Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu- 123docz.net

6. Nội dung nghiên cứu

1.4.3. Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu

a. Trích ly Soxhlet

Phương pháp trích ly Soxhlet là phương pháp trích ly rắn – lỏng thường được sử dụng trong thí nghiệm tổng hợp hoặc phân tích khi hợp chất nghiên cứu có khả năng hòa tan hạn chế trong dung môi và tạp chất không hòa tan trong dung môi đó. Phương pháp này được sử dụng vì tính đơn giản, chi phí tương đối thấp, hiệu quả chiết cao và dễ sử dụng.

Quá trình trích ly Soxhlet được thực hiện bên trong một bộ chiết gọi là “bộ chiết Soxhlet”, mỗi bộ gồm 3 bộ phận: bình chứa dung môi, ống chiết và ống sinh hàn. Sau khi tiền xử lý, mẫu được đặt vào trong một đầu lọc, đầu lọc này được đặt vào trong ống chiết. Khi đun nóng bình chứa, dung môi sẽ chuyển sang trạng thái hơi và rơi xuống mẫu nằm trong đầu lọc. Ống chiết chứa mẫu sẽ dần dần được làm đầy bằng dung môi còn ấm, cho đến khi đầy thì toàn bộ dung môi chứa tinh dầu sẽ được chuyển về lại bình chứa thống qua ống siphon.

Khi tinh dầu xuống bình chứa dung môi, chúng sẽ không tham gia vào các chu kỳ sau. Chỉ có dung môi sạch tiếp tục bay hơi và tham gia vào chu kỳ tiếp theo, đây là lợi thế chính của phương pháp trích ly Soxlet. Sau nhiều chu kỳ trong nhiều giờ liền (6-24 giờ), bộ chiết Soxlet sẽ được tháo ra và phần dung môi chứa tinh dầu sẽ được cô cạn, giữ lại chất được trích ly để tiếp tục nghiên cứu.

b. Trích ly dưới sự hỗ trợ của vi sóng

Dưới tác động của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu vỡ ra. Tinh dầu thoát ra bên ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất hơi nước) hoặc hòa tan dùng dung môi hữu cơ đang bao phủ bên ngoài nguyên liệu (phương pháp tẩm trích). Lưu ý là mức độ chịu ảnh hưởng vi sóng của các loại mô khác nhau, ngay khi nguyên liệu được làm nhỏ. Kết quả này được phản ánh qua thời gian trích ly. Trong quá trình chưng cất hơi nước, việc trích ly tinh dầu có thể thực hiện trong điều kiện thêm nước hay không thêm nước vào nguyên liệu (trường hợp nguyên liệu chứa nhiều nước, đây là đặc điểm của phương pháp chưng cất hơi nước dưới sự hỗ trợ của vi sóng). Ngoài ra, nước có thể thêm một lần hoặc thêm liên tục ( trường hợp lượng nước thêm một lần không đủ lôi cuốn hết tinh dầu trong nguyên liệu) cho đến khi sự trích ly chấm dứt. Ngoài việc nước bị tác dụng nhanh chóng, các cấu phần phân cực (hợp chất chứa oxigen) hiện diện trong tinh dầu cũng bị ảnh hưởng bởi vi sóng. Ngược lại các cấu phần hidrocarbon ít chịu ảnh hưởng của vi sóng. Năm 1988, Luque de Castro và cộng sự đã đưa ra kiểu lò vi sóng tiêu điểm hỗ trợ cho sự trích ly bằng Soxhlet (FMASE – Focused Microwave Assisted Soxhlet Extraction). Hệ thống này giúp cho thời gian trích ly hợp chất thiên nhiên sử dụng Soxhlet giảm xuống đáng kể và khả năng bảo vệ những hợp chất dễ bị phân hủy tăng lên.

c. Trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Trong lĩnh vực hợp chất thiên nhiên, sóng siêu âm chủ yếu sử dụng để hỗ trợ phương pháp tẩm trích giúp thu ngắn thời gian trích ly. Trong một số trường hợp, phương pháp siêu âm cho hiệu suất cao hơn phương pháp khuấy từ. Trong trường hợp tinh dầu vì sự trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm được thực hiện ở nhiệt độ phòng nên sản phẩm có mùi thơm tự nhiên. Các thiết bị siêu âm hiện nay chủ yếu bao gồm hai dạng: Bồn siêu âm (40 kHz) và thanh siêu âm trong phương pháp trích ly.

d. Phương pháp CO2 lỏng siêu tới hạn

Trích ly bằng CO2 siêu tới hạn cho tinh dầu thu được lớn hơn nhiều so với phương pháp chiết xuất khác. Tuy nhiên giá thành rất đắt, gấp 5 – 10 lần so với phương pháp chiết xuất thông thường, chỉ sử dụng cho các loại tinh dầu quý.

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu

Nguyên liệu nghiên cứu là hạt tiêu đen được thu hái vào tháng 6 năm 2020 tại huyện Hoài Ân, tỉnh Bình Định, Việt Nam.

Hạt tiêu đen sử dụng cho quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước có chất lượng đồng đều và không bị sâu bệnh. Hạt tiêu đen sau khi được thu hái sẽ loại bỏ những hạt hỏng, rửa sạch, để ráo nước và làm nhỏ.

Hình 2.1. Hạt hồ tiêu đen

Hình 2.2. Bột hạt hồ tiêu đen 2.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất

2.2.1. Thiết bị, dụng cụ

Tủ sấy Controller, cân phân tích Satorius CP224S, bộ chưng cất tinh dầu nhẹ Clevender, khúc xạ kế Atago RX-5000 Alpha, bộ chiết Soxhlet, bồn siêu âm Digital Utrasonic Cleaner.

Các dụng cụ thí nghiệm khác như: cốc thủy tinh, bình tam giác, bếp cách thủy, cốc sứ, pipet, bình định mức, bình hút ẩm, nhiệt kế, cối chày sứ, giấy lọc,…

2.2.2. Hóa chất

n-hexane, dichloromethane, ethyl acetate, ethanol 96%, nước cất 1 lần, Na2SO4,…

2.3. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố chưng cất đến quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam

2.3.1. Quy trình chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen

Quy trình chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu tiêu hạt đen được thể hiện ở sơ đồ 1

Hạt tiêu đen (W = 6,44%)

Xay nguyên liệu (2,0 < d < 4,0 mm)

Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Ngưng tụ

Tinh dầu + nước

Phân ly

Nước chưng Tinh dầu thô

Sơ chế

Làm khan bằng Na2SO4

Tinh dầu thành phẩm Tinh dầu loại II

43 Thuyết minh quy trình

Lựa chọn nguyên liệu: Nguyên liệu được sử dụng để thu nhận tinh dầu hạt tiêu đen là hạt tiêu đen khô, độ ẩm 6,44%. Hạt tiêu đen thu hái không bị sâu bệnh, hư hỏng. Nguyên liệu sau khi thu nhận về được phơi khô và lưu trữ ở điều kiện nhiệt độ thường (20 – 35oC), thoáng mát.

Xử lý nguyên liệu: Sau khi lựa chọn hạt tiêu đen đảm bảo chất lượng, toàn bộ nguyên liệu này được cho vào thiết bị làm nhỏ tới kích thước d = 2,0 – 4,0 mm.

Tiến hành chưng cất lôi cuốn hơi nước: Nguyên liệu sau khi làm nhỏ, tiến hành chưng cất tinh dầu trong thiết bị chưng cất tinh dầu nhẹ Clevender với các điều kiện tỷ lệ rắn/lỏng và thời gian chưng cất đã khảo sát thu được tinh dầu thô còn lẫn nước. Làm khan hỗn hợp bằng Na2SO4 thu tinh dầu thành phẩm. Nước chưng đã tách tinh dầu thô sẽ thu hồi lưu lại nhằm khép kín quy trình, giảm lượng nước tiêu hao đồng thời hạn chế sự tổn hao tinh dầu còn lại trong nước chưng hoặc cho vào bình chiết tiếp tục phân ly để thu hồi tinh dầu loại II.

Hiệu suất thu nhận tinh dầu hạt tiêu đen được xác định theo công thức:

Trong đó

Y (%): hiệu suất thu tinh dầu V (mL): thể tích tinh dầu thu được

d (g/cm3): khối lượng riêng của tinh dầu hạt tiêu đen, d = 0,875 g/cm3 m (g): khối lượng hạt tiêu đen khô

2.3.2. Khảo sát tỷ lệ rắn (nguyên liệu) /lỏng (dung môi)

100 gam hạt tiêu được chưng cất lôi cuốn hơi nước ở nhiệt độ 80oC trong thời gian 3 giờ với thể tích nước chưng cất thay đổi từ 200 mL đến 600 mL. Sau khi phân ly, tinh dầu thu được vẫn còn lẫn một lượng nước nhất định. Hỗn hợp này được làm khan bằng Na2SO4 thu được tinh dầu hạt tiêu đen thành phẩm.

Đông thể tích tinh dầu hạt tiêu đen thu được. Dựa vào hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%), lựa chọn tỷ lệ rắn/lỏng thích hợp nhất.

2.3.3. Khảo sát thời gian chưng cất

Chưng cất 100 gam hạt tiêu đen với tỷ lệ rắn/lỏng chọn từ phần 2.3.2, trong đó thời gian khác nhau từ 1 giờ đến 5 giờ. Sau khi phân ly, tinh dầu thu được vẫn còn lẫn nột lượng nước nhất định. Hỗn hợp được làm khan bằng Na2SO4 thu được tinh dầu hạt tiêu đen thành phẩm.

Đong thể tích tinh dầu hạt tiêu đen thu được. Dựa vào hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%), lựa chọn thời gian chưng cất thích hợp nhất.

2.4. Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp trích ly đến hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%) đen (%)

2.4.1. Quy trình trích ly tinh dầu hạt tiêu đen

Quy trình trích ly tinh dầu hạt tiêu đen được thể hiện ở sơ đồ 2.2.

Hạt tiêu đen (W = 6,44%)

Trích ly tinh dầu hạt tiêu đen (Soxhlet và siêu âm)

Mitxen Đuổi dung môi

Cancrết

Tinh dầu thô

Sơ chế làm khan bằng Na2SO4

Tinh dầu thành phẩm Chưng cất hơi nước

Dung môi thu hồi

45 Thuyết minh quy trình

Lựa chọn nguyên liệu: Nguyên liệu được sử dụng để thu nhận tinh dầu hạt tiêu đen là hạt tiêu đen không bị sâu bệnh, hư hỏng.

Xử lý nguyên liệu: Sau khi lựa chọn hạt tiêu đen đảm bảo chất lượng, toàn bộ nguyên liệu này được phơi khô đến độ ẩm 6,44%. Sau đó cho nguyên liệu đã phơi khô vào thiết bị làm nhỏ tới kích thước d = 2,0 – 4,0 mm.

Tiến hành trích ly: Khảo sát trích ly Soxhlet và trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm dung môi ethanol 96%.

2.4.2. Trích ly Soxhlet

Trích ly Soxhlet 100 gam hạt tiêu đen đã phơi khô đến độ ẩm 6,44% trong 300 mL dung môi ethanol 96% ở nhiệt độ 80oC với thời gian 3 giờ thu được mitxen (là hỗn hợp tinh dầu và dung môi).

Làm khan nước trong mitxen bằng Na2SO4 và lọc. Cô quay chân không mitxen sau khi đã loại nước thu được cancrết (là một hỗn hợp gồm tinh dầu, sáp, nhựa thơm và một số tạp chất khác ở dạng sệt).

Tiến hành chưng cất bằng hơi nước cancrết thu tinh dầu thô. Sau khi phân ly, tinh dầu thu được vẫn còn lẫn một lượng nước nhất định. Hỗn hợp này được làm khan bằng Na2SO4 thu được tinh dầu hạt tiêu đen thành phẩm.

Đong thể tích tinh dầu hạt tiêu đen thu được và xác định hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%).

2.4.3. Trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm 100 gam hạt tiêu đen đã phơi khô đến độ ẩm 6,44% trong 300 mL dung môi ethanol 96% ở nhiệt độ 50oC với thời gian 90 phút thu được mitxen (hỗn hợp tinh dầu và dung môi).

46 Đong thể tích tinh dầu hạt tiêu đen thu được và xác định hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%).

2.5. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm đến hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%) hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%)

2.5.1. Dung môi siêu âm

Tiến hành trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm 04 mẫu, mỗi mẫu 100 gam hạt tiêu đen đã phơi khô đến độ ẩm 6,44% trong lần lượt 300 mL dung môi ethanol 96%, 300 mL ethyl acetat, 300 mL dichloromethane và 300 mL n-hexane ở nhiệt độ 50oC với thời gian 90 phút lần lượt thu được các mitxen ethanol 96%, ethyl acetat, dichloromethane và n- hexane.

Làm khan nước 04 mitxen bằng Na2SO4 và lọc. Cô quay chân không 04 mitxen sau khi đã loại nước thu được 4 cancrết tương ứng. Tiến hành chưng cất bằng hơi nước 04 cancrết thu 04 mẫu tinh dầu thô.

Sau khi phân ly, 04 mẫu tinh dầu thô thu được vẫn còn lẫn một lượng nước nhất định. Hỗn hợp này được làm khan bằng Na2SO4 thu được tinh dầu tiêu đen thành phẩm.

Đong thể tích 04 mẫu tinh dầu hạt tiêu đen thu được. Dựa vào hiệu suất thu 04 mẫu tinh dầu hạt tiêu đen (%), lựa chọn dung môi siêu âm thích hợp nhất.

2.5.2. Nhiệt độ siêu âm

Trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm 100 gam hạt tiêu đen đã phơi khô đến độ ẩm 6,44% trong 300 mL dung môi chọn được từ phần 2.5.1, trong các nhiệt độ khác nhau từ 30oC đến 70oC trong thời gian 30 phút.

Sau khi phân ly, tinh dầu thô thu được vẫn còn lẫn một lượng nước nhất định. Hỗn hợp này được làm khan bằng Na2SO4 thu được tinh dầu hạt tiêu đen thành phẩm.

Đong thể tích tinh dầu hạt tiêu đen thu được. Dựa vào hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen (%), lựa chọn nhiệt độ siêu âm thích hợp.

2.5.3. Thời gian siêu âm

Trích ly dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm 100 gam hạt tiêu đen đã phơi khô đến độ ẩm 6,44% trong 300 mL dung môi chọn được từ 2.5.1 và nhiệt độ từ 2.5.2, trong các thời gian khác nhau 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút và 150 phút.

47 Sau khi phân ly, tinh dầu thô thu được vẫn còn trộn lẫn một lượng nước nhất định. Hỗn hợp này được làm khan bằng Na2SO4 thu được tinh dầu hạt tiêu đen thành phẩm.

Đong thể tích tinh dầu hạt tiêu đen thu được. Dựa vào hiệu suất thu tinh dầu tiêu đen (%), lựa chọn thời gian siêu âm thích hợp nhất.

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố chưng cất đến quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam

3.1.1. Tỷ lệ rắn/lỏng

Kết quả chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen với các tỉ lệ rắn/lỏng khác nhau được trình bày trên bảng 3.1 và đồ thị 3.1.

Bảng 3.1. Kết quả khảo sát chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam với các tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau

STT Khối lượng hạt tiêu đen (g) Thể tích nước cất (mL) Thể tích tinh dầu (mL) Hiệu suất thu tinh dầu (%)

1 100 200 0,6 0,53

2 100 300 1,2 1,05

3 100 400 0,8 0,70

4 100 500 0,8 0,70

5 100 600 0,8 0,70

Đồ thị 3.1. Kết quả khảo sát chưng cất lôi cuốn hơi nước tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam với các tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 200 300 400 500 600 Thể tích tinh dầu (mL) Thể tích nước (mL)

Nhận xét: Kết quả thu được ở bảng 3.1 và đồ thị 3.1 cho thấy tỉ lệ rắn/lỏng = 100 g

hạt tiêu đen/300 mL nước cất thì thể tích và hiệu suất thu tinh dầu hạt tiêu đen thu được là lớn nhất (1,2 mL ứng với hiệu suất thu 1,05%). Khi thể tích nước cất càng tăng thì khả năng khuếch tán của tinh dầu vào nước cất càng lớn. Nước cất dễ dàng thẩm thấu vào trong các tế bào, làm phá vỡ túi tinh dầu và lôi cuốn tinh dầu theo hơi nước nên lượng tinh dầu trong nước càng cao.

Tuy nhiên khi thể tích nước cất tăng từ 400 mL đến 600 mL thì hiệu quả kinh tế của quá trình chưng cất do tốn năng lượng cấp nhiệt, tăng thể tích thiết bị. Do đó, chúng tôi lựa chọn tỉ lệ rắn/lỏng = 100 g hạt tiêu đen/300 mL nước cất cho nghiên cứu tiếp theo.

3.1.2. Thời gian chưng cất

Kết quả thời gian chưng cất lôi cuốn hơi nước của tinh dầu hạt tiêu đen với tỷ lệ rắn/lỏng = 100 g hạt tiêu đen/300 mL nước cất được chọn ở mục 3.1.1 được trình bày ở bảng 3.2 và đồ thị 3.2.

Bảng3.2. Kết quả khảo sát thời gian chưng cất lôi cuốn hơi nước của tinh dầu hạt tiêu đen ở tỉnh Bình Định, Việt Nam

STT Tỷ lệ rắn/lỏng (g/mL) Thời gian chưng cất (giờ) Thể tích tinh dầu (mL) Hiệu suất thu tinh dầu (%)

1 100/300 1 0,6 0,53

2 100/300 2 0,8 0,70

Các phương pháp mới trong trích ly tinh dầu

Tuyến tinh dầu của quả hồ tiêu