Tìm hiểu các phương pháp và quy trình sản xuất tinh dầu tận dụng từ phế phụ liệu trong công nghệ chế biến thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍMINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM MÔN: XỬ LÝ PHẾ PHỤ LIỆU THỰC PHẨM TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH D

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM

MÔN: XỬ LÝ PHẾ PHỤ LIỆU THỰC PHẨM

TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH DẦU TẬN DỤNG

TỪ PHẾ PHỤ LIỆU TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

GVHD: Lê Hương Thủy

STT HỌ VÀ TÊN MSSV NHIỆM VỤ

Phân chia, tổng kếtword và ppt, làmword phần 1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

1 Giới thiệu và tổng quan phế liệu 6

1.1 Khái niệm tinh dầu 6

1.2 Các phương pháp sản xuất tinh dầu 6

1.3 Hiện trạng khối lượng của phế phụ liệu và xu thế tận dụng 6

2 Quy định về phế liệu 7

2.1 Quy định về phế phụ liệu trong nước 7

2.2 Quy định về phế phụ nước ngoài 8

3 Các phế phụ liệu trong quy trình công nghệ 9

3.1 Các phế phụ liệu 9

3.2 Phân loại phế phụ liệu 9

3.3 Thành phần hóa học 11

3.4 Tính chất vật lý 12

3.5 Quy trình công nghệ tinh dầu từ phế phụ liệu 12

3.5.1 Phương pháp chưng cất tinh dầu lôi cuốn bằng hơi nước 12

3.5.2 Phương pháp trích ly 16

3.5.3 Phương pháp ép cơ học 18

4 Hướng phát triển các sản phẩm mới từ phế phụ liệu 19

5 Ứng dụng của tinh dầu 20

6 Kết luận 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1: Tinh dầu cam ( Nguồn: Hoa Phong Lan Việt, 2015) 6

Hình 2: Quy trình sản xuất ép cam 9

Hình 3: Quy trình công nghệ lôi cuốn hơi nước 13

Hình 4: Quy trình công nghệ trích ly 16

Hình 5: Thiết bị trích ly 17

Hình 6: Quy trình công nghệ cơ học 18

Hình 7: Thiết bị ép cơ học 19

MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của tinh dầu từ vỏ cam 11

Bảng 2: Thiết bị chưng cất hơi nước 16

LỜI MỞ ĐẦU

Cam là một cây ăn quả quan trọng, được trồng ở nhiều vùng khác nhau của Việt Namvới nhiều giống khác nhau để phù hợp với điều kiện địa lý và khí hậu Có một loạt các loạicam quý tại Việt Nam, bao gồm cam đường, cam canh (Hà nôi), cam sành (Bắc Giang), camVinh (Nghệ An), cam Bắc Quang (Hà Giang), cam bưởi (Hà Tĩnh) và nhiều loại cam khác(Ngô Văn Tĩnh, 2014)

Tất cả các giống cam ở Việt Nam thường yêu cầu nhiều ánh sáng, độ cao trung bình

và có độ pH trong khoảng từ trung tính đến hơi chua Vỏ và lá của cây cam, khi còn xanh,chứa một loạt các hợp chất hóa học như I-stachydrin, surantin, acid aurantinic, hesperdin vàpetitgrain Tinh dầu từ vỏ cam có mùi thơm mạnh do D-limonen chiếm 90% cùng với cácancol như linalool, nonylic và các acid như butyric, authrannilat Ngoài ra, tinh dầu cam cònchứa nhiều chất xơ, vitamin A, vitamin C, B5, B6, thiamin, riboflavin, niacin, folate (Ahmad

và cộng sự, 2006)

Trong quá trình sản xuất nước cam ép, vỏ cam thường bị loại bỏ như một phế phẩm,gây lãng phí tài nguyên và tạo thêm gánh nặng cho môi trường Tuy nhiên, vỏ cam lại chứanhiều hợp chất có giá trị như tinh dầu, pectin và flavonoid, có thể được tận dụng trong nhiềulĩnh vực khác nhau, từ thực phẩm, dược phẩm đến sản xuất nhiên liệu sinh học Việc tái sửdụng vỏ cam không chỉ giúp giảm thiểu rác thải mà còn mang lại lợi ích kinh tế và mở rahướng đi bền vững trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm

Hiện nay, tinh dầu cam được sử dụng rộng rãi với mục tiêu giải toả căng thẳng và thưgiãn tinh thần bởi mùi thơm dịu dàng của nó Tinh dầu cam được sử dụng trong nhiều lĩnhvực như công nghiệp nước hoa, thực phẩm và dược phẩm, nhất là do nó chứa nhiềuLimonen, một hợp chất quý giá (Ahmad và cộng sự, 2006)

Với sự sử dụng ngày càng phổ biến của tinh dầu cam, nhóm chúng tôi đã tiến hànhnghiên cứu để xác định thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của tinh dầu cam được chiếtxuất từ các loại cam trồng tại Việt Nam Điều này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về lợi ích và ứngdụng của tinh dầu cam đối với sức khỏe và cuộc sống hàng ngày

1 Giới thiệu và tổng quan phế liệu

1.1 Khái niệm tinh dầu

Tinh dầu là sự kết hợp của các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc từ nhiều loại thực vật khácnhau, bao gồm các hợp chất bay hơi như terpen, keton, este, hợp chất vòng, và các hợp chấtthơm khác Tinh dầu được phân biệt bởi mùi hương đặc trưng của chúng và đã được áp dụngrộng rãi trong nhiều ngành, bao gồm ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp mỹ phẩm,lĩnh vực y tế và nhiều lĩnh vực khác (Trần Văn Bính, 2003)

1.2 Các phương pháp sản xuất tinh dầu

- Phương pháp chưng cất tinh dầu lôi cuốn bằng hơi nước

- Phương pháp trích ly

- Phương pháp ép cơ học

1.3 Hiện trạng khối lượng của phế phụ liệu và xu thế tận dụng

Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, tổng khối lượng phế phụ phẩm năm 2020 của cảnước là trên 156,8 triệu tấn, trong đó: 88,9 triệu tấn phụ phẩm sau thu hoạch từ cây trồng, từquá trình chế biến nông sản của ngành trồng trọt (chiếm 56,7%); 61,4 triệu tấn phân gia súc,gia cầm từ ngành chăn nuôi (chiếm 39,1%); 5,5 triệu tấn từ ngành lâm nghiệp (chiếm 3,5%)

và khoảng gần 1 triệu tấn từ ngành thủy sản (10,6%) Theo thống kê của Vụ Khoa học, Côngnghệ và Môi trường, trong lĩnh vực chăn nuôi, cả nước hiện có khoảng 5-6 triệu hộ gia đình

có hoạt động chăn nuôi và 23.500 trang trại chăn nuôi tập trung với khối lượng nguồn thải ramôi trường khoảng 84,5 triệu tấn/năm, trong đó, chỉ khoảng 20% được sử dụng hiệu quả(làm khí sinh học, ủ phân, nuôi trùng, cho cá ăn ) còn lại 80% thải ra môi trường Ở lĩnh vực

Hình 1: Tinh dầu cam ( Nguồn: Hoa Phong Lan Việt, 2015)

trồng trọt, mới có khoảng 10% phụ phẩm trồng trọt được sử dụng làm chất đốt tại chỗ, 5%làm nhiên liệu công nghiệp, 3% làm thức ăn gia súc; còn hơn 80% chưa được sử dụng và thảitrực tiếp ra môi trường hoặc đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường.

2 Quy định về phế liệu

2.1 Quy định về phế phụ liệu trong nước

 Vận dụng các quy định của Việt Nam và thế giới về quản lý Xử lý phế phụ liệu

 Quy định Việt Nam

Căn cứ điều 64, 71, 72, 73, 103 Thông tư số 38/2015/TT-BTC ngày 25/3/2015 của Bộ Tàichính

- Điều 64 Thủ tục hải quan xử lý nguyên liệu, vật tư dư thừa, phế liệu, phế phẩm

Tiêu huỷ nguyên liệu, vật tư, phế liệu, phế phẩm tại Việt Nam:

Tổ chức, cá nhân có văn bản gửi cơ quan có thẩm quyền nơi nhập khẩu nguyên liệu, vật

tư phương án sơ hủy, tiêu hủy nguyên liệu, vật tư, phế liệu, phế phẩm, trong đó nêu rõ hìnhthức, địa điểm tiêu huỷ Tổ chức, cá nhân chịu trách nhiệm thực hiện việc tiêu hủy theo quyđịnh của pháp luật về bảo vệ môi trường

Cơ quan có trách nhiệm giám sát việc tiêu hủy nguyên liệu, vật tư, phế liệu, phế phẩm theonguyên tắc quản lý rủi ro dựa trên đánh giá tuân thủ pháp luật của tổ chức, cá nhân

- Điều 71 Thủ tục xử lý phế liệu, phế phẩm tiêu thụ nội địa

Phế liệu, phế phẩm nằm trong định mức thực tế để sản xuất hàng hóa xuất khẩu (ví dụ: vỏlạc trong quá trình gia công lạc vỏ thành lạc nhân) khi bán, tiêu thụ nội địa không phải làmthủ tục hải quan nhưng phải kê khai nộp thuế với cơ quan thuế nội địa theo quy định củapháp luật về thuế

Phế liệu, phế phẩm nằm ngoài định mức thực tế để sản xuất hàng hóa xuất khẩu khi bán,tiêu thụ nội địa thực hiện theo hướng dẫn tại Điều 21 Thông tư này

- Điều 72 Thủ tục tiêu hủy nguyên liệu, vật tư, phế liệu, phế phẩm

Thủ tục tiêu hủy thực hiện như thủ tục tiêu hủy nguyên liệu, vật tư dư thừa, phế liệu, phếphẩm gia công quy định tại điểm d khoản 3 Điều 64 Thông tư này

Tổ chức, cá nhân chịu trách nhiệm tiêu hủy nguyên liệu, vật tư, phế liệu, phế phẩm theođúng quy định của pháp luật

- Điều 73 Thủ tục hải quan đối với trường hợp bản sản phẩm cho tổ chức, cả nhân khác

để trực tiếp xuất khẩu

Tổ chức, cá nhân nhập khẩu nguyên liệu, vật tư để sản xuất sản phẩm xuất khẩu thực hiệnthủ tục nhập khẩu, xây dựng định mức, báo cáo quyết toán tình hình sử dụng nguyên liệu, vật

tư nhập khẩu theo quy định tại Thông tư này

Tổ chức, cá nhân trực tiếp xuất khẩu sản phẩm làm thủ tục xuất khẩu sản phẩm theo quyđịnh tại Thông tư này Tờ khai hải quan hàng hóa xuất khẩu đăng ký theo loại hinh SXXK:trên tờ khai hải quan hàng hóa xuất khẩu ghi rõ “sản phẩm được sản xuất từ nguyên vật liệunhập khẩu để sản xuất hàng xuất khẩu" và ghi tên tổ chức, cá nhân bán sản phẩm tại ô ghichủ

Hàng hóa xuất khẩu, nhập khẩu chuyển tiêu thụ nội địa hoặc thay đổi mục đích sửdụngthực hiện đúng quy định tại khoản 5 Điều 25 Nghị định số 08/2015/NĐ-CP

- Điều 103 Các trường hợp được miễn thuế

Hàng hóa xuất khẩu, nhập khẩu để gia công theo hợp đồng được miễn thuế xuất khẩu,thuế nhập khẩu theo quy định tại khoản 4 Điều 12 Nghị định số 87/2010/NĐ-CP, gồm:

Phế liệu, phế phẩm nằm trong định mức sử dụng, định mức tiêu hao và tỷ lệ hao hụt củaloại hình gia công đáp ứng các qui định tại Điều 30 Nghị định số 187/2013/NĐ-CP, đượcthoả thuận trong hợp đồng gia công được xử lý về thuế nhập khẩu tương tự như phế liệu, phếphẩm của loại hình nhập nguyên liệu, vật tư để sản xuất hàng xuất khẩu hướng dẫn tại Điều

71 Thông tư này

2.2 Quy định về phế phụ nước ngoài

 Quy định về vệ sinh an toàn thực phẩm:

Một số tiêu chuẩn an toàn thực phẩm được áp dụng rộng rãi là HACCP (Phân tích mốinguy và điểm kiểm soát tới hạn), ISO 9001:2015 (Hệ thống quản lý chất lượng), ISO 22000(Hệ thống quản lý an toàn thực phẩm), IFS (Tiêu chuẩn thực phẩm quốc tế), BRC (Tiêuchuẩn toàn cầu về an toàn thực phẩm), FSSC 22000 (Chứng nhận hệ thống an toàn thựcphẩm) hoặc tương đương Các tiêu chuẩn này đều dựa trên nguyên tắc của quy trình sản xuất,chế biến theo một chiều, nguyên liệu sạch không lẫn bẩn, các nguyên liệu khác nhau khônglẫn với nhau, kiểm soát các yếu tố nguy cơ gây ô nhiễm, đảm bảo chất lượng và an toàn củasản phẩm

 Chỉ thị 2008/98/EC của Nghị viện và Hội đồng Châu Âu ngày 19 tháng 11 năm

2008 về lãng phí phế phụ liệu (Văn bản có liên quan đến EEA)

Điều 11 Tái sử dụng và tái chế

Điều 13 Bảo vệ sức khỏe con người và môi trường

Điều 15 Trách nhiệm quản lý chất thải

Điều 18 Cấm trộn chất thải nguy hại

Điều 19 Ghi nhãn chất thải nguy hại

Điều 22 Chất thải hữu cơ

3 Các phế phụ liệu trong quy trình công nghệ

3.1 Các phế phụ liệu

Hình 2: Quy trình sản xuất ép cam

Quá trình chính tạo ra phế phụ liệu: Phế phụ liệu là bã (vỏ cam) được thu nhận từ công đoạn

ép trong quy trình công nghệ sản xuất nước cam ép Sử dụng phế phụ liệu này để sản xuấttinh dầu

Mục đích: Tách hợp chất limonene có trong vỏ cam

3.2 Phân loại phế phụ liệu

Vỏ cam quýt là một hỗn hợp phức tạp được đặc trưng bởi hydrocacbon (chiếm tỷ lệ cao),cellulose, hemicellulose và pectin (Wilkins và cộng sự, 2007; Oberoi và cộng sự, 2011).Bởi vì thành phần phong phú và đa dạng, vỏ cam quýt có tiềm năng cao cho việc sử dụng đểthu các sản phẩm có giá trị gia tăng cao (Rivas et al., 2008) Một trong những sản phẩm thuhồi từ vỏ cam quýt là tinh dầu Tinh dầu là phần dễ bay hơi của thực vật, dầu có trong hốchứa dầu hoặc các tuyến dầu nằm ở các độ sâu vỏ khác nhau, cần phải đập vỡ để tái tạo cáctúi này và giải phóng dầu (Coll và cộng sự, 1995; Sahraoui và cộng sự, 2011) Sau đó, dầuthu được bằng các quá trình tách vật lý Các quy trình điển hình để có được tinh dầu bao gồmcác kỹ thuật ép lạnh và chưng cất khác nhau, tiếp theo là quá trình thanh lọc dựa trên quátrình ly tâm và chưng cất (Lago et al., 2014) Tuy nhiên, chỉ có thể thu được một lượng nhỏtinh dầu thu hồi bằng các phương pháp thông thường này Ứng dụng xử lý enzyme đối vớichất thải nông nghiệp đã được báo cáo là một giải pháp thay thế tuyệt vời cung cấp khả năngthu hồi hiệu quả hơn các hợp chất trong tầm quan trọng của công nghiệp so với các phươngpháp truyền thống (Bhat, 2000; Sowbhagya và cộng sự, 2011) Do có nhiều ứng dụng khácnhau của tinh dầu cam quýt (chất tạo hương và/hoặc hương liệu), đặc biệt là dùng cho thựcphẩm, đồ uống, nước hoa, mỹ phẩm, đồ vệ sinh cá nhân, v.v (Bousbia và cộng sự, 2009;Rezzadori và cộng sự, 2012; Lago và cộng sự, 2014), cần tăng cường và cải tiến các quátrình phục hồi và tích hợp các phương pháp cho phép sử dụng tối đa nguyên liệu thô Cónhững báo cáo về việc chiết xuất tinh dầu từ trái cây họ cam quýt trong tài liệu (Berna vàcộng sự, 2000; Ferhat và cộng sự, 2006; Raeissi và cộng sự, 2008; Bousbia và cộng sự,2009) Tuy nhiên, những nghiên cứu này báo cáo tỷ lệ thu hồi tinh dầu thấp cũng như chi phícao của các thiết bị đặc biệt được sử dụng Bài viết này đề xuất một giải pháp thay thế choviệc sản xuất tinh dầu bằng phương pháp xử lý bằng enzyme dẫn đến thủy phân một phầnhoặc toàn bộ thành tế bào và giải phóng hàm lượng dầu trong túi dầu Phương pháp này cũngcung cấp khả năng sử dụng toàn diện vỏ cam quýt trong khi thu được tinh dầu, vỏ được thủyphân thu được đường lên men có thể được sử dụng trong quá trình lên men tạo ra nhiều loạihợp chất

áp dụng một số kỹ thuật chiết xuất cụ thể như chưng cất hơi nước, chiết dung môi, chiếtsoxhlet, chưng cất hydro có hỗ trợ vi sóng, không gian xông động, không gian xông tĩnh, bay

Bảng 1: Thành phần hóa học từ vỏ cam

hơi hương dung môi, vi pha rắn và nhiệt trực tiếp giải phóng (Baser, 2010).

3.4 Tính chất vật lý

Vỏ cam có một số tính chất vật lý sau:

- Mùi thơm nhẹ của cam tươi

- Không tan trong nước

- Điều kiện bảo quản: T 118F

3.5 Quy trình công nghệ tinh dầu từ phế phụ liệu

3.5.1 Phương pháp chưng cất tinh dầu lôi cuốn bằng hơi nước

Phương pháp lôi cuốn hơi nước dùng để tách tinh dầu từ cam và đánh giá hiệu suất thuhồi tinh dầu Nguyên tắc của phương pháp này, được mô tả bởi Nguyễn Đắc Phát (2011),như sau: Ban đầu, 400 gram nguyên liệu vỏ cam đã được tiền xử lý được đặt vào máy xay,kèm theo 1088 mL nước cất và 132,736 gram NaCl Hỗn hợp này sau đó được xay nhuyễntrong khoảng 2 phút Toàn bộ hỗn hợp sau đó được chuyển vào một bình cầu và để yên trong

2 giờ 25 phút Tiếp theo, quá trình chiết xuất sử dụng hệ thống chưng cất hơi nước trong 1giờ 50 phút, tính từ khi giọt tinh dầu đầu tiên xuất hiện Thử nghiệm này đã được thực hiện

ba lần để đảm bảo tính chính xác của kết quả (theo Huỳnh Xuân Phong và đồng nghiệp,2021)

Thuyết minh quy trình:

Chuẩn bị nguyên liệu: Chọn những quả cam tươi, phần vỏ sáng bóng và có độ chín kỹthuật, không thuốc hóa học, không nấm mốc, sâu bệnh Sau đó rửa sạch để loại bỏ các bụibẩn và tạp chất có trên bề mặt nguyên liệu Ta bốc lấy phần vỏ bên ngoài Tiến hành cắt nhỏ

Hình 3: Quy trình công nghệ lôi cuốn hơi nước

nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sau Trong trường hợp số lượng mẫu lớn,sau khi rửa sạch có thể bảo quản đông để chủ động nguồn nguyên liệu và đảm bảo chất lượngtinh dầu tạo ra.

Xay: cho nguyên liệu vào máy xay và xay nhỏ nguyên liệu Ngâm muối NaCl 5%:chuyển toàn bộ hỗn hợp trên vào bình cầu của thiết bị chưng cất lôi cuốn hơi nước theo kiểuClevenger (có ăn lưu nước chưng), lắp kín thiết bị, ngâm trong 3 giờ

Chưng cất: tiến hành chưng cất hỗn hợp nguyên liệu đã xử lý dưới áp suất khí quyển(nhiệt độ dưới 1000°C) để thu hồi tinh dầu

Ngưng tụ: hỗn hợp hơi nước và tinh dầu thoát ra được đi vào ống sinh hàn của thiết bịchưng cất, dưới tác dụng của nước trong ống sinh hàn sẽ chuyển hỗn hợp trên từ dạng hơisang dạng lỏng và sau đó được chảy vào bộ phận ngưng tụ của thiết bị

Phân ly: để yên cho hỗn hợp thu được trong bộ phận ngưng tụ đến khi tách hoàn toànthành hai pha Cho lớp tinh dầu trên chảy vào bình hứng để thu tinh dầu thô

Làm khan: thêm Na2SO4 khan vào bình chứa tinh dầu thô, vừa thêm vừa khuấy đềucho đến khi quan sát thấy các tinh thể muối Na2SO4 bắt đầu rời ra

Lắng gạn thu tinh dầu: để lắng hỗn hợp trên Cho phần tinh dầu đã làm khan bên trênchảy vào bình chứa sản phẩm Sản phẩm tinh dầu thu được cho vào các bình chứa hay lọ sẫmmàu, đậy kín Bảo quản trong tối cho đến khi đem phân phối

 Thiết bị máy móc