CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Từ các phương pháp thu nhận tinh dầu đã trình bày trên phần tổng quan tôi xin chọn phương pháp chưng cắt lôi cuốn bằng hơi nước.
, , đỡ tốn kẽm, không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ. Thời gian chưng cất tương đối nhanh và phù hợp với điều kiện thực tiễn tại phòng thí nghiệm.
2.4.2. Quy trình dự kiến chƣng cất tinh dầu xông giải cảm
Quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu xông giải cảm bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước được trình bày trên hình 2.1
Hình 2.1. Quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu xông giải cảm bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Qua tham khảo tài liệu, tôi chọn các yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi tinh dầu và khoảng giá trị khảo sát nhƣ sau:
Na2SO4 khan Tinh dầu thô
Làm khan Lắng, gạn Phân ly
Chưng cất lôi cuốn hơi nước Ngƣng tụ
Nghiên cứu tỷ lệ nước ngâm Nguyên liệu
Xử lý
Xay
Ngâm
Nghiên cứu thời gian chƣng cất
Nghiên cứu nồng độ NaCl thời gian ngâm
Tinh dầu
Tỷ lệ nước/nguyên liệu, X1 = 4,0 7,0 (v/w)
Nồng độ NaCl trong dịch ngâm X2 = 0,0 10% (w/v)
Thời gian ngâm NaCl, X3 = 0 240 (phút) Thời gian chƣng cất, X4 = 0 100 (phút)
Để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố trên đến hiệu suất thu hồi tinh dầu, tôi dùng phương pháp thực nghiệm yếu tố từng phần (thay đổi từng thông số trong khi cố định các thông số còn lại).
2.4.3. Bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ nước ngâm
Mục đích: 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 chưng tối ƣu.
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm Theo kinh nghiệm các thông số sau đƣợc chọn: xay trong 3 phút, nồng độ NaCl 5%, thời gian ngâm 120 phút, thời gian chƣng cất 60 phút.
Để xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp, tôi tiến hành lô thí nghiệm sau:
Lấy 120g cho vào máy xay điện, thêm một lượng nước cất trong đó tỷ lệ nước/nguyên liệu thay đổi lần lượt là: 4,0/1; 4,5/1; 5,0/1; 5,5 /1; 6,0/1; 6,5/1; 7,0/1 (v/w), đồng thời bổ sung thêm muối NaCl sao cho đạt 5% (w/v). Xay trong 3 phút.
Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chƣng cất và ngâm
4/1 4,5/1 5/1 5,5/1 6/1 6,5/1 7/1
Nguyên liệu đã Xử lý
Xay với tỷ lệ Nước /Nguyênliệu, X1 (v/w)
Tinh dầu thô Ngƣng tụ
Ngâm NaCl 5%, thời gian 120 phút Chƣng cất 60 phút
Đo thể tích tinh dầu thu đƣợc chọn tỷ lệ nước bổ sung thích hợp Phân ly
trong 120 phút. Chưng hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngƣng tụ (có khắc vạch thể tích) và so sánh. Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp.
2.4.4. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ ngâm NaCl
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 chƣng cất.
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ muối NaCl thích hợp Nguyên liệu đã
xử lý
Xay (Tỷ lệ X1 thích hợp)
0% 2,5% 5% 7, 5% 10%
Bổ sung NaCl sao cho nồng độ NaCl trong dịch ngâm thay đổi, X2 (w/v)
Tinh dầu thô Ngƣng tụ Chƣng cất 60 phút
Đo thể tích tinh dầu thu đƣợc chọn nồng độ NaCl thích hợp
Phân ly
Để xác định nồng độ NaCl thích hợp, tôi tiến hành lô thí nghiệm sau:
Lấy 120g cho vào máy xay điện, thêm vào đó một lượng nước cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu đã chọn được thông qua lô thí nghiệm trước. Thêm NaCl vào ở các nồng độ biến thiên nhƣ trên, áp dụng cho từng loại mẫu. Xay trong 3 phút.
Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chƣng cất và ngâm trong 120 phút. Chưng hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển. Đọc thể tích tinh dầu tách ra trên ống ngƣng tụ (có khắc vạch thể tích) và so sánh. Từ đó chọn nồng độ NaCl thích hợp.
2.4.5. Bố trí 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.
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu
Thí nhiệm đƣợc tiến hành với các thời gian thay đổi nhƣ sau: 0h; 1h; 2h; 3h;
4h. Các thông số khác của quy trình được chọn: tỉ lệ nước/cái thích hợp; hàm lượng NaCl (w/v,%) thích hợp. Từ đó chọn thời gian ngâm thích hợp.
2.4.6. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chƣng cất
Mục đích: Thời gian chƣng cất có vai trò quyết định lƣợng tinh dầu thu hồi.
Nếu chƣng cất trong thời gian quá ngắn thì lƣợng tinh dầu trích ly chƣa hết hoàn toàn hay nó vẫn còn tồn tại trong các tế bào tiết, do vậy sẽ làm giảm thể tích tinh dầu thu đƣợc. Ngƣợc lại, khi chƣng cất quá thời gian tối ƣu thì vừa tốn thời gian,
0h 1h 2h 3h 4h
Tinh dầu thô Ngƣng tụ Chƣng cất 60 phút
Ngƣng tụ
Đo thể tích tinh dầu thu đƣợc chọn nồng độ NaCl thích hợp
Xay (Tỷ lệ X1 thích hợp)
Ngâm ( X2 thích hợp) Nguyên liệu
đã xử lý
Phân li
vừa tổn hao năng lƣợng và nghiêm trọng hơn là chất lƣợng tinh dầu thu đƣợc cũng bị giảm đi đáng kể.
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chưng cất
Thí nghiệm tiến hành chƣng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ 10 phỳt, 20 phỳt, 30 phỳt,…thường xuyờn theo dừi và cứ sau 10 phỳt ghi lại thể tớch tinh dầu ngƣng tụ cho đến khi thấy thể tích tinh dầu thô thu đƣợc bên ống ngƣng tụ không tăng đƣợc nữa. Các thông số khác của quy trình đã đƣợc 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.
Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu chọn thời gian chƣng cất thích hợp
40 50
30
20 60
10 70 80 90 100
- Tỷ lệ cái/nước thích hợp - NaCl (w/v) thích hợp Chƣng cất (phút):
Nguyên liệu đã xử lý
Xay Ngâm
Tinh dầu thô Ngƣng tụ
Phân li
2.4.7. Thử nghiệm quy trình chƣng cất - Xác định tỷ lệ tinh dầu chiết xuất từ nguyên liệu
Tiến hành 3 thí nghiệm song song tách chiết tinh dầu từ nguyên liệu trong điều kiện thích hợp đã xác lập.
Sau khi chƣng cất, để lắng hỗn hợp trong ống ngƣng tụ đến khi tách hẳn thành 2 pha riêng biệt. Đọc thể tích tinh dầu trên ống ngƣng tụ.
Tỷ lệ thu hồi tinh dầu đƣợc tính theo công thức:
% 100 . )
/ (
%
NL TD
m w V v
Trong đó:
: Tỷ lệ tinh dầu thu hồi (%) VTD : Thể tích tinh dầu thu đƣợc (ml)
mNL: Khối lượng nguyên liệu (tươi hay khô) đem chưng cất 2.4.8. Phương pháp xác định các chỉ số lý – hóa
Lƣợng tinh dầu sau khi chƣng cất và làm khan đƣợc đem xác định các chỉ số lý-hóa nhƣ sau:
- Xác định tỷ trọng ở 250C (d25): Phương pháp khối lượng, dùng bình đo tỷ trọng (PL1).
- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS) : Phương pháp chuẩn độ (PL1).
2.4.9. Xác định thành phần phần trăm tinh dầu của mỗi loại lá trong sản phẩm tinh dầu xông giải cảm
- Công thức tính % của từng loại tinh dầu trong sản phẩm xông giải cảm:
Phần trăm từng loại =
2 1
V V
Trong đó: V1: Thể tích tinh dầu từng loại
V2: Thể tích tinh dầu của hỗn hợp chiết
- Các xác định đƣợc tiến hành cu thể nhƣ sau:
+ Thành phần phần trăm tinh dầu sả trong tinh dầu xông giải cảm: Tiến hành chƣng cất 100g lá sả trong điều kiện thích hợp đã chọn, đọc thể tích tinh dầu thu đƣợc. Suy ra 30g lá sả trong hỗn hợp nguyên liệu chiết sẽ thu đƣợc thể tích bao nhiêu. Cuối cùng tính đƣợc thành phần phần trăm tinh dầu của lá sả trong sản phẩm tinh dầu xông giải cảm
+ Thành phần phần trăm tinh dầu bạch đàn trong tinh dầu xông giải cảm:
Tiến chƣng cất 100g lá sả trong điều kiện thích hợp đã chọn, đọc thể tích tinh dầu thu đƣợc. Suy ra 10g lá bạch đàn trong hỗn hợp nguyên liệu chiết sẽ thu đƣợc thể tích bao nhiêu. Cuối tính đƣợc thành phần phần trăm tinh dầu của lá bạch đàn trong sản phẩm tinh dầu xông giải cảm
+ Thành phần phần trăm các loại lá kinh giới, lá tía tô, lá chanh, lá bưởi trong tinh dầu xông giải cảm: Tiến hành chung cất 100g từng loại trên trong điều kiện thích hợp đã chon, đọc thể tích tinh dầu thu đƣợc. Suy ra 20g của mỗi loại trong hỗn hợp nguyên liệu chiết sẽ thu đƣợc thể tích bao nhiêu. Cuối cùng tính đƣợc thành phần phần trăm tinh dầu của các loại lá kinh giới, tía tô, chanh và bưởi trong sản xuất tinh dầu xông giải cảm bằng công thức trên.
2.4.10. 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.
Vẽ đồ thị hai chiều bằng phần mềm Excel 2007.