2.3.3.1 Nguyên tắc chung.
Phương pháp lôi cuốn tinh dầu bằng hơi nước dựa trên nguyên lý của quá trình chưng cất một hỗn hợp không tan lẫn vào nhau là nước và tinh dầu. Khi hỗn hợp này được gia nhiệt, hai chất này dều bay hơi. Nếu áp suất của nước cộng với áp suất của tinh dầu bằng với áp suất của môi trường, thì tinh dầu sẽ được lấy ra cùng với hơi nước. Khi làm lạnh đột ngột thì hỗn hợp này sẽ ngưng tụ ở thể lỏng. Phần lớn các loại tinh dầu đều có tỉ trọng nhỏ và nhẹ hơn nước nên chúng sẽ nổi lên trên bề mặt nước. Từ đó ta có thể dễ dàng tách tinh dầu ra khỏi nước bằng phương pháp trích ly [3].
Phương pháp này có ưu điểm về năng lượng do nhiệt độ sôi của hỗn hợp thấp hơn nhiệt độ sôi của nước (1000C) trong khi nhiệt độ sôi của tinh dầu lớn hơn 1000C ở áp suất khí quyển. Ví dụ, khi chưng cất lôi cuốn tinh dầu thông bằng hơi nước ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của dầu thông là 1580C nhưng nhiệt độ sôi của hỗn hợp khoảng 950
Chưng cất lôi cuốn hơi nước không đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, nhưng có khả năng cất gần như triệt để tinh dầu có trong nguyên liệu. Ngoài ra, phương pháp còn cho phép phân ly các cấu tử có trong tinh dầu thành những phần riêng biệt có độ tinh khiết cao hơn dựa vào sự khác biệt về tính chất bay hơi [3].
2.3.3.2. Các phương pháp chưng cất tinh dầu
Chưng cất trực tiếp với nước: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một
thiết bị. Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn theo tinh dầu, ngưng tụ hơi 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 còn một vài 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 [11].
Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng: 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 1 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 trên, 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 [11].
Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng: Phương pháp này phù hợp
với những cơ sở sản xuất lớn, hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào các thiết bị chưng cất.
Phương pháp này 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 nếu theo yêu cầu của công nghệ thì có thể dùng hơi quá nhiệt, hơi có áp suất cao để chưng cất. 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 [11].
2.3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng chính trong quá trình chưng cất.
* Sự khuếch tán: 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. Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu. Ở nhiệtđộ nước sôi, một phần tinh dầu 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 đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục 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. Đồng thời những hợp chất nào dễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước [11].
Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong chưng cất phải sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh để nguyên liệu bị khô. Nhưng nếu lượng nước sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần dễ tan trong nước. Nguyên liệu được làm vỡ vụn càng nhiều càng tốt, cần cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định nào đó để hơi nước có thể đi vào lớp này đồng đều và dễ dàng hơn [11].
* Sự thủy giải: Những cấu phần este trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải
hạn chế hiện tượng này, sự chưng cất lôi cuốn hơi nước phải thực hiện trong thời gian càng ngắn càng tốt [11].
* Nhiệt độ: Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi tiến hành chưng cất phải điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp với từng giai đoạn. Sau khi cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết có thể dùng hơi nước quá nhiệt (trên 1000
C) để chưng cất (nên thực hiện việc này ở giai đoạn cuối cùng của chưng cất). Tuy nhiên, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên ta phải hạn chế thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu. Các yếu tố trên đều có mối liên hệ lẫn nhau khi tăng nhiệt độ thì sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước cũng sẽ tăng nhưng sự phân hủy tinh dầu cũng sẽ tăng theo [11].