Tối ưu hóa hiệu suất trích ly tinh dầu bưởi của thiết bị trích ly dạng pilot

- TỐI ƯU HÓA HIỆU SUẤT TRÍCH LY TINH DẦU BƯỞI CỦA THIẾT BỊ TRÍCH LY DẠNG PILOT.
- Tối ưu hóa hiệu suất trích ly tinh dầu bưởi của thiết bị trích ly dạng pilot.
- Ngày nay, tinh dầu đã và đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm, thực phẩm (Farhat et al., 2011.
- Tran et al., 2018), đặc biệt tinh dầu chiết xuất từ những nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên ngày càng được con người ưa chuộng.
- Tinh dầu có nhiều đặc tính ưu việt như tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và kháng viêm, có tác dụng giảm sưng tấy và điều trị đau nhức, cải thiện và giảm hư tổn trên tóc, tẩy tế bào chết và làm đẹp da (Chen et al., 2016.
- Do đó, những nghiên cứu về tinh dầu đang được các nhà khoa học trên thế giới rất quan tâm..
- Tinh dầu bưởi được trích ly từ vỏ bưởi, có mùi thơm dễ chịu, có tác dụng thư giãn.
- Thành phần chính của tinh dầu bưởi là D-limonene, ngoài ra tinh dầu bưởi còn chứa một ít β-mycrene, α-pinene, β-pinene, và α- terpinolene, đây là các hợp chất có khả năng chống oxi hóa và kháng khuẩn (Darjazi, 2014.
- Các phương pháp trích ly tinh dầu khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly tinh dầu, độ tinh khiết của tinh dầu cũng như tính an toàn khi sử dụng.
- Có nhiều phương pháp trích ly tinh dầu từ vỏ quả đã được nghiên cứu như: phương pháp thẩm tách, phương pháp trích ly sử dụng dung môi hữu cơ, phương pháp chưng cất bằng lôi cuốn hơi nước, phương pháp chưng cất có sự hỗ trợ của vi sóng, phương pháp ép lạnh.
- (2014) đề nghị phương pháp trích ly tinh dầu bưởi bằng dung môi hữu cơ, tuy nhiên để đảm bảo quy trình trích ly đơn giản và thân thiện, độ an toàn của tinh.
- trích ly tinh dầu bưởi theo phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, mà không cần sử dụng nồi hơi riêng..
- Nhìn chung một số nghiên cứu trong và ngoài nước hiện nay chủ yếu thực hiện trích ly tinh dầu bưởi ở quy mô phòng thí nghiệm và có một số đề xuất quá trình trích ly này ở quy mô lớn.
- Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ tập trung vào khả năng ứng dụng tinh dầu sau khi trích ly mà chưa nghiên cứu về các thông số kỹ thuật của quá trình trích ly.
- Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá sự hoạt động của thiết bị trích ly tinh dầu bưởi dạng pilot thông qua sự khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly như tỷ lệ vỏ bưởi:nước, nhiệt độ áo dầu gia nhiệt và thời gian trích ly.
- Trước khi tiến hành trích ly tinh dầu, vỏ bưởi được xác định độ ẩm.
- 2.2 Quy trình trích ly tinh dầu bưởi.
- Hình 2: Quy trình trích ly tinh dầu vỏ bưởi.
- Các thông số cấu tạo và các thông số hoạt động của thiết bị trích ly tinh dầu bưởi được trình bày ở Bảng 1 và Bảng 2.
- Sơ đồ quy trình của quá trình trích ly tinh dầu bưởi được tiến hành như Hình 2..
- Nước và vỏ bưởi được cho vào thiết bị trích ly tại miệng cấp liệu ở những tỷ lệ nhác nhau (tỷ lệ vỏ bưởi:nước .
- Hỗn hợp vỏ bưởi và nước được gia nhiệt đến nhiệt độ và thời gian trích ly cần thiết.
- Nhiệt độ áo dầu gia nhiệt được khảo sát từ 130 – 190 o C và thời gian trích ly từ 4 – 10 giờ.
- Hơi nước lôi cuốn theo tinh dầu được ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ.
- Ở đây, hơi nước và tinh dầu sẽ trao đổi nhiệt với nước làm mát có nhiệt độ từ 33-35 o C, được bơm tuần hoàn ngược chiều từ trên xuống.
- Hỗn hợp hơi nước và tinh dầu sẽ được phân tách ở thiết bị phân ly (Hình 3).
- Thiết bị phần ly được thiết kế dựa theo nguyên lý của bình thông nhau, giúp quá trình phân tách tinh dầu và nước dễ dàng hơn mà không cần phải sử dụng dung môi.
- Tinh dầu bưởi sau khi trích ly được làm khan bằng sodium sulfate để đảm bảo tinh dầu thu được không còn lẫn nước.
- Sau đó, tinh dầu bưởi được lưu trữ ở 5 o C để hạn chế sự bay hơi và biến tính của tinh dầu..
- Bảng 1: Các thông số cấu tạo của thiết bị trích ly tinh dầu bưởi.
- Thiết bị trích ly tinh dầu Nước.
- Hỗn hợp hơi nước và tinh dầu.
- Nước và tinh dầu.
- Nước Tinh dầu bưởi.
- Hình 3: Cấu tạo thiết bị phân ly tinh dầu bưởi.
- 1-Ống dẫn hỗn hợp tinh dầu và nước, 2- Thiết bị phân ly, 3- Ống tách nước, 4- Ống thu hồi tinh dầu Bảng 2: Thông số hoạt động của thiết bị trích ly.
- Nhiệt độ của hỗn hợp hơi nước và hơi tinh dầu vào ( o C.
- Nhiệt độ của hỗn hợp hơi nước và hơi tinh dầu ra ( o C.
- 2.3 Hiệu suất trích ly tinh dầu và hiệu suất thu hồi tinh dầu.
- Hiệu suất trích ly tinh dầu H.
- và hiệu suất thu.
- H = 95%: hiệu suất trích ly tinh dầu lý thuyết;.
- Hình 4 và Hình 5 cho thấy rằng khi tăng tỷ lệ vỏ bưởi:nước thì hiệu suất thu hồi tinh dầu và hiệu suất trích ly tinh dầu tăng.
- Khi tăng tỷ lệ nước:vỏ bưởi = 1:5 thì hiệu suất thu hồi tinh dầu tăng 16,02%.
- nước, thì hiệu suất thu hồi tinh dầu lại giảm.
- Tương tự đối với hiệu suất trích ly tinh dầu, hiệu suất trích ly tinh dầu đạt được cao nhất, 9,15% ở tỷ lệ vỏ bưởi:nước = 1:5..
- Hiệu suất trích ly giảm còn 6,23% và 5,15% khi tăng tỷ lệ vỏ bưởi:nước lần lượt là 1:6 và 1:7.
- Như vậy, hiệu suất thu hồi tinh dầu và hiệu suất trích ly tinh dầu tối ưu nhất là ở tỷ lệ vỏ bưởi:nước = 1:5..
- Hình 4: Hiệu suất thu hồi tinh dầu theo tỷ lệ bưởi:nước ở 130 o C, thời gian trích ly 6 giờ.
- Hình 5: Hiệu suất trích ly tinh dầu theo tỷ lệ bưởi:nước ở 130 o C, thời gian trích ly 6 giờ.
- Điều này có thể được giải thích là khi gia nhiệt hỗn hợp vỏ bưởi và nước, nước sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và xâm nhập vào bên trong các tế bào chứa tinh dầu làm chúng trương phồng lên, đến một lúc nào đó túi tinh dầu sẽ bị phá vỡ và giải phóng tinh dầu ra ngoài.
- Khi tiếp xúc với hơi nước, tinh dầu này sẽ bị lôi cuốn theo hơi nước và được ngưng tụ lại ở thiết bị ngưng tụ.
- Khi tỷ lệ nước và tinh dầu nhỏ, có nghĩa là lượng nước sử dụng ít sẽ không đủ để hòa tan lượng chất keo có trên màng tế bào làm giảm tốc độ thẩm thấu của hơi nước và độ khuếch tán của tinh dầu.
- Mặt khác, khi lượng nước sử dụng quá ít thì áp lực tạo ra không đủ để phá vỡ hoàn toàn các túi tinh dầu cũng như không tạo đủ lượng hơi cần thiết để lôi cuốn tinh dầu ra khỏi hỗn hợp.
- Đây là lý do tại sao hiệu suất thu hồi và hiệu suất trích ly tinh dầu thấp ở những tỷ lệ vỏ bưởi:nước = 1:3 và 1:4.
- Ngược lại, khi tỷ lệ vỏ bưởi:nước quá cao thì các cấu tử có tính phân cực trong tinh dầu sẽ hòa tan.
- vào nước làm tổn hao tinh dầu thu được và nồng độ của dung dịch thu được sẽ giảm xuống.
- Muốn trích ly toàn bộ tinh dầu có trong vỏ bưởi thì phải tăng thời gian trích ly, do đó khảo sát ảnh hưởng của thời gian chưng cất sẽ được tiến hành trong các thí nghiệm tiếp theo..
- Nhiệt độ cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi tinh dầu vì nhiệt độ cao làm tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt của tinh dầu.
- Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao sẽ thúc đẩy sự biến đổi hóa học của các thành phần trong nguyên liệu gây ảnh hưởng không mong muốn đến chất lượng tinh dầu (Hà Duyên Tư, 2009).
- Hình 6 và Hình 7 trình bày hiệu suất thu hồi tinh dầu phụ thuộc vào nhiệt độ áo dầu gia nhiệt từ và 190 o C với tỷ lệ vỏ bưởi:nước = 1:5 (kg/L) trong thời gian 6 giờ..
- Hình 7: Hiệu suất trích ly tinh dầu theo nhiệt độ áo dầu gia nhiệt ở tỷ lệ vỏ bưởi:nước (kg/L.
- 1:5, thời gian trích ly 6 giờ.
- Khi tăng nhiệt độ từ 130 o C đến 170 o C thì hiệu suất thu hồi tinh dầu tăng lần lượt từ 0,256‰ đến 0,312‰ và đạt cực đại 0,459‰ ở 170 o C.
- Nhiệt độ còn làm biến tính và phá hủy màng tế bào của nguyên liệu do các bọt khí tạo thành làm cho quá trình trích ly trở nên dễ dàng hơn, và khi tăng nhiệt tải riêng, quá trình sôi mạnh hơn làm túi tinh dầu bị phá vỡ nhiều hơn.
- Do đó, lượng tinh dầu thu được có khác biệt theo nhiệt độ.
- Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng nhiệt độ lên 190 o C thì hiệu suất trích ly là 0,428‰, giảm 6,75% so với hiệu suất trích ly ở 170 o C.
- Hiệu suất thu hồi tinh dầu giảm là do khi nhiệt độ càng cao thì lượng hơi nước càng nhiều, sẽ làm cho sự tiếp xúc giữa nước và vỏ bưởi xảy ra quá nhanh.
- Điều này dẫn đến tinh dầu chưa thể trích ly được hoàn toàn và phần tinh dầu còn lại trong bã của vỏ bưởi nhiều nên hiệu suất thu hồi tinh dầu giảm..
- Tương tự đối với hiệu suất trích ly tinh dầu, hiệu suất tăng 44,44% từ 7,50% lên 13,50% khi tăng.
- Hiệu suất trích ly giảm còn 12,60% khi nhiệt độ lớp áo dầu là 190 o C.
- Vì vậy, 170 o C là nhiệt độ áo dầu gia nhiệt tối ưu nhất cho quá trình trích ly tinh dầu vỏ bưởi..
- Thời gian trích ly phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nguyên liệu, dung môi, nhiệt độ trích ly,… Khi thời gian trích ly càng dài thì hiệu suất thu hồi tinh dầu càng cao.
- Mặt khác, khi quá trình trích ly đạt trạng thái cân bằng, tăng thời gian trích ly sẽ không làm tăng hiệu quả thu hồi tinh dầu, tốn kém thời gian và năng lượng, ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành của tinh dầu.
- Do vậy, khảo sát thời gian trích ly phù hợp là cần thiết.
- Khi kéo dài thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi tinh dầu và hiệu suất trích ly tinh dầu sẽ tăng (Hình 8 và Hình 9).
- Tiếp tục kéo dài thời gian trích ly 10 giờ, hiệu suất thu hồi tinh dầu (0,748‰) tăng lên 54,81% so với hiệu suất thu hồi tinh dầu ở 4 giờ (0,338.
- Khảo sát thời gian trích ly ở 8 giờ, hiệu suất thu hồi tinh dầu và hiệu suất trích ly lần lượt là 0,737‰ và 21,68% và nhận thấy các hiệu suất này ở 8 giờ và 10 giờ không có sai lệch đáng kể.
- Do đó, để đảm bảo tính kinh tế, 8 giờ là thời gian trích ly được lựa chọn..
- Hình 8: Hiệu suất thu hồi tinh dầu theo thời gian ở 170 o C, tỉ lệ vỏ bưởi:nước (kg/L.
- Hình 9: Hiệu suất trích ly tinh dầu theo thời gian ở 170 o C, tỉ lệ vỏ bưởi:nước (kg/L.
- 1:5 3.2 Đánh giá khả năng hoạt động của thiết Duyên, 2017), trong khí đó, hiệu suất trích ly tinh.
- Hiệu suất thu hồi thực tế không sai lệch nhiều so với hiệu suất thu hồi lý thuyết, vì vậy có thể kết luận rằng thiết bị trích ly hoạt động khá ổn định, chất lượng tinh dầu tốt.
- Do thiết bị phân ly được thiết kế theo nguyên tắc bình thông nhau (Hình 3), và dựa vào sự chênh lệch tỷ trọng của tinh dầu và nước nên tinh dầu thu được ít bị lẫn nước, tiết kiệm được thời gian tách chiết tinh dầu và không sử dụng dung môi để tách chiết tinh dầu.
- các thông số của quá trình trích ly nhận thấy rằng lượng nước chiếm khoảng 5% thể tích tinh dầu..
- Thiết bị trích ly có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng và an toàn cho người sử dụng.
- Mặc dù thời gian trích ly tinh dầu vẫn còn dài hơn so với một số nghiên cứu, tuy nhiên hiệu suất trích ly tinh dầu thu được cao hơn rất nhiều so với các nghiên cứu trước đó..
- Điều kiện trích ly.
- hồi tinh dầu.
- Thời gian trích ly.
- Thời gian trích ly tinh dầu bưởi trong nghiên cứu của Chen et al.
- quy mô lớn hơn so với mô hình trích ly của Chen et al.
- Do đó, thiết bị trích ly cần phải được thiết kế thêm bộ phận giám sát mực chất lỏng.
- Nghiên cứu đã đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly tinh dầu bưởi ở các điều kiện tối ưu như sau tỉ lệ vỏ bưởi:nước = 1:5, nhiệt độ áo dầu gia nhiệt 170 o C và thời gian trích ly 8h..
- Hiệu suất thu hồi tinh dầu thực tế là 0,737‰.
- khoảng 87,74% so với hiệu suất thu hồi tinh dầu lý thuyết..
- Hiệu suất trích ly tinh dầu là 21,68%.
- Thiết bị trích ly tinh dầu bưởi hoạt động ổn định, dễ vận hành và thiết bị phân ly tinh dầu hoạt động tốt giúp rút ngắn thời gian phân tách tinh dầu và tinh dầu ít bị lẫn nước..
- Thiết bị trích ly tinh dầu bưởi cần phải được cải tiến để nâng cao hiệu suất và chất lượng của tinh dầu..
- Đánh giá khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa của tinh dầu trích ly từ vỏ bưởi Năm Roi (Citrus grandis).
- Kết quả bước đầu nghiên cứu xây dựng mô hình chưng cất tinh dầu cam, bưởi phục vụ xử lý rác thải xốp