Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ lá cây bạch đàn qua phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Luận văn nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ lá cây bạch đàn bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, ứng dụng và tiềm năng trong ngành công nghiệp.

• Tác giả: Đoàn Ngọc Dũng
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Quang Thái
• Trường học: Trường Đại Học Bà Rịa - Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Chiết Xuất Tinh Dầu Lá Bạch Đàn Bằng Phương Pháp Chưng Cất Lôi Cuốn Hơi Nước
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Nguồn gốc di thực
• 1.2. Chọn giống
• 1.3. Kỹ thuật trồng
• 1.4. Thu hái và Bảo quản
• 1.5. Giới thiệu về tinh dầu
• 1.5.1. Khái niệm về tinh dầu
• 1.5.2. Nguồn gốc và sự phát triến của tinh dầu
• 1.5.3. Tính chất vật lý và các thành phần hoá học trong tinh dầu
• 1.5.3.1. Tính chất vật lý của tinh dầu
• 1.5.3.2. Các thành phần hóa học trong tinh dầu
• 1.5.4. Vai trò của tinh dầu trong đời sống thực vật
• 1.5.5. Sinh tổng hợp tinh dầu trong cơ thể thực vật
• 1.5.6. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của tinh dầu Bạch Đàn
• 1.5.6.1. Tính chất vật lý của tinh dầu Bạch Đàn
• 1.5.6.2. Thành phần hoá học của tinh dầu Bạch Đàn
• 1.6. Ứng dụng của tinh dầu
• 1.6.1. Trong công nghệ thực phẩm
• 1.6.2. Trong công nghiệp sản xuất mỹ phẩm
• 1.7. Các phương pháp sản xuất tinh dầu
• 1.7.1. Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước (Hydrodistillation)
• 1.7.1.1. Nguyên lí của phương pháp
• 1.7.1.2. Những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất
• 1.7.1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp
• 1.7.2. Các phương pháp khác
• 1.7.2.1. Phương pháp chiết (Extraction)
• 1.7.2.2. Phương pháp ướp (Enfleurage)
• 1.7.2.3. Phương pháp ngâm (Hot Maceration)
• 1.7.2.4. Phương pháp ép (Expression hay Cold Pressing)
• 1.7.2.5. Phương pháp vi sóng
• 1.8. Các dạng sản phẩm trong quá trình tách chiết tinh dầu
• 1.9. Các phương pháp phân tích sắc ký
• 1.9.1. Phương pháp phân tích sắc ký lớp mỏng (TLC)
• 1.9.2. Phương pháp phân tích sắc ký lớp mỏng (GC)
• 1.9.3. Phương pháp phân tích sắc ký khối phổ (GC/MS)
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Nguyên liệu chính
• 2.3. Thời gian lấy mẫu
• 2.4. Dụng cụ - thiết bị- hóa chất
• 2.5. Phương pháp thực nghiệm
• 2.6. Thu nguyên liệu và xử lý nguyên liệu
• 2.7. Phương pháp chưng cất
• 2.8. Dự kiến quy trình chiết xuất tinh dầu lá Bạch Đàn liễu
• 2.9. Thực nghiệm xác định tỷ lệ nước/ nguyên liệu
• 2.10. Thực nghiệm xác định nồng độ NaCl trong nước ngâm
• 2.11. Thực nghiệm xác định thời gian ngâm hỗn hợp
• 2.12. Thực nghiệm xác định thời gian chưng cất
• 2.13. Phương pháp xác định danh các cấu tử thành phần có trong tinh dầu lá Bạch Đàn liễu
• 2.14. Phương pháp xác định tỉ lệ khối lượng tinh dầu
• 2.15. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả xác định tỷ lệ nước/nguyên liệu thích hợp
• 3.2. Kết quả xác định nồng độ NaCl trong nước ngâm
• 3.3. Kết quả xác định thời gian ngâm NaCl thích hợp
• 3.4. Kết quả xác định thời gian chưng cất thích hợp
• 3.5. Đề xuất quy trình chưng cất tinh dầu Bạch Đàn Liễu
• 3.6. Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về chiết xuất tinh dầu lá bạch đàn

Chiết xuất tinh dầu từ lá bạch đàn bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp tinh dầu. Tinh dầu bạch đàn không chỉ được biết đến với mùi hương dễ chịu mà còn mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Việc hiểu rõ về quy trình chiết xuất và ứng dụng của tinh dầu này là rất cần thiết.

1.1. Tinh dầu bạch đàn và nguồn gốc của nó

Tinh dầu bạch đàn được chiết xuất từ lá cây bạch đàn, một loại cây có nguồn gốc từ Úc. Loại cây này thích hợp với khí hậu nhiệt đới và có khả năng phát triển nhanh chóng.

1.2. Lợi ích của tinh dầu bạch đàn trong đời sống

Tinh dầu bạch đàn có nhiều ứng dụng trong y học, mỹ phẩm và thực phẩm. Nó được sử dụng để sát khuẩn, giảm stress và làm đẹp da.

II. Vấn đề trong chiết xuất tinh dầu bạch đàn

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc chiết xuất tinh dầu bạch đàn cũng gặp phải một số thách thức. Hiệu suất chiết xuất và chất lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như phương pháp chiết xuất, thời gian và điều kiện môi trường.

2.1. Thách thức trong quy trình chưng cất

Quy trình chưng cất lôi cuốn hơi nước có thể bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ nước và nguyên liệu. Việc xác định tỷ lệ tối ưu là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao.

2.2. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường

Điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng nơi trồng bạch đàn cũng ảnh hưởng đến hàm lượng tinh dầu trong lá. Việc nghiên cứu các yếu tố này là cần thiết để tối ưu hóa quy trình chiết xuất.

III. Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước hiệu quả

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước là một trong những phương pháp phổ biến nhất để chiết xuất tinh dầu. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện và cho hiệu suất thu hồi tinh dầu tương đối cao.

3.1. Nguyên lý của phương pháp chưng cất

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng hơi nước để tách chiết tinh dầu từ lá bạch đàn. Hơi nước sẽ làm tan chảy các thành phần tinh dầu và thu hồi chúng.

3.2. Quy trình thực hiện chưng cất

Quy trình chưng cất bao gồm các bước chuẩn bị nguyên liệu, thiết lập hệ thống chưng cất và thu hồi tinh dầu. Mỗi bước cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng tinh dầu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của tinh dầu bạch đàn

Tinh dầu bạch đàn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như y học, mỹ phẩm và thực phẩm. Việc khai thác và ứng dụng tinh dầu này không chỉ mang lại giá trị kinh tế mà còn góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

4.1. Ứng dụng trong y học

Tinh dầu bạch đàn được sử dụng để điều trị các bệnh về đường hô hấp, giúp sát khuẩn và giảm triệu chứng cảm cúm. Nó cũng có tác dụng làm dịu và thư giãn.

4.2. Ứng dụng trong mỹ phẩm

Trong ngành mỹ phẩm, tinh dầu bạch đàn được sử dụng để làm đẹp da, giúp làm sạch và cung cấp độ ẩm cho da. Nó cũng có tác dụng xua đuổi côn trùng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu tinh dầu bạch đàn

Nghiên cứu chiết xuất tinh dầu từ lá bạch đàn bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp tinh dầu. Việc tối ưu hóa quy trình chiết xuất và ứng dụng tinh dầu sẽ góp phần nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.

5.1. Tương lai của ngành tinh dầu

Ngành công nghiệp tinh dầu đang phát triển mạnh mẽ với nhiều nghiên cứu mới. Việc khai thác tinh dầu bạch đàn sẽ tiếp tục được chú trọng để đáp ứng nhu cầu thị trường.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chiết xuất và ứng dụng của tinh dầu bạch đàn để tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. Nguồn gốc cây Bạch Đàn 1. Nguồn gốc di thực [19, 20] Bạch Đàn Liễu có tên khoa học Eucalyptus exserta F.Muell, thuộc họ Sim (Myrtaceae) có nguồn gốc ở châu úc, thích hợp với khí hậu nhiệt đới ẩm nhưng vì giá thành cây tinh dầu này tại Úc quá cao, nên đã được đưa trồng và khai thác ở nhiều nơi trên thế giới. Trong chiến tranh thế giới thứ hai, tinh dầu sả Java bị thiếu trầm trọng so với nhu cầu tiêu thụ, người ta đã sử dụng tinh dầu Bạch Đàn Liễu để thay thế.

Chính vì vậy ngay từ thời Pháp thuộc, nhiều loại Bạch Đàn đã được di thực vào nước ta, và được trồng nhiều vùng ở Việt Nam, đặc biệt là ở miền Nam vùng trồng Bạch Đàn thích hợp nhất là Tây Ninh (87%), còn lại là các tỉnh Bình Dương, Bình Phước và Đồng Nai (46%). Trong đó diện tích đất trồng Bạch Đàn tại Bà Rịa – Vũng Tàu và TP. Mô tả [21, 22] Cây Bạch Đàn thuộc loài đại mộc. Lá thường thon dài cong có màu xanh hơi mốc trắng hoặc xanh đậm chứa chất dầu Eucalyptone thơm mùi dầu tràm mà trước đây bác sĩ Bùi Kiến Tín gọi là dầu Khuynh diệp.

Loài Bạch Đàn nói chung rất mau lớn, tán lá hẹp thưa, trồng trong vòng 5, 6 năm thì có chiều cao trên 7 m và đường kính thân cây khoảng 9-10 cm. Cây gỗ, cao 20 - 25m, vỏ mềm bong thành mảng. Lá non hình trứng, không cuống, mọc đối ở những đôi lá đầu. Lá già mọc so le, cong lưỡi liềm.

Bạch Đàn liễu có lá hẹp và Ngành Công Nghệ kỹ thuật Hóa học 3 Khoa Hóa học và CNTP Đề Tài Khoa Học Trường - Khóa 2012-2016 Trường ĐHBR- VT dài. Hoa mọc ở kẽ lá. Quả nang hình chén hoặc hình trứng trong có chứa nhiều hạt nhỏ màu nâu. Bạch Đàn được trồng để phủ xanh đồi trọc ở các vùng núi và trung du hoặc để cải tạo đầm lầy.

Tuy nhiên ở những đồi trồng Bạch Đàn thuần chủng, đất đai bị nghèo kiệt, làm nghèo thảm thực vật khác, dễ gây xói mòn. Vì vậy việc phát triển Bạch Đàn đang được các ngành có liên quan xem xét. Ở Việt Nam ta được du nhập khoảng một số loại Bạch Đàn và được trồng tại các vùng như sau:  Bạch Đàn Đỏ: Eucalyptus camaldulensis trồng ở các vùng đồng bằng Hình 1. Bạch Đàn Đỏ  Bạch Đàn Trắng: Eu.

Alba, thích hợp trồng ở các vùng gần biển. Bạch Đàn Trắng Ngành Công Nghệ kỹ thuật Hóa học 4 Khoa Hóa học và CNTP Đề Tài Khoa Học Trường - Khóa 2012-2016 Trường ĐHBR- VT  Bạch Đàn lá nhỏ: Eu.Tereticornis thích hợp trồng ở vùng đồi Thừa Thiên- Huế Hình 1. Bạch Đàn lá nhỏ  Bạch Đàn Liễu: E.Muell thích hợp trồng ở các vùng thấp. Bạch Đàn Liễu tại đường Bình Giã -TP.

Chọn Giống: Dựa vào chỉ tiêu kinh tế để chọn giống, nên khi trồng Bạch Đàn cần chú ý chọn loài và xuất xứ cho năng suất cao, thích hợp với điều kiện sinh thái từng vùng và khả năng chống chịu với sâu bệnh tốt. Ngoài ra một số dòng Bạch Đàn nuôi cấy mô được nhập từ Trung Quốc về có sinh trưởng tốt như: Giống E.urophyla : Sau 20 tháng tuổi có đường kính trung bình 7 m. Ngành Công Nghệ kỹ thuật Hóa học 5 Khoa Hóa học và CNTP Đề Tài Khoa Học Trường - Khóa 2012-2016 Trường ĐHBR- VT Giống E.leizhou: Có đường kính trung bình 9,96cm, chiều cao trung bình 8,69m (tại Bình Phước). Như vậy, có thể thấy, mỗi loài thích hợp với mỗi vùng nhất định, cần phải chọn giống kỹ, có thể trồng bằng cây hạt hoặc cây mô, tùy từng điều kiện cụ thể của người trồng rừng.

Kỹ Thuật Trồng [20]  Làm đất: Làm đất vào cuối mùa khô (khoảng tháng 5). Những nơi đất quá dốc không sử dụng máy thì phải xử lý đất bằng cách phát đốt. Những nơi đất bằng phẳng, dùng máy ủi, san lấp ụ mối, gốc cây, cỏ dại… gom vào một chỗ đốt, chú ý khi ủi tránh phá lớp đất mặt. Sau đó dùng dàn cày 3 chảo và 7 chảo cày 2 lần, độ sâu 20-30cm.

Nếu trồng Bạch Đàn ở các vùng miền Tây thì phải lên luống.  Kích thước: - Lên luống bằng thủ công: Tạo luống rộng 3m, cao 0,8m, kênh rộng 5m. - Lên luống bằng máy (máy Challenger 2 “step”) tạo luống rộng 2,3m, cao 0,3m, kênh 2,3m.  Đào hố trồng: Mật độ trồng bạch đàn biến động từ 1.

Hố đào kích thước 20x20x20cm. Có bón lót hoặc không tùy từng điều kiện đầu tư và loại đất. Nếu có điều kiện nên bón lót ngay vào hốc cây trồng. Nếu trồng rừng sử dụng máy thì nên hàng cách hàng 3,5m, còn cây cách cây từ 2m trở lên.

 Kỹ thuật trồng từ bịch vào đất: Thời vụ trồng thường vào đầu mùa mưa, từ giữa tháng 6 đến hết tháng 7. Trước khi trồng nên tưới ẩm cây con, cắt bỏ bịch ni lông, tránh làm vỡ bầu, đặt cây ngay ngắn vào giữa hố, cổ rễ thấp hơn mặt đất khoảng 2cm, nén đất xung quanh chặt vừa phải, giữ cho cây ngay ngắn.  Chăm sóc : Sau khi trồng 1 tháng kiểm tra thấy cây nào chết phải trồng dặm, sau 3 tháng kiểm tra thấy tỷ lệ cây sống 90% là đạt yêu cầu. Một Ngành Công Nghệ kỹ thuật Hóa học 6 Khoa Hóa học và CNTP Đề Tài Khoa Học Trường - Khóa 2012-2016 Trường ĐHBR- VT năm có thể làm cỏ 2 lần kết hợp bón phân (phân chuồng khoảng 2kg/ hốc hoặc 100g NPK/gốc tùy từng điều kiện cụ thể).

Việc sử dụng các biện pháp lâm sinh như làm đất toàn diện và bón phân, tốc độ sinh trưởng trung bình/năm về đường kính và chiều cao đều cao hơn hẳn các xuất xứ ở cùng độ tuổi không bón phân và làm đất toàn diện. Cây Bạch Đàn được trồng thành rừng, cho ta những lợi ích về kinh tế, cây Bạch Đàn trồng thành hàng ven đường cho ta những hàng cây cảnh tuyệt vời, bởi dáng cây suôn thẳng, màu sáng, không phân canh dưới thân của chúng, với những tán lá tỏa mùi thơm dễ chịu, cho con người những cảm giác thoải mái, nhẹ nhàng khi đi dưới những hàng cây Bạch Đàn và những khu rừng Bạch Đàn. Thu hái và Bảo Quản [19] Lá có thể được thu hoạch lần đầu tiên sau khi trồng 6 đến 8 tháng. Chỉ cắt những cành nhỏ ở bên ngoài để đảm bảo cho cây phát triển.

Đến năm thứ hai có thể đốn cả cây, khi đó ta có thể vừa thu lấy tinh dầu, vừa thu lấy gỗ từ thân và cành. Sau năm thứ hai, nhiều nhánh phát triển trên gốc cây còn lại và ta lại có thể tiêp tục khai thác để thu lấy tinh dầu. Tùy theo điều kiện thời tiết mà ta có thể cắt từ một đến hai lần trong một năm. Khi cắt chỉ để lại một nhánh phát triển mạnh nhất, sản lượng lá có thể đạt 2-5 kg lá mỗi cây, như thế một hecta Bạch Đàn có thể cho 4-10 tân lá.

 Theo Dierberger: Việc thu hoạch cũng tương tự đốì với cây đã khai thác 5 năm. Có hai cách thu hái lá: - Cách 1: Hái lá cùng với cành nhỏ rồi đem chưng cất vào ngày hôm sau. Cách này được áp dụng đối với hai lần hái lá đầu tiên. - Cách 2: Cắt ngang thân cây ở độ cao 1,8-2,2 m hoặc chặt dưới gốc rồi đem chưng cất.

Cách này được áp dụng đối với những lần sau và lần thu hoạch cuối cùng. Ngành Công Nghệ kỹ thuật Hóa học 7 Khoa Hóa học và CNTP Đề Tài Khoa Học Trường - Khóa 2012-2016 Trường ĐHBR- VT Việc bảo quản lá trước khi chưng cất khá đơn giản, chúng ta chỉ cần để ở nơi thoáng mát, tránh tình trạng chẩt thành đống gây ra sự lên men đồng thời việc phơi nắng lá sẽ làm giảm hàm lượng tinh dầu. Công Dụng [5] Ở Việt Nam, Bạch Đàn là một loại cây cho gỗ có giá trị. Với cây sau 20 năm trồng có thể sử dụng cho hầu hết mọi mục đích như làm chất đốt, làm nguyên liệu để sản xuất giấy, đà ngang cho đường rây xe lửa, gỗ để xây dựng.

Ở Việt Nam, do khả năng phát triển của Bạch Đàn rất nhanh trên các loại đất nên được trồng ở những vùng trung du, đồi núi để phủ xanh đồi trọc, giữ nước chống lụt,. - Lá: Có thể dùng lá Bạch Đàn trắng hoặc Bạch Đàn liễu để thay thế lá Bạch Đàn xanh (E. globulus) là loại đã được sử dụng rất lâu đời ở các nước châu Âu. Dạng dùng: Thuốc hãm, thuốc xông, hoặc pha chế thành các dạng bào chế như xiro, còn lá Bạch Đàn dùng để chữa ho, sát khuẩn đường hô hấp, chữa các bệnh nhiễm khuẩn đường hô hấp, ho, hen v.v… - Thân: Bạch Đàn thường được sử dụng làm gỗ xây dựng làm và chất đốt.

Vừa lấy gỗ, bột gỗ. Gỗ Bạch Đàn có độ co dãn cao, có thể dùng để xây dựng thông thường, đóng vật dụng gia đình, đóng thuyền, làm gỗ ép. Mùi thơm đặc trưng của Bạch Đàn có tác dụng đuổi muỗi, do đó được trồng ở những vùng đầm lầy ẩm thấp để cải tạo môi sinh, làm giảm tỉ lệ bệnh sốt rét. Những năm gần đây, Bạch Đàn được trồng vừa để lấy tinh dầu.

Bạch Đàn cung cấp tinh dầu với năng suất khá cao, có giá trị xuất khẩu đó là một nguồn lợi kinh tế rất lớn mà chúng ta phải biết khai thác. Một số “ kết quả nghiên cứu trước đây cho thây tinh dầu Bạch Đàn Việt Nam đáp ứng được các chỉ tiêu về xuất khẩu của thế giới ”. Giới Thiệu Về Tinh Dầu [ 3,7] 1. Khái niệm về tinh dầu: Tinh dầu là những chất thơm hay chất mùi có trong một số bộ phận của cây cỏ (như hạt, rễ, củ, vỏ cây, hoa, lá, quả, dầu, Ngành Công Nghệ kỹ thuật Hóa học 8 Khoa Hóa học và CNTP Đề Tài Khoa Học Trường - Khóa 2012-2016 Trường ĐHBR- VT nhựa cây) hay động vật (túi tinh dầu).

Tinh dầu được ví như nhựa sống của cây, vì vậy nó mang sức sống, năng lượng và mạnh hơn 100 lần các loại dược thảo sấy khô. Các loại cây có tinh dầu được phân bố rộng trong thiên nhiên. Trữ lượng tinh dầu trong cây phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng. Cây mọc ở vùng nhiệt đới có hàm lượng tinh dầu nhiều hơn ở vùng ôn đới.

Ngay trong một cây, thành phần và lượng tinh dầu trong các bộ phận khác nhau cũng khác nhau. Ngoài ra, lượng tinh dầu còn phụ thuộc vào môi trường sống của cây, phương pháp thu hoạch, bảo quản, tách chiết. Về phân bố lượng tinh dầu, đặc biệt có nhiều trong họ long não, họ hoa môi, họ cam, họ sim, họ hoa tán.