Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu cây Oải hương (Lavandula angustifolia Mill.) thu nhận bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

751 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HÀM LƢỢNG TINH DẦU CÂY OẢI HƢƠNG (LAVANDULA ANGUSTIFOLIA MILL.) THU NHẬN BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHƢNG CẤT LÔI CUỐN HƠI NƢỚC Lê Thị Ngọc Diễm, Trịnh Thị Lan Anh* Viện Khoa Học Ứng Dụng, trường Đại học Công nghệ Tp. HCM (HUTECH) *Email: lananh0110@yahoo.com, ttl.anh@hutech.edu.vn TÓM TẮT Hoa Oải hương là loài được trồng phổ biến khắp thế giới, nhưng ở Việt Nam loài này mới được du nhập và trồng trong thời gian gần đây. Tinh dầu hoa Oải hương là một trong những loại tinh dầu thương mại quan trọng trên thế giới, vì vậy việc thu nhận tinh dầu này đóng vai trò rất quan trọng. Trong nghiên cứu này các yếu tố như kích thước nguyên liệu (cắt nhỏ 1 cm; xay nhuyễn 1 phút), độ héo của nguyên liệu (0 h - nguyên liệu tươi, nguyên liệu làm héo: 24 h; 48 h; 72 h; 96 h), nồng độ muối NaCl (0%; 5%; 10%; 15%; 20%). thời gian ngâm mẫu (0 phút; 15 phút; 30 phút; 45 phút và 60 phút). Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu này là hoa Oải hương (Lavandula angustifolia Mill.) được thu nhận tại số 60 Vạn Thành, phường 5, thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng. Kết quả nghiên cứu cho thấy các cành hoa được làm héo ở thời gian là 72 giờ đến độ ẩm 22,89%, sau đó được cắt nhỏ đến kích thước khoảng 1 cm; tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1/4,5, thời gian ngâm mẫu (30 phút), tỷ lệ muối NaCl (15%), thời gian trích ly là 60 phút cho hàm lương tinh dầu sau khi chưng cất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn cao nhất đạt 1,816%. Từ khóa: Hoa Oải hương (Lavandula angustifolia Mill.), chưng cất lôi cuốn hơi nước, độ héo nguyên liệu, nồng độ muối NaCl, thời gian ngâm mẫu. 1. GIỚI THIỆU Cây Hoa Oải hương (Lavandula angustifolia Mill.) là một loài thực vật thuộc chi Lavandula họ hoa môi (Lamiaceae). Cây Oải hương là cây bụi thường niên có mùi thơm nồng, xuất xứ từ vùng Địa trung hải, lá thường xanh dài từ 2 – 6 cm và rộng 4 – 6 mm. Những bông hoa có màu tím nhạt (màu Oải hương) được tạo ra trên các cành dài 2 – 8 cm ở phần đầu mảnh mai không có lá (Sellar, 2001 ; Lawless, 2002). Hàng thế kỷ nay, Oải hương đã được dùng như một loại thảo mộc kẹp trong nhà bếp. Trà làm từ những bông hoa có tác dụng làm dịu cơn nhức đầu. Nước rửa mặt từ hoa Oải hương kích thích tế bào phát triển và giúp chống mụn. Oải hương cũng được dùng làm thuốc an thần, và cả chất kháng khuẩn (Kulevanova et al., 2000). Oải hương có tính sát trùng mạnh, giúp làm lành vết thương, vết phỏng (được dùng nhiều trong thế chiến thứ nhất và thứ hai). Oải hương thường được chiết xuất lấy tinh dầu để sử dụng làm kem dưỡng da, xà phòng và nước hoa. Nhưng trên thực tế, Oải hương còn có tác dụng làm giảm đau và được làm thuốc chống đau, tẩy trùng (Paul et al., 2004). Theo phương pháp truyền thống thì Oải hương sử dụng để chăm sóc da khi bị viêm, chữa mụn trứng cá, côn trùng cắn, vết bỏng, rám nắng hoặc vết chàm. Các thành phần hóa học chính của dầu Oải hương là 1-pinen, limonene, 1,8-cineole, cis-ocimene, trans- ocimene, 3-octanone, camphor, linalool, linalyl acetate, caryophyllene, terpinen-4-ol và lavendulyl acetate. 752 Các đặc tính chữa bệnh của dầu hoa Oải hương là chất khử trùng, giảm đau, chống co giật, chống trầm cảm, chống thấp khớp, chống co thắt, chống viêm, kháng virus, diệt khuẩn, thuốc thông mũi, khử mùi, thuốc lợi tiểu, hạ huyết áp, hưng phấn thần kinh, thuốc an thần, làm chảy mồ hôi và làm lành thương tích. Tinh dầu hoa Oải hương có thể được chiết xuất dễ dàng bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Thời gian chưng cất ngắn, nhiệt độ chưng cất cao sẽ làm các phân tử có trong tinh dầu có thể bị bẻ gẫy, nếu thời gian chưng cất quá lâu tinh dầu sẽ có mùi khó chịu, theo Pitman thì 75% lượng tinh dầu Oải hương thu được sau 25 phút chưng cất, nhưng các hợp chất như coumarin phải mất 50 – 80 phút mới chưng cất được (Pitman, 2004). Cây Oải hương là cây quen thuộc trên thế giới nhất là các nước châu Âu, nhưng với nước ta đây là cây mới di thực gần đây vì vậy cần được nghiên cứu trồng, trích ly thu nhận tinh dầu và ứng dụng trong các lĩnh vực quan trọng như dược phẩm và mỹ phẩm. Hình 1. Cành hoa Oải hương (Lavandula angustifolia Mill.) được sử dụng làm nguyên liệu để thu nhận tinh dầu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1. Nguyên liệu Cây hoa Oải hương (Lavandula angustifolia Mill.) được sử dụng trong nghiên cứu được thu hái tại số 60 Vạn Thành, phường 5, thành phố Đà Lạt, tỉnh Lâm Đồng, độ ẩm của nguyên liệu sau khi thu hái ở mức tương đối cao (74,99%). Trong nghiên cứu này, tiến hành so sánh giữa nguyên liệu cành hoa tươi và cành hoa làm héo nhằm khảo sát hàm lượng tinh dầu Oải hương thu được giữa các loại nguyên liệu để thu được hàm lượng cao nhất. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu này chúng tôi trích ly tinh dầu bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước, vì quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản, thiết bị gọn, không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp trẩm tích hấp thụ (Ziegler, 2007). Các yếu tố khảo sát là: nguyên liệu cắt nhỏ/xay nhuyễn (1 phút), thời gian làm héo, tỷ lệ nguyên liệu/nước, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly. Sau khi đã chọn được giá trị thích hợp của các yếu tố nghiên cứu, giá trị này được cố định trong các thí nghiệm tiếp theo để khảo sát ảnh hương của các yếu tố còn lại đến hàm lượng tinh dầu thu được. Trong đó, thí nghiệm lựa chọn kích thước nguyên liệu được khảo sát với hai loại nguyên liệu là cắt nhỏ (1 cm) và xay nhuyễn (1 phút). Để xác định ảnh hưởng của độ héo nguyên liệu đến khả năng trích ly hàm lượng tinh dầu hoa Oải hương, độ héo của nguyên liệu (các mốc thời gian làm héo nguyên liệu được khảo sát là: nguyên liệu tươi, nguyên liệu làm héo: 24 giờ, 48 giờ, 72 giờ, 96 giờ). Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến quá trình trích ly, thí ngiệm đã được tiến hành khảo sát các nồng độ muối như sau: 0% (0 g/450 ml nước cất), 5% (22,5 g/450 ml nước cất), 10% (45 g/450 ml nước cất), 15% ( 67,5 g/450 ml nước cất). Sau khi khảo sát nồng độ muối thích hợp áp dụng 753 cho tất cả các nghiên cứu tiếp theo. Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm muối đến hàm lượng tinh dầu Oải hương, thời gian ngâm được khảo sát: 0 phút, 15 phút, 30 phút, 45 phút và 60 phút, cố định các yếu tố đã tối ưu. Một số chỉ tiêu hóa lý cơ bản của nguyên liệu đã được xác định bao gồm đánh giá cảm quan, định lượng tinh dầu, xác định tỷ trọng (TCVN 189:1993). Tỷ trọng (d) được đo ở 25o C (TCVN 189:1993), được tính bằng công thức: D = (G – G2)/(G – G1) Với: G: Khối lượng của ống tiêm không, tính bằng gam (g); G1: khối lượng của ống tiêm và nước cất, tính bằng gam (g); G2: khối lượng của ống tiêm và tinh dầu, tính bằng gam (g); Cứ như thế lập lại nghiệm thức 3 lần: D(tb) = (D1 + D2 + D3)/3. 2.3. Thống kê và xử lý số liệu Xử lý số liệu thu được bằng phần mềm Microsoft Excel 2016 và phần mềm SAS 9.1. Tất cả các số liệu sau khi thu thập ứng với từng chỉ tiêu theo dõi, được thống kê và biểu diễn dưới dạng các số liệu giá trị trung bình cùng ký tự a, b, thì không có sự khác biệt về mặt thống kê. Các mẫu tự khác nhau (a, b,) chỉ sự sai khác có ý nghĩa thống kê với p < 0,05, LSD (95%). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ảnh hƣởng của các yếu tố trích ly đến hàm lƣợng tinh dầu Oải hƣơng thu đƣợc bằng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc 3.1.1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu hoa Oải hương Việc khảo sát kích thước nguyên liệu trong quá trình trích ly là hết sức quan trọng, cần đảm bảo trích ly được hàm lượng tinh dầu Oải hương cao nhất. Biểu đồ 1. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hàm lượng tinh dầu Oải hương thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Kết quả thí nghiệm cho thấy mẫu hoa sau khi cắt nhỏ 1 cm thu được lượng tinh dầu cao hơn so với khi xay nhuyễn (1 phút). Cành hoa sau khi cắt nhỏ thu được hàm lượng tinh dầu là 1,436%. Cành hoa xay nhuyễn (1 phút) chỉ thu được hàm lượng tinh dầu là 0,456%, điều này có thể lý giải là do khi xay, tác động cơ học làm mô tế bào bị vỡ khiến cho tinh dầu bị giải phóng ra ngoài, việc xay nhuyễn làm cho nhiệt độ khối nguyên liệu tăng khiến tinh dầu bị bay hơi gây ra thất thoát khi chưng cất. 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian làm héo đến hàm lượng tinh dầu Oải hương Kết quả thí nghiệm cho thấy trạng thái của nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến hiệu suất chưng cất, nguyên liệu tươi thường có độ ẩm lớn (74,99%), khi làm héo sẽ giúp loại bớt lượng nước có trong nguyên liệu, giúp giảm thể tích nguyên liệu khi chưng cất, tuy nhiên việc làm mất nước nguyên liệu cũng dẫn đến làm mất tinh dầu, do vậy độ héo của nguyên liệu cần được khảo sát để chọn ra độ héo thích hợp. 1.436% 0.456% 0.000 2.000 Cắt nhỏ 1cm Xay nhuyễn 1 phút Kích thƣớc nguyên liệu Kích thước nguyên liệu 754 Biểu đồ 2. Ảnh hưởng của thời gian làm héo đến hàm lượng tinh dầu Oải hương thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Nguyên liệu Hoa Oải hương làm héo 72 h (độ ẩm nguyên liệu là 22,89%) thu được lượng tinh dầu cao hơn so với nguyên liệu tươi các thời gian làm héo khác. Cành hoa làm héo 72 giờ sau khi chưng cất thu được 1,616%, cành tươi thu được 1,316%, làm héo 24 giờ thu được 1,216%, làm héo 48 giờ thu được 1,466%, làm héo 96 giờ thu được 1,183%. Vì vậy, chúng tôi chọn thời gian làm héo nguyên liệu là 72 h cho các thí nghiệm tiếp theo. 3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hàm lượng tinh dầu Oải hương Khi chưng cất, tinh dầu tạo với nước thành hệ nhũ tương, việc cho muối NaCl vào hỗn hợp chưng cất để tránh thất thoát tinh dầu dưới dạng nhũ, làm giảm độ tan của một số thành phần không phân cực có trong tinh dầu vào nước. Đồng thời sẽ tạo thành dung dịch điện ly dẫn đến tăng nhiệt độ sôi (tăng áp suất hơi) của nước. Lượng tinh dầu thu được có thể giảm theo sự tăng nồng độ của muối do khi ở nồng độ cao thì các lớp biểu bì ngoài chứa tinh dầu co lại, ngăn cản sự thoát tinh dầu ra ngoài. Biểu đồ 3. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến hàm lượng tinh dầu Oải hương thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Kết quả thí nghiệm cho thấy khi bổ sung muối NaCl vào nước chưng giúp tăng đáng kể hiệu suất thu nhận tinh dầu, khi tăng nồng độ muối bổ sung vào nước chưng thì hàm lượng tinh dầu thu được tỷ lệ thuận với nồng độ muối (5 – 15%), tuy nhiên khi nồng độ muối quá cao (20%) lại làm giảm hiệu suất thu nhận tinh dầu, điều này là do khi áp suất thẩm thấu quá cao, tế bào mất nước nhanh, các lớp biểu bì co lại ngăn cản tinh dầu thoát ra làm giảm hàm lượng tinh dầu thu được. Vì vậy, chúng tôi chọn hàm lượng muối NaCl 15% cho các thí nghiệm tiếp theo. 3.1.4. Ảnh hưởng của thời gian ngâm muối NaCl đến hàm lượng tinh dầu Oải hương Thời gian ngâm nguyên liệu với dung dịch nước muối trước khi chưng cất có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng tinh dầu thu được. Do có thời gian để tạo sự thẩm thấu cho tinh dầu thoát ra môi trường bên ngoài nên khi chưng cất tinh dầu thu được nhiều ngay từ đầu và thể tích tăng đáng kể. Đồng thời muối sẽ làm tăng tỷ trọng của nước phá vỡ hệ nhũ tương tinh dầu-nước và tinh dầu bị hơi nước cuốn đi dễ dàng hơn khi chưng cất. Thời gian ngâm được khảo sát là: 0 phút, 15 phút, 30 phút, 45 phút và 60 phút, cố định các 1.316% 1.216% 1.466% 1.616% 1.183% 0.000 1.000 2.000 Cành tươi Héo 24h Héo 48h Héo 72h Héo 96h Thời gian làm héo nguyên liệu (h) Thời gian làm héo nguyên liệu (h) 0.583% 1.183% 1.233% 1.789% 1.416% 0.000 1.000 2.000 0 5 10 15 20 Nồng độ muối NaCl chƣng cất (%) Nồng độ muối NaCl chưng cất (%) 755 yếu tố đã tối ưu. Kết quả cho thấy việc ngâm nguyên liệu trước khi chưng cất cho hiệu quả trích ly tốt hơn, làm rút ngắn thời gian trích ly, tiết kiệm chi phí, tăng hiệu quả thu nhận tinh dầu và thời gian ngâm nguyên liệu là 30 phút cho khả năng thu nhận tinh dầu cao nhất đạt 1,816%. Chúng tôi chọn thời gian ngâm nguyên liệu trước khi chưng cất là 30 phút cho các thí nghiệm tiếp theo. Biểu đồ 4. Ảnh hưởng của thời gian ngâm mẫu đến hàm lượng tinh dầu Oải hương thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Thời gian ngâm với dung dịch nước muối trước khi chưng cất có ảnh hưởng đáng kể đến thể tích tinh dầu thu được. Do có thời gian để tạo sự thẩm thấu cho tinh dầu thoát ra môi trường bên ngoài nên khi chưng cất tinh dầu thu được nhiều ngay từ đầu và thể tích tăng đáng kể. Đồng thời muối sẽ làm tăng tỷ trọng của nước phá vỡ hệ nhũ tương tinh dầu – nước và tinh dầu bị hơi nước cuốn đi dễ dàng hơn khi chưng cất. Nhưng nếu ngâm quá lâu thì các lớp biểu bì ngoài chứa tinh dầu bị co lại, ngăn cản sự khuếch tán của tinh dầu ra ngoài nên hàm lượng tinh dầu thu được sẽ bị giảm. Hình 2. Tinh dầu Oải hương thu được sau chưng cất 3.2. Đánh giá các chỉ tiêu cơ bản Đánh giá cảm quan Tinh dầu Oải hương trích ly bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước thu được có tính chất sau: Màu: màu vàng nhạt trong suốt; Mùi: có mùi thơm đặc trưng; Vị: có vị gắt, the, và nồng. Xác định tỷ trọng tinh dầu Oải hương Bảng 1. Kết quả xác định tỷ trọng của tinh dầu Oải hương thu được bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Số lần G (g) G1 (g) G2 (g) D (g) 1 3,842 5,066 4,791 0,775 2 3,843 5,058 4,795 0,783 3 3,841 5,062 4,796 0,782 Trung bình 3,842 5,062 4,794 0,780 0.000 1.000 2.000 0 phút 15 phút 30 phút 45 phút 60 phút Thời gian ngâm nguyên liệu (phút) Thời gian ngâm nguyên liệu (phút) 756 4. KẾT LUẬN Từ nghiên cứu này, chúng tôi thu được các kết quả như sau: nguyên liệu: cành hoa cắt nhỏ 1 cm; thời gian làm héo là: 72 giờ; nồng độ muối NaCl: 15%; thời gian ngâm mẫu với NaCl: 30 phút. Hàm lượng tinh dầu hoa Oải hương thu được cao nhất là 1,816% khi tối ưu hóa các thông số trích ly. Tinh dầu Oải hương thu được trong nghiên cứu này có tỷ trọng là 0,780; có màu vàng nhạt, trong suốt, nhẹ hơn nước, có mùi đặc trưng, vị nồng. Nghiên cứu này cho thấy hiệu quả của việc thu nhận tinh dầu Oải hương bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước sau khi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa các thông số thu nhận tinh dầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lawless J. (2002). The Encyclopedia of Essential Oils. Thornsons, (2):117p. [2] Pitman V. (2004). Aromatherapy: a practical approach. Nelson Thornes. 111p. [3] Sellar W. (2001). The Directory of Essential Oils. Vermilion, 96p. [4] Kulevanova S., Stefkov G., Ristić M. (2000). Examination of flowers and essential oil of Lavandula officinalis grown on mountain Kozjak (Macedonia). Bull. Chem. Technol. Macedonia, 19(2):165- 173. [5] Paul J.P., Brophy J.J., Goldsack R.J., Fontaniella B. (2004). Biochem. Syst. Ecol. 32:55p. [6] Silva N.C.C., Fernandes J.A. (2010). Biological properties of medicinal plants: a review of their antimicrobial activity. J. Venom. Anim. Toxins incl. Trop. Dis vol.16 no.3 Botucatu. [7] Ziegler H. (2007). Flavourings Production, Composition, Applications, Regulations. Wiley. (58); 80-81. [8] Lis-Balchin M., Hart S. (1999). Phytother. Res. 13:540p. [9] Ghelardini C., Galeotti N., Salvatore G., Mazzanti G. (1999). Planta Med. 65:700p. [10] Gamez M.J., Jimenez J., Navarro C., Zarzuelo A. (1990). Pharmazie. 45:69p. [11] Buchbauer G., Jirovetz L., Jaeger W., Dietrich H., Plank C., Karamat E.Z. (1991). Naturforsch. C. 46:1067p.