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 : PGS.TS Nguyễn Minh Tân Nhóm SV thực hiện: Đào Xuân Hạnh 20131293 Nguyễn Đăng Sơn 20133318 Nội dung trình bày TỔNG QUAN THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Tổng quan cà phê - Axit Clorogenic - Quy trình sản xuất Axit Clorogenic từ hạt cà phê xanh - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung môi 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 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 Thành phần hạt cà phê 1% 1% 12% 8% 50% 11% 11% 4% 2% Glucides Ash Lignin Protein Lipid Trigonelline CGA Caffein H2O  Là hạt cà phê tách từ cà phê tươi chưa trải qua trình rang sấy  Tồn số hoạt chất q mà cà phê rang khơng có điển : Nonvolatile Acid chiếm khoảng 8% khối lượng cà phê khô tuyệt đối  Là nguyên liệu cho sản xuất chiết xuất từ cà phê  Một số thành phần rang xay cà phê Coffee flavor chemistry Chichester: John Wiley & Sons Bessière-Thomas, Yvonne; Ivon Flament, 2002 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/cm3  Nhiệt độ nóng chảy : 207oC -209oC c, Cơng 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 Þ 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 Cơ đặc Đóng gói Sấy Dung dịch đặc Lọc Sản phẩm Method of producing an extract of Green coffee, LELOUP, Valérie, Martine, Jeanine,2012/ 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 chất dung mơi Nhiệt độ Trích ly Tỷ lệ dung mơi Thời gian trích ly ** Mục tiêu: Nghiên cứu lựa chọn dung mơi cho q trình trích ly với điều kiện tương ứng Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung mơi Nước Ảnh hưởng nhiệt độ trích ly đến hiệu suất trích ly CGA STT Nhiệt độ (oC) Hàm lượng CGA (mg/g) Hiệu suất trích ly 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 68 H, % 65 62 59 56 53 50 25 TL =12ml/g t = 60phút 35 45 55 T, C o 65 75 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly với dung mơi Nước ST T Ảnh hưởng tỷ lệ dung môi nguyên liệu đến hiệu suất trích ly CGA 76.00 71.00 66.00 H, % 61.00 56.00 51.00 46.00 T = 65oC t = 60 phút 4 12 TL, ml/g 16 20 Tỷ lệ L/R (ml/g) Hàm lượng CGA (mg/g) Hiệu suất trích ly CGA (%) 39,54 46,25 44,45 51,99 12 61,42 71,84 16 63,48 74,25 20 62,25 72,82 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình trích ly với dung mơi Nước Ảnh hưởng thời gian trích ly đến hiệu suất trích ly CGA 80.00 Thời gian (phút) Hàm lượng CGA (mg/g) Hiệu suất trích ly 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 ST T 78.00 76.00 74.00 H, % 72.00 70.00 68.00 66.00 64.00 62.00 30 T = 65 C TL = 16 ml/g o 60 90 t, phút 120 150 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Thiết lập mơ hình hồi quy q trình trích ly sử dụng dung môi nước Giá trị thực nghiệm giá trị mã hóa yếu tố Tỷ lệ Nhiệt độ Thời gian (oC) (phút) dung môi/nguyên liệu (ml/g) Biến thực Biến mã hóa Biến thực Biến mã Biến mã Biến thực hóa hóa (Z3) (x2) (x3) (Z1) (x1) (Z2) 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 mơi nước Ma trận quy hoạch thực nghiệm cấp TN 10 11 12 13 14 15 16 17 Các yếu tố theo tỉ lệ thực Các yếu tố theo tỉ lệ mã hóa Z1 Z2 Z3 x0 x1 x2 x3 55 75 55 75 55 75 55 75 51,45 78,53 65 65 65 65 65 65 65 90 90 150 150 90 90 150 150 120 120 79,41 160,59 120 120 120 120 120 12 12 12 12 20 20 20 20 16 16 16 16 10,59 21,41 16 16 16 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1,353 1,353 0 0 0 -1 -1 1 -1 -1 1 0 -1,353 1,353 0 0 -1 -1 -1 -1 1 1 0 0 -1,353 1,353 0 Hiệu suất trích ly CGA (H) Yu 51,16 57,21 66,23 72,14 60,12 69,19 66,36 74,02 65,11 76,91 60,22 78,03 70,11 76,66 73,89 73,65 75,03 Phần 2: Thực nghiệm thảo luận Thiết lập mơ hình hồi quy q trình trích ly sử dụng dung mơi nước Giá trị hàm mục tiêu biểu diễn theo phương trình cụ thể sau: Phương trình biến mã hóa: y = 75,6 + 3,83x1 + 5,59x2 + 2,73x3 – 3,5x12 – 4,52x22 Phương trình biến thực: y = -248,682+ 4,512Z1 + 1,612Z2 + 5,443Z3 – 0,035Z12 – 0,005Z22 Điều kiện tối ưu: + Nhiệt độ 69oC + 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 ngun 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 q trình trích ly) Chi phí cho nguyên 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 môi 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: y = -248,682+ 4,512Z1 + 1,612Z2 + 5,443Z3 – 0,035Z12 – 0,005Z22 Điều kiện tối ưu cho q trình trích ly: + Nhiệt độ: 69oC + Thời gian trích ly: 134 phút + Tỷ lệ dung môi nguyên 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: y = -316,758 + 5,763Z1 + 1,756Z2 + 4,921Z3 – 0,038Z12 – 0,004Z22 – 0,038Z32 Điều kiện tối ưu cho trình trích ly: + Nhiệt độ: 68oC + 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 mơi etanol: 402.298 VND + Với dung môi nước: 309.435 VND Từ kết ta thấy sử dụng dung môi 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! ... etanol cho trình trích ly đạt hiệu suất trích ly cao giá thành sản phẩm sử dụng dung môi etanol lớn so với sử dụng dung môi nước Vì dung mơi lựa chọn cho q trình trích ly CGA từ hạt cà phê xanh dung. .. Quy trình sản xuất CGA từ hạt cà phê xanh *Các yếu tổ ảnh hưởng đến q trình trích ly Bản chất dung mơi Nhiệt độ Trích ly Tỷ lệ dung mơi Thời gian trích ly ** Mục tiêu: Nghiên cứu lựa chọn dung. .. trình tính toán kinh tế, giá thành kg sản phẩm sử dụng hai dung mơi 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 môi