Nguyên cứu chiết tách tinh dầu sả và ứng dụng làm nến thơm

Số hiệu bảng 1.2 Thành phần hóa học của Cymbopogon citratus và 3.2 Kết quả khảo sát thể tích dung môi ly trích của tinh dầu Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơn nước 50 3.3 Kết quả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Đà Nẵng- 2019

TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Đàm Thị Lan Anh

1 Tên đề tài: “Nguyên cứu chiết tách tinh dầu Sả và ứng dụng làm nến thơm”

2 Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị

- Nguyên liệu: Sả chanh

- Dụng cụ: Bộ chưng cất lôi cuốn tinh dầu nhẹ hơn nước, các pipet loại 5ml, 2ml và 1ml, nhiệt kế, cốc thủy tinh (100ml, 500ml) và một số dụng cụ thủy tinh khác

- Thiết bị: Bếp điện, bếp cách thủy, cân điện tử

3 Nội dung nghiên cứu

+ Xác lập điều kiện tối ưu cho việc chiết tách tinh dầu từ củ Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

+ Xác định thành phần hóa học của tinh dầu Sả chanh bằng sắc ký khí ghép khối phổ

(GC-MS)

+ Xây dựng quy trình sản xuất nến thơm tinh dầu Sả

4 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Lê Tự Hải

5 Ngày giao đề tài : 05/05/2018

6 Ngày hoàn thành : 01/04/2019

Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ, tên) (Ký và ghi rõ họ, tên)

Kết quả điểm đánh giá:

Ngày tháng năm

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký ghi rõ họ tên)

Tôi xin cam đoan, đồ án tốt nghiệp do tôi hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Tự Hải Các kết quả trình bày trong đồ án này hoàn toàn do tôi thực hiện Nội dung đồ án có tham khảo một số thông tin từ các nguồn khác nhau như sách, internet được liệt kê trong phần tài liệu tham khảo

Đà nẵng, ngày 10 tháng 4 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Đàm Thị Lan Anh

Đề tài tốt nghiệp này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Sư phạm-Đại học Đà Nẵng dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Tự Hải, trưởng khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm-Đại học Đà Nẵng

Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được nhiều sự giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè

Trước hết em xin cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Tự Hải, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể các thầy, các cô trong khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm-Đại học Đà nẵng đã truyền đạt kiến thức, kĩ năng và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học vừa qua

Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã tạo điều kiện, động viên và khích lệ trong suốt quá trình học tập vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Đàm Thị Lan Anh

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ SẢ CHANH (CYMBOPOGON CITRATUS STAPF) 3

1.1.1 Tên gọi 3

1.1.2 Phân loại thực vật 3

1.1.3 Đặc điểm hình thái 4

1.1.4 Phân bố và thu hái 5

1.1.5 Công dụng của cây Sả 5

1.2 TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU SẢ 7

1.2.1 Khái niệm tinh dầu 7

1.2.2 Thành phần hóa học của tinh dầu Sả 9

1.2.3 Ứng dụng của tinh dầu Sả 13

1.2.4 Thị trường tinh dầu Sả trong và ngoài nước 14

1.3 THU HOẠCH, BẢO QUẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT TINH DẦU 15

1.3.1 Thu hoạch, bảo quản và sơ chế nguyên liệu sản xuất tinh dầu 15

1.3.2 Các phương pháp sản xuất tinh dầu 15

1.4 GIỚI THIỆU NẾN THƠM 29

1.4.1 Thành phần 31

1.4.2 Lợi ích và tác hại 36

1.4.3 Phương pháp sản xuất nến thơm 38

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.2 DỤNG CỤ, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 39

2.2.1 Dụng cụ 39

2.2.2 Hóa chất 39

2.2.3 Thiết bị 39

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.3.1 Xử lý nguyên liệu 40

2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48

3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT VÀ THÀNH PHẦN TINH DẦU SẢ CHANH TRONG QUÁ TRÌNH LY TRÍCH 48 3.1.1 Ảnh hưởng của thời gian ly trích tinh dầu Sả 48

3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/thể tích dung môi trong quá trình ly trích tinh dầu Sả. 50

3.1.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của muối NaCl 52

3.1.4 Đề xuất quy trình ly trích tinh dầu Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 54

3.1.5 Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu Sả chanh 56

3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT NẾN THƠM 58

3.2.1 Kết quả khảo sát các thông số 58

3.2.2 Đề xuất công thức làm nến 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60

1 Kết luận 60

2 KIẾN NGHỊ 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

Số hiệu

bảng

1.2 Thành phần hóa học của Cymbopogon citratus và

3.2 Kết quả khảo sát thể tích dung môi ly trích của tinh dầu

Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơn nước

50

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaCl trong nước

ly trích tinh dầu Sả bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước

52

3.5 So sánh thành phần hóa học của tinh dầu Sả thu được

với các công trình nghiên cứu khác

57

Số hiệu

bảng

1.1 Phân loại thực vật của Sả chanh (Cymbopogon citratus) 3

1.4 Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của các

terpenoid

8

1.8 Chưng cất bằng bộ dụng cụ thủy tinh Clevenger 25

2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chọn thời gian tối ưu 42 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thể tích dung môi tối

ưu

43

2.4 Sơ đồ thí nghiệm xác định nồng độ muối NaCl 44

3.1 Đồ thị biểu diễn kết quả khảo sát thời gian ly trích tinh

dầu Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

49

3.2 Đồ thị biểu diễn kết quả khảo sát thể tích dung môi ly

trích tinh dầu Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn

hơi nước

50

độ NaCl (%) đến quá trình chưng cất lôi cuốn hơi nước

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tinh dầu là nguồn hương liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên cây cỏ, từ xa xưa

nó đã được mệnh danh là “báu vật của thiên nhiên” và đang được con người chú ý và đầu tư khai thác Mỗi loại tinh dầu đều có một mùi đặc trưng, có hương thơm riêng

và có tác dụng khác nhau Chẳng hạn như, tinh dầu Bạc Hà có hàm lượng mentol cao

có tác dụng kích thích các đầu dây thần kinh, gây cảm giác lạnh và giảm đau tại chỗ; tinh dầu Hương nhu cung cấp Eugenol dùng làm thuốc sát trùng, thuốc giảm đau, chất dùng trong việc trám răng tạm thời Tinh dầu hiện nay được sử dụng rộng rãi và

là hỗn hợp các chất có giá trị cao trong lĩnh vực dược phẩm, thực phẩm và xuất khẩu Thị trường nhập khấu các loại sản phầm này càng được mở rộng và phát triển như:

Mỹ, Anh, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, Việt Nam là đất nước có nguồn tài nguyên phong phú, khí hậu nhiệt đới gió mùa Vì vậy, Việt Nam có nhiều điều kiện thuận lợi để đẩy mạnh việc sản xuất các sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên, đẩy mạnh việc trồng và sản xuất để đáp ứng nhu cầu chung của thế giới

Cây Sả là một trong những nguyên liệu phổ biến và quen thuộc đối với người dân Việt Nam Sả, ngoài chức năng làm gia vị trong bữa ăn hàng ngày, nó còn có nhiều tác dụng phòng ngừa và chữa bệnh như chữa các bệnh về tiêu hóa, giải độc, mất ngủ, nhiễm khuẩn, giảm huyết áp, giảm cân, giảm stress

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và chỉ ra rằng thành phần trong Sả có tác dụng ngăn chặn biến chứng của bệnh tiểu đường, bệnh thần kinh, bệnh thận và võng mạc Ngoài ra, nghiên cứu khác chỉ ra rằng, tinh dầu Sả có thể được coi là một chất chống oxy hóa mạnh mẽ có khả năng chữa bệnh ung thư Do đó, Sả được coi là một loại cây

có nhiều công dụng và mang lại hiệu quả kinh tế cao Hiện nay, có nhiều phương pháp để rút chiết tinh dầu từ thực vật, trong đó có phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu suất thu hồi tinh dầu tương đối cao Một trong những cách sử dụng tinh dầu phổ biến ở Việt Nam hiện nay là phương pháp khuếch tán tinh dầu Trong đó, nhu cầu sử dụng nến thơm được sử dụng khá cao Trên thị trường, các loại nến thơm được sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ, tiêu biểu là các paraffin làm sáp nến và đồng đẳng của benzen nhằm tạo mùi thơm Điều

này rất có hại cho sức khỏe đối với người sử dụng Vì vậy, để khắc phục tình trạng

về tác hại của nến thơm, cần sản xuất loại nến thơm có nguồn gốc từ thiên nhiên kết hợp với tinh dầu để đem lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng

Tinh dầu Sả có nhiều công dụng và tiềm năng kinh tế nên đã có nhiều công trình nghiên cứu Tuy nhiên, có rất ít đề tài nghiên cứu ứng dụng tinh dầu sả vào thực tế

Đề tài “Nghiên cứu chiết tách tinh dầu sả chanh và ứng dụng sản xuất nến thơm”

giúp cho việc sử dụng và bào chế thuận lợi, nâng cao giá trị của cây Sả vào trong đời sống con người

2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ảnh hưởng tới hiệu suất chiết tách tinh dầu

Sả chanh và xây dựng công thức sản xuất nến thơm để làm cở khoa học cho việc ứng dụng vào trong thực tiễn Cụ thể là:

+ Xác lập điều kiện tối ưu cho việc chiết tách tinh dầu từ củ Sả bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

+ Đưa ra quy trình chưng cất tối ưu để thu được tinh dầu Sả chanh

+ Xác định thành phần hóa học của tinh dầu Sả chanh bằng sắc ký khí ghép

khối phổ (GC-MS)

+ Xây dựng quy trình sản xuất nến thơm tinh dầu Sả

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, cũng như khó khăn về điều kiện thực nghiệm cũng như vấn đề chi phí nên mặc dù đã rất cố gắng song đề tài vẫn không tránh khỏi những thiết sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo của quý thầy cô cũng như

sự góp ý kiến của các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ SẢ CHANH (CYMBOPOGON CITRATUS STAPF)

1.1.1 Tên gọi

- Tên tiếng việt: Sả chanh, cỏ Sả, cỏ chanh, hương mao

- Tên tiếng Anh: Lemon grass, oil grass, silky heads, citronella grass

- Tên khoa học: Cymbopogon citratus Stapf, thuộc họ lúa – Poaceae

- Tên đồng nghĩa: Adropogon citratus

1.1.2 Phân loại thực vật

Sả là cách gọi của người Việt để chỉ tên gọi thông thường của một số loài cây

thuộc chi Cymbopogon trong họ Hòa thảo (Poaceae), thường xuất hiện ở các nước

nằm trong vùng nhiệt đới và ôn đới gió mùa Tại miền nam, cây Sả chanh được cho

là có nguồn gốc từ Ấn Độ có tên hoa học là Cymbopogon citratus Stapf [3]

Ngành Giới

1.1.3 Đặc điểm hình thái

Đây là loại cây cỏ có thể sống được một số năm ở những vùng nhiệt đới như Nam Mỹ, Xrilanca, Indonexia, Trung quốc Ở nước ta cây Sả thường phải trồng lại sau 4 năm khai thác

Thân: Sả là một loại cây thân thảo, thuộc họ Hòa thảo, thường mọc thành từng

bụi cao khoảng 0,8-2 m (tùy theo dinh dưỡng trong đất nhiều hay ít hoặc cách chăm sóc tốt hay xấu) Thân có màu trắng hoặc hơi tím, có nhiều đốt

Rễ: Sả có kiểu rễ chùm, mọc sâu vào đất, rễ phát triển mạnh khi đất tơi, xốp Lá: Lá Sả hẹp dài và thuôn, đầu nhọn màu xanh đậm, gân chính nổi rõ ở mặt

dưới, mép lá hơi nhám, kích thước (50cm – 100cm)  (0,5cm - 2cm) Bẹ lá ôm chặt với nhau rất chắc, tạo thành một thân giả Sả đẻ chồi ở nách lá tạo thành nhánh như nhánh lúa Với cách sinh sản này từ một nhánh trồng ban đầu về sau chúng sẽ sinh

Hình 1.2: Cây Sả Cymbopogon citratus

Hình 1.3: Thân Sả Cymbopogon citratus

sôi ra nhiều nhánh tạo thành một bụi sả (giống như bụi lúa), mỗi bụi có thể có 50-200 tép

Hoa: cụm hoa to dài đến 60cm, có 4 -9 đốt, gồm nhiều bông hoa nhỏ, không

cuống, mỗi bông hoa nhỏ mang hai hoa, màu tím hoặc màu nâu hồng Hoa lưỡng tính, nhị, vòi nhụy, hoa đực có cuống dài 4-5mm Quả gần giống hình cầu hay hình trụ rất dài Cuộn hoa thuôn dài, thường chia mảnh, có đốt và lông [4]

1.1.4 Phân bố và thu hái

Chi Sả Cymbopogon (lemongrass) là một Chi với khoảng 55 loài (species) Sả

khác nhau, có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới cựu thế giới, thuộc Châu Phi, Nam Á, Đông Nam Á, Đông Á và Australia Trong đó loài phổ biến nhất ở Trung Quốc và

vùng Đông Nam Châu Á là loài Sả ta hay Sả Tàu (Cymbopogon citratus) có nguồn

gốc từ Trung Quốc và phân bố rộng rãi ở các nước vùng Đông Á và Đông Nam Á

Ở Việt Nam, Sả được trồng khá phổ biến ở nông thôn, nhất là trong các vườn thuốc gia đình và trạm y tế xã từ đồng bằng đến miền núi Cây Sả còn được phát triển

ở quy mô nông trường tại Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Tây Ninh Những năm gần đây,

Sả cho hiệu quả kinh tế cao nên diện tích trồng ngày càng tăng lên, tập trung ở các vùng như Tiền Giang, An Giang, Bình Dương, Quảng Nam, Đắk Lăk, Phú Yên…[4]

1.1.5 Công dụng của cây Sả

Cây Sả từ lâu đã được biết đến như một nguyên liệu trong ẩm thực châu Á, trong các món ăn hàng ngày Công dụng của nó còn được xem như một bài thuốc dân gian phòng và chữa được rất nhiều bệnh

- Ở Ấn Độ, nó được dùng trong các món súp, trà, cà ri…

- Ở các nước châu Phi (Togo, Congo…) và các nước vùng Trung Mỹ thì lại được dùng như trà uống

Trong y học:

- Theo Đông Y: Sả chanh có tên là Hương mao, có vị cay the, mùi thơm, tính

ấm, có tác dụng làm ra mồ hôi, sát khuẩn, chống viêm, hạ khí, thông tiểu, tiêu đờm

để chữa đầy bụng, khó tiêu, đái rắt, phù nề, chữa ho do cảm cúm…

- Ở Thái Lan, thân rễ cây Sả được dùng để trị bạch đới, dùng diệt muỗi

- Ở Trung Quốc lại được dùng làm thuốc khử trùng, trừ giun

- Ở Indonesia thì dùng rễ kết hợp nhiều vị thuốc khác nhằm chữa bệnh vàng

- Một số bài thuốc cổ truyền có dùng cây Sả:

+ Trị chứng đầy bụng: Lá sả, vỏ bưởi, hồi hương, trạch tả, mộc thông, cỏ bấc,

mỗi vị 10g; quế 5g; bồ hóng, diêm tiêu, mỗi vị 2g; xạ hương 0,05g Tất cả sắc cách thủy với 200ml nước trong 15 - 30 phút, chia uống làm hai lần trong ngày Nên uống sau bữa ăn trưa và tối Uống trong 2 ngày Lưu ý: Trong quá trình điều trị không nên

đồ nếp và muối mặn

+ Thuốc xông giải cảm: Lá sả, lá bưởi, lá chanh, cúc tần, hương nhu hoặc lá

bạch đàn (có thể thêm tía tô, bạc hà, kinh giới), mỗi thứ 50g, cho vào nồi, đậy kín, đun sôi trong 5-10 phút Lấy ra, mở vung, trùm chăn xông hơi cho ra mồ hôi, lau khô, rồi uống một bát nước thuốc, đắp chăn, nằm nghỉ

+ Chữa tiêu chảy do lạnh bụng: Rễ sả 10g; củ gấu, vỏ rụt, mỗi vị 8g; vỏ quýt,

hậu phác, mỗi vị 6g tất cả đem sắc với 3 bát nước còn 1 bát, uống khi thuốc còn ấm nên uống vào buổi sáng Dùng trong 2 ngày Hoặc rễ sả 10g, búp ổi 8g, củ riềng già 8g, thái nhỏ, sao qua, sắc với 200ml nước còn lại 50ml, uống sau bữa ăn

+ Chữa ho do cảm cúm: Rễ sả, trần bì, sinh khương, tô tử, mỗi vị 200g, tất cả

giã nát, ngâm với rượu 40 độ (200ml rượu); bách bộ bỏ lõi, thái nhỏ, sao khô 400g; mạch môn bỏ lõi 200g; tang bạch bì tẩm mật, sao vàng 200g, 3 vị thuốc này đem sắc

cô đặc lại thành 250ml cao lỏng Trộn lẫn cao lỏng và rượu ngâm thuốc Ngày uống 2-3 lần, mỗi lần 5-10ml Uống trong 3 ngày

chất pheromone từ ong chúa tiết ra giống như một chất có mùi của tinh dầu sả Do đó

trong kỹ thuật nuôi ong mật người ta dùng dầu sả như chất gọi đàn khi đàn ong mới được chuyển vùng

- Ở Việt nam cây Sả được trồng khắp nơi, nhân dân trồng cây sả quanh nhà, ngoài vườn, xung quanh nhà vệ sinh để xua đuổi ruồi, muỗi, bọ chét vừa làm sạch môi trường, vừa có tác dụng phòng bệnh Ngoài ra, tinh dầu Sả còn khử mùi hôi trong công tác vệ sinh Kinh nghiệm dân gian Nam Bộ cho biết khi trồng sả rắn độc không dám đến gần để trú ẩn hay làm hang

- Ở Ấn Độ, theo kinh nghiệm dân gian, người ta dùng thân là sả đặt trên ngọn cây dầu cọ để xua đuổi các loài bọ cánh cứng hại cây cọ

- Tinh dầu Sả được khai thác trong công nghiệp với mức độ ngày càng cao, hiện nay chúng được dùng trong các sản phầm dầu thơm y học, dầu thơm mỹ phẩm,

xà phòng y tế, hương liệu thực phẩm… [4]

1.2 TỔNG QUAN VỀ TINH DẦU SẢ

1.2.1 Khái niệm tinh dầu

Tinh dầu là những chất thơm hay chất mùi có trong một số bộ phận của cây cỏ (hạt, rễ, củ, vỏ cây, hoa, lá, quả, dầu, nhựa cây ) Hệ thực vật có tinh dầu có khoảng

3000 loài, trong đó có 150-200 loài có ý nghĩa công nghiệp Tinh dầu có trong các nguồn nguyên liệu với nồng độ rất khác nhau, có thể thay đổi từ phần triệu đến phần trăm và tinh dầu tương đối dễ bay hơi

Tinh dầu được ví như là nhựa sống của cây, vì vậy đã mang sức sống, năng lượng tinh khiết nhất của dược thảo từ thiên nhiên và mạnh hơn 50 -100 lần các loại dược thảo sấy khô (thảo mộc) Hầu hết các loại tinh dầu đều trong, ngoại trừ vài loại

tinh dầu như dầu cây hoắc hương, dầu cam, sả chanh thì đều có màu vàng hoặc hổ phách [15]

Thành phần chính của tinh dầu có thể là hidrocacbon béo hoặc thơm, và các dẫn xuất của chúng như ancol, andehit, keton Ngoài ra, còn một số hợp chất của anfua và nito Thành phần phổ biến của tinh dầu là dẫn xuất monotecpen

Terpen là hợp chất hydrocacbon có trong công thức tổng quát là (C5H8)n, n ≥

2 Phân tử các hợp chất này có mạch nhánh là các nhóm –CH3 xuất hiện môt cách chu kì trong mạch Tecpenoid là các dẫn xuất chứa oxy của terpene như alcol, các aldehyde và acetone Khi nhiệt phân phần lớn các terpen và terpenoit đều thu được các isopren (C5H8) điều đó cho phép khẳng định rằng cấu trúc bộ khung các terpen

và terpenoit trong thiên nhiên được cấu tạo bởi các đơn vị isopren Đây được gọi là quy tắc isoprene và được đề nghị bởi Wallach (1887) và Ruzica (1921) Terpene/terpenoid là được cấu tạo đơn giản nhất từ 2 đơn vị isoprene và được gọi là monoterpenoid Monoterpenoid là chất lỏng, dễ bay hơi và là thành phần chính trong tinh dầu [8]

Tính chất hóa lý của tinh dầu:

- Trạng thái: Đa số là chất lỏng ở nhiệt độ thường, một số thành phần ở thể rắn

(menthol, borneol, camphor, vanilin, heliotropin)

- Màu sắc: Không màu hoặc vàng nhạt Do hiện tượng oxy hóa màu có thể

sẫm lại Một số có màu đặc biệt (các hợp chất azulen có màu xanh mực)

- Mùi: Đa số có mùi thơm dễ chịu, một số có mùi hắc, khó chịu (tinh dầu giun)

- Vị: Cay, một số có vị ngọt (tinh dầu quế, tinh dầu hồi)

- Bay hơi: Thường bay hơi ở nhiệt độ thường

a Bộ khung Tepenoid cơ bản b Phân tử isopren

Hình 1.4: Cấu trúc phân tử isopren và bộ khung cơ bản của

các terpenoid

- Tỷ trọng: Đa số nhỏ hơn 1, một số lớn hơn 1 (tinh dầu quế, tinh dầu đinh

hương, tinh dầu hương nhu)

- Tỷ lệ thành phần chính (aldehyd cinnamic, eugenol) quyết định tỷ trọng tinh

dầu Nếu hàm lượng các thành phần chính thấp, chúng sẽ trở thành nhẹ hơn nước

- Độ tan: Không tan, hay đúng hơn ít tan trong nước, tan trong alcol và các

dung môi hữu cơ khác

- Độ sôi: Phụ thuộc vào thành phần cấu tạo, có thể dùng phương pháp cất phân

đoạn để tách riêng từng thành phần trong tinh dầu

- Năng suất quay cực: Cao, tả tuyền hoặc hữu tuyền

- Chỉ số khúc xạ: 1,4500 - 1,5600

- Sự oxy hóa: Rất dễ oxy hoá, sự oxy hoá thường xảy ra cùng với sự trùng hiệp

hoá, tinh dầu sẽ chuyển thành chất nhựa [15]

Một số thành phần chính trong tinh dầu cho các phản ứng đặc hiệu của nhóm chức năng, tạo thành các sản phẩm kết tinh hay cho màu, dựa vào đặc tính này để định tính và định lượng các thành phần chính trong tinh dầu [3]

1.2.2 Thành phần hóa học của tinh dầu Sả

Trong tinh dầu Sả, chứa những hợp chất của monoterpene oxygen và monoterpene chỉ hoàn Terpenoid dạng alcol như: Geraniol (2,6-dimetil-2,6-octandien-8-ol), Nerol (2,6-dimetil-2,6-octandien-8-ol), citronelol (2,6-dimetil-2-octen-8-ol) Terpenoid dạng este: Acetat citronelil, Butirat citronelil, Acetat geranil Hợp chất hydrocacbon bao gồm: Limonen và hợp chất oxygen là isopulegol

Tinh dầu Sả là một chất lỏng, sánh, có màu vàng màu nhạt Thành phần chính của tinh dầu là citral chiến 65-90% Citral hay 3,7-dimethyl-2,6-octhandienal, là chất lỏng, màu vàng nhạt, không tan trong nước, tan trong glycerin, benzyl hoặc benzoat Citral có hai đồng phân bao gồm đồng phân trans (geranial hay citral A) và đồng phân cis, còn gọi là netral (citral B) [8]

Các chỉ số lý-hóa của tinh dầu Sả (Cynbopogon citratus Stapf) được trình bày

ở bảng 1.1

Giá trị 0,881 – 0,895 1,4910 - 620 0,5 – 3,5 20 - 40 Trong đó: d20 : tỷ trọng của tinh dầu Sả

nD

20 : chiết suất của tinh dầu Sả [α]D : độ quay cực của tinh dầu Sả

IA : chỉ số acid của tinh dầu Sả

IE : chỉ số ester của tinh dầu Sả Chỉ số hóa-lý của tinh dầu Sả cho thấy: Tinh dầu Sả có tỉ trọng nhẹ hơn nước, chỉ số acid và este của tinh dầu thấp Như vậy, tinh dầu Sả kém bền với nhiệt độ và nên bảo quản tinh dầu ở nhiệt độ thấp Tỉ trọng d<0,9 chứng tỏ tinh dầu Sả chứa chủ yếu là hydrocacbon và những hợp chất mạch thẳng Độ quay cực thể hiện cho khả năng hòa tan các loại dung môi, độ quay cực của tinh dầu càng lớn thì hòa tan càng tốt trong dung môi phân cực và ngược lại độ quay cực của tinh dầu nhỏ thì có thể hòa tan tốt trong dung môi không phân cực Tinh dầu Sả có độ quay cực rất thấp vì thế khả năng hòa tan trong các dung môi không phân cực là khá tốt Hàm lượng este trong tinh dầu Sả nhiều Chỉ số acid biến đổi và nằm trong dải khá cao, chỉ số acid càng cao thì tinh dầu dễ dạng bị biến chất

Thành phần hóa học chủ yếu là citral (là một hỗn hợp đồng phân của geranial

và netral) chứa 65-90% Trong tinh dầu còn các hợp chất khác như myrcen (12-25%), các diterpen, methylheptenon, citronellol, linalol, farnesol, các alcohol, aldehyde, linalool, terpinel [4]

Một điểm đặc trưng cho tất cả các loại Sả là tổng tinh dầu có chứa methyl heptenon với hàm lượng 1-2 % làm cho tinh dầu Sả có mùi đặc trưng

Bảng 1.1: Các chỉ số lý- hóa của tinh dầu Sả Hình 1.5 : Cấu trúc phân tử Citral

Sả cũng có sự xuất hiện của chất flavonoid Ngoài ra, Sả chứa một số khoáng chất như: canxi, sắt, magie, mangan, photpho, kali, selen và kẽm [3]

Thành phần hóa học của tinh dầu Sả cũng bị tác động bởi nhiều yếu tố như: loài, độ tuổi, khu vực, điều kiện thổ nhưỡng và giữa các bộ phận trong cây

Ở những loài khác nhau thì thành phần của tinh dầu và hàm lượng các chất có trong tinh dầu biến đổi rõ rệt Tuy nhiên, hàm lượng citral trong tinh dầu vẫn chiếm

tỉ lệ nhiều nhất Ngoài citral, trong tinh dầu Sả còn chứa geraniol, myrcene, limonene, citronellal, linalool, alpha-terpineol, beta-elemene, tannin, Sự khác nhau này được thể hiện khi nghiên cứu thành phần cuả loài Sả Cymbopogon Citratus và loài Cymbogon nardus được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của Cymbopogon citratus và

Cymbopogon nardus [11]

Các hợp chất Hàm lượng tinh dầu (%)

Trong Bảng 1.2 thể hiện rõ ở hai loài khác nhau là Cymbopogon citratus và

Cymbopogon nardus không chỉ có hàm lượng các chất có trong tinh dầu khác nhau

mà thành phần trong tinh dầu cũng khác nhau Ở loài Cymbopogon nardus các nhà

khoa học xác định không có sự xuất hiện của thành phần methyl-5 epten-2one và sabinene hydratecis Xét về hàm lượng citral, một thành phần chủ yếu trong tinh dầu

là thì loài Cymbopogon citratus có hàm lượng cao hơn đáng kể so với loài

Cymbopogon nardus Hàm lượng netral và geranial trong Cymbopogon citratus đạt

32,4 và 45,2% Trong khi đó Cymbopogon nardus chỉ đạt 0,4 và 0,7%; còn ở những

thành phần khác thì hàm lượng khác nhau không nhiều

Độ tuổi: Một nghiên cứu của nhà khoa học cho rằng độ tuổi của cây Sả có ảnh

hưởng đến thành phần của tinh dầu Thí nghiệm được thực hiện trên loài Cymbopogon

citratus Stapf, kết quả cho thấy có sự thay đổi giữa các thành phần chính khi thu

hoạch ở những độ tuổi khác nhau Độ tuổi của cây có ảnh hưởng đến thành phần của tinh dầu nhưng không làm ảnh hưởng đến hàm lượng hợp chất có trong tinh dầu Khi nghiên cứu hàm lượng citral trong tinh dầu khi cây ở độ tuổi là 6, 9, 12, 15 tháng thì kết quả thu được là hàm lượng citral ở 6 và 15 tháng có nồng độ cao hơn Các tác giả cho rằng hàm lượng tinh dầu ở 6 và 15 tháng cao hơn là do lượng mưa thấp hơn mẫu lấy vào mùa đông và mùa thu [13]

Điều kiện đất đai và khu vực: Thành phần chính của tinh dầu cũng bị ảnh hưởng

bởi tính chất thổ nhưỡng Nghiên cứu của Kazuhiki làm sáng tỏ điều này, trong cùng

loài Cymbopogon nardus ở các nước khác nhau thì hàm lượng các thành tố chính của loài Cymbopogon nardus chứa geraniol (35,7% tổng số chất dễ bay hơi), trans-citral

(22,7%), cis-citral (14,2%), geranyl axetat (9,7%), citronellal (5,8%) và citronellol

(4,6%) Các thành phần chính của tinh dầu từ Cymbopogon nardus ở Ấn Độ được

xác định có chứa citronellal (29,7%), geraniol (24,2%), γ-terpineol (9,2%) và

cishydrate-sabinene (3,8%) Tinh dầu Cymbopogon nardus từ Maha Pengiri (Sri

Lanka và Indonesia) chứa 40,5 - 60,7% của citronella [14]

Thành phần của tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống loài, thổ nhưỡng, khu vực, khí hậu, điều kiện sinh sống, thời điểm thu hoạch hay giữa các bộ phận trong cây nhưng ở hầu hết các nghiên cứu đều cho rằng thành phần chính của tinh dầu là citral và hàm lượng citral chiếm tỷ lệ nhiều nhất [12]

1.2.3 Ứng dụng của tinh dầu Sả

1.2.3.1 Trong công nghệ thực phẩm

Tinh dầu Sả còn được sử dụng để làm trà như một đồ uống, nước giải khát giúp cho một số bệnh như giảm co thắt, giảm đau, chống viêm và hạ sốt, lợi tiểu, giúp

an thần Tinh dầu Sả được coi như một hương liệu trong bánh kẹo, là chất bảo

quản trong mứt và các món ăn

1.2.3.2 Trong công nghệ sản xuất mỹ phẩm

Tinh dầu Sả là một nguyên liệu không thể thiếu trong ngành công nghiệp mỹ phẩm vì nó có rất nhiều lợi ích cho da Tinh dầu Sả cải thiện chất lượng da như giảm mụn trứng cá và mụn nhọt Nó cũng có tác dụng làm săn chắc các cơ và các mô trong

cơ thể Tinh dầu Sả dùng trong massage cũng có tác dụng làm săn chắc các cơ và các

mô trong cơ thể, tạo cảm giác thư giãn, thoải mái Bên cạnh đó, tinh dầu còn được dùng để sản xuất nước hoa hay các loại nước xịt phòng khử mùi hôi, giúp tóc thêm

sạch và óng mượt

1.2.3.3 Trong công nghiệp

Tinh dầu Sả được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dùng làm xà phòng, dầu gội đầu, chất tẩy rửa và kem đánh răng Ngoài ra, tinh dầu lá

Sả còn được ứng dụng làm thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ và thuốc chống muỗi rất hiệu

quả Nghiên cứu này được thực nghiệm trên loài Cymbopogon citratus, Cymbopogon

nardus

1.2.3.4 Trong y dược

Tinh dầu Sả được dùng làm thuốc chữa giảm đau, kích thích tiêu hóa, chống nhiễm khuẩn, đầy hơi, giải nhiệt, chống trầm cảm, chóng mặt, cải thiện chức năng hệ thần kinh… [3]

1.2.4 Thị trường tinh dầu Sả trong và ngoài nước

1.2.4.1 Thị trường tinh dầu Sả trong nước

Ở nước ta, cây Sả đã được trồng từ lâu ở cả hai miền Nam và Bắc Tại miền Bắc trồng sả có diện tích lớn ở các tỉnh Tuyên Quang, Thái Nguyên, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Hà Tây, Hải Dương, Hưng Yên Diện tích lớn nhất lên tới 1200 hecta Sản lượng tinh dầu đạt cao nhất vào các năm 1974- 1977 từ 73.200 - 90.000 kg

Các tỉnh từ nam miền Trung, Tây Nguyên, Sông Bé, Đồng Nai, Minh Hải, TP

Hồ Chí Minh có tổng diện tích ít chỉ đạt 325 hecta, nơi có diện tích lớn nhất là thành phố Hồ Chí Minh là 235 hecta và có hai cơ sở chưng cất tinh dầu nhưng sản lượng tinh dầu cũng chỉ đạt 120 - 250 kg/ năm

Do nhu cầu sử dụng rất lớn trong y tế và tạo nguồn xuất khẩu, nên các tỉnh như Quảng Nam, Đà Nẵng, Gia Lai, Komtum, Thừa Thiên đã tạo các trại giống để tự đáp ứng nhu cầu giống cho địa phương, cùng với điều kiện đất đai và khí hậu phù hợp với cây Sả đã phát triển với diện tích trên 34.000 hecta ở các tỉnh miền Trung và Cao nguyên vào những năm 1980-1989 Với diện tích như thế đã sản xuất một lượng tinh dầu Sả hàng năm lên đến hơn 120 tấn, xuất khẩu ra các nước Anh, Pháp, Đức, Liên Xô và các nước Đông Âu trên 102 tấn/ năm [16]

Nhưng vào đầu thập niên 90, do thị trường tiêu thụ Liên Xô và các nước Đông

Âu giảm đã làm ảnh hưởng tới việc phát triển cây Sả trong cả nước Cùng với việc thị trường tiêu thụ bị thu hẹp, giá cả không ổn định Từ đó, tình hình sản xuất tinh dầu Sả và xuất khẩu sang các nước khác cũng giảm xuống [17]

1.2.4.2 Thị trường tinh dầu Sả trên thế giới

Hàng năm, trên toàn thế giới tiêu thụ hàng vạn tấn nguyên liệu chứa tinh dầu Hàng năm sản lượng tinh dầu được sản xuất trên Thế giới thay đổi từ 25.000-35.000 tấn Những nước công nghiệp phát triển như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc, Brazin, Đài Loan,…đều là những nước nhập khẩu tinh dầu hàng năm với số lượng và giá trị lớn [3]

Do giá trị đặc biệt của tinh dầu nên trên thế giới hiện có nhiều nước trồng Sả, trong đó có khoảng 10 nước có diện tích và sản lượng xuất khẩu cao Đài Loan là nước có sản lượng tinh dầu sả lớn nhất trên 50 % tổng sản lượng thế giới, mỗi năm sản xuất 2.600 tấn tinh dầu sả Srilanca, một nước có diện tích bằng 1/5 nước ta nhưng hàng năm cũng sản xuất 601 tấn tinh dầu sả Khối lượng giao dịch trên thị trường tới 100.000 tấn/ năm và có chiều hướng gia tăng qua các năm [16]

Những nước sản xuất nhiều tinh dầu Sả nhất là: Indonexia (đặc biệt là sảGiava), Xrilanca (nổi tiếng với tên Sả Xrilanca), sau đó đến Ấn Độ và Trung Quốc.Nước Pháp nhập tinh dầu Sả tới 1.176 tấn/ năm (1968) và 1.131 tấn/ năm(1969)

Nước Mỹ nhập khẩu từ 476 tấn/ năm (1983) tăng lên 853 tấn/ năm (1992) [3] 1.3 THU HOẠCH, BẢO QUẢN VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT TINH DẦU

1.3.1 Thu hoạch, bảo quản và sơ chế nguyên liệu sản xuất tinh dầu

Nguyên liệu chứa tinh dầu cần thu hoạch vào thời điểm cây có hàm lượng tinh dầu nhiều và tinh dầu đạt chất lượng tốt nhất Thông thường, thu hoạch nguyên liệu vào lúc sáng sớm lúc tan sương lượng tinh dầu sẽ cho nhiều nhất Khi thu hoạch, tránh làm dập nát nguyên liệu, lẫn tạp chất và vận chuyển ngay về cơ sở sản xuất

Nguyên liệu sau thu hoạch có thể bảo quản đông hoặc sấy khô để chủ động nguồn nguyên liệu cho sản xuất Sau khi thu hoạch nếu chưa chế biến ngay thì cần

rải mỏng nguyên liệu, tránh chất đống để phòng ngừa hiện tượng bốc nóng

1.3.2 Các phương pháp sản xuất tinh dầu

Dựa vào những đặc tính của tinh dầu là ở thể lỏng, lôi cuốn theo hơi nước ở nhiệt độ dưới 1000C, hòa tan trong nước kém nhưng dễ dàng hòa tan trong dung môi hữu cơ, dễ bay hơi và bị hấp thu ngay ở thể khí… nên người ta có thể chia các phương pháp sản xuất tinh dầu ra làm 4 loại: cơ học, tẩm trích, hấp thụ và chưng cất hơi nước

Nhưng dù có tiến hành theo bất cứ phương pháp nào, quy trình sản xuất đều

có những điểm chung sau đây:

- Tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu

- Quy trình khai thác phải phù hợp nguyên liệu

- Tinh dầu phải được lấy triệt để khỏi nguyên liệu, với chi phí thấp nhất Nguyên tắc ly trích của tất cả các phương pháp nói trên đều dựa vào những đặc tính của tinh dầu như:

- Dễ bay hơi

- Lôi cuốn theo hơi nước ở nhiệt độ dưới 1000C

- Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ

- Dễ bị hấp thụ ngay ở thể khí [4]

1.3.2.1 Phương pháp cơ học

- Phương pháp ướp: Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi các chất béo dạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động vật) đã tinh chế Người ta dùng các khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo để hấp phụ các chất thơm Các khay có thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đều nguyên liệu để trích hương và để yên khoảng từ 12h - 72h tùy từng loại nguyên liệu, sau đó thay lớp nguyên liệu mới vào và để hấp phụ từ

10 - 15 lần cuối cùng thu được hỗn hợp có mùi thơm Đem lắc hỗn hợp thu được với dung môi để trích ly tinh dầu, sau đó để lạnh -100C để loại bỏ hết chất bị kéo theo rồi

cô đuổi dung môi dưới áp suất thấp để thu tinh dầu Kỹ thuật này thường được dùng

để chiết hương thơm của các loài hoa để thu sản phẩm dưới dạng tinh dầu cô đặc

dùng trong mỹ phẩm

- Phương pháp ngâm: Phương pháp này dựa trên hiện tượng hấp thụ chất thơm bởi các loại dầu béo Nguyên liệu được ngâm trong dầu béo đã tinh chế trong một thiết bị được làm nóng bởi hơi nước ở 45 –600C trong thời gian từ 1 - 2h Sau mỗi lần ngâm, vớt ra cho vào máy ly tâm để thu hồi dầu và cho tiếp nguyên liệu mới vào Mỗi mẻ dung môi có thể dùng để chiết 10 - 15 lần Dầu béo đã bão hòa chất thơm được đem lắc với dung môi rồi cô dưới áp suất thấp để thu được tinh dầu cô đặc tương

tự như trong phương pháp ướp

- Phương pháp ép: Phương pháp này áp dụng cho các loại dược liệu có hàm lượng tinh dầu cao và tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ Nguyên liệu chiết được trích

ly tinh dầu bằng cách ép ở nhiệt độ thường sử dụng các loại máy ép trục vít vô tận hoặc cối ép dùng nêm (giống như ép các loại dầu béo) Phần thu được là một hỗn hợp gồm tinh dầu và dịch cùi có thể dễ dàng tách bằng cách cho thêm nước muỗi bão hòa, tinh dầu sẽ nổi lêntrên có kéo theo một phần sáp và nhựa Dùng dung môi để hòa tan tinh dầu, sau đó làm lạnh để loại bỏ sáp Sau khi cô dưới áp suất thấp để loại bỏ dung môi, ta có sản phẩm tinh dầu có lẫn một ít nhựa Phương pháp này có thể cho hiệu

suất trên 90% so với hàm lượng trong phòng thí nghiệm

Các phương pháp cơ học này có ưu điểm là tinh dầu có mùi thơm tự nhiên do không dùng đến sức nóng và dung môi, nhược điểm là tốn nhiều nhân công và đòi hỏi cây trồng tập trung, hiệu suất không cao, tinh dầu lấy ra không triệt để, do đó phải dùng phương pháp khác để lấy lượng tinh dầu còn lại [3]

1.3.2.2 Phương pháp tẩm trích bằng dung môi dễ bay hơi

Phương pháp này có nhiều ưu điểm vì tiến hành ở nhiệt độ phòng, nên thành phần hóa học của tinh dầu ít bị thay đổi Phương pháp này không những được áp dụng

để ly trích cô kết từ hoa mà còn dùng để tận trích khi các phương pháp khác không

ly trích hết hoặc dùng để ly trích các loại nhựa dầu (oleoresin) gia vị

a Nguyên tắc

Dựa trên hiện tượng 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 phương pháp này là phẩm chất

và đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi dùng trong tẩm trích cần phải đạt được 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 như 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 chưng cất dung dịch ly trích để thu hồi dung môi, nhiệt độ sôi cao sẽ ảnh hưởng đến chất lượng 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 như: giá thành thấp, nguồn cung cấp dễ tìm

Thường thì không có dung môi nào thỏa mãn tât cả những điều kiện kể trên Người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước như: dietil eter, eter dầu hỏa, hexan, cloroform lẫn dung môi tan trong nước như: etanol, aceton Trong một số trường hợp cụ thể, người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi

c Quy trình tẩm trích

Phương pháp ly trích này thích hợp cho các nguyên liệu có chứa lượng tinh dầu không lớn lắm hoặc có chứa những câu phần tan được trong nước và không chịu được nhiệt độ quá cao Quy trình kỹ thuật gồm các giai đoạn sau đây:

- Tẩm trích: Nguyên liệu được ngâm vào dung môi trong bình chứa Trong

một số trường hợp, để gia tăng khả năng ly trích, nguyên liệu cần được xay nhỏ trước Hỗn hợp nguyên liệu và dung môi cần được xáo trộn đều trong suốt thời gian ly trích Nên khảo sát trước xem việc gia nhiệt có cần thiết hay không, nếu cần, cũng không nên gia nhiệt quá 5000C để không ảnh hưởng 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 được lấy ra và có thể thay thế bằng dung môi mới sau một khoảng thời gian nhất định, tùy theo nguyên liệu Tách nước (nếu có) ra khỏi dung dịch, rồi làm khan bằng

Na2SO4 và lọc Dung môi phải được 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 phương pháp chưng cất dưới áp suất kém (cô quay) 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 như nhựa, sáp, chất béo, cho nên cần phải tách riêng tinh dầu ra Chất đặc sệt này đem đi chưng cất bằng hơi

nước để tách riêng tinh dầu ra Tinh dầu có mùi thơm tự nhiên, nhưng khối lượng thu được kém, ngoài ra tinh dầu này có chứa một số cấu phần thơm có nhiệt độ sôi cao nên có tính chất định hương rất tốt

- Tách dung dịch từ bã: Sau khi tháo hết dung dịch ly trích ra khỏi hệ thống, trong bã còn chứa một lượng dung dịch rất lớn (khoảng 20 - 30% lượng dung môi ly trích) Phần dung dịch còn lại nằm trong nguyên liệu thường được lấy ra bằng phương pháp chưng cất hơi nước (trường hợp dung môi không tan trong nước), hoặc ly tâm, lọc ép (trường hợp dung môi tan trong nước) Sau đó, dung dịch này cũng được tách nước, làm khan và nhập chung với dung dịch ly trích

Chất lượng thành phẩm và hiệu quả của phương 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 được các yêu cầu đã được trình bày ở trên

Vì dung môi dễ bay hơi nên chúng ta cần phải lưu ý đến tỉ lệ thất thoát dung môi trong quy trình ly trích vì việc này có thể ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản phẩm Trong điều kiện phòng thí nghiệm, khi muốn tiến hành phương pháp tẩm trích với dung môi dễ bay hơi, chúng tôi tiến hành sử dụng phương pháp truyền thống như khuấy từ ở nhiệt độ phòng hoặc đun – khuấy từ (kèm ống hoàn lưu) hay phương pháp dùng Soxhlet Ngoài ra, cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của “hóa học xanh”, mà ngày nay, chúng ta còn áp dụng các phương pháp mới như là: tẩm trích có

sự hỗ trợ của siêu âm và vi sóng

d Ưu và khuyết điểm

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

Khuyết điểm:

+ Yêu cầu cao về thiết bị

+ Thất thoát dung môi

+ Quy trình tương đối phức tạp

1.3.2.3 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng do nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, acid béo thì khi chưng cất phải được 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 chưng cất

Chưng cất có thể được 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 trường hợp đơn giản, khi chưng 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 tương 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 đường cong áp suất hơi của từng chất theo nhiệt độ, rồi vẽ đường cong áp suất hơi tổng cộng, thì ứng với một áp suất, ta dễ dàng suy ra nhiệt độ sôi tương 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 Thí dụ, ở áp suất 760 mmHg nước sôi ở 1000C và benzen sôi ở 800C và chúng là hai chất lỏng không tan vào nhau Thực hành cho thấy, nếu đun hỗn hợp này dưới áp suất 760 mmHg nó sẽ sôi ở 690C cho đến khi nào còn hỗn hợp hai pha lỏng với bất kì tỉ lệ nào Giản đồ nhiệt độ sôi theo áp suất cho thấy, tại 690C, áp suất hơi của nước là 225 mmHg và benzen là 535 mmHg

Chính vì đặc tính làm giảm nhiệt độ sôi này mà từ lâu phương pháp chưng cất hơi nước là phương pháp đầu tiên dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thực vật

b Những ảnh hưởng chính trong chưng cất hơi nước

Sự khuếch tán: Ngay khi nguyên liệu được 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 nước 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 Von Rechenberg đã mô tả quá trình chưng cất hơi

nước như sau: “Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi Còn nước đi vào nguyên liệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết”

Như vậy, sự hiện diện của nước rất cần thiết, cho nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước quá nhiệt, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Nhưng nếu lượng nước sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu

có chứa những cấu phần tan dễ trong nước

Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ dàng

Vì các cấu phần trong tinh dầu được chưng cất hơi nước theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thường những hợp chất nào dễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước Thí dụ, khi chưng cất hơi nước hạt caraway nghiền nhỏ và không nghiền, đối với hạt không nghiền thì carvon (nhiệt độ sôi cao nhưng tan nhiều trong nước) sẽ

ra trước, còn limonen (nhiệt độ sôi thấp, nhưng ít tan trong nước) sẽ ra sau Nhưng với hạt caraway nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại

Sự thủy giải: Những cấu phần ester trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho

ra acid và alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn hiện tượng này, sự chưng cất hơi nước phải được 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 nước quá nhiệt (trên 1000C) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của

sự chưng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới 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 hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng

có liên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch

tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũng tăng theo

Trong công nghiệp, dựa trên thực hành, người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước ra thành ba loại chính:

- Chưng cất bằng nước

- Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng

- Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng

c Chưng cất bằng nước

Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị Khi đun sôi, hơi nước bay ra

sẽ cuốn theo tinh dầu, ngưng tụ hơi bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm nước và tinh dầu, hai thành phần này không tan vào nhau nên dễ dàng tách ra khỏi nhau.Trong trường hợp này, nước phủ kín nguyên liệu, nhưng phải chừa một khoảng không gian tương đối lớn phía bên trên lớp nước, để tránh khi nước sôi mạnh làm văng chất nạp qua hệ thống hoàn lưu Nhiệt cung cấp có thể đun trực tiếp bằng củi lửa hoặc bằng hơi nước dẫn từ nồi hơi vào (sử dụng bình có hai lớp đáy) (hình 1.6) Trong trường 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 chưng cất

Sự chưng cất này không thích hợp với những tinh dầu dễ bị thủy giải Những nguyên liệu xốp và rời rạc rất thích hợp cho phương pháp này Những cấu phần có nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong nước sẽ khó hóa hơi trong khối lượng lớn nước phủ đầy, khiến cho tinh dầu sản phẩm sẽ thiếu những chất này Thí dụ điển hình là mùi tinh dầu hoa hồng thu được từ phương pháp chưng cất hơi nước kém hơn sản phẩm tẩm trích vì eugenol và ancol phenetil nằm lại trong nước khá nhiều, vì thế người ta chỉ dùng phương pháp này khi không thể sử dụng các phương pháp khác

Ưu điểm:

- Quy trình kĩ 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 trong tinh dầu có những cấu phần dễ bị phân hủy

- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là những chất định hương thiên nhiên rất có giá trị)

- Trong nước chưng luôn luôn có một lượng tinh dầu tương đối lớn

- Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém

d Chưng cất bằng hơi nước không có nồi riêng

Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị nhưng cách nhau bởi một vỉ nồi Khi đun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ 1 hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu (hình 1.7) Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui mô trung bình

Hình 1.6: Chưng cất bằng nước

So với phương pháp trên, phương pháp này có ưu điểm hơn, nguyên liệu ít bị cháy khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị, các nhược điểm khác vẫn chưa khắc phục được Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịu được nhiệt độ cao

e Chưng cất bằng hơi nước có nồi riêng

Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn, hơi nước được tạo ra

từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào các thiết bị chưng cất

Phương pháp này cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị chưng cất, điều kiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn, dễ cơ khí hóa và tự động hóa các công đoạn sản xuất, khống chế tốt hơn các thông số công nghệ, rút ngắn được thời gian sản xuất Ngoài ra, phương pháp này đã khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê, khét và nếu theo yêu cầu của công nghệ thì có thể dùng hơi quá nhiệt, hơi

có áp suất cao để chưng cất Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trong điều kiện chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ bị phân hủy làm giảm chất lượng Hơn nữa, các thiết

bị sử dụng trong phương pháp này khá phức tạp và đắt tiền

f Thu hồi thêm tinh dầu từ nước chưng

Thường tinh dầu trong nước chưng nằm dưới hai dạng phân tán và hòa tan Dạng phân tán thì có thể dùng phương pháp lắng hay ly tâm, còn dạng hòa tan thì

Hình 1.7: Chưng cất nước với hơi

phải chưng cất lại Nếu trọng lượng riêng của tinh dầu và nước quá gần nhau thì có thể thêm NaCl để gia tăng tỉ trọng của nước làm tinh dầu tách ra dễ dàng

Trong phòng thí nghiệm, để chưng cất hơi nước tinh dầu, người ta thường dùng bộ dụng cụ thủy tinh Clevenger (hình 1.8) với hai loại ống hứng tinh dầu, tùy theo tinh dầu nặng hay nhẹ

1.3.2.4 Các phương pháp mới trong ly trích tinh dầu