Hoạt tính trừ cỏ của tinh dầu Bạch đàn

Theo Kohli và cộng sự (1998), Singh và cộng sự (2005), Batish và cộng sự (2007), Setia và cộng sự (2007) cho rằng tinh dầu của một số loài Bạch đàn có biểu hiện kháng lại các loài cỏ dại và có một tiềm năng tốt cho kiểm soát cỏ dại. Cũng theo Kohli (1998), tinh dầu của loài E. tereticornis và E. citriodora khi ở dạng hơi có khả năng làm giảm sự nảy mầm của cỏ hại Parthenium hysterophorus. Hơi tinh dầu Bạch đàn có khả năng làm giảm sự phát triển chlorophyll và hàm lượng nước, sự hô hấp của tế bào trong các loài thực vật trưởng thành. Hoạt tính ức chế đó phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc và hiện tượng suy giảm sự phát triển của cỏ dại quan sát được trong thời kỳ tiếp xúc với tinh dầu. Sau 14 ngày tiếp xúc với hơi tinh dầu, thực vật đã có những biểu hiện của sự tổn thương được quan sát như sự úa vàng và chết hoặc sự gây tổn hại đến mô. Tinh dầu của loài E. citriodora có tính độc hơn loài E. tereticornis và thuộc tính này do sự khác nhau về cấu tạo hóa học của các hợp chất trong tinh dầu. Nghiên cứu của Kohli và cộng sự đã kết luận rằng tinh dầu Bạch đàn đang hứa hẹn tốt cho công tác quản lý cỏ dại. Tuy nhiên các tác giả lại chưa định lượng được những độc tính của nó đối với các loài thực vật liên đới và các vi sinh vật. Theo Batish và cộng sự (2004) cho rằng việc xác định tác động của tinh dầu Bạch đàn tách chiết từ Bạch đàn chanh đối với một số loài cây trồng như Triticum aestivum, Zea mays, Raphanus sativus và các loài cỏ dại như Cassia occidentalis, Amaranthus viridis và Echinochloa crus-galli. Cũng theo nhóm tác giả đã chứng minh tinh dầu đã bộc lộ những độc tính rất rõ ràng đối với một số loài và ảnh hưởng của tính độc đó rõ hơn đối với sự nảy mầm của các loài cây nhỏ như A. viridis [6].

Hiện nay ở nước ta cây Bạch đàn vẫn là loài cây được trồng chủ yếu để phủ xanh đất trống đồi núi trọc và để cung cấp nguồn nguyên liệu cho công nghiệp giấy và xây dựng, cho nên việc nghiên cứu về loài cây này phần lớn tập trung vào quá trình trồng và chăm sóc. Tuy nhiên bên cạnh giá trị về cung cấp gỗ thì tinh dầu trong lá của chúng còn có một số tính chất rất quý, đặc biệt là loài Bạch đàn chanh là loài có tinh dầu đáng quan tâm nhất trong chi Bạch đàn ở nước ta. Tinh dầu của nó cũng đã được một số tác giả quan tâm và nghiên cứu. Theo Lã Đình Mỡi, Bạch đàn không chỉ là loài cây cung cấp gỗ cho công nghiệp giấy sợi mà còn là nguồn nguyên liệu lấy tinh dầu cho công nghiệp dược phẩm, hoá mỹ phẩm và công nghiệp chế biến thuốc trừ sâu có nguồn gốc từ thực vật. Do đó Bạch đàn đã và đang là những đối tượng được quan tâm nghiên cứu để trồng rừng tại nhiều khu vực khác nhau trên thế giới [4]. Đỗ Tất Lợi đã mô tả lá Bạch đàn được dùng để chữa ho, giúp tiêu hóa, ngoài ra còn dùng để chữa cảm sốt [2].

Trong các công trình nghiên cứu về tinh dầu của loài cây này phải kể đến công trình nghiên cứu của Nguyễy Xuân Dũng và cộng sự (1995). Tác giả đã xác định được khoảng 30 hợp chất trong tổng số khoảng 40 hợp chất có trong tinh dầu Bạch đàn chanh (Eucalyptus citriodora), hàm lượng tinh dầu trong lá tươi từ 1,8 - 2,0 %, tỉ trọng 0,87235, tỉ số chiết quang n_D²⁰ là 1,45852. Hàm lượng các chất trong tinh dầu như sau: citronellal (72,53 %), isopulegol (12,5 %), citronellol (5,61 %), neo- isopulegon (1,63 %), caryophyllen (1,16 %), 1,8-cineole (0,63 %) [3]. Tuy nhiên tác giả cũng chưa mô tả rõ phương pháp tách chiết và đặc biệt là độ tuổi của cây được chọn lấy mẫu lá nghiên cứu cũng như loại lá nghiên cứu (lá non, lá già hay lá bánh tẻ). Trong khi đó các nghiên cứu về thành phần hoá học trong tinh dầu của loài Bạch đàn này ở Australia có tỉ lệ các hợp chất so với nghiên cứu của Nguyễn Xuân Dũng có sự khác nhau đáng kể. Đặc biệt trong tất cả các nghiên cứu này các tác giả cũng chưa đánh giá đặc tính của các chất vừa xác định được.

Theo Nguyễn Thị Thái Hằng (1995) thì tinh dầu Bạch đàn trắng (Eucalyptus camaldulensis) chứa tới 64,79 % hoạt chất 1.8-cineole trong khi đó hợp chất này theo nghiên cứu của Nguyễn Xuân Dũng chỉ ở dạng vết trong tinh dầu lá Bạch đàn chanh. Đối với Bạch đàn liễu (Eucalyptus exserta), tác giả Nguyễn Thị Thái Hằng cho rằng hợp chất này chiếm tới 40 % – 82 % tinh dầu trong khi đó theo E. Guenther IV, 1950 thì chỉ có 29 %. Nguyễn Thị Thái Hằng cũng dẫn ra các hợp chất hóa học trong tinh dầu Bạch đàn trắng và Bạch đàn liễu, tuy nhiên cũng như các tác giả khác trên thế giới, ở đây tác giả cũng chưa đề cập đến đặc điểm của mẫu lá được nghiên cứu như về loại lá, tuổi của cây, vị trí địa lý trồng cây và đặc biệt là phương pháp chưng cất, tách chiết tinh dầu cũng như phương pháp phân tích. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Thái Hằng thì Bạch đàn liễu lá có 0,4 % - 2,0 % tinh dầu, trong đó hợp chất chính là 1,8- cineole chiếm từ 40 % - 82 %.

Theo Lã Đình Mỡi, chất Citronella được coi là thành phần chủ yếu trong tinh dầu Bạch đàn chanh. Song Bạch đàn chanh không chỉ đa dạng về hình thái mà còn đa dạng về hoạt động sinh tổng hợp và tích lũy tinh dầu. Hàm lượng citronellal biến động rất rộng (từ 1 % đến 91 %). Căn cứ vào thành phần hóa học chính trong tinh dầu người ta cho rằng ở Australia loài Bạch đàn chanh có thể gồm bốn dạng hóa học:

• 
  Dạng Bạch đàn chanh trong tinh dầu chứa chủ yếu là citronellal (65 - 91 %): loại citronellal;
  
• 
  Dạng Bạch đàn chanh có các thành phần chính trong tinh dầu gồm citronellol (khoảng 50 %) và citronellal (1 – 14 %): loại citronellol và citronellal;
  
• 
  Dạng Bạch đàn chanh mà thành phần chính trong tinh dầu chỉ gồm citronellal (20 – 50 %) và guaiol: loại citronellal và guaiol;
  
• 
  Dạng Bạch đàn chanh với các hydrocacbon là thành phần chủ yếu của tinh dầu: loại hydrocacbon.
  

Như vậy các nghiên cứu về tinh dầu Bạch đàn ở nước ta cho thấy nó có một số tính chất quý, có thể dùng làm thuốc. Thành phầnh hóa học rất đa dạng và phức tạp, đặc biệt có sự khác nhau giữa các loài, tuổi của cây và vị trí địa lý trồng cây. Tuy nhiên trong các nghiên cứu trên chưa thấy các tác giả mô tả phương pháp chưng cất và tách chiết trong khi đó yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và hàm lượng các chất hóa học trong tinh dầu của lá. Trong các loài Bạch đàn mà các tác giả lựa chọn nghiên cứu cũng chưa chỉ rõ được lấy từ các địa phương nào của nước ta.

Một trong những vấn đề mà trong hầu tất cả những nghiên cứu của các tác giả đã dẫn ra ở trên chưa đề cập đến đó là việc nghiên cứu và đánh giá hoạt tính sinh học của các chất chính trong tinh dầu. Khi đã dự đoán được hoạt tính sinh học của các chất chính có mặt trong tinh dầu thì nó sẽ tạo ra một cơ sở khoa học hết sức quan trọng để lựa chọn ra những tính chất cần thiết tạo thành các sản phẩm thương mại sau khi đã nghiên cứu thử nghiệm trên các loài động thực vật. Đồng thời nó sẽ đóng góp vào cơ sở khoa học để giải thích các tác động đến môi trường sinh thái của rừng trồng Bạch đàn ở nước ta và trên thế giới.

1.4. Các phương pháp nghiên cứu chưng cất và phân tích tinh dầu

1.4.1. Các phương pháp chưng cất tinh dầu

1.4.1.1. Phương pháp tẩm trích

Phương pháp tẩm trích bằng dung môi dễ bay hơi có nhiều ưu điểm vì tiến hành ở nhiệt độ phòng, nên thành phần hóa học của tinh dầu ít bị thay đổi. Phương pháp này không những được áp dụng để trích ly cô kết từ hoa mà còn dùng để tận trích khi các phương pháp khác không trích ly hết hoặc dùng để trích ly các loại nhựa dầu (oleoresin), gia vị.

Dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan của tinh dầu có trong các mô cây bằng các dung môi hữu cơ.

Yếu tố quan trọng nhất cho sự thành công của phương pháp này là đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi dùng trong tẩm trích cần phải đạt được những yêu cầu sau đây:

+ Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu phần có mùi thơm trong nguyên liệu;

+ Hòa tan kém các hợp chất khác như sáp, nhựa dầu có trong nguyên liệu;

+ Không có tác dụng hóa học với tinh dầu;

+ Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần;

+ Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị, không tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém;

+ Nhiệt độ sôi thấp vì khi chưng cất dung dịch trích ly để thu hồi dung môi, nhiệt độ sôi cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu. Điểm sôi của dung môi nên thấp hơn điểm sôi của cấu phần dễ bay hơi nhất trong tinh dầu.

+ Ngoài ra, cần có thêm những yếu tố phụ khác như: giá thành thấp, nguồn cung cấp dễ tìm, …

Thường thì không có dung môi nào thỏa mãn tất cả những điều kiện kể trên. Người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước như dietyl ete, ete dầu hỏa, hexan, cloroform,… lẫn dung môi tan trong nước như etanol, aceton. Trong một số trường hợp người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi.

Phương pháp trích ly thích hợp cho các nguyên liệu có chứa lượng tinh dầu không lớn lắm hoặc có chứa những cấu phần tan được trong nước và không chịu được nhiệt độ quá cao. Quy trình kỹ thuật gồm các giai đoạn sau:

+ Tẩm trích: nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong bình chứa. Trong một số trường hợp, để gia tăng khả năng trích ly, nguyên liệu cần được xay nhỏ trước. Hỗn hợp nguyên liệu và dung môi cần được xáo trộn đều trong suốt thời gian trích ly. Nên khảo sát trước xem việc gia nhiệt có cần thiết hay không, nếu cần, cũng không nên gia nhiệt quá 50^oC để không ảnh hưởng đến mùi thơm của sản phẩm sau này.

+ Xử lý dung dịch ly trích: sau khi quá trình tẩm trích kết thúc, dung dịch ly trích được lấy ra và có thể thay thế bằng dung môi mới sau một khoảng thời gian nhất định, tùy theo nguyên liệu. Tách nước (nếu có) ra khỏi dung dịch, rồi làm khan bằng Na₂SO₄ và lọc. Dung môi phải được thu hồi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt để tránh tình trạng sản phẩm bị mất mát và phân hủy. Do đó, nên loại dung môi ra khỏi sản phẩm bằng phương pháp cô quay chân không. Dung môi thu hồi có thể dùng để trích ly lần nguyên liệu kế tiếp.

+ Xử lý sản phẩm trích ly: sau khi thu hồi hoàn toàn dung môi, sản phẩm là một chất đặc sệt gồm có tinh dầu và một số hợp chất khác như nhựa, sáp, chất béo, cho nên cần phải tách riêng tinh dầu ra. Chất đặc sệt này đem đi chưng cất bằng hơi nước để tách riêng tinh dầu ra. Tinh dầu có mùi thơm tự nhiên, nhưng khối lượng thu được kém, ngoài ra tinh dầu này có chứa một số cấu phần thơm có nhiệt độ sôi cao nên có tính chất định hương rất tốt.

+ Tách dung dịch từ bã: sau khi tháo hết dung dịch trích ly ra khỏi hệ thống, trong bã còn chứa một lượng dung dịch rất lớn (khoảng 20 – 30% lượng dung môi trích ly). Phần dung dịch còn lại nằm trong nguyên liệu thường được lấy ra bằng phương pháp chưng cất hơi nước (trường hợp dung môi không tan trong nước), hoặc ly tâm, lọc ép (trường hợp dung môi tan trong nước). Sau đó dung dịch này cũng được tách nước, làm khan và nhập chung với dung dịch trích ly.

Chất lượng thành phẩm và hiệu quả của phương pháp trích ly này phụ thuộc chủ yếu vào dung môi dùng để trích ly. Để đạt kết quả tốt thì dung môi sử dụng phải thoả mãn được các yêu cầu đã được trình bày ở trên.

Vì dung môi dễ bay hơi nên chúng ta cần phải lưu ý đến tỉ lệ thất thoát dung môi trong quy trình trích ly vì việc này có thể ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản phẩm.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, khi muốn tiến hành phương pháp tẩm trích với dung môi dễ bay hơi thì tiến hành sử dụng phương pháp truyền thống như khuấy từ ở nhiệt độ phòng hoặc đun – khuấy từ (kèm ống hoàn lưu) hay phương pháp dùng Soxhlet. Ngoài ra, cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của “hóa học xanh”, mà ngày nay, chúng ta còn áp dụng các phương pháp mới như là: tẩm trích có sự hỗ trợ của siêu âm và vi sóng.

- Ưu và nhược điểm

+ Ưu điểm: sản phẩm thu được theo phương pháp này thường có mùi thơm tự nhiên. Hiệu suất sản phẩm thu được thường cao hơn các phương pháp khác.

+ Khuyết điểm: yêu cầu cao về thiết bị; thất thoát dung môi; quy trình tương đối phức tạp và tốn kém chi phí.

1.4.1.2. Phương pháp chưng cất hơi nước

Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, axít béo thì khi chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuyếch tán trở nên khó khăn.

Chưng cất có thể được định nghĩa là: Sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng. Trong trường hợp đơn giản, khi chưng cất một hỗn hợp gồm 2 chất lỏng không hòa tan vào nhau, áp suất hơi tổng cộng của hỗn hợp là tổng của hai áp suất hơi riêng phần. Do đó, nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ tương ứng với áp suất hơi tổng cộng xác định, không tùy thuộc vào thành phần phần trăm của hỗn hợp, miễn là lúc đó hai pha lỏng vẫn còn tồn tại. Nếu vẽ đường cong áp suất hơi của từng chất theo nhiệt độ, rồi vẽ đường cong áp suất hơi tổng cộng, thì ứng với một áp suất, ta dễ dàng suy ra nhiệt độ sôi tương ứng của hỗn hợp và nhận thấy là nhiệt độ sôi của hỗn hợp luôn luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng hợp chất. Thí dụ, ở áp suất 760 mmHg nước sôi ở 100^oC và benzen sôi ở 80^oC và chúng là hai chất lỏng không tan vào nhau. Thực hành cho thấy, nếu đun hỗn hợp này dưới áp suất 760 mmHg nó sẽ sôi ở 69^oC cho đến khi nào còn hỗn hợp hai pha lỏng hoà tan vào nhau với bất kì tỉ lệ nào. Giản đồ nhiệt độ sôi theo áp suất cho thấy, tại 69^oC, áp suất hơi của nước là 225 mmHg và benzen là 535 mmHg. Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà từ lâu phương pháp chưng cất hơi nước là phương pháp đầu tiên dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật.

Ngay khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa tinh dầu bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi. Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu. Von Rechenberg đã mô tả quá trình chưng cất hơi nước như sau: “Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật. Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi. Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này. Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết.

Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quá nhiệt cần tránh để nguyên liệu bị khô. Nhưng nếu lượng nước sử dụng thừa cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nước.

Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, nên khi đó cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ dàng.

Những cấu phần este trong tinh dầu thường dễ bị thủy phân tạo ra axit và rượu khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt.

Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100^oC) và thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưng cất sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết. Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt.

Tóm lại, dù ba ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũng tăng theo.

Trong công nghiệp người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước ra thành ba loại chính: chưng cất bằng nước, chưng cất bằng hơi nước và chưng cất bằng hơi nước.

Đối với trường hợp chưng cất bằng nước, trong trường hợp này nước phủ kín nguyên liệu nhưng phải chừa một khoảng không gian tương đối lớn phía bên trên lớp nước để tránh khi nước sôi mạnh làm văng chất nạp qua hệ thống hoàn lưu. Nhiệt cung cấp có thể đun trực tiếp bằng củi lửa hoặc bằng hơi nước dẫn từ nồi hơi vào (sử dụng bình có hai lớp đáy). Trong trường hợp chất nạp quá mịn, lắng chặt xuống đáy nồi, lúc đó nồi phải trang bị những cánh khuấy trộn đều bên trong trong suốt thời gian chưng cất. Sự chưng cất này không thích hợp với những tinh dầu dễ bị thủy phân. Những nguyên liệu xốp và rời rạc rất thích hợp cho phương pháp này. Những cấu tử có nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong nước sẽ khó hóa hơi trong khối lượng lớn nước phủ đầy, khiến cho tinh dầu sản phẩm sẽ thiếu những chất này. Thí dụ điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu được từ phương pháp chưng cất hơi nước kém hơn sản phẩm tẩm trích vì eugenol và ancol phenetil nằm lại trong nước khá nhiều, vì thế người ta chỉ dùng phương pháp này khi không thể sử dụng các phương pháp khác.

- Ưu điểm

+ Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản;

+ Thiết bị gọn, dễ chế tạo;

+ Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ;

+ Thời gian tương đối nhanh.

- Nhược điểm

+ Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp;

+ Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu phần dễ bị phân hủy;

+ Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất định hương thiên nhiên rất có giá trị);

+ Trong nước chưng luôn luôn có một lượng tinh dầu tương đối lớn nằm dưới hai dạng phân tán và hòa tan. Dạng phân tán thì có thể dùng phương pháp lắng hay ly tâm, còn dạng hòa tan thì phải chưng cất lại. Nếu trọng lượng riêng của tinh dầu và nước quá gần nhau thì có thể thêm NaCl để gia tăng tỉ trọng của nước làm tinh dầu tách ra dễ dàng;

+ Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.

 1.4.1.3. Các phương pháp mới trong chưng cất tinh dầu

- Vi sóng

+ Cơ sở của phương pháp

Một số phân tử, thí dụ như nước, phân chia điện tích trong phân tử một cách bất đối xứng. Như vậy các phân tử này là những lưỡng cực có tính định hướng trong chiều của điện trường. Dưới tác động của điện trường một chiều, các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp theo chiều điện trường này. Nếu điện trường là một điện trường xoay chiều, sự định hướng của các lưỡng cực sẽ thay đổi theo chiều xoay đó. Cơ sở của hiện tượng phát nhiệt do vi sóng là sự tương tác giữa điện trường và các phân tử phân cực bên trong vật chất. Trong điện trường xoay chiều có tần số rất cao (2,45x10⁹ Hz), điện trường này sẽ gây ra một xáo động ma sát rất lớn giữa các phân tử, đó chính là nguồn gốc sự nóng lên của vật chất.

Với một cơ cấu có sự bất đối xứng cao, phân tử nước có độ phân cực rất lớn, do đó nước là một chất rất lý tưởng dễ đun nóng bằng vi sóng. Ngoài ra, các nhóm định chức phân cực như: -OH, -COOH, -NH₂ … trong các hợp chất hữu cơ cũng là những nhóm chịu sự tác động mạnh của trường điện từ.

Do đó, những hợp chất càng phân cực càng rất mau nóng dưới sự chiếu xạ của vi sóng. Việc này có liên quan đến hằng số điện môi của hợp chất đó. Tóm lại, sự đun nóng bởi vi sóng rất chọn lọc, trực tiếp và nhanh chóng.

Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra. Tinh dầu thoát ra bên ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất hơi nước) hoặc hòa tan vào dung môi hữu cơ đang bao phủ bên ngoài nguyên liệu (phương pháp tẩm trích).

Mức độ chịu ảnh hưởng vi sóng của các loại mô tinh dầu không giống nhau do kiến tạo của các loại mô khác nhau, ngay khi nguyên liệu được làm nhỏ. Kết quả này được phản ánh qua thời gian trích ly.

Trong sự chưng cất hơi nước, việc trích ly tinh dầu có thể thực hiện trong điều kiện có thêm nước hay không thêm nước vào nguyên liệu (trường hợp nguyên liệu chứa nhiều nước, đây là đặc điểm của phương pháp chưng cất hơi nước dưới sự hỗ trợ của vi sóng). Ngoài ra, nước có thể thêm một lần hoặc thêm liên tục (trường hợp lượng nước thêm một lần không đủ lôi cuốn hết tinh dầu trong nguyên liệu) cho đến khi sự trích ly chấm dứt.

Ngoài việc nước bị tác dụng nhanh chóng, các cấu phần phân cực (hợp chất có chứa oxi) hiện diện trong tinh dầu cũng bị ảnh hưởng bởi vi sóng. Ngược lại các cấu phần hidrocarbon ít chịu ảnh hưởng của vi sóng (do chúng có độ phân cực kém) nên sự trích ly chúng tựa như trong sự chưng cất hơi nước bình thường nhưng với vận tốc nhanh hơn rất nhiều vì nước được đun nóng nhanh bởi vi sóng.

Trong phòng thí nghiệm, nhóm tác giả Nguyễn Văn Minh và cộng sự - Viện nghiên cứu dầu và cây có dầu đã nghiên cứu, sữa chữa và cải tiến lò vi sóng gia dụng để cho lò này có thể sử dụng trong cả việc trích ly tinh dầu bằng phương pháp chưng cất hơi nước, và cho cả phương pháp tẩm trích ở áp suất thường.

Năm 1998, Luque de Castro và cộng sự đã đưa ra kiểu lò vi sóng tiêu điểm hỗ trợ cho sự trích ly bằng Soxhlet (FMASE – Focused Microwave Assisted Soxhlet Extraction). Hệ thống này giúp cho thời gian trích ly hợp chất thiên nhiên sử dụng Soxhlet giảm xuống đáng kể và khả năng bảo vệ những hợp chất dễ bị phân hủy tăng lên.

- Siêu âm

+ Nguyên tắc của phương pháp

Siêu âm là âm thanh có tần số nằm ngoài ngưỡng nghe của con người (16 Hz – 18 kHz), siêu âm được chia làm hai vùng:

Vùng có tần số cao (5–10 MHz), ứng dụng trong y học để chuẩn đoán bệnh.

Vùng có tần số thấp hơn (20 – 100 kHz), ứng dụng trong các ngành khác (kích hoạt phản ứng hóa học, hàn chất dẻo, tẩy rửa, cắt gọt, …) dựa trên khả năng cung cấp năng lượng của siêu âm.

Siêu âm cung cấp năng lượng thông qua hiện tượng tạo và vỡ “bọt” (khoảng cách liên phân tử). Trong môi trường chất lỏng, bọt có thể hình thành trong nửa chu kỳ đầu và vỡ trong nữa chu kỳ sau, giải phóng một năng lượng rất lớn. Năng lượng này có thể sử dụng tẩy rửa chất bẩn ngay trong những vị trí không thể tẩy rửa bằng phương pháp thông thường, khoan cắt những chi tiết tinh vi, hoạt hóa nhiều loại phản ứng hóa học, làm chảy và hòa tan lẫn vào nhau trong việc chế tạo những sản phẩm bằng nhựa nhiệt dẻo, …

  Hiện tượng tạo bọt và vỡ bọt: Trong lĩnh vực hợp chất thiên nhiên, siêu âm chủ yếu sử dụng để hỗ trợ cho phương pháp tẩm trích giúp thu ngắn thời gian trích ly. Trong một số trường hợp, phương pháp siêu âm cho hiệu suất cao hơn phương pháp khuấy từ.

1.4.2. Các phương pháp phân tích tinh dầu

Các phương pháp phân tích tinh dầu nói chung và tinh dầu Bạch đàn nói riêng được sử dụng là phương pháp phân tích Sắc ký khí với detector ion hóa ngọn lửa (GC-FID) và Sắc ký khí với detectơ khối phổ (GC-MS)

Sắc ký là một nhóm các phương pháp hoá lý dùng để tách các thành phần của một hỗn hợp. Sự tách sắc ký dựa vào sự phân chia khác nhau của các chất vào hai pha luôn tiếp xúc với nhau và hai pha đó không hoà lẫn với nhau. Một pha là pha tĩnh, một pha là pha động.

Bản chất của phương pháp sắc ký chính là sự tách chất. Các chất được tách ra khỏi nhau dựa vào sự tương tác của chất giữa pha động và pha tĩnh. Pha động mang các chất đi dọc hệ thống sắc ký (là cột hoặc bản phẳng) có được phủ pha tĩnh đều khắp. Các chất trong mẫu khi đó sẽ chịu sự tương tác (phân bố) lặp lại giữa pha động và pha tĩnh dẫn đến kết quả chúng bị tách dần thành những dải trong pha động và vào lúc cuối của quá trình sắc ký các cấu tử sẽ bị tách biệt hẳn ra theo trật tự tăng dần tương tác với pha tĩnh. Cấu tử nào tương tác yếu với pha tĩnh sẽ theo pha động ra khỏi pha tĩnh trước, cấu tử nào tương tác mạnh với pha tĩnh sẽ ra sau. Các cấu tử khi ra khỏi pha tĩnh sẽ được ghi lại dưới dạng các đỉnh (pic) tách riêng rẽ và được in trên giấy gọi là sắc ký đồ.

Đối với phương pháp sắc ký khí pha động ở đây là chất khí (còn gọi là khí mang), pha tĩnh là chất rắn được nhồi vào phần trong của cột tách (đối với cột nhồi) hoặc là chất rắn hay chất lỏng được tẩm lên thành trong của cột tách (đối với cột mao quản hở). Ngày nay sắc ký khí đã trở thành một phương pháp phân tích công cụ quan trọng nhất để tách và phát hiện các chất trong thành phần của hỗn hợp phức tạp. Năm 1952 máy sắc ký khí đầu tiên được ra đời dưới sự chủ trì của giáo sư Keulemann và các cộng tác viên. Từ đó kỹ thuật sắc ký khí được hoàn chỉnh và phát triển rất mạnh, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học: hóa học, sinh học, y học, dược học, khoa học hình sự và đặc biệt trong nghiên cứu môi trường, thực phẩm,...

Ngọn lửa trong detectơ được tạo ra bởi hỗn hợp của khí hyđrô và oxy. Khi chưa có chất phân tích đi vào detectơ thì thành phần trong ngọn lửa của detectơ chỉ có hyđrô, oxy và khí mang. Khi đó ngọn lửa tạo ra rất ít các electron. Dưới tác dụng của một điện trường các electron này được chuyển động về các điện cực trái dấu và sinh ra một dòng điện có cường độ rất nhỏ khoảng 10^-12A gọi là dòng điện nền.

Khi có chất phân tích đi vào detectơ (các hydrocacbon) chúng sẽ bị năng lượng nhiệt của ngọn lửa bẻ gẫy mạch tạo thành các nhóm CH^*, các nhóm CH^* này sẽ bị oxy hóa bởi oxy có trong ngọn lửa tạo thành các gốc CHO⁺ và e^-. Khi đó cường độ dòng điện sẽ tăng đột biến và chúng được khuếch đại, ghi lại dưới dạng các đỉnh pic. Mỗi pic đó là một chất.

Ví dụ cơ chế phát hiện benzen khi phân tích của detector FID như sau:

C₆H₆ → 6CH^*

6CH^* + 3O₂ → 6CHO⁺ + 6e^-

Khi đó số lượng các điện tử tăng lên đột biến làm cường độ dòng điện nền tăng lên đột biến và được ghi lại dưới dạng đỉnh pic ứng với một thời gian lưu nhất định.