Effect of material treatment methods on recovery yield quality parameters and antimicrobial activities of essential oil obtained from turmeric leaf using hydrodistillation

Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử lý vật liệu đến chất lượng và hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu lá nghệ qua phương pháp hydrodistillation.

• Tác giả: Nguyen Thi Quynh Huong
• Người hướng dẫn: PhD. Hoang Van Chuyen
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Food Technology
• Đề tài: Tác Động Của Phương Pháp Xử Lý Vật Liệu Đến Hiệu Suất Khôi Phục, Chất Lượng Và Hoạt Tính Kháng Khuẩn Của Dầu Tinh Chất Từ Lá Nghệ
• Loại tài liệu: Graduation Project
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGEMENTS
• DISCLAIMER
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. Introduction
• 1.2. Research content
• 1.3. Research aims
• 1.4. Overall experimental design of the project
• 1.5. Research hypotheses
• 2. CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. Overview of turmeric and turmeric leaves
• 2.2. Origin
• 2.3. Characteristic
• 3. CHAPTER 3: RESEARCH MATERIALS AND METHODS
• 3.1. Tools, equipment, chemical substances
• 3.2. Determination of total essential oil content in the material
• 3.3. Analysis of physicochemical quality
• 3.4. Analysis of chemical composition
• 3.5. Analysis of antimicrobial activity
• 4. CHAPTER 4: EXPERIMENT RESULTS/ FINDINGS AND ANALYSIS
• 4.1. Effect of time, leave sizes, pre-treatment of leaves on essential oil content during distillation
• 4.2. Effect of different time on essential oils content during distillation
• 4.3. Effect of different time of pre-treatment on essential oils content during distillation
• 4.4. Effect of different time of Steam pre-treatment on essential oils content during distillation
• 4.5. Effect of different time of Ultrasound pre-treatment on essential oils content during distillation
• 4.6. Effect of different time of Microwave pre-treatment on essential oils content during distillation
• 4.7. Total essential oils content in the material
• 4.8. Effect of different pre-treatments of leaves on color characteristic of essential oils from turmeric leaves
• 4.9. Effect of different pre-treatments of leaves on density of essential oils from turmeric leaves
• 4.10. Effect of different pre-treatments of leaves on viscosity of essential oils from turmeric leaves
• 4.11. Effect of different pre-treatments of leaves on acidity index of essential oils from turmeric leaves
• 4.12. Effect of different pre-treatments of leaves on saponification index of essential oils from turmeric leaves
• 4.13. Effect of different pre-treatments of leaves on ester index of essential oils from turmeric leaves
• 4.14. Sensory evaluation results
• 4.15. Chemical compositions of turmeric leaf essential oil
• 4.16. Effect of turmeric leaf oil from different treatment methods at various concentrations on the microorganism diameter of Staphlococcus areus during incubation
• 4.17. Effect of turmeric leaf oil from different treatment methods at various concentrations on the microorganism diameter of Escherichia coli during incubation
• 4.18. Effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on microorganism diameter of S.coli after 7 days of incubation
• 4.19. Effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on growth inhibition (%) of S.coli after 7 days of incubation
• 4.20. Half maximal inhibitory concentration (IC50) of 4 different types of essential oil for Staphylococcus aureus and Escherichia coli
• 5. CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ACRONYMS
• ABSTRACT

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tác Động Của Phương Pháp Xử Lý Vật Liệu

Nghiên cứu về tác động của phương pháp xử lý vật liệu đến hiệu suất khôi phục, chất lượng và hoạt tính kháng khuẩn của dầu tinh chất từ lá nghệ là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thực phẩm. Dầu tinh chất từ lá nghệ không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học. Việc tối ưu hóa các phương pháp xử lý vật liệu có thể giúp nâng cao hiệu suất khôi phục và chất lượng của dầu tinh chất này.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Dầu Tinh Chất Từ Lá Nghệ

Dầu tinh chất từ lá nghệ chứa nhiều hợp chất có lợi cho sức khỏe, bao gồm curcumin và các flavonoid. Những hợp chất này có khả năng chống oxy hóa và kháng khuẩn, giúp cải thiện sức khỏe tổng thể.

1.2. Các Phương Pháp Xử Lý Vật Liệu Hiện Nay

Các phương pháp xử lý vật liệu như hấp hơi, siêu âm, và vi sóng đã được nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình chiết xuất dầu tinh chất. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng dầu.

II. Vấn Đề Trong Việc Khôi Phục Dầu Tinh Chất Từ Lá Nghệ

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về hiệu suất khôi phục dầu tinh chất từ lá nghệ, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất. Các yếu tố như kích thước lá, thời gian chiết xuất và phương pháp xử lý đều có thể ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất khôi phục của dầu tinh chất.

2.1. Thách Thức Về Kích Thước Lá

Kích thước lá nghệ có thể ảnh hưởng đến diện tích bề mặt tiếp xúc trong quá trình chiết xuất. Lá nhỏ hơn có thể cho ra nhiều dầu hơn so với lá lớn do diện tích bề mặt lớn hơn.

2.2. Thời Gian Chiết Xuất Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng

Thời gian chiết xuất quá dài có thể dẫn đến sự phân hủy của các hợp chất có lợi trong dầu tinh chất. Việc xác định thời gian tối ưu là rất quan trọng để bảo toàn chất lượng.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Khôi Phục Dầu Tinh Chất

Để nâng cao hiệu suất khôi phục và chất lượng của dầu tinh chất từ lá nghệ, cần áp dụng các phương pháp tối ưu hóa như hấp hơi, siêu âm, và vi sóng. Những phương pháp này không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn cải thiện hoạt tính kháng khuẩn của dầu tinh chất.

3.1. Phương Pháp Hấp Hơi

Hấp hơi là một trong những phương pháp truyền thống để chiết xuất dầu tinh chất. Phương pháp này giúp bảo toàn các hợp chất nhạy cảm với nhiệt độ cao.

3.2. Phương Pháp Siêu Âm

Phương pháp siêu âm đã được chứng minh là có khả năng tăng cường hiệu suất chiết xuất bằng cách tạo ra các sóng siêu âm giúp phá vỡ cấu trúc tế bào của lá nghệ.

3.3. Phương Pháp Vi Sóng

Vi sóng có thể làm nóng nhanh chóng và đồng đều, giúp tăng tốc quá trình chiết xuất mà không làm mất đi các hợp chất có lợi trong dầu tinh chất.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Dầu Tinh Chất Từ Lá Nghệ

Dầu tinh chất từ lá nghệ có nhiều ứng dụng trong ngành thực phẩm và dược phẩm. Với hoạt tính kháng khuẩn mạnh mẽ, dầu tinh chất này có thể được sử dụng như một chất bảo quản tự nhiên trong thực phẩm, cũng như trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Thực Phẩm

Dầu tinh chất từ lá nghệ có thể được sử dụng để bảo quản thực phẩm nhờ vào khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa, giúp kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Dược Phẩm

Với các hợp chất có hoạt tính sinh học, dầu tinh chất từ lá nghệ có thể được phát triển thành các sản phẩm dược phẩm hỗ trợ điều trị nhiều bệnh lý khác nhau.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Nghiên Cứu Dầu Tinh Chất Từ Lá Nghệ

Nghiên cứu về tác động của phương pháp xử lý vật liệu đến dầu tinh chất từ lá nghệ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn tạo ra các sản phẩm chất lượng cao hơn.

5.1. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để khám phá thêm các phương pháp chiết xuất mới và tối ưu hóa các điều kiện chiết xuất nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng dầu tinh chất.

5.2. Tiềm Năng Thị Trường

Với nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm tự nhiên, dầu tinh chất từ lá nghệ có tiềm năng lớn trong thị trường thực phẩm và dược phẩm, mở ra cơ hội cho các doanh nghiệp phát triển.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Cây nghệ (Curcuma longa L.) là loài thực vật được canh tác phổ biến tại Việt Nam cũng như nhiều quốc gia châu Á, đóng vai trò quan trọng trong ẩm thực và y học truyền thống. Trong khi phần thân rễ (củ nghệ) được tận dụng tối đa để chiết xuất curcumin và sản xuất thực phẩm chức năng, thì phần lá nghệ – bộ phận chiếm khối lượng sinh khối và diện tích bề mặt rất lớn – hầu như bị loại bỏ như một dạng phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch. Việc xử lý lượng lớn phụ phẩm lá nghệ gây tốn kém chi phí, trong khi lá nghệ chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học giá trị như curcuminoids, phenolics, flavonoids và tinh dầu có tiềm năng ứng dụng cao trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và y dược.

Tại Việt Nam, các công trình nghiên cứu phần lớn chỉ tập trung vào thân rễ mà chưa khai thác đầy đủ nguồn phụ phẩm lá nghệ. Xuất phát từ thực tiễn đó, khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Thực phẩm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (mã số đề tài: 2022-18116019) do hai sinh viên Nguyễn Thị Quỳnh Hương và Lê Thị Cẩm Nhung thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Hoàng Văn Chuyên (tháng 8/2022) đã tiến hành nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ lá nghệ tươi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước kết hợp với các kỹ thuật tiền xử lý nguyên liệu.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể gồm hai nhóm nhiệm vụ chính:

1. Mục tiêu 1 (Aim 1): Tối ưu hóa hiệu suất thu hồi và các thông số chất lượng của tinh dầu lá nghệ thu nhận bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước thông qua việc khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ: thời gian chưng cất, kích thước nguyên liệu lá và các phương pháp tiền xử lý (xử lý nhiệt bằng hơi nước, siêu âm, vi sóng).
2. Mục tiêu 2 (Aim 2): Phân tích, đánh giá toàn diện các chỉ số hóa lý (màu sắc, tỷ trọng, độ nhớt, chỉ số acid, chỉ số xà phòng hóa, chỉ số ester), đánh giá cảm quan, xác định thành phần hóa học bay hơi bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) và kiểm tra hoạt tính kháng khuẩn đối với hai chủng vi khuẩn chỉ thị gây bệnh (Staphylococcus aureus và Escherichia coli).

Đối tượng nghiên cứu là lá nghệ tươi (Curcuma longa L.). Phạm vi nghiên cứu được thực hiện thực nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên phân loại thực vật học của chi Curcuma (họ Gừng - Zingiberaceae), tổng quan về 27 loài nghệ hiện diện tại Việt Nam (như Curcuma alismatifolia, Curcuma cochinchinensis, Curcuma zedoaria, Curcuma aromatica...), cấu trúc hóa học của các curcuminoids (curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin), và các nhóm hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong tinh dầu thực vật (Monoterpenes, Sesquiterpenes, Phenols, Alcohols, Esters, Aldehydes). Cơ chế tách chiết dựa trên nguyên lý chưng cất lôi cuốn hơi nước đối với hỗn hợp chất lỏng không đồng tan, chịu sự chi phối của ba hiện tượng chính: hiện tượng khuếch tán thẩm thấu từ tế bào mô thực vật, hiện tượng thủy phân các liên kết ester trong môi trường nước nóng, và tác động nhiệt độ đến độ bền nhiệt của các phân tử hương.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai theo các quy trình chuẩn hóa:

• Phương pháp thu hồi tinh dầu: Sử dụng bộ chưng cất định lượng Clevenger (hydro-distillation). Khảo sát 6 mức kích thước nguyên liệu (1 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm và lá nguyên bản) cùng 3 kỹ thuật tiền xử lý nguyên liệu gồm tiền xử lý bằng hơi nước (Steam Pretreatment - SP), tiền xử lý bằng sóng siêu âm (Ultrasound Pretreatment - UP) và tiền xử lý bằng vi sóng (Microwave Pretreatment - MP) ở các mốc thời gian khác nhau.
• Phương pháp phân tích hóa lý: Đo đạc tỷ trọng, độ nhớt, hệ màu sắc, xác định chỉ số acid, chỉ số xà phòng hóa và chỉ số ester theo các phương pháp phân tích tiêu chuẩn.
• Phương pháp phân tích thành phần hóa học: Sử dụng hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ (Gas Chromatography–Mass Spectrometry - GC-MS) nhằm định danh và định lượng tỷ lệ phần trăm các cấu tử bay hơi chính có trong mẫu tinh dầu không qua tiền xử lý và mẫu có tiền xử lý bằng siêu âm.
• Phương pháp đánh giá cảm quan: Đánh giá mức độ ưa thích của người thử nghiệm thông qua phương pháp cho điểm theo thang đo thị hiếu (Hedonic scale).
• Phương pháp thử nghiệm hoạt tính sinh học: Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn invitro đối với vi khuẩn Gram dương (Staphylococcus aureus) và Gram âm (Escherichia coli); đo đường kính vòng kháng khuẩn theo thời gian ủ 7 ngày, tính toán tỷ lệ ức chế sinh trưởng (%) và xác định giá trị nồng độ ức chế tối đa một nửa (IC50).

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu hoàn toàn là dữ liệu sơ cấp được đo đạc, ghi nhận trực tiếp từ các chuỗi thí nghiệm lặp lại tại Xưởng thực hành Công nghệ Thực phẩm 1, Phòng thí nghiệm Vi sinh, Phòng thí nghiệm Hóa sinh, Phòng thí nghiệm Cảm quan và Phòng thí nghiệm Phân tích Hóa học của trường.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu (Introduction)

Chương mở đầu trình bày tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh thực tiễn sản xuất nông nghiệp và công nghiệp chế biến tại Việt Nam, nêu bật tiềm năng bị bỏ phí của lá nghệ tươi. Tác giả thiết lập mục tiêu tổng quát, phân chia thành hai mục tiêu cụ thể (Aim 1 và Aim 2), xây dựng sơ đồ thiết kế thí nghiệm tổng thể (Figure 1.1) và đưa ra ba giả thuyết nghiên cứu khoa học:

1. Các điều kiện thu hồi và việc áp dụng phương pháp tiền xử lý nguyên liệu có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất thu hồi tinh dầu lá nghệ.
2. Tồn tại sự khác biệt có ý nghĩa về chất lượng hóa lý giữa tinh dầu thu từ nguyên liệu không xử lý và nguyên liệu được tiền xử lý.
3. Tinh dầu từ nguyên liệu có qua tiền xử lý thể hiện hoạt tính kháng khuẩn cao hơn so với tinh dầu từ nguyên liệu không qua xử lý.

Chương 2: Tổng quan tài liệu (Literature Review)

Chương này cung cấp hệ thống tài liệu chuyên sâu về cây nghệ và kỹ thuật chiết tách tinh dầu:

• Tổng quan về cây nghệ: Lịch sử phân bố, đặc điểm nông học, mô tả 27 loài thuộc chi Curcuma phân bố tại các vùng sinh thái Việt Nam; thành phần hóa sinh của thân rễ, hoa và lá nghệ; các ứng dụng truyền thống và hiện đại trong ẩm thực (chất màu E100, gia vị cari, bánh patoleo), thuốc nhuộm vải, giấy chỉ thị pH (Curcumapapier đổi màu ở dải pH 7.2), y dược (chống viêm, chống oxy hóa, hỗ trợ tiêu hóa) và mỹ phẩm (ức chế enzym elastase, collagenase, hyaluronidase).
• Tổng quan về tinh dầu và các phương pháp thu nhận: Định nghĩa, phân loại tinh dầu nguyên chất và tinh dầu chuẩn hóa; cấu trúc các nhóm hoạt chất (monoterpenes, sesquiterpenes, phenol, alcohol, ester, aldehyde). Đánh giá so sánh nguyên lý, ưu nhược điểm của các phương pháp: chưng cất lôi cuốn hơi nước (Hydro-distillation với bộ Clevenger, Steam distillation), chiết bằng dung môi hữu cơ, phương pháp ép lạnh, chiết Soxhlet, cùng các kỹ thuật chiết hỗ trợ hiện đại như chưng cất hỗ trợ vi sóng (MAHD), chiết hỗ trợ siêu âm (UAE) và chiết bằng chất lưu siêu tới hạn ($CO_2$-SFE).
• Các yếu tố ảnh hưởng và tổng quan nghiên cứu: Phân tích cơ chế khuếch tán, phản ứng thủy phân ester, độ bền nhiệt của tinh dầu; tổng quan về kỹ thuật GC-MS, đặc tính sinh học của hai chủng vi khuẩn chỉ thị Staphylococcus aureus và Escherichia coli, cùng các công trình nghiên cứu tinh dầu lá nghệ trong nước và quốc tế.

Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (Research Materials and Methods)

Trình bày chi tiết danh mục thiết bị, máy móc, hóa chất sử dụng trong nghiên cứu:

• Quy trình chuẩn bị mẫu lá nghệ tươi, kiểm soát độ ẩm ban đầu và quy trình vận hành hệ thống Clevenger.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm đơn yếu tố để khảo sát thời gian chưng cất, kích thước nguyên liệu (1 mm đến 20 mm và nguyên lá), cùng các chế độ tiền xử lý (hơi nước, vi sóng, siêu âm).
• Quy chuẩn và công thức tính toán các chỉ số hóa lý: tỷ trọng ($d^{20}$), độ nhớt, đo màu theo không gian màu chuẩn, chỉ số acid, chỉ số xà phòng hóa, chỉ số ester.
• Thông số kỹ thuật cài đặt trên thiết bị sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) phục vụ phân tích định tính và bán định lượng các cấu tử hóa học.
• Quy trình thử nghiệm vi sinh: pha chế môi trường, chuẩn độ huyền phù vi khuẩn, đo đường kính ức chế sinh trưởng sau các khoảng thời gian nuôi cấy đến 7 ngày, công thức tính % ức chế và xác định giá trị IC50.

Chương 4: Kết quả thực nghiệm và bàn luận (Experiment Results/ Findings and Analysis)

Trình bày toàn bộ số liệu thu được từ các đợt thực nghiệm kèm phân tích cơ chế:

• Hiệu suất thu hồi tinh dầu: Kích thước cắt của lá nghệ có ảnh hưởng rõ rệt đến lượng tinh dầu thu nhận. Lượng tinh dầu trung bình thu được từ các kích thước lá (1 mm, 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm và lá nguyên) đạt 0,343 ml. Các phương pháp tiền xử lý nguyên liệu (hơi nước, siêu âm, vi sóng) giúp phá vỡ cấu trúc mô biểu bì và túi tiết tinh dầu, nâng lượng tinh dầu thu hồi trung bình cao nhất lên mức 0,487 ml.
• Tính chất hóa lý và cảm quan: Dữ liệu về sự biến đổi màu sắc, tỷ trọng, độ nhớt, chỉ số acid, chỉ số xà phòng hóa và chỉ số ester giữa các mẫu tinh dầu có và không có tiền xử lý; kết quả kiểm tra cảm quan bằng thang đo Hedonic chỉ ra sự khác biệt về mùi và độ hài hòa của sản phẩm.
• Thành phần hóa học (GC-MS): Phân tích sắc ký xác định 44 hợp chất bay hơi trong tinh dầu lá nghệ không qua tiền xử lý, trong khi mẫu tiền xử lý bằng siêu âm xác định được 36 hợp chất. Cấu tử chiếm tỷ lệ cao nhất và áp đảo trong tinh dầu lá nghệ là $\alpha$-Phellandrene (chiếm 45,9%), tiếp theo sau là $\alpha$-Terpinolene (chiếm khoảng 9,x%).
• Hoạt tính kháng khuẩn: Dữ liệu theo dõi trong 7 ngày ủ cho thấy tinh dầu lá nghệ có khả năng ức chế mạnh sự phát triển của cả Staphylococcus aureus và Escherichia coli. Mẫu tinh dầu có tiền xử lý (đặc biệt là tiền xử lý siêu âm) làm gia tăng đường kính vòng kháng khuẩn và tỷ lệ ức chế (%) sinh trưởng của vi sinh vật; xác định đường cong ức chế và giá trị IC50 tương ứng cho từng loại tinh dầu.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị (Conclusion and Recommendations)

Tóm tắt các phát hiện cốt lõi của nghiên cứu, khẳng định việc áp dụng các biện pháp tiền xử lý nguyên liệu (đặc biệt là siêu âm) vừa giúp tối ưu hóa hiệu suất thu hồi tinh dầu từ phế phẩm lá nghệ, vừa làm biến đổi tích cực thành phần cấu tử và nâng cao hoạt tính kháng khuẩn. Đưa ra các đề xuất về việc hoàn thiện quy trình công nghệ nhằm mở rộng quy mô áp dụng trong thực tiễn chế biến thực phẩm.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm đầy đủ về quá trình chiết xuất và đánh giá chất lượng tinh dầu lá nghệ tươi:

Thông số / Chỉ tiêu khảo sát	Mẫu không tiền xử lý (Non-treated)	Mẫu có tiền xử lý (Treated / Ultrasound, Steam, Microwave)
Lượng tinh dầu thu hồi trung bình	0,343 ml (khảo sát theo kích thước lá)	Đạt giá trị cao nhất 0,487 ml
Số lượng hợp chất bay hơi (GC-MS)	44 hợp chất	36 hợp chất (mẫu tiền xử lý siêu âm UP)
Cấu tử chính chiếm ưu thế	$\alpha$-Phellandrene (45,9%)	$\alpha$-Phellandrene (45,9%), $\alpha$-Terpinolene (9,x%)
Hoạt tính kháng khuẩn (S. aureus, E. coli)	Có hoạt tính ức chế vi sinh vật	Gia tăng đường kính vòng kháng khuẩn và tỷ lệ ức chế sinh trưởng sau 7 ngày

Đóng góp của khóa luận thể hiện ở các điểm sau:

• Đặt nền móng nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên tại cơ sở về việc tận thu nguồn phụ phẩm lá nghệ tươi tại Việt Nam nhằm tạo ra sản phẩm tinh dầu có giá trị kinh tế cao.
• Chứng minh bằng thực nghiệm rằng việc áp dụng tiền xử lý nguyên liệu (hơi nước, sóng siêu âm, vi sóng) trước khi chưng cất lôi cuốn hơi nước làm tăng hiệu suất thu hồi tinh dầu từ 0,343 ml lên cực đại 0,487 ml.
• Làm sáng tỏ đặc điểm thành phần hóa học của tinh dầu lá nghệ với hợp chất chủ đạo là $\alpha$-Phellandrene (45,9%), đồng thời chứng minh tác động của kỹ thuật tiền xử lý siêu âm trong việc tinh gọn số lượng cấu tử bay hơi (từ 44 xuống 36 hợp chất) và cải thiện hoạt tính ức chế vi khuẩn chỉ thị gây bệnh (S. aureus, E. coli).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận được thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp đại học nên tồn tại một số giới hạn thực tiễn:

• Thí nghiệm thu hồi tinh dầu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm trên bộ thiết bị Clevenger thủy tinh, chưa khảo sát các thông số vận hành ở quy mô pilot hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp liên tục.
• Khảo sát hoạt tính kháng khuẩn mới chỉ giới hạn trên hai chủng vi khuẩn chỉ thị điển hình là Staphylococcus aureus (Gram dương) và Escherichia coli (Gram âm), chưa mở rộng kiểm tra trên phổ vi sinh vật rộng hơn bao gồm các chủng nấm men, nấm mốc hoặc vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm khác.
• Nghiên cứu hướng tới việc tiếp tục tối ưu hóa các thông số kỹ thuật của quá trình tiền xử lý siêu âm/vi sóng kết hợp, đồng thời thử nghiệm ứng dụng tinh dầu lá nghệ làm chất kháng khuẩn tự nhiên trong hệ thống bao bì màng bọc thực phẩm hoặc bảo quản nông sản.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận tốt nghiệp này mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Giảng viên, học viên và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch, Kỹ thuật Hóa học và Dược liệu đang nghiên cứu về lĩnh vực chiết tách hợp chất thiên nhiên từ phụ phẩm nông nghiệp.
• Những người thực hiện đề tài liên quan đến kỹ thuật chưng cất tinh dầu lôi cuốn hơi nước, phương pháp tiền xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm/vi sóng, hoặc phân tích thành phần hóa học tinh dầu qua sắc ký khí GC-MS.
• Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất thực phẩm tự nhiên quan tâm đến giải pháp tận thu phế phẩm lá nghệ để sản xuất chất bảo quản sinh học có hoạt tính kháng khuẩn.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận này nghiên cứu đối tượng nào và sử dụng phương pháp chiết xuất gì?
Nghiên cứu tập trung vào đối tượng lá nghệ tươi (Curcuma longa L.) và sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước (hydrodistillation) trên bộ dụng cụ Clevenger.

2. Những phương pháp tiền xử lý nào đã được đưa vào khảo sát trong đề tài?
Tác giả đã tiến hành khảo sát ba phương pháp tiền xử lý nguyên liệu lá nghệ trước khi chưng cất, bao gồm: tiền xử lý bằng hơi nước (Steam pretreatment), tiền xử lý bằng sóng siêu âm (Ultrasound pretreatment) và tiền xử lý bằng vi sóng (Microwave pretreatment) với các mốc thời gian khác nhau.

3. Hiệu suất thu hồi tinh dầu thay đổi ra sao sau khi tiền xử lý nguyên liệu?
Hiệu suất thu hồi tinh dầu tăng rõ rệt: lượng tinh dầu thu hồi trung bình từ các kích thước cắt lá không tiền xử lý đạt 0,343 ml, trong khi khi áp dụng các phương pháp tiền xử lý (hơi nước, siêu âm, vi sóng), lượng tinh dầu thu hồi trung bình cao nhất đạt 0,487 ml.

4. Cấu tử hóa học chính trong tinh dầu lá nghệ được định danh qua GC-MS là gì?
Phân tích sắc ký khí khối phổ (GC-MS) cho thấy hợp chất chiếm tỷ lệ ưu thế lớn nhất trong tinh dầu lá nghệ là $\alpha$-Phellandrene (đạt 45,9%), tiếp theo là $\alpha$-Terpinolene (chiếm khoảng 9,x%).

5. Hoạt tính kháng khuẩn của tinh dầu lá nghệ được thử nghiệm trên các chủng vi sinh vật nào?
Hoạt tính kháng khuẩn được đánh giá trên hai chủng vi khuẩn chỉ thị gây bệnh đường ruột và nhiễm khuẩn thực phẩm là Staphylococcus aureus (Gram dương) và Escherichia coli (Gram âm) thông qua đường kính vòng kháng khuẩn, tỷ lệ ức chế sau 7 ngày nuôi cấy và nồng độ ức chế IC50.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Quỳnh Hương và Lê Thị Cẩm Nhung đã giải quyết thành công bài toán tận dụng nguồn phụ phẩm lá nghệ tươi (Curcuma longa L.) để chiết xuất tinh dầu có giá trị sinh học cao. Kết quả thực nghiệm khẳng định việc phối hợp tiền xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm, vi sóng hoặc hơi nước trước khi chưng cất lôi cuốn hơi nước giúp nâng cao đáng kể hiệu suất thu hồi tinh dầu (đạt mức cực đại 0,487 ml) so với mẫu thông thường. Tinh dầu lá nghệ chứa thành phần chủ đạo là $\alpha$-Phellandrene (45,9%) và thể hiện hoạt tính ức chế rõ rệt đối với hai chủng vi khuẩn Staphylococcus aureus và Escherichia coli, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế làm phụ gia kháng khuẩn và bảo quản tự nhiên trong công nghiệp thực phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION THESIS FOOD TECHNOLOGY EFFECT OF MATERIAL TREATMENT METHODS ON RECOVERY YIELD, QUALITY PARAMETERS AND ANTIMICROBIAL ACTIVITIES OF ESSENTIAL OIL OBTAINED FROM TURMERIC LEAF USING HYDRODISTILLATION ADVISOR: HOANG VAN CHUYEN STUDENT: NGUYEN THI QUYNH HUONG LE THI CAM NHUNG SKL 0 0 8 9 4 0 Ho Chi Minh City, August, 2022 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT Thesis code: 2022-18116019 EFFECT OF MATERIAL TREATMENT METHODS ON RECOVERY YIELD, QUALITY PARAMETERS AND ANTIMICROBIAL ACTIVITIES OF ESSENTIAL OIL OBTAINED FROM TURMERIC LEAF USING HYDRODISTILLATION NGUYEN THI QUYNH HUONG Student ID: 18116019 LE THI CAM NHUNG Student ID: 18116026 Major: FOOD TECHNOLOGY ADVISOR: HOANG VAN CHUYEN, PhD. Ho Chi Minh City, August 2022 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT Thesis code: 2022-18116019 EFFECT OF MATERIAL TREATMENT METHODS ON RECOVERY YIELD, QUALITY PARAMETERS AND ANTIMICROBIAL ACTIVITIES OF ESSENTIAL OIL OBTAINED FROM TURMERIC LEAF USING HYDRODISTILLATION NGUYEN THI QUYNH HUONG Student ID: 18116019 LE THI CAM NHUNG Student ID: 18116026 Major: FOOD TECHNOLOGY ADVISOR: HOANG VAN CHUYEN, PhD. Ho Chi Minh City, August 2022 ii ACKNOWLEDGEMENTS We would like to express our very great appreciation to all of the lectures at Ho Chi Minh City University of Technology and Education in general and lecturers at the Faculty of Chemical and Food Technology especially. We gained valuable knowledge and skills regarding Food Technology throughout our four years at the school.

This paper and the research behind it would not have been possible without the exceptional support of my supervisor, Dr. Hoang Van Chuyen - lecturer at the Department of Food Technology, Faculty of Chemical and Food Technology, Ho Chi Minh University of Technology and Education. From the initial concept to the final graduation thesis, he was always enthusiastic in his support, mentoring, and imparting knowledge and experience. We are truly grateful, and we will remember everything forever.

A special thanks goes out to consultants Ho Thi Thu Trang and Nguyen Thi My Le, who are in charge of the Department of Food Technology laboratories and Chemical Laboratories respectively. Their cooperation and assistance with tools, machines, and equipment was greatly appreciated during the course of our investigation. Thanks to the professors in Food Technology Workshop 1, Microbiology Laboratory, Biochemistry Laboratory, and the Sensory Lab for providing a conducive environment in which to accomplish our thesis, we are also expressing sincere gratitude to them. Finally, we would like to thank our family and friends, who have supported us throughout the process of making this thesis.

Since our professional knowledge and practical experience are still limited, the report inevitably has shortcomings, we look forward to receiving your comments to make this report more complete. Thank you sincerely! iii DISCLAIMER We hereby declare that all the content presented in the graduation thesis was written by us with the guidance Ph.D Hoang Van Chuyen. We also hereby certify that the contents referenced in the graduation thesis have been correctly and fully cited in accordance with regulations. Ho Chi Minh City, August 9, 2022 Authors Nguyen Thi Quynh Huong Le Thi Cam Nhung iv TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGEMENTS.iv LIST OF FIGURES .ix LIST OF TABLES.

x LIST OF ACRONYMS. xii Chapter 1: INTRODUCTION. Overall experimental design of the project. 2 Chapter 2: LITERATURE REVIEW.

Overview of turmeric and turmeric leaves. Chemical composition and application. Overview of essential oils. Origin and development of essential oils.

Physical properties and chemical compositions of essential oils. Applications of essential oils. Techniques for recovering essential oils. Water-steam distillation.

New methods in essential oil extraction. Microwave-Assisted Hydro-distillation (MAHD). Ultrasound-Assisted extraction (UAE). Supercritical Fluid Extraction (SFE).

The main influencing factors in steam distillation. Advantages and disadvantages. Introduction to gas chromatography with mass spectrometry (GC/MS). Gas chromatography with mass spectrometry (GC–MS).

A brief overview of pathogenic microorganisms in the research. Research situation of turmeric leaf essential oil. Domestic studies on turmeric leaf essential oil. Overseas studies on turmeric leaf essential oil.

Constituents of the Leaf Oil of Curcuma longa L. Chemical composition and antifungal activity of oil extracted from turmeric leaves (Curcuma longa L. 31 Chapter 3: RESEARCH MATERIALS AND METHODS. Tools, equipment, chemical substances.

Determination of total essential oil content in the material. Analysis of physicochemical quality. Analysis of chemical composition. Analysis of antimicrobial activity.

41 Chapter 4: EXPERIMENT RESULTS/ FINDINGS AND ANALYSIS. Effect of time, leave sizes, pre-treatment of leaves on essential oil content during distillation. Effect of different time on essential oils content during distillation. Effect of different time of pre-treatment on essential oils content during distillation 44 4.

Effect of different time of Steam pre-treatment on essential oils content during distillation. Effect of different time of Ultrasound pre-treatment on essential oils content during distillation. Effect of different time of Microwave pre-treatment on essential oils content during distillation. Total essential oils content in the material.

Effect of different pre-treatments of leaves on color characteristic of essential oils from turmeric leaves. Effect of different pre-treatments of leaves on density of essential oils from turmeric leaves. Effect of different pre-treatments of leaves on viscosity of essential oils from turmeric leaves. Effect of different pre-treatments of leaves on acidity index of essential oils from turmeric leaves.

Effect of different pre-treatments of leaves on saponification index of essential oils from turmeric leaves. Effect of different pre-treatments of leaves on ester index of essential oils from turmeric leaves. Sensory evaluation results. Chemical compositions of turmeric leaf essential oil.

Effect of turmeric leaf oil from different treatment methods at various concentrations on the microorganism diameter of Staphlococcus areus during incubation. Effect of turmeric leaf oil from different treatment methods at various concentrations on the microorganism diameter of Escherichia coli during incubation. Effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on microorganism diameter of S.coli after 7 days of incubation. Effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on growth inhibition (%) of S.coli after 7 days of incubation.

Half maximal inhibitory concentration (IC50) of 4 different types of essential oil for Staphylococcus aureus and Escherichia coli. 59 Chapter 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS. 71 viii LIST OF FIGURES Figure 1.1 The overall experimental design.8 Distribution of various compound types in Curcuma species. Data were obtained from literature published in 1815–2014 (Sun et al.9 Structural formula of demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin.10 The schematic for Clevenger-type apparatus (S.11 The schematic apparatus for Steam distillation (Rassem et al.12 Extraction of essential oils with solvents ("A Comprehensive Guide to Essential Oil Extraction Methods," 2017).13 Cold pressing method (Rassem et al.14 Soxhlet extraction (Rassem et al.15 Microwave-assisted hydro-distillation (Rassem et al.16 Supercritical Fluid Extraction (SFE) (Rassem et al.17 Extraction of essential oils by steam distillation ("A Comprehensive Guide to Essential Oil Extraction Methods," 2017).1 Diagram of the process of recovering turmeric leaf essential oil.2 Experimental design for recovering turmeric essential oil.3 Pre-treatment leaves were investigated with different times.1 Effect of different time on essential oils content during distillation.

Effect of different leaf sizes on essential oils during distillation.3 Effect of different time of Steam pre-treatment on essential oils content during distillation.4 Effect of different time of Ultrasound pre-treatment on essential oils content during distillation.5 Effect of different time of Microwave pre-treatment on essential oils content during distillation.6 Effect of different pre-treatments of leaves on density of essential oils from turmeric leaves.7 Effect of different pre-treatments of leaves on viscosity of essential oils from turmeric leaves.8 The effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on microorganism diameter of S. aureus during 7 days of incubation.9 The effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on microorganism diameter of E.coli during 7 days of incubation.10 Half maximal inhibitory concentration (IC50) of 4 different types of essential oil for Staphylococcus aureus and Escherichia coli. 59 ix LIST OF TABLES Table 3.1 Tools and equipment used.2 Chemical substances and origin.1 Total essential oils content in the material.2 Effect of different pre-treatments of leaves on color characteristic of essential oils from turmeric leaves.3 Effect of different pre-treatments of leaves on acidity index of essential oils from turmeric leaves.4 Effect of different pre-treatments of leaves on saponification index of essential oils from turmeric leaves .5 Effect of different pre-treatments of leaves on ester index of essential oils from turmeric leaves.6 Hedonic scale sensory evaluation results.7 Main component of turmeric leaf essential oil with ultrasound pretreatment and no pretrearment.8 The effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on microorganism diameter of S.coli after 7 days of incubation.9 The effect of turmeric leaves oil concentration from different material treatment methods on growth inhibition (%) of S.coli after 7 days of incubation. 57 x LIST OF ACRONYMS Ec Escherichia coli EO Essential oil GC-MS Gas Chromatography–Mass Spectrometry HD Hydro-distillation MAHD Microwave-Assisted Hydro-distillation MP Microwave pretreatment Sa Staphylococcus aureus SD Steam distillation SFE Supercritical Fluid Extraction SP Steam pretreatment UAE Ultrasound-Assisted extraction UP Ultrasound pretreatment xi ABSTRACT Essential oil was extracted from the turmeric leaf of six size namely 1mm, 5mm, 10mm, 15 mm, 20mm, whole leave and three pretreatments namely steaming, ultrasound treating, microwaving using Clevenger apparatus.

All the four species yielded significantly different essential oil. The mean essential oil content of 0.343 (ml) was obtained from 1mm, 5mm, 10mm, 15 mm, 20mm, whole leave, respectively. Particle size of leaf was found to have significant influence on oil yield. The highest mean essential oil content of 0.487 was obtained from steaming, ultrasound treating, microwaving, respectively.

The GC-MS analysis for composition of the essential oils found 44 and 36 volatile compounds in the essential oils from non-treated and ultrasound-treated leaves, respectively. In addition, α - Phellandrene was found as the most dominant compound in the essential oil samples (45.9%) followed by α-Terpinolene (9. Thus the use of ultrasound treating not only affected the antimicrobial activity but also impacted the composition of essential oil from turmeric leaves. Keyword: Essential oil, turmeric leave, pretreatment, steam distillation, antimicrobial.

xii Chapter 1: INTRODUCTION 1. Introduction Turmeric (Curcuma longa L.) is a plant that has been grown very popular in Vietnam and some Asian countries for a long time to be used as a medicine and also in food. The rhizome of the turmeric plant has been utilized as a material for functional foods; however, other components of the plant, such as the leaves, which are typically discarded as a waste product, have their own unique applications due to the presence of curcumin and other bioactive components. Furthermore, turmeric leaves have a huge volume and surface area, both of which contribute to the plant's exceptional value for use in industrial applications as a rich source of food (Choi & Lee.

Studies have been conducted to explore the physicochemical properties of the turmeric leaf extract in order to illustrate the extract's functional effects, which include whitening, cosmeceutical, skin immunity, anti-inflammatory, and antioxidant activities (Kim, Lim, & Lee. These effects are mostly caused by curcumin, which is found in turmeric leaves, as well as phenolic chemicals and flavonoids. In Vietnam, although there have been many studies related to the extraction of active ingredients from turmeric rhizome, there has been no research on extraction of the beneficial compounds from turmeric leaves. Therefore, after harvesting turmeric, almost all the leaves are discarded.

Turmeric leaves are not employed in industrial domains despite their functional characteristics due to a lack of safety and legal basis and turmeric leaf research is poor and restricted to explain their properties and functions. Because of these factors, turmeric leaves are only utilized as feed for stock in certain regions and disposed as a waste with vast disposal costs (Choi & Lee.