ĐỒ án tốt NGHIỆP đề tài NGHIÊN cứu lựa CHỌN DUNG môi CHO QUÁ TRÌNH TRÍCH LY AXIT CLOROGENIC từ hạt cà PHÊ XANH

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện Kỹ thuật hóa học Bộ mơn Q trình-Thiết bị Cơng nghệ hóa học Thực phẩm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DUNG MƠI CHO Q TRÌNH TRÍCH LY AXIT CLOROGENIC TỪ HẠT CÀ PHÊ XANH Giảng viên hướng dẫn : Nhóm SV thực hiện: PGS.TS Nguyễn Minh Tân Đào Xuân Hạnh 20131293 Nguyễn Đăng Sơn 20133318 Nội dung trình bày - Tổng quan cà phê - Axit Clorogenic TỔNG QUAN - Quy trình sản xuất Axit Clorogenic từ hạt cà phê xanh THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung mơi Ethanol - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung mơi nước - So sánh chi phí theo tiêu chí kinh tế KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Kết luận đánh giá chung - Kiến nghị Phần 1: Tổng quan Tổng quan cà phê  Tên khoa học: Coffea  Lớp: Magno Hopsida  Họ: Rubiacae  Tên gọi thông thường: Cà Phê  Nguồn gốc: Vùng nhiệt đới châu Phi, số vùng Ấn Độ Dương  Các loại cà phê phổ biến Việt Nam: Robusta, Arabica, Cheri Coffee, Cocoa, and Tea, CABI Publishing, Wilson, 1999 Phần 1: Tổng quan Tổng quan cà phê a Công dụng  Đồ uống ưa chuộng nhiều quốc gia giới  Có chứa nhiều hoạt chất quý sử làm dược phẩm thực phẩm chức b Sản phẩm Phần 1: Tổng quan Tổng quan cà phê * Sản lượng cà phê  Việt Nam   Là nước xuất cà phê hàng đầu giới Sản lượng xuất cà phê 1,8 triệu năm  Đức Hoa Kỳ tiếp tục hai thị trường tiêu thụ cà phê lớn Việt Nam  Lượng cà phê tồn kho trung bình năm gần khoảng 15% tổng sản lượng cà phê nước https://wasi.org.vn/dien-tic+h-san-luong-ca-phe-tren-the-gioi-2/ Phần 1: Tổng quan Tổng quan cà phê * Hạt cà phê xanh  Là hạt cà phê tách từ cà phê tươi chưa trải qua trình rang sấy  Tồn số hoạt chất quý mà cà phê rang khơng có điển : Nonvolatile Acid chiếm khoảng 8% khối lượng cà phê khô tuyệt đối  Thành phần hạt cà phê 1% 12% 8% 1% 50% 11% 11% 4% 2% Glucides Ash Lignin Protein Lipid Trigonelline CGA Caffein H2O Là nguyên liệu cho sản xuất chiết xuất từ cà phê  Coffee flavor chemistry Chichester: John Wiley & Sons Bessière-Thomas, Yvonne; Ivon Flament, 2002 Một số thành phần rang xay cà phê Phần 1: Tổng quan Axit Clorogenic a, Khái niệm  Là axit hữu diện nhiều cà phê, với 5,5 -8% trong cà phê Arabica và lên đến – 10% Robusta b, Tính chất vật lý    Khối lượng mol : 354.31 g/mol Khối lượng riêng 1.28 g/cm o o Nhiệt độ nóng chảy : 207 C -209 C c, Công dụng  Giảm nguy mắc bệnh tim mạch, bệnh Alzheimer bệnh tiểu đường    Ức chế tích tụ chất béo thể Ổn định huyết áp Điều hịa chuyển hóa glucose người - Antioxidant activity, polyphenols, caffeine and melanoidins in soluble coffee The influence of processing conditions and raw material,201 - https://en.wikipedia.org/wiki/Clorogenic_acid Phần 1: Tổng quan Axit Clorogenic *Nhu cầu sử dụng • Tỉ lệ người béo phì ngày cao • Đời sống người dân ngày tăng => Nhu cầu chăm sóc sức khỏe làm đẹp nhiều ⇒ Các thực phẩm chức hỗ trợ giảm cân chống oxy hóa CGA lựa chọn nhiều khách hang  Các sản phẩm từ CGA nước ta chủ yếu nhập => giá thành cao => cần nghiên cứu phát triển sản xuất nước Phần 1: Tổng quan Quy trình sản xuất CGA từ hạt cà phê xanh *Sơ đồ quy trình sản xuất Dung mơi Bã Nghiền Trích ly Lọc Cơ đặc Dung dịch đặc Sản phẩm Đóng gói Method of producing an extract of Green coffee, LELOUP, Valérie, Martine, Jeanine,2012/ Sấy Ơ Phần 1: Tổng quan Quy trình sản xuất CGA từ hạt cà phê xanh *Các yếu tổ ảnh hưởng đến q trình trích ly Bản Bản chất chất dung dung mơi mơi Nhiệt Nhiệt độ độ Trích Trích ly ly Thời Thời gian gian trích trích ly ly ** Mục tiêu: Nghiên cứu lựa chọn dung môi cho q trình trích ly với điều kiện tương ứng Tỷ Tỷ lệ lệ dung dung môi môi Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung môi Nước Ả n h h n g c ủ a n h iệ t đ ộ tríc h ly đ ế n h iệ u s u ất tríc h ly CGA STT Nhiệt độ o ( C) Hàm lượng Hiệu suất trích ly CGA (mg/g) CGA (%) 25 46,08 53,90 35 48,66 56,92 45 50,86 59,49 55 54,72 64,01 65 60,14 70,35 75 56,41 65,98 71 H, % 68 65 62 59 56 53 50 25 TL =12ml/g t = 60phút 35 45 55 T, o C 65 75 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung môi Nước Ả n h h n g c ủ a tỷ lệ d u n g m ô i trê n n gu yê n liệ u đ ế n h iệ u s u ất tríc h ly CGA STT Hiệu suất trích ly Tỷ lệ L/R Hàm lượng CGA (ml/g) (mg/g) 39,54 46,25 44,45 51,99 12 61,42 71,84 16 63,48 74,25 20 62,25 72,82 CGA (%) 76 H, % 71 66 61 56 o T = 65 C 51 t = phút 46 T L, m l/g 12 16 20 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung mơi Nước Ản h h n g c ủ a th i gian tríc h ly đ ế n h iệ u s u ất tríc h ly C GA STT 80 Hàm lượng CGA Hiệu suất trích ly (mg/g) CGA (%) 30 57,84 67,66 60 62,49 73,10 90 63,92 74,77 120 67,10 78,49 150 66,02 77,23 Thời gian (phút) 78 76 H, % 74 72 70 68 66 o T =65 C TL = 16 m l/g 64 62 t, p h ú t 30 60 90 120 150 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Thiết lập mơ hình hồi quy q trình trích ly sử dụng dung mơi nước Giá trị thực nghiệm giá trị mã hóa yếu tố Tỷ lệ Nhiệt độ Thời gian o ( C) (phút) dung mơi/ngun liệu (ml/g) Biến thực Biến mã hóa Biến thực Biến mã hóa Biến thực Biến mã hóa (Z1) (x1) (Z2) (x2) (Z3) (x3) 55 -1 (-) 90 -1 (-) 12 -1 (-) 75 +1 (+) 150 +1 (+) 20 +1 (+) 65 120 16 51,47 -α 79,41 -α 10,59 -α 78,53 +α 160,59 +α 21,41 +α Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Thiết lập mơ hình hồi quy q trình trích ly sử dụng dung môi nước Ma trận quy hoạch thực nghiệm cấp Các yếu tố theo tỉ lệ thực Các yếu tố theo tỉ lệ mã hóa Hiệu suất trích ly CGA (H) TN Z1 Z2 Z3 x0 x1 x2 x3 Yu 55 90 12 -1 -1 -1 51,16 75 90 12 1 -1 -1 57,21 55 150 12 -1 -1 66,23 75 150 12 1 -1 72,14 55 90 20 -1 -1 60,12 75 90 20 1 -1 69,19 55 150 20 -1 1 66,36 75 150 20 1 1 74,02 51,45 120 16 -1,353 0 65,11 10 78,53 120 16 1,353 0 76,91 11 65 79,41 16 -1,353 60,22 12 65 160,59 16 1,353 78,03 13 65 120 10,59 0 -1,353 70,11 14 65 120 21,41 0 1,353 76,66 15 65 120 16 0 73,89 16 65 120 16 0 73,65 17 65 120 16 0 75,03 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Thiết lập mơ hình hồi quy q trình trích ly sử dụng dung môi nước Giá trị hàm mục tiêu biểu diễn theo phương trình cụ thể sau: 2 Phương trình biến mã hóa: y = 75,6 + 3,83x1 + 5,59x2 + 2,73x3 – 3,5x1 – 4,52x2 2 Phương trình biến thực: y = -248,682+ 4,512Z + 1,612Z2 + 5,443Z3 – 0,035Z1 – 0,005Z2 Điều kiện tối ưu: o + Nhiệt độ 69 C + Thời gian 134 phút + Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu: 18 ml/g Hiệu suất trích ly CGA cao 78,685% Phần 2: Thực nghiệm thảo luận So sánh lựa chọn dung mơi theo tiêu chí kinh tế  Giá thành kg sản phẩm CGA tính theo cơng thức sau: GT = (VND/kg) Các chi phí bao gồm: Chi phí nguyên liệu Chi phí dung mơi tiêu tốn Chi phí lượng tiêu tốn Chi phí cho nhân cơng vận hành Chi phí cho khấu hao máy móc, thiết bị Chi phí sửa chữa, bảo dưỡng máy móc, thiết bị Phần 2: Thực nghiệm thảo luận So sánh lựa chọn dung mơi theo tiêu chí kinh tế Giả thiết: Tất hiệu suất trình quy trình sản xuất (trừ trình trích ly) Chi phí cho ngun liệu, lượng, nhân công, bảo dưỡng thiết bị Hệ thống thiết bị sử dụng Khối lượng cà phê nguyên liệu sử dụng cho trình 1000 kg Hệ thống làm việc theo mẻ Phần 2: Thực nghiệm thảo luận So sánh lựa chọn dung mơi theo tiêu chí kinh tế Khối lượng sản phẩm (kg) Etanol Nước 493,12 453,09 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận So sánh lựa chọn dung mơi theo tiêu chí kinh tế Chi phí Etanol Nước Nguyên liệu 50.000.000 50.000.000 Năng lượng 20.000.000 20.000.000 Nhân công 10.000.000 10.000.000 Bảo dưỡng 10.000.000 10.000.000 Khấu hao thiết bị 50.000.000 50.000.000 Dung môi 58.382.467 201.780 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận So sánh lựa chọn dung mơi theo tiêu chí kinh tế Giá thành (VND/kg) Etanol Nước 402.298 309.435 Phần 3: Kết Luận kiến nghị *Kết luận Ảnh hưởng dung môi nước đến hiệu suất trích ly CGA Phương trình hồi quy có dạng: 2 y = -248,682+ 4,512Z1 + 1,612Z2 + 5,443Z3 – 0,035Z1 – 0,005Z2 Điều kiện tối ưu cho q trình trích ly: o + Nhiệt độ: 69 C + Thời gian trích ly: 134 phút + Tỷ lệ dung mơi ngun liệu: 18 ml/g Hiệu suất trích ly CGA cao nhất: 78,685% Ảnh hưởng dung mơi etanol đến hiệu trích ly CGA Phương trình hồi quy có dạng: 2 y = -316,758 + 5,763Z1 + 1,756Z2 + 4,921Z3 – 0,038Z1 – 0,004Z2 – 0,038Z3 Điều kiện tối ưu cho q trình trích ly: o + Nhiệt độ: 68 C + Thời gian trích ly: 134 phút + Nồng độ etanol: 56 % thể tích Hiệu suất trích ly CGA cao nhất: 85,639% Phần 3: Kết Luận kiến nghị *Kết luận Lựa chọn dung mơi theo tiêu chí kinh tế Sau q trình tính tốn kinh tế, giá thành kg sản phẩm sử dụng hai dung môi cho q trình trích ly sau: + Với dung môi etanol: 402.298 VND + Với dung môi nước: 309.435 VND Từ kết ta thấy sử dụng dung mơi etanol cho q trình trích ly đạt hiệu suất trích ly cao giá thành sản phẩm sử dụng dung môi etanol lớn so với sử dụng dung mơi nước Vì dung mơi lựa chọn cho q trình trích ly CGA từ hạt cà phê xanh dung môi nước Phần 3: Kết Luận kiến nghị *Kiến nghị  Nghiên cứu thiết kế thiết bị trích ly với suất lớn tích hợp nhiều bậc để để thu hiệu tốt  Vận dụng kết đạt để xây dựng khảo sát công đoạn như: đặc, sấy để hồn thiện quy trình sản xuất chiết xuất từ hạt cà phê xanh với suất chất lượng cao  Bã cà phê chứa hàm lượng caffeine, axit chlorogenic định Vì cần nghiên cứu tận dụng để dùng sản xuất bánh kẹo, đồ uống có thêm hương vị cà phê Xin cảm ơn! ... tiêu: Nghiên cứu lựa chọn dung môi cho q trình trích ly với điều kiện tương ứng Tỷ Tỷ lệ lệ dung dung môi môi Ơ Phần 2: Thực nghiệm thảo luận *Quy trình thí nghiệm Dung môi Bã Hạt cà phê xanh. .. Quy trình sản xuất CGA từ hạt cà phê xanh *Các yếu tổ ảnh hưởng đến q trình trích ly Bản Bản chất chất dung dung mơi mơi Nhiệt Nhiệt độ độ Trích Trích ly ly Thời Thời gian gian trích trích ly ly...Nội dung trình bày - Tổng quan cà phê - Axit Clorogenic TỔNG QUAN - Quy trình sản xuất Axit Clorogenic từ hạt cà phê xanh THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly