Đồ án Ứng dụng kỹ thuật trích ly carotenoids từ thực vật bằng lưu chất siêu tới hạn

MỤC LỤC Lời mở đầu Chương 1: Cơ sở khoa học 1.1. Giới thiệu kĩ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 1.1.1. Lịch sử phát triển 1.1.2. Các ưu nhược điểm của phương pháp 1.1.2.1. Ưu điểm 1.1.2.2. Nhược điểm 1.2. Cơ sở khoa học 1.2.1. Định nghĩa về lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn 1.2.2. Nguyên lý tạo thành lưu chất siêu tới hạn 1.2.3. Tính chất của lưu chất siêu tới hạn 1.2.3.1. Hằng số tới hạn 1.2.3.2. Tỷ trọng 1.2.3.3. Hằng số điện môi 1.2.3.4. Đặc tính chuyển động 1.2.3.5. Nhiệt dung riêng và sự dẫn nhiệt 1.3. Công nghệ trích ly bằng CO2 siêu tới hạn (supercritical CO2O SCO2) 1.3.1. Tính chất vật lý và hoá học của CO2 1.3.2. Giản đồ pha của CO2 1.3.3. Lựa chọn dung môi CO2 siêu tới hạn trong chiết tách Chương 2: Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 2.1. Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 2.2. Trích ly hợp chất từ chất rắn bằng lưu chất siêu tới hạn 2.2.1. Nguyên tắc 2.2.2. Các thông số công nghệ 2.3. Trích ly hợp chất từ chất lỏng bằng lưu chất siêu tới hạn 2.3.1. Nguyên tắc 2.3.2. Thông số công nghệ 2.4. Thiết bị trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn 2.4.1. Giới thiệu 2.4.4. Trao đổi nhiệt 2.4.5. Đường ống và van 2.4.6. Hệ thống kiểm soát 2.4.7. Kết luận Chương 3: Trích ly Carotenoid từ thực vật 3.1. Giới thiệu Carotenoids 3.1.1. Khái niệm chung 3.1.2. Phân loại và danh pháp 3.1.2.1. Danh pháp 3.1.2.2. Phân loại 3.1.3. Tính chất vật lý và hóa học 3.1.3.1. Tính chất vật lý 3.1.3.2. Tính chất hóa học 3.1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của Carotenoids 3.2. Một số carotenoids tiêu biểu từ thực vật 3.2.1. βOCarotene 3.2.2. Lycopene 3.2.3. Lutein 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng 3.3.1. Quy trình chuNn bị mẫu 3.3.1.1. Kích thước 3.3.1.2. Độ Nm 3.3.2. Các thông số trích ly 3.3.2.1. Nhiệt độ và áp suất 3.3.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ dòng 3.3.2.3. Đồng dung môi (cosolvent) Chương 4: Kết luận Tài liệu tham khảo

pdf66 trang | Chia sẻ: maiphuongtl | Ngày: 29/05/2013 | Lượt xem: 407 | Lượt tải: 8download
Tóm tắt tài liệu Đồ án Ứng dụng kỹ thuật trích ly carotenoids từ thực vật bằng lưu chất siêu tới hạn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ự cố lớn mà cần các loại vật liệu đặc biệt (ví dụ, kim loại có thể biến dạng do gãy giòn trong môi trường hoạt động).Vấn đề chi phí cho hệ thống thiết bị phải được kiểm soát chặt chẽ để cạnh tranh với các nhà sản xuất khác. 2.4.2. Thiết bị Nhìn chung, các thiết bị SFP được thiết kế và sản xuất theo quy định của Hiệp hội kỹ sư cơ khí Mỹ (American Society of Mechanical Engineers - ASME), phần tiêu chuNn VIII. Trong nhiều trường hợp, quá trình này đòi hỏi một, hoặc đôi khi hai cửa van tròn đóng mở nhanh cho quá trình nạp nguyên liệu thô hoặc thải nguyên liệu đã sử dụng. Cơ chế đóng cửa van là tự động Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 34 để giảm thiểu thời gian chết của thiết bị khi đã được làm đầy hoặc khi còn trống. Có nhiều kiểu thiết kế cửa van được độc quyền theo kiểu thiết kế hoặc độc quyền bởi nhà cung cấp. Cần xem xét phương pháp làm sạch các bình chứa giữa các lần nạp nguyên liệu hoặc thải bã. Bình chứa là thiết bị được kiểm soát nhiệt độ quá trình bằng vỏ áo hoặc bằng điện. Hình dạng bình chứa và tỉ lệ co phải được xem xét cNn thận để giảm thiểu tối đa chi phí cho thiết bị mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất. Việc quan trọng nhất trong quá trình này là khi thiết kế bình chứa để trích ly. Việc này đòi hỏi thiết kế áp lực tối đa và chú ý trong việc lựa chọn vật liệu thiết bị. Trong nhiều trường hợp, hợp kim đặc biệt bằng thép không gỉ hoặc các kim loại lạ có thể được sử dụng, nhưng việc lựa chọn hợp kim và độ dày cũng có thể phụ thuộc vào khả năng của máy, và các thành phần mạch hàn chịu lực. Thiết bị bình chứa để trích ly có thể được chế tạo bằng cách rèn, cán và hàn tấm, và đúc… Cửa van tròn đóng mở nhanh có thể sử dụng nắp tự kích hoạt, vòng phân đoạn, khóa nòng, mặt bích, và mũ ren. Hầu hết là thiết kế sở hữu độc quyền. Ví dụ về cửa van tròn được thể hiện trong hình 2.7. Trong một số trường hợp, những bình chứa có thể cần những thiết kế đặc biệt để giữ sạch sẽ và tối giản sự đóng cặn và nhiễm bNn. Khi bắt đầu và kết thúc một chu kỳ của quá trình làm việc theo mẻ, các bình chứa có thể hoạt động tốt tại hoặc gần áp suất và nhiệt độ thường. Tuy nhiên, các bình chứa vẫn có thể thích ứng với phương pháp làm sạch cleaning-in-place (CIP) hoặc các phương pháp làm sạch khác. Trong nhiều trường hợp, dòng nguyên liệu đang ở dạng rắn hoặc hạt viên. Thiết bị bình chứa trích ly sẽ được thiết kế cho quá trình nạp nguyên liệu theo mẻ và thải bã sau khi trích ly. Trong trường hợp này, bình chứa trích ly sẽ được lấp đầy với nguyên liệu ở nhiệt độ và áp suất thường, trích xuất cho đến khi các chất tan được trích ly hết, và sau đó là quá trình giảm áp,làm trống, và nạp lại. Sự cân bằng của thiết bị về cơ bản là sự hoạt động liên tục với chu trình tuần hoàn khép kín của dung môi. Với một hệ gồm nhiều bình chứa trích ly sẽ được dùng để vận hành liên tục. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 35 Hình 2. 7: ?hững kiểu đóng nắp của thiết bị a) thiết bị đóng khép vòng tự động b) thiết bị đóng bằng đầu nối (ghim) tự động (với sự chấp nhận của Thar Technologies, Pittsburgh ) Hình 2. 8: Tháp trích ly ?gược dòng (10 M) bằng lưu chất siêu tới hạn (được sự chấp nhận của Tharex, Seoul ) Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 36 Trong một số trường hợp, dòng nguyên liệu là chất lỏng và bình chứa trích ly có thể là một tháp hoạt động liên tục (hình 2.8). Một số hệ thống sử dụng sắc ký siêu tới hạn (supercritical fluid chromatography -SFC) trong một cột hấp phụ (packed column) để đạt được sự tách biệt của các thành phần với độ tinh khiết cao (95% đến 99%). Hình 2.9 cho thấy quy mô quá trình sử dụng thiết bị sắc ký dọc trục (30 cm ID) theo dõi động học của quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn. Hình 2. 9: Thiết bị sắc ký dọc trục (30 cm ID) theo dõi động học của quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn (theo sự cho phép của Thar Technologies, Pittsburgh ) 2.4.3. Bơm và máy nén Các thiết bị quan trọng tiếp theo là các máy bơm và máy nén được sử dụng cho việc tạo áp suất và nhiệt độ để thành lập các vùng siêu tới hạn. Lưu lượng của SFP là tương đối thấp và áp lực tương đối cao, từ 5 đến 120 lít cho mỗi dòng chảy phút ở 6-65 MPa. Quá trình cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, áp suất, và lưu lượng dòng chảy. Áp suất là yếu tố đặc biệt quan trọng, yêu cầu kiểm soát chặt chẽ vì biến động áp suất có thể làm cho khác biệt đáng kể trong kết quả xử lý và có thể dẫn đến quá áp, thiết bị sẽ tự tắt, lãng phí cả chất tan và dung môi siêu tới hạn. Sự tắt máy như vậy sẽ dẫn đến kết quả là năng suất sản xuất thấp và tốn những chi phí không cần thiết cho hệ thống. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 37 Hầu hết các máy bơm áp lực cao là loại bơm nhiều piston chìm (multiplunger pumps) . Kiểm soát dòng chảy và áp lực thường sử dụng một số loại điều khiển tốc độ, chẳng hạn như tốc độ biến tần. Một loại thiết bị được phát triển khác là các loại máy bơm màng, được dẫn động bởi các piston sẽ dẫn nhiều chất lỏng hơn bình thường. Các máy bơm có các tính năng thiết kế độc quyền để cung cấp những áp lực và lưu lượng theo yêu cầu cho phù hợp với hoạt động. Những máy bơm tiêu chuNn khác có thể được sử dụng để cung cấp lưu chất siêu tới hạn và bơm sản phNm trích ly cuối cùng. Máy nén cũng có thể là máy nén piston. Trong những tình huống hiếm hoi, con quay máy nén tiêu chuNn có thể được sử dụng, thường thu hồi lưu chất siêu tới hạn để tránh lãng phí. Piston không dùng dầu bôi trơn thường được lựa chọn, với sự chọn lọc cNn thận (của) nguyên liệu để bảo đảm hệ số ma sát thấp và ổn định thứ nguyên. Những chất bôi trơn được tránh vì sẽ gây ô nhiễm dung môi và chất tan. Vòng O, miếng đệm, và nắp cho chuyển động tinh tiến và quay phải được thiết kế cNn thận. Vật liệu phải phù hợp với các dung môi và chất tan. Dung môi hấp thụ trong vòng-O có thể xảy ra vấn đề khi hệ thống được giảm áp vì dung môi có thể nở rộng trong các vòng-O, gây ra sự tan rã, đặc biệt là nếu quá trình giảm áp xảy ra nhanh. Các loại vật liệu lạ cho piston và xi lanh có thể được sử dụng làm lớp phủ hoặc phần thiết bị dạng rắn. Thông tin sở hữu được bảo vệ cNn thận bởi các nhà thiết kế và chế tạo. Hình 2.10 cho thấy một máy bơm gồm nhiều piston chìm áp lực cao với áp suất thiết kế là 96 MPa và tỷ lệ lưu lượng từ 30 kg/phút. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 38 Hình 2. 10: Bơm gồm nhiều piston chìm áp lực cao. Thiết kế áp lực: 96 MPa, Lưu lượng: 30 kg / phút (theo sự cho phép của công nghệ Thar, Pittsburgh). 2.4.4. Trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt cũng là một trong các bộ phận quan trọng của quá trình do liên quan đến yếu tố áp suất cao. Mặc dù thiết bị trao đổi nhiệt trong công nghiệp là một thiết bị phát triển và rất cạnh tranh, thiết kế có thể không có sẵn ở những áp suất gặp phải. Ngoài ra, cần xem xét quá trình làm sạch bên trong các bề mặt trao đổi nhiệt. Một chỗ bị rò rỉ hoặc thất bại có thể tạo một nút đá khô ở phía áp suất cao (đối với CO2 là dung môi), đóng băng chất lỏng trao đổi nhiệt, và quá áp của áp thấp ở hệ thống đường ống truyền nhiệt chất lỏng. Lựa chọn các thiết bị an toàn phải được điều tra cNn thận quá trình phân tích rủi ro- nguy hiểm (Hazard and Operability - HAZOP) và phù hợp với khả năng hoạt động của hệ thống. 2.4.5. Đường ống và van Lựa chọn các đường ống, phụ kiện, và van cho SFP cũng đòi hỏi phải đạt yêu cầu thiết kế kỹ thuật đặc biệt và đạt tiêu chuNn. Vật liệu được sử dụng phải trơ với các dung môi lưu chất siêu tới hạn và chất tan lỏng trong suốt quá trình. Khả năng phản ứng giữa dung môi và các bề mặt đường ống cũng cần được đánh giá. Từ khi tỷ lệ lưu lượng cho hầu hết hệ thống lưu chất siêu tới hạn thấp hơn so với nhiều hệ thống thông thường, đường kính ống phù hợp áp suất cao thì nhỏ hơn trong khi vẫn duy trì vận tốc dòng chảy thích hợp. Chi phí cho đường ống được giảm thiểu. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 39 Tuy nhiên, thông thường khớp nối ren hoặc "tiêu chuNn" bích lại không đạt hiệu quả về chi phí. Trong hầu hết trường hợp, đặc biệt phụ kiện áp suất cao, khớp nối, sẽ là lựa chọn của sự lựa chọn vì cả hai lý do tiện lợi và kinh tế. Các khớp nối chịu áp lực cao được hiển thị trong hình 2.12. Hình 2. 11: thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống (theo sự cho phép của công nghệ Thar, Pittsburgh). Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 40 Hình 2. 12: Các khớp nối chịu áp lực cao: a) Dur O LOK (theo sự cho phép của BETE Fog Nozzle, Inc., Greenfield, MA) b) Grayloc (theo sự cho phép của Grayloc Products, Houston, TX ) 2.4.6. Hệ thống kiểm soát Lựa chọn các cảm biến chính cần cNn đảm bảo theo quy định cho từng loại cảm biến: thất bại, rò rỉ, hoặc lỗi. Trường hợp dự phòng phải được xem xét và tính toán cNn thận. Ngay cả đồng hồ đo áp suất và các yếu tố nhiệt độ cũng phải được kiểm tra. Áp kế hoặc đầu dò có thể cần van chắn nước (liquid seals) hoặc hộp đo nhiệt (thermowells) cho phép cô lập và thay thế trong khi hệ thống đang hoạt động. Nhiệt độ cảm biến có thể được cặp nhiệt điện hoặc kháng dò nhiệt độ (RTD) cảm biến. Đồng hồ đo phải có đĩa xả. Cấp cảm biến phải chính xác và đáng tin cậy. Bơm và máy nén tốc độ dòng chảy thường được đo bởi lưu lượng kế khối lượng (Coriolis meters) và lưu lượng được kiểm soát bởi tần số của động cơ kết nối. Nhìn chung, hệ thống tắt được kiểm soát bởi điều khiển phân tán của máy tính. Hệ thống điều kiện lúc khởi động và tắt của quá trình phải được thông qua HAZOP. 2.4.7. Kết luận Công nghệ trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn được xem xét trong lĩnh vực thực phNm, dược phNm dinh dưỡng vào dược phNm như là một công nghệ khả thi để đáp ứng nhu cầu của khách hàng bằng cách thay thế công nghệ thông thường và khắc phục các nhược điểm của công Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 41 nghệ truyền thống. Để áp dụng thành công công nghệ này trên quy mô công nghiệp, cần phải hiểu được công nghệ, tập trung vào việc thiết kế các linh kiện thích hợp của thiết bị và tối ưu hóa các thông số quá trình, thực hiện tối thiểu chi phí vận hành. Một vài ví dụ đã được trình bày cho thấy công nghệ này đã được áp dụng thành công các sản phNm hàng hóa. Xu hướng trong tương lai thực hiện công nghệ này như một phần của quá trình kết hợp với các quy trình truyền thống. Ví dụ, SFE + trích ly thông thường + SFC, SFE + SFC, quá trình sấy thông thường + lưu chất siêu tới hạn. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 42 Chương 3: TRÍCH LY CAROTE?OIDS TỪ THỰC VẬT 3.1. Giới thiệu carotenoids 3.1.1. Khái niệm chung Carotenoids là nhóm chất màu hòa tan trong chất béo làm cho quả và rau có màu da cam, màu vàng và màu đỏ. Trong thiên nhiên có khoảng 600 loại carotenoid khác nhau, trong đó có từ 65-70 chất màu tự nhiên tiêu biểu trong thực phNm. Carotenoids là nhóm hợp chất có công thức cấu tạo tương tự nhau và tác dụng bảo vệ cũng tương tự nhau. Gồm có: Carotene, Xanthophylls, capsanthin… trong nhiều năm gần đây người ta thường nói nhiều đến các carotenoid khác như Lycopene, Lutein, Zeaxanthin… Carotenoids có trong đa số cây (trừ một số nấm) hầu như có trong tất cả cơ thể động vật. Hàm lượng carotenoids trong lá xanh chiếm khoảng 0,07-0,2% chất khô. Tất cả Carotenoids tự nhiên có thể xem như dẫn xuất của Licopen. Công thức cấu tạo chung: Carotenoids là hợp chất cấu tạo bởi 8 đơn vị isoprenoid ( ip ) . Các đơn vị ip nối với nhau từ “ đầu đến đuôi ”, nhưng trật tự này bị nghịch chuyển tại giữa phân tử. Hình 3. 1: Cấu trúc chung của carotenoids . Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 43 Hình 3. 2: Cấu trúc một số carotenoids phổ biến Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 44 3.1.2. Phân loại và danh pháp 3.1.2.1. Danh pháp: tên carotenoids thường dựa theo tên nguồn sinh vật ( biological source) lần đầu tiên được dùng để tách chúng.Ví dụ như beta-carotene được tách đầu tiên từ carrot. Tuy nhiên, một hệ thống tốt hơn là danh pháp bán hệ thống đã được phát triển để thiết lập mối quan hệ giữa tên gọi và cấu trúc. Một số tiêu chuNn trong danh pháp bán hệ thống: Hệ thống đánh số: Hình 3. 3: hệ thống đánh số carbon của carotenoids theo IUPAC Hình 3. 4: ?hững kí tự Hi Lạp dùng đề mô tả nhóm kết thúc, vòng no, vòng không no 3.1.2.2. Phân loại: có 2 hệ thống chính được dùng để phân loại carotenoids Theo cấu trúc hóa học: có 2 lớp là Carotenes và Xanthophylls . Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 45 Theo chức năng (functionality ): nhóm carotenoids cơ bản (primary carotenoids ) và nhóm carotenoids chuyển hóa (secondary carotenoids ) . Bảng 3. 1: Phân loại Carotenoids Phân loại carotenoid Cách phân loại Các nhóm chất Tiêu biểu Dựa trên cấu tạo hóa học Carotenes: là hidrocarbon . α-carotene, β-carotene, β- cryptoxanthin . Xanhthophyll: có chứa các nhóm hidroxyl và keto. Lutein, zeaxanthin, violaxanthin, neoxanthin, fucoxanthin. Dựa trên chức năng Nhóm Carotenoids cơ bản β-carotene, neoxanthin, violaxanthin, zea xanthin . Nhóm Carotenoids chuyển hóa α-carotene, capsanthin, lycopene, Bixin . 3.1.3. Tính chất vật lý và hóa học 3.1.3.1. Tính chất vật lý Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình thoi. Nhiệt độ nóng chảy cao: 130- 2200C Có độ hòa tan cao trong các dung môi không phân cực (bao gồm cả dầu mỡ), không tan trong nước. Màu sắc của Carotenoids được tạo ra nhờ sự có mặt của hệ các nối đôi liên hợp trong phân tử. Phần lớn các nối đôi này có cấu hình dạng trans. Khả năng hấp thụ sóng mạnh nhất ở những bước sóng khác nhau của hệ nối đôi liên hợp được sử dụng để phân tích cấu trúc, định tính cũng như định lượng Carotenoids. Bảng 3. 2 : Độ bền với ánh sáng, nhiệt độ, acid của một số chất thuộc Carotenoids MÀU Tên màu Tính bền Nhiệt độ Ánh sáng Acid Carotene Tốt Tốt Tốt Β-carotene E160a Tốt Tốt Tốt Annatto Baxin E160b Tốt Tốt Tốt Annatto Nor Baxin E160b Tốt Tốt Tốt Curcumium Tốt Kém Tốt Lutein Tốt Tốt Tốt Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 46 3.1.3.2. Tính chất hóa học Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxi hóa trực tiếp, enzyme, nước. Carotenoids nhạy cảm với O2 và ánh sáng. Khi các tác nhân này bị loại bỏ, Carotenoids trong thực phNm rất bền, kể cả ở nhiệt độ cao. Tất cả carotenoids đều rất nhạy đối với acid và chất oxy hoá nhưng lại bền vững trong môi trường kiềm. Một trong những đặc điểm của Carotenoids là hệ nối đôi liên hợp tạo nên những nhóm mang màu của chúng. Màu của chúng phụ thuộc những nhóm này. Dễ bị oxy hóa trong không khí: làm giảm chất lượng thực phNm; làm thay đổi màu sắc của thực phNm; tạo ra nhiều chất mùi . Ví dụ như : C13-norisoprenoid (grasshooper ketone ) có ở thực vật, khi bị oxi hóa sẽ chuyển thành một chất mùi, do đó làm đổi mùi khi đun nóng trái cây trong quá trình sản xuất nước quả hay hay mứt quả. Hay như 1,2-dihydro-1,1,6-trimetyl naphtalen có mùi dầu lửa được tạo ra trong quá trình phân hủy neoxanthin và những carotenoid khác trong quá trình bảo quản rượu vang. 3.1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu của Carotenoids Yếu tố hóa học Độ hoạt động của anken liên hợp: màu bền hơn do alkene liên hợp có chuyển vị. Sự oxi hóa: phản ứng oxy hóa theo cơ chế gốc tự do như chất béo=>chất chống oxi hóa cho nguyên liệu thực phNm nhưng làm sản phNm bị nhạt màu. Sự oxy hóa carotenoids được đNy mạnh nhờ chuyển thành dạng epoxide hoặc furanoxide nhờ sự đồng phân hóa. Trong nước ép đóng hộp, Carotenoids chuyển thành dạng epoxide làm nhạt màu sản phNm (do mất liên kết nối đôi liên hợp) pH: carotenoids không tan trong nước nên không cần xét tác động của pH. Nhiệt độ: tăng nhiệt độ làm thay đổi tỉ lệ sản phNm và có thể cả chiều hướng của phản ứng. Ví dụ như ở nhiệt độ thấp sản phNm cộng 1, 2 theo cơ chế ái điện tử nhiều hơn sản phNm thế 1, 4; tăng nhiệt độ đến 190oC thì sản phNm sẽ bị nhạt màu. Ánh sáng Ánh sáng kích thích phân tử, tạo nên gốc tự do giúp phân tử có được hệ alkene liên hợp. Carotene nhạy với ánh sáng hơn vitamin A khi hàm lượng chất béo trong thực phNm cao. Sự ảnh hưởng của ánh sáng đến carotenoids trong trái cây và rau quả phức tạp hơn và còn phụ thuộc vào sự ảnh hưởng của ánh sáng đến quá trình chín. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 47 3.2. Một số carotenoids tiêu biểu từ thực vật 3.2.1. β-Carotene Tên hệ thống : β,β-carotene β-carotene là một loại carotenoid phổ biến nhất được tìm thấy trong thực phNm và là tiền thân chủ yếu của vitamin A (cơ thể có thể chuyển β-carotene thành vitamin A). β-carotene có màu cam, thường thấy trong các loại trái cây và rau quả có màu cam như cà rốt, bí ngô, đào, khoai lang đỏ,…nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ vai trò và ích lợi của β-carotene trên hệ miễn dịch, ngăn ngừa nhiều loại ung thư và giảm tác hại của ánh nắng mặt trời. β-carotene thiên nhiên gồm hai loại phân tử gọi là các đồng phân: 9-cis β-carotene và all- trans β-carotene. Các đồng phân này đều có công thức phân tử giống nhau, nhưng cách sắp xếp của chúng trong không gian ba chiều lại khác nhau. Các đồng phân như vậy thường có những đặc tính sinh hóa học rất khác biệt. Hình 3. 5: công thức cấu tạo β-carotene Tính chất của β -carotene : Là đồng phân quan trọng của hydrocarbon carotenoid Công thức phân tử là C40H56, M = 536,85 Nhiệt độ nóng chảy là 176 - 1830C, có kèm theo sự phân hủy β- carotene tan tốt trong chloroform, benzen, CS2, tan trung bình trong ether, petroleum ether, dầu thực vật, tan rất hạn chế trong methanol, etanol, không tan trong nước, acid, hợp chất alkane. Tinh thể β- carotene có dạng hình lăng trụ 6 mặt màu tím đậm nếu kết tinh từ dung môi benzen methanol và có dạng lá hình thoi có màu đỏ nếu kết tinh từ dung môi petroleum ether. Dung dịch β- carotene loãng có màu vàng. Vì có cả 2 vòng β- ionone ở 2 đầu nên β-carotene có họat tính provitamin A mạnh nhất: 1 µg β- carotene có họat tính vitamin A là 1.67 IU/g β- carotene (150mg%), cao gấp 2 lần so với dầu gan cá thu, gấp 15 lần so với cà rốt. Là β- carotene thiên nhiên thuần túy nên có tác dụng chống lão hóa mạnh nhất, đồng thời bổ sung nguồn vitamin A Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 48 một cách hợp lý và an toàn (dùng vitamin tổng hợp có nguy cơ gây thừa, sẽ nguy hại cho cơ thể). Bảng 3. 3: Hàm lượng β- carotene trong 100g thực phum ăn được Tên thực phNm β -caroten (mcg) Tên thực phNm β-caroten (mcg) 1. Gấc 52520 18. Cải trắng 2365 2. Rau ngót 6650 19. Rau om 2325 3. Ớt vàng to 5790 20. Rau muống 2280 4. Rau húng 5550 21. Đu đủ chín 2100 5. Tía tô 5520 22. Cần ta 2045 6. Rau dền cơm 5300 23. Rau bí 1940 7. Cà rốt 5040 24. Rau mồng tơi 1920 8. Cần tây 5000 25. Trái hồng đỏ 1900 9. Rau đay 4560 26. Cải xanh 1855 10. Rau kinh giới 4360 27. Rau lang 1830 11. Dưa hấu 4200 28. Xà lách xoong 1820 12. Rau dền đỏ 4080 29. Hẹ lá 1745 13. Lá lốt 4050 30. Dưa bở 1750 14. Ngò 3980 31. Rau tàu bay 1700 15. Rau thơm 3560 32. Quýt 1625 16. Rau dền trắng 2855 33. Hồng ngâm 1615 17. Thìa là 2850 34. Khoai lang bí 1470 Công dụng: Chế phNm β- carotene có hàng loạt tác dụng có lợi cho sức khỏe. Lợi ích đáng kể nhất là khả năng hoạt hóa một số loại tế bào miễn dịch của cơ thể. β- carotene còn có thể làm tăng dung tích phổi, nghĩa là bạn có thể hít thở sâu hơn, nhiều không khí hơn. Đã có một số bằng chứng cho thấy β- carotene có thể giảm tổn thương DNA, bảo vệ da tránh tác hại của ánh nắng mặt trời, hạ thấp nguy cơ mắc một số loại ung thư, góp phần giảm nồng độ cholesterol máu cũng như nguy cơ một số bệnh tim mạch liên quan. β- carotene còn là một nguồn cung cấp vitamin A an toàn (do có thể chuyển thành vitamin A trong cơ thể) nên cũng có tác dụng tương tự như vitamin này. Cả vitamin A và β- carotene đều được dùng để điều trị quáng gà, một dấu hiệu sớm của tình trạng thiếu vitamin A, trong đó mắt không thể thích nghi nhanh chóng với sự thay đổi cường độ ánh sáng. Tuy nhiên, β- carotene dùng trong trường hợp này tác dụng không nhanh bằng vitamin A vì cơ thể phải chuyển β- carotene thành vitamin A. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 49 3.2.2. Lycopene Tên hệ thống : ψ, ψ- carotene. Công thức phân tử : C40H56 Hình 3. 6: công thức cấu tạo Lycopene Các Carotenoids khác đều là dẫn xuất của Lycopene và Carotene. Lycopen là 1 chất chống oxy hóa, có tác dụng trong việc ngăn ngừa bệnh ung thư tuyến tiền liệt, ngoài ra còn làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch. Tính chất Thuộc nhóm carotene, tan tốt trong dung môi dầu hỏa, hexan… Dạng tinh thể màu đỏ, không bền nhiệt, acid, baz. Màng của hạt gấc có hàm lượng Lycopen 380 mg/g, gấp mười lần so với trái cây giàu Lycopen đã được biết như trái cà chua. Hàm lượng Lycopen trong thịt gấc là 2.227 mg/g gấc tươi. Lycopene là một chất chống oxy hóa rất mạnh, mạnh hơn 100 lần so với vitamin E. Lycopene có nhiều trong các quả có màu đỏ như cà chua, ổi ruột đỏ, đu đủ, gấc… Trong quá trình chín, lượng lycopene tăng gấp 10 lần, nhưng không có họat tính vitamin. Ứng dụng Chống ung thư và chống xơ vữa động mạch. Lycopene đã bảo vệ được các phân tử sinh học của tế bào như lipid, lipoprotein, protein và AND không bị tổn hại do sự tấn công của các gốc tự do. Gốc tự do được hình thành bình thường trong quá trình chuyển hóa, nó cũng có vai trò trợ giúp cơ thể tiêu diệt vi khuNn hay virus xâm nhập. Tuy nhiên sản sinh nhiều gốc tự do quá hay sản sinh không đúng chỗ thì lại có hại. Vitamin E, Lycopene, Lutein…trong gấc ở dạng tự nhiên có tác dụng lọai các gốc tự do, gốc peroxide trong cơ thể, phòng ngừa nhồi máu cơ tim, đột quỵ, nguy cơ gãy xương ở phụ nữ, kéo dài tuổi thọ… Vai trò của Lycopene trong quả gấc cũng đã được ngành y dược nước ta nghiên cứu trong vài năm gần đây. Các nghiên cứu này bước đầu đã cho thấy Lycopene và một số vitamin trong dầu gấc đã có tác dụng dưỡng da, chống lão hóa, giúp bệnh nhân ung thư sau điều trị phẫu thuật, xử lý hóa chất hay Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 50 tia xạ phục hồi sức khỏe nhanh chóng, giúp chữa viêm gan, xơ gan, hạ huyết áp, chống khô mắt, mờ mắt và đặc biệt giúp trẻ khỏe mạnh, mau lớn. Ít mắc các bệnh nhiễm khuNn như tiêu chảy, viêm phổi… 3.2.3. Lutein Là 1 trong 600 loại carotenoid đã có trong tự nhiên. Màu sắc của nó bắt nguồn từ chữ Latin: “luteus” có nghĩa là màu vàng. Lutein được tìm thấy nhiều trong các loại rau màu xanh đậm, bắp vàng, lòng đỏ hột gà, trong vài loại trái cây, đặc biệt có nhiều trong quả gấc chín. Hình 3. 7: Công thức cấu tạo Lutein Bảng 3. 4: Các tính chất vật lý của carotenoids Tên Công thức Khối lượng phân tử Điểm nóng chảy (oC) Dung môi hoà tan Cấu trúc β-Carotene C40H56 536,87 183 EtOH, chl, eth, ace, bz Lycopen C40H56 536,87 175 EtOH, peth, chl, eth, bz Tính chất CTPT C40 H56 O2 Phân tử gam 568,871 g / mol Hình thức Red-tinh thể rắn màu da cam Khả năng tan trong nước Không tan được Khả năng tan trong dầu Tan tốt trong dầu Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 51 Lutein C40H56O2 568,87 196 EtOH, eth, ace, bz ace: aceton; bz: benzene; chl: chloroform; etoh: ethanol; eth: diethyl ether; peth: petroleum ether 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn, bao gồm các yếu tố về kỹ thuật như áp suất, nhiệt độ, độ Nm...cũng như các yếu tố về thiết bị và các yếu tố về nguyên liệu ban đầu... Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm khảo sát mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố đến hiệu quả vô hoạt chung trích ly nhằm tối ưu hóa quá trình và giảm đến mức thấp nhất các ảnh hưởng không có lợi đến chất lượng thực phNm. Đ ồ án m ôn h ọc c ôn g ng hệ th ực p hN m G V H D : T hS . T ôn N ữ M in h N gu yệ t T ra ng 5 2 B ản g 3. 5 : Ứ n g d ụ n g tr íc h ly c ác h ợp c h ất c ó h oạ t tí n h s in h h ọc t ừ r au q u ả b ằn g S C -C O 2 N gu yê n li ệu N hậ p li ệu (g ) C hu Nn b ị m ẫu H ợp c hấ t c ần tr íc h Đ iề u ki ện tr íc h ly H iệ u su ất th u hồ i ( % ) T ài li ệu th am kh ảo K íc h th ướ c (m m ) H 2O ( % ) T o C P (M P a) T ốc đ ộ dò ng T hờ i gi an (m in ) Đ ồn g du ng m ôi T rá i c ọ bu ri ti k. đ. c k. đ. c 11 C ar ot en oi ds 40 ,5 5 20 ,3 0 18 ,6 k. đ. c kh ôn g 7, 8 (g /1 00 g ng uy ên li ệu ) T oc op he ro ls 25 ,8 g/ m in C à rố t 2 0, 5- 1 0, 8 α- , β -C ar ot en e L ut ei n 40 ,5 5 12 ,3 3 1, 2 L /m in 48 0 kh ôn g k. đ. c k. đ. c 0, 26 ; 0 ,4 7; 1, 12 k. đ. c C ar ot en oi ds 40 , 5 0, 60 7, 8- 29 ,4 k. đ. c k. đ. c 1, 3, 5% E tO H k. đ. c 20 00 k. đ. c k. đ. c C ar ot en es P he no li cs P hy to st er ol s L in ol en ic a ci d 45 -5 0 35 -3 8 k. đ. c 12 0- 18 0 kh ôn g k. đ. c 2 0, 25 -0 ,5 ; 0, 5- 1; 1- 2 0, 8; 1 7, 5; 48 ,7 ; 84 ,6 α- , β -C ar ot en e L ut ei n 40 ,5 5, 70 27 ,6 ; 41 ,3 55 ,1 0, 5; 1 ,2 L /m in 24 0 0; 2 ,5 ; 5% ca no la oi l 0, 2 (g /1 00 g ng uy ên li ệu ) Q uả m âm xô i (c lo ud be rr y) 42 k. đ. c k. đ. c β- C ar ot en e T oc op he ro ls 40 ; 6 0 9, 1 0, 12 , 15 , 3 0 k. đ. c k. đ. c kh ôn g k. đ. c Đ ồ án m ôn h ọc c ôn g ng hệ th ực p hN m G V H D : T hS . T ôn N ữ M in h N gu yệ t T ra ng 5 3 H ip ro se fr ui t k. đ. c 0, 36 k. đ. c T oc op he ro ls C ar ot en oi ds 35 25 1- 1, 5 L /m in k. đ. c kh ôn g 10 0 C à ch ua 0, 5 0, 05 -0 ,2 5 k. đ. c P hy to en e ph yt of lu en e β- C ar ot en e x- C ar ot en e L yc op en e 40 -5 0- 60 8- 26 4x 10 -3 L /m in 30 kh ôn g k. đ. c 0, 3 k. đ. c k. đ. c L yc op en e 60 -8 5- 11 0 40 ,5 1, 5x 10 -3 L /m in 50 A ce to n, M eO H , he xa ne 10 0 k. đ. c k. đ. c k. đ. c L yc op en e 45 -8 0 35 -3 8 k. đ. c 12 0- 18 0 kh ôn g 55 3 k. đ. c k. đ. c L yc op en e, T oc op he ro ls 32 -8 6 13 ,8 - 48 ,3 2, 5x 10 -3 L /m in k. đ. c kh ôn g 61 0, 5 k. đ. c k. đ. c L yc op en e 40 8- 28 4x 10 -3 L /m in k. đ. c kh ôn g k. đ. c 20 k. đ. c k. đ. c L yc op en e 40 32 k. đ. c k. đ. c kh ôn g k. đ. c 30 00 1 k. đ. c L yc op en e 45 -7 0 33 ,5 - 45 13 3- 33 3 g/ m in 12 0- 48 0 1- 20 % ha ze ln ut oi l 60 k. đ. c: k hô ng đ ề cậ p tr on g bà i b áo k ho a họ c Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 54 3.3.1. Quy trình chuun bị mẫu Việc sấy mẫu trước khi trích ly là điều cần thiết, ví dụ lượng Nm trong cà rốt và cà chua là từ 80-95%; ngoài ra cũng nên giảm kích thước mẫu cho nhỏ lại. Bả ép và vỏ olive là sản phNm phụ cho quy trình sản xuất dầu olive, để thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học cần tiến hành xử lý trước khi trích ly. Do đó, có 2 thông số quan trọng cần chú ý trong quá trình xử lý mẫu: 3.3.1.1. Kích thước Theo các nghiên cứu của Goto. M và cộng sự (1994), Sun. M và cộng sự (2006), quá trình trích ly cà rốt đã qua sấy và đông lạnh có hiệu suất càng tăng khi kích thước nguyên liệu càng nhỏ. Tổng hiệu suất trích ly carotenoids tăng từ 1109,8 đến 1369 và 1503,8 µg/g cà rốt khi kích thước giảm từ 1-2mm đến 0,5-1 mm và 0,25-0,5mm (Sun. M và cộng sự -2006). [198, 207] 3.3.1.2. Độ um Độ Nm có ảnh hưởng khác nhau đến hiệu suất trích ly Carotenoids. Các hiệu suất trích ly α và β-carotene tăng khi giảm độ Nm trong nguyên liệu ban đầu, trong khi hiệu suất trích ly lutein giảm [198 ]. Hiệu suất trích ly lutein giảm từ 55,3 đến 29,9; 19,3 và 13,0 µg/g cà rốt khô khi giảm độ Nm từ 84,6 đến 48,3; 17,5 và 0,8%, trong khi hiệu suất trích ly α-và β-carotene tăng từ 184,1 đến 323; 442,3 và 599,0 µg/g, và từ 354,2 đến 547,8; 668,3 và 891,7 µg/g cà rốt khô theo tương ứng [198]. Hình 3. 8: Lượng nước trích ly ở các độ um khác nhau từ nguyên liệu (thực hiện tại 70◦C, 55.1MPa, hạt cải dầu thêm mức 5% và tỷ lệ lưu lượng CO2 là 1 phút/L) Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 55 Mặt khác, chỉ một lượng nhỏ chất Lycopene được trích xuất khi lượng cà chua nguyên liệu chứa 50% đến 60% độ Nm [207]. Điều này có thể được giải thích bởi có thể xem nước hoạt động như một đồng dung môi để tách tương đối các hợp chất phân cực, giống như lutein, trong khi sự hiện diện của nước là không thuận lợi cho Lycopene và caroten vì chúng không phân cực. Hình 3. 9: ?ồng độ Lycopene (mg/L) trong lưu chất CO2 siêu tới hạn tại 340 bar 3.3.2. Các thông số trích ly 3.3.2.1. ?hiệt độ và áp suất Áp suất là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng nhất trong kỹ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn. Áp suất quyết định đến tính chất hóa lý, khả năng khuếch tán cũng như tính hòa tan của CO2. Hiệu suất trích ly Lycopene tăng lên với áp suất từ 33,5 MPa đến 45 MPa ở nhiệt độ không đổi là 66°C và tăng nhiệt độ từ 45°C đến 66°C ở áp suất không đổi 45 MPa [207], bởi vì khối lượng riêng SC-CO2 tăng với áp suất ở nhiệt độ không đổi và độ hòa tan tăng với nhiệt độ ở áp suất không đổi. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ trích ly ở áp suất trên áp suất giao nhau. Sử dụng vỏ cà chua [202], tỷ lệ trích ly và hiệu suất đã tăng lên rất nhiều ở 110°C, kết quả tỉ lệ thu hồi Lycopene là 96% trong 40 phút và 100% trong 50 phút. Tuy nhiên, tỉ lệ thu hồi chỉ khoảng 20% và 30% đạt được trong 80 phút tương ứng ở 60°C và 85°C. Áp lực cũng bị ảnh hưởng bởi các thành phần của các chất cần trích ly như tỷ lệ thu hồi của trans-lycopene tăng và của cis- lycopene giảm với CO2 [205]. Vì vậy, các phân đoạn của trans-lycopene có thể được trích ly khi Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 56 mật độ CO2 được chọn là tối ưu vì các đồng phân Lycopene có độ hoà tan khác nhau trong SC- CO2. 3.3.2.2. Ảnh hưởng của tốc độ dòng Cùng với áp suất và nhiệt độ thì tốc độ dòng cũng là một thông số vô cùng quan trọng trong kỹ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn. Tốc độ dòng có những ảnh hưởng phức tạp đến hiệu quả của kỹ thuật trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn. Tổng hiệu suất trích ly carotenoids gia tăng với tốc độ dòng chảy từ 0.5, 1, và 2 L/ phút (đo ở áp suất và nhiệt độ tiêu chuNn) với khối lượng nguyên liệu tăng từ 934.8 đến 1332.3 µg/g và 1973.6 µg/g cà rốt khô tương ứng. Tuy nhiên, hiệu suất trích ly Lycopene giảm khi tốc độ dòng chảy đã được tăng lên 2,5-15 ml / phút (đo ở nhiệt độ và áp lực trích ly) [204]. So với hiệu suất thu hồi lycopene là 38,8% (hay sản lượng là 4,59 µg /g nguyên liệu) thu được tại tốc độ dòng là 2,5 ml / phút ; và hiệu suất chỉ có 8%, (~ 1 µg / g hoặc thấp hơn) với tốc độ dòng chảy lớn hơn 10 ml/min (ở áp suất và nhiệt độ tiêu chuNn) [204]. Hình 3. 10: ?ồng độ Lycopene chiết xuất từ hạt và vỏ cà chua ở 86°C và áp suất 34,47 MPa Với tỷ lệ lưu lượng 0,875-1,25 min / L (ở áp suất và nhiệt độ tiêu chuNn), hiệu suất trích ly dầu từ vỏ ôliu tăng lên, trong khi sản lượng giảm ở tốc độ dòng chảy cao hơn [208]. Việc giảm này có thể được quy cho thời gian lưu của CO2 ngắn và do đó việc CO2 ra khỏi thiết bị trích ly không được bão hòa với dầu [209]. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 57 3.3.2.3. Đồng dung môi (cosolvent) Các dung môi acetone, ethanol, methanol, hexane, dichloromethane, và nước đã được so sánh như đồng dung môi trong lưu chất CO2 siêu tới hạn bằng cách trộn đồng dung môi với các mẫu trước khi trích ly [202] và nó đã được chỉ ra rằng tất cả đồng dung môi được thử nghiệm trừ nước làm tăng hiệu suất trích ly Lycopene. Trong thực tế, nước cho thấy tác động tiêu cực, giảm hiệu suất trích ly Lycopene đến 2%. Ethanol tăng tỷ lệ thu hồi nhưng lại giảm hiệu suất trích ly. Tất cả các đồng dung môi khác đã được nghiên cứu không chỉ tăng hiệu suất trích ly Lycopene, mà còn cải thiện tốc độ trích ly đến các mức độ khác nhau [202]. Hình 3. 11: Tỷ lệ thu hồi tương đối của Lycopene từ vỏ cà chua có bổ sung các đồng dung môi khác nhau ở 110°C. Với áp suất 400 atm và tốc độ dòng của CO2 là 1,5 ml/phút. [202] Việc các loại dầu sử dụng thực vật như một đồng dung môi cho việc trích ly Carotenoids từ rau quả gần đây cũng đang được nghiên cứu và phát triển (Sun, M. và cộng sự, 2006; Shi, J., 2001; Vasapollo, G. và cộng sự; 2004) [198, 203, 207]. Ví dụ, dầu hazelnut đã được Vasapolloet và cộng sự (2004) lựa chọn bởi [207] vì tính acid thấp của nó, có thể ngăn chặn sự suy thoái của Lycopene trong khi trích ly. Hiệu suất trích ly Lycopene tăng lên khi thêm dầu hazelnut như là một cosolvent, nhưng các trích xuất được pha loãng hơn với lượng dầu nhiều [207]. Đối với việc khai thác mà không bổ sung đồng dung môi, việc thu hồi Lycopene duy trì thực tế dưới 10% trong khoảng thời gian 2-5 giờ khai thác, trong khi với sự hiện diện của dầu hazelnut, việc thu hồi Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 58 Lycopene tăng lên khoảng 20% trong 5 giờ và 30% trong 8 giờ. Sun và Temelli (2006) [198] thêm dầu hạt cải vào SC-CO2 khi tiến hành thu hồi Carotenoids từ cà rốt. Hiệu suất trích ly với SC-CO2 mà không cần thêm dầu hạt cải cho α-carotene là 137 đến 330,4 µg/g và cho β-carotene là 171,7-386,6 µg/ g nguyên liệu ban đầu tại các nhiệt độ và áp suất khác nhau, trong khi hiệu suất tăng hơn gấp đôi từ 288,0-846,7 µg / g và 333,8-900,0 µg / g nguyên liệu cho α và β- carotene, tương ứng, khi bổ sung dầu hạt cải. Các lợi thế lớn của việc sử dụng dầu thực vật như cosolvents là việc loại bỏ dung môi hữu cơ mà cần phải được loại bỏ sau này, và thực tế là dầu được làm giàu trong các chất có hoạt tính sinh học có thể được sử dụng trong một loạt các sản phNm ứng dụng. Hình 3. 12: Hiệu suất trích ly Carotenoids (µg/ g nguyên liệu ban đầu, tính trên căn bản khô) thu được từ phương pháp trích ly truyền thống (TSE) và trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn (4 h khai thác) ở tất cả kết hợp của áp suất, nhiệt độ kết hợp và nồng độ dầu hạt cải. [198] (a) α-carotene, (b) β-carotene, (c) lutein và (d) tổng số carotenoids. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 59 Chương 4: KẾT LUẬ? Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn cung cấp tính linh hoạt đáng kể cho khai thác các sản phNm thực phNm liên quan và nguyên liệu thô. Nhìn chung, quá trình trích ly còn đơn giản, vẫn còn mang những nguyên tắc cố hữu trong quy trình khai thác trích ly. Các cải tiến mới trong việc tiến hành xử lý liên tục các loại nguyên liệu rắn và lỏng, trích ly trong và ngoài thiết bị đang được tiếp tục phát triển và cải thiện về thiết kế trang thiết bị và tính năng hoạt động; từ đó làm cho quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn hiệu quả hơn và cạnh tranh. Các nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu các ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến hiệu suất trích ly nhằm tối ưu hoá quá trình. Tuy nhiên, cho đến nay kỹ thuật SCFE vẫn chưa được áp dụng vào sản xuất. Bài toán chi phí cần phải được giải quyết một cách thích hợp để có thể tạo ra sản phNm với chất lượng cao đi đôi với hiệu quả kinh tế. Carotenoids là chất màu có nhiều trong tự nhiên, đồng thời là chất có hoạt tính sinh học cao, cần thiết cho sức khoẻ con người. Hầu hết các tác giả đều tiến hành nghiên cứu, đưa ra kết luận và đề xuất các thông số kỹ thuật phù hợp cho quá trình trích ly trong các khoảng giá trị sau:  Khi cần trích ly nhiều đối tượng khác nhau trên cùng một mẫu, cần sử dụng đồng dung môi (như ethanol, acetone…) để tăng hiệu suất trích ly  Khoảng áp suất phù hợp: 20-45 MPa  Nhiệt độ trích ly: 40-60oC  Thời gian trích ly : 100-500 phút (tuỳ đối tượng)  Tốc độ dòng: 1,5x10-3 đến 19 g/phút (tuỳ đối tượng)  Đối với các mẫu rắn (như cà rốt, cà chua, Hiprose fruit, bí …) thì kích thước mẫu không quá 1mm Trong tương lai, các nghiên cứu về vấn đề này cần đi sâu vào các hướng sau: Tìm ra các phương thức tối ưu hoá hiệu quả quá trình và giảm chi phí trang thiết bị cũng như chi phí vận hành đến mức chấp nhận được để có thể áp dụng rộng rãi trong sản xuất; Nghiên cứu các ảnh hưởng của kỹ thuật SCFE lên các đối tượng khác như các hợp chất quý cần trích ly, các hợp chất có hoạt tính sinh học cũng như ảnh hưởng lên chất lượng sản phNm nói chung trên nhiều đối tượng khác nhau để có được những hiểu biết đầy đủ hơn về kỹ thuật này. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 60 Tài liệu tham khảo [1]. Lê Văn Việt Mẫn, Lại Quốc Đạt, Nguyễn Thị Hiền, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Trần Thị Thu Trà (2010), Công ghệ Chế Biến Thực Phm, NXB ĐHQG Tp.HCM, 1019tr. [2]. Đàm Sao Mai, Hồ Thiên Hoàng, Lê Văn Nhất Hoài, Nguyễn Thị Trang, Nguyễn Thi Mai Hương, Lưu Thảo Nguyên, Lâm Khắc Kỷ, Phạm Tấn Việt (2009), Hoá Sinh Thực Phm, NXB ĐHQG Tp.HCM, 309tr. [3]. Lê Ngọc Tú, La Văn Chứ, Đặng Thị Thu, Nguyễn Thị Thịnh, Bùi Đức Hợi, Lê Doãn Viên (2005), Hoá Sinh Công ghiệp, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 443tr. [4]. Gustavo V. Barbosa-Cánovas, María S. Tapia, M. Pilar Cano (2005), ovel Food Processing Technologies, CRC Press, 692 pages. [5]. George Britton, Synnove Liaaen-Jensen, Hanspeter Pfander (2008), Carotenoids- Volume 4: atural Functions, Birkhäuser Verlag,Switzerland, 370 pages. [6]. George Britton, Synnove Liaaen-Jensen, Hanspeter Pfander (2009), Carotenoids- Volume 5: utrition and Health, Birkhäuser Verlag,Switzerland, 431 pages. [7]. Gerd Brunner (2004), Supercritical fluids as solvents and reaction media, Elsevier, 641 pages. [8]. Cadenas Enrique, Lester Packer (2002), Handbook of Antioxidants (Oxidative Stress and Disease), Marcel Dekker, Inc., NY, 712 pages. [9]. Ram B. Gupta, Jae-Jin Shim (2007), Solubility in supercritical carbon dioxide, CRC Press, 909 pages. [10]. H.A. Frank, A. Young, G. Britton, Richard J. Cogdell (2004), The Photochemistry of Carotenoids (VOLUME 8: Advances in Photosynthesis and Respiration), Kluwer Academic Publishers, USA,401 pages. [11]. M. B. King, Theodore Reginald Bott (1993), Extraction of atural products using near critical solvents, Chapman & Hall, London, UK, 325 pages. [12]. Norman I. Krinsky, Susan T. Mayne, Helmut Sies (2004), Carotenoids in health and disease, Marcel Dekker, 568 pages. [13]. John Thomas Landrum (2009), Carotenoids: physical, chemical, and biological functions and properties, CRC Press, 544 pages. [14]. Walter Leitner, Philip G. Jessop (2009), Handbook of Green Chemistry- Green Solvents, Volume 4: Supercritical Solvents, Wiley-VCH, 478 pages. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 61 [15]. John McHardy, Samuel P. Sawan (1998), Supercritical fluid cleaning: fundamentals, technology and applications, William Andrew, 290 pages. [16]. José Luis Martínez (2008), Supercritical fluid extraction of nutraceuticals and bioactive compounds, CRC Press, 402 pages. [17]. Mamata Mukhopadhyay (2000), atural extracts using supercritical carbon dioxide, CRC Press, India, 339 pages. [18]. Lester Packer (2005), Carotenoids and retinoids: molecular aspects and health issues, AOCS Press, 350 pages. [19]. Laura A. de la Rosa, Emilio Alvarez-Parrilla, Gustavo A. González-Aguilar (2010), Fruit and vegetable phytochemicals: chemistry, nutritional value, and stability, John Wiley and Sons, USA, 367 pages. [20]. Syed S. H. Rizvi (1994), Supecritical fluid Processing of food and biomaterials, Chapman & Hall, London, UK, 257 pages. [21]. John R. Williams (2000), Supercritical fluid methods and protocols, Humana Press, 256 pages. [22]. Peter York, Uday B. Kompella, Boris Y. Shekunov (2004), Supercritical fluid technology for drug product development, CRC Press, 666 pages. [23]. J. Jay and D. C. Steytler (1992), "Nearcritical Fluids as Solvents for β-Carotene", The Journal of Supercritical Fluids, Vol.5, pp.274-282. [24]. Brunnerlo G. (2005), "Supercritical fluids: technology and application to food processing", Journal of Food Engineering, Volume 67, Issues 1-2, Pages 21-33. [25]. Ciurlia L., Mauro Bleve, Leonardo Rescio (2009), "Supercritical carbon dioxide co-extraction of tomatoes (Lycopersicum esculentum L.) and hazelnuts (Corylus avellana L.): A new procedure in obtaining a source of natural lycopene", The Journal of Supercritical Fluids, Volume 49, Issue 3, July 2009, Pages 338-344. [26]. Davarnejad R., K.M. Kassim, A. Zaina and Suhairi A. Sata (2008), "Supercritical fluid extraction of b-carotene from crude palm oil using CO2",Journal of Food Engineering, Vol. 89 [4], Pages 472-478. [27]. Diäaz-Reinoso B., Andreä S Moure, Herminia Domiänguez, And Juan Carlos Parajo (2006), "Supercritical CO2 Extraction and Purification of Compounds with Antioxidant Activity", Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 54, pp. 2441-2469. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 62 [28]. Elenise Bannwart De Moraes, Mario Eusebio Torres Alvarez, Maria Regina Wolf Maciel, And Rubens Maciel Filho (2006), "Simulation and Optimization of a Supercritical Extraction Process for Recovering Provitamin A", Applied Biochemistry and Biotechnology, Vol. 129–132, pp. 1041-1051. [29]. Feltl L. , Vera Pacáková , Karel ˇS tulík and Karel Volka (2005), " Reliability of Carotenoid Analyses: A Review", Current Analytical Chemistry, Vol.1, 93-102. [30]. Filho G. L., Veridiana V. De Rosso, M. Angela A. Meireles, Paulo T.V. Rosa, Alessandra L. Oliveira, Adriana Z. Mercadante, Fernando A. Cabral (2008), "Supercritical CO2 extraction of carotenoids from pitanga fruits (Eugenia uniflora L.)", The Journal of Supercritical Fluids, Volume 46, Issue 1, Pages 33-39. [31]. Gao Y, Xuan Liu, Honggao Xu, Jian Zhao, Qi Wang, Guangmin Liu and Qinfeng Hao (2010), "Optimization of supercritical carbon dioxide extraction of lutein esters from marigold (Tagetes erecta L.) with vegetable oils as continuous co-solvents", Separation and Purification Technology, Volume 71, Issue 2, Pages 214-219. [32]. Herrero M., Alejandro Cifuentes, Elena Ibañez (2006), "Sub- and supercritical fluid extraction of functional ingredients from different natural sources: Plants, food-by- products, algae and microalgae: A review", Food Chemistry, Volume 98, Issue 1, Pages 136- 148. [33]. Herrero M., Jose A. Mendiolaa, Alejandro Cifuentesa, Elena Ibá˜neza (2010), "Supercritical fluid extraction: Recent advances and applications", Journal of Chromatography A, Vol.1217, pp. 2495–2511. [34]. Holtin K., Maximilian Kuehnle, Jens Rehbein, Paul Schuler, Graeme Nicholson and Klaus Albert (2010), "Determination of astaxanthin and astaxanthin esters in the microalgae Haematococcus pluvialis by LC-(APCI)MS and characterization of predominant carotenoid isomers by NMR spectroscopy", Analytical and Bioanalytical Chemistry, Volume 395, Number 6, pp. 1613-1622. [35]. Jare´n-Gala´n M., Uwe Nienaber, and Steven J. Schwartz (1999), "Paprika (Capsicum annuum) Oleoresin Extraction with Supercritical Carbon Dioxide", J. Agric. Food Chem., Vol. 47, pp.3558-3564. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 63 [36]. Machmudah S., Yukari Kawahito, Mitsuru Sasaki, Motonobu Goto (2008), "Process optimization and extraction rate analysis of carotenoids extraction from rosehip fruit using supercritical CO2", J. of Supercritical Fluids, Vol. 44, pp.308–314. [37]. Mattea F., Ángel Martín , María José Cocero (2009), "Carotenoid processing with supercritical fluids", Journal of Food Engineering, Vol.93, 255–265. [38]. Meireles A. (2008), "Supercritical Fluid Extraction Of Medicinal Plants", EJEAFChe, vol.7 [8], pp.3254-3258. [39]. Mez-Prieto M. S. G., M. Mar Caja, Marta Herraiz, And Guillermo Santa-Mariäa (2003), "Supercritical Fluid Extraction of all-trans-Lycopene from Tomato", Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 51, pp. 3-7. [40]. Mohamed R.S. and G.A. Mansoori (2002), " The Use of Supercritical Fluid Extraction Technology in Food Processing", Featured Article - Food Technology Magazine, The World Markets Research Centre, London, UK. [41]. Montero O., Maria Dolores Maciäas-Saä Nchez, Carmen M. Lama, Luis M. Lubiaä , Casimiro Mantell, Miguel Rodriäguez, Andenrique M. De La Ossa (2005), "Supercritical CO2 Extraction of β-Carotene from a Marine Strain of the Cyanobacterium Synechococcus Species", Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 53, pp. 9701- 9707. [42]. Mukhopadhyay M. and Hiren Karamta (2008), "A Novel Process for Supercritical FluidExtraction of Nutraceuticals Enriched with Carotenoids", Indian Chemical Engineer,Vol. 50, No. 2, pp. 106-121. [43]. Nobre B., Filipa Marcelo, Renata Passos, Luis Beir˜ao, Ant´onio Palavra, Lu´ısa Gouveia, Rui Mendes (2006), "Supercritical carbon dioxide extraction of astaxanthin and other carotenoids from the microalga Haematococcus pluvialis", Eur Food Res Technol, Vol.223, pp. 787–790. [44]. Ollanketo M., Kari Hartonen, Marja-Liisa Riekkola, Yvonne Holm, Raimo Hiltunen (2001), "Supercritical carbon dioxide extraction of lycopene in tomato skins", Eur Food Res Technol, Vol.212, pp.561–565. [45]. Palmer M. V., Ting S. S. T. (1995), "Applications for supercritical fluid technology in food processing", Food Chemistry, Volume 52, Issue 4, Pages 345-352. Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 64 [46]. Pereira C. G. and M. Angela A. Meireles (2010), "Supercritical Fluid Extraction of Bioactive Compounds: Fundamentals, Applications and Economic Perspectives", Food and Bioprocess Technology, Volume 3, Number 3, Pages 340-372. [47]. Provesi J. G., Carolinne Odebrecht Dias, Edna Regina Amante (2011), "Changes in carotenoids during processing and storage of pumpkin puree", Food Chemistry, Vol. 128 [1], pp.195-202. [48]. Rizvi S.S.H., Al Benado (1986), “Supecritical fluid extraction: Operating principle and food applications”, Food Technology, 40 (7), p. 57 - 64. [49]. Rizvi S.S.H., Al Benado. (1986), “Supecritical fluid extraction: Fundamental principle and Modeling Methods”, Food Technology, 40 (6), p. 55 - 65. [50]. Rozzi N. L., R. K. Singh, R. A. Vierling, And B. A. Watkins (2002), "Supercritical Fluid Extraction of Lycopene from Tomato Processing Byproducts", Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol.50, pp. 2638-2643 [51]. Rozzi N. L., R. K. Singh, R. A. Vierling, And B. A. Watkins (2002), "Supercritical Fluid Extraction of Lycopene from Tomato Processing Byproducts", J. Agric. Food Chem.,Vol. 50, pp. 2638-2643. [52]. Seo J. S., Betty Jane Burri, Zhejiu Quan, Terry R. Neidlinger (2005), 'Extraction and chromatography of carotenoids from pumpkin", Journal of Chromatography A, Volume 1073, Issues 1-2, 6 May 2005, Pages 371-375. [53]. Serra A. T., Inês J. Seabra, Mara E.M. Braga, M.R. Bronze,Hermínio C. de Sousa, Catarina M.M. Duarte (2010), "Processing cherries (Prunus avium) using supercritical fluid technology. Part 1:Recovery of extract fractions rich in bioactive compounds", Journal of Supercritical Fluids, Vol.55, pp 184–191. [54]. Shi J., Chun Yi, Xingqian Ye, Sophia Xue, Yueming Jiang, Ying Ma, Donghong Liu (2010), "Effects of supercritical CO2 fluid parameters on chemical composition and yield of carotenoids extracted from pumpkin" , LWT - Food Science and Technology, Volume 43, Issue 1, Pages 39-44. [55]. Sun M., Feral Temelli (2006), "Supercritical carbon dioxide extraction of carotenoids from carrot using canola oil as a continuous co-solvent", J. of Supercritical Fluids, Vol.37, pp. 397–408 Đồ án môn học công nghệ thực phNm GVHD: ThS. Tôn Nữ Minh Nguyệt Trang 65 [56]. Takahashi M., Hiromoto Watanabe, Junko Kikkawa, Masaki Ota (2006), "Carotenoids Extraction from Japanese Persimmon (Hachiyakaki) Peels by Supercritical CO2 with Ethanol", Analytical Sciences, Vol. 22, pp.1441-1448. [57]. Vasapollo G., Luigia Longo, Leonardo Rescio, Loredana Ciurlia (2004), "Innovative supercritical CO2 extraction of lycopene from tomato in the presence of vegetable oil as co-solvent", The Journal of Supercritical Fluids, Volume 29, Issues 1-2, Pages 87-96. [58]. Wei P. C., Choo Yuen May, Ma Ah Ngan and Chuah Cheng Hock (2005), "Supercritical Fluid Extraction of Palm Carotenoids", American Journal of Environmental Sciences, vol.1 [4], pp 264-269. [59]. Yang S. X., Weiren Shi and Jin Zeng (2004), "Modelling the Supercritical Fluid Extraction of Lycopene from Tomato Paste Waste Using Neuro-Fuzzy Approaches", Lecture Notes in Computer Science, Volume 3174, Advances in /eural /etworks - ISNN 2004, Pages 129-140.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfSCFE carotenoids.pdf
Tài liệu liên quan