Cơ sở khoa học
Trích ly là q trình hịa tan chọn lọc mợt hay nhiều cấu tử có trong mẫu ngun liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung mơi. Đợng lực của q trình trích ly là
98
sự chênh lệch nồng độ của cấu tử ở trong nguyên liệu và dung môi. Đây là một q trình truyền khối.
Dung mơi:
Chọn dung mơi là một vấn đề rất quan trọng để thực hiện q trình trích ly. Người ta thường dựa vào các tiêu chí sau để lựa chọn dung mơi.
Dung mơi có khả năng hịa tan chọn lọc, tức cấu tử cần thu nhận trong mẫu nguyên liệu có đợ hịa tan cao trong dung mơi. Ngược lại, các cấu tử khác có trong ngun liệu cần trích ly thì khơng hịa tan được trong dung mơi hoặc có đợ hịa tan kém.
- Dung môi phải trơ với các cấu tử có trong dịch trích.
- Dung mơi khơng gây hiện tượng ăn mịn thiết bị, khó cháy và không độc đối với người sử dụng.
- Dung mơi có giá thành thấp, dễ tìm; các nhà sản xuất có thể thu hồi dung mơi sau q trình trích ly để tái sử dụng.
Nhưng dung mơi phổ biến hiện nay trong công nghiệp thực phẩm bao gồm nước, một số loại dung môi hữu cơ và CO2 ở trạng thái siêu tới hạn.
- Nước: là dung môi phổ biến nhất trong công nghiệp thực phẩm. Nước được sử dụng để trích ly saccharose trong cơng nghệ sản xuất đường từ củ cải đường, trích ly các chất chiết từ trà và cà phê trong cơng nghệ sản xuất trà và cà phê hịa tan, trích ly các chất chiết từ thảo mộc trong công nghệ sản xuất thức uống không cồn,…
- Các dung môi hữu cơ được sử dụng để trích ly chất béo từ thực vật trong cơng nghệ sản xuất dầu béo. Người ta thường dùng hexane, heptane hoặc cyclohexane để tách chất béo từ đậu nành, đậu phộng, hạt bông,… Nhiệt độ sôi của 3 dung mơi nói trên lần lượt là 63,5 – 69,0oC, 90 – 99oC và 71 – 85oC. Nhược điểm đáng lưu ý là cả 3 dung môi trên đều dễ gây cháy nên các nhà sản xuất cần cẩn thận khi sử dụng.
- CO2 siêu tới hạn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp. Trong công nghiệp thực phẩm, CO2 siêu tới hạn dùng để trích ly caffein từ trà và
99
cà phê nhằm tạo ra các sản phẩm trà và cà phê có hàm lượng caffein thấp. Ngồi ra, người ta cịn dung CO2 siêu tới hạn để trích ly các cấu tử hương từ các loại trái cây và gia vị hoặc để tách chiết các chất có hoạt tính sinh học từ thảo mợc.
Các yếu tố ảnh hưởng:
Kích thước của ngun liệu: Kích thước của ngun liệu càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung mơi càng lớn. Do đó, việc trích ly các cấu tử từ nguyên liệu và dung môi sẽ trở nên dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nếu kích thước nguyên liệu quá nhỏ thì chi phí cho q trình nghiền xé ngun liệu sẽ gia tăng.
Tỷ lệ khối lượng giữa nguyên liệu và dung môi: Với cùng một lượng nguyên liệu, nếu ta tăng lượng dung mơi sử dụng thì hiệu suất trích ly sẽ tăng theo. Tuy nhiên, nếu lượng dung mơi sử dụng q lớn thì sẽ làm lỗng dịch trích.
Nhiệt đợ trích ly: Khi tăng nhiệt đợ, các cấu tử sẽ chuyển đợng nhanh hơn, do đó sự hòa tan và khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi sẽ được tăng cường. Tuy nhiên, việc tăng nhiệt đợ trích ly sẽ làm tăng chi phí năng lượng cho q trình, đồng thời xảy ra mợt số phản ứng hóa học khơng mong muốn trong dịch trích và sử tổn thất cấu tử thường sẽ gia tăng.
Thời gian trích ly: Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ tăng. Tuy nhiên, nếu thời gian trích ly q dài thì hiệu suất thu hồi chất chiết sẽ khơng tăng thêm đáng kể.
Tốc đợ của dịng dung mơi chảy qua lớp ngun liệu trong thiết bị trích ly: nếu dịng dung môi được bơm với tốc độ cao vào thiết bị chứa ngun liệu cần trích ly thì sẽ làm giảm đi kích thước lớp biên bao bọc xung quanh nguyên liệu, đây là nơi tập trung các cấu tử hịa tan. Do đó, tốc đợ trích ly các cấu tử từ nguyên liệu sẽ gia tăng. Áp suất: khi tăng áp suất và nhiệt đợ thì q trình trích ly diễn ra càng nhanh và hiệu suất trích ly sẽ tăng theo. Tuy nhiên, việc tăng áp suất sẽ làm tăng chi phí vận hành và giá thành thiết bị cũng tăng cao.
100