Quy trình công nghệ sản xuất Cyclodetrin

Chia sẻ: Dang Rin | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

331
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích công nghệ: -Khai thác: hòa tan những hạt tinh bột có kích thước nhỏ thành dung dịch nhớt sền sệt, các hạt hút nước và trương nở tối đa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa. Thiết bị: - Thiết bị jet-cooker: gồm một ống huyền phù tinh bột và một ống hơi giao nhau qua một khe hình côn, hơi được phun trực tiếp vào huyền phù tinh bột, lượng hơi vào được điều chỉnh bởi van qua hệ thống khí nén. - Cột lưu cao áp: lượng tinh bột được hồ hóa một phần sẽ băng qua một dãy các cột lưu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Quy trình công nghệ sản xuất Cyclodetrin

Quy trình công nghệ sản xuất Cyclodetrin
Mục lục Phần I.Quy trình công nghệ.......................................................... I.Sơ đồ ................................................................................................ II.Giải thích quy trình......................................................................... 1.Quy trình 1........................................................................................ 2.Quy trình 2........................................................................................ 3.So sánh 2 quy trình........................................................................... Phần II.Sản phẩm, các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm........... I.Khái quát chung................................................................................ 1.Tính độc........................................................................................... 2.Tính chất trong thực phẩm............................................................. 3.Khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng.............................................. 4.Các sản phẩm thương phẩm cyclodextrin và dẫn xuất............... II.β-cyclodextrin.................................................................................. III.α-cyclodextrin................................................................................. IV.γ-cyclodextrin................................................................................. Phần III.Thành tựu công nghệ................................................... I.Sử dụng limonene làm dung môi.................................................... II.Các dẫn xuất từ cyclodextrin......................................................... III.Ứng dụng và phát triển mạnh mẽ trong công nghệ sinh học... Phần VI.Tài liệu tham khảo....................................................... 1
Phần I:Quy trình công nghệ I.Sơ đồ tổng quát: Quy trình 1 Tinhbột sắn Hồ hóa Dịch hóa α – amylase Gia nhiệt Làm nguội Tổng hợp cyclodextrin CGTase β-cyclodextrin Lọc kết tủa Thêm Bacterial α-amylase,glucoamylase Trao đổi ion Cô đặc Kết tinh 2 α-cyclodextrin
Quy trình 2 Tinh bột sắn Hồ hóa Dịch hóa α– amylase Gia nhiệt Tổng hợp CGTase cyclodextrin Thêm dung môi Lọc kết tủa Trao đổi ion Cô đặc Kết tinh 3 Cyclodextrin
Giải thích quy trình II. 1. Quy trình 1 a. Hồ hóa tinh bột  Mục đích công nghệ: -Khai thác: hòa tan những hạt tinh bột có kích thước nhỏ thành dung dịch nhớt sền sệt, các hạt hút nước và trương nở tối đa tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa.  Thiết bị: - Thiết bị jet-cooker: gồm một ống huyền phù tinh bột và một ống hơi giao nhau qua một khe hình côn, hơi được phun trực tiếp vào huyền phù tinh bột, lượng hơi vào được điều chỉnh bởi van qua hệ thống khí nén. - Cột lưu cao áp: lượng tinh bột được hồ hóa một phần sẽ băng qua một dãy các cột lưu cao áp để duy trì nhiệt độ ở 105 – 110 0C và được giữ trong 5 phút. Thiết bị jet-cooker và các cột lưu thực hiện hai nhiệm vụ: hồ hóa hoàn toàn và phá bung toàn bộ hạt tinh bột bắt đầu giai đoạn dịch hóa.  Thông số công nghệ: - Thiết bị jet-cooker: Nhiệt độ t0 = 60 - 700C. Thời gian t = 5s. - Cột lưu cao áp: Nhiệt độ t0 =105 – 1100C. 4
Thời gian t = 5ph  Các biến đổi diễn ra trong quá trình: Huyền phù tinh bột được bơm cưỡng bức vào thiết bị jet-cooker và tiếp xúc trực tiếp với hơi, hơi nước khi tiếp xúc với tinh bột có nhiệt độ thấp hơn sẽ ngưng tụ một phần nhưng hầu hết hơi nước vẫn còn ở áp suất cao nên vẫn cung cấp lượng nhiệt để nâng nhiệt độ lên nhằm hồ hóa dung dịch. Quá trình hồ hóa xảy ra nhanh hơn, đồng đều và nhiệt độ không bị tăng cục bộ. Tuỳ loại tinh bột khác nhau có cấu trúc và số lượng hạt khác nhau dẫn đến khả năng hấp thụ nước khác nhau. Khi tinh bột được xử lý bằng nhiệt và ẩm đồng thời thì sẽ xảy ra hiện tượng hồ hoá, các hạt tinh bột sẽ trương nở lên do hấp phụ nước vào các nhóm hydroxyl phân cực. Các hạt tinh bột lớn nhất sẽ trương nở trước hết do cấu trúc kém bền nhất. Khi đó độ nhớt của huyền phù tinh bột tăng mạnh vì các hạt tinh bột trương nở kết dính vào nhau.Tiếp tục xử lý sẽ gây vỡ hạt tinh bột, thuỷ phân từng phần các phân tử cấu thành tinh bột, làm giảm độ nhớt của dung dịch. Khi dung dịch rất đậm đặc thì tinh bột hình thành gel, độ nhớt tăng lên, đôi khi tạo kết tủa. Thời gian tạo gel nhanh nhưng dưới tác dụng nhiệt của cột lưu cao áp làm cho tất cả các hạt tinh bột trương nở hoàn toàn. b. Dịch hóa tinh bột  Mục đích công nghệ: -Khai thác: Quá trình dịch hóa giảm thiểu khả năng bị lão hóa c ủa tinh b ột và giúp quá trình tổng hợp cyclodextrin xảy ra hiệu quả hơn. Hơn n ữa quá trình dịch hóa giúp thu hồi cyclodextrin từ dung dịch sau phản ứng tổng h ợp d ễ dàng hơn. Chuyeån heä huyeàn phuø cuûa haït tinh boät thaønh daïng dung dòch hoøa tan dextrin coù nhieàu maïch ngaén hôn.  Tổng hợp enzyme: sử dụng α-amylase tổng hợp từ vi khuẩn: - Vi khuẩn Bacillus Subtilis: chịu nhiệt ở 80-850C. - Vi khuẩn Bacillus Licheniformis, vi khuẩn Bacillus Stearothermophilus: chịu nhiệt ở 90-1000C.  Thiết bị: - Cấu tạo: thiết bị là một thùng kín, vỏ ngoài có áo cách nhi ệt, trong thùng được chia làm nhiều ngăn, mỗi ngăn có cánh khuấy nối chung với m ột tr ục được dẫn bởi động cơ. 5
- Nguyên tắc hoạt động: đây là thiết bị hoạt động liên tục, d ịch đ ược b ơm t ừ cột lưu vào thùng dịch hóa, thùng dịch hóa khi đầy dung d ịch s ẽ đ ược b ơm t ừ từ sang thiết bị tiếp theo, khi đó dung dịch sẽ đi từ trên xuống qua m ỗi ngăn theo ống trung tâm. Do vậy dung dịch sẽ được lưu một thời gian cố đ ịnh trong thùng, áo cách nhiệt phía ngoài nhằm gi ữ nhiệt độ dịch hóa không đ ổi và d ịch luôn được đảo trộn liên tục bởi cánh khuấy.  Thông số công nghệ: Nhiệt độ t0 = 90 – 950C. Thời gian t = 85 – 110ph pH = 7.2 DE = 0.5 – 6.0 - Các biến đổi diễn ra trong quá trình: dưới tác dụng của enzyme xảy ra quá trình dịch hóa tinh bột, tinh bột bị cắt ở gi ữa m ạch, độ nhớt gi ảm, n ồng đ ộ chất khô tăng. Hạt tinh bột bị phá bung, phá vỡ các liên k ết hydro gi ữa n ước và các sợi tinh bột. Phản ứng Maillard gi ữa đường khử và acid amin t ạo ra s ản phẩm có màu. Sử dụng chế phẩm enzyme α-amylase chịu nhiệt (Termamyl) giúp đẩy nhanh quá trình phản ứng dịch hóa. Làm nguội Tinh bột α-dextrin + maltose + glucose  Giải thích quy trình: chỉ số DE < 0.5 thì không đạt đ ược m ục đích công ngh ệ quá trình dịch hóa, tuy nhiên càng tăng chỉ số DE c ủa h ồ tinh b ột, t ức là tăng s ự phân đoạn tinh bột thì làm giảm hàm lượng cyclodextrin thu được. Thông thường, chỉ số DE của tinh bột dịch hóa giữ ở khoảng dưới 20 DE. Ở đây, để đạt được hiệu suất tổng hợp tinh bột cao chọn DE ≤ 6.0. c. Gia nhiệt:  Mục đích công nghệ: -Hoàn thiện:làm vô hoạt hoạt tính của enzyme α-amylase, nhờ đó không làm ảnh hưởng tới lượng cyclodextrin thu được vì α-amylase có khả năng thủy phân cyclodextrin thành đường glucose và một số oligosaccharide.  Thiết bị: thiết bị gia nhiệt dạng vỏ áo, gia nhiệt bằng hơi nước.  Thông số công nghệ: Nhiệt độ t0 = 1200C. 6
Thời gian t = 15 phút.  Các biến đổi diễn ra trong quá trình: tiếp tục xảy ra phản ứng Maillard gi ữa đường khử và acid amin. Độ tan của tinh bột tăng. d. Làm nguội:  Mục đích công nghệ: - Chuẩn bị: tạo điều kiện tối thích cho quá trình tổng hợp cyclodextrin tiếp theo.  Thiết bị: thiết bị truyền nhiệt gián tiếp với kiểu có bề mặt truyền nhiệt phẳng, gồm những tấm bản ghép thành hộp rỗng nhiều ngăn. Chúng có những l ỗ n ối nhau tương ứng để tạo thành lối chuyển động riêng cho từng l ưu ch ất. D ịch đường và nước lạnh sẽ đi trong những khoang xen kẽ nhau. Giữa các tấm bản có dùng các tấm đệm kín để đảm bảo ngăn cách hai lưu ch ất. Bên ngoài có h ệ thống các thanh giằng có các van để ghép chặt các tấm bản. - Ưu điểm: diện tích bề mặt rất lớn so với thiết bị truyền nhi ệt dạng ống hay dạng vỏ áo, nhờ đó mà quá trình làm nguội diễn ra nhanh chóng, kích th ước thiết bị nhỏ gọn. Có thể thay đổi khả năng truyền nhiệt một cách dễ dàng bằng cách thay đổi số bản truyền nhiệt trong khung. - Nhược điểm: không thể bảo đảm độ kín tuyệt đối gi ữa các khoang nh ờ vào các tấm đệm. Do đó nó chỉ thích hợp đối với những dòng lưu chất có tốc đ ộ tương đối nhỏ và áp suất tương đối thấp.  Thông số công nghệ: Nhiệt độ của tác nhân lạnh (nước) t0 = 300C (te). Nhiệt độ của dịch đường sau khi làm nguội t0 = 400 - 600C. e. Tổng hợp cyclodextrin  Mục đích công nghệ: -Chế biến: dùng enzyme CGTase làm xúc tác cho phản ứng tổng h ợp h ỗn h ợp cyclodextrin từ tinh bột dịch hóa.  Tổng hợp enzyme: sử dụng cyclodextrin transglycosylase (CGT) t ừ các loài vi khuẩn thuộc chủng Bacillus như B. macerans amylase, B. circulans, B. stearothermophilus, B. megaterium, B. ohbensis, B. klebsiella pneumoniae và B. micrococcus.  Thiết bị: thiết bị tương tự như thiết bị dịch hóa.  Thông số công nghệ: Nhiệt độ t0 = 400 - 600C. Thời gian t = 2 – 7 ngày pH = 5.5 - 7.5 Hoạt tính enzyme = 1 – 10 đơn vị Tilden – Hudson/gram tinh bột.  Các biến đổi diễn ra trong quá trình: xảy ra phản ứng t ổng h ợp h ỗn h ợp cyclodextrin từ tinh bột dịch hóa dưới tác dụng xúc tác c ủa CGTase. Ch ỉ s ố DE c ủa hỗn hợp sau phản ứng tăng khoảng = 15, độ nhớt dung dịch ti ếp tục gi ảm, xu ất hiện huyền phù là β-cyclodextrin.Dung dịch nhận được sau quá trình tổng h ợp cyclodextrin (gọi là dịch cái β-cyclodextrin) chứa kho ảng 2% α-cyclodextrin, 6% β- cyclodextrin, 9% γ-cyclodextrin, khoảng 70% oligosaccharide và kho ảng 10% glucose và maltose tính theo khối lượng. f. Lọc kết tủa  Mục đích công nghệ: 7
-Khai thác: thu nhận β-cyclodextrin không tan kết tủa trong dung d ịch cyclodextrin và đường khử.  Thiết bị: sử dụng thiết bị lọc thùng quay chân không. Thiết bị lọc thùng quay chân không được sử dụng rộng rãi trong công ngh ệ ch ế bi ến vì nó thu ận l ợi h ơn so với lọc khung bản ở tính liên tục, nhanh hơn, và cần ít nhân công h ơn nh ưng chi phí đắt hơn lọc ép cố định. 8
Thiết bị lọc gồm có một bình trụ rộng 0.3-3 m và dài 0.3-4 m, ngập 1 ph ần trong máng chứa huyền phù và quay quanh 1 trục quay gắn với 1 hệ thống truyền đ ộng. B ề mặt trụ được làm từ các tấm kim loại để che đậy môi trường lọc và hoạt động như 1 bề mặt lọc. Chân không được dùng bên trong bình trụ và bã lọc dưới tác dụng c ủa độ giảm áp suất cố định cân bằng với áp suất khí quyển c ộng thêm áp su ất c ủa thi ết b ị lọc. Bánh lọc được để ở dạng bề mặt lọc trong khi cặn lọc được tập trung ở thi ết b ị để được tách ra bởi 1 loại bơm đặc biệt. Bã lọc được tháo liên tục từ b ề m ặt l ọc bằng cách nạo bằng 1 dao nạo trước khi quá trình lọc được lặp lại. Bã lọc trong bề mặt bình trụ thường được làm sạc h bằng nước trước khi được tháo bởi dao cạo. Áp dụng các dòng áp suất ko khí ở cuối quá trình l ọc đ ể d ễ tháo các bã lọc đã rửa. Vì lí do này, các trụ lọc được cung c ấp m ột số cánh qu ạt n ối li ền các khoảng trống, áp suất khí quyển, áp suất nén trong khi thiết bị lọc quay từ từ. Quá trình lọc các chất keo và các cấu tử ép được dễ dàng hơn nếu phủ trước khu v ực lọc bằng chất trợ lọc như tảo biển trước khi bắt đầu quá trình lọc. M ột lớp m ỏng với độ dày từ 5-15 cm làm bề mặt lọc với nước lọc được thêm vào t ừ 7-10 % trong từ 1-1.5h trước khi hệ thống lọc họat động. Trong quá trình l ọc, các ph ần t ử t ừ, l ớp bã được phủ sẽ được tháo liên tục từ từ bằng hệ thống dao cạo. Bộ đĩa quay lọc chân không tương tự như hệ thống lọc quay chân không, nó bao gồm 1 số đĩa vận tốc liên kết với các xy lanh trong hệ thống chân không. Các đĩa khoan hay các đĩa kim loại được phủ ngoài bởi áo lọc và đ ược đ ưa vào cánh qu ạt t ạo chân không, rửa, và di chuyển áp suất không khí.  Thông số công nghệ: vận tốc quay = 0.1-2 rpm 9
 Các biến đổi diễn ra trong quá trình: Trong dịch cái, do β-cyclodextrin có độ tan thấp nên k ết t ủa bã l ọc trong quá trình là β- cyclodextrin. e. Thêm enzyme saccharogenic  Mục đích công nghệ: -Khai thác: thu được dung dịch cyclodextrin và đường kh ử trong đó ch ỉ có lo ại cyclodextrin cần thu (α- hoặc γ- cyclodextrin).  Thiết bị: giống thiết bị dịch hóa tinh bột.  Thông số công nghệ:  Các biến đổi diễn ra trong quá trình: Enzyme saccharogenic có thể được chọn một cách phù hợp tùy vào vi ệc mu ốn tạo ra sản phẩm nào.Ví dụ muốn tạo sản phẩm là α-,β-, và γ- cyclodextrins, thì m ột enzyme saccharogenic phải thủy phân dextrin mạch thẳng cũng như m ạch nhánh để t ạo thành đường khử nhưng về căn bản không thủy phân bất kì α-,β-, và γ- cyclodextrins nào. Enzyme saccharogenic như vậy sẽ bao gồm glucoamylase, β-amylase và sự kết hợp của 1 trong 2 enzyme trên với α-1,6-glucosidase. Glucoamylase ho ặc α-1,6-glucosidase kết hợp với glucoamylase sẽ thủy phân dextrin mạch thẳng cũng như mạch nhánh đ ể tạo thành glucose. β-amylase hoặc α-1,6-glucosidase kết hợp với β-amylase s ẽ th ủy phân dextrin thành maltose. -Thí dụ: Nếu muốn sản phẩm thủy phân là α- cyclodextrins thì enzyme saccharogenic được sử dụng có thể thủy phân β-, và γ- cyclodextrins và những dextrin không vòng khác thành đường khử nhưng không thể thủy phân α- cyclodextrins. Nh ững enzyme như vậy bao gồm bacterial saccharogenic α –amylase,fungal α –amylase và glucoamylase kết hợp với những amylase trên. Bacterial saccharogenic α –amylase hay fungal α –amylase chuyển hóa tinh bột thủy phân ngo ại trừ α- cyclodextrins thành maltose và glucose. Glucoamylase kết hợp với bacterial saccharogenic α –amylase s ẽ chuyển hóa tinh bột thủy phân thành glucose. Đường khử có trong dung d ịch đ ường thì dễ chuyển thành glucose hơn khi được chiếu sáng. f. Trao đổi ion  Mục đích công nghệ: 10
-Khai thác: thu nhận cyclodextrin bằng cách tách phân đoạn cyclodextrin ra kh ỏi đường khử.  Thiết bị: nhựa trao đổi ion (ionit) - Cấu tạo: nhựa trao đổi ion được cấu tạo bởi các hợp chất cao phân t ử acid ho ặc baz bao gồm khung carbon có chứa các ion di động bằng lực tĩnh đi ện. Ion di động tham gia cân bằng trao đổi ion. Ionit có thể ở dạng rắn ho ặc lỏng. Các lo ại ionit hay s ử dụng hiện nay chủ yếu có nguồn gốc từ polystyrene, nh ựa acrylic, polysaccharides (dextran), cellulose, … Hệ thống có thể gồm 1 c ột (bình) ho ặc h ệ th ống các bình. Ở đây ta sử dụng 1 cột và là thiết bị trao đổi cation (cationit) và là cationit loại acid mạnh. Dùng acid mạnh như HCl để phục hồi lại gốc H + cho cationit, giúp quá trình trao đổi ion diễn ra liên tục. - Nguyên tắc hoạt động: Sự trao đổi ion diễn ra giữa 2 pha: pha tĩnh (ionit) và pha phân tích (dung d ịch ch ứa mẫu có các gốc trao đổi ion). Khi cho pha phân tích đi qua c ột trao đ ổi ion thì nh ững phân tử tích điện trái dấu với pha tĩnh (tức tích điện cùng dấu với ion linh đ ộng trao đổi trên ionit) sẽ được giữ lại trên cột nhờ liên kết ion, những phân t ử cùng d ấu v ới pha tĩnh hoặc trung tính sẽ theo pha động (pha phân tích) ra khỏi cột. Những phần tử đã được hấp phụ trên pha tĩnh sẽ được giải hấp phụ bởi pha động có ái lực với pha tĩnh mạnh hơn. Thường thì dùng pha động là dung dịch có nồng độ muối tăng dần (tức lực ion tăng dần) hay dung dịch có pH tăng d ần. Khi tăng pH hay l ực ion của dung dịch đệm thì làm giảm lực tương tác điện tích giữa chất được hấp phụ và pha tĩnh.  Thông số công nghệ: Nhiệt độ t0 = 50 – 800C pH = 6.0 Kích thước hạt nhựa = 30-100 mesh 11
 Các biến đổi diễn ra trong quá trình: Cyclodextrin có thể được tách ra với độ tinh khiết rất cao và đ ường kh ử có th ể đ ược rút ra khỏi hệ thống ionit bằng nước nên sản xuất được cyclodextrin với hiệu quả cao. Dung dịch đường bao gồm đường khử và cyclodextrin đ ược cho đi qua c ột trao đ ổi ion dưới tác dụng của nhựa trao đổi cation acid mạnh để tách phân đoạn cyclodextrin ra khỏi đường khử. Cationit loại acid mạnh sử dụng có nhóm chức là –SO 3H, có tác dụng trao đổi cation, cation trao đổi của cationit là H+. Kích thước hạt keo càng nhỏ thì càng dễ tách cyclodextrin ra khỏi đường khử do đó kích thước hạt dao đ ộng trong kho ảng từ 20-200 mesh, và càng tốt nếu dao động từ 30-100 mesh. Ở nhi ệt đ ộ cao h ơn nhi ệt mà quá trình phân đoạn có thể diễn ra thì việc tách sẽ d ễ dàng h ơn, tuy nhiên nhi ệt đ ộ tốt hơn là trong khoảng từ 50-800C. Dưới 50oC hiệu quả của việc phân tách sẽ không được tốt và có thể bị nhiễm nấm, nếu nhiệt độ lớn hơn 80 0C, đường sẽ bị biến tính và trở nên ngắn hơn. g. Cô đặc:  Mục đích công nghệ: -Khai thác: quá trình cô đặc nhằm tăng nồng độ chất khô, tạo đi ều ki ện cho quá trình kết tinh cyclodextrin thành phẩm.  Thiết bị: Quá trình cô đặc được thực hiện bằng thiết bị cô đặc chân không v ới buồng đốt có ống tuần hoàn ngoài và có kèm theo thi ết b ị ngưng t ụ Baromet.Đây là thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài dựng đứng nên có các ưu điểm: Giảm bớt được khoảng cách theo chiều cao giữa buồng đốt và không - gian bốc hơi, có thể điều chỉnh được sự tuần hoàn. Hoàn toàn tách hết bọt, vì buồng đốt cách xa không gian hơi. - Có khả năng sử dụng không gian hơi như là một bộ phận phân li lo ại li - tâm. Do sử dụng hệ cơ đặc chân khơng nên ít gây ra biến đổi cho sản phẩm. - Tuy nhiên hệ thống cũng có một số khuyết điểm sau: Do hệ thống ho ạt động liên tục nên dung dịch nhập liệu phải ở trạng thái sôi, dẫn đ ến tiêu hao chi phí cho thi ết b ị gia nhiệt để gia nhiệt dung dịch nhập liệu trước khi vào nồi. 12
Nguyên tắc hoạt động: - Dung dịch đi vào buồng đốt được đun sôi để tạo thành hỗn h ợp h ơi l ỏng đi vào buồng bốc, ở đây hơi thứ được tách ra và đi lên phía trên. Dung dịch quay về buồng đốt theo ống tuần hoàn ngoài. Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc đối lưu tự nhiên do sự chênh lệch kh ối lượng riêng ở những vùng dịch lỏng có nhiệt độ khác nhau. Ở bu ồng b ốc, dung dịch cyclodextrin bốc hơi làm tăng độ Bx, dẫn đến làm tăng kh ối l ượng riêng, ở buồng đốt dung dịch được gia nhiệt nên khối lượng riêng nhẹ hơn. Do vậy mà dung dịch sẽ tuần hoàn từ buồng bốc sang buồng đốt và đẩy cyclodextrin t ừ bu ồng đốt sang buồng bốc. Khi nồng độ chất khô đạt yêu c ầu, dung dịch sẽ đ ược xả xuống theo từng mẻ. Hỗn hợp lỏng – hơi trong buồng bốc được phân ly nhờ hai yếu t ố: chi ều cao buồng bốc và sự thay đổi quán tính của hỗn hợp khi vào bộ phận tách bọt. Hơi thứ đi vào thiết bị Baromet và được làm nguội tại đây.  Thông số công nghệ: PCK = 720mmHg Nồng độ chất khô = 47% Nhiệt độ t0 = 60 – 650C Các biến đổi diễn ra trong quá trình: chủ yếu xảy ra các bi ến đổi vật lý nh ư đ ộ nhớt tăng, nồng độ chất khô tăng, thể tích dung dịch giảm, … h. Kết tinh  Mục đích công nghệ: -Khai thác: thu nhận sản phẩm cuối cùng.  Thiết bị: thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ áo,có cánh khuấy, tác nhân làm lạnh là nước ở nhiệt độ môi trường. 13
 Thông số công nghệ: nhiệt độ t0 = t0e( nhiệt độ môi trường)  Các biến đổi diễn ra trong quá trình: dung dịch nhập liệu ở trạng thái lỏng bão hòa khi gặp tác nhân lạnh tiếp xúc giản tiếp qua thi ết bị vỏ áo thì k ết tinh bất thuận nghịch, làm nồng độ chất khô trong dung dịch giảm xuống. 2. Quy trình 2: a. Tổng hợp cyclodextrin và thêm dung môi:  Mục đích công nghệ: -Khai thác:sử dụng các dung môi có tính ưu tiên đóng vai trò nh ư nh ững h ợp ch ất bao để làm kết tủa và tách các cyclodextrin cần chọn ra khỏi dung d ịch sau ph ản ứng CGT như trichloroethylene, tetrachloroethane, bromobenzene và những h ợp chất tương tự. Dung môi sử dụng có thể là 1 hoặc hỗn hợp các dung môi.  Nguyên tắc: β-cyclodextrin thường dễ dàng được tách ra khỏi hỗn h ợp cyclodextrin do có độ tan thấp. Vì vậy quá trình này thường sử dụng đ ể tạo α- và γ- cyclodextrin là những chất có độ tan lớn. Dung môi trong quá trình này đóng vai trò tạo phức với loại cyclodextrin yêu c ầu, những ph ức này có đ ộ tan kém, sẽ kết lắng và ta có thể tách ra khỏi dung dịch bằng phương pháp lọc. Bên cạnh đó, dung môi còn có vai trò hết sức quan trọng khác n ữa là đ ịnh hướng phản ứng theo hướng tạo loại cyclodextrin cần sản xuất: Định hướng phản ứng tạo α vàγ-cyclodextrin: Bởi vì quá trình t ạo - cyclodextrin diễn ra tuần tự, quá trình tạo α-cyclodextrin xảy ra trước quá trình tạo β- và γ- cyclodextrin. Ở giai đoạn cuối c ủa quá trình tổng h ợp xảy ra quá trình tạo γ-cyclodextrin khi mà khả năng ho ạt hóa của enzyme CGTase tr ở nên thấp. Điều đó có nghĩa là hàm lượng của α-cyclodextrin sẽ ảnh h ưởng và gi ới hạn hàm lượng γ-cyclodextrin. Hơn nữa, do có đường kính vòng c ủa 2 lo ại cyclodextrin này có sự khác biệt rất lớn nên những dung môi tạo phức v ới α- cyclodextrin sẽ tạo phức không bền với γ-cyclodextrin. - Các dung môi dùng để tạo phức kết tủa định hướng, là ketone béo có công thức cấu tạo R1 COR 2 , trong đó R 1 và R 2 là mạch thẳng hoặc nhánh, có từ 1- 6 nguyên tử C; và/hoặc là dẫn xuất của phenol có công thức cấu tạo R 3 R 4 PheOH, trong đó R3 và R4 là H, alkyl có từ 1-4 nguyên tử C; và/hoặc là dẫn xuất của benzene có công thức cấu tạo R5 R 6 Phe trong đó R5 và R6 là H, alkyl có từ 1- 4 nguyên tử C, hoăc R 5 và R 6 tao nên 1 gốc phenol. 14
-Các dung môi thích hợp tạo kết tủa định hướng nhi ều α-cyclodextrin ho ặc γ- cyclodextrin: ketone béo mạch thấp như acetone, diethyl ketone, methylethyl ketone, methylpropyl ketone, methylisobutyl ketone; dẫn xuất c ủa phenol nh ư 1- naphthol, 2-naphthol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, .... Dịch cái sau quá trình tổng hợp cyclodexrin và thêm dung môi có thể đạt đ ược 40% α- cyclodextrin. Các dung môi sử dụng định hướng kết tủa γ-cyclodextrin th ường ở dạng hỗn hợp 1:1 của các dung môi như methylethyl ketone and 2,4-dimethyl phenol, methylethyl ketone và 1-naphthol. Dịch cái sau quá trình tổng h ợp cyclodextrin và thêm dung môi có thể đạt được 35% γ-cyclodextrin. Bảng : Hỗn hợp sau quá trình tổng hợp định hướng α-cyclodextrin methylethyl ketone (MEK), methylisobutyl ketone (MIBUK) 2,4-dimethylphenol (2,4-DMP), methylpropyl ketone (MEPROK). Bảng : Hỗn hợp sau quá trình tổng hợp định hướng β-cyclodextrin 15
methylethyl ketone (MEK), methylisobutyl ketone (MIBUK) 2,4-dimethylphenol (2,4-DMP) Bảng : Hỗn hợp sau quá trình tổng hợp định hướng γ-cyclodextrin methylethyl ketone (MEK), methylisobutyl ketone (MIBUK) 2,4-dimethylphenol (2,4-DMP).  Thông số công nghệ: - Tổng hợp cyclodextrin: Thời gian t = 50 phút Nhiệt độ t0 = 550C. Thời gian t = 24 giờ - Thêm dung môi: Nhiệt độ t0 = 550C. 16
 Các biến đổi diễn ra trong quá trình: cyclodextrin được tổng h ợp đ ịnh h ướng dưới ảnh hưởng của dung môi và tạo huyền phù là phức gi ữa dung môi và cyclodextrin. Nhiệt độ được nâng lên đến 55 0C; khi đó những phân tử tinh bột với chiều dài và khối lượng phân tử lớn mà không tham gia vào phản ứng t ổng h ợp cyclodextrin sẽ bị thủy phân. e. Lọc kết tủa, trao đổi ion, kết tinh: tương tự quy trình 1.. 3. So sánh 2 quy trình: Sự khác biệt lớn nhất giữa 2 quy trình là có hoặc không sử dụng dung môi có tính ưu tiên. Quy trình không sử dụng dung môi có thuận lợi là cyclodextrin nh ận t ừ các quá trình không sử dụng các dung môi có tính độc hại vì thế quy trình 1 này đ ược s ử d ụng r ộng rãi trong thực phẩm và dược phẩm. Nhược điểm c ủa 2 quy trình là tính ch ất đ ộc h ại tự nhiên của các hợp chất bao, phải xử lý 1 lượng lớn chất l ỏng th ải lo ại trong h ệ thống không sử dụng dung môi và hệ thống tách bằng trao đổi ion. Quy trình không sử dụng dung môi thường khá phức tạp. Quá trình sử d ụng HCl đ ể phục hồi nhựa trao đổi ion có thể phân hủy c ấu trúc của đ ường kh ử, làm gi ảm hi ệu suất quá trình và làm giảm độ tinh khiết sản phẩm. Lượng cyclodextrin thu được ở quy trình 1 không lớn do dùng enzyme saccharogenic thủy phân 1 phần cyclodextrin tạo thành và độ tinh khiết của sản phẩm β-cyclodextrin không cao. Hơn nữa, quy trình 1 không thu được sản lượng lớn vì trong d ịch cái β- cyclodextrin thành phần của từng loại cyclodextrin không nhi ều, nhất là α- cyclodextrin và vì α- cyclodextrin có ứng dụng thực tế rất lớn. PhầnII. Sản phẩm, các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm I. Khái quát chung: 1.Tính độc: Là tinh bột biến tính, cyclodextrin nói chung được xem là không đ ộc. tuy nhiên, β- cyclodextrin có thể tạo phức không tan với cholesterol ảnh h ưởng đ ến ch ức năng của thận nên nên được sử dụng hấp thụ ngoài đường tiêu hóa và hàm l ượng s ử dụng nên ở 5 mg/kg. Cả α-cyclodextrin và γ-cyclodextrin có hàm l ượng hấp th ụ hàng ngày (ADI) được xem là “không xác định” bởi JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives). γ-cyclodextrin có th ể đ ược h ấp thu trong đường ruột. 2.Tính chất trong thực phẩm Cả 3 loại cyclodextrin cho thấy khả năng lưu chuyển tốt, các đặc tính sản phẩm kiểm soát được và có: - Độ bền nhiệt (< 200 °C). Rất bền trong dung dịch kiềm (pH < 14) - 17
Bền trong dung dịch acid (pH > 3). - Tương thích sinh học. - Cyclodextrin có phân tử lượng càng nhỏ thì có độ nhớt càng th ấp càng có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm. α- và γ-cyclodextrin có khả năng tạo phức với nhi ều loại phân tử chất hữu cơ cùng với tính tan tốt trong nước nên có ứng dụng mạnh. α-Cyclodextrin bị thủy phân bởi acid mạnh nhưng tỉ lệ thủy phân thấp malto- oligosaccharide mạch thẳng và không bị phân hủy dưới pH ki ềm. Cyclodextrin không có phản ứng Maillard do không có đầu khử. Hơn n ữa, vì cyclodextrin không có b ất kì một nhóm chức phản ứng nào nên chúng không có phản ứng hóa h ọc v ới các thành phần thực phẩm. 3.Khả năng hấp thu chất dinh dưỡng Đánh giá đối với các hợp chất tan trong chất béo, vì các h ợp ch ất này c ần t ạo ph ức h ệ bao thể với cyclodextrin tạo phức tan. Đánh giá chủ yếu đối với lipid và vitamin, cho thấy khả năng hấp thụ thấp, tuy nhiên có nhiều trường hợp chưa có bằng ch ứng rõ ràng như trường hợp phức hệ bao thể của α-cyclodextrin và vitamin K. các thí nghi ệm in vitro cho thấy có khả năng tạo phức hệ bao thể với vitamin K l ớn h ơn các cyclodextrin khác. Bảng 1: Độ tan (μg/mL) trong nước của vitamin A, D, E và K v ới các lo ại cyclodextrin ở nồng độ 5% và đo bằng quang phổ khối Vitamin Control (saline) -cyclodextrin -cyclodextrin -cyclodextrin solution solution solution solution Vitamin A acetate
Succinyl-alpha-cyclodextrin • (2-Hydroxypropyl)-alpha-cyclodextrin (CAS #: 128446-33-3) • beta-Cyclodextrin (CAS #: 7585-39-9) • beta-Cyclodextrin Hydrate (CAS #: 68168-23-0) • beta-Cyclodextrin phosphate Sodium salt (CAS #: 199684-61-2) • beta-Cyclodextrin sulfate • beta-Cyclodextrin, sulfated Sodium salt (CAS #: 37191-69-8) • Hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (CAS #: 94035-02-6) • 6-Monodeoxy-6-monoamino-beta-cyclodextrin • 6-O-alpha-D-Glucosyl-beta-cyclodextrin (CAS #: 92517-02-7) • 6-O-alpha-Maltosyl-beta-cyclodextrin Hydrate (CAS #: 104723-60-6) • Heptakis-6-azido-6-deoxy-beta-cyclodextrin • Heptakis(2,3-di-O-acetyl-6-O-sulfo)-beta-cyclodextrin Heptasodium salt (CAS #: • 196398-66-0) Heptakis-(2,3-di-O-methyl-6-O-sulfo)-beta-cyclodextrin Heptasodium salt (CAS • #: 201346-23-8) Heptakis(2,6-di-O-methyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 51166-71-3) • Heptakis-(2,6-di-O-ethyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 111689-03-3) • Heptakis(2,3,6-tri-O-methyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 55216-11-0) • Heptakis(2,3,6-tri-O-acetyl)-beta-cyclodextrin • Heptakis-(2,3,6-tri-O-benzoyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 23666-43-5) • Heptakis-(2,3,6-tri-O-ethyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 111689-01-1) • Heptakis-6-iodo-6-deoxy-beta-cyclodextrin (CAS #: 30754-23-5) • Heptakis-6-(dimethyl-tert-butylsilyl)-6-deoxy-beta-cyclodextrin • Heptakis-6-bromo-6-deoxy-beta-cyclodextrin • Monoacetyl-beta-cyclodextrin • Diacetyl-beta-cyclodextrin • Triacetyl-beta-cyclodextrin (CAS #: 23739-88-0) • Heptakis(3-O-acetyl-2,6-di-O-methyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 131889-29-7) • Heptakis-(6-O-maltosyl)-beta-cyclodextrin • Heptakis(6-O-sulfo)-beta-cyclodextrin Heptasodium salt (CAS #: 197587-31-8) • Heptakis(6-O-t-butyldimethylsilyl-2,3-di-O-acetyl)-beta-cyclodextrin • Succinyl-(2-hydroxypropyl)-beta-cyclodextrin • (2,6-Di-O-)ethyl-beta-cyclodextrin • (2-Carboxyethyl)-beta-cyclodextrin • (2-Hydroxyethyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 128446-32-2) • (2-Hydroxypropyl)-beta-cyclodextrin (CAS #: 128446-35-5) • Butyl-beta-cyclodextrin • Methyl-beta-cyclodextrin (CAS #: 128446-36-6) • Silyl((6-O-tert-butyldimethyl)-2,3,-di-O-acetyl)-beta-cyclodextrin • Succinyl-beta-cyclodextrin • gamma-Cyclodextrin (CAS #: 17465-86-0) • gamma-Cyclodextrin Hydrate (CAS #: 91464-90-3) • gamma-Cyclodextrin phosphate Sodium salt (CAS #: 199684-62-3) • 19