Hình 3.5. Quy trình hồn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Chanh
Lá Chanh
Xay (3 phút )
Na2SO4 khan
Lắng gạn Làm khan
Thời gian chưng cất: 60 phút Nồng độ NaCl(w/v): 0% Thời gian ngâm nước: 2h
Tinh dầu thơ Phân ly Ngưng tụ
Chưng cất lơi cuốn hơi nước Ngâm
Tỷ lệ nước/nguyên liệu(v/w): 4/1 Xử lý
Thuyết minh quy trình:
1. Chuẩn bị nguyên liệu:
Sử dụng lá Chanh tươi, xanh và khơng bị sâu, hỏng. Lá đạt độ trưởng thành, khơng sử dụng những lá quá non hoặc quá già do những lá này chứa lượng tinh dầu ít. Lá Chanh sau khi chọn lựa mang rửa sạch và làm ráo để loại bỏ tạp chất, bụi bẩn và nấm mốc trên lá. Tiến hành cân chính xác 100g lá sau đĩ cắt nhỏ mẫu để tạo điều kiện cho việc xử lý ở cơng đoạn sau. Trường hợp nguyên liệu khơng cĩ sẵn mà phải trữ mẫu thì sau khi xử lý mẫu, ta đem bảo quản mẫu trong túi PE và cấp đơng để bảo quản cho tới khi sử dụng.
2. Xay
Lá Chanh sau khi cắt nhỏ ở cơng đoạn chuẩn bị nguyên liệu ta tiến hành mang xay lá để tạo điều kiện cho các cấu tử tinh dầu tách ra khỏi các tế bào trong lá. Xay nguyên liệu với nước, tỷ lệ nước/nguyên liệu 4/1 (v/w). Cho nguyên liệu vào máy xay, tiến hành xay ướt trong 3 phút sau đĩ chuyển tồn bộ nguyên liệu sau khi xay vào bình cầu của thiết bị chưng cất.
3. Ngâm
Nguyên liệu xay xong chuyển vào bình cầu của hệ thống chưng cất và tiến hành ngâm mẫu trong 2h tạo điều kiện cho các cấu tử trong tinh dầu thốt ra khỏi tế bào thuận tiện cho quá trình chưng cất. Lắp kín thiết bị để tránh thất thốt tinh dầu do trong tinh dầu cĩ chứa nhiều este dễ bay hơi, nếu khơng lắp kín thiết bị thì sẽ bị thất thốt tinh dầu ra mơi trường ngồi.
4. Chưng cất
Ngâm mẫu sau 2h ta bắt đầu tiến hành chưng cất, bộ chưng cất sử dụng là bộ chưng cất lơi cuốn hơi nước kiểu Clevenger cĩ hồi lưu nước, gia nhiệt bằng bếp điện dịng điện 220V. Thiết bị lắp kín, mở van xả nước làm mát, bật bếp điện tiến hành gia nhiệt. Hỗn hợp sơi sẽ bốc hơi nước, hơi nước đi qua ống sinh hàn, tại ống sinh hàn hơi nước sẽ được làm mát nhờ nước làm mát bên ngồi ống, hơi ngưng tụ và rơi xuống ống xiphong. Áp suất chưng cất bằng với áp suất khí quyển. Quá trình chưng cất cứ tiếp tục cho tới khi lượng tinh dầu được lơi cuốn ngưng tụ dưới ơng xiphong khơng đổi.
Hỗn hợp hơi nước được lơi cuốn bay hơi trong quá trình chưng cất được ngưng tụ tại ống sinh hàn chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng và rơi xuống ống xiphong.
6. Phận ly
Hỗn hợp thu được cĩ nước và tinh dầu, để yên hỗn hợp thu được trong ống xiphong của thiết bị, tinh dầu lá Chanh nhẹ hơn nước nên sẽ nổi lên phía trên nước phân thành 2 pha rõ rệt, pha nước ở dưới và tinh dầu ở trên. Mở van xả phía dưới ống xiphong để xả hết pha nước ở dưới, đến khi cịn tinh dầu trong ống thì lấy bình hứng tinh dầu để thu hồi tinh dầu.
7. Làm khan
Tinh dầu thu được sau khi chưng cất cịn lẫn nước, nếu khơng loại nước ra khỏi tinh dầu thì tinh dầu sẽ bị hư hỏng do trong tinh dầu chứa nhiều hợp chất phân cực dễ bị oxi hĩa. Loại nước trong tinh dầu bằng muối NaSO4 do muối này cĩ tính hút nước. Tùy vào lượng nước cịn lại trong tinh dầu mà sử dụng lượng muối làm khan khác nhau. Cho NaSO4 vào bình chứa tinh dầu thơ, lắc đều và quan sát tới khi thấy các tinh thể muối NaSO4 bắt đầu rời ra là được.
8. Lắng gạn – thu tinh dầu
Sau khi làm khan tiến hành lắng gạn tinh dầu, để lắng hỗn hợp sau đĩ chuyển phần tinh dầu đã được làm khan vào lọ sẫm màu, đậy kín và mang đi bảo quản ở 2OC – 4OC.
3.6. Kết quả xác định hàm lƣợng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh Bảng 3.1. Kết quả xác định hàm lƣợng ẩm trong lá Chanh
Mẫu Thí nghiệm Cốc trước khi sấy G1(g) Cốc sau khi sấy G2(g) Độ ẩm (%) Độ ẩm trung bình(%) Lá Chanh 1 31,9919 30,6318 68 68,1 2 31,8096 30,4465 68,16 3 31,9021 30,5392 68,14
Độ ẩm trung bình trong lá Chanh từ kết quả thí nghiệm thu được là 68,1%. Kết quả này cho thấy hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Chanh tuy khơng quá cao
nhưng cũng chứa khá nhiều nước. Hàm ẩm xấp xỉ 70% so với hàm ẩm của lá Quất là 60,8% [7] thì hàm ẩm của lá Chanh cao hơn 7,3%. Với giá trị hàm ẩm 68,1% trong quá trình chưng cất cần thiết phải bổ sung nhiều nước để tăng khả năng thẩm thấu của nước vào các mơ nguyên liệu, phá hủy hệ keo và lơi cuốn các thành phần hữu cơ trong tinh dầu lá Chanh. So với nguyên liệu lá Quất thì lá Chanh sử dụng lượng nước thấp hơn được giải thích một phần do hàm ẩm của lá Chanh cao hơn lá Quất, cụ thể lượng nước sử dụng trong quy trình chưng cất lơi cuốn tinh dầu lá Chanh là 4/1 trong khi lá Quất là 6/1 [7].
3.7. Kết quả xác định tỷ lệ khối lƣợng tinh dầu
Bảng 3.2. Tỷ lệ khối lƣợng tinh dầu tách chiết từ lá Chanh
Thí nghiệm
Khối lượng nguyên liệu tươi
(g) Thể tích tinh dầu (ml) Tỷ lệ khối lượng tinh dầu (%(w/w)) 1 100,00 0,52 0,45 2 100,00 0,51 0,45 3 100,01 0,52 0,45 Trung bình 100,00 0,52 0,45
Chưng cất tinh dầu theo phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước theo các thơng số tối ưu đã khảo sát. Kết quả thu được cho thấy hiệu suất tách chiết tinh dầu lá Chanh là 0,45% (w/w) tính theo nguyên liệu tươi. Hiệu suất tách tinh dầu của lá Quất là 0,67% (w/w) [7], hiệu suất tách tinh dầu của vỏ Quất là 2,6% (w/w) [4], hiệu suất tách tinh dầu của vỏ Bưởi Năm Roi là 1,25 % (w/w) [6]. So với hiệu suất tách chiết tinh dầu của một số nguyên liệu thuộc họ Citrus thì hiệu suất tách tinh dầu lá Chanh trong nghiên cứu này nhìn chung khơng cao.
3.8. Kết quả đánh giá tính chất cảm quan và xác định các chỉ số hĩa lý của sản phẩm 3.8.1. Tính chất cảm quan của sản phẩm 3.8.1. Tính chất cảm quan của sản phẩm
Sản phẩm tinh dầu lá Chanh thu được sau khi chưng cất đem tiến hành đánh giá cảm quan, kết quả đánh giá cảm quan thu được trong bảng sau:
Bảng 3.3. Bảng mơ tả tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh
Chỉ tiêu
Tính chất cảm quan
Độ trong Màu sắc Mùi Vị
Kết quả Trong suốt Màu vàng nhạt
Mùi thơm đặc trưng của tinh dầu lá Chanh
Cĩ vị đắng
3.8.2. Kết quả xác định các chỉ số hĩa - lý của sản phẩm
Các chỉ số hĩa lý của sản phẩm được thể hiện ở bảng 3.4 (xem các bảng PL 4.1, bảng PL 4.2, bảng PL 4.3, bảng PL 4.4)
Bảng 3.4. Kết quả xác định các chỉ số hĩa lý của tinh dầu lá Chanh Sản phẩm Tỷ trọng (d25) Chỉ số axit (IA) Chỉ số xà phịng hĩa (IS) Chỉ số este (IE) Tinh dầu lá Chanh 0,8731 4,72 47,19 42,47
Giá trị tỷ trọng của tinh dầu lá Chanh ở 25OC là 0,8731 nhỏ hơn 1 tức tinh dầu lá Chanh nhẹ hơn nước nên cĩ thể tách chiết tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước, đồng thời giá giá trị tỷ trọng xấp xỉ 0,9 chứng tỏ tinh dầu nhẹ hơn nước khơng nhiều, điều này giải thích một phần tại sao tinh dầu lá Chanh thu được bằng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước ít do nĩ nặng gần bằng nước nên một phần các cấu tử tinh dầu bị thất thốt do tan vào trong nước.
Chỉ số axit của tinh dầu lá Chanh là 4,72 chỉ số này khá thấp nên tinh dầu lá Chanh cĩ tính chất bền, khĩ bị nhựa hĩa hoặc biến chất. Chỉ số xà phịng hĩa (IE = 47,19) và chỉ số este (IS = 42,47) của tinh dầu lá Chanh khá cao (so với một số loại
tinh dầu thuộc họ Citrus) chứng tỏ trong thành phần tinh dầu lá Chanh cĩ chứa nhiều các hợp chất dễ bay hơi và sơi ở nhiệt độ thấp, khi chưng cất tinh dầu dễ bị thất thốt do các hợp chất này bay hơi và phân hủy thành các sản phẩm phụ, điều này giải thích tại sao tinh dầu lá Chanh thu được sau khi chưng cất ít và trong quy trình khơng sử dụng muối để chưng cất do nếu cĩ muối thì nhiệt độ sơi của hỗn hợp sẽ tăng cao, sự thất thốt các cấu tử tinh dầu sẽ nhiều hơn.
3.9. Kết quả xác định thành phần hĩa học của tinh dầu
Thành phần hĩa học của tinh dầu lá Chanh được xác định bằng phương pháp sắc kí khí, ghép phối phổ GC/MS. Kết quả phân tích mẫu tinh dầu được thể hiện trọng bảng 3.5. Phổ MS và cơng thức hĩa học của một số cấu tử chính trong tinh dầu lá Chanh (phụ lục 7).
Bảng 3.5. Kết quả phân tích GC/MS của tinh dầu lá Chanh
STT Tên % 1 D-Limonene 18,98 2 β-Linalool 0,92 3 R-(+)-Citronellal 0,44 4 2-(4-methyl-3-cyclohexen-1-yl)-2-Propanol 0,16 5 Cis-Geraniol 16,18 6 Tran-Geraniol 18,64 7 β-Citral 13,97 8 α-Citral 26,72 9 Caryophyllene 3,99 100
- Từ kết quả phân tích thành phần tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp sắc kí khí, ghép phối phổ GC/MS cho thấy: trong thành phần tinh dầu lá Chanh chứa 9 cấu tử và đều thuộc nhĩm terpen và dẫn xuất của terpen, chiếm thành phần nhiều nhất là Citral sau đĩ tới Geraninol và Limonene, chiếm lượng ít hơn là một số cấu tử cịn lại. Cụ thể:
D-Limonene, β-Linalool, R-(+)-Citronellal, Cis-Geraniol, α-Citral, β-Citral, Tran-Geraniol đều thuộc nhĩm monoterpenoid: chứa một nhĩm terpen trong cấu tạo của chúng tức n = 1 trong cơng thức (C10H16)n. Trong đĩ Cis-Geraniol, Tran- Geraniol, β-Linalool cĩ bản chất là rượu và R-(+)-Citronellal, α-Citral, β-Citral là những chất cĩ chứa oxi.
2-(4-methyl-3-cyclohexen-1-yl)-2-Propanol, Caryophyllene thuộc nhĩm
sesquiterpene trong đĩ 2-(4-methyl-3-cyclohexen-1-yl)-2-Propanol cĩ bản chất là rượu. Như vậy trong thành phần hĩa học của tinh dầu lá Chanh chứa các hợp chất terpen, là những hợp chất phân cực đồng thời chiếm một thành phần lớn cĩ bản chất của rượu, những hợp chất này dễ tan trong nước, dễ bị bay hơi và thủy phân ở nhiệt độ cao, dễ tổn thất lượng tinh dầu trong quá trình chưng cất. Điều này giải thích tại sao trong quá trình chưng cất lơi cuốn hơi nước tinh dầu ta sử dụng lượng nước chưng cất với tỷ lệ 4/1 và khơng sử dụng muối đồng thời thời gian chưng cất ngắn (60 phút) và thể tích tinh dầu lá Chanh thu được sau khi tách mẫu đạt tối đa 0,52ml tinh dầu/100g mẫu. So với mẫu cùng áp dụng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước để thu tinh dầu như lá Quất thể tích tinh dầu thu được là 0,71ml tinh dầu/100g [7], mẫu vỏ Quất thể tích tinh dầu thu được là 3,14 ml/100g mẫu [4], mẫu vỏ Bưởi Năm Roi thể tích tinh dầu thu được là 1,49ml tinh dầu/100g mẫu [6] thì thể tích tinh dầu của lá Chanh thu được trong quy trình chưng cất tối ưu khơng cao. Sự khác biệt này là do đặc điểm riêng của từng loại nguyên liệu: lượng và thành phần cấu tử tinh dầu trong các loại nguyên liệu khác nhau.
Từ kết quả phân tích trên ta thấy cần phải tiến hành thử nghiệm chiết rút tinh dầu lá Chanh bằng nhiều phương pháp khác nhau và đánh giá hiệu suất thu được để
cĩ sự đánh giá chính xác hơn về thành phần, đặc tính của tinh dầu lá Chanh cũng như tìm được phương pháp tách chiết tinh dầu lá Chanh tối ưu nhất.
3.10. Tính tốn sơ bộ chi phí nguyên vật liệu
Bảng 3.6. Ƣớc tính chi phí nguyên vật liệu để tách tinh dầu từ 10kg lá Chanh trong phịng thí nghiệm STT Nguyên vật liệu Lƣợng sử dụng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Lá Chanh 10kg 20.000 200.000 2 Nước cất 0,5m3 6.000 3.000 3 Nước máy 2m3 3.000 6.000
4 NaSO4 cơng nghiệp 0,5kg 95.000 47.500
5 Lọ sẫm màu 5 chiếc 3.000 15.000
Tổng cộng 271.500
Lượng tinh dầu tách chiết được từ 10kg lá Chanh là 52ml vậy để sản xuất 10ml tinh dầu lá Chanh thì chi phí ước tính là:
(271,500/52)*10 = 52.221 (VNĐ)
Với giá 53.000 VNĐ ước tính chi phí cho sản xuất 10 ml tinh dầu lá Chanh thì giá thành này tương đối hợp lý, thấp hơn so với giá bán tinh dầu lá Chanh trên thị trường hiện nay (giá bán tinh dầu lá Chanh hiện nay trên thị trường từ 90.000 VNĐ đến 110.000 VNĐ).
Tuy nhiên chi phí này chưa phải là rẻ, để đưa quy trình vào sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp ta cần hạ thấp giá thành sản xuất, muốn hạ giá thành cần hạ thấp giá của nguyên liệu mua vào, tiết kiệm nước sử dụng và tìm cách thu hồi NaSO4 trong quá trình làm khan, hồn lưu nước làm mát ống sinh hàn trong quá trình chưng cất để tiết kiệm chi phí.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
a. Các điều kiện thích hợp để tách chiết tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước như sau:
- Tỷ lệ nước/nguyên liệu: 4/1 (v/w) - Nồng độ muối NaCl: 0 %
- Thời gian ngâm mẫu: 2h - Thời gian chưng cất: 60 phút
- Tỷ lệ khối lượng tinh dầu lá Chanh tách chiết được là 0,45%(w/w)
b. Tính chất cảm quan của tinh dầu lá Chanh: trong suốt, màu vàng nhạt, cĩ vị đắng, cĩ mùi thơm đặc trưng của tinh dầu lá Chanh.
c. Các chỉ số vật lý và hĩa học của tinh dầu lá Chanh: - Tỷ trọng: 0,8731
- Chỉ số axit (IA): 4,72
- Chỉ số xà phịng hĩa (IE): 42,47 - Chỉ số este (IS): 47,19
d. Xác định thành phần các cấu tử trong tinh dầu lá Chanh bằng phương pháp sắc kí ghép phối phổ (GC-MS) xác định được trong tinh dầu lá Chanh chứa 9 cấu tử trong tinh dầu lá Chanh và các cấu tử đều thuộc nhĩm terpen và dẫn xuất của chúng (terpenoid).
2. Kiến nghị
1/ Tiếp tục nghiên cứu tách chiết tinh dầu lá Chanh bằng các phương pháp khác nhau, các phương pháp mới hiên đại hơn như phương pháp chiết bằng CO2 tới hạn, kết hợp vi sĩng…hoặc tách chiết bằng dung mơi hữu cơ để tìm ra phương pháp tối ưu nhất, cho hiệu suất thu hồi tinh dầu lá Chanh cao hơn phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước.
2/ Nghiên cứu các hoạt tính sinh học của tinh dầu để tăng khả năng ứng dụng của tinh dầu lá Chanh trong các lĩnh vực: y học, dược phẩm, mĩ phẩm..và nhất là trong ngành thực phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1. Phan Thị Trân Châu, Nguyễn Thị Hiên, Phùng Gia Tường (1997), “Thực hành hĩa sinh học”, NXB Giáo Dục.
2. Nguyễn Minh Hồng (2006), “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ Rutaceae”, khoa Cơng nghệ Sinh học, Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh.
3. Nguyễn Thị Lý, Lê Thị Đề Oanh, Phan Thị Bảo Vy, Huỳnh Mai Thảo, “Tách tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus japonica Thumb.)”, Hội nghị khoa học và cơngnghệ lần 9, Khoa cơng nghệ hĩa học-Đại học Bách Khoa TP. HCM.
4. Phạm Thị Mỹ Loan (2012), “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả Quất”, Khoa Cơng Nghệ Thực Phẩm, Đại học Nha Trang.
5. Nguyễn Văn Minh, “Các phương pháp sản xuất tinh dầu”, Báo điện tử http://www.ioop.org.vn/vn/ - Viện nghiên cứu dầu và cây cĩ dầu - Bản tin khoa học cơng nghệ.
6. Nguyễn Đắc Phát (2010), “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi
(Citrus grandis (L.) Osbeck var. grandis) bằng phương pháp chưng cất lơi cuốn hơi nước”, Khoa Chế Biến, Đại học Nha Trang.
7. Phan Anh Quốc (2012), “Nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá Quất”, Khoa Cơng Nghệ Thực Phẩm, Đại học Nha Trang.
8. Nguyễn Thị Thảo Trân (2007),“Khảo sát tinh dầu của bộ phận cây Chanh ta Citrus aurantifolia (Christm.) Swingle họ Rutaceae”, Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh.
9. Nguyễn Thị Thảo Trân, Trịnh Hồng Hiếu, Lê Ngọc Thạch, “Khảo sát tinh dầu vỏ trái và lá tắc”(Fortunella japonica, Thumb), Tạp chí phát triển KH&CN, Tập