1.1. GIỚI THIỆU VỀ TINH DẦU
1.1.11. Các phương pháp trích ly tinh dầu
Do những yêu cầu về nguyên tắc sản xuất nên khi khai thác hợp chất thơm từ thực vật, động vật, người ta thường dùng một trong các phương pháp sau đây:
Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước
Hình 1.4. Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước
Hơi nước tạo ra từ nồi hơi, thường có áp suất cao hơn không khí, được đưa thẳng vào bình chưng cất. Ngày nay thường dùng phương pháp này để chung cất tinh đầu từ các nguyên liệu thực vật. Ưu điểm của phương pháp này là người ta có thể điều chỉnh áp suất, nhiệt độ như mong muốn để tận thu sản phẩm nhưng phải giữ nhiệt độ ở mức giới hạn để tinh dầu không bị phân hủy.
Việc sử dụng phương pháp cũng lệ thuộc vào những điều kiện hạn chế, yêu cầu hơi nước không quá nóng và quá ẩm. Nếu quá nóng nó có thể phân hủy nhưng cấu phần có độ sôi thấp. Nếu dòng chảy của tinh dầu ngưng lại sớm quá, người ta
15
phải chưng cất tiếp bằng hơi nước bão hòa trong một thời gian cho đến khi sự khuếch tán hơi nước được tái lập lại, khi đó mới tiếp tục dùng lại hơi nước quá nhiệt. Nếu hơi nước quá ẩm sẽ dẫn đến hiện tượng hơi nước ngưng tụ, phần chất nạp phía dưới sẽ bị ướt, trong trường hợp này người ta phải tháo nước ra bằng một van xả dưới đáy nồi. Trong công nghiệp, hơi nước trước khi vào bình chưng cất phải đi ngang một bộ phận tách nước.
Với hơi nước có áp suất cao thường gây ra sự phân hủy quan trọng, nên tốt nhất là bắt đầu chưng cất với hơi nước ở áp suất thấp và cao dần cho đến khi kết thúc. Không có một quy tắc chung nào cho mọi nguyên liệu vì mỗi chất nạp đòi hỏi một kinh nghiệm và yêu cầu khác nhau. Hiệu suất và chất lượng tinh dầu phụ thuộc vào đặc tính của tinh dầu và cách chọn phương pháp chưng cất (Lã Đình Mỡi, 2001).
Trong phòng thí nghiệm, để chưng cất hơi nước tinh dầu người ta thường dùng bộ dụng cụ thủy tinh Clevenger.
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 tương đối nhanh.
Nhược điểm:
– Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp.
– Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu có cấu phần dễ bị phân hủy.
– Trong nước chưng luôn luôn có một lượng tinh dầu tương đối lớn.
– Những tinh dầu có độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.
Phương pháp trích ly bằng dung môi dễ bay hơi
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sử dụng dung môi thích hợp để hòa tan những cấu tử mang hương trong nguyên liệu đã được xử lý thành dạng thích hợp ở nhiệt độ phòng. Dung môi chiết sẽ ngấm qua thành tế bào của nguyên liệu, các hợp chất trong tế bào sẽ hòa tan vào dung môi, sau đó sẽ xuất hiện quá trình thẩm thấu giữa dịch chiết bên trong với dung môi bên ngoài do chênh lệch nồng
16
độ. Sau khi trích ly phải thực hiện quá trình tách dung môi ở áp suất thấp để thu tinh dầu.
Ưu điểm: sản phẩm thu được theo phương pháp này thường có mùi thơm tự nhiên. Hiệu suất sản phẩm thu được thường cao hơn các phương pháp khác.
Nhược điểm: yêu cầu cao về thiết bị, thất thoát dung môi, quy trình tương đối phức tạp (Mai Thị Anh Tú, 2009).
Phương pháp trích ly bằng dung môi không bay hơi
Dựa vào tính chất có thể hòa tan trong chất béo động vật và thực vật của tinh dầu, người ta ngâm nguyên liệu vào dầu động vật hoặc thực vật, tinh dầu sẽ khuếch tán qua màng tế bào, hòa tan vào dầu, sau đó tách riêng dầu để thu tinh dầu.
Ưu điểm: thu được tinh dầu ít tạp chất hơn phương pháp trích ly bằng dung môi dễ bay.
Nhược điểm: thủ công, khó cơ giới hóa và nhược điểm lớn là chất béo dùng làm dung môi rất khó bảo quản và chế biến, giá thành cao (Mai Thị Anh Tú, 2009).
Phương pháp trích ly bằng CO2
Lợi dụng tính chất khí CO2 có thể hóa lỏng ở áp suất cao, dùng CO2 lỏng chiết tinh dầu ra khỏi nguyên liệu. Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp trong thời gian gần đây do có nhiều ưu điểm như:
– Dung môi CO2 có tính chọn lựa tốt.
– CO2 không có tác dụng độc hại đối với con người như các loại dung môi khác.
– Dễ loại và không để lại vết dung môi.
– Khi loại dung môi không cần sử dụng nhiệt, vì vậy giữ được mùi thơm của tinh dầu mà không sợ tinh dầu bị phân hủy.
– Quá trình kín ít bị hao tốn.
Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị phức tạp chịu áp lực cao, chi phí cho CO2 còn đắt, nên chưa được phổ biến (Mai Thị Anh Tú, 2009).
17
Phương pháp sử dụng lò vi sóng
Hình 1.5. Hệ thống chưng cất hơi nước dưới sự hỗ trợ của vi sóng Phương pháp vi sóng có đặc điểm: vi sóng (micro – onde, microwave) là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng. Sóng điện từ này được đặc trưng bởi:
– Tần số f, tính bằng Hertz (Hz = cycles/s), là chu kỳ của trường điện từ trong một giây, nằm giữa 300 Hz và 30 GHz.
– Vận tốc c là 300000 km/giây.
– Độ dài sóng h (cm) là đoạn đường đi của vi sóng trong một chu kỳ, liên hệ với tần số theo công thức h = c/f.
– Các lò vi sóng gia dụng đều sử dụng tần số ở 2,450 MHz, tần số này h = 12,24 cm.
Một số phân tử như nước, phân chia điện tích trong phân tử một cách bất đối xứng. Dưới tác dụng của điện trường một chiều, các phân tử lưỡng cực có khuynh hướng sắp xếp theo chiều điện trường này. Nếu điện trường là một điện trường xoay chiều, sự định hướng của các lưỡng cực sẽ thay đổi theo chiều xoay đó. Cơ sơ của hiện tượng phát hiện do vi sóng là sự tương tác giữa điện trường và các phân tử phân cực bên trong vật chất. Trong điện trường xoay chiều có tần số rất cao 2,45 x 109 Hz, điện trường này sẽ gây ra một sự xáo động ma sát rất lớn giữa
18
các phân tử, đó là nguồn gốc sự nóng lên của vật chất. Với một cơ cấu có tính bất đối xứng cao, phân tử nước có độ phân cực rất lớn, do đó nước là một chất rất lý tưởng để đun nóng bằng vi sóng. Ngoài ra, các nhóm định chức phân cực như: - OH, -COOH, -NH2,... trong các hợp chất hữa cơ cũng là những nhóm chịu sự tác động mạnh của trường điện từ. Do đó, những hợp chất càng phân cực càng rất mau nóng dưới sự chiếu xạ của vi sóng. Tóm lại, sự đun nóng bởi vi sóng rất chọn lọc, trực tiếp và nhanh chóng (Phạm Thế Chính và cộng sự, 2009).
Phương pháp cơ học
Hình 1.6. Máy ép tinh dầu
Đây là phương pháp tương đối đơn giản dùng để tách tinh dầu ở dạng tự do bằng cách tác dụng lực cơ học lên nguyên liệu (thường là ép). Phương pháp này được dùng phổ biến đối với các loại vỏ quả họ Citrus như Cam, Chanh, Quýt, Bưởi,... Vì ở những loại nguyên liệu này tinh dầu thường phân bố chủ yếu ở lớp tế bào mỏng trong biểu bì nên khi có lực tác dụng lên thì các tế bào có chứa tinh dầu bị vỡ ra giải phóng tinh dầu.
Ưu điểm: tinh dầu giữ nguyên được mùi vị thiên nhiên ban đầu, các thành phần trong tinh dầu ít bị biến đổi.
Nhược điểm: bị lẫn nhiều tạp chất, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hòa tan vật liệu đem ép (Lê Ngọc Thạch, 2003).
Phương pháp sinh học
Phương pháp này được ứng dụng cho các nguồn nguyên liệu có tinh dầu ở trạng thái kết hợp (glucosid). Để phân lập tinh dầu, người ta phải sử lý bằng cách
19
lên men hoặc dùng enzyme, sau đó kết hợp với chưng cất hay trích ly để thu tinh dầu giống như các loại vật liệu chứa hợp chất thơm khác (Nguyễn Kim Phi Phụng, 2000 – 2001).