Cam là một trong những loại cây ăn quả được trồng phổ biến trên thế giới, ngoài việc cung cấp và tiêu thụ quy mô lớn mặt hàng trái cây tươi, quả cam còn được sử dụng để chế biến nước trái cây, là một trong những loại nước trái cây được ưu chuộng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới bởi hương vị thơm ngon và nhiều giá trị dinh dưỡng cao mà nó mang lại. Nhưng việc tiêu thụ và sản xuất cam cũng tạo ra một lượng lớn chất thải rắn ướt, đa phần là vỏ cam có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Trong vỏ quả cam có chứa nhiều tuyến tinh dầu, thay vì vứt bỏ như rác thải chúng ta có thể tận dụng để khai thác sản xuất tinh dầu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tránh lãng phí nguồn nguyên liệu thiên nhiên mang lại giá trị kinh tế.
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Trước tiên chúng tôi xin bày tỏa lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Đình Thị Như Nguyện đã tận tình hướng dẫn, góp ý cho chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này
Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Và Môi Trường, đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi về mặt thiết bị, dụng cụ cũng như phòng thí nghiệm để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, bên cạnh và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này
Một lần nữa, chúng tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ và quan tâm quý báu trên
Biên Hòa, tháng 4 năm 2017
Trang 2MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1 Giới thiệu về nguyên liệu cam 4
1.1.1 Cây cam 4
1.1.2 Đặc điểm hình thái 5
1.1.3 Thành phần hóa học 5
1.1.4 Tình hình sản xuất 6
1.2 Tổng quan về tinh dầu cam 9
1.2.1 Giới thiệu về tinh dầu 9
1.2.2 Giới thiệu về Limonene 11
1.3 Phương pháp chưng cất hơi nước 12
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 13
2.1 Vật liệu nghiên cứu 13
2.1.1 Địa điểm thực hiện đề tài 13
2.1.2 Vật liệu 13
2.1.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 13
2.2 Phương pháp nghiên cứu 14
2.2.1 Quy trình trích ly tinh dầu từ vỏ cam được thực hiện trong đề tài 14
Trang 32.2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình trích ly 14
2.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 15
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 17
3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ giữ nguyên liệu và nước đối với quá trình trích ly 17
3.2 Ảnh hưởng của thời gian đối với quá trình trích ly 18
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 19
4.1 Kết luận 19
4.2 Kiến nghị 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
Trang 4KÍ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
FAO: Tổ Chức Lương Thực Và Nông Nghiệp Của Liên Hợp Quốc USDA: Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ
Trang 5DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 1 – Phân loại thực vật của cam 4
Bảng 1 2 – Thành phần hóa học trong quả cam 6
Bảng 1 3 – Sản xuất cam tươi hằng năm của một số nước trên thế giới (1,000 triệu tấn) 7
Bảng 1 4 – Sản xuất nước cam của một số nước trên thế giới (1,000 triệu tấn, ở 65 độ Brix) 7
Bảng 1 5 – Một số tính chất vật lý và hóa học của limonene 12
Bảng 2 1 – Ảnh hưởng của tỷ lệ giữ nguyên liệu và dung môi (nước) 16
Bảng 2 2 – Ảnh hưởng của thời gian 16
Bảng 3 1 – Ảnh hưởng của tỷ lệ giữ nguyên liệu và nước 17
Bảng 3 2 – Ảnh hưởng của thời gian 18
Trang 6DANH MỤC HÌNH
Hình 1 1 – Sản lượng, tiêu thụ và nhậu khẩu cam hằng năm ở Việt Nam 8
Hình 1 2 – Tình hình sản xuất tinh dầu của các nước trên thế giới năm 2008 9
Hình 1 3 – Các sản phẩm tinh dầu chính 10
Hình 1 4 – Năng xuất trung bình của tinh dầu trong các mẫu vỏ cam quýt 11
Hình 2 1 – Sơ đồ quy trình trích ly tinh dầu cam 14
Trang 7LỜI MỞ ĐẦU
1 Đặt vấn đề
Cây cam là một trong những loại cây ăn quả được trồng và sử dụng rộng rãi trên thế giới, có nguồn gốc ở miền nam Trung Quốc, đông bắc Ấn Độ và thường phân bố ở các vùng có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, được trồng ở hơn 130 quốc gia Theo FAO (2004), Cam là một trong sáu loại trái cây chính được trồng và sản xuất với quy
mô lớn ở Việt Nam
Quả cam và một số sản phẩm phụ của nó được sử dụng đa dạng trong thực phẩm, mỹ phẩm và y học dân gian mang lại giá trị kinh tế cao Ngoài ra cam còn có một số công dụng như tính kháng khuẩn cao, chống viêm, chống oxy hóa, giúp giải độc gan, kích thích bài tiết acid trong dạ dày cải thiện cảm giác ngon miện, bảo vệ tim mạch,… và cung cấp lượng lớn vitamin C cho cơ thể (Milind and Dev, 2012)
Cũng như các loại quả có múi khác, ngoài việc cung cấp và tiêu thụ quy mô lớn mặt hàng trái cây tươi, quả cam còn được sử dụng để chế biến nước trái cây, là một trong những loại nước trái cây được ưu chuộng và tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới bởi hương vị thơm ngon và nhiều giá trị dinh dưỡng cao mà nó mang lại Nhưng việc tiêu thụ và sản xuất cam cũng tạo ra một lượng lớn chất thải rắn ướt, đa phần là vỏ cam
có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách Trong vỏ quả cam
có chứa nhiều tuyến tinh dầu, thay vì vứt bỏ như rác thải chúng ta có thể tận dụng để khai thác sản xuất tinh dầu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tránh lãng phí nguồn nguyên liệu thiên nhiên mang lại giá trị kinh tế Hướng đến mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tận dụng tối đa lượng lớn chất thải này, chúng tôi thực hiện đề tài “Khảo Sát Quá Trình Trích Ly Tinh Dầu Từ Vỏ Cam” Trong đề tài này chúng thôi thực hiện khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly tinh dầu cam như thời gian, tỷ lệ nguyên liệu và nước bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước cổ điển, sử dụng Na2SO4 để làm khan
Trang 82 Tổng quan tình hình nghiên cứu
Các nghiên cứu nước ngoài
- Ezejiofor, T I N., Eke, N V, Okechukwu, R I., Nwoguikpe, R N and Duru, C M (2011) ‘Waste to wealth : Industrial raw materials potential of peels of Nigerian sweet orange (Citrus sinensis)’
- Sikdar, D C., Menon, R., Duseja, K., Kumar, P and Swami, P (2016)
‘Extraction of Citrus Oil From Orange (Citrus Sinensis) Peels By Steam Distillation and Its Characterizations’
- Nisha Pauline, M J and Lakshmi, A R (2015) ‘Extraction of Orange Oil
by Improved Steam Distillation and its Characterization Studies’
- Kamaliroosta, L., Zolfaghari, M., Shafiee, S., Larijani, K and Zojaji, M (2016) ‘Chemical Identifications of Citrus Peels Essential Oils’
Các nghiên cứu trong nước
- Ngô Văn Tĩnh (2014), ‘Nghiên Cứu Chiết Tách Tinh Dầu Từ Vỏ Cam,
Bưởi (Citrus) Và Ứng Dụng Sử Lý Chất Thải Xốp’
- Phạm Thị Như Quỳnh, Nguyễn Thanh Lam (2014), ‘Tinh Dầu Citrus Và Tiềm Năng Khai Thác Ở Nghệ An’
- Nguyễn Văn Lợi, Nguyễn Thị Minh Tú và Hoàng Đình Hòa (2014),
‘Nghiên Cứu Thành Phần Hóa Học Và Đặc Tính Sinh Học Của Tinh Dầu
Lá Bưởi, Cam và Chanh’
Hiện nay trên thế giới có khá nhiều các nghiên cứu về lợi ích, tính chất hóa học và đặc tính sinh học của tinh dầu cam và chi Citrus Các phương pháp khai thác hiệu quả những loại tinh dầu này cũng được nghiên cứu và cải tiến rất nhiều theo hướng hiện đại hóa nhầm giảm thiểu chi phí, thời gian mà mang lại hiệu quả cao Ở Việt Nam, cũng có khá nhiều các nghiên cứu về cam và chi citrus, tuy nhiên các nghiên cứu về việc khai thác sao cho hiệu quả các loại tinh dầu này thì còn rất hạn chế Theo số liệu thống kê mới nhất của USDA (2017), sản lượng cam là cao nhất trong các loại quả
có múi và sản lượng tiêu thụ nước cam trên thế giới là gần 2 triệu tấn Việc tiêu thụ
Trang 9và chế biến cam cũng sẽ tạo ra một lượng lớn chất thải rắn Do đó, nghiên cứu trích
ly tinh dầu cam từ lượng lớn chất thải này là rất cần thiết
3 Mục tiêu nghiên cứu
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đối với quá trình trích ly tinh dầu cam
- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu và nước đối với quá trình trích
ly tinh dầu cam
4 Phương pháp thực hiện đề tài
- Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước và được làm khan bằng
Na2SO4
- Sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu
5 Bố cục của đề tài
Chương 1: Tổng quan về tài liệu
Chương 2: Vật liệu và phương pháp
Chương 3: Kết quả và bàn luận
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
Trang 10CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu về nguyên liệu cam
1.1.1 Cây cam
Tên khoa học: Citrus sinensis (L.) Osbeck Chi : Citrus, Họ: Rutaceae (FAO, 2004)
Tên nước ngoài: Orange, sweet orange (Anh); Oranger doux (Pháp); Jeruk Manis, Chula, Choreng (Indonesia); Limau Manis (Malaysia); Kahel (Philippines); Som Tra, Som Kliang (Thái Lan); Cam , Cam Ngọt (Việt Nam) (FAO, 2004)
Bảng 1 1 – Phân loại thực vật của cam
Nguồn: (Milind and Dev, 2012)
Họ Rutaceae có khoảng 140 giống, 1.300 loài Một số quả quan trọng của chi Citrus như Citrus sinensis (Cam), Citrus paradisi (Bưởi), Citrus limon (Chanh), Citrus
reticulata ( Quýt ), Citrus grandis (bưởi chùm), Citrus aurantium (cam chua), Ctrus medica (Chanh yên), và Citrus aurantifolia (Chanh ta) (Kamal et al., 2011)
Nguồn gốc và phân bố: Cây cam là một trong những loại cây có lịch sử trồng trọt lâu đời nhất (Thủy, 2015) Có nguồn gốc ở miền nam Trung Quốc, đông bắc Ấn Độ và thường phân bố ở các vùng có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, được trồng ở hơn
130 quốc gia bao gồm Ấn Độ, Anh, Pháp, Đức, Hà Lan, Brazil, Trung Quốc, Hoa Kỳ
Trang 11và Tây Ban Nha (Milind and Dev, 2012) Ở Việt Nam, các tỉnh như Hà Giang, Yên Bái, Lạng Sơn, Phú Thọ, Hà Nội, Thanh Hoá, Ninh Bình, Nghệ An và Hà Tĩnh là những vùng sản xuất cam chính tại miền Bắc Ngoài ra ở miền nam, cam cũng được trồng nhiều ở các tỉnh như Cần Thơ, Tiền Giang, Vĩnh Long, Bến Tre, Đồng Tháp, Trà Vinh, Đồng Nai (FAO, 2004)
1.1.2 Đặc điểm hình thái
Cây Cam thuộc loại cây gỗ nhỏ, cao 6-10m, phân cành nhiều, tạo thành tán dạng hình cầu Cành no thường chứa nhiều gai nhọc Lá đơ, mọc cách, hình bầu dục hoặc trứng, góc lá tròn, chóp lá nhọn, kích thước 5-15 x 2-8cm, cuống lá dài 1-3cm, có cánh mảnh men theo 2 bên cuống Hoa mọc đơn độc dưới nách lá, đôi khi mọc thành chùm với vài ba hoa, hoa có đường kính 2-3cm, đài hoa có 5 thùy, 5 cánh hoa màu trắng Quả mọng, hình gần cầu, đường kính 4-12cm Các múi chứa nhiều tép mọng nước màu vàng Vỏ ngoài màu xanh, vàng lục hay vàng da cam tươi với nhiều tuyến tinh dầu Thời gian từ khi hoa thụ phấn đến lúc quả chín cho thu hoạch thường vào khoảng từ 6-9 tháng Năng suất cam ở các nước Đông Nam Á đạt khoảng 7-14 tấn/ha Trung bình trong mỗi quả cam, phần ăn được thường chiếm 40-50% khối lượng Trong 100g phần ăn được thường chứa 80-90g nước, 0.7-1.3g chất đạm, 0.1-0.3g chất béo, 12-12.7g cacbonhidrat, 0.5g chất xơ, 200IU vitamin A, 45-61g vitamin C, 0.5-2.0g acid citrid (Lã Đình Mỡi và cộng sự, 2001)
1.1.3 Thành phần hóa học
Trái cam có chứa 1,5% tinh dầu Các thành phần chính là D-limonen (90%), citral, citronellal, nootkaton, sinesal, n-nonanal, n-decanal, n-dodecanal, linalyl acetate, geranyl acetate, citronelyl acetate và anthranil acid methyl Ester Flavonoid lipophilic
và furanocumarines có trong dầu ép Một số glycosides flavone gây đắng trong vỏ cam như neohesperidin và naringin, thành phần đường là neohesperidose, và rutin có phần đường là rutinose, cả hai loại đường là disaccharide glucose và rhamnose (6-desoxymannose) (Milind and Dev, 2012)
Trang 12Bảng 1 2 – Thành phần hóa học trong quả cam
1
Flavone glycosides: Neohesperidin, Naringin, Hesperidin,
Narirutin, Triterpene; Limonene, citrol Pigment; Anthocyanin, Beta-cryptoxanthin, Crytpoxanthin, Zeaxanthin and Rutin, Eriocitrin, Homocysteine
Polymethoxylated flavones; Tangeretin and Nobiletin Flavonoids; Citacridone, Citbrasine and Noradrenaline
Vỏ
2 Terpenoids; Linalool, β elemene Lá cam
4
Vitamin:
B1, B2, B3, B5, B6, and Vitamin C Khoáng chất:
Canxi, sắt, magiê, kẽm, phốt pho, kali
Quả
Nguồn: (Milind and Dev, 2012)
1.1.4 Tình hình sản xuất
Tình hình sản xuất trên thế giới
Sản lượng và tiêu thụ quả của các loại cây có múi (cam quýt) tăng mạnh từ năm 1980 (FAO, 2003) Các nước dẫn đầu trong sản xuất các loại quả có múi như Brazil, Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Mexico, Pakistan và các nước thuộc Khu vực Địa Trung Hải
(Kamal et al., 2011)
Theo số liệu thống kê của USDA (2017), Sản lượng cam trên toàn cầu là 49,6 triệu tấn tăng 2,4 triệu tấn so với năm trước Braxin với 18,2 triệu tấn là nước dẫn đầu về sản lượng cam trên thế giới Trung Quốc là nước đứng thứ hai với 6,2 triệu tấn Ở Hoa Kỳ, Florida chiếm 60% và California chiếm 40% sản lượng cam, do diện tích trồng cam ở Florida liên tục giảm dẫn đến sản lượng cam của Mỹ giảm 470 tấn xuống còn 4,9 triệu tấn Sản lượng ở các nước Châu Âu cũng giảm 197 tấn xuống còn 6,1 triệu tấn Nhập khẩu và chế biến cam tương đối đồng đều ở các nước Châu Âu tuy nhiên lượng tiêu thụ cam tươi giảm xuống do nguồn cung cấp thấp hơn
Trang 13Bảng 1 3 – Sản xuất cam tươi hằng năm của một số nước trên thế giới (1,000 triệu
tấn)
2011/12 2012/13 2013/14 2014/15 2015/16 2016/17 Brazil 20,482 16,361 17,870 16,716 14,320 18,197
Trang 14 Tình hình sản xuất ở Việt Nam
Nước ta là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, đa dạng về phân bố địa hình, nhiệt độ trung bình năm ở miền Bắc là khoảng 21oC còn ở miền Nam là 27oC, rất thích hợp với nhiều loại cây trồng trong đó có nhiều loại cây ăn quả đặc biệt là các loại cây có múi hay còn gọi là cam quýt (Lã Đình Mỡi và cộng sự, 2005) Một số giống cam nổi tiếng và phổ biến ở Việt Nam như cam Xã Đoài, cam Vân Du, cam Sông Con, cam Hải Dương, cam Hưng Yên, cam mật và nhiều giống cam tùy theo vùng trồng (FAO, 2004; Thủy, 2015)
Theo số liệu thống kê của USAD (2017), tình hình sản xuất, tiêu thụ và nhậu khẩu
cam được thể hiện như Hình 1.1
Hình 1 1 – Sản lượng, tiêu thụ và nhậu khẩu cam hằng năm ở Việt Nam
Sản lượng, tiêu thụ và nhập khẩu cam ở Việt Nam
Sản Lượng Tiêu thụ tươi Nhậu khẩu
Trang 151.2 Tổng quan về tinh dầu cam
1.2.1 Giới thiệu về tinh dầu
Tinh dầu là hợp chất thơm được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nước hoa, dược phẩm và thực phẩm và các sản phẩm khác, là hỗn hợp của hơn 200 hợp chất khác nhau Các hợp chất này chủ yếu được hình thành từ hydrocacbon monoterpene
và sesquiterpene và các dẫn xuất oxy hoá của chúng như este, rượu và aldehyde aliphat và xeton Trọng lượng riêng của tinh dầu thường thấp hơn nước và chỉ một số
ít các loại tinh dầu có trọng lượng cao hơn nước, tinh dầu không hòa tan trong nước nhưng tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ như ete diethyl, hexane và ethyl acetate, thường có phản ứng axit hay trung tính (Lã Đình Mỡi và cộng sự, 2001; Kamaliroosta
et al., 2016) Tên của tinh dầu được gọi theo cây mà chúng được khai thác và nó là
mùi hương đặc trưng cho cây, một số loại tinh dầu đã được nghiên cứu và xác định
là có khả năng kháng khuẩn cao (Ezejiofor et al., 2011; Nisha Pauline and Lakshmi,
2015)
Hình 1 2 – Tình hình sản xuất tinh dầu của các nước trên thế giới năm 2008
Nguồn: (Baser and Buchbauer, 2010)
Trang 16Tinh dầu cam được khai thác chủ yếu từ các tế bào trong vỏ quả cam, một số ít trong
lá, hoa Được khai thác từ các sản phẩm phụ của quá trình chế biến quả cam, là một trong những loại tinh dầu được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Thành phần chính tạo mùi thơm đặc trưng của tinh dầu cam là D- Limonene (90%) (Milind and Dev, 2012)
Các loại cây cam quýt là nguồn nguyên liệu chính trong sản xuất tinh dầu trên thế giới, chủ yếu là cam chiếm số lượng lớn Một số loại tinh dầu quan trọng khác cũng được chiết xuất từ các loại cam quýt khác như, chanh vàng, chanh xanh, quýt, bưởi (Pekas, 2011)
Hình 1 3 – Các sản phẩm tinh dầu chính
Nguồn: (Pekas, 2011)
Trang 17Theo kết quả nghiên cứu của Kamaliroosta et al (2016), năng suất trung bình của tinh
dầu từ vỏ cam cao hơn so với các mẫu vỏ cam quýt khác như quýt, chanh (sweet
lemone), chanh (sour lemon), được thể hiện qua Hình 1.2
Hình 1 4 – Năng xuất trung bình của tinh dầu trong các mẫu vỏ cam quýt
Nguồn: (Kamaliroosta et al., 2016)
1.2.2 Giới thiệu về Limonene
Limonene là chất lỏng không màu ở trạng thái tự nhiên, tồn tại ở hai dạng đồng phân quang học là D-limonene, L-limonene và sự kếp hợp D,L-limonen (dipentene) Limonene có trong tự nhiên ở một số loại cây và bụi rậm như trong vỏ các loại quả
có múi, cây thì là, củ hồi, thì là ba tư (cây carum), cần tây và trong nhựa thông (Falk Filipsson, Bard and Karlsson, 1998)
Limonene được sử dụng trong việc tẩy nhờn kim loại trong ngành công nghiệp sơn (30% limonene), có tác dụng làm sạch trong ngành công nghiệp điện tử (50-100% limonene), ngành công nghiệp in (30-100% limonene) và đóng vai trò là dung môi trong sản xuất sơn Ngoài ra limonene còn được sử dụng như hương vị phụ và hương thơm trong thực phẩm, các sản phẩm giúp làm sạch trong gia đình và nước hoa Hiện