Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt để xử lý rác thải xốp tại thành phố Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM




NGUYỄN THỊ HẰNG



NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TINH DẦU TỪ VỎ
QUẢ QUẤT, QUÝT (CITRUS) ĐỂ XỬ LÝ RÁC THẢI XỐP
TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN

Ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60.44.03.01


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG



Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận

Thái Nguyên - Năm 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN
Được sự nhất trí của ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa
Môi Trường trong thời gian thực tập tốt nghiệp em đã tiến hành đề tài
“Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) để xử lý rác
thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên”
Để có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em đã nhận được sự
giúp đỡ rất lớn từ các quý thầy cô trong nhà trường.
Đầu tiên cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu nhà
trường, các quý thầy cô trong khoa cũng như các quý thầy cô bộ môn trong
trường đã giúp em có được những kiến thức bổ ích về chuyên ngành Khoa
Học Môi Trường , cũng như đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận môi
trường thực tế trong thời gian qua.
Đặc biệt cho em gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo: PGS. TS
Đàm Xuân Vận - Khoa Môi trường. Trong thời gian viết luận văn, em đã nhận
được sự hướng dẫn tận tình của thầy, thầy đã giúp em bổ sung và hoàn thiện
những kiến thức lý thuyết còn thiếu cũng như việc áp dụng các kiến thức đó vào
thực tế trong thời gian thực tập để em có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã hết
lòng động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cả về mặt vật chất và tinh thần cho em
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thời gian, điều kiện tiếp cận và kiến thức
kinh nghiệm của bản thân, bài khóa luận của em không tránh khỏi những
khiếm khuyết, em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, ngày 1 tháng 10 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Hằng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Cơ sở khoa học 4
1.1.1. Nguồn gốc họ quất, quýt (Citrus) 4
1.1.2. Tổng quan về tinh dầu 4
1.1.2.1. Khái niệm về tinh dầu 4
1.1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu 5
1.1.2.3. Tính chất của tinh dầu 6
1.1.2.4. Các phương pháp sản xuất tinh dầu 8
1.1.2.5. Ứng dụng của tinh dầu chiết xuất từ họ Citrus 16
1.2. Cơ sở thực tiễn 19
1.2.1. Tình hình nghiên cứu về tinh dầu thuộc họ (Citrus) trên thế giới
và ở Việt Nam 19
1.2.1.1. Trên Thế giới 19
1.2.1.2. Ở Việt Nam 22
1.2.2. Tổng quan về acetone 24
1.2.2.1 Tính chất của acetone 24
1.2.2.2. Độc tính của acetone 24
1.2.3. Tình hình sản xuất, tiêu thụ và xử lý polystyrene (PS) trên Thế giới và
ở Việt Nam 25
1.2.3.1. Trên thế giới 25

1.2.3.2. Ở Việt Nam 27
1.2.4. Đánh giá hiện trạng rác thải tại Thành phố Thái Nguyên 29
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 34
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 34

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 34
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 34
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 34
2.2.1. Địa điểm nghiên cứu 34
2.2.2. Thời gian nghiên cứu 34
2.3. Nội dung nghiên cứu 34
2.4. Phương pháp nghiên cứu 35
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 35
2.4.2. Phương pháp lấy mẫu 35
2.4.3. Phương pháp tách chiết tinh dầu 35
2.4.5. Phương pháp phân tích thí nghiệm 36
2.4.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm 36
2.4.7. Phương pháp xử lý số liệu 37
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39
3.1. Chiết xuất tinh dầu từ vỏ quả thuộc họ quất, quýt (Citrus) 39
3.1.1. Thiết kế thiết bị chưng cất tinh dầu 39
3.1.2. Quy trình chưng cất tinh dầu 40
3.1.3. Kết quả khảo nghiệm 45
3.1.3.1. Kết quả chưng cất tinh dầu quất, quýt 45
3.1.3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học trong tinh dầu quất, quýt 47
3.2. Khả năng xử lý rác thải xốp bằng hợp chất có nguồn gốc thiên

nhiên được tách triết từ tinh dầu vỏ quả quất, quýt (Citrus) nhằm giảm
thiểu ô nhiễm môi trường 51
3.2.1. Đối với tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất 51
3.2.3. So sánh khả năng xử lý xốp giữa tinh dầu quất, quýt và acetone 55
3.2.4. Cơ chế của quá trình xử lý xốp bằng tinh dầu quất, quýt 57
3.2.5. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng tinh dầu quất, quýt xử lý xốp
thay thế cho acetone 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


3.3. Đề xuất quy trình xử lý rác thải xốp bằng phương pháp sinh học sử
dụng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
1 Kết luận 66
2 Kiến nghị 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
PS
Polystyren

Polystyren
LD
50

Chemical Oxygen
Demand
Liều lượng của hoá chất phơi
nhiễm trong cùng một thời điểm,
gây ra cái chết cho 50% của một
nhóm động vật dùng thử nghiệm
LC
50

Coefficient of variation
Giá trị LC thường tham khảo với
nồng độ của một hóa chất trong
không khí.
CT

Công thức
ĐV

Đơn vị
WHO
World Health
Organization
Tổ chức Y tế Thế giới
CTCP

Công ty cổ phần

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Tóm tắt một số công trình nghiên cứu tinh dầu vỏ quả họ Citrus 20
Bảng 2.1: Thể tích tinh dầu được chọn nghiên cứu để xử lý 5g xốp. 37
Bảng 3.1. Xác định thể tích (ml) lượng tinh dầu thu hồi trong quá trình
chưng cất vỏ quả quất, quýt 45
Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học chính trong tinh dầu quất 47
Bảng 3.3. Kết quả xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt 51
Bảng 3.4. Diễn biến thời gian và khối lượng rác thải xốp được xử lý ở công
thức hiệu quả nhất 55
Bảng 3.5. So sánh kết quả xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt và acetone 55
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm chưng cất thu hồi tinh dầu quất sau xử lý xốp 58
Bảng 3.7. Chi phí chưng cất 10 mẻ nguyên liệu tinh dầu quất, quýt 59





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2. 1. Thiết bị chưng cất bằng nước 12
Hình 2.2. Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng 14

Hình 3.1. Quy trình chưng cất tinh dầu 44
Hình 3.2: Công thức cấu tạo của Limonene 49
Hình 3.3: Công thức cấu tạo của Myrcene 49
Hình 3.4: Công thức cấu tạo của α-terpineol 50
Hình 3.5: Công thức cấu tạo của α- pinene và β- pinene 50
Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện khả năng xử lý xốp của tinh dầu quất 52
Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện khả năng xử lý xốp của tinh dầu quýt 53
Hình 3.8. Biểu đồ so sánh khả năng xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt
với acetone 56
Hình 3.9. Quy trình xử lý rác thải xốp bằng tinh dầu chiết tách từ vỏ
quả quất, quýt (Citrus) tại CTCP Môi trường và Công trình
đô thị Thái Nguyên 62




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết
Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên nóng bỏng và nhận
được sự quan tâm đặc biệt của tất cả các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là ô
nhiễm môi trường đất. Ô nhiễm môi trường đất đáng báo động vì nó không chỉ
ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ con người mà còn là nguyên nhân của ô nhiễm
nguồn nước ngầm, ô nhiễm không khí… Một trong những nguyên nhân chính và
chủ yếu gây ô nhiễm môi trường đất là do việc sinh sống của con người sử dụng
quá nhiều chất độc hại mà môi trường khó có thể phân hủy được. Để phân hủy 1

túi ni-lon trong điều kiện bị chôn lấp, phải mất đến hàng trăm năm và đặc biệt là
xốp, vật liệu cực kỳ khó bị phân hủy trong điều kiện tự nhiên.
Thành phố Thái Nguyên là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Thái Nguyên,
một trong những tỉnh thành trung tâm của khu vực Trung du và miền núi
phía Bắc. Trên địa bàn Tỉnh Thái Nguyên, công tác thu gom và xử lý rác
thải sinh hoạt đạt thấp, trên toàn tỉnh chỉ đạt 35% khối lượng phát sinh,
trong đó khu vực thành phố, thị xã đạt 70%, khu vực nông thôn đạt 17%,
rác thải bừa bãi gây mất mỹ quan đô thị, nông thôn. [12]
Ngoài ra, người dân địa phương có thói quen đốt rác thải xốp gây ra
mùi khét nồng nặc và phát thải các khí độc hại ảnh hưởng xấu tới sức khỏe
con người. Chất liệu nhựa để sản xuất ra các đồ dùng bằng xốp là PVC
(Polyvinyl Clorua) và PS (Poly Styrene), đây là 2 loại nhựa nguy hiểm trong số
những chất liệu nhựa đang lưu thông trên thị trường. Bên cạnh đó, các loại nhựa
tái chế cũng có thể được tận dụng để sản xuất đồ dùng bằng xốp. Hầu hết các đồ
bằng xốp này được sản xuất tại các cơ sở nhỏ lẻ, điều kiện vệ sinh và kỹ thuật
kém. Phần lớn chúng sau đó đều được thải ra môi trường. Để phân hủy rác thải
xốp trong công nghiệp, lâu nay người ta vẫn dùng hóa chất axenton và toluene,
hóa chất gây hại cho con người, sinh vật và chi phí cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


2
Trong vỏ quả thuộc họ (Citrus): quất, quýt… có chứa nhiều loại tinh
dầu như: Flavonoids, Isoflavonoids, Phytoestrogens, Isothiocyanates… Trong
đó có hàm lượng chất limonene rất cao chiếm 92,02%, đây là chất có thể hòa
tan được xốp. Vì vậy vỏ quýt, quất,… có khả năng làm nhiên liệu cho công
nghiệp tái chế xốp rẻ tiền, vừa hiệu quả vừa bảo vệ môi trường. Việc sử dụng
vỏ quất, quýt không những làm giảm đi lượng rác thải hữu cơ mà đồng thời
làm quang cảnh trở nên xanh- sạch- đẹp hơn.

Miền núi phía Bắc có nguồn vỏ quả thuộc họ (Citrus): quất, quýt…
tương đối phong phú do điều kiện khí hậu thuận lợi. Thái Nguyên với lợi thế
là tỉnh thuộc khu vực trung tâm trung du miền núi phía Bắc, thuận lợi về vị trí
địa lý khi tiếp giáp với các vựa vàng trồng trái, giao thông thuận tiện với hệ
thống giao thông liên vùng phát triển…Từ đây, chúng ta có thể thu mua
những quả không đủ tiêu chuẩn để xuất, bán cho các thương lái như: quả nhỏ,
quả không đẹp… để làm nguồn nguyên liệu phục vụ cho đề tài. Khi quy trình
được nhân rộng có thể tận dụng nguồn phế thải là vỏ quất, quýt trong ngành
công nghiệp sản xuất nước ép trái cây.
Xuất phát từ thực tiễn trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu Nhà
trường và Ban chủ nhiệm khoa Môi trường – Trường Đại học Nông Lâm thái
Nguyên, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Đàm Xuân Vận, tôi tiến
hành đề tài: “Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Citrus)
để xử lý rác thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát
- Nghiên cứu chiết tách tinh dầu từ vỏ quả quất, quýt (Cirtrus) để xử lý
rác thải xốp tại Thành phố Thái Nguyên.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên trong vỏ quả quất, quýt
(Citrus) thay thế acetone và toluen trong quá trình xử lý rác thải xốp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


3
- Nghiên cứu xử lý rác thải xốp bằng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất,
quýt (Citrus) tại Thành phố Thái Nguyên.
- Đề xuất xây dựng quy trình xử lý rác thải xốp bằng phương pháp
sinh học sử dụng tinh dầu chiết xuất từ vỏ quả thuộc họ (Citrus) là quất,

quýt nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, an toàn, giảm nguy cơ độc hại
với người và môi trường .
3. Ý nghĩa
3.1. Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả của đề tài sẽ là tài liệu phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu
khoa học cho Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và khối các trường Đại
học về Nông Lâm nghiệp và khoa học kỹ thuật; khối các viện nghiên cứu về môi
trường nông nghiệp và công nghệ môi trường.
- Các nguồn thông tin, giải pháp và quy trình công nghệ xử lý rác thải
xốp bằng tinh dầu từ vỏ quất, quýt (Citrus) trong luận văn được tài liệu hóa góp
phần nâng cao chuyên môn, phục vụ cho công tác quản lý cho các cơ quan quản
lý Nhà nước và cơ quan chuyên môn.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả của đề tài góp phần xác định được hợp chất có nguồn gốc
thiên nhiên thay thế axeton và toluen trong xử lý rác thải xốp, góp phần bảo
về môi trường.
- Hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên được tách chiết từ tinh dầu vỏ quả
quất, quýt (Citrus) có giá thành rẻ, an toàn đối với người sử dụng và an toàn mới
môi trường.
- Góp phần giảm bớt được sự ô nhiễm của rác thải xốp với môi trường và
giải quyết được nguồn nghiên liệu thải bỏ là vỏ quả quất, quýt (Citrus) trong
nông nghiệp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


4
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Cơ sở khoa học
1.1.1. Nguồn gốc họ quất, quýt (Citrus)
Việc trồng trọt các cây giống họ quả quất, quýt (Citrus) có thể bắt
nguồn ít nhất 4000 năm trở lại đây ở khu vực các nước nhiệt đới và cận nhiệt
đới của lục địa Châu Á (đặc biệt là các nước Đông Nam Á) và quần đảo
Malaysia. Trong thời gian gần đây hơn, cây Citrus đến đầu tiên ở các nước
Địa Trung Hải, do vậy, vùng trồng cây Citrus mở rộng khắp thế giới. Giống
Citrus gồm khoảng trên dưới 20 loài phân bố tự nhiên từ Ấn Độ, miền Nam
Trung Quốc, Việt Nam, Lào, Campuchia, Malaysia, Myanmar, Philippines,
Thái Lan, Indonesia cho đến miền Bắc Australia và New Caledonia. [1]
Hiện nay, với sự phát triển của kỹ thuật lai giống, giống Citrus đã
được lai ghép thành rất nhiều giống khác nhau và cho ra đời rất nhiều các
loài cây lai trên khắp thế giới. Tuy nhiên, chỉ một số ít loài cây được
nghiên cứu và được xác định tên khoa học một cách chính xác. Đa số các
cây lai từ các nhà vườn được lai một cách ngẫu nhiên sao cho phù hợp với
thời tiết, thổ nhưỡng và cho ra năng suất trái tốt.
1.1.2. Tổng quan về tinh dầu
1.1.2.1. Khái niệm về 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…) hay động vật (túi
tinh dầu). Hệ thực vật có tinh dầu khoảng 3000 loài, trong đó có 150-200 loài
có ý nghĩa công nghiệp. Tinh dầu có trong các nguồn nguyên liệu trên với
nồng độ rất khác nhau, có thể thay đổi từ phần triệu đến phần trăm và tinh dầu
tương đối dễ bay hơi [8, 10, 11].


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


5

Tinh dầu phân bố tập trung trong một số họ như họ hoa tán, học
Cúc, họ hoa môi, họ Long Não, họ Sim, học Cam, họ Gừng…Tinh dầu
được chiết một số bộ phận của cây như cánh hoa, lá, cành, rễ, vỏ trái,
cuống hạt, vỏ cây…
- Lá: Bạc Hà, Tràm, Bạch đàn, Hương nhu, Khuynh diệp, Húng chanh,
Tía tô, Cúc tần, lá Tràm, lá Sả, Long não, Cam, Chanh, Quýt…
- Bộ phận trên mặt đất: Bạc Hà, Hương nhu…
- Hoa: hoa Hồng, hoa Nhài, hoa Bưởi, hoa Hồi, hoa Đinh hương…
- Quả: Sa nhân, Hồi, Bưởi, Cam, Chanh, Quất, Xuyên tiêu, Thảo quả…
- Vỏ quả: Cam, Chanh, Bưởi, Quýt…
- Vỏ thân: Quế
- Gỗ: Long não, Vù hương, Trầm hương…
- Thân rễ: Gừng, Nghệ, Hành, Tỏi, Xuyên khung, Bạch chỉ, Đương quy…
Hàm lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất
trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch…Tinh dầu là sản phẩm
cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động
sống của cây…
1.1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu
 Phân loại theo hàm lượng
- Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1%. Thành phần
chính là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu.
- Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1% .
- Thành phần vết: là thành phần có hàm lượng không quá 0,1% trong
toàn bộ tinh dầu [5].
 Phân loại theo tính chất vật lý
Tinh dầu của mỗi loài thực vật là một hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp
chất thuộc các nhóm hữu cơ khác nhau.Theo tính chất vật lý, các hợp chất có
trong tinh dầu thường được phân thành hai nhóm chính:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
- Nhóm thành phần dễ bay hơi: chiếm tới 90 – 95% tổng lượng tinh dầu.
- Nhóm còn lại: gồm các hợp chất ít bay hơi chỉ chiếm 1 - 10% [5].
 Phân loại theo bản chất hóa học
Các hợp chất trong tinh dầu được chia thành các nhóm:
- Monoterpen mạch hở (ví dụ: myrcen, ocimen).
- Monoterpen mạch vòng (ví dụ: p-cymen, pinen, sabinen) .
- Monoterpen mạch hở bị oxy hóa (như farnesol, linalool, neral).
- Monoterpen mạch vòng bị oxy hóa (như terpineol, geraniol).
- Sesquiterpen mạch hở (ví dụ: farnesen).
- Sesquiterpen mạch vòng (ví dụ: copaen, humulen).
- Sesquiterpen mạch hở bị oxy hóa (như nerolidol).
- Sesquiterpen mạch vòng bị oxy hóa (như nootkaton, spathulenol).
- Các hợp chất thơm (ví dụ: indol).
- Các hydrocarbon mạch dài (như tetradecanal, dodecanal) [6].
1.1.2.3. Tính chất của tinh dầu
 Tính chất chung của tinh dầu
Tinh dầu là hợp chất hữu cơ hòa tan lẫn vào nhau, có mùi đặc trưng. Tại
nhiệt độ thường, tinh dầu thường ở thể lỏng, có khối lượng riêng bé hơn 1 (trừ
một vài loại như tinh dầu Quế, Đinh Hương có khối lượng riêng lớn hơn 1).
Để xác định tính chất vật lý của tinh dầu, thông thường người ta tiến
hành xác định các chỉ số như tỷ trọng, chiết suất, tỷ lệ hòa tan trong cồn 90
0
ở
25
0
C, nhiệt độ sôi, năng suất quay cực, màu sắc… Tinh dầu không tan hoặc
rất ít tan trong nước nhưng chúng hòa tan tốt trong đa số các dung môi hữu cơ

như ester, cồn
Về màu sắc, tinh dầu thường không màu hoặc có màu vàng nhạt. Một số
ít tinh dầu có màu (ví dụ: tinh dầu Ngải Cứu có màu xanh lơ, tinh dầu Quế có
màu nâu sẫm…) là do sự có mặt của các hợp chất có màu được lôi kéo theo tinh
dầu trong quá trình chiết xuất (ví dụ: màu xanh do có Chlorophyll, màu vàng do

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


7
có Carotenoid,…). Còn mùi và vị của tinh dầu chủ yếu gây ra do các cấu tử
thành phần bị oxy hóa.
Mặc dù thành phần hóa học của mỗi loại tinh dầu là khác nhau, nhưng
nhìn chung, chúng có nhiệt độ sôi khoảng 100
o
C – 200
o
C, dễ bay hơi và có
mùi thơm đặc trưng. Thành phần hóa học chủ yếu trong tinh dầu là các hợp
chất Terpenoid (tức các hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân
(nhất là ở nhiệt độ cao) và bị phân hủy bởi ánh sáng thành các hợp chất khác.
Vì vậy, người ta thường bảo quản tinh dầu trong những lọ sẫm màu, có miệng
nhỏ và đậy nút kỹ.
Tinh dầu thực vật thường có thành phần không ổn định mà luôn thay đổi
theo thời gian sinh trưởng của cây và cũng biến đổi theo điều kiện khí hậu, thời
tiết…và trong các bộ phận của cây, hàm lượng tinh dầu cũng khác nhau.
Mỗi tinh dầu có các hằng số vật lý đặc trưng như trạng thái(d), chiết
suất (n), độ quay cực (α), và các chỉ số hóa học như chỉ số Axit, chỉ số Iôt, chỉ
số Este, chỉ số Xà phòng hóa…Qua các chỉ số ta có thể đánh giá sơ bộ chất
lượng tinh dầu…[1, 11]

 Tính chất của tinh dầu họ quất, quýt (Citrus)
- Tinh dầu họ Citrus có mùi thơm đặc trưng, vị ngọt sắc, gây ấn tượng
mạnh, kích thích dịch vị, nhất là tuyến nước bọt. Nó tham gia nhiều thành phần
của nhiều chất thơm. Do đó, người ta thường sử dụng một ít để pha chế mùi tổng
hợp nhân tạo.
- Tinh dầu họ quất, quýt (Citrus) hầu như không tan trong nước, nhưng
tan ít ở nhiệt độ và áp suất cao.
- Thành phần chủ yếu của tinh dầu Chanh là Limonen, chiếm 90%
tổng thành phần có mặt trong tinh dầu. Giá trị của tinh dầu được đánh giá theo
thành phần chính
- Tùy theo loài Chanh, Cam, Quýt và điều kiện canh tác, vùng khí hậu
mà tinh dầu này có các thành phần hóa học và các chỉ số vật lý có sự thay đổi
khác nhau. Tinh dầu Citrus thường nằm trong khoảng chênh lệch sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


8
Tỷ trọng: d
20
= 0,846 – 0,854.
Chiết suất n
20
= 10402 – 10406.
Độ quay cực D
20
= 56 – 660 .
Chỉ số Caconyl = 2,72 – 3,0.
- Thành phần chính của tinh dầu cũng thay đổi rất lớn theo loài, vùng
khí hậu, đất canh tác trồng trọt, phương pháp khai thác …

1.1.2.4. Các phương pháp sản xuất tinh dầu
Có rất nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu nhưng dù có sử
dụng phương pháp chiết nào thì 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 với đặc tính của nguyên liệu.
- Tinh dầu phải được lấy triệt để khỏi nguyên liệu với chi phí thấp nhất.
Các phương pháp ly trích tinh dầu đều dựa vào các đặc tính sau của tinh dầu:
- Dễ bay hơi.
- Lôi cuốn theo hơi nước ở nhiệt độ dưới 100
o
C.
- Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ.
- Dễ bị hấp thu khi ở thể khí.
Sau đây, chúng ta đi tìm hiểu về một số phương pháp thường hay sử
dụng để ly trích tinh dầu thực vật [8, 9].
 Phương pháp chiết (Extraction)
a. Cơ sở của phương pháp:
Dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan của tinh dầu
có trong các mô nguyên liệu khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Phương
pháp chiết thường dùng để tách các hương liệu dễ bay hơi mà phương
pháp chưng cất tỏ ra kém hiệu quả.
Trong phương pháp này nguyên liệu được ngâm trong dung môi hữu cơ
thích hợp, sau đó cất chân không để thu hồi dung môi, phần còn lại là hỗn hợp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


9
tinh dầu và sáp được gọi là tinh dầu cô kết (gọi là “concrete oil”). Dùng cồn

tuyệt đối hòa tan “con- crete oil” rồi để lạnh, khi đó phần sáp sẽ đông đặc và
được tách loại, phần dịch còn 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 lưu hành trên thị trường.
b. Yếu tố quan trọng nhất cho sự thành công của phương pháp: là
phẩm chất và đặc tính của dung môi sử dụng, do đó dung môi chiết cần
phải đạt được những yêu cầu sau:
- 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 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.
c. 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
- Khuyết điểm: Yêu cầu cao về thiết bị, thất thoát dung môi, quy trình
tương đối phức tạp.
 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 chất thơm. Các khay có
thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đều nguyên liệu để trích hương
và để yên trong khoảng từ 12-72 giờ tùy từng loại nguyên liệu, sau đó
thay lớp nguyên liệu mới và để hấp phụ từ 10-15 lần cuối cùng thu được
chất béo có mùi thơm. Đem lắc chất béo với etanol cao độ để trích ly tinh
dầu, sau đó để lạnh -10
0
C 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 mỹ phẩm.
 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 thuộc chi Citrus.
Nguyên liệu chiết được trích 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 muối bão
hòa, tinh dầu sẽ nổi lên trên có kéo theo một phần sáp và nhựa. 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 lượng trong phòng thí nghiệm.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


11
 Phương pháp chưng cất
a. Định nghĩa:
Đây là phương pháp đầu tiên được dùng để tách tinh dầu ra khỏi
nguyên liệu thực vật. Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan,
khuếch tán và lôi cuốn theo hơi nước của những chất hữu cơ trong tinh
dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Chưng
cất có thể 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”.
b. Cơ sở của phương pháp chưng cất:
Là nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử
thành phần. Do đó, khi chưng cất hơi nước các cấu tử tinh dầu sẽ được tách
ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của nước, vì vậy sẽ hạn chế sự biến tính
hóa học (sự oxy hóa, nhiệt phân ) các cấu tử tinh dầu. Trong quá trình
chưng cất, hơi nước sẽ được thẩm thấu vào các mô nguyên liệu, sau đó sẽ
hòa tan, khuếch tán và lôi cuốn theo các hợp chất hữu cơ trong thành phần
tinh dầu. Dịch chưng cất sẽ được ngưng 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 do nguyên
liệu tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định. Trường
hợp các mô thực vật có các hợp chất khó bay hơi (như sáp, nhựa, acid béo
dây dài mạch thẳng) thì quá trình 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.

c. Các dạng chưng cất tinh dầu:
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).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


12
* 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, 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 độ chưng cất.

Hình 2. 1. Thiết bị chưng cất bằng nước
* Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng (Water and Steam
Distilla- tion):
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 một hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại
nguyên liệu. Phương pháp nay phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui
mô trung bình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


13
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 khác vẫn chưa khắc phục được.
Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịu được
nhiệt độ cao.
* Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng:
Trong phương pháp này hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng
và được dẫn vào các thiết bị chưng cất. Phương pháp này phù hợp với
những cơ sở sản xuất lớn. Ưu điểm của phương pháp này là 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 có thể dùng hơi quá nhiệt để chưng cất theo yêu cầu của công
nghệ. 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.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


14
Hình 2.2. Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng

d. Ưu - nhược điểm của phương pháp chưng cất:
* Ưu điểm:
- Quy trình kỹ 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 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.
Ngoài ra, ngày nay người ta còn sử dụng các phương pháp mới trong
việc ly trích 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 lôi cuốn bằng
hơi nước dễ áp dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm, chi phí đầu tư ít, dễ
dàng vận hành, cho hiệu quả chiết tương đối cao.
e. 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

15
tinh dầu bị vỡ và cho tinh dầu thoát tự do ra ngoài theo hơi nước lôi cuốn đi.
Theo Von Rechenberg, ở nhiệt độ sôi của nước phần lớn tinh dầu còn lại
trong các mô thực vật sẽ được 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 sẽ thẩm thấu 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.
Tuy nhiên, 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 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, đối với hạt không nghiền thì carvon (có nhiệt độ sôi cao nhưng tan
nhiều trong nước) sẽ ra trước, còn limonen (có 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 phân
Những cấu phần este trong tinh dầu dễ bị thủy phân cho ra acide và
alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Do đó, để hạn chế 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 sẽ làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng
hơi nước quá nhiệt (trên 100

0
C) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


16
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.
* Thu hoạch, bảo quản và sơ chế nguyên liệu
- Thu hoạch nguyên liệu
Nguyên liệu chứa tinh dầu cần thu hoạch vào lúc có nhiều tinh dầu
nhất và tinh dầu có chất lượng cao 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 [3].
- Bảo quản và sơ chế nguyên liệu
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.
1.1.2.5. Ứng dụng của tinh dầu chiết xuất từ họ Citrus
Việc sản xuất trái cây giống Citrus trên thế giới tăng đáng kể trong vài
thập kỷ qua, trung bình từ 48 triệu tấn /năm trong khoảng thời gian 1970-1971
đến 1978-1979, đến giai đoạn năm 1999-2000 đã tăng đến 90 triệu tấn/năm. Các
quốc gia ở Bắc Bán Cầu (The Northern hemisphere, chủ yếu là Mỹ và các nước
Địa Trung Hải) đóng góp khoảng 75% tổng sản lượng. Trong khi đó Nam Bán
Cầu (The Southern hemisphere, chủ yếu là Brazil và Argentina) đóng góp phần
còn lại, 25%. Trái Citrus chiếm thị phần đáng kể, khoảng 30% của thị trường trái

cây tươi của thế giới và một lượng lớn được tiêu thụ tại nơi sản xuất. Ngoài ra,
có hơn 30% tổng sản lượng được dùng để sản xuất nước ép. [16]
Các loại lá Citrus bên cạnh việc ly trích lấy tinh dầu, còn được dùng
làm gia vị và thuốc trị bệnh trong dân gian. Các loài thuộc giống
Fortunella, Citrofortunella bên cạnh được sử dụng để làm thực phẩm hàng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


17
ngày, sản xuất nước ép trái còn làm cây cảnh [17, 18]. Ngày nay, công
nghệ sản xuất nước ép trái Citrus, Fortunella, Citrofortunella kết hợp chặt
chẽ với việc sản xuất tinh dầu và limonen, thức ăn cho gia súc tạo thành
một qui trình khép kín và tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu sản xuất đã và
đang rất phát triển trên thế giới.
Tinh dầu và nước thơm: Trong suốt quá trình cô đặc nước ép trái
Citrus, một số hợp chất thơm tự nhiên cũng bị loại bỏ cùng với nước, bao
gồm lượng nhỏ tinh dầu vỏ trái trong nước ép. Các hợp chất dễ bay hơi
được thu hồi trong suốt quá trình sản xuất nước ép cô đặc được gọi là
phần nước thơm (essence). Tinh dầu các loài giống cây có múi này đặc
biệt là tinh dầu vỏ trái được ly trích, sử dụng và biết đầu tiên trong lịch sử
loài người. Các công trình nghiên cứu về tinh dầu giống cây này đã và
vẫn đang được quan tâm và công bố khắp nơi trên thế giới kể cả Việt Nam
với số lượng khổng lồ (Bảng 1.1). Hầu hết các loài cây thuộc giống Citrus
đều có chứa tinh dầu trong tất cả các bộ phận của cây, đặc biệt là vỏ trái,
lá và hoa. Hàm lượng tinh dầu trong vỏ trái thường rất cao (thay đổi từ
1,5 đến 6,5% so với sinh khối tươi của vỏ hoặc từ 0,15 đến 0,85% so với
sinh khối trái tươi). Tinh dầu vỏ trái được quan tâm và nghiên cứu rất
nhiều, bởi lẽ chứa hàm lượng tinh dầu và limonen cao. Chính vì vậy, tinh
dầu vỏ trái xem như là nguồn cung cấp limonen. Trong lá và hoa cũng

chứa tinh dầu. Tinh dầu hoa cam (tinh dầu neroli), hoa bưởi được đánh
giá rất cao. Đặc biệt là tinh dầu neroli. Đây là tinh dầu nổi tiếng nhất và
cũng thuộc loại đắt tiền nhất trong những tinh dầu chưng cất từ chanh,
cam, quít. Người ta bắt đầu khai thác tinh dầu này từ thế kỷ thứ 16. Tên
“tinh dầu Neroli” là do vợ của hoàng tử xứ Neroli, nước Ý, đã dùng để
làm thơm găng tay của mình. Tinh dầu Neroli thu được từ hoa tươi của
cây cam đắng (Citrus aurantium Linn. var. amara) bằng phương pháp
chưng cất hơi nước. Tinh dầu trong lá của phần lớn các loài cũng là nguồn