Đặt vấn đề Tiêu hồi (thì là) là gia vị quen thuộc phô biến trong âm thực ở các quốc gia Châu Á và các nước ở Trung Đông. Trong nhiều nền văn hóa, tiêu hồi là một bài thuốc cần thiết vì có khá nhiều công dụng tốt cho cuộc sống và sức khỏe con người. Tinh dầu tiêu hồi được chiết xuất tò hạt của cây tiêu hồi với các ứng dụng đa dạng trong dược phàm như chống oxy hóa, nhiễm trùng, hạ sốt, chống dị ứng, chống khuân, chống nấm, chống vi- rút, chống căng thăng, giải lo âu, lợi tiêu,. Hiện nay, trên thế giới và ờ nước ta có rất ít những nghiên cím về mô hình động học cùa quá trình sản xuất tinh dầu tiêu hồi bằng các phương pháp chưng cất khác nhau.
Mô hình động học được sử dụng đê đánh giá các số liệu thay đôi ảnh hường đen các quá trình chrnig cất. Qua đó, cung cấp cho chúng ta đầy đù thông tin về quá trình sản xuất thực tế đạt hiệu suất cao với giá thành tối tru. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu nhằm đưa ra các đề xuất về mô hình động học phù hợp với quá trình chiết tách và chưng cất trực tiếp trong nước có và không có sự hỗ trợ của lò vi sóng. Từ đó ta có thê ước tính được chi phí sử dụng nguyên liệu, nhân công sản xuất, năng lượng sản xuất và lượng tinh dầu thu được cho một mẻ tinh dầu.
Nội dung nghiên cứu - Khảo sát các thông số và yếu tố ảnh hưởng lên quá trình chưng cất và chiết tách tinh dầu tiêu hồi ờ cả hai phương pháp chưng cất trực tiếp trong nước và phương pháp chrnig cất có sự hỗ trợ cùa vi sóng. ■ Anh hưởng đến tỷ lệ nguyên liệu trên nước ■ Anh hưởng đến công suất bếp gia nhiệt - Kiêm chứng sự tương thích cùa mô hình động học một và hai giai đoạn với các kết quả thực nghiệm ta thu được ờ điều kiện tối ưu. - Phân tích được các thành phần hóa học có trong tinh dầu thu được. Phạm vi nghiên cứu - Đối tượng đtrợc nghiên cứu: Hạt tiêu hồi hương (thì là).
1 - Thời gian được nghiên cứu: từ 01/02/2021 đến 30/09/2021. - Địa điêm được nghiên cíhi: Phòng thí nghiệm Hóa đại cương 1, Khoa Kỳ thuật Thực phẩm và Môi trường, Trường Đại học Nguyền Tất Thành. TÒNG QUAN VÈ NGHIÊN cứu 1.1 Đặc điêm Tiêu hồi hay còn gọi là thì là, hương từ, tiêu hồi hương có tên khoa học là Foeniculum vulgare (Muhammad AsifHanif, 2020). Tiêu hoi là cây thân thảo có chiều cao khoảng 0.6 đến 2 m và sống lâu năm.
Vò cây nhăn và có khía. Rễ khá cứng. Lá tiêu hồi mọc so le, có phiến xẻ lông chim, bẹ phát triên. Hoa có màu vàng và mọc ờ ngọn hoặc nách lá.
Hoa ra vào tháng 6 - 7 và kết quả vào tháng 10. Quả bế đôi, hình trụ, hơi cong. Mặt ngoài màu xanh hơi vàng, suôn về phía hai bên đầu, đinh hoa mang vòi nhụy nhô ra, màu nâu vàng. Mỗi mặt lưng có thê mang khoảng 5 gân nôi rõ và chỗ nối giữa hai bên nừa quả phăng và rộng, mùi thơm đặc trưng (Muhammad Mubeen Mohsinl, 2020).
Là loài cây dề sống nên được trồng ở nhiều nước trên thế giới: Ân Độ, Việt Nam, Mỳ, Địa Trung Hải,. Cây tiêu hồi Cây mọc chậm, cần lượng nắng ấm áp, không quá gắt, ít nhất 120 ngày đê cây phát triển. Đất cần xốp, thoát mrớc, thời tiết ấm áp, mưa phân bô điều hoà. Hạt được gieo trồng vào mùa xuân cách nhau 15 cm.
Đen năm sau nhô ra trồng thành từng luống 3 cách nhau 60 cm. Sau 3 tháng, cây sẽ trô hoa màu vàng và 1 tháng sau đó có thê thu hoạch hạt. Hạt màu xanh xám, dạng lưỡi liềm có lông và dài chừng 1/5 inch (0. Một cân Anh (pound) chứa khoảng một trăm ngàn hạt.
Theo thống kê được tìm hiêu diện tích trồng tiêu hồi ờ Quảng Ninh, Lạng Sơn, (Việt Nam) đến năm 2005 đạt trên 30000 ha, với hrợng quả là 3426 tấn. Dự kiến có thê đen năm 2010 chúng ta sẽ có thêm 20000 ha tiêu hồi. Riêng tinh dầu, mỗi năm cũng đã chung cất được từ 150-250 tấn.2 Phân loại Theo thống kê trên thế giới có nhiều loại tiêu hoi nhưng ở Việt Nam chi có khoảng hai loại là Anethum Tombolens (Trung Quốc, Việt Nam) và Anethum Sowa (Ân Độ, Mỹ, Châu Au) (R. Tập trung ở khu vực phía Bắc, nơi có khí hậu mát mẻ phù hợp cho sự phát triển của loài cây này.
Ngoài ra còn có một vài loài khác được tìm ra nhưng chưa được định danh (Bo Yang, 2021).3 Công dụng Trong y học truyền thống: Kháng khuân, chổng oxy hoá, hạ đường huyết, chậm kinh, kích dục, sa tinh hoàn, hạ kali trong máu (Shahrajabian, 2019). Tiêu hồi còn được sừ dụng đê làm hương liệu, giúp người nội trợ luôn có sự lựa chọn hương vị đa dạng hơn trong món ăn của mình (Sushil Kumar, 2020).2 TINH DẦU TIỀU HÒI Trung Quốc là nguồn gốc của tiêu hồi và phát triên chủ yếu ở tinh Cam Túc, Nội Mông, Sơn Tây và Liêu Ninh. Tinh dầu tiêu hồi được cấu tạo nên từ anethole, carvone, estragole,a-phellandrene,p-cymene,dillapiole và các thành phần khác (MaryamRostaei, 2018). Tinh dầu tiêu hồi thông thường được lấy bằng cách chưng cất bị hơi nước lôi cuốn trực tiếp ư'r hạt tiêu hồi.
Tinh dầu có màu vàng nhạt, mùi thơm thoang thoảng nhẹ, dề bay hơi. Thành phần có trong tinh dầu tiêu hồi chủ yếu là anethole, carvone thuộc họ của hợp chat terpenoid (hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân (nhất là ở nhiệt độ 4 cao) và thường bị phân hủy bời ánh sáng thành các hợp chất khác. Chúng cần đựng trong lọ tối màu, có miệng nhò, có nút và nắp chai kín. Anethole Estragole Terpinolene D-Limonene Eucalyptol Limonene />CH2 trans-P-Ocimene p-Cymene Dillapiole Hình 1.
Công thức hóa học của các hợp chất trong tinh dầu tiêu hồi 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT TINH DẦU 1.1 Chưng cất trực tiếp trong nước (HD) Chưng cất trực tiếp là quá trình mà nguyên liệu sẽ ngập hoàn toàn trong bình cầu chứa nước. Sau đó, được gia nhiệt bằng bếp lưới đê bình cầu có thê đạt đến điêm sôi. Mỗi điêm sôi sẽ tương ứng với thành phần của tinh dầu (hỗn hợp của nhiều loại hợp chất có hương thơm) (Cassel et al. Quá trình chưng cất này được mô tả như sau: khi bình cầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi nhất định, hòa tan một phần tinh dầu vào nước có sẵn ờ tế bào thực vật.
Tinh dầu sẽ được thâm thấu dần ra bên ngoài bề mặt nguyên liệu rồi hơi nước sẽ lôi cuốn lên sinh hàn hoàn lưu. Tại đây, hỗn hợp gặp hơi lạnh sẽ ngưng tụ tạo thành lỏng và chảy xuống nhánh chiết. Nước ngưng đầy sẽ chảy ngược vào bình cầu chứa nguyên liệu ban đầu. Quá trình này được lặp đi và lặp lại cho 5 đến kill tinh dầu có trong các mô thực vật thoát ra hết (Silva, Nelson, Drummond, Dufosse, & Gloria, 2005).
Chúng ta sẽ thu được phần tinh dầu thô và nước ngmig. ưu điêm: + Chưng cất tinh dầu ở nhiệt độ khá cao, chất lượng tinh dầu sẽ tốt hơn. + Dề lắp đặt. Nhược điêm: + Thời gian chưng cất lâu.
+ Dề nhiễm một số thành phần không mong muốn. Mô hình hệ thống chưng cất trực tiếp trong nước 1.2 Chưng cất có sự hỗ trợ của vi sóng (MAHD) Quá trình chưng cất có sự hỗ trợ của lò vi sóng cũng gần ưrơng tự như quá trình chưng cất trực tiếp trong nước, nhirng bình cầu sẽ được đặt và gia nhiệt bên trong lò vi sóng. Vì gia nhiệt bằng lò vi sóng nên bình cầu sẽ không được gia nhiệt cố định mà theo từng chu kì của công suất. Quy trình chưng cất được mô tả như sau: khi bình cầu được gia nhiệt bên trong lò vi sóng với nhiều mức công suất khác nhau, tinh dầu sẽ khuếch tán ra ngoài và hòa tan cùng với nước.
Hỗn hợp tinh dầu và nước sẽ bay lên sinh hàn rồi ngưng tụ xuống nhánh chiết. Nước ngưng sẽ chảy lại vào bình cầu chứa nguyên liệu theo chiều ngược lại. Quá trình này được lặp đi và lặp lại cho đến khi tinh dầu ở 6 trong các mô thực vật thoát ra ngoài hết (Silva et al. Khi kết thúc quá trình và thời gian chưng cất, ta sẽ thu được hỗn hợp tinh dầu và nước ngưng.
Ưu diêm: + Dề lắp đặt. + Có thê điều chinh được các mức công suất. + Tiết kiệm thời gian. Nhược diêm: + Tốn kém tiền điện.
+ Không kiêm soát được thành phần tinh dầu. Mô hình hệ thống chưng cất có sự hỗ trợ cùa lò vi sóng 1.4 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT TINH DẦU Mô hình động học được sử dụng đê đánh giá nhiều thông số biến đôi ảnh hường đen quy trình chưng cất tinh dầu. Từ đó, có thê tính toán chi phí nguyên liệu, năng lượng sản xuất, nhân công cần cho một mẻ và lượng tinh dầu thu được, làm cơ sở cho các tính toán và quyết định kinh tế cho phù họp.1 Mô hình giải hấp một giai đoạn Mô hình động học giải hấp một giai đoạn chi bao gồm quá trình khuếch tán các hạt tinh dầu,không bao gồm quá trình phá vỡ các túi mang hạt tinh dầu trong tế bào thực vật (Abbasipour H. Vì vậy, các giả định cho mô hình này là: a) Các hạt tinh dầu được phân bố đều trong tế bào.
b) Nồng độ của chúng tại bề mặt tế bào bang 0 khi quá trình chưng cất bắt đầu (írng với độ tan vô hạn). c) Các hạt tinh dầu là đăng hướng Do đó, mô hình cho ma trận hình cầu có kích thước đồng đều có phương trinh: Q__ỵ _ „_kt —— = ì — e Kl K (1) Hay / q \ In 1 - — = - kt \ qo) (2) Trong đó: q và q0 (g/g) lần hrợt là hiệu suất ở thời diêm t (phút) và hiệu suất cực đại, k (phút'1 ) là hằng sổ tốc độ bậc 1.2 Mô hình giải hấp hai giai đoạn Mô hình động học giải hấp hai giai đoạn bao gồm quá trình phá vỡ các túi mang hạt tinh dầu, sau đó khuếch tán các hạt tinh dầu ra khôi tế bào thực vật. Mô hình được biêu đạt bởi phương trình: —= l-F)í-‘‘2' (3) Trên đó : F và 1 - F lần lượt là phần khối lượng tinh dầu thoát ra nhanh và chậm, ki và ki (phút'1) là các hằng sổ tốc độ bậc 1.5 NHỮNG NGHIÊN cửu VÈ ĐỘNG HỌC CHƯNG CÁT TINH DẦU 1.1 Trên thế giới Năm 2015, M. Pekmezovic tác giả và cộng sự đã nghiên cihi tạo ra mô hình động học đê kiêm tra tác dụng kháng nấm của tinh dầu Thymus vulgaris L.
và Cinnamomum cassia L.