CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.4. Quy trình sản xuất CGA từ hạt cà phê xanh
1.4.1. Sơ đồ dây truyền sản xuất CGA
1.4.1.1. Sơ đồ [10]
1.4.1.2. Thuyết minh sơ đồ
- Phân loại: Nguyên liệu nhập về được phân loại loại bỏ các hạt khuyết tật, hạt
đen khơng đủ tiêu chuẩn. Sau đó đem cân lại xác định phần trăm khối lượng hạt hỏng. Các hạt đạt tiêu chuẩn sau đó được đưa vào cơng đoạn nghiền.
- Nghiền: Hạt cà phê sau phân loại được đưa vào máy nghiền nghiền nhỏ nhằm tăng
diện tích tiếp xúc pha khi trích ly.
- Lọc: Dịch chiết thu được có chứa Axit Clorogenic và một số thành phần hữu cơ
khác được tiếp tục đưa sang thiết bị lọc chân không.
- Cô đặc: Dịch sau lọc được đưa vào thiết bị cô đặc đến nồng độ tối đa nhằm thu hồi
dung môi, tạo dung dịch đặc trước khi sấy.
- Sấy: Dung dịch sau cơ đặc được đưa vào tháp sấy phun.
- Đóng gói: Sản phẩm đủ tiêu chuẩn đưa đi bảo quản và đóng gói.
Theo sơ đồ sản xuất đã đề cập ta thấy q trình trích ly là q trình quyết định năng suất sản phẩm. Chính vì thế việc lựa chọn nghiên cứu đi sâu vào quá trình này cùng các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly là nhiệt độ, tỉ lệ dung mơi, thời gian trích ly với những dung môi khác nhau giúp ta lựa chọn được dung mơi phù hợp nhất ứng với các điều kiện thích hợp để cho ra năng suất sản phẩm cao nhất.
1.4.2. Q trình trích ly rắn – lỏng [11]
1.4.2.1. Khái niệm
Hòa tan chất rắn vào trong chất lỏng là một trong các quá trình được ứng dụng rộng rãi nhất trong cơng nghệ hóa học, cơng nghệ tuyển khống, cơng nghệ thực phẩm và nhiều ngành cơng nghệ khác. Vì ở trạng thái hịa tan thì độ phân tán rất lớn, hoạt tính hóa học, vận tốc chuyển động của các phần tử rất cao.
Q trình hịa tan chọn lọc với một hay một số cấu tử từ chất rắn gọi là q trình trích ly rắn – lỏng. Trong cơng nghiệp dung mơi thường được sử dụng là nước hoặc một hỗn hợp của nước. Yêu cầu quan trọng khi chọn dung môi là phải có tính chọn lọc – nghĩa là chỉ hịa tan cấu tử cần tách.
Bất kì một q trình trích ly rắn – lỏng nào cũng bao gồm các giai đoạn: dung môi thâm nhập vào các mao quản của vật thể rắn. hòa tan các cấu tử cần tách (hoặc tiến hành các phản ứng hóa học) sau đó chất tan và dung môi khuếch tán vào dung dịch từ vật thể rắn. Đơi khi chất hịa tan trong các mao quản của vật thể là chất lỏng thì chất hịa tan sẽ được chuyển trực tiếp vào dung môi bằng khuếch tán.
1.4.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly a, Bản chất dung môi
Bản chất của dung mơi ảnh hưởng rất nhiều đến q trình trích ly, mỗi dung mơi có độ chọn lọc khác nhau đối với những cấu tử khác nhau và cũng là yếu tố quan trong quyết định đến giá thành sản phẩm. Vì vậy cần nghiên cứu để tìm ra được dung mơi phù hợp với mỗi q trình.
b, Kích thước ngun liệu ( pha rắn )
Kích thước ngun liệu càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc hai pha rắn – lỏng càng lớn hiệu suất trích ly càng cao. Tuy vậy kích thước ngun liệu nhỏ địi hỏi tốn chi phí cho q trình nghiền, nếu q nhỏ sẽ gặp khó khăn trong q trình phân riêng hai pha rắn – lỏng khi q trình trích ly kết thúc. Vì vậy bằng thực nghiệm sẽ xác định được kích thước phù hợp cho từng loại nguyên vật liệu.
c, Nhiệt độ trích ly
Khi tăng nhiệt độ các các cấu tử chuyển động nhanh hơn dẫn đến sự tiếp xúc và va chạm giữa các cấu tử với nhanh mạnh hơn, hơn nữa khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dung mơi giảm chính vì thế dung mơi dễ dàng xun qua các lớp vật liệu làm tăng khả nâng tiếp xúc giữa hai pha. Tuy nhiên nhiệt độ lại ảnh hưởng rất lớn đến các chất nhạy cảm dễ phân hủy bởi nhiệt hoặc xảy ra các phản ứng hóa học khơng mong muốn, bên cạnh đó việc gia nhiệt cũng gây tốn năng lượng ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm. Vì vậy đây cũng là yếu tố cần được thực nghiệm để xác định nhiệt độ phù hợp cho các quá trình khác nhau.
d, Tỷ lệ dung môi ( nồng độ dung môi)
Cùng một lượng ngun liệu nếu tăng lượng dung mơi trích ly thì khả năng trích ly cũng tăng lên do chênh lệch nồng độ cấu tử cần tách giữa 2 pha. Tuy nhiên làm như vậy cũng sẽ gây tốn dung môi hoặc đối với một số loại dung môi việc tăng nồng độ hoặc tỷ lệ hiệu suất trích ly sẽ giảm do bị ảnh hưởng bởi các điều kiện làm việc khác của q trình trích ly như nhiệt độ, áp suất.
Khi thời gian tăng lên thì hiệu suất chiết tăng lên nhưng đến một khoảng thời gian nhất định nào đó nó sẽ chững lại và tăng không đáng kể hoặc không tăng, đối với một số chất sẽ bị phân hủy làm giảm khả năng thu hồi cấu tử cần thiết => Cần thực nghiệm để tìm ra khoảng thời gian tối ưu nhất.
f, Tốc độ khuấy trộn
Tốc độ khuấy trộn tăng làm tăng khả năng tiếp xúc pha làm tăng hiệu suất trích ly tuy nhiên cũng giống như thời gian trích ly đến một tốc độ nhất định thì sự thay đổi hiệu suất trích ly là khơng đang kể, nếu tiếp tục tăng sẽ gây tốn thêm năng lượng ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm.
1.4.3. Một số phương pháp trích ly rắn - lỏng [12]
1.4.3.1. Phương pháp trích ly bằng dung mơi
Là phương pháp trích ly rắn – lỏng sử dụng dung mơi hịa tan chọn lọc cấu tử cần tách ra khỏi nguyên liệu ban đầu dịch sau q trình trích ly ở dạng lỏng sau đó được tiến hành thu hồi dung mơi và sản phẩm thu được ở dạng bột.
Ưu điểm:
+ Dễ dàng thực hiện nghiên cứu cũng như áp dụng vào thực tế
+ Khả năng tách khá cao nếu chọn được dung mơi và điều kiện thích hợp + Là phương pháp ứng dụng rộng rãi hiện nay
Nhược điểm:
+ Khó tách triệt để và tinh khiết cấu tử cần thiết
+ Khó khăn trong việc kiểm sốt điều kiện làm việc của các thiết bị 1.4.3.2. Phương pháp tách bằng CO2 siêu tới hạn
Là phương pháp sử dụng dòng CO2 siêu tới hạn hòa vào mẫu nguyễn liệu. Dòng CO2 siêu tới hạn sẽ liên kết chọn lọc với cấu tử cần tách và mang theo chúng đi ra khỏi bị. Khi ra khỏi thiêt bị dòng CO2 trở lại trạng thái khí và tách khỏi cấu tử cần thiết.
+ Tách triệt để và tinh khiết cấu tử cần thiết + Dễ dàng thu hồi lượng CO2 đã sử dụng
Nhược điểm:
+ Chi phí chế tạo thiết bị và vận hành lớn. + Vận hành đòi hỏi tay nghề cao.
+ Chưa phổ biến trong cơng nghiệp.
Dựa vào những phân tích về các phương pháp sản xuất và những thông tin về sản phẩm hiện nay nhóm nghiên cứu đã đưa ra kết luận sau đây:
+ Phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn mặc dù cho được sản phẩm có độ tinh khiết cao, tuy nhiên cơng nghệ địi hỏi chi phí và yêu cầu kĩ thuật cao, khó đưa ra quy mô công nghiệp để sản xuất với năng suất lớn.
+ Trong khi đó, phương án sử dụng các dung mơi điển hình (ethanol, methanol, nước) … đơn giản, thiết bị cũng như các điều kiện tiến hành của q trình khơng q phức tạp (thường tiến hành ở nhiệt độ <100oC, và tại áp suất khí quyển). Trong thực tế, cơng nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các hợp chất thiên nhiên.
Vì vậy phương pháp trích ly sử dụng dung môi thông thường là hợp lý hơn cả, phù hợp với điều kiện kỹ thuật và nhu cầu hiện tại ở cả trong và ngoài nước.