Nghiên cứu quá trình sản xuất tinh dầu từ vỏ quả chanh không hạt (citrus latifolia)

70 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TINH DẦU TỪ VỎ QUẢ CHANH KHÔNG HẠT (CITRUS LATIFOLIA) Huỳnh Thị Kim Nguyệt, Nguyễn Thị Hồng Xuyến, Nguyễn Thị Kiều Xinh, Th.S Lê Phạm Tấn Quốc* TÓM TẮT Nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu là giống chanh không hạt (C. Latifolia). Tiến hành nghiên cứu chiết xuất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước với quy mô phòng thí nghiệm. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến việc sản xuất và khảo sát các tính chất hóa lý, hóa học của tinh dầu [8]. Kết quả thu được từ thực nghiệm như sau: không sử dụng nước muối ngâm để trích tinh dầu, thời gian chưng cất 20 phút, tỉ lệ nước/vỏ chanh là 6/1, dùng GC-MS để xác định các thành phần trong tinh dầu vỏ chanh. Từ khóa : Tinh dầu chanh, C.Latifolia, chưng cất tinh dầu, GC-MS EXTRACTION OF ESSENTIAL OIL FROM CITRUS LATIFOLIA BY DISTILLATION METHOD SUMMARY Raw materials was used in research is C.Latifolia. Essential oil was extracted by steam distillation method in the lab scale. Conducting research surveys of factors affected the production and inspection of chemical-physical, chemistry of essential oils [8]. Results from the experiment as follows: do not use salt in soaking, distilling time in 20 minutes, the ratio of water/lemon peel is 6/1, and determining chemical composition by GC-MS method. Main component of lemon’s essential oil was limonene (56.6%). Key words : Essential oil of lemon, C.Latifolia, distilling essential oil, GC-MS I. ĐẶT VẤN ĐỀ Tại Việt Nam, chanh là loại nông sản rất dồi dào. Tuy nhiên chưa được khai thác, tận dụng triệt để, hầu như chỉ mới sử dụng múi, chưa chế biến và tận dụng tinh dầu từ vỏ. Trong khi đó, tinh dầu hiện nay được coi như nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp trên thế giới. Đối với nước ta, tinh dầu lại là nguồn hàng xuất khẩu có giá trị [4] . Vì thế, việc tận dụng nguồn phế liệu này sẽ là một việc làm rất cần thiết và hữu ích vì nó có thể giúp hạn chế được lượng rác thải vào môi trường và vừa có thể sản xuất ra tinh dầu, giúp nâng cao giá trị kinh tế cho mặt hàng nông sản thông dụng như chanh. Với mục tiêu đó, nhóm đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất tinh dầu từ vỏ quả chanh không hạt (C.Latifolia)”, nhằm thiết lập quy trình tối ưu cho quá trình sản xuất tinh dầu chanh. II. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Nguyên liệu, thiết bị a. Nguyên liệu: Chanh không hạt, quả to tròn, không sâu mọt, đường kính từ 4,5–5 cm, trọng lượng trái trung bình 70 – 100 gram/quả, tỷ lệ khối lượng vỏ/trái là 1/7, vỏ màu xanh đậm có nguồn gốc từ ấp Bình Thành, xã Bình Phú - tỉnh Bến Tre. * ThS. GV. Viện CNSH&TP - Trường ĐH Công nghiệp Tp.HCM Tạp chí Đại học Công nghiệp 71 b. Thiết bị thí nghiệm: Máy nghiền mẫu Phillip (Nhật), Thiết bị chưng cất Clevenger (Đức). 2. Phương pháp nghiên cứu Quy trình sản xuất Các yếu tố ban đầu được cố định phù hợp với điều kiện thí nghiệm. Mỗi thí nghiệm dùng trong nghiên cứu sử dụng 50 g vỏ chanh, chưng cất trong 24 phút, tỉ lệ nước chưng/vỏ chanh là 5:1, tiến hành 3 lần để lấy kết quả trung bình. Phương pháp tách chiết tinh dầu bằng chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước và tiến hành khảo sát các yếu tố sau: Nồng độ muối ngâm: từ 0-15%, bước nhảy 5%. Thời gian ngâm muối: từ 30-120 phút, bước nhảy 30 phút. Tỉ lệ nước/vỏ chanh: 4/1-7/1, bước nhảy 1 đơn vị đối với nước. Phương pháp xử lý số liệu: dùng biểu đồ sai số chuẩn để đánh giá độ tin cậy giữa các lần đo bằng giới hạn tương đồng; sử dụng phân tích phương sai một yếu tố và đồ thị Means Plot, dựa vào ngưỡng so sánh LSD để phân tích thể tích tinh dầu thu được với độ tin cậy 95% [9]. Phương pháp phân tích các thành phần trong tinh dầu: phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) trên máy HP5890/ 5972 MS, cột mao quản: Rt×5Ms (29m×250µm× 0,25µm), nhiệt độ injector: 250oC, tốc độ dòng: 1 ml/phút. Chương trình nhiệt: nhiệt độ đầu vào 40oC, tăng 3oC/phút, đến 200oC, tăng 10oC/phút, đến 300oC lưu 5 phút. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1. Khảo sát tỷ lệ muối ngâm và các mốc thời gian ngâm khác nhau Tiến hành khảo sát hàm lượng tinh dầu thu được theo nồng độ muối 5%, 10%, 15% với thời gian ngâm tương ứng là (0, 30, 60, 90, 120) phút, thời gian chưng cất 24 phút. Bảng 1: Kết quả khảo sát tỉ lệ muối ngâm theo thời gian ngâm Nồng độ muối (%) Thời gian ngâm muối (phút) Thể tích trung bình tối đa (ml) 0 0 1 ± 0e 5 0 0,7 ± 0Aa 30 0,730 ± 0,057Aab 60 0,770 ± 0,057Aabc 90 0,803 ± 0,057Acd 120 0,870 ± 0,057Acd 10 0 0,7 ± 0Ba 30 0,730 ± 0,057Bab 60 0,770 ± 0,057Babc 90 0,8 ± 0Bbcd 120 0,870 ± 0,057Bcd 15 0 0,630 ± 0,057Ca 30 0,730 ± 0,057Cb 60 0,770 ± 0,057Cbc 90 0,8 ± 0Cbcd 120 0,870 ± 0,057Cd Chữ cái in hoa khác nhau là đặc trưng cho nhóm các nồng độ muối khác nhau Các giá trị trung bình theo cột có cùng mẫu chữ cái in thường sẽ không có sự khác biệt về thống kê ở mức ý nghĩa 5%. Khi chưng cất, tinh dầu tạo với nước thành hệ nhũ tương, việc cho muối vào hỗn hợp chưng cất để tránh thất thoát tinh dầu dưới dạng nhũ, làm giảm độ tan của một số thành phần không phân cực có trong tinh dầu vào nước. Muối cũng là chất điện ly làm tăng tỉ trọng, độ phân cực của nước giúp tinh dầu dễ phân lớp. Tuy nhiên lượng tinh dầu thu được có thể giảm Nghiên cứu quá trình sản xuất tinh dầu 72 theo sự tăng nồng độ của muối do khi ở nồng độ cao thì các lớp biểu bì ngoài chứa tinh dầu co lại, ngăn cản sự thoát tinh dầu ra ngoài. Dựa vào bảng 1, có thể thấy được mặc dù nồng độ muối tăng lên đến 15% nhưng thể tích tinh dầu vẫn không cao hơn so với trường hợp không có muối. Do vậy để thu lấy tinh dầu từ chanh không hạt thì theo kết quả trên không nên sử dụng muối. 2. Khảo sát tỉ lệ nước/vỏ chanh và thời gian chưng Tỉ lệ bã vỏ chanh/nước chưng ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất thu tinh dầu. Lượng nước quá nhiều một số thành phần tinh dầu có tính phân cực sẽ tan vào nước. Nếu lượng nước quá ít thì không đủ hòa tan các chất keo, muối bao bọc xung quanh túi tinh dầu. Thời gian chưng cất càng lâu lượng tinh dầu thu được càng nhiều. Tuy nhiên, đến một thời điểm nào đó thì lượng tinh dầu thu được không tăng lên theo thời gian. Mặt khác, kéo dài thời gian chưng cất còn ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu do nguyên liệu bị cháy khét làm mất mùi thơm tự nhiên của tinh dầu. Hình 1: Sự biến đổi thể tích tinh dầu theo thời gian Hình 2: Thể tích tinh dầu thu được cao nhất theo tỉ lệ nước/vỏ Bảng 2: Kết quả nghiên cứu thời gian chưng cất và tỉ lệ nước/vỏ của các mẫu Tỉ lệ nước/vỏ chanh 4/1 5/1 6/1 7/1 Thời gian chưng (phút) 16 20 20 20 Thể tích trung bình (ml) 0.830±0.057a 0.87±0.057ab 1±0c 0.9±0abd Các giá trị trung bình theo cột có cùng mẫu chữ cái in thường sẽ không có sự khác biệt về thống kê ở mức ý nghĩa 5%. Qua quá trình nghiên cứu, kết quả tối ưu cho khảo sát chọn tỉ lệ nước/vỏ chanh là 6:1 ứng với thời gian chưng 20 phút. 3. Xác định một số tính chất hóa lý và thành phần hóa học của tinh dầu Tỉ trọng tinh dầu vỏ chanh: d ≈ 0.8836 (30oC) Nhiệt độ kết tinh của tinh dầu vỏ chanh <-24oC Tạp chí Đại học Công nghiệp 73 Bảng 3: Khả năng hòa tan trong cồn của tinh dầu Độ cồn 99o 90o 80o Cồn:Tinh dầu 1:1 8:1 14:1 Bảng 4: Kết quả phân tích GC-MS thành phần tinh dầu vỏ chanh STT Thành phần % 1 Limonene 56,61 2 Gamma – Terpinene 13,20 3 Beta – Pinene 11,51 4 E – Citral 2,09 5 Alpha – Pinene 1,83 6 Beta - Bisabolene 1,58 7 Beta – Myrcene 1,57 8 Neryl acetate 1,43 9 Z – Citral 1,33 10 Trans – alpha – Bergamotene 1,06 11 Alpha – Terpineol 0,96 12 Alpha – Terpinolene 0,78 13 Trans – Caryophyllene 0,59 14 4 - Terpineol 0,56 15 Alpha – Terpinene 0,42 Từ kết quả phân tích, thành phần chiếm tỉ lệ cao nhất trong vỏ chanh không hạt (C.Latifolia) là: Limonen (56.6%), γ - Terpinene (13.2%), β - Pinene (11.51%). Có sự khác nhau về hàm lượng các thành phần chính trong tinh dầu chanh thu được so với nghiên cứu trước đây của GS Vũ Ngọc Lộ, PGS Đỗ Chung Võ[3] (Limonen 82%, γ-Terpinene 3,8%, β- Pinene 4,5%). Nguyên nhân có thể do sự khác nhau về giống loài, phân bón, thời điểm thu hái, khu vực trồng nguyên liệu. IV. KẾT LUẬN Từ các kết quả khảo sát như trên có thể sản xuất được tinh dầu chanh từ giống chanh không hạt – C.latifolia quy mô phòng thí nghiệm với quy trình như sau: Thông số của quy trình thí nghiệm: Nghiền nguyên liệu 1 phút. Tỉ lệ nước/vỏ là 6:1 Thời gian chưng cất: 20 phút Độ hòa tan của tinh dầu chanh trong dung dịch cồn: Tỉ lệ cồn 99o : tinh dầu = 1:1 Tỉ lệ cồn 90o : tinh dầu = 8:1 Tỉ lệ cồn 80o : tinh dầu = 14:1 Tỉ trọng tinh dầu vỏ chanh: d ≈ 0.8836 (30oC) Nhiệt độ kết tinh tinh dầu: < -24oC Thành phần chính của tinh dầu cam: Limonene, β–Myrcene, α–Pinene, ... Tinh dầu chanh thu được trong suốt, không màu, hàm lượng tinh dầu xấp xỉ 2% (so với lượng vỏ) và có thể ứng dụng được trong sản xuất thực tế. Nghiên cứu quá trình sản xuất tinh dầu 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại học Bách khoa TPHCM, 2004. 2. Vương Ngọc Chính, Hương liệu và mỹ phẩm, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 2005 3. Vũ Ngọc Lộ, Đỗ Chung Võ, Nguyễn Mạnh Pha, Lê Thúy Hạnh, Những cây Tinh dầu Việt Nam, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2002. 4. Nguyễn Văn Ninh, Kỹ thuật khai thác và sơ chế tinh dầu, NXB Nông nghiệp. 5. Trần Xuân Ngạch, Bài giảng môn học nguyên liệu sản xuất thực phẩm, Khoa Hóa Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2007 6. Văn Đình Nghệ, Sản xuất Chất thơm Thiên nhiên Tổng hợp, NXB Khoa học và Kỹ thuật, trang 10 – 28. 7. Nguyễn Minh Hoàng, Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống citrus họ Rutaceae, đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Trường Đại học Mở TPHCM, 2006. 8. Lê Ngọc Thạch, Tinh dầu, NXB Đại học Quốc gia TPHCM. 9. Nguyễn Văn Tuấn, Phân tích số liệu và tạo biểu đồ bằng R, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 2008 10. F.M.C. Gamarra, L.S.Sakanaka, E.B.Tambourgi, F.A.Cabral, Influence on the quality of essential lemon oil by distillation process, Brazillian Journal of Chemical Engineering, Vol.23, No 01, pp.147 – 151, January – March, 2006. 11. Mary Natrella, Carroll Croarkin and Will Guthrie, Engineering Statistics Handbook, Statistical Engineering Division, NIST2003 12. http:/www.hanghoaviet.com/vietnamproducts/vi/news/Pho-bien-kien-thuc/Trong-chanh- khong-hat-1312/