Trích ly là một trong những quá trình hóa lý được ứng dụng khá nhiều trong công nghệ thực phẩm. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng Foodnk đi tìm hiểu những vấn đề chính xoay quanh quá trình này: Định nghĩa, ví dụ, các phương pháp và ứng dụng trong công nghệ sản xuất.
Định nghĩa quá trình trích ly
Trích ly là quá trình hòa tan có chọn lọc một hay nhiều cấu tử có trong mẫu nguyên liệu bằng cách cho nguyên liệu tiếp xúc với dung môi. Động lực của quá trình trích ly là sự chênh lệch nồng độ của cấu tử ở trong nguyên liệu và dung môi. Bản chất của trích ly là một quá trình truyền khối[1].
Phân loại trích ly: Có 2 dạng trích ly là trích ly rắn – lỏng và trích ly lỏng – lỏng.
- Trích ly lỏng – lỏng: Nguyên liệu ở dạng lỏng và dung môi ở dạng lỏng (Liquid – liquid extraction).
- Trích ly rắn – lỏng: Nguyên liệu ở dạng rắn còn dung môi trích ly ở dạng lỏng (Solid – liquid extraction). Thực tế trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, quá trình trích ly rắn – lỏng được sử dụng phổ biến hơn cả.
Mục đích của quá trình trích ly
Trích ly trong công nghệ thực phẩm có 3 mục đích chính là khai thác, hoàn thiện sản phẩm[1].
- Khai thác: Chiết rút các cấu tử cần thu nhận trong nguyên liệu ban đầu từ đó làm tăng nồng độ của chúng trong sản phẩm cuối cùng. Yêu cầu chung của quá trình này là chiết rút các cấu tử cần thu nhận từ nguyên liệu với hàm lượng càng cao càng tốt.
- Hoàn thiện: Cải thiện một số chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm hoặc chiếc rút bớt các hợp chất không mong muốn trong sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Ví dụ về quá trình trích ly trong công nghệ thực phẩm
Trong sản xuất thực phẩm, quá trình trích ly được ứng dụng vô cùng rộng rãi:
- Quá trình trích ly các hợp chất sinh học có lợi cho sức khỏe để bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm: Các hợp chất chống oxy hóa (Flavonoids, Acid phenolic, vitamin C,…) hay Các hợp chất màu thực phẩm (Carotenoid, Anthocyanin,…).
- Trích ly saccharose trong sản xuất đường từ củ cải đường.
- Trích ly các cấu tử hương và các chất có hoạt tính sinh học từ rau quả và thảo mộc trong sản xuất thức uống có cồn hoặc không cồn.
- Trích ly caffeine từ trà, cà phê trong công nghệ sản xuất trà và cà phê nghèo caffeine. Ngược lại trích ly làm giảm hàm lượng caffeine trong sản xuất các sản phẩm ít caffeine.
Các phương pháp trích ly hiện nay
Các phương pháp trích ly hiện nay thường được chia làm 2 nhóm: Trích ly truyền thống và trích ly hiện đại[2].
- Trích ly truyền thống bao gồm các phương pháp ngâm, thẩm thấu và chiết hồi lưu, thường sử dụng dung môi hữu cơ và yêu cầu thể tích dung môi lớn cũng như thời gian chiết dài.
- Trích ly hiện đại bao gồm các phương pháp phổ biến như chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn (SFC), chiết bằng chất lỏng điều áp (PLE) và chiết có hỗ trợ vi sóng (MAE), cũng đã được áp dụng trong chiết xuất các sản phẩm tự nhiên và chúng mang lại một số ưu điểm như tiêu thụ dung môi hữu cơ thấp hơn, thời gian chiết ngắn hơn và độ chọn lọc cao hơn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly trong Công nghệ thực phẩm
Quá trình trích ly sẽ đi qua qua các giai đoạn sau:
- Dung môi thấm vào nền rắn.
- Chất tan hòa tan trong dung môi.
- Chất tan được khuếch tán ra khỏi nền rắn.
- Thu thập các chất hòa tan đã chiết.
Như vậy, bất kỳ yếu tố nào làm tăng độ khuếch tán và độ hòa tan trong các bước trên sẽ là các yếu tố tạo sự thuận lợi cho quá trình trích ly. Các tính chất của dung môi chiết, kích thước hạt của nguyên liệu thô, tỷ lệ dung môi – chất rắn, nhiệt độ chiết và thời gian chiết sẽ ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trích ly[2].
Tính chất của dung môi
Tính chọn lọc, độ hòa tan, chi phí và độ an toàn là những yếu tố cần được xem xét khi lựa chọn dung môi. Dung môi có giá trị phân cực gần với cực tính của chất tan sẽ trích ly hợp chất tốt hơn và ngược lại. Trong trích ly, người ta thường dùng các dung môi như etanol, metanol, nước, hỗn hợp rượu và nước, dung môi hữu cơ,… làm dung môi nghiên cứu.
Kích thước hạt
Hiệu suất trích ly sẽ được nâng cao nhờ kích thước hạt nhỏ do sự thâm nhập của dung môi và sự khuếch tán của các chất hòa tan được tăng cường. Tuy nhiên, kích thước hạt quá mịn sẽ gây ra sự hấp thụ quá mức chất tan trong chất rắn và gây khó khăn cho quá trình lọc tiếp theo.
Nhiệt độ cao
Nhiệt độ cao làm tăng độ hòa tan và khuếch tán do làm tăng chuyên động của các cấu tử bên trong hỗn hợp. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao có thể làm bay hơi mất dung môi, dẫn đến chiết xuất các tạp chất không mong muốn và phân hủy các thành phần không bền nhiệt bên trong nguyên liệu.
Thời gian trích ly
Hiệu suất trích ly tăng lên khi tăng thời gian trích ly. Việc tăng thời gian sẽ không ảnh hưởng đến quá trình chiết sau khi đạt được trạng thái cân bằng của chất tan bên trong và bên ngoài vật liệu rắn. Tuy nhiên cần lưu ý, đối với một số hợp chất sinh học như polyphenols sẽ có khả năng bị phân hủy khi để lâu ngoài môi trường hoặc ánh sáng.
Tỷ lệ dung môi – chất rắn
Tỷ lệ dung môi – chất rắn càng lớn thì hiệu suất chiết càng cao; tuy nhiên, tỷ lệ dung môi/chất rắn quá cao sẽ gây ra hiện tượng dung môi chiết quá mức và cần thời gian cô đặc lâu.
Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác liên quan đến phương pháp trích ly được áp dụng. Ví dụ nếu đối với phương pháp trích ly bằng chất siêu tới hạn thì áp suất và nhiệt độ là 2 yếu tố quyết định đến hiệu suất thu hồi chất chiết.
Tạm kết
Trích ly là một quá trình hóa lý quan trọng trong công nghệ thực phẩm. Để bắt đầu trích ly hay các nghiên cứu khoa học liên quan đến trích ly cần xác định được hàm mục tiêu, đặc tính nguyên liệu, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly đế có thể xác định được phương pháp và thiết bị sẽ áp dụng, từ đó tối ưu được hiệu suất trích ly đáng kể.
Hy vọng bài viết đã mang đến cho bạn những thông tin bổ ích, nếu có thắc mắc nào, bạn hãy comment bên dưới để Foodnk giải đáp nhé!
Tài liệu tham khảo
[1] Lê Văn Việt Mẫn (2011), Công nghệ chế biến thực phẩm, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
[2] Qing-Wen Zhang và cộng sự,Techniques for extraction and isolation of natural products: a comprehensive review, Chin Med 13, 20 (2018).
Vân Thanh
