Bảng 2.1: Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu
Thiết bị Dụng cụ
Nồi chưng cất 20L Bình tam giác
Ống sinh hàn (thủy tinh) Phễu
Bình chiết (bomex 500L) Cốc đong, ống đong Bếp ga đôi, bình ga 30kg Ống nghiệm
Máy cô quay chân không Bình định mức
Máy đo OD Giấy lọc
Máy nghiền Buret
Cân Pipet
Cùng các trang thiết bị, dụng cụ khác phục vụ nghiên cứu ở phòng thí nghiện khoa CNSH - CNTP.
2.2. Phạm vi, địa điểm và thời gian nghiên cứu
2.2.1. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu quy trình tách chiết tinh dầu và phát triển các sản phẩm từ tinh dầu quýt từ quả quýt được thu mua ở các hộ dân ở tỉnh Bắc Kạn.
2.2.2. Địa điểm nghiên cứu.
- Địa điểm: Phòng thí nghiệm của khoa CNSH – CNTP, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
2.2.3. Thời gian nghiên cứu
- Thời gian: từ 11/2020 - 6/2021.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu hoàn thiện quy trình chiết xuất và bảo quản tinh dầu
Nội dung 2: Đánh giá chất lượng của tinh dầu sau khi chiết suất.
Nội dung 3: Phát triển và hoàn thiện một số sản phẩm từ tinh dầu quýt.
2.4. Phương pháp nghiên cứu.
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
Số liệu thứ cấp được thu thập dựa trên việc tìm kiếm các tài liệu có sẵn liên quan đến vấn đề nghiên cứu, kế thừa thông tin, số liệu khoa học đã có phục vụ cho nội dung nghiên cứu của đề tài: các văn bản pháp luật liên quan đến tách chiết tinh dầu quýt, đánh giá chất lượng tinh dầu trên các tài liệu khoa học, trên sách báo, tạp chí, tài liệu trên mạng Internet,... liên quan đến các công trình tách chiết tinh dầu quýt đã có trên thế giới và Việt Nam. Từ đó phát triển và cải tiến các quy trình tách chiết đó.
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu
- Mẫu vỏ quả được lấy từ những quả tốt, đẹp, có giá trị sử dụng cao, loại bỏ những quả vỏ ủng, dập nát, quả thối hỏng để tránh làm giảm đi giá trị sử dụng của vỏ quýt, làm giảm hiệu quả của tinh dầu thu được.
2.4.3. Phương pháp chưng cất tinh dầu
Sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước không có nồi hơi riêng: - Chuẩn bị thiết bi, nguyên vật liệu:
+) Thiết bị chưng cất tinh dầu: - Nồi chưng cất: nồi và bếp ga đôi.
+) Nguyên liệu: Vỏ quýt Bắc Kạn. - Thiết kế nồi chưng cất
Đề tài chọn kiểu nồi chưng cất tinh dầu thân có dạng hình trụ, chóp hình cầu, ở giữa là cửa thoát hỗn hợp hơi khí, kiểu vòi voi. Nồi chưng cất được thiết kế với những thông số kĩ thuật như sau:
+) Chất liệu: Hợp kim nhôm.
+) Kích thước: 32cm x 35cm x 35cm. +) Size: 32cm
+) Vi ngăn: Để đỡ khối nguyên liệu, giữ cho nguyên liệu khỏi rơi xuống đáy nồi làm cháy nguyên liệu, đáy nồi, chiều dày của vi nồi 2 mm, bề mặt vi được làm bằng 2 lớp lưới inox đan xen nhau, tạo điều kiện cho hơi nước thoát lên dễ dàng. Chiều cao vi ngăn so với đáy nồi là 10cm.
+) Bộ phận làm lạnh: Là thủy tinh trung tính, không có bọt, đường kính ngoài Փ 30mm, ống ở giữa và dẫn chất lỏng ra Փ 10mm, ống dẫn khí vào Փ 20mm, ống dẫn nước làm lạnh Փ 5mm có độ rộng giáp ống chính Փ 20mm. Đảm bảo làm giảm nhiệt độ của dịch ngưng xuống khoảng 35oC. Để tiết kiệm nước làm mát được hôi lưu
2.4.4. Dự kiến quy trình tách chiết tinh dầu từ vỏ Quýt
Hình 2.3: Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ vỏ Quýt
Vỏ quýt
Ngâm
Chưng cất lôi cuồn hơi nước
Lắng, gạn Ngưng tụ
Làm khan Tinh dầu thô
Phân ly
Tinh dầu
Na2SO4 khan
Nghiên cứu thời gian chưng cất Nghiên cứu nồng độ NaCl,
thời gian ngâm Xử lý
Nghiền (1 phút)
Từ sơ đồ 2.3 chúng tôi đưa ra các bước cơ bản trong việc chưng cất tinh dầu như sau:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu vỏ quýt đã được xử lý sơ bộ:
- Lấy từ 15-20 kg cân quýt Bắc Kạn rửa sạch cho sạch bụi bẩn, vui khuẩn và bóc lấy vỏ.
- Vỏ sau khi đã đã được xử lý sạch sẽ được đem đi nghiền nhỏ và bổ sung lượng NaCl, tỷ lệ nước/nguyên liệu thời gian ngâm nguyên liệu đã được tối ưu.
Bước 2: Tiến hành chưng cất và thu hỗn hợp tinh dầu:
- Vỏ sau khi đã được nghiền nhỏ và bổ sung các điều kiện tối ưu sẽ được bỏ vào nồi chưng cất và tiến hành chưng cất tinh dầu.
- Sau khi chưng cất tinh dầu kết thúc, dùng bình chiết thu lại lượng tinh dầu thô đã chiết ra.
Bước 3: Xử lý sau tinh dầu:
- Sử dụng Na2SO4 để hút hết nước và các tạp chất khỏi tinh dầu Bước 4: Lắng gạn, thu tinh dầu nguyên chất:
- Để lắng hỗn hợp trên đã thu được và lọc bằng giấy lọc để thu được tinh dầu nguyên chất.
Bước 5: Bảo quản:
- Bảo quản tinh dầu trong các lọ tủy tinh, đóng kín tránh để tinh dầu bay hơi, tiếp xúc với ánh sáng trực tiếp. Bảo quản lạnh ở nhiêt độ từ 0-5oC.
2.4.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.4.5.1. Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết
Thí nghiệm nghiên cứu nồng độ NaCl khác nhau nhằm tìm ra được nồng độ NaCl phù hợp để thu được thể tích tinh dầu đạt hiệu suất cao nhất. Theo tham khảo tài liệu, NaCl có tác dụng trong quá trình tách, chiết tinh dầu vì: NaCl có tác dụng làm tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế bào, làm tăng độ phân cực của dung dịch, nhờ đó làm giảm lực tương tác giữa các cấu tử tinh
dầu kém phân cực với nước. Nhờ đó, tinh dầu sẽ dễ dàng tách ra trong quá trình chưng cất. Nên chúng tôi tiến hành thí nghiệm này, nhằm đánh giá xem muối có tác dụng tốt trong quá trình tách chiết tinh dầu vỏ quýt hay không. Các thí nghiệm tiến hành như bảng 2.2:
Bảng 2.2. Dự kiến thể tích tinh dầu thu được ở các nồng độ NaCl khác nhau
STT Nồng độ NaCl(%)
Thể tích tinh dầu thu được (ml) Lần 1 Lần 2 Lần 3 CT 1 0 CT 2 1,5 CT 3 3 CT 4 3,5 CT 5 5 Cách tiến hành:
Bước1: Lấy 2,5kg vỏ quýt đã được xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó một lượng nước cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu được chọn ở các thí nghiệm này là: 5/1 . Thêm NaCl vào các nồng độ biến thiên lần lượt là: 0%, 1,5%, 3%, 3,5%, 5% .
Bước 2: Sau đó, nghiền nguyên liệu trong 1 phút.
Bước 3: Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào vào nồi chưng cất và chưng cất hỗn hợp trong vòng 2 giờ. Hỗn hợp sau khi gia nhiệt sẽ bay hơi và đi qua ống sinh hàn, Tại đây, tinh dầu sẽ ngưng tụ khi gặp lạnh, sau đó sẽ phân ly thành 2 lớp: lớp nổi trên mặt nước là tinh dầu,lớp phía dưới là nước. Mỗi thí nghiệm làm với 1 công thức, mỗi công thức lặp lại 3 lần.
Bước 4: Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ có vạch và sau đó so sánh. Từ đó, chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.4.5.2. Thí nghiệm xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu
Thí nghiệm nghiên cứu tỷ lệ nước/nguyên liệu khác nhau nhằm tìm được tỷ lệ nước/nguyên liệu phù hợp để thu được thể tích tinh dầu đạt hiệu
suất cao nhất. Vì nước có tác dụng thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn các hợp chất hữu cơ trong tinh dầu, có tác dụng phá vỡ hệ keo xung quanh tinh dầu, tạo điều kiện cho tinh dầu thoát ra dễ dàng hơn. Tỉ lệ nước nhiều hay ít đều ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi tinh dầu.
Thí nghiệm xác định lượng nước bổ sung vào khi ngâm nhằm đánh giá khả năng phân ly tinh dầu trong nguyên liệu, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình chưng cất và nó cũng quyết định thời gian cất tối ưu.
Sau khi xác định hàm lượng muối bổ sung thích hợp ở thí nghiệm thí nhất, các thí nghiệm này được tiến hành với lượng nước/nguyên liệu thay đổi theo các tỉ lệ: 3/1, 4/1, 5/1, 6/1, 7/1. Các thí nghiệm được tiến hành cụ thể như bảng 2.3:
Bảng 2.3. Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các tỷ lệ nước/nguyên liệu khác nhau
Công thức
Tỷ lệ nước/nguyên liệu
Thể tích tinh dầu thu được (ml)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 CT 1 3/1 CT 2 4/1 CT 3 5/1 CT 4 6/1 CT 5 7/1 Cách tiến hành:
Bước 1: Lấy 2,5kg vỏ quýt đã được xử lý cho vào máy nghiền, thêm vào đó một lượng nước cất, trong đó tỷ lệ nước/nguyên liệu thay đổi lần lượt là: 3/1, 4/1, 5/1, 6/1, 7/1, với hàm lượng NaCl thích hợp được xác định từ những thí nghiệm trước.
Bước 2: Nghiền trong 1 phút để làm mẫu dập nát, tăng diện tích tiếp xúc với môi trường nước thúc đẩy quá trình khuếnh tán tinh dầu.
Bước 3: Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã nghiền vào nồi chưng cất và tiến hành chưng cất hỗn hợp trong 2 giờ. Mỗi thí nghiệm làm với 1 công thức, mỗi công thức thực hiện lặp lại 3 lần.
Bước 4: Đọc thể tích dầu thô tách ra trên ống ngưng tụ ( có vạch đo thể tích) và so sánh thể tích tinh dầu thu được ở các nồng độ khác nhau như trên. Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp.
2.4.5.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối
Thí nghiệm nghiên cứu điều kiện tối ưu hóa thời gian ngâm muối khác nhau nhằm tìm được thời gian ngâm muối phù hợp để thu được để thu được thể tích tinh dầu đạt hiệu suất cao nhất. Vì 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 các cấu tử tinh dầu ra môi trường không thể thực hiện được trong giây lát mòi đòi hỏi phải trong một thời gian nhất định.
Sau khi xác định được hàm lượng NaCl thích hợp, tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp, muối và nước sẽ được ngâm chung với nguyên liệu. Chúng tôi tiến hành các thí nghiệm xác định thời gian ngâm nước muối. Thí nghiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h, 1h, 3h, 5h, 7h. Các thí nghiệm được tiến hành cụ thể như bẳng 2.4:
Bảng 2.4. Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với
các thời gian ngâm/ủ nguyên liệu khác nhau
Công thức Thời gian ngâm/ủ nguyên liệu (giờ) Thể tích tinh dầu thu được (ml)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 CT 1 0 CT 2 1 CT 3 3 CT 4 5 CT 5 7
Cách thực hiện:
Bước 1: Lấy 2,5kg vỏ quýt đã được xử lý cho vào máy nghiền, thêm vào đó một lượng nước cất và NaCl với tỷ lệ nước/nguyên liệu và nồng độ NaCl thích hợp đã chọn.
Bước 2: Xay trong 1 phút.
Bước 3: Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào nồi chưng cất. Thay đổi thời gian ngâm nguyên liệu lần lượt là: 0h, 1h, 3h, 5h, 7h.
Bước 4: Chưng cất hỗn hợp trong 2 giờ. Mỗi thí nghiệm làm với 1 công thức, mỗi công thức làm lặp lại 3 lần.
Bước 5: Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ và so sánh. Từ đó, chọn thời gian ngâm muối thích hợp.
2.4.5.4. Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Thí nghiệm nghiên cứu các thời gian chưng cất khác nhau nhằm tìm được thời gian chưng cất phù hợp để thu được thể tích đạt hiệu suất cao nhất. Thời gian chưng cất có vai trò quyết định lượng tinh dầu thu hồi, Nếu chưng cất trong thời gian quá ngắn thì lượng tinh dầu trích ly chưa hết hoàn toàn hay vẫn còn tồn tại trong các tế bào tiết, do vậy sẽ làm giảm thể tích tinh dầu thu được. Ngược lại, khi chưng cất quá thời gian tối ưu thì vừa tốn thời gian, vừa vừa tổn hao năng lượng và nghiêm trọng hơn là chất lượng tinh dầu thu được giảm đi đáng kể. Các thí nghiệm được tiến hành như bảng 2.5:
Bảng 2.5. Dự kiến thể tích tinh dầu thu được với các thời gian chưng cất khác nhau
Công thức Thời gian chưng cất (giờ) Thể tích tinh dầu thu được (ml)
Lần 1 Lần 2 Lần 3 CT 1 0 CT 2 1 CT 3 3 CT 4 5 CT 5 7
Tiến hành:
Sau khi xác định được các thông số tối ưu: hàm lượng NaCl, tỉ lệ nước/nguyên liệu, thời gian ngâm nước muối. Chúng tôi tiếp tục tiến hành các thí nghiệm xác định thời gian chưng cất.
Thí nghiệm tiến hành chưng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ 1h, 1h30, 2h,.. thời gian chưng cất bắt đầu tính khi có giọt tinh dầu dầu tinh rơi xuống bình chiết, phải chú ý thường xuyên theo dõi và cứ sau 20 phút ghi lại thể tích tinh dầu ngưng tụ cho đến khi thấy thể tích tinh dầu thô thu được bên chiết không tăng được nữa. Mỗi thí nghiệm làm theo một công thức, mỗi công thức làm lặp lại 3 lần.
Lúc đó, tiến hành ngừng quá trình chưng cất và ghi lại thể tích tinh dầu cùng với thời gian chưng cất mà tại lúc đó tinh dầu không tăng được nữa.
2.4.6. Phương pháp các thành phần có trong tinh dầu vỏ quýt bằng phương pháp GC-MS
Phát hiện sự có mặt của các cấu tử có trong tinh dầu vỏ Quýt tại phòng thí nghiệm khoa CNSH, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên trên thiết bị sắc khí - ghép khối phổ. Việc định danh các thành phần trong tinh dầu được thực hiện bằng cách dùng phần mềm cài đặt sẵn trên máy để so sánh các phổ full-MS và MS/MS của từng cấu tử tách 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 đại lượng độ tương thích. Độ tương thích càng cao thì kết quả xác định càng chính xác. Khi phổ khối của một chất phân tích hoàn toàn giống nhau với phổ khối của một chất chuẩn trong thư viện thì độ tương thích là được biểu thị là 1.000. Độ tương thích đạt trên 800 được xem là cho kết quả có độ tin cậy cao.
2.4.7. Phương pháp nghiên cứu phát triển các sản phẩm từ tinh dầu vỏ quýt.
Sử dụng tinh dầu nguyên chất để phát triển các sản phẩm dung dịch rửa tay sát trùng được pha chế tinh dầu nguyên chất:
-Sản phẩm nước rửa tay sát trùng được pha chế với các thành phần được quy định của bộ y tế và khuyến cáo các thành phần của WHO về thành phần có trong dung dịch rửa tay sát trùng.
Sử dụng tinh dầu nguyên chất để phát triển các sản phẩm xịt khử trùng được pha chế tinh dầu nguyên chất.
- Sản phẩm xịt khử trùng được pha chế với các thành phần được quy định của bộ y tế và khuyến cáo của WHO về thành phần có trong dung dịch xịt khử trùng.
- Sản phẩm được đóng gói thiết kế bao bì, nhãn mác, nội dung theo tiêu chuẩn quốc gia về sản phẩm mỹ phẩm và ghi trên nhãn là sản phẩm thử nghiệm.
Phần 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaCl tới hàm lượng tinh dầu tách
chiết tinh dầu quýt, sau khi đã tham khảo ở các công trình nghiên cứu khác, chúng tôi tiến hành xay nhỏ nguyên liệu trong 1 phút và bổ sung NaCl với các nồng độ khác nhau và tiến hành chưng cất tinh dầu. sau khi chưng cất xong tiến hành đo thể tích tinh dầu, kết quả thu được thể hiện trên bảng 3.1:
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng NaCl trong nước ngâm
ảnh hưởng đến thể tích tinh dầu thu được
STT Nồng độ NaCl (%) Thể tích tinh dầu thu được (ml) Trung bình Sai số