caffeine: khi tiến hành khử caffeine trên lá chè đã vò và chè khơ thì tổn thất catechin của q trình khử là
1.6.4.3 Các yếu tó ánh hưdng
Quá trình khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn chịu ảnh hưởng của các yếu tơ" như: nguycn liệu (kích thước, câu trúc nguycn liệu, thành phần hóa học), các thơng sơ" cơng nghệ của q trình (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng CO2 siêu tới hạn, thời gian lưu, tỉ lệ CO2/ lá chè), chất đồng dung môi, thiết bị và phương pháp thực hiện.
Ánh hưởng của nguyên liệu:
> Kích thưđc ngun liệu: Kích thước lá chè là một thơng sơ" quan trọng trong q trình trích ly. Kích thưđc của lá chè ảnh hưởng đến sự khuếch tán của các chất tan vào dung mơi và ngược lại. Nó quyết định đến diện tích bề mặt tiếp xúc của mẫu và dung mơi. So với mẫu khơng được cắt nhỏ thì lá chè xanh trong nghiên cứu của Hyong Seok Park [27] được cắt đến kích thước 235.5|im cho kết
Mơ hình khử caffeine bằng CƠ2 siêu tđi hạn (SCF): [27] CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
quả khử caffeine nhiều hơn 15 - 17% dựa trên thành phần ban đầu của caffeine trong lá chè tươi [27]. Điều này được giải thích là do khi kích thước của các phần tử lá chè tăng lên thì khoảng cách mà các phần tử chất chiết phải di chuyển từ bên trong đến bề mặt tiếp xúc tăng. Điều này làm cho khả năng trích ly thấp hơn. Hơn nữa, khi kích thước của các phần tử lá chè nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc lớn và cho phép các chất tan dễ dàng tiếp xúc vđi dung môi. Tuy nhiên, khi ta cắt lá chè thành những phần có kích thứơc nhỏ hơn thì chính các phần tử catechin cũng dễ dàng bị trích ly và điều này sẽ ảnh hưởng đến hàm lượng catechin cịn sót lại trong chè xanh thành phẩm [27].
> Cấu trúc nguyên liệu.
> Thành phần hóa học: độ ẩm, thành phần các chất hòa tan...
Ánh hưởng của các thông sô"công nghệ:
Báng 1-15: Ánh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến quá trình khử caffeine [281 Báng 1-14: Ánh hưởng của kích thưởc nguyên liệu đến quá trình khử caffeine:
Kích thưởc ngun liệu
%
chất chiết được tách dựa trên thành phần ban đầu (%, w/w)
Caffeine EGCG EGC ECG EC
236.5 |im 97.3 70.8 81.3 76.6 47.8
543.7|im 95.6 73.6 80.8 79.0 38.1
5.5 - 17.4 nim 80.6 47.5 64.2 50.9 31.7
(Quá trình được thực hiện ở 300bar và 70°c, tốc độ dòng CƠ2 là 11.5g/phút trong 120 phút, ethanol 95% được sử dụng như một chất đồng dung mơi với lượng 4.6g/100g CO2).
dịng CƠ2 là 8.5g/phút, thời gian 120 phút, ethanol 95% (v/v) được sử dụng như chất đồng dung môi ở 4.6g/100g CO2).
> Ánh hưởng của nhiệt độ đến q trình khử caffeine: khi áp st trích ly được giữ ở 300bar, hiệu quả khử caffeine tăng khi nhiệt độ tăng. Hiệu suất khử caffeine là cao nhất ở nhiệt độ 80°c (92.8%). Tuy nhiên sự thất thoát các catechin là rất lđn (khoảng trên 70%). Điều này được giải thích: khi nhiệt độ tăng thì tốc độ chuyển động của các phân tử tăng. Các phân tử chuyển động nhanh hơn và dễ dàng di chuyển vào trong dung môi [28].
> Ánh hưởng của áp suất đến hiệu suất khử caffeine: khi nhiệt độ không đổi, áp suất tăng làm cho khả năng tách caffeine cũng tăng theo. Điều này được cho là do sự tăng khả năng hòa tan của SC-CO2 bởi việc tăng mật độ phân tử trong dịng dung mơi CO2 siêu tới hạn. Khi áp suất trích ly trên 200bar ở nhiệt độ 70wc, hơn 90% caffeine và trên 60% EGCG được tách [281-
> Ánh hưởng của thời gian trích ly đến q trình khử caffeine: thời gian trích ly tăng thì hiệu suất khử caffeine cũng tăng theo. Nhưng đi chung với vân đề đó là tỷ lệ catechin bị trích ly khỏi lá chè cũng tăng theo.
Điều kiện trích ly Phần trăm chất đã tách so với thành phần ban đầu (%, w/w)
Nhiệt độ (°C) Áp suất (bar) Caffeine EGCG EGC ECG EC
50 300 62.6 53.2 82.4 60.6 33.3 60 300 81.6 57.4 82.6 66.7 38.5 70 300 92.8 64.2 78.2 72.5 24.0 80 300 92.8 69.5 82.3 71.2 50.0 70 150 77.7 50.5 62.0 54.6 20.0 70 200 90.5 66.7 72.3 72.6 35.5 70 250 92.1 69.0 75.6 78.0 37.6
(Quá trình khử caffeine được tiến hành với lá chè xanh với kích thứơc 543.7|im, tốc độ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Hình 1-8: Ánh hưởng của thời gian trích ly đến q trình khử caffeine.
Ánh hưởng của chất đồng dung môi:
> Ánh hưởng của nước như một chất đồng dung mơi đến hoạt tính hịa tan của CƠ2 siêu tới hạn đã được nghiên cứu. Ớ đây, chất đồng dung môi được hiểu là chất thêm vào dung mơi chính (CO2 siêu tới hạn) để tạo thành một hệ dung mơi nhằm tăng cường khả năng hịa tan caffeine của CO2 siêu tđi hạn. Như chúng ta đều biết, SCF là một chất không phân cực hay phân cực yếu nên SCF thường được sử dụng trong việc trích ly các chất ít hoặc khơng phân cực. Do đó, khả năng hịa tan của caffeine trong CO2 siêu tới hạn là rất thấp. Chính vì vậy, việc bổ sung thêm chất phân cực vào SC-CO2 như một chất đồng dung môi để tăng độ phân cực của SC- CO2 và tạo thành một hỗn hợp gồm SC-CO2 và chất đồng dung môi. Hỗn hợp này được sử dụng để trích caffeine từ lá chè. Trong đó, nước và ethanol (95% v/v) được đánh giá là các đồng dung môi tốt mà không ảnh hưởng đến độ an tồn thực phẩm
[27].
• Khi tăng hàm lượng nước trong hệ dung mơi thì cả thành phần caffeine và catechin trong lá chè cuối cùng đều giảm. Kết quả này cho thấy rằng: việc tăng độ phân cực của SC-CO2 đã thúc đẩy q trình trích ly caffeine và catechin khỏi lá chè [27].
Bảng 1-16: Ánh hưởng của chất đồng dung mơi đến q trình khử caffeine [27]:
Chất Thành phần dịch trích
đồng mg/g lá chè xanh khơ mg/kg tổng lượng CO2 sử dụng
dung môi (g/100g
C02)
Caffeine EGCG EGC ECG EC Caffeine EGCG EGC ECG EC
1 40.2 143 85.6 26.3 4.8
°*---------•-------- --------7T7------ -------- .1
0 30 160 240 320 400 480
2 3.7 19.2 11.9 3.4 9 34.8 178.3 111 32 9.93 6.2 46.2 37.9 6.1 1.0 57.5 429.1 352 57.3 5.5 3 6.2 46.2 37.9 6.1 1.0 57.5 429.1 352 57.3 5.5 4 16.9 72.1 54.1 11.9 0.6 157 669.4 502 111 32. 5 31.1 100 74.6 15.7 3.5 289 930.6 693 146 5 6 28.7 63.1 55.0 12.0 5.4 267 585.7 511 112 50. 7 35.0 77.6 55.4 15.5 1.7 326 720.8 514 144 1 8 40.3 90.4 65.0 19.1 1.0 2.6 374 838.8 604 177 16. 3 9.3 24. 8
> Ánh hưởng của ethanol như một chất đồng dung môi: cũng tương tự như nước, ethanol làm tăng độ phân cực của SC-COọ và khả năng trích ly caffeine của SC- COị. Tuy nhiên, so với nước thì ethanol cho hiệu quả trích ly caffeine cao hơn và sự tổn thất catechin thì thấp hơn. Điều này được cho là: do ethanol ít phân cực hơn nước nên hỗn hợp gồm SC-CO2 và ethanol thì ít phân cực hơn hỗn hợp SC-CO2 và nước. Vì caffeine ít phân cực hơn catechin nên vđi hỗn hợp SC-CO2 và ethanol thì có hiệu quả trích ly caffeine tốt hơn và tổn thất catechin thấp hơn [27]. Bên cạnh đó, độ hịa tan của ethanol trong SC-CO2 thì cao hơn so với nước, cho nên đã tăng cường khả năng trích ly caffeine của hỗn hợp SC-CO2 và chất đồng dung mơi. Vì
vậy, hỗn hợp COi/ethanol được xem là một hệ dung mơi tốt cho q trình khử caffeine trong lá chè xanh [27].
> Ánh hưởng của tốc độ dòng CƠ2 đến khả năng khử caffeine của CO2 siêu tới hạn: theo các kết quả nghiên cứu, tổng lượng caffeine và catechin được tách khỏi lá chè tăng khi tăng tốc độ dòng CO2. Khi tăng tốc độ dòng làm cho thời gian lưu của CO2 trong thiết bị trích ly ngắn và dễ dàng lơi kéo các phân tử chất tan theo dịng SC- CO2 [27]. Hơn nữa, để tăng cường sự trích ly các chất chiết, việc sử dụng tốc độ dòng CO2 quá nhanh trong thiết bị trích ly là khơng thể bởi sự tồn tại của lớp màng ngoài bao quanh lá chè [27].
Bảng 1-17: Ánh hưởng của tốc độ dòng CO2 đến quá trình khử caffeine [27]:
Điều kiện trích ly
Phần trăm chất đã tách so vởi thành phần ban đầu (%, w/w)
Khả năng trích ly của CO2 siêu tới hạn (mg/kg CO2)
Tốc Thời
độ gian
dòng lưu
Caffeine EGCG EGC ECG EC Caffeine EGCG EGC ECG EC
C02 của
(g/ph) C02 (phút)
5.5 12.90 80.1 46.0 67.7 46.0 8.9 475.1 958.4 791. 179. 7.78.5 8.34 92.8 64.2 78.2 72.5 24. 356.4 865.0 9 8 13. 8.5 8.34 92.8 64.2 78.2 72.5 24. 356.4 865.0 9 8 13. 11.5 6.17 95.6 73.6 80.8 79.0 0 271.3 732.8 591. 183. 4 14.5 4.89 93.2 77.0 86.5 80.9 38. 209.8 608.1 5 4 15. 1 451. 147. 7 51. 7 7 16. 2 383. 119. 8 6 9
So với phương pháp khử caffeine bằng dung mơi và nước nóng thì phương pháp khử caffeine bằng CO2 siêu tới hạn có những ưu điểm sau: ta có thể điều khiển được khả năng hịa tan của caffeine trong CƠ2 siêu tới hạn (SCF) bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và áp suất; tính trơ của CO2; tính chọn lọc của CO2 đơi với caffeine cao; đảm bảo được hương vị của sản phẩm; tách dung mơi dễ dàng; dễ thu hổi caffeine; sản phẩm có độ tinh khiết cao và không gây độc như phương pháp dùng dung môi. Tuy nhiên phương pháp này tồn tại khá nhiều nhược điểm so với các phương pháp khác: áp suất vận hành khá cao, giá thành thiết bị cao; độ hòa tan của caffeine trong SCF thấp và lượng catechin bị tổn thất khá nhiều làm cho phương pháp này ít được sử dụng trong việc khử caffeine trong lá chè. Vì vậy cần phải có những nghiên cứu thêm trong tương lai để cải thiện tính chọn lọc caffeine của quá trình khử trước khi phương pháp này được áp dụng đôi với lá chè tươi
[28].