Tải bản đầy đủ (.pdf) (209 trang)

Luận án tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu thu nhận tinh dầu và nhựa dầu từ chi Gừng (Zingiber) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.92 MB, 209 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ THỊ MỸ CHÂU

NGHIÊN CỨU THU NHẬN TINH DẦU VÀ NHỰA
DẦU TỪ CHI GỪNG (ZINGIBER) THUỘC HỌ GỪNG
(ZINGIBERACEAE) VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LÊ THỊ MỸ CHÂU

NGHIÊN CỨU THU NHẬN TINH DẦU VÀ NHỰA
DẦU TỪ CHI GỪNG (ZINGIBER) THUỘC HỌ GỪNG
(ZINGIBERACEAE) VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số: 9540101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. NGUYỄN THỊ MINH TÚ


2. GS. TS. TRẦN ĐÌNH THẮNG

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS. TS. Nguyễn Thị Minh Tú và GS. TS. Trần Đình Thắng. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận án là trung thực, chưa từng được tác giả khác công bố.
Người hướng dẫn khoa học

Tác giả luận án

PGS. TS. Nguyễn Thị Minh Tú GS. TS. Trần Đình Thắng

Lê Thị Mỹ Châu


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được Luận án Tiến sĩ, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã
nhận được sự động viên và giúp đỡ rất to lớn của các thầy, cô và tập thể.
Lời đầu tiên, cho phép em được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.
TS. Nguyễn Thị Minh Tú – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, GS. TS. Trần Đình Thắng
- Trường Đại học Vinh, là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng và giúp đỡ em
trong suốt quá trình thực hiện luận án. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS. TS. Lê
Thanh Mai, PGS. TS. Lâm Xuân Thanh và cố GS. TS. Hà Duyên Tƣ - Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, là những người đã hướng dẫn và giúp đỡ em thực hiện các chuyên đề tiến
sĩ. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Đỗ Ngọc Đài - Trường Đại học Kinh tế kỹ
thuật Nghệ An đã giúp thu mẫu nghiên cứu và định danh mẫu thực vật trong Luận án.
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, các phòng ban chức năng của Trường Đại

học Bách khoa Hà Nội, các thầy cô, cán bộ Viện Đào tạo Sau đại học, Bộ môn Quản lý
chất lượng - Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi về các thủ tục có liên quan.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến cơ quan chủ quản - Trường Đại học Vinh, Viện công
nghệ Hóa, Sinh - Môi trường và Trung tâm Thực hành Thí nghiệm - Trường Đại học Vinh
đã bố trí thời gian, hỗ trợ kinh phí và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành
luận án của mình.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, đặc biệt là
những người thân trong gia đình đã luôn động viên tinh thần và hỗ trợ về tài chính, đây chính
là nguồn động lực to lớn giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày……tháng….. năm 2018

Lê Thị Mỹ Châu


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về chi gừng ............................................................................................... 4
1.1.1. Đặc điểm thực vật, phân bố, phân loại ............................................................... 4
1.1.2. Thành phần hóa học ........................................................................................... 6
1.2. Tinh dầu gừng và nhựa dầu gừng .............................................................................. 7
1.2.1. Tinh dầu gừng .................................................................................................... 7
1.2.2. Nhựa dầu gừng ................................................................................................. 10
1.3. Các phương pháp thu nhận tinh dầu, nhựa dầu ...................................................... 17
1.3.1. Các phương pháp thu nhận tinh dầu ................................................................. 17
1.3.2. Phương pháp thu nhận nhựa dầu ...................................................................... 18
1.3.3. Các phương pháp tạo bột hương liệu chất thơm .............................................. 21
1.4. Vai trò của gừng trong đời sống con người ............................................................. 24
1.5. Tình hình sử dụng và nghiên cứu gừng ở Việt Nam và trên thế giới ....................... 25

1.5.1. Ở Việt Nam ...................................................................................................... 25
1.5.2. Trên thế giới ..................................................................................................... 26
1.6. Ứng dụng gừng trong công nghệ thực phẩm ........................................................... 27
1.6.1. Chất thơm sử dụng trong sản xuất bánh, kẹo, đồ uống và chế biến các món ăn
.................................................................................................................................... 28
1.6.2. Ứng dụng làm thuốc ......................................................................................... 29
1.6.3. Tác dụng chống nấm, vi sinh vật và chống oxy hóa của gừng......................... 29
1.6.4. Ứng dụng của nhựa gừng để làm chất bảo quản thực phẩm ............................ 30
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................. 32
2.1. Các loài mẫu gừng nghiên cứu ................................................................................ 32
2.2. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu sử dụng ................................................................. 34
2.2.1. Hóa chất sử dụng .............................................................................................. 34
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu .......................................................................................... 34
2.3. Sơ đồ nghiên cứu........................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4. Phương pháp lấy mẫu nguyên liệu gừng ................................................................. 36
2.5. Các phương pháp phân tích ..................................................................................... 36
2.5.1. Xác định tỷ lệ thu hồi thịt củ gừng bằng phương pháp tính phần trăm ............ 36
2.5.2. Xác định độ ẩm của củ gừng bằng phương pháp chưng cất với toluene.......... 36
2.5.3. Xác định lượng tinh dầu củ gừng bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi
nước ............................................................................................................................ 37
2.5.4. Phân tích hàm lượng tinh bột trong củ gừng .................................................... 37
2.5.5. Phân tích hàm lượng cellulose trong củ gừng theo TCVN 5103:1990 ............ 38
2.5.6. Phân tích hàm lượng tro trong củ gừng theo TCVN 9939:2013 ...................... 39


2.5.7. Phân tích cảm quan của tinh dầu theo TCVN 8460:2010 ................................ 39
2.5.8. Xác định tỷ trọng của tinh dầu theo TCVN 8444:2010 ................................... 39
2.5.9. Xác định góc quay cực theo TCVN 8446:2010 ............................................... 40
2.5.10. Xác định chỉ số khúc xạ theo TCVN 8445:2010 ........................................... 40
2.5.11. Xác định chỉ số acid theo TCVN 8450:2010 ................................................. 40

2.5.12. Xác định chỉ số ester của tinh dầu theo TCVN 8451:2010 ............................ 40
2.5.13. Xác định hàm lượng aldehyde theo TCVN 189:1993 (Phương pháp natri
sunfat - aldehyde cinnamic) ....................................................................................... 41
2.5.14. Xác định độ hòa tan trong ethanol theo TCVN 8449:2010............................ 41
2.5.15. Xác định cấu tử của tinh dầu gừng bằng phương pháp GC/MS .................... 41
2.5.16. Xác định cấu tử của nhựa dầu gừng bằng phương pháp LC/MS ................... 42
2.5.17. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất trong nhựa dầu gừng ................. 43
2.5.18. Xác định hoạt tính chống oxy hóa - khả năng quét gốc tự do DPPH............. 47
2.5.19. Xác định hoạt tính kháng khuẩn bằng phương pháp khuếch tán thạch .......... 48
2.5.20. Phương pháp đánh giá thị hiếu sản phẩm....................................................... 48
2.6. Các phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................... 49
2.6.1. Tối ưu hóa quy trình chưng cất tinh dầu gừng theo phương pháp đáp ứng bề
mặt .............................................................................................................................. 49
2.6.2. Tối ưu hóa quá trình trích ly nhựa dầu gừng theo phương pháp đáp ứng bề mặt
.................................................................................................................................... 52
2.6.3. Bố trí thí nghiệm bổ sung hương liệu vào rượu ............................................... 54
2.6.4. Bố trí thí nghiệm bổ sung hương liệu nhựa dầu gừng vào sản phẩm chè đen . 56
2.6.5. Nghiên cứu tận dụng phụ phẩm bã gừng vào công nghệ sản xuất khác .......... 57
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 59
3.1. Nghiên cứu xác định chất lượng nguyên liệu, tính chất hóa lý và thành phần hóa
học của tinh dầu và nhựa dầu từ củ 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z. gramineum, Z.
collinsii, Z. rufopilosium, Z. officinale, Z. rubens, Z. zerumbet) tự nhiên khu vực Bắc
Trung Bộ (Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình), Việt Nam .................................................. 59
3.1.1. Khảo sát chất lượng nguyên liệu ...................................................................... 59
3.1.2. Xác định chỉ số hóa lý của tinh dầu gừng ........................................................ 61
3.1.3. Thành phần hóa học của tinh dầu gừng ............................................................ 63
3.1.4. Xác định các cấu tử của nhựa dầu gừng ........................................................... 81
3.2. Nghiên cứu xây dựng quy trình thu nhận tinh dầu, nhựa dầu gừng, xác định hoạt
tính sinh học của tinh dầu và nhựa dầu từ củ gừng loài Z. collinsii tự nhiên khu vực Bắc
Trung Bộ, Việt Nam ........................................................................................................ 87

3.2.1. Nghiên cứu xây dựng quy trình thu nhận tinh dầu gừng.................................. 87
3.2.2. Xây dựng quy trình trích ly nhựa dầu gừng ..................................................... 97
3.2.3. Xác định công thức cấu tạo của một số hợp chất có trong nhựa dầu gừng từ củ
gừng loài Z. collinsii tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ, Việt Nam ........................... 106


3.3. Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng tinh dầu, nhựa dầu gừng vào một số sản
phẩm thực phẩm ............................................................................................................ 120
3.3.1. Ứng dụng vào sản phẩm chè đen ................................................................... 120
3.3.2. Sản xuất rượu gừng ........................................................................................ 122
3.4. Đề xuất giải pháp công nghệ sử dụng các phụ phẩm từ quá trình thu nhận chất
thơm (tinh dầu và nhựa dầu) vào một số lĩnh vực khác: sản xuất tinh bột và làm giá thể
trồng nấm. ..................................................................................................................... 128
3.4.1. Sản xuất tinh bột từ bã gừng .......................................................................... 128
3.4.2. Ứng dụng bã gừng làm giá thể trồng cây ....................................................... 130
3.4.3. Đề nghị quy trình công nghệ khép kín đối với sản phẩm gừng ..................... 134
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 135
DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...................................... 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 138
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁCKÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
TT Ký hiệu, chữ
Chú giải
cái viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
GC/MS
Gas

Chromatography/Mass
Sắc ký khí ghép nối khối phổ
1
Spectrometry
HPLC
High
Performance
Liquid
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
2
Chromatography
LC/MS
Liquid Chromatography/ Mass
Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ
3
Spectrometry
4 TLC
Thin Layer Chromatography
Sắc ký lớp mỏng
5 TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
Haft - maximal inhibitory
6 IC50
Nồng độ ức chế 50%
concentration
7 UV-Vis
Ultraviolet–visible spectroscopy
Phổ tử ngoại-khả kiến
Electron
Impact

–Mass
8 EI-MS
Phổ khối va chạm electron
Spectrometry
9 DPPH
1,1-diphenyl-2-picryl-hydrrazyl
1,1-diphenyl-2-picryl-hydrrazyl
Proton
Nuclear
Magnetic
10 1H- NMR
Phổ cộng hưởng từ proton H1
Resonance
Cacbon 13 Nuclear Magnetic
11 13C- NMR
Phổ cộng hưởng từ cacbon C13
Resonance
Distortionless Enhancement by
12 DEPT
Phổ DEPT
Polarization Transfer
Heteronuclear Single Quantum
Phổ hai chiều, tương tác trực tiếp
13 HSQC
Correlation
C–H
Heteronuclear Multiple Bond
Phổ hai chiều, tương tác gián tiếp
14 HMBC
Correlation

C–H
Hệ dung môi chloroform:
15 C: M: H2O
methanol: nước
Hệ dung môi n-hexane: ethyl
16 H: E
acetate
17 M: H2O
Hệ dung môi methanol: nước
Hệ dung môi chloroform:
18 C: M
methanol
19 PĐ
Phân đoạn
20 CC
Column Chromatography
Sắc kí cột
21 Me
nhóm CH322 Et
nhóm C2H523 MS
Mas Spectrum
Phổ khối lượng
24 Cs
Cộng sự


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Phân loại và phân bố của các loài chi gừng ở Việt Nam...................................... 5
Bảng 1.2. Thành phần các chất cay chính trong nhựa dầu gừng [160] .............................. 15
Bảng 2.1. Thông tin các mẫu nghiên cứu ............................................................................ 32

Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa quy trình chưng cất tinh dầu gừng ........................ 50
Bảng 2.3. Khảo sát lượng tinh dầu theo thời gian chưng cất có hỗ trợ siêu âm................. 51
Bảng 2.4. Khảo sát sự thay đổi lượng tinh dầu thu được khi bổ sung α-amylase ............... 52
Bảng 2.5. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa quy trình chưng cất nhựa gừng ............................. 53
Bảng 2.6. Tỷ lệ nhựa dầu bổ sung vào sản phẩm chè đen................................................... 56
Bảng 2.7. Tỷ lệ thay thế bã mùn cưa gừng trong giá thể .................................................... 58
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát chất lượng nguyên liệu các loài gừng nghiên cứu .................. 60
Bảng 3.2. Chỉ số hóa lý của tinh dầu gừng ......................................................................... 62
Bảng 3.3. Thành phần hóa học các cấu tử bay hơi tinh dầu loài Z. cochinchinnensis.......... 63
Bảng 3.4. Thành phần hóa học tinh dầu loài Z. gramineum ............................................... 66
Bảng 3.5. Thành phần hóa học tinh dầu loài Z. rufopilosum .............................................. 69
Bảng 3.6. Thành phần hóa học của tinh dầu loài Z. zerumbet ............................................ 72
Bảng 3.7. Thành phần hóa học của tinh dầu loài Z. rubens ............................................... 74
Bảng 3.8. Thành phần hóa học các cấu tử bay hơi loài Z. collinsii .................................... 76
Bảng 3.9. Các cấu tử dễ bay hơi từ rễ loài Z. officinale ..................................................... 79
Bảng 3.10. Thành phần hóa học của loài Z. cochinchinensis ............................................. 81
Bảng 3.11. Thành phần hóa học của loài Z. gramineum .................................................... 82
Bảng 3.12. Thành phần hóa học của loài Z. rufopilosium .................................................. 83
Bảng 3.13. Thành phần hóa học của loài Z. zerumbet ........................................................ 84
Bảng 3.14. Thành phần hóa học của loài Z. rubens ............................................................ 84
Bảng 3.15. Thành phần hóa học của loài Z. collinsii.......................................................... 85
Bảng 3.16. Thành phần hóa học của loài Z. officinale ....................................................... 86
Bảng 3.17. Lượng tinh dầu thu nhận từ thịt và củ gừng Z. collinsii ................................... 87
Bảng 3.18. Điều kiện tiến hành thí nghiệm đối với tinh dầu gừng loài Z. collinsii ............ 90
Bảng 3.19. Mô hình thí nghiệm chưng cất tinh dầu gừng loài Z. collinsii .......................... 91
Bảng 3.20. Kết quả phân tích hồi quy – lượng tinh dầu gừng thu được ............................. 92
Bảng 3.21. Kết quả chưng cất tinh dầu theo điều kiện tối ưu ............................................. 94
Bảng 3.22. Điều kiện tiến hành thí nghiệm đối với nhựa dầu gừng loài Z. collinsii ........ 100
Bảng 3.23. Mô hình thí nghiệm trích ly nhựa dầu gừng loài Z. collinsii .......................... 101
Bảng 3.24. Kết quả phân tích hồi quy – lượng nhựa dầu gừng thu được ......................... 102

Bảng 3.25. Kết quả trích ly nhựa dầu gừng theo điều kiện tối ưu..................................... 104
Bảng 3.26. Các hợp chất được tách ra từ cây gừng Z. collinsii........................................ 106
ảng 3.27. Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 1 .................................................................. 107


Bảng 3.28. Số liệu phổ 13C- NMR của hợp chất 4 ............................................................. 110
ảng 3.29. Dữ liệu phổ NMR của hợp chất 7 104] ......................................................... 115
Bảng 3.30. Hoạt tính chống oxy hóa của tinh dầu và nhựa dầu gừng từ loài Z. collinsii 117
Bảng 3.31. Hoạt tính kháng các loại vi sinh vật của kanamycin ...................................... 118
Bảng 3.32. Hoạt tính kháng chủng vi khuẩn B. subtilis .................................................... 119
Bảng 3.33. Kết quả xác định lượng nhựa dầu gừng bổ sung vào chè ............................... 120
Bảng 3.34. Thành phần hóa học tinh dầu từ bột tinh gừng Z. Collinsii ............................ 124
Bảng 3.35. Kết quả xác định lượng bột hương liệu tinh dầu bổ sung vào rượu ............... 126
Bảng 3.36. Hàm lượng tinh bột trong mẫu tinh bột gừng thu được .................................. 130
Bảng 3.37. Kết quả phát triển giá thể nấm sò sau các giai đoạn nghiên cứu ................... 132


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Các hợp chất có trong thành phần hóa học của gừng ........................................ 11
Hình 1.2. Cấu trúc và mối liên quan giữa các cấu tử chính trong gừng ............................. 11
Hình 1.3. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ..................................................................... 12
Hình 1.4. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ..................................................................... 13
Hình 1.5. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ..................................................................... 13
Hình 1.6. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ..................................................................... 14
Hình 1.7. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ..................................................................... 15
Hình 1.8. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ..................................................................... 15
Hình 2.1. Z. cochinchiensis ................................................................................................. 32
Hình 2.2. Z.gramineum ........................................................................................................ 32
Hình 2.3. Z. rufopilosum...................................................................................................... 32
Hình 2.4. Z. zerumbet .......................................................................................................... 33

Hình 2.5. Z. rubens .............................................................................................................. 33
Hình 2.6. Z. Collinsii ........................................................................................................... 33
Hình 2.7. Z. officinale .......................................................................................................... 33
Hình 2.8. Hệ thống sắc ký khí ghép nối khối phổ ................................................................ 42
Hình 2.10. Hệ thống máy cộng hưởng từ hạt nhân ............................................................. 43
Hình 3.1. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. cochinchinensis (Hoa) ................................................ 65
Hình 3.2. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. gramineum (Rễ) .......................................................... 68
Hình 3.3. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. rufopilosum ................................................................. 71
Hình 3.4. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. zerumbet ...................................................................... 74
Hình 3.5. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. rubens.......................................................................... 75
Hình 3.6. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. collinsii (Rễ)................................................................ 78
Hình 3.7. Sắc ký đồ GC/MS vỏ gừng loài Z. collinsii.......................................................... 78
Hình 3.8. Sắc ký đồ GC/MS loài Z. officinale ..................................................................... 80
Hình 3.9. Sắc ký đồ LC/MS loài Z. cochinchinensis............................................................ 81
Hình 3.10. Sắc ký đồ LC/MS loài Z. gramineum ................................................................. 82
Hình 3.11. Sắc ký đồ LC/MS loài Z. rufopilosum ................................................................ 83
Hình 3.12. Sắc ký đồ LC/MS loài Z. zerumbet .................................................................... 84
Hình 3.13. Sắc ký đồ LC/MS loài Z. rubens ........................................................................ 85
Hình 3.14. Sắc ký đồ LC/MS loài Z. collinsii ...................................................................... 85
Hình 3.15. Sắc ký đồ LC/MS loài Zingiber officinale ......................................................... 86
Hình 3.16. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng tinh dầu thu được ................................... 89
Hình 3.17. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng tinh dầu gừng thu được.......................... 92
Hình 3.18. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng tinh dầu gừng thu được.......................... 93
Hình 3.20. Mức độ đáp ứng sự mong đợi quá trình chưng cất thu nhận tinh dầu .............. 93


Hình 3.19. Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến lượng tinh dầu gừng thu được .............. 94
Hình 3.20. Ảnh hưởng của sử dụng enzyme α-amylase đến lượng tinh dầu thu được ........ 95
Hình 3.21. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng nhựa dầu gừng thu được ........................ 98
Hình 3.22. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng nhựa dầu gừng thu được ...................... 102

Hình 3.23. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng nhựa dầu thu được ............................... 103
Hình 3.24. Mức độ đáp ứng sự mong đợi quá trình trích ly nhựa dầu gừng .................... 104
Hình 3.26. Sắc ký đồ GC/MS bột tinh dầu Z. collinsii ...................................................... 125
Hình 3.27. Sản phẩm rượu bổ sung tinh dầu gừng ........................................................... 127
Hình 3.28. Tinh bột gừng thu được sau quá trình sấy ....................................................... 130
Hình 3.29. Ảnh bã mùn cưa gừng sau khi tách tinh bột .................................................... 132
Hình 3.30. Ảnh nấm mọc trên giá thể có thay thế một phần bã gừng ............................... 133


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................ 35
Sơ đồ 2.2. Khu vực lấy mẫu (theo Google map) .................................................................. 36
Sơ đồ 2.3. Phân lập các hợp chất từ cây gừng Z. collinsii ................................................. 45
Sơ đồ 2.4. Sơ đồ bổ sung bột hương liệu vào rượu gừng .................................................... 55
Sơ đồ 2.5. Quy trình sản xuất chè đen bổ sung nhựa dầu gừng .......................................... 56
Sơ đồ 2.6. Quy trình tách tinh bột từ bã gừng ..................................................................... 57
Sơ đồ 2.7. Quy trình thu nhận bã mùn cưa gừng ................................................................ 58
Sơ đồ 3.1. Quy trình thu nhận tinh dầu gừng ...................................................................... 96
Sơ đồ 3.2. Quy trình trích ly nhựa dầu gừng ..................................................................... 105
Sơ đồ 3.3. Quy trình sản xuất chè đen bổ sung nhựa dầu gừng ........................................ 120
Sơ đồ 3.4. Sơ đồ quy trình định hướng tạo bột hương liệu tinh dầu gừng ........................ 122
Sơ đồ 3.5. Quy trình tạo bột hương liệu tinh dầu gừng loài Z. collinsii ........................... 123
Sơ đồ 3.6. Quy trình sản xuất rượu hương liệu tinh dầu gừng.......................................... 126
Sơ đồ 3.7. Quy trình tách tinh bột từ bã gừng ................................................................... 128
Sơ đồ 3.8. Quy trình tách tinh bột từ bã gừng ................................................................... 129
Sơ đồ 3.9. Quy trình tạo giá thể từ bã mùn cưa gừng ....................................................... 131
Sơ đồ 3.10. Đề nghị quy trình công nghệ khép kín đối với sản phẩm gừng ..................... 134


1


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Việt Nam là nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm ướt quanh năm.
Đây là điều kiện thuận lợi cho thảm thực vật phát triển phong phú và đa dạng. Trong đó, có
nhiều loài thực vật không chỉ có ý nghĩa trong hệ sinh thái, môi trường, nông lâm nghiệp
mà còn có những đặc tính dược lý rất quí báu đã được sử dụng trong các mục đích khác
nhau phục vụ đời sống của nhân dân ta. Nhiều công trình khoa học đã chứng minh chất
thơm và các hợp chất thiên nhiên có nhiều tính chất quý giá như khả năng chống oxy hóa,
kháng khuẩn, chống ung thư, v.v...Với những kết quả này, việc nghiên cứu ứng dụng các
chất thơm và các sản phẩm thiên nhiên cho thực phẩm, thực phẩm chức năng đang được
đầu tư quan tâm, trở thành xu hướng của xã hội văn minh, hiện đại.
Trong tài nguyên thực vật của Việt Nam, gừng là loại cây rất quen thuộc, nó được
xem là nguồn nguyên liệu có giá trị để làm gia vị trong chế biến thực phẩm và làm thuốc
chữa bệnh. Trong ngành thực vật hạt kín họ Gừng (Zingiberaceae) không phải là họ lớn,
chỉ có khoảng 50 chi, 1.300 loài nhưng đây lại là họ có số lượng lớn các loài có giá trị sử
dụng trong nhiều lĩnh vực: y học, dược phẩm, công nghệ thực phẩm [159]. Các loài trong
họ Gừng phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, đặc biệt là vùng Đông Nam Á, v.v... Việt Nam
là nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, do đó có nguồn tài nguyên họ gừng rất đa
dạng, hiện biết 19 chi, 141 loài và 3 thứ [17]. Trong số 19 chi, 144 loài và thứ có khoảng
14 chi, 64 loài được khai thác và sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ các bộ phận khác nhau
(thân, rễ, hạt, hoa, quả) [17], [30], [9], [92], [73].
Ở Việt Nam được tác giả Nguyễn Quốc Bình nghiên cứu đầy đủ và có tính hệ thống
nhất về họ Gừng (2011), đã công bố ở Việt Nam có 19 chi với 144 loài và thứ. Nhiều
nghiên cứu về thành phần hóa học của chất thơm và hoạt tính của nó trên thế giới đã công
bố của các loài thuộc chi Amomum, Zingiber, Alpinia, Hedychium,v.v... Tuy nhiên, ở Việt
Nam các công trình công bố về các hợp chất thơm và ứng dụng của nó từ họ này không
đáng kể.
Xuất phát từ thực tế nghiên cứu và sự cấp thiết trên, chúng tôi lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu thu nhận tinh dầu và nhựa dầu từ chi Gừng (Zingiber) thuộc họ Gừng

(Zingiberaceae) và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm”.
2. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là 7 loài gừng thu hái tại khu vực Bắc Trung Bộ
(từ Nghệ An đến Quảng Bình), Việt Nam:
1. Loài Zingiber cochinchinensis Gagnep;
2. Loài Zingiber gramineum Noronha ex Blume;
3. Loài Zingiber rufopilosum Gagnep.;


2

4.
5.
6.
7.

Loài Zingiber zerumbet (L.) Smith;
Loài Zingiber rubens Roxb.;
Loài Zingiber collinsii Mood & Theilade;
Loài Zingiber officinale Roscoe.

3. Mục tiêu nghiên cứu
1. Xây dựng được cơ sở dữ liệu về thành phần hóa học và giá trị sử dụng của tinh
dầu và nhựa dầu gừng của một số loài thuộc chi gừng (Zingiber);
2. Đưa ra quy trình công nghệ tối ưu thu nhận tinh dầu và nhựa dầu từ gừng; đưa
ra một số giải pháp công nghệ định hướng sử dụng các bán thành phẩm vào sản
xuất một số loại thực phẩm và đề xuất được giải pháp công nghệ sử dụng bã
thải thành một số sản phẩm hữu ích, góp phần bảo vệ môi trường.
4. Nội dung nghiên cứu
1. Nghiên cứu xác định chất lượng nguyên liệu, tính chất hóa lý và thành phần hóa

học của tinh dầu và nhựa dầu từ củ 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z.
gramineum, Z. collinsii, Z. rufopilosium, Z. officinale, Z. rubens, Z. zerumbet)
tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ (Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình), Việt Nam;
2. Xây dựng quy trình thu nhận tinh dầu, nhựa dầu gừng, xác định hoạt tính sinh
học của tinh dầu và nhựa dầu, công thức cấu tạo của một số hợp chất trong nhựa
dầu từ củ gừng loài Z. collinsii tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ, Việt Nam;
3. Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng tinh dầu, nhựa dầu gừng vào một số
sản phẩm thực phẩm;
4. Đề xuất giải pháp công nghệ sử dụng các phụ phẩm từ quá trình thu nhận chất
thơm (tinh dầu và nhựa dầu) vào một số lĩnh vực khác: sản xuất tinh bột và làm
giá thể trồng nấm.
5. Những đóng góp mới về cơ sở khoa học của luận án
1. Nghiên cứu một cách có hệ thống khảo sát về chất lượng của nguyên liệu gừng
tinh dầu gừng, nhựa dầu gừng của các loài gừng hoang dại tại khu vực Bắc
Trung Bộ, Việt Nam;
2. Tối ưu hóa được quy trình công nghệ thu nhận toàn bộ chất thơm từ củ gừng
bao gồm thành phần tạo mùi (tinh dầu) và thành phần tạo vị (nhựa dầu);
3. Nghiên cứu khai thác gừng củ theo quy trình khép kín: thu nhận tinh dầu và
nhựa dầu từ củ gừng; ứng dụng hương liệu tinh dầu, nhựa dầu gừng trong sản
phẩm công nghệ thực phẩm: rượu gừng, trà gừng; định hướng ứng dụng bã của
quy trình sản xuất tinh dầu và nhựa dầu gừng để tách tinh bột từ bã gừng và
trồng nấm.


3

6. Ý nghĩa khoa học của luận án
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu về chất lượng nguyên liệu, tính chất hóa lý, thành phần hóa
học của tinh dầu và nhựa dầu 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z. collinsii, Z. gramineum,

Z. rubens, Z. zerumbet, Z. rufopilosium, Z. officinale) của chi gừng (Zingiber) thuộc họ
gừng (Zingiberaceae) là đóng góp khoa học có độ tin cậy cao, góp phần làm phong phú
thêm cơ sở dữ liệu về chất lượng nguyên liệu, tính chất hóa lý, thành phần hóa học của tinh
dầu gừng và nhựa dầu gừng các loài nghiên cứu
- Đã xây dựng được phương trình tối ưu quy trình chưng cất tinh dầu và trích ly
nhựa dầu, có các biện pháp nâng cao lượng tinh dầu thu được, xác định được khả năng
chống oxy hóa và kháng khuẩn của tinh dầu và nhựa dầu loài gừng Z. collinsii. Đã xác định
được một số hợp chất có trong nhựa dầu gừng có ý nghĩa đối với việc tạo vị cay của nhựa
dầu.
- Đã xác định được tỷ lệ bổ sung hương liệu tinh dầu và nhựa dầu vào một số sản
phẩm thực phẩm với mức độ yêu thích cao, và tỷ lệ tạo bột hương liệu tinh dầu gừng bằng
β-cyclodextrin phù hợp.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả phân tích chất lượng nguyên liệu một số loài gừng hoang dại tại khu vực
Bắc Trung Bộ là cơ sở khoa học góp phần cho việc định hướng phát triển và chọn giống
gừng nhằm tạo ra sản phẩm hương liệu cho thị trường, đa dạng thị trường hương liệu, và
mang lại hương liệu từ gừng có giá trị kinh tế cao
- Các kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo khoa học có giá trị về việc
tận dụng các phụ phẩm của quy trình sản xuất thực phẩm vào các sản phẩm khác, góp phần
tăng giá trị, tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu và bảo vệ môi trường.
7. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 150 trang với 50 bảng số liệu, 49 hình và 17 sơ đồ với 167 tài liệu
tham khảo. Kết cấu của luận án gồm: mở đầu (3 trang), tổng quan (28 trang), phương pháp
và thực nghiệm (27 trang), kết quả và thảo luận (76 trang), kết luận (2 trang), danh mục
công trình công bố (1 trang), tài liệu tham khảo (13 trang), phụ lục (46 trang).


4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về chi gừng
1.1.1. Đặc điểm thực vật, phân bố, phân loại
1.1.1.1. Đặc điểm thực vật
Bộ gừng (danh pháp khoa học là Zingiberales) là một bộ thực vật có hoa bao gồm
nhiều loài thực vật tương tự nhau như gừng, đậu khấu, nghệ, cũng như chuối và hoàng tinh.
Trong hệ thống Cronquist năm 1981 bộ này chứa cùng tám họ nhưng bộ này được coi như
là thuộc về phân lớp gừng (Zingiberidae), phân lớp này lại thuộc về lớp thực vật một lá
mầm (Liliopsida). Phân lớp gừng này còn chứa cả bộ dứa (Bromeliales), bao gồm một họ
duy nhất là họ dứa (Bromeliaceae), một họ mà APG II đưa vào trong bộ hòa thảo (Poales).
Họ gừng (Zingiberaceae) gồm những cây thân thảo sống nhiều năm, mọc ở nơi đất ẩm, nơi
sáng, dưới tán rừng hay vách đá ẩm. Một số loài có thể mọc trên đất lẫn sỏi đá, trên bãi đất
trống hoặc trong rừng thứ sinh, rừng thưa lên tới độ cao 3000 m so với mặt nước biển [10].
Thân được tạo thành do các bẹ lá ôm chặt lấy nhau tạo thành thân giả, cao 1-3-4(-5) m hay
mảnh, cao dưới 1 m hoặc rất ngắn hay không có do các bẹ lá rời đến gốc (Distichochlamys,
Kaempferia, v.v…), thân giả không phân nhánh. Rễ nhỏ, hình sợi, đôi khi đầu dễ phình to
thành dạng củ (Curcuma, Kaempfria, Stahlianthus, v.v…), ở một số loài, rễ thẳng, cứng,
đâm sâu xuống đất, phần trên lộ trên mặt đất. Thân rễ (thường được gọi là củ) to, nạc, nằm
ngang dưới mặt đất. Thân rễ các loại cây thuộc chi gừng phát triển rất nhanh. Từ một chồi
giống ban đầu, chúng có thể phân nhánh, đâm chồi, tăng sinh khối và phát triển thành một
bụi lớn chỉ trong một vài năm. Cây thường có chứa mùi thơm, đôi khi mùi hắc như một số
loài trong chi gừng (Zingiber). Nhiều loài là các loại cây cảnh, cây gia vị, hay cây thuốc
quan trọng. Các thành viên quan trọng nhất của họ này bao gồm gừng, nghệ, riềng, đậu
khấu và sa nhân. Các cây thuộc họ gừng (Zingiberaceae) là cây thảo sống lâu năm, có thân
rễ lớn, thường phân nhánh, chứa nhiều chất dự trữ [14], [16]. Lá gồm các phần: bẹ lá,
cuống lá, lưỡi lá và phiến lá. Hoa lưỡng tính, bầu hạ, đối xứng hai bên, có màu sắc, kích
thước trung bình hoặc lớn. Quả nang chẻ ô, đôi khi quả mọng, quả nạc, thường hình cầu,
bầu dục, đường kính từ 0,2 cm đến 2 ÷ 3(4) cm [16].
1.1.1.2. Phân bố
Nước ta có nền khí hậu nhiệt đới gió mùa, thảm thực vật đa dạng và phong phú đặc
biệt là các cây tinh dầu và cây thuốc. Đông Nam Á là trung tâm phong phú và đa dạng nhất

của chi gừng. Trong số các loài gừng trồng thì loài Z. officinale được trồng phổ biến nhất.
Loài gừng Z. officinale đã được trồng rộng rãi từ rất lâu đời ở các nước nhiệt đới châu Á.
Đến nay vẫn chưa thấy loài gừng này mọc dại ở bất cứ khu vực nào trên thế giới. Một số
giả thiết cho rằng gừng có nguồn gốc ở Ấn Độ, từ đây nó được đưa đến các nước châu Âu,
các nước Đông Phi bởi những thương nhân Ả Rập. Trong những năm gần đây phát hiện
thêm một loài gừng nữa có tên gừng môi tím đốm (Z. penisulare). Hiện nay gừng Z.


5

officinale đã được đưa trồng ở hầu khắp các nước trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm. Ở Việt
Nam gừng Z. officinale được trồng trên khắp các địa phương từ Bắc vào Nam, đặc biệt là
các tỉnh miền núi và ngoài hải đảo [14], [17].
1.1.1.3. Phân loại
Năm 1998, K. Larsen và cs đã tổng hợp các chi và loài của họ Gừng trên thế
giới [91]. Bằng các phương pháp phân tích AND kết hợp với phân tích đặc điểm truyền
thống J. Kress và cs (2002), đã công bố đầy đủ về họ gừng gồm 53 chi được xếp trong
4 phân họ là: Siphonochiloideae, Tamijoideae, Alpinioideae và Zingiberoideae [87].
Nghiên cứu đầy đủ và có tính hệ thống nhất về họ Gừng ở Việt Nam có công trình nghiên
cứu của Nguyễn Quốc Bình (2011), tác giả đã công bố ở Việt Nam có 19 chi với 144 loài
và thứ [17]. Trong 19 chi thì có 14 chi với 64 loài được sử dụng trong các lĩnh vực như làm
thuốc, làm gia vị, làm cảnh và cho tinh dầu [4].
Bảng 1.1. Phân loại và phân bố của các loài chi gừng ở Việt Nam
TT

Tên khoa học

Tên Việt Nam

Phân bố


1

Z. officinale Roscoe

Gừng

Phân bố rộng

2

Z. acuminatum Valeton

Gừng nhọn

Tây Nguyên, Trung Bộ

3

Z. cochinchinesis Gagn.

Gừng Nam Bộ

Bà Rịa - Vũng Tàu

4

Z. eberhardtii Gagn.

Gừng Eberhardt


Lâm Đồng

5

Z. gramineum Bl.

Gừng lúa, Ngải Trặc

Biên Hòa

6

Z. monophyllum Gagn.

Gừng một lá

Ninh Bình

7

Z. pellitum Gagn.

Gừng bọc da

Bà Rịa - Vũng Tàu

8

Z. purpureum Roscoe


Gừng tía (gừng dại)

Phân bố rộng

9

Z. rubens Roxb.

Gừng đỏ

Lâm Đồng

10

Z. rufopilosum Gagn.

Gừng lông hung

Ba Vì, Vĩnh Phúc

11

Z. zerumbet (L.) J. E. Sm.

Gừng gió

Phân bố rộng

12


Z. penisulare I. Theilade

Gừng môi tím đốm

Sơ Pai, Kban, Gia Lai

13

Z. collinsii Mood & Theilade

Gừng colin

Bắc Trung Bộ

Trong ngành thực vật hạt kín thì họ Gừng (Zingiberaceae Lindl.) không phải là họ
lớn, chỉ có khoảng 50 chi, 1.300 loài nhưng đây lại là họ có số lượng lớn các loài có giá trị
sử dụng trong nhiều lĩnh vực: y học, dược phẩm, công nghệ thực phẩm [146]. Các loài
trong họ Gừng phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, đặc biệt là vùng Đông Nam Á, v.v... Việt
Nam là nước nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, do đó có nguồn tài nguyên họ gừng rất
đa dạng, hiện biết 19 chi, 141 loài và 3 thứ [1]. Trong số 19 chi, 144 loài và thứ thì có
khoảng 14 chi, 64 loài được khai thác và sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ các bộ phận khác
nhau (thân, rễ, hạt, hoa, quả) [1], [10], [14], [51]. Do vậy, nghiên cứu họ Gừng
(Zingiberaceae Lindl.) để có cơ sở khoa học nhằm khai thác và sử dụng bền vững nguồn
tài nguyên thực vật đã và đang là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học.


6

Trong số các nhóm cây tài nguyên thực vật thì nhóm cây cho tinh dầu chiếm vị trí

quan trọng. Đây là nguồn nguyên liệu thiết yếu của nhiều ngành công nghiệp như mỹ phẩm,
thực phẩm và dược phẩm, v.v... Ở Việt Nam họ gừng có khoảng 38/141 loài có tinh dầu
thuộc 11/19 chi.
Khu vực Bắc Trung Bộ được đánh giá là một trong những trung tâm đa dạng
sinh học về các loài thuộc chi Gừng của Việt Nam. Chúng là loài cây thân thảo sống
nhiều năm thích nghi được ở nơi đất ẩm, nơi sáng, dưới tán rừng hay vách đá ẩm,
hoặc có thể mọc trên đất lẫn sỏi đá, trên bãi đất trống...tạo nên nguồn nguyên liệu dồi
dào cho nghiên cứu, sản xuất ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm.
1.1.2. Thành phần hóa học
Mặc dù các loài khác nhau của chi này có phần tương đồng về hình thái, nhưng
chúng khác nhau về tính chất dược lý và thành phần hóa học cơ [66]. Nói chung thành
phần hóa học của củ gừng tùy thuộc vào loại giống, khí hậu đất đai, chế độ chăm bón và
thời điểm thu hoạch, v.v... Gừng tươi thường chứa hơn 80% ẩm, 2,3% protein, 0,9% chất
béo, 1,2% chất khoáng, 2,4% chất xơ, 12,3% hợp chất carbohydrate và các thành phần vi
lượng như chất khoáng (sắt, calcium, phosphorus), các vitamin (thiamine, riboflavin,
niacin, acid ascorbic...), v.v... Chất thơm là những chất có khả năng bay hơi, hay bay hơi
một phần trong không khí. Các chất thơm có thể ở dạng đơn hay hỗn hợp các chất, có thể
là chất rắn hay chất lỏng hoặc khí. Đến nay người ta đã xác định được khoảng 7000 chất
bay hơi trong thực phẩm, các chất này chủ yếu thuộc các nhóm chất aldehyde, ketone, các
acid hữu cơ, ester, v.v... Chất thơm là một hỗn hợp nhiều thành phần có thể là alcohol được
hình thành đầu tiên trong chlorophoit, hay ester do phản ứng ester hoá của các acid với
alcohol trong chloroplast hoặc terpene alcohol do sự đồng phân hoá [12].
Qua phân tích hiện đại có tới trên 400 hoạt chất trong gừng. Người ta chia làm 4
loại chính. Chất nhựa: Chiếm 5 10% trong gừng tươi, gồm khoảng 30 hoạt chất trong đó
có 2 chất chính là gingerol và shoagol có vị cay hơn. Gừng tươi nhiều gingerol nhưng khi
phơi mất nước dần chuyển thành shoagol vì thế gừng khô cay hơn. Tinh dầu: Chiếm 2
3% trong gừng khô, màu vàng sáng nhạt có mùi thơm đặc biệt gồm trên 200 chất mà thành
phần chủ yếu là α-camphene, β-phelandrene, các phenol (cineol, citral, borneol, geraniol,
linalol, zingiberol). Ngoài ra còn có 3,7% lipid, tinh bột và 5% nhựa dầu trong đó có các
chất cay như zingerone, zingerol và shogaol. Chất khoáng: Vi lượng có k m (Zn), selenium

(Se), cobalt (Co). Đa lượng có calcium (Ca), postasium (K), magnesium (Mg), sắt (Fe),
phospho (P), manganese (Mn). Vitamin: Có B1, B2, B6, C. Người ta vừa phát hiện có một
chất men có trong gừng là zingibain (có khoảng 2% trong gừng tươi) có tác dụng phân giải
protein (proteolytic) tương tự như chất papain (trong đu đủ) hoặc chất bromelain (trong
dứa), 1 g chất zingibain có khả năng làm mềm 10 kg thịt b .


7

Ngoài ra một số hoạt chất có nhiều ở nghệ như curcumin, ớt như capsaicin, chanh
như limonene, hạt cà phê như acid caffeic, hạt đậu như lecithin đều có trong gừng. Trong
gừng gió có nhiều tinh dầu, dầu béo và nhựa. Tinh dầu có 13% các monoterpene và nhiều
sesquiterpene, trong đó humulene chiếm 27%, monocylic sesquiterpene ketone, zerumbon
37,5%. Các monoterpene gồm pinene, camphene, limonene, cineol và campho.
Thành phần hóa học của củ gừng tùy thuộc vào giống, môi trường sinh trưởng,
điều kiện sinh dưỡng và thời điểm thu hoạch, v.v... Gừng tươi thường chứa hàm ẩm
cao, các thành phần dinh dưỡng (protein, chất béo, chất khoáng, chất xơ, hợp chất
carbohydrate, chất khoáng, các vitamin...) đều được xác định có trong gừng. Thành
phần tạo hương của gừng là tinh dầu và tạo vị là nhựa dầu.
1.2. Tinh dầu gừng và nhựa dầu gừng
1.2.1. Tinh dầu gừng
1.2.1.1. Thành phần hóa học
Gừng chứa 2 ÷ 3% tinh dầu với thành phần chủ yếu là các hợp chất hydrocarbon
sesquiterpeneic: β-zingiberene (35%), ar-curcumenene (17%), β-farnesene (10%) và một
lượng nhỏ các hợp chất alcohol monoterpeneic như geraniol, linalol, borneol [8]. Mùi thơm
của gừng phụ thuộc chủ yếu vào tinh dầu dễ bay hơi của nó, năng suất dao động từ 1 ÷ 5%.
Hơn 50 thành phần tinh dầu đã được đặc trưng và đây là chủ yếu monoterpeneoid [phellandrene, (+)-camphene, cineole, geraniol, curcumene, citral, terpineol, borneol] và
sesquiterpeneoid [-zingiberene (30÷70%), -sequiphellandrene (15 ÷ 20%), -bisabolene
(10 ÷ 15%), (E-E)--farnesene, ar-curcumene, zingiberol]. Một số thành phần tinh dầu
được chuyển đổi thành ít mùi xác định các hợp chất làm khô [82].

Hàm lượng và thành phần tinh dầu có thể khác nhau giữa các loài Zingiber khác
nhau, theo các yếu tố khác nhau như phương pháp chiết xuất, điều kiện địa lý và phát triển,
thời gian thu hoạch, v.v [93], [141], [147], [16]. Kết quả cho thấy α-zingiberene là hợp chất
dồi dào nhất trong tất cả các tinh dầu được nghiên cứu từ 17,4 đến 25,4%, tiếp theo là arcurcumene (14,1-16,4%), β-bisabolene (9,9-12,5%) và β-sesquiphellandrene (9,7 ÷ 13,4%)
[158]. Các kết quả này phù hợp với kết quả thu được từ tinh dầu thân khô, cho thấy các
thành phần chính là α-zingiberene (29,5%) và sesquiphellandrene (18,4%) [115]. Một lần
nữa, α-zingiberene được báo cáo là thành phần chính (28,62%) được tìm thấy trong tinh
dầu từ thân của Z. officinale, tiếp theo là camphene (9,32%), ar-curcumene (9,09%) và βphellandrene (7,97%) [137].
Thành phần của tinh dầu có thể thay đổi không chỉ trong các giống gừng khác nhau,
mà còn theo các bộ phận của cây được nghiên cứu, như Sivasothy et al. [138], người đã
cho thấy rằng thành phần của tinh dầu thu được của lá và thân rễ của Z. officinale var.
Rubrum Theilade thì khác nhau. Trong thực tế, β-caryophyllene (31,7%) là hợp chất chính


8

được tìm thấy trong lá, trong khi thân rễ chủ yếu chứa nhiều monoterpenoids, như
camphene (14,5%), geranial (14,3%) và geranylacetate (13,7%). Tinh dầu gừng giàu βsesquiphellandrene (27,16%), caryophyllene (15,29%), α-zingiberene (13,97%), αfarnesene (10,52%) và ar-curcumene (6,62%) cho thấy hoạt tính kháng khuẩn và chống
oxy hoá cao [64]. Tinh dầu Z. officinale giàu ar-curcumene (59%), β-myrcene (14%), 1,8cineol (8%), citral (7,5%) và α-zingiberene (7,5%) có hiệu ứng kháng viêm [59]. Tinh dầu
gừng có chứa geranial (25,9%), α-zingiberene (9,5%), E, E -α-farnesene (7,6%), neral
(7,4%) và ar-curcumene (6,6%) là thành phần chính kháng khuẩn và kháng nấm, cũng như
chất chống oxy hoá mạnh hơn butylated hydroxyanisole [136]. α-zingiberene, một thành
phần quan trọng của tinh dầu gừng, được tìm thấy trong một số lượng thấp (1,64%) trong
nghiên cứu được thực hiện bởi Mesomo et al. [104].
Ngoài loài gừng thông thường (Z. officinalis), nhiều loài khác của chi này đã được
nghiên cứu trên khắp thế giới [59]. Thành phần hoá học của một loài có nguồn gốc ở Thái
Lan, Zingiber cassumunar Roxb, cho thấy các hợp chất chính là sabinen (36,71-53,50%),
γ-terpinene (5.27-7.25%), terpinen-4-ol (21.85-29.96%) và (E) -1- (3,4-dimetoxyphenyl)
butadiene (0,95-16,16%). Hàm lượng tinh dầu dao động từ 1,26% đến 1,37% [147]. Các
kết quả này phù hợp với kết quả gần đây về tinh dầu thân Z. cassumunar, trong đó các

thành phần chủ yếu là terpinen-4-ol (40,5 ± 6,6%) và sabinene (17,4 ± 1,4%) [53]. Thành
phần hóa học của tinh dầu Z. cassumunar từ Malysia cho thấy 6,9,9-tetrametyl-2,6,10cycloundecatrien-1-one (60,77%) và α-caryophyllene (23,92%) [84].
Gừng nâu (Zingiber corallinum Hance), ở Trung Quốc được nghiên cứu về tinh dầu
của thân có các hợp chất chính là sabinene (53,38%), α-terpinene (3,23%), γ-terpinene
(2,16%), terpinen-4-ol (22,66%), β-sesquiphellandrene (1,41%) và 1,4-bis (methoxy) riquinacene (9,64%) [165].
Thành phần hoá học của tinh dầu Zingiber zerumbet (L.) Sm. var. Darcyi thu được
bằng cách thủy phân từ thân rễ cho thấy thành phần chủ yếu là zerumbone (69,9%), αhumulene (12,9%), epoxit humulene II (2,5%), caryophyllene oxide (1,1%) và camphene
(1,9%) [124] .
Zingiber nimmonii (J. Graham) Dalzell là một loài đặc hữu của Tây Nam Ấn Độ.
Các thành phần chính của tinh dầu thân rễ có thành phần chính là myrcene (5,1%), βcaryophyllene (26,9%), α-humulene (19,6%) và α-cadinol (5,2%) [69]. Những kết quả này
cũng phù hợp với Sabulal et al. [128] cho thấy tinh dầu Z. nimmonii là một nguồn tự nhiên
phong phú giàu caryophyllene.
Zingiber moran là một loại gừng địa phương đặc hữu cho vùng Đông Bắc Ấn Độ,
giàu camphene, citral, và linalool [59]. Zingiber wrayi var. Halabala C.K. Lim, một loài
gừng địa phương từ rừng Bala ở tỉnh Narathiwat (Thái Lan), đã được điều tra về thành


9

phần tinh dầu có bốn hợp chất chính bao gồm trans-anethole (96,5%), estragol, camphor và
m-phenylphenol [52].
Ở Việt Nam từ loài Gừng (Z. officinale) có các công trình điển hình như: Nguyễn
Xuân Dũng và cộng sự, 2005 công bố với các thành phần chính là camphene (11,7%), βphelandrene (11,4%) và geranyl acetate (23,4%) [23]. Đỗ Đình Rãng và cộng sự đã công
bố loài này ở Hưng Yên, từ rễ là zingiberene (10,1%), camphene (9,3%), 1,8-cineol
(8,1%); trong khi đó từ lá chủ yếu là β-cariophyllene (28,7%), geraniol (14,4%) và
caryophyllene oxide (10,9%) [3].
Gần đây, khi nghiên cứu tách chiết và phân tích bằng thiết bị GC, GC/MS của 2
loài Z. rubens và Z. zerumbet ở Nghệ An và Hà Tĩnh, kết quả cho thấy, trong tinh dầu chủ
yếu là các hợp chất (Z)-citral (30,1%), camphene (9,7%), β-phellandrene (7,5%), 1,8cineole (7,0%) và zingiberene (5,3%).
Nghiên cứu về thành phần hóa học tinh dầu loài Gừng tía (Z. montanum) ở

Indonesia, Taroeno và cs (1991) đã công bố, mẫu 1 với các thành phần chủ yếu là
terpinene-4-ol (10,2%), sabinene (10,1%), trans-1-(3,4-dimethoxyphenyl) butadiene
(9,8%), trans-1-(3,4-dimethoxyphenyl) but-1-ene (7,4%); mẫu 2 là trans-1-(3,4dimethoxyphenyl) butadiene (8,7%), sabinene (8,1%), terpinene-4-ol (7,8%). Ở
Bangladesh, Mohammad N. I. B. và cs (2008), cho thấy thành phần chủ yếu từ lá là
sabinene (15,0%), β-pinene (14,3%), caryophyllene oxide (13,9%) và caryophyllene
(9,5%). Từ rễ là 1,4-bis (methoxy) (26,5%), (Z)-ocimene (22,0%) và terpinene-4-ol
(18,5%) [106]. Ở Thái Lan với các thành phần chính là sabinene, terpinene-4-ol và (E)-1(3,
4-dimethylphenyl) butadiene, khi thử hoạt tính sinh học cho thấy, trong đó tinh dầu có khả
năng kháng khuẩn mạnh [130]. Khi nghiên cứu in vitro gây độc tế bào sử dụng dòng tế bào
HeLa, Archana Das và cộng sự (2013) cho thấy, các hợp chất camphene, citral và linalool
có khả năng gây độc tế bào [58]. Trong tinh dầu rễ của loài Z. zerumbet ở Ấn Độ với các
hợp chất chính được xác định là zerumbone (69,9%) α-humulene (12,9%), humulene
epoxide II (2,5%), caryophyllene oxide (1,1%) và camphene (1,9%) [124].
1.2.1.2. Công dụng của tinh dầu
Tinh dầu của Zingiber được sử dụng để bảo quản các thực phẩm khác nhau chống
lại oxy hóa tự nhiên và sự hư hỏng của vi khuẩn vì tính chất chống oxy hóa và chống vi
khuẩn [47], [64], [136]. Nhiều nghiên cứu invitro cho thấy khả năng kháng khuẩn của dịch
chiết từ loài Zingiber đối với cả vi khuẩn Gram dương (Bacillus cereus, Staphylococcus
aureus) và vi khuẩn Gram âm (Escherichia coli, Salmonella typhi, Pseudomonas
aeruginosa, Klebsiella pneumonia) [88]. Các kết quả này cho thấy tinh dầu của loài
Zingiber có thể được sử dụng trong điều trị nhiều bệnh vi khuẩn và nấm cũng như bảo
quản thực phẩm như chất bảo quản tự nhiên [47], [66].


10

Theo các nghiên cứu thì màu của tinh dầu Z. officinale thay đổi từ màu vàng nhạt
đến hổ phách nhạt và hiệu suất thu được từ 1,5% đến 3% [61]. Các nghiên cứu khác nhau
đã ghi nhận các hoạt tính sinh học của chúng như kháng sinh, chất chống oxy hoá, độc tố tế
bào, thuốc trừ sâu [43], [123], và các tác dụng chống viêm [113] cũng như các đặc tính bảo

quản thực phẩm [150]. Các tính chất này là do các thành phần hoá học của tinh dầu Z.
officinale, chủ yếu là các monoterpene và sesquiterpene hydrocarbon [123].
Gừng có chứa khoảng 1 4% lượng dầu dễ bay hơi, mùi thơm của gừng chứa
thành phần zingiberene và bisabolene, có vị cay nồng rất riêng. Nhờ những đặc tính quý
giá này nên tinh dầu gừng được sử dụng trong phòng trị bệnh và chăm sóc sắc đẹp rất công
hiệu. Chất cay của gừng khi tiếp xúc với niêm mạc không gây phồng rộp [32], [33].
Thành phần hóa học của tinh dầu gừng khá đa dạng. Tùy thuộc vào từng bộ
phận, từng vùng địa lý mà có thành phần khác nhau do đó có những tính chất, công
dụng khác nhau.
1.2.2. Nhựa dầu gừng
Nhựa dầu (Oleoresin) là sản phẩm thu được bằng cách trích ly nguyên liệu thực vật
với các dung môi hữu cơ dễ bay hơi, sau khi tách dung môi, tinh chế và thu được sản phẩm
nhựa dầu. Nhựa dầu là một hỗn hợp bao gồm các hợp chất dễ bay hơi có mùi thơm và các
chất không bay hơi mang vị nhất định, các chất màu, sáp, một số khoáng vi lượng.
Thành phần hóa học của nhựa dầu gừng
Nhựa dầu gừng gồm có 15 ÷ 20% các hợp chất bay hơi, 20 30% các hợp chất cay.
Các hợp chất phong phú nhất là α-zingiberene, chất tạo hương vị đặc biệt và hương thơm,
geranial, ar-curcumene, β-bisabolene, β-sesquiphellandrene và neral [110], [136], [158].
Các thành phần cay khác tìm thấy trong số lượng thấp hơn là shogaol [93]. Ngoài ra còn có
các chất màu, resin và một số nhóm các chất khác. Người ta tìm thấy khoảng 100 chất có
trong nhựa dầu gừng [39], [54], [68], [126].
Các hợp chất dễ bay hơi:
Nhiều tài liệu đã xác nhận các hợp chất dễ bay hơi chính có trong các sản phẩm
nhựa dầu gừng ở các vùng khác nhau trên thế giới, tựu chung lại là các thành phần sau:
zingiberene, zingiberol, d-β-phellandrene, n-decylaldehyde, n-nonyl-aldehyde, dcamphene, d-borneol, ar-curcumene, v.v...[81], [116].

Zingiberene

Zingiberol


d-β-Phelandrene


11

1-(4’-hydroxy-3’-methoxyphenyl)-5-hydroxyalkan-3-on

Zingerone

1-(4’-hydroxy-3’-methoxyphenyl)-5-alk-4-en-3-on

Hình 1.1. Các hợp chất có trong thành phần hóa học của gừng
Shogaol cũng có thể tổng hợp được từ zingerone và hexaldehyde [101]. Các hợp
chất trên có mối liên quan đến nhau được thể hiện trong sơ đồ:

Hình 1.2. Cấu trúc và mối liên quan giữa các cấu tử chính trong gừng
Cùng với shogaol, người ta còn tìm thấy dấu vết của paradol có công thức phân tử
là C17H24O3 và một dẫn xuất của nó. Ngoài ra trong nhựa dầu gừng còn một số chất khác
chưa xác định [94].
Tùy theo giống gừng mà thành phần hóa học của nhựa dầu gừng là khác nhau. John
P. Barley và Philomena Foley [81] đã nghiên cứu về thành phần hóa học của nhựa dầu
gừng Australia được trích ly bằng CO2 siêu tới hạn khi sử dụng phương pháp phân tích
GC/MS. Kết quả xác định được 47 cấu tử, trong đó có 9 cấu tử chưa xác định được công
thức cấu tạo.
Gừng (Z. officinale) và những hoạt chất bắt nguồn từ gừng đã ghi nhận sự chú ý
cho việc điều trị của bệnh sưng mãn tính. Gừng làm giảm triệu chứng của bệnh viêm khớp
mãn tính và gingerol (một thành phần của gừng) chống sưng. Gingerol với [6]- gingerol [5hidroxy-1-(4’-hydroxy-3’-metoxyphenyl)decan-3-one] đang là thành phần chính [70].
Những chất khác giải thích cho sự hăng của gừng là họ Shogaol, dạng bị tách nước của
những gingerol kết quả từ việc khử của nhóm OH ở C-5 với sự hình thành của một liên kết
đôi giữa C-4 và C-5. Những shogaol được tìm thấy một cách tự nhiên và cũng như được



12

hình thành bằng con đường hóa học từ những gingerol tương đương ở pH = 2,5 ÷ 7,2 và
trong suốt tiến trình gia nhiệt. Hương vị khác biệt của gừng tươi là do tinh dầu dễ bay hơi,
nhóm chủ yếu thứ hai của những thành phần của gừng. Phân tích GC/MS của những phân
đoạn không hoạt tính đã phát hiện 63 (1 ÷ 63) thành phần, có thể xác định từ phổ khối
lượng của chúng.

Hình 1.3. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng


×