Đồ án Ứng dụng kỹ thuật membrane trong trích ly các hợp chất từ thực vật

ng taùc tónh ñieän. pH: nhìn chung doøng chaûy seõ keùm nhaát taïi pH ñaúng ñieän cuûa protein. Thay ñoåi pH aûnh höôûng ñeán tính tan vaø caáu taïo cuûa caùc thaønh phaàn doøng nhaäp lieäu. Hình 2.27. Aûnh höôûng cuûa pH leân löu löôïng. Lipid, daàu, môõ: vôùi caùc loaïi maøng coù tính kî nöôùc, caùc chaát beùo töï do seõ bao laáy maøng, keát quaû laø giaûm doøng chaûy. Caùc chaát phaù boït: ñöôïc söû duïng ñeå ngaên boït trong quaù trình boác hôi vaø leân men. Raát nhieàu chaát phaù boït treân thò tröôøng gaây ngheõn raát xaáu ñeán membrane coù tính kî nöôùc. Caùc membrane coù tính öa nöôùc ít bò aûnh höôûng hôn bôûi caùc chaát naøy. Caùc chaát muøn: ñaây laø caùc chaát ñieän ly coù tính axit yeáu. Chuùng trôû neân kî nöôùc hôn khi pH giaûm vì vaäy seõ taêng khaû naêng gaây ngheõn nhöõng membrane coù tinh kî nöôùc ôû pH thaáp. (Jucker vaø Clark, 1994). Caùc thaønh phaàn khaùc bò cho laø coù gaây neân fouling bao goàm caùc chaát nhôùt do vi khuaån, caùc hôïp chaát thôm vaø caùc polysaccharide ( Defrise vaø Gekas , 1988). Caùc thoâng soá kyõ thuaät Beân caïnh caùc töông taùc hoùa lyù phöùc taïp cuûa caùc thaønh phaàn nguyeân lieäu, caùc thoâng soá cuûa quaù trình nhö nhieät ñoä, vaän toác doøng, aùp suaát, noàng ñoä nguyeân lieäu, vaø thieát bò coù aûnh höôûng lôùn ñeán söï taéc ngheõn membrane. Nhieät ñoä: nhieät ñoä aûnh höôûng khoâng roõ raøng leân hieän töôïng fouling. Taêng nhieät ñoä cuõng coù theå laøm taêng löu löôïng doøng nhöng cuõng coù theå laøm giaûm löu löôïng doøng, tuøy thuoäc vaøo nguyeân lieäu. Ví duï ñoái vôùi cheese whey, taïi nhieät ñoä 300C, doøng giaûm khi taêng nhieät bôûi vì tính tan cuûa CaSO4 giaûm. Tuy nhieân khi nhieät ñoä tieáp tuïc taêng xa ñieåm 300C thì caùc hieäu öùng coù lôïi (ñoä nhôùt giaûm, khaû naêng khueách taùn taêng) seõ laøm giaûm caùc aûnh höôûng baát lôïi vaø doøng chaûy taêng. Taát nhieân veà maët sinh hoïc thì ôû nhieät ñoä quaù cao protein seõ bò bieán tính vaø seõ laøm giaûm löu löôïng doøng. Söï haáp thuï cuûa caùc phaân töû protein trong khoaûng nhieät ñoä 30 - 600C nhìn chung laø taêng khi nhieät ñoä taêng. Hình 2.28. AÛnh höôûng cuûa toác ñoä doøng Cross-flow vaø nhieät ñoä ñeán fouling Toác ñoä doøng vaø söï xaùo troän doøng: vaâïn toác doøng treân beà maët membrane cao nhìn chung coù khuynh höôùng keùo ñi caùc nguyeân lieäu laéng ñoïng, do ñoù giaûm trôû löïc nöôùc cuûa lôùp fouling. Tuy nhieân ñieàu naøy khoâng luoân luoân xaûy ra neáu aùp suaát quaù cao so vôùi toác ñoä doøng permeate. Khi ñoù caùc phaân töû lôùn seõ coù khuynh höôùng bò ñaåy ngöôïc trôû laïi vaø caùc phaân töû nhoû taäp trung treân beà maët maøng, gaây ra söï taéc ngheõn. Hình 2.29. Fouling khi caùc phaân töû coù kích thöôùc khoâng ñoàng ñeàu AÙp suaát: löu löôïng doøng taêng khi aùp suaát taêng, nhöng khoâng theo quy luaät tuyeán tính. Khi aùp suaát taêng quaù cao, lôùp taäp trung noàng ñoä tieán tôùi moät noàng ñoä tôùi haïn vaø doøng trôû neân khoâng phuï thuoäc vaøo aùp suaát. Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa kyõ thuaät membrane. Öu ñieåm: Haïn cheá ñöôïc söï bieán ñoåi cuûa caùc caáu töû nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä, ñaëc bieät laø trong coâng ngheä cheá bieán thöïc phaåm vaø coâng ngheä sinh hoïc. Tieát kieäm naêng löôïng hôn so vôùi caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng. Ít toán nhieàu chi phí cho thieát bò phuï trôï. Khaû naêng taùi söû duïng cao. Beân caïnh ñoù, kyõ thuaät membrane cuõng coøn moät soá maët coøn haïn cheá nhö sau: Noàng ñoä chaát khoâ cuûa doøng retentate toái ña thöôøng vaøo khoaûng 30% (w/w). Ñaây laø noàng ñoä töông ñoái thaáp trong quaù trình coâ ñaëc. Chi phí ñaàu tö thieát bò töông ñoái cao so vôùi kyõ thuaät truyeàn thoáng. Hieän töôïng fouling trong quaù trình vaän haønh. ÖÙNG DUÏNG KYÕ THUAÄT MEMBRANE TRONG TRÍCH LY CAÙC HÔÏP CHAÁT TÖØ THÖÏC VAÄT. Kyõ thuaät phaân rieâng baèng membrane ñaõ trôû thaønh phöông phaùp hieäu quaû trong vieäc tieát kieäm naêng löôïng, haïn cheá nhöõng bieán ñoåi laøm giaûm chaát löôïng baùn thaønh phaåm vaø thaønh phaåm. Kyõ thuaät membrane ra ñôøi, khoâng ngöøng ñöôïc nghieân cöùu, caûi tieán vaø aùp duïng ngaøy caøng roäng trong thöïc teá. Kyõ thuaät membrane ñöôïc öùng duïng trong coâng ngheä thöïc phaåm, coâng ngheä sinh hoïc vaø xöû lí moâi tröôøng. Trong nhieàu tröôøng hôïp, aùp duïng kyõ thuaät membrane seõ giuùp cho quaù trình saûn xuaát nhanh hôn, ñaït hieäu quaû kyõ thuaät vaø kinh teá cao hôn so vôùi caùc kyõ thuaät phaân rieâng truyeàn thoáng. Vôùi membrane quaù trình phaân rieâng thöôøng ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä moâi tröôøng vì vaäy cho pheùp caùc caáu töû nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä ñöôïc xöû lí toát maø ít aûnh höôûng ñeán tính chaát cuûa chuùng. ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong vieäc trích ly coâ ñaëc caùc hôïp chaát ngaøy caøng phoå bieán. Kyõ thuaät membrane coù caùc loaïi maøng vôùi nhöõng ñöôøng kính mao quaûn khaùc nhau neân ta coù theå söû duïng trích ly coâ ñaëc nhieàu hôïp chaát hay caùc saûn phaåm khaùc nhau nhö coâ ñaëc nöôùc quaû duøng maøng RO, coâ ñaëc protein töø ñoäng vaät, coâ ñaëc whey protein, söõa gaày vaø coâ ñaëc caùc hôïp chaát töø thöïc vaät nhö lipit, chaát maøu, protein, caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa. Caùc hôïp chaát töø thöïc vaät coù vai troø quan troïng trong nghaønh coâng ngheä thöïc phaåm, vieäc khai thaùc caùc chaát naøy laø ñieàu caàn thieát. Coù nhieàu phöông trích ly caùc hôïp chaát töø thöïïc vaät trong ñoù coù öùng duïng kyõ thuaät membrane ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø öùng duïng, ñeå hieåu roõ hôn thì tìm hieåu öùng duïng kyõ thuaät naøy nhaèm bieát ñöôïc caùc yeáu toá aûnh höôûng cuûa quaù trình xöû lyù baèng membrane leân khaû naêng trích ly coâ ñaëc caùc hôïp chaát töø thöïc vaät nhö baûn chaát cuûa nguyeân lieäu, caùc phöông phaùp coâ ñaëc baèng kyõ thuaät membrane, daïng thieát bò, vaät lieäu maøng, caùc thoâng soá kyõ thuaät… cuõng nhö chaát löôïng cuûa thaønh phaåm vaø khaû naêng öùng duïng vaøo caùc saûn phaåm trong coâng ngheä thöïc phaåm. Ñoái töôïng maø caùc nhaø khoa hoïc quan taâm nghieân cöùu nhieàu nhaát laø protein, hợp chất chống oxi hóa và ngoài ra còn nghiên cứu ứng dụng membrane trong trích ly lipit. ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly protein töø thöïc vaät Protein töø caùc haït coù daàu vaø ñi töø boät ñaõ taùch beùo chöùa haøm löôïng caùc acid amin khoâng thay thế caàn thieát, ñeå coâ ñaëc protein baèng kyõ thuaät membrane. Protein laø nguoàn dinh döôõng caàn thieát cho nhu caàu soáng cuûa con ngöôøi, protein thöïc vaät ñöôïc xem laø nguoàn nguyeân lieäu thay theá cho protein ñoäng vaät trong coâng ngheä thöïc phaåm bôûi khaû naêng baûo quaûn deã daøng, nguoàn nguyeân lieäu phoå bieán, ña daïng vaø khaû naêng öùng duïng vaøo caùc saûn phaåm thöïc phaåm thay theá nguoàn protein ñoäng vaät maø khoâng maát ñi giaù trò. Vieäc coâ ñaëc protein baèng phöông phaùp truyeàn thoáng laø keát tuûa protein baèng acid ñaõ laøm cho protein maát ñi nhieàu tính chaát chöùc naêng. Ñeå caûi thieän tính chaát chöùc naêng ngöôøi ta söû duïng kyõ thuaät sieâu loïc hoaëc keát hôïp sieâu loïc vôùi caùc phöông phaùp khaùc ñeå coâ ñaëc protein. Caùc saûn phaåm protein thu ñöôïc goàm protein isolate vaø protein concentrate coù vai troø ngaøy caøng quan troïng vaø ñöôïc öùng duïng nhieàu trong thöïc phaåm nhö thöùc aên dinh döôõng, söõa, caùc saûn phaåm thòt… nhaèm naâng cao giaù trò dinh döôõng cho thöïc phaåm nhö taän duïng caùc tính chaát chöùc naêng cuûa protein: khả naêng hoøa tan, khả naêng taïo nhuõ, khả naêng taïo boït, khả naêng taïo gel...Moät soá nguyeân lieäu thöïc vaät ñeå saûn xuaát protein isolate vaø protein concentrate ñaõ ñöôïc nghieân cöùu nhö haït lupin, haït Rosa rubiginasa, ñaäu naønh. Haït lupin chöùa khoaûng 50% protein vaø 11% chaát beùo. Protein lupin chöùa caân baèng löôïng acid amin caàn thieát. Vì theá haït lupin laø nguyeân lieäu tieàm naêng ñeå cheá bieán thöïc phaåm. Ñeå thöïc hieän quaù trình coâ ñaëc protein töø boät lupin baèng membrane ta cuõng söû duïng boät lupin ñaõ taùch beùo. Boät lupin taùch beùo coøn khoaûng 0.2-0.3% beùo. Nhöôïc ñieåm cuûa haït lupin laø chöùa haøm löôïng alkaloid cao vaø boät lupin seõ taïo ñoä nhôùt cao hôn boät ñaäu naønh khi hoøa tan trong nöôùc. Ngoaøi ra töø caùc haït coù daàu khaùc laø Rosa rubiginasa, cashew, ñaäu naønh…, cuõng coâ ñaëc baèng membrane töø boät ñaõ khöû chaát beùo. Naêm 2005, saûn löôïng haït coù daàu treân theá giôùi ñaït khoaûng 380 trieäu taán thì saûn löôïng boât protein töø haït coù daàu cuõng ñaït ñeán 207 trieäu taán. Ñaäu naønh, haït caûi daàu, haït boâng, haït höôùng döông vaø ñaäu phoäng laø nhöõng nguoàn nguyeân lieäu chính saûn xuaát boät protein laàn löôït cung caáp 69%, 12.4%, 5.3%, 2.8% löôïng boät treân theá giôùi, döïa vaøo soá lieäu treân thì saûn xuaát boät protein baèng ñaäu naønh laø cao nhaát, ñieàu ñoù noùi leân nguoàn protein ñaäu naønh chính laø nguoàn protein ñöôïc caùc nhaø nghieân cöùu quan taâm nhieàu nhaát. Coù nhieàu phöông phaùp trích ly protein ñaäu naønh trong ñoù öùng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly protein thöïc vaät töø ñaäu naønh treân nguyeân lieäu laø boät ñaäu naønh ñaõ khöû beùo ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu vaø trieån voïng Nguyeân liệu: Bột ñaäu naønh taùch beùo. Bột ñậu naønh taùch beùo ñược sản xuất bằng caùch nghiền vaø raây baùnh ñaäu naønh sau khi ñaõ taùch beùo thaønh phần coù trong bột ñậu naønh goàm protein, chaát beùo, hydrocacbon vaø khoaùng, lượng protein nằm trong khoảng 40-56% so với tổng chất khoâ. Ñaây laø nguyeân lieäu ñể sản xuất Soy protein concentrate (protein ñaäu naønh coâ ñaëc SPC) vaø Soy protein isolate (protein ñaäu naønh tinh khieát SPI). Ñeå thöïc hieän quaù trình coâ ñaëc protein töø boät ñaäu naønh baèng kyõ thuaätmembrane thì söû duïng boät ñaäu naønh ñaõ taùch beùo, löôïng beùo coøn soùt laïi khoaûng 0.5-1% seõ thöïc hieân quaù trình coâ ñaëc baèng membrane hieäu quaû giaûm hieïân töôïng fouling Bảng 3.1: Thaønh phần trong bột ñậu naønh taùch beùo Thaønh phần Tỉ lệ phần trăm (%) Độ ẩm 6-8 Protein tổng 40-56 Chất beùo 0.5-1 Chất xơ hoøa tan 2 Chất xơ khoâng hoøa tan 1-6 Tro 5-6 Hydrocacbon 30-32 Protein Protein trong bột ñậu naønh taùch beùo chiếm khoảng 40-56% so với tổng chất khoâ. Protein ñậu naønh coù những tính chất chức năng quan trọng trong chế biến thực phẩm. Ngoaøi ra protein ñậu naønh coøn chứa những acid amin khoâng thay thế cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của con người. Bảng 3.2: Thaønnh phần caùc acid amin coù trong bột ñậu naønh taùch beùo Acid amin Thaønh phần (mg/100g bột) Tryptophan 683 Threonine 2042 Isoleucine 2281 Leucine 3828 Lysine 3129 Methionine 634 Cystine 757 Phenylalanine 2453 Tyrosine 1778 Valine 2346 Arginine 3647 Histidine 1268 Alanine 2215 Aspartic acid 5911 Glutamic acid 9106 Glycine 2174 Proline 2750 Serine 2725 Chất beùo. Duø ñaõ taùch beùo nhưng thaønh phần chất beùo coøn lại chiếm 0.5-1% so với tổng chất khoâ. Ñaây laø thaønh phần khoâng mong muốn trong quùa trình coâ ñặc dung dịch protein bằng membrane bởi vì chuùng bao bọc bề mặt membrane vaø laøm cho maøng bị tắt nghẽn, dẫn ñến hiện tượng fouling. Hydrocacbon. Hydrocacbon chiếm khoảng 30-32% so với tổng chất khoâ. Hydrocacbon bao gồm caùc loại ñường (sucrose, glucose, frutose...) chiếm khoảng 14%, Xơ khoâng tan chiếm 16% vaø xơ hoøa tan chiếm 2%. Thaønh phần caùc loại ñường tan vaø xô tan sẽ hoøa tan vaøo nước vaø ñi qua maøng membrane trong quùa trình coâ ñặc bằng membrane. Thaønh phần cần quan taâm laø xơ khoâng hoøa tan. Chuùng ñược giữ lại treân maøng vaø coù thể gaây hiện tượng fouling. Vì thế giảm haøm lượng xơ khoâng tan trước khi thực hiện quùa trình coâ ñặc bằng membrane laø ñiều cần thiết. Khoùang Khoaùng laø thaønh phần khoâng mong muốn trong quùa trình coâ ñặc protein bằng membrane. Caùc loại khoaùng tan coù thể qua maøng nhưng cũng coù thể kết hợp với protein ñể gaây hiện tượng fouling như caùc loại khoaùng khoâng tan. Thaønh phaàn khoaùng maø quan taâm nhieàu nhaát laø Na, Ca, K, P Quy trình saûn xuaát soy protein Quaù trình thay thế vaø phaùt triển cho tinh chế protein thực vật vaø loại bỏ nhiều hợp chất khoâng mong muoán sử dụng coâng nghệ maøng. Chuùng ta coù theå loaïi boû caùc thaønh phaàn khoâng mong muoán nhö oligosaccharides, acid phytic vaø một số của caùc chất ức chế trypsin coù kích thước nhỏ hơn so với phaân tử protein vaø caùc thaønh phần chất beùo, bằng caùch lựa chọn cẩn thận caùc thoâng số maøng vaø ñiều chænh, ñể chọn lọc tạo ra một protein tinh khiết isolate hay concentrate với tính năng vượt trội. Quy trình saûn xuaát soy protein isolate Phöông phaùp trích ly protein baèng membrane Theo M. Cheryan (2004) trong phương phaùp thoâng thường, protein ñược chiết xuất với rượu hoặc kiềm, xử lyù nhiệt, lượng acid hoặc ly taâm. Kết quaû laø, protein ñậu naønh truyền thống ñoâi khi ngheøo tính chất tập trung vaø một số chức năng của caùc protein bị mất với caùc doøng thải như whey. Việc sử dụng phaân taùch maøng trong sản xuất caùc protein ñậu naønh tạo ra lợi ích ñaùng keå ñược quan taâm trong những năm qua bằng chứng laø một số bằng saùng chế gần ñaây vaø caùc ứng dụng bằng saùng chế. Söû duïng coâng ngheä maøng la xu höôùng hieän ñaïi ngoaøi ra aùp duïng coâng ngheä maøng keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp khaùc, ñoù laø keát hôïp vôùi diafiltration vaø ñieân-acid nhaèm naâng cao hieäu quaû trích ly. Phương phaùp sieâu lọc Sieâu lọc (UF) coù nhiều lợi thế hơn caùc phương phaùp truyền thống, chủ yếu laø khoâng cần thiết cho bất kỳ hoùa chất, tính chất phi nhiệt vaø whey protein laø một phần của sản phẩm cuối cuøng. Điều naøy dẫn ñến năng suất cao hơn vaø tính năng vượt trội của sản phẩm ñậu naønh UF, sieâu lọc ñem lại quùa trình ổn ñịnh cho nồng ñộ của protein ñậu naønh như caùc protein ñược giữ lại bởi caùc lớp maøng trong khi caùc oligosaccharides vaø khoaùng chất cần ñược loại bỏ khi chuùng thấm qua maøng. Một lợi thế của sieâu lọc laø caùc sản phẩm của sieâu lọc ñaõ ñược cải thiện tính chất hơn thoâng thường ñược sản xuất SPC vaø SPI coù thể bởi vì khoâng coù sử dụng quùa nhiều hoùa chất. Tuy nhieân, một hạn chế laø permeate giảm thoâng lượng với thời gian laø thaønh phaàn nguyeân liệu tích lũy trong maøng caùc lỗ mao quản cũng như treân bề mặt maøng. Trong một số trường hợp, giảm thoâng lượng coù thể rất quan trọng ñeå laøm cho maøng khoâng tắt nghẽn trong quy trình sản xuất protein Phương phaùp sieâu lọc kết hợp diafiltration Porter vaø Michaels (1970) laø người ñầu tieân ñề nghị UF cho phaân ñoạn protein chiết xuất từ ​​ñậu naønh. Okubo vaø coäng söï (1975) sản xuất protein ñậu naønh isolate bằng caùch sử dụng một sự kết hợp cuûa sieâu loïc vaø diafiltration lieân tục, trong khi Lawhon vaø coäng söï (1978) sử dụng một quùa trình diafiltration giaùn ñoạn. Phương phaùp naøy duøng ñể coâ ñặc dung dịch protein leân ñến nồng ñộ rất cao (>90%). Diafiltration laø phương phaùp duøng nước ñể pha loaõng tiếp phần retentate coøn lại ở treân maøng sau quùa trình sieâu lọc rồi cho hỗn hợp ñi tiếp qua membrane. Phương phaùp naøy giuùp loại theâm những chất soùt treân maøng maø ñaùng kể ra chuùng phải loại ra theo doøng permeat nhờ ñoù maø giảm tạp chất khoâng mong muốn vaø tăng nồng ñộ protein. Coù hai phương phaùp Giaùn ñoạn – discentinous diafiltration (DDF) Lieân tục – continous diafiltration (CDF) Phương phaùp diafiltration giaùn ñoạn laø doøng nước bơm một caùch giaùn ñoaïn ñể rửa phần retentate. Phương phaùp naøy rất linh ñộng trong việc ñiều khiển nồng ñộ tạp chất cần giảm vaø haøm lượng protein mong muốn. Phương phaùp diafiltration lieân tục laø bơm doøng nước một caùch lieân tục. Tốc ñộ doøng nước bơm vaøo bằng với tốc ñộ doøng permeat ñi ra. Phương phaùp sieâu lọc kết hợp với ñiện- acid (electro acidification) Theo Francois Lamarche (2005) một caùch tiếp cận mới kết hợp ñiện-axit hoùa vaø sieâu lọc, cho sản xuất của SPC với haøm lượng tro thấp gần ñaâyđñược phaùt triển. Khoaùng chất loại bỏ trong quùa trình sieâu lọc chủ yếu laø kali, phốt pho (phytic acid) vaø calcium. Electro- acidification laø kỹ thuật dựa vaøo sự sinh ra những proton ñược tạo ra trong sự taùch ra phaân tử nước tại bề mặt của membrane lưỡng cực. Những proton sẽ tiến về cathode vaø acid hoùa caùc protein hoøa tan. Sự acid từ từ protein laøm protein bị kết tủa. Ưu ñiểm của phương phaùp naøy laø kiểm soaùt ñược quaù trình acid hoùa bằng caùch ñiều chỉnh doøngđñiện ñầu vaøo acid vaø base ñược kiểm soaùt, từ ñoù laøm giảm haøm lượng tro. Nhược ñiểm của phương phaùp naøy laø ứng dụng trong quy moâ coâng nghiệp coøn bị hạn chế vì khi kết tủa protein từ từ trong buồng lắng thẩm tích ñiện sẽ laøm tăng khả năng tắt nghẽn do protein kết tụ treân bề mặt membrane (khi nồng ñộ protein cao) gaây tổn thất protein, laøm tăng trở lực của buồng từ ñoù laøm giảm hiệu quả của quaù trình. So saùnh ưu nhược ñiểm của từng phương phaùp Bảng 3.3: So saùnh ưu nhược ñiểm của từng phương phaùp Truyền thống Sieâu lọc Sieâu lọc + diafiltration Điện acid + Sieâu lọc + diafiltration Ưu ñiểm - Dễ thực hiện - Thiết bịđñơn giản rẽ tiền - Chi phí năng lượng thấp - Chất lượng tốt hơn so với truyền thống, khoâng tiếp xuùc với hoùa chất, xử lí nhiệt - Tính chất chức năng cũng cao hơn - Ít bị tổn thất protein - Nồng ñộ protein cao hơn so với sieâu lọc vaø truyền thống - Hạn chế tắt nghẽn maøng - Nồng ñộ protein ñạt rất cao so với caùc phương phaùp khaùc - Hạn chế tắt nghẽn maøng - Chất lượng protein cao Nhược ñiểm - Hiệu suất thấp - Chất lượng protein khoâng cao - Tính chất chức năng protein giảm ñaùng kể - Chi phí thiết bị cao - Hiện tượng tắt nghẽn maøng - Chi phí thiết bị cao - Quy trình thực hiện phức tạp - Tốn nước rửa - Chi phí thiết bị cao - Quy trình thực hiện phức tạp - Tiêeâu tốn ñiện Caùc phöông phaùp coâ ñaëc khaùc nhau seõ aûnh höôûng ñeán chaát löôïng saûn phaåm protein cuoái cuøng khaùc nhau, khoâng nhöõng phöông phaùp maø söû duïng thieát bò, hoaøn löu doøng saûn phaåm trong quaù trình coâ ñaëc baèng membrane cuõng aûnh höôûng raát lôùn ñeán khaû naêng thu hoài saûn phaåm 3.1.4 Caùc heä thoáng coâ ñaëc baèng maøng Vôùi söï tieán boä trong thieát keá heä thoáng cuõng nhö trong caùc lónh vöïc khoa hoïc lieân quan khaùc ñaõ cho pheùp coù nhöõng giaûi phaùp raát höõu hieäu ñeå ñaït ñöôïc noàng ñoä coâ ñaëc cao nhö saûn xuaát Soy protein concentrate vaø soy protein isolate, laø duøng phöông phaùp hoài löu doøng retentate toaøn phaàn hoaëc moät phaàn keát hôïp caùc kyõ thuaät membrane. Moâ hình hoài löu toaøn phaàn retentate Hình 3.2. Moâ hình hoài löu toaøn phaàn retentate. Hình 3.1 cho thấy một sơ ñồ thiết bị thiết lập ñược sử dụng trong nghieân cứu naøy. Heä thoâng goàm moät thieát bò membrane, moät boàn chöùa nguyeân lieäu, moät bôm, moät moâ ñun maøng, löu löôïng keá vaø moät thieát bò trao ñoåi nhieät. Bôm seõ ñöa nguyeân lieäu vaøo thieát bò membrane. Doøng permeate seõ ñöôïc thu hoài rieâng, doøng retentate seõ ñi qua moät löu löôïng keá ñeå xaùc ñònh löu löôïng vaø ñi qua thieát bò trao ñoåi nhieät ñeå oån ñònh nhieät ñoä, sau ñoù ñöôïc hoài löu toaøn phaàn veà boàn chöùa nguyeân lieäu. Quaù trình seõ ñöôïc tieáp dieãn cho ñeán khi noàng ñoä caùc caáu töû trong retentate taêng ñeán giaù trò mong muoán. Moâ hình naøy cho pheùp chuùng ta coâ ñaëc saûn phaåm moät khoaûng thôøi gian ngaén nhaát vaø tieát kieäm dieän tích membrane söû duïng. Trong moâ hình naøy chất trích ly từ ​​bột ñậu naønh khử chất beùo trong quaù trình sieâu lọc, moâ hình xoắn ốc vaø moâ-ñun ống cao phaân tử ñể sản xuất soy protein concentrate. Dòch ñaäu naønh coù xu hướng nghẽn maøng thấp với hai moâ-ñun khi hoạt ñộng ôû aùp suất 235 kPa (35 psi) hoặc ít hơn. Moâ hình hoài löu moät phaàn retentate. Ôû moâ hình naøy moät phaàn retentate seõ ñöôïc cho hoài löu trôû laïi thieát bò membrane nhôø moät bôm hoài löu rieâng. Quaù trình seõ ñöôïc tieáp dieãn cho ñeán khi noàng ñoä caùc caáu töû trong doøng retentate ñaït ñöôïc giaù trò mong. Nhö vaäy seõ caàn hai bôm: moät bôm cho nguyeân lieäu ñeå taïo ra moät aùp löïc chung trong heä thoáng vaø moät bôm cho phaàn retentate – laø ñoäng löïc ñeå daåy caùc caáu töû qua maøng taïo neân doøng permeate. Moâ hình naøy thöôøng ñöôïc söû duïng ôû quy moâ coâng nghieäp vôùi dieän tích membrane trong heä thoáng thieát bò töø 100m2 trôû leân. Membrane Permeate Retentate Nguyeân lieäu Dòch ñaäu naønh Hình 3.3: Moâ hình hoài löu moät phaàn retentate 3.1.5 Caùc yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng protein. Chất lượng của protein ñược ñaùnh giaù dựa vaøo tieâu chí laø nồng ñộ protein sau quaù trình sieâu lọc vaø thaønh phần của caùc tạp chất coøn lại trong sản phẩm retentate. Ta tiến haønh khảo saùt những yếu tố như bản chất membrane, bản chất nguyeân liệu vaø caùc thoâng số kỹ thuật như nhiệt ñộ, aùp suất..., ñến chất lượng protein ñậu naønh. 3.1.5.1 Khả năng phaân rieâng của membrane vaøo phaân tử lượng (molecular weight-cut off ) MWCO Đối với sieâu lọc, giaù trị MWCO nằm trong khoảng 2000-300000Da. Giaù trị MWCO cho biết maøng sẽ giữ lại treân bề mặt những chất coù phaân tử lượng lớn hơn giaù trị MWCO ñi qua maøng. Tuøy vaøo mục ñích sử dụng maø ta lựa chọn giaù trị MWCO cho phuø hợp. Với MWCO caøng lớn thì khả năng thu hồi caùc protein coù phaân tử lượng nhỏ hơn MWCO sẽ caøng thấp. Bản chất nguyeân liệu Tổng chất khoâ coù trong nguyeân liệu. Theo giả thiết, khi tổng chất khoâ coù trong doøng nhập liệu tăng thì thaønh phần protein ở phần retentate cuối cuøng sẽ tăng. Bảng 3.4: Caùc thí nghiệm chứng minh sự ảnh hưởng của tổng chất khoâ Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Tổng chất khoâ coù trong doøng nhập lieâu (%) 1,9 4,6 Tỉ lệ protein coù trong doøng nhập liệu (% chất khoâ) 50,5 50,5 Tốc ñộ doøng ban ñầu (LM2H) 77,9 55,1 Tổng chất khoâ coù trong retentate (%) 11,6 17,1 Tốc ñộ doøng khi kết thuùc quaù trình (LM2H) 36,7 22,6 Tỉ lệ protein coù trong retentate 66 62,6 Döïa vaøo baûng, ta thaáy toång chaát khoâ trong doøng nhaäp lieäu taêng thì toång chaát khoâ trong retentate taêng. Tuy nhieân, duø coù toång chaát khoâ troøng doøng nhaäp lieäu cao hôn nhöng tyû leä thaønh phaàn protein coù trong retentate cuuoùi cuøng laïi thaáp. Ñieàu naøy chöùng toû giaû thieát treân chæ ñuùng trong khoaûng veà toång chaát khoâ cuûa doøng nhaäp lieäu. Nguyeân nhaân gaây maát maùt protein laø do protein coù moät soá nhoùm chöùc kî nöôùc vaø moät soá nhoùm chöùc tích ñieän, caùc nhoám naøy coù theå töông taùc hoaëc keát hôïp taïo phöùc vôùi moät soá nhoùm chöùc cuûa cuûa membrane hay keát hôïp vôùi caùc chaát khoaùng laøm thay ñoåi tính chaát protein hoaëc trong moät soá tröôøng hôïp coù theå protein chui vaøo mao quaûn gaây toån thaát protein PH Ta khảo saùt PH ở 3 giaù trị laø 9,7 vaø 6 ñến nồng ñộ protein vaø caùc thaønh phần như tro, cacbonhydrate, nồng ñộ caùc chất Na, Ca, K vaø P coù trong dịch ñậu naønh sau quaù trình lọc. Bảng 3.5: Thaønh phần protein, tro, cacbonhydrate trong dịch retentate sau quaù trình lọc ( kích thước mao quản 100kDa, aùp suất 30psi) Thanh phần protein (% chất khoâ) Thaønh phần tro (% chất khoâ) Thaønh phần cacbonhydrate (% chất khoâ) Dịch trích pH=9 59,9 10,4 29,7 Sieâu lọc 76,8 8,4 14,8 Sieâu lọc + diafiltration 87,6 7,5 4,9 Dịch trích pH=7 57,6 11,9 30,5 Sieâu lọc 74,2 8,9 16,9 Sieâu lọc + diafiltration 86,3 6,9 6,8 Dịch trích pH=6 55,2 8 36,8 Sieâu lọc 71,7 5,7 22,6 Sieâu lọc + diafiltration 84,7 3,8 11,5 Thaønh phaàn protein Döïa vaøo baûng treân ôû pH=9 thì thaønh phaàn protein chieám tyû leä cao nhaát roài ñeán pH=7 cuoái cuøng laø pH=6. Ñieàu naøy chöùng toû khi giaûm pH thì löôïng protein thu ñöôïc cuõng giaûm theo Thaønh phaàn tro vaø carbonhydrate: ÔÛ pH=6 thì khaû naêng loaïi tro laø toát nhaát ÔÛ pH=7 thì khaû naêng loaïi carbonhydrate laø toát nhaát ÔÛ hai giaù trò pH=6 vaø 7 thì tæ leä loaïi ñöôïc tro vaø carbonhydrate cao hôn nhieàu so vôùi pH=9 Bảng 3.6: Thaønh phaàn caùc loaïi khoaùng coù trong dòch retentate sau quaù trình sieâu loïc (kích thöôùc mao quaûn 100kDa, aùp suaát 30psi) Thaønh phần Na (mg/ml dịch Thaønh phần K (mg/ml dịch Thaønh phần Ca (mg/ml dịch Thaønh phần P (mg/ml dịch Dịch trích pH=9 7,1 29 3,95 8,99 Siêu lọc 5,6 23,5 4,61 10,47 Sieâu lọc + diafiltration 3,3 17,5 5,38 11,57 Dịch trích pH=7 7 64,5 3,81 8,73 Sieâu lọc 4,6 27,7 4,56 9,83 Sieâu lọc + diafiltration 3 17,3 4,98 10,5 Dịch trích pH=6 6,3 24,6 4,25 8,57 Sieâu lọc 4,5 12,3 3,58 7,48 Sieâu lọc + diafiltration 1,9 8,3 2,8 5,98 Thaønh phaàn khoaùng: Na, K, Ca, P ÔÛ pH=6 thì khaû naêng loaïi ñöôïc Na, K, Ca, P laø toát nhaát tieáp theo laø pH=7 vaø cuoái cuøng laø pH=9. Vaäy pH caøng lôùn thì khaû naêng loaïi khoaùng caøng thaáp Vaäy giaù trò pH seõ aûnh höôûng raát lôùn ñeán vieäc taùch tro, carbonhydrate vaø khaû naêng thu hoài protein. Vì theá tuøy theo nhu caàu veà haøm löôïng protein hay ñoä tinh khieát cuûa protein maø ta löïa choïn giaù trò pH cho phuø hôïp Nhiệt ñộ Khi nhiệt ñộ tăng leân quaù cao (>600C) thì protein bị biến tính laøm giảm chất lượng của protein thaønh phẩm. Ngoaøi ra coøn caùc yếu tố khaùc như phương phaùp sản xuất, vật liệu maøng….. 3.1.6 Sản phẩm của quaù trình coâ ñặc dung dịch protein bằng sieâu lọc Caùc sản phẩm protein ñậu naønh ñược sản xuất bằng quaù trình coâ ñặc dung dịch protein vaø nguyeân liệu laø bột ñậu naønh ñaõ taùch beùo. Chuùng ta coù hai dạng sản phẩm laø: Soy protein concentrate (SPC) vaø Soy protein Isolate (SPI) Soy protein concentrate (SPC) vaø Soy protein Isolate (SPI) ngaøy caøng ñược sử dụng phổ biến trong caùc loại thực phẩm chế biến, tương tự thịt, sữa vaø sản phẩm baùnh. Coù giaù trị dinh dưỡng cao chứa haøm lượng acid amin thiết yếu. Soy protein concentrate Định nghĩa: Theo ñịnh nghĩa của Association of american feed control officials thì soy protein concentrate sản xuất từ hạt ñậu naønh ñaõ boùc vỏ, taùch gần hết dầu vaø cấu tử tan trong nước khoâng phải laø protein vaø phải chứa tối ña laø 70% protein treân haøm lượng chất khoâ Bảng 3.7: Thaønh phần của Soy protein concentrate Loại Thaønh phần Protein >70% Tro <7% Beùo <1% Xơ >4,5% Ẩm <8% Ứng dụng Trong sản xuất caùc sản phẩm từ thịt, ñaây laø ứng dụng quan trọng nhất của SPC trong coâng nghệ thực phẩm. SPC phần lớn ứng dụng trong caùc sản phẩm từ thịt heo, thịt gia cầm vaø caù ñể tăng haøm lượng nước vaø giöõ beùo. SPC ñoùng vai troø quan trọng trong việc giảm lượng thịt, tăng lượng chất beùo vaø giảm giaù thaønh sản phẩm. Bảng 3.8: Haøm lượng SPC coù trong caùc sản phẩm thoâng thường như sau ( theo haøm lượng chất khoâ) ( campbel 1985) Chả 5-10% Tương ớt 2-8% Thịt vieân 2-12% Xuùc xích Max 3,5% Caù vieân 5-10% Ngoaøi ra coøn nhiều ứng dụng khaùc như trong sản xuất baùnh, laøm bền hệ phaân taùn trong thức uống, giả caùc sản phẩm từ sữa… Soy protein isolate (SPI) Định nghĩa: Theo ñịnh nghĩa (AAFCO) thì soy protein isolate ñược sản xuất từ bột ñậu naønh ñaõ taùch vỏ, taùch beùo vaø loại hết những phần khoâng phải laø protein vaø chứa ít nhất laø 90% protein treân haøm lượng chất khoâ. Bảng 3.19: Thaønh phần của Soy protein isolate Loại Thaønh phần Protein >90% Tro 4% Beùo 0,5% Xơ 0,3% Ẩm 8% Nguồn: kolar vaø coäng söï 1985 Ứng dụng Trong caùc sản phẩm từ thịt: Trong xuùc xích dạng nhũ tương như xuùc xích Đức vaø xuùc xích hun khoùi, SPI laøm bền hệ nhũ tương. Haøm lượng sử dụng 1-4% theo haøm lượng chất khoâ. Việc sử dụng SPI giảm tỉ lệ của thịt maø khoâng giảm chất lượng protein hay chất lượng sản phẩm. Ngoaøi ra coøn ứng dụng nhiều trong caùc sản phẩm khaùc như ngũ coùc,thủy hải sản, sữa bột nhaân tạo… Bảng 3.10: Protein concentrate vaø isolate Tính chất chức năng Giải thích Ứng dụng trong thực phẩm Duøng protein concentrate/isolate Khẳ năng hoøa tan Sự solvarprotein phuø thuộc vaøo pH Thức uống Concentrate Khả năng lieân kết với nước Lieân kết hidro với nước, chống sự taùch nước Thịt, xuùc xích, baùnh mì Concentrate Khẳ năng tạo ñộ nhớt Lieân kết với nước tạo ñộ nhớt, ñộ seät Nước sốt concentrate/isolate Khẳ năng tạo gel Tạo cấu truùc gel protein Thịt, phomai concentrate/isolate Khẳ năng kết dính Protein ñoùng vai troø như chất kết dính Thịt, xuùc xích, mì, baùnh mì concentrate/isolate Khẳ năng co dính ñaøn hồi Lieân kết disulfide Thịt, caùc loại baùnh nướng isolate Khẳ năng tạo bọt Tạo lớp maøng giữ khí Baùnh ngọt isolate Khẳ năng nhũ hoùa Laøm bền hệ nhũ hoùa Xuùc xích, nước cốt concentrate/isolate Khẳ năng lieân kết chất beùo Lieân kết với caùc chất beùo tự do Thịt, xuùc xích concentrate/isolate 3.2 ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly hợp chất chống oxi hóa töø thöïc vaät Chaát choáng oxy hoùa ñaõ ñöôïc chöùng minh laø coù moät loaït caùc öùng duïng tích cöïc trong sinh hoïc. Trong nhöõng thaäp kyû qua, nhieàu nghieân cöùu ñaõ chæ ra raèng cheá ñoä aên uoáng chöùa chaát choáng oxy hoùa töï nhieân coù theå trung hoøa caùc taùc ñoäng coù haïi cuûa caùc goác töï do vaø coù theå laø moät cô cheá baûo veä quan troïng cuûa cô theå choáng laïi oxy hoùa stress. Caùc hôïp chaát phenol töï nhieân phöùc taïp laø moät tieàm naêng lôùn ñöôïc öùng duïng trong ngaønh coâng nghieäp döôïc phaåm vaø laø chaát choáng oxy hoùa trong ngaønh coâng nghieäp thöïc phaåm. Polyphenols laø moät loaït caùc hôïp chaát khoâng chæ coù trong röôïu vang vaø nho, maøcoøn trong nhieàu loaïi hoa quaû vaø rau quaû, cheø, phuï phaåm daàu oâ liu, saûn phaåm chocolate vaø ca cao khaùc vì vaäy seõ coá gaéng trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø thöïc vaät Kỹ thuật trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø thöïc vaät Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc baùo caùo khaùc nhau ñaõ xuaát hieän, theo caùc baèng saùng cheá, aán phaåm giöõa naêm 2005 naêm vaø 2009 cho vieäc thu hoài chaát choáng oxy hoùa phenol, söï phaân taùch trong dung moâi trích ly vaø maøng, rieâng leû hoaëc keát hôïp vôùi moät soá phaân taùch khaùc chaúng haïn nhö ly taâm, taùch saéc kyù, vaø coâ ñaëc ñeå trích ly, phaân rieâng vaø tinh cheá caùc hôïp chaát phenolic khaùc nhau nhö 3,4-dihydroxy benzoic acid (protocatechuic acid), methyl 3,4,5-trihydroxybenzoate (Gallic acid methyl ester hay methyl gallate), 3,4-dihydroxy benzaldehyde (protocatechualdehyde), 4-hydroxycinnamic acid (p-coumaric acid), 3,4-dihydroxycinnamic acid (caffeic acid), 4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid (ferulic acid), 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzoic acid (syringic acid) vaø 4-hydroxy-3-methoxybenzoic acid (vanillic acid). Tröôùc kia thì kyõ thuaät khai thaùc söû duïng roäng raõi nhaát thu hoài caùc hôïp chaát phenolic laø söû duïng dung moâi höõu cô, nhöng baát lôïi nhaát laø chi phí cao do vieäc söû duïng löôïng dung moâi höõu cô lôùn. Ngoaøi ra caùc dung moâi höõu cô thì coù tính ñoäc vaø tính deã chaùy. Sau naøy kyõ thuaät tieân tieán hieän ñaïi thì vieäc trích ly caùc hôïp chaát phenolic khoâng chæ coù dung moâi höõu cô maø ñaõ coù söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn vaø kyõ thuaät membrane Söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn Thöôøng dung moâi sieâu tôùi haïn söû duïng roäng raõi ñeå trích ly caùc hôïp chaát phenolic laø Carbondioxit. Öu ñieåm cuûa dung moâi sieâu tôùi haïn naøy laø an toaøn moâi tröôøng, haïn cheá ñöôïc moät soá nhöôïc ñieåm cuûa dung moâi höõu cô laø ñoäc haïi, chaùy noå, carbon dioxide laø giaù rẻ vaø trích ly hôïp chaát phenolic cao hôn so vôùi dung moâi thoâng thöôøng. Tuy nhieân, trích ly vôùi SCFs laø yeâu caàu caùc söû duïng thieát bò aùp löïc cao neân ñaét tieàn, vaø haàu heát cuûa caùc hôïp chaát phenolic keùm hoøa tan trong CO2 tinh khieát, duøng CO2 tinh khieát sieâu tôùi haïn chæ coù theå trích ly caùc hôïp chaát phenolic coù phaân töû löôïng qua thaáp vì vaäy söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn vôùi CO2 tinh khieát khoâng phaûi laø moät phöông aùn hieäu quaû nhaát ñeå trích ly caùc hôïp chaát phenol phöùc taïp. Ñeå naâng cao khaû naêng hoøa tan cuûa chaát tan trong pha sieâu tôùi haïn söû duïng ñoàng dung moâi, ví duï nhö röôïu phaân töû löôïng thaáp toát nhaát laø methanol, do ñoù seõ taêng hieäu quaû khai thaùc nhöng cuõng chæ trích ñöôïc caùc hôïp chaát phenolic coù phaân töû löôïng trung bình (döïa vaøo vieäc kieåm tra baèng HPLC) nhöng laïi coù baát tieän chính cuûa vieäc söû duïng ñoàng dung moâi, laø caàn theâm moät giai ñoaïn cuoái cuûa quaù trình ñeå taùch caùc hôïp chaát dung moâi töø chaát tan... Vì theá söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn coøn maét phaûi moät soá nhöôïc ñieåm trong trích ly phenolic khoâng hieäu quaû nhö trích ly caùc hôïp chaát khaùc, ñeå caûi thieän vieäc trích ly caùc hôïp chaát polyphenol caùc nhaø khoa hoïc ñaõ nghieân cöùu vaø öùng duøng coâng ngheä maøng Söû duïng kyõ thuaät membrane ÖÙng duïng coâng ngheä maøng ñeå thu hoài chaát choáng oxy hoùa ñöôïc chuù troïng do ngoaøi nhöõng öu ñieåm nhö dung moâi sieâu tôùi haïn thì coâng ngheä maøng coøn moät soá lôïi theá cuûa noù chuû yeáu laø tieâu thuï naêng löôïng thaáp, khoâng coù phuï gia yeâu caàu vaø khoâng thay ñoåi pha. ÖÙng duïng coâng ngheä maøng loïc ñem lai hieäu quaû ñaùng keå trong xöû lyù baèng maøng vi loïc (MF), sieâu loïc (UF), nanofiltation (NF) vaø thaåm thaáu ngöôïc (RO) maøng. Kyõ thuaät membrane coù theå laøm vieäc ôû nhieät ñoä moâi tröôøng vì theá caùc caáu töû nhaïy caûm vôùi moâi tröôøng khoâng bò thuûy phaân do nguyeân nhaân naøy, kyõ thuaät thoâng thöôøng nhö coâ ñaëc khoâng phuø hôïp phaûi söû duïng coâng ngheä maøng chaúng haïn nhö vi loïc (MF), sieâu loïc (UF) vaø loïc nano (NF) coù theå ñöôïc thay theá toát trong quy trình. Söû duïng coâng ngheä maøng tröôùc heát söû duïng dung moâi loûng ñôn giaûn ñeå trích ly caùc hôïp chaát phenolic, Caùc coâng ngheä maøng nhö MF, UF, NF, coù theå ñöôïc söû duïng ñeå taùch theo kích thöôùc, lieân quan ñeán troïng löôïng phaân töû cuûa noù. Caùc hôïp chaát phenolic khaùc nhau coù phaân töû löôïng khaùc nhau töø nhoû ñeán lôùn coù theå thu ñöôïc hieäu quaû baèng coâng ngheä maøng söû duïng caùc maøng moät caùch lieân tieáp cho pheùp thu ñöôïc caùc phaân töû löôïng khaùc nhau ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu cho vieäc tinh saïch, thu hoài vaø noàng ñoä chaát choáng oxy hoùa Baûng 3.11: So saùnh caùc kyõ thuaät söû duïng ñeå phuïc hoài caùc Chaát choáng oxy hoùa Kyõ thuaät Söû duïng hoùa chaát AÙp suaát cao Nhieät ñoä cao Thay ñoåi pha AÙp duïng Trích ly dung moâi Dung moâi höõu cô - - - Rieâng leû hoaëc tröôùc khi phaân rieâng baèng maøng Trích ly dung moâi sieâu tôùi haïn CO2 + + + Rieâng leû hoaëc tröôùc khi phaân rieâng baèng maøng Membrane Membrane + - - Sau trích ly dung moâi Coät saéc kyù Nhöïa, dung moâi elution - - - Rieâng leû hoaëc sau trích ly dung moâi, hoaëc sau phaân rieâng baèng membrane Döïa vaøo baûng 3.11 cho thaáy höôùng töông lai cuûa caùc quaù trình cho thu hoài cuûa chaát choáng oxy hoùa laø söû duïng coâng ngheä maøng. 3.2.2 ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø nho. Keå töø khi SFE vôùi tinh khieát SC-CO2 khoâng phaûi laø moät phöông phaùp hieäu quaû ñeå trích ly toát nhaát phenol phöùc taïp coù trong nho. Söû duïng coâng ngheä maøng keát hôïp vôùi moät soá hôïp dung moâi ñôn giaûn ñöôïc söû duïng seõ trích ly ñöôïc caùc phenolic phöùc taïp coù trong nho. Tröôùc tieân laø söû duïng dung moâi hydroalcoholic (methanol + nöôùc, 80/20) trích ly chuû yeáu laø caùc proanthocyanidins oligomeric (PAS), coù tính chaát dinh döôõng cao hôn so vôùi cuûa PAS polymerized. Proanthocyanidins laø chuoãi cô baûn polymer cuûa flavonoid nhö catechin, vaø caáu truùc cuûa chuùng coù theå deã daøng thay ñoåi, bò thuûy phaân khi nhieät ñoä taêng, sau ñoù söû duïng coâng ngheä maøng ñeå thu ñöôïc caùc chaát trích ñöôïc naøy. Söû duïng coâng ngheä maøng cuûa heä thoáng maøng lieân tuïc seõ trích ly hôn 90% thaønh phaàn caùc loaïi phenolic khaùc nhau. Coâng ngheä maøng laø moät phöông phaùp toát cho taùch polyphenol coù trong haït nho vôùi troïng löôïng phaân töû khaùc nhau, haøm löôïng polyphenolic khaùc nhau vaø caùc khaû naêng choáng oxy hoùa khaùc nhau (Sagrario Beltraùn (2008)). 3.2.3 ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø Olive mill wastewater (nöôùc thaûi töø saûn xuaát daàu Olive-OMW). Nöôùc thaûi töø saûn xuaát daàu Olive (OMW), ñöôïc taïo ra bôûi caùc ngaønh coâng nghieäp khai thaùc daàu trong quy trình saûn xuaát daàu oâ liu lieân quan ñeán moät trong nhöõng quùa trình trích ly sau: i) trích ly daàu oâ liu baèng quaù trình eùp, ii) trích ly daàu oâ liu baèng ba giai ñoaïn taâm ly, vaø, iii) trích ly daàu oâ liu baèng hai giai ñoaïn ly taâm. Moãi quaù trình taïo ra chaát thaûi coù caùc ñaëc tính khaùc nhau gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng vaán ñeà laø do haøm löôïng höõu cô cao phaùt sinh töø polyphenol vôùi khaû naêng phaân huûy thaáp, chöùa hôn 30 hôïp chaát phenolic trong ñoù, OMW coù theå xem laø moät nguoàn cung caáp nhieàu caùc hôïp chaát phenolic coù ñaëc tính choáng oxy hoùa maïnh. OÂliu biophenols laø hôïp chaát coù hoaït tính sinh hoïc vaø coù nhieàu chaát ñôn giaûn vaø phöùc taïp ñöôïc ñaëc tröng bôûi moät hoaëc ña chöùc naêng. Theo Pizzichini vaø Russo (2005; ñöôïc ñeà caäp trong Serpil Takac (2009)) cho thaáy moät quaù trình ñeå hoaøn toaøn thu hoài caùc thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa OMW oâ liu söû duïng coâng ngheä maøng. Caùc baèng saùng cheá öùng duïng lieân quan tôùi moät phaân ñoaïn quaù trình choïn loïc cuûa caùc thaønh phaàn coù trong OMW, cho pheùp thu hoài cuûa caùc hôïp chaát polyphenolic chöùa trong ñoù. Trong saùng cheá, hoaït ñoäng cuûa maøng ñöôïc söû duïng sau khi ñieàu chænh ñoä pH cuûa OMW pH 3-4,5 ñeå ngaên chaën quaù trình oxy hoùa cuûa polyphenol, ñeå öu tieân cho caùc chuyeån ñoåi oleuropein thaønh hydroxytyrosol, vaø taïo ñieàu kieän toái öu ñeå xöû lyù enzyme tieáp theo. Theo quaù trình ñeà xuaát, caùc axit hoùa nöôùc thaûi bò enzyme thuûy phaân cuûa moät enzyme pectinase phöùc taïp ñeå loaïi boû caùc xenluloza, hemixenluloza vaø pectin microdispersed caùc thaønh phaàn töø OMW. Caùc phaàn chaát loûng taùch ra töø caùc saûn phaåm phaân huûy sau ñoù ñöôïc söû duïng trong moät heä thoáng maøng bao goàm caû heä thoáng MF, NF vaø RO, theo thöù töï. Retentate cuoái cuøng cuûa heä thoáng RO raát giaøu polyphenol. Caùc retentate cuûa heä thoáng MF coù theå cuõng ñöôïc söû duïng ñeå trích ly caùc hôïp chaát polyphenolic ñoù. Vieäc söû duïng moät heä thoáng diafiltration, sau caùc heä thoáng MF, ñem laïi lôïi ích cho vieäc thu hoài theâm polyphenol trong retentate cuûa heä thoáng MF. Theo Serpil Takac (2009) söû duïng kyõ thuaät membrane trong caùc öùng duïng gaàn aùp duïng cheá ñoä doøng chaûy crossflow ñeå loïc ñöôïc öa chuoäng. Löu löôïng loïc trong crosslow hoaëc tangentinal, nguyeân lieäu ñöôïc bôm vaøo moâ ñun maøng, vaø ñöôïc taùch thaønh hai doøng cuï theå laø permeat vaø retentate. Theo MH Loikine (1992; ñöôïc ñeà caäp trong Serpil Takac (2009)), Crossflow sieâu loïc truyeàn thoáng khaùc vôùi dead-end loïc trong ñoù retentate chaûy song song vôùi vaø treân toaøn beà maët maøng chöù khoâng phaûi laø vuoâng goùc vôùi maøng vaø höôùng tôùi maøng, moâ hình Crossflow naøy ít bò taéc ngheõn hôn so vôùi moâ hình Dead-end vaø coù theå hoaït ñoäng lieân tuïc trong thôøi gian. Theo JD Henry (1997; ñöôïc ñeà caäp trong Serpil Takac (2009)) OMW bao goàm caùc hôïp chaát phenolic coù phaân töû khaùc nhau, khoái löôïng khaùc nhau töø phenolics phaân töû löôïng thaáp nhö acid benzoicvaø caùc daãn xuaát (MW leân ñeán 198) vôùi troïng löôïng phaân töû cao phenolics nhö aglycons secoiridoid (MW leân ñeán 378) vaø lignans (MW leân ñeán 416). Theo Serpil Takac (2009) söï ña daïng cuûa phaân töû löôïng cuûa caùc hôïp chaát phöùc taïp OMW thu hoài vôùi ñoä tinh khieát cao, baèng caùch söû duïng coâng ngheä maøng. Vi loïc maøng coù khaû naêng vi giöõ laïi trong khoaûng 0,1-10 m nôi maøng UF giöõ laïi caùc ñaïi phaân töû 100-100 nm. Caùc phaân töû trong cuûa kích thöôùc cuûa 0,5-5 nm coù theå ñöôïc ngaên caùch bôûi NF maøng teá baøo vaø cuûa phaân töû nhoû hôn 1nm ñöôïc giöõ laïi treân maøng RO. Theo ñoù, moät soá phöông phaùp söû duïng coâng ngheä maøng cho vieäc thu hoài chaát choáng oxy hoùa töï nhieân töø OMW ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø caáp baèng saùng cheá. Theo Theo Serpil Takac (2009) caùc tính chaát cuûa maøng ñöôïc söû duïng trong quaù trình naøy laø maøng MF goàm coù kích thöôùc loã mao quaûn 0,10 vaø 1.4m, toát nhaát choïn vaät lieäu maøng ceramic vôùi 23 keânh loïc vôùi moät beà maët loïc cuûa moãi ceramic 0.35m2 khoái; UF, kích thöôùc loã mao quaûn 1-20kDa, vaø moâ hình xoaén oác, vaät lieäu maøng polysulphone, polyethersulphone, polyamit hoaëc cellulose acetate, maøng NF, cao phaân töû maøng coù kích thöôùc phaân töû khaùc nhau, töø 150-250Da, toát nhaát trong khoaûng 200Da, moâ hình xoaén oác vaø vaät lieäu maøng polyamide composite hoaëc nylon; RO, moâ hình xoaén oác vaät lieäu maøng composit polyamide. Caùc ñieàu kieän quaù trình ñeà xuaát ñöôïc nhö sau: cho MF löu löôïng vaøo aùp löïc 2.5bar, löu löôïng ra aùp löïc 2.3bar, aùp löïc permeat 0.7bar , vaø nhieät ñoä 25-30oC; cho UF löu löôïng vaøo aùp löïc 3-4bar, aùp löïc doøng chaûy ra 2,8-3.9bar, aùp löïc permeat baèng khoâng, vaø nhieät ñoä 15-25 oC; cho NF löu löôïng vaøo aùp suaát 12bar, aùp löïc doøng chaûy ra 10bar, vaø nhieät ñoä 20-25 oC cho RO doøng chaûy vaøo aùp suaát 30bar, aùp suaát 25bar doøng chaûy ra, aùp löïc permeat baèng khoâng, vaø nhieät ñoä 15-25 oC 3.2.4 ÖÙng duïng membrane trong laøm saïch vaø thu hoài phenolic töø nöôùc taùo Söû duïng kyõ thuaät loïc crossflow duøng maøng voâ cô, ñöôïc söû duïng ñeå laøm saïch nöôùc taùo (J. Mangas (1997)). Thöïc hieän nghieân cöùu thay ñoåi trong thaønh phaàn polyphenol (procyanidins, hydroxycinnamic caùc daãn xuaát, vaø dihydrochalcones) ñöôïc giaùm saùt trong suoát quaù trình laøm saïch baèng moät quy trình ñôn giaûn vaø ñaùng tin caäy HPLC. Moät bieän phaùp thieát keá ñaõ ñöôïc xaây döïng ñeå xaùc ñònh laïi aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá (maøng loaïi, nhieät ñoä, thôøi gian vaø quy trình) theo möùc ñoä cuûa caùc hôïp chaát phenolic. Keát quaû söû duïng maøng sieâu loïc ôû nhieät ñoä thaáp, taïo ra moät nöôùc taùo vôùi moät möùc ñoä oån ñònh nhaát. Vì vaäy duøng kyõ thuaät membrane giaùm saùt polyphenol trong laøm saïch nöôùc taùo ñeå kieåm tra chaát löôïng vaø tính xaùc cuûa saûn phaåm laø toát nhaát. ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly lipit töø thöïc vaät Moät trong nhöõng nghieân cöùu tröôùc ñaây taäp trung veà vieäc söû duïng maøng loïc nano (NF) cho ñoàng thôøi loaïi boû dung moâi vaø caùc caùc axit beùo töï do (FFA) töø daàu ñaäu töông, keát quaû giaûm (50%) noàng ñoä FFA. Caùc böôùc chính trong tinh cheá daàu thöïc vaät thoâng thöôøng laø degumming (loaïi gum), deacidifying( loaïi boû acid beùo töï do), taåy traéng, vaø khöû muøi. Caùc phöông phaùp hoùa hoïc vaø vaät lyù söû duïng ñeå loaïi boû FFA coù moät soá haïn cheá: nöôùc vaø hoùa chaát ñöôïc söû duïng vôùi soá löôïng lôùn, vaø soá löôïng lôùn nöôùc thaûi ñöôïc taïo ra, coù theå toán keám naêng löôïng, vaø coù toån thaát ñeán daàu trung tính. Loaïi boû axít beùo töï do trong caùm gaïo trích ly bôûi dung moâi vaø coâng ngheä maøng coù theå laø moät caùch ñeå khaéc phuïc nhöõng vaán ñeà naøy vaø khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng trong saûn xuaát daàu thöïc vaät tinh luyeän. Theo V. Kale vaø coäng söï (1999) ñeå thu FFA traûi qua hai giai ñoaïn laø trích ly dung moâi vaø loïc NF, ñaàu tieân trích ly caùc FFA töø daàu thoâ caùm gaïo coù chöùa 16,5% FFA vôùi methanol sau ñoù phaàn dòch trích ñem loïc nano. Quy trình nhö sau: Methanol Daàu caùm gaïo thoâ 355g 200g, 16.5% FFA Lôùp methanol 1 348g, 565%FFA Thieát bò trích ly thöù nhaát 15 phuùt, 25 oC Thieát bi taùch menbrane Methanol, 200g lôùp daàu 1 Thieát bi taùch Lôùp methanol 2 207g, 3,7%FFA 215g, 3.15%FFA Thieát bò trích ly thöù hai 15 phuùt 25oC Lôùp daàu 200g, 0,33%FFA Keát quaû thu ñöôïc FFA vôùi noàng ñoä cao ñoàng thôøi dung moâi ñem ñi taùi cheá laïi. Trong coâng ngheä cheá bieán daàu beùo vieäc khöû gum laø ñieàu caàn thieát vì gum laø photpholipit laø hôïp chaát taïo nhuõ, taïo boït trong daàu vaø laøm cho quaù trình ly taâm khoù khaên. Coù raát nhieàu phöông phaùp ñeå khöû gum nhö baèng nöôùc vaø phöông phaùp khoâ. Theo Rhee vaø Koseoglu (1997; ñeà caäp trong V. Kale (1997)) gum trong daàu caùm gaïo coù theå ñöôïc loaïi boû baèng sieâu loïc. Töø ñoù cho thaáy kyõ thuaät membrane ngaøy caøng öùng duïng roäng raõi trong cheá bieân daàu beùo 4. KEÁT LUAÄN Trích ly, coâ ñaëc caùc hôïp chaát töø thöïc vaät baèng kyõ thuaät membrane ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc nghieân cöùu vaø öùng duïng, öùng duïng kyõ thuaät naøy ñaày trieån voïng vaø hieäu quaû cao hôn so vôùi caùc phöông phaùp thoâng thöôøng. Öu ñieåm vöôït troäi cuûa kyõ thuaät membrane bao goàm söï caûi thieän veà chaát löôïng saûn phaåm, chi phí naêng löôïng thaáp. Tuy nhieân, kyõ thuaät membrane vaãn coøn toàn taïi moät haïn cheá ñaùng keå, ñoù laø söï taéc ngheõn do fouling vaø ñoä beàn cuûa membrane. Ñoái vôùi coâ ñaëc protein töø thöïc vaät söû duïng maøng loïc UF hoaëc keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp khaùc nhö diafiltration hay ñiện- acid cho chaát löôïng saûn phaåm coâ ñaëc cao hôn so vôùi phöông phaùp coâ ñaëc truyeàn thoáng, nhöng vaãn giöõ ñöôïc caùc tính chaát coâng ngheä cuûa saûn phaåm. Coøn ñoái vôùi coâ ñaëc, trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa söû dung kyõ thuaät membrane vôùi caùc heä thoáng maøng MF, NF, UF, vaø RO lieân tieáp cho pheùp thu ñöôïc caùc hôïp chaát polyphenol vôùi caùc phaân töû löôïng khaùc nhau töø phaân töû löôïng thaáp ñeán phaân töû löôïng cao, hieäu quaû trích ly cao hôn so vôùi söû duïng dung moâi truyeàn thoáng hay dung moâi sieâu tôùi haïn. Trong öùng duïng kyõ thuaät membrane trích ly lipit, kyõ thuaät maøng duøng ñeå loaïi boû caùc acid beùo töï do vaø gum laø nhöõng thaønh phaàn khoâng moâng muoán trong coâng ngheä cheá bieán daàu beùo. Caùc vaät lieäu laøm membrane khaùc nhau, moâ hình membrane khaùc nhau, phöông phaùp khaùc nhau hoaëc caùc loaïi hôïp chaát thöïc vaät khaùc nhau cuõng cho caùc keát quaû coâ ñaëc khaùc nhau, chuû yeáu laø söï khaùc nhau veà khaû naêng thöïc hieän quaù trình. Vieäc löïa choïn moät membrane cho quaù trình coâ ñaëc laø quan troïng vaø khoâng phaûi laø chuyeän ñôn giaûn, vieäc ñoù neân ñöôïc laøm sau khi ta ñaõ choïn caùc thoâng soá cho toaøn boä caùc quaù trình vaän haønh cuûa heä thoáng Treân thò tröôøng yeâu caàu ngaøy caøng cao veà chaát löôïng cuûa saûn phaåm, thì söï öùng duïng kyõ thuaät membrane, ñaëc bieät laø caùc moâ hình membrane keát hôïp mang tính hieän ñaïi vaøo saûn xuaát laø xu höôùng seõ phaùt trieån maïnh trong töông lai. Vì theá, ñeå hoaøn thieän kyõ thuaät naøy caàn coù söï hôïp taùc cuûa caùc ngaønh khoa hoïc lieân quan trong vieäc nghieân cöùu, cheá taïo caùc loaïi vaät lieäu môùi ñeå phuïc vuï cho vieäc cheá taïo caùc membrane coù ñoä beàn cao, ñoä choïn loïc cao, löu löôïng doøng permeate cao, khaû naêng öùng duïng roäng raõi vaø oån ñònh trong thôøi gian daøi, ñoàng thôøi laø caùc nghieân cöùu ñeå thieát keá caùc moâ hình membrane, caùc moâ hình quy trình keát hôïp vaø caùc thoâng soá vaän haønh cuûa quaù trình nhaèm laøm taêng khaû naêng coâ ñaëc saûn phaåm ñeán noàng ñoä cao nhö yeâu caàu. Coù theå ñoaùn tröôùc ñöôïc vieäc söû duïng caùc quaù trình membrane seõ mang ñeán söï thay ñoåi lôùn trong coâng nghieäp cheá bieán caùc saûn phaåm thöïc phaåm trong töông lai cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc vaø kyõ thuaät membrane. TÀI LIỆU KHAM KHẢO PGS. TS. Leâ Vaên Vieät Maãn. Coâng ngheä cheá bieán caùc saûn phaåm töø söõa, nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc quoác gia Thaønh phoá Hoà Chí Minh, 296, 2004, p. 72 - 87. Bylund Gosta, Dairy processing handbook, Tetra Pak processing system AB, Sweden, 1995. Center For Waste Disposal – Technologies and Recycling, Membrane technology, USA, 2003. Qin Jian-Jun et al., Effect of feed pH on permeate pH and ion rejection under acidic conditions in nanofiltration process, Journal of membrane science, 232, 2004, p. 153–159 Hong Seungkwan, Ron S. Faibish, Menachem Elimelech, Kinetics of permeate flux decline in crossflow membrane filtration of colloidal suspensions, Journal of colloid and interface science, 196, 1997, p. 267–277. Hu Xianguo, Erika B. M., Koris A., Study on modeling transmembrane pressure and gel resistance in UF of oil emulsion, Desalination, 163, 2004. John L. Short. Newer applications for Crossflow Membrane Filtration.  Desalination, Volume 70, Issues 1-3, November 1988, Pages 341-352 Mark C. Porter, Handbook of industrial membrane technology, Noyes Publication, USA, 603, 1990. Munir Cheryan, Ph.D. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic publishing co., inc, 527,1998. Peng Weihua, Study on effects of multiple factor on Reverse Osmosis (RO) and Nanofiltration (NF) membranes’ performance and rejection efficiency, Ph.D thesis, The University of Toledo, 2003. Wagner Jorgen, Membrane filtration handbook, Osmonics Inc, USA, 2001. Zaileen Alibhai, Martin Mondor, Christine Moresoli, Denis Ippersiel, Francois Lamarche, Production of soy protein concentrates/isolate: traditional and membrane technologies, Food research and Development Centre, Canada, 2005 N.S. Krishna Kumar, M.K. Yea, M. Cheryan, Ultrafiltration of soy protein concentrate: performance and modeling of spiral and tubular polymeric modules, Journal of Membrane Science, 244, 2004, 235-242 Sagrario Beltraùn, María Teresa Sanz, Beleùn Santamaría, Ruth Murga, and Gonzalo Salazar, Recovery of antioxidants from grape products by using supercritical fluids and membrane technology, Department of biotechnology and scinces of foods, Spain, 2008 Juan J. Mangas, Beleùn Suaùrez, Anna Picinelli, Javier Moreno, and Domingo Blanco, Differentiation by phenolic profile of apple juices prepared according to two membrane techniques, Food chem, Spain, 1997 Serpil Takac, and Alper Karakaya, Recovery of phenolic antioxidants from olive mill wastewater, Deparment of chemical engineering, Turkey, 2009 V. Kale, S.P.R. Katikaneni, and M. Cheryan, Deacidifying rice bran oil by solvent extraction and membrane technology, University lllinois, Agricultural bioprocess laboratory, Urbana, 1999