L ỜI MỞ ĐẦU
1.3.2. Phương pháp trích ly 1 8-
1.3.2.1. Bản chất quá trình trích ly
Bản chất của quá trình trích ly là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng một chất hòa tan khác (gọi là dung môi) nhờ quá trình khuếch tán giữa các chất có nồng độ khác nhau [9].
Trích ly chất hòa tan trong chất lỏng được gọi là trích ly lỏng, còn trích ly chất hòa tan trong chất rắn là trích ly chất rắn.
Trong thực phẩm quá trình trích ly thường là quá trình hòa tan chất rắn vào trong dung môi, quá trình này xảy ra cho đến khi đạt đến sự cân bằng giữa các cấu tử
cần trích ly ở mặt ngoài và bên trong nguyên liệu. Bản chất của trích ly là quá trình
khuếch tán phân tử và quá trình khuếch tán đối lưu.
Khuếch tán phân tử.
Khuếch tán phân tử là quá trình dịch chuyển hỗn độn lẫn nhau giữa các phân tử
của các chất khác nhau.
Sự khuếch tán phân tử là dựa vào động lực bên trong của các phân tử, hay còn
gọi là sự chuyển động nhiệt tuân theo định luật Fick.
Phương trình khuếch tán phân tử [10].
* * dc* dS D F d dx Trong đó D là hệ số khuếch tán. 6 KT D pM Trong đó : - K: hằng số.
- T: nhiệt độ tuyệt đối.
- p: bán kính phân tử.
- M: độ nhớt (độ dính) của dung môi.
Khuếch tán đối lưu.
Là hình thái di chuyển của vật chất trong dung dịch ở phạm vi nhỏ. Sự khuếch
hiệu suất di chuyển từ vùng nồng độ cao tới vùng nồng độ thấp càng lớn. Quá trình này chủ yếu là sự chuyển động của phân tử chất tan trên bề mặt vật liệu vào dung môi dựa vào ngoại lực bên ngoài.
Phương trình khuếch tán đối lưu:
* * *
dS F dc d
β: hằng số tốc độ khuếch tán đối lưu.
Trong quá trình trích ly thì 2 quá trình khuếch tán này xảy ra là song song nhau.
Sự di chuyển vật chất trong khuếch tán phân tử dựa trên động năng của chuyển động
nhiệt còn khuếch tán đối lưu sự di chuyển dựa vào lực tác động bên ngoài [10].
Từ hai phương trình khuếch tán trên cho thấy tốc độ của quá trình khuếch tán
chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: nhiệt độ, độ nhớt của môi trường khuếch tán (dung
môi), thời gian khuếch tán, sự chênh lệch nồng độ chất khuếch tán, tốc độ khuấy đảo…
Như vậy, muốn tăng hiệu quả của quá trình khuếch tán cần tác động vào nhiệt
độ khuếch tán, thời gian khuếch tán, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu…
Trong đề tài này đã tác động đến độ ẩm nguyên liệu, nhiệt độ trích ly, thời gian
trích ly, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, để nghiên cứu hiệu suất của quá trình trích ly lipid từ trái bơ.
1.3.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly a. Ảnh hưởng của độ ẩm trong nguyên liệu
Nguyên liệu có độ ẩm cao sẽ làm chậm quá trình khuếch tán và gây sự dính bết
giữa các phân tử. Nước còn lại trong nguyên liệu (nước tự do và nước liên kết) cản trở
sự tiếp xúc của dung môi với dầu, làm giảm tốc độ di chuyển của dung môi vào bên
trong nguyên liệu, làm chậm quá trình khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử. Do
đó cần phải chọn độ ẩm trong nguyên liệu phù hợp với quá trình trích ly để đảm bảo
hiệu suất trích ly, chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.
Các loại hạt khác nhau có độ ẩm thích hợp riêng để trích ly bằng dung môi.
Theo Kitrigin (1976), độ ẩm thích hợp của hạt hướng dương từ 8 ÷ 10 (%) trong xăng,
b. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/nguyên liệu
- Khi tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thấp thì lượng chất trích ly vào dung môi thấp, kéo dài thời gian trích ly làm giảm chất lượng sản phẩm.
- Khi tỷ lệ dung môi/nguyên liệu tăng thì sẽ tạo chênh lệch nồng độ lớn, lượng chất trích ly tăng do đó thời gian trích ly sẽ giảm. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ dung môi/nguyên liệu cao quá thì hiệu quả trích ly không tăng thêm nữa mà lại hao tốn
dung môi, giảm hiệu quả kinh tế.
- Do đó cần phải chọn tỷ lệ dung môi/nguyên liệu phù hợp với quá trình trích ly đểđảm bảo hiệu suất trích ly, chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.
c. Ảnh hưởng của loại dung môi
Các loại dung môi khác nhau sẽ phù hợp với việc trích ly các thành phần khác nhau vì chúng khác nhau về độ phân cực, độ nhớt, sức căng bề mặt. Các yếu tố
này đều làm ảnh hưởng đến hiệu quả trích ly. - Độ phân cực của dung môi
Dung môi ít phân cực thì dễ hòa tan các chất không phân cực và khó hòa tan các chất có nhiều nhóm phân cực. Ngược lại, dung môi phân cực mạnh thì dễ hòa tan các chất có nhiều nhóm phân cực và khó hòa tan các chất ít phân cực.
Dựa vào độ phân cực của dung môi người ta phân loạinhư sau:
Dung môi không phân cực: ether dầu hoả, xăng, hexane, heptane, benzene…
Dung môi phân cực yếu và vừa: chloroform, diclorethane, aceton, ethylacetat.
Dung môi phân cực mạnh: nước, glycerin, các loại cồn có mạch carbon ngắn (methanol, ethanol, isopropanol...).
Trong các yêu cầu và điều kiện lựa chọn dung môi, khả năng hòa tan các chất cần trích ly là quan trọng nhất. Khả năng hòa tan lại liên quan chặt chẽ với độ
phân cực của dung môi.
Các chất có nhiều nhóm ưa nước như: -OH, -COOH, -CHO, -CO, -NH2, -CONH2, thường dễ tan trong các dung môi phân cực.
-C2H5, các nhóm đồngđẳng, thường dễ tan trong dung môi không phân cực. - Độ nhớt, sức căng bề mặt của dung môi
Dung môi có độ nhớt càng thấp hoặc sức căng bề mặt càng nhỏ thì càng dễ
thấm vào nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chiết xuất và ngược lại.
d. Ảnh hưởng của nhiệtđộ trích ly
Khi nhiệt độ tăng thì lượng chất khuếch tán vào dung môi tăng và độ nhớt của
dầu giảm, do đó sẽ tạo điệu kiện thuận lợi cho quá trình trích ly. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng sẽ gây bất lợi cho quá trình trích ly trong một số trường hợp sau:
Đối với những hợp chất kém bền ở nhiệt độ cao: nhiệt độ tăng cao sẽ
gây phá huỷ một số hoạt chấtnhư vitamine, glycosid, alcaloid ...
Đối với tạp chất: khi nhiệt độ tăng, không chỉ độ tan của hoạt chất tăng mà độ tan của tạp cũng đồng thời tăng theo, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp. Khi nhiệt độ tăng tinh bột bị hồ hoá, độ nhớt của dịch chiết sẽ bị tăng, gây khó khăn cho quá trình trích ly, tinh chế.
Đối với dung môi dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp: khi tăng nhiệt độ
thì dung môi dễ bị hao hụt, khi đó thiết bị phải kín và phải có bộ phận hồi lưu dung môi.
o Từ những phân tích trên ta thấy tuỳ từng trường hợp cụ thể mà cần lựa
chọn nhiệtđộ sao cho phù hợp.
e. Ảnh hưởng của thời gian trích ly
Khi bắt đầu trích ly, các chất có phân tử lượng nhỏ sẽ được hòa tan và khuếch
tán vào dung môi trước, sau đó mới đến các chất có phân tử lượng lớn (thường là tạp như nhựa, keo...). Do đó, nếu thời gian trích ly ngắn thì không chiết được hết các chất trong nguyên liệu, nhưng nếu thời gian trích ly quá dài, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp,
gây bất lợi cho các công đoạn sau.
Tóm lại, cần phải lựa chọn thời gian trích ly sao cho phù hợp với thành phần
nguyên liệu, dung môi, phương pháp trích ly và đảm bảo hiệu quả kinh tế cho quá trình trích ly.
1.3.2.3. Phân loại các phương pháp trích ly
Có nhiều cách phân loại, dựa vào những yếu tố khác nhau.
nhiệtđộ thường).
- Dựa vào chế độ làm việc có các phương pháp chiết sau: gián đoạn, bán liên tục, liên tục.
- Dựa vào chiều chuyển động tương hỗ giữa hai pha, có các phương pháp: ngược dòng, xuôi dòng, chéo dòng.
- Dựa vào áp suất làm việc, có các phương pháp chiết ở: áp suất thường (áp suất khí quyển), áp suất giảm (áp suất chân không), áp suất cao (làm việc có áp lực).
- Dựa vào trạng thái làm việc của hai pha, có các phương pháp chiết sau:
Ngâm.
Ngấm kiệt.
1.3.2.4. Lựa chọn dung môi cho quá trình trích ly a. Yêu cầu của dung môi
- Phải có tính hòa tan chọn lọc, tức là hòa tan tốt các chất cần tách mà không
được hòa tan hoặc hòa tan rất ít các chất khác. Đây là tính chất rất cơ bản không thể
thiếuđược.
- Không có tác dụng hóa học với các cấu tử của dung dịch.
- Nếu trích ly lỏng yêu cầu khối lượng riêng () của dung môi khác xa với
dung dịch.
- Không phá hủy thiết bị.
- Không bị biến đổi thành phần khi bảo quản.
- Không độc khi thao tác, không tạo hỗn hợp nổ với không khí. - Rẻ tiền, dễ kiếm.
- Dung môi phảiđược tách ra sau quá trình trích ly bằng phương pháp đun nóng, chưng cất hoặc sấy. Sau khi tách không để mùi vị lạ và không gây độc cho sản phẩm.
- Sức căng bề mặt không được tạo nên các nhũ dịch bền vững gây khó cho việc
tách riêng 2 pha.
b. Các dung môi dùng trong trích ly dầu
Trong công nghiệp trích ly dầu thực vật, người ta thường dùng các loại dung
môi như hidrocarbon mạch thẳng từ các sản phẩm của dầu mỏ, hidrocarbon thơm, rượu béo, hidrocarbon mạch thẳng dẫn xuất clo. Trong số đó phổ biến nhất là hexane, pentane, propane và butane. Ngoài ra còn có các loại dung môi khác như sau:
Rượu etylic: thường dùng nồngđộ 96 (%) để trích ly.
Axeton: chất lỏng có mùi đặc trưng, có khảnăng hòa tan dầu tốt. Axeton
được xem là dung môi chuyên dùng đối với các nguyên liệu có chứa nhiều
photphatid vì nó chỉ hòa tan dầu mà không hòa tan photphatid.
Frêon 12: là một loại dung môi khá tốt, không độc, bền với các chất oxy hóa, dễ bay hơi, trơ hóa học với nguyên liệu và thiết bị. Ngoài ra, việc sử dụng Frêon 12 cho ta khảnăng phòng tránh cháy nổ dễ dàng.
c. Tìm hiểu dung môi sử dụng trong đề tài
Dung môi được sử dụng trong đề tài là hexane
Hexane là một hidrocarbon nhóm ankan có công thức CH3(CH2)4CH3. Hexane là một hóa chấtđược sản xuất từ dầu thô, là một chất lỏng không màu có mùi khó chịu, bay hơi rất dễ vào không khí và ít tan trong nước. Rất dễ cháy và hơi có thể
gây nổ. Có thể bắt cháy bởi nhiệt, lửa.
Hexane được đựng trong chai thủy tinh, đảm bảo các yêu cầu sau:
Tỷ trọng : 0,658 ÷ 0,663 (g/ml).
Định tính chất không bay hơi ≤ 0,001(%).
H2O < 0,05 (%).
Định tính giới hạn acid - kiềm: Đạt.
Ứng dụng:
Làm dung môi ly trích các loại dầu thực vật như dầu đậu nành, dầu lanh, dầu bơ, dầuđậu phộng và dầu hướng dương.
Dùng làm chất tẩy trong ngành dệt, đồ trang trí nội thất, ngành sản xuất
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU