Tìm hiểu chung về terpenoids

Công nghệ chất thơm

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI
Page 1


Công nghệ chất thơm

TÌM HIỂU CHUNG VỀ TERPENOIDS
Giảng viên hướng dẫn :PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú
Sinh viên thực hiện: Hoàng Thị Trong - 20123635
Nguyễn Thị Hằng - 20123086
Nguyễn Tú Oanh - 20123398

Đề tài: Tìm hiểu chung về terpenoids.
Môn: Công nghệ chất thơm
Mã học phần : BF5440

GVHD: Nguyễn Thị Minh Tú
SVTH: Hoàng Thị Trong

20123635- KTTP 01- K57

Nguyễn Thị Hằng

20123086- KTTP 02- K57

Nguyễn Tú Oanh

20123395- KTTP 02-K57

Page 2


Công nghệ chất thơm

Mục lục
Giới thiệu chung
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.

Khái niệm và phân loại
Quy tắc của isoprene
Danh pháp của terpenoid
Vai trò của terpenoid trong tự nhiên
Phương pháp chiết và cách sử dụng của terpenoids
Nguồn cảm hứng từ thiên nhiên

Tài liệu tham khảo

Page 3


Công nghệ chất thơm

Giới thiệu chung
Trong tự nhiên, terpenoid chủ yếu có trong các loài thực vật. Chúng có vai trò quan trọng
đối với cơ chế bảo vệ cũng như trong việc sinh sản của nhiều loại cây, vì phát ra mùi
hương và dẫn dụ côn trùng thụ phấn. Các terpenoid tham gia vào những quá trình trao đổi
chất như các vitamin, tác dụng như các tác nhân điều tiết và đóng vai trò bảo vệ như
những chất chống oxy hóa. Con người sử dụng terpenoid dưới dạng các dịch chiết từ hoa,
quả và các bộ phận khác của cây, chúng được biết đến như những tinh dầu, chất thơm của
thực vật. Terpenoid có nhiều trong tinh dầu thảo mộc như tinh dầu thông, sả, quế, chanh,
cam, hoa hồng, cây linh sam, bạc hà, cây long não, .vv…và các dẫn xuất của chúng
(terpenoid) đã được sử dụng trong nước hoa, mỹ phẩm và thuốc men qua hàng ngàn năm
và vẫn đang được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên để phục vụ những lợi ích trên.
1.1.

Khái niệm và phân loại

Từ thực vật và động vật, chúng ta có thể sản xuất được rất nhiều các chất hóa học. Hầu
hết, chúng đều có cấu trúc dựa vào mạch carbon. Chính vì vậy trong hóa học hữu cơ
Carbon được xem là một nguyên tố chính. Hóa học của các sinh vật sống, hóa học trong
đời sống, các sản phẩm hóa học từ thực vật và động vật có thể phân loại dựa vào nó là
chất chuyển hóa sơ cấp hay thứ cấp.

Page 4


Công nghệ chất thơm
Chất chuyển hóa sơ cấp là những chất chuyển hóa chung cho tất cả các loài và có thể
được chia thành các nhóm chất như: protein, carbohydrate, chất béo và axit nucleic. Bốn
nhóm này đã được định nghĩa và chỉ rõ cấu trúc hóa học đối với riêng từng chất.
Các chất chuyển hóa thứ cấp thường được gọi tắt là "hợp chất thiên nhiên". Chúng có thể

được phân chia thành các nhóm: Terpenoids, alkanoid, shikimate, polyketides. Sự phân
chia này dựa vào nguyên vật liệu đã tạo ra. Các đường tổng hợp đó được gọi là sinh tổng
hợp hoặc là đường sinh học di truyền.
Đối với chất chuyển hóa thứ cấp có thể phổ biển ở một số loài hoặc một loài sinh vật.
Các loài liên quan thường có các sản phẩm chất chuyển hóa thứ cấp tương đồng hay có
liên quan với nhau. Vì vậy một số loài có thể được phân loại dựa theo chất chuyển hóa
thứ cấp mà chúng tạo ra. Phân loại như vậy được gọi là “nguyên tắc phân loại theo chất”.
Đôi khi phát hiện thấy hai loài thực vật có bề ngoài giống nhau cũng là cách mà các nhà
sinh vật học dùng để phân loại nhưng ở một số loài chất chuyển hóa thứ cấp do chúng tạo
ra lại khác nhau. Ví dụ như có hai bông hoa trông rất giống nhau nhưng một bông hoa lại
không có mùi thơm trong khi bông hoa còn kia có mùi thơm lan tỏa rất mạnh do tạo ra
chất terpenoid có mùi thơm ngát. Các loài khác nhau như vậy được gọi là kiểu hóa
học( chemotypes).
Terpenoids được tìm thấy như một chất với cấu trúc phân tử bao gồm các bộ khung
carbon tạo nên từ các đon vị isoprene( 2-methylbuatl-1,3-diene) . Isoprene bao gồm 5
nguyên tử carbon và vì thế số nguyên tử carbon trong mỗi terpenoid là bội của năm. Sản
phẩm phân hủy của terpenoid trong đó các nguyên tử carbon đã bị mất qua quá trình hóa
học hoặc sinh hóa có thể chứa số lượng khác nhau của các nguyên tử carbon, nhưng cấu
trúc tổng thể của chúng sẽ chỉ ra các gốc terpenoid của chúng và vì vậy vẫn sẽ được xác
định là terpenoids.
Phân loại
Tên gọi chung “ terpene” đã được sử dụng đầu tiên từ các hydrocacbons tìm thấy trong
nhựa thông. Hậu tố “ene” cho biết trong cấu trúc có gắn với các olefin( anken- CnH2n,
n≥2 ). Mỗi nguyên liêụ gồm 2 Isoprene do vậy sẽ có 10 nguyên tử carbon. Nguyên liệu
có chứa 20 nguyên tử carbon được gọi là diterpenes. Mối liên hệ từ isoprene đã được phát
hiện trong một thời điểm nào đó monoterpene và diterpene đã được thiết lập. vì thế trong
cùng một họ thì hầu hét đều chứa cấu trúc cơ bản. Các chất chỉ chứa một đơn vị isoprene
được gọi là hemiterpenoids.

Page 5

Công nghệ chất thơm
Bảng 1.1. Cho thấy sự phân chia khác nhau của terpenoids. Cho thấy phân chia ra 2 nhóm
riêng biệt của nguyên liệu terpenoid cụ thể là carotenoid và steroids. Steroid và
carotenoid tương ứng sẽ là nhóm phụ của diterpenoids và triterpenoid.
Table 1.1. sự phân loại của terpenoids
Tên
Số đơn vị isoprene
Số nguyên tử carbon
hemiterpenoids
1
5
monoterpenoids
2
10
Sesquiterpenoida
3
15
diterpenoids
4
20
sesterterpenoids
5
25
triterpenoids
6
30
tetraterpenoids
8

40
polyisoprenoids
>8
>40
Steroids triterpenoids được tạo ra Diels’s hydrocarbon khi chưng cất từ bụi kẽm
Carotenoids
8
40
1.2.

Quy tắc của isoprene

Các quy tắc isoprene được Wallach đề xuất vào năm 1887, xác định terpenoids là chất có
chứa một bộ khung carbon hình thành bởi các đơn vị isoprene. Isoprene( 2-methylbuta1,3-dien) chính là “nền tảng xây dựng” của terpenoids. Nếu như chúng ta phát hiện thấy
một gốc 2-methylbutane, chúng ta có thể xem xét các phân tử có đầu và đuôi với đầu có
nhánh gắn thêm một phân tử và ở phần đuôi cũng như thế. Vì vậy, trên nguyên tắc, 2 đơn
vị isoprene có thể tham gia vào đầu- đầu, đầu- đuôi, đuôi-đuôi. Nhưng đến nay các phản
ứng tổng hợp phổ biến nhất là đầu- đuôi.
Hình 1.1 cho thấy 2 đơn vị isoprene gắn kết vào nhau ở phần đầu và đuôi để tạo ra một
bộ khung monoterpenoid. Thỉnh thoảng, một cột đuôi nối xảy ra. Đây là tính chất đặc
trưng của steroid và carotenoids. Trong cả 2 loại này, có một sự kết hợp chính xác giữa 2
đuôi với nhau tại trung tâm cấu trúc, loại khác có thể liên kết vào đầu- đuôi. Giả thuyết
kết hợp tại đầu- đầu
không xảy ra.

Page 6


Công nghệ chất thơm

Hình 1.1. Kiểu kết hợp đầu đuôi của 2 tiểu đơn vị isoprene.
Sau khi hình thành các bộ khung cơ bản gồm 5 carbon, chuỗi đấy có thể sắp xếp lại thành
các vòng và chức hóa bởi sự ra đời của oxy hoặc nguyên tử khác.
Hình 1.2. cho thấy cách làm thế nào để các isoprene và bộ khung ban đầu có thẻ tìm ra 3
terpenoid đơn giản. Đôi khi xảy ra sự sắp xếp lại cấu trúc làm cho quy trình trở nên khó
khăn hơn và các liên kết phân mảnh ra hoặc sự tác dụng qua lại bị giảm, điều đó dẫn đến
có thể làm giảm số nguyên tử carbon. Do đó, công thức tối giản không có nhiều công
thức là bội của 5 carbon. Vì vậy, các sản phẩm từ thiên nhiên vẫn tiếp tục công nhận khi
có bộ khung terpen đặc trưng của cấu trúc. Đôi lúc các phân tử chứa cả các mảnh
terpenoid và các mảnh vỡ từ các lớp học sinh học khác.

Page 7


Công nghệ chất thơm
Hình 1.2. Một số terpenoid và cách sắp xếp các tiểu đơn vị isoprene tạo
sườn carbon tương ứng
1.3. Danh pháp terpenoid
Các terpenoid được chia thành các nhóm và phân nhóm dựa theo chất được tổng hợp một
cách tự nhiên của chúng và do đó, các khung cấu trúc của chúng kể từ khi xuất hiện trực
tiếp từ quá trình sinh tổng hợp. theo như mô tả ở trên, sự phân loại cơ bản đầu tiên dựa
vào số đơn vị isoprene tạo nên terpenoid. Tên của các nhóm đã được nói rõ trên bảng 1.1.
Phân loại tiếp theo dựa vào cấu trúc dạng chuỗi còn hở hay chuyển thành 1 mạch vòng,
hai hoặc ba vòng.
Tập hợp các terpenoid có bộ khung cấu trúc như nhau cùng được đặt tên sau khi là một
chất chính thức terpenoid, thường hoặc là phổ biến nhất hoặc là người đầu tiên đã được
phát hiện. bảng biêu thị tên của terpenoid đã được định sẵn trong cuốn từ điển của
Devon và Scott. Danh pháp từng terpenoid thông thường sử dụng trong bảng hệ thống
IUPAC hoặc CAS. Tuy nhiên, nó thường thuận tiện hơn khi sử dụng tên gọi thông thường
bằng tên bán hệ thống bắt nguồn từ họ kết cấu nên terpenoid từ các vấn đề thuộc về

nguyên liệu. Các tên gọi thông thường luôn có mối liên quan đến nguồn gốc tự nhiên
trong đó tìm thấy terpenoid.
Một ví dụ về sự tồn tại của hệ thống, tên bán hệ thống và tên thông thường, chúng ta có
thể xem xét monoterpenoid xeton, carvone. Trong tự nhiên Carvone xuất hiện cả hai cấu
trúc đối hình leavo trong cây bạc hà và dextro trong cây cọ tán( tên khoa học là carum
carvi). Tên thông dụng của Carvone xuất phát từ tên Latin của cây Carum. Khung cấu
trúc carbon cơ bản là 1-isopropyl-4-methylcyclohexane. Cấu trúc đấy rất phổ biến trong
tự nhiên và đặc biệt quan trọng trong giống Mentha( họ bạc hà), bao gồm rất nhiều loại
thực vật của họ bạc hà như cây húng, bạc hà, hương nhu…Kể từ khi nó hình thành khung
cấu trúc của hầu hết các thành phần quan trọng của dầu bạc hà. Các bộ khung được gọi
tên là p-menthane và hệ số sử dụng cho nó được hiển thị trong hình 1.3. Chính vì vậy, bất
kỳ tên sau đây có thể được sử dụng để mô tả các phân tử tương tự: carvone, p-mentha1,8-dien-6-one và 1-methyl-4-(1-methylethenyl) cyclohex-1-ene-6-one. Để phân loại nó,
chúng ta có thể nói nó là một xeton không no của họ p-methane của monoterpenoids.
Chữ hy lạp được sử dụng theo nhiều cách khác nhau để phân biệt các đồng phân
terpenoids. Chúng có thể chỉ ra thứ tự mà các đồng phân được phát hiện hoặc sự phong
phú tương đối của chúng trong tinh dầu. Ví dụ, α-pinene là thành phần quan trọng nhất
của nhựa thông, thường chiếm đến ¾ trọng lượng dầu. Thành phần quan trọng tiếp theo
là ß-pinene. Các cấu trúc đó được thể hiện ở hình 1.4.

Page 8


Công nghệ chất thơm

Hình 1.3 Carvone và sườn p-menthane .

Hình 1.4. các đồng phân của pinene

Page 9

Công nghệ chất thơm

Hình 1.5. các đồng phân của ionone và patchoulene
Trong trường hợp, các terpenoids có cấu trúc chứa vòng , ký hiệu α, ß và γ thường nói
đến vị trí liên kết đôi trong đồng phân của các olefin( anken). Trong các trường hợp đấy,
ký hiệu dùng để chỉ ra liên kết đôi 3 nhóm thế ở trong vòng, ß cho ta biết được có liên

Page 10


Công nghệ chất thơm
kết đôi 4 nhóm thế và γ có 1 methylene ở bên ngoài vòng. Cấu trúc chung được biểu hiện
ở hình 1.5. Với các ví dụ về các đồng phân của ionones và patchoulene.
1.4 Vai trò của terpenoids trong tự nhiên.
Terpenoids được cung cấp bởi nhiều loại cây trồng thực vật,động vật và vi sinh vật.Đối
với tất cả các chất chuyển hóa,việc tổng hợp terpenoid như là chất chuyển hóa vào sinh
vật để sản xuất chúng,hầu như là không thay đổi, có một sự vận chuyển hữu hình mà nó
được tổng hợp.Vai trò của các sinh vật sống có thể nhóm lại thành 3 nhóm: nhóm chức
năng,bảo vệ, truyền thông tin.
Hình 1.6. cho ta thấy một số ví dụ về những chức năng của terpenoids,i.e những vai trò
quan trọng trong quá trình trao đổi chất của cơ thể được sản sinh ra từ terpenoids.Vitamin
A, hoặc retinol, là tiền thân cho các sắc tố trong mắt để phát hiện ra ánh sáng và do đó nó
đóng vai trò quan trọng quyết định đến thị giác.Vitamin E,hoặc tocopherol là chất chống
oxy hóa quan trọng, giúp ngăn chặn sự hư hại oxy hóa các tế bào. Vitamin D2 cũng được
biết như calaferol,điều chỉnh sự trao đổi chất canxi trong cơ thể và do đó nó cần thiết cho
việc xây dựng và duy trì xương. Chlorophull-chất diệp lục, một sắc tố được tìm thấy
trong lá cây màu xanh,ví dụ trong lá cây, chlorophull là một chất trọng trong quá trình
quang hợp giúp chuyển đổi từ CO2 sang glucose.
Có một số cách mà thực vật và động vật tự bảo vệ mình chính là sử dụng terpenoid.Có

hai cách phổ biến nhất là sản sinh ra các loại nhựa từ thực vật đã bị hư hại và sản sinh vật
chất (hữu hình) làm cho thực vật hay động vật không còn hấp dẫn đối với các loài ăn thịt.
Nhiều loại thực vật,khi bị thương chảy nhựa như là một cơ chế phòng vệ. Nhựa thông
được tạo ra bệnh khi vỏ cây thông bị hư hỏng như là một hàng rào vật lý ngăn cản sinh
vật gây bệnh. Cũng như vậy, cao su bài tiết nhựa để phòng thủ.

Page 11


Công nghệ chất thơm

Hình 1.6. chức năng của terpenoids
Các cây bụi Comiphora abyssinica sinh ra một loại nhựa có chứa một số hợp chất kháng
khuẩn và kháng nấm. Một trong số đó là dẫn xuất eudesmane, nó được thể hiện ở hình
1.7. Vai trò của nhựa là bịt vết thương và ngăn ngừa vi khuẩn và nấm xâm nhập,gây hại
thực vật. Có một loại nhựa có mùi dễ chịu và nó đã được đưa vào sử dụng như một thành
phần trong nước hoa dành cho đàn ông. Nó được biết đến như một loại nhựa cây mật hy
lạp (Nhựa thơm ). Do đặc tính kháng khuẩn của nó,nhựa thơm cũng được sử dụng như
một loại khử trùng và bảo quản, ví dụ như trong việc ướp xác.
Trầm hương thuộc giống Boswellia,được sử dụng trong các nghi lễ tôn giáo trong hàng
ngàn năm qua. Do đó,hai trong ba món quà dành cho trẻ em trong dịp giáng sinh là thành
phần nước hoa có chứa các terpenoid. Sự hiểu biết về terpenoid giúp chúng ta hiểu được
biểu tượng,vàng,nhũ hương đại diện là mộc dược ( nhựa thơm), tách biệt ra lần lượt, loại
tốt nhất, linh mục, sự cúng thần, sự hy sinh.
Bufotalin cũng thể hiện trong hình 1.7,như là cardiac glucosicle có chức năng như một
chất kích thích tim. Nó được sản xuất từ cóc để ngăn chặn các động vật khác săn lùng,sẽ
làm cho những kẻ săn mồi sớm nhận ra rằng con cóc không phải là món ăn ngon. Tương
tự như vậy,thực vật tự sản xuất terpenoid làm cho côn trùng khó chịu và không ăn bộ lá
của chúng. Hai trường hợp được thể hiện ở trong hình 1.7. Đầu tiên là azadirachtin được
sản xuất từ Melia azadirachtin và cũng như cây nem ở Ân độ, Azadirachta indica. Hai là

warburganal bao gồm 2 andehit và một trong số đó là α,β –không bão hòa. Do đó nó có
khả năng chịu tác động của các Nucleophilic cũng như các nguyên tử N của protein và
acid nucleic. Đặc tính này làm cho da bị nhạy cảm ( có thể gây ra một số phản ứng làm
cho da bị dị ứng ở một số đối tượng khi tiếp xúc lặp lại) và chất gây ung thư da. Do đó,nó
là một trở ngại vì nó nó chứa gấp đôi mùi khó chịu và độc tính cao. Trong hình ,các mũi
tên chỉ ba vị trí tiềm năng để tấn công nucleophilic.

Page 12


Công nghệ chất thơm

Hì
nh 1.7. Dẫn xuất eudesmane
Terpenoids cũng luôn được sử dụng như chất hóa học truyền tín hiệu. Nếu sự truyền tín
hiệu giữa các bộ phận khác nhau của cùng cơ thể,chất truyền tín hiệu được gọi là hoocmôn. Trường hợp của hooc môn được chỉ ra ở trong hình 1.8. Axit Giberellic là một
hooc-môn để điều khiển tốc độ tăng trưởng cho các loại thực vật. Testosterone và
oestrone là hooc-môn giới tính của động vật có vú. Chất mang tín hiệu từ một sinh vật
khác được gọi là Simiochemicals. Nó có thể chia làm hai nhóm chính. Nếu tín hiệu giữa
hai thành viên của cùng loại,chất truyền tín hiệu được ngọi là pheromone. Pheromone
mang nhiều thông tin khác nhau. Không phải tất cả các loài đều sử dụng nhiều
pheromone.Trong những loài,một số có thể chỉ sử dụng một hoặc hai pheromones ,trong
khi những cái khác đăc biệt là các loài côn trùng có tính chất thành viên trong một tập thể
( có tính chất xã hội) như ong, kiến, mối đều sử dụng một loạt các tín hiệu hóa học để tổ
chức hoạt động sống của chúng.
Pheromone giới tính là một trong những loại phổ biến nhất. Sâu bướm đực có thể phát
hiện những con cái bằng mùi ở khoảng cách xa nhiều dặm. Một số pheromom terpenoid
được thể hiện trong hình 1.9. Androst-16-en-3-ol là pheromone giới tính có trong lợn và
hợp chất khác cái mà phát hiện ra “mùi hôi thối của lợn rừng” của loài lợn.
Page 13

Công nghệ chất thơm

Hình 1.8. Hooc môn testosterone và oestrone

Hình 1.9. . Một số pheromom terpenoid
Page 14


Công nghệ chất thơm
(Mùi hôi thối của lợn rừng là mùi được thấy trong thịt lợn nhưng phải trong con lợn nái)
Nó được sinh ra từ lợn ,khi lợn rừng có dấu hiệu như chảy nước miếng và nhay nghiền
hàm.Khi phát hiện Pheromone không khí trong lợn nái ,phải ngay lập tức tiến hành “ giao
phối” trong sự sẵn sàng cho lợn.
Kiến và mối được sử dụng pheromone đường mòn để đánh dấu đường đi giữa các tổ và
nguồn thức ăn. Điều này giải thích tại sao loài kiến thường được nhìn thấy đi bộ hàng
một trong khoảng cách dài. Một trong những đường mòn pheromone như là
neocembrence-A được sinh ra và sử dụng bởi nhiều con mối của loài Nasutiermes
exitiousus Úc. Các loại côn trùng có tính chất xã hội cũng sử dụng báo động,tập hợp,phân
tán và pheromones để cảnh báo nguy hiểm và kiểm soát hai nhóm. Chẳng hạn,d-limonene
là sự báo động pheromone của Trypoden lineatum. Vì vậy,khi tiếp xúc với hai loại này sẽ
tạo ra những phản ứng trái ngược trong các loài mối, sức đẩy trong trường hợp thứ nhất
và sức hút,lôi cuốn trong trường hợp thứ hai.
Chất truyền tín hiệu giữa các thành viên của các loài khác nhau được gọi là
allelochemicals. Trong nhóm này, allomones, lợi ích cho người gửi tín hiệu, kairmones
nhận nó và với synomones của cả chất truyền tín hiệu và loài nhận lợi ích.Ví dụ được thể
hiện trong hình 1.10
Long não (C10H16O ) và d-limonene là allomones trong đó các cây sản sinh ra chúng
được bảo vệ khỏi sự tấn công của côn trùng bởi sự hiện diện của chúng.Ví dụ, Arthur

Birch, một trong những nhà hóa học tecpen vĩ đại của thế kỉ 20, báo cáo đã được tìm thấy
d-limionene,nhà hóa học sản xuất được một pheromone báo động các loài mối sống trong
cùng một khu vực. Tương tự antifeedants có thể được coi là allomones từ các máy phát
tín hiệu,thực vật, nhận được lợi ích từ việc không ăn chúng. Myrcene là một loại
Kairomone,trong đó nó được sản xuất bởi các loại thông Ponderosa và sự hiện diện của
nó thu hút những con bọ cái trên vỏ cây,Pendroctonous brevicomis. Geraniol được tìm
thấy trong hương thơm của nhiều loại hoa hồng. Sự hiện diện của nó thu hút côn trùng
tìm đến hoa và nó như một synomone từ côn trùng đã hút mật hoa và một loài cây được
thụ phấn.

Page 15


Công nghệ chất thơm

Hình 1.10. Chất truyền tín hiệu
Một loại terpeniod cái mà có đặc tính truyền tín hiệu khác thường là Nepetallactone.Điều này như là một hỗn hợp của 2 đồng phân,như đã thể hiện trong hình
1.11,chủ yếu là đồng phân trans và đồng phân phụ là đồng phân cis. Nepetalactone là
thành phần chính của dầu catnip hoặc cây bạc hà mèo ( cây bạc hà miêu ),chiếm 70-90 %
dầu. Đây là thuốc chống côn trùng,cái mà được các nhà máy sản xuất. Nó có tác dụng
đáng ngạc nhiên trên tất cả các giống mèo,từ mèo nhà,sư tử và hổ,cái loài bao gồm việc
chăm sóc và sự nghiền hành vi trong chúng.Đây có lẽ là hoàn toàn ngẫu nhên vì nó là khó
để nhìn thấy lợi ích từ thực vật.

Hình 1.11 đồng phân trans và đồng phân cis của Nepetal-lactone

Page 16


Công nghệ chất thơm

1.5 Phương pháp chiết và cách sử dụng của terpenoids
Nhiều thương phẩm sử dụng terpenoids phản ánh cách sử dụng tự nhiên . Những cái
được sản xuất trong tự nhiên có các hoạt tính sinh học có thể tìm thấy được ứng dụng
thương phẩm như các loại thuốc hoặc hạn chế tác nhân gây sâu bệnh. Trong trường hợp,
α-santonin được chiết xuất từ Levant wormseed, Artemisia maritime,được dùng như
thuốc trừ giun sán. Các chất độc của bao tay làm bằng da chồn là do glycosides terpenoid
có tác động kích thích mạnh mẽ trên cơ tim. Digitoxin là một glycoside của digitoxigenin
và được chiết xuất từ bao tay bằng da chồn để sử dụng trong các điều tri bệnh về tim
mạch. Các terpenoid có mùi khó chịu được sử dụng như là thành phần hương thơm trong
mĩ phẩm, đồ dùng vệ sinh và các sản phẩm trong nhà. Cineole được chiết xuất từ các loại
bạch đàn khác nhau, mục đích sử dụng trong nước hoa như là một chất chống sung huyết.

Hình 1.12.
digitoxigenin, , α-santonin và Cineole

cấu tạo của

Một số terpenoids cũng được sử dụng không phải bởi đặc tính tự nhiên mà bởi những đặc
tính vật lý hay hoặc hóa học của chúng.
Ví dụ:
- Cao su là một hợp chất cao phân tử của isoprene, chúng được sản xuất từ cây cao su
do đặc tính bài tiết mủ phòng thủ nhưng con người sử dụng cao su do đặc tính đàn hồi
của chúng.
- Nhựa thông có một lịch sử dài trong việc sử dụng như là một loại dung môi, đặc biệt

cho việc vẽ tranh tương tự nhựa sơn như một lớp sơn bên ngoài. Ngày nay, nhựa thông
cũng được sử dụng như một nguyên liệu cho quá trình tổng hợp các vật liệu khác nhằm
lợi ích thương mại ngoài ra nhựa thông còn dùng để tổng hợp một lượng lớn các loại
nguyên liệu nước hoa.
Page 17

Công nghệ chất thơm
Phương pháp được sử dụng để chiết các nguyên liệu nước hoa từ những nguồn tự nhiên
đã thay đổi trong thời gian qua do một phần đóng góp bởi sự tiến bộ của công nghệ. Tuy
nhiên, cả những phương pháp mới và cũ đều trải qua bốn giai đoạn cơ bản: khai thác, ép,
chưng cất và tách chiết dung môi.
Khi các loại dầu được ép ra khỏi các nguồn tự nhiên bởi sức ép vật lý, quá trình này được
gọi chung là ép và sản phẩm được gọi là dầu ép. Nếu bạn ép một miếng vỏ cam, bạn sẽ
nhìn thấy các tuyến dầu tiết ra và các bụi nước thơm của dầu cam chảy ra ngoài. Nhiều
loại dầu cam có giá trị thương mại điển hình như dầu cam hương bergamot đều được điều
chế theo quy trình này.
Terpenoid dễ bay hơi có thể được chiết tách từ các nguồn tự nhiên bằng việc chưng cất.
Do mùi thơm thường bay hơi nên chưng cất là một phần quan trọng cho việc tách các
nguyên liệu thơm. Việc chưng cất các nguyên liệu nước hoa từ các nguồn tự nhiên có thể
thực hiện trong ba cách: chưng cất khô, chưng cất hơi nước và hydrodiffusion.
•

Chưng cất khô:

- Nguyên lý: được thực hiện dưới nhiệt độ cao, thường là làm trực tiếp trên lửa, lửa
sẽ tiếp xúc với bề mặt của vật chứa nguyên liệu thực vật cần chưng cất.
- Ứng dụng: phương pháp này thường được dành cho các loại dầu thơm có độ sôi
cao, thường những loại có nguồn gốc từ gỗ, bởi vì nhiệt độ cao thì cần thiết để bay
hơi các thành phần hóa học.
- Ví dụ: Tinh dầu tuyết tùng và tinh dầu bạch dương là những loại dầu chính có được
do việc chưng cất khô. Dầu tuyết tùng và dầu bạch dương chứa các chất cháy đặc biệt,
quá trình nhiệt phân của nguyên liệu này tạo ra mùi khói.
•

Chưng cất hơi nước:
- Nguyên lý: trong quá trình chưng cất hơi nước, nước hoặc hơi nước được thêm
vào nồi hơi. Sự xuất hiện của nước ở nồi hơi trong quá trình chưng cất làm
nhiệt độ bị giới hạn dưới 100oC. Do đó ít sự phân hủy xảy ra trong quá trình
này ít hơn so với chưng cất khô. Tuy nhiên, trong một số trường hợp vẫn có sự
phân hủy xảy ra.
- Ví dụ: rượu cấp ba, đặc biệt nhiệt độ sôi cao nhất của rượu sesquiterpenoid và
diterpenoid, thể hiện trong các loại thực vật thường khử nước trong nồi và
chưng cất xảy ra như các hydrocacbon tương ứng. Hơi nước và nước dùng
trong chưng cất được tách ra khỏi nhau bằng bình Florentine dựa trên tỉ trọng
khác nhau của chúng. Nước đã dùng trong chưng cất đôi khi được sử dụng lại.
Hình 1.13 thể hiện một sơ đồ tượng trưng đơn giản của bình Florentine.
Page 18


Công nghệ chất thơm
•

Hydroffusion:
- Nguyên lý: Là một dạng của chưng cất hơi nước. Tuy nhiên, quá trình này thực
hiện từ trên xuống dưới do hơi được đặt ở đỉnh của nồi hơi, hỗn hợp nước và
dầu tách ra ở dưới đáy. Các nguyên liệu thực vật được khuếch tán qua các
màng tế bào đi vào hơi nước sau đó được vận chuyển đến đáy của máy cất do
các luồng giảm dần lượng khí ngưng tụ. Do đó phương pháp này tiếp kiệm
năng lượng bởi vì nó không cần thiết làm bốc hơi dầu.

Nguyên liệu có được trong quá trình này được gọi là tinh dầu. Ví dụ: dầu có được bởi quá
trình chưng cất hơi của Hoa oải hương là tinh dầu hoa oải hương hoặc dầu oải hương.
Khái niệm tinh dầu nảy sinh từ lý thuyết Aristotelian vẫn tiếp tục được sử dụng và bao
gồm bốn thành phần: lửa, không khí, đất và nước. Thành phần thứ năm, hay nguyên tố

thứ năm, được đánh giá là tinh thần. Chưng cất được tin là để tách linh hồn của các loài
thực vật từ các tính chất vật lý của nó. Do đó khái niện linh hồn hay tinh dầu được áp
dụng trong chưng cất. Đôi khi, các monoterpene hydrocacbon được loại bỏ khỏi dầu bởi
quá trình chưng cất hoặc chiết dung môi để cho một mùi thơm tốt hơn trong sản phẩm.

Hình 1.14: Giản đồ chung cho các
quá trình chưng cất

Page 19


Công nghệ chất thơm

Hình 1.14 : Quá trình chưng cất
Terpenoid cũng có thể được chiết xuất từ các nguồn thiên nhiên bởi tách chiết dung môi.
Nhiều thành phần nước hoa đã được thực hiện theo cách này trong hàng ngàn năm qua và
một ngôn ngữ đã được phát triển để mô tả vố số quá trình và sản phẩm được tạo ra.
Chúng được tổng kết trong hình 1.5. Qúa trình được viết tắt với các tên kỹ thuật cho một
số sản phẩm viết hoa.

Hình 1.15. Sơ đồ chiết dung
Page 20


Công nghệ chất thơm

Chiết ethanolic hiếm khi được sử dụng cho nguyên liệu thực vật bởi vì nước chiếm phần
trăm cao hơn hẳn so với dầu trong thực vật đặc biệt trong các nguyên liệu như long diên
hương. Cá voi sản xuất ra long diên hương trong đường ruột trong môi trường biển và khi
tiếp xúc với nước mặn, không khí và ánh sáng, trải qua một loạt phản ứng phức tạp của

sự thoái hóa để sản xuất ra nguyên liệu long diên hương. Chất sáp này được tìm thấy nổi
lên trên mặt biển hoặc dạt vào các bãi biển. .
Enfleurage được sử dụng bởi người Hy Lạp cổ để chiết các chất thơm từ các nguyên liệu
và dịch chiết thực vật. Nó tiếp tục được sử dụng đến đầu thế kỷ 20 nhưng đến bây giờ nó
không có ý nghĩa thương mại. Trong phương pháp tách hương liệu từ hoa, các nguyên
liệu tự nhiên được đưa vào tiếp xúc trực tiếp với mỡ nguyên chất. Cánh hoa được ép vào
một miếng mỡ mỏng, dầu nước hoa khuyếch tán vào miếng mỡ theo thời gian và sau đó
miềng mỡ có thể được làm tan và toàn bộ hỗn hợp được lọc để loại bỏ tạp chất đất. Khi
làm lạnh, các chất béo tạo thành sáp thơm. Mặc dù sáp thơm chứa các mùi thơm có
nguồn gốc từ thực vật nhưng không dễ thu được chất thơm do nồng độ tương đối thấp và
chất béo không phải là nguyên liệu dễ dàng để kiểm soát, ngoài ra nó cũng dễ dàng bị ôi,
hỏng. Người Hy Lạp cổ thường sử dụng sáp thơm trực tiếp lên đầu của họ, nhưng trong
thời gian gần đây, nó thường được dùng để chiết chất béo với ethanol. Mùi thơm của dầu
được hòa tan trong alcohol do mức độ oxi hóa. Chất béo thường được sử dụng trong việc
chiết tách bất kì loại chất thơm nào, chất béo và sáp được chiết suất từ các loại cây cùng
với dầu, chúng không hòa tan được trong ethnol và vì vậy được tách khỏi dầu. Chưng cất
các sản phẩm có thể tuyệt đối loại bỏ ethanol.
Kỹ thuật tách chiết quan trọng nhất hiện nay là tách chiết dung môi đơn giản. Dung môi
truyền thống cho việc tách chiết là benzene, hiện nay nó đã bị thay thế bởi một số loại
dung môi khác do lo ngại về tác dụng độc hại có thể có của benzen với những người
thường xuyên tiếp xúc với nó. Ete dầu, aceton, hexance và ethy acetate, kết hợp chúng lại
với nhau sẽ tạo ra một loại dung môi cho việc tách chiết. Gần đây, có một lượng lớn sự
quan tâm trong việc sử dụng dung dịch carbon dioxide như là một chất dung môi tách
chiết. Do hóa long CO2 ở nhiệt độ môi trường cần áp suất lớn nên chi phí cho thiết bị sẽ
đắt. Điều đó đã phản ánh trong giá của các sản phẩm dầu. Tuy nhiên, carbon dioxide đã
có nhiều lợi ích không dễ dàng gì có thể thay thế và sử dụng CO2 không có nhiều lo ngại
gì về mức dư lượng dung môi.

Page 21

Công nghệ chất thơm
1.6 Nguồn cảm hứng từ thiên nhiên
Tính chất hóa học của Terpenoid rất phong phú và đa dạng, con người đã phát hiện ra
nhiều tính chất của Terpenoid khi nỗ lực tìm hiểu về chúng. Một ví dụ được thể hiện qua
các nghiên cứu của Wagner và Meerwein, những nghiên cứu của họ đã mở đường cho
nhiều nghiên cứu sau này. Những nghiên cứu đó đã đóng góp đáng kể vào những hiểu
biết nền tảng về đặc tính và những phản ứng của carbon dioxide.
Trong một số trường hợp, mức độ của Terpenoid trong các nguồn tự nhiên thì quá thấp để
tạo ra sự khả thi trong thương mại. Một ví dụ là paclitaxel nó được sản xuất bởi thủy tùng
Thái Bình Dương, taxus brevifolia. Paclitaxel đã được chứng minh là một tác nhân hiệu
quả trong điều trị ung thư vú và buồng trứng. Tuy nhiên, nồng độ của Paclitaxel trong vỏ
của cây thì quá thấp nó có thể phải cần đến ba cây trưởng thành để sản xuất lượng
Paclitaxel cần thiết điều trị cho một bệnh nhân. Những cây trưởng thành trong trường hợp
này có nghĩa là phải đến hàng trăm tuổi. Số lượng cây hạn chế trên thế giới chỉ có thể
điều trị cho một phần nhỏ số lượng phụ nữ mắc bệnh. Do đó đã có nhiều hoạt động trong
nỗ lực sản xuất hoặc tổng hợp toàn bộ hoặc một phần Paclitaxel. Hiện nay có nhiều hoạt
động nghiên cứu trong việc tìm kiếm các chất có thể dễ dàng sản xuất và ức chế lại sự
hoạt động của các tế vào ung thư tương tự như Paclitaxel.

Hình 1.16: Cấu tạo hóa học của
Paclitaxel
Thế giới tự nhiên chứa đựng một nguồn cảm hứng lớn cho hóa học và các nguyên liệu
thơm ngày nay, thuốc và hóa chất nông nghiệp được tái tạo từ terpenoids tự nhiên hoặc
những chất gần tương tự chúng.

Page 22


Công nghệ chất thơm

Tài liệu tham khảo
1.1.
1.2.
1.3.

T.K Devon and A.I. Scott, Handbook of Naturally Occurring Compounds, Vol.2,
the Terpenes, Academic press, LonDon, 1972.
A.J. Birch, J. Proc. R. Soc. New South Wales, 1938, 71, 259.
M.H. Boelens, F. Valverde, L. Sequeiros and R. Jimenez, Perfumer and Flavorist,
1990, 15, 11.

Page 23