Nguyên liệu quả sau khi rửa sạch thì để ráo nước, rồi đem nguyên liệu bảo quản ở nhiệt độ -200C đến khi nghiên cứu. Khi sử dụng, dùng tay lột lấy phần vỏ vàng bên ngoài, rồi cân chính xác 100g/mẫu. Thực hiện cắt nhỏ nguyên liệu, trộn đều để đồng nhất mẫu và tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
2.2.3. Dự kiến quy trình tách chiết tinh dầu từ Quất
Quy trình chung dự kiến tách chiết tinh dầu Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước được trình bày trên hình 2.2.
Nghiên cứu thời gian ngâm
Nghiên cứu thời gian chưng cất
Na2SO4 khan
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ Quất
Tinh dầu thô
Làm khan
Lắng, gạn
Tinh dầu Phân ly
Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Ngưng tụ Ngâm
Nghiên cứu tỷ lệ và nồng độ nước muối ngâm nguyên liệu Nguyên liệu
Xử lý
2.2.4. Bố trí thí nghiệm
Nhiệt độ chưng cất cũng là một trong các yếu tố quan trọng quyết định thể tích và chất lượng tinh dầu thu hồi. Tuy nhiên, do điều kiện thí nghiệm tại Phòng Thí nghiệm còn hạn chế nên khi tiến hành bố trí thí nghiệm ta tạm chấp nhận bỏ qua yếu tố ảnh hưởng này.
2.2.4.1. Thí nghiệm xác định tỉ lệ nước muối ngâm nguyên liệu
Mục đích: Nước muối ngâm làm tăng 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.
Các thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ thí nghiệm ở hình 2.3.
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước muối ngâm vỏ quả
Nước muối 10%
Vỏ quả đã xử lý
Xay với tỉ lệ nước muối/cái (v/w)
2/1 3/1 4/1 5/1 6/1
Xác định tỷ lệ tinh dầu thu được, chọn tỉ lệ nước bổ sung thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ
Phân ly Chưng cất (1h)
Cơ sơ chọn khoảng khảo sát cho thông số chọn tỉ lệ nước/nguyên liệu
- Dựa váo các tài liệu tham khảo về tách chiết tinh dầu họ Citrus và tinh dầu Quất.
Đây là cơ sở giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho thông số nước/nguyên liệu.
- Dựa vào quá trình bố trí thí nghiệm và thực nghiệm tại phòng thí nghiệm. Từ đó đưa
ra khoảng khảo sát tỉ lệ nước/nguyên liệu phù hợp đối với vỏ quả Quất.
Cách tiến hành:
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó một lượng nước muối nồng độ 10% như đã bố trí theo hình 2.3. Xay trong 2 phút để làm mẫu dập nát, tăng diện tích tiếp xúc với môi trường nước muối 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, ngâm trong thời gian 2h rồi 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 tỷ lệ khác nhau như trên. Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp cho từng loại mẫu.
2.2.4.2. Thí nghiệm xác định nồng độ NaCl ngâm
Mục đích: NaCl có tác dụng tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế
bào, 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 bay hơi trong quá trình chưng cất.
Thí nghiệm được tiến hành với có hàm lượng NaCl (w/v) thay đổi: 0%; 5%; 10%; 15%; 20% với tỷ lệ nước/cái bổ sung đã chọn thích hợp.
Bố trí thí nghiệm xác định theo hình 2.4.
Cơ sở chọn các khoảng khảo sát cho các thông số hàm lượng NaCl
- Dựa trên các tài liệu tham khảo liên quan đến chiết tinh dầu từ họ Citrus. Đây là cơ
sở khoa học giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho các thông số hàm lượng NaCl.
- Dựa trên quá trình bố trí thí nghiệm. Tiến hành thực hiện ở các khoảng khảo sát khác
nhau, các thí nghiệm được làm lặp lại ít nhất là 3 lần. Sau đó đưa ra khoảng khảo sát thích hợp với tinh dầu Quất.
Lượng nước muối thích hợp
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ muối ngâm vỏ quả
Vỏ quả đã xử lý
Xay với nước muối nồng độ (%)
0 5 10 15 20
Xác định tỷ lệ tinh dầu thu được, chọn nồng độ muối thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ
Phân ly Chưng cất (1h)
Cách tiến hành
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, bổ sung tỉ lệ nước ngâm thích hợp thông qua lô thí nghiệm hình 2.3 và nồng độ NaCl biến thiên như trên hình 2.4. Xay trong 2 phút. Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất ngâm trong 2h, sau đó chưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ và so sánh. Từ đó, chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.2.4.3. Thí nghiệm xác định thời gian ngâm:
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.
Thí nhiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h; 1h; 2h; 3h; 4h; 5h. Các thông số khác của quy trình được chọn: tỉ lệ nước/cái thích hợp; hàm lượng NaCl (w/v,%) thích hợp.
Sơ đồ thí nghiệm trình bày trên hình 2.5.
Cách thực hiện
Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, bổ sung tỉ lệ nước muối có nồng độ thích hợp. Xay trong 2 phút, rồi chuyển toàn bộ hỗn hợp vào bình cầu. Lắp kín thiết bị, thực hiện ngâm với thời gian thay đổi ở các mẫu lần lượt là: 1h; 2h; 3h; 4h; 5h. Sau đó, chưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngưng tụ và so sánh. Từ đó, chọn thời gian ngâm muối thích hợp.
Tỉ lệ và nồng độ nước muối thích hợp
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu
Xác định tỷ lệ tinh dầu thu được, chọn thời gian ngâm thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ
Phân ly Chưng cất (1h) Ngâm với thời gian (h)
Vỏ quả đã xử lý
Xay
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.
Hình 2.6. Nguyên liệu đang chưng cất.
Thí nghiệm tiến hành chưng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ 10 phút, 20 phút, 30 phút…thường xuyên theo dõi và cứ sau 10phút 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. Các thông số khác của quy trình đã được xác định từ các lô thí nghiệm trước. Lặp lại như trên với 3 mẫu thí nghiệm liên tiếp và ghi lại kết quả trung bình.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm dự kiến như hình 2.7.
2.2.5. Phương pháp xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu [2] thành phần của tinh dầu [2]
2.2.5.1. 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)
Thời gian ngâm thích hợp Nước muối có tỉ lệ và nồng độ
thích hợp
Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Chưng cất (phút):
60 70 50
40 80
30 90 100 110 120
Xác định tỉ lệ tinh dầu thu hồi, chọn thời gian chưng cất thích hợp Tinh dầu thô
Ngưng tụ
Phân li NL đã xử lý
Xay
2.2.5.2. Phương pháp định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu Quất (Phụ
lục 4)
Phát hiện sự có mặt của các cấu tử có trong tinh dầu quả Quất tại Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh (số 02 Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, Tp.HCM) bằng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) trên máy HP 5890GC/5972MS, cột mao quản: RTX 5 (30,0 m x 250 mm x 0,25 mm), nhiệt độ in- jector: 2500C, tốc độ dòng: 3 ml/phút.
- Chương trình nhiệt độ:
Nhiệt độ đầu 400C, tăng 20C /phút, đến 800C, lưu 4 phút, tăng 40C /phút đến 1800C, lưu 6 phút, tăng 150C /phút đến 2800C và lưu 2 phút.
- 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
150C/phút 1800C- 6phút 40C/phút 800C- 4 phút 20C/phút 400C
Hình 2.8. Chương trình nhiệt độ khi phân tích tinh dầu vỏ quả Quất bằng phương pháp GC/MS.
2.2.6. 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 2007.
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả xác định thành phần khối lượng của quả Quất
Thành phần khối lượng của quả Quất được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Thành phần khối lượng của quả Quất
Vỏ
(Phần chứa tinh dầu)
Ruột (Phần múi Quất) Mẫu Khối lượng (g) Tỉ lệ (%) Khối lượng (g) Tỉ lệ (%) 1 20,29 20,3 79,71 79,7 2 20,51 20,5 79,49 79,5 3 20,59 20,6 79,41 79,4 Trung bình - 20,47 - 79,53
Qua kết quả trên ta thấy:
- Phần ăn được hay phần múi Quất chiếm lệ cao (khoảng 79,53%) trọng lượng tươi của quả, có độ ẩm cao (bảng PL1) nên có thể bảo quản đông để kéo dài thời gian sử dụng. Ta có thể sử dụng phần này để nghiên cứu, chế biến các dạng sản phẩm có ích khác như làm mứt quả hay bổ sung tạo các dạng sản phẩm giải khát lên men sẽ rất tốt cho sức khỏe.
- Phần vỏ còn lại cũng chiếm tỉ lệ khá cao (20,47%) trọng lượng tươi của quả, là phần có chứa các túi tinh dầu có giá trị. Do vậy, việc tận dụng lại nguồn vỏ này để chiết tinh dầu sẽ có tính khả thi cao bởi công nghệ chiết xuất đơn giản, vốn đầu tư ban đầu thấp mang lại hiệu quả kinh tế cao lại giải quyết tốt vấn đề môi trường.
3.2. Kết quả xác định tỉ lệ nước ngâm/nguyên liệu vỏ quả thích hợp
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.1 (bảng PL2).
Kết quả này cho thấy: khi thay đổi tỷ lệ nước muối cho vào nguyên liệu đem chưng cất thì tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được cũng thay đổi theo.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước muối/vỏ quả Quất đến thể tích và tỉ lệ khối lượng tinh dầu quả thu được
Thảo luận:
Dựa vào kết quả trên ta thấy khi dùng tỉ lệ nước muối/nguyên liệu là 2/1
thì lượng tinh dầu thu được là 1,7ml (tỉ lệ khối lượng 1,41%). Và khi tăng tỉ lệ nước muối/nguyên liệu lên 2,5/1 thì lượng tinh dầu cũng tăng theo 2,45ml
gấp 1,44 lần so với ở tỉ lệ 2/1, nếu tiếp tục tăng lên với tỉ lệ 3/1 lượng tinh dầu thu được lúc này là 2,57ml tương ứng với tỉ lệ khối lượng 2,12% so với mẫu. Tuy nhiên, nếu chúng ta tiếp tục tăng tỉ lệ nước ngâm lên cao nữa thì lượng tinh dầu thu được lại giảm. Cụ thể như sau: khi tăng tỉ lệ nước ngâm lên 3,5/1 thì lượng tinh dầu thu được còn 2,46ml và nếu tăng đến tỉ lệ 4/1 còn 1,65ml (tỉ lệ khối lượng 1,36%). Do vậy, tỉ lệ nước muối ngâm tối ưu là 3/1.
Khi tiến hành gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu và nước, nước sẽ có tác dụng thẩm thấu qua màng tế bào và xâm nhập vào bên trong các tế bào chứa tinh dầu làm chúng trương phồng lên và tới lúc nào đó khi sức chịu đựng của màng không đủ, nó sẽ bị phá vỡ và giải phóng tinh dầu ra ngoài và bị lôi cuốn theo hơi nước. Trong trường hợp sử dụng lượng nước quá thấp sẽ không đủ để hòa tan lượng chất keo có trên màng tế bào làm giảm tốc độ thẩm thấu của hơi
1.7 2.45 2.57 2.46 1.65 1.41 2.02 2.12 2.03 1.36 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 2.0/1 2.5/1 3.0/1 3.5/1 4.0/1 Tỉ lệ nước/vỏ quả (v/w) 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 (%) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 T ỉ lệ k h ố i lư ợ n g t in h d ầ u (% )
nước và độ khuếch tán của tinh dầu. Đồng thời, khi lượng nước quá ít thì áp lực tạo ra không đủ để phá vỡ hoàn toàn các túi tinh dầu cũng như không tạo đủ lượng hơi cần thiết để lôi cuốn tinh dầu ra khỏi hỗn hợp. Do đó, lượng tinh dầu thu được sẽ ít.
Trường hợp ngược lại, khi tỉ lệ nước/nguyên liệu quá cao thì các cấu tử có tính phân cực trong tinh dầu (andehyt,ester, ceton…) sẽ hòa tan vào nước làm tổn hao tinh dầu thu được. Hơn nữa, khi đó nồng độ của dung dịch sẽ giảm xuống muốn trích ly toàn bộ tinh dầu trong đó thì đòi hỏi phải tăng thời gian chưng cất nhưng tại đây thời gian được cố định ở 70 phút nên lượng tinh dầu thu được sẽ ít hơn. Theo kết quả trên, ta chọn tỉ lệ nước/nguyên liệu tối ưu cho quả là 3/1.
3.3. Kết quả xác định nồng độ NaCl trong nước ngâm vỏ quả thích hợp
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2 (bảng PL4).
3.3. Kết quả xác định nồng độ NaCl trong nước ngâm nguyên liệu 3.3.1. Kết quả xác định nồng độ NaCl trong nước ngâm nguyên liệu
quả
Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.3.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl trong nước ngâm vỏ quả đến thể tích và tỉ lệ khối lượng tinh dầu quả thu được.
Thảo luận: 2.56 2.95 3.1 2.55 2.12 2.14 2.56 2.11 2.7 2.23 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 5 10 15 20 Nồng độ NaCl (%) T h ể t íc h t in h d ầ u ( m l)
Tthể tích tinh dầu (ml) Tỉ lệ khối lượng tinh dầu (%)
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 T ỉ lệ k h ố i lư ợ n g t in h d ầ u (% ) 0
Khi bổ sung muối ở nồng độ tăng từ 0% đến 10% thì thể tích tinh dầu thu hồi cũng tăng theo và đạt cực đại 3,1 ml ở 10% hay tinh dầu thu được có tỉ lệ 2,56%(w/w) so với mẫu, tăng một lượng đáng kể là 0,54ml so với trường hợp không ngâm. Tuy nhiên, khi chúng tôi tăng nồng độ muối thêm nữa thì