Khái quát chung
Nguồn gốc tinh dầu
Từ thời cổ đại, con người đã sử dụng các loại cây có mùi thơm, và đến thế kỷ XV, rễ cây thơm được dùng trong các nghi lễ tôn giáo Trong giai đoạn từ thế kỷ XV đến XVII, chất thơm được ứng dụng rộng rãi hơn trong làm đẹp và y học Từ thế kỷ XVII đến XIX, chất thơm không chỉ được dùng trong trang điểm mà còn được nghiên cứu và áp dụng trong công nghiệp Đến thế kỷ XX, chất thơm trở thành nguyên liệu quan trọng trong ngành hóa chất, thực phẩm và dệt Đầu thế kỷ XVI, khoa học đã xác định 14 loại chất thơm, và đến cuối thế kỷ XVI, con số này đã tăng lên 62 loại Từ thế kỷ XIX đến nay, hầu hết các loại tinh dầu đã được nghiên cứu lại một cách hệ thống, mở ra nhiều ứng dụng mới trong sản xuất.
Tình hình ngành công nghiệp tinh dầu ở Việt Nam
Xu hướng sử dụng hợp chất tự nhiên trong dược liệu, hương liệu, thực phẩm và mỹ phẩm đang gia tăng, dẫn đến nhu cầu tinh dầu tại Việt Nam và toàn cầu tăng nhanh Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên cây tinh dầu phong phú với hơn 300 loài, trong đó trên 50 loài được trồng trên diện tích 120.000ha Thời gian gần đây, nhờ chính sách hỗ trợ của chính phủ, các ngành công nghiệp thực phẩm, hương liệu, dược phẩm và mỹ phẩm đã đầu tư nghiên cứu và phát triển cây tinh dầu, hình thành mạng lưới tiêu thụ và xuất nhập khẩu, tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị cao phục vụ tiêu dùng trong nước và gia tăng kim ngạch xuất khẩu.
Ngành tinh dầu Việt Nam đang ngày càng phát triển và mở rộng ra thị trường quốc tế Tại các quốc gia như Đức, Hà Lan, Pháp, Nam Phi và Mỹ, tinh dầu sản xuất từ Việt Nam đã khẳng định được chất lượng vượt trội, đáp ứng tốt nhu cầu của các đối tác toàn cầu.
Tính chất, thành phần và phân loại tinh dầu
Tính chất hóa lí
Tinh dầu là hỗn hợp các chất hữu cơ có mùi thơm đặc trưng, như tinh dầu hoa hồng chứa phenol etilic, tinh dầu hoa nhài chứa jasmin, và tinh dầu chanh chứa limonen Chúng thường không tan trong nước nhưng dễ hòa tan trong các dung môi hữu cơ như rượu, benzen và ete dầu hỏa Tinh dầu có tính bay hơi cao, khối lượng riêng thường nhỏ hơn nước, ngoại trừ một số loại như tinh dầu quế và tinh dầu đinh hương có khối lượng riêng lớn hơn Hầu hết tinh dầu là các hợp chất có khả năng hoạt động quang học, có tính kháng sinh và sát trùng mạnh, dễ khuếch tán trong không khí, do đó phương pháp chưng cất thường được sử dụng để tách chiết tinh dầu.
Tính chất hóa học
Phần lớn tinh dầu có cấu trúc hóa học như este, andehit, xeton và rượu, điều này ảnh hưởng đến tính chất của chúng Các tinh dầu thường có tính chất hóa học đặc trưng là tính oxi hóa, khi tiếp xúc với oxi, các hợp chất trong tinh dầu sẽ bị oxi hóa, tạo ra mùi hương nhựa đặc trưng.
Thành phần hóa học của tinh dầu
Tinh dầu là hỗn hợp các hợp chất hóa học như hydrocarbon, rượu, phenol, andehit, xeton và ete, với hydrocarbon, đặc biệt là tecpen, đóng vai trò quan trọng nhất Tecpen là thành phần chính của tinh dầu từ nhiều loại quả và lá, trong đó có một số dẫn xuất như monotecpen.
Monotecpen thẳng bao gồm các hợp chất như mixen, oximen và các dẫn xuất chứa oxy như linalol, genaiol, xitronelol và xitral Những hợp chất này thường có mặt trong các loại tinh dầu tự nhiên như tinh dầu hoa húp lông, tinh dầu khuynh điệp, tinh dầu hoa hồng, cũng như tinh dầu từ cam, chanh, quýt và bưởi.
Monotecpen loại 1 vòng chủ yếu bao gồm limonen và các dẫn xuất chứa oxi của nó, được gọi chung là nhóm menton, bao gồm penton, pipertenon, piperiton, và nhiều hơn nữa Limonen có mặt nhiều trong nhựa thông, tinh dầu cam, chanh và thì là, trong khi nhóm menton chủ yếu được tìm thấy trong tinh dầu bạc hà.
Monotecpen loại 2 vòng bao gồm pinen và camphen, cùng với các dẫn xuất của chúng là bocneol và campho Pinen và camphen có mặt nhiều trong tinh dầu chanh, trong khi các dẫn xuất của chúng xuất hiện trong tinh dầu long não và nhiều loại thảo mộc khác Ngoài ra, secquytecpen (C15H24) cũng là một thành phần quan trọng trong nhóm này.
Bài viết đề cập đến một số hợp chất quan trọng trong tinh dầu, bao gồm facnezen, xiniliberen, humulen, cadinen và cantalen Trong đó, xiniliberen nổi bật với sự hiện diện nhiều trong tinh dầu gừng, trong khi humulen có mặt trong hoa húp long Facnezol, có nhiều trong tinh dầu cam, chanh và hoa hồng, cũng được nhắc đến Neronidol, có mặt trong cam, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ nước hoa và chế biến thực phẩm nhờ khả năng giảm độ bay hơi của các hợp chất thơm khác Cuối cùng, xantonin, với mùi hắc, xuất hiện nhiều trong cây họ thầu dầu.
Là hợp chất phổ biến trong tinh dầu thiên nhiên, tồn tại ở dạng este, glucozit hoặc dạng tự do Tiêu biểu gồm squalen và masticaldienic.
Phân loại
Tinh dầu thường được phân loại theo hai tiêu chí chính: một là nguồn gốc nguyên liệu để điều chế tinh dầu, và hai là thành phần hóa học chính của chúng.
Phân loại theo nguồn gốc nguyên liệu
Cách phân loại tinh dầu dựa trên nguyên liệu sản xuất giúp người dùng dễ dàng nhận biết và liên kết mùi hương với nguyên liệu gốc Chẳng hạn, tinh dầu chanh được đặt tên theo quả chanh, và mùi hương của nó cũng giống như mùi của quả chanh Phân loại này không chỉ chỉ rõ loại nguyên liệu mà còn phản ánh đặc trưng mùi hương của tinh dầu, tạo thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc lựa chọn.
Phân loại theo thành phần hóa học
Tinh dầu được định danh dựa trên thành phần hóa học chủ yếu của nó Chẳng hạn, tinh dầu thảo quả (Amomum aromaticum Roxb) có đến 80-85% là các dẫn xuất isopren, nổi bật là 1,8-cineol, nên được gọi là tinh dầu tecpenoit Tương tự, tinh dầu màng tang (Litsea cubeba Lour) cũng thuộc nhóm tinh dầu tecpenoit với citral, một dẫn xuất của monotecpen, chiếm hơn 60% trong thành phần.
Cách phân loại tinh dầu dựa trên thành phần chính giúp nhận thức rõ hơn về các hợp chất và hướng sử dụng hiệu quả Tuy nhiên, phân loại này chỉ mang tính tương đối, vì nhiều loại tinh dầu không chỉ chứa terpenoid mà còn có cả phenylpropanoid Chẳng hạn, tinh dầu bạch đậu khấu (Myristica fragrans) không chỉ có terpenoid như pinene, mà còn chứa myristicin, một dẫn xuất của phenylpropanoid.
Nguyên liệu cho sản xuát tinh dầu
Giới thiệu chung về nguyên liệu
Cho đến nay, nguyên liệu chính để sản xuất tinh dầu chủ yếu đến từ thực vật bậc cao, với khoảng 3.000 loài cây thuộc 120 họ, tập trung nhiều nhất ở vùng nhiệt đới (45%), tiếp theo là vùng ôn đới (20%) và cận nhiệt đới (10%) Việt Nam, nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, sở hữu rất nhiều loài thực vật có tinh dầu Một số họ cây chứa nhiều loài tinh dầu đáng chú ý bao gồm họ sim (Myrtaceae), họ bạc hà (Lamiaceae), họ hoa tán (Apiaceae), họ cúc (Asteraceae), họ cam (Rutaceae), họ long não (Lauraceae), họ thông (Pinaceae), họ hoa hồng (Rosaceae), họ gừng (Zingiberaceae) và họ hoàng đàn (Cupressaceae).
Mặc dù có nhiều loài cây chứa tinh dầu, hiện chỉ khoảng 100 loài được khai thác và trồng, cung cấp khoảng 80.000 tấn tinh dầu mỗi năm cho nhu cầu toàn cầu Việt Nam có điều kiện tự nhiên lý tưởng cho sự phát triển của các cây chứa tinh dầu, với nhiều loài như hoa nhài, hoa hồng, bưởi, hồi, bạc hà, và gỗ trầm, đều có hàm lượng tinh dầu cao Những nguyên liệu này có sẵn trong tự nhiên hoặc có thể được trồng và thu hoạch để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Phân loại nguyên liệu
Mỗi loại cây thường sản sinh ra các chất thơm đặc trưng, phân bố rộng rãi ở nhiều bộ phận khác nhau Tuy nhiên, một số cây lại có sự phân bố chất thơm khác nhau giữa các bộ phận; chẳng hạn, vỏ cây quế chứa cinamic aldehyde, lá cây chứa eugenol, và rễ cây chứa camphor Đặc biệt, ở các cây họ cam chanh, chất thơm chủ yếu tập trung ở vỏ quả Trong ngành công nghiệp, việc khai thác thường tập trung vào những phần cây giàu chất thơm nhất.
Do đó nguyên liệu chất thơm được chia ra thành các nhóm:
- Loại nhóm quả, hạt: Bao gồm các loại chứa chất thơm trong quả và hạt Ví dụ hồi, mùi, màng tang,
Nhóm cỏ lá bao gồm các loại cây có chứa chất thơm trong lá hoặc các phần xanh mọc trên mặt đất, như tràm, sả, bạc hà và hương nhu.
Nhóm hoa chứa các tinh dầu có giá trị cao, mang lại hương thơm đặc trưng Sự biến đổi màu sắc của hoa có tác động đến mùi hương, điển hình như hoa hồng và hoa nhài.
- Nhóm rể, củ, vỏ: bao gồm các loại chứa chất thơm trong củ, rễ, vỏ cây và các chồi, búp Ví dụ gừng, quế, long não,…
Giới thiệu một số nguyên liệu
Tràm (Melaleuca) bao gồm khoảng 230 loài, trong đó khoảng 220 loài là đặc hữu của Úc và Tasmania Một số loài cũng xuất hiện ở Indonesia và Papua New Guinea, trong khi loài M cajeputi phân bố từ phía bắc Úc đến lục địa Châu Á Tràm được sử dụng rộng rãi trong sản xuất tinh dầu.
Melaleuca alternifolia là cây thân gỗ nhỏ, thường xanh, cao tối đa 7 mét với vỏ màu trắng nhiều lớp Lá cây nhỏ hẹp, dài từ 10-35 mm và rộng khoảng 1 mm, chứa nhiều tinh dầu Hoa màu trắng mọc thành chùm, mỗi hoa có cánh dài 2-3 mm Tinh dầu tràm trà chủ yếu chứa thành phần Terpinen-4-ol (30%).
Terpineol (1,5-8%).Tại Việt Nam, tinh dầu tràm được sản xuất tại các tỉnh Nam Bộ và Trung Bộ Hàm lượng cineol của tinh dầu tràm cajuput chiếm khoảng 55 – 65%
Quế được trồng chủ yếu ở các tỉnh Yên Bái, Quảng Ninh, Thanh Hóa, Quảng Nam và Quảng Ngãi Tinh dầu quế có mặt trong các bộ phận như lá, cành, rễ và vỏ, với hàm lượng khác nhau: vỏ khô chứa 1-2,5% tinh dầu, trong khi lá chỉ có 0,2-0,5%.
- Quế Thanh Hoá, Nghệ An: Cinnamomum loureirii Nees
- Quế loại Trung Quốc: Cinnamomum cassia Blume
- Quế loại Xrilanca: Cinnamomum zeylanicum Nees[8]
Hình 2.1: Quế Thanh Hình 1-1: Tràm
Tinh dầu quế được chiết xuất từ vỏ có thành phần chính là cinamaldehyde, chiếm từ 70-90%, cùng với các hợp chất khác như cinamyl acetate, octo-methoxyl cinnamaldehyde và cumarin, đều nằm trong giới hạn cho phép Trong khi đó, lá và cành con có hàm lượng tinh dầu thấp hơn, nhưng lại chứa một lượng phenol cao, đặc biệt là eugenol, có thể chiếm đến 80%.
Cây oải hương là loại cây bụi thường niên có mùi thơm nồng, xuất xứ từ vùng Địa Trung
Hải là một loại thảo mộc nổi bật với mùi hương thơm sạch và khả năng đuổi côn trùng Nhờ vào những đặc tính này, hải được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và dược phẩm, cũng như được sử dụng như một chất kháng khuẩn hiệu quả.
Tỷ lệ tinh dầu của hoa Lavender từ 0,3-
1% trích xuất từ đỉnh hoa tươi, trong đó các thành phần chính gồm Linalyl acetat (25-45%);
Bưởi là cây cao lớn với vỏ thân màu vàng nhạt, thường có nhựa chảy ra từ các kẽ nứt Cành bưởi có gai dài và nhọn, trong khi lá của cây có hình trứng và chiều dài đáng kể.
Bưởi có kích thước từ 11-12 cm, rộng 4,5-5,5 cm, với hai đầu tù và cuống lớn Hoa bưởi là hoa kép, đều, thường mọc thành chùm từ 6-10 bông và có mùi hương dễ chịu Quả bưởi hình cầu, vỏ dày và màu sắc đa dạng tùy theo giống Loại cây này được trồng phổ biến ở Phú Thọ và miền Nam Việt Nam.
Grapefruit (Citrus paradisi Macfa) contains essential oils found in its leaves, flowers, and peel The primary components of grapefruit leaf essential oil include dipentene, linalool, and citral, while the peel's essential oil consists of 26% citral and esters Additionally, grapefruit peel is rich in pectin, naringin, peroxidase enzymes, amylase, rhamnose sugar, and vitamins A and C, along with hesperidin The essential oil has a distinctive fruity aroma with a subtle woody scent, featuring a chemical index of aldehyde at 1.5-2.5% (decanal) Key components of the oil include limonene (83-93%), myrcene (1.4-1.6%), β-caryophyllene (0.2-2.7%), nootkatone (0.1-1%), and octanol (0.1-0.2%).
Hình 1-2: Lavandula angustifolia ‘Munstead’
Hình 1-3: Bưởi da xanh
Sả là loại cỏ lâu năm, có chiều cao từ 0.8 đến 1.5 mét hoặc hơn, với rễ màu trắng hoặc hơi tím Lá sả hẹp và dài, tương tự như lá lúa, có mép hơi nháp.
Toàn cây có hương thơm đặc trưng Để phân loại sả trong sản xuất tinh dầu, người ta chia thành 2 loại chính:
- Nhóm sả cho tinh dầu với thành phần chủ yếu là Citronellal và genariola:
Cymbopogon nardus (sả Sri Lanka)…
- Nhóm sả cho tinh dầu với thành phần chủ yếu là xitrala làm tinh dầu có mùi chanh:
Cymbopogon flexuosus, Cymbopogon citratus (Sả chanh)…
Các quốc gia sản xuất tinh dầu sả hàng đầu bao gồm Indonesia, Sri Lanka, Ấn Độ và Trung Quốc Tại Việt Nam, sả Java được trồng chủ yếu ở tỉnh Tuyên Quang với sản lượng đạt hơn 400 tấn và năng suất tinh dầu khoảng 30 tấn Ngoài Tuyên Quang, sả còn được trồng tại các tỉnh như Hà Giang, Đăk Nông, Nghệ An và Hà Tĩnh Tinh dầu trong sả chiếm từ 1-2%, trong đó tinh dầu sả Java chứa nhiều thành phần quý giá như citronellal, citronellol và geraniol, trong khi tinh dầu sả hoa hồng có đến 80% geraniol, mang lại giá trị thương mại cao.
Cây bạc hà (Mentha arvensis L.), còn được gọi là bạc hà nam, là một loại cỏ sống lâu năm, có chiều cao từ 10 đến 60-70 cm Thân cây vuông, mọc thẳng đứng hoặc hơi bò và có nhiều lông Lá của cây mọc đối nhau với cuống dài.
Tinh dầu bạc hà là hoạt chất chính trong bạc hà, chiếm tỷ lệ từ 0,5-1%, có thể đạt tới 1,3-1,5% Ngoài ra, bạc hà còn chứa các flavonozit Hiện nay, nhiều giống bạc hà được lai tạo và tuyển chọn có thể cho lượng tinh dầu lên đến 5,2-5,6%.
Xá Xị (Cinnamomum parthenoxylon Meissn)
Xá xị là cây thân gỗ cao từ 12-18m, có lá dài 12-18cm và rộng 5-7cm, với 3 gân hoặc gân lông chim Cuống lá ngắn khoảng 4cm, hoa màu trắng và có mùi thơm nhẹ, trong khi quả mọng hình cầu Cây chủ yếu phân bố ở các tỉnh phía Nam, từ Quảng Trị trở vào, đặc biệt nhiều ở Lâm Đồng, Đồng Nai và Sông Bé Trong gỗ và rễ của cây chứa 1-2% tinh dầu màu vàng nhạt với mùi thơm dịu, trong đó safrol chiếm tới 75% thành phần.
Thu hoạch, vận chuyển nguyên liệu
Thu hoạch
Tinh dầu trong thực vật có thành phần không ổn định, thay đổi theo thời gian sinh trưởng và điều kiện khí hậu Hàm lượng tinh dầu ở các bộ phận của cây cũng khác nhau, do đó cần xác định thời gian thu hái để đạt được hàm lượng cao nhất và chất lượng tốt nhất Mức độ chín của nguyên liệu không đồng đều, tùy thuộc vào từng loại; ví dụ, hoa nên được thu hoạch khi nở hoàn toàn, trong khi quả nên được hái khi vừa chín tới Thời điểm thu hoạch thường là vào sáng sớm, khi sương tan, vì hàm lượng tinh dầu giảm dần từ sáng đến tối.
Khi thu nhận nguyên liệu, cần chú ý đến độ sạch và loại bỏ các tạp chất không mong muốn, như hoa, cành và cỏ Những tạp chất này có thể chứa chất thơm, làm giảm chất lượng sản phẩm chính trong quá trình chế biến Do đó, việc kiểm tra và loại bỏ tạp chất ngay tại đồng ruộng trong quá trình thu hoạch là rất quan trọng, nhằm tiết kiệm thời gian và công sức cho cơ sở sản xuất.
Vận chuyển
Để bảo quản nguyên liệu hiệu quả trong quá trình vận chuyển, thời gian vận chuyển cần được rút ngắn, đặc biệt đối với nguyên liệu tươi như hoa hồng và hoa nhài, nên xây dựng nhà máy gần vùng nguyên liệu từ 10 – 25km Nguyên liệu từ củ, rễ, quả hoặc lá có thể được vận chuyển xa hơn do khả năng làm khô Trong quá trình vận chuyển, cần tránh làm dập nát và bóc nóng nguyên liệu, vì điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu Một biện pháp bảo quản là tạo khung đỡ phân cách giữa các lớp nguyên liệu và đóng xe với khoảng hở để thông thoáng Ngoài ra, cần phủ bạt hoặc lá để bảo vệ khỏi mưa nắng và sử dụng giỏ sọt để xếp hoa thành từng lớp xen kẽ, tránh để trực tiếp lên nhau.
Ứng dụng của tinh dầu
Tinh dầu cho nước hoa và mỹ phầm
Lượng tinh dầu lớn nhất chủ yếu được sử dụng trong hương liệu và mỹ phẩm, đặc biệt là tinh dầu từ các loại hoa Trong nước hoa, tinh dầu thường chiếm tỷ lệ rất nhỏ, chỉ vài phần trăm hoặc thậm chí phần nghìn, phần vạn, trong khi cồn và các chất pha chế khác chiếm phần lớn.
Chất lượng tinh dầu và phương pháp điều chế quyết định đến mục đích sử dụng của chúng Trong số 30 loại hoa hồng, chỉ có 3 loại chính được chọn để sản xuất tinh dầu, bao gồm Rosa carritifolia L, Rosa galliaca Lam và Rosa damacena Mill Các nghiên cứu về phương pháp chiết xuất tinh dầu khác nhau nhằm tạo ra sản phẩm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Chẳng hạn, từ 100 kg hoa hồng, người ta có thể chiết xuất tinh dầu để pha chế nước hoa, trong khi nước sau khi chưng cất có thể được sử dụng để sản xuất kem hoặc dược phẩm Để có tinh dầu hoa hồng êm dịu, hoa hồng thường được ngâm trong dầu béo ở nhiệt độ 30-40°C nhiều lần cho đến khi dầu béo bão hòa tinh dầu, sau đó xử lý với cồn 90% để thu được tinh dầu cho nước hoa cao cấp.
Tinh dầu cho thực phầm
Thực phẩm cần có mùi vị để kích thích dịch vị, giúp tăng cường cảm giác thèm ăn, từ đó tạo điều kiện cho việc ăn ngon, ăn nhiều và tiêu hóa tốt Để đạt được điều này, tinh dầu là yếu tố không thể thiếu, do đó nhu cầu sử dụng tinh dầu trong thực phẩm là điều tất yếu.
Tinh dầu cho thực phẩm phải đảm bảo không độc hại và an toàn cho sức khỏe Chúng không chỉ mang lại mùi hương dễ chịu mà còn kích thích tiết dịch vị Mặc dù lượng tinh dầu sử dụng trong thực phẩm rất ít, thường dưới ngưỡng gây độc, nhưng những trường hợp ngộ độc do tinh dầu rất hiếm gặp.
Tinh dầu được sử dụng phổ biến trong thực phẩm bao gồm các loại từ trái cây như chanh, cam, xoài, mơ, mít và dứa Ngoài ra, còn có các loại tinh dầu tạo mùi, cũng như các tinh dầu mang cả hương vị lẫn mùi thơm như tỏi, tiêu, nghệ, gừng, bạc hà, húng, tía tô, quế, hồi, thảo quả, đinh hương và nếp.
Tùy thuộc vào nhu cầu và phương pháp chế biến thực phẩm, việc chọn tinh dầu và cách điều chế là rất quan trọng Chẳng hạn, để tạo hương vị cho rượu chanh, rượu cam hoặc các loại nước giải khát có mùi chanh, cam, người ta không sử dụng tinh dầu cất lôi cuốn hơi nước từ vỏ cây Thay vào đó, người ta gọt vỏ chanh, cam chưa chín, ngâm vào cồn 96% trong một khoảng thời gian, sau đó vớt vỏ ra, hạ độ cồn xuống 60%, loại bỏ phần tecpen không tan và cất lôi cuốn hơi nước từ phần cồn 60% để thu được tinh dầu.
“cồn chanh thơm” dùng để pha các loại rượu và nước giải khát
Trong ngành công nghệ chế biến bánh kẹo, tinh dầu không được sử dụng trực tiếp mà thường được pha trộn với các chất khác như cồn 96%, glyxerin, propylenglycol và vanillin để tạo ra hương vị đặc trưng cho sản phẩm.
Tinh dầu cho dược phẩm
Tinh dầu được sử dụng trong y học nhờ vào tác dụng sinh lý, sinh hóa, kháng khuẩn và kháng nấm của chúng Trong thuốc dân tộc, tinh dầu thường được sử dụng như một nguyên liệu chính Tuy nhiên, tinh dầu nguyên chất, như tinh dầu tẩy giun từ hoa hoặc quả của cây Chenopodium ambrosivides L., không được sử dụng trực tiếp.
Tinh dầu bạc hà pha thành dầu xoa bóp để trị các bệnh về viêm khớp, giảm đau Tinh dầu khuynh diệp nồng độ 0,5 – 1% nhỏ mũi chống cảm cúm.
Tinh dầu cho hương liệu
Ngày nay, hương liệu thiên nhiên không còn đủ để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và thuốc lá, dẫn đến việc sử dụng hương liệu nhân tạo ngày càng phổ biến Để sản xuất hương liệu nhân tạo, cần một lượng lớn đơn hương, là những hợp chất tinh khiết có mùi thơm Các đơn hương này thường được điều chế từ tinh dầu, làm tăng giá trị của chúng Chẳng hạn, tinh dầu màng tang chứa 40-50% xitral có giá chỉ 25.000 đ/kg, trong khi xitral tinh khiết 98-99% được tách ra từ tinh dầu này có giá lên tới 3.000.000 đ/kg.
Việc phân lập các thành phần có mùi thơm từ tinh dầu với độ tinh khiết cao để tạo ra hương liệu pha chế đang trở thành một lĩnh vực được chú trọng và không ngừng cải tiến.
TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Bảo quản và xử lí sơ bộ nguyên liệu
Bảo quản
Sau khi thu hoạch, nguyên liệu cần được bảo quản đúng cách để duy trì chất lượng Nhiệt độ và độ ẩm là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của men và sự phát triển của sâu bọ, vi sinh vật trong nguyên liệu Việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm giúp tạo điều kiện bảo quản tối ưu, giảm thiểu các yếu tố bất lợi Nhiệt độ quá cao (trên 45-50°C) có thể làm thay đổi thành phần hóa học và giảm chất lượng thơm của nguyên liệu, trong khi nhiệt độ quá thấp lại ảnh hưởng đến phẩm chất nguyên liệu khô Do đó, cần lựa chọn nhiệt độ phù hợp cho từng loại nguyên liệu Đặc biệt, các nguyên liệu tươi như hoa hồng và trái cây có múi không thể bảo quản lâu và cần được chế biến ngay.
Tùy thuộc vào độ ẩm của không khí, nguyên liệu có thể hút hoặc thải ẩm ra môi trường Để bảo quản hiệu quả, cần điều chỉnh độ ẩm của nguyên liệu và không khí bên ngoài về một mức giới hạn nhất định Khi đạt được điều này, nguyên liệu sẽ không mất ẩm hay hút ẩm, từ đó giữ được chất lượng trong quá trình bảo quản.
Xử lí sơ bộ nguyên liệu
Thường dùng phương pháp sàng phân loại
Tinh dầu trong thực vật thường nằm trong các mô tế bào, vì vậy việc nghiền nguyên liệu là cần thiết để giải phóng tinh dầu, giúp rút ngắn quy trình sản xuất Máy nghiền búa hoặc nghiền trục thường được sử dụng để thực hiện quá trình này Mặc dù việc nghiền nhỏ giúp tăng hiệu suất phá vỡ tế bào, nhưng có thể gây tắc ống dẫn hơi và ảnh hưởng đến quá trình chưng cất do độ xốp giảm Mức độ nghiền được xác định bằng dung trọng, tức trọng lượng của một đơn vị thể tích nguyên liệu, và mỗi loại nguyên liệu có dung trọng thích hợp cần được xác định trong phòng thí nghiệm.
Các phương pháp thu nhận tinh dầu
Quy trình chưng
Khi chưng cất một hỗn hợp chất lỏng, thành phần của hỗn hợp hơi có thể thay đổi theo sự biến đổi của thể lỏng Dưới áp suất không đổi, mức độ hòa tan của các cấu tử ảnh hưởng đến thành phần dung dịch lỏng thu được, thường có nồng độ chất dễ bay hơi cao hơn so với chất lỏng ban đầu Đặc biệt, nhiệt độ sôi của hỗn hợp nước và tinh dầu thấp hơn nhiều so với tinh dầu riêng lẻ, cho phép tách tinh dầu mà không cần đạt đến nhiệt độ sôi của nó Phương pháp chưng cất có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cần được cân nhắc trong quá trình áp dụng.
- Các quy trình kỹ thuật có khả năng nâng cao hàm lượng của từng cấu tử hỗn hợp hơi bay ra bằng cách phân chia chúng
- Không đòi hỏi vật liệu phụ nhiều như các phương pháp trích ly và hấp phụ
Thời gian chưng cất nhanh chóng, với các thiết bị chưng cất gián đoạn thông thường chỉ mất từ 5 đến 10 giờ, trong khi các thiết bị chưng cất liên tục có thể hoàn thành trong khoảng 30 phút đến 1 giờ.
- Có thể tiến hành chưng cất đối với các cấu tử có nhiệt độ sôi cao ở nhiệt độ gần
- Thiết bị khá gọn gàng, dễ chế tạo, quy trình sản xuất đơn giản
- Không áp dụng phương pháp chưng cất vào những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp vì:
- Sản phẩm thu được có thể bị ảnh hưởng nếu các cấu tử có trong thành phần tinh dầu dễ bị thủy phân khi cất
Các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi trong nguyên liệu ban đầu, như sáp và nhựa thơm, không thể tách rời vì chúng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hương liệu với tính chất định hương cao.
- Hàm lượng tinh dầu còn lại trong nước chưng (nước sau phân ly) tương đối lớn
- Cần dùng một lượng nước lớn để làm lạnh
Giải thích quy trình a Nạp nguyên liệu
Nguyên liệu chứa tinh dầu từ kho bảo quản được nạp vào thiết bị chưng cất, có thể xử lý trước khi nạp để thuận lợi cho quá trình Việc nạp liệu có thể thực hiện thủ công hoặc cơ giới, trực tiếp hoặc qua giỏ chứa Nguyên liệu không được nén quá chặt để đảm bảo hơi phân phối đều, cũng như không quá lỏng để tránh hiện tượng hơi đi ra ngoài mà không tiếp xúc với toàn bộ khối Đối với nguyên liệu lá, cỏ, cần nén chặt sau khi xổ tung để tránh rỗng cục bộ Sau khi nạp liệu, cần đóng chặt mặt bích nối thiết bị với nắp, vặn chặt theo nguyên tắc đối nhau để nắp không bị chênh.
Khi bắt đầu quá trình chưng cất, hãy mở van hơi từ từ để đuổi không khí và phân phối hơi đều trong nguyên liệu, tránh tình trạng nguyên liệu bị cuốn theo hơi gây tắc ống dẫn Trong suốt quá trình chưng cất, cần điều chỉnh nhiệt độ dịch ngưng trong khoảng 30-40°C bằng cách thay đổi tốc độ nước làm lạnh, vì nếu dịch ngưng quá nóng sẽ làm tăng độ hòa tan của tinh dầu vào nước và bay hơi tinh dầu Để kiểm tra xem quá trình chưng cất đã kết thúc hay chưa, có thể dùng một tấm kính hứng dịch ngưng; nếu trên tấm kính còn váng dầu, nghĩa là quá trình chưng cất chưa hoàn tất.
Hỗn hợp hơi tinh dầu và nước từ thiết bị chưng cất được dẫn vào thiết bị ngưng tụ qua vòi voi Tại đây, hỗn hợp hơi sẽ truyền ẩn nhiệt cho nước lạnh, dẫn đến quá trình ngưng tụ thành nước Thiết bị ngưng tụ thực hiện hai nhiệm vụ chính: ngưng tụ hỗn hợp hơi thành dạng lỏng và hạ nhiệt độ của hỗn hợp lỏng vừa ngưng tụ xuống mức yêu cầu.
Hỗn hợp lỏng chứa tinh dầu và nước chưng được phân tách thành các lớp riêng biệt trong thiết bị phân ly Tùy thuộc vào khối lượng riêng của tinh dầu so với nước, tinh dầu sẽ được thu hồi từ phần trên hoặc phần dưới của thiết bị Sau đó, bã sẽ được tháo ra khỏi thiết bị.
Tháo nắp thiết bị và vỉ, sau đó sử dụng tời để kéo giỏ chứa bã ra Kiểm tra và bổ sung nước nếu cần (nước sử dụng là nước sau khi phân ly tinh dầu) trước khi cất mẻ khác Cuối cùng, thu hồi tinh dầu từ nước chưng.
Khi chưng cất tinh dầu, nước chưng chứa một lượng tinh dầu đáng kể, dao động từ 0.01 – 0.25% so với lượng nước Tinh dầu trong nước tồn tại dưới hai dạng: dạng nhũ tương phân tán và dạng hòa tan Để tách tinh dầu, có thể sử dụng phương pháp lắng hoặc ly tâm cho dạng nhũ tương, trong khi dạng hòa tan cần được chưng cất lại để tinh chế.
Tinh dầu sau khi ra khỏi thiết bị phân ly là tinh dầu thô, chứa nhiều tạp chất như nước, hợp chất hữu cơ, chất màu, nhựa và sáp hòa tan Để nâng cao chất lượng tinh dầu và đảm bảo quá trình bảo quản hiệu quả, cần tiến hành xử lý tinh dầu qua các công đoạn cụ thể.
Lắng là quá trình nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ, hữu cơ và những chất không mong muốn khác có trong tinh dầu Thời gian lắng thường kéo dài từ 24 đến 48 giờ, sử dụng các thiết bị lắng có đáy hình côn để đạt hiệu quả tối ưu.
Lọc là quá trình nhằm tách biệt các tạp chất vô cơ và hữu cơ có kích thước nhỏ, thường được thực hiện bằng thiết bị lọc khung bản.
Sau khi lắng lọc, tinh dầu vẫn còn chứa một lượng nước phân tán hoặc hòa tan, do đó cần thực hiện quá trình sấy khô Thông thường, Natri sunphat khan được sử dụng với hàm lượng từ 2,5% đến 5,5% tùy thuộc vào lượng nước có trong tinh dầu Hiện nay, phương pháp sấy chân không cũng đang được áp dụng để thu được tinh dầu tinh khiết hơn.
Tinh dầu thành phẩm sau khi được kiểm tra chất lượng sẽ được đưa vào phân xưởng bao bì Tinh dầu được đóng gói trong các thùng, lọ, bi-đông bằng thiếc hoặc nhôm, đảm bảo bao bì phải khô, sạch và không bị méo mó Nếu sử dụng chai, lọ thủy tinh, cần có hộp gỗ bên ngoài để tránh đổ vỡ Mỗi loại bao bì cần được ghi nhãn hiệu đầy đủ theo tiêu chuẩn.
Các phương pháp chưng cất a Chưng cất với nước
Nguyên liệu và nước được kết hợp trong một thiết bị đun sôi, khi nước bay hơi, nó sẽ mang theo tinh dầu Sau quá trình ngưng tụ, tinh dầu sẽ được tách ra, mang lại nhiều lợi ích.
- Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, phù hợp với nhiều mô hình sản xuất
- Tinh dầu có chất lượng chưa cao
Phương pháp trích ly
Trích ly là quá trình sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan các chất cần thiết, từ đó tách riêng dung môi và thu được sản phẩm mong muốn Nguyên lý của trích ly dựa vào sự khác biệt về hằng số điện môi giữa dung môi và chất cần tách, với các chất có hằng số điện môi từ 2-5 và dung môi hữu cơ từ 1,5-2 Trong ngành công nghiệp tinh dầu, phương pháp này được áp dụng để tách tinh dầu từ hoa, đặc biệt là khi hàm lượng tinh dầu thấp Trích ly có thể thực hiện ở nhiệt độ thường, cho phép thu hồi các thành phần quý như sáp và nhựa thơm mà phương pháp chưng cất không thể tách được, do đó nâng cao chất lượng tinh dầu sản xuất.
Giải thích sơ đồ a Xử lí nguyên liệu
Tinh dầu thường tồn tại trong nguyên liệu, được liên kết và bảo vệ bởi chúng Để giải phóng tinh dầu, cần phải xử lý nguyên liệu nhằm tạo điều kiện cho chúng tiếp xúc với dung môi, từ đó cho phép dung môi tương tác và hòa tan tinh dầu.
- Nguyên liệu dùng cho trích ly phải ráo nước
- Xác định thời gian trích ly cần thiết phù hợp với từng loại nguyên liệu ý nguyên liệu b Lựa chọn dung môi
Khi chọn dung môi cho quá trình trích ly, cần xem xét nguyên liệu và phương pháp trích ly Có hai phương pháp trích ly: tĩnh và động Trong phương pháp tĩnh, nguyên liệu được ngâm trong dung môi mà không có sự chuyển động, trong khi phương pháp động cho phép dung môi, nguyên liệu hoặc cả hai cùng di chuyển Dung môi sử dụng trong trích ly cần đáp ứng các yêu cầu nhất định để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Nhiệt độ sôi cần được điều chỉnh ở mức thấp để thuận tiện cho việc tách tinh dầu khỏi dung môi thông qua phương pháp chưng cất Tuy nhiên, nếu nhiệt độ sôi quá thấp, sẽ dẫn đến tổn thất dung môi, tăng nguy cơ cháy và làm cho việc thu hồi dung môi trở nên khó khăn.
- Dung môi không tác dụng hoá học với tinh dầu
- Độ nhớt dung môi bé để rút ngắn thời gian trích ly (độ nhớt nhỏ khuếch tán nhanh)
- Dung môi có khả năng hòa tan tinh dầu nhưng hòa tan tạp chất lại phải bé
- Dung môi không ăn mòn thiết bị, không gây mùi lạ cho tinh dầu và đặc biệt là không gây độc hại
- Dung môi phải rẻ tiền và dễ mua
Không có dung môi nào đáp ứng tất cả yêu cầu trong quá trình chiết xuất tinh dầu Rượu và aceton có khả năng hòa tan tinh dầu hiệu quả, nhưng cũng hòa tan nước và đường, dẫn đến mùi caramel sau khi tách dung môi bằng nhiệt Trong khi đó, ete etylic, mặc dù hòa tan nhựa và sáp tốt, lại có tính độc hại và dễ tạo ra hỗn hợp nổ.
Hiện nay, ete dầu hỏa, với nhiệt độ sôi từ 45-70 °C và chứa chủ yếu các hidrocacbon no như pentan, hexan và một ít heptan, thường được sử dụng làm dung môi Trước khi sản xuất, ete dầu hỏa cần được tinh chế và cất lại để thu được các phần có nhiệt độ sôi phù hợp Tuy nhiên, do tính dễ cháy nổ và độc hại, việc áp dụng nghiêm ngặt các quy tắc an toàn lao động và phòng cháy chữa cháy là rất cần thiết trong quá trình sản xuất Bên cạnh đó, ở một số quốc gia, CO2 lỏng cũng được sử dụng làm dung môi trích ly nhờ vào tính không độc và độ bền hóa học cao, giúp đảm bảo chất lượng tinh dầu thu được.
Sau khi cho dung môi và nguyên liệu vào thiết bị trích ly, quá trình lọc sẽ tạo ra mitxen, một hỗn hợp gồm tinh dầu và dung môi Tiếp theo, mitxen được lắng và lọc để loại bỏ các tạp chất như nhụy hoa và phấn hoa Nếu mitxen có nước, cần tách nước ra Sau đó, hơi được sử dụng để cất thu hồi dung môi, và dung môi từ bả trích ly cũng như từ thiết bị cất sẽ được tinh chế để tái sử dụng Khi dung môi đã được tách, hỗn hợp còn lại gọi là cancrêt, bao gồm tinh dầu, sáp, nhựa thơm và một số tạp chất khác Để tách sáp và tạp chất, cancrêt được hòa tan trong rượu etylic và làm lạnh ở -15 độ C, giúp sáp và tạp chất đông đặc và dễ dàng lọc ra Việc tách sáp là cần thiết vì sáp có thể làm cho tinh dầu bị đục Cuối cùng, hỗn hợp còn lại là rượu và tinh dầu, và phương pháp cất được sử dụng để tách rượu, thu được tinh dầu tuyệt đối, trong khi rượu được tinh chế để sử dụng lại.
- Có khả năng tách được triệt để lượng tinh dầu có trong nguyên liệu
- Quy trình có ít thiết bị
- Có thể tiến hành với quy mô nhỏ và ở gia đình
Thiết bị trích ly thường có giá thành cao và tính chất phức tạp, vì vậy phương pháp này chủ yếu được áp dụng để sản xuất các loại tinh dầu quý hiếm, nơi hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu rất thấp.
- Chất lượng của tinh dầu thu được bằng phương pháp trích ly phụ thuộc rất nhiều vào dung môi dùng để trích ly
Các phương pháp trích ly a Trích ly bằng dung môi hữu cơ
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, việc trích ly các hợp chất hữu cơ thường sử dụng dung môi hữu cơ như n-hexan, cyclohexan và benzen Phương pháp này giúp chuyển tinh dầu từ dung dịch sang dung môi, sau đó loại bỏ dung môi để thu được tinh dầu.
- Chỉ dùng một lượng nhỏ dung môi có thể trích ly được một lượng lớn nguyên liệu
- Có thể tách triệt để lượng tinh dầu có trong nguyên liệu
- Độc hại và cần phải có quá trình xử lý sau trích ly
- Tốn nhiều thời gian [8] b Trích ly bằng dung môi CO2 siêu tới hạn
Phương pháp trích ly bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn là công nghệ tiên tiến trong ngành dược phẩm, giúp khắc phục những nhược điểm của phương pháp trích ly bằng dung môi hữu cơ.
Mỗi chất tồn tại ở ba trạng thái rắn, lỏng và khí, và khi nén khí ở áp suất cao, nó có thể hoá lỏng Tuy nhiên, tại một áp suất nhất định, nếu nhiệt độ tăng, chất lỏng không chuyển thành khí mà rơi vào trạng thái siêu tới hạn, đạt được khi nhiệt độ và áp suất đạt giá trị tới hạn Ở trạng thái này, không còn sự phân biệt giữa lỏng và khí; chất không chuyển sang lỏng khi tăng áp suất và không chuyển sang khí khi tăng nhiệt độ Đối với CO2, trạng thái siêu tới hạn đạt được ở 31 °C và 73,8 bar Ưu điểm của trạng thái siêu tới hạn CO2 là cải thiện tính chất hoá lý của dung môi, tăng hệ số thẩm thấu, giảm độ nhớt và sức căng bề mặt, từ đó nâng cao hiệu suất trích ly Sản phẩm thu được có chất lượng cao, không tồn dư dung môi, an toàn cho môi trường và phù hợp cho việc trích ly tinh dầu cũng như các hợp chất tự nhiên trong ngành dược phẩm.
Công nghệ trích ly bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành dược phẩm, thực phẩm và mỹ phẩm Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc chiết xuất các hợp chất tự nhiên như tinh dầu, chất màu và chất thơm, vì chúng nhạy cảm với nhiệt độ và ánh sáng, đồng thời yêu cầu độ tinh khiết cao Công nghệ CO2 siêu tới hạn đã chứng minh được tính ưu việt của mình qua nhiều ứng dụng thành công trong việc tách chiết cafein, ditepen và dầu coffee.
Dựa vào tính chất không bay hơi của một số dung môi như dầu thực vật, mỡ động vật, vasolin và parafin, chúng có khả năng hòa tan tinh dầu trong nguyên liệu Khi sử dụng dung môi là chất béo động vật, cần nâng nhiệt độ để dung môi ở thể lỏng Quá trình ngâm này tương tự như quá trình trích ly bằng dung môi hữu cơ, nhưng sử dụng dung môi không bay hơi Để đảm bảo hiệu quả, dung môi dùng để ngâm phải thật tinh khiết và không có mùi lạ, do đó cần được tinh chế trước khi sản xuất.
- Nguyên liệu được làm sạch, tách hết nước sau đó nghiền nhỏ rồi cho vào túi vải
- Xác định thời gian ngâm thích hợp cho từng loại nguyên liệu
- Xác định dung môi ngâm nguyên liệu, làm sạch dung môi
- Xác định nhiệt độ cho quá trình ngâm theo dung môi đã chọn
Nguyên liệu được cho vào túi vải và ngâm trong dung môi, thời gian ngâm tùy thuộc vào loại nguyên liệu, thường kéo dài khoảng 48 giờ Nhiệt độ ngâm lý tưởng là từ 60 đến 70 độ C.
Sau thời gian quy định, các túi chứa nguyên liệu sẽ được vớt ra và thay thế bằng các túi mới Quá trình này thường cần thực hiện khoảng 25 lần để đạt được sự bão hòa tối ưu của tinh dầu trong dung môi.
Phương pháp hấp phụ
Các chất béo động vật và thực vật không chỉ có khả năng hòa tan tinh dầu mà còn có khả năng hấp phụ tinh dầu trên bề mặt của chúng Tương tự, than và đất hoạt tính cũng sở hữu tính chất này Phương pháp ngâm khác với phương pháp hấp phụ ở cách tiếp xúc giữa các pha; phương pháp ngâm diễn ra trong cả hai pha lỏng-lỏng, trong khi phương pháp hấp phụ được thực hiện giữa hai pha khí và bề mặt rắn.
Chất hấp phụ thường được sử dụng trong quy trình là chất béo động vật, với tỷ lệ pha chế mỡ lợn/mỡ bò là 2/1 hoặc 3/1 trong mùa thu đông và 1/1 trong mùa hè Phương pháp hấp phụ tĩnh có nhiều ưu điểm, giúp đạt được yêu cầu của dung môi một cách hiệu quả.
- Ít bị lẫn tạp chất
Nhược điểm phương pháp hấp phụ tĩnh
- Thời gian hấp phụ dài
TINH DẦU + CHẤP HẤP PHỤ
RƯỢU + TINH DẦU TÁCH BẰNG C2H5OH
Sau khi thu hái, nguyên liệu được làm sạch và sắp xếp vào các khay Các khay này được chồng lên nhau nhưng không quá cao hơn đầu người để thuận tiện cho việc thao tác.
Để tiến hành hấp phụ, người ta sử dụng khay gỗ có kích thước 500x500mm hoặc 600x900mm, với chiều cao từ 50-80mm Đáy khay được lấp kính và phủ một lớp chất béo động vật dày từ 3-5mm trên các mặt kính này.
Để tăng cường hiệu quả hấp phụ, người ta thường rạch những đường rãnh trên các lớp chất béo, giúp mở rộng bề mặt hấp phụ Thời gian hấp phụ có thể kéo dài từ 12 đến 72 giờ, tùy thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng Khi thay lớp nguyên liệu mới, cần lật ngược lớp chất béo và đảm bảo làm sạch lớp nguyên liệu cũ để tránh tình trạng mốc Nếu lớp hấp phụ đã bão hòa tinh dầu nhưng chưa thể chế biến ngay, cần bảo quản bằng cách đun nóng chảy và đổ vào thùng thiếc, sau đó rải một lớp paraffin lên bề mặt tiếp xúc với không khí để bảo vệ.
Khi áp dụng lực lên vỏ quả, các tế bào chứa tinh dầu sẽ bị vỡ và giải phóng tinh dầu Sau quá trình ép, phần bã vẫn còn khoảng 30-40% tinh dầu, do đó người ta thường sử dụng phương pháp trích ly hoặc lôi cuốn hơi nước để tách hết lượng tinh dầu còn lại Phương pháp này có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
- Tinh dầu giữ nguyên được mùi vị thiên nhiên ban đầu
- Các thành phần trong tinh dầu ít bị biến đổi
- Sản phẩm bị lẫn nhiều tạp chất, chủ yếu là các hợp chất hoà tan từ vật liệu đem ép
- Nguyên liệu phù hợp với phương pháp cơ học:các loại quả chọ chanh, cam mọng nước, citrus
Xử lí sơ bộ Ép
Huyền phù ( tinh dầu, nước quả, mãnh tế bào) Đun( 70-80oC)
Tế bào+ dạng keo khác đông tụ
Một số phương pháp cơ học
Có rất nhiều phương pháp cơ học được sử dụng nhưng chủ yếu là phương pháp ép, ngoài ra còn một số phương pháp ít được sử dụng như:
Quá trình vắt và bóp quả được thực hiện bằng cách chia quả thành 2-3 phần và loại bỏ phần thịt, sau đó dùng tay để vắt và bóp nhằm thu được tinh dầu Tinh dầu sẽ thấm vào bông, và khi bông đã bão hòa, cần vắt lại để thu tinh dầu vào cốc, tiếp theo là lắng, lọc và sấy để có tinh dầu thành phẩm Phần vỏ sau khi vắt xong sẽ được chưng cất để thu hồi toàn bộ tinh dầu còn lại.
Bào và nạo là phương pháp sử dụng nguyên quả, trong đó xát mặt ngoài của vỏ lên bề mặt nhám để làm vỡ tế bào chứa tinh dầu, giúp tinh dầu thoát ra ngoài Lớp gai của bàn xát cần được điều chỉnh hợp lý để tránh làm thủng ruột quả, vì nếu ruột quả bị thủng, tinh dầu sẽ bị lẫn với nước và lớp cùi bên trong sẽ bị nạo rách, dẫn đến mất một phần tinh dầu quý giá.
Hai phương pháp tách tinh dầu có thể gây tổn thất cho chất lượng tinh dầu Để sử dụng tinh dầu cam, chanh trong thực phẩm, cần tách bớt tecpen, chủ yếu là limonen, vì nếu không, limonen sẽ bị oxy hóa thành pinen, tạo ra mùi nhựa thông khó chịu Phương pháp ép nguyên quả bằng máy ép đặc biệt sẽ thu được hỗn hợp nước quả, tinh dầu, mô và thịt quả Để tách tinh dầu, cần lọc để loại bỏ tạp chất, sau đó sử dụng máy ly tâm với tốc độ 15.000 - 20.000 vòng/phút để hoàn tất quá trình tách tinh dầu.
THIẾT BỊ - CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Thiết bị chưng cất
Các phần của thiết bị chưng cất
Để tối ưu hóa quá trình chưng cất tinh dầu, việc sử dụng nắp thiết bị kín là rất quan trọng nhằm giảm thiểu tổn thất Nắp có thể có hình chóp hoặc chòm cầu, và thường có cửa để đưa nguyên liệu vào Mối nối giữa thiết bị và nắp nên được thực hiện bằng đệm và bu long, trong đó đệm bằng sợi amiang bện là lựa chọn tốt nhất Nếu không có amiang, có thể sử dụng bao tải Đối với quá trình chưng cất dưới áp suất thấp, mối nối bằng gioãng nước sẽ là phương án tối ưu.
Cổ nồi là bộ phận quan trọng kết nối giữa nắp và vòi voi, có nhiều hình dạng nhưng cần đảm bảo tính đơn giản trong chế tạo Nhiệm vụ chính của cổ nồi là giúp hỗn hợp hơi thoát ra dễ dàng, đặc biệt trong quá trình chưng cất với nước, nó ngăn không cho nước lẫn vào hơi Khi chưng cất tinh dầu hoa hồng, cổ nồi còn điều chỉnh tốc độ hơi và giữ lại bọt chất lỏng, tránh để chúng đi vào thiết bị ngưng tụ Đối với các nguyên liệu hạt nhỏ, cổ nồi cần có tấm lưới để giữ lại bụi, đảm bảo hiệu quả chưng cất.
Vòi voi là một phần quan trọng của than nồi, kết nối cổ nồi với thiết bị ngưng tụ, cần có kích thước hợp lý để không gây trở lực lớn, đảm bảo tốc độ chưng cất không bị giảm Để ngăn dung dịch lỏng từ thiết bị vào ống dẫn, vòi voi thường có độ dốc từ 1-30 độ và đường kính nhỏ dần, không nên dài quá 1,5-3m để tránh áp suất dư hoặc làm chậm quá trình chưng cất Đáy nồi cũng có cấu tạo tương tự như nắp nồi, nhưng cần thiết kế sao cho hơi nước ngưng tụ có thể thoát ra dễ dàng, không bị đọng lại Đáy nồi thường được trang bị bộ phận đốt nóng trực tiếp hoặc gián tiếp, và trong trường hợp chưng cất bằng hơi nước mà không có nồi riêng, đáy nồi sẽ là bộ phận tạo hơi, do đó cần có diện tích truyền nhiệt lớn nhất.
Vỉ nồi giữ nguyên liệu không bị rơi xuống đáy nồi, ngăn chặn tình trạng tắc ống dẫn hơi Trong quá trình chưng cất, vỉ nồi giúp ngăn ngừa nguyên liệu bị bết lại, tạo điều kiện cho hơi nước lưu thông dễ dàng qua nguyên liệu Ngoài ra, vỏ nồi còn có tác dụng phân phối hơi nước đều khắp thiết bị, đảm bảo quá trình chưng cất hiệu quả.
Chiều dày của vỉ nồi thường dao động từ 8-10mm, với bề mặt được thiết kế bằng cách đột hoặc khoan lỗ Vỉ nồi có thể được chế tạo từ các thanh sắt đan lại với nhau Kích thước và hình dạng của lỗ trên vỉ nồi có thể thay đổi tùy thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng, tuy nhiên, tổng diện tích của các lỗ cần phải chiếm một tỷ lệ nhất định so với diện tích bề mặt của vỉ Ống dẫn phân phối hơi cũng là một phần quan trọng trong thiết kế này.
Trong quá trình chưng cất bằng hơi nước, ống dẫn phân phối hơi có vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến năng suất chưng cất Khi sử dụng thiết bị quá lớn, hiệu quả của ống dẫn hơi có thể giảm sút Ống dẫn hơi có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng hình tròn là phổ biến nhất Các lỗ trên ống thường được sắp xếp theo hình quân cờ, hướng về phía đáy nồi cất, nhằm đảm bảo hơi nước được phân phối đều và tránh bụi bẩn từ nguyên liệu chế biến.
Hình 3-1: Ống dần phân phối hơi
Thiết bị chưng nguyên liệu hạt
Thiết bị có cánh khuấy
Nguyên liệu được đưa vào nồi qua nắp trên của thiết bị, trong khi đỉnh thiết bị có hai ống: một ống dẫn hơi vào thiết bị ngưng tụ và một ống dẫn hơi tới các thiết bị khác trong quá trình chưng cất liên hợp Nguyên liệu được lấy ra từ bên sườn thiết bị, và nhờ vào cánh khuấy, nguyên liệu được vào ra dễ dàng với tốc độ quay khoảng 9 vòng/phút.
Thiết bị liên tục kiểu Ponomarenko – Pokolenko
Thiết bị được cấu tạo từ hai phần kết nối bằng bu lông, với đáy và nắp hình cầu Bên trong, có một trục thẳng đứng gắn với bánh xe phân bố nguyên liệu, hai cánh khuấy và một đĩa quay Phần dưới của trục có bánh xe răng khía chuyển động hình côn và được nối với ổ trục, trong khi phần trên giữ chức năng ngăn hơi nước thoát ra ngoài.
Nguyên liệu được đưa vào qua nắp thiết bị, trong khi làm việc, hơi nước di chuyển qua trục và các cánh khuấy, tạo ra luồng hơi nước từ dưới lên, kéo theo tinh dầu trong nguyên liệu Hơi nước sau đó được dẫn ra ngoài qua thiết bị ngưng tụ mà không thoát ra ngoài nhờ có đệm ở phía trên Thiết bị này hoạt động liên tục, thời gian cất hạt mùi khoảng 30 phút.
- 40 phút, năng suất của thiết bị trong 1 ngày đêm làm việc là : 100-320 tấn nguyên liệu Để thu được 1kg chất thơm cần từ 41-48kg hơi [1]
Hình 3-2: Thiết bị chưng gián đoạn có cánh khuấy
Hình 3-3: Thiết bị chưng liên tục kiểu Ponomarenko – Pokolenko để chế biến các loại nguyên liệu hạt
Thiết bị chưng nguyên liệu hoa, lá cành
Thân thiết bị được nâng lên nhờ hai ổ trục, được quay bằng các ổ bi Một trong hai ổ trục được thiết kế cho phép hơi nước đi trực tiếp vào ống phun hơi nằm dưới đáy thiết bị.
9 Ốc vít loại đặc biệt
Hình 3-4: Thiết bị chưng kiểu thùng quay
15 Bánh xe phân phối nguyên liệu
16 Cánh gạt có lỗ hơi
17 Trúc đỡ trung gian có trục quay
18 Đĩa hai cấp để gạt nguyê liệu
19 Dao gạt nguyên liệu đã chế biến
21 Phần chứa nguyên liệu đã chế biến
23 Vỏ của vít tháo bã
25 Quạt hút hơi nước từ nguyên liệu đã chế biến
27 Đĩa ngang hình trụ để truyền động
28 Ống tháo nước ngưng tụ
4 Lưới phân phối hơi và giữ bụi
5 Ống dẫn hỗn hợp hơi ra thiết bị ngưng tụ
8 Vít tải nguyên liệu vào thiết bị
10 Cân đo trọng lượng dịch chuyển
14 Ống dẫn hơi nước qua trục
Thiết bị chưng cất cỏ lá
Thiết bị chưng cất kiểu tháo đáy
Nguyên liệu được đưa vào qua cửa nạp, và để tháo bã sau khi chưng, cần tháo nắp thiết bị Hệ thống mắc xích hoặc bánh xe răng khía giúp nghiêng thiết bị đến vị trí thuận tiện nhất cho việc tháo bã Thiết bị tháo đáy một lần là lựa chọn hiệu quả cho quy trình này.
Đáy của thiết bị được liên kết với kích nâng, đặt trên khung gắn với hệ thống bánh xe sắt 14 Mép thẳng đứng của đáy gắn liền với thân nồi, nằm trong vòng kín có đệm amiang để ngăn hơi thoát ra Nồi 11 dưới đáy được làm từ hai tấm ghép lại và treo bằng hệ thống dây cáp 13 lên cổ thiết bị, trong khi hai mép còn lại được nối với thân nồi và các bản lề 12.
Hơi nước được dẫn vào thiết bị qua các ống cong đặt ở đáy nồi, dưới vỉ nồi Nguyên liệu được đưa vào thiết bị sau khi đã được cắt nhỏ hoặc xử lý thông qua cửa ở ổ nồi.
Bã được tháo ra bằng cách kéo trượt đáy nồi ra ngoài sau khi kích đã hạ, mở nắp thiết bị và tháo móc để vỉ nồi bật ra hai bên, cho phép bã rơi vào thùng xe vận tải hoặc toa xe kéo dưới đáy nồi Sau đó, quá trình được thực hiện ngược lại, sử dụng dây cáp để nâng vỉ nồi lên bằng hệ thống móc và đòn bẫy, sẵn sàng cho nguyên liệu vào để tiếp tục chưng cất.
Hình 3-6: Thiết bị tháo đáy 1 lần Hình 3-5: Thiết bị tháo đáy từng phần
8 Phần nối than với đáy
10 Dây cáp giữa vỉ nồi
14 Dấy cáp b) Thiết bị tháo đáy từng phần
Thiết bị này có đáy gắn chặt với thân nồi bằng ô trục và thường sử dụng một bánh xa răng khía để tháo lắp Đáy nồi được gắn kín, trong khi ống phun hơi cũng được kết nối chắc chắn với đáy và hệ thống dẫn hơi qua ống số 7 Để đảm bảo độ kín hoàn toàn, người ta sử dụng khóa kẹp số 5, kết nối với cần kéo và hệ thống dây số 6 trên sàn làm việc Thiết bị này chủ yếu được sử dụng để chưng cất các loại cỏ lá hoặc hoa.
Thiết bị chưng cất có dạng trụ cao bằng thép, với đường kính 850mm và chiều cao 7850mm Dưới thiết bị là phần tháo bã dài khoảng 1m, không có tác dụng chưng cất mà chỉ chứa bã sau khi chưng cất để ngăn hơi thoát ra ngoài Hơi nước được đưa vào từ ống dẫn phía trên, và để nâng nhiệt độ nguyên liệu trước khi vào thiết bị, một lớp vỏ được lắp đặt tại chỗ vít vận chuyển nguyên liệu Vít tải quay với tốc độ 54 vòng/phút, đường kính 265mm và bước vít 220mm, cần động cơ 3kw để hoạt động Hơi nước được cấp qua ống thẳng đứng uốn cong nằm giữa thiết bị, với phần dưới có 50 lỗ khoan theo hình quân cờ, mỗi lỗ có đường kính 3-5mm, và phần cuối của ống được bịt kín.
Trong quá trình hoạt động, thiết bị làm việc hơi nước chủ yếu nhận hơi qua ống dẫn, trừ lúc khởi động; do nguyên liệu đầy, phần dưới thiết bị có thêm ống cấp hơi để tăng nhiệt Khi thiết bị hoạt động bình thường, lượng nước ngưng tụ là không đáng kể Hơi nước và chất thơm được thu hồi qua bộ phận ngưng tụ với diện tích 7,5 m2, cần khoảng 2000 l nước lạnh để thu được 1 kg chất thơm từ lá mềm Bã sau khi chưng cất được chuyển ra ngoài qua vít tải có đường kính 500mm, quay với tốc độ 0,15 - 0,30 vòng/phút, sử dụng động cơ 1,7KW với bộ giảm tốc Cửa tháo bã chỉ mở khi thiết bị dừng, tốc độ vận chuyển nguyên liệu là 0,15m/phút Thiết bị có thể tích 3,3m3 và năng suất 2 tấn/giờ Để ngăn chất thơm bay hơi do không khí và vận chuyển, nguyên liệu sau khi cắt nhỏ được chuyển qua băng tải nghiêng 30 độ, rộng 500mm, với tốc độ 0,5m/s Thiết bị có các cửa quan sát để theo dõi nguyên liệu vào và bã ở phần dưới, được cách nhiệt bằng lớp 7cm.
Hình 3-7: Thiết bị Revazop – Moskalop
2 Nguyên liệu trên băng tải
5 Điều chỉnh vít tải bằng tay
6 Hệ thống chuyển động để nạp liệu
9 Bộ phận nén nguyên liệu
10 Phần truyền động cơ của ống tải liệu
18 Ống phun hơi thẳng đứng
21 Hệ thống chuyển độn tháo bã
22 Trục vít tải tháo bã
23 Phần nâng lên của vít tải tháo bã
24 Cửa tháo bã di động của vít tải
25 Ống dẫn hơi nước vào đáy thiết bị
26 Ống tháo nước ngưng tụ
27 Chân đế của thiết bị
Thiết bị chưng cất hoa hồng
Hình 3-8: Thiết bị chưng cất hoa hồng đốt bằng lò hơi trực tiếp
Hình 3-9: Thiết bị chưng cất hoa hồng có vỏ hơi
1 Ống phun hơi trực tiếp
6 Van thông khí 7.Ống vòng
Thiết bị chưng cất bao gồm ống phun hơi trực tiếp và lớp vỏ hơi số 2, cùng với một số ống xoắn dưới đáy để dẫn nhiệt gián tiếp Hơi được đưa vào qua ống phun nhằm khuấy trộn dung dịch, tăng tốc độ chưng cất Nước dùng để chưng cất được cho vào các ống vòng số 7 với lỗ phun ở trên và dưới, giúp rửa thiết bị sau mỗi mẻ nấu Trên nắp thiết bị có các cửa quan sát số 4, 5 và van bảo hiểm hoặc thông với không khí bên ngoài số 6.
