Số hóa bởi Trung tâm Học liệu ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
NGUYỄN THỊ HẰNG
NGHIÊN CỨU CHIẾT TÁCH TINH DẦU TỪ VỎ
QUẢ QUẤT, QUÝT (CITRUS) ĐỂ XỬ LÝ RÁC THẢI XỐP
TẠI THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
Ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận
Sinh viên
Nguyễn Thị Hằng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Cơ sở khoa học 4
1.1.1. Nguồn gốc họ quất, quýt (Citrus) 4
1.1.2. Tổng quan về tinh dầu 4
1.1.2.1. Khái niệm về tinh dầu 4
1.1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu 5
1.1.2.3. Tính chất của tinh dầu 6
1.1.2.4. Các phương pháp sản xuất tinh dầu 8
1.1.2.5. Ứng dụng của tinh dầu chiết xuất từ họ Citrus 16
1.2. Cơ sở thực tiễn 19
1.2.1. Tình hình nghiên cứu về tinh dầu thuộc họ (Citrus) trên thế giới
và ở Việt Nam 19
1.2.1.1. Trên Thế giới 19
1.2.1.2. Ở Việt Nam 22
1.2.2. Tổng quan về acetone 24
1.2.2.1 Tính chất của acetone 24
1.2.2.2. Độc tính của acetone 24
1.2.3. Tình hình sản xuất, tiêu thụ và xử lý polystyrene (PS) trên Thế giới và
ở Việt Nam 25
1.2.3.1. Trên thế giới 25
nhiên được tách triết từ tinh dầu vỏ quả quất, quýt (Citrus) nhằm giảm
thiểu ô nhiễm môi trường 51
3.2.1. Đối với tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất 51
3.2.3. So sánh khả năng xử lý xốp giữa tinh dầu quất, quýt và acetone 55
3.2.4. Cơ chế của quá trình xử lý xốp bằng tinh dầu quất, quýt 57
3.2.5. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng tinh dầu quất, quýt xử lý xốp
thay thế cho acetone 59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 3.3. Đề xuất quy trình xử lý rác thải xốp bằng phương pháp sinh học sử
dụng tinh dầu chiết tách từ vỏ quả quất, quýt (Citrus) 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
1 Kết luận 66
2 Kiến nghị 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Tiếng Anh
Tiếng Việt
PS
Polystyren
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Tóm tắt một số công trình nghiên cứu tinh dầu vỏ quả họ Citrus 20
Bảng 2.1: Thể tích tinh dầu được chọn nghiên cứu để xử lý 5g xốp. 37
Bảng 3.1. Xác định thể tích (ml) lượng tinh dầu thu hồi trong quá trình
chưng cất vỏ quả quất, quýt 45
Bảng 3.2. Kết quả phân tích thành phần hóa học chính trong tinh dầu quất 47
Bảng 3.3. Kết quả xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt 51
Bảng 3.4. Diễn biến thời gian và khối lượng rác thải xốp được xử lý ở công
thức hiệu quả nhất 55
Bảng 3.5. So sánh kết quả xử lý xốp của tinh dầu quất, quýt và acetone 55
Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm chưng cất thu hồi tinh dầu quất sau xử lý xốp 58
Bảng 3.7. Chi phí chưng cất 10 mẻ nguyên liệu tinh dầu quất, quýt 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 2. 1. Thiết bị chưng cất bằng nước 12
Hình 2.2. Thiết bị chưng cất hơi nước có nồi hơi riêng 14
túi ni-lon trong điều kiện bị chôn lấp, phải mất đến hàng trăm năm và đặc biệt là
xốp, vật liệu cực kỳ khó bị phân hủy trong điều kiện tự nhiên.
Thành phố Thái Nguyên là đô thị loại I trực thuộc tỉnh Thái Nguyên,
một trong những tỉnh thành trung tâm của khu vực Trung du và miền núi
phía Bắc. Trên địa bàn Tỉnh Thái Nguyên, công tác thu gom và xử lý rác
thải sinh hoạt đạt thấp, trên toàn tỉnh chỉ đạt 35% khối lượng phát sinh,
trong đó khu vực thành phố, thị xã đạt 70%, khu vực nông thôn đạt 17%,
rác thải bừa bãi gây mất mỹ quan đô thị, nông thôn. [12]
Ngoài ra, người dân địa phương có thói quen đốt rác thải xốp gây ra
mùi khét nồng nặc và phát thải các khí độc hại ảnh hưởng xấu tới sức khỏe
con người. Chất liệu nhựa để sản xuất ra các đồ dùng bằng xốp là PVC
(Polyvinyl Clorua) và PS (Poly Styrene), đây là 2 loại nhựa nguy hiểm trong số
những chất liệu nhựa đang lưu thông trên thị trường. Bên cạnh đó, các loại nhựa
tái chế cũng có thể được tận dụng để sản xuất đồ dùng bằng xốp. Hầu hết các đồ
bằng xốp này được sản xuất tại các cơ sở nhỏ lẻ, điều kiện vệ sinh và kỹ thuật
kém. Phần lớn chúng sau đó đều được thải ra môi trường. Để phân hủy rác thải
xốp trong công nghiệp, lâu nay người ta vẫn dùng hóa chất axenton và toluene,
hóa chất gây hại cho con người, sinh vật và chi phí cao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 2
Trong vỏ quả thuộc họ (Citrus): quất, quýt… có chứa nhiều loại tinh
dầu như: Flavonoids, Isoflavonoids, Phytoestrogens, Isothiocyanates… Trong
đó có hàm lượng chất limonene rất cao chiếm 92,02%, đây là chất có thể hòa
tan được xốp. Vì vậy vỏ quýt, quất,… có khả năng làm nhiên liệu cho công
nghiệp tái chế xốp rẻ tiền, vừa hiệu quả vừa bảo vệ môi trường. Việc sử dụng
vỏ quất, quýt không những làm giảm đi lượng rác thải hữu cơ mà đồng thời
làm quang cảnh trở nên xanh- sạch- đẹp hơn.
quýt nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, an toàn, giảm nguy cơ độc hại
với người và môi trường .
3. Ý nghĩa
3.1. Ý nghĩa khoa học:
- Kết quả của đề tài sẽ là tài liệu phục vụ công tác đào tạo và nghiên cứu
khoa học cho Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và khối các trường Đại
học về Nông Lâm nghiệp và khoa học kỹ thuật; khối các viện nghiên cứu về môi
trường nông nghiệp và công nghệ môi trường.
- Các nguồn thông tin, giải pháp và quy trình công nghệ xử lý rác thải
xốp bằng tinh dầu từ vỏ quất, quýt (Citrus) trong luận văn được tài liệu hóa góp
phần nâng cao chuyên môn, phục vụ cho công tác quản lý cho các cơ quan quản
lý Nhà nước và cơ quan chuyên môn.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả của đề tài góp phần xác định được hợp chất có nguồn gốc
thiên nhiên thay thế axeton và toluen trong xử lý rác thải xốp, góp phần bảo
về môi trường.
- Hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên được tách chiết từ tinh dầu vỏ quả
quất, quýt (Citrus) có giá thành rẻ, an toàn đối với người sử dụng và an toàn mới
môi trường.
- Góp phần giảm bớt được sự ô nhiễm của rác thải xốp với môi trường và
giải quyết được nguồn nghiên liệu thải bỏ là vỏ quả quất, quýt (Citrus) trong
nông nghiệp.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 4
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Tinh dầu phân bố tập trung trong một số họ như họ hoa tán, học
Cúc, họ hoa môi, họ Long Não, họ Sim, học Cam, họ Gừng…Tinh dầu
được chiết một số bộ phận của cây như cánh hoa, lá, cành, rễ, vỏ trái,
cuống hạt, vỏ cây…
- Lá: Bạc Hà, Tràm, Bạch đàn, Hương nhu, Khuynh diệp, Húng chanh,
Tía tô, Cúc tần, lá Tràm, lá Sả, Long não, Cam, Chanh, Quýt…
- Bộ phận trên mặt đất: Bạc Hà, Hương nhu…
- Hoa: hoa Hồng, hoa Nhài, hoa Bưởi, hoa Hồi, hoa Đinh hương…
- Quả: Sa nhân, Hồi, Bưởi, Cam, Chanh, Quất, Xuyên tiêu, Thảo quả…
- Vỏ quả: Cam, Chanh, Bưởi, Quýt…
- Vỏ thân: Quế
- Gỗ: Long não, Vù hương, Trầm hương…
- Thân rễ: Gừng, Nghệ, Hành, Tỏi, Xuyên khung, Bạch chỉ, Đương quy…
Hàm lượng tinh dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống, di truyền, đất
trồng, phân bón, thời tiết, ánh sáng, thời điểm thu hoạch…Tinh dầu là sản phẩm
cuối cùng của quá trình trao đổi chất và không được sử dụng trở lại cho hoạt động
sống của cây…
1.1.2.2. Phân loại các thành phần có trong tinh dầu
Phân loại theo hàm lượng
- Thành phần chính: là thành phần có hàm lượng trên 1%. Thành phần
chính là tiêu chuẩn chủ yếu để đánh giá chất lượng tinh dầu.
- Thành phần phụ: là thành phần có hàm lượng từ 0,1-1% .
- Thành phần vết: là thành phần có hàm lượng không quá 0,1% trong
toàn bộ tinh dầu [5].
Phân loại theo tính chất vật lý
Tinh dầu của mỗi loài thực vật là một hỗn hợp bao gồm hàng trăm hợp
chất thuộc các nhóm hữu cơ khác nhau.Theo tính chất vật lý, các hợp chất có
trong tinh dầu thường được phân thành hai nhóm chính:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
như ester, cồn
Về màu sắc, tinh dầu thường không màu hoặc có màu vàng nhạt. Một số
ít tinh dầu có màu (ví dụ: tinh dầu Ngải Cứu có màu xanh lơ, tinh dầu Quế có
màu nâu sẫm…) là do sự có mặt của các hợp chất có màu được lôi kéo theo tinh
dầu trong quá trình chiết xuất (ví dụ: màu xanh do có Chlorophyll, màu vàng do
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 7
có Carotenoid,…). Còn mùi và vị của tinh dầu chủ yếu gây ra do các cấu tử
thành phần bị oxy hóa.
Mặc dù thành phần hóa học của mỗi loại tinh dầu là khác nhau, nhưng
nhìn chung, chúng có nhiệt độ sôi khoảng 100
o
C – 200
o
C, dễ bay hơi và có
mùi thơm đặc trưng. Thành phần hóa học chủ yếu trong tinh dầu là các hợp
chất Terpenoid (tức các hydrocarbon không no) nên chúng dễ bị thủy phân
(nhất là ở nhiệt độ cao) và bị phân hủy bởi ánh sáng thành các hợp chất khác.
Vì vậy, người ta thường bảo quản tinh dầu trong những lọ sẫm màu, có miệng
nhỏ và đậy nút kỹ.
Tinh dầu thực vật thường có thành phần không ổn định mà luôn thay đổi
theo thời gian sinh trưởng của cây và cũng biến đổi theo điều kiện khí hậu, thời
tiết…và trong các bộ phận của cây, hàm lượng tinh dầu cũng khác nhau.
Mỗi tinh dầu có các hằng số vật lý đặc trưng như trạng thái(d), chiết
suất (n), độ quay cực (α), và các chỉ số hóa học như chỉ số Axit, chỉ số Iôt, chỉ
số Este, chỉ số Xà phòng hóa…Qua các chỉ số ta có thể đánh giá sơ bộ chất
lượng tinh dầu…[1, 11]
1.1.2.4. Các phương pháp sản xuất tinh dầu
Có rất nhiều phương pháp để chiết rút tinh dầu nhưng dù có sử
dụng phương pháp chiết nào thì quy trình sản xuất đều có những điểm chung
sau đây:
- Tinh dầu thu được phải có mùi thơm tự nhiên như nguyên liệu.
- Quy trình khai thác phải phù hợp với đặc tính của nguyên liệu.
- Tinh dầu phải được lấy triệt để khỏi nguyên liệu với chi phí thấp nhất.
Các phương pháp ly trích tinh dầu đều dựa vào các đặc tính sau của tinh dầu:
- Dễ bay hơi.
- Lôi cuốn theo hơi nước ở nhiệt độ dưới 100
o
C.
- Hòa tan dễ dàng trong dung môi hữu cơ.
- Dễ bị hấp thu khi ở thể khí.
Sau đây, chúng ta đi tìm hiểu về một số phương pháp thường hay sử
dụng để ly trích tinh dầu thực vật [8, 9].
Phương pháp chiết (Extraction)
a. Cơ sở của phương pháp:
Dựa trên hiện tượng thẩm thấu, khuếch tán và hòa tan của tinh dầu
có trong các mô nguyên liệu khi tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Phương
pháp chiết thường dùng để tách các hương liệu dễ bay hơi mà phương
pháp chưng cất tỏ ra kém hiệu quả.
Trong phương pháp này nguyên liệu được ngâm trong dung môi hữu cơ
thích hợp, sau đó cất chân không để thu hồi dung môi, phần còn lại là hỗn hợp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 9
tinh dầu và sáp được gọi là tinh dầu cô kết (gọi là “concrete oil”). Dùng cồn
10
- Khuyết điểm: Yêu cầu cao về thiết bị, thất thoát dung môi, quy trình
tương đối phức tạp.
Phương pháp ướp
Cơ sở của phương pháp dựa trên hiện tượng hấp phụ chất thơm bởi
các chất béo dạng lỏng hay rắn (vaselin, parafin, dầu oliu hoặc mỡ động
vật) đã tinh chế. Người ta dùng các khay sâu 8cm, rộng 60cm, dài 100cm
đáy là mặt kính có phủ lớp chất béo để hấp phụ chất thơm. Các khay có
thể xếp chồng lên nhau, trên mặt khay xếp đều nguyên liệu để trích hương
và để yên trong khoảng từ 12-72 giờ tùy từng loại nguyên liệu, sau đó
thay lớp nguyên liệu mới và để hấp phụ từ 10-15 lần cuối cùng thu được
chất béo có mùi thơm. Đem lắc chất béo với etanol cao độ để trích ly tinh
dầu, sau đó để lạnh -10
0
C để loại bỏ hết chất béo bị kéo theo rồi cô đuổi
etanol dưới áp suất thấp để thu tinh dầu. Kỹ thuật này thuờng được dùng
để chiết hương thơm của các loài hoa để thu sản phẩm dưới dạng tinh dầu
cô đặc (“essence concentrée”) dùng trong mỹ phẩm.
Phương pháp ép
Phương pháp này áp dụng cho các loại dược liệu có hàm lượng tinh dầu
cao và tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ thuộc chi Citrus.
Nguyên liệu chiết được trích tinh dầu bằng cách ép ở nhiệt độ
thường sử dụng các loại máy ép trục vít vô tận hoặc cối ép dùng nêm
(giống như ép các loại dầu béo). Phần thu được là một hỗn hợp gồm tinh
dầu và dịch cùi có thể dễ dàng tách bằng cách cho thêm nước muối bão
hòa, tinh dầu sẽ nổi lên trên có kéo theo một phần sáp và nhựa. Dùng
Etanol 75 - 800 để hòa tan tinh dầu, sau đó làm lạnh để loại bỏ sáp. Sau
khi cô dưới áp suất thấp để loại bỏ etanol ta có sản phẩm tinh dầu có lẫn
một ít nhựa. Phương pháp này có thể cho hiệu suất trên 90% so với hàm
c. Các dạng chưng cất tinh dầu:
Trong công nghiệp, người ta chia các phương pháp chưng cất hơi nước
ra thành ba dạng chính: chưng cất bằng nước (water distillation), chưng cất
bằng nước và hơi nước (water and steam distillation) và chưng cấy bằng hơi
nước trực tiếp nước (direct steam distillation).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 12
* Chưng cất bằng nước
Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị. Khi đun sôi, hơi nước
bay ra sẽ cuốn theo tinh dầu, hơi ngưng tụ bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm
nước và tinh dầu, hai thành phần này không tan vào nhau nên dễ dàng tách ra
khỏi nhau.
Phương pháp này đơn giản, thiết bị rẻ tiền và dễ chế tạo, phù hợp với
những cơ sở sản xuất nhỏ, vốn đầu tư ít. Tuy nhiên, phương pháp này có
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.
Hình 2. 1. Thiết bị chưng cất bằng nước
* Chưng cất bằng hơi nước không có nồi hơi riêng (Water and Steam
Distilla- tion):
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 một hay nhiều lớp bao tải tùy theo từng loại
nguyên liệu. Phương pháp nay phù hợp với những cơ sở sản xuất có qui
mô trung bình.
d. Ưu - nhược điểm của phương pháp chưng cất:
* Ưu điểm:
- Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản.
- Thiết bị gọn, dễ chế tạo.
- Không đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ.
- Thời gian chưng cất tương đối nhanh.
* Nhược điểm:
- Không hiệu quả đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp.
- Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những
cấu phần dễ bị phân hủy.
- Không lấy được các loại nhựa và sáp có trong nguyên liệu (đó là
những chất định hương thiên nhiên rất có giá trị).
- Trong nước chưng luôn luôn còn một lượng tinh dầu tương đối lớn.
- Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém.
Ngoài ra, ngày nay người ta còn sử dụng các phương pháp mới trong
việc ly trích tinh dầu như phương pháp chưng cất hay chiết dưới sự hỗ trợ bởi
vi sóng, bởi siêu âm, kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME: Solid phase micro-
extraction), kỹ thuật chiết siêu tới hạn (SFE: Supercritical fluid extraction),
chiết kết hợp với chưng cất (SDE: Simultaneous distillation extraction),…Tuy
nhiên, các phương pháp trên chi phí đắt và thiết bị phức tạp hơn nên ít phổ
biến hơn trong thực tế.
So với các phương pháp trên thì phương pháp chưng cất lôi cuốn bằng
hơi nước dễ áp dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm, chi phí đầu tư ít, dễ
dàng vận hành, cho hiệu quả chiết tương đối cao.
e. Những yếu tố chính ảnh hưởng hiệu suất chưng cất tinh dầu
* Sự khuếch tán
Ngay cả khi nguyên liệu được làm vỡ vụn thì chỉ có một số mô chứa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
0
C) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 16
cùng của sự chưng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết.
Thực ra, hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề
là làm sao cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt.
* Thu hoạch, bảo quản và sơ chế nguyên liệu
- Thu hoạch nguyên liệu
Nguyên liệu chứa tinh dầu cần thu hoạch vào lúc có nhiều tinh dầu
nhất và tinh dầu có chất lượng cao nhất. Thông thường, thu hoạch nguyên
liệu vào lúc sáng sớm, lúc tan sương lượng tinh dầu sẽ cho nhiều nhất.
Khi thu hoạch tránh làm dập nát nguyên liệu, lẫn tạp chất và vận chuyển
ngay về cơ sở sản xuất [3].
- Bảo quản và sơ chế nguyên liệu
Nguyên liệu sau thu hoạch có thể bảo quản đông hoặc sấy khô để chủ
động nguồn nguyên liệu cho sản xuất. Sau khi thu hoạch nếu chưa chế biến
ngay thì cần rải mỏng nguyên liệu, tránh chất đống để phòng ngừa hiện tượng
bốc nóng.
1.1.2.5. Ứng dụng của tinh dầu chiết xuất từ họ Citrus
Việc sản xuất trái cây giống Citrus trên thế giới tăng đáng kể trong vài
thập kỷ qua, trung bình từ 48 triệu tấn /năm trong khoảng thời gian 1970-1971
đến 1978-1979, đến giai đoạn năm 1999-2000 đã tăng đến 90 triệu tấn/năm. Các
quốc gia ở Bắc Bán Cầu (The Northern hemisphere, chủ yếu là Mỹ và các nước
Địa Trung Hải) đóng góp khoảng 75% tổng sản lượng. Trong khi đó Nam Bán
Cầu (The Southern hemisphere, chủ yếu là Brazil và Argentina) đóng góp phần
còn lại, 25%. Trái Citrus chiếm thị phần đáng kể, khoảng 30% của thị trường trái
chứa tinh dầu. Tinh dầu hoa cam (tinh dầu neroli), hoa bưởi được đánh
giá rất cao. Đặc biệt là tinh dầu neroli. Đây là tinh dầu nổi tiếng nhất và
cũng thuộc loại đắt tiền nhất trong những tinh dầu chưng cất từ chanh,
cam, quít. Người ta bắt đầu khai thác tinh dầu này từ thế kỷ thứ 16. Tên
“tinh dầu Neroli” là do vợ của hoàng tử xứ Neroli, nước Ý, đã dùng để
làm thơm găng tay của mình. Tinh dầu Neroli thu được từ hoa tươi của
cây cam đắng (Citrus aurantium Linn. var. amara) bằng phương pháp
chưng cất hơi nước. Tinh dầu trong lá của phần lớn các loài cũng là nguồn
Copyright: Tài liệu đại học ©