Báo cáo Đề tài Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
1
LỜI MỞ ĐẦU
Tinh dầu thiên nhiên hiện nay là một sản phẩm khá thông dụng trên thị trường. Nó
được ứng dụng tương đối phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, y
học, mỹ phẩm và một số lĩnh vực khác…
Hiện nay, có nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu từ thực vật, trong đó có
phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu xuất thu
hồi tinh dầu tương đối cao. Tinh dầu Citrus được sử dụng phổ biến do nó có mùi thơm
dễ chịu, có tác dụng trị cảm, giảm stress và thanh nhiệt…Quất thuộc họ Citrus nhưng
chưa có công trình nào được nghiên cứu sâu về nó, do đó chúng tôi sẽ thực hiện đề tài
“Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằng phương pháp chưng
cất lôi cuốn hơi nước” và phân tích xác định các tính chất hóa- lý của tinh dầu
thành phẩm thu được để đánh giá chất lượng và khả năng ứng dụng làm hương
liệu của nó.
2
Chương 1. KHÁI QUÁT CHUNG
Trong cuộc sống hàng ngày ta thường sử dụng tinh dầu thiên nhiên vào rất
nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như chữa bệnh, làm đẹp, nước giải khát,
bánh kẹo, sữa tắm, nước hoa…Như vậy có thể nói tinh dầu thiên nhiên giữ một
vai trò không thể thay thế trong các lĩnh vực y học, dược phẩm, mỹ phẩm…và
cả trong cuộc sống đời thường, nhất là trong thời đại ngày nay khi mà xu
hướng sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên.
Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tinh dầu,
nhất là các loại tinh dầu thuộc họ Citrus như Cam, Chanh, …vì các tác dụng ưu
việt của nó mang lại như thanh nhiệt, giải cảm, giảm stress...
Tinh dầu từ vỏ quả, lá và hoa của các cây thuộc họ Citrus là một chất tạo
mùi và hương thơm tự nhiên và được sản xuất hàng nghìn tấn khối mỗi năm.
Các nghiên cứu về tinh chất vật lý, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học
của tinh dầu họ Citrus thu nhận được bằng các kỹ thuật tách chiết hiện đại đã
được quan tâm nhiều trong những năm gần đây. Chẳng hạn như, Lin và Rouseff
(2001) và Napapor Thavanapong thuộc khoa Dược, Đại học Silpakorn, Thái
Lan (2006) đã nghiên cứu về tinh dầu Bưởi bằng phương pháp ép lạnh; Atti-
Santos, Serafini, Moyna và cs. (2005) đã nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu
cho việc chiết tinh dầu chanh bằng phương pháp chưng cất hơi nước (HD) và
chiết bằng CO2 siêu tới hạn (CO2-SFC); M. M. Ahmad, Salim-ur-rehman, F. M.
Anjum, E. E. Bajwa (2006) đã nghiên cứu tinh chất lý học của tinh dầu chiết từ
vỏ của các loại Citrus khác nhau (6,7,9,10).Trong nước, có công trình nghiên
cứu “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ Rutaceae” của Nguyễn Minh
Hoàng (2006) hay “Tách tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus japonica
Thumb.)” của Nguyễn Thị Lý và Cs…hay đề tài tốt nghiệp Đại học “Nghiên
cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi (Citrus grandis (L.) Osbeck var.
grandis) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước” (2010) của Sinh viên
Nguyễn Đắc Phát Trường Đại học Nha Trang .(2,3,5)
❖Các dạng chưng cất tinh dầu – Ưu và nhược điểm
Trong công nghiệp, người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước ra thành
ba dạng chính: chưng cất bằng nước (water distillation), chưng cất bằng nước và hơi
3
nước (water and steam distillation) và chưng cấy bằng hơi nước trực tiếp nước (direct
steam distillation).
a) Chưng cất bằng nước (Water Distillation):
Nguyên liệu và nước cùng cho vào một
Sinh
hàn
thiết bị. Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn
theo tinh dầu, hơi ngưng tụ bay ra sẽ thu được
hỗn hợp gồm nước và tinh dầu, hai thành phần
này không tan vào nhau nên dễ dàng tách ra
khỏi nhau.
Bình
hứng
Nước +
Nguyên
liệu
Phương pháp này đơn giản, thiết bị rẻ tiền
và dễ chế tạo, phù hợp với những cơ sở sản xuất
nhỏ, vốn đầu tư ít. Tuy nhiên, phương pháp này
có nhược điểm như hiệu suất thấp, chất lượng
tinh dầu không cao do nguyên liệu tiếp xúc trực
tiếp với thiết bị nên dễ bị cháy khét, khó điều
chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt
độ chưng cất.
Hình 1.1. Thiết bị chưng cất
bằng nước
b) Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng (Water and Steam
Distillation):
Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị nhưng cách nhau bởi một vỉ nồi.
Khi đun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị
ngưng tụ. Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ một hay nhiều
lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu. Phương pháp nay phù hợp với những cơ sở
sản xuất có qui mô trung bình.
So với phương pháp chưng cất bằng nước trực tiếp, phương pháp này có ưu điểm
hơn, nguyên liệu ít bị cháy khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị, các nhược
điểm khác vẫn chưa khắc phục được. Phương pháp này thích hợp cho những loại
nguyên liệu không chịu được nhiệt độ cao.
4
Ống ngưng tụ
Van
khóa
Vỉ nồi
Nguyên
liệu
Van xả
nước ngưng
Nguồn nhiệt
Hình 1.2. Thiết bị chưng cất hơi nước không có nồi hơi riêng
c) Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng (Steam Distillation):
Trong phương pháp này hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn
vào các thiết bị chưng cất. Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn.
Ưu điểm của phương pháp này là cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị
chưng cất, điều kiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn, dễ cơ khí hóa và tự động
hóa các công đoạn sản xuất, khống chế tốt hơn các thông số công nghệ, rút ngắn được
thời gian sản xuất. Ngoài ra, phương pháp này đã khắc phục được tình trạng nguyên
liệu bị khê, khét và có thể dùng hơi quá nhiệt để chưng cất theo yêu cầu của công nghệ.
Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trong điều kiện chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao
sẽ bị phân hủy làm giảm chất lượng. Hơn nữa, các thiết bị sử dụng trong phương pháp
này khá phức tạp và đắt tiền.
5
Hơi nước
và hơi
Nước lạnh
tinh dầu
Nước nóng
Tinh
dầu
Hơi nước
Nhiệt
Nước hoa
Hình 1.3. Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng
Ưu- nhược điểm của phương pháp chưng cất
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 chưng cất tương đối nhanh.
Nhược điểm:
- Không hiệu quả 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 còn một lượng tinh dầu tương đối lớn.
- Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.
Phương pháp chiết (Extraction)
Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan
của tinh dầu có trong các mô nguyên liệu khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Phương
pháp chiết thường dùng để tách các hương liệu dễ bay hơi mà phương pháp chưng cất
tỏ ra kém hiệu quả.
6
Trong phương pháp này nguyên liệu được ngâm trong dung môi hữu cơ thích
hợp, sau đó cất chân không để thu hồi dung môi, phần còn lại là hỗn hợp tinh dầu và
sáp được gọi là tinh dầu cô kết (gọi là “concrete oil”). Dùng cồn tuyệt đối hòa tan
“concrete oil” rồi để lạnh, khi đó phần sáp sẽ đông đặc và được tách loại, phần dịch
còn lại được đem chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu tinh dầu tinh khiết (gọi là
“absolute oil”). Đây cũng chính là hai dạng sản phẩm chính của chất thơm hiện lưu
hành trên thị trường.
Yêu cầu của dung môi chiết
Yếu tố quan trọng nhất cho sự thành công của phương pháp này là phẩm chất
và đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi chiết cần phải đạt được những yêu
cầu sau:
✓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 ly trích 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, axeton…). Trong một
số trường hợp cụ thể, người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi.
Ưu và nhược điểm của phương pháp
- 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.
7
Phương pháp ướp (Enfleurage)
Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi các chất béo
dạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động vật) đã tinh chế. Người ta
dùng các khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo để
hấp phụ chất thơm. Các khay có thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đều
nguyên liệu để trích hương và để yên trong khoảng từ 12-72 giờ tùy từng loại nguyên
liệu, sau đó thay lớp nguyên liệu mới và để hấp phụ từ 10-15 lần cuối cùng thu được
chất béo có mùi thơm. Đem lắc chất béo với etanol cao độ để trích ly tinh dầu, sau đó
để lạnh -100C để loại bỏ hết chất béo bị kéo theo rồi cô đuổi etanol dưới áp suất thấp
để thu tinh dầu. Kỹ thuật này thuờng được dùng để chiết hương thơm của các loài hoa
để thu sản phẩm dưới dạng tinh dầu cô đặc (“essence concentrée”) dùng trong mỹ
phẩm.
Phương pháp ngâm (Hot Maceration)
Phương pháp này dựa trên hiện tượng hấp thụ chất thơm bởi các loại dầu béo.
Hoa được ngâm trong dầu béo đã tinh chế trong một thiết bị được làm nóng bởi hơi
nước ở 45-600C trong thời gian từ 1-2h. Sau mỗi lần ngâm, vớt hoa ra cho vào máy
vẩy ly tâm để thu hồi dầu và cho tiếp nguyên liệu mới vào. Mỗi mẻ dung môi có thể
dùng để chiết 10-15 lần. Dầu béo đã bão hòa chất thơm được đem lắc với etanol rồi cô
dưới áp suất thấp để thu được tinh dầu cô đặc tương tự như trong phương pháp ướp.
Phương pháp ép (Expression hay Cold Pressing)
Phương pháp này áp dụng cho các loại dược liệu có hàm lượng tinh dầu cao và
tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ thuộc chi Citrus.
Nguyên liệu chiết được trích tinh dầu bằng cách ép ở nhiệt độ thường sử dụng
các loại máy ép trục vít vô tận hoặc cối ép dùng nêm (giống như ép các loại dầu béo).
Phần thu được là một hỗn hợp gồm tinh dầu và dịch cùi có thể dễ dàng tách bằng cách
cho thêm nước muối bão hòa, tinh dầu sẽ nổi lên trên có kéo theo một phần sáp và
nhựa. Dùng etanol 75 - 800 để hòa tan tinh dầu, sau đó làm lạnh để loại bỏ sáp. Sau khi
cô dưới áp suất thấp để loại bỏ etanol ta có sản phẩm tinh dầu có lẫn một ít nhựa.
Phương pháp này có thể cho hiệu suất trên 90% so với hàm lượng tinh dầu định lượng
trong phòng thí nghiệm.
Ngoài ra, ngày nay người ta còn sử dụng các phương pháp mới trong việc ly
trích tinh dầu như phương pháp chưng cất hay chiết dưới sự hỗ trợ bởi vi sóng, bởi
8
siêu âm, kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME: Solid phase micro-extraction), kỹ thuật chiết
siêu tới hạn (SFE: Supercritical fluid extraction), chiết kết hợp với chưng cất (SDE:
Simultaneous distillation extraction),…Tuy nhiên, các phương pháp trên chi phí đắt và
thiết bị phức tạp hơn nên ít phổ biến hơn trong thực tế.
So với các phương pháp trên thì phương pháp chưng cất lối cuốn bằng hơi nước
dễ áp dụng trong điều kiên phòng thí nghiệm, chi phí đầu tư ít, dễ dàng vận hành, cho
hiệu quả chiết tương đối cao. Do đó chúng tôi đã áp dụng phương pháp chưng cất lôi
cuốn bằng hơi nước để chưng cất tinh dầu từ vỏ và lá quất sử dụng cho đề tài
Trong số các loài thuộc họ Citrus thì Quất cũng khá phổ biến nhưng vẫn
chưa được quan tâm nhiều. Quất là cây cảnh dễ trồng tại Việt Nam, như vậy
việc chúng ta tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú và rẻ tiền này để chiết
xuất tinh dầu sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao (theo khảo sát thị trường có thể
trên 100.000 đồng/10ml), đồng thời góp phần giải quyết vấn đề môi trường
đang nóng bỏng hiện nay(11).
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên đây, được sự đồng ý của Trường Đại
học Nha Trang và khoa Công nghệ Thực phẩm, dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ
Duy Đô và TS. Hoàng Thị Huệ An, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằng
phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước”.
Mục tiêu của đề tài chúng tôi là: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới
hiệu suất chiết tinh dầu Quất để làm cơ sở khoa học cho việc sản xuất trên quy
mô công nghiệp. Cụ thể là:
- Xác lập điều kiện tối ưu cho việc tách chiết tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất
bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước.
- Đưa ra quy trình chưng cất tối ưu để thu nhận tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất.
- Xác định các chỉ số lý-hóa cơ bản và thành phần hóa học của sản phẩm để sử
dụng làm hương liệu.
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu của
việc xây dựng quy trình sản xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất trên quy mô
công nghiệp cũng như cung cấp những dẫn liệu khoa học về thành phần hóa
học và tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu Quất nhằm phát triển các khả năng
ứng dụng khác.
9
Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn
về điều kiện thực nghiệm và điều kiện về kinh phí nên mặc dù đã rất cố gắng
song đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ
bảo của quý thầy cô cũng như sự góp ý kiến từ các bạn sinh viên để đề tài này
được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, ngày 18 tháng 11 năm 2011
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Mỹ Loan
Phan Anh quốc
10
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu chính
Nguyên liệu sử dụng tách tinh dầu trong nghiên cứu này là vỏ quả và lá
Quất (Citrus japonica Thumb) được thu mua từ TP.HCM. Nguyên liệu tươi, vỏ
quả có màu vàng sáng bóng đặc trưng, không bị nấm mốc và lá xanh tươi, đạt
độ trưởng thành và không bị sâu bệnh.
Hình 2.1. Quả Quất
Hình 2.2. Lá Quất
2.1.2. Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất
a. Dụng cụ - Thiết bị
- Cân kỹ thuật 1 mg (Shimadzu, Nhật)
- Cân kỹ thuật 1 g (Việt Nam)
- Cân phân tích 0,1 mg (Satorius, Nhật)
- Bộ chưng cất tinh dầu định lượng, có hồi lưu kiểu Clevenger dùng cho tinh
dầu nhẹ hơn nước (ISOLAB, Đức)
- Bếp đun bình cầu 1000 ml (Trung Quốc)
- Máy xay điện (Sanyo, Nhật)
- Tủ sấy 10C (Memmert , Đức)
- Tủ lạnh trữ mẫu -200C.
- Bình đo tỷ trọng 25 ml (Bomex, Trung Quốc)
- Buret, pipet, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh.
11
- Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ hai lần với thiết bị GC model G3440A của
hãng Agilent (Agilent, USA) ghép với detector MS/MS model Quattro
microTMGC của hãng Waters (USA)
b. Hóa chất
- Nước cất.
- NaCl
- Na2SO4 khan
- KOH 0.1N và 0.5N
- HCl 0.5N
- Etanol 900
- Dung dịch chỉ thị phenolphtalein 1%
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Xác định thành phần khối lượng của quả Quất
Chọn các quả Quất và lá đạt yêu cầu như đã nêu, tiến hành rửa sạch để loại bỏ các
tạp chất và vi sinh vật có trên bề mặt nguyên liệu và để ráo nước. Đối với quả thì tiến
hành xác định thành phần khối lượng như sau:
- Cân một lượng quả nhất đinh ta được khối lượng là mQ
- Lột lấy phần vỏ bên ngoài có chứa các túi tinh dầu. Đem cân phần này ta được khối
lượng mV
- Phần ruột quả (múi quả) đem cân ta được khối lượng là mR
Thành phần khối lượng của quả Quất được tính như sau:
Vỏ(%) = (mQ. mV)/mQ *100%
Ruột(%) = (mQ. mR)/mQ *100%
2.2.2. Chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu quả sau khi rửa sạch thì để ráo nước, đối với lá sau khi ráo thì cân
chính xác 100g/mẫu rồi cho vào túi polyetylen cột kín để hạn chế sự không khí tới
mức tối đa, rồi đem nguyên liệu bảo quản ở nhiệt độ -200C đến khi nghiên cứu.
Khi sử dụng, đối với quả thì ta dùng tay lột lấy phần vỏ vàng bên ngoài, rồi cân
chính xác 100g/mẫu. Thực hiện cắt nhỏ nguyên liệu, trộn đều để đồng nhất mẫu và
tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
2.2.3. Phương pháp chưng cất
12
Đây là phương pháp đầu tiên được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực
vật. Cơ sở của phương pháp này là nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi
của các cấu tử thành phần. Do đó, khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ được
tách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính hóa
học (sự oxy hóa, nhiệt phân...) các cấu tử tinh dầu. Trong quá trình chưng cất, hơi
nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi
cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu. Dịch chưng cất sẽ được
ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp (lớp tinh dầu bên trên và lớp nước ở bên dưới) trong
hệ thống ngưng tụ. 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
các mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi (như sáp, nhựa, acid béo dây dài mạch
thẳng) thì quá trình 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 khuếch tán trở
nên khó khăn(4).
Những yếu tố chính ảnh hưởng hiệu suất chưng cất tinh dầu
❖Sự khuếch tán
Ngay cả 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. Theo Von
Rechenberg, ở nhiệt độ sôi của nước phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ
được 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 sẽ thẩm thấu 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, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô. Tuy nhiên, nếu lượng nước sử
dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những
cấu phần tan dễ trong nước.
❖Sự thủy phân
Những cấu phần este trong tinh dầu dễ bị thủy phân cho ra acide và alcol 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
13
Nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước
quá nhiệt (trên 1000C) nên 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 3 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.
2.2.4. Dự kiến quy trình tách chiết tinh dầu từ Quất
Quy trình chung dự kiến tách chiết tinh dầu Quất bằng phương pháp chưng cất lôi
cuốn hơi nước được trình bày trên hình 2.3.
14
Nguyên liệu
Xử lý
Xay
Nghiên cứu tỷ lệ nước ngâm nguyên liệu
Ngâm
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Ngưng tụ
Nghiên cứu nồng độ NaCl, thời gian ngâm
Nghiên cứu thời gian chưng
Phân ly
Tinh dầu thô
Làm khan
Na2SO4 khan
Lắng, gạn
Tinh dầu
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ Quất
2.2.5. Bố trí thí nghiệm
2.2.5.1. Thí nghiệm xác định tỉ lệ nước ngâm nguyên liệu
Mục đích: Thí nghiệm xác định lượng nước bổ sung vào khi ngâm nhằm đánh giá
khả năng phân li tinh dầu trong nguyên liệu, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến hiệu quả của quá trình chưng cất và nó cũng quyết định thời gian cất tối ưu.
15
Các thí nghiệm được tiến hành với lượng nước thay đổi theo tỉ lệ nước/nguyên
liệu là: 2/1; 3/1; 4/1; 5/1; 6/1 đối với mẫu vỏ quả và với các tỉ lệ: 3/1; 4/1; 5/1; 6/1;
7/1; 8/1 đối với mẫu lá. Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như sau:
Vỏ quả đã xử lý
Xay
Bổ sung nước với tỉ lệ nước/cái:
2/l
3/1
4/1
5/1
6/1
Chưng cất (1h)
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Xác định tỷ lệ tinh dầu thu được, chọn tỉ lệ nước bổ sung thích hợp
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả
Ét
- 16 -
Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm lá được bố trí tương
tự như sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả.
Cơ sơ chọn khoảng khảo sát cho thông số chọn tỉ lệ nước/nguyên liệu
Dựa váo các tài liệu tham khảo về tách chiết tinh dầu họ citrus và tinh dầu Quất.
Đây là cơ sở giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho thông số
nước/nguyên liệu.
Dựa vào quá trình bố trí thí nghiệm và thực nghiệm tại phòng thí nghiệm. Từ đó đưa ra
khoảng khảo sát phù hợp cho tỉ lệ nước/nguyên liệu.
Cách tiến hành: Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó
một lượng nước cất như đã nói ở trên. Xay trong 2 phút để làm mẫu dập nát, tăng diện
tích tiếp xúc với môi trường nước thúc đẩy quá trình khuếch tán của tinh dầu. Sau đó,
chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và tiến hành
chưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu thô tách
ra trên ống ngưng tụ (có khắc vạch thể tích) và so sánh thể tích tinh dầu thu được ở các
nồng độ khác nhau như trên. Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp cho từng
loại mẫu.
2.2.5.2. Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl
Mục đích: NaCl có tác dụng tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế bào,
tăng độ phân cực của dung dịch, nhờ đó làm giảm lực tương tác giữa các cấu tử
tinh dầu kém phân cực với nước. Nhờ đó, tinh dầu sẽ dễ dàng bay hơi trong
quá trình chưng cất.
Thí nghiệm được tiến hành với mẫu quả có hàm lượng NaCl (w/v) thay đổi: 0%;
5%; 10%; 15%; 20% và mẫu lá: 0%; 2,5%; 5%; 7,5%; 10%, với tỷ lệ nước/cái bổ
sung đã chọn thích hợp.
Ét
- 17 -
Bố trí thí nghiệm xác định theo hình 2.5.
Vỏ đã xử lý
Xay
Bổ sung tỷ lệ nước / cái thích hợp
Chưng cất (1h)
NaCl (w/v,%):
10 15
0
5
20
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn hàm lượng NaCl thích hợp
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung đối với mẫu vỏ quả
Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung khi ngâm lá được bố trí
tương tự như sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả.
Cơ sở chọn các khoảng khảo sát cho các thông số hàm lượng NaCl
Dựa trên các tài liệu tham khảo liên quan đến chiết tinh dầu từ vỏ và lá Quất. Đây là
cơ sở khoa học giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho các thông số
hàm lượng NaCl.
Dựa trên quá trình bố trí thí nghiệm, tiến hành thực hiện ở các khoảng khảo sát khác
nhau, các thí nghiệm được làm lặp lại ít nhất là 3 lần. Sau đó đưa ra khoảng khảo sát
thích hợp.
Cách tiến hành:
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, thêm vào đó một lượng
nước cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu đã chọn được thông qua lô thí nghiệm trước. Thêm
NaCl vào ở các nồng độ biến thiên như trên, áp dụng cho từng loại mẫu. Xay trong 2
phút. Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và
Ét
- 18 -
chưng hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên
ống ngưng tụ và so sánh. Từ đó, chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.2.5.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm:
Mục đích:
Thời gian ngâm là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thể tích tinh dầu thu được
bởi vì sự thẩm thấu của muối và nước hay sự khuếch tán của các cấu tử tinh dầu ra môi
trường không thể thực hiện được trong giây lát mà đòi hỏi phải trong một khoảng thời
gian nhất định.
Thí nhiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h; 1h; 2h; 3h; 4h;
5h đối với cả 2 mẫu. Các thông số khác của quy trình được chọn: tỉ lệ nước/cái thích
hợp; hàm lượng NaCl (w/v,%) thích hợp.
Ét
- 19 -
Sơ đồ thí nghiệm trình bày trên hình 2.6.
NL đã xử lý
Xay
- Tỷ lệ cái/nước thích
hợp
Ngâm với thời gian (h)
- NaCl (w/v) thích hợp
1
2
3
4
5
0
Chưng cất (1h)
Ngưng tụ
Phân ly
Tinh dầu thô
Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn thời gian ngâm thích hợp
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu
Cách thực hiện:
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, thêm vào đó một lượng nước
cất và NaCl với tỷ lệ nước/nguyên liệu và nồng độ NaCl thích hợp đã chọn. Xay trong
2 phút. Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất. Thay
đổi thời gian ngâm nguyên liệu lần lượt là: 1h; 2h; 3h; 4h; 5h Sau đó, chưng cất hỗn
hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng
tụ và so sánh. Từ đó, chọn thời gian ngâm muối thích hợp.
Ét
- 20 -
2.2.5.4. Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Mục đích:
Thời gian chưng cất có vai trò quyết định lượng tinh dầu thu hồi. Nếu chưng cất
trong thời gian quá ngắn thì lượng tinh dầu trích ly chưa hết hoàn toàn hay nó vẫn còn
tồn tại trong các tế bào tiết, do vậy sẽ làm giảm thể tích tinh dầu thu được. Ngược lại,
khi chưng cất quá thời gian tối ưu thì vừa tốn thời gian, vừa tổn hao năng lượng và
nghiêm trọng hơn là chất lượng tinh dầu thu được cũng bị giảm đi đáng kể.
Thí nghiệm tiến hành chưng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ
10 phút, 20 phút, 30 phút…thường xuyên theo dõi và cứ sau 10phút ghi lại thể tích
tinh dầu ngưng tụ cho đến khi thấy thể tích tinh dầu thô thu được bên ống ngưng tụ
không tăng được nữa. Các thông số khác của quy trình đã được xác định từ các lô thí
nghiệm trước. Lặp lại như trên với 3 mẫu thí nghiệm liên tiếp và ghi lại kết quả trung
bình. Sơ đồ bố trí thí nghiệm dự kiến như hình 2.7.
NL đã xử lý
Xay
- Tỷ lệ cái/nước thích hợp
- NaCl (w/v) thích hợp
Ngâm
Chưng cất (phút):
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
Ngưng tụ
Phân li
Tinh dầu thô
Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn thời gian chưng cất thích hợp
Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Tải về để xem bản đầy đủ
45 trang
04/04/2022
3940
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Đề tài Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_de_tai_nghien_cuu_chiet_xuat_tinh_dau_tu_vo_qua_va_l.doc
