Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.4. (bảng PL 3.4)
0.67 0.67 0.67 0.65 0.61 0.53 0.45 0.37 0.3 0.14 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Thời gian chưng cất (phút)
T ỉ lệ k h ố i lư ợ n g t in h d ầ u ( % )
Tỉ lệ khối lượng tinh dầu (%l)
Hình 3.4. Tỉ lệ khối lượng tinh dầu trong các thời gian chưng cất khác nhau
Thảo luận
Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy tỉ lệ khối lượng tinh dầu lá Quất tăng theo nhanh trong thời gian đầu và tăng chậm ổn định trong các thời gian chưng cất tiếp theo. Tuy nhiên, cũng không có nghĩa là sẽ tỉ lệ thuận với thời gian chưng cất. Cụ thể, tinh dầu lá tăng nhanh trong 20 phút đầu tiên (0,32ml) tương đương với tỉ lệ khối lượng là (0,3%) sau đó tăng chậm và ổn định trong 40 phút tiếp theo sau đó tăng chậm dần và đạt cực đại khi chưng cất được 80 phút (0,71ml) tương đương với tỉ lệ khối lượng là (0,67%) và không tăng thêm được nữa khi tiếp tục chưng cất. Điều này được giải thích như sau: Lúc đầu, nguyên liệu lớn, tinh dầu nhiều, tốc
độ khuếch tán và bay hơi cao nên lượng tinh dầu thu được tăng nhanh, còn ở giai đoạn sau thì lượng tinh dầu trong nguyên liệu giảm nên tốc độ bay hơi giảm và cho đến khi tinh dầu trong nguyên liệu hết thì tinh dầu không bay hơi nữa. Do vậy, thời gian chưng cất tối ưu của mẫu lá Quất là 80 phút.
3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Quất
Hình 3.5. Quy trình hoàn thiện tách chiết tinh dầu từ lá Quất
Na2SO4 khan
Tỷ lệ nước/nguyên liệu(v/w): 6/1 Thời gian xay: 2 phút
Nồng độ NaCl(w/v): 0% Thời gian ngâm nước : 3h
Thời gian chưng cất: 80 phút
Phân ly
Tinh dầu thô
Làm khan Lắng, gạn Tinh dầu lá Lá Quất Xử lý Xay Ngâm
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Thuyết minh quy trình:
- Chuẩn bị nguyên liệu: Chọn những lá Quất tươi, màu xanh bóng và đạt được độ trưởng thành. Sau đó rửa sạch và làm ráo, để loại bỏ các bụi bẩn và tạp chất có trên nguyên liệu. Tiến hành cân mỗi mẫu thí nghiệm 100g và cắt nhỏ sơ bộ nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình sau. Trong trường hợp số lượng mẫu lớn, sau khi rửa sạch có thể bảo quản đông trong túi PE và buột kín miệng túi, để chủ động nguồn nguyên liệu và đảm bảo chất lượng tinh dầu tạo ra.
- Xay: Cho nguyên liệu vào máy xay và thêm với nước sao cho tỷ lệ nước/nguyên liệu là 6/1 (v/w). Xay nhỏ nguyên liệu trong 2 phút. Sau đó, chuyển hỗn hợp nguyên liệu vào bình cầu của thiết bị chưng cất.
- Ngâm: Chuyển hỗn hợp sau khi xay vào bình cầu của thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi nước theo kiểu Clevenger (có hoàn lưu nước chưng),lắp kín thiết bị và phủ kín không cho ánh sáng tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp, để yên trong 3 giờ.
- Chưng cất: Tiến hành chưng cất hỗn hợp nguyên liệu đã xử lý dưới áp suất khí quyển (nhiệt độ dưới 1000C, cụ thể: bình cầu được gia nhiệt bằng bếp điện có nút điều chỉnh dòng điện, đồng thời hơi trong bình cầu bốc lên sẽ được ngưng tụ hoàn toàn tại ống sinh hàn. Đồng thời, tại ống sinh hàn có van xả khí thông với bên ngoài trong trường hợp nếu hơi ngưng tụ không hoàn toàn. Để tránh làm tăng áp suất bên trong ảnh hưởng đến thiết bị. Do đó, áp suất trong bình cầu sẽ bằng áp suất khí quyển) trong 80 phút để thu hồi tinh dầu.
- Ngưng tụ: Hỗn hợp hơi nước và tinh dầu thoát ra được đi vào ống sinh hàn của thiết bị chưng cất, dưới tác dụng của nước có trong ống sinh hàn có nhiệt độ thấp, sẽ chuyển hóa hỗn hợp trên từ dạng hơi sang dạng lỏng và sau đó được chảy vào bộ phận ngưng tụ của thiết bị.
- Phân ly: Để yên cho hỗn hợp thu được trong bộ phận ngưng tụ đến khi tách hoàn toàn thành 2 pha: tinh dầu nhẹ hơn nước sẽ ở phía trên, nước sẽ ở
phía dưới. Mở van xả trên ống ngưng tụ cho nước phía dưới thoát ra, cho đến khí hết. Sau đó, cho lớp tinh dầu bên trên chảy vào bình hứng để thu tinh dầu thô.
- Làm khan: Làm khan bằng Na2S04 vì nó có tính hút nước. Thêm Na2SO4 khan vào bình chứa tinh dầu thô, vừa cho vào vừa lắc đều cho đến khi quan sát thấy các tinh thể muối Na2SO4 bắt đầu rời ra. Số lượng Na2SO4 khan phụ thuộc vào lượng nước sau phân ly nhiều hay ít và tại thí nghiệm của chúng tôi thì lượng Na2SO4 khan sử dụng là 3%.
- Lắng gạn- Thu tinh dầu: Để lắng hỗn hợp trên. Cho phần tinh dầu đã làm khan bên trên chảy qua ống xiphông vào bình chứa sản phẩm.
Sản phẩm tinh dầu thu được cho vào các bình chứa hay lọ sẫm màu, đậy kín, bảo quản trong tối ở 2-40C cho đến khi đem phân phối.
3.6. Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Quất
Bảng 3.1. Kết quả xác định hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Quất
Mẫu Thí nghiệm Cốc trước khi sấy G1(g) Cốc sau khi sấy G2(g) Độ ẩm (%) Độ ẩm trung bình (%) 1 34,58 33,38 60,1 2 34,39 33,16 61,65 Lá Quất 3 34,23 33,01 60,55 60,8
Kết quả cho thấy hàm lượng ẩm trong nguyên liệu lá Quất không cao. Do đó, khi tách chiết tinh dầu phải cần một lượng nước tương đối nhiều mới phát huy hiệu quả quá trình thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, phá hủy hệ keo, và lôi cuốn các thành phần hữu cơ trong tinh dầu. Cụ thể, như kết quả thí nghiệm ở trên thì lượng nước cần dùng là 6/1 (v/w).
3.7. Kết quả xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu
Bảng 3.2. Tỉ lệ khối lượng tinh dầu tách chiết từ lá Quất
Thí Nghiệm
Khối lượng nguyên liệu tươi (g)
Thể tích tinh dầu (ml)
Tỉ lệ khối lượng tinh dầu (% w/w)
1 100,00 0,70 0,67
2 100,01 0,71 0,67
3 100,01 0,71 0,67
Trung bình 100,01 0,71 0,67
Tiến hành chưng cất tinh dầu theo các thông số đã tối ưu ở trên để xác định hiệu suất của quá trình tách tinh dầu lá Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Kết quả thu được thể hiện trên (bảng 3.2) cho thấy hiệu suất tách tinh dầu chấp nhận được (khoảng 0,67% w/w ) tính theo nguyên liệu tươi.
3.8. Kết quả đánh giá tính chất cảm quan và xác định các chỉ số lý- hóa của sản phẩm phẩm
3.8.1. Mô tả tính chất cảm quan sản phẩm
Một số tính chất cảm quan sản phẩm thu từ qui trình đề xuất được thể hiện ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Bảng mô tả tính chất cảm quan của tinh dầu lá Quất
Tính chất cảm quan Chỉ
Tiêu
Độ trong suốt Màu sắc Mùi Vị
Kết quả
Trong suốt Màu vàng nhạt Mùi thơm nồng, hấp dẫn, đặc trưng của
tinh dầu lá Quất
3.8.2. Kết quả xác định các chỉ số hóa- lý của sản phẩm
Kết quả xác định các chỉ số hóa- lý của tinh dầu lá Quất thu từ qui trình đề xuất được thể hiện ở bảng 3.4 (xem các bảng PL4.1, bảng PL4.2, bảng PL4.3, bảng PL4.4). Bảng 3.4. Kết quả xác định các chỉ số hóa- lý của Tinh dầu lá Quất Sản phẩm Tỷ trọng (d25) Tỷ lệ Tinh dầu hòa tan trong
cồn 900,ở 250C(v/v) Chỉ số acid (IA) Chỉ số xà phòng hóa (IS) Chỉ số este (IE) Tinh dầu lá 0,936 1,5/2 3,6465 34,5 30,8535
Từ kết quả bảng 3.4 chúng tôi có một vài nhận xét như sau:
Giá trị tỷ trọng của tinh dầu lá Quất ở 250C nhỏ hơn 1, điều này chứng tỏ nó nhẹ hơn nước và trong thành phần tinh dầu Quất có chứa nhiều hợp chất kém phân cực và dễ bay hơi (có thể là alcol, andehyt, xeton…). Như vậy, tinh dầu lá Quất cũng như đa số các loại tinh dầu khác đều kém bền nhiệt, do đó cần bảo quản chúng ở nhiệt độ thấp để hạn chế các biến đổi xấu ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu thành phẩm. Ngoài ra, tinh dầu chiết từ lá có tỷ trọng lớn và gần bằng 1(d25 = 0,936) có thể chứng minh trong thành phần tinh dầu lá có chứa các hợp chất kém phân nên dễ hòa tan trong môi trường nước chưng cất. Điều này cũng góp phần giải thích tại sao lượng tinh dầu thu được từ lá lại ít (0,71ml).
Tỷ lệ tinh dầu hòa tan trong Cồn 900, ở 250C(v/v) của lá Quất cao, điều đó chứng tỏ trong thành phần tinh dầu lá có chứa nhiều hợp chất phân cực nên dễ tan trong nước và đặc biệt dễ bị tổn hao trong môi trường chưng cất có bổ sung muối, vì muối sẽ làm tăng tính phân cực của hỗn hợp. Do đó, khi chưng cất nguyên liệu có NaCl không những lượng tinh dầu thu được không tăng lên mà còn giảm đi đáng kể ( từ 0,71ml xuống còn 0,3ml ở nồng độ 10%).
Chỉ số acid (IA) của tinh dầu Quất thấp chứng tỏ tinh dầu khá bền, khó bị nhựa hóa hay biến chất. Tuy nhiên, khi so sánh các chỉ số IA, IS, IE của tinh dầu Quất so với tinh dầu từ các loại Citrus khác thì giữa chúng có sự khác biệt lớn. Điều này có thể được lý giải là do sự khác biệt về mặt thành phần hóa học sẽ được phân tích sau đây.
Chỉ số xà phòng hóa (IS) và chỉ số este (IE) của tinh dầu lá cao chứng tỏ tinh dầu lá có chứa nhiều hợp chất este có thể sôi và bay hơi ở nhiệt độ thấp. Nếu nhiệt độ cao nó sẽ bị phân hủy tạo các sản phẩm phụ và làm tổn thất tinh dầu thu hồi, đặc biệt khi chưng cất có muối vì khi có muối thì sẽ làm tăng nhiệt độ sôi của hỗn hợp.
3.9. Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu
Thành phần hóa học của tinh dầu lá Quất được xác định bằng phương pháp sắc kí khí, ghép khối phổ GC/MS. Kết quả phân tích mẫu tinh dầu được thể hiện trong bảng 3.5 (phổ MS của một số cấu tử chính trong tinh dầu lá Quất, (phụ lục 7))
Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu lá Quất được thể hiện dưới bảng 3.5. Bảng 3.5.Kết quả phân tích GC/MS tinh dầu lá Quất STT Tên % 1 alpha-Phellandrene 0,12 2 á-cis-Ocimene 1,19 3 Bicyclo 4.1.0 heptane,7-(1-methylethylidene) 0,12 4 beta-Pinene 3,25 5 2-Cyclohexen-1-ol,4-ethyl-1,4-dimethyl 6,39 6 beta-Myrcene 0,55 7 Tricyclene 0,59 8 Limonene 1,73 9 Eucalyptol 1,84 10 Camphene 2,37 11 Terpinen 0,16
12 á-Linalool 7,74 13 1,3,8-P-Menthatriene 0,35 14 p-Menth-1-en-4-ol 0,30 15 p-Menth-1-en-8-ol 0,46 16 Decanal 0,39 17 p-Menth-3-ene,2-isopropenyl-1-vinyl- 0,30 18 p-Menth-1-en-4-ol, acetate 1,91 19 p-Menth-1-en-8-ol, acetate 0,12 20 Xem phổ 0,07 21 Cyclobuta[1,2:3,4]dicyclopentene,1,2,3,3a,3bá… 0,13 22 Cyclohexane,2,4-diisopropenyl-1-methyl-1-vinyl- 1,45 23 Bycyclo[7.2.0]undec-4-ene,4,11,11-trimethyl-8- methylene- 3,19 24 1,5-Cycloundecadiene,8,8-dimethyl-9-methylene- 0,57 25 Cadinene 0,28 26 alpha-Caryophyllene 0,57 27 Germacrene D 8,47 28 Eudesma-4(11),11-diene 2,80 29 Germacrene B 2,19 30 Cadia-3,9-diene 0,20 31 o-Menth-8-ene-4-methenol, à, à-dimethyl-1-vinyl- 0,83 32 Nerolidol 18,80 33 1H-Cycloprop e azulen-4-ol,decahydro-1,1,4,7- tetramethyl 0,71 34 Spathulenol 1,02 35 Guai-1(10)-en-11-ol 1,02 36 Eudesma-4(14)-en-11-ol 0,47
37 Linalyl propanoate 0,51 38 Eudesmol 3,41 39 Hinesol 4,01 40 Xem phổ 4,93 41 Guaiol 12,48 42 Kauran-18-al,17-(acetyloxy)-,(4beta)- 1,17 43 5-Azulenemethanol,1,2,3,4,5à,6,7,8-octahydro- à,à,3á,8á-tetramethyl-,acetate 0,26 44 Phytol 0,57 100,00
Từ kết quả phân tích ở bảng 3.5 ta có thể phân loại các cấu tử trong hỗn hợp ra thành các nhóm sau:
Thành phần tinh dầu lá Quất có chứa rất nhiều cấu tử (44 cấu tử), chiếm diện tích lớn nhất là Nerolidol, tiếp theo là Guaiol và các hợp chất như Linalool; Cyclohexane,2,4- diisopropenyl-1-methyl-1-vinyl-; Bycyclo[7.2.0]undec-4-ene,4,11,11-trimethyl-8-methylene-; 1,5-Cycloundecadiene,8,8-dimethyl-9-methylene-,đây là các hợp chất thuộc nhóm ancol.
Ngoài ra, còn có nhiều este như p-Menth-1-en-4-ol, acetate; p-Menth-1-en-8-ol, acetate, Cadia-3,9-diene… và có chứa nhiều nhóm terpen như Limonene; Cadinene; Terpinen và các nhóm acid, aldehyt khác.
Như vậy, tinh dầu lá Quất có chứa nhiều thành phần phân cực nên khi sử dụng dung môi nước hay nước có bổ sung muối để chưng cất thì dễ tổn hao các cấu tử trong đó.
Do vậy, cần tiến hành nghiên cứu thử nghiệm chiết rút tinh dầu lá Quất với nhiều phương pháp khác và đánh giá hiệu suất thu được để có sự đánh giá chính xác hơn về thành phần cũng như đặc tính của nó.
3.10. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm trong phòng thí nghiệm
Bảng 3.6. Ước tính chi phí nguyên vật liệu để tách tinh dầu từ 10 kg lá Quất trong phòng thí nghiệm
STT Nguyên vật liệu Lượng sử dụng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Lá Quất 10kg 15.000 150.000 2 Na2SO4 công nghiệp 0,5kg 75.000 37.500 3 Nước cất 0,6m3 3.000 1.800 4 Nước máy 2m3 1.500 3.000 5 Lọ sẫm màu10ml 8 chiếc 2.000 16.000 Tổng cộng 208.300
Lượng tinh dầu chiết từ 10kg lá Quất là 71ml. Như vậy, chi phí sản xuất 10ml tinh dầu lá Quất ước tính là:
(208.300/71)*10 =29.338 VNĐ
So với giá bán các loại tinh dầu khác trên thị trường hiện nay thì chi phí sản xuất với sản phẩm tinh dầu lá Quất là tương đối rẻ. Tuy nhiên, sản phẩm tinh dầu lá Quất có giá thành tương đối cao do đề tài được tiến hành vào thời điểm khan hiếm nguồn nguyên liệu nên giá mua nguyên phẩm khá cao.
Trên thực tế, để đi vào sản xuất quy mô lớn ta sẽ thực hiện phương án khép kín nên sẽ giải quyết các vấn đề tồn tại như trên. Đồng thời, có thể tái sử dụng nước chưng chứa NaCl, thu hồi Na2SO4 và nước máy làm mát ống sinh hàn nên sẽ tiết kiệm được lượng nước dùng.
Ngoài ra, có thể tận dụng phần nước ngưng để vận dụng trong công nghệ sản xuất nước hoa tắm… do còn một số lượng tương đối các cấu tử tinh dầu hòa tan nên sẽ mang đến thơm dễ chịu đặc trưng cho sản phẩm sau này, nhờ đó góp phần làm giảm giá thành sản phẩm.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Qua một thời gian nghiên cứu, chúng tôi đưa ra các kết luận sau:
a. Điều kiện thích hợp để tách chiết tinh dầu lá Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước như sau:
- Tỷ lệ nước/nguyên liệu là 6/1 (v/w). - Không dùng NaCl.
- Thời gian ngâm nước là 3h (giờ ). - Chưng cất trong thời gian 80 phút.
- Tỉ lệ khối lượng tinh dầu lá Quất tách chiết được, tương ứng là 0,66%(w/w). b. Tinh dầu lá Quất thu được có một số tính chất sau: Trong suốt, màu vàng nhạt, mùi thơm nồng, hấp dẫn, vị đắng đặc trưng của tinh dầu lá Quất.
c. Các chỉ số vật lý và hóa học của tinh dầu lá Quất nằm trong khoảng giá trị tương ứng của tinh dầu họ Citrus đã được công bố.
- Tỷ trọng (d25) : 0,936.
- Tỷ lệ tinh dầu hòa tan trong cồn 900,ở 250C(v/v): 1,5/2. - Các chỉ số hóa-lý: + Chỉ số acid(IA): 3,6465.
+ Chỉ số xà phòng hóa(IS): 34,5. + Chỉ số este(IE): 30,8535.
d. Bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) đã xác định được 44 cấu tử chính trong tinh dầu lá trong đó hợp chất thuộc nhóm ancol chiếm tỉ lệ cao nhất.
2. Kiến nghị
1/ Tiếp tục nghiên cứu chiết tinh dầu lá Quất bằng các phương pháp hiện đại hơn ( hỗ trợ bằng vi sóng, chiết bằng CO2 siêu tới hạn,…)
2/ Nghiên cứu thử hoạt tính sinh học của tinh dầu lá Quất trên các chủng vi sinh vật khác nhau, từ đó kết luận về khả năng ứng dụng của sản phẩm trong công nghiệp thực phẩm, y học, mỹ phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Phan Thị Trân Châu, Nguyễn Thị Hiên, Phùng Gia Tường (1997), “Thực hành hóa sinh học”, NXB Giáo Dục.
2. Nguyễn Minh Hoàng (2006), “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ