Chương 4: KẾT QUẢ BÀN LUẬN
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ TRÍCH LY
Như đã biết, tỉ lệ nước trong dung mơi, tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu và thời gian xử lý là các yếu tố ảnh hưởng rất rõ đến hiệu quả trích ly. Ths. Bùi Phương Ngọc trong nghiên cứu trước đã tiến hành khảo sát một số giá trị của ba yếu tố nĩi trên và đã chọn ra được các giá trị thích hợp nhất thỏa mãn hai hàm mục tiêu là hiệu suất khử caffeine lớn nhất và độ tổn thất chất khơ thấp nhất. Cụ thể là với tỉ lệ nước trong dung mơi 40%, tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu 7/1, thời gian xử lý 4 phút, thì hiệu suất khử caffeine là 18.52% và độ tổn thất chất khơ hịa tan là 5.8%.
Với mong muốn tăng hiệu suất khử caffeine và độ tổn thất chất khơ khơng quá cao, chúng tơi tiến hành thí nghiệm khảo sát các thơng số trong phạm vi hẹp hơn dựa vào nghiên cứu bước đầu của Ths. Bùi Phương Ngọc. Kết quả khảo sát được trình bày trong các bảng 4.8, bảng 4.9 và bảng 4.10.
Khảo sát tỉ lệ nước trong dung mơi
Các giá trị được khảo sát xung quanh giá trị 40%. Kết quả thu được như sau
Bảng 4.8: Hiệu suất khử caffeine và độ tổn thất chất khơ ứng với các tỉ lệ
nước trong dung mơi
Tỉ lệ nước trong dung mơi (%) Hiệu suất khử caffeine (%) Độ tổn thất chất khơ (%) 20 22.41 8.35 25 25.30 8.46 30 27.34 9.02 35 28.88 10.08 40 29.15 10.47 45 29.46 12.20 50 30.50 14.01 55 35.19 14.50 60 40.43 18.68
Nhìn vào bảng số liệu ta thấy rằng, hiệu suất khử caffeine và độ tổn thất chất khơ cao hơn so với nghiên cứu trước đây. Cùng với mức tỉ lệ 40%, hiệu suất khử caffeine khảo sát cao hơn 1.6 lần (29.15% so với 18.52%) và độ tổn thất chất khơ khảo sát cao hơn 1.8 lần (10.47% so với 5.8%). Đĩ là do sự khác biệt về mức độ rang, phương thức rang của nguyên liệu. Nguyên liệu trong nghiên cứu này cĩ mức độ rang đậm hơn, dẫn đến thể tích hạt và cấu trúc của hạt xốp hơn, các liên kết trở nên lỏng lẻo hơn. Do đĩ, quá trình trích ly dễ dàng lơi cuốn các hợp chất ra khỏi hạt, nhất là các hợp chất dễ tan trong nước. Trích ly càng nhiều chất tan sự tổn thất càng nhiều, đồng thời mức độ rang càng đậm thì độ tổn thất càng cao.
Hiệu suất khử caffeine thay đổi khơng đáng kể trong khoảng tỉ lệ nước/dung mơi từ 35% - 45%, trong khi tỉ lệ nước/dung mơi từ 55% và 60% thì hiệu suất khử
caffeine tăng lên rõ rệt. Cùng với việc tăng hiệu suất khử caffeine, độ tổn thất chất khơ cũng tăng. So với tỉ lệ nước/dung mơi là 40% thì hiệu suất khử caffeine của tỉ lệ 55% tăng 20.72% và 60% tăng 38.7%. Độ tổn thất chất khơ ứng với 55% tăng 1.4 lần và 60% tăng 1.8 lần (so với 40%). Như vậy với tỉ lệ nước trong dung mơi là 55%, hiệu suất khử caffeine đạt khá cao (35.19%) và độ tổn thất chất khơ ở mức cĩ thể chấp nhận được (14.5%). Do đĩ, chúng tơi chọn tỉ lệ 55% làm mức cơ sở tiếp tục khảo sát hai thơng số kia.
Khảo sát tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu
Tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu tối ưu theo nghiên cứu trước là 7/1. Dựa theo kết quả này, chúng tơi tiến hành khảo sát thêm hai giá trị xung quanh 7/1 là 6/1 và 8/1.
Bảng 4.9: Kết quả khảo sát tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu Tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu Hiệu suất khử caffeine (%) Độ tổn thất chất khơ (%) 6/1 29.26 12.33 7/1 35.19 14.50 8/1 35.62 16.38
Theo kết quả của nghiên cứu trước, khi tỉ lệ dung mơi tăng từ 5/1 đến 7/1 thì hiệu suất khử caffeine tăng đáng kể 50% (từ 12.31% lên 18.45%) và khi tỉ lệ này tăng từ 7/1 lên 9/1 thì hiệu suất tăng 3% (từ 18.45% lên 19%).
Bảng 4.9 cho thấy phù hợp với kết quả của nghiên cứu trước. Hiệu suất khử caffeine tăng 20.3% khi tăng tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu từ 6/1 lên 7/1 và tăng 1.2% khi tăng tỉ lệ này từ 7/1 lên 8/1. Điều này chứng tỏ tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu tại giá trị 7/1 là tối ưu cho quá trình trích ly.
Điều này được giải thích trên cơ sở gradient nồng độ: ban đầu khi tăng lượng dung mơi sử dụng, nồng độ các chất hịa tan trong dung dịch giảm, thúc đẩy các chất khơ hịa tan trong hạt khuếch tán vào dung dịch. Tuy nhiên nếu cứ tăng lượng dung mơi với thời gian khơng đổi, tác dụng của vi sĩng chưa đủ để tăng
cường sự trích ly nhiều hơn các cấu tử hịa tan trong dung mơi.
Vậy qua hai bước khảo sát về tỉ lệ nước trong dung mơi và tỉ lệ dung mơi/nguyên liệu, chúng tơi chọn hai thơng số cho quá trình khảo sát thời gian trích ly tiếp theo như sau: tỉ lệ nước trong dung mơi là 55% và tỉ lệ dung mơi/cà phê là 7/1.
Khảo sát thời gian xử lý
Thời gian xử lý cĩ ảnh hưởng lớn đến hiệu quả trích ly đồng thời cũng ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của hạt. Thời gian xử lý trong nghiên cứu trước được thực hiện trong 4 phút, 4 phút (2 lần), 4 phút (3 lần) và đạt được hiệu suất khử caffeine cao nhất là 49.26% cùng với độ tổn thất chất khơ là 36.5% (4 phút – 3 lần). Trong thí nghiệm này chúng tơi khảo sát tại những giá trị lân cận của giá trị tối ưu trong nghiên cứu trước đĩ, nhằm phục vụ cho thí nghiệm tối ưu hĩa ở phần sau.
Bảng 4.10: Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến hiệu quả trích ly Thời gian xử lý (phút) Hiệu suất khử caffeine (%) Độ tổn thất chất khơ (%) 3 27.30 13.09 4 35.19 14.50 5 36.85 17.46
Kết quả cho thấy khi tăng thời gian xử lý, hiệu suất khử caffeine đồng thời độ tổn thất chất khơ đều tăng. Tăng thời gian xử lý từ 3 – 4 phút, hiệu suất khử caffeine tăng 28.9%, độ tổn thất chất khơ tăng 10.8% ; cịn khi tăng thời gian xử lý từ 4 – 5 phút, hiệu suất khử caffeine tăng 4.7%, độ tổn thất chất khơ tăng 20.4%. Rõ ràng với 4 phút xử lý, hiệu quả trích ly là cao nhất xét cả về hiệu suất khử caffeine lẫn độ tổn thất chất khơ. Như vậy chúng tơi chọn thời gian 4 phút làm giá trị cơ sở cho quá trình tối ưu hĩa.