từ quả và lá mác mật bằng phương pháp kết hợp chưng cất + trắch ly
(Phương pháp 1) Nguyên liệu Nghiền Chưng cất Lọc Cô ựặc Nước chưng Bã Trắch ly Tinh dầu sản phẩm Tinh dầu thô Sơ chế Cồn etylic Nguyên liệu Nước Hoạt chất sinh học thô
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 44
Sơ ựồ 3.2. Phương pháp thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật bằng phương pháp trắch ly
(Phương pháp 2)
Nguyên liệu
Nghiền
Trắch ly (2 lần)
Dung dịch nước Dung dịch hexan etyl axetat Cô ựặc
Sản phẩm thô
Cồn etylic 95%
Trắch ly Hexan, etyl axetat Nước
Làm khô Na2SO4
đuổi dung môi
Tinh dầu sản phẩm Cô ựặc
Hoạt chất sinh học thô
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 45
3.3.2.2. Phương pháp xác ựịnh hàm lượng các hoạt chất sinh học
Cân chắnh xác 100g nguyên liệu ựã ựược nghiền nhỏ, rồi ựem trắch ly 2 lần ở nhiệt ựộ sơi trong bình cầu có lắp sinh hàn hồi lưu với tổng lượng dung môi metanol là 2.000 ml. Thời gian trắch ly mỗi lần 4h. Sau ựó, lọc tách phần dịch và bã. Phần dịch ựược cô ựặc ựể thu sản phẩm cặn chiết thơ. Sau ựó, cho sản phẩm vào bình cầu 500 ml với 250 ml nước, rồi tách tinh dầu bằng thiết bị chưng cất Clevenger. Hỗn hợp cịn lại trong bình cất ựược cô ựuổi nước ựể thu nhận các hoạt chất sinh học thô và ựược tinh chế bằng cách trắch ly lại với etyl axetat (2 lần) ựể loại bỏ các tạp chất không mong muốn, thu các hoạt chất sinh học sạch.
3.3.2.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ ựến q trình khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật trình khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật
Nguyên liệu (quả hoặc lá mác mật) trước khi chưng cất cần ựược xử lý ựể làm tăng q trình tách và thốt tinh dầu ra khỏi bề mặt nguyên liệu, tạo ựiều kiện thuận lợi cho quá trình chưng cất tinh dầu. Ở ựây, tôi sẽ khảo sát về ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu, thời gian lưu trữ ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu. Dựa vào hiệu suất thu nhận tinh dầu thu ựược ựể lựa chọn chế ựộ xử lý nguyên liệu thắch hợp nhất.
để nghiên cứu lựa chọn các ựiều kiện cơng nghệ thắch hợp cho q trình khai thác tinh dầu và hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật chúng tôi dựa trên nguyên tắc:
- Khi nghiên cứu khảo sát một yếu tố nhất ựịnh thì các thắ nghiệm ựều ựược tiến hành ở cùng các ựiều kiện công nghệ (trừ yếu tố ựang ựược khảo sát). Sau khi ựã chọn ựược giá trị thắch hợp của từng yếu tố thì các giá trị ựó ựược cố ựịnh trong các thắ nghiệm tiếp theo ựể khảo sát các yếu tố còn lại.
- để ựánh giá tương ựối chắnh xác hiệu suất thu nhận tinh dầu, các loại tinh dầu thô thu ựược sau khi chưng cất ựều ựược sơ chế theo cùng một phương pháp như sau: ựầu tiên tinh dầu thô ựược loại nước bằng cách sử dụng muối khan (Na2SO4), sau ựó tiến hành lọc bằng giấy lọc thắch hợp. Hiệu suất thu nhận tinh dầu ựược tắnh theo lượng tinh dầu thu ựược sau sơ chế.
Các sản phẩm hoạt chất sinh học thô ựược gộp lại và ựược tinh chế bằng cách trắch ly lại với etyl axetat (2 lần) ựể loại bỏ các tạp chất không mong muốn,
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 46
thu các hoạt chất sinh học sạch. Hiệu suất thu nhận ựược tắnh theo lượng hoạt chất sinh học sạch thu ựược.
Các công thức tắnh hiệu suất thu nhận như ựã trình bày trong phần 3.3.1.7.
3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu thắ nghiệm ựược ghi lại và xử lý trên phần mềm Microsoft Excel 2003 và phần mềm SAS 9.0 (SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA), sử dụng phương pháp ANOVA một chiều với giới hạn tin cậy là 95%.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 47
Phần thứ tư
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả nghiên cứu phân tắch và ựánh giá nguyên liệu quả và lá mác mật mật
để lựa chọn nguyên liệu thắch hợp nhất cho mục ựắch khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật, chúng tôi tiến hành phân tắch các thành phần chắnh của 3 loại mác mật: mác mật Cao Bằng, mác mật Lạng Sơn và mác mật Bắc Giang. Việc nghiên cứu xác ựịnh các thành phần chắnh trong nguyên liệu mác mật có ý nghĩa hết sức quan trọng, giúp lường trước sự ảnh hưởng của chúng ựến quá trình khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học. Hàm lượng các thành phần chắnh trong nguyên liệu mác mật ựược thể hiện ở bảng 4.1.
Bảng 4.1. Hàm lượng các thành phần chắnh trong nguyên liệu mác mật
Hàm lượng một số chất so với lượng chất khô % Nguyên liệu độ ẩm % Protein đường tổng số Xenluloza Tinh dầu Các HCSH Cao Bằng 70,4 1,43b 11,36a 43,82b 3,74a 5,38a Bắc Giang 71,2 1,51a 10,28b 44,18a 3,25b 5,06b Quả mác mật Lạng Sơn 70,8 1,58a 10,42b 44,03a 3,57a 5,13b LSD5% 0,12 1,02 0,29 0,21 0,20 CV% 4,9 5,1 3,7 4,5 4,7 Cao Bằng 66,2 2,95a 1,42a 78,54b 2,63a 4,95a Bắc Giang 65,4 2,89a 1,36a 79,67a 1,96b 4,23b Lá mác mật Lạng Sơn 65,7 2,92a 1,33a 79,15a 2,38a 4,37b LSD5% 1,92 0,42 1,00 0,62 0,53 CV% 4,0 3,5 4,4 4,5 5,2
Các kết quả phân tắch trong bảng 4.1 cho thấy trong 3 loại quả và lá mác mật ựược tiến hành nghiên cứu, mác mật Cao Bằng có hàm lượng tinh dầu, hàm lượng các hoạt chất sinh học cao nhất. Vì vậy, chúng tơi lựa chọn mác mật Cao Bằng làm mẫu nghiên cứu khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học. Ngoài ra, kết quả cũng chỉ ra rằng hàm lượng protein, ựường tổng trong cả quả và lá mác mật khá thấp nên không ảnh hưởng nhiều ựến quá trình khai thác tinh dầu. Ngược lại, hàm lượng xenluloza khá cao, nên trước khi tiến hành khai thác tinh dầu nguyên liệu cần ựược nghiền ựể tạo ựiều kiện thuận lợi cho quá trình thốt dầu từ ngun liệu ra ngồi và cho q trình tách chiết các hoạt chất.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 48
4.2. Kết quả nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật chất sinh học từ quả và lá mác mật
Trong thực tế, vì lý do kinh tế người ta thường khai thác ựồng thời tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật mà không thu nhận riêng biệt tinh dầu hay các hoạt chất sinh học. điều này có nghĩa là q trình khai thác tinh dầu có liên quan mật thiết tới quá trình thu nhận các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật và ngược lại. Do vậy, ựiều cần thiết và ựóng vai trị hết sức quan trọng là phải lựa chọn ựược một phương pháp thắch hợp ựể khai thác ựược cả tinh dầu và các hoạt chất sinh học cho hiệu suất khai thác cao và chất lượng sản phẩm tốt. Chúng tôi tiến hành khai thác tinh dầu và các hoạt chất sinh học theo hai phương pháp: phương pháp 1 (PP1) chưng cất tinh dầu trước, sau ựó trắch ly thu nhận hoạt chất sinh học, phương pháp 2 (PP2) trắch ly với các loại dung môi chọn lọc khác nhau ựể thu nhận ựược cả tinh dầu và các hoạt chất sinh học. Cách tiến hành và sơ ựồ công nghệ của hai phương pháp này ựược trình bày trong mục 3.3.2.1. ở phần trước. Kết quả khảo sát ựược thể hiện trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Kết quả thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học bằng các phương pháp khác nhau
Hiệu suất
thu nhận tinh dầu, (%)
Hiệu suất thu nhận HCSH, (%) Loại nguyên liệu Phương pháp Theo chất khô Theo lượng TD trong nguyên liệu Theo chất khô Theo lượng HCSH trong NL PP 1 3,41a 91,1 4,70a 87,3 Quả mác mật PP 2 3,35a 89,6 4,72a 87,8 PP 1 2,40a 91,4 4,34a 87,7 Lá mác mật PP 2 2,37a 90,2 4,37a 88,3
Qua kết quả bảng 4.2 cho thấy hiệu suất thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học theo phương pháp 1 và phương pháp 2 khơng có sự khác biệt lớn. Tuy nhiên, tiến hành theo phương pháp 1 có nhiều ưu ựiểm: quy trình thao tác ựơn giản hơn, chất lượng tinh dầu giống tự nhiên hơn, màu sắc ựẹp và quá trình tinh chế sản phẩm dễ dàng hơn. Do vậy, chúng tôi lựa chọn phương pháp 1 là phương pháp thắch hợp nhất cho mục ựắch thu nhận tinh dầu và các hoạt chất sinh học từ mác mật. Nghĩa là quá trình này gồm hai phần kế tiếp nhau:
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 49
- Công nghệ khai thác tinh dầu từ quả và lá mác mật bằng phương pháp chưng cất.
- Công nghệ chiết tách các hoạt chất sinh học từ quả và lá mác mật bằng phương pháp trắch ly.
4.3. Kết quả nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ quả và lá mác mật
4.3.1. Nghiên cứu chế ựộ xử lý nguyên liệu trước khi chưng cất
4.3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian lưu trữ nguyên liệu ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu từ quả và lá mác mật thu nhận tinh dầu từ quả và lá mác mật
Nguyên liệu sau khi mua về ựược ựể nơi thoáng mát và bảo quản ở nhiệt ựộ bình thường (20 -350C) theo ựúng ựiều kiện thực tế của sản xuất trong nước. Việc khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu trữ ựến quá trình khai thác tinh dầu là hết sức cần thiết nhằm xác ựịnh thời gian có thể lưu trữ tối ựa thắch hợp cho mục ựắch khai thác tinh dầu. Kết quả ựược thể hiện tại bảng 4.3.
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của thời gian lưu trữ nguyên liệu ựến hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu
Thời gian lưu trữ,
ngày
độ ẩm, %
Hàm lượng TD trong quả
(so với khối lượng khô), %
Hàm lượng TD trong lá
(so với khối lượng khô), % 0 72,4 3,74 2,63 2 71,3 3,72 2,61 4 70,1 3,68 2,57 5 69,5 3,65 2,52 6 68,8 3,61 2,38 7 67,6 3,47 2,15
Qua bảng 4.3 cho thấy hàm lượng tinh dầu so với khối lượng khô của nguyên liệu trong một số ngày ựầu giảm không ựáng kể. Tuy nhiên, tại một giới hạn lưu trữ nhất ựịnh hàm lượng này giảm ựi một cách nhanh chóng khiến cho lượng tinh dầu thu nhận ựược hao hụt ựi một lượng khá lớn. Thời ựiểm này chắnh là giới hạn lưu trữ thắch hợp cho mục ựắch khai thác tinh dầu. Từ bảng kết quả cho thấy, tốt nhất là chưng cất nguyên liệu mác mật khi cịn tươi hoặc lưu trữ khơng quá 6 ngày ựối với quả và không quá 4 ngày ựối với lá.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 50
4.3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu ựến quá trình chưng cất tinh dầu mác mật
độ mịn của nguyên liệu có ảnh hưởng lớn ựến hiệu suất và tốc ựộ chưng cất tinh dầu. Về nguyên tắc khi ựộ mịn của nguyên liệu càng nhỏ thì q trình thốt tinh dầu ra khỏi nguyên liệu càng nhanh dẫn ựến tốc ựộ và hiệu suất chưng cất tinh dầu càng cao. Nhưng nếu ựộ mịn quá nhỏ thì ngun liệu có thể bị bết và làm cản trở q trình thốt dầu nên cần thiết phải tiến hành khảo sát ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu tới quá trình chưng cất tinh dầu. Các thắ nghiệm ựược tiến hành trong các ựiều kiện công nghệ như nhau (khối lượng mẫu là 3.000g; ựộ ẩm quả mác mật là 70%, ựộ ẩm lá mác mật là 65%) với các ựộ mịn nguyên liệu ựược khảo sát là:
- đối với quả: d ≤ 2,0mm; 2,0 < d ≤ 3,0mm; 3,0 < d ≤ 4,0mm và ựập giập. - đối với lá: d ≤ 3,0mm; 3,0 < d ≤ 4,0mm; 4,0 < d ≤ 5,0mm và nguyên lá Kết quả ựược thể hiện trong bảng 4.4; 4.5.
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu quả mác mật ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu
Hiệu suất thu nhận tinh dầu,
% độ mịn nguyên liệu quả mác mật, mm Khối lượng tinh dầu thu ựược, g Theo chất khô Theo lượng TD trong nguyên liệu
d ≤ 2,0 27,84 3,09a 82,7a 2,0 < d ≤≤≤≤ 3,0 28,07 3,12a 83,4a 3,0 < d ≤ 4,0 24,71 2,75b 73,4b đập giập 19,12 2,12c 56,8c LSD5% 0,22 2,58 CV% 4,1 3,7 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hiệu suất, % d ≤ 2,0 2,0 < d ≤3,0 3,0 < d ≤ 4,0 đập giập độ mịn, mm
HSTN TD theo chất khô HSTN TD theo lượng TD trong quả mác mật
Hình 4.1. Ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu quả mác mật ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 51
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu lá mác mật ựến hiệu suất chưng cất tinh dầu mác mật ựến hiệu suất chưng cất tinh dầu mác mật
Hiệu suất thu nhận tinh dầu, % độ mịn nguyên
liệu lá mác mật, mm
Khối lượng tinh dầu thu
ựược, g
Theo chất khô Theo lượng TD trong nguyên liệu
d ≤ 3,0 22,14 2,11a 80,2a 3,0 < d ≤≤≤≤ 4,0 22,20 2,11a 80,4a 4,0 < d ≤ 5,0 21,23 2,02a 76,9b Nguyên lá 14,38 1,37b 52,1c LSD5% 0,27 1,48 CV% 4,2 4,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hiệu suất, % d ≤ 3,0 3,0 < d ≤ 4,0 4,0 < d ≤ 5,0 Nguyên lá độ mịn, mm
HSTN TD theo chất khô HSTN TD theo lượng TD trong lá
Hình 4.2. Ảnh hưởng của ựộ mịn nguyên liệu lá mác mật ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu
So sánh hiệu suất thu nhận tinh dầu với các ựộ mịn nguyên liệu khác nhau trong bảng 4.4; 4.5 và hình 4.1, 4.2 dễ dàng nhận thấy ựộ mịn của nguyên liệu quả mác mật thắch hợp cho quá trình chưng cất tinh dầu là 2,0 < d ≤ 3,0 mm. đối với lá mác mật ựộ mịn thắch hợp là 3,0 < d ≤ 4,0mm. Sự lựa chọn này ựược sử dụng cho các thắ nghiệm tiếp theo.
4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố cơng nghệ ựến q trình chưng cất tinh dầu từ quả và lá mác mật cất tinh dầu từ quả và lá mác mật
để lựa chọn các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình chưng cất tinh dầu mác mật, chúng tơi tiến hành thắ nghiệm trên bộ thiết bị chưng cất tinh dầu thực nghiệm cỡ nhỏ có nồi hơi riêng dung tắch bình cất 10 lắt tại xưởng thực nghiệm hương liệu và phụ gia thực phẩm, Viện Công nghiệp thực phẩm.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 52
4.3.2.1. Ảnh hưởng của áp suất hơi nước ựến quá trình chưng cất tinh dầu mác mật mật
Một trong những ưu ựiểm lớn của chưng cất tinh dầu có nồi hơi riêng so với chưng cất trực tiếp là dễ dàng ựiều chỉnh áp suất và có thể tạo áp suất hơi nước cao nhằm ựẩy nhanh tốc ựộ chưng cất, tăng hiệu suất thu nhận tinh dầu. Tuy nhiên, nếu áp suất hơi quá cao có thể gây ra sự phân huỷ một số thành phần của tinh dầu và ựịi hỏi thiết bị ựắt tiền. Vì vậy, ựối với mỗi loại nguyên liệu cần tìm ựược áp suất hơi thắch hợp cho hiệu quả chưng cất tinh dầu cao nhất. Mỗi mẻ thắ nghiệm ựược thực hiện với các thông số công nghệ ban ựầu như sau:
- độ mịn nguyên liệu: 2,0 < d ≤ 3,0 mm; - Tốc ựộ chưng cất: 20%
- Khối lượng nguyên liệu: 3kg (ựộ ẩm của quả: 70%, ựộ ẩm của lá: 65%) - Nhiệt ựộ nước ngưng: 300C
- Thời gian chưng cất: 150 phút.
Áp suất hơi nước ựược khảo sát ở các mức: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 và 2,5 atm. Kết quả thu ựược thể hiện ở bảng 4.6.
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của áp suất hơi ựến hiệu suất thu nhận tinh dầu
Hiệu suất thu nhận tinh dầu, % Quả mác mật Lá mác mật Áp suất hơi nước, atm Khối lượng