Nguyên lý của phương pháp trích ly: Quá trình trích ly được thực hiện dựa vào tính hoà tan tốt của tinh dầu trong các dung môi hữu cơ, đây là quá trình chuyển khối do có sự chênh lệch nồng độ nguyên liệu và dòng chảy bên ngoài (dung môi). Thực chất quá trình trích ly là quá trình ngâm chiết nhằm chuyển tinh dầu từ bên trong nguyên liệu vào dung môi nhờ quá trình khuếch tán phân tử, chuyển tinh dầu từ bề mặt nguyên liệu vào dung môi bằng khuếch tán đối lưu. Trước tiên các phần tử trích ly được dung môi thấm ướt, phần tinh dầu trên bề mặt nguyên liệu tan vào dung môi, sau đó dung môi thấm sâu vào bên trong các phần tử trích ly để tiếp tục hoà tan tinh dầu bên trong rồi khuếch tán ra bên ngoài do sự chênh lệch áp suất và nồng độ. Quá trình hoà tan tinh dầu vào dung môi diễn ra cho đến khi đạt sự cân bằng nồng độ dòng khuếch tán thì dừng lại. Trên thực tế, quá trình trích ly là quá trình khuếch tán phân tử và khuếch tán đối lưu dựa vào điều kiện chuyển khối từ công thức của định luật Fick để giải thích và tính toán (có dấu trừ theo chiều giảm nồng độ) [10].
dm = - DFdcdT dk Trong đó:
dm: Lượng vật chất chuyển khối D: Hệ số chuyển khối
F: Bề mặt khuếch tán dc/dk: Gradien nồng độ dT: Thời gian khuếch tán
Cơ sở vật lý của quá trình trích ly là dựa vào sự khác nhau về hằng số điện môi của dung môi và chất cần trích ly. Những chất có hằng số điện môi
gần nhau sẽ dễ hòa tan vào nhau. Tinh dầu có hằng số điện môi dao động từ 2 – 5 và các dung môi hữu cơ thông thường có hằng số điện môi không lớn lắm thí dụ: hexan là 1,89; étxăng là 2; benzen là 2,2. Phương pháp này có thể tiến hành ở nhiệt độ thường (khi trích ly) và có thể lấy được những thành phần quí như sáp, nhựa thơm trong nguyên liệu mà phương pháp chưng cất không thể tách được. Vì thế, chất lượng của tinh dầu sản xuất bằng phương pháp này khá cao. Qui trình chung để trích ly tinh dầu được minh hoạ trong hình 1.2
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh dầu bằng phương pháp trích ly Nguyên liệu Sơ chế Trích ly Cô đặc Tinh dầu thô
Tinh chế Xử lý DM DM thu hồi TINH DẦU Dung môi Bã
Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình trích ly:
1. Nguyên liệu
- Độ ẩm nguyên liệu: Khi độ ẩm nguyên liệu lớn thì tốn thể tích thiết bị trích ly và tốn lượng dung môi sử dụng, tổn thất tinh dầu trong quá trình cô đặc. Khi độ ẩm nguyên liệu quá thấp sẽ ảnh hưởng tới quá trình tách và thoát tinh dầu ra khỏi bề mặt nguyên liệu.
- Độ mịn nguyên liệu: Nguyên liệu nếu để nguyên ở dạng rễ thô thì hiệu suất trích ly sẽ rất thấp vì khi đó tinh dầu trong nguyên liệu rất khó tiếp xúc với dung môi. Nhưng nếu nguyên liệu được nghiền quá mịn sẽ gây bí bết cản trở sự tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi, cản trở quá trình lọc.
2. Phương pháp trích ly
Trong quá trình khai thác tinh dầu hương bài thì việc lựa chọn ra một phương pháp khai thác thích hợp là rất quan trọng. Vì nó có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu nhận tinh dầu, chất lượng tinh dầu và hiệu quả kinh tế thu được. Một số phương pháp trích ly thường được sử dụng trong công nghiệp khai thác tinh dầu là: trích ly tĩnh, trích ly động, trích ly hồi lưu, trích ly luân chuyển, trích ly bằng thiết bị soxlet. Hiện nay, có những nghiên cứu trích ly tinh dầu bằng phương pháp CO2 lỏng và CO2 siêu tới hạn cũng bắt đầu thu được những kết quả khả quan.
3. Dung môi
Trong quá trình trích ly, chất lượng tinh dầu thu được cùng với hiệu suất trích ly phụ thuộc rất lớn vào dung môi trích ly. Nhìn chung, dung môi cho quá trình trích ly tinh dầu cần đạt được những yêu cầu sau:
- Hoà tan tốt tinh dầu nhưng không hoà tan các chất, tạp chất khác có trong nguyên liệu
- Có nhiệt độ sôi thấp, tuy nhiên nếu quá thấp thì tổn thất dung môi sẽ rất lớn, trong sản xuất dễ gây hoả hoạn và rất khó làm ngưng tụ để thu hồi dung môi
- Độ nhớt của dung môi phải thấp, để không làm giảm tốc độ khuếch tán - Phải tinh khiết, không ăn mòn thiết bị, sau khi thu hồi dung môi không để lại mùi vị lạ cũng như các sản phẩm độc hại trong tinh dầu
- Không hoà tan nước, không tác dụng với nước ở bất kỳ nhiệt độ nào - Không tạo hỗn hợp nổ với không khí, khí cháy
- Có giá thành thấp và dễ mua
Nói chung, hiện nay chưa có một dung môi nào đáp ứng được đầy đủ các điều kiện như đã nêu ở trên. Vì vậy trong quá trình tiến hành, phải căn cứ vào hiệu suất và chất lượng tinh dầu thu nhận được, căn cứ vào tính kinh tế và an toàn để lựa chọn dung môi phù hợp nhất.
4. Yếu tố công nghệ
Có rất nhiều yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình trích ly nhưng theo một số tài liệu tham khảo, những yếu tố ảnh hưởng rõ rệt nhất đến hiệu suất thu nhận cũng như chất lượng tinh dầu là số lần trích ly, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi, tốc độ khuấy trộn, nhiệt độ trích ly, thời gian trích ly...
PHẦN THỨ HAI