Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
PHẦN 3. TRÍCH LY CAFFEINE TRONG CHẾ BIẾN CÀ PHÊ

PHẦN 3. TRÍCH LY CAFFEINE TRONG CHẾ BIẾN CÀ PHÊ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Báo cáo mơn cncb trà, cà phê, cacao



1.5. Trích ly caffeine trong chế biến cà phê bằng nước

1.5.1. Giới thiệu

Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để khử caffeine. Phương pháp này

chỉ sử dụng nước làm dung mơi chứ khơng dùng thêm bất kì một chất hóa học nào

khác. Phương pháp này không gây độc hại và không làm ảnh hưởng tới hương vị cà

phê.

1.5.2. Các biến đổi

Độ ẩm khối hạt tăng lên.

Có sự khuếch tán của caffeine từ trong hạt đi vào dung dịch trích ly.

Ngồi ra, còn có sự thay đổi thành phần của một số cấu tử hương và một số chất

khơ hòa tan trong nước bên trong hạt cà phê phụ thuộc vào nồng độ của các chất này

trong dịch trích chuẩn bị.

1.5.3.



Phương pháp thực hiện



Báo cáo mơn cncb trà, cà phê, cacao



Hình 2. Mơ hình q trình trích ly caffeine trong chế biến cà phê bằng nước



1. Tank thứ nhất

2. Cửa lấy cà phê đã khử caffeine

3. Ống tuần hoàn nước

4. Cột lọc caffeine

1.5.3.1. Giai đoạn 1

1.5.3.2. Đầu tiên cà phê đã được chuẩn bị từ những công đoạn trước ( xay vỏ thịt, rửa

nhớt) cho vào tank đầu tiên, nước đã được gia nhiệt lên 80 - 90°C cũng được

dẫn cùng vào tank. Tại đây quá trình khử caffeine sơ bộ diễn ra. Caffeine và

một số ankaloid khác được trích ly cùng với nước tuần hoàn trong tank qua

cột lọc (4). Cột lọc này được cấu tạo từ những mạng phân tử cacbon cho các

ankaloid đi qua nhưng caffeine được giữ lại tại đây. Nước sau khi qua cột lọc

được dẫn qua tank thứ hai.

Giai đoạn này được thực hiện trong khoảng 2,5 – 3,5 giờ.



Báo cáo môn cncb trà, cà phê, cacao



1.5.3.3. Giai đoạn 2

Cà phê sau khi qua giai đoạn 1 đã được khử một phần caffeine được dẫn qua tank

thứ hai cùng với nước ở tank thứ nhất. Tại đây quá trình lặp lại như ở giai đoạn 1.

Giai đoạn này được thực hiện trong khoảng 2,5 - 3,5 giờ.

1.5.3.4. Giai đoạn 3

Trong giai đoạn này quá trình lặp lại như hai như giai đoạn trước. Nhưng cần chú ý

đến hàm lượng caffeine còn lại sau q trình trích ly. Khi 97% hàm lượng caffeine

được trích ly thì chu kỳ dừng lại.

Toàn bộ hạt cà phê được chuyển qua giai đoạn làm khơ, dòng nước nóng dùng để

trích ly caffeine được dẫn qua giai đoạn thu hồi hương.

Giai đoạn này thực hiện 2 - 2,5 giờ.

1.5.4. Thông số cơng nghệ

Nhiệt độ nước trích ly: 80 - 90 °C.

Tổng thời gian quá trình: 8 - 10 giờ.

Hàm lượng caffeine còn lại: < 3%.



1.6.



1.7. Trích ly caffeine trong chế biến cà phê bằng dung môi

1.7.1. Giới thiệu

Đây là phương pháp cổ nhất dùng để trích ly caffeine khỏi hạt cà phê. Ở phương

pháp này, hạt cà phê được xóc trong một dung mơi có khả năng hấp thụ caffeine, sau

đỏ dung mơi này sẽ được tách ra. Q trình xóc và tách sẽ tiếp tục cho tới khi mức

caffeine đạt tới độ mong muốn.

− Quy trình methylen chloride: methylen chloride là dung mơi được sử dụng để trích ly

caffeine ra khỏi cà phê bằng phương pháp trích ly. Nguyên liệu được làm mềm bằng

cách ngâm với hơi nước, sau đó xử lý nguyên liệu với methylen chloride bằng hai

cách trực tiếp hoặc gián tiếp.

− Quy trình ethyl acetate: phương pháp này được xem như là phương pháp khử caffeine

tự nhiên vì ethyl acetate là một hợp chất dễ dàng tìm thấy trong trái cây tự nhiên.

Trong phương pháp này, caffeine được tách ra tương tự như phương pháp dùng

methylen chloride nhưng dùng ethyl acetate làm dung môi.

Phương pháp này thường được bị hạn chế sử dụng vì nó để lại những chất thải độc

hại trong hạt cà phê.



1.7.2. Phương pháp thực hiện



Hình 3. Mơ hình q trình trích ly caffeine trong chế biến cà phê bằng dung môi



Dung môi (solvent) Methylene chloride hoặc Ethyl acetate - nước.

Hạt cà phê sau khi được làm sạch sẽ được đưa vào ngâm nước cho hạt trương nở.

Sau đó đưa vào ngâm trong dung mơi ( extractors)

Trích caffeine sau đó cho vào bồn rửa dung môi (Caffeine extraction). Tẩy bằng hơi

nước (steam stripping).

Làm khô (Drying).

Sau khi làm khô hạt cà phê sẽ được đưa vào silo tịnh hàng để đóng bao (Storage in

finished product silo).

Dung môi sau khi thu hồi sẽ được phục hồi, làm sạch bằng chân không và cô đọng.

Thu hồi caffeine thơ (Crude cafeine recovery).



1.8. Trích ly caffeine trong chế biến cà phê bằng CO2 siêu tới hạn

1.8.1. Giới thiệu

Sử dụng CO2 để khử caffeine. Nhiệt độ và áp suất cao được sử dụng để biến CO 2

thành một dung môi.

Đây là phương pháp khử caffeine khá phổ biến hiện nay. Bằng cách sử dụng CO 2 một chất hóa học bền vững, caffeine chứa trong cà phê sẽ bị loại bỏ. CO 2 dư thừa có

thể được thải ra ngồi khơng khí một cách an tồn và khơng làm hại gì đến mơi

trường. Nếu được điều chỉnh đúng cách, phương pháp này sẽ cho hương vị của cà phê

hầu như nguyên vẹn. 97 - 99% caffeine sẽ được tách khỏi hạt cà phê. Phương pháp

này cũng không để lại những chất độc ảnh hưởng sức khỏe con người.

Tuy nhiên, đây là phương pháp đắt tiền do việc tạo áp suất cao đòi hỏi nhiều máy

móc và thiết bị phức tạp.

1.8.2. scCO2

Đối với mỗi một chất đang ở trạng thái khí, khi bị nén đẳng nhiệt với một áp suất

đủ cao, chất khí sẽ hóa lỏng và ngược lại. Tuy nhiên, có một giá trị áp suất mà tại đó,

nếu tăng nhiệt độ lên thì chất lỏng cũng khơng hóa hơi trở lại mà trở thành một dạng

đặc biệt gọi là trạng thái siêu tới hạn. Vật chất ở dạng này có tính chất trung gian,

mang nhiều đặc tính của chất khí và chất lỏng.

Chất lỏng ở trạng thái siêu tới hạn có tỷ trọng tương đương như tỷ trọng của pha

lỏng, nhưng sự linh động của các phần tử lại rất lớn, sức căng bề mặt nhỏ, hệ số

khuếch tán cao giống như đang ở trạng thái khí.

1.8.3. Tính chất của scCO2

Sức căng bề mặt thấp.

Độ linh động cao, độ nhớt thấp.

Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của chất lỏng.

Có thể thay đổi khả năng hòa tan của chất khác bằng cách thay đổi nhiệt độ và áp suất.



1.8.4. Ưu điểm của việc lựa chọn scCO2 để trích ly caffeine

Để đáp ứng nhu cầu chiết tách các hợp chất thiên nhiên, scCO2 là dung môi được lựa

chọn với những thuận lợi sau:

− CO2 là chất dễ kiếm, rẻ tiền vì nó là sản phẩm phụ của nhiều ngành cơng nghiệp hóa

chất khác.

− Là một chất trơ, ít có phản ứng kết hợp với các chất cần trích ly. Khi được đưa lên tới

trạng thái tới hạn, CO2 khơng tự kích nổ, khơng bắt lửa và khơng duy trì sự cháy.

− CO2 khơng độc với con người và khơng duy trì sự cháy.

− Điểm tới hạn của CO2 (PC = 73atm, TC = 30,9oC) là một điểm có giá trị nhiệt độ và

áp suất không cao lắm so với các chất khác nên sẽ tốn ít năng lượng hơn để đưa CO 2

tới vùng tới hạn.

− Có khả năng hòa tan các chất hữu cơ ở thể rắn cũng như thể lỏng, đồng thời cũng hòa

tan được cả các chất thơm dễ bay hơi, khơng hòa tan các kim loại năng và có thể điều

chỉnh các thơng số trạng thái như áp suất, nhiệt độ để thay đổi chọn lọc của dung mơi.

− Khi sử dung CO2 thương phẩm để trích ly khơng có dư lượng chất độc hại trong chế

phẩm trích ly.

1.8.5. Các biến đổi

Có sự khuếch tán của caffeine từ trong hạt đi vào dung môi scCO2.



1.8.6. Phương pháp thực hiện trích ly caffeine trong chế biến cà phê bằng scCO2

và than hoạt tính



Hình 4. Hệ thống trích ly caffeine trong cà phê bằng scCO2 có sử dụng than hoạt tính



Hạt cà phê trước tiên được làm ẩm đến độ ẩm 30 - 50% rồi được đem vào thiết bị

trích ly. Khi hạt cà phê hút nước, hạt bị trương nở, các lỗ mao quản mở ra, phân tử

caffeine bị hydrate hóa và trở nên linh động hơn. scCO 2 được đưa vào thiết bị trích ly,

hệ thống bơm tuần hồn sẽ đưa dòng scCO 2 qua bồn trích ly. Trong thiết bị trích ly,

nước bên trong hạt khuếch tán vào CO2 lỏng tạo thành dung dịch soda. Nước trở thành

chất đồng dung mơi cho q trình trích ly. CO 2 lúc này đóng vai trò như một nam

châm, hút các phân tử caffeine làm chúng trở nên linh động, tách khỏi hạt và phân tán

vào dung môi. Nhờ tính chọn lọc mà scCO 2 khơng có ảnh hưởng đến carbohydrate và

protein, nhờ đó hạt cà phê vẫn giữ được hương vị.

Quá trình tách caffeine diễn ra theo 2 bậc:

− Ở bậc thứ nhất, dòng scCO2 sau khi ra khỏi thiết bị trích ly chứa một lượng lớn

caffeine sẽ được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ, hạ áp suất đến mức

thích hợp (để caffeine dễ tách khỏi dòng scCO2) trước khi đi vào cột hấp phụ. Chất

hấp phụ thường dùng là than hoạt tính.



Hình 5. Sự hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính



− Ở bậc thứ hai, caffeine được tách khỏi dòng scCO 2 dựa trên tính chất của chất lỏng

siêu tới hạn. Tại đây, caffeine được giữ lại, còn dòng CO 2 sau khi đã loại caffeine đi ra

khỏi cột, tiếp tục được gia nhiệt và tăng áp suất để đạt đến trạng thái siêu tới hạn

chuẩn bị thực hiện hoàn lưu dung môi. Đế đảm bảo đủ lượng scCO 2, người ta luôn bổ

sung một lượng CO2 nhất định trước khi vào thiết bị trích ly.

Thơng thường lượng CO2 sử dụng là rất lớn do hàm lượng caffeine trung bình

trong dòng CO2 thấp. Caffeine có thể tách khỏi dòng CO 2 bằng chất hấp phụ rắn hoặc

phương pháp hạ thấp nhiệt độ và áp suất của dòng caffeine sau khi ra khỏi thiết bị

trích ly nhằm giảm khả năng kết hợp của phân tử caffeine và phân tử CO 2.

Hạt sau khi tách caffeine được sấy tới độ ẩm 10% nhờ thiệt bị sấy chân không hay

thiệt bị sấy bằng không khí nóng và đem đi chế biến bình thường.



1.8.7. Các yếu tố ảnh hưởng

1.8.7.1. Hàm lượng ẩm và thời gian ngâm



Hình 6. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến hàm ẩm



Trong giai đoạn đầu, hàm ẩm và khối lượng của cà phê tăng nhanh theo thời gian

ngâm sau đó chậm dần và tiến dần đến giá trị không đổi sau 12h trở đi, nên 12h được

chọn làm thời gian ngâm cho các q trình trích ly.

Sau khi ngâm, kích thước của hạt cà phê tăng lên, các lỗ mao quản nở ra, caffeine

trở nên linh động hơn, đồng thời khả năng tiếp xúc giữa các phân tử CO 2 và phân tử

caffeine tăng, khả năng phân tách tăng.



Hình 7. Ảnh hưởng của thời gian ngâm đến trích ly caffeine



Tại cùng nhiệt độ, áp suất, áp suất dòng chảy, nồng độ dịch trích là thước đo cho

vận tốc trích ly. Hạt được ngâm nhiều hơn sẽ chứa hàm ẩm lớn hơn, mức độ trích ly

và lượng caffeine tách ra sẽ rất lớn trong thời gian đầu. Theo thời gian, do lượng

caffeine đã giảm nhanh nên tốc độ trích ly cũng giảm dần.

1.8.7.2. Tốc độ dòng chảy



Hình 8. Ảnh hưởng của vận tốc dòng scCO2 đến hệ số trích ly caffeine



Hệ số trích ly caffeine tăng dần đến 1 theo chu kì thời gian.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

PHẦN 3. TRÍCH LY CAFFEINE TRONG CHẾ BIẾN CÀ PHÊ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×