Việt Nam là một nƣớc có điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thuận lợi cho việc hình thành và phát triển các loại thực vật nên việc nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ các loại lá, quả hoa rất phổ biến nhƣ: một số nghiên cứu tách chiết tinh dầu từ lá sả, bạch đàn,… hay vỏ bƣởi, cam, chanh sử dụng phƣơng pháp chƣng cất truyền thống cũng nhƣ ứng dụng một số kỹ thuật chiết mới.
- Nguyễn Minh Hoàng, khoa Công nghệ Sinh học, Đại học Mở TPHCM đã nghiên cứu chiết tinh dầu từ vỏ trái bƣởi da xanh Citrus grandis (L.) Osbeck (trồng
tại Đồng Nai) và từ vỏ trái cam sành Citrus nobilis Lour (trồng tại Tiền Giang) và
vỏ trái chanh giây Citrus aurantifolia (Christm.) Swingle (trồng tại Tiền Giang)
bằng phƣơng pháp chƣng cất hơi nƣớc có và không có sự hỗ trợ của vi song [3]. - Đề tài nghiên cứu Tách Tinh Dầu và Carotenoid Từ Lá Trầu (Piper betle L.) của Nguyễn Thị Lý và Trần Thị Hồng Vân, Khoa Công nghệ Hoá học, Đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh.
- Nguyễn Thị Diệu Minh, Trần Thị Thái Thanh và Nguyễn Thị Lan, Trƣờng cao đẳng Công Nghệ - Đà Nẵng đã nghiên Cứu Chiết Xuất Tinh Dầu Tràm và Tận Dụng Bã Tràm Làm Than Hoạt Tính.
- Đề tài Tách Tinh Dầu Và Alkaloid Từ Quả Quất (Citrus japonica Thumb), Nguyễn Thị Lý, Lê Thị Đề Oanh, Phan Thị Bảo Vy, Huỳnh Mai Thảo, Khoa Công nghệ Hoá học, Đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam.
- Nguyễn Văn Hƣởng và cộng sự (1964); Nguyễn Đức Minh và cộng sự (1977) đã nghiên cứu nhiều loại tinh dầu nhƣ tinh dầu hồi, tinh dầu húng chanh, tinh dầu bạc hà, tinh dầu quế tinh dầu long não,...Các tác giả đã nhận thấy các loại tinh dầu trên có tác dụng kháng khuẩn mạnh với nhiều loại vi khuẩn.
Tuy nhiên, hầu hết các công trình trong nƣớc đều tập trung khảo sát thành phần hóa học, hoạt tính sinh học của tinh dầu và nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu suất chiết tinh dầu của một loại tinh dầu nhất định mà chƣa nghiên cứu chiết suất tinh dầu hỗn hợp từ dƣợc liệu khác nhau. Hơn nữa, chƣa thấy công trình nghiên cứu nào về tinh dầu hỗn hợp để xông giải cảm.
Vì vậy, trong đề tài này, tôi sẽ nghiên cứu các vấn đề sau:
- Xác lập điều kiện thích hợp cho việc tách chiết tinh dầu từ các loại lá xông cảm bằng phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn bằng hơi nƣớc.
- Áp dụng quy trình để thu nhận tinh dầu xông giải cảm. Đánh giá hiệu quả kinh tế của quy trình đã xây dựng.
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Nguyên liệu
Qua tham khảo tài liệu tôi chọn các loại lá để chiết suất tinh dầu xông giải cảm: lá sả, lá bƣởi, lá chanh, bạch đàn, lá kinh giới và lá tía tô đƣợc mua ở khu vực Huyện Cam Lâm, Cam Ranh, chợ Vĩnh Hải Nha Trang còn tƣơi không bị dập nát, có màu đặc trƣng của từng loại lá.
2.1.2. Bao bì thủy tinh
Bao bì thủy tinh có nhiều ƣu điểm nhƣ: bền về cơ học, hóa học. Nó có độ chống thấm khí, chống ẩm tốt. Nó rất sang trọng với nhiều kiểu dáng đẹp, thân thiện với môi trƣờng. Ngoài ra do tinh dầu dễ bị phân hủy bởi ánh sáng nhiệt độ cao nên tinh dầu thô thu nhận đƣợc nên đựng trong bình thủy tinh màu sẫm, miệng nhỏ có nắp kín.
2.1.3. Các thiết bị và dụng cụ nghiên cứu
- Cân kỹ thuật 1 mg (Shimadzu, Nhật).
- Cân phân tích 0,1 mg (Satorius, Nhật).
- Bộ chƣng cất tinh dầu định lƣợng, có hồi lƣu kiểu Clevenger dùng cho tinh dầu nhẹ hơn nƣớc (ISOLAB, Đức).
- Bếp đun bình cầu 1000 ml (Trung Quốc).
- Máy xay điện (Sanyo, Nhật).
- Tủ lạnh trữ mẫu -200C.
- Buret, pipet, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh.
2.1.4. Các hóa chất dùng trong nghiên cứu
- Nƣớc cất.
- NaCl.
- Na2SO4 khan.
- HCl 0,5 N.
- Dung dịch chỉ thị phenolphtalein 1%.
- Etanol 900.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu gồm:
o Nghiên cứu quy trình.
o Xác định tỷ lệ nƣớc bổ sung khi xay.
o Xác định nồng độ NaCl khi ngâm.
o Xác định thời gian ngâm.
o Xác định thời gian chƣng cất.
Đề xuất quy trình sản xuất sản phẩm xông giải cảm.
Sơ bộ tính chi phí nguyên vật liệu để sản xuất một đơn vị sản phẩm.
2.3. CHUẨN BỊ NGUYÊN LIỆU
Nguyên liệu sau khi rửa sạch thì để ráo nƣớc sau đó cân chính xác 120g/mẫu
bao gồm: lá bƣởi 20g (16,67%), lá chanh 20g (16,67%), lá kinh giới 20g(16,67%), lá tía tô 20g (16,67%), đối với lá sả 30g (25%), lá bạch đàn 10g (8,3%). Rồi cho vào túi polyetylen cột kín để hạn chế sự không khí tới mức tối đa, rồi đem nguyên liệu
bảo quản ở nhiệt độ -200C đến khi nghiên cứu. Khi sử dụng thực hiện cắt nhỏ
nguyên liệu, trộn đều để đồng nhất mẫu và tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
2.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.4.1. Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp nghiên cứu
Từ các phƣơng pháp thu nhận tinh dầu đã trình bày trên phần tổng quan tôi xin
chọn phƣơng pháp chƣng cắt lôi cuốn bằng hơi nƣớc.
, , đỡ tốn kẽm, không đòi hỏi vật liệu phụ nhƣ các phƣơng pháp tẩm
trích, hấp thụ. Thời gian chƣng cất tƣơng 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 phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc đƣợc trình bày trên hình 2.1
Hình2.1. 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 hƣởng 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
Chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc Ngƣng tụ
Nghiên cứu tỷ lệ nƣớc ngâm Nguyên liệu
Xử lý Xay
Ngâm
Nghiên cứu thời gian chƣng cất
Nghiên cứu nồng độ NaCl thời gian ngâm
Tỷ lệ nƣớc/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 hƣởng của các yếu tố trên đến hiệu suất thu hồi tinh dầu, tôi
dùng phƣơng 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 nƣớc ngâm
Mục đích: Thí nghiệm xác định lƣợng nƣớc 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 hƣởng đến hiệu quả của quá trình chƣng cất và nó cũng quyết định thời gian chƣng tối ƣu.
Hình2.2.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 nƣớc/nguyên liệu thích hợp, tôi tiến hành lô thí nghiệm sau:
Lấy 120g cho vào máy xay điện, thêm một lƣợng nƣớc cất trong đó tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu thay đổi lần lƣợt 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 Nƣớc /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 nƣớc bổ sung thích hợp
trong 120 phút. Chƣng hỗn hợp trong 60 phút dƣới 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 nƣớc/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 nƣớc trong tế bào,
tăng độ phân cực của dung dịch, nhờ đó làm giảm lực tƣơng tác giữa các cấu tử tinh dầu kém phân cực với nƣớc. 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
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 lƣợng nƣớc cất với tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu đã chọn đƣợc thông qua lô thí nghiệm trƣớc. 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. Chƣng hỗn hợp trong 60 phút dƣới 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 hƣởng đến thể tích
tinh dầu thu đƣợc bởi vì sự thẩm thấu của muối và nƣớc hay sự khuếch tán của các cấu tử tinh dầu ra môi trƣờng không thể thực hiện đƣợc 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 đƣợc chọn: tỉ lệ nƣớc/cái thích hợp; hàm lƣợng 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 phút, 20 phút, 30 phút,…thƣờng xuyên theo dõi và cứ sau 10 phút ghi lại thể tích 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 trƣớc. Lặp lại nhƣ 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/nƣớc thích hợp - NaCl (w/v) thích hợp Chƣng cất (phút): Nguyên liệu đã xử lý Xay Ngâm
Tinh dầu thô Ngƣng tụ
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 V w v Trong đó:
: Tỷ lệ tinh dầu thu hồi (%)
VTD : Thể tích tinh dầu thu đƣợc (ml)
mNL: Khối lƣợng nguyên liệu (tƣơi hay khô) đem chƣng cất
2.4.8. Phƣơng 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 250
C (d25): Phƣơng pháp khối lƣợng, dùng bình đo tỷ trọng (PL1).
- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS) :
Phƣơng 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 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
- 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 bƣởi 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 bƣởi trong sản xuất tinh dầu xông giải cảm bằng công thức trên.
2.4.10. Phƣơng 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.
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH TỶ LỆ NƢỚC / NGUYÊN LIỆU THÍCH HỢP
Kết quả thí nghiệm đƣợc thể hiện ở hình 3.1.
Kết quả này cho thấy: Khi thay đổi tỷ lệ nƣớc cho vào nguyên liệu đem chƣng cất thì tỷ lệ khối lƣợng tinh dầu thu đƣợc cũng thay đổi theo.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nước / nguyên liệu đến thể tích và khối lượng tinh dầu
Nhận xét:
Khi dùng với tỉ lệ nƣớc ngâm tăng lên thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc cũng tăng theo. Cụ thể, khi dùng tỷ lệ nƣớc ngâm là 4/1 thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc là 0,34ml tƣơng đƣơng với 0,251% (w/w) so với khối lƣợng mẫu ban đầu. Khi tăng tỷ lệ nƣớc/nguyên liệu lên 4,5/1 lƣợng tinh dầu tăng theo 0,38ml (tỷ lệ khối lƣợng 0,281%). Và thể tích tinh dầu đạt cực đại 0,46ml khi tỷ lệ ngâm là 6/1 tƣơng đƣơng với 0,34% (w/w). Do vậy việc tăng tỷ lệ nƣớc ngâm lên là có hiệu quả. Tuy nhiên nếu ta cứ tiếp tục tăng lƣợng nƣớc ngâm lên thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc không tăng theo tỉ lệ thuận, cụ thể khi tăng lên 6,5/1 thu đƣợc là 0,44ml và tăng lên 7/1 thì lƣợng tinh dầu thu đƣợc chỉ còn 0,42ml hay 0,31% so với mẫu. Do vậy, ta chọn thông số 6/1 là thông số thích hợp.
Giải thích:
Khi tiến hành gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu và nƣớc, nƣớc sẽ có tác dụng