Quá trình chưng cất tinh dầu diễn ra như thế nào?

Đặc tính chung và phân loại:

Nguyên liệu tinh dầu là các loại thực vật có chứa tinh dầu. Trong thực vật, tinh dầu có thể ở vỏ, hạt, hoa, lá, rễ, thân, củ… Có một số thực vật trong mọi bộ phận của cây đều có chứa tinh dầu. Để khai thác chúng trong công nghiệp, người ta thường sử dụng bộ phận nào trong cây có chứa nhiều tinh dầu nhất và tinh dầu có chất lượng cao nhất. Hàm lượng tinh dầu trong thực vật thường không lớn lắm, có loại chứa 15% và có loại chỉ vài phần nghìn. Những nguyên liệu chứa tinh dầu ít thường quý và đắt tiền (tinh dầu hoa hồng, tinh dầu trầm hương,…).
Tinh dầu facare là một hợp chất hữu cơ có mùi thơm, mùi thơm của tinh dầu là mùi của cấu tử có nhiều trong tinh dầu (cấu tử chính). Ví dụ: Mùi của tinh dầu hoa hồng là mùi Phenyl Etilic (cấu tử chính), mùi của tinh dầu hoa nhài là mùi của Jasmine, mùi của tinh dầu chanh là mùi của Limonen (chiếm khoảng 90% trong tinh dầu chanh). Đa số tinh dầu thường rất dễ bay hơi với hơi nước, có mùi thơm, không hòa tan trong nước và khối lượng riêng thường nhỏ hơn nước. Có một vài tinh dầu có khối lượng riêng lớn hơn nước như tinh dầu quế, tinh dầu đinh hương… Vì những lý do trên người ta thường dùng phương pháp chưng cất để tách tinh dầu.
Khác với dầu béo, thành phần của tinh dầu là những hợp chất thuộc dãy Terpen, công thức chung là (C10H16)n và những dẫn xuất có chứa oxy của Terpen như rượu, Xeton, Andehyt. Còn dầu béo là các hợp chất thuộc dãy Parafin, Olefin… không thuộc dãy Terpen. Dầu béo không bay hơi với hơi nước nên không chưng cất được, dầu béo sau khi tinh chế thường không có mùi thơm đặc trưng, thường trong quá trình bảo quản dầu béo, dầu có thể có mùi bị ôi khét, hư hỏng.

Các loại nguyên liệu có chứa tinh dầu gồm các loại như sau:

Nguyên liệu quả và hạt: Hồi, Mùi Già (Ngò Ta), Màng Tang, Thì Là, Nhục Đậu Khấu…
Nguyên liệu lá, cành: Sả, Bạc Hà, Hương Nhu, Húng Quế, Tía Tô Tím, Lá Trầu Không, Lá Chanh, Lá…
Nguyên liệu rễ, củ: Gừng, Long Não (nhiều nhất ở rễ), Nghệ, Củ Hành Tây, Củ Riềng…
Nguyên liệu vỏ: Cam, Chanh, Quýt, Bưởi….
Nguyên liệu hoa: Hoa hồng, hoa lài, hoa lavender, hoa ngọc lan, hoa cam….

Giới thiệu một số nguyên liệu chứa tinh dầu:

Thu hoạch, bảo quản và chế biến sơ bộ:

Kỹ thuật khai thác tinh dầu – Các phương pháp khai thác tinh dầu:

Tách tinh dầu bằng phương pháp chưng cất (hóa lý):

Những ưu nhược điểm chung của phương pháp chưng cất:

Hồi: Hoa có hình sao, trồng nhiều ở Lạng Sơn, Cao Bằng, hàm lượng tinh dầu 13 ÷15% (tính theo hoa khô), 3 ÷3,5% (tính theo hoa tươi). Tinh dầu hồi dùng để chế biến rượu mùi, dùng trong y dược (cồn xoa bóp), dùng làm chất phụ gia trong kem đánh răng.
Sả: Là một loại cây thân thảo, sống một vài năm, trồng bằng tép. Sau khi trồng 3 ÷4 tháng thì thu hoạch lá và cứ 40 ÷45 ngày thu hoạch một lứa, năng suất bình quân 50 tấn lá/ha. Hàm lượng tinh dầu 0,7 ÷1,5%, thành phần chính của tinh dầu sả là Geraniol (23%) và xitronenlal (32 ÷35%). Lá sả thường được chưng cất ở dạng tươi hoặc khô. Sả trồng được ở vùng đồi núi vì chịu được khô hạn.
Bạc hà: Là loại cây thân thảo sống được vài năm, sau khi trồng vài tháng có thể thu hoạch được. Hàm lượng tinh dầu 1,3 ÷1,6%, cấu tử chính là Menthol (70 ÷90%). Tinh dầu bạc hà thường được dùng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.
Quế: Trồng nhiều ở Quảng Ninh, Yên Bái, Quảng Nam, Quảng Ngãi. Vỏ và lá đều có chứa tinh dầu nhưng nhiều nhất là ở vỏ. Để sản xuất tinh dầu người ta thường dùng cành và vỏ vụn. Hàm lượng tinh dầu ở vỏ khô 1 ÷2,5%, ở lá 0,2 ÷0,5%. Cấu tử chính của tinh dầu quế là Andehyt Xinamic (90%). Tinh dầu quế được dùng trong công nghiệp thực phẩm (gia vị) và trong dược phẩm.
Nguyên liệu chứa tinh dầu cần phải thu hoạch vào lúc có nhiều tinh dầu nhất và tinh dầu có chất lượng cao nhất. Tùy theo dạng nguyên liệu mà người ta xác định độ chín kỹ thuật để thu hoạch, thường thu hoạch vào lúc sáng sớm, lúc tan sương (vì trong ngày hàm lượng tinh dầu giảm dần từ sáng đến tối). Khi thu hoạch cần tránh làm dập nát và lẫn tạp chất. Thu hoạch xong cần đưa về cơ sở sản xuất ngay. Trong quá trình vận chuyển cần cẩn thận để tránh hư hỏng nguyên liệu. Các cơ sở sản xuất không nên quá xa vùng nguyên liệu (
Để chuẩn bị cho quá trình sản xuất được tốt, nguyên liệu cần phải được chế biến sơ bộ, quá trình này gồm:
Làm sạch tạp chất: thường dùng phương pháp sang phân loại
Nghiền: Tinh dầu trong thực vật thường nằm trong các mô của tế bào, vì thế nghiền nhằm mục đích để giải phóng tinh dầu ra khỏi mô để khi tiến hành sản xuất tinh dầu dễ thoát ra ngoài, từ đó rút ngắn quy trình sản xuất. Để nghiền người ta thường dùng máy nghiền búa hoặc nghiền trục. Nghiền càng nhỏ thì hiệu suất phá vỡ các tế bào càng cao nhưng dễ gây tắc ống dẫn hơi (tinh dầu + nước) và độ xốp bé làm ảnh hưởng đến quá trình chưng cất. Mức độ nghiền được biểu diễn bằng dung trọng (trọng lượng của một đơn vị thể tích nguyên liệu). Mỗi nguyên liệu có một dung trọng thích hợp và được xác định trong phòng thí nghiệm.
Tùy thuộc từng loại nguyên liệu và trạng thái của tinh dầu trong nguyên liệu (tự do hoặc kết hợp), mà người ta dùng các phương pháp khác nhau để tách chúng.
Các phương pháp tách tinh dầu cần phải đạt được những yêu cầu cơ bản như sau:
Giữ cho tinh dầu thu được có mùi vị tự nhiên ban đầu
Quy trình chế biến phải phù hợp, thuận lợi và nhanh chóng
Phải tách được triệt để tinh dầu trong nguyên liệu, tổn thất tinh dầu trong quá trình chế biến và hàm lượng tinh dầu trong nguyên liệu sau khi chế biến (bã) càng thấp càng tốt
Chi phí đầu tư vào sản xuất là ít nhất
Dựa vào những yêu cầu đã nêu trên, người ta thường dùng những phương pháp khai thác tinh dầu sau:
Phương pháp hóa lý: chưng cất và trích ly (trích ly có thể dùng dung môi bay hơi hoặc dung môi không bay hơi)
Phương pháp cơ học: dùng các quá trình cơ học để khai thác tinh dầu như ép, bào, nạo.
Phương pháp kết hợp: khai thác tinh dầu bằng cách kết hợp giữa quá trình hóa lý và quá trình cơ học, hoặc sinh hóa (lên men) và cơ học, hoặc sinh hóa và hóa lý. Ví dụ, trong quả Vani, tinh dầu ở dạng liên kết Glicozit nên dùng Enzym để thủy phân, phá hủy liên kết này rồi sau đó dùng phương pháp chưng cất (hóa lý) để lấy tinh dầu.
Những hiểu biết cơ bản về quá trình chưng cất tinh dầu: Tinh dầu là một hỗn hợp gồm nhiều cấu tử tan lẫn vào nhau. Trong quá trình chưng cất, cùng với sự thay đổi thành phần hỗn hợp lỏng có thể làm thay dổi thành phần của hỗn hợp hơi. Trong điều kiện áp suất không đổi, dung dịch lỏng mà ta thu được bằng cách ngưng tụ hỗn hợp hơi bay ra sẽ có thành phần cấu tử dễ bay hơi cao hơn so với chất lỏng ban đầu, nếu tiếp tục chưng cất thì càng ngày thành phần dễ bay hơi trong chất lỏng ban đầu càng ít và trong chất lỏng sau ngưng tụ càng nhiều. Nếu ngưng tụ theo thời gian thì ta có thể thay đổi thành phần của tinh dầu sau ngưng tụ so với thành phần của tinh dầu có trong nguyên liệu. Việc làm này nhằm mục đích nâng cao chất lượng tinh dầu. Ví dụ, yêu cầu của tinh dầu sả là hàm lượng Xitronenlal phải >35% nhưng tinh dầu của ta thường chỉ đạt 32%, do đó có thể dùng phương pháp chưng cất ngưng tụ theo thời gian để nâng cao hàm lượng Xitronenlal trong tinh dầu sả.
Các dạng chưng cất tinh dầu: có 3 dạng chưng cất tinh dầu như sau:
Chưng cất với nước: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị. Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn theo tinh dầu, ngueng tụ hơi bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm nước và tinh dầu, hai thành phần này không hòa tan vào nhau nên dễ dàng tách ra khỏi nhau.
Phương pháp này đơn giản, thiết bị rẻ tiền và đẽ chế tọa, phù hợp với những cơ sở sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít. Tuy nhiên, phương pháp này còn một vài nhược điểm như hiệu suất thấp, chất lượng tinh dầu không cao do nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với thiết bị nên dễ bị cháy khét, khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất.
Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng: Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị nhưng cách nhau bởi một vỉ nồi. Khi đun sôi, hơi nước bốc lên qua khối nguyên liệu kéo theo tinh dầu và đi ra thiết bị ngưng tụ. Để nguyên liệu khỏi rơi vào phần có nước ta có thể lót trên vỉ 1 hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại nguyên liệu. Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui mô trung bình.
So với phương pháp trên, phương pháp này có ưu điểm hơn, nguyên liệu ít bị cháy khét vì không tiếp xúc trực tiếp với đáy thiết bị, các nhược điểm khác vẫn chưa khắc phục được. Phương pháp này thích hợp cho những loại nguyên liệu không chịu được nhiệt độ cao.
Chưng cất bằng hơi nước có nồi hơi riêng: Phương pháp này phù hợp với những cơ sở sản xuất lớn, hơi nước được tạo ra từ một nồi hơi riêng và được dẫn vào các thiết bị chưng cất.
Phương pháp này cùng một lúc có thể phục vụ được cho nhiều thiết bị chưng cất, điều kiện làm việc của công nhân nhẹ nhàng hơn, dễ cơ khí hóa và tự động hóa các công đoạn sản xuất, khống chế tốt hơn các thông số công nghệ, rút ngắn được thời gian sản xuất. Ngoài ra, phương pháp này đã khắc phục được tình trạng nguyên liệu bị khê, khét và nếu theo yêu cầu của công nghệ thì có thể dùng hơi quá nhiệt, hơi có áp suất cao để chưng cất. Tuy nhiên, đối với một số tinh dầu trong điều kiện chưng cất ở nhiệt độ và áp suất cao sẽ bị phân hủy làm giảm chất lượng. Hơn nữa, các thiết bị sử dụng trong phương pháp này khá phức tạp và đắt tiền.
Ưu điểm:
Thiết bị khá gọn gang, dễ chế tạo, quy trình sản xuất đơn giản
Trong quá trình chưng cất, có thể phân chia các cấu tử trong hỗn hợp bằng cách ngưng tụ từng phần theo thời gian
Thời gian chưng cất tương đối nhanh, nếu thực hiện gián đoạn chỉ cần 5-10 giờ, nếu liên tục thì 30 phút đến 1 giờ
Có thể tiến hành chưng cất với các cấu tử tinh dầu chịu được nhiệt độ cao
Nhược điểm:
Không áp dụng phương pháp chưng cất vào những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp vì thời gian chưng cất sẽ kéo dài, tốn rất nhiều lơi và nước ngưng tụ
Tinh dầu thu được có thể bị giảm chất lượng nếu có chứa các cấu tử dễ bị thủy phân
Không có khả năng tách các thành phần khó bay hơi hoặc không bay hơi tổng thành phần của nguyên liệu ban đầu mà những thành phần này rất cao như sáp, nhựa thơm…
Hàm lượng tinh dầu còn lại trong nước chưng (nước sau phân ly) tương đối lớn
Tiêu tốn một lượng nước khá lớn để làm ngưng tụ hỗn hợp hơn