Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Nó đượcứng dụng tương đối phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, y học, mỹphẩm và một số lĩnh vực khác… Hiện nay, có nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu từ thực vật

LỜI MỞ ĐẦU

Tinh dầu thiên nhiên hiện nay là một sản phẩm khá thông dụng trên thị trường Nó đượcứng dụng tương đối phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, y học, mỹphẩm và một số lĩnh vực khác…

Hiện nay, có nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu từ thực vật, trong đó có phươngpháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu xuất thu hồi tinh dầutương đối cao Tinh dầu Citrus được sử dụng phổ biến do nó có mùi thơm dễ chịu, có tácdụng 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 đểđánh giá chất lượng và khả năng ứng dụng làm hương liệu của nó

1

Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG

Trong cuộc sống hàng ngày ta thường sử dụng tinh dầu thiên nhiên vào rấtnhiều 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 vaitrò không thể thay thế trong các lĩnh vực y học, dược phẩm, mỹ phẩm…và cả trongcuộc sống đời thường, nhất là trong thời đại ngày nay khi mà xu hướng sử dụng cácsản 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 nómang 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 nghiêncứu 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 NapaporThavanapong thuộc khoa Dược, Đại học Silpakorn, Thái Lan (2006) đã nghiên cứu vềtinh 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 phươngpháp 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 nước (water and steam distillation) và chưng cấy bằng hơi nước trực tiếp nước (direct steam distillation).

a) Chưng cất bằng nước (Water Distillation):

2

Nguyên li u và nước cùng cho vào m t thiếtệu và nước cùng cho vào một thiết ột 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

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 hi u suất thấp, chất lượngệu và nước cùng cho vào một thiết

tinh dầu không cao do nguyên li u tiếp xúc trựcệu và nước cùng cho vào một thiết

tiếp với thiết bị nên dễ bị cháy khét, khó điều

chỉnh các thông số kỹ thu t như tốc đ và nhi tật như tốc độ và nhiệt ột thiết ệu và nước cùng cho vào một thiết

đ chưng cất.ột thiết

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 li u và nước cùng cho vào m t thiết bị nhưng cách nhau bởi m t vỉ nồi Khiệu và nước cùng cho vào một thiết ột thiết ột thiếtđun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên li u kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ.ệu và nước cùng cho vào một thiết

Để nguyên li u khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ một hay nhiều lớp bao tải tùyệu và nước cùng cho vào một thiếttheo từng loại nguyên li u Phương pháp nay phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui môệu và nước cùng cho vào một thiếttrung 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 khácvẫn chưa khắc phục được Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịuđược nhiệt độ cao

Bình hứng

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 cácthiết bị chưng cất Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn Ưu điểm củaphương pháp này là cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị chưng cất, điều kiệnlàm 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 hơiquá nhiệt để chưng cất theo yêu cầu của công nghệ Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trongđiều 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

4

Nguyên liệu

Vỉ nồiỐng ngưng tụ

Nguồn nhiệt

Van xả

nước ngưng

Van khóa

Nhiệt

Hơi nước và hơi tinh dầu

Hình 1.3 Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng

- 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 củatinh dầu có trong các mô nguyên liệu khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ Phương pháp chiếtthường dùng để tách các hương liệu dễ bay hơi mà phương pháp chưng cất tỏ ra kém hiệuquả

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 đểlạnh, khi đó phần sáp sẽ đông đặc và được tách loại, phần dịch còn lại được đem chưng cấtlôi cuốn hơi nước để thu tinh dầu tinh khiết (gọi là “absolute oil”) Đây cũng chính là hai dạngsản 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 đặctính 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 nguyênliệu

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

5

 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, khôngtạo 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 nênthấp 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 cungcấp 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

Phương pháp ướp (Enfleurage)

Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi các chất béodạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động vật) đã tinh chế Người ta dùngcác khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo để hấp phụchất thơm Các khay có thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đều nguyên liệu để tríchhương và để yên trong khoảng từ 12-72 giờ tùy từng loại nguyên liệu, sau đó thay lớpnguyên liệu mới và để hấp phụ từ 10-15 lần cuối cùng thu được chất béo có mùi thơm Đemlắc chất béo với etanol cao độ để trích ly tinh dầu, sau đó để lạnh -100C để loại bỏ hết chấtbéo bị kéo theo rồi cô đuổi etanol dưới áp suất thấp để thu tinh dầu Kỹ thuật này thuờngđược dùng để chiết hương thơm của các loài hoa để thu sản phẩm dưới dạng tinh dầu côđặc (“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 Hoađược 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

6

dầu và cho tiếp nguyên liệu mới vào Mỗi mẻ dung môi có thể dùng để chiết 10-15 lần Dầubéo đã bão hòa chất thơm được đem lắc với etanol rồi cô dưới áp suất thấp để thu đượctinh 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 cácloại máy ép trục vít vô tận hoặc cối ép dùng nêm (giống như ép các loại dầu béo) Phần thuđược là một hỗn hợp gồm tinh dầu và dịch cùi có thể dễ dàng tách bằng cách cho thêm nướcmuối 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 suấttrên 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 tinhdầu như phương pháp chưng cất hay chiết dưới sự hỗ trợ bởi vi sóng, bởi 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 quảchiết tương đối cao Do đó chúng tôi đã áp dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn bằng hơinước 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 chưađược quan tâm nhiều Quất là cây cảnh dễ trồng tại Việt Nam, như vậy việc chúng tatận dụng nguồn nguyên liệu phong phú và rẻ tiền này để chiết xuất tinh dầu sẽ manglại 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 họcNha 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”

7

Mục tiêu của đề tài chúng tôi là: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suấtchiết tinh dầu Quất để làm cơ sở khoa học cho việc sản xuất trên quy mô côngnghiệp Cụ thể là:

- Xác lập điều kiện tối ưu cho việc tách chiết tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằngphương 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 dụnglàm hương liệu

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu của việcxây dựng quy trình sản xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất trên quy mô công nghiệpcũng 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

Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn vềđiều kiện thực nghiệm và điều kiện về kinh phí nên mặc dù đã rất cố gắng song đềtài này không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo của quýthầy cô cũng như sự góp ý kiến từ các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiệnhơn

Nha Trang, ngày 18 tháng 11 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Mỹ Loan

Phan Anh quốc

8

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 dầunhẹ 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

- Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ hai lần với thiết bị GC model G3440A của hãngAgilent (Agilent, USA) ghép với detector MS/MS model Quattro microTMGC củahãng Waters (USA)

9

- 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 tạpchất và vi sinh vật có trên bề mặt nguyên liệu và để ráo nước Đối với quả thì tiến hành xácđịnh 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 xác100g/mẫu rồi cho vào túi polyetylen cột kín để hạn chế sự không khí tới mức tối đa, rồi đemnguyên 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 xác100g/mẫu Thực hiện cắt nhỏ nguyên liệu, trộn đều để đồng nhất mẫu và tiến hành các thínghiệm tiếp theo

2.2.3 Phương pháp chưng cất

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 độthấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính hóa học (sự oxy hóa, nhiệt

10

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 trongthành phần tinh dầu Dịch chưng cất sẽ được ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp (lớp tinhdầu bên trên và lớp nước ở bên dưới) trong hệ thống ngưng tụ Sự khuếch tán sẽ dễ dàngkhi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trongmột 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 mộtthời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sựkhuếch tán trở nên khó khăn(4)

Những yếu tố chính ảnh hưởng hiệu suất chưng cất tinh dầu

 Sự thủy phân

Những cấu phần este trong tinh dầu dễ bị thủy phân cho ra acide và alcol khi đun nóngtrong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất hơi nướcphải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt

 Nhiệt độ

Nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy tinh dầu Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quánhiệt (trên 1000C) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưng cất, sau khicác cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dướitác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càngngắn càng tốt

11

Tóm lại, dù 3 ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng có liênquan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán, thẩmthấu 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 cuốnhơi nước được trình bày trên hình 2.3

12

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 hiệuquả của quá trình chưng cất và nó cũng quyết định thời gian cất tối ưu

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 vớimẫu lá Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như sau:

13

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả

Xác định tỷ lệ tinh dầu thu được, chọn tỉ lệ nước bổ sung thích hợp

Tinh dầu thô

Ngưng tụ

Phân lyChưng cất (1h)

Vỏ quả đã xử lýXay

Bổ sung nước với tỉ lệ nước/cái:

Nghiên cứu thời gian chưng

cất

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 rakhoảng 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 vớimôi trường nước thúc đẩy quá trình khuếch tán của tinh dầu Sau đó, chuyển toàn bộnguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và tiến hành chưng cất hỗn hợptrong 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 nhưtrên 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 dầukém phân cực với nước Nhờ đó, tinh dầu sẽ dễ dàng bay hơi trong quá trình chưngcất

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

14 2/l

-%

Bố trí thí nghiệm xác định theo hình 2.5

Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung khi ngâm lá được bố trí tương tựnhư 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 sởkhoa học giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho các thông số hàm lượngNaCl

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 cácnồng độ biến thiên như trên, áp dụng cho từng loại mẫu Xay trong 2 phút Chuyển toàn bộnguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và chưng hỗn hợp trong 60 phútdưới 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

15

-Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung đối với mẫu vỏ quả

Vỏ đã xử lýXay

%0

Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn hàm lượng NaCl thích hợp

Tinh dầu thô

Chưng cất (1h)Ngưng tụ

Phân ly

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 trườngkhông thể thực hiện được trong giây lát mà đòi hỏi phải trong một khoảng thời gian nhấtđịnh

Thí nhiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h; 1h; 2h; 3h; 4h; 5h đốivới cả 2 mẫu Các thông số khác của quy trình được chọn: tỉ lệ nước/cái thích hợp; hàmlượng NaCl (w/v,%) thích hợp

16

-NaCl (w/v,%):

%0

17

-Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu

NL đã xử lýXay

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 10phút, 20 phút, 30 phút…thường xuyên theo dõi và cứ sau 10phút ghi lại thể tích tinh dầungưng tụ cho đến khi thấy thể tích tinh dầu thô thu được bên ống ngưng tụ không tăng đượcnữa Các thông số khác của quy trình đã được xác định từ các lô thí nghiệm trước Lặp lạinhư 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

2.2.6 Phương pháp xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu (1)

18

-Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chưng cất

- Tỷ lệ cái/nước thích hợp

- NaCl (w/v) thích hợp

Chưng cất (phút):

NL đã xử lýXayNgâm

50

Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn thời gian chưng cất thích hợp

Tinh dầu thôNgưng tụ

Phân li

2.2.6.1 Phương pháp xác định các tính chất lý- hóa cơ bản của tinh dầu

Lượng tinh dầu sau khi chưng cất và làm khan được đem xác định các chỉ số lý-hóanhư sau:

- Xác định tỷ trọng ở 25 0 C (d25): phương pháp khối lượng, dùng bình đo tỷ trọng (Phụ lục 2)

- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS) : phương pháp chuẩn

độ (Phụ lục 2)

2.2.6.2 Phương pháp định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu Quất (Phụ lục 4)

Phát hiện sự có mặt của các cấu tử có trong tinh dầu vỏ Quất và lá Quất tại Trung tâmDịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh (số 02 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1,Tp.HCM) trên thiết bị sắc ký khí – ghép khối phổ

- Việc định danh các thành phần trong tinh dầu được thực hiện bằng cách dùng phần mềmcài đặt sẵn trên máy để so sánh các phổ full-MS và MS/MS của từng cấu tử tách ra trên sắc

ký đồ với các phổ chuẩn có trong thư viện phổ

- Mức độ phù hợp giữa chất có trong mẫu nghiên cứu và chất đề nghị được tính bằng đạilượng độ tương thích Độ tương thích càng cao thì kết quả định danh càng chính xác Khi phổkhối của một chất phân tích hoàn toàn giống với phổ khối của một chất chuẩn trong thư việnthì độ tương thích là được biểu thị là 1.000 Độ tương thích đạt trên 800 được xem là chokết quả có độ tin cậy cao

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả xác định thành phần khối lượng của quả Quất

Thành phần khối lượng của quả Quất được thể hiện ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Thành phần khối lượng của quả Quất

(Phần chứa tinh dầu)

Ruột

(Phần múi Quất)Khối lượng

(g)

Tỉ lệ(%)

Khối lượng (g) Tỉ lệ

Qua kết quả trên ta thấy:

- Phần ăn được hay phần múi Quất chiếm lệ cao(khoảng 79,53) trọng lượng tươi củaquả, có độ ẩm cao(bảng PL1) nên có thể bảo quản đông để kéo dài thời gian sửdụng Ta có thể sử dụng phần này để nghiên cứu, chế biến các dạng sản phẩm có íchkhác như làm mứt quả hay bổ sung tạo các dạng sản phẩm giải khát lên men sẽ rấttốt cho sức khỏe

- Phần vỏ còn lại cũng chiếm tỉ lệ khá cao(20,47%) trọng lượng tươi của quả, làphần có chứa các túi tinh dầu có giá trị Do vậy, việc tận dụng lại nguồn vỏ này cùngvới lượng lá Quất có sẵn để chiết tinh dầu sẽ có tính khả thi cao bởi công nghệ chiếtxuất đơn giản, vốn đầu tư ban đầu thấp mang lại hiệu quả kinh tế cao lại giải quyếttốt vấn đề môi trường

3.2 Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu thích hợp

3.2.1 Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu vỏ quả thích hợp

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.1(bảng PL2)

Kết quả này cho thấy: khi thay đổi tỷ lệ nước cho vào nguyên liệu đem chưng cất thì

tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được cũng thay đổi theo

20

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/vỏ quả Quất đến thể tích và tỉ lệ khối lượng

tinh dầu quả thu được

Nhận xét và giải thích:

Dựa vào kết quả trên ta thấy khi dùng tỉ lệ nước/nguyên liệu là 2/1 thì lượng tinhdầu thu được là 1,7ml (tỉ lệ khối lượng 1,41%) Và khi tăng tỉ lệ nước /nguyên liệulên 2,5/1 thì lượng tinh dầu cũng tăng theo 2,45ml gấp 1,44 lần so với ở tỉ lệ 2/1,nếu tiếp tục tăng lên với tỉ lệ 3/1 lượng tinh dầu thu được lúc này là 2,57ml tươngứng với tỉ lệ khối lượng 2,12% so với mẫu Tuy nhiên, nếu chúng ta tiếp tục tăng tỉ lệnước ngâm lên cao nữa thì lượng tinh dầu thu được lại giảm Cụ thể như sau: khităng tỉ lệ nước ngâm lên 3,5/1 thì lượng tinh dầu thu được còn 2,46ml và nếu tăngđến tỉ lệ 4/1 còn 1,65ml (tỉ lệ khối lượng 1,36%) Do vậy, tỉ lệ nước ngâm tối ưu là3/1

3.2.2 Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu lá thích hợp

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2(bảng PL3)

1.7

1.65 1.41