Kết quả bước đầu nghiên cứu xây dựng mô hình chưng cất tinh dầu cam, bưởi phục vụ xử lý rác thải xốp

Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 117 - 121 117 KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHƯNG CẤT TINH DẦU CAM, BƯỞI PHỤC VỤ XỬ LÝ RÁC THẢI XỐP Trần Thị Phả*, Vũ Văn Biển, Nguyễn Thị Hảo, Hứa Văn Đáo, Vương Văn Ánh Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên TÓM TẮT Nghiên cứu và xây dựng mô hình chưng cất tinh dầu tại khu vực trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên từ nguồn nguyên liệu vỏ cam, bưởi thải bỏ thu được kết quả như sau: chưng cất 10kg vỏ quả thu được thể tích tinh dầu cam, bưởi lần lượt thu được trung bình là 249,7 ml và 220 ml. Kết quả phân tích thành phần hoá học cho thấy rằng chất lượng tinh sau chưng cất là tốt, không chứa chất độc hại, thành phần chủ yếu có trong hai loại tinh dầu là Limonene. Qua nghiên cứu đã chứng minh Limonene là chất có khả năng xử lý xốp. Từ khóa: Chưng cất, tinh dầu, cam, bưởi, Limonene. ĐẶT VẤN ĐỀ* Từ xa xưa, người ta đã biết đến công dụng làm đẹp và chăm sóc sức khoẻ của tinh dầu bưởi, cam nhưng ít ai biết rằng tinh dầu còn có khả năng xử lý xốp – một loại chất thải khó bị phân huỷ trong điều kiện bình thường. Nghiên cứu tiến hành nhằm mục đích khảo sát hiệu suất trích ly của tinh dầu và đưa ra hệ thống, quy trình chưng cất tinh dầu từ vỏ cam, bưởi phế thải. Bên cạnh đó sẽ đề xuất nghiên cứu khả năng xử lý xốp bằng tinh dầu cam, bưởi tại khu vực Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng ngiên cứu Đối tượng nghiên cứu là: - Hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu bưởi, cam quy mô phòng thí nghiệm với công suất 10kg/ mẻ. - Tinh dầu cam, bưởi. Nội dung nghiên cứu - Mô hình chưng cất tinh dầu cam, bưởi: Các thông số kỹ thuật của nồi chưng cất và quy trình vận hành. - Tác dụng của tinh dầu cam, bưởi đối với sức khoẻ con người cũng như khả năng xử lý xốp thải bảo vệ môi trường. * Tel: Phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp Thu thập các tài liệu, số liệu, các công trình đã được nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến các vấn đề nghiên cứu: phương pháp, thiết bị sử dụng để chưng cất tinh dầu, thành phần, tính chất của tinh dầu bưởi, cam. Phương pháp kế thừa Kế thừa và tham khảo các kết quả đã đạt được của các báo cáo, đề tài có liên quan đến vấn đề nghiên cứu. Phương pháp chưng cất Phương pháp chiết xuất tinh dầu từ vỏ cam, bưởi: Sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước không có nồi hơi riêng. Phương pháp xử lý số liệu Số liệu được tổng hợp, phân tích và xử lý bằng phần mềm MS Excel và SAS 9.0 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Thiết bị chưng cất tinh dầu Về nguyên lý làm việc: Hệ thống thiết bị chưng cất tinh dầu quy mô nhỏ của đề tài được thiết kế làm việc theo nguyên lý gián đoạn. Vật liệu chế tạo: Vì tinh dầu cam, quýtcó chứa một số thành phần có tính oxi hóa mạnh nên các loại vật liệu được sử dụng để chế tạo thiết bị đều được làm bằng các loại vật liệu bền, không han rỉ: Thép không gỉ, inox, Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 117 - 121 118 nhôm, thủy tinh Các khớp nối, chỗ nối được làm kín bằng các zoăng teflon, là loại vật liệu chịu dầu, chịu nhiệt. Về công suất: 10 kg vỏ nguyên liệu/mẻ. Lò đốt: Sử dụng bếp than tổ ong 2 viên. Nồi chưng cất: Thiết bị chưng cất tinh dầu thân có dạng hình trụ, chóp hình chỏm cầu, ở giữa là cửa thoát hỗn hợp hơi khí, kiểu vòi voi. Nồi chưng cất được thiết kế với những thông số kỹ thuật sau: + Chất liệu: Nhôm. + Chiều cao: 55cm trong đó thân nồi cao 41cm và chóp nồi cao 14cm. + Đường kính: 40 cm. + Đồng hồ đo nhiệt độ: Để kiểm soát nhiệt độ nồi chưng cất + Vỉ ngăn: Vỉ được làm bằng 2 lớp lưới inox đan xen nhau có chiều dày 1 mm, tạo điều kiện cho hơi nước thoát nên dễ dàng. Chiều cao vỉ ngăn so với đáy nồi là 12 cm. Bộ phận làm lạnh: Là thuỷ tinh trung tính, không có bọt, đường kính ngoài Φ30 mm, ống ở giữa và dẫn chất lỏng ra Φ 10mm, ống dẫn khí vào Φ 20mm, ống dẫn nước làm lạnh Φ5 mm có độ rộng giáp ống chính Φ20 mm. Đảm bảo làm giảm nhiệt độ của dịch ngưng xuống khoảng 350C. Quy trình chưng cất tinh dầu Công đoạn cơ bản của quá trình chưng cất tinh dầu cam, bưởi. B1: Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu dùng để chưng cất là vỏ cam, bưởi. Mỗi mẻ chưng cất cần khoảng 10kg nguyên liệu và được nghiền nhỏ nhằm mục đích giải phóng tinh dầu ra khỏi mô để khi chưng cất tinh dầu dễ thoát ra, từ đó rút ngắn thời gian chưng cất và đạt hiệu quả cao B2: Ngâm nguyên liệu: Nguyên liệu sau khi nghiền nhỏ được ngâm vào dung dịch NaCl (10%) trong 3 giờ đồng hồ. Công đoạn này là làm cho tinh dầu thẩm thấu đi từ túi tiết ra bên ngoài, giúp cho quá trình chưng cất tinh dầu được triệt để hơn. B3: Nạp liệu: Nguyên liệu nạp vào thiết bị được chứa bởi hệ thống vỉ đỡ để ngăn cách với lớp nước bên dưới đáy nồi. Nguyên liệu chứa trong thiết bị không vượt quá 85% dung tích thiết bị. Không được nạp nguyên liệu chặt quá làm cho hơi khó phân phối đều trong toàn bộ khối nguyên liệu và không được quá lỏng, quá xốp sẽ làm cho hơi dễ dàng theo những chỗ rỗng đi ra mà không tiếp xúc với toàn khối nguyên liệu. B4: Chưng cất: Khi bắt đầu chưng cất cần cung cấp nhiệt lượng lớn để làm sôi nước chưng cất. Sau đó hạ nhiệt độ, duy trì nước ở nhiệt độ sôi vì khi ở nhiệt độ cao tinh dầu dễ dàng bị phân hủy. Vì vậy, cần theo dõi đồng hồ đo nhiệt độ nồi hơi và duy trì ở mức 95- 1000C. Khi sôi, hơi nước kéo theo tinh dầu, hỗn hợp hơi này được dẫn vào hệ thống làm lạnh, ta sẽ thu được hỗn hợp nước, tinh dầu vào một bình thủy tinh. Cần điều chỉnh nhiệt độ dịch ngưng nằm trong khoảng 30 - 400C vì nếu dịch ngưng quá nóng sẽ làm bay hơi tinh dầu. B5. Tháo bả: Sau khi chưng cất xong cần tắt lửa, để nguội 15 - 30 phút, mở nắp và tháo bã, sau đó dùng nước sạch vệ sinh thiết bị. B6. Tách tinh dầu: Sau chưng cất ta sẽ thu được một hỗn hợp nước và tinh dầu. Do có tỉ trọng nhỏ hơn, tinh dầu nổi nên trên. Vì vậy có thể hút tinh dầu một cách dễ dàng. Tinh dầu cam, bưởi cần bảo quản trong các chai lọ có màu, tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng, không khi. Kết quả chưng cất tinh dầu Kết quả chưng cất tinh dầu cam, bưởi được thể hiện dưới bảng 1. Qua bảng số liệu 1 ta thấy, khi chưng cất 10kg nguyên liệu vỏ cam và 10kg vỏ bưởi trong cùng một điều kiện thì lượng tinh dầu thu được của vỏ cam nhiều hơn so với vỏ bưởi. Trung bình khi chưng cất 10kg vỏ cam ta thu được 249.7ml tinh dầu nhiều hơn 29.7ml so với vỏ bưởi. Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 117 - 121 119 Bảng 1: Kết quả chưng cất tinh dầu cam, bưởi TT Chỉ số khảo nghiệm ĐV tính Kết quả các mẻ khảo nghiệm Trung bình Mẻ 1 Mẻ 2 Mẻ 3 1 Khối lượng vỏ bưởi kg 10 10 10 10 2 Lượng nước cho vào nồi lít 4 4 4 4 3 Thời gian đạt sôi phút 35 35 35 35 4 Thời gian cất kiệt phút 180 180 180 180 5 Nhiệt độ chưng cất oC 95 - 100 95 - 100 95 - 100 95 - 100 6 Lượng than tiêu thụ viên 3 3 3 3 7 VTD bưởi VTD cam ml 235 250 210 256 215 243 220 249.7 Kết quả phân tích thành phần hóa học trong tinh dầu. Phương pháp phân tích: Phép phân tích sử dụng phương pháp sắc ký khí nối ghép khối phổ để xác định thành phần các chất trong mẫu. Bảng 2: Thành phần hoá học trong tinh dầu bưởi STT time RI Hit % Chemical name integral % 1 10.39 931 89 Thujene 5629290 0.15 2 10.66 940 94 Pinene 49859989 1.35 3 11.87 980 89 Sabinene 9574422 0.26 4 12.06 986 93 Pinene 41593590 1.14 5 12.27 993 92 Myrcene 335386553 9.12 6 12.87 1011 80 Phellandrene 44676660 1.21 7 13.28 1032 91 Tepinene 5747008 0.16 8 13.55 1031 98 Cymene 36014137 1.00 9 13.78 1038 73 Limonene 2374625101 74.05 10 1382 1039 72 Phellandrene 111490372 2.98 11 14.20 1050 79 Ocimene 9049819 0.25 12 14.70 1064 94 Tepinene 181570816 4.94 13 15.17 1087 83 Linalool oxide <trans- >(furanoid) 21868861 0.60 14 15.73 1094 79 Linalool oxide <cis- >(furanoid) 10007661 0.31 15 15.75 1095 63 Terpinolene 11082235 0.33 16 16.00 1102 76 Linalool 12180270 0.33 17 18.97 1187 86 Terpinen-4-ol 9702056 0.30 18 19.40 1199 86 Terpineol 18261879 0.56 19 20.33 1226 49 Caveol 3966567 0.12 20 20.54 1232 57 Neron 5671453 0.16 21 21.37 1257 84 Geraniol 6208940 0.18 22 29.27 1500 86 Germacrene D 18192506 0.50 Total 100 - Trong tinh dầu bưởi có chứa rất nhiều thành phần khác nhau như: Pinene, Sabinene, Myrcene, Limonene - Trong đó, Limonene là chất có thành phần phần trăm lớn nhất nó chiếm tới 74,05%, - Chất chiếm tỷ lệ lớn thứ 2 và thứ 3 lần lượt là Myrcene với 9,12% và Phellandrene với 2,98%. - Caveol là thành phần chiếm tỷ lệ nhỏ nhất trong tinh dầu và đạt 0,12%. Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 117 - 121 120 Bảng 3: Thành phần hoá học trong tinh dầu cam STT time RI Hit % Chemical name integral % 1 10.66 940 94 Pinene 29429624 0.93 2 11.87 980 89 Sabinene 5403321 0.17 3 12.27 993 93 Myrcene 94120027 2.97 4 12.87 1011 78 Phellandrene 3935575 0.12 5 13.87 1038 72 Limonene 2984034907 94.22 6 14.69 1064 89 Terpinene 10770693 0.34 7 14.87 1069 100 Otanol 7170575 0.23 8 15.99 1102 77 Linalool 7883298 0.25 9 18.97 1187 85 Terpinen-4-ol 3695579 0.13 10 19.40 1199 0 Terpineol 15304574 0.49 11 19.69 1208 86 Decanal 3766950 0.14 Total 99.99 - Trong tinh dầu cam, hàm lượng Limonene chiếm tỷ lệ phần trăm cao và đạt tới 94,22%. - Chất có hàm lượng cao thứ 2 vẫn là Myrcene và chiếm tỷ lệ 2.97%. - Chất có hàm lượng nhỏ nhất trong tinh dầu là Phellandrene và chiếm 0,12%. *Nhận xét: - Qua hai bảng phân tích thành phần hóa học có trong tinh dầu cam và tinh dầu bưởi ta thấy hàm lượng Limonene có trong 2 loại này có sự chênh lệch đáng kể. Limonene có trrong tinh dầu cam cao hơn 20,17% so với bưởi và ở mức 94,22%. Tác dụng của tinh dầu cam, bưởi Qua một số nghiên cứu đã chứng minh tinh dầu chứa trong vỏ cam, bưởi có khả năng xử lý xốp, vì vậy việc nghiên cứu và áp dụng trong thực tế là rất cần thiết. Sử dụng vỏ cam, bưởi để xử lý xốp sẽ làm giảm một phần lượng rác thải hữu cơ ở các chợ và các khu dân cư, đồng thời xử lý được lượng xốp phế thải, xây dựng môi trường sống trở nên xanh - sạch - đẹp hơn. KẾT LUẬN Mô hình hệ thống chưng cất tinh dầu trong phòng thí nghiệm được thiết kế theo nguyên lý chưng cất lôi cuốn hơi nước không có nồi hơi riêng. Khi tiến hành chưng cất tinh dầu cam, bưởi với khối lượng nguyên liệu sử dụng cho mỗi mẻ là 10kg và tiến hành chưng cất trong cùng một điều kiện lượng tinh dầu thu được của vỏ cam nhiều hơn so với vỏ bưởi. Trung bình khi chưng cất 10kg vỏ cam ta thu được 249,7ml tinh dầu nhiều hơn 29,7ml so với vỏ bưởi. Những kết quả là căn cứ quan trọng để xây dựng mô hình chưng cất tinh dầu cam bưởi. Kết quả phân tích thành phần hoá học trong tinh dầu đã chứng minh tinh dầu không chứa các thành phần độc hại với sức khoẻ con người cũng như môi trường. Limonene là chất chiếm thành phần phần trăm lớn nhất và chiếm 94,22% trong tinh dầu cam và 72,05% trong tình dầu bưởi. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vương Ngọc Chính (2005), Hương Liệu Mỹ Phẩm, Nxb Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. 2. Lê Thị Ngọc Duyên (2011), Nghiên cứu ly trích tinh dầu từ vỏ quả quất bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, Luận văn tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Đồng Tháp. 3. Nguyễn Minh Hoàng (2006), Khảo sát tinh dầu vỏ trái giống Citrus họ rutaceae. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở, Đại học Mở Tp HCM. 4. Nguyễn Văn Minh, Các phương pháp sản xuất tinh dầu, trang wep Viện nghiên cứu dầu và cây có dầu ( 5. Lê Ngọc Thạch (2003), Tinh dầu, Nxb ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 122(08): 117 - 121 121 SUMMARY RESEARCH OIL DISTILLATION MODEL OF ORANGE, GRAPEFRUIT PEEL AND APPLICATION FOR STYROFOAM WASTE TREATMENT Tran Thi Pha*, Vu Van Bien, Nguyen Thi Hao, Hua Van Dao, Vuong Van Anh College of Agriculture and Forestry - TNU Study oil distillation model from peel of orange and grapefruit in the Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry obtained the following results: to distillate 10kg peel were obtained essential oil volume averaged 249.7 ml and 220.0 ml in the peel of orange and grapefruit, Respectively. The quality essential oil after distillation is good, does not contain toxic substances, a major component in the essential oils is Limonene chemical. Initial study, Limonene chemical is capable of treating the Styrofoam. Keywords: distillation, essential oil, orange, grapefruit, Limonene Ngày nhận bài:10/3/2014; Ngày phản biện:24/3/2014; Ngày duyệt đăng: 25/8/2014 Phản biện khoa học: TS. Nguyễn Chí Hiểu – Trường Đại học Nông Lâm - ĐHTN * Tel: