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

Tên luận án:

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

Ngành:

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa, sở hữu thảm thực vật phong phú, trong đó chi Gừng (Zingiber) thuộc họ Gừng (Zingiberaceae) là nguồn tài nguyên quý giá, được sử dụng rộng rãi trong y học, dược phẩm và công nghệ thực phẩm. Mặc dù có nhiều nghiên cứu quốc tế về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của các loài gừng, các công trình công bố tại Việt Nam về các hợp chất thơm và ứng dụng từ họ này còn hạn chế. Luận án này ra đời nhằm giải quyết khoảng trống đó.

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" tập trung vào 7 loài gừng thu hái tại khu vực Bắc Trung Bộ Việt Nam. Mục tiêu chính là xây dựng cơ sở dữ liệu về thành phần hóa học, giá trị sử dụng của tinh dầu và nhựa dầu gừng, tối ưu hóa quy trình thu nhận, và đề xuất các giải pháp công nghệ ứng dụng các bán thành phẩm vào sản xuất thực phẩm, đồng thời tận dụng bã thải để bảo vệ môi trường.

Luận án đã đạt được nhiều đóng góp quan trọng. Về mặt khoa học, nghiên cứu đã khảo sát một cách hệ thống chất lượng nguyên liệu, tinh dầu và nhựa dầu của các loài gừng hoang dại tại Bắc Trung Bộ, tối ưu hóa quy trình công nghệ thu nhận toàn bộ chất thơm (tinh dầu và nhựa dầu), và đề xuất quy trình khai thác gừng củ khép kín.

Các kết quả nổi bật bao gồm việc xây dựng bảng chất lượng nguyên liệu và các chỉ số hóa lý, cảm quan của tinh dầu từ 7 loài gừng, cùng với phân tích thành phần hóa học chi tiết. Luận án đã xác định được các hợp chất chính trong tinh dầu thuộc nhóm monoterpene hydrocarbons, oxygenated monoterpenes, sesquiterpene hydrocarbons và các thành phần khác. Đối với nhựa dầu, các cấu tử như Me-[10]-Gingerdiol, OAc-[4]-Gingerol, 6-Shogaol, và 7 hợp chất đã được xác định cấu tạo từ loài Zingiber collinsii (zerumbone, scopoletin, quercetin, rutin, 5-(Hydroxymethyl)furfural, bisdemethoxycurcumin, demethoxycurcumin).

Đặc biệt, luận án đã xây dựng mô hình tối ưu hóa quy trình thu nhận tinh dầu (đạt 1,21%) và nhựa dầu (đạt 19,6%) ở quy mô phòng thí nghiệm từ củ gừng loài Z. collinsii, đồng thời xác định hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn của chúng. Về ứng dụng, nghiên cứu đã phát triển quy trình tạo bột hương liệu tinh dầu gừng bằng β-cyclodextrin, xác định tỷ lệ bổ sung tối ưu vào rượu (3%) và chè đen (1%) để tạo sản phẩm được ưa thích. Hơn nữa, luận án đã đề xuất quy trình tách tinh bột từ bã gừng (đạt 31,03%) và ứng dụng bã mùn cưa gừng làm giá thể trồng nấm sò và mọc nhĩ, với tỷ lệ thay thế tối đa 60%, góp phần nâng cao giá trị nguồn nguyên liệu và bảo vệ môi trường.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

  • 1.1. Tổng quan về chi gừng
  • 1.2. Tinh dầu gừng và nhựa dầu gừng
  • 1.3. Các phương pháp thu nhận tinh dầu, nhựa dầu
  • 1.4. Vai trò của gừng trong đời sống con người
  • 1.5. Tình hình sử dụng và nghiên cứu gừng ở Việt Nam và trên thế giới

• CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Các loài mẫu gừng nghiên cứu
  • 2.2. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu sử dụng
    • 2.2.1. Hóa chất sử dụng
    • 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu
  • 2.3. Sơ đồ nghiên cứu
  • 2.4. Phương pháp lấy mẫu nguyên liệu gừng
  • 2.5. Các phương pháp phân tích
    • 2.5.1. Xác định tỷ lệ thu hồi thịt củ gừng bằng phương pháp tính phần trăm
    • 2.5.2. Xác định độ ẩm của củ gừng bằng phương pháp chưng cất với toluene
    • 2.5.3. Xác định lượng tinh dầu củ gừng bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
    • 2.5.4. Phân tích hàm lượng tinh bột trong củ gừng
    • 2.5.5. Phân tích hàm lượng cellulose trong củ gừng theo TCVN 5103:1990
    • 2.5.6. Phân tích hàm lượng tro trong củ gừng theo TCVN 9939:2013
    • 2.5.7. Phân tích cảm quan của tinh dầu theo TCVN 8460:2010
    • 2.5.8. Xác định tỷ trọng của tinh dầu theo TCVN 8444:2010
    • 2.5.9. Xác định góc quay cực theo TCVN 8446:2010
    • 2.5.10. Xác định chỉ số khúc xạ theo TCVN 8445:2010
    • 2.5.11. Xác định chỉ số acid theo TCVN 8450:2010
    • 2.5.12. Xác định chỉ số ester của tinh dầu theo TCVN 8451:2010
    • 2.5.13. Xác định hàm lượng aldehyde theo TCVN 189:1993
    • 2.5.14. Xác định độ hòa tan trong ethanol theo TCVN 8449:2010
    • 2.5.15. Xác định cấu tử của tinh dầu gừng bằng phương pháp GC/MS
    • 2.5.16. Xác định cấu tử của nhựa dầu gừng bằng phương pháp LC/MS
    • 2.5.17. Phân lập và xác định cấu trúc các hợp chất trong nhựa dầu gừng
    • 2.5.18. Xác định hoạt tính chống oxy hóa - khả năng quét gốc tự do DPPH
    • 2.5.19. Xác định hoạt tính kháng khuẩn bằng phương pháp khuếch tán thạch
    • 2.5.20. Phương pháp đánh giá thị hiếu sản phẩm
  • 2.6. Các phương pháp bố trí thí nghiệm
    • 2.6.1. Tối ưu hóa quy trình chưng cất tinh dầu gừng theo phương pháp đáp ứng bề mặt
    • 2.6.2. Tối ưu hóa quá trình trích ly nhựa dầu gừng theo phương pháp đáp ứng bề mặt
    • 2.6.3. Bố trí thí nghiệm bổ sung hương liệu vào rượu
    • 2.6.4. Bố trí thí nghiệm bổ sung hương liệu nhựa dầu gừng vào sản phẩm chè đen
    • 2.6.5. Nghiên cứu tận dụng phụ phẩm bã gừng vào công nghệ sản xuất khác

• CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Nghiên cứu xác định chất lượng nguyên liệu, tính chất hóa lý và thành phần hóa học của tinh dầu và nhựa dầu từ củ 7 loài gừng (Z. cochinchinensis, Z. gramineum, Z. collinsii, Z. rufopilosium, Z. officinale, Z. rubens, Z. zerumbet) tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ (Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình), Việt Nam
    • 3.1.1. Khảo sát chất lượng nguyên liệu
    • 3.1.2. Xác định chỉ số hóa lý của tinh dầu gừng
    • 3.1.3. Thành phần hóa học của tinh dầu gừng
      • 3.1.3.1. Loài Z. cochinchinensis
      • 3.1.3.2. Loài Z. gramineum
      • 3.1.3.3. Loài Zingiber rufopilosum
      • 3.1.3.4. Loài Zingiber zerumbet
      • 3.1.3.5. Loài Zingiber rubens
      • 3.1.3.6. Loài Zingiber collinsii
      • 3.1.3.7. Loài Zingiber officinale
    • 3.1.4. Xác định các cấu tử của nhựa dầu gừng
      • 3.1.4.1. Loài Zingiber cochinchinensis
      • 3.1.4.2. Loài Zingiber gramineum
      • 3.1.4.3. Loài Zingiber rufopilosium
      • 3.1.4.4. Loài Zingiber zerumbet
      • 3.1.4.5. Loài Zingiber rubens
      • 3.1.4.6. Loài Zingiber collinsii
      • 3.1.4.7. Loài Zingiber officinale
  • 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
    • 3.2.1. Nghiên cứu xây dựng quy trình thu nhận tinh dầu gừng
      • 3.2.1.1. Xác định lượng tinh dầu trong vỏ củ gừng bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
      • 3.2.1.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến lượng tinh dầu gừng thu được
      • 3.2.1.3. Tối ưu hóa quy trình chưng cất tinh dầu gừng
      • 3.2.1.4. Thiết lập mô hình thí nghiệm
      • 3.2.1.5. Mô hình hàm mong đợi
      • 3.2.1.6. Kết quả kiểm tra lại mô hình tối ưu hóa
      • 3.2.1.7. Kết hợp một số kỹ thuật tiền xử lý nhằm nâng cao lượng tinh dầu thu được
      • 3.2.1.8. Quy trình thu nhận tinh dầu gừng
    • 3.2.2. Xây dựng quy trình trích ly nhựa dầu gừng
      • 3.2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến lượng nhựa dầu gừng thu được
      • 3.2.2.2. Thiết lập mô hình thí nghiệm tối ưu hóa quy trình trích ly nhựa dầu gừng
      • 3.2.2.3. Mô hình hàm mong đợi
      • 3.2.2.4. Kết quả kiểm tra lại mô hình tối ưu hóa
      • 3.2.2.5. Quy trình trích ly nhựa dầu gừng
    • 3.2.3. Xác định công thức cấu tạo của một số hợp chất có trong nhựa dầu gừng từ củ gừng loài Z. collinsii tự nhiên khu vực Bắc Trung Bộ, Việt Nam
    • 3.2.3.4. Xác định một số hoạt tính sinh học của tinh dầu, nhựa dầu gừng từ loài Z. collinsii
  • 3.3. Nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng tinh dầu, nhựa dầu gừng vào một số sản phẩm thực phẩm
    • 3.3.1. Ứng dụng vào sản phẩm chè đen
    • 3.3.2. Sản xuất rượu gừng
      • 3.3.2.1. Nghiên cứu sản xuất hương liệu tinh dầu gừng
      • 3.3.2.2. Thành phần hóa học của tinh gừng loài Z. collinsii thu nhận sau quá trình tạo bột hương liệu
      • 3.3.2.3. Quy trình bổ sung hương liệu vào rượu
      • 3.3.2.4. Kết quả xác định lượng bột hương liệu tinh dầu bổ sung vào rượu
  • 3.4. Đề xuất giải pháp công nghệ sử dụng các phụ phẩm từ quá trình thu nhận chất thơm (tinh dầu và nhựa dầu) vào một số lĩnh vực khác: sản xuất tinh bột và làm giá thể trồng nấm
    • 3.4.1. Sản xuất tinh bột từ bã gừng
      • 3.4.1.1. Quy trình sản xuất tinh bột từ bã gừng
      • 3.4.1.2. Kiểm tra chất lượng tinh bột
    • 3.4.2. Ứng dụng bã gừng làm giá thể trồng cây
    • 3.4.3. Đề nghị quy trình công nghệ khép kín đối với sản phẩm gừng

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN