Xử lý rong trước khi nấu chiết.
Xử lý rong trước khi nấu chiết đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình sản xuất. Mục đích của công đoạn xử lý rong trước khi nấu chiết nhằm tách và loại bỏ tối đa lượng tạp chất phi Agar, chất màu, mùi có trong cây rong. Đồng thời bào mòn lớp màng bao bên ngoài cây rong làm suy yếu liên kết màng chứa Agar. Từ đó rút ngắn thời gian nấu chiết, nâng cao hiệu quả và chất lượng Agar.
Các phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết:
- Xử lý trong môi trường kiềm: môi trường kiềm sẽ thủy phân bào mòn màng Cenlulose và phá vỡ nhiều lớp tế bào sắc tố, khử khoáng trong rong. Môi trường kiềm còn khử được Lipid và một số Protein tan trong kiềm.
Khi dùng NaOH để xử lý rong thì nó còn có tác dụng khử ion SO3 2- có trong mixen Agar theo phương trình sau.
ROSO3-
+ 2NaOH→ ROH + Na2SO4 + OH- ROSO3H + NaOH → ROH + Na2SO4 + H2O.
Tuy nhiên khi xử lý trong môi trường kiềm cần nghiên cứu lượng dùng cho thích hợp để kiềm không bào mòn lớp bên trong gây thất thoát Agar.
- Xử lý trong môi trường nước nóng: môi trường nước nóng có tác dụng làm trương nở tế bào; tách bớt một lượng nhỏ chất màu, chất khoáng hòa tan;
làm yếu liên kết Glucozide của màng Cellulose và màng tế bào cây rong.
- Xử lý trong môi trường acid: có tác dụng thủy phân bào mòn màng Cellulose của cây rong đồng thời làm suy giảm liên kết màng tế bào chứa Agar, làm vỡ tế bào lớp ngoại bì chứa đầy sắc tố và loại sắc tố ra khỏi cây rong. Mặt khác acid còn có tác dụng khử khoáng và các tạp chất khác do đó nâng cao hiệu suất và giảm thời gian nấu chiết.
(ROSO2O)2Ca + 2HCl → CaCl2 + ROSO3H.
(ROSO2O)2Ca + H2SO4 → CaSO4 + 2ROSO3H.
Thông thường người ta kết hợp phương pháp xử lý kiềm với xử lý acid.
Tuy nhiên phải nghiên cứu các thông số về nhiệt độ và nồng độ cho thích hợp để không làm thất thoát Agar và làm giảm sức đông.
Quá trình nấu chiết.
- Môi trường nấu chiết.
Về nguyên tắc chúng ta có thể sử dụng cả 3 môi trường: môi trường trung tính, môi trường kiềm loãng và môi trường acid loãng để nấu chiết.
+ Môi trường nước trung tính:
Theo F.Fairbrother và N.Mastino khi nấu trong môi trường nước trung tính, tại nhiệt độ cao các hợp phần polymer sẽ được thủy phân, đồng thời tạo ra một lượng nhỏ acid H2SO4. Acid H2SO4 tạo thành theo sơ đồ sau sẽ làm cho một phần Agar bị cắt mạch và làm cho sức đông của Agar giảm đi.
+ Môi trường acid loãng:
Khi nấu trong môi trường acid loãng thì lượng aicd tăng lên làm cho Agar càng bị cắt mạch mạnh, do đó sức đông giảm đi. Khi nấu trong môi trường acid loãng thì màng Cellulose bị cắt mạch, bị phân hủy trong môi trường acid nhanh hơn và mạnh hơn môi trường kiềm và môi trường nước trung tính nên giảm được thời gian nấu và nhiệt độ nấu. Mặt khác môi trường acid thì mức độ phân tán các phân tử cao nên độ nhớt thấp, và môi trường acid có thể đẩy được Ca++ nên khả năng hòa tan của Agar cao, do đó hiệu suất cao và dịch lọc trong hơn.
+ Môi trường kiềm loãng:
Khi nấu trong môi trường kiềm loãng thì một phần acid bị trung hòa và môi trường kiềm đẩy được gốc –OSO3
- nên sức đông cao. Nấu trong môi trường kiềm thì hiệu suất thấp hơn, nhiệt độ và thời gian nấu cao hơn. Mặt khác môi trường kiềm còn làm cho Agar hấp phụ một số tạp chất nên dung dịch đục hơn.
Bảng 1.2: So sánh các môi trường nấu Agar.
Trong quá trình nấu cần chọn môi trường nấu chiết cho phù hợp.
-Nhiệt độ nấu chiết.
Nhiệt độ nấu chiết là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất và sức đông của Agar. Nhiệt độ nấu chiết phụ thuộc vào loại rong, phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết và môi trường nấu chiết.
Trong môi trường acid loãng hoặc kiềm loãng nhiệt độ nấu chiết Agar của rong Gracilaria là 90÷950C ở áp suất thường. Nấu ở nhiệt độ này sẽ phá vỡ được màng Cellulose, tăng khả năng hòa tan của Agar, độ nhớt dịch lọc thấp nên dễ lọc, do đó tăng hiệu suất chiết rút
Nếu nhiệt độ lớn hơn 950C, thời gian nấu giảm nhưng Agar bị thủy phân cắt mạch sức đông giảm. Nhiều tạp chất do Cellulose bị nhiệt phân tạo thành glucose hòa tan làm giảm chất lượng của Agar.
Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 900C, thì thời gian nấu chiết kéo dài Agar cũng bị thủy phân cắt mạch sức đông giảm, mặt khác mức độ hòa tan của Agar giảm đi, hiệu suất chiết ly kém.
-Thời gian nấu chiết:
Thời gian nấu chiết là yếu tố phụ thuộc vào loại rong, phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết, môi trường nấu chiết và nhiệt độ nấu chiết.
Các thông số so sánh
Môi trường acid loãng
Môi trường kiềm loãng
Môi trường trung tính
- Thời gian
- Độ nhớt dịch lọc - Mức độ lọc - Hiệu suất - Nhiệt độ nấu - Sức đông của Agar
- Trạng thái dịch lọc
- Tạp chất trong Agar
Ngắn nhất Thấp nhất Dễ lọc Cao
Nhiệt độ thấp Thấp hơn Trong suốt Ít
Ngắn hơn Cao nhất Khó lọc nhất Thấp
Nhiệt độ cao hơn Cao nhất
Đục
Nhiều
Kéo dài Cao Khó lọc Thấp
Nhiệt độ cao nhất Thấp
Đục
Nhiều
Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, trong mọi trường hợp hàm lượng và độ chắc của keo rong tăng dần theo thời gian nấu. Song nó chỉ tăng đến một giới hạn nào đó nếu ta vẫn kéo dài thời gian nấu chiết thì hàm lượng và độ chắc của keo rong lại giảm xuống.
Lúc đầu khi ta mới nấu thì nồng độ Agar thấp, độ chắc của thạch đông thấp. Sau đó theo thời gian gia tăng nồng độ Agar tăng dần lên và độ chắc của thạch tăng dần.
Tại thời điểm hầu hết các phân tử Agar thoát ra khỏi bã rong thì thời điểm này là thời điểm thích hợp và độ chắc của Agar là cao nhất.
Nếu các phân tử Agar đã thoát ra hết khỏi bã rong mà ta vẫn tiếp tục nấu thì trong môi trường có kiềm hoặc acid thì nó sẽ tương tác lên mạch Agar làm cắt mạch, do đó độ chắc của thạch giảm.
Do đó cần xác định thời gian nấu chiết hợp lý để hàm lượng và độ chắc của Agar thu được là cao nhất.
-Tỷ lệ nước nấu (modun thủy áp):
Modun thủy áp ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi và độ chắc của thạch.
Modun thủy áp quá cao: tạo dung dịch keo có nồng độ thấp, độ chắc thạch yếu, khó thao tác được các công đoạn sau, nhất là khi cắt sợi, cắt thỏi, ép…
Thể tích chứa đựng lớn, cồng kềnh, gây tốn kếm cho thao tác tách nước sau này.
Song nó có ưu điểm là dễ lọc, hiệu suất chiết cao
Modun thủy áp quá nhỏ: thạch chắc nhưng nồng độ keo cao, độ nhớt rất lớn nên rất khó lọc. Tốc độ hòa tan của Agar từ nguyên liệu kém do độ nhớt cao, hệ số khuếch tán D giảm, chênh lệch nồng độ giữa nguyên liệu và dung dịch giảm.
Modun thủy áp hợp lý: là tỷ lệ nước nấu đưa vào để sau khi nấu chiết nồng độ Agar của dung dịch đạt từ 1÷1,5%. Ở nồng độ này thì dịch keo có được những ưu điểm sau:
+ Dịch thạch lọc dễ dàng ở nhiệt độ t0= 80÷850C.
+ Thạch đông chắc với cường độ vừa phải có thể thao tác cắt miếng, cắt sợi dễ dàng.
+ Lượng dịch thạch hợp lý không gây trở ngại cho công đoạn tiếp theo.
+ Với modun thủy áp này thì nó đảm bảo hòa tan khá triệt để lượng Agar có trong tế bào cây rong.
+ Việc xác định modun thủy áp của rong Gracilaria được xác định theo công thức sau:
100 .
. . C
R D N A
Trong đó:
N: Lượng nước nấu (lít).
A: Hàm lượng Agar trong rong nguyên liệu (%).
D: Sức đông của Agar (g/cm2).
R: Khối lượng rong khô cho mẻ nấu (kg).
C: Hệ số phụ thuộc sức đông