1.5. Các phương pháp trích ly và tinh chế canthaxanthin
1.5.3.2. Thông số môi trường
Mơi trường có các đặc điểm bên trong cần phải xem xét để đạt được kết quả cao trong quá trình chiết bằng siêu âm.
a) Dung mơi
Dung mơi được lựa chọn trong chiết siêu âm phụ thuộc vào: khả năng hịa tan của chất chuyển hóa, sức căng bề mặt, áp suất hơi và độ nhớt của dung môi. Những thơng số vật lý đó sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng xâm thực sóng âm, cụ thể hơn là ngưỡng xâm thực. Sự bắt đầu xâm thực trong chất lỏng yêu cầu áp suất âm trong suốt chu kỳ giãn phải vượt qua lực kết dính giữa các phân tử trong chất lỏng. Sự gia tăng sức căng bề mặt, dẫn đến sự tăng tác động lẫn nhau của các phân tử, do đó tăng một cách đáng kể ngưỡng xâm thực. Theo cách này, biên độ nên được tăng khi làm việc với mẫu có độ nhớt cao. Do đó nên sử dụng cường độ cao để đạt được các rung động cơ học cần thiết để dẫn đến hiện tượng xâm thực [50]. Dung môi với áp suất hơi thấp được sử dụng phổ biến cho chiết siêu âm, do sự vỡ của bong bóng xâm thực mạnh hơn so với dung mơi có áp suất hơi cao [57]. Tuy nhiên, áp suất hơi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường lỏng.
Nhiệt độ có tác động mạnh đến tính chất dung môi. Tăng nhiệt độ dẫn đến việc giảm độ nhớt, giảm sức căng bề mặt và làm áp suất hơi tăng. Việc áp suất tăng hơi khiến cho nhiều dung môi dạng hơi đi vào trong lỗ hổng bong bóng và nhiều bong bóng xâm thực sẽ vỡ với lực nhẹ và giảm hiệu ứng siêu âm tế bào [50]. Kết quả là, ở nhiệt độ cao, hiệu suất siêu âm tế bào gây ra bởi sự vỡ của bong bóng xâm thực có thể giảm. Do đó, hiện tượng siêu âm tế bào phù hợp với chiết xuất ở nhiệt độ thấp và có thể kiểm sốt được nhiệt độ trong q trình chiết [58].
Đối với quá trình chiết, nhiệt độ góp phần vào hiệu suất chiết. Thơng thường, khi tăng nhiệt độ dẫn đến tăng hiệu suất chiết [59]. Trong trường hợp chiết siêu âm, một số tác giả báo cáo về lợi ích tác dụng của nhiệt độ tăng từ 200C đến 700C so sánh với chiết không siêu âm. Tuy nhiên, hiệu quả giảm khi nhiệt độ gần với điểm sôi của dung môi và nhiều tác giả báo cáo tác dụng có lợi của nhiệt độ thấp (dưới 30ºC) trong trường hợp chiết siêu âm [60]. Cấn thiết phải lựa chọn nhiệt độ chiết cho phù hợp dung môi chiết [61]. Việc chọn nhiệt độ chiết cấn phải phù hợp với sản phẩm chiết, nếu nhiệt độ chiết cao làm biến tính các sản phẩm khơng bền nhiệt. Việc tối ưu hóa nhiệt độ để đạt được hiệu suất cao của sản phẩm là hàm mục miêu, do thơng số này có thể thay đổi phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm.
c) Ảnh hưởng của khí hịa tan và áp suất bên ngồi
Sự vắng mặt của khí gây khó khăn cho việc hình thành bọt, vì bọt được hình thành từ khí hịa tan trong chất lỏng. Khí hịa tan trong dung mơi đóng vai trị như hạt nhân tạo bong bóng [46]. Tuy nhiên, sử dụng siêu âm có xu hướng khử chất lỏng. Bọt khí có thể được sử dụng để kiểm sốt thành phần của bong bóng xâm thực và có thể ảnh hưởng đến hiện tượng siêu âm tế bào. Nói chung, trong lĩnh vực chiết, thành phần của khí hịa tan trong dung mơi là khơng kiểm soát được.
Nếu áp suất bên ngồi tăng thì cần có áp suất âm thanh lớn hơn để sinh ra xâm thực. Nhưng một khi ngưỡng xâm thực đạt được dưới áp suất bên ngoài (> 1atm), cường độ của bong bóng xâm thực vỡ cao hơn so với khơng có áp lực, do đó, sự tăng cường hiện tượng hóa siêu âm đạt được [50].
d) Ảnh hưởng của gian bào
Phụ thuộc vào mục đích của chiết siêu âm và các phần tử mục tiêu, gian bào thực vật có thể sử dụng dạng tươi (như nấm men, tảo…) hoặc khơ (như hoa, hạt có dầu...). Quá trình tiền xử lý của gian bào rất quan trọng và có thể tác động đến hiệu suất chiết.
e) Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi và nguyên liệu chiết
Độ hòa tan và ổn định của các hợp chất mục tiêu trong dung môi được chọn và nhiệt độ của mơi trường lỏng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình chiết. Hiệu suất chiết có thể thay đổi do cấu trúc nguyên liệu thực vật, độ dẻo hay sự khác biệt về thành phần sẽ dẫn đến mức độ ảnh hưởng khác nhau từ hiện tượng xâm thực, tỷ lệ dung môi và nguyên liệu chiết có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất q trình chiết.