Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Tinh dầu Citrus được sử dụng phổ biến do nó có mùi thơm dễ chịu, có tác dụng trị cảm, giảm stress và thanh nhiệt…Quất thuộc họ Citrus nhưngchưa có công trình nào được nghiên cứu sâu về n

LỜI MỞ ĐẦU

Tinh dầu thiên nhiên hiện nay là một sản phẩm khá thông dụng trên thị trường Nóđược ứng dụng tương đối phổ biến trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, yhọc, mỹ phẩm và một số lĩnh vực khác…

Hiện nay, có nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu từ thực vật, trong đó cóphương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu xuất thuhồi tinh dầu tương đối cao Tinh dầu Citrus được sử dụng phổ biến do nó có mùi thơm

dễ chịu, có tác dụng trị cảm, giảm stress và thanh nhiệt…Quất thuộc họ Citrus nhưngchưa có công trình nào được nghiên cứu sâu về nó, do đó chúng tôi sẽ thực hiện đề tài

“Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước” và phân tích xác định các tính chất hóa- lý của

tinh dầu thành phẩm thu được để đánh giá chất lượng và khả năng ứng dụnglàm hương liệu của nó

Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG

Trong cuộc sống hàng ngày ta thường sử dụng tinh dầu thiên nhiên vào rấtnhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như chữa bệnh, làm đẹp, nước giải khát,bánh kẹo, sữa tắm, nước hoa…Như vậy có thể nói tinh dầu thiên nhiên giữ mộtvai trò không thể thay thế trong các lĩnh vực y học, dược phẩm, mỹ phẩm…và

cả trong cuộc sống đời thường, nhất là trong thời đại ngày nay khi mà xuhướng sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên

Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tinh dầu,nhất là các loại tinh dầu thuộc họ Citrus như Cam, Chanh, …vì các tác dụng ưuviệt của nó mang lại như thanh nhiệt, giải cảm, giảm stress

Tinh dầu từ vỏ quả, lá và hoa của các cây thuộc họ Citrus là một chất tạo

mùi và hương thơm tự nhiên và được sản xuất hàng nghìn tấn khối mỗi năm.Các nghiên cứu về tinh chất vật lý, thành phần hóa học và hoạt tính sinh học

của tinh dầu họ Citrus thu nhận được bằng các kỹ thuật tách chiết hiện đại đã

được quan tâm nhiều trong những năm gần đây Chẳng hạn như, Lin và Rouseff(2001) và Napapor Thavanapong thuộc khoa Dược, Đại học Silpakorn, TháiLan (2006) đã nghiên cứu về tinh dầu Bưởi bằng phương pháp ép lạnh; Atti-Santos, Serafini, Moyna và cs (2005) đã nghiên cứu xác định điều kiện tối ưucho việc chiết tinh dầu chanh bằng phương pháp chưng cất hơi nước (HD) vàchiết bằng CO2 siêu tới hạn (CO2-SFC); M M Ahmad, Salim-ur-rehman, F M.Anjum, E E Bajwa (2006) đã nghiên cứu tinh chất lý học của tinh dầu chiết từ

vỏ của các loại Citrus khác nhau (6,7,9,10).Trong nước, có công trình nghiên cứu “Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ Rutaceae” của Nguyễn Minh Hoàng (2006) hay “Tách tinh dầu và alkaloid từ quả Quất (Citrus japonica Thumb.)” của Nguyễn Thị Lý và Cs…hay đề tài tốt nghiệp Đại học “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi ( Citrus grandis (L.) Osbeck var.

grandis) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước” (2010) của Sinh viên

Nguyễn Đắc Phát Trường Đại học Nha Trang (2,3,5)

 Các dạng chưng cất tinh dầu – Ưu và nhược điểm

Trong công nghiệp, người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước ra thành

ba dạng chính: chưng cất bằng nước (water distillation), chưng cất bằng nước và hơi

nước (water and steam distillation) và chưng cấy bằng hơi nước trực tiếp nước (direct steam distillation).

a) Chưng cất bằng nước (Water Distillation):

Nguyên liệu và nước cùng cho vào một

thiết bị Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn

theo tinh dầu, hơi ngưng tụ 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

Phương pháp này đơn giản, thiết bị rẻ tiền

và dễ chế tạo, phù hợp với những cơ sở sản xuất

nhỏ, vốn đầu tư ít Tuy nhiên, phương pháp này

có nhược điểm như hiệu suất thấp, chất lượng

tinh dầu không cao do nguyên liệu tiếp xúc trực

tiếp với thiết bị nên dễ bị cháy khét, khó điều

chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt

So với phương pháp chưng cất bằng nước trực tiếp, 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 khácvẫn chưa khắc phục được Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịuđược nhiệt độ cao

Nước + Nguyên liệu

Sinh hàn

Bình hứng

Hình 1.2 Thiết bị chưng cất hơi nước không có nồi hơi riêng

c) Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng (Steam Distillation):

Trong phương pháp này hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào cácthiết bị chưng cất Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn Ưu điểm củaphương pháp này là cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị chưng cất, điều kiệnlàm 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 có thể dùng hơiquá nhiệt để chưng cất theo yêu cầu của công nghệ Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trongđiều 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

Nguyên liệu

Vỉ nồiỐng ngưng tụ

Nguồn nhiệt

Van xả nước ngưngVan khóa

Hình 1.3 Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng

- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ

- Thời gian chưng cất tương đối nhanh

Nhược điểm:

- Không hiệu quả 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 còn một lượng tinh dầu tương đối lớn.

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

Phương pháp chiết (Extraction)

Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tancủa tinh dầu có trong các mô nguyên liệu khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ Phươngpháp chiết thường dùng để tách các hương liệu dễ bay hơi mà phương pháp chưng cất

tỏ ra kém hiệu quả

Nhiệt

Hơi nước

và hơi tinh dầu

Trong phương pháp này nguyên liệu được ngâm trong dung môi hữu cơ thíchhợp, sau đó cất chân không để thu hồi dung môi, phần còn lại là hỗn hợp tinh dầu vàsáp được gọi là tinh dầu cô kết (gọi là “concrete oil”) Dùng cồn tuyệt đối hòa tan

“concrete oil” rồi để lạnh, khi đó phần sáp sẽ đông đặc và được tách loại, phần dịchcòn lại được đem chưng cất lôi cuốn hơi nước để thu tinh dầu tinh khiết (gọi là

“absolute oil”) Đây cũng chính là hai dạng sản phẩm chính của chất thơm hiện lưuhành trên thị trường

Yêu cầu của dung môi chiết

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 chiết cần phải đạt được những yêucầu sau:

 Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu phần có mùi thơm trongnguyên 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 dungmôi 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, nguồncung cấp dễ tìm, …

Thường thì không có dung môi nào thỏa mãn tất cả những điều kiện kể trên.Người ta sử dụng cả dung môi không tan trong nước (như dietyl ete, ete dầu hỏa,hexan, cloroform…) lẫn dung môi tan trong nước (như etanol, axeton…) Trong một

số trường hợp cụ thể, người ta còn dùng một hỗn hợp dung môi

Ưu và nhược điểm của phương pháp

- 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

Phương pháp ướp (Enfleurage)

Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi các chất béodạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động vật) đã tinh chế Người tadùng các khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo đểhấp phụ chất thơm Các khay có thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đềunguyên liệu để trích hương và để yên trong khoảng từ 12-72 giờ tùy từng loại nguyênliệu, sau đó thay lớp nguyên liệu mới và để hấp phụ từ 10-15 lần cuối cùng thu đượcchất béo có mùi thơm Đem lắc chất béo với etanol cao độ để trích ly tinh dầu, sau đó

để lạnh -100C để loại bỏ hết chất béo bị kéo theo rồi cô đuổi etanol dưới áp suất thấp

để thu tinh dầu Kỹ thuật này thuờng được dùng để chiết hương thơm của các loài hoa

để thu sản phẩm dưới dạng tinh dầu cô đặc (“essence concentrée”) dùng trong mỹphẩm

Phương pháp ngâm (Hot Maceration)

Phương pháp này dựa trên hiện tượng hấp thụ chất thơm bởi các loại dầu béo.Hoa được ngâm trong dầu béo đã tinh chế trong một thiết bị được làm nóng bởi hơinước ở 45-600C trong thời gian từ 1-2h Sau mỗi lần ngâm, vớt hoa ra cho vào máyvẩy ly tâm để thu hồi dầu và cho tiếp nguyên liệu mới vào Mỗi mẻ dung môi có thểdùng để chiết 10-15 lần Dầu béo đã bão hòa chất thơm được đem lắc với etanol rồi côdưới áp suất thấp để thu được tinh dầu cô đặc tương tự như trong phương pháp ướp

Phương pháp ép (Expression hay Cold Pressing)

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 thuộc chi Citrus.

Nguyên liệu chiết được trích tinh dầu bằng cách ép ở nhiệt độ thường sử dụngcác 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 cáchcho thêm nước muối bão hòa, tinh dầu sẽ nổi lên trên có kéo theo một phần sáp vànhựa Dùng etanol 75 - 800 để hòa tan tinh dầu, sau đó làm lạnh để loại bỏ sáp Sau khi

cô dưới áp suất thấp để loại bỏ etanol 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 tinh dầu định lượngtrong phòng thí nghiệm

Ngoài ra, ngày nay người ta còn sử dụng các phương pháp mới trong việc lytrích tinh dầu như phương pháp chưng cất hay chiết dưới sự hỗ trợ bởi vi sóng, bởi

siêu âm, kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME: Solid phase micro-extraction), kỹ thuật chiết siêu tới hạn (SFE: Supercritical fluid extraction), chiết kết hợp với chưng cất (SDE: Simultaneous distillation extraction),…Tuy nhiên, các phương pháp trên chi phí đắt và

thiết bị phức tạp hơn nên ít phổ biến hơn trong thực tế

So với các phương pháp trên thì phương pháp chưng cất lối cuốn bằng hơi nước

dễ áp dụng trong điều kiên phòng thí nghiệm, chi phí đầu tư ít, dễ dàng vận hành, chohiệu quả chiết tương đối cao Do đó chúng tôi đã áp dụng phương pháp chưng cất lôicuốn bằng hơi nước để chưng cất tinh dầu từ vỏ và lá quất sử dụng cho đề tài

Trong số các loài thuộc họ Citrus thì Quất cũng khá phổ biến nhưng vẫnchưa được quan tâm nhiều Quất là cây cảnh dễ trồng tại Việt Nam, như vậyviệc chúng ta tận dụng nguồn nguyên liệu phong phú và rẻ tiền này để chiếtxuất tinh dầu sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao (theo khảo sát thị trường có thểtrên 100.000 đồng/10ml), đồng thời góp phần giải quyết vấn đề môi trườngđang nóng bỏng hiện nay(11)

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên đây, được sự đồng ý của Trường Đạihọc Nha Trang và khoa Công nghệ Thực phẩm, dưới sự hướng dẫn của TS VũDuy Đô và TS Hoàng Thị Huệ An, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước”

Mục tiêu của đề tài chúng tôi là: nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới hiệusuất chiết tinh dầu Quất để làm cơ sở khoa học cho việc sản xuất trên quy môcông nghiệp Cụ thể là:

- Xác lập điều kiện tối ưu cho việc tách chiết tinh dầu từ vỏ quả và lá Quấtbằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Đưa ra quy trình chưng cất tối ưu để thu nhận tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất

- Xác định các chỉ số lý-hóa cơ bản và thành phần hóa học của sản phẩm để sửdụng làm hương liệu

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu củaviệc xây dựng quy trình sản xuất tinh dầu từ vỏ quả và lá Quất trên quy môcông nghiệp cũng như cung cấp những dẫn liệu khoa học về thành phần hóahọc và tính chất lý-hóa cơ bản của tinh dầu Quất nhằm phát triển các khả năngứng dụng khác

Do kiến thức và kinh nghiệm nghiên cứu còn hạn chế cũng như khó khăn

về điều kiện thực nghiệm và điều kiện về kinh phí nên mặc dù đã rất cố gắngsong đề tài này không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự chỉbảo của quý thầy cô cũng như sự góp ý kiến từ các bạn sinh viên để đề tài nàyđược hoàn thiện hơn

Nha Trang, ngày 18 tháng 11 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Mỹ Loan

Phan Anh quốc

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu chính

Nguyên liệu sử dụng tách tinh dầu trong nghiên cứu này là vỏ quả và lá

Quất (Citrus japonica Thumb) được thu mua từ TP.HCM Nguyên liệu tươi, vỏ

quả có màu vàng sáng bóng đặc trưng, không bị nấm mốc và lá xanh tươi, đạt

độ trưởng thành và không bị sâu bệnh

Hình 2.1 Quả Quất Hình 2.2 Lá Quất

2.1.2 Dụng cụ - Thiết bị - Hóa chất

a Dụng cụ - Thiết bị

- Cân kỹ thuật 1 mg (Shimadzu, Nhật)

- Cân kỹ thuật 1 g (Việt Nam)

- Cân phân tích 0,1 mg (Satorius, Nhật)

- Bộ chưng cất tinh dầu định lượng, có hồi lưu kiểu Clevenger dùng cho tinhdầu nhẹ hơn nước (ISOLAB, Đức)

- Bếp đun bình cầu 1000 ml (Trung Quốc)

- Máy xay điện (Sanyo, Nhật)

- Tủ sấy 10C (Memmert , Đức)

- Tủ lạnh trữ mẫu -200C

- Bình đo tỷ trọng 25 ml (Bomex, Trung Quốc)

- Buret, pipet, bình tam giác, cốc thủy tinh, đũa thủy tinh

- Hệ thống sắc ký khí ghép khối phổ hai lần với thiết bị GC model G3440A củahãng Agilent (Agilent, USA) ghép với detector MS/MS model QuattromicroTMGC của hãng Waters (USA)

- Dung dịch chỉ thị phenolphtalein 1%

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xác định thành phần khối lượng của quả Quất

Chọn các quả Quất và lá đạt yêu cầu như đã nêu, tiến hành rửa sạch để loại bỏ cáctạp chất và vi sinh vật có trên bề mặt nguyên liệu và để ráo nước Đối với quả thì tiếnhành xác định thành phần khối lượng như sau:

- Cân một lượng quả nhất đinh ta được khối lượng là mQ

- Lột lấy phần vỏ bên ngoài có chứa các túi tinh dầu Đem cân phần này ta được khốilượng mV

- Phần ruột quả (múi quả) đem cân ta được khối lượng là mR

Thành phần khối lượng của quả Quất được tính như sau:

Vỏ(%) = (mQ mV)/mQ *100%

Ruột(%) = (mQ mR)/mQ *100%

2.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu quả sau khi rửa sạch thì để ráo nước, đối với lá sau khi ráo thì cânchính xác 100g/mẫu rồi cho vào túi polyetylen cột kín để hạn chế sự không khí tớimức tối đa, rồi đem nguyên liệu bảo quản ở nhiệt độ -200C đến khi nghiên cứu

Khi sử dụng, đối với quả thì ta dùng tay lột lấy phần vỏ vàng bên ngoài, rồi cânchính xác 100g/mẫu Thực hiện cắt nhỏ nguyên liệu, trộn đều để đồng nhất mẫu vàtiến hành các thí nghiệm tiếp theo

2.2.3 Phương pháp chưng cất

Đây là phương pháp đầu tiên được dùng để tách tinh dầu ra khỏi nguyên liệu thựcvật Cơ sở của phương pháp này là nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôicủa các cấu tử thành phần Do đó, khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ đượctách ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính hóahọc (sự oxy hóa, nhiệt phân ) các cấu tử tinh dầu Trong quá trình chưng cất, hơinước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ hòa tan, khuếch tán và lôicuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần tinh dầu Dịch chưng cất sẽ đượcngưng tụ và phân tách thành 2 lớp (lớp tinh dầu bên trên và lớp nước ở bên dưới) trong

hệ thống ngưng tụ Sự khuếch tán sẽ dễ dàng khi tế bào chứa tinh dầu trương phồng donguyên liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định Trường hợpcác mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi (như sáp, nhựa, acid béo dây dài mạchthẳng) thì quá trình chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì nhữnghợp chất này làm giảm áp suất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trởnên khó khăn(4)

Những yếu tố chính ảnh hưởng hiệu suất chưng cất tinh dầu

 Sự khuếch tán

Ngay cả 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 Theo VonRechenberg, ở nhiệt độ sôi của nước phần lớn tinh dầu còn lại trong các mô thực vật sẽđược hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật Dung dịch này sẽ thẩm thấudần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi Còn nước sẽ thẩm thấu vào nguyênliệu theo chiều ngược lại và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này Quytrình 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 hơinước quá nhiệt, chú ý tránh đừng để nguyên liệu bị khô Tuy nhiên, nếu lượng nước sửdụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa nhữngcấu phần tan dễ trong nước

 Sự thủy phân

Những cấu phần este trong tinh dầu dễ bị thủy phân cho ra acide và alcol khi đunnóng trong một thời gian dài với nước Do đó, để hạn chế hiện tượng này, sự chưng cấthơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt

 Nhiệt độ

Nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy tinh dầu Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nướcquá nhiệt (trên 1000C) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chưngcất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết Thực ra, hầu hết các tinh dầuđều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độcao của tinh dầu càng ngắn càng tốt.

Tóm lại, dù 3 ảnh hưởng trên được xem xét độc lập nhưng thực tế thì chúng cóliên quan với nhau và quy về ảnh hưởng của nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ, sự khuếchtán, thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũngtăng theo

2.2.4 Dự kiến quy trình tách chiết tinh dầu từ Quất

 Quy trình chung dự kiến tách chiết tinh dầu Quất bằng phương pháp chưng cất lôicuốn hơi nước được trình bày trên hình 2.3

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình dự kiến tách chiết tinh dầu từ Quất

2.2.5 Bố trí thí nghiệm

2.2.5.1 Thí nghiệm xác định tỉ lệ nước ngâm nguyên liệu

Mục đích: Thí nghiệm xác định lượng nước bổ sung vào khi ngâm nhằm đánh giá

khả năng phân li tinh dầu trong nguyên liệu, đây là một yếu tố quan trọng ảnh hưởngđến hiệu quả của quá trình chưng cất và nó cũng quyết định thời gian cất tối ưu

Nghiên cứu nồng độ NaCl, thời gian ngâm

Na2SO4 khan

Tinh dầu thôLàm khanLắng, gạnTinh dầu

Nghiên cứu thời gian chưng

cất

Các thí nghiệm được tiến hành với lượng nước thay đổi theo tỉ lệ nước/nguyênliệu là: 2/1; 3/1; 4/1; 5/1; 6/1 đối với mẫu vỏ quả và với các tỉ lệ: 3/1; 4/1; 5/1; 6/1;7/1; 8/1 đối với mẫu lá Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như sau:

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả

Xác định tỷ lệ tinh dầu thu được, chọn tỉ lệ nước bổ sung thích hợp

Tinh dầu thô

Ngưng tụPhân lyChưng cất (1h)

Vỏ quả đã xử lýXay

Bổ sung nước với tỉ lệ nước/cái:

3/1 4/1 5/1 6/1 2/l

%

Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm lá được bố trí tương

tự như sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả

Cơ sơ chọn khoảng khảo sát cho thông số chọn tỉ lệ nước/nguyên liệu

Dựa váo các tài liệu tham khảo về tách chiết tinh dầu họ citrus và tinh dầu Quất.

Đây là cơ sở giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho thông sốnước/nguyên liệu

Dựa vào quá trình bố trí thí nghiệm và thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Từ đó đưa rakhoảng khảo sát phù hợp cho tỉ lệ nước/nguyên liệu

Cách tiến hành: Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay, thêm vào đó

một lượng nước cất như đã nói ở trên Xay trong 2 phút để làm mẫu dập nát, tăng diệntích tiếp xúc với môi trường nước thúc đẩy quá trình khuếch tán của tinh dầu Sau đó,chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và tiến hànhchưng cất hỗn hợp trong 60 phút dưới áp suất khí quyển Đọc thể tích tinh dầu thô tách

ra trên ống ngưng tụ (có khắc vạch thể tích) và so sánh thể tích tinh dầu thu được ở cácnồng độ khác nhau như trên Từ đó, chọn tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp cho từngloại mẫu

2.2.5.2 Thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl

Mục đích: NaCl có tác dụng tăng khả năng thẩm thấu của nước trong tế bào,

tăng độ phân cực của dung dịch, nhờ đó làm giảm lực tương tác giữa các cấu tửtinh dầu kém phân cực với nước Nhờ đó, tinh dầu sẽ dễ dàng bay hơi trong quátrình chưng cất

Thí nghiệm được tiến hành với mẫu quả có hàm lượng NaCl (w/v) thay đổi: 0%;5%; 10%; 15%; 20% và mẫu lá: 0%; 2,5%; 5%; 7,5%; 10%, với tỷ lệ nước/cái bổsung đã chọn thích hợp

16

-%

Bố trí thí nghiệm xác định theo hình 2.5.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung khi ngâm lá được bố trítương tự như sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước bổ sung khi ngâm vỏ quả

Cơ sở chọn các khoảng khảo sát cho các thông số hàm lượng NaCl

Dựa trên các tài liệu tham khảo liên quan đến chiết tinh dầu từ vỏ và lá Quất Đây là

cơ sở khoa học giúp định hướng trong việc chọn khoảng khảo sát cho các thông sốhàm lượng NaCl

Dựa trên quá trình bố trí thí nghiệm, tiến hành thực hiện ở các khoảng khảo sát khácnhau, các thí nghiệm được làm lặp lại ít nhất là 3 lần Sau đó đưa ra khoảng khảo sátthích hợp

Cách tiến hành:

Lấy 100g nguyên liệu đã xử lý cho vào máy xay điện, thêm vào đó một lượngnước cất với tỷ lệ nước/nguyên liệu đã chọn được thông qua lô thí nghiệm trước ThêmNaCl vào ở các nồng độ biến thiên như trên, áp dụng cho từng loại mẫu Xay trong 2phút Chuyển toàn bộ nguyên liệu đã xay vào bình cầu của hệ thống chưng cất và

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng NaCl bổ sung đối với mẫu vỏ quả

Vỏ đã xử lýXay

Bổ sung tỷ lệ nước / cái thích hợp NaCl (w/v,%):

%0

Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn hàm lượng NaCl thích hợp

Tinh dầu thô

Chưng cất (1h)Ngưng tụPhân ly

Thí nhiệm được tiến hành với các thời gian thay đổi như sau: 0h; 1h; 2h; 3h; 4h;5h đối với cả 2 mẫu Các thông số khác của quy trình được chọn: tỉ lệ nước/cái thíchhợp; hàm lượng NaCl (w/v,%) thích hợp

18

-%0

Sơ đồ thí nghiệm trình bày trên hình 2.6.

tụ và so sánh Từ đó, chọn thời gian ngâm muối thích hợp

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian ngâm nguyên liệu

NL đã xử lýXay

Ngâm với thời gian (h) - Tỷ lệ cái/nước thích

2.2.5.4 Thí nghiệm xác định thời gian chưng cất

Mục đích:

Thời gian chưng cất có vai trò quyết định lượng tinh dầu thu hồi Nếu chưng cấttrong thời gian quá ngắn thì lượng tinh dầu trích ly chưa hết hoàn toàn hay nó vẫn còntồn tại trong các tế bào tiết, do vậy sẽ làm giảm thể tích tinh dầu thu được Ngược lại,khi chưng cất quá thời gian tối ưu thì vừa tốn thời gian, vừa tổn hao năng lượng vànghiêm trọng hơn là chất lượng tinh dầu thu được cũng bị giảm đi đáng kể

Thí nghiệm tiến hành chưng cất nguyên liệu với các khoảng thời gian biến thiên từ

10 phút, 20 phút, 30 phút…thường xuyên theo dõi và cứ sau 10phút ghi lại thể tíchtinh dầu ngưng tụ cho đến khi thấy thể tích tinh dầu thô thu được bên ống ngưng tụkhông tăng được nữa Các thông số khác của quy trình đã được xác định từ các lô thínghiệm trước Lặp lại như trên với 3 mẫu thí nghiệm liên tiếp và ghi lại kết quả trungbình Sơ đồ bố trí thí nghiệm dự kiến như hình 2.7

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian chưng cất

- Tỷ lệ cái/nước thích hợp

- NaCl (w/v) thích hợp

Chưng cất (phút):

NL đã xử lýXayNgâm

50

Đánh giá hiệu suất tách tinh dầu, chọn thời gian chưng cất thích hợp

Tinh dầu thôNgưng tụPhân li

2.2.6 Phương pháp xác định các chỉ số hóa-lý và định danh các cấu tử thành phần của tinh dầu (1)

2.2.6.1 Phương pháp xác định các tính chất lý- hóa cơ bản của tinh dầu

Lượng tinh dầu sau khi chưng cất và làm khan được đem xác định các chỉ số hóa như sau:

lý Xác định tỷ trọng ở 25 0 C (d25): phương pháp khối lượng, dùng bình đo tỷ trọng (Phụlục 2)

- Xác định chỉ số acid (IA), chỉ số ester (IE) và chỉ số xà phòng hóa (IS) : phương pháp

- Việc định danh các thành phần trong tinh dầu được thực hiện bằng cách dùng phầnmềm cài đặt sẵn trên máy để so sánh các phổ full-MS và MS/MS của từng cấu tử tách

ra trên sắc ký đồ với các phổ chuẩn có trong thư viện phổ

- Mức độ phù hợp giữa chất có trong mẫu nghiên cứu và chất đề nghị được tính bằngđại lượng độ tương thích Độ tương thích càng cao thì kết quả định danh càng chínhxác Khi phổ khối của một chất phân tích hoàn toàn giống với phổ khối của một chấtchuẩn trong thư viện thì độ tương thích là được biểu thị là 1.000 Độ tương thích đạttrên 800 được xem là cho kết quả có độ tin cậy cao

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả xác định thành phần khối lượng của quả Quất

Thành phần khối lượng của quả Quất được thể hiện ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Thành phần khối lượng của quả Quất

(Phần chứa tinh dầu)

Ruột

(Phần múi Quất)Khối lượng

(g)

Tỉ lệ(%)

Khối lượng(g)

Tỉ lệ(%)

Qua kết quả trên ta thấy:

- Phần ăn được hay phần múi Quất chiếm lệ cao(khoảng 79,53) trọng lượngtươi của quả, có độ ẩm cao(bảng PL1) nên có thể bảo quản đông để kéo dàithời gian sử dụng Ta có thể sử dụng phần này để nghiên cứu, chế biến cácdạng sản phẩm có ích khác như làm mứt quả hay bổ sung tạo các dạng sảnphẩm giải khát lên men sẽ rất tốt cho sức khỏe

- Phần vỏ còn lại cũng chiếm tỉ lệ khá cao(20,47%) trọng lượng tươi của quả,

là phần có chứa các túi tinh dầu có giá trị Do vậy, việc tận dụng lại nguồn vỏnày cùng với lượng lá Quất có sẵn để chiết tinh dầu sẽ có tính khả thi cao bởicông nghệ chiết xuất đơn giản, vốn đầu tư ban đầu thấp mang lại hiệu quả kinh

tế cao lại giải quyết tốt vấn đề môi trường

3.2 Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu thích hợp

3.2.1 Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu vỏ quả thích hợp

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.1(bảng PL2)

Kết quả này cho thấy: khi thay đổi tỷ lệ nước cho vào nguyên liệu đem chưngcất thì tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được cũng thay đổi theo

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước/vỏ quả Quất đến thể tích và tỉ lệ khối

lượng tinh dầu quả thu được

Nhận xét và giải thích:

Dựa vào kết quả trên ta thấy khi dùng tỉ lệ nước/nguyên liệu là 2/1 thì lượngtinh dầu thu được là 1,7ml (tỉ lệ khối lượng 1,41%) Và khi tăng tỉ lệ nước/nguyên liệu lên 2,5/1 thì lượng tinh dầu cũng tăng theo 2,45ml gấp 1,44 lần sovới ở tỉ lệ 2/1, nếu tiếp tục tăng lên với tỉ lệ 3/1 lượng tinh dầu thu được lúcnày là 2,57ml tương ứng với tỉ lệ khối lượng 2,12% so với mẫu Tuy nhiên, nếuchúng ta tiếp tục tăng tỉ lệ nước ngâm lên cao nữa thì lượng tinh dầu thu đượclại giảm Cụ thể như sau: khi tăng tỉ lệ nước ngâm lên 3,5/1 thì lượng tinh dầuthu được còn 2,46ml và nếu tăng đến tỉ lệ 4/1 còn 1,65ml (tỉ lệ khối lượng1,36%) Do vậy, tỉ lệ nước ngâm tối ưu là 3/1

3.2.2 Kết quả xác định tỉ lệ nước/nguyên liệu lá thích hợp

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở hình 3.2(bảng PL3)