Nghiên cứu động học của quá trình trích ly các loại tinh dầu từ vỏ của cây ăn trái có múi họ citrus khu vực đồng bằng sông cửu long

Nội dung chính - Nghiên cứu đánh giá tổng quan về cây họ Citrus cam, chanh, quýt, bưởi, tắc khu vực đồng bằng Sông Cửu Long, tinh dầu từ vỏ và phương pháp gia nhiệt và vi sóng - Xây dựn

1

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2019

TRÌNH TRÍCH LY CÁC LOẠI TINH DẦU TỪ VỎ

CỦA CÂY ĂN TRÁI CÓ MÚI HỌ CITRUS KHU VỰC

ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Số hợp đồng: 2019.01.14/HĐ-KHCN

Chủ nhiệm đề tài: KS Đào Tấn Phát

Đơn vị công tác: Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT

Thời gian thực hiện: 06 tháng (Từ tháng 01/2019 đến tháng 7/2019)

TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2019

NTTU-NCKH-04

2

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2019

Tên đề tài

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TRÍCH LY CÁC LOẠI TINH DẦU TỪ VỎ CỦA CÂY

ĂN TRÁI CÓ MÚI HỌ CITRUS KHU VỰC ĐỒNG

BẰNG SÔNG CỬU LONG

Số hợp đồng: 2019.01.14/HĐ-KHCN

Chủ nhiệm đề tài: KS Đào Tấn Phát

Đơn vị công tác: Viện Kỹ Thuật Công nghệ cao NTT

Thời gian thực hiện: 06 tháng (Từ tháng 01/2019 đến tháng 7/2019)

Các thành viên phối hợp và cộng tác:

tác

Ký tên

3

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 8

LỜI CẢM ƠN 9

TÓM TẮT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 10

1 Mục tiêu 10

2 Nội dung chính 10

3 Kết quả đạt được 10

ĐẶT VẤN ĐỀ 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 13

1 Tổng quan về cây họ Citrus 13

1.1 Giới thiệu về cây họ Citrus 13

1.2 Phân loại và phân bố 13

1.3 Tình hình sản xuất Citrus ở Việt Nam và thế giới 14

1.2 Tổng quan về tinh dầu 15

1.2.1 Lịch sử của tinh dầu 15

1.2.2 Khái niệm tinh dầu 16

1.2.3 Tinh dầu họ Citrus 17

1.3 Các phương pháp chiết tách tinh dầu 18

1.3.1 Phương pháp trích ly bằng dung môi 19

1.3.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 20

1.3.3 Phương pháp ép lạnh 20

1.3.4 Phương pháp chưng cất hỗ trợ vi sóng 20

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 22

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 22

4

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 24

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

2.2 Nội dung nghiên cứu 25

2.3 Phương pháp nghiên cứu 26

2.3.1 Nguyên liệu 26

2.3.2 Phương pháp xác định hiệu suất trích ly tinh dầu 28

2.3.3 Quy trình chiết tách tinh dầu 28

2.3.4 Khảo sát theo thời gian của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết tinh dầu 29

2.3.5 Đánh giá động học của quá trình trích ly 31

2.4 Các phương pháp phân tích 33

2.4.1 Phương pháp phân tích định tính 33

2.4.2 Phương pháp phân tích định lượng 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt ly trích 35

3.1.1 Tách chiết theo phương pháp thông thường 35

3.1.2 Tách chiết theo phương pháp vi sóng 38

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước-nguyên liệu 42

3.2.1 Tách chiết theo phương pháp thông thường 42

3.2.2 Tách chiết theo phương pháp vi sóng 46

3.3 Ảnh hưởng của thời gian ly trích 49

3.4 Động học quá trình ly trích 49

3.4.1 Mô hình động học bậc nhất 49

3.4.2 Mô hình khuếch tán không ổn định 56

5

3.4.3 Thông số động học quá trình trích ly 61

3.5 Kết quả GC-MS 69

3.5.1 Nguyên liệu vỏ chanh 69

3.5.2 Nguyên liệu vỏ cam 70

3.5.3 Nguyên liệu vỏ tắc 72

3.5.4 Nguyên liệu vỏ bưởi 73

3.5.5 Nguyên liệu vỏ quýt 75

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

4.1 Trích ly phương pháp thông thường 76

4.1.1 Nguyên liệu vỏ chanh 76

4.1.2 Nguyên liệu vỏ cam 76

4.1.3 Nguyên liệu vỏ tắc 76

4.1.4 Nguyên liệu vỏ bưởi 77

4.1.5 Nguyên liệu vỏ quýt 77

4.2 Trích ly phương pháp vi sóng 77

4.2.1 Nguyên liệu vỏ chanh 77

4.2.2 Nguyên liệu vỏ cam 77

4.2.3 Nguyên liệu vỏ tắc 78

4.2.4 Nguyên liệu vỏ bưởi 78

4.2.5 Nguyên liệu vỏ quýt 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Một số hợp chất chính hay gặp trong thành phần tinh dầu 17

Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng 26

Bảng 2.2 Danh mục dụng cụ thí nghiệm 26

Bảng 2.3 Danh mục các thiết bị thí nghiệm 27

Bảng 2.4 Tỉ lệ nước-nguyên liệu trong khảo sát với phương pháp thông thường 30

Bảng 2.5 Tỉ lệ nước-nguyên liệu trong khảo sát với phương pháp vi sóng 30

Bảng 2.6 Nhiệt độ tách chiết tách tinh dầu Citrus trong khảo sát theo phương pháp thông thường (60% của 340W) 31

Bảng 2.7 Công suất vi sóng để tách chiết tinh dầu Citrus theo phương pháp vi sóng (W) 31

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt đến quá trình trích ly theo phương pháp thông thường 35

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt đến quá trình trích ly theo phương pháp vi sóng 39

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước và nguyên liệu đến quá trình trích ly theo phương pháp thông thường 42

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước và nguyên liệu đến quá trình trích ly theo phương pháp vi sóng 46

Bảng 3.5 Động học quá trình trích ly theo lượng nhiệt được cung cấp 50

Bảng 3.6 Động học quá trình trích ly theo tỉ lệ nước và nguyên liệu 53

Bảng 3.7 Động học quá trình trích ly theo lượng nhiệt được cung cấp 56

Bảng 3.8 Động học quá trình trích ly theo tỉ lệ nước và nguyên liệu 58

Bảng 3.9 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ chanh với công suất khác nhau 61

Bảng 3.10 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ chanh với tỉ lệ nước và nguyên liệu khác nhau 61

7

Bảng 3.11 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ cam với mức nhiệt khác

nhau 62

Bảng 3.12 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ cam với tỉ lệ nước và nguyên liệu khác nhau 63

Bảng 3.13 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ tắc với mức nhiệt khác nhau 64

Bảng 3.14 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ tắc với tỉ lệ nước và nguyên liệu khác nhau 64

Bảng 3.15 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ bưởi với mức nhiệt khác nhau 66

Bảng 3.16 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ bưởi với tỉ lệ nước và nguyên liệu khác nhau 66

Bảng 3.17 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ quýt mức nhiệt khác nhau 67

Bảng 3.18 Thông số động học quá trình trích ly tinh dầu vỏ quýt với tỉ lệ nước và nguyên liệu khác nhau 68

Bảng 3.19 Bảng thành phần của tinh dầu chanh 69

Bảng 3.20 Hình sắt kí khí phối phổ của Tinh dầu cam 71

Bảng 3.21 Thành phần hóa học của tinh dầu vỏ tắc 72

Bảng 3.22 Thành phần hóa học của tinh dầu vỏ bưởi 74

Bảng 3.23 Thành phần hóa học của tinh dầu vỏ quýt 76

8

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1 Quả cây có múi họ Citrus 12

Hình 1.1 Hệ thống chiết tách tinh dầu bằng 22

Hình 2.1 Quy trình chiết tách tinh dầu họ Citrus 28

Hình 3.1 Sơ đồ sắt kí khí phối phổ của tinh dầu chanh 70

Hình 3.2 Sơ đồ sắt kí khí phối phổ của tinh dầu cam 72

Hình 3.3 Biểu đồ sắc kí khí phối phổ của tinh dầu vỏ tắc 72

Hình 3.4 Biểu đồ sắt kí khí phối phổ của tinh dầu bưởi 75

9

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ cũng như là quan tâm, động viên từ nhiều cơ quan, tổ chức và cá nhân Nghiên cứu khoa học cũng được hoàn thành dựa trên sự tham khảo, học tập kinh nghiệm từ các kết quả nghiên cứu liên quan, các sách, báo chuyên ngành của nhiều tác giả ở các trường Đại học, các tổ chức nghiên cứu,…Đặc biệt hơn nữa là sự hợp tác của cán bộ giảng viên các trường … và sự giúp đỡ, tạo điều kiện về vật chất và tinh thần từ phía gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp

Em xin trân trọng cám ơn Ban giám hiệu, Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT cùng toàn thể các thầy cô giáo công tác trong trường đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu

Tuy có nhiều cố gắng, nhưng trong đề tài nghiên cứu khoa học này không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong Quý thầy cô, các chuyên gia, những người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình và bạn bè tiếp tục có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ

để đề tài được hoàn thiện hơn

Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

10

TÓM TẮT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI

- Tên đề tài: Nghiên cứu động học của quá trình trích ly các loại tinh dầu từ vỏ

của cây ăn trái có múi họ Citrus khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

- Mã số: 2019.01.14

- Chủ nhiệm đề tài: KS Đào Tấn Phát

- E-mail: dtphat@ntt.edu.vn

- Đơn vị công tác: Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT

- Thời gian thực hiện: từ tháng 01/2019-07/2019

1 Mục tiêu

Xây dựng được quy trình trích ly tinh dầu, khảo sát động học của quá trình, thành phần của tinh dầu tinh dầu từ vỏ của cây ăn trái có múi họ Citrus khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

2 Nội dung chính

- Nghiên cứu đánh giá tổng quan về cây họ Citrus (cam, chanh, quýt, bưởi, tắc) khu vực đồng bằng Sông Cửu Long, tinh dầu từ vỏ và phương pháp gia nhiệt và vi sóng

- Xây dựng quy trình chiết tách tinh dầu họ Citrus bằng phương pháp gia nhiệt và phương pháp vi sóng

- Nghiên cứu động học của các yếu tố ảnh hướng đến hiệu suất tinh dầu bằng phương pháp gia nhiệt

- Đánh giá động học quá trình trích ly của các quả họ Citrus

- Tối ưu hóa quá trình và so sánh thành phần tinh dầu của các loại tinh dầu

họ Citrus trích ly bởi phương pháp thông thường và vi sóng

3 Kết quả đạt được

- Quy trình chiết tách tinh dầu họ Citrus

11

- Báo cáo nghiệm thu đề tài: Nghiên cứu động học của quá trình trích ly

các loại tinh dầu từ vỏ của cây ăn trái có múi họ Citrus khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

- 01 bài báo tại tạp chí trường

12

ĐẶT VẤN ĐỀ

Cha ông ta từ xa xưa đã biết sử dụng, sáng tạo cũng như tích lũy những kinh nghiệm trong việc sử dụng các loại cây thân thuộc trong vườn nhà để xử lý, pha chế sáng tạo ra các bài thuốc dân gian Chúng đã tồn tại hàng ngàn năm và hiện nay vẫn đang chứng tỏ giá trị vô cùng quan trọng trong công tác phòng và chữa bệnh

Và một trong những loài cây hết sức gần gũi với con người Việt Nam từ bao đời nay như là cây Chanh, Cam, Quýt, Bưởi, Tắc Các cây này gần gũi bởi lẽ nó được trồng và sử dụng rất phổ biến ở nước ta Bên cạnh vai trò là một loài cây cho quả làm gia vị, giải khát và ăn quả, xét trên khía cạnh dược học, Citrus chứa rất nhiều hợp chất hữu ít như tinh dầu, vitamin C và cùng với những nổ lực nghiên cứu không ngừng của các nhà khoa học, Citrus ngày càng thể hiện giá trị không chỉ trong đời sống mà còn trong việc trị bệnh

Tinh dầu từ vỏ của cây ăn trái có múi họ Citrus có nhiều công dụng cho sức khỏe của con người và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, nhưng hiện nay tinh dầu từ vỏ của cây ăn trái có múi họ Citrus (cam, chanh, bưởi, quýt, tắc) được chiết tách bằng các phương pháp thông thường dẫn đến hiệu suất không cao dẫn đến chi phí bán ra thị trường cao Trong nghiên cứu này, nhóm đã sử dụng mô hình động học vào quy trình trích ly gia nhiệt bếp lưới và vi sóng Động học quá trình và tầm quan trọng của mô hình không chỉ đối với sự hiểu biết cơ bản mà còn cho thấy khả năng tối ưu hóa, điều khiển và thiết kế các quá trình thủy phân công nghiệp Các mô hình động học cùng với hiệu suất và thành phần tinh dầu rất quan trọng đối với các quá trình thủy phân từ góc độ công nghệ và cả kinh tế

Hình 1 Quả cây có múi họ Citrus

13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1 Tổng quan về cây họ Citrus

1.1 Giới thiệu về cây họ Citrus

Họ Citrus còn gọi là họ cam-quýt hay cam-chanh, tên thường gọi của các loài cây có múi như: Cam, Chanh, Quýt, Bưởi, Tắc

Đặc điểm thực vật họ citrus được mô tả như sau:

Cây thảo hay cây to, không có gai hoặc có móc hay có gai chứa túi tiết trong vỏ

Lá có tuyến trong mờ hay không có tuyến, mọc cánh hay mọc đối, đơn hay kép, lá chét mọc cách hay mọc đối, có cuống hoặc không có cuống, đều hoặc không đều, có lá kèm hoặc không có lá kèm

Cụm hoa ở kẻ lá hay ở ngọn, hoa lưởng tính, 3-8 lá đài rời hoặc liền ít nhất ở gốc Bầu có nhiều lá noãn, ít nhiều rời nhau đầu nhụy rời hay liền Hạt có nội nhũ hay không có nội nhũ, cây mầm thẳng hay cong, lá mỏng hay dày, phẳng hay xếp nếp, đôi khi có nhiều trong cùng một hạt

1.2 Phân loại và phân bố

Họ cam quýt gồm 150 giống và 2000 loài phân bố trên khắp thế giới trừ những vùng lạnh Ở Việt Nam họ Citrus được tìm thấy khoảng 22 giống và 127 loài giống

14

cam quýt gồm khoảng trên dưới 29 loài, phân bố từ Ấn Độ, miền Nam Trung Quốc, khắp các nước Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Miama, Malaysia, Philippine, Indonesia, đến miền bắc Autralia và New Caledonia Trung tâm phong phú và đa dạng nhất của giống cam-quýt là khu vực Ấn Độ và Malayia

Ở Việt Nam, khí hậu rất thích hợp cho giống Citrus phát triển nên được trồng rộng rãi khắp các vùng trong cả nước Các loài chính yếu được trồng từ Bắc vào Nam

ở các vườn cây ăn trái Ở miền Bắc trồng phổ biến ở Nam Đàn, Nghi Lộc, Hải Dương,

Hà Tĩnh, Yên Bái, Thanh Hóa, Nghệ An, Ở miền Nam được trồng phổ biến ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long

Hệ thống phân loại cam quýt rất phức tạp do khả năng thích ứng rộng ngày càng có nhiều loại lai tự nhiên, nhân tạo, các đột biến tự nhiên dẫn đến nhiều giống mới, loài mới xuất hiện Chính vì thế công tác phân loại ngày càng phức tạp và cần được bổ sung, cập nhật các loài mới, giống mới liên tục

Hiện nay các loài họ citrus được trồng khắp các khu vực có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới

Một số loài thường gặp thuộc giống citrus ở Việt Nam:

• Citrus aurantifolia: chanh ta

• Citrus maxima: bưởi

• Citrus medica L: cam thanh yên

• Citrus reliculata Blanco: quýt

• Citrus sinensis Osbeck: cam chanh, cam mật

• Citrus medico L.var.sarcodatylis: phật thủ

• Citrus nobilis Lour: cam sành

1.3 Tình hình sản xuất Citrus ở Việt Nam và thế giới

Các loại cây có múi được trồng ở Việt Nam:

• Bưởi Da Xanh: citrus grandis(L.) Osbeck

• Bưởi Năm Roi: citrus mãxima(Burm) Merr

15

• Chanh ta hay chanh giấy: citrus auranifolia Swingle

• Chanh tây: citrus limolia Osbeck

• Quýt đường: citrus deliciosa Tenora

• Cam sành: citrus nobilis Lour

• Cam mật: citrus sinensis(L.) Osbeck

Hiện nay, Viện nghiên cứu cây ăn quả miền Nam đã thu thập một số giống cam, chanh, quýt, bưởi: 60 giống từ Pháp, Mỹ, Trung Quốc và Thái Lan

Ngành sản xuất cam, quýt trên thế giới không ngừng phát triển và mức tiêu thụ quả có múi của thị trường thế giới ngày càng cao

Các giống bưởi Phúc Trạch, Đoan Hùng bưởi Thanh Trà là những giốn có tiếng trong nước từ lâu và được khách nước ngoài ưu chuộng Các loại bưởi Năm Roi nổi tiếng và được xem là đặt trưng cho bưởi cẩu cả nước với đặc điểm là ít hạt, mọng nước, vỏ mỏng, rất ngọt

Các giống cam mật cho đến nay vẫn được xem là những giống chủ lực trồng để xuất khẩu và cung cấp nhu cầu trong nước

Các giống quýt của nước ta đa dạng và phong phú nhất được trồng phổ biến ở tất cả các vùng miền trong nước

1.2 Tổng quan về tinh dầu

1.2.1 Lịch sử của tinh dầu

Tinh dầu thực vật đã được dùng trong những nền văn minh cổ đại vào thời gian cách đây khoảng 6.000 năm hoặc xưa hơn Người Ai Cập cổ đại dùng phương pháp ngâm chiết để trích ly tinh dầu từ các loại cây cỏ có mùi thơm, và hương trầm có lẽ là một trong những phương cách cổ xưa nhất trong việc sử dụng hương liệu Người Ai Cập rất thông thạo việc ướp xác bằng hương liệu để bảo quản cơ thể Họ cũng thường dùng dầu thơm để xoa bóp cơ thể Người Hy Lạp tiếp tục sử dụng tinh dầu thơm và dùng các loại dầu này cho cả hai mục đích điều trị và trang điểm Một y sĩ Hy Lạp (Pedcaius Dioscorides) đã viết một quyển sách về một loại thảo dược, và trong ít nhất

16

1.200 năm sau đó sách này được dùng làm tham khảo cho Tây y Nhiều phương thuốc ông đưa ra cho đến nay vẫn còn được dùng trong liệu pháp hương Khi La Mã trở thành kinh đô của thế giới cổ đại, người La Mã sao chép phần lớn kiến thức y khoa từ người Hy Lạp và đã cải thiện khả năng sử dụng các loại hương liệu Sau khi tắm, họ thường thoa dầu và xoa bóp Họ bắt đầu nhập các sản phẩm hương liệu mới từ Đông

Ấn và Ả Rập khi các tuyến đường mậu dịch được khai thông Kiến thức về các loại dầu hương liệu và nước hoa đã được truyền bá đến vùng Viễn Đông và Ả Rập, và một

y sĩ tên Avcenna (980 - 1037 sau Công nguyên) đã lần đầu tiên dùng một quy trình gọi

là chưng cất để cất ra tinh dầu hoa hồng Các thời kì văn minh Trung Hoa cổ đại cũng dùng một số các hương liệu đồng thời với người Ai Cập Thần Nông là quyển sách y học cổ xưa nhất hiện nay vẫn còn tại Trung Quốc, được viết ra khoảng 2.700 năm trước Công nguyên và có ghi chép về hơn 300 loài dược thảo Người Trung Hoa đã dùng các loại hương liệu và đốt các loại gỗ thơm và hương trầm để thực hành tín ngưỡng Y học cổ truyền Ấn Độ gọi là Ayurveda, liệu pháp đã được thực hành từ hơn 3.000 năm qua, với việc xoa bóp bằng dầu thơm là một trong những công đoạn chính

Người Tây Ban Nha có số lượng dược thảo trồng trong các vườn nhà của họ rất nhiều; người da đỏ ở Bắc Mỹ cũng dùng dầu hương liệu và đưa ra những phương thuốc trị bệnh của họ bằng dược thảo Giữa thế kỉ 19, tinh dầu được tập trung nghiên cứu và trở thành một phương pháp trị liệu tổng thể và phổ cập tại nhiều nước như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản, Anh, Pháp…

1.2.2 Khái niệm tinh dầu

Tinh dầu là hỗn hợp các chất hữu cơ tan lẫn vào nhau, có mùi đặc trưng Ở nhiệt

độ thường, hầu hết tinh dầu ở thể lỏng, có khối lượng riêng bé hơn 1 (trừ một số lọại tinh dầu nặng hơn nước như Cinnamon, Lilac,…), không tan hoặc tan rất ít trong nước, có vị cay và ngọt, nóng và có tính sát trùng mạnh

Thành phần hóa học của tinh dầu gồm các tecpen và những dẫn xuất chứa oxy của tecpen (như alcol, aldehyde, xeton,…) Mặc dù có nhiều cấu tử như vậy nhưng thường người ta chỉ cần một vài cấu tử chính có giá trị và mùi đặc trưng trong tinh dầu

đó

17

Bảng 1 Một số hợp chất chính hay gặp trong thành phần tinh dầu

Hidrocacbua Cacbua tecpennic (chiếm nhiều nhất):

limonen, pinen, camphen, carryophyllen, sylvestren

Alcol Alcol metylic, alcol etylic, alcol cinnamic,

citronellol, geraniol, linalool, bocneol, tecpineol, mentol, cineol

Phenol và ete phenolic Anetol, eugenol, safrol, apiol, tymol

Aldehyt Aldehit benzoic, cinnamic, sakyxilic, citral,

citronellal

Xeton Menton, Campho, Thuyon

Acid (dưới dạng este) Acid Axetic, butyric, benzoic, namic, fomic,

1.2.3 Tinh dầu họ Citrus

Hầu hết các loại giống citrus đều có chứa tinh dầu trong vỏ, trong lá và hoa Hàm lượng trong vỏ trái thường rất cao, trong lá và hoa cũng chứa tinh dầu

Thành phần chủ yếu trong tinh dầu vỏ trái hầu hết các loại thuộc giống citrus là các hợp chất nhóm terpen (85-95%), tiếp đến là hợp chất thuộc nhóm chức ancol (2-10%) còn lại là các hợp chất thuộc nhóm sesquiterpen thường rất ít (1,0-2,5%) Tinh dầu từ vỏ trái cam chanh chứa chủ yếu là Decanal, Citral, Lmonene và Ancol octil Thành phần chính của tinh dầu vỏ trái chanh ta là D-Limonen, Pinen, Phelendren trong

Ngoài các hợp chất chính thuộc nhóm Terpen, cùng một số hợp chất khác thuộc nhóm sesquiterpen, trong tinh dầu nhiều loài cam, chanh, quýt còn có một số hợp chất chứa oxygen (alcol, aldehyde, ester) Các hợp chất oxthen dễ hòa tan trong nước và rượu có độ cồn thấp, đồng thời có vị thơm mát dịu hấp dẫn của hoa tươi Do đó được

sử dụng nhiều trong lĩnh vực sản xuất nước hoa, kem đánh răng, xà phòng thơm

Ngoài tinh dầu từ các cơ quan thực vật riêng rẽ trên các loài thuộc giống Citrus còn có một loại tinh dầu có tên gọi là “petigrain” Tinh dầu này được sản xuất từ lá và chanh non Tinh dầu petitgrain được sử dụng như thành phần của nước hoa do đặct tính khử mùi và mùi hương rất ngọt ngào của chúng Chúng được sữ dụng rộng rãi trong các sản phẩm vệ sinh trong gia đình Nếu khử được terpen, tinh dầu petitgrain có thể trở thành tiền chất đầu tuyệt vời cho các chuyển hóa hợp chất đắt tiền có trong tinh dầu neroli

1.3 Các phương pháp chiết tách tinh dầu

Khuếch tán là cơ chế đầu tiên, có vai trò quan trọng trong quá trình chiết xuất tinh dầu họ Citrus Khuếch tán là quá trình chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử chất tan từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp trong dung môi lỏng Theo định luật Fick, nguyên nhân của quá trình khuếch tán là do gradient nồng độ của các phân tử chất tan Các phân tử chất tan có xu hướng khuếch tán để cân bằng nồng độ

Thẩm thấu là cơ chế thứ hai trong quá trình chiết xuất tinh dầu Thẩm thấu đóng một vai trò trong việc mang các phân tử tinh dầu lên bề mặt các túi tiết Trong thẩm thấu, các phân tử dung môi di chuyển dễ dàng từ một nơi có nồng độ thấp do chuyển động phân tử Các tế bào đẩy các phân tử tinh dầu theo hướng từ nồng độ thấp đến

19

cao, quá trình này cần năng lượng Sau khi xử lý nguyên liệu thì bên trong tế bào còn

ít phân tử tinh dầu (do tác động vật lý nên các túi tinh dầu bị vỡ, một phần tinh dầu sẽ

dễ dàng đi ra ngoài nằm ở trong dung môi) Nồng độ nước bên ngoài tế bào lớn, do đó, nước này có khuynh hướng di chuyển vào tế bào Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi đạt đến cân bằng hai bên màng Khi nồng độ chất tan ở hai mặt của màng tế bào cân bằng nhau, các phân tử nước sẽ di chuyển ra khỏi màng tế bào Các phân tử nước này

sẽ mang theo các phân tử tinh dầu ra khỏi tế bào

Thứ ba là quá trình đun nóng nước Khi cung cấp nhiệt cho nước, nhiệt độ của nước tăng lên đến khi áp suất hơi của nước bằng với áp suất không khí Tại thời điểm này nhiệt độ không tăng thêm nhưng quá trình đốt nóng vẫn diễn ra nên tiếp tục cung cấp nhiệt lượng để biến đổi nước từ thể lỏng sang thể hơi Cùng thời điểm này, một phần tinh dầu phân tán trong các phân tử nước đã thẩm thấu vào các túi tiết Các phân

tử tinh dầu ngấm vào nước nhờ quá trình khuếch tán thông qua màng Hai cơ chế này xảy ra cùng lúc Quá trình tiếp tục cho đến khi tất cả các các phân tử tinh dầu được khuếch tán từ các túi tiết và bay hơi theo hơi nước

Cơ chế thứ tư là sự hóa hơi Khi nước và tinh dầu sả được đun nóng đến áp suất khí quyển, chúng sẽ bay hơi ở một nhiệt độ xác định và tạo thành một hỗn hợp đẳng phí

Cơ chế thứ năm là sự ngưng tụ của sản phẩm chưng cất Hơi nước và tinh dầu sả được làm lạnh bằng cách ngưng tụ

Cơ chế cuối cùng là sự phân tách nước và tinh dầu Chất lỏng được ngưng tụ và rơi xuống bởi trọng lực và tách thành 2 lớp dầu và nước riêng biệt, lớp dầu phía trên và lớp nước phía dưới

1.3.1 Phương pháp trích ly bằng dung môi

Hầu hết, các loại hoa chứa rất ít tinh dầu, mà các thành phần hóa học của chúng lại dễ bi ̣phân hủy, bi ̣biến tính nếu sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Thay vào đó, người ta sử dụng hexane, ethanol, florasols để trích ly tinh dầu Cơ sở

lý thuyết của quá trình trích ly này là dựa vào sự khác nhau về hằng số điện môi của dung môi và chất cần trích ly Những chất có hằng số điện môi gần nhau sẽ dễ hòa tan vào nhau Tinh dầu có hằng số điện môi dao động từ 2÷5 và các dung môi hữu cơ có

20

hằng số điện môi dao động từ 1,5÷2 Phương pháp này có thể tiến hành ở nhiệt độ thường (khi trích ly) và có thể lấy được những thành phần quý như sáp, nhựa thơm trong nguyên liệu mà phương pháp chưng cất không thể tách được Vì thế, chất lượng của tinh dầu sản xuất bằng phương pháp này khá cao

Chất lượng của tinh dầu thu được bằng phương pháp trích ly phụ thuộc rất nhiều vào dung môi dùng để trích ly, vì thế dung môi dùng để trích ly cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: Nhiệt độ sôi thấp, không tác dụng hóa học với tinh dầu, độ nhớt của dung môi thấp, không chứa tạp chất, dung môi hòa tan tinh dầu nhiều, dung môi không ăn mòn thiết bị, không gây mùi lạ cho tinh dầu và đặc biệt không gây độc hại, rẻ tiền và

dễ mua

1.3.2 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Trong quá trình nghiên cứu, phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước là

phương pháp được chọn để làm thí nghiệm vì nhiều lý do Chưng cất lôi cuốn hơi nước là một trong những quy trình sử dụng thuyết trích ly hệ rắn-lỏng Trong đó, pha lỏng được sử dụng để tách các thành phần, cấu tử của pha rắn Nghĩa là tinh dầu sẽ được tách từ nguyên liệu thô Phương pháp này có 3 quá trình chủ yếu: Nước trong nguyên liệu hòa tan, hóa hơi và hơi nước đi vào lôi cuốn tinh dầu trong các mô, túi tinh dầu ra; Hơi nước và tinh dầu sẽ được ngưng tụ ở sinh hàn thành 2 pha lỏng tách biệt; Tinh dầu sẽ được chiết tách ra và đem bảo quản (đôi khi sẽ có tinh chế thêm tùy vào nhu cầu sử dụng)

1.3.3 Phương pháp ép lạnh

Các loại tinh dầu từ vỏ chanh, cam, quýt, bưởi (họ citrus) được thu hồi bằng phương pháp ép lạnh Do lượng tinh dầu tương đối lớn trong vỏ cam, quýt và chi phí thấp để trồng và thu hoạch nguyên liệu thô, tinh dầu hoa quả có giá rẻ hơn hầu hết các loại tinh dầu khác Các loại tinh dầu từ họ citrus được thu hồi như là các sản phẩm phụ của ngành công nghiệp cây ăn quả Trước khi phát hiện ra phương pháp chưng cất, tất

cả các loại tinh dầu đã được trích xuất bằng phương pháp ép lạnh

1.3.4 Phương pháp chưng cất hỗ trợ vi sóng

Vi sóng cung cấp một kiểu đun nóng không dùng sự truyền nhiệt thông thường Với kiểu đun nóng bình thường, sức nóng đi từ bề mặt của vật chất lần vào bên trong,

21

còn trong trường hợp sử dụng vi sóng, vi sóng xuyên thấu vật chất và làm nóng vật chất ngay từ bên trong Vi sóng tăng hoạt những phân tử phân cực, đặc biệt là nước Nước bị đun nóng do hấp thu vi sóng bốc hơi tạo ra áp suất cao tại nơi bị tác dụng, đẩy nước đi từ tâm của vật đun ra đến bề mặt của nó

Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra Tinh dầu thoát ra bên ngoài, lôi cuốn theo hơi nước sang hệ thống ngưng tụ (phương pháp chưng cất hơi nước) hoặc hòa tan vào dung môi hữu cơ đang bao phủ bên ngoài nguyên liệu (phương pháp tẩm trích)

Ngoài việc nước bị tác dụng nhanh chóng, các cấu phần phân cực (hợp chất có chứa oxigen) hiện diện trong tinh dầu cũng bị ảnh hưởng bởi vi sóng Ngược lại các cấu phần hydrocarbon ít chịu ảnh hưởng của vi sóng (do chúng có độ phân cực kém) nên sự ly trích chúng tựa như trong sự chưng cất hơi nước bình thường nhưng với vận tốc nhanh hơn rất nhiều vì nước được đun nóng nhanh bởi vi sóng Trong đề tài nghiên cứu này, phương pháp chiết tách có hỗ trợ vi sóng sẽ được áp dụng vì hiệu quả về nhiệt, truyền năng lương nhanh vì thế sẽ rút ngắn được thời gian trích ly tinh dầu sả cũng như nâng cao hiệu suất chiết tách

22

(A)

(B) Hình 1.1 Hệ thống chiết tách tinh dầu bằng

(A) phương pháp có sự hỗ trợ vi sóng và (B) chưng cất trực tiếp với nước gia

nhiệt bếp lưới 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Tinh dầu từ họ Citrus thường thu bằng phương pháp thủy phân [10]–[13] Ưu điểm phương pháp này đơn giản, an toàn khi vận hành, thân thiện với môi trường và sản xuất tinh dầu cây họ Citrus chất lượng cao, phương pháp này thường được sử dụng nhất ở cả phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp Trong thập kỷ qua, chưng cất lôi cuốn hơi nước cổ điển đã được cải thiện bằng cách chiếu xạ vi sóng làm nóng hệ thống nước chưng của nguyên liệu thực vật Phương pháp này dựa trên khả năng của các hợp chất dể hấp thụ năng lượng vi sóng khi tiếp xúc với chiếu xạ vi sóng Thủy phân hỗ trợ bằng vi sóng đã được sử dụng rộng rãi để cô lập tinh dầu từ các nguyên liệu thực vật khác nhau [14]–[20] Về tinh dầu họ Citrus, đã có nhiều nghiên cứu về chúng nhưng

23

các tác giả tập trung vào hiệu suất, thành phần và hoạt tính sinh học của tinh dầu thu được quá trình thủy phân

Năm 2011, Uyal B và cộng sự đã nghiên cứu thành phần hóa học của tinh dầu

vỏ bưởi thu được từ chiết xuất vi sóng không dung môi và thủy phân Bài nghiên cứu này đã xác định đặc tính kháng khuẩn của tinh dầu vỏ bưởi bằng phương pháp khuếch tán đĩa Uyal B và cộng sự đã xác định được 25 thành phần có trong tinh dầu vỏ bưởi Limonene thu được (91.5-88.6%) cho cả hai phương pháp chiết xuất Đồng thời, nhà nghiên cứu cũng đã so sánh quá trình chiết tách tinh dầu bằng phương pháp vi sóng không dung môi và thủy phân Theo nghiên cứu cho thấy thời gian chiết tách tinh dầu của vi sóng ngắn hơn (20 phút so với 180 phút của phương pháp chưng cất thông thường) [6]

Tại Ai cập vào năm 2019, nhà nghiên cứu Ali Osman đã xác định được thành phần có trong tinh dầu Citrus, tác giả tìm thấy rằng limonene, β-myrcene, α-pinene, p-cymene, β-linens terpinolene và một số hợp chất khác là hợp chất thơm chính của nhiều loài cây có múi Tinh dầu từ trái cây họ Citrus rất phong phú nguồn hợp chất chức năng sinh học với các đặc tính sức khỏe khác nhau, bao gồm cả chống chất oxy hóa, kháng khuẩn, chống viêmvà các hoạt động bảo vệ tế bào họ đang hỗn hợp của hơn 200 thành phần có thể được nhóm lại thành 2 phần chứa hydrocarbon monoterpen

và Sesquiterpenes cũng như oxy của dẫn xuất cùng với aldehyd alcol, rượu và este Trái cây có múi, nước trái cây hoặc dầu vỏ hiện đang được sử dụng trong tất cả mọi thứ từ thực phẩm hoặc chế phẩm thực phẩm, nước ngọt, kem, kẹo, dược phẩm, làm mát không khí, làm sạch sản phẩm, dung môi cũng như nước hoa và nước hoa [15]

Ibtehal K Shakir và Sarah J Salih vào năm 2015 tại Irac đã thực hiện cuộc khảo sát chiết xuất và tính chất của tinh dầu họ Citrus bằng phương pháp chưng cất hơi nước và chưng cất hơi nước bằng vi sóng Kết quả chỉ ra rằng phương pháp có sử dụng

vi sóng cho năng suất cao hơn phương pháp thông thường với thời gian chiết xuất ngắn hơn Hiệu suất dầu cam chiết bởi vi sóng đạt 1.15% trong 35 phút so với 1.095% trong 45 phút của phương pháp thường, kết quả tương tự thu được cho chanh và quýt Công suất vi sống tối ưu là 135W cho hiệu suất dầu: 1.150%, 1.115%, 0.940% tương ứng cho cam, chanh và quýt Phương pháp sử dụng vi sóng tăng nhiệt độ chiết trong thời gian ngắn và lên mức cao hơn so với phương pháp thường [17]

24

Ngoài ra có rất nhiều nghiên cứu liên quan về cây ăn quả có múi họ Citrus [16,18,19] Tuy nhiên, động học của quá trình trích ly tinh dầu họ Citrus nhóm nghiên cứu vẫn chưa tìm thấy tài liệu Động học quá trình và tầm quan trọng của nó không chỉ đối với sự hiểu biết cơ bản mà còn cho thấy khả năng tối ưu hóa, điều khiển và thiết kế các quá trình thủy phân công nghiệp Các mô hình động học cùng với hiệu suất và thành phần tinh dầu rất quan trọng đối với các quá trình thủy phân từ góc độ công nghệ và cả kinh tế

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, khi xã hội càng phát triển và nhu cầu sử dụng tinh dầu vào lĩnh vực làm đẹp và thực phẩm của người tiêu dùng ngày càng gia tăng, tuy nhiên hướng nghiên cứu về chiết xuất tinh dầu của các doanh nghiệp hay các nghiên cứu cấp cơ sở chỉ dừng lại ở phương pháp chưng cất với dung môi và chưng cất với nước là chủ yếu Với 2 phương pháp này thì còn nhiều hạn chế về hiệu suất trích ly tinh dầu, thời gian chưng cất diễn ra khá lâu hay sử dụng dung môi với dư lượng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm như đã đề cập ở trên

Cho đến nay, theo tìm hiểu của nhóm nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong nước về các loại cây có múi khá phổ biến, nhưng các tác giả tập trung nghiên cứu về phương pháp thủy phân, thành phần tinh dầu, chưa tìm thấy nghiên cứu về động học của HD và MAHD Xuất phát từ những thực tế nêu trên, chúng tôi đã đề xuất và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu động học của quá trình trích ly các loại tinh dầu từ lá và vỏ của cây ăn trái có múi họ Citrus khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long” sẽ mở ra nhiều tiềm năng hơn trong việc nâng cao hiệu quả chiết tách tinh dầu cũng như chi phí sản xuất kinh doanh từ đó giúp hạ giá thành sản phẩm, thúc đẩy phát triển ngành trồng cây

có múi và sẽ là tiền đề nghiên cứu động học quá trình của nhiều loại nguyên liệu khác

25

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài tiến hành xây dựng phương pháp trích ly, khảo sát động học của quá trình, thành phần của tinh dầu tinh dầu từ vỏ của cây ăn trái có múi họ Citrus khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

• Đánh giá hiệu suất của tinh dầu trích bằng phương pháp chưng cất lôi cuối trực tiếp với nước gia nhiệt thường (thủy phân, HD) và phương pháp

có hổ trợ vi sóng (MAHD)

• Nghiên cứu mô hình động học của HD và MAHD

• Đánh giá ảnh hưởng của động học quá trình, thành phần bởi các phương pháp tách chiết

2.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu đánh giá tổng quan về cây họ Citrus (cam, chanh, quýt,

bưởi, tắc) khu vực đồng bằng Sông Cửu Long, tinh dầu từ vỏ và phương pháp gia nhiệt và vi sóng

Nội dung 2: Xây dựng quy trình chiết tách tinh dầu họ Citrus bằng phương

pháp gia nhiệt và phương pháp vi sóng

Nội dung 3: Nghiên cứu động học của các yếu tố ảnh hướng đến hiệu suất tinh

dầu bằng phương pháp gia nhiệt

Nội dung 4: Nghiên cứu động học của các yếu tố ảnh hướng đến hiệu suất tinh

dầu bằng phương pháp gia nhiệt

Nội dung 5: Đánh giá động học quá trình trích ly của các quả họ Citrus

Nội dung 6: Tối ưu hóa quá trình và so sánh thành phần tinh dầu của các loại

tinh dầu họ Citrus trích ly bởi phương pháp gia nhiệt và vi sóng

d Xử lý nguyên liệu

Cây ăn quả có múi họ Citrus thu hoạch từ chợ đầu mối Thủ Đức nhập từ tỉnh Bến Tre (10°14′54″B 106°22′34″Đ) vào tháng 2-6 năm 2019 Nguyên liệu được rửa sạch nhiều lần với nước để loại bỏ tạp chất bẩn và bỏ những nguyên liệu bị hư Sau đó được bóc vỏ cẩn thận bằng dao nhọn Các mẫu được kiểm tra để đảm bảo rằng hạn chế tối đa phần thịt trắng dưới vỏ, vì thịt trắng chứa ít hoặc không có limonene Nguyên liệu được giữ trong tủ mát ở 4oC cho các thí nghiệm tiếp theo

28

2.3.2 Phương pháp xác định hiệu suất trích ly tinh dầu

Hiệu suất tinh dầu (%) tính theo nguyên liệu:

Y (%) = ( 𝑉

𝑚 ) x 100% (1) Trong đó:

Y: hiệu suất trích ly tinh dầu (%)

V: thể tích tinh dầu thu được (ml),

m: khối lượng nguyên liệu (g)

2.3.3 Quy trình chiết tách tinh dầu

Quy trình chiết tách tinh dầu Citrus bằng phương pháp gia nhiệt bếp lưới và vi sóng theo sơ đồ hình 2.1

Na 2 SO 4

Hình 2.1 Quy trình chiết tách tinh dầu họ Citrus

Thuyết minh quy trình:

Nguyên liệu được thu thập từ chợ đầu mối tiến hành xử lý thô như rửa sạch và loại bỏ các nguyên liệu hư Dùng dao nhọn bóc vỏ cẩn thận hạn chế phần thịt trắng tối

đa Tiếp theo, vỏ được cắt theo tỉ lệ đã khảo sát và cho vào hệ thống chưng cất Sau quá trình tách chiết tinh dầu ta thu được hổn hợp gồm nước và tinh dầu ở phần nhánh

29

Clevenger, ta tiến hành phân tách hổn hợp Cạnh đó, trong tinh dầu vẫn còn lẫn nước,

do đó ta phải dùng muối Na2SO4 để loại bỏ nước trong tinh dầu Sau quá trình loại bỏ nước ta thu được tinh dầu tinh khiết

2.3.4 Khảo sát theo thời gian của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết tinh dầu

Qúa trình khảo sát sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết tách tinh dầu họ Citrus được thực hiện theo phương pháp khảo sát luân phiên từng phần theo thời gian

Tiến hành khảo sát 3 yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng và thành phần tinh dầu: tỉ

lệ nước và nguyên liệu, nhiệt độ và tời gian chiết tách Sau khi đã có các điều kiện ly trích tối ưu, tiến hành tách chiết một mẫu ở những điều kiện tối ưu để làm mẫu so sánh thành phần hóa học

Nguyên tắc: cố định một yếu tố và thay đổi một yếu tố theo thời gian để chọn được điều kiện tối ưu cho các yếu tố đó Sau đó thực hiện tương tự cho yếu tố còn lại Cuối cùng tính phần trăm theo khối lượng tinh dầu thu được và phân tích thành phần hóa học bằng GC-MS

a Khảo sát thời gian ly trích

Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian ly trích vỏ Citrus dựa vào nguyên tắc như sau: cố định 2 yếu tố nhiệt độ và tỉ lệ nước-nguyên liệu và thay đổi thời gian ly trích từ phút đầu tiên cho đến khi thấy lượng tinh dầu thu được gần như không thay đổi Thời gian bắt đầu tính từ lúc ta thu được giọt nước ngưng tụ đầu tiên từ sinh hàn xuống nhánh Clevenger

b Khảo sát tỉ lệ nước và nguyên liệu

Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ nước và nguyên liệu được thực hiện như sau: Cân 100g nguyên liệu và tiến hành xay ngay trước quá trình chiết xuất Sau đó ta tiến hành chưng cất bằng nước với nhánh chiết Clevenger ở phạm vi sôi của nước và áp suất khí quyển với nhiệt 60% ở phương pháp thường và công suất 450W ở vi sóng theo tỉ lệ nguyên liệu với nước lần lượt như bảng 2.4, 2.5 dưới dây

Mức nhiệt của phương pháp chưng cất thông thường được hiểu như lượng nhiệt của thiết bị gia nhiệt (bếp lưới) truyền đến bình chưng cất với công suất tối đa của thiết

bị là 340 W, tương ứng ở mức 50% nhiệt là 170 W của bếp lưới, 60% nhiệt là 204W

và 70% nhiệt là 238W Có thể hiểu cách khác ở mức nhiệt 50, 60, 70 % này, lượng nhiệt theo thời gian truyền đến thiết bị được hiểu như là lượng nhiệt truyền để nguyên liệu đạt đến trạng thái sôi của nước (nước là dung môi của quá trình chưng cất), chúng tôi tiến hành thử nghiệm tốc độ bay hơi nước của thiết bị, nhận thấy quá trình bay hơi nước ổn định theo thời gian, ở mỗi mức nhiệt thu được tốc độ bay hơi nước cố định (thử nghiệm 3 lần mỗi lần cách nhau 10 phút) Chúng tôi thấy được mối liên hệ giữa mức nhiệt của thiết bị và tốc độ bay hơi nước, cụ thể ở mức 50% có tốc độ bay hơi 2.1 mL/phút, mức 50% là 2.5 mL/phút và 70% là 3.7 mL/phút, các thông số này được hiểu như là mức nhiệt là có thể dùng thông số để hiệu chỉnh thí nghiệm phù hợp với các thiết bị gia nhiệt khác nhau

31

Bảng 2.6 Nhiệt độ tách chiết tách tinh dầu Citrus trong khảo sát theo phương pháp

thông thường (60% của 340W)

2.3.5 Đánh giá động học của quá trình trích ly

Mô hình hóa quá trình trích xuất được sử dụng để đánh giá các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình trích ly Nó cũng được coi là một bước cơ bản để đưa ra một quy trình hiệu quả Trong nghiên cứu này, hai trong số các mô hình được sử dụng rộng rãi nhất để khai thác chưng cất thủy điện từ nguyên liệu thực vật (ví dụ mô hình không cố định, mô hình động học bậc nhất) được so sánh với nhau để tìm ra mô hình động học tốt nhất để mô tả quá trình chiết xuất tinh dầu từ vỏ họ Citrus

Mô hình khuếch tán không cố định

Sự vận chuyển khối lượng lớn tinh dầu qua các hạt thực vật trong quá trình chưng cất thủy điện xảy ra dưới dạng khuếch tán trạng thái không ổn định Milojevic

và cộng sự [25] cho rằng một quá trình chưng cất thủy điện hàng loạt không có phản ứng hóa học có thể được mô tả bằng mô hình của mô hình khuếch tán không cố định, dựa trên sự khuếch tán tinh dầu trạng thái không ổn định qua vật liệu thực vật Mô hình này bao gồm hai giai đoạn kế tiếp: rửa và khuếch tán

𝑞𝑜−𝑞

𝑞 𝑜 = (1 − 𝑏) 𝑒−𝑘𝑡 (2) Trong đó qo là hàm lượng tinh dầu ban đầu (bằng tổng sản lượng tinh dầu khi kết thúc quá trình chưng cất), q là sản lượng tinh dầu tại bất kỳ thời điểm nào của quá

32

trình chiết xuất, b là hệ số chưng cất nhanh (rửa) và k là tốc độ chưng cất không đổi (khuếch tán)

Các giả định cho mô hình này như sau:

(a) Các hạt thực vật có tính đẳng hướng và bằng nhau về hình dạng, kích thước

và hàm lượng dầu ban đầu Hình dạng và kích thước của các hạt thực vật không thay đổi trong quá trình chưng cất;

(b) Tinh dầu được coi là thành phần giả;

(c) Một phần tinh dầu nằm ở bề mặt bên ngoài của vỏ bị vỡ và phần còn lại được phân bố đồng đều trong các hạt thực vật;

(d) Hệ số khuếch tán hiệu quả là không đổi;

(e) Nồng độ của tinh dầu trên các bề mặt bên ngoài của các hạt thực vật tại bất

kỳ thời điểm nào trong quá trình chưng cất thủy điện là bằng 0 do rửa ngay lập tức trên

bề mặt

(f) Không có khả năng chống lại sự vận chuyển khối lượng lớn tinh dầu từ các

bề mặt bên ngoài của các hạt thực vật

Mô hình động học bậc nhất

Bằng cách tính đến mô hình giải hấp động học bậc nhất không bao gồm giai đoạn giặt, nó phù hợp để mô tả các quá trình, được điều khiển bởi khuếch tán trong hạt [26], [27] Vì vậy, các giả định cho mô hình này như sau:

a) chất phân tích được phân bố đồng đều trong ma trận

b) nồng độ của hợp chất tại các bề mặt ma trận bằng không, ngay khi bắt đầu chiết (tương ứng với không giới hạn độ hòa tan);

c) Các hạt thực vật là đẳng hướng, đồng nhất về kích thước và hình dạng

Do đó, mô hình cho ma trận hình cầu có kích thước đồng đều là phương trình

𝑞

𝑞 𝑜 = 1 − 𝑒−𝑘𝑡 (3)

❖ Đánh giá cảm quan tinh dầu theo TCVN 8460:2010

Mẫu tinh dầu thu được sau quá trình chiết tách bằng vi sóng sẽ được xác định, phân tích sơ bộ chất lượng bằng phương pháp cảm quan những dấu hiệu bên ngoài

mu bàn tay rồi ngữi cách xa chỗ có tinh dầu 20-30mm, cứ 15 phút ngữi 1 lần trong vòng 1 giờ Ghi nhận xét về bản chất là cường độ mùi (mùi thơm, hăng, sốc,…)

Vị

Vị cũng là một biểu hiện bên ngoài quan trọng của tinh dầu Mỗi tinh dầu có vị riêng Để xác định vị, dùng phương pháp nếm, nếm xong ghi nhận xét bản chất (ngọt, đắng,…) và cường độ (dịu, thoảng,….)

2.4.2 Phương pháp phân tích định lượng

Xác định thành phần hóa học của sản phẩm tinh dầu bằng phương pháp sắc

kí khí khối phổ GC-MS

34

Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS_Gas Chromatography Mass Spectometry) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao và được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp các chất

và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối Bằng sự kết hợp 2 kỹ thuật này có thể đánh giá, phân tích định tính

và định lượng và có cách giải quyết đối với một số hóa chất Tinh dầu sau khi chưng cất ở các điều kiện tối ưu được phân tích thành phần hoá học bằng máy sắc ký ghép khối phổ GC-MS tạiViện Khoa học Vật liệu Ứng dụng Thành phần tinh dầu được xác định như sau: Xác định thời gian lưu của các chất trên GC giống thời gian lưu của những chất đã biết trước Đối chiếu phổ khối lượng thu được với phổ gốc trong thư viện NIST, từ đó định danh các cấu tử có trong tinh dầu họ Citrus

35

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt ly trích

3.1.1 Tách chiết theo phương pháp thông thường

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt đến quá trình trích ly theo phương pháp thông thường

1 Chanh

-3.0% -3.8% -2.8%

36

-2.10% -2.15% -2.20%

-3.1% -3.1% 3.0%

37

4 Bưởi

-2.0% -2.0% -1.7%

5 Quýt

-6.0% -6.9% -6.0%

Trong số các thông số ảnh hưởng đến quá trình chưng cất thông thường, nhiệt truyền vào thiết bị được coi là một trong những yếu tố ảnh hưởng chính (bảng 3.1) Lượng nhiệt tối thiểu cho các thí nghiệm là nhiệt thấp nhất, tại đó nước có thể đạt đến điểm sôi (tức là 50% của bếp gia nhiệt, tương đương 170W) Mặt khác, nhiệt truyền cao nhất cho các thí nghiệm là lượng nhiệt tối đa mà không có bất kỳ ảnh hưởng bất lợi nào đến năng suất và chất lượng dầu khai thác (tức là 70% của bếp gia nhiệt, tương đương 238 W) Do đó, sự thay đổi năng suất của dầu vỏ Citrus trong 90 phút chiết xuất

38

được quan sát ở các lượng nhiệt khác nhau (50, 60 và 70%), trong khi tỷ lệ nước-vật liệu không đổi ở mức 3:1 mL/g (được khuyến nghị bởi nghiên cứu trước đây về dầu của cây có múi [16]

Kết quả chỉ ra rằng ở mức cao hơn, tốc độ trích xuất nhanh hơn so với mức nhiệt thấp hơn (170W đến 204W) và có xu hướng giảm khi công suất tăng tiếp tục lên 238W Cụ thể, đối với nhóm nguyên liệu bao gồm: chanh, tắc, bưởi, quýt, hiệu suất thu được là cao nhất ở nhiệt 60%, lần lượt là 3.8%, 3.1%, 2%, 6.9% Ở mức nhiệt 50%

vỏ cam có hiệu suất cao nhất với 2.20% Ở mức nhiệt đến 70% thì hiệu suất có xu hướng gảm do vượt ngưỡng tối ưu của tinh dầu Sự suy giảm thể hiện trên tất cả các nguyên liệu, cụ thể, ở nguyên liệu chanh giảm từ 3.8% xuống 2.8%, vỏ quýt từ 6.9% còn 6.0%

Kết quả này được hiểu rằng, ở mức nhiệt tối thiểu, nhiệt truyền từ thiết bị sang vật liệu chậm hơn so với các mức nhiệt Cạnh đó, sự truyền nhiệt chậm hơn có thể đã ảnh hưởng đến quá trình hình thành hơi (tức là quá trình cần thiết để khuếch tán dầu từ các tế bào) dẫn đến việc chiết xuất không hoàn toàn và hiệu suất thấp hơn Mặt khác, việc gia tăng mức nhiệt thích hợp sẽ tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình chiết xuất được tối đa nhưng nếu mức nhiệt quá cao sẽ ngược lại làm cho tinh dầu bị thoái hóa và

sẽ bị mất đi do nhiệt độ Chính vì thế, với mức nhiệt 50% chỉ có thể lôi kéo một lượng nhỏ tinh dầu làm cho hiệu xuất quá trình thấp Với mức nhiệt 60% là thích hợp cho lượng tinh dầu khuếch tán tương đối lớn và không bị phân hủy nhiều do tác động của nhiệt độ Điều này phù hợp với những phát hiện của các nghiên cứu [28] ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất của tinh dầu từ nguyên liệu thực vật

Từ những kết quả trên, ta chọn mức nhiệt phù hợp để trích ly tinh dầu ở 60% nhiệt của bếp gia nhiệt cho các thí nghiệp tiếp theo

3.1.2 Tách chiết theo phương pháp vi sóng

1 Chanh

-3.8% -3.8% -3.8%

-2.8% -3.4% -3.2%

40

-4.8% -4.8% -4.8%

4 Bưởi

-1.9% -2.0% -2.0%