Quá trình chiết xuất trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm
Mục tiêu của việc chiết xuất là thu hồi các thành phần hòa tan có giá trị từ nguyên liệu thô bằng cách tách ép, quay ly tâm, nén áp suất hoặc hòa tan chúng trong dung môi lỏng, để thu hồi các thành phần cần thiết thường là dung dịch ở dạng chất lỏng ..
Lĩnh vực ứng dụng
Quá trình chiết xuất được áp dụng trong quá trình sản xuất nhiều loại sản phẩm thực phẩm, dược phẩm. Ví dụ điển hình như là:
- Chiết xuất đường từ củ cải đường hoặc mía
- Chiết xuất dầu từ hạt có dầu và từ bã đậu nguyên chất
- Chiết xuất caffeine từ hạt cà phê
- Chiết xuất Gelatin, collagen từ da cá, da lợn
- Chiết xuất các loại các hợp chất khác như protein, pectin, vitamin, chất màu, tinh dầu, hợp chất tạo mùi thơm, hợp chất tạo hương vị… từ nhiều nguyên liệu khác nhau.
Mô tả kỹ thuật, phương pháp và thiết bị
Quá trình chiết xuất hoạt động theo nguyên tắc: Các thành phần hòa tan có thể được tách ra khỏi các thành phần không hòa tan hoặc ít hòa tan bằng cách hòa tan chúng trong một dung môi thích hợp. Nguyên liệu thô phù hợp để chiết xuất có thể chỉ chứa chất rắn, chất rắn và dung dịch, hoặc chất rắn và chất lỏng.
Quá trình chiết chất rắn / lỏng đôi khi được gọi là quá trình rửa trôi. Khi thành phần hòa tan được kết hợp trong chất lỏng, chiết lỏng / lỏng có thể được áp dụng để thu hồi thành phần hòa tan có giá trị.
Thông thường phần chiết xuất là sản phẩm hoặc sản phẩm trung gian và phần còn lại là chất thải hoặc sản phẩm phụ.
Không phải lúc nào mục tiêu cũng là thu hồi một hợp chất cụ thể ở dạng tinh khiết từ nguyên liệu thô, tức là đôi khi chiết xuất nhằm mục đích tách tất cả các hợp chất hòa tan khỏi cặn; một ví dụ về điều này là chiết xuất cà phê. Hiệu quả của quá trình chiết phụ thuộc vào độ chọn lọc của dung môi. Các dung môi thông thường bao gồm: • nước • dung môi hữu cơ, chẳng hạn như hexan, metylen clorua, etyl axetat • rượu • CO2 siêu tới hạn.
Nguyên liệu thô thường được xử lý trước để đảm bảo chiết xuất hiệu quả các hợp chất mong muốn. Ví dụ, củ cải đường và mía được cắt thành từng lát mỏng, các loại hạt và hạt được xay hoặc tán nhỏ, hạt cà phê được rang và xay, và lá trà được sấy khô và xay.
Phương pháp và thiết bị
Phương pháp chiết xuất đơn giản nhất là chiết lặp lại với dung môi mới (chiết dòng bên). Tuy nhiên, điều này hiếm khi được sử dụng vì chi phí dung môi và vì nó dẫn đến chiết xuất có nồng độ rất thấp. Phương pháp phổ biến nhất được sử dụng là chiết xuất ngược dòng, theo lô hoặc quy trình liên tục. Chiết xuất ngược dòng theo lô thường chỉ được sử dụng để xử lý một lượng nhỏ vật liệu. Trong các máy chiết hoạt động liên tục, vật liệu rắn và chất lỏng (dung môi) chảy ngược chiều nhau. Về nguyên tắc, có thể thực hiện nhiều phương pháp vận chuyển khác nhau, đối với dòng nguyên liệu và chất lỏng, một số ví dụ về hệ thống vận chuyển thường được sử dụng bao gồm: • khay đục lỗ được kết nối với băng tải hoặc đường vòng không bị đứt đoạn, di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc • băng tải trục vít, vận chuyển chất rắn vật liệu trong dòng ngược chiều theo phương thẳng đứng hoặc hướng lên dưới độ dốc nghiêng. Các vít được đục lỗ để có được dòng chất lỏng đồng đều • đai được đục lỗ không bị đứt; dung môi được tuần hoàn dưới tác động của bơm và được phun lên trên vật liệu rắn.
Một khó khăn trong quá trình chiết xuất là việc thu hồi nguyên liệu chiết xuất từ dung môi. Điều này có thể được thực hiện bằng cách làm bay hơi, kết tinh, chưng cất, hoặc tách hơi nước, v.v. Một số ví dụ điển hình về chiết xuất được đưa ra dưới đây:
Chiết xuất đường từ củ cải đường và mía đường (khuếch tán đường).
Củ cải đường, được cắt thành từng lát mỏng được gọi là cossette được đưa vào thiết bị chiết xuất ngược dòng dựa trên nước (máy khuếch tán) và nổi lên dưới dạng nước đường và bã củ cải đường không tinh khiết. Nước ngọt được sử dụng trong quá trình chiết xuất thực chất là nước ngưng tụ từ các bước bay hơi tiếp theo cùng với nước tuần hoàn từ quá trình ép bã. Nhiệt độ bên trong bộ khuếch tán là khoảng 70 ˚C (68 đến 72 ˚C).
Thiết bị tách dịch (chiết xuất) nằm ngang.
Đây là những thiết bị được thiết kế dạng thúng/trống quay lớn thường sẽ có gắn kèm lưới lọc với kích thước lưới được tính toán thiết kế theo nhu cầu thu hồi của sản phẩm. Thiết bị này nằm ngang, có trục dọc trên có gắn nhiều lưỡi cắt đối xứng cân bằng, các lưỡi cắt có thể điều chỉnh được góc cắt xoay quanh trục.
Khi trục quay và thùng lưới cố định hoặc thùng quay và trục lưỡi cắt cố định, đồng thời nguyên liệu thô được cấp vào, khi này quá trình chiết xuất được tiến hành. Những thiết bị này thường dùng cho quá trình sản xuất nước ép trái cây, rau của quả. Trong suốt quá trình thì dung dịch nước ép trái cây được tách riêng, phần bã vỏ, hột thải sẽ được chuyển ra lối riêng. Tiếp đó dịch trái cây tiếp tục được chuyển tới công đoạn chiết xuất tiếp theo.
Thiết bị chiết xuất theo chiều dọc
Máy chiết được cấu tạo bởi hai bộ phận chính và khác biệt: máy trộn ngược dòng và tháp chiết. Tháp là một hình trụ cao từ 14 đến 20 mét. Bên trong tháp, một trục hình ống quay chậm. Các miếng thép hình xoắn ốc đặc biệt, hoặc các chuyến bay, được lắp vào trục và di chuyển các ống xoắn lên trên.
Thiết bị chiết xuất dốc nghiêng
Thiết bị chiết xuất dốc nghiêng về cơ bản bao gồm một bình dốc hình chữ U, trong đó hai vít chồng lên nhau có góc nghiêng đối diện quay.
Chiết xuất dầu từ hạt có dầu
Quá trình sản xuất dầu thực vật thô từ các loại hạt có dầu (ví dụ như đậu nành, hạt hướng dương hoặc hạt cải dầu) là một quy trình gồm hai bước:
– Bước quy trình đầu tiên bao gồm làm sạch, chuẩn bị (tức là làm khô), tách vỏ, đánh vảy.
– Bước 2: Chiết xuất bằng các thiết bị ép, quay ly tâm, hay dung môi, hay Co2 siêu giới hạn.
