Đề tài Nghiên cứu công nghệ khai thác tinh dầu từ rễ hương bài Việt Nam

cỏ hương bài được thu hoạch ở 3 tỉnh Thái Bình, Quảng Bình và Quảng Trị, theo các độ tuổi khác nhau: rễ trồng 1 năm, 2 năm, 3 năm. 2.1.2 Hoá chất thí nghiệm - Etanol (C2H5OH) - Etanol (C2H5OH) - n- Hexan (C6H14) - Axeton (CH3COOCH3) - Ete petrol (60-900C) - Etyl axetat (C3H8O2) - Dung dịch HCl chuẩn - Metanol (CH3OH) - Axít Clohidric (HCl) - Natri hydroxit (NaOH) - K3Fe(CN)6 - Kali iodua (KI) - Dung dịch iod - Kẽm sunphat (ZnSO4) - Axít sulphuric (H2SO4) - Axít boric (H3BO3) - Axít axetic (CH3COOH) - Natri sunphat khan (NaSO4) - HClO4 - Na2S2O3 - Dung dịch tinh bột - Chất chỉ thị phenolphtalein - Chất chỉ thị taxiro - Dung dịch KOH - Nước cất 96% 99,5% 99,5% 99,5% 0,1N: 0,5N 99,5% 0,1N; 0,5N 99,5% 6N 0,05N 0,05N 10% 98%, 0,01N 2,5% 10% 0,05N 1% 0,1N 2.1.3. Thiết bị thí nghiệm - Bộ chưng cất tinh dầu nhẹ Clevender - Bộ xác định hàm ẩm - Thiết bị cô quay Buchi R-114 - Thiết bị tạo chân không Buchi B-168; V500; B-721 - Bộ cất đạm Micro Kendan - Tủ hút KOTTERMANN- Germany - Tủ sấy tự động khống chế nhiệt độ Memmerr Model 500 D06061 - Cân phân tích, cân kỹ thuật - Bếp điện, bếp cách thuỷ - Bình cầu các loại gắn với sinh hàn hồi lưu và với thiết bị cô quay - Phễu chiết, phễu lọc, cốc đong, ống đong và bình tam giác các loại - Pipet các loại, giấy lọc, nhiệt kế các loại - Buret các loại - Bình định mức 500ml và 1000ml - Bình đựng mẫu - Máy xay STRAUME- USR - Sàng có đường kính lỗ: 1mm, 2mm, 3mm, 4mm, 5mm - Dụng cụ đo tỷ trọng - Khúc xạ kế Anbe 2.2. Phương pháp nghiên cứu. 2.2.1. Phương pháp phân tích thành phần chính của nguyên liệu [1, 7, 12, 13] Tiến hành phân tích thành phần chính của nguyên liệu ba vùng là Thái Bình, Quảng Bình và Quảng Trị đối với 3 loại nguyên liệu: rễ trồng 1 năm, rễ trồng 2 năm, rễ trồng 3 năm. 2.2.1.1. Phương pháp xác định độ ẩm của nguyên liệu Độ ẩm nguyên liệu được xác định bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi. Cách tiến hành: Cân chính xác 10g nguyên liệu đã được cắt nhỏ, sau đó sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi. Độ ẩm được xác định theo công thức: m1 – m2 W = x 100 (%) m Trong đó: W: Độ ẩm của nguyên liệu, % m1: Khối lượng nguyên liệu ban đầu, g m2: Khối lượng nguyên liệu sau khi sấy, g 2.2.1.2. Xác định hàm lượng tinh dầu Hàm lượng tinh dầu hương bài được xác định bằng phương pháp trích ly. Cách tiến hành như sau: Cân chính xác 100g nguyên liệu đã được xay cho vào bình cầu 2000ml, sau đó tiến hành trích ly động 4 lần bằng dung môi metanol, tốc độ khuấy 400 v/ph ở nhiệt độ 600C, thời gian 14h, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi là 1: 25. Dịch trích ly của cả 4 lần được cô đuổi kiệt dung môi thu nhận tinh dầu hương bài thô. Sau đó tinh dầu thô được tiến hành tinh chế theo phương pháp sau: Cho tinh dầu hương bài thô cùng với nước cất, hỗn hợp dung môi ete petrol và n-hexan vào phễu chiết, tiến hành quá trình trích ly. Quá trình trích ly được lặp lại 4 lần. Lớp trên có chứa tinh dầu được hợp lại và làm khô bằng sunphat natri khan. Tiếp đó lọc bỏ phần chất rắn, dung dịch trong suốt được đuổi kiệt dung môi trên thiết bị cô quay đến khối lượng không đổi, ta thu được tinh dầu sạch. Hiệu suất thu nhận tinh dầu được xác định theo công thức sau: m1 . 104 X = (%) m . (100 - W) Trong đó: X : Hàm lượng tinh dầu so với tổng chất khô có trong nguyên liệu, % m : Khối lượng nguyên liệu, g m1 : Khối lượng tinh dầu sạch thu được sau khi trích ly, g W : Độ ẩm của nguyên liệu, % 2.2.1.3. Xác định hàm lượng tinh bột Hàm lượng tinh bột được xác định dựa trên nguyên tắc: Dưới tác dụng của axít, tinh bột bị thuỷ phân tạo thành đường glucoza. Xác định hàm lượng đường glucoza tạo thành rồi nhân với hệ số 0,9 ta được hàm lượng tinh bột. (C6H12O5)n + n H2O   n C6H12O6 162,1 18,02 180,12 162,1 F = = 0,90 180,12 Thuỷ phân tinh bột trong nguyên liệu bằng axít HCl. Sau đó xác định hàm lượng đường khử mới tạo thành bằng phương pháp Ixekuzt. Cách tiến hành cụ thể như sau: - Cân khoảng 2g nguyên liệu đã được nghiền nhỏ và biết trước độ ẩm. Chuyển nguyên liệu vào cốc với 100ml nước cất, dùng đũa thuỷ tinh khuấy đều để loại bỏ đường tan trong khoảng 45 - 60 phút. Sau đó lọc tinh bột bằng phễu có giấy lọc và rửa tinh bột nhiều lần bằng nước cất. Chuyển phễu lọc sang bình cầu 250ml, dùng đũa thuỷ tinh chọc thủng giấy lọc, chuyển tinh bột xuống bằng nước cất (chính xác 100ml). Hút 10ml dịch thuỷ phân và 2 ml HCl 6N vào bình cầu, lắp hệ thống ống sinh hàn. Đặt bình cầu vào nồi cách thuỷ đun ở nhiệt độ 70- 800C trong khoảng 2,5-3h, thỉnh thoảng lắc đều. Sau khi kết thúc thuỷ phân tinh bột, làm nguội bình, trung hoà dung dịch thuỷ phân bằng NaOH 10%, với chất chỉ thị là phenolphtalein đến khi có mầu hồng thì dừng lại. Sau đó thêm CH3COOH 10% đến khi mất mầu hồng để dung dịch thuỷ phân đã được trung hoà có độ axít yếu. Chuyển toàn bộ dung dịch sang bình định mức 100ml, thêm nước cất đến vạch định mức của bình. Khuấy đều, lọc dung dịch - dung dịch lọc trong suốt để định lượng đường khử (glucoza). - Định lượng đường khử bằng phương pháp Ixekuzt: Lấy 2 bình tam giác: bình 1 (mẫu đối chứng), bình 2 (mẫu thí nghiệm): + Cho vào bình 1 chính xác 10ml nước cất, bình 2 chính xác 10ml dịch chiết đường. Cho vào mỗi bình 10ml nước cất, 10ml K3Fe(CN)6 0.05N. Đun sôi 1 phút trên bếp điện, để nguội. Cho vào mỗi bình 10ml hỗn hợp KI + ZnSO4, 10ml CH3COOH 10%. + Chuẩn độ bằng Na2S2O3 0,05N cho đến khi có màu vàng rơm. Thêm 3 giọt dung dịch tinh bột (dung dịch chuyển màu xanh), chuẩn độ tiếp cho đến khi có màu trắng sữa hoàn toàn. Ghi thể tích Na2S2O3 0,05N đã dùng. Kết quả được tính theo công thức: a . V . 104 X = x 0,9 (%) m1 . (100 - W) . V1 Trong đó: X: Hàm lượng tinh bột, % a: Số mg đường khử (tra bảng trong tài liệu) V: Thể tích dịch chiết đường đã định mức (100ml) V1: Thể tích dịch chiết đường lấy để phân tích (10ml) m: Khối lượng mẫu, g W: Độ ẩm của mẫu, % 0,9: Hệ số chuyển tinh bột thành đường 2.2.1.4. Xác định hàm lượng xelluloza Phương pháp định lượng xenluloza dựa vào tính chất của nó trong một hợp chất bền với tác dụng của axít và kiềm mạnh, không bị phân huỷ dưới tác dụng của axít yếu. Đem một lượng mẫu rễ cỏ hương bài đã nghiền nhỏ sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi. Cân chính xác 1,0g mẫu vào bình tam giác, rồi cho vào đó 50ml H2SO4 8%, 50ml nước cất, đun sôi 10 phút trên bếp điện, sau đó lọc bằng giấy lọc. Lấy bình tam giác đun sôi nước cất để tráng phần bã lọc (cho các chất khác như đường, tinh bột đi qua hết). Sau đó dồn hết phần bã còn lại trên giấy lọc vào bình tam giác, tráng giấy lọc bằng nước cất đã đun sôi, rồi cho vào bình 9 - 10ml NaOH 30%, đun sôi 10 phút trên bếp điện, sau đó để nguội và tiếp tục lọc trên tờ giấy lọc đã sấy khô và biết trước khối lượng. Rửa phần bã trên giấy lọc bằng nước cất nóng nhiều lần rồi đem tờ giấy lọc (có chứa bã) sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi. Lượng bã còn lại trên giấy lọc sau khi sấy khô chính là xenluloza. Hàm lượng xenluloza được tính theo công thức: a . 100 X = (%) b Trong đó: X: Hàm lượng xenluloza, % a: Khối lượng xenluloza thu được, g b: Khối lượng nguyên liệu khô đem phân tích, g 2.2.1.5. Xác định hàm lượng đường tổng Cách tiến hành: - Cân chính xác 3g mẫu sau đó dùng nước cất lên thể tích 100ml, tiến hành lọc để thu lấy dung dịch phân tích. - Lấy 10ml dung dịch vừa lọc cho vào ống nghiệm cao, cho thêm 2ml HCl 6N, tiến hành thuỷ phân ổn nhiệt ở nhiệt độ 70- 800C trong 20-30 phút để tất cả chuyển thành đường khử. Để nguội, cho 3 giọt phenolphtalein rồi chuẩn độ bằng NaOH 10% đến khi xuất hiện mầu hồng, làm chua lại bằng axít CH3COOH 10% cho hết mầu hồng. Cho toàn bộ dung dịch trên vào bình định mức 50ml, dùng nước cất lên thể tích đến vạch định mức của bình thu được dung dịch đường khử. - Định lượng đường khử bằng phương pháp Ixekuzt: Lấy 2 bình tam giác: Bình 1 (mẫu đối chứng), bình 2 (mẫu thí nghiệm). + Cho vào bình 1 chính xác 10ml nước cất, bình 2 chính xác 10ml dịch chiết đường. Cho vào mỗi bình 10ml nước cất, 10ml K3Fe(CN)6 0.05N. Đun sôi 1 phút trên bếp điện, để nguội. Cho vào mỗi bình 10ml hỗn hợp KI+ ZnSO4, 10ml CH3COOH 10%. + Chuẩn độ bằng Na2S2O3 0,05N cho đến khi có màu vàng rơm. Thêm 3 giọt tinh bột (dung dịch chuyển màu xanh), chuẩn độ tiếp cho đến khi có màu trắng sữa hoàn toàn. Ghi thể tích Na2S2O3 0,05N đã dùng. Kết quả được tính theo công thức: a . V . 100 X = x I (%) v . C . 100 Trong đó: X: Hàm lượng đường tổng, %. a: Lượng glucoza có trong dung dịch xác định, mg v: Thể tích dung dịch mẫu nghiên cứu, 10ml V: Toàn bộ thể tích dịch mẫu đã chiết, 100ml C: Lượng mẫu phân tích, g I: Số lần pha loãng (5lần) 2.2.1.6. Xác định hàm lượng protein a. Định lượng nitơ tổng số (theo phương pháp Kjeldhal) - Giai đoạn 1: Vô cơ hoá mẫu nghiên cứu. + Cân mẫu, chuyển mẫu vào bình Kjeldhal. + Công phá mẫu: Sau khi cho mẫu vào bình Kjeldhal, thêm vài giọt nước cất không chứa nitơ để thấm ướt mẫu và một lượng H2SO4 đậm đặc (0,1g mẫu khô cho 1ml H2SO4 đậm đặc). Đậy kín bình để yên trong 30 phút hoặc qua đêm. Thay nút bình bằng phễu thuỷ tinh để khí độc CO2, SO2 thoát ra ngoài từ từ, tránh gây ô nhiễm môi trường. Đặt bình Kjeldhal nghiêng 450C trên hệ thống đốt mẫu trong tủ hút. Đun nhẹ trong 30 phút, tăng dần nhiệt độ để dung môi sôi đều, không nên nâng quá cao (1000C) làm dung dịch bắn ra ngoài. Trong quá trình đun, dung dịch chuyển từ màu đen sang màu nâu sẫm. Lấy bình ra để nguội, thêm 3 - 4 giọt HClO4 để xúc tác cho phản ứng vô cơ hoá diễn ra nhanh hơn. Đun tiếp, màu dung dịch chuyển sang màu nâu cánh gián đến màu vàng nhạt, cuối cùng được dung dịch trắng trong. + Pha loãng dung dịch đã vô cơ hoá: Để nguội bình Kjeldhal, sau đó chuyển dung dịch sang bình định mức 100ml, thêm nước cất đến vạch. - Giai đoạn 2: Cất amoniac. - Bình cất mẫu: Hút 20ml dịch mẫu cho vào bình cất 2-3 giọt chỉ thị taxiro, khi dung dịch chuyển sang màu tím đỏ cho thêm vào dung dịch NaOH 33% đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng xanh thì dừng lại. - Bình hứng mẫu: Cho vào mỗi bình 25ml axít boric 2.5% và 2-3 giọt chỉ thị taxiro. Tiến hành cất trên máy Microkjeldhal. Hàm lượng nitơ tổng số có trong nguyên liệu được tính theo công thức: (a – b) . 0,142. V . 104 NTS = (%) v . m . (100 - W) Trong đó: NTS: Hàm lượng nitơ tổng số, % a: Lượng H2SO4 0,01N được dùng ở bình thí nghiệm b: Lượng H2SO4 0,01N được dùng ở bình đối chứng V: Số ml dung dịch mẫu pha loãng, 100ml v: Số ml dung dịch mẫu đem cất NH3, 10 ml m: Khối lượng mẫu đem phân tích, g W: Độ ẩm của nguyên liệu, % b. Định lượng nitơ phi protein Lấy phần dịch đã tách protein cho vào bình Kjeldhal, thêm vào đó 5ml H2SO4 đặc (98%) và 100mg hỗn hợp xúc tác K2SO4 /CuSO4 (tỷ lệ 3:1), vô cơ hoá mẫu, cất NH3, chuẩn độ và tính toán tương tự như xác định hàm lượng nitơ tổng số, thu được hàm lượng nitơ phi protein ở trong mẫu (Npp). c. Định lượng nitơ protein Hàm lượng nitơ protein được tính theo công thức sau: NP = NTS - NPP Trong đó: NP: Hàm lượng nitơ protein, % NTS: Hàm lượng nitơ tổng số, % NPP: Hàm lượng nitơ phi protein, % d. Xác định hàm lượng protein Thông thường đối với protein thực vật, nitơ chiếm tỷ lệ lớn hơn so với protein động vật (≈16,8). Nên hệ số protein thực vật được tính là: 100 H = = 5,95 16,8 Hàm lượng protein của rễ cỏ hương bài được tính như sau: P = NP . 5,95 Trong đó: P: Hàm lượng protein của nguyên liệu, % NP: Hàm lượng nitơ protein, % 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác tinh dầu hương bài [12, 14, 39] Hiệu suất thu nhận tinh dầu, chất lượng tinh dầu, giá trị kinh tế và độ an toàn của dung môi sử dụng là căn cứ chủ yếu để lựa chọn phương pháp khai thác thích hợp nhất. Để lựa chọn được phương pháp khai thác tinh dầu hương bài thích hợp, chúng tôi tiến hành khảo sát với hai phương pháp là: phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước và phương pháp trích ly. Kết quả của nghiên cứu này được sử dụng cho thí nghiệm tiếp theo. Hiệu suất thu nhận tinh dầu được tính theo các công thức sau: m1 . 104 X = (%) m . (100 - W) X X1 = (%) H Trong đó: X: Hiệu suất thu nhận tinh dầu so với tổng lượng chất khô (CK) có trong nguyên liệu, % m: Khối lượng nguyên liệu, g m1: Khối lượng tinh dầu thu được sau khi trích ly, g W: Độ ẩm của nguyên liệu, % X1: Hiệu suất thu nhận tinh dầu so với lượng tinh dầu tuyệt đối có trong nguyên liệu, % H: Hàm lượng tinh dầu so với trọng lượng khô của nguyên liệu, % 2.2.2.1. Phương pháp chưng cất Cân chính xác 100g nguyên liệu đã được xay nhỏ và đong 1200 ml nước cất cho vào bình cầu 2000 ml rồi đem chưng cất tinh dầu bằng phương pháp lôi cuốn theo hơi nước cùng bộ xác định hàm lượng tinh dầu Clevender và sinh hàn hồi lưu. Do tinh dầu hương bài khó phân ly nên ở ống phân ly tinh dầu ta cho thêm vào 6 ml n-hexan. Cứ 2h tiến hành lấy dung môi hòa tan tinh dầu ra một lần. Hỗn hợp nước chưng cất và dung môi chứa tinh dầu thu được, được phân ly để tách nước. Phần nước phía dưới được trích ly lại bằng n-hexan rồi gộp với phần trên (phần dung môi chứa tinh dầu), làm khô bằng sunphat natri khan, lọc và cô đuổi kiệt dung môi thu được tinh dầu hương bài. 2.2.2.2. Phương pháp trích ly Cân chính xác 100g nguyên liệu đã được xay nhỏ cho vào bình cầu 2000 ml, sau đó tiến hành trích ly. Dựa theo tài liệu tham khảo, dung môi trích ly được chúng tôi chọn để khảo sát là năm loại: metanol, etanol 96%, ete petrol, n-hexan, etyl axetat. Dịch trích ly đựợc lọc, cô đuổi dung môi thu lấy tinh dầu thô, sau đó tiến hành tinh chế. Dựa theo đặc điểm, tính chất của từng loại dung môi trích ly ban đầu, chúng tôi chọn các phương pháp tinh chế sau: Phương pháp 1: Với dung môi trích ly ban đầu là metanol hoặc etanol 96%, tinh dầu thô sau trích ly được tinh chế bằng hệ dung môi ete petrol và n-hexan. Lớp trên chứa tinh dầu được làm khô bằng Na2SO4 khan. Dịch trích ly được đuổi kiệt dung môi trên thiết bị cô quay đến khối lượng không đổi, thu được tinh dầu sạch. Phương pháp 2: Với dung môi trích ly ban đầu là ete petrol, n-hexan, hoặc etyl axetat, tinh dầu thô được tinh chế bằng etanol tuyệt đối ở nhiệt độ 500C. Hỗn hợp sau trích ly được để nguội tự nhiên đến nhiệt độ phòng, rồi làm lạnh ở 50C trong thời gian 4h. Lọc lấy dịch trong, lớp sáp trên giấy lọc được trích ly lại thêm 2 lần. Phần dịch trong được gộp lại, đuổi kiệt dung môi trên thiết bị cô quay chân không đến khối lượng không đổi, thu được tinh dầu sạch. 2.2.3. Phương pháp nghiên cứu chế độ xử lý nguyên liệu [5, 14] Dựa vào tài liệu tham khảo, qua nghiên cứu sơ bộ, chúng tôi tiến hành khảo sát 2 yếu tố: độ ẩm nguyên liệu và độ mịn nguyên liệu. So sánh hiệu suất thu nhận tinh dầu, chúng tôi lựa chọn được chế độ xử l‎ý nguyên liệu thích hợp cho quá trình khai thác tinh dầu hương bài và sử dụng kết quả của nghiên cứu này cho thí nghiệm tiếp theo. 2.2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm nguyên liệu đến quá trình khai thác tinh dầu hương bài Nguyên liệu được xác định độ ẩm theo phương pháp như trong mục 2.2.1.1, sau đó được xử lý bằng phương pháp sấy thông thường có đối lưu không khí để đưa về các độ ẩm khác nhau: 6%, 8%, 10%, 12%, 14%, để khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình khai thác. 2.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mịn nguyên liệu đến quá trình khai thác tinh dầu hương bài Để xác định độ mịn nguyên liệu thích hợp cho quá trình khai thác, chúng tôi tiến hành nghiền nguyên liệu đã được đưa về độ ẩm như kết luận ở thí nghiệm ở phần 2.2.3.1, với các độ mịn khác nhau là d ≤1mm, 1mm < d ≤ 2mm, 2mm < d ≤ 3mm, 3mm < d ≤ 4mm, 4mm < d ≤ 5mm để nghiên cứu. 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình khai thác tinh dầu hương bài [12, 14, 39] Quá trình khai thác tinh dầu chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố công nghệ. Tuy nhiên, trong phạm vi đề tài này chúng tôi chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính đến quá trình khai thác. Tùy thuộc vào phương pháp khai thác chưng cất hay trích ly được lựa chọn: Đối với phương pháp chưng cất các yếu tố công nghệ được khảo sát: - Tỷ lệ nguyên liệu/thể tích thiết bị - Tỷ lệ nguyên liệu/nước chưng cất - Tốc độ chưng cất - Thời gian chưng cất Đối với phương pháp trích ly các yếu tố công nghệ được khảo sát: - Số lần trích ly - Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi - Tốc độ khuấy trộn - Nhiệt độ trích ly - Thời gian trích ly 2.2.5. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến quá trình tinh chế tinh dầu hương bài Tinh dầu hương bài thô thu được sau quá trình trích ly ngoài các hợp chất tạo hương vị còn có các thành phần không mong muốn khác. Vì vậy, cần thiết phải tinh chế bằng phương pháp trích ly với hệ dung môi chọn lọc nhằm loại bỏ các thành phần không tạo hương vị, nâng cao độ tinh khiết của tinh dầu. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tinh chế tinh dầu hương bài, ở đây chúng tôi chỉ khảo sát 3 yếu tố chính: dung môi trích ly lại, số lần trích ly, tỷ lệ tinh dầu thô/dung môi. Hiệu suất thu nhận tinh dầu sạch và hiệu quả kinh tế là căn cứ chủ yếu để lựa chọn yếu tố công nghệ thích hợp. Dựa vào tài liệu tham khảo, các đề tài nghiên cứu trước và qua nghiên cứu sơ bộ, chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tôi trên như sau : - Dung môi trích ly lại: ete petrol; n-hexane; hệ dung môi ete petrol + n-hexane - Số lần trích ly lại (lần): 1, 2, 3, 4. - Tỷ lệ tinh dầu thô/dung môi (g/ml): 1/10; 1/12; 1/14; 1/16; 1/18. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của một yếu tố nhất định thì các thí nghiệm đều được tiến hành ở các điều kiện công nghệ như nhau trừ yếu tố công nghệ đang được khảo sát. Sau khi đã lựa chọn được giá trị thích hợp của các yếu tố đã được nghiên cứu thì các giá trị đã được lựa chọn được cố định trong các thí nghiệm tiếp theo để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố còn lại. Việc lựa chọn các giá trị thích hợp của yếu tố công nghệ dựa vào hiệu suất thu nhận tinh dầu, chất lượng tinh dầu và hiệu quả kinh tế. 2.2.6. Phương pháp phân tích và đánh giá chất lượng tinh dầu [1,19] 2.2.6.1. Phương pháp xác định các chỉ số hoá lý của tinh dầu a. Xác định chỉ số khúc xạ Xác định bằng khúc xạ kế kiểu Anbe ở nhiệt độ 200C. Đầu tiên điều chỉnh máy nhằm triệt tiêu hiện tượng tán sắc ánh sáng để có thể nhìn thấy rõ ranh giới của miền sáng, tối. Sau đó chuẩn lại để thấy rõ nét vạch chuẩn chữ thập giữa thị trường. Mở hộp lăng kính, lấy bông thấm ete hay axeton lau khô mặt lăng kính. Nhỏ giọt tinh dầu lên mặt lăng kính mờ bên dưới rồi áp lăng kính lại. Nhìn vào thị kính, sửa hiện tượng tán sắc (nếu có), rồi chuẩn lại lăng kính sao cho ranh giới giữa hai miền sáng tối cắt đúng giao điểm chữ thập. Nhìn sang vạch chia độ và đọc chỉ số chiết quang ở ngay vạch chuẩn. b. Xác định tỷ khối của tinh dầu Xác định bằng bình tỷ khối. Bình tỷ khối được rửa sạch sẽ, sấy khô. Tỷ khối của tinh dầu là tỷ số giữa khối lượng của tinh dầu với khối lượng của nước ở cùng một thể tích ở nhiệt độ quy định. Cách tiến hành: Cân bình tỷ khối trên cân phân tích, rót nước cất vào đầy bình sao cho không được có bọt khí xuất hiện, cân bình với nước cất và ghi lại kết quả, đổ nước đi, đem bình đi sấy khô, đổ tinh dầu vào đầy bình và chú ý không cho bọt khí xuất hiện, đem cân bình và tinh dầu, ghi lại kết quả. Kết quả được tính như sau: g1 - g d = g2 - g Trong đó: d: Tỷ khối g1: Khối lượng bình và tinh dầu, g g2: Khối lượng bình và nước cất, g g: Khối lượng bình, g c. Xác định chỉ số axít Chỉ số axít là số mg KOH dùng để trung hoà axít tự do có chứa trong 1g tinh dầu. Nguyên tắc xác định dựa vào sự trung hoà axít tự do trong tinh dầu bằng kiềm theo phản ứng: RCOOH + KOH RCOOK + H2O Cân khoảng 2g tinh dầu đã làm khan nước với độ chính xác đến 0,005g cho vào bình cầu có nút mài. Cho khoảng 10ml etanol trung tính để hoà tan tinh dầu. Nhỏ 3-4 giọt phenolphtalein trung tính để làm chất chỉ thị mầu. Chuẩn độ bằng dung dịch KOH 0,1N pha trong rược etylic đến khi xuất hiện mầu hồng nhạt bền trong 10 giây. Chỉ số axít tính theo công thức: 5,16 . V . k CSA = m Trong đó: CSA: Chỉ số axit của mẫu tinh dầu V: Thể tích KOH 0,1N đã dùng để chuẩn độ, ml 5,16: Số mg KOH có trong 1ml dung dịch KOH 0,1N m: Lượng tinh dầu đem phân tích, g k: Hệ số điều chỉnh nồng độ (từ nồng độ đã pha được sang nồng độ chuẩn 0,1N) 2.2.6.2. Phương pháp xác định thành phần hóa học của tinh dầu hương bài Thành phần hóa học có trong tinh dầu hương bài được xác định bằng phương pháp sắc kí khí khối phổ GC-MS. GC-MS được thực hiện trên thiết bị GC-MS 2010 Shimadzu với các điều kiện: năng lượng ion hóa 70 eV; cột tách DB-Wax-MS (30 m x 0,25 mm x 0,25mm); chương trình nhiệt độ ở 700C trong thời gian 10 phút, sau đó gia nhiệt với tốc độ 50C / phút đến 2300C giữ trong 15 phút; nhiệt độ bơm mẫu 2300C; nhiệt độ detector 2500C; nhiệt độ buồng bơm mẫu 2000C. Sau đó định tính và nhận biết các thành phần bằng cách so sánh các mẫu phân rã MS của nó với các mẫu phân rã các chất có trong thư viện của máy, còn định lượng các thành phần theo tỷ lệ phần trăm diện tích peak của nó trên tổng diện tích các peak có trong hỗn hợp. Việc xác định thành phần hóa học của tinh dầu hương bài được tiến hành tại Phòng Thử nghiệm sắc ký – VILAS 335 thuộc Trung tâm Giáo dục và Phát triển sắc ký – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 2.2.7. Phương pháp xử lý số liệu Các số liệu của kết quả thí nghiệm được xử lý bằng chương trình Statistical Analysis System (SAS) V9 for Windows với mức ý nghĩa a = 0,05 2.2.8. Sơ đồ nghiên cứu (xem trang bên) Rễ hương bài Sơ đồ 2.1. Sơ đồ nghiên cứu Xác định chỉ số hóa lý Xác định thành phần hóa học Phân tích và đánh giá chất lượng tinh dầu Nghiên cứu công nghệ tinh chế tinh dầu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ Nghiên cứu chế độ xử lý nguyên liệu Phương pháp trích ly Phương pháp chưng cất Phân tích thành phần chính Nghiên cứu lựa chọn phương pháp khai thác tinh dầu cxftgrfvfrtsPHẦN THỨ BA KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát chung về nguyên liệu Để lựa chọn nguyên liệu thích hợp nhất cho mục đích khai thác tinh dầu hương bài đạt hiệu quả cao, chúng tôi tiến hành phân tích hàm lượng các thành phần chính của 3 loại nguyên liệu ở ba vùng có diện tích trồng cỏ hương bài khá lớn hiện nay ở nước ta là Thái Bình, Quảng Bình, Quảng Trị, theo các độ tuổi thu hoạch khác nhau: rễ trồng 1 năm, 2 năm, 3 năm. Các thành phần đó là độ ẩm, tinh dầu, tinh bột, xenluloza, đường tổng, protein. Việc nghiên cứu này có ý nghĩa hết sức quan trọng, giúp lường trước được sự ảnh hưởng của chúng đến quá trình khai thác tinh dầu hương bài. Thí nghiệm được tiến hành theo phương pháp đã nêu ở phần 2.2.1. Kết quả phân tích được thể hiện ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Hàm lượng các thành phần chính trong nguyên liệu Loại nguyên liệu Độ ẩm (%) Hàm lượng một số chất so với tổng lượng chất khô (%) Tinh dầu Tinh bột Xenluloza Đường tổng Protein Thái Bình 1 năm 58,8 1,53 2,61 87,19 1,10 2,82 2 năm 58,0 1,80 2,59 86,74 1,19 3,07 3 năm 57,1 1,81 2,56 86,58 1,28 3,19 Quảng Bình 1 năm 59,5 1,46 2,71 87,10 0,96 2,88 2 năm 58,0 1,81 2,67 86,67 1,04 3,19 3 năm 58,1 1,82 2,59 86,41 1,23 3,37 Quảng Trị 1 năm 54,5 1,76 2,40 86,60 1,26 3,69 2 năm 53,0 2,19 2,35 86,27 1,32 3,72 3 năm 52,5 2,20 2,31 85,99 1,41 3,80 Bảng 3.1 cho ta thấy trong cả 3 vùng trên, nguyên liệu 1 năm tuổi có hàm lượng tinh dầu thấp nhất, nguyên liệu 3 năm tuổi có hàm lượng tinh dầu lớn hơn 2 năm tuổi không đáng kể. Ở tất cả các độ tuổi khác nhau rễ huơng bài trồng tại vùng Quảng Trị đều có hàm lượng tinh dầu cao nhất. Xét về hiệu quả kinh tế chúng tôi chọn rễ hương bài 2 năm tuổi của Quảng Trị để làm mẫu nghiên cứu khai thác tinh dầu. Bên cạnh đó, từ bảng kết quả trên ta cũng thấy hàm lượng tinh bột, đường tổng, protein trong rễ hương bài thấp nên không ảnh hưởng nhiều đến quá trình khai thác tinh dầu (TD). Ngược lại, hàm lượng xenluloza khá cao, nên trước khi tiến hành khai thác tinh dầu nguyên liệu (NL) cần được nghiền để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thoát dầu từ nguyên liệu ra ngoài. 3.2. Kết quả lựa chọn phương pháp khai thác tinh dầu hương bài Để lựa chọn được phương pháp khai thác tốt nhất cho tinh dầu hương bài, chúng tôi tiến hành nghiên cứu trên hai phương pháp: - Chưng cất: cách tiến hành được trình bày ở phần 2.2.2.1 - Trích ly: các thí nghiệm được tiến hành ở cùng điều kiện công nghệ: độ mịn nguyên liệu: 3 mm < d ≤ 4 mm; số lần trích ly: 3 lần; tỷ lệ nguyên liệu/dung môi: 1: 14 (g/ml); tốc độ khuấy trộn: 300 v/ph; nhiệt độ trích ly: 500C; thời gian trích ly: 7h. Trong quá trình trích ly, việc lựa chọn được loại dung môi thích hợp là một việc hết sức quan trọng. Trước hết dung môi được lựa chọn cần đảm bảo có tính hoà tan chọn lọc, nhiệt độ sôi thấp, nhưng cần đáp ứng thêm về tính kinh tế và tính an toàn cho người sản xuất và người sử dụng. Chúng tôi lựa chọn 5 loại dung môi để nghiên cứu: metanol, etanol (96%), ete petrol, n-hexan, etyl axetat. Khối lượng mỗi mẫu: 100g (độ ẩm 8 %). Kết qu