Thông tin tài liệu
Trường Đại học Bách Khoa- Đại học Quốc gia TpHCM Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Bộ Môn Công ghệ Thực Phm Đồ án chuyên ngành ỨG DỤG KỸ THUẬT TRÍCH LY CAROTEOIDS TỪ THỰC VẬT BẰG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠ SVTH : Trương Vĩnh Lộc MSSV : 60701383 Lớp : HC07TP GVHD : ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt ăm học 2010-2011 Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 1 Lời cảm ơn Mục đích của đồ án chuyên ngành công nghệ thực phm là "củng cố các kiến thức cơ bản về phương pháp luận và công nghệ học trong lĩnh vực chế biến thực phm". Em xin chân thành cảm ơn cô Tôn ữ Minh guyệt vì những ngày cô tận tình chỉ dạy những kiến thức quý báu và luôn giải đáp những thắc mắc của em. Thông qua quá trình thực hiện đồ án, em xin cảm ơn các thầy cô của bộ môn đã tạo điều kiện để rèn luyện kĩ năng tự học và tìm hiểu những hiểu biết mới. Với những kiến thức mà các thầy cô đã dạy trong suốt thời gian qua kết hợp với những điều em tham khảo từ sách vở, em tin mình đã đạt được những kiến thức quý báu. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện có thể không tránh khỏi sai sót, em rất mong nhận được những lời đóng góp và sự chỉ dạy thêm của thầy cô để rút kinh nghiệm về sau. Tp Hồ Chí Minh, tháng 06, năm 2011. án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 2 MỤC LỤC Lời mở đầu 6 Chương 1: Cơ sở khoa học 8 1.1. Gii thiu kĩ thut trích ly bng lưu cht siêu ti hn 8 1.1.1. Lch s phát trin 8 1.1.2. Các ưu nhưc im ca phương pháp 8 1.1.2.1. Ưu im 8 1.1.2.2. Nhưc im 8 1.2. Cơ s khoa hc 9 1.2.1. nh nghĩa v lưu cht trng thái siêu ti hn 9 1.2.2. Nguyên lý to thành lưu cht siêu ti hn 10 1.2.3. Tính cht ca lưu cht siêu ti hn 11 1.2.3.1. Hng s ti hn 11 1.2.3.2. T trng 11 1.2.3.3. Hng s in môi. 12 1.2.3.4. c tính chuyn ng 14 1.2.3.5. Nhit dung riêng và s dn nhit 15 1.3. Công ngh trích ly bng CO 2 siêu ti hn (supercritical CO 2 - SCO 2 ) 17 1.3.1. Tính cht vt lý và hoá hc ca CO 2 17 1.3.2. Gin pha ca CO 2 20 1.3.3. La chn dung môi CO 2 siêu ti hn trong chit tách 20 Chương 2: Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 22 2.1. Quá trình trích ly bng lưu cht siêu ti hn 22 2.2. Trích ly hp cht t cht rn bng lưu cht siêu ti hn 25 2.2.1. Nguyên tc 25 2.2.2. Các thông s công ngh 27 2.3. Trích ly hp cht t cht lng bng lưu cht siêu ti hn 28 2.3.1. Nguyên tc 28 2.3.2. Thông s công ngh 30 2.4. Thit b trích ly bng lưu cht siêu ti hn 33 2.4.1. Gii thiu 33 2.4.4. Trao i nhit 38 2.4.5. ưng ng và van 38 2.4.6. H thng kim soát 40 2.4.7. Kt lun 40 Chương 3: Trích ly Carotenoid từ thực vật 42 3.1. Gii thiu Carotenoids 42 3.1.1. Khái nim chung 42 3.1.2. Phân loi và danh pháp 44 3.1.2.1. Danh pháp 44 án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 3 3.1.2.2. Phân loi 44 3.1.3. Tính cht vt lý và hóa hc 45 3.1.3.1. Tính cht vt lý 45 3.1.3.2. Tính cht hóa hc 46 3.1.3.3. Các yu t nh hưng n bn màu ca Carotenoids 46 3.2. Mt s carotenoids tiêu biu t thc vt 47 3.2.1. β-Carotene 47 3.2.2. Lycopene 49 3.2.3. Lutein 50 3.3. Các yu t nh hưng 51 3.3.1. Quy trình chuNn b mu 54 3.3.1.1. Kích thưc 54 3.3.1.2. Nm 54 3.3.2. Các thông s trích ly 55 3.3.2.1. Nhit và áp sut 55 3.3.2.2. nh hưng ca tc dòng 56 3.3.2.3. ng dung môi (cosolvent) 57 Chương 4: Kết luận 59 Tài liệu tham khảo 60 án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 4 DAH MỤC HÌH Hình 1. 1: Gin áp sut- th tích-nhit (PVT- pressure- volume- temperature) 9 Hình 1. 2: Gin áp sut- nhit 9 Hình 1. 3: Mt khum phân chia gia th lng và th khí ca CO 2 10 Hình 1. 4: Sơ trng thái ca h lng-khí 11 Hình 1. 5: S bin thiên t trng rút gn ca mt cht trong vùng lân cn ti hn. 12 Hình 1. 6: T trng và hng s in môi ca CO 2 theo áp sut 50 o C. 13 Hình 1. 7: T trng và hoà tan ca ca SC-CO 2 theo áp sut và nhit . 14 Hình 1. 8: nht ca CO 2 các nhit khác nhau trong vùng siêu ti hn. 15 Hình 1. 9: Nhit dung riêng ca CO 2 theo áp sut 320 o K. 16 Hình 1. 10: H s dn nhit ca CO 2 theo nhit và t trng. 16 Hình 1. 11: Cu trúc phân t ca CO 2 18 Hình 1. 12: Gin nhit - áp sut ca CO 2 18 Hình 1. 13: Gin pha ca CO 2 20 Hình 2. 1: Sơ cơ bn ca quá trình chit xut siêu ti hn 24 Hình 2. 2: Lưu ca mt quá trình chit xut siêu ti hn t cht rn 25 Hình 2. 3: Sơ ca nhiu bình trích ni tip t nhng cht rn 26 Hình 2. 4: Lưu ca mt quá trình trích ly bng lưu cht siêu ti hn. 29 Hình 2. 5: Thit b trn bng cách s dng mt khp ni cơ khí. 30 Hình 2. 6: Mô hình cho mt quá trình trích ly liên tc loi du thô ca lecithin. 32 Hình 2. 7: Nhng kiu óng np ca thit b. . 35 Hình 2. 8: Tháp trích ly ngưc dòng (10 M) bng lưu cht siêu ti hn 35 Hình 2. 9: Thit b sc ký dc trc (30 cm ID) theo dõi ng hc ca quá trình trích ly bng lưu cht siêu ti hn. 36 Hình 2. 10: Bơm gm nhiu piston chìm áp lc cao. 38 Hình 2. 11: Thit b trao i nhit ng lng ng 39 Hình 2. 12: Các khp ni chu áp lc cao 40 Hình 3. 1: Cu trúc chung ca carotenoids……………………………………………………….42 Hình 3. 2: Cu trúc mt s carotenoids ph bin. 43 Hình 3. 3: H thng ánh s carbon ca carotenoids theo IUPAC . 44 Hình 3. 4: Nhng kí t Hi Lp dùng mô t nhóm kt thúc, vòng no, vòng không no . 44 án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 5 Hình 3. 5: Công thc cu to β-carotene 47 Hình 3. 6: Công thc cu to Lycopene 49 Hình 3. 7: Công thc cu to Lutein 50 Hình 3. 8: Lưng nưc trích ly các Nm khác nhau t nguyên liu 54 Hình 3. 9: Nng Lycopene (mg/L) trong lưu cht CO 2 siêu ti hn ti 340 bar. 55 Hình 3. 10: Nng Lycopene chit xut t ht và v cà chua 86°C và áp sut 34,47 MPa 56 Hình 3. 11: T l thu hi tương i ca Lycopene t v cà chua có b sung các ng dung môi khác nhau 110°C. 57 Hình 3. 12: Hiu sut trích ly Carotenoids (µg/g nguyên liu ban u, tính trên căn bn khô) thu ưc t phương pháp trích ly truyn thng (TSE) và trích ly bng lưu cht siêu ti hn……… 58 án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 6 DAH MỤC BẢG Bng 1. 1: Nhit ti hn và áp sut ti hn ca mt s cht thông dng. 10 Bng 1. 2: So sánh c tính vt lý ca cht lng, cht khí và cht lng siêu ti hn. 12 Bng 1. 3: H s dn nhit ca nưc và CO 2 . 17 Bng 1. 4: Mt s thông s hoá lý ca CO 2 18 Bng 3. 1: Phân loi carotenoids . 45 Bng 3. 2: bn vi ánh sáng, nhit , acid ca mt s cht thuc carotenoids . 45 Bng 3. 3: Hàm lưng β- carotene trong 100g thc phNm ăn ưc 48 Bng 3. 4: Các tính cht vt lý ca carotenoids 50 Bng 3. 5: ng dng trích ly các hp cht có hot tính sinh hc t rau qu bng SC-CO 2 52 án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 7 Lời mở đầu Khoa hc kĩ thut phi không ngng phát trin áp ng nhu cu ngày càng cao ca con ngưi. Vic tìm ra nhng phương pháp x lý mi, nhng sn phNm mi cũng như nhng ngun nguyên liu mi ã tr thành nhng vn mang tính chin lưc hin nay ca ngành công ngh thc phNm. Công ngh trích ly bng lưu cht siêu ti hn sn xut dưc cht và hương liu t ngun thiên nhiên là mt kĩ thut ang ưc phát trin cnh tranh vi các k thut truyn thng do ưu th vưt tri, to các sn phNm có tinh khit cao, gim thiu ô nhim môi trưng và không li dư lưng hoá cht có hi cho sc khe con ngưi, ây là nhng tiêu chí quan trng trong sn xut các ch phNm hóa dưc, m phNm và thc phNm. So vi các lưu cht siêu ti hn khác, CO 2 siêu ti hn thưng ưc la chn làm dung môi trong các quá trình trích ly vì nó có nhiu ưu im như không gây cháy, không c và giá thành thp. Nhim v ca án “Trích ly carotenoids t thc vt bng lưu cht siêu ti hn” là tìm hiu v trích ly dùng CO 2 siêu ti hn, gi là k thut Supercritical Fluid Extraction (SCFE), phân tích các nh hưng ca các yu t k thut này lên hiu sut quá trình cũng như nguyên lý ng dng k thut SCFE vào công ngh thc phNm. T ó ưa ra cái nhìn toàn din v lĩnh vc trích ly cht màu t t nhiên bng công ngh mi có th ưc ng dng cho quy mô công nghip n mc nào. án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 8 Chương 1: CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1. Giới thiệu kĩ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 1.1.1. Lịch sử phát triển Quá trình trích ly bng dung môi là mt phương pháp lâu i, khoa hc v phương pháp trích ly bng dung môi ã ưc nghiên cu và tìm hiu cn k trong mt thi gian dài và t ưc nhiu tin b khi tìm hiu v tính cht ca dung môi trong quá trình khai thác. Hannay and Hogarth’s (1879) phát hin s hoà tan ca các hp cht hoá hc trong lưu cht siêu ti hn. Năm 1960, ti c công b patent v phương pháp trích ly bng lưu cht siêu ti hn. Do nhng ưu im v gim thiu ô nhim môi trưng và không li dư lưng hóa cht có hi cho sc khe con ngưi nên khái nim "sn xut sch" ( green processing) ưc quan tâm khi nghiên cu v lưu cht siêu ti hn (t nhng năm 1990) Hin nay, nhiu nhà máy s dng k thut trong ly bng lưu cht siêu ti hn (ti M, c, Nht, Anh, Pháp) trong các ng dng khác nhau: trích ly các hp cht có hot tính sinh hc như alkaloid, phenolic, antioxidant…; trích ly du thc vt, tinh du, cht màu t nhiên hoc tách cholesterol trong thc phNm…. 1.1.2. Các ưu nhược điểm của phương pháp 1.1.2.1. Ưu điểm • Tc truyn khi nhanh nên thi gian trích ly ngn • Tính chn lc cao nên dch trích ít tp cht, tit kim chi phí và thi gian cho quá trình tinh sch • Do CO 2 là loi dung môi có tính trơ v mt hoá hc nên các phn ng ph ít xy ra, t ó dch trích cũng ít tp cht hơn • tinh sch ca sn phNm cao hơn so vi các phương pháp trích ly truyn thng • Chi phí năng lưng cho quá trình trích ly ít hơn so vi các quy trình khác • Kh năng t ng hoá cao, có th iu khin t ng quy mô công nghip. 1.1.2.2. hược điểm Do thit b cn hot ng nhit và áp sut ti hn ca dung môi cn s dng nên cn m bo tính an toàn lao ng cao. ng thi chi phí u tư cho thit b cũng rt tn kém. án môn hc công ngh thc phNm GVHD: ThS. Tôn N Minh Nguyt Trang 9 1.2. Cơ sở khoa học 1.2.1. Định nghĩa về lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn Trng thái siêu ti hn là trng thái ca mt cht, hp cht hay hn hp mà nhit và áp sut tn ti ca nó trên nhit ti hn (T c ), áp sut ti hn (P c ) và dưi áp sut chuyn sang th rn ca cht ó. Hình 1. 1: Gin áp sut- th tích-nhit (PVT- pressure- volume- temperature) Hình 1. 2: Gin áp sut- nhit [...]... Minh Nguyệt Hình 2 2: Lưu đồ của một quá trình chiết xuất siêu tới hạn từ chất rắn 1: Buồng trích ly 6: Thùng chứa 2: Van giảm áp 7: Bộ phận giảm nhiệt 3: Bốc hơi 8: Bơm 4: Thiết bị phân riêng 9: Bộ phận gia nhiệt 5: Thiết bị ngưng tụ 2.2 Trích ly hợp chất từ chất rắn bằng lưu chất siêu tới hạn 2.2.1 guyên tắc Hầu hết công nghệ khai thác bằng chất lỏng siêu tới hạn được phát triển và thực hiện trên nguyên... học công nghệ thực phN m GVHD: ThS Tôn Nữ Minh Nguyệt Chương 2: QUÁ TRÌ H TRÍCH LY BẰ G LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠ 2.1 Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn Trong thập kỷ vừa qua, công nghệ sử dụng chất lỏng siêu tới hạn đã có nhiều tiến bộ, chủ yếu do sự gia tăng đáng kể trong các hoạt động nghiên cứu và phát triển tập trung vào những xu hướng mới trong thực phN dược phN và trích ly thành phần hóa... nghệ thực phN m GVHD: ThS Tôn Nữ Minh Nguyệt 1.2.2 guyên lý tạo thành lưu chất siêu tới hạn Trạng thái của một chất biến đổi khi thay đổi các thông số trạng thái của chất đó Nguyên tắc tạo trạng thái siêu tới hạn của một chất là hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất của chất đó phải lớn hơn nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của chính nó Bảng 1 1: hiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của một số chất thông dụng. .. biệt Khi một chất bị nén và gia nhiệt đến một áp suất và nhiệt độ cao hơn điểm tới hạn thì chất đó chuyển sang một trạng khác được gọi là trạng thái siêu tới hạn Nhiệt độ, áp suất và thể tích mol của một chất ở điểm tới hạn được gọi là nhiệt độ tới hạn (Tc), áp suất tới hạn (Pc) và thể tích mol tới hạn (Vc) tương ứng Các tham số trên được gọi là hằng số tới hạn Mỗi chất có một hằng số tới hạn nhất định... GVHD: ThS Tôn Nữ Minh Nguyệt Hình 2 4: Lưu đồ của một quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn Ngoài ra, dòng hồi lưu của quá trình cải thiện tính chọn lọc của quá trình trích ly Các chất chiết xuất và dung môi ra khỏi cột từ trên, trong khi các phần vật liệu nặng, hay pha raffinate, được thu nhận từ phía dưới Cột trích ly ngược dòng được làm nóng bằng điện hoặc bằng nước nóng với vỏ áo bên ngoài... học, nguyên liệu chất lỏng chảy nhớt được bơm vào thân thiết bị Bằng cách thêm các dung môi siêu tới hạn, độ nhớt của sản phN giảm, tạo điều kiện cho m quá trình trộn và làm giảm mô men xoắn Các dòng dung môi siêu tới hạn chảy qua nguyên liệu nhớt và chiết xuất các hợp chất hòa tan Lưu chất siêu tới hạn và các chiết xuất rời thiết bị trích ly từ đỉnh Khi trích ly xong, các nguyên liệu sau trích có thể... xuất bằng lưu chất siêu tới hạn từ chất rắn Dung môi được làm mát trước khi bơm, đảm bảo là pha lỏng để tránh các vấn đề xâm thực Các dung môi tăng áp được làm nóng trên nhiệt độ tới hạn của nó, đến nhiệt độ khai thác trước khi vào thiết bị trích ly Các thiết bị trích ly được làm đầy bởi dòng nhập liệu, là điện, nước nóng ở nhiệt độ khai thác Các dung môi siêu tới hạn chảy qua lớp cố định và các hợp chất. .. truyền m khối giữa dung môi và chất tan (ví dụ, trong các loại hạt và đậu) Chẳng hạn độ N là từ 3% đến m 10% nói chung không có tác động đáng kể lên quá trình truyền khối của các hạt lấy dầu 2.3 Trích ly hợp chất từ chất lỏng bằng lưu chất siêu tới hạn 2.3.1 guyên tắc Khi nguyên liệu nhập liệu ở trạng thái lỏng, quá trình trích ly thường được thực hiện trong cột trích ly ngược dòng Phần nguyên liệu... quá trình trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn bao gồm hai bước: trích ly của các thành phần hòa tan trong dung môi siêu tới hạn và phân riêng các chất chiết xuất từ dung môi Quá trình trích ly có thể được áp dụng cho một hệ rắn, lỏng, hoặc nhớt Dựa vào mục tiêu khai thác, hai trường hợp khác nhau có thể được xem xét: 1) Phân riêng vật liệu cần tách Trong trường hợp này, đối tượng là sản phN thực phN... cho công nghệ trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn dần thay thế phương pháp trích chiết dung môi truyền thống Mục tiêu của chương này là đánh giá tổng thể quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, mô tả quá trình và thảo luận về ảnh hưởng của các thông số công nghệ Ngoài ra, chương này còn cung cấp tổng quan về các thành phần chính của một thiết bị lưu chất siêu tới hạn khi khai thác trong nhà . 20 Chương 2: Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 22 2.1. Quá trình trích ly bng lưu cht siêu ti hn 22 2.2. Trích ly hp cht t cht rn bng lưu cht siêu ti hn 25 2.2.1 Giới thiệu kĩ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 1.1.1. Lịch sử phát triển Quá trình trích ly bng dung môi là mt phương pháp lâu i, khoa hc v phương pháp trích ly bng dung môi. Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Bộ Môn Công ghệ Thực Phm Đồ án chuyên ngành ỨG DỤG KỸ THUẬT TRÍCH LY CAROTEOIDS TỪ THỰC VẬT BẰG LƯU CHẤT
Ngày đăng: 17/01/2015, 18:16
Xem thêm: ứng dụng kỹ thuật trích ly carotenoids từ thực vật bằng lưu chất siêu tới hạn