ky thuat trich ly bang sieu toi han

1. 1
1. Mở đầu
2. Cơ sở khoa học
3. Thiết bị
4. Các yếu tố ảnh hưởng
5. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
CHƯƠNG 4 : KỸ THUẬT TRÍCH LY
BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

2. 2
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
1. Mở đầu
Lịch sử phát triển :
 1879: Phát hiện sự hòa tan của các hợp chất hóa học
trong lưu chất siêu tới hạn (Hannay và Hogarth).
 1950: Khảo sát quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới
hạn (Nga).
 1960: Công bố patent về phương pháp trích lý bằng lưu
chất siêu tới hạn (Đức).
 1990: Khái niệm “green processing”.
 Hiện nay nhiều nhà máy sử dụng kỹ thuật trích ly bằng lưu
chất siêu tới hạn (Mỹ, Đức, Nhật, Anh, Pháp).

3. 3
Tên công ty Quốc gia
Flavex, Hermsen, HVG Barth, Kaffe HAG, SKW
Trostberg
Đức
General foods, John Haas, Praxair, Yakima Chief Mỹ
Carlton United Breweries, English Hops Anh
Fuji Flavor, Kobe, Mori Oil Mills, Ogawa, Takasago,
Takeda
Nhật
Cultor, Hitex Pháp
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
1. Mở đầu
Các công ty sử dụng lưu chất siêu tới hạn :

4. 4
 Truyền khối : hệ số truyền khối nhanh, hiệu suất cao hơn.
 Tính chọn lọc cao.
 Phản ứng phụ : rất ít xảy ra.
 Độ tinh sạch của sản phẩm cao.
 Năng lượng, chi phí thấp.
 Điều khiển tự động.
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
1. Mở đầu
Ưu điểm :

5. 5
 Chi phí đầu tư rất đắt tiền
 Áp suất hoạt động cao để tạo ra trạng thái tới hạn
 Tốn kém đầu tư cho thiết bị, an toàn thiết bị, quản lý
và sử dụng thiết bị,….
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
1. Mở đầu
Nhược điểm :

6. 6
2. Cơ sở khoa học
2.1. Trích ly :
 Định nghĩa : ?? (tách một chất – ép, trích ly,…)
 Nguyên liệu trích ly : rắn hoặc lỏng.
 Động lực của quá trình : chênh lệch nồng độ của cấu
tử cần trích ly giữa nguyên liệu và dung môi.
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

7. 7
2. Cơ sở khoa học
2.2. Dung môi : phải thỏa mãn các điều kiện sau :
 Khả năng hòa tan cấu tử cần trích ly  độ phân cực.
 Tính trơ : không gây phản ứng hóa học với nguyên liệu.
 An toàn lao động : không cháy nổ.
 Khả năng thu hồi : tái sử dụng  giảm giá thành (kết hợp
với nhiệt  gia tăng hiệu suất).
 Giá thành rẻ.
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

8. 8
2. Cơ sở khoa học
2.3. Giản đồ P - T
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

9. 9
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid
 Đặc điểm SCF : có một số tính chất tương tự chất
khí và một số tính chất của chất lỏng.
 Near-Critical Fluid (NCF) : lưu chất gần tới hạn  là
chất mà trạng thái của nó có P, T dao động xung quanh
giá trị Pcp và Tcp.
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

10. 10
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

11. 11
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

12. 12
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
Khi gia tăng P, T thì ranh
giới giữa pha khí và lỏng
mờ dần rồi biến mất

13. 13
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid
 Hằng số tới hạn
Là giá trị P và T tới hạn
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
Fluid Tc(oC) Pc(MPa)
Carbon dioxide 31,2 7,38
Nitrogen dioxide 36,4 7,24
Ammonia 132,4 11,29
Water 374,1 22,1
Ethylene 9,5 5,06
Ethane 32,5 4,91
Propane 96,8 4,26
n-Pentane 196,6 3,37
Cyclohexane 279,9 4,03
Benzene 289,5 4,92
Toluene 320,8 4,05
Methanol 240,0 7,95
Ethanol 243,1 6,39
Isopropanol 235,6 5,37
Acetone 235,0 4,76

14. 14
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
Khi chuyển lưu chất từ trạng thái bình thường lên trạng thái
siêu tới hạn, các tính chất vật lý sẽ thay đổi như tỉ trọng, tính
tương tác, hằng số điện môi, độ nhớt, hệ số khuếch tán,
truyền khối, nhiệt dung, độ dẫn nhiệt, độ hòa tan của cấu tử
cần trích ly,…..
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

15. 15
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
o Tỉ trọng :

16. 16
- Tỉ trọng của môi chất biến đổi nhanh gần Tc ,Pc
- Tỉ trọng chất siêu tới hạn tương đương tỉ trọng của chất đó
ở trạng thái lỏng thì nó hoạt động như dung môi lỏng
- Tr =1,6 Giống chất khí giãn nở tăng khi khi nhiệt độ tăng
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
o Tỉ trọng :

17. 17
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
o Tỉ trọng :

18. 18
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
o Tính tương tác : tăng khi P tăng
 Tương tác tĩnh điện (điện tích) hay tương tác có cực
Tương tác giữa dung môi và cấu tử phải lớn hơn tương
tác giữa cấu tử với các thành phần khác của nguyên liệu 
Tách được cấu tử ra.
o Hằng số điện môi :
Lực tương tác lưỡng cực
 CO2 là cấu tử hòa tan kém  hòa tan tốt các cấu tử
không phân cực.
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

19. 19
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

20. 20
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

21. 21
2. Cơ sở khoa học
2.4. Lưu chất siêu tới hạn – super critical fluid :
o Độ nhớt :
- Độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng (P=contans)
- Độ nhớt của SCF giảm khi nhiệt độ tăng (P=contans)
- SCF khi tăng áp suất độ nhớt tăng chậm và không bằng độ
nhớt chất lỏng
Hệ số khuếch tán :
 Sự khuếch tán của cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi
tăng khi khi nhiệt độ và áp suất tăng
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

22. 22
2. Cơ sở khoa học
2.5. Đồng dung môi (co-solvent/entrainer)
 Mục đích sử dụng : làm tăng khả năng trích ly nhiều cấu tử
hay tăng phổ (rộng) trích ly.
 Tác dụng
o Chất tan : tăng độ hòa tan của các cấu tử phân cực hay
không phân cực mà dung môi không đáp ứng được
o Tỷ trọng : thay đổi tỷ trọng của dung môi
 Một số ví dụ : ethanol, ceton hoặc một số loại rượu khác
 Hàm lượng sử dụng : thường nhỏ hơn 10% so với dung
môi chính
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

23. 23
2. Cơ sở khoa học
2.6. Thu hồi chất tan và dung môi
Chất tan
o Thay đổi áp suất : xả áp  đối với chất khí
o Hấp phụ : các cấu tử sẽ được trên bề mặt chất mang, CO2
bay đi, giải hấp phụ để thu cấu tử  đối với khí và lỏng
o Lọc phân tử : dùng màng để giữ cấu tử lại (menbrance)
Dung môi
o Thu hồi  xả áp
o Xử lý  tái sử dụng
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

24. 24
2. Cơ sở khoa học
2.7. Tiêu chí chọn dung môi
 Các hằng số tới hạn
 Các tiêu chí khác
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

25. 25
2. Cơ sở khoa học
2.7. Tiêu chí chọn dung môi
 CO2 siêu tới hạn
 Ưu điểm
o Giá thành
o Độ an toàn
o Vấn đề môi trường
o Tc = 31,06oC
o Pc = 73,8bar
 Nhược điểm : tính không phân cực
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

26. 26
3. Thiết bị
Gián đoạn
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

27. 27
3. Thiết bị
Liên tục
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

28. 28
3. Thiết bị
Nhiều giai đoạn
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

29. 29
4. Các yếu tố ảnh hưởng
4.1. Lưu chất siêu tới hạn
 Bản chất hóa học
 Tính chất
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

30. 30
4. Các yếu tố ảnh hưởng
4.2. Nguyên liệu
 Kích thước
 Cấu trúc tế bào
 Thành phần hóa học  độ ẩm  sấy khô trước khi trích
ly.
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

31. 31
 CO2 siêu tới hạn
CO2 + H2O  H2CO3
H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3
-
HCO3
- + H2O  H3O+ + CO3
2-
 pH acid
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

32. 32
4. Các yếu tố ảnh hưởng
4.3. Các thông số kỹ thuật
 Nhiệt độ
 Áp suất
 Lưu lượng SCF trong phương pháp liên tục
 Thời gian
 Các yếu tố khác  thiết bị
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

33. 33
5. Ứng dụng trong CNTP
 Trích ly dầu thực vật
 Trích ly chất màu tự nhiên
 Trích ly tinh dầu
 Trích ly alkaloid
 Tách cholesterol trong thực phẩm
 Các ứng dụng khác
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

34. 34
5. Ứng dụng trong CNTP
5.1. Trích ly dầu thực vật
 Nguyên liệu có dầu : đậu nành, hạt cải dầu, hạt bông, hạt
hướng dương, cọ, hạt lanh, hạt mè, bắp, oliu,…
 Phương pháp trích ly :
 Hexane (66-69oC)
 Heptane (89-98oC)
 Cyclohexane (71-85oC)
 Trichloroethylene (86,7oC)
 Isopropanol 96%
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

35. 35
5. Ứng dụng trong CNTP
5.2. Trích ly chất màu tự nhiên
 Phân loại chất màu tự nhiên
 Đối tượng trích ly : carotenoids
o Carotens: alpha carotene, beta carotene, lycopene
o Xanthophylls: zeaxanthin, lutein, canthaxanthin,
astaxanthin, capsanthin, beta cryptoxanthin
 Nguyên liệu: phụ phẩm ngành công nghiệp chế biến
rau quả, tảo, nấm men…
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

36. 36
5. Ứng dụng trong CNTP
5.3. Trích ly tinh dầu
 Thành phần hóa học
 Cấu tử chính : terpene (C10H10)n
 Thu nhận tinh dầu
o Chưng cất bằng hơi nước
o Chưng cất sử dụng vi sóng
o Các phương pháp khác
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

37. 37
5. Ứng dụng trong CNTP
5.4. Trích ly alkaloid
 Định nghĩa
 Đặc điểm
 Nguồn gốc : họ Papaveraceace (anh túc và thuốc
phiện), Papilonaceae (đậu lupin), Ranunculaceae (phụ
tử), Solanaceae (thuốc lá)…
 Các ví dụ : caffeine, cocaine, nicotine, morphine,
quinine, codeine, emetine, pilocarpine,…
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN

38. 38
5. Ứng dụng trong CNTP
5.5. Tách cholesterol trong thực phẩm
 Chức năng: Tiền chất  sinh tổng hợp steroid hormone,
acid mật, hormone sinh dục
 Ở người: cholesterol vừa được sinh tổng hợp vừa được
hấp thu từ ruột và vận chuyển đến gan
 Cholesterol trong máu
o LDL  “bad cholesterol”
o HDL  “good cholesterol”
 Khẩu phần ăn : max 300mg/ngày
CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN