- Dựa vào các kết quả nghiên cứu của nhóm đề tài trên cơ sở nội dung các chuyên đề:
- Nghiên cứu quy trình chiết xuất hoạt chất sinh học từ nấm Đầu khỉ với hỗ trợ xử lý nguyên liệu cho chiết xuất bằng sóng siêu âm.
- Nghiên cứu thu nhận hoạt chất sinh học chiết xuất từ nấm Đầu khỉ, tạo chế phẩm nấm Đầu khỉ chiết xuất và xây dựng quy trình công nghệ sản xuất chế phẩm nấm Đầu khỉ chiết xuất.
Chúng tôi đƣa ra sơ đồ tạo chế phẩm nấm Đầu khỉ chiết xuất bằng sóng siêu âm dưới đây.
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 58 Hình3.17.Sơ đồ tạochế phẩmnấm Đầu khỉ chiết xuất bằng sóng siêu âm (Heri-Ultra T)
Nghiền( kích thước ≤ 0,8 mm)
Chiết xuất Diterpenoid Ethanol 80%/NL = 4/1, xử lý siêu âm 20
kHz, 8W/cm2/ 20 lít/4 phút / 50ºC
Chiết xuất β-glucan Nước cất/NL =5/1, siêu âm 20 kHZ,
8W/cm2/ 20 lít /3 phút/55ºC Nấm Đầu khỉ
Lọc
Cô ở nhiệt độ 60ºC, -0,8 atm, 3 giờ
Cô ở nhiệt độ 60ºC, -0,8 atm, 3 giờ
Tủa: Dịch chiết/
ethanol 96% là 1/5;
ở 10ºC/12 giờ
Tủa β-glucan tổng
Độ ẩm 16,61% Cao Diterpenoid tổng Độ ẩm 21,26%
Trộn, tạo hạt Sấy ở nhiệt độ 60ºC,
-0,8 atm
Bã
Chế phẩm Nấm Đầu khỉ (Heri – Utra T)
(Sản lƣợng 18,16 % (β-glucan 51,86 %, Diterpenoid 6,68 %, độ ẩm 3,3 % ) Dịch lọc
Thu hồi Ethanol
Nước cất Ethanol
96%
Thu hồi nước cất
Bã chiết lần 1 Dịch chiết
Lọc
Dịch chiết
Lọc
Nghiền Ethanol 80%
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 59 Thuyết minh quy trình sản xuất chế phẩm nấm Đầu khỉ chiết xuất
a. Nguyên liệu
- Mục đích: nhằm tách các tạp chất không mong muốn, kiểm tra an toàn vệ sinh thực phẩm.
- Các yếu tố ảnh hưởng: cảm quan nguyên liệu (màu sắc, độ ẩm, nấm mốc).
- Tiến hành: Nấm Đầu Khỉ nguyên liệu khô có màu vàng đậm, cuống nấm màu trắng ngà, độ ẩm ≤ 12% đƣợc kiểm tra và lựa chọn để loại bỏ mốc, hỏng (đạt các chỉ tiêu an toàn về vệ sinh thực phẩm).
-Thiết bị sử dụng: máy sấy.
b. Xử lý nguyên liệu
- Mục đích: nhằm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt giữa nguyên liệu và dung môi chiết xuất, phá vỡ cấu trúc tế bào tạo điều kiện thuận lợi cho các chất hòa tan vào dung môi.
- Các yếu tố ảnh hưởng: kích thước nguyên liệu
- Tiến hành: Mẫu nấm được xử lý nghiền nhỏ kích thước ≤ 0,8 mm rồi đem bảo quản kín trong túi nilon để nơi thoáng mát để tránh ẩm mốc.
- Thiết bị sử dụng: máy xay (Điện cơ An Phát, Việt Nam), cân (Nhơn Hòa, Việt Nam).
c. Chiết xuất nguyên liệu lần 1
- Mục đích: Nhằm đƣa ra các thông số chiết xuất kỹ thuật cụ thể thu nhận nhóm hợp chất Diterpenoid với hàm lƣợng cao nhất.
- Các quá trình diễn ra:
+ Quá trình khuếch tán:
Quá trình di chuyển vật chất từ pha này sang pha khác khi hai pha tiếp xúc trực tiếp nhau gọi là quá trình khuếch tán (quá trình chuyển khối). Quá trình tách chất hòa tan trong nguyên liệu bằng dung môi chính là quá trình chiết xuất và nguyên liệu là pha rắn, dung môi là pha lỏng.
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 60 Khi hai pha chuyển động tiếp xúc nhau thì trên bề mặt phân chia pha tạo thành lớp màng, ở lớp màng luôn có chế độ chuyển động dòng và ở giữa dòng có thể có chuyển động xoáy. Đặc trƣng di chuyển vật chất trong màng và trong nhân của dòng khác nhau.
Trong lớp màng, quá trình di chuyển vật chất cơ bản là nhờ sự tiếp xúc giữa các phân tử và sự tác dụng tương hỗ giữa chúng, do đó quá trình khuếch tán qua màng đƣợc gọi là quá trình khuếch tán phân tử. Trong nhân, quá trình di chuyển vật chất nhờ sự xáo trộn các phân tử của dòng, vì thế gọi là khuếch tán đối lưu.
Quá trình khuếch tán trong lớp màng xảy ra rất chậm so với quá trình khuếch tán trong nhân của dòng, do đó mặc dù lớp màng rất mỏng nhƣng vẫn có giá trị quyết định đối với quá trình khuếch tán. Vận tốc khuếch tán nói chung phụ thuộc nhiều vào vận tốc khuếch tán trong màng.
+ Quá trình thẩm thấu:
Là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một màng có tính chất bán thấm, có nghĩa là màng chỉ cho dung môi đi qua mà không cho chất tan đi qua.
Màng đó gọi là màng bán thấm. Do áp lực thẩm thấu của các phân tử chất tan, dung môi sẽ đƣợc thấm từ pha lỏng có nồng độ chất tan thấp hơn sang pha lỏng có nồng độ cao hơn, cho đến khi áp suất thủy tĩnh cân bằng với áp lực thẩm thấu.
Ứng dụng: Trong tế bào nguyên liệu có chất nguyên sinh có tính bán thấm, vì vậy chỉ có dung môi thấm được vào tế bào, làm cho nguyên liệu bị trương nở, còn chất tan trong tế bào không khuếch tán ra ngoài đƣợc. Do đó trong chiết xuất, người ta tìm cách phá hủy nguyên sinh chất bằng nhiệt hoặc cồn để thực hiện quá trình chiết xuất.
+ Quá trình thẩm tích:
Là quá trình khuếch tán giữa hai pha lỏng qua một màng có tính chất thẩm tích, có nghĩa là màng không chỉ cho dung môi đi qua mà còn cho cả chất tan đi qua, nhƣng chỉ cho qua các phân tử nhỏ.
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 61 Ứng dụng: Màng tế bào nguyên liệu có tính chất của một màng thẩm tích, do đó khi chiết xuất nếu màng tế bào còn nguyên vẹn thì chỉ có chất tan là phân tử nhỏ và ion (phần lớn là hoạt chất) khuếch tán qua màng tế bào, còn các chất có phân tử lớn (thường là chất keo, tạp chất…) thì không qua được màng tế bào nên không bị chiết vào dịch chiết. Nhƣ vậy có thế coi màng tế bào nhƣ một màng lọc sinh học có tính chọn lọc. Đây chính là ƣu điểm của màng tế bào đối với quá trình chiết xuất.
+ Quá trình xâm thực khí của sóng siêu âm:
Khi sóng siêu âm truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành và hình thành bọt khí nhỏ. Dưới tác dụng của sóng, các bọt khí bị kéo nén, sự tăng áp suất, tăng nhiệt làm chúng hấp thụ năng lƣợng tới mức cực đại sẽ nổ tung dữ dội, tạo nên hiện tƣợng ―sốc sóng‖. Khi sự nổ vỡ của các bọt khí ở gần bề mặt pha rắn, xảy ra mất đối xứng sinh ra các tia dung môi có tốc độ cao bắn vào thành tế bào, do đó làm tăng sự xâm nhập của dung môi vào tế bào và làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa pha rắn và lỏng. Điều này làm tăng sự chuyển khối và phá vỡ cấu trúc tế bào. Sự nổ vỡ của các bọt khí làm tăng sự thoát của các chất nội bào vào dung môi. Quá trình này làm tăng cường sự truyền khối đối lưu và thúc đẩy xảy ra sự khuếch tán ở một vài trường hợp mà sự khuấy trộn thông thường không đạt được.
- Các yếu tố ảnh hưởng: dung môi chiết, tỷ lệ DM/NL, cường độ sóng siêu âm, công suất siêu âm, tần số siêu âm, thời gian, nhiệt độ chiết xuất.
-Tiến hành: Bột nấm Đầu khỉ nguyên liệu, kích thước ≤ 0,8 mm được chiết trên hệ thống chiết xuất bằng sóng siêu âm (tần số siêu âm 20 kHZ, công suất siêu âm 3 KW, bể siêu âm 20 lít), điều kiện chiết xuất: dung môi chiết ethanol 80%, tỷ lệ dung môi ethanol/ nguyên liệu là 4/1, cường độ siêu âm 8 W/cm2,nhiệt độ 50ºC, chiết siêu âm 4 phút.
-Thiết bị sử dụng: Máy siêu âm, bể siêu âm.
d. Lọc dịch chiết lần 1
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 62 - Mục đích: Loại bỏ cặn, bã ra khỏi dịch chiết xuất nhằm thu đƣợc dịch trong chỉ chứa các hợp chất hòa tan và nước.
- Các quá trình diễn ra:
+ Quá trình tách giữ:
Trong quá trình lọc, chất rắn trong huyền phù đƣợc giữ lại nhờ một lớp vật liệu lọc (giấy lọc hoặc màng bán thấm). Chiều cao lớp chất rắn này tăng theo thời gian và tạo thành một lớp bã lọc có tác dụng nhƣ một lớp màng lọc mới làm tăng chất lƣợng của quá trình lọc. Độ lọc hiệu dụng phụ thuộc vào kích cỡ hạt rắn và chiều cao của lớp bã lọc. Vật liệu lọc ban đầu có tác dụng giữ và tạo thành bã lọc. Bên trong vật liệu lọc không xảy ra quá trình tách giữ, có nghĩa là các tiểu phân nhỏ hoặc được lưu trên lớp bã lọc hoặc được chui qua.
Dịch lọc ban đầu không trong suốt vì các tiểu phân nhỏ đã chui qua vật liệu lọc. Chỉ khi nào các hạt chất rắn kết tụ lại thành các lỗ rất nhỏ trên vật liệu lọc thì chất lƣợng lọc mới tốt đƣợc. Song ở đây các hạt giữ lại cũng tạo ra một sự cản trở của dòng chảy khi lọc. Độ cản trở tăng theo chiều cao của lớp bã lọc.
Muốn đảm bảo tốc độ lọc nhanh, người ta phải tăng sự chênh lệch về áp suất qua màng và đến một chiều cao bã lọc nhất định nào đó phải ngừng quá trình lọc lại để lấy chất rắn ra.
- Các yếu tố ảnh hưởng: vật liệu lọc, kích thước màng lọc, dung môi rửa bã nấm.
- Cách tiến hành: Sau khi chiết xuất lần 1, Bã nấm đƣợc rửa bằng dung môi ethanol 80%/nguyên liệu tỷ lệ là 1/1 (v/v). Dịch chiết và dịch rửa đƣợc gom lại đem lọc qua vải lọc một lần sau đú lọc 2 lần qua màng lọc kớch thước 0,1àm, cứ sau 20 phút loại bã lọc một lần, tách bã thu dịch chiết.
- Thiết bị sử dụng: Màng lọc kớch thước 0,1àm e. Cô dịch lọc chiết lần 1
- Mục đích: nhằm loại bỏ bớt dung môi trong dịch lọc, tăng nồng độ chất khô cho cao chiết, thu hồi dung môi chiết nhờ quá trình bay hơi dung môi bởi nhiệt
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 63 và áp suất. Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm thấu cao).
- Các quá trình diễn ra:
+ Quá trình biến đổi vật lý: Dịch chiết thực phẩm là một hệ nhiều chất hòa tan như đường, acid, muối,…. Khi cô đặc dung môi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lƣợng riêng tăng, nhƣng hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lƣợng không khí còn lại hòa tan trong dịch chiết cũng giảm.
+ Quá trình biến đổi hóa học: Các loại đường do chịu tác dụng của nhiệt độ cao ở bề mặt truyền nhiệt của thiết bị cô đặc, nên bị caramel hóa. Hiện tƣợng caramel hóa tạo ra các sản phẩm có màu đen và vị đắng làm sản phẩm có chất lượng kém. Ở nhiệt độ 95ºC, đường khử có thể bị caramel hóa. Ở nhiệt độ 160ºC, quá trình caramel hóa xảy ra mạnh. Hiện tƣợng sẫm màu còn do phản ứng giữ protein (nhóm –NH2) và đường khử (nhóm – CHO) tạo các melanoidin. Các chất thơm và các chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ bốc theo hơi nước. Hàm lượng vitamin trong dịch chiết giảm do tác dụng của nhiệt độ cao.
- Các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt đô, thời gian, áp suất, chế độ khuấy đảo - Cách tiến hành: Dịch chiết đƣợc cô ở nhiệt độ 60ºC/ -0,8 atm trong 3 giờ bằng thiết bị cô thu hồi dung môi ethanol và Cao Diterpenoid tổng không có khuấy đảo. Tại nhiệt độ 60ºC là nhiệt độ thích hợp giảm thiểu sự diễn ra không mong muốn của quá trình biến đổi hóa học.
- Thiết bị sử dụng: máy cô chân không, tank thu hồi dung môi.
- Chỉ tiêu bán thành phẩm: Cao Diterpenoid tổng có màu vàng đậm, sệt, sản lƣợng đạt 8,28 % so với nguyên liệu, chứa 14,65 % Diterpenoid thô, độ ẩm 21,26 %.
f. Chiết xuất nguyên liệu lần 2
- Mục đích: Nhằm đƣa ra các thông số chiết xuất kỹ thuật cụ thể thu nhận nhóm hợp chất β-glucan với hàm lƣợng cao nhất.
- Các quá trình diễn ra: quá trình khuếch tán, quá trình thẩm thấu, quá trình thẩm tích, quá trình xâm thực khí của song siêu âm nhƣ đã nêu mục 2.2.9.3.
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 64 - Các yếu tố ảnh hưởng: dung môi chiết, tỷ lệ DM/NL, cường độ sóng siêu âm,
công suất siêu âm, tần số siêu âm, thời gian, nhiệt độ chiết xuất.
- Cách tiến hành: Bã nấm chiết lần 1, tiến hành chiết lần 2 ở điều kiện:
dung môi nước cất, Tỷ lệ nước cất/nguyên liệu là 5/1, cường độ siêu âm 8 W/cm2, nhiệt độ 55ºC, chiết siêu âm 3 phút. Chiết trên hệ thống chiết xuất bằng sóng siêu âm: tần số siêu âm 20 kHZ, công suất siêu âm 3 KW, bể siêu âm 20 lít.
- Thiết bị sử dụng: Máy siêu âm, bể siêu âm.
g. Lọc dịch chiết lần 2
- Mục đích: Loại bỏ cặn, bã ra khỏi dịch chiết xuất nhằm thu đƣợc dịch trong chỉ chứa các hợp chất hòa tan và nước.
- Các quá trình diễn ra: Quá trình tách giữ nhƣ đã nêu tại mục 2.2.9.4.
- Các yếu tố ảnh hưởng: vật liệu lọc, kích thước màng lọc, dung môi rửa bã nấm.
- Cách tiến hành: Sau khi chiết xuất lần 2, Bã nấm đƣợc rửa bằng dung môi nước cất/nguyên liệu tỷ lệ là 1/1 (v/v). Dịch chiết và dịch rửa được gom lại đem lọc qua vải lọc một lần sau đú lọc 2 lần qua màng lọc kớch thước 0,1àm, cứ sau 20 phút loại bã lọc một lần, tách bã thu dịch chiết.
- Thiết bị sử dụng: Màng lọc kớch thước 0,1àm h. Cô dịch lọc chiết xuất lần 2
- Mục đích: nhằm loại bỏ bớt dung môi trong dịch lọc, tăng nồng độ chất khô cho cao chiết, thu hồi dung môi chiết nhờ quá trình bay hơi dung môi bởi nhiệt và áp suất. Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm thấu cao).
- Các quá trình diễn ra: Quá trình biến đổi vật lý, quá trình biến đổi hóa học nhƣ đã nêu tại mục 2.2.9.5.
- Các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt đô, thời gian, áp suất, chế độ khuấy đảo - Cách tiến hành: Dịch chiết đƣợc cô ở nhiệt độ 60ºC/ -0,8 atm trong 3 giờ bằng thiết bị cô thu hồi dung môi nước và cao β-glucan thô không có khuấy đảo.
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 65 Tại nhiệt độ 60ºC là nhiệt độ thích hợp giảm thiểu sự diễn ra không mong muốn của quá trình biến đổi hóa học.
- Thiết bị sử dụng: máy cô chân không, tank thu hồi dung môi.
- Chỉ tiêu bán thành phẩm: Cao β-glucan thô có màu nâu đậm, sánh, chứa 25% chất khô hòa tan.
i. Tách thu β-glucan bằng ethanol 96%
- Mục đích: Tách riêng β-glucan ra khỏi dịch chiết.
- Các quá trình diễn ra:
+ Quá trình tủa β-glucan: Độ hòa tan của β-glucan trong dung dịch phụ thuộc vào nhiều yếu tố, một trong số đó là hằng số điện môi của dung dịch. Nhìn chung, những phân tử dung môi có hằng số điện môi lớn (như nước, dimethylsulphoxid) có thể ổn định tương tác giữa chúng với các phân tử β-glucan và tạo điều kiện thuận lợi cho sự hòa tan của β-glucan trong dung dịch. Ngƣợc lại, các dung môi với hằng số điện môi nhỏ (aceton, ethanol…) ngăn cản sự phân tán của các phân tử β-glucan trong môi trường. Do đó, độ hòa tan của những phân tử β-glucan giảm và xảy ra kết tủa do sự làm giảm hằng số điện môi hiện hữu của môi trường. Điều này có được bằng cách thêm một dung môi hòa tan trong nước như ethanol vào dung dịch chứa β-glucan. Sự tủa bằng ethanol 96%
có nhiều thuận lợi hơn vì nó tương đối rẻ, có sẵn ở dạng tinh khiết với ít chất tạp nhiễm gây độc, do nhiệt độ bay hơi của dung môi thấp nên dễ tách bỏ dung môi khỏi chế phẩm.
- Các yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ, thời gian, nồng độ dung môi, tỷ lệ dung môi/dịch chiết.
- Cách tiến hành: Cao β-glucan thô tiếp tục đƣợc bổ sung ethanol 96%
theo tỷ lệ là 1/5 ở 10ºC trong 12 giờ, lọc qua màng lọc 0,1 àm và rửa tủa β- glucan bằng ethanol 96%, thu đƣợc Tủa β-glucan tổng.
- Thiết bị sử dụng: Tủ lạnh
HV: Nguyễn Thị Lan Anh_CB130691 66 - Chỉ tiêu bán thành phẩm: Tủa β-glucan tổng có màu vàng nhạt, xốp, có độ ẩm khoảng 16,61 %, sản lƣợng đạt 13,24 % so với nguyên liệu và chứa 71,13% β-glucan.
k. Trộn, tạo hạt
- Mục đích: Trộn đều Cao Diterpenoid và Tủa β-glucan tổng nhằm phân tán đều các hoạt chất trong một hỗn hợp. Tạo hạt nhằm tạo điều kiện cho quá trình sấy không bị bết dính.
- Các yếu tố ảnh hưởng: thời gian trộn, kích thước hạt.
- Cách tiến hành: Cao Diterpenoid và Tủa β-glucan tổng đƣợc đƣa vào máy trộn trộn khuấy đều trong 10 phút thu đƣợc hỗn hợp Cao Diterpenoid và Tủa β-glucan. Tạo hạt kích thước khoảng 1 - 2 cm.
- Thiết bị sử dụng: Máy trộn và tạo hạt l. Sấy chân không
- Mục đích: nhằm loại bỏ dung môi, nước ra khỏi sản phẩm, giảm khối lƣợng, tăng nồng độ chất khô, kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm thấu cao)
- Các quá trình diễn ra:
+ Quá trình sấy: là quá trình vật liệu nhận nhiệt năng từ một nguồn nhiệt để chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra mặt vật liệu, sau đó đi vào môi trường thông qua tác nhân sấy. Nhƣ vậy quá trình truyền nhiệt và truyền chất xảy ra đồng thời. Sấy chân không phụ thuộc vào điểm sôi của nước. Khi giảm áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đây nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong ra bề mặt vật. Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có 1 điểm sôi nhật định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và đến lúc nhiệt độ vật đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đấy. Nước trong vật sẽ hóa hơi, đây là động lực chính tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm bên trọng vật ra ngoài bề mặt bay hơi của quá trình sấy chân không.