Phương pháp chưng cất trực tiếp bằng nước

Thông thường tinh dầu có nhiệt độ sôi khá cao, ví dụ như Cineol thành phần chính có trong rất nhiều loại tinh dầu như khuynh diệp, tràm gió, ... có nhiệt độ sôi là 176.4oC. Tuy nhiên, do tinh dầu không tan trong nước nên sản phẩm sau quá trình chưng cất sẽ là một hỗn hợp hai chất lỏng không tan và hỗn hợp này có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 100oC (nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện bình thường). Do tinh dầu không tan trong nước và nhẹ hơn nước nên sau khi ngưng tụ hỗn hợp nước và tinh dầu sẽ tách thành hai lớp và có thể phân tách được bằng phương pháp chiết. Đây là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất và cũng là phương pháp ra đời sớm nhất (khoảng 5000 năm trước), chưng cất trực tiếp có thể được sử dụng để chiết xuất hầu hết các loại tinh dầu. Nguyên lý cơ bản là hỗn hợp nhiều cấu tử không tan lẫn thì có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử thành phần. 

Với phương pháp chưng cất trực tiếp, các thiết bị đơn giản và thời gian chưng cất tương đối nhanh nhưng năng suất chất lượng không được đảm bảo, đặc biệt là các loại thực vật có hàm lượng tinh dầu thấp. Phương pháp chưng cất trực tiếp không thích hợp cho một số loại tinh dầu có thành phần dễ biến tính ở nhiệt độ cao. Và cũng tốn khá nhiều năng lượng và thời gian. Thời gian chưng cất thường khá lâu 4h-6h.

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

Về mặt nguyên lý, đây là phương pháp gần giống với chưng cất trực tiếp bằng nước. Với nguồn hơi riêng và hơi nước tiếp xúc với nguyên liệu lôi cuốn tinh dầu đi theo và chuyển sang dạng lỏng bên bộ phận ngưng tụ và làm lạnh.

Ưu điểm của phương pháp này là dễ thực hiện, thiết bị dễ chế tạo và vận hành đơn giản; giá thành rẻ. Có thể sử dụng nhiều loại nguồn nhiệt khác nhau như điện, đốt củi, than, ... Tiết kiệm nước hơn phương pháp chưng cất trực tiếp, nước trong

Nhược điểm: tương tự như phương pháp chưng cất trực tiếp, chưng cất tinh dầu lôi cuốn hơi nước cũng có thời gian chưng cất khá lâu,

So sánh phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước và chưng cất trực tiếp bằng nước

Cách phân biệt dễ dàng nhất đó là phương pháp chưng cất trực tiếp bằng nước là vật liệu phải ngập hoàn toàn trong nước, sau đó hỗn hợp được cấp nhiệt (có nhiều phương pháp cấp nhiệt như: đun củi, điện trở trực tiếp, đun điện trở gián tiếp - cấp nhiệt qua nước tải nhiệt hoặc dầu tải nhiệt, cấp nhiệt bằng hơi quá nhiệt) để đạt đến điểm sôi, khi đó nước và tinh dầu sẽ cùng bay hơi tại đó.

Đối với phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước - hơi quá nhiệt sẽ đi trực tiếp vào nguyên liệu và lôi cuốn tinh dầu có trong nguyên liệu đi theo. 

Cả hai phương pháp trên đều sử dụng dung môi là nước - một dung môi sạch. Tuy nhiên, sẽ có một số đặc điểm khác nhau:

- Về mặt thiết bị: Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước cần thêm nồi hơi riêng, hoặc bộ phận hóa hơi riêng nên tốn kém thêm chi phí đầu tư thiết bị ban dầu. 

- Về chi phí vận hành: Hệ thống chưng cất trực tiếp bằng nước do cần lượng nước lớn để ngập nguyên liệu nên lượng nước lớn và/hoặc cần làm nóng lưu chất dẫn nhiệt bên ngoài nên sẽ tốn kém hơn về mặt chi phí năng lượng làm nóng hệ thống ban đầu. 

- Về việc đáp ứng nguyên liệu: Phương pháp chưng cất trực tiếp bằng nước không thích hợp cho các nguyên liệu dễ bị hydrat hóa vì nguyên liệu ngập lâu trong nước sẽ có phản ứng và tạo thành các hợp chất khác.

> Hàm lượng tinh dầu có trong nguyên liệu chưng cất

Những yếu tố ảnh hưởng tới tinh dầu khi chưng cất hơi nước

Khuếch tán

Ở nhiệt độ nước sôi, một phần tinh dầu hòa tan vào trong nước có sẵn trong tế bào thực vật. Dung dịch này sẽ thẩm thấu dần ra bề mặt nguyên liệu và bị hơi nước cuốn đi. Một phần hơi nước trong nồi đi vào thực vật và tinh dầu lại tiếp tục bị hòa tan vào lượng nước này. Quy trình này lặp đi lặp lại cho đến khi tinh dầu trong các mô thoát ra ngoài hết.
Có thể nói, nhiệt độ và nước là 2 yếu tố quan trọng trong quá trình chưng cất, nên trong trường hợp chưng cất sử dụng hơi nước cần chú ý không để nguyên liệu bị khô. Nhưng nếu lượng nước sử dụng thừa quá thì cũng không có lợi, nhất là trong trường hợp tinh dầu có chứa những cấu phần tan dễ trong nước.
Ngoài ra, vì nguyên liệu được làm vỡ vụn ra càng nhiều càng tốt, cần làm cho lớp nguyên liệu có một độ xốp nhất định để hơi nước có thể đi xuyên ngang lớp này đồng đều và dễ dàng.
Vì các cấu phần trong tinh dầu được chưng cất hơi nước theo nguyên tắc nói trên cho nên thông thường những hợp chất nào dễ hòa tan trong nước sẽ được lôi cuốn trước.

Thí dụ, khi chưng cất hạt như hạt Thì Là nghiền nhỏ và không nghiền, đối với hạt không nghiền thì chất Carvon (chất thơm, dễ bay hơi ở nhiệt độ sôi cao, dễ tan trong nước) sẽ ra trước, còn Limonen (chất thơm, bay hơi ở nhiệt độ sôi thấp, ít tan trong nước) sẽ ra sau. Nhưng với hạt Thì Là nghiền nhỏ thì kết quả chưng cất ngược lại.

Nhiệt độ

Nhiệt độ cao làm phân hủy tinh dầu. Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối 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. Khi tăng nhiệt độ, sự khuếch tán thẩm thấu sẽ tăng, sự hòa tan tinh dầu trong nước sẽ tăng nhưng sự phân hủy cũng tăng theo.

Thời gian chưng cất

Những cấu phần Ester trong tinh dầu thường dễ bị thủy giải cho ra Acid và Alcol khi đun nóng trong một thời gian dài với nước. Do đó, để hạn chế hiện tượng này, thời gian chưng cất hơi nước phải được thực hiện trong một thời gian càng ngắn càng tốt.

Thiết bị chưng cất tinh dầu cải tiến

Với những yếu tố ảnh hưởng trên, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều phương pháp chiết xuất tinh dầu khác vừa rút ngắn thời gian, vừa năng cao năng suất, tận thu triệt để lượng tinh dầu trong thực vật, tuy nhiên các phương pháp này có giá thành rất cao.

Để giảm thiểu thất thoát tinh dầu trong quá trình chưng cất, KAG Việt Nam cải tiến hệ thống chưng cất tinh dầu, vừa tiết kiệm chi phí thiết bị, chi phí vận hành cũng như thời gian chưng cất:

- Hệ thống chưng cất được đơn giản hóa, nồi đun hơi nước được thiết kế chung trong cùng nồi chứa nguyên liệu, nguyên liệu được đựng trong sọt lưới, không tiếp xúc với nước phía bên dưới.

- Nồi chưng nguyên liệu chưng cất được thiết kế 3 lớp, truyền nhiệt gián tiếp giúp giữ nhiệt lượng lâu, không thất thoát nhiệt. Nếu nấu 2 – 3 mẻ/ ngày giảm bớt được thời gian chưng cất.

- Nguyên liệu sử dụng là điện 3 pha, vừa tiết kiệm tiền điện mà công suất điện 3 pha lớn giúp rút ngắn thời gian chưng cất.

Sơ đồ Nồi chưng cất theo nguyên lý

Sơ đồ cấu tạo Nồi chưng cất của KAG Việt Nam

Thu hồi thêm tinh dầu từ nước chưng

Thường tinh dầu trong nước chưng nằm dưới hai dạng phân tán và hòa tan. Dạng phân tán thì có thể dùng phương pháp lắng hay ly tâm, còn dạng hòa tan thì phải chưng cất lại. Nếu trọng lượng riêng của tinh dầu và nước quá gần nhau thì có thể thêm NaCl để gia tăng tỉ trọng của nước làm tinh dầu tách ra dễ dàng.
Với cơ sở sản xuất nhỏ có thể dùng dụng cụ chiết để tách tinh dầu nguyên chất ra từ hỗn hợp tinh dầu thô, còn với cơ sở sản xuất lớn có thể dùng máy tách ly tâm

Bình tách tinh dầu dành cho cơ sở sản xuât tinh dầu nhỏ lẻ

Liên hệ KAG Việt Nam

Hotline 090 468 5252

Địa chỉ số 115 ngõ 509 Vũ Tông Phan - Thanh Xuân - Hà Nội