Do tinh dầu tía tô nhẹ hơn nước nên trong quy mô phòng thí nghiệm ta có thể sử dụng bộ dụng cụ thủy tinh Clevender với loại ống hứng tinh dầu nhẹ để chưng cất, xác định hàm lượng tinh dầu.
Hình 2.2. Bộ chưng cất Clevender cho tinh dầu nhẹ hơn nước
Trong công nghệ chưng cất tinh dầu, các thiết bị chưng thường có các dạng sau:
Hình 2.3. Các thiết bị chưng cất thường gặp
Loại I : Nguyên liệu được phân bố đều, hơi ra tập trung nhưng khó cho nguyên liệu vào.
Loại II: Không phổ biến, thường dùng để chưng cất hoa hồng (do tạo bọt nên phải có chiều cao), nguyên liệu cho vào dễ dàng.
Loại III: Tiện lợi khi chưng cất với nước vì diện tích sôi lớn nhưng năng suất không lớn lắm.
Loại IV: Dùng phổ biến nhất, có khả năng nâng cao năng suất thiết bị bằng cách kéo dài thiết bị, mở rộng dung tích dễ dàng.
Thiết bị phân ly dùng để phân ly tinh dầu và nước thành từng lớp riêng biệt. Tùy thuộc vào khối lượng riêng của tinh dầu lớn hay nhỏ hơn so với nước mà tinh dầu sẽ được lấy ra ở phần trên hay phần dưới của thiết bị phân ly. Người ta thường dùng các thiết bị phân ly như sau:
Hình 2.4. Thiết bị phân ly
I: TBPL tinh dầu nhẹ hơn nước II: TBPL tinh dầu nặng hơn nước III: TBPL có nhiều ngăn.
PHẦN THỨ BA
ĐỐI TƯỢNG – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị
3.1.1. Nguyên liệu
Lá tía tô thu hái tại Vân Nội - Đông Anh và Đông Dư - Gia Lâm - Hà Nội trong thời gian từ tháng 2 tới hết tháng 5 năm 2013 với giá 34000 đồng/kg.
Lá được thu hái khi cây chuẩn bị ra hoa (bắt đầu xuất hiện nhưng chồi hoa đầu tiên) và khi cây ra hoa rộ. Nguyên liệu sử dụng phải có chất lượng đồng đều, tươi, không bị sâu bệnh. Lá tía tô nguyên liệu phải được thu hái trong điều kiện khô ráo để đảm bảo sự đồng đều trong các mẫu khảo sát.
3.1.2. Hóa Chất
- Cồn thực phẩm (C2H5OH) 96% và 99,5%
- Etyl acetate (C3H8O2) 99,5%
- Toluen (C6H5CH3) 99%
- Natri sulphat khan (Na2SO4) 10%
- Axit Clohydric (HCl) 25% và 6N
- Natri hydroxit (NaOH) 10%
- Kali sulphat (K2SO4)
- Đồng sulphat (Cu SO4)
- Axit axetic (CH3COOH) băng(99,5%), 10%
- Axit nitric (HNO3)
- Kali hydroxit (KOH) 0,1 và 0,5 N trong etanol
- Axit sunfuric 0,5 N và 0,01N
- Etanol 95%
- Phenol phtalein 2% trong etanol
- Sunfocromic (hòa tan 60 g kalibicromat trong 100 ml H2SO4 đậm đặc)
- HClO4
- Nước, nước cất -NaCl
-Bộ chưng cất tinh dầu nhẹ Clevender gồm cả bếp điện - Sàng có đường kính lỗ 2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm
- Bộ chưng cất tinh dầu thực nghiệm cỡ nhỏ, dung tích bình cất 10L - Bộ trích ly soxlet
- Máy nghiền, máy xay STRAUME – USSR - Bộ xác định hàm ẩm
- Thiết bị cô quay Buchi B - 480 - Tủ hút KOTTERMANN – Germany
- Tủ sấy tự động khống chế nhiệt độ Memmerr Model 500 D06061 - Máy cất đạm Microkendan, bình kendan
- Cân kỹ thuật, cân phân tích, bình hút ẩm
- Bình cầu các loại gắn với sinh hàn hồi lưu hoặc sinh hàn khí - Bình đựng mẫu có nút mài các loại
- Phễu triết, phễu lọc, cốc đong, ống đong và bình tam giác các loại - Ống nghiệm các loại
- Bình tỉ trọng
- Khúc xạ kế kiểu Anbe
- Pipet, buret, giấy lọc, nhiệt kế các loại - Bình định mức 250 ml, 500 ml
3.2. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích, đánh giá chất lượng và lựa chọn nguyên liệu lá tía tô.
- Nghiên cứu thời gian lưu trữ và xử lý nguyên liệu trước khi chưng cất. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chưng cất tinh dầu từ lá tía tô.
- Phân tích và đánh giá chất lượng sản phẩm của đề tài. - Đề xuất quy trình công nghệ chưng cất tinh dầu lá tía tô.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Mỗi thí nghiệm được tiến hành 3 lần lặp lại trong cùng một điều kiện công nghệ, sau đó lấy giá trị trung bình.
Quy trình thực hiện đề tài nghiên cứu:
Sơ đồ 3.1. Sơ đồ khối các bước tiến hành đề tài nghiên cứu
3.3.1. Nghiên cứu, đánh giá chất lượng và lựa chọn nguyên liệu
Nghiên cứu, đánh giá chất lượng và lựa chọn nguyên
liệu
Xác định chế độ xử lý nguyên liệu
Xác định chế độ chưng cất thích hợp
Phân tích, đánh giá chất lượng sản phẩm
Đề xuất quy trình công nghệ chưng cất tinh dầu lá tía tô
Nguyên liệu
Xác định thành phần hóa học
Thời gian lưu trữ tối đa
Áp suất hơi
Tỷ lệ khối lượng nguyên liệu/ thể tích thiết bị
Tốc độ chưng cất
Thời gian chưng cất Chỉ tiêu hóa lý Thành phần hóa học Độ mịn nguyên liệu
Nhiệt độ nước ngưng Xác định thành phần cơ lý
Để lựa chọn nguyên liệu thích hợp nhất cho mục đích khai thác tinh dầu, chúng tôi tiến hành phân tích các thành phần chính của 2 loại tía tô thu hái tại 2 địa điểm là: xã Đông Dư - Gia Lâm - Hà Nội và xã Vân Nội - Đông Anh - Hà Nội. Ở mỗi địa điểm, chúng tôi lấy 2 mẫu lá: chuẩn bị ra hoa (bắt đầu xuất hiện những chồi hoa đầu tiên) và mẫu ra hoa rộ.
3.3.1.1. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu, lựa chọn nguyên liệu. a, Xác định độ ẩm của nguyên liệu bằng phương pháp chưng cất với toluen
Cân chính xác 10 g nguyên liệu đã được cắt nhỏ và đong 150 ml toluen đã được làm khô (sao cho ngập nguyên liệu), rồi cho vào bình cầu có dung tích 500 ml. Lắp dụng cụ xác định thủy phần cùng với sinh hàn hồi lưu. Đun hỗn hợp trong bình đến nhiệt độ sôi cho tới khi không nhìn thấy nước ra ở dụng cụ xác định thủy phần (thời gian khoảng 2h). Đọc thể tích nước thu được ở dụng cụ đo. Hàm lượng nước có trong nguyên liệu được xác định bởi công thức sau:
W = V d. .100%
m
Trong đó: W: Độ ẩm của nguyên liệu, % m: Khối lượng nguyên liệu, g
V: Thể tích nước thu được ở dụng cụ đo, ml d: Tỷ trọng của nước, g/ml (lấy d = 1 g/ml)
Chú ý: - Dụng cụ thí nghiệm phải đảm bảo được sấy khô hoàn toàn.
- Nước làm mát phải luôn luôn đảm bảo (quan sát nếu thấy hơi ngưng tụ ở quả cầu ngưng thứ 3 trở đi thì phải tăng vận tốc dòng nước làm mát hoặc giảm nhiệt độ bếp đun hoặc cả hai).
b, Xác định hàm lượng tinh dầu lá tía tô
Cân chính xác 200 g nguyên liệu đã được cắt nhỏ và đong 1200 ml (sao cho nguyên liệu ngập toàn bộ trong nước), cho vào bình cầu 2000 ml rồi đem chưng cất tinh dầu theo phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước bằng bộ xác định hàm lượng tinh dầu nhẹ Clevender. Quá trình kết thúc khi lượng tinh dầu trong ống thu nhận không tăng lên. Để đảm bảo tinh dầu trong nguyên liệu
được ly trích triệt để, chúng tôi tiến hành chưng cất trong thời gian 4,5h. Tinh dầu thô thu được còn lẫn nước được chiết bằng ethyl acetate, làm khan bằng
Na2SO4 sau đó đem cô quay để đuổi dung môi, thu được tinh dầu nguyên chất.
Hàm lượng tinh dầu có trong nguyên liệu được xác định theo công thức: X1 = %
Trong đó: X1: Hàm lượng tinh dầu tính theo chất khô trong nguyên liệu, %
m2: Khối lượng tinh dầu thu được, g
m1: Khối lượng nguyên liệu, g
W: Độ ẩm của nguyên liệu, %
c, Xác định hàm lượng protein trong lá tía tô bằng phương pháp Kjeldahl
Tham khảo giáo trình “Thực tập hóa sinh” của trường Đại học Nông
nghiệp Hà Nội (Ngô Xuân Mạnh và cộng sự, 2001).Trong thí nghiệm này,
chúng tôi lấy hệ số protein của lá tía tô bằng với hệ số protein thực vật (5,95).
d, Xác định hàm lượng xenluloza trong lá tía tô theo phương pháp thủy phân bằng acid mạnh
Tham khảo giáo trình “Thí nghiệm hóa sinh công nghiệp”, trường Đại học Bách khoa Hà Nội (Đặng Thị Thu và cộng sự, 1997).
e, Xác định hàm lượng lipit trong lá tía tô bằng thiết bị Soxhlet
Tham khảo giáo trình “Thực tập hóa sinh” của trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội (Ngô Xuân Mạnh và cộng sự, 2001).
Dựa trên hàm lượng tinh dầu và các thành phần chính trong nguyên liệu (protein, lipit, xenluloza) để đánh giá, lựa chọn nguyên liệu phù hợp nhất cho việc khai thác tinh dầu.
3.3.1.2. Xác định thành phần cơ lý của nguyên liệu
Việc xác định các thành phần cơ lý và sự phân bố tinh dầu trong các phần của nguyên liệu lá tía tô sẽ giúp ta xác định các phần có giá trị cao từ đó đề ra phương án xử lý nguyên liệu trước khi chưng cất.
Nguyên liệu lá tía tô thu mua bao gồm: lá và cành. Phần cành chứa hàm lượng tinh dầu rất nhỏ (0,05% theo chất khô) (đã trình bày trong phần 2.2), lại
khá cồng kềnh nên sẽ được loại bỏ. Phần lá nguyên được tách phiến lá và cuống lá riêng để tiến hành cân và xác định hàm lượng tinh dầu trong mỗi bộ phận. Khối lượng mẫu lá sử dụng là 200 g lá còn nguyên cuống.
3.3.2. Nghiên cứu quy trình công nghệ chưng cất tinh dầu lá tía tô
Để lựa chọn các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình chưng cất tinh dầu lá tía tô, chúng tôi tiến hành thí nghiệm trên bộ thiết bị chưng cất tinh dầu thực nghiệm cỡ nhỏ có nồi hơi riêng dung tích bình cất 10 lít tại xưởng thực nghiệm Hương Liệu và PGTP, Viện Công nghiệp thực phẩm.
Các bước tiến hành trong quá trình chưng cất: Nguyên liệu xử lý nguyên liệu (nghiền nhỏ) chưng cất phân ly tinh chế tinh dầu thành phẩm.
3.3.2.1. Nghiên cứu chế độ xử lý nguyên liệu trước khi chưng cất
Nguyên liệu lá tía tô trước khi chưng cất cần được xử lý để làm tăng quá trình tách và thoát tinh dầu ra khỏi bề mặt nguyên liệu. Ở đây, chúng tôi khảo sát về ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu, thời gian lưu trữ đến hiệu suất thu nhận và chất lượng tinh dầu.
Dựa vào hiệu suất thu nhận, chất lượng tinh dầu và hiệu quả kinh tế để lựa chọn độ mịn nguyên liệu thích hợp nhất và xác định thời gian lưu trữ tối đa.
3.3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chưng cất
Để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình chưng cất tinh dầu lá tía tô chúng tôi dựa trên nguyên tắc: Khi nghiên cứu ảnh hưởng của một yếu tố nhất định thì các thí nghiệm đều được tiến hành ở cùng các điều kiện công nghệ (trừ yếu tố công nghệ đang được khảo sát). Sau khi chọn được giá trị thích hợp của các yếu tố đã nghiên cứu thì giá trị đó sẽ được cố định trong các thí nghiệm tiếp theo để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố còn lại.
Các yếu tố công nghệ được khảo sát là: áp suất hơi, tỷ lệ nguyên liệu/thể tích thiết bị, tốc độ chưng cất, nhiệt độ nước ngưng, thời gian chưng cất.
Việc lựa chọn các giá trị thích hợp của các yếu tố công nghệ dựa vào hiệu suất thu nhận tinh dầu, chất lượng tinh dầu và hiệu quả kinh tế.
X2 = Trong đó:
X2: Hiệu suất thu nhận tinh dầu tính theo lượng tinh dầu có trong nguyên liệu
X1: Hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu theo chất khô, %
m1: Khối lượng nguyên liệu, g
m2: Khối lượng tinh dầu thu nhận, g
W: Độ ẩm của nguyên liệu, %
3.3.3. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm
3.3.3.1. Xác định các chỉ tiêu hóa lý cơ bản của sản phẩm
a, Đánh giá cảm quan tinh dầu theo TCVN 8460:2010
- Xác định độ trong và màu sắc: Dùng ống hút lấy 20 ml mẫu cho vào ống
nghiệm khô, sạch, trong suốt. Dùng mắt quan sát độ trong và màu sắc của tinh dầu.
- Xác định vị: Cân khoảng 1 g đường kính cho vào chén thử khô, sạch.
Nhỏ vài giọt nước tinh dầu vào chén, trộn đều, dùng lưỡi xác định vị của hỗn hợp đó.
- Xác định mùi: Nhỏ vài giọt tinh dầu lên giấy thấm khô, sạch. Dùng mũi
xác định mùi của tinh dầu, cứ 15 phút xác định một lần, khoảng 4 - 5 lần.
b, Xác định chỉ số khúc xạ của tinh dầu theo TCVN 8445:2010
Chỉ số khúc xạ được xác định theo phương pháp đo góc giới hạn bằng khúc xạ
kế kiểu Abbe ở 20oC bằng cách cho dòng nước chảy qua máy để duy trì máy ở 20oC.
Đầu tiên điều chỉnh máy nhằm triệt tiêu hiện tượng tán sắc ánh sáng để có thể thấy rõ ranh giới giữa miền sáng, tối của thị trường. Sau đó chuẩn lại để thấy rõ nét vạch chuẩn chữ thập giữa thị trường. Mở hộp lăng kính, dùng bông tẩm axeton lau kỹ lăng kính và thấm khô bằng vải mềm. Nhỏ 2 - 3 giọt tinh dầu lên mặt lăng kính mờ phía dưới và áp vào lăng kính bên trên. Khi nhiệt kế của khúc
xạ kế chỉ 20oC, nhìn vào thị kính, chỉnh hiện tượng tán sắc nếu có rồi từ từ xoay
bộ lăng kính đưa ranh giới giữa hai miền sáng và tối cắt đúng giao điểm của vạch chuẩn. Đọc chỉ số khúc xạ ở ngang vạch chuẩn. Xác định lại vị trí và đọc
chỉ số ba lần. Chỉ đọc chỉ số khúc xạ khi nhiệt độ đã ổn định. Kết quả là trung bình cộng của ba giá trị đọc được và làm trong tới số thập phân thứ tư.
Khi đo chỉ số khúc xạ của tinh dầu ở nhiệt độ khác và cần tính chuyển về chỉ số khúc xạ ở nhiệt độ nhất định, dùng công thức sau:
Nt D = Nt’ D + 0,0004.(t’ – t) Trong đó: Nt D : Chỉ số đọc được ở nhiệt độ t t : Nhiệt độ cần tính chuyển
c, Xác định tỷ trọng tinh dầu ở 200C theo TCVN 8444:2010
Tỷ trọng của tinh dầu là tỷ số của khối lượng tinh dầu ở 20oC với khối
lượng của cùng một thể tích nước cất cũng ở 20oC.
Bình tỷ trọng được rửa sạch bằng hỗn hợp sunfocromic, tráng kỹ bằng nước cất và súc lại bằng axeton hoặc etanol, làm khô bằng cách thổi vào bình
một luồng không khí khô, nóng hoặc sấy nhẹ ở 70 - 80oC tới khối lượng không
đổi. Cân khối lượng của bình và nút chính xác tới 0,0002 g.
Rót nhẹ nước cất vào bình cao hơn vạch mức một chút, tránh không tạo
bọt khi rót. Ngâm bình vào môi trường điều nhiệt đã duy trì ở 20 ± 0,5oC ngập
tới cổ lọ trong 30 phút tới khi nhiệt độ của nước trong bình đạt 20 ± 0,5oC. Dùng
các giải giấy thấm hút bớt nước trong bình tới đúng vạch mức và thấm khô các giọt nước bám ở thành trong cổ bình, lau khô cổ bình và đậy nút. Lấy bình ra khỏi môi trường điều nhiệt, lau khô và cân nhanh chính xác đến 0,0002 g. Sau đó đổ nước và làm khô bình như trên. Rót nhẹ tinh dầu vào bình chú ý không tạo bọt khi rót và tiến hành giống như làm với nước cất. Ta xác định được khối
lượng của bình và tinh dầu ở 20 ± 0,5oC.
Tỷ trọng của tinh dầu ở 20oC được tính theo công thức sau :
d 20
20 = 2 1
m – m m – m
Trong đó : m: Khối lượng bình tỷ trọng, g
m1: Khối lượng bình tỷ trọng và nước ở 20oC, g
Kết quả là trung bình cộng của hai lần xác định liên tiếp có sai lệch giá trị không lớn hơn 0,001 g và được làm tròn đến số thập phân thứ tư.
d, Xác định chỉ số axit của tinh dầu theo TCVN 8450:2010
Chỉ số axit là số mg KOH cần để trung hòa axit tự do có chứa trong 1 g tinh dầu.
Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên sự trung hòa axit tự do có trong tinh dầu bằng dung dịch kiềm chuẩn theo phản ứng :
RCOOH + KOH RCOOK + H2O
Cân 2 g tinh dầu (chính xác đến 0,005 g) vào bình cầu xà phòng hóa.
Thêm vào đó 10 ml etanol (etanol 95% thể tích ở 20oC, đã được trung hòa bằng