bay hơi của tinh dầu.  Dễ bị hấp thu ngay ở thể khí. Sản phẩm tinh dầu thu được phải đạt một số yêu cầu sau:  Tinh dầu thu được có hương vị tự nhiên của nguyên liệu ban đầu.  Quy trình kỹ thuật và phương pháp ly trích tinh dầu nhằm khai thác hết tinh dầu trong nguyên liệu với chi phí đầu tư thấp nhất [5]. 2.4.1. Phƣơng pháp ly trích tinh dầu bằng dung môi dễ bay hơi Dung môi dùng trong phương pháp này đạt được những yêu cầu sau:  Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu phần có mùi thơm trong nhiên liệu.  Hòa tan kém các hợp chất khác như sáp, nhựa dầu có trong nguyên liệu.  Không có tác dụng hóa học với tinh dầu.  Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần.  Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị, không tạo hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém.  Điểm sôi của dung môi thấp hơn điểm sôi của cấu tử dễ bay hơi nhất trong tinh dầu. Thông thường không có loại dung môi nào phù hợp với tất cả các yêu cầu trên, người ta sử dụng dung môi không tan trong nước như petroleum ether, diethyl ether,… hay dung môi tan trong nước như ethanol, aceton,…[5]. Nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong bình chứa và được xáo trộn đều trong suốt thời gian ly trích. Giữ cho hoa chìm trong dung môi từ 12 – 48 giờ, ngâm như vậy từ 10 – 15 đợt hoa cho một lượt dung môi. Sau khi quá trình tẩm trích kết thúc, dung dịch ly trích sẽ được tách nước ra khỏi dung dịch rồi làm khan bằng Na 2 SO 4 và lọc. Loại bỏ dung môi ra khỏi sản phẩm bằng phương pháp chưng cất dưới 15 áp suất thấp (cô quay). Sau khi thu hồi hoàn toàn dung môi, sản phẩm thu được gồm có tinh dầu và một số chất khác như nhựa, sáp, chất béo nên cần phải tách riêng tinh dầu ra. Cho ethanol tinh khiết vào hỗn hợp sản phẩm và khuấy đều ở nhiệt độ phòng trong vài ngày. Tinh dầu hòa tan vào ethanol cùng với một ít nhựa và chất béo, sau đó làm lạnh dung dịch ethanol ở 10 o C – 15 o C và lọc. Ở nhiệt độ này nhựa và chất béo hòa tan vào ethanol sẽ đông đặc lại, chỉ còn lại tinh dầu hòa tan trong ethanol. Chưng cất dưới áp suất kém sẽ thu được tinh dầu tuyệt đối [5]. 2.4.2. Phƣơng pháp hấp thụ Phương pháp này được tiến hành lần đầu tiên ở vùng Grasse, miền Nam nước Pháp, còn gọi là phương pháp “enfleurage” [17]. Phương pháp này áp dụng với các loại hoa có khả năng đặc biệt là vẫn tạo được tinh dầu sau khi thu hái khỏi cây như hoa lài, hoa huệ. Người ta dùng chất béo động vật hay thực vật (ngày nay còn dùng thêm vaselin và parafin tinh khiết) hấp thụ những hợp chất dễ bay hơi, do đó hương thơm do hoa tiết sẽ được chất béo hấp thụ sau khi cho hoa tiếp xúc với các chất béo trong một khoảng thời gian nhất định. Dùng nhiều khay gỗ hình chữ nhật sâu 8 cm, rộng 60 cm, dài 100 cm. Khoảng giữa chiều cao của khay có lắp một miếng kính phẳng. Chất béo được trát vào cả hai bên mặt kính, lớp này dày khoảng 1 cm, khi chồng các khay lên với nhau sẽ tạo thành một hộp kín, đáy và trần là hai lớp chất béo. Để gia tăng bề mặt hấp thụ người ta tạo nhiều vạch trên bề mặt lớp này. Hoa tươi, sạch, ráo nước được rải đều lên. Sau đó các khay được chồng lên nhau và để yên. Lớp chất béo dưới đáy tiếp xúc với hoa thì hấp thụ trực tiếp tinh dầu từ hoa, còn lớp trần thì chỉ hấp thu những chất dễ bay hơi bốc lên từ lớp trên của hoa. Sau đó hoa cũ được lấy ra và xếp hoa mới vào. Hoa được thay liên tục cho đến khi lớp mỡ bão hòa tinh dầu. Lớp chất béo bão hòa tinh dầu được gọi là sáp hoa. Để thu tinh dầu tinh khiết, sáp hoa được khuấy trộn đều với ethanol ở nhiệt độ phòng, dung dịch ethanol được lấy ra và ethanol mới được thay vào cho đên khi phần chất béo không còn mùi thơm nữa. Làm lạnh dịch ly trích ở -15 o C và lọc bỏ chất kết tinh. Chưng cất dưới áp suất thấp thu được tinh dầu tuyệt đối [17]. + Ưu điểm: Phương pháp này cho hiệu suất ly trích cao đối với những loại hoa sau khi thu hái còn tạo thêm tinh dầu. 16 2.4.3. Phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc cổ điển Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán, lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao [5]. Hoa lài và nước cho vào bình cầu chưng cất, chừa một khoảng không gian khá lớn phía trên lớp nước. Đun bình tới sôi, hơi nước bay sẽ cuốn theo tinh dầu, lúc đó sẽ tồn tại hai pha tinh dầu và nước không hòa tan vào nhau. Phần hơi nước chứa tinh dầu được dẫn qua thiết bị làm lạnh đọng lại thành chất lỏng, nếu tinh dầu nặng hơn nước sẽ chìm xuống dưới nước, ngược lại tinh dầu nhẹ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước [5]. Người ta dùng bình chiết (bình florentin) để gạn lấy tinh dầu, tinh dầu còn lại trong phần nước chưng cất nằm dưới hai dạng phân tán và hòa tan. Tinh dầu dạng phân tán thì có thể lắng hay ly tâm, còn tinh dầu dạng hòa tan và có trọng lượng riêng gần với trọng lượng riêng của nước người ta sẽ thêm vào phần nước chưng cất một phần muối ăn để tăng tỷ trọng cho nước nhằm phân biệt rõ hai pha nước và tinh dầu hoặc có thể sử dụng một loại dung môi dễ bay hơi để chiết rồi cho dung môi bay hơi. Trong quy mô phòng thí nghiệm, để chưng cất lôi cuốn hơi nước cổ điển người ta thường sử dụng bộ dụng cụ thủy tinh Clevenger [5]. + Ưu điểm: Qui trình kỹ thuật tương đối đơn giản, thiết bị gọn, dễ chế tạo, thời gian tương đối nhanh. + Nhược điểm: Không thích hợp với nguyên liệu có hàm hượng tinh dầu thấp. Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có các cấu phần dễ phân hủy. Không lấy được sáp và nhựa hoa có trong nguyên liệu. Những tinh dầu có độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém. 2.4.4. Ly trích dƣới sự hỗ trợ của vi sóng Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra. Tinh dầu thoát ra bên ngoài, lôi cuối theo hơi nước sang hệ thống ngưng tụ hoặc hòa tan vào dung môi hữu cơ đang bao phủ ngoài nguyên liệu [5]. Mức độ chịu ảnh hưởng vi sóng của các loại mô tinh dầu không giống nhau do kiến tạo của các loại mô khác nhau, ngay cả khi nguyên liệu được làm nhỏ. Kết quả này được phản ánh qua thời gian ly trích. 17 Ngoài việc nước bị tác dụng nhanh chóng, các cấu phần phân cực hiện diện trong tinh dầu cũng bị ảnh hưởng bởi vi sóng. Ngược lại các cấu phần hydrocarbon ít chịu ảnh hưởng của vi sóng (độ phân cực kém) nên sự ly trích chúng giống như trong sự chưng cất hơi nước bình thường nhưng với vận tốc nhanh hơn rất nhiều vì nước được đun nóng nhanh bởi vi sóng [5]. 2.4.5. Phƣơng pháp sử dụng dung môi dioxyt carbon Hiện nay dioxyt carbon lỏng được sử dụng như một dung môi dùng để ly trích tinh dầu. Phương pháp này có lợi điểm là cô lập sản phẩm rất dễ dàng vì dung môi CO 2 khi ở áp suất thường sẽ bốc hơi nhanh chóng để lại tinh dầu tinh khiết. Trong nhiều trường hợp tinh dầu sản xuất theo phương pháp này cho hiệu suất chiết suất và chất lượng cao. CO 2 được hóa lỏng trong những thiết bị đặc biệt có thể điều chỉnh nhiệt độ và áp suất. Thí nghiệm cho thấy tùy theo áp suất sử dụng thành phần tinh dầu thu được khác nhau [5]. Phương pháp này chưa phổ biến trong kỹ nghệ vì giá thành thiết bị còn cao, lượng nguyên liệu sử dụng còn hạn chế, điều kiện tối ưu để ly trích còn phải khảo sát thêm. 2.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT TINH DẦU HOA LÀI Ở Việt Nam phương pháp chiết xuất tinh dầu hoa lài đã được các nhà nghiên cứu thực hiện như sau: Hoa lài và dung môi được đưa vào bình phản ứng với tỷ lệ một phần hoa và ba phần dung môi. Hỗn hợp hoa và dung môi được khuấy trộn liên tục trong thời gian từ 12 – 32 giờ (tùy theo công suất và mùa vụ) ở nhiệt độ 30 o C – 32 o C. Nhờ áp lực khuấy trộn, các tế bào chứa tinh dầu sẽ bị phá vỡ và hòa tan trong dung môi tạo thành dịch trích. Sau quá trình chưng cất phân đoạn dưới áp suất thấp sẽ thu được tinh dầu thô (sáp hoa). Sáp hoa được hòa tan trong ethanol. Sau khi tiến hành lọc và chưng cất ở áp suất thấp để tách ethanol ra khỏi tinh dầu, sẽ thu được tinh dầu hoa lài tinh khiết [15]. Theo PGS. TS Văn Đình Đệ tinh dầu hoa lài thu được từ phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính: một lớp than hoạt tính, một lớp hoa lài, tiếp theo một lớp than lại một lớp hoa lài, đậy kín bằng lớp giấy báo, lớp nylon giữ nhiệt thấp hơn 25 o C trong nhiều giờ (11 giờ – 60 giờ). Sau đó tách lớp than hoạt tính và dùng cồn 96 o chiết lấy tinh dầu hoa lài. Cũng có thể sử dụng phương pháp ly trích bằng dung môi ether etylic [2]. 18 Trước đây phương pháp hấp thụ (enfleurage) là phương pháp duy nhất được sử dụng để tách tinh dầu hoa lài tự nhiên ở vùng Grasse, tuy cho năng suất cao nhưng toàn bộ qui trình đều thực hiện rất thủ công, chủ yếu bằng tay, do đó dịch chiết cuối cùng rất mắc tiền. Vì lý do đó người ta đã chuyển qua sử dụng dung môi dễ bay hơi để ly trích tinh dầu hoa lài, đặc biệt là petroleum ether. Ngày nay chỉ khoảng 15 % sản lượng hoa ở vùng Grasse thực hiện bằng phương pháp hấp thụ và 85 % còn lại thực hiện bằng dung môi [10]. Singh và More đã thu cô kết hoa lài bằng dung môi tách chiết là petroleum ether. Hoa lài được hái và mang về trước khi mặt trời mọc, hoa được trải lên trên giấy lọc để thấm bớt nước. Tiến hành ly trích 3 lần bằng cách ngâm hoa vào dung môi trong 30, 20 và 15 phút, sử dụng dung môi mới trong mỗi lần ly trích. Dịch ly trích được trộn lại và làm khan bằng Na 2 SO 4 . Dung môi được loại bỏ dưới áp suất kém (35 o C) đến khi nào khối lượng cô kết không đổi, cân khối lượng để tính % cô kết trên lượng hoa tươi [11]. 2.6. GIỚI THIỆU SẮC KÝ KHÍ VÀ SẮC KÝ KHỐI PHỔ 2.6.1. Sắc ký khí (GC) Nguyên tắc của sắc ký khí là mỗi cấu phần trong tinh dầu sẽ bị hấp thụ trên pha tĩnh của cột phân tích khác nhau nên có thời gian lưu khác nhau. Trên cơ sở khác nhau về thời gian lưu này mà người ta có thể định tính và định lượng cấu tử cần nghiên cứu. Hai bộ phận quan trọng nhất của thiết bị sắc ký khí là hệ thống cột tách và detector. Nhờ có khí mang, mẫu từ buồng bay hơi được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt. Quá trình sắc ký xảy ra ở đây, sau khi các cấu tử rời bỏ cột tách tại các thời điểm khác nhau các cấu tử lần lượt đi vào detector, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện, tín hiệu này được khuếch đại và xử lý trên hệ thống máy tính thành các peak khác nhau về cả chiều cao và diện tích [7]. Trên sắc ký đồ thu được ta có các tín hiệu ứng với các cấu tử được tách gọi là peak. Thời gian lưu của peak là đại lượng đặc trưng cho chất cần tách (định tính) còn diện tích peak là thước đo định lượng cho từng chất trong hỗn hợp nghiên cứu [7]. . 12 Bảng 2. 2. Hàm l ợng (%) các chất trong tinh dầu hoa l i miền Bắc và miền Nam Linalol Benzyl acetate Geraniol Indole Methylanthra -nilate Linalyl Acetate Hoa l i miền. [10 ]: Bảng 2. 3. Thành phần tinh dầu hoa l i ly trích bằng phương pháp hấp thụ Tên chất Hàm l ợng (%) Benzyl Acetate d- Linalool Linalyl acetate Benzyl alcohol Jasmone Indole Methyl anthranilate. tinh dầu hoa l i thu được từ phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính: một l p than hoạt tính, một l p hoa l i, tiếp theo một l p than l i một l p hoa l i, đậy kín bằng l p giấy báo, l p nylon