Phương pháp chiết xuất tinh dầu tự nhiên

Giới thiệu chungI.1. Nguồn tinh dầu tự nhiênI.2. Phương pháp sản xuất tinh dầuI.3. Phương pháp chưng cấtII. Phân loại các phƣơng pháp chƣng cấtII.1. Phương pháp chưng cất với nướcII.2. Phương pháp chưng cất với nước và hơi nướcII.3. Phương pháp chưng cất với hơi nướcIII.Các phƣơng pháp chiết tinh dầu khácHiện nay, các loại tinh dầu được sử dụng trong một loạt các mặt hàng tiêu dùngnhư chất tẩy rửa, xà phòng, sản phẩm vệ sinh, mỹ phẩm, dược phẩm, nước hoa, sản phẩmthực phẩm bánh kẹo, nước ngọt, đồ uống có cồn (đồ uống mạnh) và thuốc trừ sâu. Tìnhhình sản xuất và tiệu thụ các loại tinh dầu và nước hoa trên thế giới hiện đang gia tăng rấtnhanh. Công nghệ sản xuất là một yếu tố cần thiết để cải thiện năng suất tổng và chấtlượng của tinh dầu. Công nghệ chế biến tinh dầu truyền thống đã có ý nghĩa rất lớn vàvẫn đang được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới. Các phương pháp truyền thống thườngđược sử dụng như là: chưng cất bằng nước, chưng cất bằng hơi nước, chưng cất bằngnước và hơi nước, phương pháp ngâm ướp, phương pháp cất lại (nhiều lần), phương pháptách hương liệu từ hoa: enfleurage – chiết bằng dung môi không bay hơi (sử dụng loạimỡ ko mùi và hút hương, sau đó tách bằng cồn). Khi sản lượng tinh dầu thu được từ quátrình chưng cất kém thì sử dụng phương pháp ngâm là thích hợp. Phương pháp chưng cấtsẽ rất tốt đối với các nguyên liệu bột hạnh nhân, cánh hoa và hoa hoa hồng, trong khidung môi dùng để chiết xuất thích hợp cho các nguyên liệu đắt tiền, nhạy cảm, không ổnđịnh với nhiệt ví dụ như: hoa nhài, hoa huệ, lục bình. Chưng cất bằng nước là phươngpháp được ưa chuộng nhất trong việc sản xuất tinh dầu sả từ nguyên liệu thực vật.

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 1

BÁO CÁO MÔN HỌC CHẤT THƠM

“Phương pháp chiết xuất tinh dầu tự nhiên”

GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Minh Tú SVTH: Bùi Hoài Nam 20123317

Lê Thị Hồng Nhung 20123384 Nguyễn Văn Lãm 20123230

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 2

NỘI DUNG

I Giới thiệu chung

I.1 Nguồn tinh dầu tự nhiên

I.2 Phương pháp sản xuất tinh dầu

I.3 Phương pháp chưng cất

II Phân loại các phương pháp chưng cất

II.1 Phương pháp chưng cất với nước

II.2 Phương pháp chưng cất với nước và hơi nước

II.3 Phương pháp chưng cất với hơi nước

III.Các phương pháp chiết tinh dầu khác

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 3

Phương pháp chiết xuất tinh dầu tự nhiên

I Giới thiệu chung

Hiện nay, các loại tinh dầu được sử dụng trong một loạt các mặt hàng tiêu dùng như chất tẩy rửa, xà phòng, sản phẩm vệ sinh, mỹ phẩm, dược phẩm, nước hoa, sản phẩm thực phẩm bánh kẹo, nước ngọt, đồ uống có cồn (đồ uống mạnh) và thuốc trừ sâu Tình hình sản xuất và tiệu thụ các loại tinh dầu và nước hoa trên thế giới hiện đang gia tăng rất nhanh Công nghệ sản xuất là một yếu tố cần thiết để cải thiện năng suất tổng và chất lượng của tinh dầu Công nghệ chế biến tinh dầu truyền thống đã có ý nghĩa rất lớn và vẫn đang được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới Các phương pháp truyền thống thường được sử dụng như là: chưng cất bằng nước, chưng cất bằng hơi nước, chưng cất bằng nước và hơi nước, phương pháp ngâm ướp, phương pháp cất lại (nhiều lần), phương pháp tách hương liệu từ hoa: enfleurage – chiết bằng dung môi không bay hơi (sử dụng loại

mỡ ko mùi và hút hương, sau đó tách bằng cồn) Khi sản lượng tinh dầu thu được từ quá trình chưng cất kém thì sử dụng phương pháp ngâm là thích hợp Phương pháp chưng cất

sẽ rất tốt đối với các nguyên liệu bột hạnh nhân, cánh hoa và hoa hoa hồng, trong khi dung môi dùng để chiết xuất thích hợp cho các nguyên liệu đắt tiền, nhạy cảm, không ổn định với nhiệt ví dụ như: hoa nhài, hoa huệ, lục bình Chưng cất bằng nước là phương pháp được ưa chuộng nhất trong việc sản xuất tinh dầu sả từ nguyên liệu thực vật

I.1 Nguồn tinh dầu tự nhiên

Tinh dầu thường được thu nhận từ một hoặc nhiều bộ phận của cây, như: hoa (hoa hồng, hoa nhài, cẩm chướng, đinh hương, cây trinh nữ, hương thảo, oải hương), lá (cây bạc hà, cỏ chanh…), thân và lá (cây phong lữ, cây hoắc hương, cỏ roi ngựa, cây quế), vỏ cây (quế…), gỗ (cây tuyết tùng, gỗ đàn hương, thông), rễ cây (cây bạch chỉ, cây de vàng, cây nữ lang…), hạt (cây thì là, cây rau mùi, cây carum, hạt nhục đậu khấu), quả (quả cam chanh, cam, chanh, bách xù), thân rễ (gừng, cây mây, cây nghệ, irit thơm) và dịch keo hay nhựa dầu (cây bóng nước cho nhựa thơm, cây bồ đề, chất nhựa thơm, cánh kiến trắng)

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 4

I.2 Phương pháp sản xuất tinh dầu

Về phương pháp chưng cất bằng hơi nước, ngành công nghiệp tinh dầu đã phát triển và được phân thành 3 loại: chưng cất hơi nước, chưng cất bằng nước và hơi nước,

chưng cất trực tiếp bằng hơi nước

Được giới thiệu đầu tiên bởi Von Rechenberg, các phương pháp trên đã chính thức được đưa vào trong ngành công ngiệp tinh dầu Cả ba phương pháp đều có thể được coi

là giống nhau về mặt lý thuyết đối với quá trình chưng cất hệ thống hai pha Sự khác nhau chính của các phương pháp này là việc xử lý nguyên liệu

Một số loại dầu dễ bay hơi không thể chưng cất được nếu chưa phân hủy và do đó phải thu nhận bởi cách vắt, ép (tinh dầu chanh, cam) hay bằng biện pháp cơ học khác Ở một số vùng nào đó, phương pháp phổ biến để thu nhận tinh dầu citrus (họ cam quýt) bao gồm cách châm thủng tuyến dầu bằng cách lăn quả trên 1 máng lót với thiết kế sắc nhọn,

đủ độ dài để xuyên qua biểu bì và châm thủng vị trí tuyến dầu trong vòng ngoài cùng của

vỏ Hành động nén ép trên lớp quả lấy ra được dầu từ tuyến dầu và 1 dòng chất lỏng tinh khiết của nước rửa dầu từ vỏ quả bị nghiền, trong khi dịch quả được chiết xuất thông qua

1 cái ống đặt xuyên qua giữa lõi của quả Kết quả, hệ nhũ tương dầu - nước được phân tách bởi máy ly tâm

Thông thường, hàm lượng tinh dầu dễ bay hơi từ bộ phận cây tươi (cánh hoa) là rất nhỏ bởi ở các phương pháp trước đây việc loại bỏ dầu là không khả thi về mặt thương mại Trong trường hợp như vậy, dầu hay chất béo không mùi, thơm ngọt, cố định được bôi 1 lớp mỏng trên 1 tấm kính Cánh hoa được đặt trên chất béo trong vài giờ, sau đó liên tục dầu từ các cánh hoa được loại bỏ, và 1 lớp cánh hoa mới được đưa vào Sau khi chất béo đã hấp thụ một lượng hương thơm nhiều đến mức có thể, tinh dầu có thể được loại bỏ bằng cồn Quá trình này gọi là phương pháp tách hương liệu của hoa, là 1 phương pháp trước đây được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nước hoa và sáp thơm

Trong công nghiệp nước hoa, sản xuất tinh dầu hiện đại nhất được thực hiện bởi quá trình tách chiết, sử dụng các dung môi dễ bay hơi như ether dầu hỏa, hexan Lợi thế

có thể duy trì trong suốt quá trình, do vậy, dầu được chiết xuất có mùi tự nhiên hơn, điều này là chưa từng có đối với các loại dầu được chưng cất, cái mà có thể chịu được thay đổi hóa học bởi nhiệt độ cao Tính năng này được xem là quan trọng trong ngành công

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 5

nghiệp nước hoa, tuy nhiên, các phương pháp chưng chất được thực hiện có giá trị thấp hơn quá trình chiết xuất

Chưng cất phân hủy có nghĩa là chưng chất tinh dầu dễ bay hơi trong trường hợp không có không khí Khi gỗ hay nhựa thông của 1 chi của họ Pinaceae hay Cupressaceae được đốt nóng không có không khí, phân hủy diễn ra và 1 số thành phần dễ bay hơi bị đuổi đi Khối lượng còn lại là than củi Các chất dễ bay hơi ngưng tụ thường được tách thành 2 lớp: một lớp dịch có chứa Naptha gỗ ( methyl alcohol) và pyroligneous acid-do phân giải gỗ bằng nhiệt (Acetic thô), và 1 chất lỏng nhựa ở dạng nhựa đường cây thông, cây bách xù, hay nhựa cây khác, tùy thuộc vào gỗ được sử dụng Phương pháp chưng cất khô này được tiến hành trong bình chưng cất than đá bằng khí đốt và nếu gỗ bị bào xẻ thành mảnh và hơi nóng được sử dụng nhanh chóng, sản lượng thường chiếm khoảng 10% khối lượng gỗ đã sử dụng

I.3 Phương pháp chưng cất

Để tách tinh dầu tự nhiên bằng phương pháp chưng cất bằng hơi nước, các nguyên liệu thực vật có mùi thơm được đóng vào trong nồi chưng cất và thêm vào đủ nước rồi đem đun sôi; cách khác, hơi nước trực tiếp được phun vào trong thiết bị nạp liệu Do tác dụng của nước nóng và hơi nước, tinh dầu được thoát khỏi các tuyến dầu trong các mô thực vật Hỗn hợp hơi nước và dầu được ngưng tụ lại bằng phương pháp làm lạnh gián tiếp với nước Từ thiết bị ngưng tụ, dòng sản phẩm chưng cất chảy vào thiết bị phân tách, nơi mà dầu được tách ra khỏi nước chưng 1 cách tự động

Cơ chế chưng cất

Các nguyên liệu thực vật của phương pháp chưng cất bằng hơi nước liên quan tới các quá trình hóa lý chủ yếu sau:

Hydrodiffusion

Sự khuếch tán của các loại tinh dầu và nước nóng thông qua màng tế bào thực vật được gọi là phương pháp hydrodiffusion Trong phương pháp chưng cất bằng hơi nước,

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 6

hơi nước không trực tiếp xuyên qua màng tế bào khô Vì vậy lúc đầu phải nghiền kĩ lưỡng nguyên liệu thực vật để các tinh dầu thoát hết ra khỏi tế bào thực vật Nhưng khi các nguyên liệu thực vật được ngấm ướt hoàn toàn với nước, việc trao đổi hơi trong các

mô phải dựa vào tính thấm của chúng trong trạng thái phình ra Các màng tế bào thực vật phần lớn không thấm dầu dễ bay hơi Do đó trong quá trình thực tế, ở nhiệt độ sôi của nước, 1 phần tinh dầu dễ bay hơi hòa tan trong nước có mặt trong các tuyến và dung dịch dầu – nước này sẽ thấm vào, do có sự thẩm thấu, màng phình ra và cuối cùng lan ra tới bề mặt bên ngoài, nơi mà tinh dầu được bốc hơi bằng cách thông qua hơi nước

Một khía cạnh khác của phương pháp này là tốc độ bay hơi của tinh dầu không bị ảnh hưởng bởi các biến đổi của các thành phần khác của tinh dầu, nhưng lại ảnh hưởng bởi mức độ hòa tan trong nước Do vậy, nhiệt độ sôi cao tuy nhiên nhiều thành phần tan trong nước của dầu tronng mô thực vật chưng cất trước khi độ sôi thấp nhưng thành phần hòa tan trong nước lại ít hơn Kể từ khi phương pháp hydrodiffusion được đánh giá là chậm thì chưng cất các nguyên liệu nguyên mất thời gian dài hơn các nguyên liệu đã được nghiền nhỏ

Thủy phân

Thủy phân trong quá trình này được định nghĩa là phản ứng hóa học giữa nước và các thành phần cố định của tinh dầu tự nhiên Este là thành phần của tinh dầu tự nhiên, và trong sự có mặt của nước, đặc biệt ở nhiệt độ cao, chúng có xu hướng để phản ứng với nước tạo ra axit và rượu Tuy nhiên, phản ứng này không được hoàn thành theo cả hai hướng và mối quan hệ giữa nồng độ mol của các thành phần khác nhau ở trạng thái cân bằng được viết như sau:

𝐸𝑠𝑡𝑒𝑟 × (𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟) Trong đó: K là hằng số cân bằng

Do đó, nếu lượng nước lớn thì lượng rượu và axit lớn dẫn đến năng suất tinh dầu giảm Hơn nữa, điều này còn phụ thuộc vào thời gian phản ứng, mức độ thủy phân phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc giữa tinh dầu và nước Đây là 1 nhược điểm của phương pháp chưng cất bằng nước

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 7

Ảnh hưởng của nhiệt

Hầu như tất cả các thành phần của tinh dầu đều không ổn định ở nhiệt độ cao Để

có được chất lượng tinh dầu tốt nhất, chưng cất phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp Nhiệt độ trong chưng cất bằng hơi nước được xác định hoàn toàn bởi sự điều khiển áp suất, trong khi ở chưng cất bằng nước và ở chưng cất bằng nước và hơi nước thì áp suất vận hành thường là khí quyển Tất cả trước đây thì mô tả 3 tác động: sự khuếch tán hơi nước, thủy phân, phân hủy bởi nhiệt, xảy ra đồng thời và ảnh hưởng đến nhau Tỷ lệ khuếch tán thường tăng với nhiệt độ cũng như khả năng hòa tan của tinh dầu trong nước Điều này cũng đúng với các tỷ lệ và mức độ thủy phân Tuy nhiên có thể thu được năng suất và chất lượng dầu tốt hơn bằng cách:

nước

nhất trước khi đem chưng cất

II Phân loại các phương pháp chưng cất

II.1 Chưng cất với nước

Trong phương pháp này, nguyên liệu và nước sẽ được cho cùng vào một thiết bị Trong suốt quá trình chưng cất nguyên liệu được ngâm ngập trong nước và được đun tới sôi, nước bay hơi cuốn theo tinh dầu, tinh dầu được tách ra sau ngưng tụ Trong trường hợp nguyên liệu được nghiền quá mịn lắng chặt xuống đáy nồi (ví dụ như nguyên liệu là

vỏ quế do có quá nhiều chất nhày ta phải tiến hành nghiền thành bột trước cho vào chưng cất) gây hiện tượng cháy khét nguyên liệu ở mặt tiếp xúc với đáy nồi, lúc đó nồi phải trang bị những cánh khuấy trộn đều bên trong trong suốt thời gian chưng cất

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 8

Hình ảnh: Chưng cất với nước

Ưu điểm của phương pháp:

- Thiết bị chưng cất tương đối đơn giản, rẻ tiền, phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp địa phương

- Phù hợp với nguyên liệu xốp, rời rạc, không vón cục

Nhược điểm của phương pháp:

+ Tinh dầu có chất lượng chưa cao

Một số các thành phần trong tinh dầu như este rất dễ bị thủy phân trong khi các thành phần khác như các monoterpene hydrocarbons mạch hở và aldehyt rất dễ polyme hóa (nguyên nhân do pH trong nước trong suốt quá trình chưng cất giảm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân diễn ra )

+ Nguyên liệu dễ bị cháy khét, nhất là những chỗ trong thiết bị nguyên liệu thiếu nước, hoặc bị kết dính vào thành thiết bị

gian chưng cất kéo dài hơn so với phương pháp chưng cất với nước và hơi nước hay phương pháp chưng cất với hơi nước trực tiếp

+ Tốc độ chưng cất và thời gian chưng cất phụ thuộc chủ yếu và bộ phận đốt lò

II.2 Chưng cất với nước và hơi nước

Nguyên liệu và nước được đưa vào cùng một thiết bị nhưng ngăn cách bằng một lớp vỉ, để tránh cho nguyên liệu khỏi lọt vào nồi chứa nước Nhiệt cung cấp có thể là

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 9

ngon lửa đốt trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồi hơi dẫn vào lớp bao chung quanh phần đáy nồi, hơi nước bốc lên qua lớp vỉ đi vào lớp nguyên liệu kéo theo tinh dầu đi ra

Hình ảnh: Chưng cất với nước và hơi nước Việc chuẩn bị nguyên liệu trong trường trường hợp này quan trọng hơn nhiều so với phương pháp trước, vì hơi nước tiếp xúc với nguyên liệu chỉ bằng cách xuyên qua nó nên phải sắp xếp thế nào để nguyên liệu tiếp xúc tối đa với hơi nước thì mới có kết quả tốt Muốn vậy, nguyên liệu nên có kích thước đồng đều không sai biệt nhau quá Tuy nhiên nếu nguyên liệu được nghiền quá mịn sẽ dễ tụ lại vón cục và chỉ cho hơi nước

đi qua một vài khe nhỏ do hơi nước tự phá xuyên lên Như vậy phần lớn chất nạp sẽ không được tiếp xúc với hơi nước Ngoài ra, luồng hơi nước đầu tiên mang tinh dầu có thể bị ngưng tụ và tinh dầu rơi ngược lại vào lớp nước bên dưới gây hư hòng thất thoát

Do đó nguyên liệu cần được chuẩn bị kĩ và đòi hỏi kinh nghiệm tạo kích thước cho từng loại nguyên liệu

Ưu điểm của phương pháp (so với phương pháp chưng cất với nước)

- Hiệu suất chưng cất tinh dầu cao hơn

- Ít tạo ra sản phẩm phân hủy, các thành phần tinh dầu dễ bay hơi thì ít bị ảnh hưởng bởi sự thủy phân và quá trình polyme hóa hơn (do sự điều chỉnh độ ẩm trong quá trình chưng cất)

- Nếu kiểm soát được quá trình hồi lưu thì lượng tinh dầu thất thoát được giảm một cách đáng kể

- Ít tốn thời gian và nhiên liệu hơn

SVTH: Lê Thị Hồng Nhung – Bùi Hoài Nam – Nguyễn Văn Lãm Page 10

- Nguyên liệu bớt khê khét vì không trực tiếp tiếp xúc với đáy nồi đốt

Nhược điểm của phương pháp (so với phương pháp chưng chất với nước)

- Khuyết điểm chính của phương pháp là do thực hiện ở áp suất thường, nên cấu phần có nhiệt độ sôi cao sẽ đòi hỏi một lượng rất lớn hơi nước để hóa hơi hoàn toàn và như thế sẽ tốn rất nhiều thời gian

- Không thể áp dụng cho những nguyên liệu dễ bị vón cục, luôn phải đảm bảo là chỉ có phần đáy nồi là được phép đốt nóng và giữ cho phần vỉ chứa nguyên liệu không tiếp xúc với nước sôi

- Về kỹ thuật, khi xong một lần chưng cất, nước ở bên dưới vỉ phải được thay thế

để tránh cho mẻ sản phẩm sau có mùi lạ

- Phẩm chất tinh dầu cũng như việc khống chế các điều kiện kỹ thuật trong đó bao gồm vận tốc chưng cất chưa được cải thiện nhiều

Thu hồi thêm tinh dầu từ nước chưng

Đây là quá trình chỉ áp dụng trong phương pháp chưng cất với nước và chưng cất với nước và hơi nước Thường tinh dầu trong nước chưng 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 Trong phòng thí nghiệm, để chưng cất hơi nước tinh dầu, người ta thường dùng bộ dụng

cụ thủy tinh Clevenger với hai loại ống hứng tinh dầu, tùy theo tinh dầu nặng hay nhẹ để lựa chọn dụng cụ cho phù hợp

II.3 Chưng cất với hơi nước trực tiếp

Trong phương pháp này, hơi nước tạo ra từ nồi hơi riêng, thường có áp suất cao hơn không khí, được đưa thẳng vào bình chưng cất Cũng giống như phương pháp chưng cất với nước và hơi nước, nguyên liệu cũng được đặt trên vỉ và hơi nước đi từ dưới lên qua các lỗ vỉ Do có khả năng điều chỉnh được lượng hơi cấp nên nguyên liệu sẽ hạn chế được sự phá hủy do nhiệt

Phương pháp này dùng một nồi hơi có thể phục vụ cho cả cơ sở sản xuất, tạo điều kiện làm việc nhẹ nhàng hơn cho công nhân, có khả năng cơ giới hóa hoặc tự động hóa các khâu sản xuất