Việt Nam với điều kiện thiên nhiên nhiệt đới rất thuận lợi cho việc hình thành và phát triển các loài thực vật, điển hình như các loại cây có chứa tinh dầu rất dồi dào và độc đáo. Trong đó, giống Citrus họ Rutaceae có tiềm năng và nhu cầu thị trường về tinh dầu ngày càng lớn như vỏ bưởi Da xanh (Citrus Maxima Burm. Merr), bưởi Năm roi (Citrus grandis L.) ở khu vực phía Nam và bưởi Diễn (Citrus grandis L.), bưởi Đoan Hùng (Citrus grandis L.) ở khu vực phía Bắc.
Tinh dầu vỏ bưởi rất phổ biến trong dược phẩm và đặc biệt là mỹ phẩm. Chúng được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu làm đẹp và sức khỏe của con người. Mùi hương của tinh dầu bưởi thanh tao giúp giải cảm, thư giãn, giảm stress. Tinh dầu bưởi có trong dầu massage giúp tan mỡ, cân bằng yếu tố dinh dưỡng cho da, chống lại sự lão hóa. Đặc biệt còn kích thích mọc tóc, giúp tóc dài và mượt, chống hói và rụng tóc. Trong lá, hoa, vỏ quả bưởi đều có chứa tinh dầu nhưng phần lớn tinh dầu thường tập trung nhiều nhất ở vỏ quả bưởi.
Hiện nay, quy trình công nghệ sản xuất tinh dầu từ các loài thực vật hay thảo mộc ngày càng được chú trọng quan tâm, đặc biệt là các nguyên liệu họ Citrus. Động học của quá trình thu hồi tinh dầu từ nguyên liệu vỏ thực vật cũng đang phát triển, tuy nhiên, tình hình nghiên cứu trong nước hiện chưa được mô hình hóa đầy đủ. Có nhiều phương pháp chiết xuất tinh dầu từ thực vật như phương pháp cơ học, phương pháp chưng cất lôi cuối hơi nước, phương pháp trích ly bằng dung môi dễ bay hơi và phương pháp trích ly bằng kỹ thuật cao như CO2 lỏng, vi sóng, siêu âm. Mỗi phương thức có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau.
Trong các nghiên cứu cho thấy quá trình trích ly có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi tinh dầu, các thông số quy trình tác động qua lại lẫn nhau trong quá trình chiết xuất, tinh dầu di chuyển bên trong tế bào thực vật ra môi trường tách chiết. Quy mô chiết xuất ở phòng thí nghiệm chưa đủ đánh giá những tác động trong quá trình này, kéo theo sự sai lệch trong kết quả chiết tách tinh dầu ở quy mô lớn. Từ đó, mô hình động học trích ly tinh dầu được đánh giá nhằm đưa ra một dữ liệu cụ thể về các mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng tinh dầu trong quá trình trích ly.
Ngoài ra, thành phần hóa học, hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu thu được cũng cần được đánh giá để khai thác tiềm năng của các loại tinh dầu, có thể ứng dụng vào các sản phẩm thực phẩm, đa dạng hơn trong các ngành mỹ phẩm, dược phẩm và các sản phẩm tẩy rửa gia dụng… Qua đó nâng cao giá trị kinh tế của cây có múi.
Đề tài nêu trên được thực hiện với mục đích xây dựng mô hình động học thích hợp cho việc chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Da xanh, bưởi Năm roi, bưởi Diễn, bưởi Đoan Hùng, đồng thời đánh giá chất lượng, hoạt tính sinh học tinh dầu thu được. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành quy trình chiết tách tinh dầu bưởi bằng phương pháp chưng cất hơi nước, khảo sát hiệu suất trích ly của tinh dầu và hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất tinh dầu cho hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh dầu cao. Bên cạnh đó, sử dụng kỹ thuật phân tích số liệu để áp dụng các mô hình động học vào dữ liệu thực nghiệm.
Theo đó, tinh dầu bưởi Da xanh, bưởi Năm roi, bưởi Diễn và bưởi Đoan Hùng được chiết xuất bằng hệ thống chưng cất hơi nước, đây là phương pháp phổ biến để chiết xuất tinh dầu từ thực vật. Quá trình chiết xuất thay đổi về khối lượng nhập liệu, lưu lượng hơi và thời gian chiết xuất, vì vậy, các thông số này đã được nghiên cứu để xác định ảnh hưởng của từng yếu tố và tìm ra điều kiện tối ưu để đạt được năng suất tối đa trong quá trình chiết xuất. Song song đó, bốn mô hình động học được cài đặt để đánh giá sự ảnh hưởng của yếu tố đến thông số động học quá trình, xác định mô hình phù hợp nhằm mô tả cơ chế giải hấp tinh dầu và xây dựng phương trình ước lượng hàm lượng tinh dầu tại tất cả thời điểm của quá trình chiết xuất. Ngoài ra, chất lượng ba loại tinh dầu cũng được thể hiện bằng kết quả phân tích GC-MS.
Kết quả cho thấy, hầu hết các mô hình thực nghiệm được trang bị đã chứng tỏ phù hợp với động học của quá trình chiết xuất với hệ số R2 > 0.95. Mô hình rửa và khuếch tán không cản trở đồng thời được chọn là mô hình phù hợp nhất cho quá trình chiết xuất tinh dầu từ vỏ bưởi Da xanh. Mô hình này (có giá trị R2 cao nhất là 0.99576) phù hợp với các dữ liệu thực nghiệm hơn ba mô hình động học còn lại. Đối với quá trình chiết xuất vỏ bưởi Năm roi và vỏ bưởi Diễn, mô hình rửa tức thời theo sau khuếch tán được đánh giá là phù hợp nhất với hệ số R2 tương ứng là 0.99831 và 0.99953. Đặc biệt, bưởi Đoan Hùng tương thích với mô hình khuếch tán đơn thuần (R2 đạt 0.99927).
Các thông số động học của các mô hình cũng cho thấy giai đoạn rửa chịu tác động nhiều hơn bởi tốc độ chưng cất đối với cả bốn loại nguyên liệu này. Từ các dữ liệu động học quá trình chiết xuất, phương trình động học được xây dựng nhằm ước lượng hàm lượng tinh dầu dầu tại bất kỳ thời điểm. Cụ thể, mô hình động học của quá trình chiết xuất các loại bưởi như sau:
Ngoài ra, tinh dầu vỏ bưởi được chiết xuất tại điều kiện tối ưu của quá trình như: khối lượng nhập liệu 500g, lưu lượng hơi 2.1 mL/phút trong thời gian 90 phút với bưởi Da xanh và 60 phút với bưởi Năm roi. Bưởi Diễn và bưởi Đoan Hùng có sự thay đổi về lưu lượng hơi 2.4 mL/phút và thời gian chiết xuất trong 60 phút. Tại điều kiện tối ưu này, tinh dầu bốn loại nguyên liệu được phân tích GC-MS cho thấy có hàm lượng Limonene chiếm khá cao với 97% trong tinh dầu bưởi Da xanh, 78.35% trong tinh dầu bưởi Năm roi, 96.48% trong tinh dầu bưởi Diễn và 96.38% của bưởi Đoan Hùng. Các thông số này được xem như chất lượng của tinh dầu chiết xuất bởi phương pháp chưng cất hơi nước. Các thành phần này là cơ sở của việc đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa trong tinh dầu.
Đối với khả năng kháng oxy hóa dựa trên gốc tự do DPPH và ABTS, tinh dầu bưởi Da xanh đứng đầu và bưởi Diễn ở vị trí thứ hai trong bốn loại bưởi. Các dữ liệu của quá trình nghiên cứu là đóng góp quan trọng trong lĩnh vực chiết xuất tinh dầu, đặc biệt trong việc dự đoán hàm lượng tinh dầu còn lại trong nguyên liệu khi mà các nghiên cứu tương tự về mô hình động học chưa được tập trung thực hiên. Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể xem là cơ sở khoa học ban đầu cho việc xây dựng quy trình chiết tinh dầu, mô hình động học của tinh dầu họ Citrus quy mô pilot, quy mô công nghiệp cũng như cung cấp những dẫn chứng khoa học về thành phần hóa học đặc trưng của tinh dầu. Qua đó góp phần xây dựng bộ dữ liệu lớn về cơ sở quá trình chiết xuất tinh dầu của các loại bưởi khu vực phía Nam và phía Bắc; tăng khả năng ứng dụng của các nguyên liệu này vào thực tiễn.
Nguồn: cesti.gov.vn/
In bài viết
