TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA: CNTP & ĐỒ UỐNG BÀI TIỂU LUẬN: LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN – SCO2 TRONG CƠNG NGHỆ TRÍCH LY DÙNG TRONG THỰC PHẨM LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần 1: Lời nói đầu: Khoa học cơng nghệ khơng ngừng phát triển, ln ln có thay đổi, phát minh nhằm mục đích phục vụ đời sống người tốt Việc tìm phương pháp xử lý mới, sản phẩm mới, nguồn nguyên liệu vấn đề mang tính chiến lược ngành công nghệ thực phẩm Ngày có phương pháp tiên tiến việc chế biến bảo quản thực phẩm Cơng nghệ trích ly lưu chất siêu tới hạn sử dụng sản xuất hương liệu, tinh chất từ nguồn nguyên liệu thiên nhiên nghiên cứu, phát triển ứng dụng, cạnh tranh cao so với phương pháp truyền thống ưu vượt trội sản phẩm thu có độ tinh khiết cao, khơng độc hại, giảm thiểu nhiễm mơi trường, khơng hóa chất độc hại, không ảnh hưởng tới sức khỏe người,… Lưu chất siêu tới hạn trạng thái vật lý chất điều kiện nhiệt độ áp suất cao nhiệt độ tới hạn áp suất tới hạn Trong lưu chất siêu tới hạn CO2 sử dụng phổ biến ngồi đặc tính chung CO2 cịn chất dễ kiếm, rẻ tiền, loại khí trơ khơng cháy,… Với phương pháp này, hoạt chất bảo tồn trọn vẹn, tính chọn lọc cao khơng gây độc hại cho người sản xuất người sử dụng Người ta tạo tính dung mơi đa dạng phù hợp với điều kiện chiết xuất khác thông qua việc điều chỉnh lựa chọn nhiệt độ áp suất phù hợp với khí trơ sử dụng làm dung môi để chiết Với phương pháp chiết này, nhiều chất tự nhiên bao gồm hệ enzyme chuyển hố tách chiết thành cơng, điều khó khăn hay khơng thể thực với phương pháp khác Phương pháp chiết xuất sử dụng dung môi CO2 lỏng siêu tới hạn phương pháp thuộc hướng Phương pháp Mỹ nghiên cứu đầu tiên, Nga Hiện Trung Quốc Ấn Độ tích cực chạy đua ứng dụng phương pháp ưu điểm siêu việt Người ta có thành cơng việc tác chiết hợp chất quý kháng virus HIV, HPV, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com HBV, kháng chủng tế bào ung thư khác từ nguồn dược liệu phương pháp Việt Nam bắt đầu tiếp cận với phương pháp ưu việt hứa hẹn cho nhiều bước tiến công nghệ tách chiết dược chất quý từ nguồn dược liệu phong phú đất nước phục vụ chăm sóc sức khoẻ nhân dân, tạo sức cạnh tranh cho sản phẩm thuốc nước hội nhập Viện khoa học công nghệ Việt Namđược Viện hàn lâm khoa học Nga giúp đỡ nhập thiết bị chiết CO2 lỏng Nga vào năm 2009 Khí CO2 từ trước đến vốn mang tiếng xấu khí gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên Nhưng tương lai CO2 chất vơ hữu ích tiến khoa học kỹ thuật óc thiên tài người Hiện có nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng CO2 tầm nhìn – CO2 – chất lỏng siêu tới tới hạn để tách chiết (trích ly) hợp chất mong muốn từ thực vật hay hợp chất công nghiệp khác Trong phịng thí nghiệm từ lâu người ta sử dụng CO để tách phân tích cặn dư thuốc trừ sâu PCB (Biphenyl polyclo hóa) mẫu thực phẩm, nước đất CO2 sử dụng từ lâu công nghiệp chế biến thực phẩm, ví dụ để làm chất gia vị hạt men bia; để tách chất cafein khỏi hạt cà phê Ở trang thái siêu tới hạn CO2 dạng trung gian thể khí thể lỏng Nó có tỷ trọng chất lỏng, nhờ đặc tính dùng để hịa tan chất hữu Nó dùng để thay dung mơi clo hóa để chiết hợp chất hữu Từ xưa người có nhu cầu ly trích tinh dầu khỏi hợp chất thiên nhiên, ví dụ thơng dụng lấy tinh dầu hoa hồng khỏi cánh hoa hồng pha vào cồn để làm dầu thơm Càng phát triển người có nhiều cách khác để lấy tinh dầu, mục đích khác nhau, từ làm dầu thơm đến dược phẩm, thực phẩm, phụ gia Một số cách lấy tinh dầu ép, ly trích nước, dung mơi hưu cơ, lơi nước, sử dụng lị vi sóng, siêu âm theo biết trích hợp chất Taxol điều trị ung thư vú tử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cung phụ nữ có vỏ thơng đỏ Taxus brevifolia CO siêu tới hạn cho hiệu suất cao Đây phương pháp giớ, cần nói thêm khơng có CO2 siêu tới hạn mà chất đạt trạng thái siêu tới hạn, dựa vào giản đồ pha, có số chất thơng dụng điều kiện nhiệt độ áp suất thấp, phù hợp, có khả thực được, nước ví dụBất kỳ dung mơi trạng thái siêu tới hạn tồn nhiệt độ áp suất giá trị tới hạn Đối với chất thông thường, điều kiện định chúng tồn trạng thái trạng thái rắn, lỏng khí Nếu nén chất khí tới áp suất đủ cao, chất khí hóa lỏng Tuy nhiên Có giá trị mà đó, nâng dần nhiệt độ lên chất lỏng khơng thể trở trạng thái khí, mà rơi vào vùng trạng thái đặc biệt gọi trạng thái siêu tới hạn Vật chất trạng thái mang nhiều đặc tính chất khí chất lỏng, nghĩa dung mơi mang tính chất trung gian khí lỏng Phần 2: Giới thiệu phương pháp dùng lưu chất siêu tới hạn sử dụng trích ly Khi CO2 đưa lên nhiệt độ, áp suất cao nhiệt độ, áp suất tới hạn (Tc= 310C, Pc = 73,8 bar), CO2 chuyển sang trạng thái siêu tới hạn Tại trạng thái CO2 mang hai đặc tính: Đặc tính phân tách trình trích ly đặc tính phân tách q trình chưng cất Nó có khả hào tan tốt đối tượng cần tách khỏi mẫu dạng rắn, lỏng, khí Sau q trình chiết, để thu hồi sản phẩm cần giảm áp suất thấp áp suất tới hạn CO2 chuyển sang dạng khí ngồi cịn sản phẩm bình hứng Ở điều kiện nhiệt độ, áp suất khác tương ứng với đối tượng cần chiết tách khác So sánh phương pháp SCO2 với phương pháp truyền thống * Ưu điểm: Sản phẩm tách được: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Sản phẩm có chất lượng cao: tinh dầu có màu, mùi tự nhiên, khơng lẫn nhiều thành phần không mong muốn, hợp chất tự nhiên tách chất có hoạt tính cao - Khơng cịn lượng dung mơi dư - Tách hoạt chất với hàm lượng cao - Không gây ô nhiễm mơi trường - Là phương pháp có cơng nghệ cao an toàn với sản phẩm tự nhiên - Tốc độ truyền khối nhang nên rút ngắn thời gian trích ly Hơn CO2 có số đặc điểm bật hẳn loại dung môi khác: - CO2 chất dễ kiếm, rẻ tiền sản phẩm phụ nhiều ngành cơng nghệ hóa chất khác – chất mà người muốn đào thải - Là chất trơ, có phản ứng kế hợp với chất cần tách chiết - Khơng bắt lửa, khơng trì cháy - Khơng làm nhiễm mơi trường - Có khả hoà tan tốt chất tan hữu thể rắn lỏng, đồng thời hoà tan lẫn chất thơm dễ bay Có chọn lọc hồ tan, khơng hồ tan kim loại nặng dễ điều chỉnh thông số trạng thái để tạo tính chất lựa chọn khác dung mơi - Khơng ăn mịn thiết bị, bay không để lại cặn độc hại CO2 trạng thái siêu tới hạn có đặc tính bật như: - Sức căng bề mặt thấp - Độ linh động cao - Độ nhớt thấp - Tỉ trọng xấp xỉ tỉ trọng chất lỏng - Khả hòa tan dễ điều chỉnh nhiệt độ áp suất Nhược điểm: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tuy có nhiều ưu điểm công nghệ chưa áp dụng rộng rãi, đa số dừng lại phịng thí nghiệm nhược điểm lớn phương pháp thiết bị cần hoạt động nhiệt độ áp suất tới hạn dung môi nên cần phải đảm bảo thiết bị có tính an tồn cao, chi phí đầu tư lớn, áp dụng nghiêm ngặt điều kiện an toàn lao động Phần 3: Ứng dụng phương pháp lưu chất siêu tới hạn SCO trích ly hương liệu, tinh chất công nghệ chế biến thực phẩm Hiện công nghệ chiết SCO2 áp dụng phổ biến để chiết tách hoạt chất sử dụng ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, hoạt chất thiên nhiên…Một số nước ứng dụng công nghệ quy mô công nghiệp với số sản phẩm định, Đức nước có nhà máy công nghiệp tách loại cafein khỏi nhân cà phê áp dụng công nghệ SCO2 hãng HAG.A.G xây dựng vào năm 1979 * Ứng dụng công nghệ tách cafein cà phê chè Ngành công nghệ nước giải khát phát triển thị hiếu người tiêu dùng ngày nâng cao Điều đòi hỏi nhà sản xuất phải ln tìm kiếm cơng nghệ để đáp ứng chất lượng thị hiếu người tiêu dùng Trong công nghệ nước uống cà phê chè việc loại cafein, chất kích thích thần kinh khơng có lợi cho sức khoẻ gây vị chát điểm quan tâm nhà công nghệ Giải pháp hữu hiệu sử dụng công nghệ SCO để chiết tách cafein khỏi cà phê chè, áp dụng Châu âu, sau Bắc Mỹ Với cơng nghệ hàm lượng cafein giảm xuống < 0.1% sản phẩm *Ứng dụng cơng nghệ trích lý taxol từ vỏ thơng đỏ: Đầu năm 1960, viện Ung thư Quốc gia Mỹ tách hợp chất có hoạt tính từ Thông đỏ gọi taxol Đây chất ức chế tế bào ung thư người LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đã có nhiều nghiên cứu để tách hợp chất này, phương pháp hiệu dùng lưu chất SCO2 để trích ly *Ứng dụng cơng nghệ trích ly dầu cọ: Một nước có thị phần sản xuất xuất dầu cọ lớn giới làm Malaysia ( >50% sản xuất, 62% xuất – số liệu thống kê năm 2009) Phương pháp SCO2 chứng minh phòng thí nghiệm với hiệu tinh chất dầu cọ trích ly vượt trội so với phương pháp truyền thống sử dụng dung môi hữu khác Ngồi sử dụng phương pháp cịn loại thải lượng lớn khí thải CO2 – khí gây lên hiệu ứng nhà kính theo lời kêu gọi giảm khí thải CO2 theo nghị định Tokyo Hơn nữa, màu sắc sản phẩm trích ly nhẹ hơn, ức chế hoạt động vi khuẩn, sản phẩm tinh khiết thời gian thu nhanh hơn, khí CO2 khơng thể bị oxy hóa – dung mơi lý tưởng để thực q trình oxy hóa (1994 Weatherly) Bảng minh họa sơ đồ khai thác dầu hạt cọ phương pháp SCO2 Temperature PressureCO2 Capacity Volume of Volume of (oC) (MPa) (ml) CO2 CO2 consumed Released to (ml) the atmosphere (ml) 40 50 27.6 103 64.8 38.2 34.5 103 67.2 35.8 41.4 103 68.4 34.6 48.3 103 75.3 27.7 27.6 103 60.6 42.4 34.5 103 62.4 40.6 41.4 103 66.9 36.1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 60 70 48.3 103 73.8 29.2 27.6 103 59.1 43.9 34.5 103 60.6 42.4 41.4 103 65.7 37.3 48.3 103 68.4 34.6 27.6 103 70.2 32.8 34.5 103 63.6 39.4 41.4 103 68.1 34.9 48.3 103 65.7 37.3 *Một số ứng dụng khác: Phương pháp SCO2 áp dụng để chiết hoạt chất từ hoa huplon để dùng công nghiệp bia dược phẩm với sản lượng lớn (ở Đức sản lượng chiết hoa huplon công nghệ SCO2 10.000 tấn/ năm), sản xuất sản phẩm thực phẩm có hàm lượng chất béo thấp sản phẩm không cholesterol sản phẩm chức khác - Đối với nghành mỹ phẩm công nghệ sinh học, phương pháp SCO dùng để chiết tách tinh dầu, tinh dầu quý như: tinh dầu lavande, hoàng đàn, hương lau, nhài, bưởi để phục vụ cho công nghiệp sản xuất nước hoa, đặc biệt loại nước hoa cao cấp thực phẩm Tinh dầu chiết phương pháp có đặc trưng tự nhiên nhất, độ tinh khiết cao Tách hoạt chất hữu ích từ nghệ, chè, gừng để làm chất chống oxy hoá, kem dưỡng da, ví dụ chiết polyphenol từ chè xanh để làm chất chống nhăn da, chống oxy hoá, giữ ẩm cho da polyphenol có kem đánh có tác dụng diệt khuẩn, chiết hoạt chất từ lô hội làm kem làm trắng da - Còn nghành dược phẩm, công nghệ dùng SCO2 nghiên cứu để chiết tách hoạt chất chữa bệnh tăng cường sức khoẻ từ nguồn nguyên liệu thảo mộc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Không áp dụng phương pháp nghành công nghiệp sản xuất sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, giới nghiên cứu phương pháp ngành công nghiệp khác Tại Bỉ, người ta nghiên cứu để đưa công nghệ SCO2 vào việc tách nguyên tố ngun tố phóng xạ nghành cơng nghiệp xạ Do ta thấy việc sử dụng phương pháp dùng SCO2 mở phương pháp kỹ thuật mà tiềm có tác động lớn đến nhiều nghành công nghiệp quan trọng giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... trích ly hương liệu, tinh chất công nghệ chế biến thực phẩm Hiện công nghệ chiết SCO2 áp dụng phổ biến để chiết tách hoạt chất sử dụng ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, hoạt chất. .. chiến lược ngành công nghệ thực phẩm Ngày có phương pháp tiên tiến việc chế biến bảo quản thực phẩm Cơng nghệ trích ly lưu chất siêu tới hạn sử dụng sản xuất hương liệu, tinh chất từ nguồn nguyên... tới hạn Vật chất trạng thái mang nhiều đặc tính chất khí chất lỏng, nghĩa dung mơi mang tính chất trung gian khí lỏng Phần 2: Giới thiệu phương pháp dùng lưu chất siêu tới hạn sử dụng trích ly