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

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
CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ngành: Cơng nghệ thực phẩm
Mã số: 9540101

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS. TS. NGUYỄN THỊ MINH TÚ
2. GS. TS. TRẦN ĐÌNH THẮNG

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng 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, chƣa từng đƣợc các tác giả khác công bố.
Ngƣời hƣớng 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 đƣợc Luận án Tiến sĩ, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em
đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất to lớn của các thầy, cô và tập thể.
Lời đầu tiên, cho phép em đƣợc bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới
PGS. TS. Nguyễn Thị Minh Tú – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, GS. TS. Trần Đình
Thắng - Trƣờng Đại học Vinh, là những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng 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 Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, là những ngƣời đã hƣớng 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 Trƣờng 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 Trƣờng

Đại học Bách khoa Hà Nội, các thầy cô, cán bộ Viện Đào tạo Sau đại học, Bộ môn
Quản lý chất lƣợng - Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm - Trƣờng 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 - Trƣờng Đại học Vinh, Viện cơng
nghệ Hóa, Sinh - Mơi trƣờng và Trung tâm Thực hành Thí nghiệm - Trƣờng Đại học
Vinh đã bố trí thời gian, hỗ trợ kinh phí và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn
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 ngƣời thân trong gia đình đã ln động viên tinh thần và hỗ trợ về tài chính, đây
chính là nguồn động lực to lớn giúp tơi vƣợt 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 phƣơng pháp thu nhận tinh dầu, nhựa dầu ...................................................... 17
1.3.1. Các phƣơng pháp thu nhận tinh dầu ...........................................................................17
1.3.2. Phƣơng pháp thu nhận nhựa dầu ................................................................................19
1.3.3. Các phƣơng pháp tạo bột hƣơng liệu chất thơm ........................................................22
1.4. Vai trò của gừng trong đời sống con ngƣời ........................................................... 25
1.5. Tình hình sử dụng và nghiên cứu gừng ở Việt Nam và trên thế giới .......................... 26

1.5.1. Ở Việt Nam.................................................................................................................26
1.5.2. Trên thế giới ...............................................................................................................27
1.6. Ứng dụng gừng trong công nghệ thực phẩm .......................................................... 28
1.6.1. Chất thơm sử dụng trong sản xuất bánh, kẹo, đồ uống và chế biến các món ăn ........29
1.6.2. Ứng dụng làm thuốc ...................................................................................................30
1.6.3. Tác dụng chống nấm, vi sinh vật và chống oxy hóa của gừng ...................................30
1.6.4. Ứng dụng của nhựa gừng để làm chất bảo quản thực phẩm ......................................31
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................33
2.1. Các loài mẫu gừng nghiên cứu ......................................................................... 33
2.2. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu sử dụng ........................................................... 35
2.2.1. Hóa chất sử dụng ........................................................................................................35
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu .....................................................................................................35
2.3. Sơ đồ nghiên cứu............................................................................................. 36
2.4. Phƣơng pháp lấy mẫu nguyên liệu gừng ........................................................... 37
2.5. Các phƣơng pháp phân tích ............................................................................. 37
2.5.1. Xác định tỷ lệ thu hồi thịt rễ gừng bằng phƣơng pháp tính phần trăm ......................37
2.5.2. Xác định độ ẩm của rễ gừng bằng phƣơng pháp chƣng cất với toluene ....................37
2.5.3. Xác định lƣợng tinh dầu rễ gừng bằng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi
nƣớc ..................................................................................................................................38
2.5.4. Phân tích hàm lƣợng tinh bột trong rễ gừng ...............................................................38


2.5.5. Phân tích hàm lƣợng cellulose trong rễ gừng theo TCVN 5103:1990 .......................39
2.5.6. Phân tích hàm lƣợng tro trong rễ gừng theo TCVN 9939:2013 .................................40
2.5.7. Phân tích cảm quan của tinh dầu theo TCVN 8460:2010 ..........................................40
2.5.8. Xác định tỷ trọng của tinh dầu theo TCVN 8444:2010..............................................40
2.5.9. Xác định góc quay cực theo TCVN 8446:2010 .........................................................41
2.5.10. Xác định chỉ số khúc xạ theo TCVN 8445:2010 ............................................. 41
2.5.11. Xác định chỉ số acid theo TCVN 8450:2010 .................................................. 41
2.5.12. Xác định chỉ số ester của tinh dầu theo TCVN 8451:2010 ................................ 41

2.5.13. Xác định hàm lƣợng aldehyde theo TCVN 189:1993 ...................................... 42
2.5.14. Xác định độ hòa tan trong ethanol theo TCVN 8449:2010 ............................... 42
2.5.15. Xác định cấu tử của tinh dầu gừng bằng phƣơng pháp GC/MS ......................... 42
2.5.16. Xác định cấu tử của nhựa dầu gừng bằng phƣơng pháp LC/MS ........................ 43
2.5.17. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất trong nhựa dầu gừng ....................... 44
2.5.18. Xác định hoạt tính chống oxy hóa - khả năng quét gốc tự do DPPH................... 48
2.5.19. Xác định hoạt tính kháng khuẩn bằng phƣơng pháp khuếch tán thạch ................ 49
2.5.20. Phƣơng pháp đánh giá thị hiếu sản phẩm ....................................................... 49
2.6. Các phƣơng pháp bố trí thí nghiệm .................................................................. 50
2.6.1. Tối ƣu hóa quy trình chƣng cất tinh dầu gừng theo phƣơng pháp đáp ứng bề
mặt ................................................................................................................. 50
2.6.2. Tối ƣu hóa q trình trích li nhựa dầu gừng theo phƣơng pháp đáp ứng bề mặt ..... 52
2.6.3. Bố trí thí nghiệm bổ sung hƣơng liệu vào rƣợu ................................................ 54
2.6.4. Bố trí thí nghiệm bổ sung hƣơng liệu nhựa dầu gừng vào sản phẩm chè đen ......... 55
2.6.5. Nghiên cứu tận dụng phụ phẩm bã gừng vào công nghệ sản xuất khác................. 56
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................................59
3.1. Nghiên cứu xác định chất lƣợng nguyên liệu, tính chất hóa lí và thành phần
hóa học của tinh dầu và nhựa dầu từ rễ 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z.
gramineum, Z. collinsii, Z. rufopilosum, 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 lƣợng nguyên liệu .................................................................... 59
3.1.2. Xác định chỉ số hóa lí 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 li nhựa dầu gừng ...................................................... 95
3.2.3. Xác định công thức cấu tạo của một số hợp chất có trong nhựa dầu gừng từ rễ
gừng loài Z. collinsii tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ, Việt Nam ........................... 105
3.3. Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sử dụng tinh dầu, nhựa dầu gừng vào một số
sản phẩm thực phẩm ............................................................................................. 119
3.3.1. Ứng dụng vào sản phẩm chè đen .................................................................. 119
3.3.2. Sản xuất rƣợu gừng ................................................................................... 120
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: tách tinh bột và làm
giá thể trồng nấm .................................................................................................. 128
3.4.1. Tách tinh bột từ bã gừng ............................................................................. 128
3.4.2. Ứng dụng bã gừng làm giá thể trồng nấm ...................................................... 130
3.4.3. Đề nghị quy trình chế biến khép kín đối với sản phẩm gừng............................. 134
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................................135
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ...............................137
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................138


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]........................... 16
Bảng 2.1. Thông tin các mẫu nghiên cứu ....................................................................... 33
Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm tối ƣu hóa quy trình chƣng cất tinh dầu gừng .................... 51
Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm tối ƣu hóa quy trình trích li nhựa dầu gừng ....................... 53
Bảng 2.4. Tỷ lệ nhựa dầu bổ sung vào sản phẩm chè đen .............................................. 56
Bảng 2.5. Tỷ lệ thay thế bã mùn cƣa gừng trong giá thể ................................................ 58
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát chất lƣợng nguyên liệu các loài gừng nghiên cứu .............. 60
Bảng 3.2. Chỉ số hóa lí của tinh dầu gừng ...................................................................... 62
Bảng 3.3. Thành phần hóa học các cấu tử bay hơi tinh dầu loài Z. cochinchinensis ..... 63
Bảng 3.4. Thành phần hóa học tinh dầu lồi Z. gramineum ........................................... 66

Bảng 3.5. Thành phần hóa học tinh dầu lồi Z. rufopilosum .......................................... 68
Bảng 3.6. Thành phần hóa học của tinh dầu rễ lồi Z. zerumbet .................................... 72
Bảng 3.7. Thành phần hóa học của tinh dầu rễ loài Z. rubens ........................................ 74
Bảng 3.8. Thành phần hóa học của tinh dầu rễ và vỏ rễ loài Z. collinsii ........................ 76
Bảng 3.9. Thành phần hóa học của tinh dầu rễ lồi Z. officinale ................................... 79
Bảng 3.10. Thành phần hóa học của nhựa dầu lồi Z. cochinchinensis ......................... 81
Bảng 3.11. Thành phần hóa học của nhựa dầu loài Z. gramineum ................................. 82
Bảng 3.12. Thành phần hóa học của nhựa dầu lồi Z. rufopilosum................................ 83
Bảng 3.13. Thành phần hóa học của nhựa dầu lồi Z. zerumbet .................................... 84
Bảng 3.14. Thành phần hóa học của nhựa dầu lồi Z. rubens ........................................ 84
Bảng 3.15. Thành phần hóa học của nhựa dầu loài Z. collinsii ...................................... 85
Bảng 3.16. Thành phần hóa học của nhựa dầu lồi Z. officinale .................................... 86
Bảng 3.17. Lƣợng tinh dầu thu nhận từ thịt và vỏ rễ gừng Z. collinsii .......................... 87
Bảng 3.18. Điều kiện tiến hành thí nghiệm đối với tinh dầu gừng lồi Z. collinsii ....... 91
Bảng 3.19. Mơ hình thí nghiệm chƣng cất tinh dầu gừng loài Z. collinsii ..................... 91
Bảng 3.20. Kết quả phân tích hồi quy – lƣợng tinh dầu gừng thu đƣợc ......................... 92
Bảng 3.21. Kết quả chƣng cất tinh dầu theo điều kiện tối ƣu ......................................... 94
Bảng 3.22. Điều kiện tiến hành thí nghiệm đối với nhựa dầu gừng lồi Z. collinsii ...... 99
Bảng 3.23. Mơ hình thí nghiệm trích li nhựa dầu gừng lồi Z. collinsii....................... 100
Bảng 3.24. Kết quả phân tích hồi quy – lƣợng nhựa dầu gừng thu đƣợc ..................... 101
Bảng 3.25. Kết quả trích li nhựa dầu gừng theo điều kiện tối ƣu ................................. 103
Bảng 3.26. Các hợp chất đƣợc tách ra từ cây gừng Z. collinsii .................................... 105
ữ liệu phổ
........................................ 106
ữ liệu phổ
.......................................... 107
ữ liệu phổ
........................................... 108
13
Bảng 3.30. Số liệu phổ C- NMR của hợp chất 4 (Rutin) ........................................... 109

ữ liệu phổ
-(hydroxymethyl)furfural) ............... 111
ữ liệu phổ
Bisdemethoxycurcumin) ..................... 112
ữ liệu phổ
Demethoxycurcumin) ......................... 114
Bảng 3.34. Hoạt tính chống oxy hóa của tinh dầu và nhựa dầu gừng từ loài Z. collinsii116
Bảng 3.35. Hoạt tính kháng (mm) các loại vi sinh vật của kanamycin 0,2 (mg/ml) .... 117
Bảng 3.36. Hoạt tính kháng chủng vi khuẩn B. subtilis................................................ 118
Bảng 3.37. Kết quả xác định lƣợng nhựa dầu gừng bổ sung vào chè........................... 119
Bảng 3.38. Thành phần hóa học tinh dầu từ bột hƣơng liệu tinh gừng Z. collinsii ...... 124
Bảng 3.39. Kết quả xác định lƣợng bột hƣơng liệu tinh dầu bổ sung vào rƣợu ........... 126
Bảng 3.40. Hàm lƣợng tinh bột trong mẫu tinh bột gừng thu đƣợc.............................. 130
Bảng 3.41. 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 ................................................................. 13
Hình 1.4. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ................................................................. 13
Hình 1.5. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ................................................................. 14
Hình 1.6. Các hợp chất trong nhựa dầu gừng ................................................................. 15
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 ............................................................................................. 33
Hình 2.2. Z.gramineum ................................................................................................... 33
Hình 2.3. Z. rufopilosum ................................................................................................. 33

Hình 2.4. Z. zerumbet...................................................................................................... 34
Hình 2.5. Z. rubens ......................................................................................................... 34
Hình 2.6. Z. collinsii ....................................................................................................... 34
Hình 2.7. Z. officinale ..................................................................................................... 34
Hình 2.8. Hệ thống sắc ký khí ghép nối khối phổ .......................................................... 43
Hình 2.9. Hệ thống sắc ký lỏng ghép nối khối phổ ........................................................ 44
Hình 2.10. Hệ thống máy cộng hƣởng từ hạt nhân ......................................................... 44
Hình 3.1. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. cochinchinensis (Hoa) ........................................... 65
Hình 3.2. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. gramineum (Rễ) ..................................................... 68
Hình 3.3. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. rufopilosum ............................................................ 71
Hình 3.4. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. zerumbet ................................................................ 74
Hình 3.5. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. rubens .................................................................... 75
Hình 3.6. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. collinsii (Rễ) .......................................................... 78
Hình 3.7. Sắc ký đồ GC/MS vỏ gừng lồi Z. collinsii .................................................... 78
Hình 3.8. Sắc ký đồ GC/MS lồi Z. officinale ................................................................ 80
Hình 3.9. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. cochinchinensis ...................................................... 82
Hình 3.10. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. gramineum ........................................................... 82
Hình 3.11. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. rufopilosum .......................................................... 83
Hình 3.12. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. zerumbet ............................................................... 84
Hình 3.13. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. rubens................................................................... 85
Hình 3.14. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. collinsii................................................................. 85
Hình 3.15. Sắc ký đồ LC/MS lồi Z. officinale .............................................................. 86
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng tinh dầu thu đƣợc .............................. 89
Hình 3.17. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng tinh dầu gừng thu đƣợc ..................... 92
Hình 3.18. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng tinh dầu gừng thu đƣợc ..................... 93


Hình 3.19. Mức độ đáp ứng sự mong đợi quá trình chƣng cất thu nhận tinh dầu .......... 94
Hình 3.20. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng nhựa dầu gừng thu đƣợc ................... 97
Hình 3.21. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng nhựa dầu gừng thu đƣợc ................. 101

Hình 3.22. Ảnh hƣởng của các yếu tố đến lƣợng nhựa dầu thu đƣợc .......................... 102
Hình 3.23. Mức độ đáp ứng sự mong đợi q trình trích li nhựa dầu gừng ................. 103
Hình 3.24. Sản phẩm chè đen bổ sung nhựa dầu gừng ................................................. 120
Hình 3.25. Sắc ký đồ GC/MS bột hƣơng liệu tinh dầu Z. collinsii ............................... 125
Hình 3.26. Sản phẩm rƣợu bổ sung tinh dầu gừng ....................................................... 127
Hình 3.27. Tinh bột gừng thu đƣợc sau quá trình sấy .................................................. 130
Hình 3.28. Ảnh bã mùn cƣa gừng sau khi tách tinh bột ............................................... 132
Hình 3.29. 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 ........................................................................................... 36
Sơ đồ 2.2. Khu vực lấy mẫu (theo Google map) ............................................................ 37
Sơ đồ 2.3. Phân lập các hợp chất từ rễ gừng loài Z. collinsii ......................................... 46
Sơ đồ 2.4. Sơ đồ bổ sung bột hƣơng liệu vào rƣợu gừng ............................................... 54
Sơ đồ 2.5. Quy trình sản xuất chè đen bổ sung nhựa dầu gừng ...................................... 55
Sơ đồ 2.6. Quy trình tách tinh bột từ bã gừng ................................................................ 57
Sơ đồ 2.7. Quy trình thu nhận bã mùn cƣa gừng ............................................................ 58
Sơ đồ 3.1. Quy trình thu nhận tinh dầu gừng.................................................................. 95
Sơ đồ 3.2. Quy trình trích li nhựa dầu gừng ................................................................. 104
Sơ đồ 3.3. Quy trình sản xuất chè đen bổ sung nhựa dầu gừng .................................... 119
Sơ đồ 3.4. Sơ đồ quy trình định hƣớng tạo bột hƣơng liệu tinh dầu gừng ................... 121
Sơ đồ 3.5. Quy trình tạo bột hƣơng liệu tinh dầu gừng loài Z. collinsii ....................... 122
Sơ đồ 3.6. Quy trình sản xuất rƣợu hƣơng liệu tinh dầu gừng ..................................... 125
Sơ đồ 3.7. Quy trình định hƣớng 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 cƣa gừng ................................................... 131
Sơ đồ 3.10. Đề nghị quy trình chế biến khép kín đối với sản phẩm gừng ................... 134

DANH MỤC CÁCKÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

Ký hiệu, chữ
Chú giải
cái viết tắt

Tiếng Anh
Tiếng Việt
GC/MS
Gas
Chromatography/Mass
Sắc ký khí ghép nối khối phổ
Spectrometry
HPLC
High Performance Liquid
Sắc ký lỏng hiệu năng cao
Chromatography
LC/MS
Liquid
Chromatography/
Sắc ký lỏng ghép nối khối phổ
Mass Spectrometry
TLC
Thin Layer Chromatography
Sắc ký lớp mỏng
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
Haft - maximal inhibitory
IC50
Nồng độ ức chế 50%
concentration
UV-Vis
Ultraviolet - visible spectroscopy
Phổ tử ngoại - khả kiến
ElectroSpray Ionization - Mass
ESI-MS

Phổ khối va chạm electron
Spectrometry
DPPH
1,1-diphenyl-2-picryl-hydrrazyl
1,1-diphenyl-2-picryl-hydrrazyl
Proton
Nuclear
Magnetic
1
H- NMR
Phổ cộng hƣởng từ proton H1
Resonance
Carbon 13 Nuclear Magnetic
13
C- NMR
Phổ cộng hƣởng từ carbon C13
Resonance
Distortionless Enhancement by
DEPT
Phổ DEPT
Polarization Transfer
Heteronuclear Single Quantum
Phổ hai chiều, tƣơng tác trực tiếp CHSQC
Correlation
H
Heteronuclear Multiple Bond
Phổ hai chiều, tƣơng tác gián tiếp CHMBC
Correlation
H
Hệ dung môi chloroform: methanol:

C: M: H2O
nƣớc
H: E
Hệ dung môi n-hexane: ethyl acetate
M: H2O
Hệ dung môi methanol: nƣớc
C: M
Hệ dung mơi chloroform: methanol
PĐ
Phân đoạn
CC
Column Chromatography
Sắc kí cột
Me
nhóm CH3Et
nhóm C2H5MS
Mas Spectrum
Phổ khối lƣợng
c.s.
Cộng sự


1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Việt Nam là nƣớc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, ẩm ƣớt quanh
năm. Đây là điều kiện thuận lợi cho thảm thực vật phát triển phong phú và đa dạng.
Trong đó, có nhiều lồi thực vật khơng chỉ có ý nghĩa trong hệ sinh thái, mơi trƣờng,
nơng lâm nghiệp mà cịn có những đặc tính dƣợc lí rất q báu đã đƣợc sử dụng trong
các mục đích khác nhau phục vụ đời sống của nhân dân ta. Nhiều cơng trình khoa học

đã chứng minh chất thơm và các hợp chất thiên nhiên có nhiều tính chất q giá nhƣ
khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống ung thƣ, 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 đƣợc đầu tƣ quan tâm, trở thành xu hƣớng của xã hội văn
minh, hiện đại.
Trong tài nguyên thực vật của Việt Nam, gừng là loại cây rất quen thuộc, nó
đƣợc 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) khơng phải là
họ lớn, chỉ có khoảng 50 chi, 1.300 lồi nhƣng đây lại là họ có số lƣợng lớn các lồi có
giá trị sử dụng trong nhiều lĩnh vực: y học, dƣợc phẩm, công nghệ thực phẩm,
v.v…[159]. Các loài trong họ Gừng phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, đặc biệt là vùng
Đông Nam Á. Việt Nam là nƣớc 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 lồi và thứ có khoảng 14 chi, 64 loài đƣợc 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 đƣợc tác giả Nguyễn Quốc Bình nghiên cứu đầy đủ và có tính hệ
thống nhất về họ Gừng (2011), đã cơng bố ở Việt Nam có 19 chi với 144 lồi và thứ.
Nhiều nghiên cứu về thành phần hóa học của chất thơm và hoạt tính của nó trên thế giới
đã cơng bố của các lồi thuộc chi Amomum, Zingiber, Alpinia, Hedychium, v.v... Tuy
nhiên, ở Việt Nam các công trình cơng bố về các hợp chất thơm và ứng dụng của nó từ
họ này khơng 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 tƣợng 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:
2.1. Lồi Zingiber cochinchinensis Gagnep;
2.2. Loài Zingiber gramineum Noronha ex Blume;

2
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.

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

3. Mục tiêu nghiên cứu
3.1.
3.2.

Xây dựng đƣợc 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);
Đƣa ra quy trình cơng nghệ tối ƣu thu nhận tinh dầu và nhựa dầu từ gừng; đƣa ra
một số giải pháp công nghệ định hƣớng sử dụng các bán thành phẩm vào sản
xuất một số loại thực phẩm và đề xuất đƣợc giải pháp công nghệ sử dụng bã thải
thành một số sản phẩm hữu ích, góp phần bảo vệ môi trƣờng.

4. Nội dung nghiên cứu
4.1.

4.2.

4.3.
4.4.

Nghiên cứu xác định chất lƣợng ngun liệu, tính chất hóa lí và thành phần hóa
học của tinh dầu và nhựa dầu từ rễ 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z.
gramineum, Z. collinsii, Z. rufopilosum, Z. officinale, Z. rubens, Z. zerumbet) tự
nhiên khu vực Bắc Trung Bộ (Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình), Việt Nam;
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 rễ gừng loài Z. collinsii tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ, Việt Nam;
Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sử dụng tinh dầu, nhựa dầu gừng vào một số
sản phẩm thực phẩm;
Đề xuất giải pháp cơng nghệ sử dụng các phụ phẩm từ q 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
5.1.

Nghiên cứu một cách có hệ thống khảo sát về chất lƣợng của nguyên liệu gừng,
tinh dầu gừng, nhựa dầu gừng của một số loài gừng hoang dại tại khu vực Bắc
Trung Bộ, Việt Nam;

5.2.

Tối ƣu hóa đƣợc một số thơng số của quy trình cơng nghệ thu nhận toàn bộ chất
thơm từ rễ gừng bao gồm thành phần tạo mùi (tinh dầu) và thành phần tạo vị
(nhựa dầu);
Nghiên cứu khai thác gừng rễ theo quy trình khép kín: thu nhận tinh dầu và nhựa
dầu từ rễ gừng; ứng dụng hƣơng liệu tinh dầu, nhựa dầu gừng trong sản phẩm

công nghệ thực phẩm: rƣợu gừng, trà gừng; định hƣớng ứng dụng bã của quy
trình sản xuất tinh dầu và nhựa dầu gừng để tách tinh bột từ bã gừng và trồng
nấm.

5.3.


3
6. Ý nghĩa khoa học của luận án
6.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu về chất lƣợng nguyên liệu, tính chất hóa lí, thành phần hóa
học của tinh dầu và nhựa dầu 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z. collinsii, Z.
gramineum, Z. rubens, Z. zerumbet, Z. rufopilosum, 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 lƣợng nguyên liệu, tính chất hóa lí,
thành phần hóa học của tinh dầu gừng và nhựa dầu gừng các loài nghiên cứu;
- Đã xây dựng đƣợc phƣơng trình tối ƣu quy trình chƣng cất tinh dầu và trích li
nhựa dầu, có các biện pháp nâng cao lƣợng tinh dầu thu đƣợc, xác định đƣợc khả năng
chống oxy hóa và kháng khuẩn của tinh dầu và nhựa dầu loài gừng Z. collinsii. Đã xác
định đƣợc một số hợp chất có trong nhựa dầu gừng có ý nghĩa đối với việc tạo vị cay
của nhựa dầu;
- Đã xác định đƣợc tỷ lệ bổ sung hƣơng liệu tinh dầu và nhựa dầu vào một số
sản phẩm thực phẩm với mức độ yêu thích cao, và tỷ lệ tạo bột hƣơng liệu tinh dầu
gừng bằng β-cyclodextrin phù hợp.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả phân tích chất lƣợng nguyên liệu một số loài gừng hoang dại tại khu
vực Bắc Trung Bộ là cơ sở khoa học góp phần cho việc định hƣớng phát triển và chọn
giống gừng nhằm tạo ra sản phẩm hƣơng liệu cho thị trƣờng, đa dạng thị trƣờng hƣơng
liệu, và mang lại hƣơng 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 trƣờng.
7. Cấu trúc của luận án
Luận án bao gồm 150 trang với 48 bảng số liệu, 48 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),
phƣơng pháp và thực nghiệm (27 trang), kết quả và thảo luận (76 trang), kết luận (2
trang), danh mục công trình cơng 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 của họ Gừng
Bộ gừng (danh pháp khoa học là Zingiberales) là một bộ thực vật có hoa bao
gồm nhiều loài thực vật tƣơng tự nhau nhƣ gừng, đậu khấu, nghệ, cũng nhƣ chuối và
hoàng tinh. Trong hệ thống Cronquist năm 1981 bộ này chứa cùng tám họ nhƣng bộ này
đƣợc coi nhƣ 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 đƣa vào trong
bộ hòa thảo (Poales). Họ gừng (Zingiberaceae) gồm những cây thân thảo sống nhiều
năm, mọc ở nơi đất ẩm, nơi sáng, dƣới tán rừng hay vách đá ẩm. Một số lồi có thể mọc
trên đất lẫn sỏi đá, trên bãi đất trống hoặc trong rừng thứ sinh, rừng thƣa lên tới độ cao
3000 m so với mặt nƣớc biển [10]. Thân đƣợc tạo thành do các bẹ lá ôm chặt lấy nhau
tạo thành thân giả, cao 1-3-4(-5) m hay mảnh, cao dƣới 1 m hoặc rất ngắn hay khơng có
do các bẹ lá rời đến gốc (Distichochlamys, Kaempferia, v.v…), thân giả không phân
nhánh. Rễ nhỏ, hình sợi, đơi khi đầu rễ 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 (thƣờng đƣợc gọi là củ) to, nạc, nằm ngang dƣới 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 thƣờng có chứa mùi thơm, đơi khi mùi hắc nhƣ một số lồi 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, thƣờng
phân nhánh, chứa nhiều chất dự trữ [14], [16]. Lá gồm các phần: bẹ lá, cuống lá, lƣỡi lá
và phiến lá. Hoa lƣỡng tính, bầu hạ, đối xứng hai bên, có màu sắc, kích thƣớc trung bình
hoặc lớn. Quả nang chẻ ô, đôi khi quả mọng, quả nạc, thƣờng hình cầu, bầu dục, đƣờng
kính từ 0,2 cm đến 2 ÷ 3(4) cm [16].
1.1.1.2. Phân loại và đặc điểm thực vật của chi Gừng
Năm 1998, K. Larsen và cs đã tổng hợp các chi và loài của họ Gừng trên thế
giới [91]. Bằng các phƣơng 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 đƣợc
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 cơng
trình nghiên cứu của Nguyễn Quốc Bình (2011), tác giả đã cơng bố ở Việt Nam có 19


5
chi với 144 loài và thứ [17]. Trong 19 chi thì có 14 chi với 64 lồi đƣợc sử dụng trong
các lĩnh vực nhƣ 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 Hịa

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 mơi 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.) khơng phải là
họ lớn, chỉ có khoảng 50 chi, 1.300 lồi nhƣng đây lại là họ có số lƣợng lớn các lồi có
giá trị sử dụng trong nhiều lĩnh vực: y học, dƣợc phẩm, cơng nghệ thực phẩm [146].
Các lồi trong họ Gừng phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, đặc biệt là vùng Đông Nam
Á, v.v... Việt Nam là nƣớc 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
lồi và thứ thì có khoảng 14 chi, 64 loài đƣợc 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.
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 nhƣ mỹ
phẩm, thực phẩm và dƣợc phẩm, v.v... Ở Việt Nam họ gừng có khoảng 38/141 lồi có

tinh dầu thuộc 11/19 chi.
1.1.1.3. Phân bố
Nƣớc 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 lồi gừng trồng thì lồi Z. officinale đƣợc trồng
phổ biến nhất. Loài gừng Z. officinale đã đƣợc trồng rộng rãi từ rất lâu đời ở các nƣớc


6
nhiệt đới châu Á. Đến nay vẫn chƣa 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 đƣợc đƣa
đến các nƣớc châu Âu, các nƣớc Đông Phi bởi những thƣơng nhân Ả Rập. Trong những
năm gần đây phát hiện thêm một lồi gừng nữa có tên gừng mơi tím đốm (Z.
penisulare). Hiện nay gừng Z. officinale đã đƣợc đƣa trồng ở hầu khắp các nƣớc trong
vùng khí hậu nhiệt đới ẩm. Ở Việt Nam gừng Z. officinale đƣợc trồng trên khắp các địa
phƣơng từ Bắc vào Nam, đặc biệt là các tỉnh miền núi và ngoài hải đảo [14], [17].
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, v.v...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 lồi khác nhau của chi này có phần tƣơng đồng về hình thái, nhƣng
chúng khác nhau về tính chất dƣợc lí và thành phần hóa học [66]. Nói chung thành phần
hóa học của rễ gừng tùy thuộc vào loại giống, khí hậu đất đai, chế độ chăm bón và thời
điểm thu hoạch, v.v... Gừng tƣơi thƣờng 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 lƣợng nhƣ 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 khơng 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 ngƣời ta đã xác định đƣợc 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 đƣợc 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].

ần chủ yếu là α-camphene, β-phelandrene, các phenol (cineol, citral,
borneol, geraniol, linalol, zingiberol). Ngoài ra cịn có 3,7% lipid, tinh bột và 5% nhựa
dầu trong đó có các chấ


7
1,

B2, B6

ừng 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, zerumbone 37,5%. Các monoterpene gồm pinene, camphene,
limonene, cineol và campho.
Thành phần hóa học của rễ 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 khống, các vitamin, v.v...) 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 lƣợng nhỏ các hợp chất alcohol monoterpeneic nhƣ 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 đƣợc đặc trƣng và chủ yếu đây là
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 đƣợc chuyển đổi thành ít mùi xác định các hợp chất làm khơ
[82].
Hàm lƣợng và thành phần tinh dầu có thể khác nhau giữa các loài Zingiber khác
nhau, theo các yếu tố khác nhau nhƣ phƣơng pháp chiết xuất, điều kiện địa lí 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 đƣợc nghiên cứu từ 17,4 ÷ 25,4%, tiếp
theo là ar-curcumene (14,1 ÷ 16,4%), β-bisabolene (9,9 ÷ 12,5%) và βsesquiphellandrene (9,7 ÷ 13,4%) [158]. Các kết quả này phù hợp với kết quả thu đƣợc
từ tinh dầu thân khô, cho thấy các thành phần chính là α-zingiberene (29,5%) và


8
sesquiphellandrene (18,4%) [115]. Một lần nữa, α-zingiberene đƣợc báo cáo là thành
phần chính (28,62%) đƣợc tìm thấy trong tinh dầu từ thân của Z. officinale, tiếp theo là
camphene (9,32%), ar-curcumene (9,09%) và β-phellandrene (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 đƣợc nghiên cứu, nhƣ Sivasothy et al. [138],
ngƣời đã cho thấy rằng thành phần của tinh dầu thu đƣợc 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 đƣợc tìm thấy trong lá, trong khi thân rễ chủ yếu chứa nhiều
monoterpenoids, nhƣ camphene (14,5%), geranial (14,3%) và geranylacetate (13,7%).
Tinh dầu gừng giàu β-sesquiphellandrene (27,16%), caryophyllene (15,29%), αzingiberene (13,97%), α-farnesene (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%), 1,8-cineol (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 nhƣ chất chống oxy hoá mạnh hơn butylated
hydroxyanisole [136]. α-zingiberene, một thành phần quan trọng của tinh dầu gừng,
đƣợc tìm thấy trong một số lƣợng thấp (1,64%) trong nghiên cứu đƣợc thực hiện bởi
Mesomo et al. [104].
Ngồi lồi gừng thơng thƣờng (Z. officinalis), nhiều loài khác của chi này đã
đƣợc nghiên cứu trên khắp thế giới [59]. Thành phần hoá học của một lồi 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- (3,4dimetoxyphenyl) butadiene (0,95 ÷ 16,16%). Hàm lƣợng 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
Malaysia cho thấy 6,9,9-tetrametyl-2,6,10-cycloundecatrien-1-one (60,77%) và αcaryophyllene (23,92%) [84] là các cấu tử chính.
Gừng nâu (Zingiber corallinum Hance), ở Trung Quốc đƣợc nghiên cứu về tinh
dầu của thân có các hợp chất chính là sabinene (53,38%), α-terpinene (3,23%), γterpinene (2,16%), terpinen-4-ol (22,66%), β-sesquiphellandrene (1,41%) và 1,4bis(methoxy)-riquinacene (9,64%) [165].
Thành phần hoá học của tinh dầu Zingiber zerumbet (L.) Sm. var. Darcyi thu
đƣợc bằng cách thủy phân từ thân rễ cho thấy thành phần chủ yếu là zerumbone
(69,9%), α-humulene (12,9%), epoxit humulene II (2,5%), caryophyllene oxide (1,1%)
và camphene (1,9%) [124] .


9
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 phƣơng 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 phƣơng từ rừng Bala ở tỉnh Narathiwat (Thái Lan), đã đƣợc điều tra về
thành phần tinh dầu có bốn hợp chất chính bao gồm trans-anethole (96,5%), estragol,
camphor và m-phenylphenol [52].
Ở Việt Nam từ lồi gừng (Z. officinale) có các cơng trình điển hình nhƣ: Nguyễn
Xn Dũng và cộng sự, 2005 cơng bố với các thành phần chính là camphene (11,7%),
β-phelandrene (11,4%) và geranyl acetate (23,4%) [23]. Đỗ Đình Rãng và cộng sự đã
cơng bố lồi này ở Hƣng Yên, từ rễ là zingiberene (10,1%), camphene (9,3%), 1,8cineol (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%),
1,8-cineole (7,0%) và zingiberene (5,3%).
Nghiên cứu về thành phần hóa học tinh dầu lồi gừng tía (Z. montanum) ở
Indonesia, Taroeno và c.s. (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 c.s. (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 c.s. (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 đƣợc xác định là zerumbone (69,9%) α-humulene (12,9%),
humulene epoxide II (2,5%), caryophyllene oxide (1,1%) và camphene (1,9%) [124].


10
1.2.1.2. Công dụng của tinh dầu
Tinh dầu của Zingiber đƣợc sử dụng để bảo quản các thực phẩm khác nhau

chống lại oxy hóa tự nhiên và sự hƣ hỏng do vi khuẩn vì tính chất chống oxy hóa và
chống vi khuẩn [47], [64], [136]. Nhiều nghiên cứu in vitro cho thấy khả năng kháng
khuẩn của dịch chiết từ loài Zingiber đối với cả vi khuẩn Gram dƣơng (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 lồi Zingiber có thể đƣợc sử dụng trong điều trị nhiều bệnh do vi khuẩn và nấm
cũng nhƣ bảo quản thực phẩm nhƣ chất bảo quản tự nhiên [47], [66].
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 đƣợc từ 1,5% ÷ 3% [61]. Các nghiên cứu khác
nhau đã ghi nhận các hoạt tính sinh học của chúng nhƣ kháng sinh, chất chống oxy hoá,
độc tố tế bào, thuốc trừ sâu [43], [123], và các tác dụng chống viêm [113] cũng nhƣ 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% lƣợng 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 đƣợc sử dụng trong phòng trị bệnh và chăm sóc sắc đẹp rất
cơng 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 lí mà có thành phần khác nhau do đó có những tính chất, cơng
dụng khác nhau.
1.2.2. Nhựa dầu gừng
Nhựa dầu (Oleoresin) là sản phẩm thu đƣợc bằng cách trích li ngun liệu thực
vật với các dung mơi hữu cơ dễ bay hơi, sau khi tách dung môi, tinh chế và thu đƣợc
sản phẩm nhựa dầu. Nhựa dầu là một hỗn hợp bao gồm các hợp chất dễ bay hơi có mùi
thơm và các chất khơng bay hơi mang vị nhất định, các chất màu, sáp, một số khoáng vi
lƣợng.
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 hƣơng vị đặc biệt và hƣơng

thơm, geranial, ar-curcumene, β-bisabolene, β-sesquiphellandrene và neral [110], [136],
[158]. Các thành phần cay khác tìm thấy trong số lƣợng thấp hơn là shogaol [93]. Ngồi
ra cịn có các chất màu, resin và một số nhóm các chất khác. Ngƣời ta tìm thấy khoảng
100 chất có trong nhựa dầu gừng [39], [54], [68], [126].


11
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

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 đƣợc từ zingerone và hexaldehyde [101]. Các hợp
chất trên có mối liên quan đến nhau đƣợc thể hiện trong sơ đồ:

Hình 1.2. Cấu trúc và mối liên quan giữa các cấu tử chính trong gừng
Cùng với shogaol, ngƣời ta cịn tìm thấy dấu vết của paradol có cơng thức phân

tử là C17H24O3 và một dẫn xuất của nó. Ngồi ra trong nhựa dầu gừng còn một số chất
khác chƣa 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


12
dầu gừng Australia đƣợc trích li bằng CO2 siêu tới hạn khi sử dụng phƣơng pháp phân
tích GC/MS. Kết quả xác định đƣợc 47 cấu tử, trong đó có 9 cấu tử chƣa xác định đƣợc
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 sƣng mãn tính. Gừng làm giảm triệu chứng của bệnh viêm
khớp mãn tính và gingerol (một thành phần của gừng) chống sƣng. Gingerol với [6]gingerol [5-hidroxy-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 nƣớc của những gingerol kết quả từ việc khử của nhóm OH ở C-5 với sự hình
thành của một liên kết đơi giữa C-4 và C-5. Những shogaol đƣợc tìm thấy một cách tự
nhiên và cũng nhƣ đƣợc hình thành bằng con đƣờng hóa học từ những gingerol tƣơng
đƣơng ở pH = 2,5 ÷ 7,2 và trong suốt tiến trình gia nhiệt. Hƣơng vị khác biệt của gừng
tƣơi 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 khơng hoạt tính đã phát hiện 63 (1 ÷ 63) thành
phần, có thể xác định từ phổ khối lƣợng của chúng.