Tinh dầu hoa cúc đƣợc tách chiết bằng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc theo Dƣợc Điển Việt Nam IV (2009). Sử dụng thiết bị chƣng cất KOL 2, mẫu nguyên liệu/nƣớc đƣợc gia nhiệt cho đến khi hỗn hợp sôi, hơi nƣớc tạo thành sẽ lôi cuốn tinh dầu đi lên. Hỗn hợp hơi lỏng tiếp tục vào hệ thống làm nguội và ngƣng tụ. Thu hồi
tinh dầu bằng phƣơng pháp bổ sung muối khan Na2SO4 với hàm lƣợng 5% khối lƣợng/thể tích tinh dầu.
Quá trình tách chiết tinh dầu hoa cúc đƣợc mô tả ở Hình 2.2. Mỗi thí nghiệm trong nghiên cứu sử dụng 200 g hoa cúc tƣơi, dùng dung dịch NaCl làm dung môi, thí nghiệm đƣợc tiến hành với hai lần lặp lại [47]
2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng độ giảm khối lượng nguyên liệu đến quá trình chưng cất tinh dầu
a) Mục đích
Khảo sát ảnh hƣởng độ giảm khối lƣợng nguyện liệu đến quá trình chƣng cất tinh dầu nhằm lựa chọn đƣợc thời gian xay tối ƣu cho hiệu suất trích ly tinh dầu cao nhất
b) Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm này, sẽ đƣợc giữ cố định các thông số thời gian chƣng cất, nồng độ NaCl, thời gian xay, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi và thay đổi thời gian sấy lần lƣợt là 60, 120, 180, 240 phút.
Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng độ giảm khối lƣợng nguyên liệu đến quá trình chƣng cất tinh dầu
Thí TT nghiệm 1 TN1-1 2 TN1-2 3 TN1-3 4 TN1-4 5 TN1-5
c) Thông số đánh giá
Đánh giá ảnh hƣởng của độ giảm khối lƣợng nguyên liệu đến hiệu suất của quá trình chƣng cất dựa vào lƣợng tinh dầu thu đƣợc.
2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian xay đến quá trình chưng cất tinh dầu
a) Mục đích
Khảo sát ảnh hƣởng thời gian xay đến quá trình chƣng cất tinh dầu nhằm lựa chọn đƣợc thời gian xay tối ƣu cho hiệu suất trích ly tinh dầu cao nhất
b) Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm này sẽ cố định các thông số thời gian chƣng cất, nồng độ NaCl, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, thời gian sấy và thay đổi thời gian xay lần lƣợt là không xay, 60 giây, 90 giây
Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng thời gian xay đến quá trình chƣng cất tinh dầu Thí STT nghiệm 1 TN2-1 2 TN2-2 3 TN2-3 c) Thông số đánh giá
Đánh giá ảnh hƣởng của thời gian xay đến hiệu suất của quá trình chƣng cất dựa vào lƣợng tinh dầu thu đƣợc
2.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến quá trình chưng cất tinh dầu
Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến quá trình chƣng cất tinh dầu nhằm lựa chọn đƣợc tỷ lệ tối ƣu cho hiệu suất trích ly tinh dầu cao nhất
b) Bố trí thí nghiệm
Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến quá trình chƣng cất tinh dầu
Thí
STT nghiệm
1 TN3-1
2 TN3-2
Thí nghiệm này, sẽ đƣợc giữ cố định các thông số thời gian chƣng cất, nồng độ NaCl, thời gian xay, thời gian sấy và thay đổi tỷ lệ nguyên liệu/dung môi lần lƣợt là 1:2, 1:3
c) Thông số đánh giá
Đánh giá ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất của quá trình chƣng cất dựa vào lƣợng tinh dầu thu đƣợc
2.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaCl đến quá trình chưng cất tinh dầu
a) Mục đích
Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl đến quá trình chƣng cất tinh dầu nhằm lựa chọn đƣợc nồng độ tối ƣu cho hiệu suất trích ly tinh dầu cao nhất.
b) Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm này, sẽ đƣợc giữ cố định các thông số thời gian chƣng cất, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, thời gian xay, thời gian sấy và thay đổi nồng độ NaCl (%) lần lƣợt là 0, 5, 10, 15, 20.
Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ muối NaCl đến quá trình chƣng cất tinh dầu
Thí STT nghiệm 1 TN4-1 2 TN4-2 3 TN4-3 4 TN4-4 5 TN4-5 c) Thông số đánh giá
Đánh giá ảnh hƣởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất của quá trình chƣng cất dựa vào lƣợng tinh dầu thu đƣợc
2.2.2.5 Khảo sát thời gian chưng cất tinh dầu hoa cúc
a) Mục đích
Khảo sát thời gian chƣng cất tinh dầu nhằm lựa chọn đƣợc thời gian tối ƣu cho hiệu suất trích ly tinh dầu cao nhất
b) Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm này, sẽ đƣợc giữ cố định các thông số nồng độ NaCl, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi, thời gian xay, thời gian sấy và thay đổi thời gian chƣng cất lần lƣợt là 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300 phút.
Bảng 2.5 Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian chƣng cất tinh dầuSTT Thí STT Thí nghiệm 1 TN5-1 2 TN5-2 3 TN5-3 4 TN5-4 5 TN5-5 6 TN5-6 7 TN5-7 8 TN5-8 c) Thông số đánh giá
Đánh giá ảnh hƣởng của thời gian chƣng cất đến hiệu suất của quá trình chƣng cất dựa vào lƣợng tinh dầu thu đƣợc
2.2.3 Xác định tính chất hóa lý và thành phần hóa học của tinh dầu hoa cúc
2.2.3.1 Mục đích
Mỗi loại tinh dầu đƣợc đặc trƣng bởi các chỉ số hóa lý nhƣ tỷ trọng (thƣờng so với nƣớc), chỉ số khúc xạ và góc quay cực. Thành phần hóa học của tinh dầu sẽ khác nhau khi đƣợc trồng ở những địa phƣơng khác nhau, điều kiện khí hậu, thổ nhƣỡng cũng nhƣ phƣơng pháp trích ly khác nhau thì thành phần hóa học và tỷ lệ trong tinh dầu sẽ khác nhau. Vì vậy, mẫu tinh dầu thu đƣợc từ điều kiện trích ly tối ƣu sẽ đƣợc xác định tính chất hóa lý và thành phần hóa học.
2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm
a) Xác định tỷ trọng tinh dầu
Tỷ trọng tinh dầu đƣợc xác định tại phòng thí nghiệm Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Tỷ trọng của tinh dầu so với nƣớc đƣợc thực hiện bằng cách xác định tỷ
số khối lƣợng của 1 mL nƣớc cất (m1) và 1 mL tinh dầu ở cùng nhiệt độ (m2) bằng micropipette và cân phân tích LS 220A.
b) Xác định chỉ số khúc xạ
Chỉ số khúc xạ của tinh dầu đƣợc xác định tại phòng thí nghiệm Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh bằng khúc xạ kế điện tử ABBE, AR2008. Chỉ số khúc xạ đƣợc thực hiện bằng cách nhỏ một giọt tinh dầu lên mặt kính của khúc xạ kế, điều chỉnh sao cho giọt tinh dầu nằm đúng vị trí ánh sang truyền tới, đọc chỉ số khúc xạ trên thiết bị. Chỉ số khúc xạ đƣợc đối chứng với nƣớc ở 25C. Nếu chỉ số khúc xạ của nƣớc trong khoảng 1,3325 – 1,3330, khúc xạ kế có thể tin cậy.
c) Xác định thành phần hóa học
Thành phần hóa học của tinh dầu hoa cúc đƣợc xác định bằng phƣơng pháp sắc ký ghép khối phổ GC-MS tại Phòng thí nghiệm Trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh.
2.2.3.3 Thông số đánh giá
a) Tính chất hóa lý
Tỷ trọng và chỉ số khúc xạ của tinh dầu hoa cúc.
b) Thành phần hóa học
Thành phầ hóa học đƣợc xác định thông qua thời gian lƣu và khối phổ của tinh dầu hoa cúc.
2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.1.1 Xác định hiệu suất trích ly tinh dầu
Sau khi khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình trích ly tinh dầu, hiệu suất tinh dầu đƣợc thực hiện ở điều kiện tối ƣu, thí nghiệm đƣợc thực hiện ba lần. Hiệu suất của quá trình chƣng cất tinh dầu đƣợc đánh giá thông qua đại lƣợng thành phần phần trăm thể tích tinh dầu thu đƣợc tính theo khối lƣợng nguyên liệu. Biểu thức tính:
Trong đó:
%H: phần trăm thể tích tinh dầu tính theo khối lƣợng nguyên liệu (mL tinh dầu/100 g nguyên liệu)
Vtd: thể tích tinh dầu thu đƣợc (mL) mnl: khối lƣợng nguyên liệu (g)
2.1.2 Xác định tính chất vật lý của tinh dầu hoa cúc (TCVN)
2.1.2.1 Chỉ số khúc xạ
Mục đích: Chỉ số khúc xạ của một chất so với không khí là tỷ lệ của sin góc tới và sin góc khúc xạ của chum tia sang truyền từ không khí vào chất đó. Chỉ số khúc xạ có giá trị định tính và phát hiện tạp chất. Vì vậy xác định chỉ số khúc xạ của tinh dầu hoa cúc có thể đánh giá sơ bộ độ tinh khiết của tinh dầu hoa cúc
Chỉ số khúc xạ đƣợc đối chứng với nƣớc ở 25C. Nếu chỉ số khúc xạ của nƣớc trong khoảng 1,3325 – 1,3330, khúc xạ kế có thể tin cậy.
2.1.2.2 Tỷ trọng tinh dầu
Tỷ trọng của tinh dầu đƣợc xác định bằng tỷ số giữa khối lƣợng tinh dầu và khối lƣợng nƣớc cất cùng thể tích ở một nhiệt độ nhất định. Tỷ trọng của tinh dầu so với nƣớc giúp ta xác định đƣợc cách thu tinh dầu sau khi chƣng cất và chọn thiết bị phù hợp.
Tỷ trọng của tinh dầu so với nƣớc đƣợc thực hiện bằng cách xác định khối lƣợng của 1 mL nƣớc cất (m1) và 1 mL tinh dầu ở cùng nhiệt độ (m2).
2.1.3 Phương pháp đánh giá cảm quan và thành phần hóa học
2.1.3.1 Màu sắc và độ trong suốt
Xác định màu sắc và độ trong suốt của tinh dầu bằng cách cho tinh dầu vào ống thủy tinh trong suốt, thỉnh thoảng lắc và quan sát rồi ghi nhận xét về tính chất, cƣờng độ của màu và và độ trong suốt (ví dụ: vàng nhạt, nâu sẫm,...). Nếu tinh dầu còn vẫn đục và không trong suốt chứng tỏ còn tạp chất và nƣớc.
2.1.3.2 Mùi và trạng thái
Mùi là một trong những biểu hiện bên ngoài quan trọng của tinh dầu. Mỗi loại tinh dầu có một mùi đặc trƣng. Dựa vào mùi có thể biết đƣợc tính chất và mục đích sử dụng của tinh dầu.
Để xác định mùi, nhỏ một giọt tinh dầu lên tờ giấy lọc rồi ngửi cách chỗ có tinh dầu 20- 30 mm; cứ 15 phút ngửi 1 lần trong một giờ. Ghi nhận xét về bản chất và cƣờng độ mùi (thơm dịu, nồng,...).
2.1.3.3 Thành phần hóa học của tinh dầu
Thành phần hóa học của tinh dầu hoa cúc đƣợc xác định bằng phƣơng pháp sắc ký ghép khối phổ GC-MS tại Phòng thí nghiệm Trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên TP. Hồ Chí Minh.
Thông số sắc ký khí cho phân tách mẫu: Nhiệt độ buồng tiêm 280
C Tốc độ khí mang 1,0 mL/phút sử dụng khí He Chế độ tiêm: Split Tỉ lệ chia dòng 50:1 Nhiệt độ đầu dò 150 C Thế ion 1900 EMV
Bảng 2.6 Chƣơng trình nhiệtTốc độ tăng nhiệt (C/phút) Tốc độ tăng nhiệt (C/phút)
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
3.1 Khảo sát điều kiện trích ly tinh dầu bằng phƣơng pháp lôi cuốn hơi nƣớc
3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng độ giảm khối lượng nguyên liệu
Điều kiện khảo sát:
Thời gian trích ly: 180 phút Nồng độ muối NaCl 10%
Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu 1:3 Kích thƣớc nguyên liệu: xay 60 giây
Độ giảm khối lƣợng nguyên liệu có ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình bảo quản và vận chuyển nguyên liệu. Thông qua khảo sát này ta có thể xây dựng quy trình bảo quản, vận chuyển nguyên liệu.
Thí nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ sau: Lấy 200 g nguyên liệu tƣơi, sấy ở nhiệt độ 60C với những mốc thời gian khác nhau. Kết quả thu đƣợc ở Bảng 3.1
Bảng 3.1 Ảnh hƣởng thời gian sấy đến độ giảm khối lƣợng nguyên liệuThí nghiệm Thí nghiệm
Thời gian
Độ giảm khối lƣợng (g)
Sau khi sấy các mẫu, nguyên liệu đƣợc chƣng cất ở cùng điều kiện. Kết quả thu đƣợc
ở Phụ lục 1
Từ Hình 3.1, ta có thể thấy rằng lƣợng tinh dầu thu đƣợc giảm từ 0,050 đến 0,005 mL khi độ giảm khối lƣợng tăng dần từ 0 đến 132,15 g. Điều này có thể giải thích do một lƣợng tinh dầu sẽ thoát đi trong quá trình sấy. Mặt khác sau khi sấy nguyên liệu sẽ trở nên dẻo vài dai hơn, hơi nƣớc rất khó lôi cuốn tinh dầu theo. Vì vậy để thu đƣợc lƣợng tinh dầu tối đa, ta nên chƣng cất ngay sau khi thu hoạch.
Độ giảm khối lƣợng V T in h dầ u × 10 2 ( m L ) 6 5 4 3 2 1 0 0 Độ giảm khối lƣợng (g) Hình 3.1 Ảnh hƣởng của độ giảm khối lƣợng 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian xay
Điều kiện khảo sát:
Thời gian trích ly: 180 phút Nồng độ muối NaCl 10%
Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu 1:3 Độ ẩm nguyên liệu: nguyên liệu tƣơi
Trong cánh hoa cúc, tinh dầu đƣợc chứa trong các túi, sẽ rất khó để hơi nƣớc lôi cuốn tinh dầu nếu nhƣ không có tác động cơ học làm vỡ các cấu trúc túi đựng tinh dầu. Thông qua khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc nguyên liệu ta thu đƣợc kết quả Phụ lục 2
Dựa vào Hình 3.2, có thể thấy kích thƣớc nguyên liệu ảnh hƣởng rất nhiều đến quá trình trích ly tinh dầu. Khi để nguyên kích thƣớc cánh hoa, tinh dầu đƣợc bao bọc bởi thành rắn chắc nên hơi nƣớc rất khó phá vỡ cấu trúc đó. Khi đó kích thƣớc nguyên liệu càng nhỏ lƣợng tinh dầu thu đƣợc càng nhiều, vì vậy khi xay ở nguyên liệu ở 60 giây lƣợng tinh dầu thu đƣợc 0,050 mL còn không xay thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc chỉ 0,010 mL. Tuy nhiên khi kích thƣớc nguyên liệu quá nhỏ nguyên liệu sẽ xếp chặc hơn, hơi nƣớc khó có thể đi qua tất cả nguyên liệu và lôi cuốn tinh dầu, có thể thấy rằng xay
ở 60 giây thu đƣợc nhiều hơn khi xay ở 90 giây, lƣợng tinh dầu thu đƣợc tƣơng ứng là 0,055 và 0,040. Vì thế kết quả cho thấy thời gian xay tối ƣu là 60 giây.
(m m ) d ầu T in h
3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dung môi và nguyên liệu
Điều kiện khảo sát:
Thời gian trích ly: 180 phút Nồng độ muối NaCl 10%
Kích thƣớc nguyên liệu: xay 60 giây Độ ẩm nguyên liệu: nguyên liệu tƣơi Kết quả thu đƣợc trong Phụ lục 3
Căn cứ vào Hình 3.3, nhìn chung tỷ lệ dung môi và nguyên liệu không ảnh hƣởng nhiều đến quá trình chƣng cất, ở tỷ lệ 1:2 và 1:3 thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc tƣơng ứng là 0,055 và 0,060 mL. Tuy nhiên lƣợng nƣớc không thể quá ít vì hơi nƣớc giúp phá vỡ các túi tinh dầu giúp lôi cuốn tinh dầu theo, cũng nhƣ không cung cấp đủ hơi để cuốn tinh dầu đi đến ống sinh hàn. Ngoài ra điều kiện tiến hành thí nghiệm không cho phép tổng thể tích dung dịch và nguyện liệu cho vào bình cầu vƣợt quá 2/3 thể tích bình. Vì vậy chọn tỷ lệ 1:3 là tỷ lệ tối ƣu trong phạm vi nghiên cứu này.
Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi V T in h dầ u × 10 2 ( m L ) 6.1 6 5.9 5.8 5.7 5.6 5.5 5.4 5.3 5.2 6 5.5 1:2 1:3
Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi
Hình 3.3 Ảnh hƣởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi
3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ muối NaCl
Điều kiện khảo sát:
Thời gian trích ly: 180 phút
Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu 1:3 Kích thƣớc nguyên liệu: xay 60 giây Độ ẩm nguyên liệu: nguyên liệu tƣơi Kết quả thu đƣợc ở Phụ lục 4
Từ kết quả Hình 3.4, có thể thấy lƣợng tinh dầu thu đƣợc phụ thuộc vào nồng độ dung dịch NaCl thêm vào, lƣơng tinh dầu tăng từ 0,020 mL đến 0,055 mL khi tăng nồng độ muối từ 0 đến 10% và lại giảm xuống đến 0,02 mL khi tiếp tục tăng nồng độ muối đến 20%. Thêm muối NaCl vào làm tăng độ điện ly của nƣớc giúp tinh dầu dễ khuếch tán vào trong nƣớc, làm tăng nhiệt độ sôi (hay làm giám áp suất hơi của nƣớc). Tuy nhiên khi chƣng cất với nồng độ lớn hơn, lƣơng tinh dầu thu đƣợc giảm điều này có thể giải thích do khi sử dựng muối ở nồng độ cao thì các lớp biểu bì ngoài chứa tinh dầu bị co lại ngăn cản khuếch tán tinh dầu ra ngoài [6].
6 5 dầ u (m m ) 4 3 T in h 2 1 0 0 Hình 3.4 Ảnh hƣởng nồng độ NaCl
3.1.5 Khảo sát thời gian trích ly
Điều kiện khảo sát: Nồng độ muối NaCl 10%
Tỷ lệ dung môi và nguyên liệu 1:3 Kích thƣớc nguyên liệu: xay 60 giây Độ ẩm nguyên liệu: nguyên liệu tƣơi