1.10.1. Tính chất vật lý của tinh dầu vỏ bƣởi
Tinh dầu vỏ bƣởi bán trên thị trƣờng thƣờng có hai màu: màu hơi vàng (trích ly bằng phƣơng pháp vi sóng) và trong suốt. Có mùi thơm tự nhiên của vỏ bƣởi. Các thông số vật lý nhƣ sau:
Bảng 1.2. Thông số vật lý của tinh dầu vỏ bƣởi bán trên thị trƣờng [5]
Thông số Giá trị Tỷ trọng (g/cm3 ) 0,824 Chỉ số khúc xạ 14700 Chỉ số acid (IA) 0,790 Chỉ số ester (IE) 10,640
1.10.2. Thành phần tinh dầu của vỏ bƣởi [5]
Nói chung thành phần hoá học của tinh dầu vỏ bƣởi không nhiều nhƣ các vỏ
citrus khác còn tùy thuộc vào giống, điều kiên canh tác, thỗ nhƣỡng.... Trong đó các
chất của nhóm hidrocacbon chiếm hàm lƣợng cao và với tỉ lệ nhƣ sau:
d - limonen: 86 - 95% - tecpen: 0,5 - 0,8%
- pinen: 0,2 - 1,6% -phellandren và -phellandren: 1%
Andehit chính trong tinh dầu vỏ bƣởi là octanal và decanal.
Nhóm ancol trong tinh dầu vỏ bƣởi chứa bốn chất có giá trị nhƣ octanol, terpineol, terpinen-4-ol, linalool chiếm khoảng 0,4% .
Ứng dụng của tinh dầu chi citrus trong đời sống xã hội rất phong phú và đa dạng, trƣớc tiên cần kể đến việc sử dụng chất thơm trong công nghệ thực phẩm, nƣớc uống sau đó là công nghệ dƣợc phẩm, hoá mỹ phẩm.
1.11.1. Ứng dụng trong công nghiệp nƣớc uống
Nƣớc quả cô đặc: Nƣớc quả cô đặc thƣờng bị mất mùi sau quá trình chế biến. Ngƣời ta đã cho thêm hƣơng của vỏ quả và phần hƣơng thu hồi trong nƣớc quả để tăng thêm vị hấp dẫn của nƣớc quả.
Nƣớc uống không có rƣợu: Hiện nay các nƣớc trên thế giới đã sử dụng tinh dầu citrus nhƣ cam, chanh, bƣởi trong công nghiệp nƣớc uống soda, limonad, xiro.
Rƣợu: Tinh dầu chi citrus đã đƣợc dùng phổ biến trong công nghiệp sản xuất rƣợu nhƣ rƣợu cam, rƣợu chanh, rƣợu quýt, nhằm kích thích khẩu vị.
1.11.2. Ứng dụng trong các ngành thực phẩm
Kẹo, bánh: Có thể dùng tinh dầu cam, chanh, bƣởi trong sản xuất kẹo, bánh làm cho kẹo, bánh có hƣơng vị đặc trƣng và hấp dẫn.
Kem, chè: Trong công nghiệp sản xuất kem ngƣời ta thƣờng dùng hƣơng của tinh dầu citrus làm tăng hƣơng vị kem, chè bƣởi.
1.11.3. Ứng dụng trong công nghiệp dƣợc phẩm
Trong tinh dầu vỏ citrus (bưởi Năm Roi) chiếm tỉ lệ cao là d-limonen, chất này có tác dụng làm tan sỏi mật, ngƣời ta đã đƣa ra một chế phẩm mà trong thành phần chế phẩm dùng để tiêm có 77 - 99,8% limonen. Chế phẩm có 94% limonen, 1% monoleat sorbit và 5% cồn đã đƣợc tiến hành thử nghiệm và cho kết quả tốt.
Quả bƣởi là một phần quen thuộc trong chế độ ăn của con ngƣời. Trong quả chứa nhiều vitamin C và các thành phần dinh dƣỡng nhƣ kali, axit folic, pectin và chất xơ...là thành phần rất quan trọng cho sức khoẻ của con ngƣời [9].
CHƢƠNG 2
CÁC PHƢƠNG PHÁP TRÍCH LY 2.1. Các phƣơng pháp chiết tinh dầu bƣởi
Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp chiết xuất tinh dầu từ thiên nhiên. Nhƣng dù đi từ bất cứ phƣơng pháp nào cũng có các điểm chung sau:
Tinh dầu thu đƣợc phải có mùi thơm tự nhiên nhƣ nguyên liệu Quy trình khai thác phải phù hợp nguyên liệu
Tinh dầu phải đƣợc lấy triệt để khỏi nguyên liệu, với chi phí thấp nhất
Nguyên lý trích ly của tất cả các phƣơng pháp trên đều dựa vào đặc tính của tinh dầu nhƣ sau:
Dễ bay hơi
Lôi cuốn theo hơi nƣớc ở nhiệt độ dƣới 1000 C Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ
Trên thực tế có các phƣơng pháp khác nhau để điều chế tinh dầu vỏ bƣởi nhƣ: ngâm, ép, chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc, chƣng hơi nƣớc, lò vi sóng, tẩm trích. Và phƣơng pháp tiên tiến nhất hiện nay là dùng CO2 siêu tới hạn (Supercritical Fliud Extraction), dùng để chiết hầu hết mọi loại tinh dầu với tỷ lệ thu tinh dầu cao nhất.
2.1.1. Phƣơng pháp ép
Tinh dầu cam, quýt, bƣởi đều đƣợc chiết xuất bằng phƣơng pháp này. Đơn giản là bóp nát vỏ, bộ phận chứa nhiều giọt tinh dầu nhất. Với phƣơng pháp ép, ngƣời ta có thể lấy trọn vẹn hết tinh dầu trong thực vật.
2.1.2. Phƣơng pháp tẩm trích bằng dung môi dễ bay hơi
Phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm vì tiến hành ở nhiệt độ phòng, nên thành phần hóa học của tinh dầu ít bị thay đổi.
Phƣơng pháp này không những đƣợc áp dụng để ly trích cô kết (concrete) từ hoa mà còn dùng để tận trích khi các phƣơng pháp khác không ly trích hết hoặc dùng để ly trích các loại nhựa dầu (oleoresin) làm gia vị.
Dựa trên hiện tƣợng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan của tinh dầu có trong các mô cây đối với các dung môi hữu cơ.
b. Dung môi
Yếu tố quan trọng nhất cho sự thành công của phƣơng pháp này là phẩm chất và đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi dùng trong tẩm trích cần phải đạt đƣợc những yêu cầu sau đây:
Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu phần có mùi thơm trong nguyên liệu
Hòa tan kém các hợp chất khác nhƣ sáp, nhựa dầu có trong nguyên liệu Không có tác dụng hóa học với tinh dầu
Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần
Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị, không tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém
Nhiệt độ sôi thấp vì khi chƣng cất dung dịch ly trích để thu hồi dung môi, nhiệt độ sôi cao sẽ ảnh hƣởng đến chất lƣợng tinh dầu. Điểm sôi của dung môi nên thấp hơn điểm sôi của cấu phần dễ bay hơi nhất trong tinh dầu Ngoài ra, cần có thêm những yếu tố phụ khác nhƣ: giá thành thấp, nguồn cung cấp dễ tìm, …
Thƣờng thì không có dung môi nào thỏa mãn tất cả những điều kiện kể trên. Ngƣời ta sử dụng cả dung môi không tan trong nƣớc nhƣ: dietyl eter, ete dầu hỏa, hexan, cloroform … lẫn dung môi tan trong nƣớc nhƣ: etanol, aceton … Trong một số trƣờng hợp cụ thể, ngƣời ta còn dùng một hỗn hợp dung môi.
c. Quy trình tẩm trích
Phƣơng pháp ly trích này thích hợp cho các nguyên liệu có chứa lƣợng tinh dầu không lớn lắm hoặc có chứa những cấu phần tan đƣợc trong nƣớc và không chịu đƣợc nhiệt độ quá cao. Quy trình kỹ thuật gồm các giai đoạn sau đây:
Tẩm trích: Nguyên liệu đƣợc ngâm vào dung môi trong bình chứa. Trong một
số trƣờng hợp, để gia tăng khả năng ly trích, nguyên liệu cần đƣợc xay nhỏ trƣớc. Hỗn hợp nguyên liệu và dung môi cần đƣợc xáo trộn đều trong suốt thời gian ly
trích. Nên khảo sát trƣớc xem việc gia nhiệt có cần thiết hay không, nếu cần, cũng không nên gia nhiệt quá 50oC để không ảnh hƣởng đến mùi thơm của sản phẩm sau này.
Xử lý dung dịch ly trích: Sau khi quá trình tẩm trích kết thúc, dung dịch ly
trích đƣợc lấy ra và có thể thay thế bằng dung môi mới sau một khoảng thời gian nhất định, tùy theo nguyên liệu. Tách nƣớc (nếu có) ra khỏi dung dịch, rồi làm khan bằng Na2SO4 và lọc. Dung môi phải đƣợc thu hồi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt để tránh tình trạng sản phẩm bị mất mát và phân hủy. Do đó, nên loại dung môi ra khỏi sản phẩm bằng phƣơng pháp chƣng cất dƣới áp suất kém (cô quay chân không). Dung môi thu hồi có thể dùng để ly trích lần nguyên liệu kế tiếp.
Xử lý sản phẩm ly trích: Sau khi thu hồi hoàn toàn dung môi, sản phẩm là một
chất đặc sệt gồm có tinh dầu và một số hợp chất khác nhƣ nhựa, sáp, chất béo, cho nên cần phải tách riêng tinh dầu ra. Chất đặc sệt này đem đi chƣng cất bằng hơi nƣớc để tách riêng tinh dầu ra. Tinh dầu có mùi thơm tự nhiên, nhƣng khối lƣợng thu đƣợc kém, ngoài ra tinh dầu này có chứa một số cấu phần thơm có nhiệt độ sôi cao nên có tính chất định hƣơng rất tốt.
Tách dung dịch từ bã: Sau khi tháo hết dung dịch ly trích ra khỏi hệ thống,
trong bã còn chứa một lƣợng dung dịch rất lớn (khoảng 20-30% lƣợng dung môi ly trích). Phần dung dịch còn lại nằm trong nguyên liệu thƣờng đƣợc lấy ra bằng phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc (trƣờng hợp dung môi không tan trong nƣớc), hoặc ly tâm, lọc ép (trƣờng hợp dung môi tan trong nƣớc). Sau đó, dung dịch này cũng đƣợc tách nƣớc, làm khan và nhập chung với dung dịch ly trích.
Chất lƣợng thành phẩm và hiệu quả của phƣơng pháp ly trích này phụ thuộc chủ yếu vào dung môi dùng để ly trích. Để đạt kết quả tốt thì dung môi sử dụng phải thoả mãn đƣợc các yêu cầu đã đƣợc trình bày ở trên.
Vì dung môi dễ bay hơi nên chúng ta cần phải lƣu ý đến tỉ lệ thất thoát dung môi trong quy trình ly trích vì việc này có thể ảnh hƣởng rất lớn đến giá thành sản phẩm.
d. Ƣu và nhƣợc điểm
Ưu điểm: sản phẩm thu đƣợc theo phƣơng pháp này thƣờng có mùi thơm tự
nhiên. Hiệu suất sản phẩm thu đƣợc thƣờng cao hơn các phƣơng pháp khác.
Nhược điểm
Yêu cầu cao về thiết bị Thất thoát dung môi
Quy trình tƣơng đối phức tạp
2.1.3. Phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc
Phƣơng pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nƣớc của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nƣớc ở nhiệt độ cao. Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trƣơng phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nƣớc bão hòa trong một thời gian nhất định. Trƣờng hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, acid béo thì khi chƣng cất phải đƣợc thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn.
a. Lý thuyết chƣng cất
Chƣng cất có thể đƣợc định nghĩa là: “Sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa trên sự khác biệt về áp suất hơi của chúng”. Trong trƣờng hợp đơn giản, khi chƣng cất một hỗn hợp gồm 2 chất lỏng không hòa tan vào nhau, áp suất hơi tổng cộng là tổng của hai áp suất hơi riêng phần. Do đó, nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ tƣơng ứng với áp suất hơi tổng cộng xác định, không tùy thuộc vào thành phần bách phân của hỗn hợp, miễn là lúc đó hai pha lỏng vẫn còn tồn tại. Nếu vẽ đƣờng cong áp suất hơi của từng chất theo nhiệt độ, rồi vẽ đƣờng cong áp suất hơi tổng cộng, thì ứng với một áp suất, ta dễ dàng suy ra nhiệt độ sôi tƣơng ứng của hỗn hợp và nhận thấy là nhiệt độ sôi của hỗn hợp luôn luôn thấp hơn nhiệt độ sôi của từng hợp chất. Ví dụ, ở áp suất 760 mmHg nƣớc sôi ở 100oC và benzen sôi ở 80oC và chúng là hai chất lỏng không tan vào nhau. Thực hành cho thấy, nếu đun hỗn hợp này dƣới áp suất 760 mmHg nó sẽ sôi ở 69oC cho đến khi nào còn hỗn hợp
hai pha lỏng với bất kì tỷ lệ nào. Giản đồ nhiệt độ sôi theo áp suất cho thấy, tại 69oC, áp suất hơi của nƣớc là 225 mmHg và benzen là 535 mmHg.
Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà từ lâu phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc là phƣơng pháp đầu tiên dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật.
b. Những ảnh hƣởng chính trong sự chƣng cất hơi nƣớc
Sự khuếch tán: Ngay khi nguyên liệu đƣợc làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô
chứa tinh dầu bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nƣớc lôi cuốn đi. Phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽ tiến dần ra ngoài bề mặt nguyên liệu bằng sự hòa tan và thẩm thấu. Quá trình chƣng cất hơi nƣớc đƣợc mô tả nhƣ sau: Ở nhiệt độ nƣớc sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nƣớc có sẵn trong tế bào thực vật. Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nƣớc cuốn đi. Còn nƣớc đi vào nguyên liệu theo chiều ngƣợc lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lƣợng nƣớc này. Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết.
Nhƣ vậy, sự hiện diện của nƣớc rất cần thiết, cho nên trong trƣờng hợp chƣng cất sử dụng hơi nƣớc, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô. Nhƣng nếu lƣợng nƣớc sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trƣờng hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nƣớc.
Ngoài ra, vì nguyên liệu đƣợc làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nƣớc có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ dàng.
Vì các cấu phần trong tinh dầu đƣợc chƣng cất hơi nƣớc theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thƣờng những hợp chất nào dễ hòa tan trong nƣớc sẽ đƣợc lôi cuốn trƣớc. Thí dụ, khi chƣng cất hơi nƣớc hạt caraway nghiền nhỏ và không nghiền, đối với hạt không nghiền thì carvon (nhiệt độ sôi cao nhƣng tan nhiều trong nƣớc) sẽ ra trƣớc, còn limonen (nhiệt độ sôi thấp, nhƣng ít tan trong nƣớc) sẽ ra sau.
Sự thủy phân: Những cấu phần ester trong tinh dầu thƣờng dễ bị thủy giải cho
hiện tƣợng này, sự chƣng cất hơi nƣớc phải đƣợc thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt.
Nhiệt độ: Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng
hơi nƣớc quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chƣng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết. Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dƣới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt.
Tóm lại, dù ba ảnh hƣởng trên đƣợc xem xét độc lập nhƣng thực tế thì chúng có liên quan với nhau và quy về ảnh hƣởng của nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nƣớc sẽ tăng nhƣng sự phân hủy cũng tăng theo.
Trong công nghiệp, dựa trên thực hành, ngƣời ta chia các phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc ra thành ba loại chính:
Chƣng cất bằng nƣớc
Chƣng cất bằng nƣớc và hơi nƣớc Chƣng cất bằng hơi nƣớc
2.1.4. Chƣng cất bằng nƣớc
Trong trƣờng hợp này, nƣớc phủ kín nguyên liệu, nhƣng phải chừa một khoảng không gian tƣơng đối lớn phía bên trên lớp nƣớc, để tránh khi nƣớc sôi mạnh làm văng chất nạp qua hệ thống hoàn lƣu. Nhiệt cung cấp có thể đun trực tiếp bằng củi lửa hoặc bằng hơi nƣớc dẫn từ nồi hơi vào (sử dụng bình có hai lớp đáy). Trong trƣờng hợp chất nạp quá mịn, lắng chặt xuống đáy nồi, lúc đó nồi phải trang bị những cánh khuấy trộn đều bên trong trong suốt thời gian chƣng cất.
Sự chƣng cất này không thích hợp với những tinh dầu dễ bị thủy giải. Những nguyên liệu xốp và rời rạc rất thích hợp cho phƣơng pháp này. Những cấu phần có nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong nƣớc sẽ khó hóa hơi trong khối lƣợng lớn nƣớc phủ đầy, khiến cho tinh dầu sản phẩm sẽ thiếu những chất này. Thí dụ điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu đƣợc từ phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc kém hơn sản phẩm
tẩm trích vì eugenol và ancol phenetil nằm lại trong nƣớc khá nhiều, vì thế ngƣời ta chỉ dùng phƣơng pháp này khi không thể sử dụng các phƣơng pháp khác.
a. Ƣu điểm
Quy trình kỹ thuật tƣơng đối đơn giản Thiết bị gọn, dễ chế tạo
Không đòi hỏi vật liệu phụ nhƣ các phƣơng pháp tẩm trích, hấp thụ Thời gian tƣơng đối nhanh
b. Nhƣợc điểm
Không có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lƣợng tinh dầu thấp
Chất lƣợng tinh dầu có thể bị ảnh hƣởng nếu trong tinh dầu có những cấu phần dễ bị phân hủy
Không lấy đƣợc các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất