Sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Đây là phương pháp đầu tiên được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật. Cơ sở của phương pháp
này là nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử thành phần. Do đó, khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ được tách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính hóa học (sự oxy hóa, nhiệt phân...) các cấu tử tinh dầu. Trong quá trình chưng cất, hơi nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu. Dịch chưng cất sẽ được ngưng tụ và phân tách thành 2 lớp (lớp tinh dầu bên trên và lớp nước ở bên dưới) trong hệ thống ngưng tụ. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường hợp các mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi (như sáp, nhựa, acid béo dây dài mạch thẳng) thì quá trình chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn.
Ưu- nhược điểm của phương pháp chưng cất:
a) Ưu điểm
- Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản. - Thiết bị gọn, dễ chế tạo.
- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ. - Thời gian chưng cất tương đối nhanh.
b) Nhược điểm:
- Không hiệu quả đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp.
- Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu phần dễ bị phân hủy.
- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất định hương thiên nhiên rất có giá trị).
- Trong nước chưng luôn luôn còn một lượng tinh dầu tương đối lớn.
- Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ lá Quất
Na2SO4 khan Làm khan
Lắng, gạn
Tinh dầu Tinh dầu thô
Phân ly
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Ngưng tụ
Nghiên cứu tỷ lệ nước ngâm nguyên liệu Lá Quất
Xử lý
Xay (2 phút)
Ngâm
Nghiên cứu thời gian chưng cất
2.2.4. Bố trí thí nghiệm
2.2.4.1. Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết
Mục đích: Theo tham khảo tài liệu, NaCl có tác dụng tốt 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 lô thí nghiệm này, nhằm đánh giá xem muối có tác dụng tốt trong quá trình tách chiết tinh dầu lá Quất hay không.
Bố trí thí nghiệm xác định theo hình 2.3.
Chưng cất (1h)
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung trong nước
ngâm,chiết
Đánh giá tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được, chọn hàm lượng NaCl thích hợp Tinh dầu thô
Phân ly
0 2,5 5,0 7,5 10
Ngưng tụ Lá đã xử lý
Xay
Cách tiến hành:
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, thêm vào đó một lượng nước cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu được chọn ở lô thí nghiệm này là: 6/1 (v/w). Thêm NaCl vào ở các nồng độ biến thiên lần lượt là: 0%, 2,5%, 5%, 7,5%. 10% (w/v). Sau đó, xay nguyên liệu trong 2 phút. Tiếp tục chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và chưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Hỗn hợp sau khi gia nhiệt sẽ bay hơi và đi qua ống sinh hàn. Tại đây, tinh dầu sẽ ngưng tụ sau khi gặp lạnh, sau đó sẽ phân li thành 2 lớp: lớp trên là tinh dầu, lớp phía dưới là nước. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ có vạch đo và so sánh. Từ đó, chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.2.4.2. Thí nghiệm xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu
Mục đích: 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 ngoài 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 li 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 thứ 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; 8/1.
Cách tiến hành: Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay, 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; 8/1 (v/w) với hàm lượng NaCl thích hợp được xác định từ lô thí nghiệm trước. Xay trong 2 phút để làm mẫu dập nát, tăng diện tích tiếp xúc với môi trường nước thúc đẩy quá trình khuếch tán của tinh dầu. Sau đó, chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và tiến hành chưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu thô tách ra trên ống ngưng tụ (có khắc vạch 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.
Sơ đồ thí nghiệm được bố trí thể hiện dưới hình 2.4.
2.2.4.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm muối
Mục đích: 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 của các cấu tử tinh dầu ra môi trường không thể thực hiện được trong giây lát mà đòi hỏi phải trong một khoảng thời gian nhất định.
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung
Lá đã xử lý
Xay
Bổ sung nước với tỉ lệ nước/cái:
Đánh giá tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được, chọn tỉ lệ nước bổ sung thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ
Phân ly Chưng cất (1h)
4/1 5/1 6/1 7/1
Sau khi xác định được hàm lượng NaCl thích hợp, tỉ lệ nước/nguyên liệu thích hợp, muối và nước sẽ được ngâm chung với nguyên liệu. Chúng tôi tiến hành lô thí nghiệm xác định thời gian ngâm nước muối.Thí nhiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h; 1h; 2h; 3h; 4h; 5h..
. Sơ đồ bố trí thí nghiệm như hình 2.5.
.
Cách thực hiện:
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, thêm vào đó một lượng nước cất và NaCl với tỷ lệ nước/nguyên liệu và nồng độ NaCl thích hợp đã chọn. Xay trong 2 phút. Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất. Thay đổi thời gian ngâm nguyên liệu lần lượt là: 1h; 2h; 3h; 4h; 5h. Sau đó, chưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Tinh dầu sẽ được ngưng tụ và phân ly
NL đã xử lý
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu
0 1 2 3 4 5
Chưng cất (1h)
Đánh giá tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được, chọn thời gian ngâm thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ Phân ly
sau khi gặp lạnh ở ống sinh hàn. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ và so sánh. Từ đó, chọn thời gian ngâm muối thích hợp.
2.2.4.4. Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Mục đích: 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 nó 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 tổn hao năng lượng và nghiêm trọng hơn là chất lượng tinh dầu thu được cũng bị giảm đi đáng kể.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm dự kiến như hình 2.6.
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Chưng cất (phút): NL đã xử lý Xay Ngâm 60 70 50 40 80 30 90 100 110 120
Đánh giá tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được, chọn thời gian chưng cất thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ
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 lô thí nghiệm xác định thời gian chưng cất.
Thí nghiệm tiến hành chưng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ 10 phút, 20 phút, 30 phút…thời gian chưng cất bắt đầu tính khi có giọt tinh dầu đầu tiên rơi xuống ống xi phông, phải chú ý thường xuyên theo dõi và cứ sau 10 phút ghi lại thể tích tinh dầu ngưng tụ cho đến khi thấy thể tích tinh dầu thô thu được bên ống ngưng tụ không tăng được nữa.
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.
2.2.5. Phương pháp xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu Quất (phụ lục1)
2.2.6. Phương pháp xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu
2.2.6.1. Phương pháp xác định các tính chất lý- hóa cơ bản của tinh dầu
Lượng tinh dầu sau khi chưng cất và làm khan được đem xác định các chỉ số lý- hóa như sau:
- Xác định tỷ trọng ở 250C (d25): Phương pháp khối lượng, dùng bình đo tỷ trọng (Phụ lục 2).
- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS) : Phương pháp chuẩn độ (Phụ lục 2).
2.2.6.2. Phương pháp định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Quất (phụ lục 5)
Phát hiện sự có mặt của các cấu tử có trong tinh dầu lá Quất tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh (số 02 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, Tp.HCM) trên thiết bị sắc ký 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 ra 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 định danh càng chính xác. Khi phổ khối của một chất phân tích hoàn toàn giống 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.
2.2.7. Phương pháp xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu
Tinh dầu sau khi chưng cất, để lắng hỗn hợp trong ống ngưng tụ đến khi tách hẳn thành 2 pha riêng biệt: Pha nằm phía trên là tinh dầu, pha phía dưới là nước. Đọc thể tích tinh dầu trên ống ngưng tụ có vạch đo thể tích. Rồi tiến hành xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu tách chiết được.
Tỉ lệ khối lượng tinh dầu thu hồi được tính theo công thức:
% 100 . NL TD TD m d V Trong đó:
: Tỉ lệ khối lượng tinh dầu thu hồi tinh dầu (%).
VTD : Thể tích tinh dầu thu được (ml).
TD
d : Tỷ trọng của tinh dầu (g/ml).
mNL : Khối lượng nguyên liệu đem đi chưng cất (g).
2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu
Các kết quả nghiên cứu đều là trung bình cộng của 3 lần xác định song song. Xử lý số liệu bằng phần mềm MS Excel 2003.
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả xác định hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.1(bảng PL 3.1)
0.4 0.3 0.28 0.6 0.47 0.35 0.37 0.56 0.44 0.33 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 2.5 5 7.5 10 Nồng độ NaCl (%) T h ể t íc h t in h d ầ u (m l)
Thể tích tinh dầu (ml) Tỉ lệ khối lượng tinh dầu (%)
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 T ỉ lệ k h ố i lư ợ n g t in h d ầ u (% ) 0
Hình 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng NaCl trong nước ngâm, chiết đến thể tích và tỉ lệ khối lượng tinh dầu lá thu được
Thảo luận
Khi không dùng muối thì lượng tinh dầu thu được là 0,6ml (0,56%(w/w)). Tuy nhiên, khi dùng muối thì lượng tinh dầu thu được lại giảm đi so với ban đầu và khi càng tăng nồng độ muối lên thì lượng tinh dầu thu hồi càng giảm theo. Cụ thể, khi dùng muối ở nồng độ 2,5% thì lượng tinh dầu thu hồi còn 0,47ml (đạt tỉ lệ 0,44%(w/w)) và khi tăng nồng độ muối lên 10% thì lượng thinh dầu giảm đi còn 0,3ml hay chiếm tỉ lệ khối lượng 0,28%(w/w) so với mẫu. Do đó, việc dùng muối là không có hiệu quả trong việc thu hồi tinh dầu lá.
Nhìn chung, muối có tác dụng tốt trong quá trình chưng cất nhưng còn tùy vào loại nguyên liệu sử dụng. Đối với lá Quất có một số đặc điểm đáng lưu ý như sau: Do tinh dầu lá có tỉ lệ hòa tan trong cồn 900. Do ở phần tinh dầu lá Quất có chứa nhiều gốc phân cực nên khi cho muối vào sẽ làm tăng khả năng hòa tan các cấu tử này và làm giảm thể tích tinh dầu thu được. Hơn nữa, tinh dầu lá Quất có chứa nhiều hợp chất este có khả năng sôi và bay hơi ở nhiệt độ thấp nên việc cho muối vào sẽ làm tăng nhiệt độ sôi, điều này là không cần thiết vì nó sẽ thúc đẩy sự phân hủy các cấu tử này và làm tổn hao lượng tinh dầu có thể thu hồi. Vì vậy, trong quá trình chưng cất tinh dầu lá Quất sẽ không sử dụng muối NaCl.
3.2. Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu (v/w) thích hợp
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2 (bảng PL 3.2)
0.4 0.6 0.5 0.38 0.47 0.45 0.42 0.44 0.47 0.56 0.37 0.36 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 3.0/1 4.0/1 5.0/1 6.0/1 7.0/1 8.0/1 Tỉ lệ nước/lá T h ể t íc h t in h d ầ u (m l)
Thể tích tinh dầu (ml) Tỉ lệ khối lượng tinh dầu (%)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.7 0.6 T ỉ lệ k h ố i lư ợ n g t in h d ầ u (% ) 0
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/lá Quất đến thể tích và tỉ lệ khối lượng tinh dầu lá thu được
Thảo luận:
Nhìn vào kết quả trên đồ thị chúng tôi thấy. Khi dùng với tỉ lệ nước ngâm tăng lên thì lượng tinh dầu lá Quất thu được cũng tăng theo. Cụ thể, khi dùng tỉ lệ nước ngâm là 3/1(v/w) thì lượng tinh dầu thu được là 0,38ml tương đương với 0,36% (w/w). Khi ngâm lên 6/1(v/w) thì lượng tinh dầu thu được là 0,6ml tương đương với 0,56%(w/w) so với mẫu ban đầu. Do vậy, việc tăng tỉ lệ nước ngâm lên là có hiệu quả.
Tuy nhiên, nếu ta cứ tiếp tục tăng lượng nước ngâm lên thì lượng tinh dầu thu được không tăng lên mà lại giảm. Cụ thể, khi tăng lên 7/1(v/w) thì