1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Thiết bị trích ly lỏng sử dụng trong công nghệ thực phẩm Do Ngoc Bich , Dao Trong Nguyen TÓM TẮT Trích ly là một quy trình công nghệ dùng đ[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Thiết bị trích ly lỏng sử dụng công nghệ thực phẩm Do Ngoc Bich , Dao Trong Nguyen TĨM TẮT Trích ly quy trình cơng nghệ dùng để tách hệ nhiều cấu tử thành cấu tử riêng biệt Tùy nguyên liệu dung môi có cách trích ly khác nhau, đặc biệt q trình trích ly siêu tới hạn ứng dụng rộng rãi ngành ngành công nghệ thực phẩm Để tìm hiểu thêm quy trình này, nhóm chúng em thực đề tài thiết bị trích ly lỏng cơng nghệ thực phẩm Bài tiểu luận thực với mục tiêu đưa thơng tin khai niệm, tính tốn q trình trích ly thiết bị trích ly lỏng công nghệ thực phẩm Đối tượng nghiên cứu đề tài tiểu luận “Các khái niệm, thiết bị trích ly lỏng ngành cơng nghệ thực phẩm Việt Nam, cách tính tốn q trình trích ly” Mở đầu Trích ly q trình tách/chiết nhiều chất tan chất lỏng chất rắn chất lỏng khác gọi dung mơi Q trình tách chất hịa tan chất lỏng gọi trích ly lỏng – lỏng, q trình tách chất hịa tan chất rắn gọi trích ly rắn Thiết bị trích ly lỏng sử dụng cơng nghệ thực phẩm – lỏng Nếu trình tách chất hồ tan chất rắn chất tình trạng siêu tới hạn gọi trích ly siêu tới hạn Trích ly lỏng – lỏng phổ biến ngành cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp dược phẩm cơng nghệ sinh học, sử dụng chế biến thực phẩm Trích ly lỏng – lỏng dùng để tách cấu tử quý, thu dung dịch có nồng độ đậm đặc, phân tách hỗn hợp đồng thành cấu tử thành phần, thích hợp với chất dễ phân hủy nhiệt độ cao Yêu cầu dung mơi: dung mơi có tính hịa tan chọn lọc, khối lượng riêng phải khác xa khối lượng riêng dung dịch, không độc với người, không ăn mòn thiết bị rẻ tiền dễ kiếm Ngun lí Q trình trích ly lỏng – lỏng gồm giai đoạn: Giai đoạn (1) trích ly: trộn lẫn dung dịch đầu F (gồm cấu tử A cấu tử cần tách C) với dung môi B Cấu tử C di chuyển từ dung dịch F vào dung môi B hệ đạt cân Giai đoạn (2) tách hai pha: có khối lượng riêng khác nên hỗn hợp sau trích ly phân lớp, pha gồm dung mơi B cấu tử C (pha trích, lẫn A), pha cịn lại gồm cấu tử A cấu tử C (pha rafinat, lẫn B) Giai đoạn (3) hồn ngun dung mơi: tách A C khỏi B Các thiết bị trích ly thơng dụng sản xuất Phân loại thiết bị: Căn vào phương pháp tiếp xúc pha, chia thiết bị trích ly lỏng lỏng thành: Loại tiếp xúc bậc loại tiếp xúc liên tục Trong loại có hai nhóm: Nhóm có lượng ngồi kích thích nhóm khơng có lượng ngồi kích thích Thiết bị trích ly lỏng sử dụng cơng nghệ thực phẩm Thiết bị trích ly bậc Thiết bị có dạng hình trụ đứng, phía bên có đáy lưới Nguyên liệu cho vào cửa đỉnh (1) Dung môi bơm vào thiết bị qua hệ thống phân phối (4) năm phía đỉnh Dung mơi chảy qua lớp nguyên liệu theo chiều tử xuống Dịch trích tháo ngồi qua cửa (6) Có thể cho dịch trích hồi lưu trở lại thiết bị nhờ bơm (9) van (7) Khi kết thúc trình trích ly, bã tháo khỏi thiết bị qua cửa (8), bơm nước dung dịch chất tẩy rửa vào để vệ sinh thiết bị qua hệ thống phân phối (4) Nước vệ sinh thải ngồi cửa (11) Thiết bị trích ly bậc sử dụng sản xuất thức uống từ thảo mộc, trả hòa tan, cà phê hòa tan dầu béo quy mơ nhỏ Hình 3.1 Thiết bị trích ly bậc Thiết bị trích ly nhiều bậc Trong hệ thống trích ly nhiều bậc ngược dịng, dịng ngun liệu dung mơi chuyển động ngược chiều Hệ thống gồm có tất 14 thiết bị ký hiệu từ số đến số 14 Dung môi chuyển động ngược chiều kim đồng hồ, cịn thiết bị trích ly chuyển động theo chiều kim đồng hồ Dung môi nạp vào hệ thống thiết bị số 13, cịn dịch trích tháo khỏi hệ thống từ thiết bị số Các thiết bị số 10, 11 12 đặc trưng cho công đoạn tháo bã khỏi thiết bị, vệ sinh Thiết bị trích ly lỏng sử dụng công nghệ thực phẩm thiết bị nạp nguyên liệu vào thiết bị Hệ thống thiết bị trích ly nhiều bậc sử dụng rộng rãi quy mơ cơng nghiệp để sản xuất trà hịa tan, cà phê hòa tan đường saccharose từ củ cải đường Mỗi thiết bị hệ thống chứa đến 10 nguyên liệu Hình 3.2 Sơ đồ ngun lí hệ thống trích ly nhiều bậc ngược dịng Thiết bị trích ly liên tục Thiết bị có hai tháp (1) (2) dạng hình trụ đứng Chúng nối với ống hình trụ năm ngang (3) phía bên Bên thiết bị có vis tải để vận chuyển nguyên liệu Nguyên liệu nạp liên tục vào thiết bị theo cửa (4) vis tải đưa xuống bên thập (2) để qua ơng hình trụ nằm ngang (3) theo tháp (1) lên phía Cuối cùng, nguyên liệu tháo ngồi thiết bị qua cửa (5) Dung mơi nạp vào thiết bị qua cửa (6) tháp (1) chuyển động xuống phía bên dưới, qua ống hình trụ ngang (3) theo tháp (2) lên, cuối dịch trích thảo ngồi qua cửa chân (7) Như vậy, dịng ngun liệu dung môi chuyển động ngược chiều Trục vis thiết bị chuyển động xoay với tốc độ trung bình 1vịng/phút Hiện nay, thiết bị trích ly Hildebrandt sử dụng để trích ly saccharose từ cử cải đường trích ly chất béo từ nguyên liệu thực vật giàu béo Năng suất thiết bị lên đến 40 nguyên liệu/ Thiết bị trích ly lỏng sử dụng cơng nghệ thực phẩm Hình 3.3 Thiết bị trích ly liên tục – Hildebrandt Tháp đệm Cấu tạo hoàn toàn giống tháp đệm hấp thụ hay chưng luyện Thân tháp bên rỗng để đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác (gỗ, nhựa, kim loại, gốm, ) với hình dạng khác (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo, …) Lưới đỡ đệm ống dẫn khí, lỏng vào ra, tháp đệm có cấu tạo đơn giản tháp phun hiệu suất phân tách cao suất thấp tháp phun tháp phần lớn thể tích bị đệm chiếm Thiết bị trích ly lỏng sử dụng cơng nghệ thực phẩm Hình 3.4 Tháp đệm Tháp phun Là tháp rỗng hình trụ, pha liên tục chiếm tồn thể tích tháp, pha nặng từ xuống Pha phân tán nhờ vòi phun tạo thành hạt nhỏ (tia nhỏ) phân tán vào pha liên tục từ lên, đến độ cao hạt pha phân tán tập trung lại tách khỏi pha liên tục Nếu giảm chiều cao ống A hay mở van C bề mặt tiếp xúc pha hạ xuống hình vẽ Pha nặng tiếp tục phân tán vào pha nhẹ thêm khoảng Đây cách để điều chỉnh vị trí bề mặt tiếp xúc pha tháp Chi phí chế tạo tháp không lớn, dễ dàng làm vệ sinh, có suất cao, ưu điểm tháp phun Tuy nhiên, tháp có hiệu suất nên không sử dụng thực tế Tháp chấn động Loại tháp đĩa lưới khơng có ống chảy chuyền tháp đệm Người ta dùng nhiều phương pháp gây chấn động, thông thường bơm pittơng khơng có van, bơm nối với đáy tháp hay nối với đường ống cho pha nhẹ vào Tháp làm việc với chất lỏng có khối lượng riêng khác 0,05g/cm3 trường hợp suất thấp Thiết bị trích ly lỏng sử dụng công nghệ thực phẩm Tháp đĩa lưới có ống chảy chuyền Tháp gồm nhiều đĩa đục lỗ, đường kính lỗ 9mm Khoảng cách đĩa từ 0,15 - 0,6m tuỳ theo đường kính tháp Chất lỏng nặng từ xuống, tập trung lưới chảy qua ống chảy chuyền Chất lỏng nhẹ từ lên tập trung lưới chui qua lỗ lưới lên phía trên, phân tán vào lớp chất lỏng nằm lưới Tháp đĩa lưới có ống chảy chuyền có hiệu suất phân tách cao Trích ly siêu tới hạn Những vấn đề quan tâm an toàn thực phẩm, dược phẩm: tiết kiệm lượng, hạn chế rác thải từ hóa chất độc hại Trong ngành cơng nghiệp hóa chất, vật liệu polymer cơng nghiệp thực phẩm, dược phẩm sử dụng nhiều loại dung môi hữu để thực trình phản ứng hóa học hay trích ly thành hệ cấu tử Các q trình thải nhiều hóa chất độc hại, tiêu tốn nước dung môi Một số trình diễn nhiệt độ cao tốn lượng gây hư hại cấu trúc phân hủy hoạt chất (protein, vitamin, ) Nhiều giải pháp đưa nhằm khắc phục hạn chế trên, công nghệ lên giải pháp lý tưởng cho vấn đề hứa hẹn nhiều tiềm sử dụng lưu chất CO2 siêu tới hạn CO2 siêu tới hạn trạng thái lỏng khí CO2 điều kiện nhiệt độ áp suất mức tới hạn (31,1OC 73,8 atm), CO2 trạng thái mang đặc tính chất khí chất lỏng, nên vừa có khả hịa tan chất pha lỏng, vừa có khả khuếch tán cao pha khí CO2 siêu tới hạn có tỷ trọng tương đối cao, xấp xỉ tỷ trọng chất lỏng, vừa đủ để dùng làm dung môi, giữ khả khuếch tán mạnh, sức căng bề mặt thấp, độ linh động cao, độ nhớt thấp, khả hòa tan dễ điều chỉnh nhiệt độ áp suất Ngoài ra, việc dễ dàng đạt điều kiện siêu tới hạn CO2 lý để CO2 trở thành chất lỏng siêu tới hạn sử dụng phổ biến Bất kỳ dung mơi đạt trạng thái siêu tới hạn tồn nhiệt độ áp suất giá trị tới hạn Tuy nhiên, CO2 có đặc tính khơng độc, khơng bắt lửa, trơ khó phản ứng hầu hết điều kiện giá rẻ, có nguồn cung cấp dồi Thiết bị trích ly lỏng sử dụng cơng nghệ thực phẩm tái sử dụng tuần hoàn sử dụng nên sử dụng phổ biến Riêng cơng nghệ trích ly CO2 siêu tới hạn, sản phẩm trích ly nhiệt độ thấp nên giảm tiêu hao lượng, tránh hoạt chất bền nhiệt bị phân hủy, đảm bảo chất lượng sản phẩm Dung môi dùng lưu chất CO2 siêu tới hạn có nhiều ưu điểm so với dung môi truyền thống (methanol, ethanol, acetone, hexune, ) Sau phản ứng, để thu hồi sản phẩm cần giảm áp suất thấp áp suất tới hạn để CO2 chuyển sang thể khí bay ngồi, khơng để lại cặn độc hại Các q trình phản ứng, trích ly sử dụng scCO2 khắc phục nhiều hạn chế phương pháp khác chưa thực Công nghệ chế biến thực phẩm scCO2 có nhiều ưu điểm ứng dụng ngày phổ biến nhiều q trình cơng nghệ khác nhau, có cơng nghệ ép đùn Cơng nghệ ép đùn sử dụng scCO2 dùng chủ yếu số nước chế biến sản xuất nhựa nhiên, với nhiều tra điểm công nghệ dùng ngày nhiều công nghệ chế biến sản xuất thực phẩm Ưu điểm quan trọng công nghệ sản xuất nhiệt độ thấp, tạo sản phẩm có kết cấu kép (bên xốp, bề mặt láng), kiểm sốt số lượng, kích thước sản phẩm, ảnh hưởng đến hoạt chất nhạy cảm với nhiệt độ, điều khiển pH môi trường Một số ứng dụng phổ biến công nghệ scCO2 thực phẩm chiết hợp chất từ hoa Houblon sản xuất bia, loại cafein khỏi trà cà phê Với cơng nghệ hàm lượng cafein giảm xuống 1% sản phẩm Nhiều sản phẩm từ ngũ cốc, bánh mỳ, bánh kẹo, cà phê, protein sữa, khoai tây chiến chế biến sử dụng cơng nghệ giữ đặc tính chất lượng dinh dưỡng sản phẩm Các nghiên cứu cho nhiệt độ thấp sử dụng công nghệ sCO2 sản xuất làm tăng đáng kể phẩm chất sản phẩm bột ngô cấu trúc, cảm quan (độ mịn, mẫu sắc, ), hạn chế bị oxy hóa Đồng thời, q trình sản xuất thực phẩm cơng nghệ scCO2 giữ nhiều chất dinh dưỡng sơ với cơng nghệ truyền thống Thiết bị trích ly lỏng sử dụng công nghệ thực phẩm Công nghệ sử dụng lưu chất CO2 siêu tới hạn kỹ thuật đaị có triển vọng ứng dụng nghiên cứu sản xuất nhiều lĩnh vực khác chứng minh mang lại hiệu cao Cơng nghệ có bước phát triểu dáng kể thích hợp ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khác thực phẩm, y dược, bào chế, hóa học, vật liệu, mơi trường, Ứng dụng sớm rộng rãi công nghệ công nghiệp thực phẩm Công nghệ cho phép sản xuất loạt sản phẩm đồng nhất, chất lượng cao cảm quan hàm lượng chất dinh dưỡng, hạn chế hình thành sản phẩm phụ tiết kiệm lượng Gần đây, lĩnh vực chăm sóc sức khỏe cộng đồng, nhu cầu phát triển loại thuốc, chế phẩm có nguồn gốc thảo dược sử dụng điều trị hỗ trợ điều trị bệnh ngày quan tâm Tuy nhiên, để phân tách thành phần có hoạt tính cao từ phận khác dược liệu với hiệu suất độ tinh cao, đồng thời lưu giữ tối đa hoạt tính vấn đề nan giải cơng nghệ truyền thống Các dung môi hữu sử dụng chiết tách thường khó loại có nguy ảnh hưởng đến sức khỏe người dùng Do đó, lưu chất CO2 siêu tới hạn xem dung môi hứa hẹn mang lại cách mạng cho công nghiệp chiết suất phương pháp sản xuất hoạt chất thiên nhiên