Nghiên cứu chưng cất phân đoạn tinh dầu tiêu nâng cao hàm lượng hoạt chất β caryophyllene

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHƯNG CẤT PHÂN
ĐOẠN TINH DẦU TIÊU NÂNG CAO
HÀM LƯỢNG HOẠT CHẤT
β-CARYOPHYLLENE

Phạm Quốc Thắng

Tp.HCM, tháng 10 năm 2020

1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHƯNG CẤT PHÂN
ĐOẠN TINH DẦU TIÊU NÂNG CAO
HÀM LƯỢNG HOẠT CHẤT
β-CARYOPHYLLENE

Sinh viên thực hiện

: Phạm Quốc Thắng

Giáo viên hướng dẫn : Th.s. Nguyễn Đình Phúc

Tp.HCM, tháng 10 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

Cán bộ hướng dẫn:

Cán bộ chấm phản biện:

Khóa luận được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN ĐẠI
HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH, ngày 8 tháng 9 năm 2020.


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA KỸ THUẬT THỰC PHẨM & MƠI TRƯỜNG
BỘ MƠN: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
HỌ VÀ TÊN: Phạm Quốc Thắng

MSSV: 1411530326

NGÀNH: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học

LỚP: 16DHH1A

Tên Khóa luận:
Tiếng Việt: Nghiên cứu nâng cao hàm lượng hoạt chất β-caryophyllene từ tinh dầu
tiêu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn
Tiếng Anh: Enhancing β-caryophyllene content in black pepper oil by fractional
distillation
Nhiệm vụ Khóa luận:
1. Khảo sát quy trình chưng cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp lôi cuốn hơi
nước.
2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lên lên hàm lượng β-caryophyllene trong các
phân đoạn.
3. Khảo sát ảnh hưởng của công suất gia nhiệt trên các loại cột phân đoạn khác
nhau lên hàm lượng β-caryophyllene trong các phân đoạn.
4. Đánh giá và so sánh khả năng kháng oxy hóa của các phân đoạn sau chưng
cất với tinh dầu tiêu đen thô.
1. Ngày giao khóa luận: 09/2019
2. Ngày hồn thành nhiệm vụ luận văn: 31/05/2020
3. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Đình Phúc
Nội dung và yêu cầu KLTN đã được Hội Đồng chun ngành thơng qua.
TP.HCM, ngày tháng năm 2020
TRƯỞNG BỘ MƠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG/PHÓ KHOA


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong Khoa Kỹ thuật Thực phẩm
và Môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu tại Khoa. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Nguyễn Đình Phúc, người
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong khoảng thời gian nghiên cứu và thực hiện khóa
luận tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn đến TS Lưu Xuân Cường và trường Cao đẳng Công nghệ
cao Đồng An đã cho phép em sử dụng các dụng cụ, thiết bị để thực hiện và hoàn thành
giai đoạn nghiên cứu chưng cất phân đoạn tại phịng thí nghiệm của trường Cao đẳng
Cơng nghệ cao Đồng An.
Ngồi ra, em cũng xin cảm ơn đến các anh, chị đang công tác tại phịng thí nghiệm
của Khoa Kỹ thuật Thực phẩm và Môi trường đã tạo điều kiện tốt nhất để em hồn thành
nghiên cứu của mình.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế của một
sinh viên như em, luận văn này cũng không tránh khỏi sự thiếu sót. Em rất mong nhận
được ý kiến góp ý của q thầy, cơ để em có thể trau dồi và học hỏi thêm kiến thức cũng
như những kinh nghiệm quý báu, nâng cao ý thức để có thể phục vụ tốt hơn công việc
thực tế sau này.


TĨM TẮT
Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình chưng cất tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp lôi
cuốn hơi nước được khảo sát. Một số thông số vận hành tối ưu như kích thước ngun liệu từ
0.25-0.707mm, cơng suất 200W, nhập liệu 300g và chưng cất trong 3 giờ, thu được hiệu suất
3.93%. Một số hợp chất chính trong tinh dầu tiêu như β-caryophyllene (24.28%), D-Limonene
(20.76%), 3-carene (20.36%), β-pinene (10.67%) và α-pinene (10.12%). Nghiên cứu này sử
dụng phương pháp chưng cất phân đoạn chân không nhằm thu được phân đoạn giàu βcaryophyllene. Phân đoạn gàu β-caryophyllene nhất đạt 75.68% và khả năng kháng oxy hóa

của nó vượt trội so với dầu thơ và các phân đoạn cịn lại.


ABSTRACT

In this study, we have developed a procedure for extracting black pepper essential oil
from Vietnam, optimizing some conditions that affect to steam distillation process such 0.2 to
0.7 mm of material size, 200W of heater power and 3h of distillation time. The major
components of black pepper oil include α-pinene (10.12%), β-pinene (10.67%), δ-3-carene
(20.36%), limonene (20.76%), and β-caryophyllene (24.28%). This study aimed to purify βcaryophyllene from black pepper essential oil followed by vaccum fractional distillation. The
composition of fraction whereas rich β-caryophyllene reach 75.84% and its antioxidant activity
is superior to the rest.


MỤC LỤC

MỤC LỤC ................................................................................................................ i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH.............................................................................................. vii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU .................................................3
1.1 Tổng quan về nguyên liệu ............................................................................3
Giới thiệu về cây hồ tiêu ..........................................................................3
Cách trồng cây hồ tiêu .............................................................................4
Giới thiệu về hạt tiêu đen .........................................................................5
Giới thiệu về tinh dầu tiêu đen .................................................................5
1.2 Tổng quan về hoạt chất BCP .......................................................................7
1.3 Tổng quan về phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước .........................8
1.4 Tổng quan về phương pháp chưng cất phân đoạn ....................................8

1.5 Tổng quan về phương pháp bắt gốc tự do DPPH ......................................9
1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ..............................................10
Tình hình nghiên cứu ngồi nước ..........................................................10
Tình hình nghiên cứu trong nước ..........................................................11
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................13
2.1 Nguyên liệu ..................................................................................................13
Nguyên liệu ............................................................................................13
Dụng cụ – thiết bị – hóa chất .................................................................13
2.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu .............................................................16
Thời gian nghiên cứu .............................................................................16
i


Địa điểm nghiên cứu ..............................................................................16
2.3 Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................16
Quy trình cơng nghệ...............................................................................16
2.4 Sơ đồ nghiên cứu .........................................................................................19
2.5 Bố trí thí nghiệm .........................................................................................20
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chưng cất tinh dầu tiêu ..20
Khảo sát ảnh hưởng của một số điều kiện chưng cất phân đoạn lên hàm
lượng của BCP trong các phân đoạn ....................................................................21
Đánh giá khả năng kháng oxy hóa của tinh dầu tiêu đen trước và sau
phân đoạn bằng phương pháp DPPH ...................................................................22
2.6 Phương pháp phân tích ..............................................................................23
Phương pháp đánh giá cảm quan ..........................................................23
Phương pháp phân tích định lượng sắc kí khí ghép khối phổ (GC-MS)
...............................................................................................................................23
2.7 Phương pháp xử lý số liệu ..........................................................................23
Xác định khối lượng nguyên liệu khô ....................................................23
Xác định khối lượng riêng của tinh dầu ................................................23

Xác định hiệu suất thu tinh dầu .............................................................24
Xác định độ thu hồi của từng chất .........................................................24
Xác định khả năng bắt gốc tự do bởi phương pháp DPPH ...................25
Xác định khả năng kháng oxy hóa của tinh dầu bởi TEAC (trolox
equivaent antioxidant capacity) ............................................................................25
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................26
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất .......................................26
Ảnh hưởng của kích thước ngun liệu .................................................26
Ảnh hưởng của thời gian chưng cất và công suất gia nhiệt ..................26
Ảnh hưởng của thể tích nguyên liệu ......................................................27
ii


3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình chưng cất phân đoạn .....................28
Thành phần của tinh dầu tiêu đen thô ...................................................28
Ảnh hưởng của áp suất lên nhiệt độ sôi của một số hợp chất chính .....30
Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lên hàm lượng BCP sau phân đoạn ..31
Khảo sát ảnh hưởng của công suất lên hàm lượng BCP sau phân đoạn
...............................................................................................................................40
3.3 Đánh giá khả năng kháng oxy hóa của dầu thơ và sau phân đoạn ........51
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .................................................54
4.1 Kết luận ........................................................................................................54
4.2 Khuyến nghị ................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................56

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ASCK: áp suất chân không
BCP: β-caryophyllene

iv


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu ...........................................................13
Bảng 2.2. Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu ............................................................14
Bảng 2.3. Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ..........................................................15
Bảng 2.4. Bảng bố trí thí nghiệm trong nghiên cứu .................................................22
Bảng 3.1. So sánh thành phần tiêu đen thô so với một số vùng quốc gia ...............28
Bảng 3.2. Khối lượng của các phân đoạn ở các ASCK khác nhau .........................31
Bảng 3.3. Nhiệt độ tại ASCK 500mmHg ...................................................................32
Bảng 3.4. Độ thu hồi của các hợp chất trong tinh dầu ở ASCK 500mmHg ...........32
Bảng 3.5. Nhiệt độ tại ASCK 600mmH. ....................................................................34
Bảng 3.6. Độ thu hồi của các hợp chất trong tinh dầu ở ASCK 600mmHg ...........34
Bảng 3.7. Nhiệt độ tại ASCK 700mmHg ...................................................................36
Bảng 3.8. Độ thu hồi của các hợp chất trong tinh dầu ở ASCK 700mmHg ...........36
Bảng 3.9. Nhiệt độ tại ASCK 745mmHg ...................................................................38
Bảng 3.10. Độ thu hồi của các hợp chất trong tinh dầu ở ASCK 745mmHg .........38
Bảng 3.11. Khối lượng các phân đoạn ở công suất khác nhau ở cột chưng cất
200mm...................................................................................................................40
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của công suất lên hàm lượng BCP ở cột chưng cất 200mm
...............................................................................................................................41
Bảng 3.13. Độ thu hồi của tinh dầu ở công suất 230W tháp chưng cất 200mm ....43
Bảng 3.14. Khối lượng các phân đoạn ở công suất khác nhau ở cột chưng cất
300mm...................................................................................................................44
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của công suất lên hàm lượng BCP ở cột chưng cất 300mm

...............................................................................................................................45
Bảng 3.16. Độ thu hồi của tinh dầu ở công suất 230W tháp chưng cất 300mm ....46
v


Bảng 3.17. Khối lượng các phân đoạn ở công suất khác nhau ở cột chưng cất
400mm...................................................................................................................48
Bảng 3.18. Ảnh hưởng của công suất lên hàm lượng BCP ở cột chưng cất 400mm
...............................................................................................................................48
Bảng 3.19. Độ thu hồi của tinh dầu ở công suất 230W tháp chưng cất 400mm ....50
Bảng 3.20. Khả năng kháng oxy hóa của dầu thơ và các phân đoạn bằng phương
pháp DPPH ...........................................................................................................52

vi


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cây hồ tiêu .....................................................................................................3
Hình 1.2. Hạt tiêu đen ...................................................................................................5
Hình 1.3. Tinh dầu tiêu đen ..........................................................................................6
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử β-caryophyllene ..............................................................7
Hình 2.1. Quy trình chưng cất tinh dầu tiêu đen......................................................16
Hình 2.2. Quy trình chưng cất phân đoạn tinh dầu tiêu đen ..................................17
Hình 2.3. Quy trình phân tích khả năng kháng oxy hóa bằng phương pháp DPPH
...............................................................................................................................18
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm chưng cất lơi cuốn hơi nước .........................................20
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm chưng cất phân đoạn. ...................................................21
Hình 3.1. Ảnh hưởng của kích thước ngun liệu ................................................... 26
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian chưng cất và cơng suất gia nhiệt ....................27

Hình 3.3. Ảnh hưởng của khối lượng nhập liệu........................................................28
Hình 3.4. Ảnh hưởng của áp suất chân không lên nhiệt độ sôi của các cấu tử chính
...............................................................................................................................31
Hình 3.5. Độ thu hồi của BCP trong các phân đoạn ở nhiều áp suất. ....................39
Hình 3.6. Hàm lượng của BCP trong các phân đoạn ở nhiều áp suất. ...................40
Hình 3.7. Hàm lượng và độ thu hồi của BCP trong cột chưng cất 200mm ............42
Hình 3.8. Hàm lượng và độ thu hồi của BCP ở cột chưng cất 300mm ...................46
Hình 3.9. Hàm lượng và độ thu hồi của BCP ở cột chưng cất 400mm ...................49
Hình 3.10. Đường cong chuẩn nồng độ của Trolox ..................................................52

vii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ tự nhiên của con người ngày càng
cao. Tinh dầu là một trong những báu vật của thiên nhiên ban tặng cho chúng ta, đa số
các thành phần chính của tinh dầu đều có những đặc tính rất tốt như kháng khuẩn, kháng
nấm, kháng oxy hóa. Tinh dầu được sử dụng làm nguyên liệu trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, thuốc bảo vệ thực vật… Các sản phẩm có sự xuất hiện
của tinh dầu rất đa dạng như nước lau sàn, nước rửa tay, nước rửa chén, kem đánh răng,
kem dưỡng da, thuốc xịt đuổi muỗi, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu.
Hiện nay nhu cầu thị trường sử dụng các sản phẩm tự nhiên ngày càng gia tăng
trong đó dầu hay tinh dầu tự nhiên để làm đẹp cũng được chú trọng hơn. Với các thành
phần kháng khuẩn, kháng nấm, kháng oxy hóa, ức chế ung thư … nên tinh dầu tiêu đen
ngày càng được sử dụng phổ biến. Hoạt chất β-caryophyllene (BCP) có nhiều tính chất
ưu việt như khả năng chống cơn trùng có thể áp dụng vào mỹ phẩm, như một hoạt chất
trao đổi có lợi cho việc giảm tích lũy lipid trong tế bào mỡ, cải thiện hoạt động hấp thu
glucose trong các tế bào mơ cơ có thể áp dụng cho dược phẩm. Hàm lượng BCP trong
tinh dầu tiêu nhiều hơn so với những loại tinh dầu thực vật khác.

Tuy nhiên trong tinh dầu tiêu đen thành phần BCP chưa cao, vì vậy để ứng dụng
vào mỹ phẩm dựa trên những đặc tính tốt của BCP, chúng ta cần phải nâng cao hàm
lượng BCP trong tinh dầu tiêu đen. Tinh dầu tiêu đen có hàm lượng BCP cao sẽ là chất
nền tự nhiên hữu hiệu để sản xuất các loại mỹ phẩm chăm sóc bảo vệ da, chống các loại
côn trùng nguy hiểm như muỗi. Đồng thời tinh dầu tiêu đen có hàm lượng BCP sẽ làm
tăng giá trị của tinh dầu tiêu đen truyền thống và tăng thu nhập cho doanh nghiệp sản
xuất.
Với mục đích tăng hàm lượng BCP trong tinh dầu tiêu, chưng cất phân đoạn là
một trong những phương pháp hữu ích. Để nâng cao giá trị của hạt tiêu đen, tôi chọn đề
tài “Nghiên cứu chưng cất phân đoạn tinh dầu tiêu để nâng cao hàm lượng hoạt chất βcaryophyllene” để thực hiện q trình nghiên cứu khóa luận tốt nghiệp của bản thân.
2. Mục tiêu nghiên cứu

1


Nghiên cứu, đưa ra thông số phù hợp cho quá trình chưng cất tinh dầu tiêu bằng
phương pháp lơi cuốn hơi nước.
Nghiên cứu, đưa ra thông số phù hợp cho quá trình chưng cất tinh dầu tiêu để
nâng cao hàm lượng hoạt chất BCP.
3. Nội dung nghiên cứu
 Chưng cất tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp lôi cuốn hơi nước
o Khảo sát kích thước nguyên liệu
o Khảo sát thời gian chưng cất
o Khảo sát tốc độ gia nhiệt
o Khảo sát khối lượng nhập liệu
 Chưng cất phân đoạn tinh dầu tiêu đen nhằm nâng cao hàm lượng hoạt chất BCP.
o Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lên thành phần BCP có trong các phân đoạn
o Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ gia nhiệt lên thành phần BCP có trong các
phân đoạn
o Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao tháp chưng cất mâm

 Đánh giá khả năng kháng oxy hóa của các phân đoạn bằng phương pháp DPPH.
4. Phạm vi nghiên cứu
Đối tượng: Tiêu đen.
Thời gian nghiên cứu: Tháng 02/2020 đến tháng 05/2020.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về nguyên liệu
Giới thiệu về cây hồ tiêu
Họ: Hồ tiêu (Piperaceae).
Tên khoa học: Piper Nigrum L.
Tên khác: cổ nguyệt, hắc cổ nguyệt, bạch cổ nguyệt.
Cây hồ tiêu, có tên khoa học là Piper nigrum thuộc họ Piperaceae có nguồn gốc
từ Ấn Độ. Giống này được trồng ở Việt Nam vào thế kỷ 17 bởi người Pháp và được
trồng ở Phú Quốc, Hòn Chong và Hà Tiên ( Kiên Giang) vào cuối thế kỷ 19. Hồ tiêu là
một loại cây đặc trưng của vùng nhiệt đới ẩm. Các vùng trồng hồ tiêu chính trên thế giới
chủ yếu nằm ở vùng Châu Á Thái Bình Dương như Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Sri
Lanka, Thái Lan và Việt Nam. Hồ tiêu cũng được trồng ở các nước khác như Brazil,
Madagascar. Ở Việt Nam có các vùng trồng tiêu chính với điều kiện khí hậu và thổ
nhưỡng khác nhau như Quảng Trị, Tây Nguyên, Bình Phước, Bà Rịa-Vũng Tàu, Phú
Quốc. Hiện nay, Việt Nam là quốc gia có sản lượng hồ tiêu lớn nhất thế giới. Năm 2008,
sản lượng hồ tiêu của Việt Nam chiếm 30% tổng sản lượng hồ tiêu của thế giới
(Ravindran & Kallupurackal, 2012).

Hình 1.1. Cây hồ tiêu

3

Cách trồng cây hồ tiêu
Yêu cầu đất trồng
Cây tiêu là cây dễ trồng có khả năng thích nghi với nhiều loại đất khác nhau. Đất
trồng cây tiêu phải đáp ứng các điều kiện sau:
 Đất giàu mùn, có tầng canh tác từ 75cm đến 1m.
 Đất không bị ngập úng, thoát nước tốt, độ dốc khoảng 25 độ là tốt nhất.
Lựa chọn loại trụ trồng tiêu
Có hai loại trụ thường dùng trong trồng tiêu là trụ sống và trụ chết, mỗi loại đều
có ưu, nhược điểm khác nhau:
- Trụ chết: Là các loại trụ làm bằng cọc bê tông, trụ gạch hoặc cây gỗ.
+ Ưu điểm của loại trụ này là thời gian triển khai trồng tiêu nhanh, không phải
chờ đợi trụ tiêu lớn. Mật độ trồng tiêu có thể dày hơn.
+ Nhược điểm là chi phí đầu tư cao, cây tiêu sinh trưởng về sau không được khỏe
mạnh do thiếu tán che, độ bám rễ kém.
- Trụ sống: Là các loại trụ dùng cây muồng đen, cây gòn, lồng mức, núc nác…
+ Ưu điểm của trụ sống là cây sinh trưởng phát triển khỏe mạnh – bền vững, bản
thân các cây làm trụ khi rụng lá sẽ bổ sung thêm lượng mùn cho đất, chi phí đầu tư thấp.
+ Nhược điểm: Thời gian triển khai trồng lâu do phải đợi trụ đủ lớn, một số loại
cây phải thường xuyên tỉa cành tạo tán.
Mật độ trồng
- Đối với trụ chết: Trồng với khoảng cách 2,5m x 2,5m. Mật độ là 1600 trụ / ha.
- Đối với trụ sống: Trồng với khoảng cách 3m x 3m. Mật độ là 1100 trụ / ha.
- Trường hợp trồng xen kẽ 1 hàng trụ sống + 1 hàng trụ chết. Khoảng cách là 2m
x 2,5m (hàng cách hàng 2m, trụ cách trụ 2,5 m).
- Mật độ tối đa không nên vượt quá 2000 trụ / ha.

4

Giới thiệu về hạt tiêu đen
Hạt tiêu đen có dạng hình cầu, đường kính 3.5-5mm. Mặt ngồi màu nâu đen có
nhiều vết nhăn hình vân lưới nổi lên, gốc quả có vết sẹo của cuống quả. Vỏ quả ngồi
có thể bóc ra được. Vỏ quả trong màu trắng tro hoặc màu vàng nhạt, mặt cắt ngang màu
trắng vàng. Quả có chất bột, trong có lỗ hổng nhỏ, mùi thơm, vị cay.

Hình 1.2. Hạt tiêu đen

Thành phần hóa học của hạt tiêu đen
Tiêu đen rất giàu vitamin C và khoáng chất. Hạt tiêu đen chứa khoảng 1.5-2.6%
Nitơ, 28-49% tinh bột, 0.3-4.2% tinh dầu, 4.4-12% cồn, 8.7-18% xơ, 1.7-7.4% piperine
và 3.6-5.7% tro (Ravindran & Kallupurackal, 2012).
Công dụng hạt tiêu đen
Hạt tiêu đen là gia vị được sử dụng rất phổ biến trên tồn thế giới vì đặc tính cay,
nồng của nó. Hạt tiêu chứa rất nhiều chất chống oxy hóa với hàm lượng cao như βcarotene, β-cryptoxanthin, choline, acid folic và vitamin C, E. Những hoạt chất trên có
khả năng kháng oxy hóa rất tốt, giảm tác hại của các gốc tự do và ngăn ngừa bệnh ung
thư. Ngoài ra, hạt tiêu đen còn được sử dụng như là một chất bảo quản tự nhiên do nó
giàu các chất kháng oxy hóa và kháng khuẩn. Tinh dầu và piperine trong hạt tiêu được
sử dụng rộng rãi trong mỹ phẩm cũng như dược phẩm.
Giới thiệu về tinh dầu tiêu đen
Giới thiệu về tinh dầu
Tinh dầu là hỗn hợp các chất dễ bay hơi, có mùi đặc trưng, được trích xuất từ
nhiều bộ phận khác nhau của các loại thực vật khác nhau. Tinh dầu bưởi được trích xuất

5


từ bưởi, tinh dầu tràm được trích xuất từ lá tràm, tinh dầu hương thảo và bạc hà được
trích xuất từ thân và lá.

Giới thiệu về tinh dầu tiêu đen
Tinh dầu tiêu chứa nhiều hoạt chất dầu dễ bay hơi và có mùi thơm. Thành phần
hóa học chủ yếu của tinh dầu tiêu đen gồm có (Pino, Rodriguez‐Feo, Borges, & Rosado,
1990) (Ravindran & Kallupurackal, 2012):
+ Hydrocacbon monoterpene: như D-limonene, myrcene, p-cymene, 3-carene,
cis-ocimene, β-pinene, α-pinene, β-phellarene.
+ Dẫn xuất có oxy của monoterpene: borneol, camphor, carvacrol, cis-carveol,
trans-carveol, carvone, carventanacetone, 1,8-cineole.
+ Hydrocacbon Sesquiterpene: β-caryophyllene, α-trans-bergamontane, βbisabolene, δ-cadinene.
+ Dẫn xuất có oxy của sesquiterpene: cadinen-4-ol, caryophylla-3-(12), γeudesmol, elemol, cubebol, α-bisabolol, β-bisabolol.
+ Các hợp chất khác: methyl eugenol, benzaldehyde.

Hình 1.3. Tinh dầu tiêu đen

Tinh dầu tiêu đen có rất nhiều hoạt tính sinh học hữu ích như kháng nấm (Singh,
Marimuthu, Catalan, & DeLampasona, 2004), kháng oxy hóa (Lee, Chae, Shin, & Kim,
2020), kháng khuẩn(Dorman & Deans, 2000), chống côn trùng, kháng ung thư (Deng,
Sriwiriyajan, Tedasen, Hiransai, & Graidist, 2016) …
Một số cơng dụng chính của tinh dầu tiêu đen:
6


Chất bảo quản thực phẩm: Tinh dầu tiêu đen có hoạt tính kháng khuẩn, kháng
nấm, ức chế được sự phát triển của các loại vi khuẩn trong thực phẩm, vì thế có thể sử
dụng tinh dầu tiêu đen như một tác nhân bảo quản thực phẩm (Nikolić et al., 2015).
Kích thích ăn uống: Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh dầu tiêu đen giúp cho
bệnh nhân bị chứng khó nuốt, kích thích khướu giáctạo điều kiện thuận lợi cho việc
uống của bệnh nhân (Munakata et al., 2008).
Chống ung thư: Tinh dầu tiêu đen được xem như một tác nhân điều hịa miễn
dịch, nó có tác dụng chống ung thư thông qua việc thúc đẩy hoạt động gây độc tế bào

của tế bào NK (Majdalawieh & Carr, 2010).
Giúp cai thuốc lá: Những nghiên cứu gần đây cho thấy tinh dầu tiêu đen đóng vai
trị là chất tiềm năng để hỗ trợ quá trình cai thuốc lá ở người (Rose & Behm, 1994).
1.2 Tổng quan về hoạt chất BCP
Tên thường gọi: β-Caryophyllene, trans-Caryophyllene, (E)-Caryophyllene, β(E)-Caryophyllene, E-β-Caryophyllene, (-)-(E)-Caryophyllene.
Công thức phân tử: C15H24

Hình 1.4. Cấu trúc phân tử β-caryophyllene

BCP là một sesquiterpene hai vịng tự nhiên, một trong những thành phần chính
của tinh dầu tiêu, nó có nhiều hoạt tính có lợi như kháng khuẩn (Zhang et al., 2017),
kháng viêm , kháng sinh (Salehi et al., 2019), chống oxy hóa (Jeena, Liju, Umadevi, &
Kuttan, 2014), ngăn ngừa ung thư (Legault & Pichette, 2007), hạ huyết áp (Andriana,
Xuan, Quy, Tran, & Le, 2019), chống nhiễm trùng (De Souza et al., 2014), chống côn
trùng (Huong et al., 2019) , giảm đau.
7


1.3 Tổng quan về phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Chưng cất bằng hơi nước là một quá trình được sử dụng để thu hồi các hợp chất
dễ bay hơi có nhiệt độ sơi cao. Q trình này được sử dụng để chiết xuất tinh dầu từ
thực vật. Trong thực tế, quá trình sử dụng hơi nước làm tác nhân chiết xuất để làm bay
hơi hoặc giải phóng các hợp chất dễ bay hơi khỏi nguyên liệu thô. Các hợp chất được
bay hơi bằng cách hấp thụ nhiệt từ hơi nước, và sau đó được truyền đến hơi nước, nơi
chúng được khuếch tán. Pha hơi tạo thành được làm lạnh và ngưng tụ trước khi tách
nước khỏi pha dầu dựa trên tính khơng tan lẫn vào nhau của chúng. Trong quá trình này,
hai sản phẩm thu được: tinh dầu và hydrosol (Prado et al., 2015).
Ưu điểm: Tinh dầu được tạo ra khơng có sử dụng dung mơi, khơng cần các bước
tách dung mơi. Có thể áp dụng ở quy mơ cơng nghiệp, thiết bị với chi phí khơng đắt đỏ,
dễ sử dụng (Prado et al., 2015).

Nhược điểm: Các hợp chất nhạy nhiệt có thể bị phân hủy về nhiệt hoặc bị thủy
phân, thời gian chiết xuất rất lâu, tốn kém nhiều năng lượng. Khó chiết xuất từ các dạng
nguyên liệu bột quá mịn, dẫn tới hình thành tảng lớn mà hơi nước khó xuyên qua được.
1.4 Tổng quan về phương pháp chưng cất phân đoạn
Chưng cất phân đoạn là q trình nhằm mục đích tách hai hoặc nhiều chất bằng
sự chênh lệch độ bay hơi giữa chúng. Quá trình này phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ
của hệ thống, cũng như các đặc tính vật lý và hóa học của các thành phần được tách ra
(W. P Silvestre, Agostini, Muniz, & Pauletti, 2016).
Công nghệ chưng cất phân đoạn chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy lọc
dầu, hóa dầu, xử lý khí tự nhiên (Kister, Haas, Hart, & Gill, 1992). Quá trình này thường
được diễn ra liên tục, nguyên liệu luôn luôn được thêm vào cột chưng cất và sản phẩm
cũng được lấy ra song song. Quá trình chưng cất phân đoạn cơng nghiệp thường được
thực hiện trong các cột hình trụ đứng, lớn được gọi là "tháp chưng cất hoặc phân đoạn"
hoặc "cột chưng cất" với đường kính từ khoảng 0,65 đến 6 mét và chiều cao từ khoảng
6 đến 60 mét hoặc hơn. Các tháp chưng cất có các cửa xả chất lỏng ở các khoảng cách
lên trên cột cho phép rút các phân đoạn hoặc sản phẩm khác nhau có điểm sơi hoặc
khoảng sơi khác nhau. Bằng cách tăng nhiệt độ của sản phẩm bên trong các cột, các sản
phẩm khác nhau được tách ra. Sản phẩm “nhẹ nhất” (có nhiệt độ sơi thấp nhất) thoát ra

8


từ trên cùng của cột và sản phẩm “nặng nhất (có nhiệt độ sơi cao nhất) thốt ra từ dưới
cùng của cột.
Phương pháp chưng cất phân đoạn gián đoạn là phương pháp tách dung dịch
nhiều cấu tử thành nhiều đoạn khác nhau chỉ dùng một tháp chưng cất duy nhất
(Mujtaba, 2004). So với chưng cất liên tục, nó có lợi thế về mặt thiết kế đơn giản, dễ
vận hành. Quá trình phân tách được diễn ra tại các đĩa của tháp chưng cất. Những hợp
chất nặng có nhiệt chuyển pha cao hơn so với hợp chất nhẹ, nó dễ bị ngưng tụ hơn so
với những cấu tử nhẹ. Khi quá trình ngưng tụ xảy ra, một lượng nhiệt sẽ được giải phóng

làm các cấu tử nhẹ hơn bay hơi lên đỉnh tháp. Quá trình này liên tục xảy ra, dẫn tới các
cấu tử nhẹ hơn sẽ dễ dàng tách ra khỏi dung dịch và hiện diện ở phần cất (Diwekar &
Kim, 2005).
1.5 Tổng quan về phương pháp bắt gốc tự do DPPH
1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) được xem như một gốc tự do ổn định vì
liên kết pi của các vịng thơm có thể bù đắp sự thiếu hụt electron ở nguyên tố Nitơ trong
phân tử. Gốc tự do này bền và ổn định, hợp chất có màu tím đậm và dung dịch của nó
với methanol có độ hấp thu cực đại ở bước sóng 517 nm (Kedare & Singh, 2011). DPPH
khơng bị đime hóa như các gốc tự do khác.
Cơ chế: Khi dung dịch DPPH tiếp xúc với một chất có khả năng cho 1 nguyên tử
H hoặc 1 gốc tự do khác (٠R), DPPH-H hoặc DPPH-R được hình thành dẫn tới sự mất
màu của dung dịch và giảm độ hấp thu. Vì thế, có thể tính khả năng bắt gốc tự do của
dung dịch cần phân tích nhờ việc giảm độ hấp thu cũng như mất màu dung dịch DPPH.
Phương pháp này dựa trên sự giảm số lượng gốc tự do bởi hoạt động của các chất chống
oxy hóa (Santos-Sánchez, Salas-Coronado, Villanueva-Cañongo, & Hernández-Carlos,
2019).
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi để định lượng các chất chống oxy
hóa vì tính đơn giản, rẻ tiền và nhanh chóng của nó. Phương pháp quét gốc tự do DPPH
cho phép phản ứng với hầu hết các loại chất chống oxy hóa do tính ổn định của DPPH
(Prakash, Rigelhof, & Miller, 2001). Vì thế, nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như
hóa, thực phẩm. Nhược điểm của phương pháp này là độ ổn định của DPPH bị ảnh
hưởng bởi dung mơi có tính chất là bazơ Lewis hoặc sự hiện diện của oxy hoà tan.

9


1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Yukihiro Tambe thuộc Khoa khoa học dược liệu, đại học Kyoto, Nhật Bản vào
năm 1996 đã nghiên cứu tác dụng kháng viêm của BCP lên dạ dày chuột. Kết quả cho

thấy BCP ức chế các tổn thương viêm mạc dạ dày của chuột do ethanol tuyệt đối gây ra,
ngồi ra nó cịn có tác dụng bảo vệ tế bào (Tambe, Tsujiuchi, Honda, Ikeshiro, & Tanaka,
1996).
Klaudyna Fidyt trong năm 2016 Viện miễn dịch học và liệu pháp thí nghiệm
Ludwik Hirszfeld, Viện hàn lâm khoa học Ba Lan đã nghiên cứu đặc tính chống ung thư
của BCP và BCP oxide (BCPO). Nghiên cứu của ông đã chứng minh được BCP tăng
cường hiệu quả của một số thuốc đặc trị ung thư, có thể sử dụng BCP như một liệu pháp
phối hợp với thuốc chống ung thư (Fidyt, Fiedorowicz, Strządała, & Szumny, 2016).
Klauke thuộc Viện tâm thần học phân tử, Đại học Bonn, Đức trong năm 2014 đã
chọn thụ thể loại 2 để kiểm tra tác dụng giảm đau của BCP đối với chuột bị triệu chứng
đau do viêm và đau thần kinh. Ơng chứng minh rằng BCP có tác dụng giảm phản ứng
đau trong giai đoạn muộn của bệnh thông qua con đường uống trực tiếp bằng
miệng(Klauke et al., 2014).
Saad S. Dahham thuộc phòng nghiên cứu và thử nghiệm EMAN, trường Khoa
học dược phẩm, đại học Sains Malaysia trong năm 2015 đã kiểm tra tác dụng kháng
khuẩn của BCP từ tinh dầu trầm hương. Ông sử dụng các chủng vi khuẩn và nấm gây
bệnh ở người trong nghiên cứu của mình. Kết quả cho thấy BCP thể hiện tác dụng kháng
khuẩn mạnh đối với tất cả các chủng vi khuẩn được thử nghiệm, với các giá trị nồng độ
ức chế tối thiểu dao động từ 3 đến 14 μM. Hoạt động chống lại vi khuẩn rõ rệt ở vi
khuẩn gram dương so với vi khuẩn gram âm (Dahham et al., 2015).
Miguel Angel Calleja thuộc bệnh viện đại học Virgen de las Nieves, Granada,
Tây Ban Nha vào năm 2012 đã báo cáo hoạt động chống oxy hóa của BCP, tác dụng
bảo vệ của nó đối với bệnh xơ gan và khả năng ức chế của nó đối với hoạt hóa tế bào
gan. BCP đã được thử nghiệm về sự ức chế peroxid hóa lipid và như một chất làm sạch
gốc tự do. BCP có khả năng ức chế peroxid hóa lipid cao hơn probucol, a-humulene và
a-tocopherol (Calleja et al., 2012).

10

Abdellah Farah thuộc Viện nghiên cứu Nationale des Plantes Médicinales ở Marốc vào năm 2006 đã chưng cất tinh dầu tràm myrtle, sau đó chưng cất phân đoạn tinh
dầu thơ thu được ở trên. Thành phần chính của tinh dầu tràm thô ban đầu bao gồm αpinene (10%), eucalyptopl (43%) và myrtenyl acetate (25%). Sau khi chưng cất phân
đoạn, ông thu được 3 phân đoạn. Phân đoạn 1 giàu α-pinene (42-54.8%) và eucalyptol
(27-53.6%). Phân đoạn 2 hầu như chỉ có eucalyptol (83-95.8%). Phân đoạn 3 đặc trưng
bởi myrtenyl acetate (62-65%) (Farah et al., 2006).
Wondifraw Abate thuộc trường kỹ thuật hóa học và sinh học, Viện công nghệ
Addis Ababa, đại học Addis Ababa, Etiôpia vào năm 2018 đã nghiên cứu tối ưu phương
pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước thu được tinh dầu tiêu đen và ứng dụng tinh dầu vào
mỹ phẩm. Ơng đưa ra mơ hình thí nghiệm tối ưu của mình với các thơng số như nhiệt
độ chưng cất 127.5oC, kích thước ngun liệu 750µm và chưng cất trong 4 giờ 30 phút
và hiệu suất đạt 4.83%. Ông sử dụng tinh dầu thu được kết hợp với một loại dầu nền từ
thực vật làm dầu mỹ phẩm. Thành phần chính của mỹ phẩm gồm chất màu, acid béo,
oleic acid 22.94% và hexandoxic octandoxic axit 8,61%. Các đặc tính kháng khuẩn của
các dầu mỹ phẩm có hiệu quả cao hơn 60% (Abate, 2018).
W.P. Silvestre (2019), Trung tâm Khoa học và Công nghệ, Đại học Caxias do
Sul, Bra-xin phân đoạn tinh dầu hương thảo được mua tại Công ty Tekton, Bang Rio
Grande do Sul, Nam Bra-xin. Ông và cộng sự sử dụng phương pháp chưng cất phân
đoạn chân không ở áp suất tuyệt đối 10kPa, tiến hành phân đoạn tinh dầu hương thảo
thành 2 phần. Nghiên cứu này phân đoạn theo thời gian và nhiệt độ cố định ở cột hơi
đỉnh. Phần lớn hydro terpene được tách ra và nằm ở đoạn đỉnh tháp chưng cất, các hợp
chất có chứa oxy đa số nằm ở phân đoạn đáy tháp chưng cất (Wendel Paulo Silvestre,
Medeiros, Agostini, Toss, & Pauletti, 2019).
Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay tại Việt Nam việc nâng cao hàm lượng BCP trong tinh dầu tiêu đen đầy
tiềm năng vì nước ta có nguồn ngun liệu rất dồi dào. Tinh dầu tiêu đen giàu BCP hiện
chưa được nghiên cứu phổ biến ở Việt Nam, chỉ có những nghiên cứu về chiết xuất tinh
dầu tiêu đen. Tiềm năng ứng dụng vào mỹ phẩm của tinh dầu tiêu đen giàu BCP rất lớn,
phương pháp chưng cất chân khơng phân đoạn có thể sản xuất theo quy mô công nghiệp
để cung cấp nguyên liệu cho ngành mỹ phẩm.
11