TRƢỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH
KHOA MÔI TRƢỜNG – THỰC PHẨM – HÓA


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
CHƢNG CẤT TINH DẦU TIÊU ĐEN VÀ
ỨNG DỤNG PHỤ PHẨM CỦA QUÁ
TRÌNH CHƢNG CẤT
Sinh viên thực hiện

: Lê Kế Hà

Mã số sinh viên

:1311521363

Lớp

:13DHH01

Chuyên ngành

: Công nghệ Kỹ thuật Hoá học

Giáo viên hƣớng dẫn : Đỗ Đình Nhật

Tp.HCM, tháng 8 năm 2017

3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 13/02/2017
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ luận văn: 21/08/2017
5. Ngƣời hƣớng dẫn:

Họ và tên

Học hàm, học vị

Đỗ Đình Nhật

Thạc sĩ

Đơn vị

Phần hƣớng dẫn

BM Công nghệ kỹ thuật Hoá học 100%

Nội dung và yêu cầu của luận văn đã đƣợc thông qua bộ môn.
Trƣởng Bộ môn

Ngƣời hƣớng dẫn

ThS. Nguyễn Đình Phúc

ThS. Đỗ Đình Nhật

ii



20ml NaOH/Ethanol (nồng độ 5,10,20%) và piperine đƣợc kết tinh lại trong cả 3 loại
dung môi. Kết quả nghiên cứu, thu đƣợc tinh dầu tiêu đen với hàm lƣợng 2.25% khi
chƣng cất ở các điều kiện: Nồng độ NaCl (2%), ngâm trong 3 giờ trƣớc khi chƣng cất
ở nhiệt độ 150 oC trong 3 giờ với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1/20 (20g bột
tiêu/400ml nƣớc). Tinh dầu tiêu đen có các thành phần chính là 3-Carene (29.21%), DLimonen (20.94%), Caryophyllene (15.05%), α-Pinene (4.69%) và β-Pinene (9.77%).
Thu 1.17g piperine thô khi trích ly bằng acetone trong 4 giờ, và dùng NaOH với nồng
độ 10%. Kết tinh trong isopropyl alcohol thu 0.35g tinh thể piperine.

iv


ABSTRACT

In this essay, the factors affecting the essential oil content of the black pepper
essential oil have been investigated to improve production efficiency and initially
researched the use of black pepper residue of the distillation process to extract
piperine. Essentinal oils obtained of black peper were analyzed by GC-MS. Piperine
have extracted from black pepper residue by Soxhlet system with 3 solvents is
Acetone, Isopropyl alcohol và Ethanol 99,5o. Extraction liquid have treated with 20 ml
NaOH/Ethanol (concentration is 5,10,20%) and piperine is crystallized in 3 solvents.
As a result of the study, i have obtained 2.25% black pepper essentinal oil in
distillation with the best distillation parameters: concentration of NaCl (2%), soaked
for 3 hours before distilling at 150 °C in 3 hours with a ratio is 1/20 (20g pepper /
400ml water). 1.17g of raw piperine have obtained when extracted with acetone for 4
hours, and using NaOH 10%. Crystallisation piperine in isopropyl alcohol, 0.35 g of
piperine crystals have obtained.

v



1.4

TỔNG QUAN VỀ PIPERINE ...................................................................................... 9

1.4.1 Giới Thiệu.............................................................................................................. 9
1.4.2 Tính Chất ............................................................................................................... 9
1.4.3 Công Dụng Của Piperine ..................................................................................... 10
1.5

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 11

Chƣơng 2 THỰC NGHIỆM .................................................................................................... 16
2.1

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.......................................................................................... 16

2.2

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 16

2.3

NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ ................................................................................. 16

2.3.1 Nguyên Liệu ........................................................................................................ 16
2.3.2 Thiết Bị ................................................................................................................ 17
2.3.3 Dụng Cụ ............................................................................................................... 17
2.3.4 Hoá Chất .............................................................................................................. 17
2.4


3.1.8 Khảo Sát Thời Gian Chƣng Cất........................................................................... 38
3.1.9 Phân Tích Tinh Dầu Tiêu Đen ............................................................................. 39
3.1.10 Xác Định Chỉ Số Acid ......................................................................................... 40
3.1.11 Xác Định Chỉ Số Savon Hoá – Ester. .................................................................. 40
3.1.12 Kết Quả Phân Tích GC-MS ................................................................................. 41
3.2

TRÍCH LY PIPERINE TỪ BẢ TIÊU ........................................................................ 42

3.2.1 Khảo Sát Các Dung Môi Cho Quá Trình Trích Ly ............................................. 42
3.2.2 Khảo Sát Nồng Độ Dung Dịch NaOH................................................................. 43
3.2.3 Khảo Sát Quá Trình Kết Tinh Piperine ............................................................... 44
Chƣơng 4

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ........................................................................ 47

4.1

KẾT LUẬN ................................................................................................................ 47

4.2

KHUYẾN NGHỊ ........................................................................................................ 47

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Những loài tiêu biểu của chi Hồ Tiêu ......................................................................... 3
Hình 1.2 Hạt tiêu đen ................................................................................................................ 4



DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Các chỉ số hoá, lý của tinh dầu ......................................................................7
Bảng 1.2 So sánh giữa chưng cất tinh dầu tiêu đen dùng và không dùng microwave 13
Bảng 1.3 Kết quả chưng cất tinh dầu tiêu bằng phương pháp CO2 siêu tới hạn và lôi
cuốn hơi nước ................................................................................................................14
Bảng 1.4 Kết quả phân tích phổ GC-MS tinh dầu tiêu ................................................15
Bảng 2.1 Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát kích thước nguyên liệu ...........25
Bảng 2.2Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát nồng độ muối NaCl .................25
Bảng 2.3 Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát thời gian ngâm .......................26
Bảng 2.4 Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát nồng độn muối NaCl ..............26
Bảng 2.5 Điều kiện chưng cất của quá trình khảo sát tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi ....27
Bảng 3.1 Kết quả chuẩn độ xác định chỉ số acid .........................................................40
Bảng 3.2 Kết quả chuẩn độ xác định chỉ số savon hoá và chỉ số ester .......................40
Bảng 3.3 Kết quả phân tích GC-MS tinh dầu tiêu đen ................................................41

ix


LỜI MỞ ĐẦU

Tinh dầu là nguồn nguyên liệu có nhiều tiềm năng, triển vọng với sự phát triển
kinh tế xã hội của đất nƣớc ta trong gia đoạn hiện tại cũng nhƣ trong tƣơng lai [1]. Từ
thế kỷ 17 đến thế kỷ 19, tinh dầu đã đƣợc sử dụng để làm mỹ phẩm, làm thuốc và dùng
trong công nghiệp với phạm vi rộng hơn. Từ thế kỷ 20 đến những năm đầu của thế kỷ
21, cùng với sự tiến bộ của nhân loại và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành
công nghiệp sản xuất tinh dầu đã dần phát triển, tinh dầu trở thành một sản phẩm
không thể thiếu trong đời sống con ngƣời và đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm và mỹ phẩm.

tiêu đen và trích ly piperine từ bả hạt tiêu sau quá trình chƣng cất để đóng góp một
phần nhỏ trong việc đánh giá tài nguyên thiên nhiên và sử dụng chúng một cách hiệu
quả và khoa học hơn.

2


Chƣơng 1 TỔNG QUAN

1.1

TỔNG QUAN VỀ CÂY HỒ TIÊU
Chi hồ tiêu (Piper) là một chi quan trọng về kinh tế cũng nhƣ sinh thái học của họ

hồ tiêu, gồm có 1000-2000 loài. Sự đa dạng của chi này thích hợp cho sự nghiên cứu
lịch sử tự nhiên, hoá học các sản phẩm tự nhiên, sinh học tiến hoá, sinh thái cộng
động. Có thể kể đến các loài nhƣ: Piper Lolot (Lá Lốt), Piper Nigrum L. (Hồ Tiêu),
Piper Longrum (Tiêu lá tím), Piper Belte (Trầu Không), ….

Piper Nigruml (Hồ Tiêu)

Piper Lolot (Lá Lốt)

Piper Belte (Trầu Không)

Piper Longrum (Tiêu Lá Tím)

Hình 1.1 Những loài tiêu biểu của chi Hồ Tiêu

Hồ tie u là mọ t loại ca y đạ c tru ng của vùng nhi

nhiều vết nhăn hình vân lƣới nổi lên, gốc quả có vết s o của cuống quả. Vỏ quả ngoài
có thể bóc ra đƣợc. 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
1.2.1 Công dụng của hạt tiêu đen
Hạt tiêu đen là nguồn nguyên liệu quý của nƣớc ta, không chỉ mang lại giá trị là
chất gia vị mà còn có nhiều công dụng đối với sức khoẻ và đời sống của con ngƣời.
Chất gia vị: hạt tiêu có vị nóng cay, có mùi thơm hấp dẫn nên rất thích hợp cho
việc chế biến các món ăn. Hạt tiêu giàu vi khoáng và chất xơ, tốt cho hệ tiêu hóa, lại
không chứa cholesterol. Hạt tiêu là gia vị đƣợc dùng phổ biến nhất trên thế giới.
Chất dinh dƣỡng: hạt tiêu đen chứa một số khoáng chất rất quan trọng đối với
cơ thể con ngƣời, một trong một số đó là crom. Hạt tiêu đen cũng chứa canxi, đồng,
sắt, magie, mangan, photpho và kẽm. Ngoài ra còn chứa các chất quan trọng với hàm
lƣợng cao nhƣ vitamin K, β-carotene, β-cryptoxanthin, choline, acid folic, lycopene,
niacin, pyridoxine, riboflaavin, thiamin và các vitamin A, C, E. Phần lớn các vitamin

4


này có đặt tính chống oxy hóa, giúp giảm tác hại của các gốc tự do và hỗ trợ ngăn chặn
ung thƣ.
Chất bảo quản: đƣợc dùng nhƣ chất bảo quản tự nhiên cho thịt và các loại thực
phẩm dễ bị hƣ hỏng khác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng điều này là do các chất chống
oxy hóa và chống vi khuẩn có trong hạt tiêu.
Trong y dƣợc: với piperine, tinh dầu và nhựa có mùi thơm, vị cay, tính nóng, có
tác dụng kích thích tiêu hóa. Hạt tiêu kích thích sự tiết ra một số men tiêu hóa của
tuyến tụy nhƣ amylase, trypsin, chymotrypsin và lipase, làm thúc đẩy quá trình tiêu
hóa tốt hơn, giúp ăn ngon miệng, tăng cƣờng chức năng hoạt động của tuyến tụy, giúp
ấm bụng, giảm đau, chống nôn; đƣợc dùng chữa cảm, chữa tiêu chảy, giảm tỷ lệ mắc

tiềm tàng, nghĩa là tinh dầu không có sẵn trong nguyên liệu mà chỉ xuất hiện trong
những điều kiện gia công nhất định trƣớc khi tiến hành trích ly hay dƣới tác dụng cơ
học. Còn ở trạng thái tự do, tinh dầu có sẵn trong nguyên liệu có thể thu hái ly trích
trong điều kiện bình thƣờng.
1.3.2 Tinh dầu tiêu đen
Tinh dầu tập trung ở vỏ quả giữa là chất lỏng có màu xanh lục nhạt hoặc vàng
nhạt, trong suốt, mùi đặc trƣng của tiêu đen, vị cay, hăng. Thu đƣợc bằng các chƣng
cất lôi cuốn hơi nƣớc với hàm lƣợng 1.5-2.6% [3, 4].

6


Bảng 1.1 Các chỉ số hoá, lý của tinh dầu

Chỉ số

Tỷ Trọng

[n]D (25oC)

IA

IS

IE

Giá trị

0.879


sau khi sàng lọc 83 tinh dầu, tiêu đen, cananga và tinh dầu nhựa thơm ức chế sự hình
thành của vi khuẩn Staphylococcus aureus và hầu nhƣ đã hủy bỏ hoạt tính tan máu của
hồng cầu S. Aureus [8].
Tăng Cƣờng Tuần Hoàn: Khi sử dụng tinh dầu tiêu đen, nó thúc đẩy sự tuần
hoàn lành mạnh và kích thích chất lƣu nhầy và mật. Nó có đặc tính ấm lên khi đƣợc sử
dụng bên trong và đƣợc sử dụng ngoài da. Trộn dầu hạt tiêu đen với quế hoặc tinh dầu
nghệ để tăng cƣờng hoạt động tuần hoàn [9].
Hoạt Tính Chống Ung Thƣ: Theo một nghiên cứu năm 2010 đƣợc tiến hành tại
Đại học Michigan State, tinh dầu hạt tiêu đen và các thành phần của nó có hoạt động
chống viêm, chống oxy hóa và chống lại ung thƣ. Tất cả các hợp chất có nguồn gốc từ
hạt tiêu đen đã ngăn chặn sự tăng sinh tế bào ung thƣ ở ngƣời, với Piperine là hợp chất
hữu hiệu nhất [10].
Làm Dịu Cảm Giác Lo Lắng Và Thèm Hút Thuốc Lá: Tinh dầu tiêu đen có
thể giúp giảm bớt sự thèm muốn hút thuốc lá và các triệu chứng lo âu ở những ngƣời
hút thuốc lá. Ngoài ra, tiêu đen còn giảm tiêu cực và làm giảm các triệu chứng cai
thuốc. Tinh dầu tiêu đen cũng là một trong những loại tinh dầu thiết yếu nhất cho tình
trạng lo lắng và thần kinh [9].

8


Kích Thích Sự Thèm Ăn: Tinh dầu tiêu đen khích thích khứu giác, kích thích sự
thèm ăn mạnh mẽ, có thể tạo thuận lợi cho việc nuốt vào ngƣời bị rối loạn thần
kinh. Ngữi và tiêu thụ dầu hạt tiêu đen kích hoạt vỏ não ngoài hoặc vỏ não trƣớc, dẫn
đến cải thiện sự phản xạ vận động nuốt [11].
Sử Dụng Làm Chất Bảo Quản Thực Phẩm: Tinh dầu tiêu đen và xanh có hoạt
tính kháng khuẩn và chống lại sự hƣ hỏng ở thực phẩm. Các nhà nghiên cứu nhận thấy
dầu tiêu có hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và nó ức chế sự phát triển của vi khuẩn
trong thực phẩm[12].
1.4

lƣợng vết loét dạ dày, thể tích và độ acid của nƣớc dạ dày, và hoạt động của
pepsin[13]. Kết quả cho thấy piperine có tác dụng bảo vệ chống lại các viêm loét dạ
dày.
Piperine có tác dụng chống viêm và chống thấp khớp thông qua việc ức chế sản
phẩm của hai tiền cytokinine viêm quan trọng là IL6 (interleukine-6) và PGE2
(prostaglandin - E2) trong sự tăng sinh nguyên bào sợi. Việc ức chế sản phẩm PGE2 là
rất quan trọng do PGE2 đóng vai trò trung tâm trong quá trình gây viêm [14].
Giúp giải độc cơ thể nhờ tạo cảm giác nóng lên khi đƣợc bôi ngoài da, do đó làm
tăng mồ hôi. Nó cũng đóng vai trò là thuốc lợi tiểu và tăng tiết tiểu tiện, giúp loại bỏ
chất độc cơ thể và nƣớc dƣ thừa ra khỏi cơ thể. Điều này làm giảm sƣng và viêm, cộng
với việc nó có thể giúp giảm huyết áp tự nhiên [15].
Một nghiên cứu năm 2013 đƣợc đăng trong Cell Biochemistry and Biophysics
cho thấy việc bổ sung piperine giúp điều hoà huyết áp, cải thiện dung nạp glucose,
giảm viêm và cải thiện chức năng gan ở chuột có chế độ ăn giàu chất béo. Những thay
đổi này rõ ràng gợi ý rằng piperine làm giảm các triệu chứng của hội chứng chuyển
hoá của con ngƣời bằng cách giúp cơ thể loại bỏ chất độc và giảm viêm [16].
Piperine ức chế đƣợc các enzyme tham gia vào chuyển hóa sinh học của nhiều
thuốc. Tham gia vào phản ứng giáng hóa thuốc hay còn gọi là phản ứng pha I (nhƣ
phản ứng oxy hóa thuốc qua sự xúc tác của cytochrom P450 [17]. Piperine tham gia
vào phản ứng pha II (còn gọi là phản ứng liên hợp) kết quả của tác động của piperine
trên hai pha này là làm tăng tích lũy của các thuốc, giúp đào thải chậm, làm tăng hiệu
lực, có khi tăng độc tính. Do đó piperine làm tăng sinh khả dụng của nhiều thuốc.

10


Piperine tƣơng tác với nhiều thuốc nhƣ: thuốc chống lao isoniazid, pyrazinamid và
rifampicin, thuốc chống cao huyết áp propranolol, thuốc chống hen theophyllin [18].
Piperine có tác dụng tăng hấp thu và giảm đào thải curcumin trong máu.
Piperine giúp tăng sinh khả dụng của curcumin trên cơ thể ngƣời lên tới 20 lần so với

Limonen (13.2%), β-pinene (7.9%), sabinene (5.9%) và một số thành phần khác.
Thành phần chính của oleoresins đã đƣợc tìm thấy có chứa piperine (63.9 và 39.0%),
với nhiều thành phần khác với hàm lƣợng ít hơn. Cả dầu và oleoresin đều có hoạt tính
chống oxy hóa mạnh so với butylated hydroxyanisole (BHA) và butylated
hydroxytoluene (BHT) nhƣng thấp hơn so với propyl gallate (PG). Ngoài ra, khảo sát
hoạt động ức chế của chúng bằng phƣơng pháp FTC, chứng tỏ khả năng chống oxy
hóa mạnh mẽ của tinh dầu và oleoresins tiêu đen[23].
Năm 1995, M. McCarron đã thực hiện nghiên cứu so sánh thành phần của tinh
dầu tiêu đen và tiêu xanh có nguồn gốc từ Sri Lanka và Ấn Độ. Tinh dầu đƣợc phân
tích bằng phƣơng pháp GC và GC-MS, sau đó so sánh kết quả. Các monoterpene của
dầu tiêu ấn độ tƣơng đƣơng với dầu tiêu Sri lanka. Nhƣng khác trong việc tạo ra
sesquiterpene và các thành phần oxy hoá. Caryophyllene và β-pinene các trong tất cả
các mẫu dầu, sabinene chỉ có trong dầu tiêu Sri Lanka và car-3-ene không có trong các
mẫu tinh dầu [24].
Năm 1999, Sandra R.S. Ferreira cùng các cộng sự đã nghiên cứu trích ly tinh dầu
tiêu đen bằng phƣơng pháp CO2 siêu tới hạn. nghiên cứu tiến hành trên điều kiện trích
ly 30°C, 40°C và 50°C và áp suất150, 200 và 300 bar. Độ hòa tan thay đổi từ 0.09 đến
0.15 g dầu /g CO2 và độ hoà tan tăng theo mật độ dung môi [25].
Supinya Tewtrakul (1999) đã thực hiện nghiên cứu so sánh thành phần tinh dầu
của 3 loại tiêu là P. Nigrum, P. Chaba và P. Longum bằng phƣơng pháp GC và GCMS. Không giống nhƣ tinh dầu từ P. Nigrum, P. Chaba và P. Longum đƣợc tìm thấy
vài monoterphene hydrocarbon, nồng độ vừa phải của sesquiterpenes và nồng độ cao
của aliphatic hydrocarbon. P. Chaba có nồng độ caryophyllene oxide (7.4%) cao nhất.
và β-caryophyllene tìm thấy trong P. nigrum, P. Longum, P. Chaba lần lƣợt là 39.7%,
10.2% và 5.2% [26].
Công trình nghiên cứu của Ying Wang, Zi-Tao Jiang và Rong Li (2008) [27]
thuộc trƣờng College Of Biotechnology And Food Science đã chỉ ra tinh dầu tiêu đen
chiết xuất bằng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc cho hiệu suất 3.1% và khi có
sự hỗ trợ của vi sóng là 3.8%. Điều kiện thực hiện phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi
nƣớc có sự hỗ trợ của vi sóng là mức năng lƣợng sử dụng 800W trong 5 phút và tỷ lệ
12


18.4%

16.0%

β-Pinene

13.0%

14.0%

α-Pinene

5.8%

6.7%

δ-Elemene

1.8%

1.3%

α-Copaene

1.9%

1.6%

Gurdip Singh (2004) đã nghiên xác định thành phần của tinh dầu và oleresin tiêu


18.64 ± 0.84%

Limonen

15.64 ± 0.15%

14.95 ± 0.13%

Sabinene

13.63 ± 0.21%

13.19 ± 0.17

3-Carene

9.34 ± 0.04%

8.56±0.11%

β-Pinen

7.27 ± 0.05%

9.71±0.12%

α-Pinen

4.25 ± 0.06%

Tinh dầu thu đƣợc bằng phƣơng pháp CO2 lỏng siêu tới hạn có màu nâu sậm,
sánh, có tủa vàng, mùi thơm đặc trƣng, nh hơn nƣớc, tỷ trọng 0.9106 g/ml [n]D =
1.5110 (25oC)
Tinh dầu tiêu chiết bằng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc có màu xanh
nhạt, mùi thơm nh , nh hơn nƣớc, tỷ trọng: 0.8547 g/ml, [n] D = 1.4772 (25oC).
Bảng 1.4 Kết quả phân tích phổ GC-MS tinh dầu tiêu

CO2 Siêu Tới Hạn

Lôi Cuốn Hơi Nƣớc

90 Bar

110 Bar

α-Pinene

4.778

3.733

0.138

β-Pinene

1.868

1.451

-


-

D-Limonene

0.359

9.587

-

δ-Elemene

1.278

2.304

4.004

β-Elemene

1.472

2.521

3.844

β-Caryphyllene

20.31

 Nghiên cứu quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen,
 Xác định thành phần hoá học của tinh dầu tiêu đen,
 Nghiên cứu trích ly piperine từ bả tiêu sau quá trình chƣng cất tinh dầu.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

2.2

 Xây dựng quy trình chƣng cất tinh dầu tiêu đen
 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng tinh dầu trong quá trình chƣng
cất:
-

Kích thƣớc nguyên liệu

-

Cách bảo quản nguyên liệu sau khi xử lý

-

Nồng độ dung dịch nƣớc muối NaCl

-

Thời gian ngâm nguyên liệu trong nƣớc muối

-

Nhiệt độ chƣng cất



2.3.1 Nguyên liệu
Nguyên liệu đƣợc sử dụng trong suốt quá trình nghiên cứu là hạt tiêu đen đƣợc
trồng, thu hoạch và chế biến tại huyện Chƣ Sê, tỉnh Gia Lai. Nguyên liệu đƣợc cung
cấp bởi cơ sở chế biến, phân phối hồ tiêu Ngọc Châu.
16