BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI
*************************

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH BẰNG SCO2
VÀ KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA
CONCRETE TỪ CÂY DÓ BẦU AQUILARIA CRASSNA
PIERRE EX LECOMTE

LÊ ĐĂNG QUANG

HÀ NỘI 2007


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI
*************************
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHIẾT TÁCH BẰNG SCO2 VÀ
KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CONCRETE TỪ
CÂY DÓ BẦU AQUILARIA CRASSNA PIERRE EX LECOMTE
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
MÃ SỐ:

LÊ ĐĂNG QUANG

Người hướng dẫn khoa học: TS. LƯU HOÀNG NGỌC

HÀ NỘI 2007


1

LỜI MỞ ĐẦU
Các phương pháp chiết tách và khai thác chất thơm, tinh dầu, hương liệu
từ giữa thế kỷ 20 đã mang nhiều nét biến đổi mạnh mẽ so với diện mạo của nó
trước đây. Bên cạnh các phương pháp cổ điển như chưng cất, ngâm chiết bằng
dung môi hữu cơ, các phương pháp mới có tính hiệu quả cao như q trình
chiết với sự hỗ trợ của vi sóng, sóng siêu âm, dung mơi CO2 siêu tới hạn
(SCO2) đang ngày càng thay thế trong quá trình nghiên cứu và sản xuất.
Phương pháp chiết tách bằng dung môi CO2 siêu tới hạn mang tính kỹ
thuật hồn tồn mới do các đặc điểm rất lý tưởng trong vùng siêu tới hạn của
CO2. Dung môi CO2 ở trạng thái tồn tại giữa lỏng và khí, tỷ trọng của dung
mơi sấp xỉ bằng với chất lỏng, hệ số khuếch tán và độ linh động cao tạo ra q
trình chuyển khối mạnh mẽ, hịa tan được cả những chất dễ bay hơi trong
thành phần tinh dầu bên cạnh đó kéo ra cả các oleoresin khó bay hơi. Q
trình chiết diễn ra ở vùng nhiệt độ thấp từ 20-800C không làm phân giải các
chất thơm, CO2 tách ra hồn tồn khỏi dịch chiết, khơng để lại dư lượng dung
môi và kim loại nặng. Sản phẩm chiết mang hương thơm gần gũi với tự nhiên
nhất so với các phương pháp khác.
Sinh trưởng và phát triển chi Dó mạnh mẽ ở Việt Nam đã tạo ra được
một thuận lợi lớn cho khai thác nguồn lâm sản quý giá này. Trầm hương là
một sản vật rất đặc trưng được sinh ra từ những cây thuộc chi Dó, từ xa xưa
Trầm Hương Việt Nam đã được ưa chuộng sử dụng trên nhiều nước, và cho
tới hiện nay khi mà các lồi này có nguy cơ bị tuyệt chủng, chỉ cịn lại rất ít
nước thuộc vùng Đơng Nam Á cịn có khả năng khai thác trầm. Trầm đã trở
thành một sản phẩm mang tính riêng và đặc trưng ở khu vực. Riêng Việt Nam

đã chiếm 6 lồi Dó : A. baillonii ; A. banaensis ; A. crassna ; A. mal
accensis ; A. rugosa L.C.Kiet ; A. sinensis (A. agallocha) đa dạng và sản
lượng nhiều nhất trong khu vực. Việt Nam cũng là nước đứng đầu trong số


2

các nước xuất khẩu Trầm hương, không những vậy chất lượng Trầm cịn có
thể đạt tới hạng cao nhất.
Một khó khăn hiện nay đó là hiện tượng trồng và kinh doanh cây Dó tràn
lan, khơng theo quy hoach đã đến mất kiểm soát về chất lượng cây giống, chất
lượng Trầm, phổ biến là hạng 5 và 6. Việt Nam đang chịu nhiều thiệt thòi khi
phải xuất khẩu các mặt hàng Trầm thơ ít giá trị, khả năng khai thác tất cả các
nguồn lợi từ cây Dó khơng đạt, mục đích chính vẫn là tạo Trầm thơ hoặc đồ
gỗ mỹ nghệ để bán.
Tinh dầu Trầm hương (agarwood oil) được biết đến trên thế giới như
một loại hương liệu quí dùng để chế tạo nước hoa cao cấp, chất định hương
bền mùi. Giá trị của tinh dầu rất cao, giá đắt, thị trường tiêu thụ trực tiếp là
các nước Ả Rập, Nhật Bản, khu vực Hồi giáo, Phật giáo, các ngành công
nghiệp hương liệu, mỹ phẩm dược phẩm và thực phẩm. Lĩnh vực sản xuất
tinh dầu Trầm ở Việt Nam còn yếu, sản lượng thấp, cở sở nhỏ lẻ và chủ yếu là
chưng cất thủ công. Sản phẩm chưng cất chủ yếu đạt hiệu suất thấp từ 0,020,1%, thời gian chưng cất kéo dài (70 h) vì thế hạn chế hiệu quả kinh tế đi
nhiều. Concrete chiết bằng các dung môi hữu cơ thì kéo theo nhiều sáp và tạp
chất, khó sử lý, gây mùi hắc không đạt về mặt cảm quan.
Trước vấn đề cần khai thác các nguồn chất thơm, tinh dầu từ cây Dó với
mục đích khai thác tốt hơn, nâng cao chất lượng một loại sản phẩm quí, đề tài
‘‘Nghiên cứu chiết tách bằng SCO2 và khảo sát thành phần hóa học của
concrete từ cây Dó bầu Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte’’ được tập trung
nghiên cứu với các nội dung :
- Nghiên cứu quá trình chiết concrete từ cây Dó bầu Aquilaria crassna

Pierre ex Lecomte bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn.
- Nghiên cứu concrete của phần gỗ hình thành trên cây Dó bầu trồng ở Đà
Năng với các khảo sát về thành phần các cấu tử dễ bay hơi chính bằng GC-MS
- Phân lập một số thành phần hóa học có trong cocrete


3

CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN
1.1 Công nghệ chiết xuất bằng CO2 siêu tới hạn (Supercritical CO2 SCO2)
Năm 1861, Gore lần đầu tiên giới thiệu về khả năng hòa tan tốt của
Naphtalen và Camphor trong CO2 lỏng. Vào các năm 1875 - 1876, Andrews,
một trong những người đầu tiên nghiên cứu về trạng thái siêu tới hạn của
CO2, đó tiến hành đo và cung cấp những giá trị áp suất và nhiệt độ tới hạn của
CO2 khá gần với các số liệu hiện đại [56]. Hiện tượng một số muối vô cơ như
các muối: KI, KBr có thể hịa tan trong dung mơi etanol và tetracloruametan ở
trạng thái siêu tới hạn được Hannay và Hogarth công bố lần đầu tiên tại hội
nghị khoa học Hội khoa học Hoàng gia London năm 1879 [56, 22]. Buchner
(1906) cũng thơng báo về khả năng hịa tan của một số hợp chất hữu cơ kém
bay hơi trong SCO2 cao hơn nhiều lần so với trong CO2 ở dạng khí [38].
Sau này đã có nhiều tác giả nghiên cứu và cơng bố về tính chất của
dung mơi ở trạng thái siêu tới hạn, như là các hydrocacbon phân tử lượng thấp
(CH4, C2H6, C3H6), các ôxit Nitơ, CO2,... Các chất tan phổ biến đó được khảo
sát bao gồm các chất thơm, tinh dầu, các dẫn xuất halogen, các triglyxerid và
một số các hợp chất hữu cơ khác...[56,42,38,17]
Các nghiên cứu về công nghệ chiết xuất các hợp chất thiên nhiên bằng
dung mơi siêu tới hạn thực sự đó được bắt đầu từ những năm 1970 và đó mở
ra khả năng áp dụng đa dạng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược
phẩm và mơi trường.v.v... [17]. Một ví dụ: nhà máy công nghiệp đầu tiên ở
châu Âu sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 đó được hãng HAG A.G.

xây dựng và đưa vào hoạt động từ năm 1979 để tách caffein ra khỏi nhân cà
phê [42].


4

1.1.1 Vài nét về trạng thái siêu tới hạn
Đối với mỗi một chất đang ở trạng thái khí, khi bị nén đẳng nhiệt tới
một áp suất đủ cao, chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại. Tuy nhiên, có một giá
trị áp suất mà tại đó, nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng khơng hóa hơi
trở lại mà tồn tại ở một dạng đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn. Vật chất ở
trạng thái trung gian này, mang đặc tính của cả chất khí và chất lỏng [38].
Chất ở trạng thái siêu tới hạn có tỷ trọng tương đương như tỷ trọng của
pha lỏng. Nhưng sự linh động của các phân tử lại rất lớn, sức căng bề mặt
nhỏ, hệ số khuếch tán cao giống như khi chất ở trạng thái khí. Hình 1.1 biểu
thị vùng trạng thái siêu tới hạn của một chất trong biểu đồ cân bằng pha rắn,
lỏng và khí của chất đó theo sự biến thiên của áp suất và nhiệt độ [381757].
P

Vùng siêu tới hạn
Rắn
PC
Lỏng
Khí
PT
T

1 - Điểm ba (PT, TT)
2 - Điểm tới hạn (PC, TC)
Hình 1.1: Đồ thị biểu diễn trạng thái của các chất ở vùng siêu tới hạn [17]



5

Giá trị PC phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng của các chất, ví dụ với các
chất có phân tử lượng nhỏ như các hydrocacbon có số cacbon từ 1đến 3 thì
giá trị Pc của chúng khơng cao, mà chỉ xấp xỉ vào khoảng 45 bar [17]. Giá trị
TC chỉ tăng ít theo phân tử lượng, nhưng TC lại phụ thuộc nhiều vào độ phân
cực của chất. Độ phân cực của phân tử càng lớn thì giá trị TC cũng càng lớn.
Điều này được giải thích là do ở các chất phân cực, tồn tại một lực cảm ứng
giữa các cực của phân tử, do đó năng lượng để phá vỡ trật tự giữa các phân tử
khi chất ở pha lỏng sẽ lớn hơn nhiều so với các chất không phân cực.
Nếu giữa các phân tử có liên kết hydro thì giá trị TC sẽ tăng lên rất lớn.
Ví dụ, H2O là một chất có phân tử lượng thấp nhưng giá trị Tc lại rất cao
(374,20C), đó là do giữa các phân tử H2O xuất hiện liên kết hydro. Các thông
số vật lý của một số dung môi ở điểm tới hạn được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Điểm tới hạn của một số dung môi [17,42,57]
Nhiệt độ

Áp suất

Tỷ trọng riêng

Metan

tới hạn (oC)
-82, 6

tới hạn (bar)
46, 0


tới hạn (g/cm3)
0, 162

Etylen

9, 3

50, 3

0, 218

Carbon dioxide

30, 9

73, 8

0, 468

Etan

32, 3

48, 8

0, 203

Propan


96, 7

42, 4

0, 217

Aceton

235, 0

47, 0

0, 278

Chất

Các dung môi siêu tới hạn có khả năng hịa tan tốt các chất ở cả 3 dạng
rắn, lỏng và khí. Dung mơi siêu tới hạn có sự tác động lên cả các chất dễ bay
hơi và cả các cấu tử không bay hơi của mẫu. Hiệu quả phân tách kết hợp của
quá trình chưng cất lơi cuốn và q trình chiết ngược dịng lỏng - rắn
[18,22,40,42,56].


6

1.1.2 Lựa chọn dung môi CO2 siêu tới hạn trong chiết tách [56, 42, 38, 57]
CO2 và một số dung mơi khác ở trạng thái siêu tới hạn có các tính chất
hóa lý đặc biệt như [56,42,38,17,57,18]:
+ Sức căng bề mặt thấp;
+ Độ linh động cao, độ nhớt thấp;

+ Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của chất lỏng;
+ Có thể điều chỉnh khả năng hòa tan các chất khác bằng cách thay đổi
nhiệt độ và áp suất.
Để đáp ứng các yêu cầu công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên,
SCO2 là dung môi được ưu tiên lựa chọn áp dụng vì các thuận lợi sau:
- CO2 là một chất dễ kiếm, rẻ tiền vì nó là sản phẩm phụ của nhiều
ngành công nghệ húa chất khác;
- Là một chất trơ, ít có phản ứng kết hợp với các chất cần tách chiết.
Khi được đưa lên đến trạng thái tới hạn, CO2 khơng tự kích nổ, khơng
bắt lửa và khơng duy trì sự cháy;
- CO2 khơng độc với cơ thể, khơng ăn mịn thiết bị;
- Điểm tới hạn của CO2 (Pc = 73 atm; Tc = 30,9oC) là một điểm có giá
trị nhiệt độ, áp suất khơng cao lắm so với các chất khác cho nên sẽ ít
tốn năng lượng hơn để đưa CO2 tới vùng siêu tới hạn;
- Có khả năng hòa tan tốt các chất tan hữu cơ ở thể rắn cũng như lỏng,
đồng thời cũng hòa tan được cả các chất thơm dễ bay hơi, khơng hịa
tan các kim loại nặng và có thể điều chỉnh các thông số trạng thái như
áp suất và nhiệt độ để nâng cao độ chọn lọc khi chiết tách;
- Khi sử dụng CO2 thương phẩm để chiết tách khơng có dư lượng cặn
độc hại trong chế phẩm chiết.


7

1.1.2.1 Tính tan của các chất trong CO2 siêu tới hạn [56, 57, 18]
Có một số quy luật tổng quát về tính tan của các chất trong CO2 lỏng đã
được Hyatt đưa ra [56, 57, 18], và có thể áp dụng cho dung mơi SCO2 như
sau:
1. Các chất có phân tử lượng trên 500 đ.v.c. thì kém tan;
2. Các chất tan rất tốt như: các aldehyd, xeton, este, ancol và các cacbon

halogenua có phân tử lượng nhỏ và trung bình;
3. Các hydrocacbon mạch thẳng dưới 20 C, ít phân cực, phân tử lượng
thấp và các hydrocacbon thơm phân tử lượng nhỏ tan tốt;
4. Các chất hữu cơ phân cực như các axit cacboxylic nếu phân tử lượng rất
nhỏ tan được trong SCO2;
5. Các axit béo và các triglyxerid đều tan kém. Mặc dầu vậy, nếu este hóa
các axit béo bằng một rượu đơn chức thì tính tan tăng lên nhiều;
6. Nếu trong phân tử các chất tan có thêm các nhóm phân cực như
hidroxyl, carbonyl, hay Nitơ, thì tính tan sẽ bị suy giảm. Nói chung các
ancaloid, các hợp chất phenol, aniline, amid, urea, urethan và các phẩm
màu azo đều tan kém;
7. Các carotenoid, axit amin, các axit quả, diệp lục và đa phần các muối
vô cơ đều không tan.
1.1.2.2 Sử dụng dung mơi hỗ trợ trong q trình chiết xuất bằng SCO2
Dung môi hỗ trợ là một lượng nhỏ loại dung mơi hữu cơ được đưa thêm
vào hịa trộn với SCO2, thường là 1 - 5 % mol, nhằm thay đổi tính chọn lọc
của dung mơi trong q trình tách, chẳng hạn như làm thay đổi tính phân cực,
hay các tương tác riêng của dung môi đối với các chất tan, mà không làm thay
đổi đáng kể tỷ trọng và khả năng chịu nén của dung mơi chính
[42,38,17,57,18]. Metanol là một ví dụ tốt, khi cho thêm metanol với nồng độ


8

3,5 % mol trong SCO2 làm tăng độ tan của axit 2-amino-benzoic lên đến 620
% [42].
Khi thêm dung môi hỗ trợ (co-solvent) sẽ làm thay đổi các giá trị tới
hạn (nhiệt độ, áp suất) của dung mơi chính. Thơng thường với nồng độ cosolvent nhỏ hơn 5 % mol, sự sai khác này không đáng kể [42].
1.1.2.3 Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ tới hệ số khuyếch tán (D) của
các chất tan trong SCO2 [17]

CO2 ở trạng thái siêu tới hạn có tính khuếch tán lớn do độ nhớt (η) của
dung môi thấp, bởi vậy hệ số khuếch tán của chất tan trong SCO2 sẽ lớn hơn
so với trong dung mơi lỏng thơng thường. Có thể tham khảo thêm về sự thay
đổi độ nhớt của SCO2 theo áp suất P và nhiệt độ T trạng thái trong hình 1.2.
η(cPs)
370C
470C
770C

0.04
0.03
0.02
40 Pc 100

P(bar)

Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ nhớt η của SCO2 vào T và P
Độ nhớt của dung mụi bị ảnh hưởng nhiều bởi áp suất cao, ở vùng áp
suất cao, độ nhớt của dung môi SCO2 sẽ tăng lên rất nhanh khi tăng áp suất.


9

Ngược lại, vùng có P và T thấp thì giá trị η ít bị biến đổi khi thay đổi áp suất.
Tại vùng có Pr gần 1 nếu tăng T thì η không thay đổi mạnh. Xu hướng chung
khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt sẽ giảm đi.
Đối với một chất tan ít bay hơi, hệ số khuếch tán của nó trong SCO2 sẽ
cao hơn trong dung môi thông thường vào khoảng 1 - 100 lần. Nhưng đối với
các chất bay hơi, hệ số khuếch tán trong SCO2 lại nhỏ hơn so với trong pha
khí. Sự phụ thuộc của hệ số khuếch tán D của chất tan vào kích thước phân tử

s, độ nhớt η của SCO2, nhiệt độ T và áp suất P được tính tốn và mơ tả bằng
phương trình Stokes-Einstein dưới đây và đồ thị ở hình 1.3.a và hình 1.3.b
[17]:

D =

ΚΤ
[m 2 / s]
C Πση

Trong đó: D: Hệ số khuyếch tán
K: Hằng số Bolzman;
C: Hằng số hiệu chỉnh (C = 3 - 6);
σ: Đường kính phân tử;
η: Độ nhớt (cP).


10

T=298,15K

50

323,15
348,15

20

373,15
373,15


10

348,15
323,15
298,15

05

02
00

100

200

300

400

MPa

____ Đường biểu diễn D [m2/s]
------ Đường biểu diễn η [10-4 Pas]
Hình 1.3.a Ảnh hưởng của T và P tới η của SCO2 và D của chất tan
Như vậy khi tăng áp suất, tỷ trọng sẽ tăng theo làm độ nhớt cao và làm
giảm khả năng khuếch tán D của chất tan vào dung mơi. Trong q trình đẳng
áp, khi nhiệt độ T tăng lên thì khả năng khuếch tán vào dung môi của chất tan
không bay hơi cũng tăng lên, nhưng đối với chất dễ bay hơi thì ngược lại, khả
năng khuếch tán giảm xuống khi nhiệt độ tăng [17,38,42].



11

D

P(bar)
-3

10

70
80
100
150
200

10-4
10-5

0

20 31.1 40

60

100

T


Hình 1.3.b Ảnh hưởng của T và P tới D của chất tan
1.1.3 Một số ứng dụng của công nghệ chiết xuất các sản phẩm thiên
nhiên bằng CO2 siêu tới hạn trên thế giới
1.1.3.1 Chiết xuất hoạt chất bằng SCO2 trong công nghiệp [42, 38, 17]
Trên thế giới đã sử dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 vào việc loại
cafein của chè và cà phê trong quá trình sản xuất các loại đồ uống không
cafein [42, 38, 29,22]. Đối với cơng nghiệp sản xuất đồ uống khơng có cồn,
SCO2 được dùng để chiết loại cồn ra khỏi chế phẩm thay cho phương pháp cũ
là chưng cất [42, 38,29]. Trong công nghiệp thuốc lá, SCO2 được sử dụng để
chiết những thành phần dễ bay hơi và tách phần hương tự nhiên từ cây thuốc


12

lá để nâng cao chất lượng sản phẩm [42]. Trong công nghiệp thực phẩm ứng
dụng công nghệ SCO2 để sản xuất các sản phẩm có hàm lượng chất béo và
cholestesrol thấp hoặc các thực phẩm chức năng (giàu axit béo DHA, EPA,
FOS .v.v...); chiết các hoạt chất chống oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên.
Một ví dụ điển hình là công nghệ chiết xuất các hợp chất của hoa Huplon
[42, 38] dùng trong công nghệ bia bằng CO2 lỏng, được công bố lần đầu tiên
vào năm 1950 ở Liên Xô cũ và Nhật Bản. Nhưng chất lượng chế phẩm chiết
xuất lúc đó khơng cao và vẫn cịn ở dạng sản phẩm thí nghiệm [38]. Cho tới
năm 1981, cơng nghệ sử dụng SCO2 chiết xuất dịch hoa Huplon mới thành
công và bắt đầu được áp dụng ở Đức. Trong những năm 80, sản lượng các
chất được chiết bằng SCO2 từ hoa Huplon ở Đức đã tăng nhanh và vượt quá
10.000 tấn/năm. Sau đó tới những năm đầu thập kỉ 90, cơng nghệ chiết SCO2
mới thực sự lan rộng ra Châu âu và Mỹ [38]. Ưu điểm của chế phẩm Huplon
chiết bằng SCO2 so với các phương pháp khác được thể hiện chủ yếu ở sự
vắng mặt các thành phần tạp chất như diệp lục, nhựa cứng - sản phẩm từ quá
trình oxy hóa khi chưng cất, muối vơ cơ và các cặn khơng tan khác. Thêm vào

đó, hàm lượng các thành phần hữu ích cũng cao hơn ở kỹ thuật truyền thống,
các so sánh này được cụ thể hóa trong bảng 1.3.


13

Bảng 1.2 So sánh thành phần chế phẩm chiết hoa Huplon
bằng SCO2 và bằng các kỹ thuật truyền thống [38]
Thành phần

Chế phẩm chiết với Chế phẩm chiết Chế phẩm chiết
dung môi gốc Clo

với cồn

với SCO2

Alpha axit

35 - 45%

30 - 40%

40 - 50%

Beta axit

15 - 20%

10 - 15%


18 - 40%

Nhựa ít biến tính

3 - 8%

3 - 8%

5 - 20%

Nhựa cứng

2 - 5%

2 - 10%

--

Chất dễ bay hơi

1 - 3%

1 - 2%

2 - 8%

Lipit và sáp

1 - 2%


vết

0 - 5%

vết

1 - 5%

--

Tanin

Hiện nay, Trung Quốc và Ấn Độ đã có nhà máy sản xuất thiết bị cũng
như các nhà máy chiết tách một số chế phẩm có nguồn gốc thực vật sử dụng
công nghệ chiết bằng CO2 siêu tới hạn. Bảng 1.2 cung cấp một số thông tin về
những nước hàng đầu trong ứng dụng công nghệ chiết xuất bằng SCO2 và các
sản phẩm từ công nghệ này [7,38].
Bảng 1.3 Các sản phẩm được sản xuất bằng công nghệ SCO2
ở một số nước trên thế giới [7,38]
Nước
Đức

Công ty
HAG-General Foods SKW Chemical

Sản phẩm tự nhiên
- Cà phê

Barth


- Chè, huplon, gia vị

Australia

Carlton & United

- Huplon

Anh

English Hops

- Huplon, gia vị

Mỹ

General Foods Pfizer Phasex

- Cà phê
- Huplon


14

Theo đánh giá của Vitzthum và các cộng sự thì việc sử dụng SCO2 vào
chiết tách các hoạt chất thiên nhiên với sản lượng lớn ở quy mô công nghiệp
để ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm... sẽ trở thành phổ
biến trong tương lai.
1.1.3.2 Chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học, tinh dầu và các chất

thơm từ thảo dược bằng công nghệ sử dụng SCO2
Công nghệ SCO2 đang được nghiên cứu áp dụng để chiết các hoạt chất
có tác dụng chữa bệnh và tăng cường sức khoẻ từ thảo mộc [7,10,8,56,42].
Các hợp chất triterpenoid mà đặc trưng nhất là faradiol có tác dụng chống
viêm được chiết từ hoa cây cúc vàng (Calendula officialis). Nếu chiết bằng
SCO2, hàm lượng faradiyl este trong sản phẩm chiết cao gấp hàng trăm lần so
với hàm lượng trong sản phẩm chiết bằng cồn, cho thấy sự ưu việt của công
nghệ SCO2 trong việc chiết tách sản phẩm này [42].
Các hợp chất chống ung thư từ thảo dược rất được quan tâm nghiên cứu
trên thế giới và công nghệ chiết bằng SCO2 cũng có nhiều triển vọng áp dụng,
chẳng hạn như vinblastin - chất chống ung thư máu từ cây dừa cạn [42];
moncrotaline từ hạt cây lục lạc (crotalaria spectabilis) [42]; maytansine từ
cây maytenus senegalenis; taxol - có tác dụng chống các khối u phổi, ung thư
vú và buồng trứng [42]. Cơng nghệ chiết bằng SCO2 có thêm 10 - 20 % dung
môi hỗ trợ (co-solvent) là methanol cho hàm lượng hoạt chất 0,27 - 1,82 %,
cao hơn hẳn so với chiết bằng cồn (0,125 %).
Các chất có tác dụng chống oxi hóa và kháng khuẩn chiết từ thảo mộc
từ lâu đã có ứng dụng trong mỹ phẩm và y dược. Công nghệ SCO2 đã được áp
dụng để chiết xuất tinh dầu từ hàng loạt cây thảo dược có tác dụng trong các
lĩnh vực này như: bạc hà, hương nhu, bọ mảy, quế, nghệ .v.v...
[7,10,8,9,56,18,49]Gần đây, các hoạt chất từ cây bạch quả (Gingko biloba) có


15

tác dụng chống thiểu năng tuần hoàn não, liệt dương và chống mất trí nhớ đó
được nghiên cứu chiết xuất bằng SCO2. Các hoạt chất chủ yếu của cây này là
quercetin và isorhamnetin có thể chiết ra bằng SCO2 có thêm 10 % etanol và
0,5 % axit photphoric [42].
Các chất thơm tự nhiên có trong các phần rễ, hoa, thân, lá, vỏ cây, quả,

hạt của nhiều loại thực vật. Các chất này được gọi chung là tinh dầu, rất khác
nhau về bản chất hóa học nhưng có một vài điểm chung như: khơng tan trong
nước, tính quang hoạt cao. Tinh dầu tan trong ete, rượu, tan trong phần lớn
các dung môi, và tan được trong CO2 lỏng cũng như SCO2 [7,42,38,18,49,22].
Công nghệ SCO2 được áp dụng rộng rãi để chiết tách nhiều loại tinh
dầu. Ngoài những ưu điểm chung, khi áp dụng cho các đối tượng tinh dầu,
công nghệ này cịn có một số tính ưu việt khác mà các công nghệ kinh điển
(chiết dung môi, cất lụi cuốn hơi nước) khơng có được. Sản phẩm có độ tinh
khiết cao và có mùi hương đặc trưng. Cơng nghệ SCO2 đặc biệt hiệu quả khi
áp dụng cho các đối tượng tinh dầu quý và kém bền nhiệt
[41,58,42,38,57,18,7].
Tinh dầu hoa nhài được chiết bằng SCO2 cho năng suất khá cao (0,2 0,37 %) [42]. Tinh dầu hoa hồng cất lôi cuốn hơi nước chỉ cho hiệu suất 0,025
%, chủ yếu được sản xuất ở Thổ Nhĩ Kỳ, Bungaria và Ma Rốc. Tinh dầu hoa
hồng chiết bằng SCO2 có đầy đủ các đặc trưng của absolute hoa hồng chiết
bằng dung môi (hexan/ethanol), nhưng có chất lượng tốt hơn và khơng chứa
dư lượng dung mơi [42]. Bảng 1.4 trình bày kết quả so sánh hiệu suất chiết
các sản phẩm absolute và concrete từ một số loại nguyên liệu hoa giữa kỹ
thuật chiết sử dụng dung môi hữu cơ và kỹ thuật chiết bằng SCO2.


16

Bảng 1.4 Hiệu suất thu Concrete và Absolute từ các loại nguyên liệu hoa
với các kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ và bằng SCO2 [42, 43]
Kỹ thuật chiết bằng dung môi hữu cơ Chiết bằng SCO2
Tên Hoa
Concrete (%)

Absolute từ
concrete (%)


Absolute (%)

Helichrysum

0,90 - 1,15

60 - 70

4,40 - 6,60

Hoa Dạ hương lan

0,17 - 0,20

10 - 14

-

Hoa Nhài

0,28 - 0,34

45 - 53

0,44 - 0,66

HoaTử đinh hương

0,60 - 0,95


35 - 45

-

Hoa Cam

0,24 - 0,27

36 - 55

0,28

Hoa Hồng

0,22 - 0,25

50 - 60

-

Violet

0,07 - 0,13

35 - 40

-

YlangYlang


0,80 - 0,95

75 - 80

-

Công nghệ chiết sử dụng SCO2 cịn có thể áp dụng đối với hầu hết các
loại tinh dầu và chất thơm quý khác từ thảo mộc như tinh dầu hương lau, hoa
nhài, hoa cam, lavan (Lavandula stoechas), hoàng đàn, hương lau, hoa
bưởi.v.v... [10,8,9,42,38,55].
1.2 Đối tượng lựa chọn nghiên cứu của đề tài
Đề tài nghiên cứu chiết concrete từ nguyên liệu là gỗ thân cây Dó Bầu
được trồng để khai thác trầm hương tại Việt Nam bằng CO2 ở trạng thái siêu tới
hạn. Bên cạnh đó khảo sát và phân lập một số cấu tử của concrete thu được.


17

1.2.1 Đặc điểm hình thái, sinh thái và phân bố của cây Dó Bầu

Hình 1.4 Cây Dó bầu- Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte
Cây Dó Bầu được xếp loại thực vật [13,11,4] thuộc:
Họ Trầm Hương: Thymelaeaceae;
Chi: Aquilaria Lamk;
Loài: Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte
Hình thái thực vật được miêu tả, thuộc loại thuộc loại cây gỗ cao 30-40 m,
vỏ xám, có xơ. Lá mọc so le, có phiến mỏng, thn hay bầu dục ngọn giáo,
nhọn ở gốc, thon hẹp dần ở chóp. Thường gần như có mũi nhọn và mũi dài, dài
8-10 cm, rộng 3,5-5,5 cm, có mép phồng lên thành vịng, mặt trên màu lục,

sáng bóng, nhẵn trừ trên gân gần cuống lá. Mặt dưới màu nhạt hơn, có lơng
mềm nhất là trên gân giữa và ở vòng mép lá, gân bên 15-18 đôi nổi rõ ở hai
mặt, gân nhỏ nhiều song song hoặc gần song song với các gân bên, cuống có
lơng mềm, có rãnh ở trên, có đốt ở gốc dài 4-5mm. Hoa thành chùm hay thành


18

tán, ở nách lá có lơng. Quả khơ loại quả nang, hình quả lê, có lơng lún phún dài
4 cm, rộng 3 cm, dày 2 cm, ở gốc có bao hoa đồng trưởng có vỏ quả mở làm
hai mảnh van, xốp. Hạt thường chỉ có gồm một phần chính ở trên dạng nón và
một phần kéo dài ở dưới cũng bằng phần trên, vỏ ngồi cứng và hóa gỗ, bên
trong mềm. Cây thường ra hoa và kết quả từ tháng 3 đến tháng 6 [1,3].
Về mặt sinh thái, cây Dó bầu thích hợp phát triển ở những vùng có độ
cao 1000m, nhưng thường tập trung ở độ cao 300-700m, độ dốc trên 25%.
Nhiệt độ thích hợp khơng dưới 150C và nhiệt độ tối đa không vượt quá 350C,
nhiệt độ phù hợp thường là 22-290C. Lượng mưa cả năm ở các vùng có Trầm
từ 1200mm trở lên, mùa khơ từ 3 đến 5 tháng. Cây Dó bầu thường mọc trên
nhiều loại đất núi, đất đỏ, đất xám, đất đỏ vàng, đất feralit trên đá macma
trung tính, đất feralit trên đá kết tinh chua, trên đá biến chất dạng phiến và cả
trên đất đỏ bazan. Cây ưa đất thịt pha cát, có tầng sâu, dầy và nhiều mùn [1].
Sự phân bố của cây Dó ở nước ta, thường tìm thấy ở những vùng núi
hướng về phía có gió biển, nên thường gặp ở vùng phía Đơng Trường Sơn
hơn là Tây Trường Sơn. Một số địa danh có thể kể tới như sau :
- Ở Bình Trị Thiên thường tìm thấy ở vùng Cam Lộ của Quảng Trị, vùng
A Sao, A Lưới, vùng Thanh Sơn và vùng đèo Hải Vân.
- Ở Bình Định có từ cùng núi Quy Nhơn đi vào.
- Ở Khánh Hịa, Phú n có rất nhiều ở Vạn Giã, Tân Định, An Thành,
Bình Khang, Dun Khánh…
- Ở Bình Thuận có ở vùng núi giáp ranh với Lâm Đồng.

- Ở các hải đảo thì gặp nhiều Dó tại Phú Quốc [11]
Hiện nay ở nước ta, cây Dó bầu được trồng tập trung nhiều nhất ở một số
tỉnh như:Quảng Nam, Bình Phước, Bình Dương, Hà Tĩnh, Khánh Hịa, An
Giang, Đắc Lắc, Gia Lai, Quảng Trị…với khoảng 15000 -18000 hécta. Nơi có
diện tích trồng Dó bầu nhiều nhất là Hà Tĩnh khoảng 3000 ha, tiếp đến là


19

Bình Phước khoảng 1000 ha. Trong đó cây Dó bầu chuẩn bị khai thác (4 năm
tạo trầm) có trên 400 hécta. Theo Hội trầm hương Việt Nam, mỗi năm diện
tích cây Dó bầu cả nước tăng trên 2.500 hécta, ước tính đến 2010, diện tích
Dó bầu của cả nước sẽ lên đến 30.000 hécta [11].
1.2.2 Sự tạo thành Trầm hương trên cây Dó
Ba giả thuyết hiện nay có liên qua đến việc hình thành Trầm hương :
là kết quả của những q trình bệnh học, gây thương tích và phi bệnh học
[6,54]. Nhưng các giả thuyết này đều chưa đủ cơ sở để kết luận giả thuyết nào
là đúng hoàn tồn [6]. Heuveling van Beek [1,11,6]cho là q trình đối ứng
lại vết thương. Theo Oldfield [6] cây Dó hình thành nhựa do đối ứng lại sự
lây lan của nấm, và giả thuyết sự lây lan nấm làm tăng việc tạo nhựa như là
một phản ứng của vật chủ chống lại việc phát triển của nấm. Cây Aquilaria bị
lây lan tự nhiên bởi nhiều loại nấm như Aspergillus spp, Botrydyplodia spp,
Dilodia spp, Furarium bulbiferum, Flaterium, F.oxysporum, F.solani,
Penicillium spp và Pythium spp. Các nghiên cứu của S.R.Bose cho rằng Trầm
hương là những phần gỗ bệnh lý, xuất hiện ở Aquilaria agallocha dưới tác
động của tác nhân gây bệnh là một số loại nấm ở nhóm bất tồn [1].
Julaluddin [1] cho rằng vùng gỗ Trầm có chứa một loại nấm Cryptosphacria
mangifera ở cây Dó nhiễm bệnh và sau một thời gian vùng bị nhiễm sậm màu
đi, tạo thành trầm rõ rệt vì khi đốt tỏa ra mùi trầm.
Những nhân tố khác như tuổi cây, khác do biến đổi theo mùa, biến đổi

môi trường và biến đổi di truyền của Aquilaria spp có thể giữ vai trị quan
trọng trong hình thành Trầm hương. Khơng phải là tất cả cây Aquilaria tạo ra
trầm hương, Gibson[6] báo cáo rằng ước chừng chỉ 10% Aquilaria spp. và
một số thống kê khác cũng nhận định chỉ 1/10 cây trưởng thành trên 20 cm
đường kính ở bề cao ngang ngực có thể tạo ra trầm hương. Một số báo cáo
bởi Dự án Mưa Rừng [11,6] ở Việt Nam cho biết sự hình thành trầm hương


20

có thể xuất hiện trên những cây Dó trẻ ba năm tuổi. Cho đến nay nguồn gốc
của quá trình tạo trầm vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn [1,6,11].
Quá trình gây trầm nhân tạo trên cây Dó trồng đã có thành cơng bước
đầu trên cả hai phương diện nghiên cứu và thực tiễn. Những cây Dó đủ điều
kiện để tạo trầm thường có thời gian sinh trưởng 5 năm tuổi trở lên, đường
kính thân cây từ 15-18cm[1,11,6].
Các phương pháp tạo trầm đang được áp dụng hiện nay là :
- Phương pháp gây tổn thương: đục khoét hoặc đóng sắt vào thân cây.
Cách này dễ làm, ít tốn kém, nhưng lâu cho trầm và chất lượng thấp
- Phương pháp sinh học: Tạo men vi sinh rồi cấy vào thân cây. Cách này
khó làm, ít người biết, giá thành cao, nhưng an tồn về mặt sử dụng sản
phẩm
- Phương pháp hố chất: Tạo hỗn hợp hóa chất rồi cấy vào thân cây.
Cách này phức tạp, nhanh cho trầm, nhưng có thể lưu lại một phần hố
chất có hại.
- Một số cách tạo trầm khác như kết hợp một số phương pháp trên với
nhau đã được trình bày trong bản phát minh sáng chế tạo trầm của các
tác giả: Balnchette, Robert A, Van Beek, Henry Heuveling trong dự án
Mưa rừng ở Việt Nam [11,6].
1.2.3 Giá trị kinh tế và tình hình phát triển cuả cây Dó trên thế giới và

trong nước[1,2,11,Error! Reference source not found.]
Trầm hương trên thị trường thế giới thời kỳ 1995-1997 khoảng 1350 tấn
(số liệu của Đài Loan trong khoảng thời gian này hơn 2050 tấn). Theo thống
kê của TRP (tổ chức mưa rừng nhiệt đới), khoảng 5 năm gần đây khu vực
Đạo giáo và Hồi giáo sử dụng hơn 2500 tấn trầm các loại. Trầm hương mua
bán trên thị trường hầu hết là khai thác từ thiên nhiên. Các nước có nguồn
Trầm hương cung cấp cho thế giới tập trung chủ yếu ở khu vực Đông Nam Á


21

và vài nước Nam Á như Ấn Độ, Bangladesh, Bhutan. Tuy nhiên, nạn khai
thác trầm hương vào những thập niên cuối của thế kỷ 20 có tính chất hủy diệt
cây Dó, làm cho nguồn cung cấp trầm hương trên thị trường ngày càng cạn
kiệt. Chẳng hạn, năm 1993, Indonesia khai thác và xuất khẩu hơn 661 tấn thì
năm 1997 chỉ còn 302 tấn; tương tự như Indonesia, Malaysia từ 43,6 tấn còn
21,6 tấn; Campuchia năm 1995 khai thác và xuất khẩu 133,8 tấn thì 3 năm sau
chỉ cịn 13,2 tấn; Ấn Độ năm 1995 xuất khẩu 15,1 tấn thì năm 1997 chỉ còn
1,4 tấn. Ở Việt Nam, theo thống kê của ngành thương mại từ năm 1986-1990,
khai thác và sản xuất khoảng 1163,9 tấn Trầm hương. Nhưng cũng giống như
các nước là số lượng ngày càng giảm sút. Chẳng hạn năm 1985 khai thác và
xuất khẩu 216,1 tấn thì năm 1990 chỉ còn 73,4 tấn. 1kg Kỳ nam, thập niên 80
giá 1.500-5.000USD, nay tăng lên 15.000-50.000USD (theo loại). Trầm
hương loại 1 từ 800-1.200USD lên 7.000-8.000USD/1kg, các loại khác cũng
có mức tăng từ 10 đến 15 lần [6].
Trầm hương được mua bán dưới nhiều hình thức khác nhau, phần nhiều
xuất khẩu dạng mảnh, miếng chiếm 95%, dạng gỗ chiếm 3%, dạng bột chiếm
hơn 1% và tinh dầu dưới 1% [6,11].
Thị trường mua bán Trầm hương và các sản phẩm Trầm hương chủ yếu là
Đài Loan, Thái Lan, Hồng Kông, Singapore (70% tái xuất); thị trường tiêu thụ

trực tiếp là các nước Ả Rập, Nhật Bản (loại trầm hương tốt), khu vực Hồi giáo.
Trong nước hiện nay, Trầm hương là mặt hàng kinh tế cao nhưng do
trầm trong tự nhiên ngày càng cạn kiệt vì vậy việc gây giống trồng cây Dó,
tạo trầm hương, chế biến, xuất khẩu đem lại nhiều lợi ích kinh tế ở Việt Nam.
Ngồi ra, trồng cây Dó có thể đem lại các sản phẩm khác như: gỗ làm đồ gia
dụng, làm bột giấy, bột nhang ;lá làm dược liệu; vỏ làm sợi [1,6].


22

- Trường hợp bán cây Dó nguyện liệu (cây Dó trồng đã trưởng thành:
đường kính thân 18-20cm, cao 5-6 m, trọng lượng bình quân 100kg tươi/cây,
khoảng 7-8 năm tuổi), chưa tạo trầm (người mua sẽ tạo trầm), giá hiện nay là
500.000 đồng/cây. Nếu 1 ha trồng khoảng 1.300 cây (tỷ lệ sống 80% trong
1.000 cây khi bán) thì doanh thu sẽ là 500 triệu, trừ chi phí trồng, chăm sóc,
bảo vệ và phí tổn vốn khoảng 50 triệu, thu nhập trước thuế là 450 triệu/ha/1
chu kỳ sản xuất là 10 năm như vậy giá trị tạo ra bình quân 50 triệu/ha/năm.
- Trường hợp bán cây Dó đã tạo trầm hương (thời gian tạo trầm khoảng 2
năm) lượng trầm hương thu được bình quân 1 kg loại 5/cây, giá bán 100
USD/kg thì 1 ha trồng có doanh thu 1,5 tỷ đồng, trừ chi phí đầu tư (kể cả chi
phí vốn) khoảng 540 triệu, thu nhập trước thuế là 960 triệu/ ha/1 chu kỳ sản
xuất 10 năm (giá trị tạo ra bình qn 150 triệu/ha/năm).
- Khi sử dụng tồn bộ cây Dó đã tạo trầm để chưng cất tinh dầu (mức
tiêu hao 5.000 kg cây Dó tươi đã tạo trầm cho 1 lít dầu), và giá bán 6.000
USD/lít (khoảng 90 triệu đồng), thì giá trị tạo ra khoảng 1,8 tỷ/ha, trừ chi phí
khoảng 600 triệu, thu nhập trước thuế khoảng 1,2 tỷ/ha/1 chu kỳ sản xuất 10
năm ( giá trị tạo ra bình qn 180 triệu/ha/năm ).
Ngồi hiệu quả kinh tế trực tiếp, trồng cây Dó bầu tạo trầm hương cịn [1]:
Tạo công ăn việc làm cho người lao động, mở ra hướng phát triển kinh tế bền
vững cho nông thôn, vùng sâu vùng xa.

Tạo nguồn nguyên liệu cho phát triển công nghiệp chế biến tinh dầu, công
nghiệp hương liệu, mỹ phẩm và dược phẩm.
Tạo nguồn hàng xuất khẩu giá trị lớn, hiệu quả cao.
Tăng độ che phủ của rừng, chống xói mịn đất, giữ nước, bảo vệ mơi trường.
Bảo tồn và phát triển lịai cây đặc hữu, q hiếm, có giá trị đặc biệt về khoa
học và kinh tế của Việt Nam.


23

Có thể khẳng định con người đã tạo được trầm hương trên cây Dó là rõ
ràng (sau 2 năm tạo có thể thu được trầm hương loại 5, loại 6 từ 1kg đến vài
kg/cây). Tuy nhiên, hiện nay những tổ chức và cá nhân nắm được kỹ thuật tạo
trầm chưa nhiều, thường giữ bí mật, coi đó là bí quyết riêng [11].
Đến năm 2010, nhu cầu về trầm hương sẽ vượt quá cầu, ở Việt Nam,
các vùng cây Dó ngày càng phát triển nhưng vẫn còn tự phát, 95% trầm trên
thị trường hiện nay là trầm hương nhân tạo, giải pháp của Chính Phủ là cần
phải tạo được một hành lang pháp lý cho cây Dó phát triển [11].
1.2.4 Những nghiên cứu về thành phần hóa học của chi Aquilaria
1.2.4.1 Các sesquiterpene
Phần Trầm trên cây Dó mang lại giá trị kinh tế cao do có chứa nhựa
thơm, các thành phần mang mùi là các sesquiterpene.
Nhóm sesquiterpene chủ yếu gồm:
- Sesquitepene khung Vetispirane [62,37,66,46,45,47,51,52]
1

O

14


CHO

10
2
5

3

OH

9

4

8
6

7

15

11
12
13

Agarospirol
7
6
8


1(10)-spirovetiven-11-ol-2-one

CHO

11

3

oxo-agarospirol

O

O

1

3

10
1

8

4

4

OH

7


5
6

5

9

OH

2

10

2
9
13
14

Vetispira-2(11),6-diene-14-al

2,14-epoxy-vetispira-6-ene

2,14-epoxy-vetispira-6(14),7-diene

Nhóm Vetispirane được tác giả Varma K.R.[63], Nakanishi T.[53,52,51],
Näf R.[46,45,47] tách ra từ phần concrete n-hexan và benzen của cây A.