ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
IX. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT MEMBRANE ĐỂ TÁCH GUM TRONG
QUÁ TRÌNH TINH LUYỆN DẦU
− Mô tả: Màng membrane có tính chất bán thấm nên có khả năng chọn những phần tử cho qua và giữ lại những phần tử khối lượng lớn mà chủ yếu là các tạp chất không tan và các hợp chất keo, gums.
− Nguyên liệu làm membrane: có thể được làm từ các nguyên liệu khác nhau, bao gồm phân tử cellulose, polymer, kim loại, và nguyên liệu ceramic.
− Kỹ thuật membrane được ứng dụng để tách phospholipids trong dầu là kỹ thuật siêu lọc UF (ultrafiltration).
− Cơ sở khoa học:
Các quá trình xử lý membrane trong thực phẩm thường sử dụng áp suất để lọc. Tùy vào kích thước lổ membrane mà các chất có kích thước thích hợp sẽ được thấm qua. Kích thước lổ của UF membrane tương tự kích thước đại phân phân tử, vì vậy mỗi UF membrane được đặc trưng bởi kích thước phân tử lớn nhất mà có thể qua nó, giới hạn khối lượng phân tử (MWCO).
Mặt dù phospholipids và triglyceride tương tự nhau, khối lượng phân tử khá thấp (900Da). Nhưng khi tách phospholipids bằng UF vẫn mang lại hiệu quả, do cấu trúc tự nhiên gồm hai đầu kỵ nước và ưa nước, sẽ hình thành các miscella lớn nghịch đảo trong một dung dịch không ưa nước như dầu hoặc hexan, như hình sau:
Hạt miscella có thể có kích thước tương đương với phân tử có khối lượng từ 20.000 đến vài triệu Da nên sẽ bị giữ lại trong quá trình siêu lọc.
− Do triglyceride có tính nhớt nên khó sử dụng hệ thống membrane dạng ống mao quản hay xoắn ốc. Để khắc phục, kỹ thuật tách bằng membrane được tiến hành với miscella (hệ nhũ tương của dầu – hexane). Hexane giúp giảm đáng kể độ nhớt cho quá trình xảy ra.
− Trong quy trình sản xuất dầu bằng phương pháp trích ly với hexane, sau đó sẽ tiến hành chưng cất thu hồi dung môi. Người ta sử dụng kỹ thuật xử lý bằng membrane thực hiện ở giữa hai quá trình tách dầu và thu hồi dung môi, loại phospholipid từ đó sẽ tiết kiệm năng lượng cho quá trình chưng cất và bỏ qua giai đoạn thủy hóa.
− Tiêu chuẩn chính của chọn lọc membrane cho tách gums kị nước, không giữ hexane và những chất có phân tử lượng 20000 Da hoặc nhỏ hơn.
− Để cải thiện dòng chảy, nguyên liệu miscella được gia nhiệt 40 – 500C. Hexane, triglyceride và những phân tử tạp chất có khối lượng nhỏ như FFA qua màng membrane bằng thẩm thấu, phospholipids ở dạng các miscella nghịch đảo và bị giữ lại. Với membrane thích hợp, có thể loại bỏ phospholipid hơn 95%. Ưu điểm so với các phương pháp tách gums đã dùng trong công nghiệp: sử dụng membrane không dùng hóa chất, điều kiện ôn hòa, tiết kiệm năng lượng, giảm tổn thất dầu,…
− Ngoài ứng dụng để tách gums, kĩ thuật membrane có thể sử dụng trong các quá trình tiếp theo của công đoạn xử lý dầu, bao gồm thu nhận dung môi từ miscella, khử acid và tách FFA, tách sáp, tách phân đoạn của lecithin, tẩy màu, và xử lý nước rửa. Nó đã được nghiên cứu ở Texas A&M University có khả năng tiết kiệm 15 – 22 nghìn tỷ kJ mỗi năm. Tuy nhiên do cấu tạo màng phức tạp đòi hỏi công nghệ cao nên kỹ thuật tách bằng membrane chưa được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.
X. QUÁ TRÌNH TÁCH PHOSPHOLIPID BẰNG ENZYME
Quá trình tách phospholipids (PLs) bằng enzyme đã được đưa ra bởi Mannheim, Germany.
Phospholipases (PLase) là enzyme thủy phân PLs được chia làm 5 loại: PLA1, PLA2, PLB, PLC, PLD. Vị trí phản ứng của các loại enzyme thể hiện trong hình :
Để tách gums từ dầu thực vật, PLC có thể là sự lựa chọn tối ưu bởi vì nó phá hủy liên kết trong phospholipid tạo thành DAG nhưng không sinh ra acid béo tự do. Tuy nhiên, hiện nay enzyme Phospholipase A1, A2 được ứng dụng trong sản xuất. Hai enzyme này được sản xuất bằng lên men vi khuẩn
Thermomyces lanuginosus và Fusarium oxysporum.
Các bước của quá trình:
Thêm acid citric để tách kim loại có trong dầu Thêm natri hydroxit để điều chỉnh pH
Thêm Lecitase Ultra để tạo thành lysolecithin có khả năng hòa tan trong nước.
Trong sản xuất quá trình được thực hiện như trong sơ đồ sau:
Hình 22. Quy trình tách gums liên tục bằng enzyme
Thông số kỹ thuật:
STT Thiết bị Thông số
1 Thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt độ: 700C
2 Bồn chứa acid citric 650l
3 Bơm acid citric 20L/h
4 Shear mixer (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5 Bồn chứa 12,5m3
6 Thiết bị trao đổi nhiệt Nhiệt độ: 500C
7 Bồn chứa xút 3m3
8 Bơm xút 95L/h
9 Thêm nước 2 – 3%
10 Bồn chứa Lecitase ultra 38l
11 Bơm enzyme 7,8mL/phút
12 High-shear mixer
− Sau khi dầu được gia nhiệt đến 700C, dung dịch acid citric 50% được thêm vào dầu với tốc độ 650 ppm, và hỗn hợp được làm đồng nhất bằng high- shear mixer. Hệ nhũ tương được khuấy trộn từ 15 -30 phút.
− Mặc dù, dung dịch acid citric thường bổ sung với hàm lượng 50%, tuy nhiên nồng độ này có thể thay đổi tùy theo hàm lượng PL. Từ đó, tổng lượng nước trong hỗn hợp tăng lên, có thể thuận lợi khi nồng độ PL cao.
− Sau khi cô lập các ion kim loại, natri hidroxide được thêm vào để chỉnh pH. pH tối ưu cho enzyme là 5.0.
− Sau khi thêm xút, nhiệt độ hỗn hợp được giảm xuống 50 – 550C, và bổ sung dung dịch enzyme 50ppm trong lượng nước vừa đủ. Hỗn hợp được làm đồng nhất bằng high-shear mixer và được giữ ở nhiệt độ này vài giờ. Lượng Lecitase Ultra khoảng 50 ppm là đủ để tác động tất cả lượng PL trong dầu. Tuy nhiên với những loại dầu chất lượng tốt, liều lượng sử dụng chỉ cần 30ppm. Tổng lượng nước có thể dao động trong khoảng từ 0,5% đến 5%. Thông thường, khi lượng nước nhiều thì lượng enzyme sử dụng và phosphorus cuối cùng thấp hơn, sự phân pha dễ hơn. Nhưng khi lượng nước vào khoảng 2% sẽ đảm bảo chất lượng và hạn chế lượng nước sót trong sản phẩm.
− Sau khi trộn, dầu nên được giữ ít nhất 4 h trong điều kiện khuấy liên tục. Sau giai đoạn phản ứng, hỗn hợp được ly tâm để tách PL. Nhiệt độ của dầu trong quá trình ly tâm khoảng 700C.
− Sau đó dầu được xử lý với silica và đất tẩy trắng và được khử mùi nếu cần. Nồng độ phosphorus khoảng 10mg/kg và nồng độ sắt khoảng 0.5mg/kg.
Ưu điểm của quá trình là:
− Phản ứng enzyme thường được thực hiện trong điều kiện ôn hòa. − Enzyme có tính đặc hiệu cao
− Tốc độ phản ứng quá trình phù hợp.
− Chỉ cần lượng nhỏ enzyme dùng cho phản ứng.
− Dầu thủy hóa với nồng độ phosphorus và sắt thấp được sản xuất từ dầu ban dầu có chất lượng thấp.