báo cáo thí nghiệm chuyên ngành công nghệ sản xuất dược phẩm bài: trích ly siêu tới hạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
☼☼☼☼☼☼☼

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH CÔNG
NGHỆ SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM
BÀI: TRÍCH LY SIÊU TỚI HẠN

GVHD: Trần Anh Khoa
Sinh viên: Võ Như Sinh
MSSV: 61002738

TPHCM, 5/2014


TRÍCH LY SIÊU TỚI HẠN
I. GIỚI THIỆU KĨ THUẬT TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
1. Lịch sử phát triển
Quá trình trích ly bằng dung môi là một phương pháp lâu đời, khoa học về phương
pháp trích ly bằng dung môi đã được nghiên cứu và tìm hiểu cặn kẽ trong một thời
gian dài và đạt được nhiều tiến bộ khi tìm hiểu về tính chất của dung môi trong quá
trình khai thác. Hannay and Hogarth’s (1879) phát hiện sự hoà tan của các hợp chất hoá
học trong lưu chất siêu tới hạn. Năm 1960, tại Đức công bố patent về phương pháp trích
ly bằng lưu chất siêu tới hạn. Do những ưu điểm về giảm thiểu ô nhiễm môi trường và
không để lại dư lượng hóa chất có hại cho sức khỏe con người nên khái niệm "sản xuất
sạch" ( green processing) được quan tâm khi nghiên cứu về lưu chất siêu tới hạn (từ
những năm 1990) .Hiện nay, nhiều nhà máy sử dụng kỹ thuật trong ly bằng lưu chất
siêu tới hạn (tại Mỹ, Đức, Nhật, Anh, Pháp) trong các ứng dụng khác nhau: trích ly các
hợp chất có hoạt tính sinh học như alkaloid, phenolic, antioxidant…; trích ly dầu thực
vật, tinh dầu, chất màu tự nhiên hoặc tách cholesterol trong thực ph m….
2. Các ưu nhược điểm của phương pháp

 Ưu điểm
 Tốc độ truyền khối nhanh nên thời gian trích ly ngắn
 Tính chọn lọc cao nên dịch trích ít tạp chất, tiết kiệm chi phí và thời gian cho quá
trình tinh sạch
 Do CO2 là loại dung môi có tính trơ về mặt hoá học nên các phản ứng phụ ít xảy ra,
từ đó dịch trích cũng ít tạp chất hơn
 Độ tinh sạch của sản phNm cao hơn so với các phương pháp trích ly truyền thống
 Chi phí năng lượng cho quá trình trích ly ít hơn so với các quy trình khác
 Khả năng tự động hoá cao, có thể điều khiển tự động ở quy mô công nghiệp.
 Nhược điểm
 Do thiết bị cần hoạt động ở nhiệt độ và áp suất tới hạn của dung môi cần sử dụng
nên cần đảm bảo tính an toàn lao động cao. Đồng thời chi phí đầu tư cho thiết bị cũng
rất tốn kém.


3. Cơ sở khoa học quá trình trích ly siêu tới hạn
a) Định nghĩa về lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn
Trạng thái siêu tới hạn là trạng thái của một chất, hợp chất hay hỗn hợp mà nhiệt độ
và áp suất tồn tại của nó trên nhiệt độ tới hạn (Tc), áp suất tới hạn (Pc) và dưới áp suất
chuyển sang thể rắn của chất đó.

Hình 1. 1: Giản đồ áp suất- thể tích-nhiệt độ (PVT- pressure- volume- temperature)

Hình 1. 2: Giản đồ áp suất- nhiệt độ


b) Nguyên lý tạo thành lưu chất siêu tới hạn
Trạng thái của một chất biến đổi khi thay đổi các thông số trạng thái của chất đó.
Nguyên tắc tạo trạng thái siêu tới hạn của một chất là hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất của
chất đó phải lớn hơn nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của chính nó.

Bảng 1. 1: Nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn của một số chất thông dụng.

Như vậy, đối với CO2, ta duy trì áp suất trên 7,37 Mpa và nhiệt độ trên 31,1oC thì có thể
tạo ra CO2 ở trạng thái siêu tới hạn.

Hình 1. 3: Mặt khum phân chia giữa thể lỏng và thể khí của CO2 biến mất khi đạt đến điểm
tới hạn


Hình 1. 4: Sơ đồ trạng thái của hệ lỏng-khí
1. Tính chất của lưu chất siêu tới hạn
a) Hằng số tới hạn
Điểm tới hạn của một chất được xác định bởi nhiệt độ và áp suất, tại đó trạng thái pha
lỏng và pha khí không thể phân biệt.
Khi một chất bị nén và gia nhiệt đến một áp suất và nhiệt độ cao hơn điểm tới hạn thì
chất đó chuyển sang một trạng khác được gọi là trạng thái siêu tới hạn. Nhiệt độ, áp
suất và thể tích mol của một chất ở điểm tới hạn được gọi là nhiệt độ tới hạn (Tc), áp
suất tới hạn (Pc) và thể tích mol tới hạn (Vc) tương ứng. Các tham số trên được gọi là
hằng số tới hạn. Mỗi chất có một hằng số tới hạn nhất định (bảng 2.2).
b) Tỷ trọng
Tỷ trọng của lưu chất siêu tới hạn sẽ thay đổi khi nhiệt độ và áp suất tương ứng của
môi trường thay đổi. Trong mọi trường hợp, sự gia tăng nhiệt độ dẫn đến sự giảm tỷ
trọng. Tỷ trọng của lưu chất biến đổi nhanh ở vùng nhiệt độ và áp suất gần điểm tới
hạn. Tỷ trọng rút gọn (ρr = ρ/ρc) của hợp chất tinh khiết ở áp suất rút gọn (Pr = P/Pc) là
1,0 có thể thay đổi từ giá trị khoảng 0,1 (tỷ trọng giống chất khí) đến khoảng 2,0 (tỷ
trọng giống chất lỏng) khi ta tiến hành hiệu chỉnh nhiệt độ rút gọn (Tr = T/Tc) trong dãy
từ 0,9 - 1,2 (hình 1.5, bảng 1.2 ).


Hình 1. 5: Sự biến thiên tỷ trọng rút gọn của một chất trong vùng lân cận tới hạn

Bảng 1. 2: So sánh đặc tính vật lý của chất lỏng, chất khí và chất lỏng siêu tới hạn

Khi tỷ trọng của lưu chất siêu tới hạn có giá trị tương đương với tỷ trọng của chất đó ở
trạng thái lỏng thì chất lỏng siêu tới hạn hoạt động như dung môi lỏng. Tuy nhiên, khi
nhiệt độ rút gọn tăng đến giá trị khoảng 1,6, chất lỏng siêu tới hạn trở nên giống chất khí
do sự giãn nở tăng cùng với sự tăng nhiệt độ.
c) Hằng số điện môi.
Tại áp suất cao, chất khí không còn tồn tại ở trạng thái khí lý tưởng do sự tăng cường
liên kết vật lý giữa các ion, các lưỡng cực, các lưỡng cực tạm thời và nhiều cực ảnh
hưởng tới các tương tác phân tử trong hệ. Năng lượng tương tác (Eq) giữa các điện tích
q1, q2 được xác định bởi một hàm của hằng số điện môi (ε) và khoảng cách giữa các điện
tích (r).


Hằng số điện môi tĩnh là một thông số hiệu quả để đánh giá đặc tính dung môi của chất
lỏng có cực như ethanol, methanol và nước. Hằng số điện môi cũng là thông số phụ
thuộc vào tỷ trọng và có thể thay đổi bằng cách hiệu chỉnh nhiệt độ và áp suất của hệ.
Hằng số điện môi của chất lỏng siêu tới hạn là một thông số quan trọng để ước lượng
sự tăng cường liên kết nội phân tử thông qua tương tác lưỡng cực - lưỡng cực. Ví dụ: ở
nhiệt độ 40oC, giá trị hằng số điện môi của CO2 tăng khi áp suất tăng từ 70 - 200.105Pa
và đạt trạng thái giống chất lỏng khi áp suất của hệ dao động quanh giá trị 200.105 Pa.
Như vậy, áp suất càng cao thì liên kết nội phân tử càng được củng cố, tính chất không
phân cực của CO2 càng được tăng cường. Điều này giải thích nguyên nhân ở áp suất
càng cao thì khả năng tan của các chất không phân cực và các hợp chất khó bay
hơi trong dung môi CO2 càng tăng.

Hình 1. 6: Tỷ trọng và hằng số điện môi của CO2 theo áp suất ở 50oC


Hình 1. 7: Tỷ trọng và độ hoà tan của của SC-CO2 theo áp suất và nhiệt độ

d) Đặc tính chuyển động
 Độ nhớt
Độ nhớt là một thông số quan trọng dùng để đánh giá sự chuyển động của chất lỏng
trong hệ thống. Độ nhớt của chất khí tăng khi nhiệt độ tăng trong một khoảng áp suất
nhất định. Tuy nhiên, độ nhớt của chất lỏng siêu tới hạn lại giảm khi tăng nhiệt độ
trong 1 khoảng áp suất nhất định.
Đối với lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn, khi áp suất của hệ càng tăng thì tỷ trọng của
nó cũng tăng và đạt giá trị bằng với tỷ trọng của chất đó ở trạng thái lỏng. Trong khi đó,
độ nhớt của lưu chất siêu tới hạn lại tăng chậm hơn và vẫn chưa đạt đến độ nhớt của chất
đó ở trạng thái lỏng.


Hình 1. 8: Độ nhớt của CO2 ở các nhiệt độ khác nhau trong vùng siêu tới hạn
 Khả năng khuếch tán
Khả năng khuếch tán cũng là một thông số quan trọng đánh giá hiệu quả trích ly của
lưu chất siêu tới hạn. Khả năng khuếch tán của một chất ở trạng thái siêu tới hạn cao
hơn so với chất đó ở trạng thái lỏng, vì vậy mà khả năng truyền khối của lưu chất siêu
tới hạn cũng cao hơn. Khả năng khuếch tán của lưu chất siêu tới hạn tăng khi nhiệt độ
tăng và giảm khi áp suất tăng.
e) Nhiệt dung riêng và sự dẫn nhiệt
Các thông số về nhiệt dung riêng và sự dẫn nhiệt được dùng để mô tả cách truyền nhiệt
trong hệ. Trong vùng tới hạn, nhiệt dung đẳng áp rất lớn và đạt đến giá trị cực đại rồi
giảm dần về giá trị ổn định (hình 1.9). Tuy nhiên, nhiệt dung đẳng tích chỉ thay đổi rất ít
trong vùng tới hạn.


Hình 1. 9: Nhiệt dung riêng của CO2 theo áp suất ở 320oK

Hình 1. 10: Hệ số dẫn nhiệt của CO2 theo nhiệt độ và tỷ trọng

Sự dẫn nhiệt của chất lỏng siêu tới hạn được xem là một tính chất truyền nhiệt quan trọng.
Hệ số dẫn nhiệt (λ) là hệ số tỷ lệ giữa dòng nhiệt Q và gradient nhiệt độ của chất lỏng.
Q = λ.∇T


Hầu hết hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng siêu tới hạn tăng với sự tăng nhiệt độ và tỷ trọng của
hệ. Bảng thể hiện số liệu về hệ số dẫn nhiệt của nước và CO2 như một hàm của nhiệt độ ở vài
áp suất.
Bảng 1. 3: Hệ số dẫn nhiệt của nước và CO2.

Tóm lại, trạng thái siêu tới hạn được mô tả là một trạng thái trung gian giữa trạng thái khí
và lỏng, có khả năng khuếch tán cao gần với chất khí và khả năng hoà tan các chất tan gần
như một dung môi lỏng.
Một chất tồn tại ở trạng thái dense phase sẽ có những tính chất giống trạng thái khí do
động năng của các phân tử lớn hơn lực hút giữa các phân tử với nhau, vì vậy mà nó có
khả năng khuếch tán giống chất khí. Mặt khác, chất này cũng sẽ có những tính chất
giống trạng thái lỏng do mật độ phân tử lớn, có các tính chất về độ nhớt, tính chất dòng
chảy gần giống chất lỏng (N.L. Rozzi and R.K. Singh , 2002; Yoshaki Fukushima, 1999).
2. Công nghệ trích ly bằng CO2 siêu tới hạn ( supercritical CO2 SC-CO2)
Tính chất CO2

Carbon dioxide là một hợp chất hoá học không phân cực, hình thành từ một nguyên tử
carbon nối đôi với hai nguyên tử oxy, có công thức hoá học là CO2.

Hình 1. 11: Cấu trúc phân tử của CO2


CO2 tồn tại ở trạng thái khí trong điều kiện thường, không màu, không mùi, không duy
trì sự cháy, tồn tại trong không khí với nồng độ xấp xỉ 0,03%, ít độc với con người và
động vật.

Bảng 1. 4: Một số thông số hoá lý của CO2
Khối lượng riêng (đkc)

1,98 kg/m3

Độ tan trong nước (to phòng)

1,45 kg/m3

Điểm đông đặc

-57oC (nén)

Điểm sôi
Độ nhớt (-78oC)

-78oC (thăng
hoa)
0,07 cP

Nhiệt độ tới hạn

31,1oC

Ap suất tới hạn

7,37 MPa

Hình 1. 12: Giản đồ nhiệt độ- áp suất của CO2
CO2 là một hợp chất không phân cực, do đó mà nó dễ dàng tan vào các dung môi

không phân cực như chất béo. Đây là một trong những đặc tính quan trọng của CO2 khi
ứng dụng nó để thanh trùng hay tiệt trùng thực ph m vì CO2 sẽ hoà tan vào phần kỵ nước
ở giữa màng lipid kép của tế bào vi sinh vật và gây biến tính màng.


Giản đồ pha của CO2

Hình 1. 13: Giản đồ pha của CO2
CO2 có thể tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau: rắn, lỏng, khí tuỳ thuộc vào điều kiện áp
suất và nhiệt độ.
Tại điểm tới hạn (critical point), khi tăng áp suất và nhiệt độ, CO2 sẽ tiến vào vùng trạng
thái siêu tới hạn (supercritical), khi đó nó sẽ có tính chất nằm giữa trạng thái lỏng và
khí. Tại một nhiệt độ cố định trên nhiệt độ tới hạn Tc, khi ta tăng áp suất, CO2 không
ngưng tụ chuyển về trạng thái lỏng được, khối khí CO2 bị nén lại, do đó mà mật độ
chúng tăng lên, tạo nên một trạng thái dày đặc mà ta gọi là siêu tới hạn.
3. Lựa chọn dung môi CO2 siêu tới hạn trong chiết tách
CO2 và một số dung môi khác ở trạng thái siêu tới hạn có tính chất hoá lý đặc biệt
như:
 Sức căng bề mặt thấp
 Độ linh động cao, độ nhớt thấp
 Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng chất lỏng
 Có thể điều chỉnh khả năng hoà tan các chất khác bằng cách thay đổi nhiệt độ và
áp suất
Để đáp ứng các yêu cầu công nghệ chiết tách các hợp chất thiên nhiên, SC-CO2 là dung
môi được lựa chọn ưu tiên vì các thuận lợi sau:
 CO2 dễ kiếm, rẻ tiền vì là sản phNm phụ của nhiều ngành công nghiệp hoá chất khác.
 Là chất trơ về mặt hoá học, có phản ứng kết hợp với các chất cần tách chiết. Khi ở
trạng thái siêu tới hạn, CO2 không tự kích nổ, không bắt lửa và không duy trì sự cháy.
 CO2 không độc đối với cơ thể, không ăn mòn thiết bị.
 Điểm tới hạn của CO2 (Pc= 73 atm; Tc= 30,9oC) là một điểm có giá trị nhiệt độ, áp

suất không cao lắm so với các chất khác cho nên sẽ tốn ít năng lượng để đưa CO2 vào


vùng siêu tới hạn
 Có khả năng hoà tan các chất hữu cơ ở thể rắn cũng như lỏng, đồng thời hoà tan cả
các chất thơm dễ bay hơi, không hoà tan các kim loại nặng và có thể điều chỉnh các
thông số trạng thái như áp suất và nhiệt độ để thay đổi độ chọn lọc của dung môi.
 Khi sử dụng CO2 thương ph m để chiết tách không có dư lượng cặn độc hại trong
chế ph m chiết do đó cũng tiết kiệm chi phí cho quá trình tinh sạch
II.QUÁ TRÌNH TRÍCH LY BẰNG LƯU CHẤT SIÊU TỚI HẠN
1. Quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn
Một quá trình trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn bao gồm hai bước: trích ly của các
thành phần hòa tan trong dung môi siêu tới hạn và phân riêng các chất
chiết xuất từ dung môi. Quá trình trích ly có thể được áp dụng cho một hệ
rắn, lỏng, hoặc nhớt. Dựa vào mục tiêu khai thác, hai trường hợp khác nhau có thể
được xem xét:
a) Phân riêng vật liệu cần tách. Trong trường hợp này, đối tượng là sản ph m thực
ph m cuối cùng khi các hợp chất không mong muốn được loại bỏ, ví dụ quá trình
dealcoholization từ đồ uống có cồn, loại bỏ các hương vị lạ, hoặc khử caffein từ cà
phê.
b) Trích chiết từ nguyên liệu cần tách. Các hợp chất chiết xuất từ nguồn nguyên liệu
là sản ph m cuối cùng. Ví dụ, tinh dầu hoặc chất chống oxy hóa.

Hình 2. 1: Lưu đồ của một quá trình chiết xuất siêu tới hạn từ chất rắn


1: Buồng trích ly
2: Van giảm áp
3: Bốc hơi
4: Thiết bị phân riêng

5: Thiết bị ngưng tụ
6: Thùng chứa
7: Bộ phận giảm nhiệt
8: Bơm
9: Bộ phận gia nhiệt
2. Trích ly hợp chất từ chất rắn bằng lưu chất siêu tới hạn
a) Nguyên tắc
Hầu hết công nghệ khai thác bằng chất lỏng siêu tới hạn được phát triển và thực hiện
trên nguyên liệu rắn. Hình 2.1 là sơ đồ minh họa một dòng chảy chung của một quá
trình chiết xuất bằng lưu chất siêu tới hạn từ chất rắn. Dung môi được làm mát
trước khi ơm, đảm bảo là pha lỏng để tránh các vấn đề xâm thực. Các dung môi
tăng áp được làm nóng trên nhiệt độ tới hạn của nó, đến nhiệt độ khai thác trước khi
vào thiết bị trích ly. Các thiết bị trích ly được làm đầy bởi dòng nhập liệu, và dung
dịch chiết ở nhiệt độ khai thác. Các dung môi siêu tới hạn chảy qualớp cố định và
các hợp chất hòa tan được chiết xuất. Các chất lỏng siêu tới hạn và chất chiết
xuấỉa ngoài, thông qua một van giảm áp lực. Khả năng hoà tan giảm khi áp lực giảm,
do đó, các hợp chất kết tủa. Để đảm bảo kết tủa hết, các siêu tới hạn dung môi được
làm nóng trên nhiệt độ bão hòa để đạt được trạng thái khí. Dưới những điều kiện, khả
năng hoà tan là không đáng kể. Sau đó vật liệu được chứa trong một thiết bị riêng
trong khi dung môi ở pha khí đi ra và được tái lưu thông trở lại cho thiết bị trích ly.
Khi nguyên liệu được chiết xuất hoàn toàn, yêu cầu thực hiện các bước sau ở thiết bị
trích ly:
 Giảm áp suất
 Mở thiết bị trích ly
 Tháo bỏ vật liệu thải
 Nạp nguyên liệu mới
 Đóng thiết bị trích ly
 Điều áp để điều kiện hoạt động
b) Các thông số công nghệ
Tăng độ hòa tan của các hợp chất bằng cách tăng áp suất khai thác tại nhiệt độ không đổi.

Áp suất: Ở áp suất gần với áp suất tới hạn, độ hòa tan của các hợp chất làm tăng vì giảm


nhiệt độ. Tuy nhiên, ở áp suất cao, độ hòa tan của các hợp chất tăng bằng cách tăng
nhiệt độ. Hiệu ứng chéo dẫn tới tác động cạnh tranh của giảm khối lượng riêng của dung
môi và tăng của áp suất hơi. Áp lực mà tại đó các hiệu ứng chéo xảy ra phụ thuộc vào
loại các hợp chất để trích xuất. Phạm vi giao nhau cho hầu hết các hợp chất từ 20 đến 35
MPa.
Độ hoà tan: Các điều kiện tách phụ thuộc vào độ hòa tan của các hợp chất tại áp suất và
nhiệt độ khác nhau. Nói chung áp suất tách được thực hiện tại 5-6 MPa. Đối với các loại
tinh dầu hoặc các thành phần dễ bay hơi, tách diễn ra tại 3-5 MPa và nhiệt độ thấp để thu
hồi tối đa các thành phần quan tâm. Đối với các loại dầu, sự phân riêng có thể diễn ra tại
15-20 MPa do độ hòa tan thấp trong carbon dioxide siêu tới hạn (CO2) theo các điều kiện
trên.
Kích thước và hình thái của vật liệu rắn có tác dụng trực tiếp lên hệ số truyền khối. Nhìn
chung, tăng diện tích bề mặt làm tăng tốc độ trích ly. Vì vậy, nguyên liệu có kích thước
hình học nhỏ hơn thường có hệ số truyền khối cao hơn, giảm thời gian nghỉ giữa hai lần
trích ly cũng như có thể kiểm soát quá trình khuếch tán. Kích thước hạt cần phải được
đánh giá qua từng trường hợp dựa trên loại vật liệu để được xử lý phú hợp.
Độ m: Tương tự như kích thước hạt, độ m phải được đánh giá th m định theo từng
trường hợp. Hàm m cao thường không được ưa chuộng vì độ m được xem như là một
rào cản của quá trình truyền khối.
3. Trích ly hợp chất từ chất lỏng bằng lưu chất siêu tới hạn
a) Nguyên tắc
Khi nguyên liệu nhập liệu ở trạng thái lỏng, quá trình trích ly thường được thực hiện
trong cột trích ly ngược dòng. Phần nguyên liệu đặc (dense merterial) được đưa vào từ
phần giữa hoặc đầu cột, và dung môi với khối lượng riêng thấp hơn được đưa vào từ
phần dưới của cột. Quá trình thực hiện liên tục dẫn đến giảm chi phí vận hành hơn so
với quá trình trích ly từ chất rắn. Sơ đồ tổng hợp các dòng chảy trong quy trình được
thể hiện trong hình 2.2.Các bước tách và tái sử dung của dung môi là tương tự như

chiết xuất từ các chất rắn.


Hình 2. 2: Lưu đồ của một quá trình trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn
4. Thiết bị trích ly bằng lưu chất siêu tới hạn
a) Giới thiệu một số thiết bị
Thiết kế và lựa chọn thiết bị cho hệ thống quá trình sử dụng lưu chất siêu tới
hạn (supercritical fluid processing - SFP) cần xem xét một số thông số và chi tiết kỹ
thuật đặc trưng cho loại thiết bị này. Nhiều loại phụ kiện đối với hầu hết các thiết bị
không có sẵn hoặc không dễ dàng tìm thấy nhằm đáp ứng điều kiện hoạt động hoặc
thiết kế của các hệ thống SFP. Ví dụ, nhiều hệ thống SFP yêu cầu thiết kế vệ sinh cho
sản ph m thực ph m, dược ph m dinh dưỡng (nutraceutical), hoặc dược ph m cao hơn
so với các thiết bị chế biến thông thường. Do đó cần nêu rõ yêu cầu với nhà cung cấp
để được cung cấp những phụ kiện phù hợp. Trong những điều kiện đặc biệt có thể gặp
phải khi hoạt động thường xuyên hoặc xảy ra sự cố lớn mà cần các loại vật liệu đặc
biệt.


Hình 2. 3: Những kiểu đóng nắp của thiết bị
a) thiết bị đóng khép vòng tự động b) thiết bị đóng bằng đầu nối (ghim) tự động

Hình 2.4 : Tháp trích ly ngược dòng (10 M) bằng lưu chất siêu tới hạn


Hình 2.5 : Thiết bị sắc ký dọc trục (30 cm ID) theo dõi động học của quá trình trích ly
bằng lưu chất siêu tới hạn

III. TH NGHIỆM TR CH L TINH DẦU TRẦM BẰNG CO2 SIÊU TỚI HẠN
1. Gới thiệu tinh dầu trầm
Tinh dầu trầm hương được chiết từ cây gió bầu, là chất lỏng sánh, nhớt, dẻo, có màu

vàng hoặc màu hổ phách đậm, mùi thơm dịu. Thành phần hóa học chủ yếu của tinh
dầu trầm hương gồm các agarofuranoid, các sesquiterpenoid của nhóm chất
eudesman, eremophilan, valencan và vetispiran.


Bảng : Thành phần tinh dầu trầm
STT

Công thức hóa học

Phần trăm (%)

1
2
3
4

2-(2-(4 methoxyphenyl)ethyl)chromone
2-(2-phenylethyl)chromone
oxoagarospiro
9,11-eremophiladien-8-one

27
15.5
5
3

5

6-methoxy-2(2-(4methoxyphenyl)ethyl)chormone

2.5

6

guaia-1(10),11-dien-15-oic acid

1.5

7

selina-3,11-dien-ol

1.5

8
9

Kusonol
selina-2,11-dien-14-ol

1.4
1

10

guaia-1(10), 11-dien-15-oic acid

1

11

selina-3,11-dien-9-one

0.8

12

jinko-eremol 00.7 selina-4,11-dien-14-al

0.7

13

dihydrokaranone

0.7

14

selina-3,11-dien-14-al

0.6

15
16
17
18

2-hydroxyguaia-1(10),11-dien-15-oic acid

b-agarfuran
guaia-1(10),11-dien-15-ol
guaia-1(10),11-dien-15,2-olide

0.4
0.4
0.3
0.3

19

selina-3,11-dien-14-oic acid

0.3

20

norketoagarfuran

0.2

21
22
23

Agarspirol
sinenofuranol
selina-4,11-dien-14-oic acid

0.2

0.2
0.2

24

9-hydroxyselina-4,11-dien-14-oic acid

0.2

25
26
27
28
29

dehydrojinkoh-eremol 00.1 rotundone
a-bulnesene
Karanone
a-guaiene
bulnesene oxide

0.2
0.1
0.1
0.1
0.1

30
31

guaia-1(10),11-dien-9-one
1,5-epoxy-norketoguaiene
Total

0.1
0.1
65.2

Công dụng của trầm hương:
 Làm chất định hương, điều chế các loại nước hoa hảo hạng như Sental,
Nuitd’Orient, làm xà phòng tắm cao cấp dùng cho vua chúa thời trước.
 Dùng để trị các chứng độc thủy do phong thổ gây nên, làm tiêu chứng chướng
mãn, no hơi, đau bụng, ói mửa, hen suyễn thở gấp, hạ được nghịch khí, thông chứng bế
do khí hư gây nên…
2. Quá trình chiết xuất
a) Chu n bị mẫu
 ay nghiền mẫu để làm nhỏ kích thướt, nhằm tăng diện tích tiếp xúc tăng quá
trình truyền khối.Tăng hiệu quả và hiệu suất trích ly, nguyên liệu gỗ gió bầu thí
nghiệm có Dtđ ≈ 3mm
 Đo độ m mẫu, độ m cao sẽ làm giảm hiệu suất trích ly
 Cân mẫu, khối lượng mẫu m = 10,2 gam


nh
b) Quy trình chi t xuất

nh

i tr nh chi t t ch C

Ch tr nh tr ng th i C

2

i

trong

t ih n

nh chi t

 Mẫu đã sơ chế và nghiền được cho vào bình chiết. Bình chiết được lót
màng lọc cả phần đỉnh và phần đáy để tránh việc các hạt nhỏ có thể lọt vào
đường ống dẫn dung môi.


 Khí CO2 từ bình khí (45 - 55 bar) được dẫn qua cột than hoạt tính và qua
màng lọc parafin để loại bỏ tạp chất và tách nước. Sau đó, khí CO2 được đưa vào
hóa lỏng tại thiết bị làm lạnh. Khí CO2 lúc ban đầu trong bình chứa ở trạng thái 1
(hình 3.2), thường là áp suất trong khoảng 45-55bar, nhiệt độ môi trường. Khi
được hạ nhiệt độ ở điều kiện đẳng áp từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 là trạng thái
CO2 ở thể lỏng như trong bình chứa CO2 ban đầu. Nên có thể sử dụng bơm cao áp
để nén lên áp suất cao và điều chỉnh lưu lượng vào thiết bị thuận lợi
 Từ bình chứa CO2 lỏng được bơm qua van điều chỉnh để có lưu lượng là 5
lít/phút vào bộ phận trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ. Dòng CO2 lỏng từ trạng thái 3
được giữ ở điều kiện đẳng áp và tăng nhiệt độ dần dần để chuyển CO2 lỏng sang
trạng thái siêu tới hạn 4.
 Trong suốt quá trình chiết, nhiệt độ và áp suất của bình chiết luôn luôn
được điều chỉnh để giữ ổn định ở 700C.

 Kết thúc quá trình tách chiết, dịch chiết được dẫn vào bình phân tách. Tại
đây quá trình tách tinh dầu trầm ra khỏi dung môi được thực hiện bằng cách giảm
áp suất để chuyển CO2 thành trạng thái khí = thu được tinh dầu trầm ở trạng thái
lỏng.
 Đánh giá chất lượng, cân khối lượng tinh dầu xác định hàm lượng tinh dầu
Th o công thức
% Tinh ầ

3. Thông số trích ly
a) Nhiệt độ và áp suất
Áp suất là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng nhất trong kỹ thuật trích ly
bằng lưu chất siêu tới hạn. Áp suất quyết định đến tính chất hóa lý, khả năng khuếch
tán cũng như tính hòa tan của CO2. áp suất không đổi.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ trích ly, nhiệt độ tăng sẽ làm tăng tốc độ quá trình
trích ly, giới hạn trên của nhiệt độ là nhiệt độ phân hủy của chất trích ly và giới hạn
của thiết bị.


IV.

BÀN
ẬN
 Công nghệ trích ly bằng CO2 siêu tới hạn được xem xét sử dụng trong lĩnh vực
thực ph m, dược ph m như là một công nghệ khả thi để đáp ứng mục tiêu sản
xuất sạch tạo ra các sản ph m có giá trị cao, thay thế công nghệ thông thường và
khắc phục các nhược điểm của công nghệ truyền thống. Để áp dụng trên quy mô
công nghiệp, cần phải hiểu được công nghệ, tối ưu hóa các thông số quá trình,
thực hiện tối thiểu chi phí vận hành.
 Ta thực hiện việc tối ưu hóa các điều kiện công nghệ chiết bằng CO2 theo quy
hoạch thực nghiệm, do thời gian thí nghiệm, cũng như khuôn khổ bài làm thí

nghiệm không cho phép ta khảo sát nhiều giá trị áp suất và nhiệt độ, vì vậy ta
không thể xác định được thông số nhiệt độ và áp suất của quá trình chiết tinh dầu
trầm bằng CO2 siêu tới hạn được.
 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng sản ph m của quá trình chiết
xuất:
 Tình trạng mẫu: thời gian bảo quản mẫu trước khi chiết, kích thước mảnh
nguyên liệu của mẫu
 Thời gian của quá trình tiến hành chiết xuất
 Tỷ lệ theo khối lượng giữa dung môi SCO2 và nguyên liệu chiết