Đề tài Tổng quan về ứng dụng kỹ thuật membrane

1. MÔÛ ÑAÀU Hieän nay, khi caùc ngaønh coâng nghieäp khoâng ngöøng taêng tröôûng vaø phaùt trieån do ñoù vaán ñeà caàn quan taâm laø vaán ñeà veà naêng löôïng vaø caùc vaán ñeà veà baûo veä, choáng oâ nhieãm moâi tröôøng, kyõ thuaät phaân rieâng baèng membrane ñaõ trôû thaønh giaûi phaùp hieäu quaû trong vieäc tieát kieäm naêng löôïng, ñoàng thôøi coù theå haïn cheá nhöõng bieán ñoåi laøm giaûm chaát löôïng baùn thaønh phaåm vaø thaønh phaåm cuõng nhö xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp ñoäc haïi hay thu hoài caùc caáu töû quí baèng kyõ thuaät ñieän thaåm tích Caùc hôïp chaát töø thöïc vaät nhö protein, lipit, hôïp chaát choáng oxi hoùa… coù vai troø quan troïng trong ngaønh coâng ngheä thöïc phaåm vaø caùc ngaønh coâng ngheä khaùc cuõng nhö nhu caàu soáng cuûa con ngöôøi. Vieäc trích ly caùc hôïp chaát töø thöïc vaät baèng phöông phaùp truyeàn thoáng ñaõ laøm cho caùc hôïp chaát naøy maát ñi nhieàu tính chaát chöùc naêng. Ñeå caûi thieän caùc tính chaát chöùc naêng cuûa caùc hôïp chaát naøy ngöôøi ta öùng duïng kyõ thuaät membrane ñeå trích ly. Kyõ thuaät membrane öu theá hôn kyõ thuaät truyeàn thoáng laø khoâng söû duïng hoùa chaát vaø xöû lí nhieät neân caùc saûn phaåm ít bò tính chaát. Caùc öùng duïng cuûa membrane giôø ñaây khoâng coøn bò boù heïp trong vieäc phaân rieâng caùc caáu töû haùo hoïc ôû quy moâ phoøng thí nghieäm maø ñöôïc môû roäng trong coâng nghieäp. Kyõ thuaät membrane ñöôïc xem laø moät trong nhöõng höôùng ñaàu tö muõi nhoïn vaø thieát yeáu trong töông lai thay theá daàn caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng. ÔÛ nöôùc ta, vieäc nghieân cöùu vaø öùng duïng kyõ thuaät membrane coøn raát nhieàu haïn cheá. Chuùng ta chuû yeáu öùng duïng kyõ thuaät membrane ñeå xöû lyù nöôùc hoaëc aùp duïng ôû quy moâ thí nghieäm. Hieän taïi, soá löôïng coâng trình nghieân cöùu veà vieäc öùng duïng kyõ thuaät membrane trong saûn xuaát thöïc phaåm coøn khaù khieâm toán. Veà coâng ngheä cheá taïo thieát bò, nöôùc ta coøn haïn cheá trong coâng ngheä cuõng nhö trình ñoä kyõ thuaät, do ñoù lónh vöïc naøy chöa ñöôïc phaùt trieån taïi Vieät Nam. Muïc tieâu cuûa ñoà aùn naøy laø toång quan öùng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly caùc hôïp chaát töø thöïc vaät nhaèm bieát ñöôïc caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình membrane cuõng nhö chaát löôïng cuûa saûn phaåm. 2. TOÅNG QUAN VEÀ KYÕ THUAÄT MEMBRANE Khaùi nieäm veà membrane vaø phaân loaïi Khaùi nieäm. “Membrane” laø thuaät ngöõ khoa hoïc coù nghóa laø “maøng” laø beà maët moûng cho pheùp moät soá caáu töû khueách taùn qua noù. Thuaät ngöõ “kyõ thuaät membrane” (membrane technology) baét ñaàu xuaát hieän töø khi con ngöôøi phaùt hieän khaû naêng baùn thaám cuûa caùc boä phaän noäi taïng cuûa ñoäng vaät nhö bong boùng caù, baøng quang lôïn….Sau ñoù, nhieàu loaïi membrane nhaân taïo ñaõ ra ñôøi vaø ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong kyõ thuaät phaân rieâng. Hieän nay, ñònh nghóa membrane nhö sau ñöôïc ña soá nhaø nghieân cöùu ñoàng yù: membrane laø loaïi maøng ñaëc bieät coù theå phaân rieâng moät caùch choïn loïc caùc caáu töû coù kích thöôùc khaùc nhau, töø nhöõng hôïp chaát cao phaân töû nhö tinh boät, protein cho ñeán caùc chaát coù kích thöôùc phaân töû thaáp nhö caùc ion hoùa trò moät. 2.1.2 Phaân loaïi Membrane coù theå ñöôïc phaân loaïi theo caùc caùch sau: Theo nguoàn goác Theo nguoàn goác, membrane ñöôïc chia thaønh 2 loaïi goàm: membrane töï nhieân vaø membrane toång hôïp. Membrane töï nhieân Laø loaïi maøng ñöôïc cheá taïo töø caùc vaät lieäu coù trong töï nhieân, trong ñoù chuû yeáu laø cellulose. Membrane toång hôïp Laø loaïi membrane ñöôïc cheá taïo töø caùc vaät lieäu toång hôïp. Membrane toång hôïp ñöôïc chia thaønh hai nhoùm chính: Membrane höõu cô - organic (polymer cuûa caùc hôïp chaát höõu cô). Membrane voâ cô - inorganic (ceramic hoaëc kim loaïi...). Trong ñoù, polymer (cellulose acetate, cellulose esters, polypropylene polyamides, polysulfones,...) vaø ceramic (alumina, titania, and zirconia,...) ñöôïc söû duïng phoå bieán nhaát(Baker, 2000). Theo kích thöôùc loã mao quaûn Theo kích thöôùc loã mao quaûn, membrane ñöôïc chia thaønh 4 loaïi sau: maøng thaåm thaáu ngöôïc (RO - Reverse Osmosis), maøng loïc nano (NF - Nanofiltration), maøng sieâu loïc (UF - Ultrafiltration) vaø membrane vi loïc (MF - Microfiltration). Baûng 2.1: Kích thöôùc loã mao quaûn cuûa moät soá loaïi membrane Loaïi membrane Kích thöôùc loã mao quaûn (nm) RO < 0,5 NF 1 – 2 UF 3 – 200 MF > 200 Nguoàn: Jorgen Wagner, Membrane Filtration Handbook, Osmonics Inc., USA, 2001 Theo caáu truùc membrane Theo caáu truùc, membrane ñöôïc chia thaønh caùc loaïi sau: Membrane coù caáu truùc vi xoáp: döïa vaøo kích thöôùc vaø söï phaân boá caùc mao quaûn trong membrane, ngöôøi ta chia ra laøm hai loaïi sau: Hình 2.1. Caáu truùc beà maët membrane vi xoáp Ñaúng höôùng (symmetric, isotropic) Caáu truùc cuûa loaïi membrane naøy coù voâ soá caùc loã xoáp beân trong döôùi daïng mao quaûn hoaëc caùc loã hoång ñöôïc hình thaønh moät caùch ngaãu nhieân. Ñöôøng kính cuûa mao quaûn oån ñònh trong suoát chieàu daøy cuûa membrane, caùc mao quaûn naøy song song vôùi nhau. Membrane vi xoáp cheá taïo baèng moät soá kyõ thuaät nhö: nung keát, keùo caêng, ñaûo pha,… töø nhieàu loaïi vaät lieäu khaùc nhau nhö ceramic, graphite, kim loaïi, oxit kim loaïi hoaëc caùc loaïi polymer. Hình 2.2. Caáu truùc membrane vi xoáp ñaúng höôùng Baát ñaúng höôùng (asymmetric, anisotropic) Loaïi naøy coù ñöôøng kính mao quaûn thay ñoåi theo chieàu daøy cuûa membrane, thöôøng coù 2 lôùp: lôùp treân daøy 0,1 – 0,5µm, ñöôøng kính mao quaûn nhoû vaø lôùp naøy quyeát ñònh khaû naêng phaân rieâng cuûa maøng; lôùp döôùi daøy 100 - 200 µm, ñöôøng kính mao quaûn lôùn, thöôøng ñoùng vai troø laø khung ñôõ, vì theá caàn coù tính beàn cô cao. Membrane loaïi naøy thöôøng ñöôïc söûû duïng trong kyõ thuaät nano, kyõ thuaät thaåm thaáu ngöôïc, tinh saïch khí,... Hình 2.3. Caáu truùc membrane vi xoáp baát ñaúng höôùng Baûng 2.2: Tính chaát vaø öùng duïng cuûa moät soá loaïi membrane vi xoáp Vaät lieäu Kích thöôùc loã mao quaûn (mm) ÖÙng duïng Ceramic, kim loaïi Polyethylene (PE) Polytetrafluoroethylene (PTFE) Polycarbonate (PC) Cellulose nitrate (CN), Cellulose acetate(CA) 0,1 - 20 0,5 – 10 0,5 - 10 0,02 - 10 0,01 - 5 Vi loïc Vi loïc Vi loïc Vi loïc Vi loïc, sieâu loïc Nguoàn: Mark C. Porter, Handbook of Industrial Membrane Technology, Noyes Publication, USA, 1990. Membrane ñoàng theå daïng loûng (Homogeneous liquid Membrane) Membrane daïng loûng laø moät lôùp chaát loûng raát moûng. Khoù khaên nhaát ñoái vôùi loaïi membrane naøy laø duy trì lôùp maøng oån ñònh veà maët caáu truùc cuõng nhö ñaëc tính cuûa noù. Ñeå traùnh söï phaù vôõ caáu truùc cuûa membrane trong quaù trình phaân rieâng, hieän nay hai kyõ thuaät thöôøng ñöôïc duøng laø söû duïng caùc chaát nhuõ hoùa hoaëc duøng vaät lieäu polymer coù caáu truùc vi xoáp vôùi ñoä beàn cô cao ñeå chöùa chaát loûng beân trong. Membrane daïng loûng thöôøng duøng ñeå taùch caùc ion kim loaïi naëng, caùc chaát voâ cô töø nöôùc thaûi coâng nghieäp. Membrane trao ñoåi ion (Ionic Membrane) Membrane trao ñoåi ion laø membrane maø treân beà maët coù nhieàu ñieän tích aâm hoaëc döông.. Coù hai loaïi membrane trao ñoåi ion Membrane trao ñoåi ion döông Membrane trao ñoåi ion aâm. Hai loaïi membrane naøy seõ haáp thu caùc ion coù ñieän tích traùi daáu (counter-ion) so vôùi caùc ion treân beà maët membrane (co-ion) vaø khoâng cho caùc ion naøy ñi qua. Söï phaân rieâng baèng membrane trao ñoåi ion ñaït ñöôïc chuû yeáu do quaù trình taùch nhöõng ion tích ñieän traùi daáu vôùi membrane hôn laø do kích thöôùc loã mao quaûn. Söï phaân rieâng naøy bò aûnh höôûng bôûi ñieän tích vaø noàng ñoä cuûa nhöõng ion trong dung dòch. Membrane trao ñoåi ion thöôøng ñöôïc duøng trong kyõ thuaät ñieän thaåm tích. Vaät lieäu cheá taïo membrane. Cellulose Acetate (CA) Cellulose acetate (CA) laø vaät lieäu ñöôïc söû duïng cheá taïo vaø öùng duïng ñaàu tieân trong caùc kyõ thuaät thaåm thaáu ngöôïc, loïc nano vaø sieâu loïc. Nhöôïc ñieåm vaät lieäu naøy laø keùm beàn ñoái vôùi nhieät ñoä, pH vaø coù theå bò phaù huûy bôûi vi sinh vaät. Tuy nhieân, cheá taïo baèng vaät lieäu naøy coù giaù thaønh töông ñoái reû, haùo nöôùc, vaø ít bò taéc ngheõn (fouling) hôn caùc loaïi membrane khaùc Polyvinylidenedifluoride (PVDF) Polyvinylidenedifluoride (PVDF) laø loaïi vaät lieäu membrane truyeàn thoáng. Tuy nhieân, kyõ thuaät cheá taïo membrane töø vaät lieäu naøy raát khoù khaên vaø caùc tính chaát, caáu truùc cuûa membrane keùm oån ñònh neân ít ñöôïc söû duïng. Polysulfone (PS) Polysulfone laø loaïi vaät lieäu ñöôïc söû duïng nhieàu trong kyõ thuaät sieâu loïc vaø vi loïc. Öu ñieåm coù khaû naêng chòu ñöôïc pH vaø nhieät ñoä cao. Loaïi vaät lieäu naøy ñöôïc söû duïng raát nhieàu trong caùc nhaø maùy thöïc phaåm, ñaëc bieät trong caùc nhaø maùy cheá bieán söõa. Veà nguyeân taéc, polysulfone laø vaät lieäu haùo nöôùc, khoâng theå söû duïng ñeå xöû lyù caùc chaát daàu, môõ hay caùc chaát öa beùo. Tuy nhieân, coù moät soá loaïi membrane polysulfone coù theå söû duïng ñeå xöû lyù caùc chaát nhuõ töông raát toát. Caùc vaät lieäu khaùc Ceramic: caùc membrane ñöôïc cheá taïo baèng caùc vaät lieäu ceramic thöôøng coù caáu taïo daïng oáng vaø ñöôïc laép theo töøng heä thoáng. Öu ñieåm cuûa loaïi vaät lieäu naøy laø khoaûng nhieät ñoä vaø pH hoaït ñoäng roäng, coù ñoä beàn hoùa cao, thôøi gian söû duïng daøi, veä sinh ñôn giaûn. Nhöng beân caïnh ñoù ñoä beàn cô hoïc khoâng cao, khoâng chòu ñöôïc hieän töôïng shock nhieät, giaù thaønh cao. Kim loaïi: kim loaïi thöôøng ñöôïc duøng ñeå cheá taïo membrane laø paladi hoaëc hôïp kim cuûa paladi vôùi moät soá kim loaïi khaùc nhö niken, baïch kim,... Loaïi membrane naøy ñöôïc söû duïng chuû yeáu trong quaù trình phaân rieâng khí ôû nhieät ñoä cao (ví duï quaù trình tinh saïch khí hydro töø khí thaûi). Beân caïnh ñoù coøn coù caùc loaïi vaät lieäu khaùc nhö moät soá polimer toång hôïp,... Baûng 2.3: Ñoä beàn hoùa cuûa moät soá vaät lieäu membrane Caùc taùc nhaân Composite CA PSO PVDF SiO2 Cellulose 3 < pH <8 P P P P P P pH 8 P x P P P P Nhieät ñoä > 35 oC P x P P P P Protein P (P) P (P) P P Polysaccharide (P) x P X P x Hydrocacbon öa beùo x x x (P) P P Chaát thôm x x x P P (P) Chaát oxi hoaù x (P) P P P (P) Ketone, ester x x x P P (P) Röôïu P x P P P P Chuù thích: - P: ñoä beàn hoùa cao - (P): chöa ñöôïc xaùc ñònh roõ - x : ñoä beàn hoùa thaáp (Nguoàn: Jorgen Wagner, Membrane Filtration Handbook, Osmonics Inc., USA, 2000) Baûng 2.4: Caùc vaät lieäu söû duïng ñeå cheá taïo membrane Vaät lieäu MF UF RO Nhoâm X Carbon-carbon composites X Cellulose ester X Cellulose nitrate X Polyamide, aliphatic (nylon) X Polycarbonate X Polyester X Polypropylene X Polytetrafluoroethylene (PTFE) X Polyvinyl cloride (PVC) X Polyvinylidene flouride (PVDF) X Cellulose X X Ceramic composites X X Polyacrylonitrile (PAN) X X Polyvinyl alcohol (PVA) X X Polysulfone (PS) X X Polyethersulfone (PES) X X X Cellulose acetate (CA) X X X Cellulose triacetate (CTA) X X X Polyamide, aromatic (PA) X X Polyimide (PI) X Hoãn hôïp CA/CTA X Composites, polymeric thin film (PA hay polyetherurea treân polysulfone) X Polyetherimide (PEI) X (Nguoàn: Munir Cheryan, Ph.D. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic publishing co., inc.) Caùc kyõ thuaät membrane Hình 2.4. Kích thöôùc mao quaûn vaø aùp suaát öùng vôùi caùc kyõ thuaät membrane Kyõ thuaät vi loïc - MF (Microfiltration) Membrane vi loïc vôùi ñöôøng kính mao daãn 0,01-2 seõ giöõ laïi caùc caáu töû lô löûng coù kích thöôùc raát nhoû nhö caùc teá baøo vi sinh vaät. Coù aùp suaát laøm vieäc dao doäng trong khoaûng 0,3 – 1bar. Ñaây laø kyõ thuaät ñöôïc aùp duïng caùc khaù phoå bieán trong cheá bieán thöïc phaåm nhö taùch vi sinh vaät töø söõa, nöôùc traùi caây (nöôùc taùo, nho,…) Kyõ thuaät sieâu loïc - UF (Ultrafiltration) Kyõ thuaät sieâu loïc laø quaù trình phaân rieâng choïn loïc caùc hôïp chaát vôùi aùp suaát laøm vieäc vaøo khoaûng 1 – 10 bar. Ñöôøng kính mao quaûn trung bình töø 2 ñeán 50 nm. Kyõ thuaät sieâu loïc ñöôïc aùp duïng ñeå taùch protein, thuoác nhuoäm, vaø caùc hôïp chaát coù khoái löôïng phaân töû lôùn hôn 10.000 Dalton. Kyõ thuaät loïc nano – NF (Nanofiltration) Trong kyõ thuaät loïc nano, mao quaûn coù ñöôøng kính trung bình khoaûng 2nm. AÙp suaát laøm vieäc trong quaù trình loïc nano caàn phaûi cao, thoâng thöôøng töø 20 – 40bar. Kyõ thuaät naøy ñöôïc aùp duïng trong quaù trình coâ ñaëc ñöôøng, caùc dung dòch chöùa goác muoái hoùa trò hai, chaát maøu hay caùc hôïp chaát coù khoái löôïng phaân töû lôùn hôn 1.000 Dalton. Kyõ thuaät thaåm thaáu ngöôïc – RO (Reverse Osmosis) Kyõ thuaät thaåm thaáu ngöôïc coøn ñöôïc goïi laø hyperfiltration, laø quaù trình phaân rieâng vôùi ñöôøng kính loã mao quaûn nhoû nhaát vaø cuõng laø kyõ thuaät phaân rieâng phöùc taïp nhaát trong caùc kyõ thuaät phaân rieâng baèng membrane. Kyõ thuaät naøy söû duïng membrane coù ñöôøng kính loã mao quaûn nhoû hôn 1nm, neân coù khaû naêng taùch caùc caáu töû coù kích thöôùc nhoû nhö caùc ion cuûa muoái nhö Na+, Cl-,... ra khoûi dung dòch. Vì vaäy, aùùp suaát laøm vieäc trong kyõ thuaät naøy phaûi ñuû lôùn (15 – 70bar), ñeå thaéng aùp suaát thaåm thaáu treân beà maët maøng. Hình 2.5. Moâ hình kyõ thuaät thaåm thaáu ngöôïc (RO) Baûng 2.5: Ñaëc tính cuûa caùc quaù trình membrane So saùnh 4 quaù trình membrane Reverse Osmosis Nanofiltration Ultrafiltration Microfiltration Membrane Baát ñoái xöùng Baát ñoái xöùng Baát ñoái xöùng Baát ñoái xöùng Ñoái xöùng Beà daøy Lôùp film 150µm 1µm 150µm 1µm 150-250µm 1µm 10-150µm Kích thöôùc loã < 0.002µm < 0.002µm 0.2 - 0.02µm 4 – 0.02µm Vaät lieäu CA Lôùp moûng CA Lôùp moûng Ceramic PSO, PVDF, CA Lôùp moûng Ceramic PP, PSO, PVDF Khaû naêng taùch HMWC, LMWC NaCl, glucose, Aminoacids HMWC Mono-,di vaø oligosaccharide Ion ña hoùa trò Chaát coù phaân töû löôïng lôùn, protein, polysaccharide, virus Phaân töû lôùn, caùc haït raén, vi khuaån Moâ hình Daïng oáng Daïng cuoän xoaén Daïng taám baûn Daïng oáng Daïng cuoän xoaén Daïng taám baûn Daïng oáng Daïng cuoän xoaén Daïng taám baûn Daïng sôïi roãng Daïng oáng Daïng sôïi roãng Aùp suaát quaù trình 15 – 150 Bar 5 – 35 Bar 1- 10 Bar < 2 Bar (Nguoàn: Munir Cheryan, Ph.D. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic publishing co., inc, 1998) Caùc daïng thieát bò. Moâ hình oáng (Tubular module) Thieát bò laø hai oáng hình truï ñoàng truïc baèng theùp khoâng ræ, ñöôøng kính khaùc nhau vaø ñöôïc ñaët loàng vaøo nhau. Oáng hình truï beân trong coù thaân ñöôïc ñuïc loã. Moät membrane daïng taám ñöôïc cuoän troøn laïi ñeå taïo thaønh hình oáng vaø ñöôïc loàng eùp saùt vaøo thaønh beân trong cuûa oáng hình truï coù ñöôøng kính nhoû Khi hoaït ñoäng doøng nhaäp lieäu ñöôïc bôm vaøo moät ñaàu cuûa thieát bò vaø ñöôïc phaân phoái vaøo beân trong caùc oáng truï nhoû.Doøng retentate seõ thoaùt taïi ñaàu beân kia cuûa oáng hình truï naøy. Coøn doøng permeate seõ chui qua caùc mao quaûn cuûa membrane vaø thoaùt ra thaønh beân ngoaøi cuûa oáng hình truï nhoû roài theo ñöôøng daãn ñeå ra beân ngoaøi thieát bò. Ñeå taêng dieän tích beà maët phaân rieâng trong thieát bò, ngöôøi ta coù theå laép ñaët moät chuøm oáng hình truï ñöôøng kính nhoû ñöôïc quaán membrane beân trong thaân roài ñaët song song nhau vaøo ôû beân trong thaân ñöôøng lôùn. Moãi oáng truï nhoû thöôøng ñöôïc cheá taïo baèng theùp khoâng ræ, coù ñöôøng kính dao ñoäng töø 12.5 ñeán 75 mm, chieàu daøi khoaûng 0,6 ñeán 64 m vaø coù khoan caùc loã nhoû treân thaân coù vai troø laø oáng ñôõ membrane vaø ñöôïc giöõ trong moät oáng theùp lôùn. Ngoaøi ra, ngöôøi ta cuõng coù theå chia oáng hình truï thaønh nhieàu khoang. Dung dòch nguyeân lieäu seõ ñöôïc bôm vaøo trong caùc khoang naøy theo nguyeân taéc noái tieáp hoaëc song song nhau. Membrane daïng oáng coù nhöõng öu, nhöôïc ñieåm chung nhö: Öu ñieåm - Deã taïo doøng chaûy roái trong quaù trình vaän haønh neân coù theå haïn cheá ñöôïc hieän töôïng taäp trung noàng ñoä, deã veä sinh thieát bò vaø thay theá membrane khaù ñôn giaûn vaø deã thöïc hieän Nhöôïc ñieåm Thieát bò khaù coàng keành vaø chieám nhieàu dieän tích nhaø xöôûng. Ngoaøi ra, toác ñoä doøng nhaäp lieäu khi ñi vaøo thieát bò seõ bò giaûm daàn neáu chieàu cao cuûa thieát bò khaù lôùn, giaù thaønh cao. Hình 2.6. Moâ hình membrane daïng oáng Membrane daïng khung baûn (Plate and Frame Module) Moãi ñôn vò caáu taïo neân moâ hình baûng bao goàm moät taám ñôõ ñöôïc laøm baèng vaät lieäu xoáp vaø hai taám membrane ñöôïc eùp saùt vaøo hai beân taám ñôõ. Beà maët hoaït ñoäng cuûa hai taám membrane ñeàu ñöôïc quay ra beân ngoaøi. Trong thieát bò membrane, caùc ñôn vò treân ñöôïc ñaët song song vôùi nhau. Tuøy thuoäc vaøo soá ñôn vò ñöôïc laép raùp vaøo nhieàu hay ít maø toång dieän tích membrane söû duïng trong thieát bò coù theå dao ñoäng trong moät khoaûng raát lôùn, töø 0.1-100m2. Loaïi membrane naøy ñöôïc taïo thaønh do caùc baûn ñôõ ñaët song song nhau caùch nhau moät khoaûng caùch khaù heïp taïo thaønh moät heä thoáng keânh daãn cho doøng permeate vaø retentate. Membrane ñöôïc phuû treân caùc taám giaù ñôõ (daïng plate) taïo söï phaân caùch giöõa hai doøng permeate vaø retentate. Doøng nhaäp lieäu chaûy vaøo moät ñaàu vaø ñöôïc phaân phoái vaøo caùc keânh daãn retentate, caùc caáu töû coù kích thöôùc thích hôïp seõ qua membrane vaø theo caùc keânh daãn cuûa doøng permeate ñi theo oáng daãn chính ra ngoaøi. Doøng nguyeân lieäu khoâng qua membrane ñöôïc gom laïi vaø ñöôïc phaân phoái laïi vaøo vuøng tieáp theo nhaèm naâng cao hieäu quaû quaù trình phaân rieâng. Thieát bò daïng naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong quaù trình sieâu loïc, loïc nano vaø thaåm thaáu ngöôïc. Öu ñieåm lôùn nhaát cuûa moâ hình baûng laø vieäc thaùo laép, veä sinh thieát bò raát ñôn giaûn. Ôû moät soá thieát bò, ngöôøi ta boá trí moät van thaùo saûn phaåm permeate öùng vôùi moãi taám membrane. Nhö vaäy, nhaø saûn xuaát deã phaùt hieän kòp thôøi membrane naøo bò hö hoûng trong quaù trình vaän haønh ñeå thay theá. Tuy nhieân moâ hình naøy cuõng chieám dieän tích nhaø xöôûng khaù lôùn Hình 2.7. Moâ hình membrane daïng khung baûn Membrane daïng cuoän xoaén (Spiral Wound Module) Thieát bò goàm hai hình truï ñoàng truïc nhöng coù ñöôøng kính khaùc nhau vaø ñöôïc loàng vaøo nhau. Chuùng ñöôïc cheá taïo baèng theùp khoâng ræ. Oáng hình truï ñöôøng kính nhoû ñöôïc ñuïc loã treân thaân vaø laø nôi taäp trung caùc caáu töû cuûa doøng permeate. Khoaûng khoâng gian ñöôïc giôùi haïn bôûi maët ngoaøi thaân truï ñöôøng kính nhoû vaø maët trong thaân truï ñöôøng kính lôùn laø moät taám ñeäm xoáp ñöôïc cuoän theo hình xoaén oác. Taám ñeäm naøy ñöôïc laøm baèng vaät lieäu polypropylene. Hai beân taám ñeäm laø hai taám membrane vôùi beà maët hoaït ñoäng ñeàu ñöôïc quay ra höôùng ngoaøi. Dung dòch nguyeân lieäu seõ ñöôïc bôm vaøo taïi moät ñaàu thaân truï vaø di chuyeån theo thaân truï bôûi moät keânh daãn coù tieát dieän hình xoaén oác. Doøng saûn phaåm retentate seõ ñöôïc taäp trung vaø thoaùt ra ôû ñaàu kia cuûa thieát bò hình truï. Caùc caáu töû permeate seõ chui qua mao daãn cuûa hai membrane ñeå vaøo keânh daãn daønh rieâng cho chuùng. Keânh naøy cuõng coù tieát dieän hình xoaén oác vaø ñöôïc lieân thoâng vôùi oáng hình truï ñöôøng kính nhoû. Töø oáng hình truï ñöôøng kính nhoû, doøng permeate seõ ñöôïc taäp trung thoaùt ra khoûi thieát bò. Loaïi module naøy coù öu theá trong caùc thieát bò thaåm thaáu ngöôïc vaø ñöôïc söû duïng khaù roäng raõi vì giaù thaønh töông ñoái reû. Ngöôøi ta coù theå choïn cheá ñoä chaûy roái hoaëc chaûy doøng tuy theo tính chaát cuûa nguyeân lieäu caàn phaân rieâng. Nhöng neáu moät phaàn membrane bò hoûng thì toaøn boä module phaûi huûy boû. Ñaây laø nhöôïc ñieåm lôùn nhaát cuûa loaïi membrane naøy. Hình 2.8. Moâ hình cuûa membrane daïng cuoän xoaén Membrane daïng sôïi roãng (Hollow fiber module) Membrane daïng sôïi roãng coù hình daïng töông töï nhö membrane daïng oáng. Thieát bò membrane ñöôïc cheá taïo baèng theùp khoâng ræ coù daïng hình truï vôùi ñöôøng kính thöôøng dao ñoäng trong khoaûng 2.5 – 12.7 cm; chieàu daøi: 18 – 120 cm. Beân trong thieát bò chöùa boù sôïi membrane ñöôïc xeáp song song vôùi nhau. Moãi module chöùa töø 50 – 3000 sôïi. Ñöôøng kính sôïi thay ñoåi töø 0.2 – 3 mm. Trong quaù trình thaåm thaáu ngöôïc, ñöôøng kính sôïi söû duïng coù theå giaûm xuoáng 0.04mm. Thoâng thöôøng chieàu daøy membrane töø 100 - 400µm. Khi hoaït ñoäng, dung dòch nguyeân lieäu ñöôïc bôm vaøo beân trong thieát bò vaø chui vaøo trong caùc sôïi membrane. Doøng ra retentate seõ ñi heát theo chieàu daøi sôïi vaø taäp trung thoaùt ra ôû ñaàu coøn laïi cuûa thieát bò. Doøng ra permeate seõ chui qua caùc loã mao daãn membrane, thoaùt ra ngoaøi sôïi roài ñöôïc taäp trung veà cöûa ra naèm treân thaân thieát bò. Rieâng haõng Dupont thieát keá moät soá thieát bò söû duïng trong kyõ thuaät thaåm thaáu ngöôïc ñaõ cho doøng nguyeân lieäu ñi vaøo khoaûng khoâng gian troáng giöõa caùc sôïi membrane. Khi ñoù, moät soá caáu töû seõ chui qua mao daãn membrane ñeå vaøo beân trong sôïi vaø taïo neân doøng permeate. Öu ñieåm cuûa moâ hình sôïi laø thieát bò ít chieám dieän tích nhaø xöôûng duø dieän tích membrnae söû duïng raát lôùn, ít toán naêng löôïng cho quaù trình. Khuyeát ñieåm cuûa loaïi module naøy laø trong quaù trình vaän haønh, moät soá sôïi membrane deã bò toån thöông vaø vieäc thay theá chuùng seõ toán keùm vaø phöùc taïp. Hôn nöõa, do ñöôøng kính sôïi membrane khaù nhoû, nhöõng nguyeân lieäu daïng keo deã gaây taéc ngheõn membrane trong quaù trình söû duïng vaø phaûi thay membrane môùi neáu moät vaøi sôïi cuûa membrane bò hoûng. Hình 2.9. Membrane daïng sôïi roãng Baûng 2.6: So saùnh öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa moät soá daïng membrane Daïng membrane Öu ñieåm Nhöôïc ñieåm Daïng oáng (tubular module) Ñôn giaûn, deã vaän haønh. Phuø hôïp vôùi caùc dung dòch huyeàn phuø noàng ñoä cao. Thích hôïp cho phoøng thí nghieäm. Söûa chöõa khoù khaên. Theå tích lôùn. Giaù thaønh cao. Daïng khung baûn (plate & frame module) Tính linh ñoäng cao. Deã laép ñaët, söûa chöõa. Phuø hôïp vôùi kyõ thuaät MF, NF, RO. Theå tích lôùn. Giaù thaønh cao. Daïng cuoän xoaén (spiral wound module) Giaù thaønh reû. Theå tích nhoû. Tính linh ñoäng khoâng cao. Daïng sôïi roãng (hollow fiber module) Deã cheá taïo. Theå tích thieát bò nhoû. Giaù thaønh reû. Deã bò fouling. Khi vaøi sôïi bò hoûng, phaûi thay toaøn boä membrane. Ñoäng hoïc cuûa quaù trình membrane Caùc moâ hình trong kyõ thuaät membrane Trong kyõ thuaät membrane, coù hai loaïi moâ hình ñöôïc aùp duïng laø Dead-end (Dead-end separation) vaø Cross-flow (Cross-flow separation). Hình 2.12. Moâ hình dead-end vaø Cross-flow Moâ hình Dead-end (Dead-end Separation). Dead-end laø moâ hình trong ñoù doøng nhaäp lieäu chaûy vuoâng goùc vôùi membrane, dung moâi vaø caùc phaàn töû coù kích thöôùc vaø khoái löôïng phaân töû thích hôïp seõ chaûy qua membrane bôûi aùp suaát. Caùc phaàn töû coù kích thöôùc lôùn hôn hoaëc baèng ñöôøng kính loã mao quaûn seõ bò giöõ laïi beân treân beà maët hoaëc beân trong membrane. Theo thôøi gian caùc phaàn töû ñoù seõ tích tuï, laøm taêng trôû löïc cuûa quaù trình phaân rieâng vaø laøm cho löu löôïng doøng permeate giaûm daàn. Ñeå tieáp tuïc quaù trình phaân rieâng, ngöôøi ta phaûi thay hoaëc veä sinh membrane. Hai kyõ thuaät membrane thöôøng söû duïng moâ hình naøy laø: kyõ thuaät vi loïc vôùi löu löôïng doøng permeate khoâng ñoåi (Dead-end microfiltration with constant flux) vaø vi loïc vôùi aùp suaát khoâng ñoåi (Dead-end microfiltration with constant pressure drop). Trong kyõ thuaät vi loïc vôùi löu löôïng doøng permeate khoâng ñoåi, ngöôøi ta phaûi thay ñoåi aùp löïc ñaûm baûo löu löôïng doøng permeate oån ñònh trong khi trôû löïc loïc taêng daàn. Ngöôïc laïi, trong kyõ thuaät vi loïc vôùi aùp suaát khoâng ñoåi, löu löôïng doøng permeate seõ giaûm daàn do trôû löïc loïc taêng daàn theo thôøi gian. Ñaây laø moâ hình chæ söû duïng trong caùc phoøng thí nghieäm duøng ñeå xöû lyù caùc dung dòch coù theå tích nhoû. Hình 2.13. Moâ hình Dead-End (Dead-End Separation) Moâ hình Cross-Flow (Cross-flow Separation) Cross-flow laø moâ hình trong ñoù doøng nhaäp lieäu chaûy song song vôùi beà maët membrane. Dung moâi vaø caùc phaàn töû coù kích thöôùc vaø khoái löôïng phaân töû thích hôïp seõ ñi qua membrane nhôø aùp löïc cuûa bôm vaø taïo thaønh doøng permeate, caùc phaàn töû coøn laïi khoâng ñi ñöôïc qua membrane seõ tieáp tuïc chaûy ra ngoaøi taïo thaønh doøng retentate, ñoàng thôøi doøng naøy seõ keùo theo caùc phaàn töû baùm treân beà maët membrane. Vì vaäy, moâ hình naøy ít bò taéc ngheõn hôn so vôùi moâ hình Dead-end vaø coù theå hoaït ñoäng lieân tuïc trong thôøi gian daøi. Hình 2.14. Moâ hình Cross-Flow (Cross-Flow Separation) Ñoäng hoïc cuûa quaù trình. Toác ñoä doøng permeate chòu aûnh höôûng bôûi ñoä cheânh leäch aùp suaát hieäu duïng giöõa hai beân beà maët membrane. Ñoä cheânh leäch aùp suaát beà maët ñöôïc quyeát ñònh bôûi 2 yeáu toá: ñoä cheânh leäch aùp suaát giöõa hai phía cuûa membrane vaø ñoä cheânh leäch aùp suaát thaåm thaáu ôû hai phía cuûa membrane. Ñoä cheânh leäch aùp suaát giöõa hai phía cuûa membrane: Theo P.J.Fellow, aùp suaát cheânh leäch giöõa 2 beân maøng membrane ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Trong ñoù: P: ñoä cheânh leäch aùp suaát (Pa) qua maøng. Pf: aùp suaát (Pa) cuûa doøng nhaäp lieäu. Pr: aùp suaát (Pa) cuûa doøng retentate. Pp: aùp suaát (Pa) cuûa doøng permeate. Aùp suaát thaåm thaáu trong moät doøng löu chaát ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Trong ñoù: - : laø aùp suaát thaåm thaáu (Pa) - C: noàng ñoä cuûa caáu töû (mol/L) - R: haèng soá nhieät ñoäng: 8.314 N.m/mol/oK. - T: nhieät ñoä dung dòch (oK). - M: khoái löôïng phaân töû (g/mol). Khi laø hoãn hôïp cuûa nhieàu caáu töû thì M laø khoái löôïng phaân töû trung bình cuûa taát caû caùc caáu töû trong hoãn hôïp. Khi ñoù ñoä cheânh leäch aùp suaát hieäu duïng qua maøng ñöôïc xaùc ñònh: Trong ñoù: - r: laø aùp suaát thaåm thaáu phía doøng retentate. - p: aùp suaát thaåm thaáu phía doøng permeate. Nhö vaäy chuùng ta thaáy raèng, ñeå doøng löu chaát coù theå chuyeån ñoäng töø phía doøng retentate sang phía doøng permeate thì caàn phaûi taïo ra moät aùp löïc toái thieåu baèng vôùi ñoä cheânh leäch aùp suaát thaåm thaáu giöõa 2 phía cuûa membrane. Baûng 2.7: Ñoäng löïc cuûa caùc quaù trình membrane Stt Quaù trình Ñoäng löïc Saûn phaåm retentate Saûn phaåm permeate 1 Thaåm thaáu (osmosis) Theá naêng hoùa hoïc Nöôùc, chaát tan Nöôùc, phaân töû nhoû 2 Vi loïc (microfiltration) Aùp löïc Nöôùc, caáu töû lô löûng Nöôùc, chaát tan 3 Sieâu loïc (ultrafiltration) Aùp löïc Nöôùc, phaân töû lôùn Nöôùc, phaân töû nhoû 4 Loïc nano (nanofiltration) Aùp löïc Nöôùc, acid phaân ly, muoái hoùa trò II, phaân töû nhoû Nöôùc, ion ñôn hoùa trò, acid khoâng phaân ly… 5 Thaåm thaáu ngöôïc (reverse osmosis) Aùp löïc Nöôùc, taát caû caùc chaát tan Nöôùc 6 Thaåm tích (dialysis) Cheânh leäch noàng ñoä Nöôùc, phaân töû lôùn Nöôùc, phaân töû nhoû 7 Ñieän thaåm tích (electrodialysis) Ñieän theá – doøng ñieän Nöôùc, chaát tan khoâng ion hoùa Nöôùc, chaát tan ion hoùa 8 Taùch caáu töû bay hôi baèng membrane (pervaporation) Aùp löïc Nöôùc, phaân töû khoâng bay hôi Nöôùc, phaân töû nhoû deã bay hôi Ñeå ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng baèng membrane, ngöôøi ta xaùc ñònh hai chæ tieâu sau nay: - Ñoä phaân rieâng (Rejection): Trong ñoù: Cp -noàng ñoä caáu töû trong doøng permeate CR - noàng ñoä caáu töû trong doøng rententate Ñoä phaân rieâng R noùi lean khaû naêng phaân rieâng cuûa membrane ñoái vôùi moät caáu töû coù trong dung dòch nguyeân lieäu ban ñaàu. Khi giaù trò R cuûa caáu töû khaûo saùt caøng cao thì khaû naêng ñi qua membrane cuûa caáu töû ñoù seõ caøng thaáp. Giaù trò R dao ñoäng trong khoaûng [0, 1]. + Khi caáu töû khaûo saùt khoâng theå ñi qua membrane theo doøng permeate, thì Cp=0, suy ra R=1. + Khi caáu töû khaûo saùt coù theå ñi qua ñöôïc membrane vôùi xaùc suaát cao nhaát thì Cp=CR, suy ra R=0. - Löu löôïng doøng qua membrane (doøng permeate): trong tröôøng hôïp lyù töôûng, theo moâ hình Hagen-Poiseuille thì löu löôïng doøng permeate ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Trong ñoù: J – löu löôïng doøng qua membrane (L/m2.h) - ñoä xoáp beà maët cuûa membrane (%) Dp - ñöôøng kính mao daãn (m) - chieàu daøi mao daãn (m) - ñoä nhôùt cuûa maãu N - soá mao daãn trong membrane S - dieän tích beà maët hoaït ñoäng cuûa membrane (m2) Pt - aùp löïc qua membrane Hình 2.15. Löu löôïng doøng permeate thay ñoåi theo thôøi gian vaän haønh quaù trình membrane. Baûng 2.8: Trôû löïc trung bình cuûa membrane (Rm) vaø aùp suaát chuyeån qua maøng (TMP) trong kyõ thuaät RO, NF, UF vaø MF Quaù trình Rm (m-1) TMP (kPa) RO 1010 800-8000 NF 108 350-1000 UF 107 50-700 MF 106 30-300 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình membrane Coù nhieàu yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình phaân rieâng baèng membrane. Chuùng ñöôïc chia thaønh ba nhoùm coù lieân quan ñeán nguyeân lieäu caàn phaân rieâng, membrane vaø caùc thoáng soá kyõ thuaät ñeå thöïc hieän quaù trình phaân rieâng. Ñaëc tính cuûa membrane Kích thöôùc loã mao quaûn, vaät lieäu cheá taïo, caáu truùc beà maët membrane, ñieän tích treân beà maët membrane,… laø nhöõng ñaëc tính quan troïng aûnh höôûng ñaùng keå ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng. Kwak vaø coäng söï (1997) ñaõ nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa caáu truùc membrane RO (baèng vaät lieäu polyester) ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng. Hoï ñaõ thay theá goác phenyl cuûa membrane RO baèng goác methyl vaø halogen. Keát quaû cho thaáy caû hai tröôøng hôïp thay theá ñoù ñeàu coù aûnh höôûng ñaùng keå ñeán ñoä phaân rieâng vaø löu löôïng doøng permeate. Khi thay theá goác phenyl baèng goác methyl, ñoä phaân rieâng giaûm vaø löu löôïng doøng permeate qua maøng taêng. Ngöôïc laïi, khi thay theá baèng goác halogen thì ñoä phaân rieâng taêng, löu löôïng doøng permeate qua maøng giaûm. Vôùi khaûo saùt töông töï, Vrijenhoek vaø coäng söï (2001) ñaõ giaûi thích söï aûnh höôûng cuûa vaät lieäu maøng ñeán hieäu quaû quaù trình phaân rieâng moät caùch khaù thuyeát phuïc. Khi beà maët cuûa membrane coù hình daïng loài loõm (“peak and valley”), chính nhöõng choã loài loõm naøy laøm taêng khaû naêng baùm dính cuûa caùc caáu töû leân membrane, vaø gaây neân taéc ngheõn, caûn trôû ñoøng chaûy laøm giaûm löu löôïng doøng permeate. Yeom vaø coäng söï (2002) ñaõ khaûo saùt söï aûnh höôûng cuûa ñieän tích treân membrane ñeán ñoä phaân rieâng. Nghieân cöùu cho thaáy khi mebrane tích ñieän maïnh coù khaû naêng taùch muoái cao nhôø töông taùc tónh ñieän giöõa muoái trong nguyeân lieäu vaø ñieän tích treân beà maët membrane. Ñoái vôùi membrane tích ñieän yeáu hoaëc khoâng tích ñieän thì khaû naêng phaân rieâng tuøy thuoäc vaøo kích thöôùc cuûa caùc caáu töû, neân khaû naêng giöõ muoái keùm hôn. Ñaëc tính cuûa membrane aûnh höôûng raát lôùn ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng vaø coøn phuï thuoäc vaøo töông taùc giöõa membrane vaø nguyeân lieäu. Ñaëc tính cuûa nguyeân lieäu (Feed) Beân caïnh yeáu toá vaät lieäu cheá taïo membrane, ñaëc tính cuûa doøng nguyeân lieäu laø yeáu toá aûnh höôûng saâu saéc ñeán quaù trình phaân rieâng. Yeáu toá naøy khoâng aûnh höôûng ñôn leû maø töông taùc vôùi vaät lieäu membrane. Ivetta Vincze vaø Gyula Vatai (2004) ñaõ khaûo saùt söï aûnh höôûng cuûa noàng ñoä doøng nguyeân lieäu ñeán löu löôïng doøng permeate trong quaù trình coâ ñaëc dòch chieát caø pheâ. Keát quaû cho thaáy khi noàng ñoä doøng nguyeân lieäu caøng taêng, löu löôïng doøng permeate caøng giaûm. Xu vaø coäng söï (1999) ñaõ chöùng minh ñöôïc noàng ñoä nguyeân lieäu laø yeáu toá aûnh höôûng ñaùng keå ñeán ñoä phaân rieâng. Hoï keát luaän raèng khi taêng noàng ñoä cuûa doøng nhaäp lieäu thì ñoä phaân rieâng giaûm vaø ngöôïc laïi. Löôïng vi sinh vaät coù trong nguyeân lieäu cuõng coù aûnh höôûng ñaùng keå ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng. Ñoù cuõng laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân gaây ra hieän töôïng fouling Hình 2.16. AÛnh höôûng cuûa noàng ñoä nguyeân lieäu ñeán löu löôïng doøng permeate Keát quaû cuûa moät soá nghieân cöùu cho thaáy pH nguyeân lieäu coù aûnh höôïng ñaùng keå ñeán hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng. Söï aûnh höôûng tuøy thuoäc vaøo ñieän tích cuûa membrane vaø khoâng theo moät qui luaät roõ raøng. Hình 2.17. AÛnh höôûng cuûa pH doøng nhaäp lieäu ñeán löu löôïng doøng permeate (Nguyeân lieäu laø dung dòch NaNO3 noàng ñoä 10mM) Hình 2.18. AÛnh höôûng cuûa pH doøng nhaäp lieäu ñeán ñoä phaân rieâng Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa dung dòch nguyeân lieäu: caùc hôïp chaát hoùa hoïc coù trong nguyeân lieäu seõ coù nhöõng aûnh höôûng khaùc nhau ñeán quaù trình phaân rieâng baèng membrane. Ví duï nhö protein laø moät chaát hoùa hoïc coù chöùa nhöõng nhoùm chöùc tích ñieän vaø nhöõng nhoùm kî nöôùc. Chuùng coù theå töông taùc vôùi caùc nhoùm kî nöôùc cuûa membrane vaø gaây neân hieän töôïng fouling, töø ñoù laøm giaûm löu löôïng cuûa doøng permeate…, Ñeå haïn cheá nhöõng vaán ñeà treân, tuøy theo thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa nguyeân lieäu maø chuùng ta caàn choïn membrane vôùi baûn chaát hoùa hoïc phuø hôïp. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa quaù trình Ñaëc tính cuûa membrane vaø nguyeân lieäu laø hai yeáu toá khoù thay ñoåi trong quaù trình phaân rieâng. Yeáu toá maø chuùng ta coù theå ñieàu khieån ñöôïc moät caùch deã daøng vaø coù hieäu quaû laø cheá ñoä laøm vieäc cuûa quaù trình phaân rieâng. Caùc nghieân cöùu nhaèm naâng cao hieäu quaû cuûa quaù trình phaân rieâng chuû yeáu taäp trung vaøo caùc thoâng soá kyõ thuaät, bao goàm: aùp suaát laøm vieäc, nhieät ñoä laøm vieäc, löu löôïng doøng nhaäp lieäu. Moät soá nghieân cöùu thöïc hieän treân membrane MF vaø UF thu ñöôïc keát quaû cho thaáy khi taêng toác ñoä doøng nhaäp lieäu, löu löôïng cuûa doøng permeate taêng theo vaø löu löôïng doøng permeate cuûa membrane MF lôùn hôn membrane UF . Hình 2.19. AÛnh höôûng cuûa toác ñoä nhaäp lieäu ñeán löu löôïng doøng permeate Khi Roberto Ferrarini vaø caùc coäng söï (2000) nghieân cöùu vaø so saùnh hieäu quaû cuûa quaù trình coâ ñaëc dòch nho eùp baèng maøng RO vaø NF ñaõ thu ñöôïc keát quaû cho thaáy, ñoái vôùi nguyeân lieäu laø dòch nho eùp thì hieäu quaû cuûa quaù trình coâ ñaëc baèng maøng NF cao hôn maøng RO. Hoï ñaõ choïn ñöôïc aùp suaát toái öu cho quaù trình coâ ñaëc baèng maøng NF laø 40bar. Veà nhieät ñoä laøm vieäc, keát quaû nghieân cöùu cho thaáy khi taêng nhieät ñoä laøm vieäc thì löu löôïng doøng permeate taêng vaø ñoä phaân rieâng giaûm. Baûng 2.9: AÛnh höôûng cuûa aùp suaát laøm vieäc ñeán ñoä phaân rieâng cuûa caùc caáu töû coù trong nöôùc nho ôû nhieät ñoä 15oC Teân caùc caáu töû AÙp suaát (bar) 32 40 45 Ñöôøng 80 87 86 Toång Polyphenol 74 83 83 K 3 5 6 Na 97 97 97 Mg 98 99 99 (Nguoàn: Roberto Ferrarini vaø coäng söï (2000)) Hình 2.20. AÛnh höôûng cuûa aùp suaát leân löu löôïng doøng Permeate cuûa UF Hình 2.21. AÛnh höôûng cuûa aùp suaát leân trôû löïc cuûa caùc lôùp gel hình thaønh Baûng 2.10: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán ñoä phaân rieâng cuûa caùc caáu töû trong nöôùc nho (vôùi p = 32bar) Teân caùc caáu töû Nhieät ñoä laøm vieäc (oC) 15 25 Ñöôøng 80 63 Toång Polyphenol 74 72 K 3 2 Na 97 94 Mg 98 96 Theo coâng thöùc ñaõ ñöa ra ôû phaàn treân ta thaáy raèng löu löôïng doøng permeate seõ taêng khi ñoä nhôùt cuûa dung dòch giaûm. Vì theá, toác ñoâï thaåm thaáu coù theå ñöôïc caûi thieän ôû nhieät ñoä cao hôn. Caùc nghieân cöùu cho thaáy aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân toác ñoä cuûa doøng permeate tuaân theo phöông trình Arrehnius: Trong ñoù: JT : laø löu löôïng doøng permeate taïi nhieät ñoä T. J20 : laø löu löôïng doøng permeate taïi nhieät ñoä so saùnh 200C. s : haèng soá ñaëc tröng bôûi moãi membrane vaø caùc nhieät ñoä so saùnh khaùc nhau. Khi tieán haønh nghieân cöùu ôû nhieät ñoä 250C, Pohland ñöa ra bieåu thöùc sau cho thaáy söï phuï thuoäc cuûa löu löôïng doøng permeate vaøo nhieät ñoä: Hình 2.22. AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán löu löôïng doøng permeate Hieän töôïng fouling Hình 2.23. Hieän töôïng fouling Ñònh nghóa. Hieän töôïng fouling laø hieän töôïng taéc ngheõn mao daãn membrane trong quaù trình vaän haønh do moät soá caáu töû trong maãu nguyeân lieäu haáp phuï leân beà maët membrane hoaëc töông taùc vôùi caùc thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa membrane, khi ñoù löu löôïng doøng permeate giaûm daàn. Hieän töôïng fouling laø moät tính chaát ñöôïc coi laø laøm thay ñoåi doøng chaûy raát khoù traùnh khoûi. Tuøy töøng heä thoáng, söï thay ñoåi coù theå dieãn ra trong moät hay nhieàu giai ñoaïn, thöôøng dieãn ra ôû toác ñoä nhanh trong moâït vaøi phuùt ñaàu, sau ñoù söï thay ñoåi giaûm daàn. Caùc phöông phaùp khaéc phuïc coù theå chæ laøm taêng doøng chaûy moät caùch taïm thôøi hay ñoù chæ laø loaïi boû söï aûnh höôûng trong moät giai ñoaïn ngaén maø thoâi, chöù khoâng hoaøn toaøn loaïi boû ñöôïc hieän töôïng naøy. Vieäc ta coù theå laøm ñöôïc laø toái öu hoaù heä thoáng ñeå doøng chaûy khoâng giaûm maïnh trong thôøi gian vaän haønh. Nguyeân nhaân gaây ra fouling. Söï tích luõy nguyeân lieäu trong membrane laøm taêng trôû löïc cuûa membrane theo thôøi gian. Lôùp gel hay caùc baùnh nguyeân lieäu tích tuï treân beà maët cuûa membrane vaø lôùp taäp trung noàng ñoä cuûa nguyeân lieäu laøm taêng trôû löïc cho doøng permeate. Ñoä lôùn trôû löïc seõ khaùc nhau khi thaønh phaàn hoaù hoïc vaø ñoä daøy cuûa caùc lôùp tích tuï khaùc nhau, ñieàu naøy ñöôïc quyeát ñònh bôûi chaát löôïng cuûa nguyeân lieäu vaø tính chaát truyeàn khoái trong moâ hình membrane. Söï hình haønh caùc “baùnh” (cake formation). Caùc baùnh noàng ñoä hình thaønh, bít caùc loã, vaø söï haáp thuï caùc foulants leân thaønh mao quaûn xuaát hieän laø caùc nguyeân nhaân deã nhaän thaáy trong söï giaûm doøng permeate theo thôøi gian ñoái vôùi membrane. Thoâng thöôøng thì trôû löïc gaây ra do söï taäp trung noàng ñoä nhoû hôn raát nhieàu so vôùi trôû löïc do caùc baùnh noàng ñoä taïo neân. Do ñoù neáu coù söï hình thaønh caùc baùnh noàng ñoä naøy thì trôû löïc do taäp trung noàng ñoä thöôøng ñöôïc boû qua. Trôû löïc do caùc baùnh noàng ñoä taïo ra seõ taêng khi caùc phaàn töû caáu thaønh leân caùc baùnh ñoù giaûm kích thöôùc. Caùc lôùp gel cuûa caùc nguyeân lieäu coù thaønh phaàn laø caùc phaân töû lôùn sinh ra trôû löïc khaù ñaùng keå. Caùc baùnh noàng ñoä vaø caùc lôùp gel ñoùng vai troø nhö nhöõng thieát bò loïc hay laø moät membrane thöù hai loaïi ñi nhöõng phaân töû chaát tan trong doøng löu chaát. Hình 2.24. Söï hình thaønh lôùp gel theo thôøi gian Hình 2.25. Trôû löïc do lôùp gel gaây ra khi ñoä daøy cuûa lôùp gel thay ñoåi ôû caùc aùp suaát khaùc nhau Fouling do söï keát tuûa. Söï hình thaønh keát tuûa vaø caùc caùu caën treân membrane coù theå xuaát hieän khi caùc muoái trong nguyeân lieäu coù noàng ñoä quaù khaû naêng hoøa tan cuûa chuùng. Trong quaù trình phaân rieâng, döôùi taùc ñoäng cuûa aùp löïc, caùc chaát hoøa tan, caùc chaát keo, caùc chaát coù khoái löôïng phaân töû lôùn coù khuynh höôùng taäp trung ôû beà maët membrane. Söï taäp trung naøy ñaõ daãn ñeán söï hình thaønh lôùp keo saùt beà maët maøng vaø keá ñeán laø lôùp bieân noàng ñoä. Trong quaù trình phaân rieâng, lôùp keo naøy haàu nhö khoâng theå taùch ra khoûi maøng. Ngöôïc laïi, caùc caáu töû ôû lôùp bieân noàng ñoä vöøa bò doøng permeate keùo theo qua maøng vöøa khueách taùn ngöôïc trôû laïi vuøng ngoaïi bieân do söï cheânh leäch noàng ñoä. Fouling do söï haáp thuï. Söï haáp thuï hay söï tích tuï cuûa caùc nguyeân lieäu theo thôøi gian trong caùc mao quaûn daãn tôùi giaûm kích thöôùc mao quaûn rpore vaø taêng trôû löïc Rm , ñaây laø ñieàu thöôøng khoù ñöôïc khaéc phuïc moät caùch trieät ñeå. Söï haáp thuï caùc vaät lieäu leân beà maët membrane laø khaùc nhau khi caùc vaät lieäu laøm membrane khaùc nhau. Tính chaát cuûa caùc vaät lieäu höõu cô coù moái lieân quan ñeán söï taéc ngheõn membrane bao goàm: söï töông ñoàng cuûa chuùng vôùi membrane, khoái löôïng phaân töû, caùc nhoùm chöùc vaø hình daïng. Söï taéc ngheõn membrane cuõng lieân quan chaët cheõ vôùi töông taùc kî nöôùc cuûa caùc vaät lieäu laøm membrane. Theo ñoù, mambrane cheá taïo töø caùc vaät lieäu coù tính öa nöôùc thì thöôøng ít gaây taéc membrane hôn caùc membrane ñöôïc cheá taïo töø caùc vaät lieäu coù tính kî nöôùc. Fouling do vi sinh vaät (Biofouling) Khi dung dòch nguyeân lieäu coù chöùa vi sinh vaät, chuùng seõ baùm treân beà maët membrane vaø laøm taéc ngheõn membrane. Trong quaù trình phaân rieâng, treân beà maët membrane coù theå coù ñeán 106CFU/cm2, bao goàm vi khuaån, naám moác vaø naám men (Baker vaø Dudley, 1998). Fouling do caùc nguyeân nhaân khaùc. Ngoaøi caùc yeáu toá treân, hieän töôïng fouling coøn chòu aûnh höôûng bôûi nhieàu yeáu toá khaùc trong quaù trình phaân rieâng: Protein: laø chaát gaây ra fouling chính trong quaù trình membrane. Vôùi voâ soá nhoùm chöùc naêng khaùc nhau, möùc ñoä kî nöôùc khaùc nhau, caáu truùc phöùc taïp baäc 2 vaø baäc 3... cho pheùp protein töông taùc vôùi caùc thaønh phaàn khaùc trong doøng nhaäp lieäu. Hình 2.26. Moái quan heä giöõa söï haáp thuï protein leân beà maët maøng ñeán löu löôïng doøng ôû caùc nhieät ñoä khaùc nhau Muoái: muoái khoaùng coù moät aûnh höôûng saâu roäng ñeán fouling. Chuùng coù theå keát tuûa treân membrane vì tính tan keùm hay noù coù theå laøm bít membrane bôûi caùc töông taùc tónh ñieän. pH: nhìn chung doøng chaûy seõ keùm nhaát taïi pH ñaúng ñieän cuûa protein. Thay ñoåi pH aûnh höôûng ñeán tính tan vaø caáu taïo cuûa caùc thaønh phaàn doøng nhaäp lieäu. Hình 2.27. Aûnh höôûng cuûa pH leân löu löôïng. Lipid, daàu, môõ: vôùi caùc loaïi maøng coù tính kî nöôùc, caùc chaát beùo töï do seõ bao laáy maøng, keát quaû laø giaûm doøng chaûy. Caùc chaát phaù boït: ñöôïc söû duïng ñeå ngaên boït trong quaù trình boác hôi vaø leân men. Raát nhieàu chaát phaù boït treân thò tröôøng gaây ngheõn raát xaáu ñeán membrane coù tính kî nöôùc. Caùc membrane coù tính öa nöôùc ít bò aûnh höôûng hôn bôûi caùc chaát naøy. Caùc chaát muøn: ñaây laø caùc chaát ñieän ly coù tính axit yeáu. Chuùng trôû neân kî nöôùc hôn khi pH giaûm vì vaäy seõ taêng khaû naêng gaây ngheõn nhöõng membrane coù tinh kî nöôùc ôû pH thaáp. (Jucker vaø Clark, 1994). Caùc thaønh phaàn khaùc bò cho laø coù gaây neân fouling bao goàm caùc chaát nhôùt do vi khuaån, caùc hôïp chaát thôm vaø caùc polysaccharide ( Defrise vaø Gekas , 1988). Caùc thoâng soá kyõ thuaät Beân caïnh caùc töông taùc hoùa lyù phöùc taïp cuûa caùc thaønh phaàn nguyeân lieäu, caùc thoâng soá cuûa quaù trình nhö nhieät ñoä, vaän toác doøng, aùp suaát, noàng ñoä nguyeân lieäu, vaø thieát bò coù aûnh höôûng lôùn ñeán söï taéc ngheõn membrane. Nhieät ñoä: nhieät ñoä aûnh höôûng khoâng roõ raøng leân hieän töôïng fouling. Taêng nhieät ñoä cuõng coù theå laøm taêng löu löôïng doøng nhöng cuõng coù theå laøm giaûm löu löôïng doøng, tuøy thuoäc vaøo nguyeân lieäu. Ví duï ñoái vôùi cheese whey, taïi nhieät ñoä 300C, doøng giaûm khi taêng nhieät bôûi vì tính tan cuûa CaSO4 giaûm. Tuy nhieân khi nhieät ñoä tieáp tuïc taêng xa ñieåm 300C thì caùc hieäu öùng coù lôïi (ñoä nhôùt giaûm, khaû naêng khueách taùn taêng) seõ laøm giaûm caùc aûnh höôûng baát lôïi vaø doøng chaûy taêng. Taát nhieân veà maët sinh hoïc thì ôû nhieät ñoä quaù cao protein seõ bò bieán tính vaø seõ laøm giaûm löu löôïng doøng. Söï haáp thuï cuûa caùc phaân töû protein trong khoaûng nhieät ñoä 30 - 600C nhìn chung laø taêng khi nhieät ñoä taêng. Hình 2.28. AÛnh höôûng cuûa toác ñoä doøng Cross-flow vaø nhieät ñoä ñeán fouling Toác ñoä doøng vaø söï xaùo troän doøng: vaâïn toác doøng treân beà maët membrane cao nhìn chung coù khuynh höôùng keùo ñi caùc nguyeân lieäu laéng ñoïng, do ñoù giaûm trôû löïc nöôùc cuûa lôùp fouling. Tuy nhieân ñieàu naøy khoâng luoân luoân xaûy ra neáu aùp suaát quaù cao so vôùi toác ñoä doøng permeate. Khi ñoù caùc phaân töû lôùn seõ coù khuynh höôùng bò ñaåy ngöôïc trôû laïi vaø caùc phaân töû nhoû taäp trung treân beà maët maøng, gaây ra söï taéc ngheõn. Hình 2.29. Fouling khi caùc phaân töû coù kích thöôùc khoâng ñoàng ñeàu AÙp suaát: löu löôïng doøng taêng khi aùp suaát taêng, nhöng khoâng theo quy luaät tuyeán tính. Khi aùp suaát taêng quaù cao, lôùp taäp trung noàng ñoä tieán tôùi moät noàng ñoä tôùi haïn vaø doøng trôû neân khoâng phuï thuoäc vaøo aùp suaát. Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa kyõ thuaät membrane. Öu ñieåm: Haïn cheá ñöôïc söï bieán ñoåi cuûa caùc caáu töû nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä, ñaëc bieät laø trong coâng ngheä cheá bieán thöïc phaåm vaø coâng ngheä sinh hoïc. Tieát kieäm naêng löôïng hôn so vôùi caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng. Ít toán nhieàu chi phí cho thieát bò phuï trôï. Khaû naêng taùi söû duïng cao. Beân caïnh ñoù, kyõ thuaät membrane cuõng coøn moät soá maët coøn haïn cheá nhö sau: Noàng ñoä chaát khoâ cuûa doøng retentate toái ña thöôøng vaøo khoaûng 30% (w/w). Ñaây laø noàng ñoä töông ñoái thaáp trong quaù trình coâ ñaëc. Chi phí ñaàu tö thieát bò töông ñoái cao so vôùi kyõ thuaät truyeàn thoáng. Hieän töôïng fouling trong quaù trình vaän haønh. ÖÙNG DUÏNG KYÕ THUAÄT MEMBRANE TRONG TRÍCH LY CAÙC HÔÏP CHAÁT TÖØ THÖÏC VAÄT. Kyõ thuaät phaân rieâng baèng membrane ñaõ trôû thaønh phöông phaùp hieäu quaû trong vieäc tieát kieäm naêng löôïng, haïn cheá nhöõng bieán ñoåi laøm giaûm chaát löôïng baùn thaønh phaåm vaø thaønh phaåm. Kyõ thuaät membrane ra ñôøi, khoâng ngöøng ñöôïc nghieân cöùu, caûi tieán vaø aùp duïng ngaøy caøng roäng trong thöïc teá. Kyõ thuaät membrane ñöôïc öùng duïng trong coâng ngheä thöïc phaåm, coâng ngheä sinh hoïc vaø xöû lí moâi tröôøng. Trong nhieàu tröôøng hôïp, aùp duïng kyõ thuaät membrane seõ giuùp cho quaù trình saûn xuaát nhanh hôn, ñaït hieäu quaû kyõ thuaät vaø kinh teá cao hôn so vôùi caùc kyõ thuaät phaân rieâng truyeàn thoáng. Vôùi membrane quaù trình phaân rieâng thöôøng ñöôïc thöïc hieän ôû nhieät ñoä moâi tröôøng vì vaäy cho pheùp caùc caáu töû nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä ñöôïc xöû lí toát maø ít aûnh höôûng ñeán tính chaát cuûa chuùng. ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong vieäc trích ly coâ ñaëc caùc hôïp chaát ngaøy caøng phoå bieán. Kyõ thuaät membrane coù caùc loaïi maøng vôùi nhöõng ñöôøng kính mao quaûn khaùc nhau neân ta coù theå söû duïng trích ly coâ ñaëc nhieàu hôïp chaát hay caùc saûn phaåm khaùc nhau nhö coâ ñaëc nöôùc quaû duøng maøng RO, coâ ñaëc protein töø ñoäng vaät, coâ ñaëc whey protein, söõa gaày vaø coâ ñaëc caùc hôïp chaát töø thöïc vaät nhö lipit, chaát maøu, protein, caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa. Caùc hôïp chaát töø thöïc vaät coù vai troø quan troïng trong nghaønh coâng ngheä thöïc phaåm, vieäc khai thaùc caùc chaát naøy laø ñieàu caàn thieát. Coù nhieàu phöông trích ly caùc hôïp chaát töø thöïïc vaät trong ñoù coù öùng duïng kyõ thuaät membrane ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø öùng duïng, ñeå hieåu roõ hôn thì tìm hieåu öùng duïng kyõ thuaät naøy nhaèm bieát ñöôïc caùc yeáu toá aûnh höôûng cuûa quaù trình xöû lyù baèng membrane leân khaû naêng trích ly coâ ñaëc caùc hôïp chaát töø thöïc vaät nhö baûn chaát cuûa nguyeân lieäu, caùc phöông phaùp coâ ñaëc baèng kyõ thuaät membrane, daïng thieát bò, vaät lieäu maøng, caùc thoâng soá kyõ thuaät… cuõng nhö chaát löôïng cuûa thaønh phaåm vaø khaû naêng öùng duïng vaøo caùc saûn phaåm trong coâng ngheä thöïc phaåm. Ñoái töôïng maø caùc nhaø khoa hoïc quan taâm nghieân cöùu nhieàu nhaát laø protein, hợp chất chống oxi hóa và ngoài ra còn nghiên cứu ứng dụng membrane trong trích ly lipit. ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly protein töø thöïc vaät Protein töø caùc haït coù daàu vaø ñi töø boät ñaõ taùch beùo chöùa haøm löôïng caùc acid amin khoâng thay thế caàn thieát, ñeå coâ ñaëc protein baèng kyõ thuaät membrane. Protein laø nguoàn dinh döôõng caàn thieát cho nhu caàu soáng cuûa con ngöôøi, protein thöïc vaät ñöôïc xem laø nguoàn nguyeân lieäu thay theá cho protein ñoäng vaät trong coâng ngheä thöïc phaåm bôûi khaû naêng baûo quaûn deã daøng, nguoàn nguyeân lieäu phoå bieán, ña daïng vaø khaû naêng öùng duïng vaøo caùc saûn phaåm thöïc phaåm thay theá nguoàn protein ñoäng vaät maø khoâng maát ñi giaù trò. Vieäc coâ ñaëc protein baèng phöông phaùp truyeàn thoáng laø keát tuûa protein baèng acid ñaõ laøm cho protein maát ñi nhieàu tính chaát chöùc naêng. Ñeå caûi thieän tính chaát chöùc naêng ngöôøi ta söû duïng kyõ thuaät sieâu loïc hoaëc keát hôïp sieâu loïc vôùi caùc phöông phaùp khaùc ñeå coâ ñaëc protein. Caùc saûn phaåm protein thu ñöôïc goàm protein isolate vaø protein concentrate coù vai troø ngaøy caøng quan troïng vaø ñöôïc öùng duïng nhieàu trong thöïc phaåm nhö thöùc aên dinh döôõng, söõa, caùc saûn phaåm thòt… nhaèm naâng cao giaù trò dinh döôõng cho thöïc phaåm nhö taän duïng caùc tính chaát chöùc naêng cuûa protein: khả naêng hoøa tan, khả naêng taïo nhuõ, khả naêng taïo boït, khả naêng taïo gel...Moät soá nguyeân lieäu thöïc vaät ñeå saûn xuaát protein isolate vaø protein concentrate ñaõ ñöôïc nghieân cöùu nhö haït lupin, haït Rosa rubiginasa, ñaäu naønh. Haït lupin chöùa khoaûng 50% protein vaø 11% chaát beùo. Protein lupin chöùa caân baèng löôïng acid amin caàn thieát. Vì theá haït lupin laø nguyeân lieäu tieàm naêng ñeå cheá bieán thöïc phaåm. Ñeå thöïc hieän quaù trình coâ ñaëc protein töø boät lupin baèng membrane ta cuõng söû duïng boät lupin ñaõ taùch beùo. Boät lupin taùch beùo coøn khoaûng 0.2-0.3% beùo. Nhöôïc ñieåm cuûa haït lupin laø chöùa haøm löôïng alkaloid cao vaø boät lupin seõ taïo ñoä nhôùt cao hôn boät ñaäu naønh khi hoøa tan trong nöôùc. Ngoaøi ra töø caùc haït coù daàu khaùc laø Rosa rubiginasa, cashew, ñaäu naønh…, cuõng coâ ñaëc baèng membrane töø boät ñaõ khöû chaát beùo. Naêm 2005, saûn löôïng haït coù daàu treân theá giôùi ñaït khoaûng 380 trieäu taán thì saûn löôïng boât protein töø haït coù daàu cuõng ñaït ñeán 207 trieäu taán. Ñaäu naønh, haït caûi daàu, haït boâng, haït höôùng döông vaø ñaäu phoäng laø nhöõng nguoàn nguyeân lieäu chính saûn xuaát boät protein laàn löôït cung caáp 69%, 12.4%, 5.3%, 2.8% löôïng boät treân theá giôùi, döïa vaøo soá lieäu treân thì saûn xuaát boät protein baèng ñaäu naønh laø cao nhaát, ñieàu ñoù noùi leân nguoàn protein ñaäu naønh chính laø nguoàn protein ñöôïc caùc nhaø nghieân cöùu quan taâm nhieàu nhaát. Coù nhieàu phöông phaùp trích ly protein ñaäu naønh trong ñoù öùng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly protein thöïc vaät töø ñaäu naønh treân nguyeân lieäu laø boät ñaäu naønh ñaõ khöû beùo ñaõ ñaït ñöôïc nhieàu thaønh töïu vaø trieån voïng Nguyeân liệu: Bột ñaäu naønh taùch beùo. Bột ñậu naønh taùch beùo ñược sản xuất bằng caùch nghiền vaø raây baùnh ñaäu naønh sau khi ñaõ taùch beùo thaønh phần coù trong bột ñậu naønh goàm protein, chaát beùo, hydrocacbon vaø khoaùng, lượng protein nằm trong khoảng 40-56% so với tổng chất khoâ. Ñaây laø nguyeân lieäu ñể sản xuất Soy protein concentrate (protein ñaäu naønh coâ ñaëc SPC) vaø Soy protein isolate (protein ñaäu naønh tinh khieát SPI). Ñeå thöïc hieän quaù trình coâ ñaëc protein töø boät ñaäu naønh baèng kyõ thuaätmembrane thì söû duïng boät ñaäu naønh ñaõ taùch beùo, löôïng beùo coøn soùt laïi khoaûng 0.5-1% seõ thöïc hieân quaù trình coâ ñaëc baèng membrane hieäu quaû giaûm hieïân töôïng fouling Bảng 3.1: Thaønh phần trong bột ñậu naønh taùch beùo Thaønh phần Tỉ lệ phần trăm (%) Độ ẩm 6-8 Protein tổng 40-56 Chất beùo 0.5-1 Chất xơ hoøa tan 2 Chất xơ khoâng hoøa tan 1-6 Tro 5-6 Hydrocacbon 30-32 Protein Protein trong bột ñậu naønh taùch beùo chiếm khoảng 40-56% so với tổng chất khoâ. Protein ñậu naønh coù những tính chất chức năng quan trọng trong chế biến thực phẩm. Ngoaøi ra protein ñậu naønh coøn chứa những acid amin khoâng thay thế cần thiết cho nhu cầu dinh dưỡng của con người. Bảng 3.2: Thaønnh phần caùc acid amin coù trong bột ñậu naønh taùch beùo Acid amin Thaønh phần (mg/100g bột) Tryptophan 683 Threonine 2042 Isoleucine 2281 Leucine 3828 Lysine 3129 Methionine 634 Cystine 757 Phenylalanine 2453 Tyrosine 1778 Valine 2346 Arginine 3647 Histidine 1268 Alanine 2215 Aspartic acid 5911 Glutamic acid 9106 Glycine 2174 Proline 2750 Serine 2725 Chất beùo. Duø ñaõ taùch beùo nhưng thaønh phần chất beùo coøn lại chiếm 0.5-1% so với tổng chất khoâ. Ñaây laø thaønh phần khoâng mong muốn trong quùa trình coâ ñặc dung dịch protein bằng membrane bởi vì chuùng bao bọc bề mặt membrane vaø laøm cho maøng bị tắt nghẽn, dẫn ñến hiện tượng fouling. Hydrocacbon. Hydrocacbon chiếm khoảng 30-32% so với tổng chất khoâ. Hydrocacbon bao gồm caùc loại ñường (sucrose, glucose, frutose...) chiếm khoảng 14%, Xơ khoâng tan chiếm 16% vaø xơ hoøa tan chiếm 2%. Thaønh phần caùc loại ñường tan vaø xô tan sẽ hoøa tan vaøo nước vaø ñi qua maøng membrane trong quùa trình coâ ñặc bằng membrane. Thaønh phần cần quan taâm laø xơ khoâng hoøa tan. Chuùng ñược giữ lại treân maøng vaø coù thể gaây hiện tượng fouling. Vì thế giảm haøm lượng xơ khoâng tan trước khi thực hiện quùa trình coâ ñặc bằng membrane laø ñiều cần thiết. Khoùang Khoaùng laø thaønh phần khoâng mong muốn trong quùa trình coâ ñặc protein bằng membrane. Caùc loại khoaùng tan coù thể qua maøng nhưng cũng coù thể kết hợp với protein ñể gaây hiện tượng fouling như caùc loại khoaùng khoâng tan. Thaønh phaàn khoaùng maø quan taâm nhieàu nhaát laø Na, Ca, K, P Quy trình saûn xuaát soy protein Quaù trình thay thế vaø phaùt triển cho tinh chế protein thực vật vaø loại bỏ nhiều hợp chất khoâng mong muoán sử dụng coâng nghệ maøng. Chuùng ta coù theå loaïi boû caùc thaønh phaàn khoâng mong muoán nhö oligosaccharides, acid phytic vaø một số của caùc chất ức chế trypsin coù kích thước nhỏ hơn so với phaân tử protein vaø caùc thaønh phần chất beùo, bằng caùch lựa chọn cẩn thận caùc thoâng số maøng vaø ñiều chænh, ñể chọn lọc tạo ra một protein tinh khiết isolate hay concentrate với tính năng vượt trội. Quy trình saûn xuaát soy protein isolate Phöông phaùp trích ly protein baèng membrane Theo M. Cheryan (2004) trong phương phaùp thoâng thường, protein ñược chiết xuất với rượu hoặc kiềm, xử lyù nhiệt, lượng acid hoặc ly taâm. Kết quaû laø, protein ñậu naønh truyền thống ñoâi khi ngheøo tính chất tập trung vaø một số chức năng của caùc protein bị mất với caùc doøng thải như whey. Việc sử dụng phaân taùch maøng trong sản xuất caùc protein ñậu naønh tạo ra lợi ích ñaùng keå ñược quan taâm trong những năm qua bằng chứng laø một số bằng saùng chế gần ñaây vaø caùc ứng dụng bằng saùng chế. Söû duïng coâng ngheä maøng la xu höôùng hieän ñaïi ngoaøi ra aùp duïng coâng ngheä maøng keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp khaùc, ñoù laø keát hôïp vôùi diafiltration vaø ñieân-acid nhaèm naâng cao hieäu quaû trích ly. Phương phaùp sieâu lọc Sieâu lọc (UF) coù nhiều lợi thế hơn caùc phương phaùp truyền thống, chủ yếu laø khoâng cần thiết cho bất kỳ hoùa chất, tính chất phi nhiệt vaø whey protein laø một phần của sản phẩm cuối cuøng. Điều naøy dẫn ñến năng suất cao hơn vaø tính năng vượt trội của sản phẩm ñậu naønh UF, sieâu lọc ñem lại quùa trình ổn ñịnh cho nồng ñộ của protein ñậu naønh như caùc protein ñược giữ lại bởi caùc lớp maøng trong khi caùc oligosaccharides vaø khoaùng chất cần ñược loại bỏ khi chuùng thấm qua maøng. Một lợi thế của sieâu lọc laø caùc sản phẩm của sieâu lọc ñaõ ñược cải thiện tính chất hơn thoâng thường ñược sản xuất SPC vaø SPI coù thể bởi vì khoâng coù sử dụng quùa nhiều hoùa chất. Tuy nhieân, một hạn chế laø permeate giảm thoâng lượng với thời gian laø thaønh phaàn nguyeân liệu tích lũy trong maøng caùc lỗ mao quản cũng như treân bề mặt maøng. Trong một số trường hợp, giảm thoâng lượng coù thể rất quan trọng ñeå laøm cho maøng khoâng tắt nghẽn trong quy trình sản xuất protein Phương phaùp sieâu lọc kết hợp diafiltration Porter vaø Michaels (1970) laø người ñầu tieân ñề nghị UF cho phaân ñoạn protein chiết xuất từ ​​ñậu naønh. Okubo vaø coäng söï (1975) sản xuất protein ñậu naønh isolate bằng caùch sử dụng một sự kết hợp cuûa sieâu loïc vaø diafiltration lieân tục, trong khi Lawhon vaø coäng söï (1978) sử dụng một quùa trình diafiltration giaùn ñoạn. Phương phaùp naøy duøng ñể coâ ñặc dung dịch protein leân ñến nồng ñộ rất cao (>90%). Diafiltration laø phương phaùp duøng nước ñể pha loaõng tiếp phần retentate coøn lại ở treân maøng sau quùa trình sieâu lọc rồi cho hỗn hợp ñi tiếp qua membrane. Phương phaùp naøy giuùp loại theâm những chất soùt treân maøng maø ñaùng kể ra chuùng phải loại ra theo doøng permeat nhờ ñoù maø giảm tạp chất khoâng mong muốn vaø tăng nồng ñộ protein. Coù hai phương phaùp Giaùn ñoạn – discentinous diafiltration (DDF) Lieân tục – continous diafiltration (CDF) Phương phaùp diafiltration giaùn ñoạn laø doøng nước bơm một caùch giaùn ñoaïn ñể rửa phần retentate. Phương phaùp naøy rất linh ñộng trong việc ñiều khiển nồng ñộ tạp chất cần giảm vaø haøm lượng protein mong muốn. Phương phaùp diafiltration lieân tục laø bơm doøng nước một caùch lieân tục. Tốc ñộ doøng nước bơm vaøo bằng với tốc ñộ doøng permeat ñi ra. Phương phaùp sieâu lọc kết hợp với ñiện- acid (electro acidification) Theo Francois Lamarche (2005) một caùch tiếp cận mới kết hợp ñiện-axit hoùa vaø sieâu lọc, cho sản xuất của SPC với haøm lượng tro thấp gần ñaâyđñược phaùt triển. Khoaùng chất loại bỏ trong quùa trình sieâu lọc chủ yếu laø kali, phốt pho (phytic acid) vaø calcium. Electro- acidification laø kỹ thuật dựa vaøo sự sinh ra những proton ñược tạo ra trong sự taùch ra phaân tử nước tại bề mặt của membrane lưỡng cực. Những proton sẽ tiến về cathode vaø acid hoùa caùc protein hoøa tan. Sự acid từ từ protein laøm protein bị kết tủa. Ưu ñiểm của phương phaùp naøy laø kiểm soaùt ñược quaù trình acid hoùa bằng caùch ñiều chỉnh doøngđñiện ñầu vaøo acid vaø base ñược kiểm soaùt, từ ñoù laøm giảm haøm lượng tro. Nhược ñiểm của phương phaùp naøy laø ứng dụng trong quy moâ coâng nghiệp coøn bị hạn chế vì khi kết tủa protein từ từ trong buồng lắng thẩm tích ñiện sẽ laøm tăng khả năng tắt nghẽn do protein kết tụ treân bề mặt membrane (khi nồng ñộ protein cao) gaây tổn thất protein, laøm tăng trở lực của buồng từ ñoù laøm giảm hiệu quả của quaù trình. So saùnh ưu nhược ñiểm của từng phương phaùp Bảng 3.3: So saùnh ưu nhược ñiểm của từng phương phaùp Truyền thống Sieâu lọc Sieâu lọc + diafiltration Điện acid + Sieâu lọc + diafiltration Ưu ñiểm - Dễ thực hiện - Thiết bịđñơn giản rẽ tiền - Chi phí năng lượng thấp - Chất lượng tốt hơn so với truyền thống, khoâng tiếp xuùc với hoùa chất, xử lí nhiệt - Tính chất chức năng cũng cao hơn - Ít bị tổn thất protein - Nồng ñộ protein cao hơn so với sieâu lọc vaø truyền thống - Hạn chế tắt nghẽn maøng - Nồng ñộ protein ñạt rất cao so với caùc phương phaùp khaùc - Hạn chế tắt nghẽn maøng - Chất lượng protein cao Nhược ñiểm - Hiệu suất thấp - Chất lượng protein khoâng cao - Tính chất chức năng protein giảm ñaùng kể - Chi phí thiết bị cao - Hiện tượng tắt nghẽn maøng - Chi phí thiết bị cao - Quy trình thực hiện phức tạp - Tốn nước rửa - Chi phí thiết bị cao - Quy trình thực hiện phức tạp - Tiêeâu tốn ñiện Caùc phöông phaùp coâ ñaëc khaùc nhau seõ aûnh höôûng ñeán chaát löôïng saûn phaåm protein cuoái cuøng khaùc nhau, khoâng nhöõng phöông phaùp maø söû duïng thieát bò, hoaøn löu doøng saûn phaåm trong quaù trình coâ ñaëc baèng membrane cuõng aûnh höôûng raát lôùn ñeán khaû naêng thu hoài saûn phaåm 3.1.4 Caùc heä thoáng coâ ñaëc baèng maøng Vôùi söï tieán boä trong thieát keá heä thoáng cuõng nhö trong caùc lónh vöïc khoa hoïc lieân quan khaùc ñaõ cho pheùp coù nhöõng giaûi phaùp raát höõu hieäu ñeå ñaït ñöôïc noàng ñoä coâ ñaëc cao nhö saûn xuaát Soy protein concentrate vaø soy protein isolate, laø duøng phöông phaùp hoài löu doøng retentate toaøn phaàn hoaëc moät phaàn keát hôïp caùc kyõ thuaät membrane. Moâ hình hoài löu toaøn phaàn retentate Hình 3.2. Moâ hình hoài löu toaøn phaàn retentate. Hình 3.1 cho thấy một sơ ñồ thiết bị thiết lập ñược sử dụng trong nghieân cứu naøy. Heä thoâng goàm moät thieát bò membrane, moät boàn chöùa nguyeân lieäu, moät bôm, moät moâ ñun maøng, löu löôïng keá vaø moät thieát bò trao ñoåi nhieät. Bôm seõ ñöa nguyeân lieäu vaøo thieát bò membrane. Doøng permeate seõ ñöôïc thu hoài rieâng, doøng retentate seõ ñi qua moät löu löôïng keá ñeå xaùc ñònh löu löôïng vaø ñi qua thieát bò trao ñoåi nhieät ñeå oån ñònh nhieät ñoä, sau ñoù ñöôïc hoài löu toaøn phaàn veà boàn chöùa nguyeân lieäu. Quaù trình seõ ñöôïc tieáp dieãn cho ñeán khi noàng ñoä caùc caáu töû trong retentate taêng ñeán giaù trò mong muoán. Moâ hình naøy cho pheùp chuùng ta coâ ñaëc saûn phaåm moät khoaûng thôøi gian ngaén nhaát vaø tieát kieäm dieän tích membrane söû duïng. Trong moâ hình naøy chất trích ly từ ​​bột ñậu naønh khử chất beùo trong quaù trình sieâu lọc, moâ hình xoắn ốc vaø moâ-ñun ống cao phaân tử ñể sản xuất soy protein concentrate. Dòch ñaäu naønh coù xu hướng nghẽn maøng thấp với hai moâ-ñun khi hoạt ñộng ôû aùp suất 235 kPa (35 psi) hoặc ít hơn. Moâ hình hoài löu moät phaàn retentate. Ôû moâ hình naøy moät phaàn retentate seõ ñöôïc cho hoài löu trôû laïi thieát bò membrane nhôø moät bôm hoài löu rieâng. Quaù trình seõ ñöôïc tieáp dieãn cho ñeán khi noàng ñoä caùc caáu töû trong doøng retentate ñaït ñöôïc giaù trò mong. Nhö vaäy seõ caàn hai bôm: moät bôm cho nguyeân lieäu ñeå taïo ra moät aùp löïc chung trong heä thoáng vaø moät bôm cho phaàn retentate – laø ñoäng löïc ñeå daåy caùc caáu töû qua maøng taïo neân doøng permeate. Moâ hình naøy thöôøng ñöôïc söû duïng ôû quy moâ coâng nghieäp vôùi dieän tích membrane trong heä thoáng thieát bò töø 100m2 trôû leân. Membrane Permeate Retentate Nguyeân lieäu Dòch ñaäu naønh Hình 3.3: Moâ hình hoài löu moät phaàn retentate 3.1.5 Caùc yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng protein. Chất lượng của protein ñược ñaùnh giaù dựa vaøo tieâu chí laø nồng ñộ protein sau quaù trình sieâu lọc vaø thaønh phần của caùc tạp chất coøn lại trong sản phẩm retentate. Ta tiến haønh khảo saùt những yếu tố như bản chất membrane, bản chất nguyeân liệu vaø caùc thoâng số kỹ thuật như nhiệt ñộ, aùp suất..., ñến chất lượng protein ñậu naønh. 3.1.5.1 Khả năng phaân rieâng của membrane vaøo phaân tử lượng (molecular weight-cut off ) MWCO Đối với sieâu lọc, giaù trị MWCO nằm trong khoảng 2000-300000Da. Giaù trị MWCO cho biết maøng sẽ giữ lại treân bề mặt những chất coù phaân tử lượng lớn hơn giaù trị MWCO ñi qua maøng. Tuøy vaøo mục ñích sử dụng maø ta lựa chọn giaù trị MWCO cho phuø hợp. Với MWCO caøng lớn thì khả năng thu hồi caùc protein coù phaân tử lượng nhỏ hơn MWCO sẽ caøng thấp. Bản chất nguyeân liệu Tổng chất khoâ coù trong nguyeân liệu. Theo giả thiết, khi tổng chất khoâ coù trong doøng nhập liệu tăng thì thaønh phần protein ở phần retentate cuối cuøng sẽ tăng. Bảng 3.4: Caùc thí nghiệm chứng minh sự ảnh hưởng của tổng chất khoâ Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Tổng chất khoâ coù trong doøng nhập lieâu (%) 1,9 4,6 Tỉ lệ protein coù trong doøng nhập liệu (% chất khoâ) 50,5 50,5 Tốc ñộ doøng ban ñầu (LM2H) 77,9 55,1 Tổng chất khoâ coù trong retentate (%) 11,6 17,1 Tốc ñộ doøng khi kết thuùc quaù trình (LM2H) 36,7 22,6 Tỉ lệ protein coù trong retentate 66 62,6 Döïa vaøo baûng, ta thaáy toång chaát khoâ trong doøng nhaäp lieäu taêng thì toång chaát khoâ trong retentate taêng. Tuy nhieân, duø coù toång chaát khoâ troøng doøng nhaäp lieäu cao hôn nhöng tyû leä thaønh phaàn protein coù trong retentate cuuoùi cuøng laïi thaáp. Ñieàu naøy chöùng toû giaû thieát treân chæ ñuùng trong khoaûng veà toång chaát khoâ cuûa doøng nhaäp lieäu. Nguyeân nhaân gaây maát maùt protein laø do protein coù moät soá nhoùm chöùc kî nöôùc vaø moät soá nhoùm chöùc tích ñieän, caùc nhoám naøy coù theå töông taùc hoaëc keát hôïp taïo phöùc vôùi moät soá nhoùm chöùc cuûa cuûa membrane hay keát hôïp vôùi caùc chaát khoaùng laøm thay ñoåi tính chaát protein hoaëc trong moät soá tröôøng hôïp coù theå protein chui vaøo mao quaûn gaây toån thaát protein PH Ta khảo saùt PH ở 3 giaù trị laø 9,7 vaø 6 ñến nồng ñộ protein vaø caùc thaønh phần như tro, cacbonhydrate, nồng ñộ caùc chất Na, Ca, K vaø P coù trong dịch ñậu naønh sau quaù trình lọc. Bảng 3.5: Thaønh phần protein, tro, cacbonhydrate trong dịch retentate sau quaù trình lọc ( kích thước mao quản 100kDa, aùp suất 30psi) Thanh phần protein (% chất khoâ) Thaønh phần tro (% chất khoâ) Thaønh phần cacbonhydrate (% chất khoâ) Dịch trích pH=9 59,9 10,4 29,7 Sieâu lọc 76,8 8,4 14,8 Sieâu lọc + diafiltration 87,6 7,5 4,9 Dịch trích pH=7 57,6 11,9 30,5 Sieâu lọc 74,2 8,9 16,9 Sieâu lọc + diafiltration 86,3 6,9 6,8 Dịch trích pH=6 55,2 8 36,8 Sieâu lọc 71,7 5,7 22,6 Sieâu lọc + diafiltration 84,7 3,8 11,5 Thaønh phaàn protein Döïa vaøo baûng treân ôû pH=9 thì thaønh phaàn protein chieám tyû leä cao nhaát roài ñeán pH=7 cuoái cuøng laø pH=6. Ñieàu naøy chöùng toû khi giaûm pH thì löôïng protein thu ñöôïc cuõng giaûm theo Thaønh phaàn tro vaø carbonhydrate: ÔÛ pH=6 thì khaû naêng loaïi tro laø toát nhaát ÔÛ pH=7 thì khaû naêng loaïi carbonhydrate laø toát nhaát ÔÛ hai giaù trò pH=6 vaø 7 thì tæ leä loaïi ñöôïc tro vaø carbonhydrate cao hôn nhieàu so vôùi pH=9 Bảng 3.6: Thaønh phaàn caùc loaïi khoaùng coù trong dòch retentate sau quaù trình sieâu loïc (kích thöôùc mao quaûn 100kDa, aùp suaát 30psi) Thaønh phần Na (mg/ml dịch Thaønh phần K (mg/ml dịch Thaønh phần Ca (mg/ml dịch Thaønh phần P (mg/ml dịch Dịch trích pH=9 7,1 29 3,95 8,99 Siêu lọc 5,6 23,5 4,61 10,47 Sieâu lọc + diafiltration 3,3 17,5 5,38 11,57 Dịch trích pH=7 7 64,5 3,81 8,73 Sieâu lọc 4,6 27,7 4,56 9,83 Sieâu lọc + diafiltration 3 17,3 4,98 10,5 Dịch trích pH=6 6,3 24,6 4,25 8,57 Sieâu lọc 4,5 12,3 3,58 7,48 Sieâu lọc + diafiltration 1,9 8,3 2,8 5,98 Thaønh phaàn khoaùng: Na, K, Ca, P ÔÛ pH=6 thì khaû naêng loaïi ñöôïc Na, K, Ca, P laø toát nhaát tieáp theo laø pH=7 vaø cuoái cuøng laø pH=9. Vaäy pH caøng lôùn thì khaû naêng loaïi khoaùng caøng thaáp Vaäy giaù trò pH seõ aûnh höôûng raát lôùn ñeán vieäc taùch tro, carbonhydrate vaø khaû naêng thu hoài protein. Vì theá tuøy theo nhu caàu veà haøm löôïng protein hay ñoä tinh khieát cuûa protein maø ta löïa choïn giaù trò pH cho phuø hôïp Nhiệt ñộ Khi nhiệt ñộ tăng leân quaù cao (>600C) thì protein bị biến tính laøm giảm chất lượng của protein thaønh phẩm. Ngoaøi ra coøn caùc yếu tố khaùc như phương phaùp sản xuất, vật liệu maøng….. 3.1.6 Sản phẩm của quaù trình coâ ñặc dung dịch protein bằng sieâu lọc Caùc sản phẩm protein ñậu naønh ñược sản xuất bằng quaù trình coâ ñặc dung dịch protein vaø nguyeân liệu laø bột ñậu naønh ñaõ taùch beùo. Chuùng ta coù hai dạng sản phẩm laø: Soy protein concentrate (SPC) vaø Soy protein Isolate (SPI) Soy protein concentrate (SPC) vaø Soy protein Isolate (SPI) ngaøy caøng ñược sử dụng phổ biến trong caùc loại thực phẩm chế biến, tương tự thịt, sữa vaø sản phẩm baùnh. Coù giaù trị dinh dưỡng cao chứa haøm lượng acid amin thiết yếu. Soy protein concentrate Định nghĩa: Theo ñịnh nghĩa của Association of american feed control officials thì soy protein concentrate sản xuất từ hạt ñậu naønh ñaõ boùc vỏ, taùch gần hết dầu vaø cấu tử tan trong nước khoâng phải laø protein vaø phải chứa tối ña laø 70% protein treân haøm lượng chất khoâ Bảng 3.7: Thaønh phần của Soy protein concentrate Loại Thaønh phần Protein >70% Tro <7% Beùo <1% Xơ >4,5% Ẩm <8% Ứng dụng Trong sản xuất caùc sản phẩm từ thịt, ñaây laø ứng dụng quan trọng nhất của SPC trong coâng nghệ thực phẩm. SPC phần lớn ứng dụng trong caùc sản phẩm từ thịt heo, thịt gia cầm vaø caù ñể tăng haøm lượng nước vaø giöõ beùo. SPC ñoùng vai troø quan trọng trong việc giảm lượng thịt, tăng lượng chất beùo vaø giảm giaù thaønh sản phẩm. Bảng 3.8: Haøm lượng SPC coù trong caùc sản phẩm thoâng thường như sau ( theo haøm lượng chất khoâ) ( campbel 1985) Chả 5-10% Tương ớt 2-8% Thịt vieân 2-12% Xuùc xích Max 3,5% Caù vieân 5-10% Ngoaøi ra coøn nhiều ứng dụng khaùc như trong sản xuất baùnh, laøm bền hệ phaân taùn trong thức uống, giả caùc sản phẩm từ sữa… Soy protein isolate (SPI) Định nghĩa: Theo ñịnh nghĩa (AAFCO) thì soy protein isolate ñược sản xuất từ bột ñậu naønh ñaõ taùch vỏ, taùch beùo vaø loại hết những phần khoâng phải laø protein vaø chứa ít nhất laø 90% protein treân haøm lượng chất khoâ. Bảng 3.19: Thaønh phần của Soy protein isolate Loại Thaønh phần Protein >90% Tro 4% Beùo 0,5% Xơ 0,3% Ẩm 8% Nguồn: kolar vaø coäng söï 1985 Ứng dụng Trong caùc sản phẩm từ thịt: Trong xuùc xích dạng nhũ tương như xuùc xích Đức vaø xuùc xích hun khoùi, SPI laøm bền hệ nhũ tương. Haøm lượng sử dụng 1-4% theo haøm lượng chất khoâ. Việc sử dụng SPI giảm tỉ lệ của thịt maø khoâng giảm chất lượng protein hay chất lượng sản phẩm. Ngoaøi ra coøn ứng dụng nhiều trong caùc sản phẩm khaùc như ngũ coùc,thủy hải sản, sữa bột nhaân tạo… Bảng 3.10: Protein concentrate vaø isolate Tính chất chức năng Giải thích Ứng dụng trong thực phẩm Duøng protein concentrate/isolate Khẳ năng hoøa tan Sự solvarprotein phuø thuộc vaøo pH Thức uống Concentrate Khả năng lieân kết với nước Lieân kết hidro với nước, chống sự taùch nước Thịt, xuùc xích, baùnh mì Concentrate Khẳ năng tạo ñộ nhớt Lieân kết với nước tạo ñộ nhớt, ñộ seät Nước sốt concentrate/isolate Khẳ năng tạo gel Tạo cấu truùc gel protein Thịt, phomai concentrate/isolate Khẳ năng kết dính Protein ñoùng vai troø như chất kết dính Thịt, xuùc xích, mì, baùnh mì concentrate/isolate Khẳ năng co dính ñaøn hồi Lieân kết disulfide Thịt, caùc loại baùnh nướng isolate Khẳ năng tạo bọt Tạo lớp maøng giữ khí Baùnh ngọt isolate Khẳ năng nhũ hoùa Laøm bền hệ nhũ hoùa Xuùc xích, nước cốt concentrate/isolate Khẳ năng lieân kết chất beùo Lieân kết với caùc chất beùo tự do Thịt, xuùc xích concentrate/isolate 3.2 ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly hợp chất chống oxi hóa töø thöïc vaät Chaát choáng oxy hoùa ñaõ ñöôïc chöùng minh laø coù moät loaït caùc öùng duïng tích cöïc trong sinh hoïc. Trong nhöõng thaäp kyû qua, nhieàu nghieân cöùu ñaõ chæ ra raèng cheá ñoä aên uoáng chöùa chaát choáng oxy hoùa töï nhieân coù theå trung hoøa caùc taùc ñoäng coù haïi cuûa caùc goác töï do vaø coù theå laø moät cô cheá baûo veä quan troïng cuûa cô theå choáng laïi oxy hoùa stress. Caùc hôïp chaát phenol töï nhieân phöùc taïp laø moät tieàm naêng lôùn ñöôïc öùng duïng trong ngaønh coâng nghieäp döôïc phaåm vaø laø chaát choáng oxy hoùa trong ngaønh coâng nghieäp thöïc phaåm. Polyphenols laø moät loaït caùc hôïp chaát khoâng chæ coù trong röôïu vang vaø nho, maøcoøn trong nhieàu loaïi hoa quaû vaø rau quaû, cheø, phuï phaåm daàu oâ liu, saûn phaåm chocolate vaø ca cao khaùc vì vaäy seõ coá gaéng trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø thöïc vaät Kỹ thuật trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø thöïc vaät Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc baùo caùo khaùc nhau ñaõ xuaát hieän, theo caùc baèng saùng cheá, aán phaåm giöõa naêm 2005 naêm vaø 2009 cho vieäc thu hoài chaát choáng oxy hoùa phenol, söï phaân taùch trong dung moâi trích ly vaø maøng, rieâng leû hoaëc keát hôïp vôùi moät soá phaân taùch khaùc chaúng haïn nhö ly taâm, taùch saéc kyù, vaø coâ ñaëc ñeå trích ly, phaân rieâng vaø tinh cheá caùc hôïp chaát phenolic khaùc nhau nhö 3,4-dihydroxy benzoic acid (protocatechuic acid), methyl 3,4,5-trihydroxybenzoate (Gallic acid methyl ester hay methyl gallate), 3,4-dihydroxy benzaldehyde (protocatechualdehyde), 4-hydroxycinnamic acid (p-coumaric acid), 3,4-dihydroxycinnamic acid (caffeic acid), 4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid (ferulic acid), 4-hydroxy-3,5-dimethoxybenzoic acid (syringic acid) vaø 4-hydroxy-3-methoxybenzoic acid (vanillic acid). Tröôùc kia thì kyõ thuaät khai thaùc söû duïng roäng raõi nhaát thu hoài caùc hôïp chaát phenolic laø söû duïng dung moâi höõu cô, nhöng baát lôïi nhaát laø chi phí cao do vieäc söû duïng löôïng dung moâi höõu cô lôùn. Ngoaøi ra caùc dung moâi höõu cô thì coù tính ñoäc vaø tính deã chaùy. Sau naøy kyõ thuaät tieân tieán hieän ñaïi thì vieäc trích ly caùc hôïp chaát phenolic khoâng chæ coù dung moâi höõu cô maø ñaõ coù söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn vaø kyõ thuaät membrane Söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn Thöôøng dung moâi sieâu tôùi haïn söû duïng roäng raõi ñeå trích ly caùc hôïp chaát phenolic laø Carbondioxit. Öu ñieåm cuûa dung moâi sieâu tôùi haïn naøy laø an toaøn moâi tröôøng, haïn cheá ñöôïc moät soá nhöôïc ñieåm cuûa dung moâi höõu cô laø ñoäc haïi, chaùy noå, carbon dioxide laø giaù rẻ vaø trích ly hôïp chaát phenolic cao hôn so vôùi dung moâi thoâng thöôøng. Tuy nhieân, trích ly vôùi SCFs laø yeâu caàu caùc söû duïng thieát bò aùp löïc cao neân ñaét tieàn, vaø haàu heát cuûa caùc hôïp chaát phenolic keùm hoøa tan trong CO2 tinh khieát, duøng CO2 tinh khieát sieâu tôùi haïn chæ coù theå trích ly caùc hôïp chaát phenolic coù phaân töû löôïng qua thaáp vì vaäy söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn vôùi CO2 tinh khieát khoâng phaûi laø moät phöông aùn hieäu quaû nhaát ñeå trích ly caùc hôïp chaát phenol phöùc taïp. Ñeå naâng cao khaû naêng hoøa tan cuûa chaát tan trong pha sieâu tôùi haïn söû duïng ñoàng dung moâi, ví duï nhö röôïu phaân töû löôïng thaáp toát nhaát laø methanol, do ñoù seõ taêng hieäu quaû khai thaùc nhöng cuõng chæ trích ñöôïc caùc hôïp chaát phenolic coù phaân töû löôïng trung bình (döïa vaøo vieäc kieåm tra baèng HPLC) nhöng laïi coù baát tieän chính cuûa vieäc söû duïng ñoàng dung moâi, laø caàn theâm moät giai ñoaïn cuoái cuûa quaù trình ñeå taùch caùc hôïp chaát dung moâi töø chaát tan... Vì theá söû duïng dung moâi sieâu tôùi haïn coøn maét phaûi moät soá nhöôïc ñieåm trong trích ly phenolic khoâng hieäu quaû nhö trích ly caùc hôïp chaát khaùc, ñeå caûi thieän vieäc trích ly caùc hôïp chaát polyphenol caùc nhaø khoa hoïc ñaõ nghieân cöùu vaø öùng duøng coâng ngheä maøng Söû duïng kyõ thuaät membrane ÖÙng duïng coâng ngheä maøng ñeå thu hoài chaát choáng oxy hoùa ñöôïc chuù troïng do ngoaøi nhöõng öu ñieåm nhö dung moâi sieâu tôùi haïn thì coâng ngheä maøng coøn moät soá lôïi theá cuûa noù chuû yeáu laø tieâu thuï naêng löôïng thaáp, khoâng coù phuï gia yeâu caàu vaø khoâng thay ñoåi pha. ÖÙng duïng coâng ngheä maøng loïc ñem lai hieäu quaû ñaùng keå trong xöû lyù baèng maøng vi loïc (MF), sieâu loïc (UF), nanofiltation (NF) vaø thaåm thaáu ngöôïc (RO) maøng. Kyõ thuaät membrane coù theå laøm vieäc ôû nhieät ñoä moâi tröôøng vì theá caùc caáu töû nhaïy caûm vôùi moâi tröôøng khoâng bò thuûy phaân do nguyeân nhaân naøy, kyõ thuaät thoâng thöôøng nhö coâ ñaëc khoâng phuø hôïp phaûi söû duïng coâng ngheä maøng chaúng haïn nhö vi loïc (MF), sieâu loïc (UF) vaø loïc nano (NF) coù theå ñöôïc thay theá toát trong quy trình. Söû duïng coâng ngheä maøng tröôùc heát söû duïng dung moâi loûng ñôn giaûn ñeå trích ly caùc hôïp chaát phenolic, Caùc coâng ngheä maøng nhö MF, UF, NF, coù theå ñöôïc söû duïng ñeå taùch theo kích thöôùc, lieân quan ñeán troïng löôïng phaân töû cuûa noù. Caùc hôïp chaát phenolic khaùc nhau coù phaân töû löôïng khaùc nhau töø nhoû ñeán lôùn coù theå thu ñöôïc hieäu quaû baèng coâng ngheä maøng söû duïng caùc maøng moät caùch lieân tieáp cho pheùp thu ñöôïc caùc phaân töû löôïng khaùc nhau ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu cho vieäc tinh saïch, thu hoài vaø noàng ñoä chaát choáng oxy hoùa Baûng 3.11: So saùnh caùc kyõ thuaät söû duïng ñeå phuïc hoài caùc Chaát choáng oxy hoùa Kyõ thuaät Söû duïng hoùa chaát AÙp suaát cao Nhieät ñoä cao Thay ñoåi pha AÙp duïng Trích ly dung moâi Dung moâi höõu cô - - - Rieâng leû hoaëc tröôùc khi phaân rieâng baèng maøng Trích ly dung moâi sieâu tôùi haïn CO2 + + + Rieâng leû hoaëc tröôùc khi phaân rieâng baèng maøng Membrane Membrane + - - Sau trích ly dung moâi Coät saéc kyù Nhöïa, dung moâi elution - - - Rieâng leû hoaëc sau trích ly dung moâi, hoaëc sau phaân rieâng baèng membrane Döïa vaøo baûng 3.11 cho thaáy höôùng töông lai cuûa caùc quaù trình cho thu hoài cuûa chaát choáng oxy hoùa laø söû duïng coâng ngheä maøng. 3.2.2 ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø nho. Keå töø khi SFE vôùi tinh khieát SC-CO2 khoâng phaûi laø moät phöông phaùp hieäu quaû ñeå trích ly toát nhaát phenol phöùc taïp coù trong nho. Söû duïng coâng ngheä maøng keát hôïp vôùi moät soá hôïp dung moâi ñôn giaûn ñöôïc söû duïng seõ trích ly ñöôïc caùc phenolic phöùc taïp coù trong nho. Tröôùc tieân laø söû duïng dung moâi hydroalcoholic (methanol + nöôùc, 80/20) trích ly chuû yeáu laø caùc proanthocyanidins oligomeric (PAS), coù tính chaát dinh döôõng cao hôn so vôùi cuûa PAS polymerized. Proanthocyanidins laø chuoãi cô baûn polymer cuûa flavonoid nhö catechin, vaø caáu truùc cuûa chuùng coù theå deã daøng thay ñoåi, bò thuûy phaân khi nhieät ñoä taêng, sau ñoù söû duïng coâng ngheä maøng ñeå thu ñöôïc caùc chaát trích ñöôïc naøy. Söû duïng coâng ngheä maøng cuûa heä thoáng maøng lieân tuïc seõ trích ly hôn 90% thaønh phaàn caùc loaïi phenolic khaùc nhau. Coâng ngheä maøng laø moät phöông phaùp toát cho taùch polyphenol coù trong haït nho vôùi troïng löôïng phaân töû khaùc nhau, haøm löôïng polyphenolic khaùc nhau vaø caùc khaû naêng choáng oxy hoùa khaùc nhau (Sagrario Beltraùn (2008)). 3.2.3 ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa töø Olive mill wastewater (nöôùc thaûi töø saûn xuaát daàu Olive-OMW). Nöôùc thaûi töø saûn xuaát daàu Olive (OMW), ñöôïc taïo ra bôûi caùc ngaønh coâng nghieäp khai thaùc daàu trong quy trình saûn xuaát daàu oâ liu lieân quan ñeán moät trong nhöõng quùa trình trích ly sau: i) trích ly daàu oâ liu baèng quaù trình eùp, ii) trích ly daàu oâ liu baèng ba giai ñoaïn taâm ly, vaø, iii) trích ly daàu oâ liu baèng hai giai ñoaïn ly taâm. Moãi quaù trình taïo ra chaát thaûi coù caùc ñaëc tính khaùc nhau gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng vaán ñeà laø do haøm löôïng höõu cô cao phaùt sinh töø polyphenol vôùi khaû naêng phaân huûy thaáp, chöùa hôn 30 hôïp chaát phenolic trong ñoù, OMW coù theå xem laø moät nguoàn cung caáp nhieàu caùc hôïp chaát phenolic coù ñaëc tính choáng oxy hoùa maïnh. OÂliu biophenols laø hôïp chaát coù hoaït tính sinh hoïc vaø coù nhieàu chaát ñôn giaûn vaø phöùc taïp ñöôïc ñaëc tröng bôûi moät hoaëc ña chöùc naêng. Theo Pizzichini vaø Russo (2005; ñöôïc ñeà caäp trong Serpil Takac (2009)) cho thaáy moät quaù trình ñeå hoaøn toaøn thu hoài caùc thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa OMW oâ liu söû duïng coâng ngheä maøng. Caùc baèng saùng cheá öùng duïng lieân quan tôùi moät phaân ñoaïn quaù trình choïn loïc cuûa caùc thaønh phaàn coù trong OMW, cho pheùp thu hoài cuûa caùc hôïp chaát polyphenolic chöùa trong ñoù. Trong saùng cheá, hoaït ñoäng cuûa maøng ñöôïc söû duïng sau khi ñieàu chænh ñoä pH cuûa OMW pH 3-4,5 ñeå ngaên chaën quaù trình oxy hoùa cuûa polyphenol, ñeå öu tieân cho caùc chuyeån ñoåi oleuropein thaønh hydroxytyrosol, vaø taïo ñieàu kieän toái öu ñeå xöû lyù enzyme tieáp theo. Theo quaù trình ñeà xuaát, caùc axit hoùa nöôùc thaûi bò enzyme thuûy phaân cuûa moät enzyme pectinase phöùc taïp ñeå loaïi boû caùc xenluloza, hemixenluloza vaø pectin microdispersed caùc thaønh phaàn töø OMW. Caùc phaàn chaát loûng taùch ra töø caùc saûn phaåm phaân huûy sau ñoù ñöôïc söû duïng trong moät heä thoáng maøng bao goàm caû heä thoáng MF, NF vaø RO, theo thöù töï. Retentate cuoái cuøng cuûa heä thoáng RO raát giaøu polyphenol. Caùc retentate cuûa heä thoáng MF coù theå cuõng ñöôïc söû duïng ñeå trích ly caùc hôïp chaát polyphenolic ñoù. Vieäc söû duïng moät heä thoáng diafiltration, sau caùc heä thoáng MF, ñem laïi lôïi ích cho vieäc thu hoài theâm polyphenol trong retentate cuûa heä thoáng MF. Theo Serpil Takac (2009) söû duïng kyõ thuaät membrane trong caùc öùng duïng gaàn aùp duïng cheá ñoä doøng chaûy crossflow ñeå loïc ñöôïc öa chuoäng. Löu löôïng loïc trong crosslow hoaëc tangentinal, nguyeân lieäu ñöôïc bôm vaøo moâ ñun maøng, vaø ñöôïc taùch thaønh hai doøng cuï theå laø permeat vaø retentate. Theo MH Loikine (1992; ñöôïc ñeà caäp trong Serpil Takac (2009)), Crossflow sieâu loïc truyeàn thoáng khaùc vôùi dead-end loïc trong ñoù retentate chaûy song song vôùi vaø treân toaøn beà maët maøng chöù khoâng phaûi laø vuoâng goùc vôùi maøng vaø höôùng tôùi maøng, moâ hình Crossflow naøy ít bò taéc ngheõn hôn so vôùi moâ hình Dead-end vaø coù theå hoaït ñoäng lieân tuïc trong thôøi gian. Theo JD Henry (1997; ñöôïc ñeà caäp trong Serpil Takac (2009)) OMW bao goàm caùc hôïp chaát phenolic coù phaân töû khaùc nhau, khoái löôïng khaùc nhau töø phenolics phaân töû löôïng thaáp nhö acid benzoicvaø caùc daãn xuaát (MW leân ñeán 198) vôùi troïng löôïng phaân töû cao phenolics nhö aglycons secoiridoid (MW leân ñeán 378) vaø lignans (MW leân ñeán 416). Theo Serpil Takac (2009) söï ña daïng cuûa phaân töû löôïng cuûa caùc hôïp chaát phöùc taïp OMW thu hoài vôùi ñoä tinh khieát cao, baèng caùch söû duïng coâng ngheä maøng. Vi loïc maøng coù khaû naêng vi giöõ laïi trong khoaûng 0,1-10 m nôi maøng UF giöõ laïi caùc ñaïi phaân töû 100-100 nm. Caùc phaân töû trong cuûa kích thöôùc cuûa 0,5-5 nm coù theå ñöôïc ngaên caùch bôûi NF maøng teá baøo vaø cuûa phaân töû nhoû hôn 1nm ñöôïc giöõ laïi treân maøng RO. Theo ñoù, moät soá phöông phaùp söû duïng coâng ngheä maøng cho vieäc thu hoài chaát choáng oxy hoùa töï nhieân töø OMW ñaõ ñöôïc nghieân cöùu vaø caáp baèng saùng cheá. Theo Theo Serpil Takac (2009) caùc tính chaát cuûa maøng ñöôïc söû duïng trong quaù trình naøy laø maøng MF goàm coù kích thöôùc loã mao quaûn 0,10 vaø 1.4m, toát nhaát choïn vaät lieäu maøng ceramic vôùi 23 keânh loïc vôùi moät beà maët loïc cuûa moãi ceramic 0.35m2 khoái; UF, kích thöôùc loã mao quaûn 1-20kDa, vaø moâ hình xoaén oác, vaät lieäu maøng polysulphone, polyethersulphone, polyamit hoaëc cellulose acetate, maøng NF, cao phaân töû maøng coù kích thöôùc phaân töû khaùc nhau, töø 150-250Da, toát nhaát trong khoaûng 200Da, moâ hình xoaén oác vaø vaät lieäu maøng polyamide composite hoaëc nylon; RO, moâ hình xoaén oác vaät lieäu maøng composit polyamide. Caùc ñieàu kieän quaù trình ñeà xuaát ñöôïc nhö sau: cho MF löu löôïng vaøo aùp löïc 2.5bar, löu löôïng ra aùp löïc 2.3bar, aùp löïc permeat 0.7bar , vaø nhieät ñoä 25-30oC; cho UF löu löôïng vaøo aùp löïc 3-4bar, aùp löïc doøng chaûy ra 2,8-3.9bar, aùp löïc permeat baèng khoâng, vaø nhieät ñoä 15-25 oC; cho NF löu löôïng vaøo aùp suaát 12bar, aùp löïc doøng chaûy ra 10bar, vaø nhieät ñoä 20-25 oC cho RO doøng chaûy vaøo aùp suaát 30bar, aùp suaát 25bar doøng chaûy ra, aùp löïc permeat baèng khoâng, vaø nhieät ñoä 15-25 oC 3.2.4 ÖÙng duïng membrane trong laøm saïch vaø thu hoài phenolic töø nöôùc taùo Söû duïng kyõ thuaät loïc crossflow duøng maøng voâ cô, ñöôïc söû duïng ñeå laøm saïch nöôùc taùo (J. Mangas (1997)). Thöïc hieän nghieân cöùu thay ñoåi trong thaønh phaàn polyphenol (procyanidins, hydroxycinnamic caùc daãn xuaát, vaø dihydrochalcones) ñöôïc giaùm saùt trong suoát quaù trình laøm saïch baèng moät quy trình ñôn giaûn vaø ñaùng tin caäy HPLC. Moät bieän phaùp thieát keá ñaõ ñöôïc xaây döïng ñeå xaùc ñònh laïi aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá (maøng loaïi, nhieät ñoä, thôøi gian vaø quy trình) theo möùc ñoä cuûa caùc hôïp chaát phenolic. Keát quaû söû duïng maøng sieâu loïc ôû nhieät ñoä thaáp, taïo ra moät nöôùc taùo vôùi moät möùc ñoä oån ñònh nhaát. Vì vaäy duøng kyõ thuaät membrane giaùm saùt polyphenol trong laøm saïch nöôùc taùo ñeå kieåm tra chaát löôïng vaø tính xaùc cuûa saûn phaåm laø toát nhaát. ÖÙng duïng kyõ thuaät membrane trong trích ly lipit töø thöïc vaät Moät trong nhöõng nghieân cöùu tröôùc ñaây taäp trung veà vieäc söû duïng maøng loïc nano (NF) cho ñoàng thôøi loaïi boû dung moâi vaø caùc caùc axit beùo töï do (FFA) töø daàu ñaäu töông, keát quaû giaûm (50%) noàng ñoä FFA. Caùc böôùc chính trong tinh cheá daàu thöïc vaät thoâng thöôøng laø degumming (loaïi gum), deacidifying( loaïi boû acid beùo töï do), taåy traéng, vaø khöû muøi. Caùc phöông phaùp hoùa hoïc vaø vaät lyù söû duïng ñeå loaïi boû FFA coù moät soá haïn cheá: nöôùc vaø hoùa chaát ñöôïc söû duïng vôùi soá löôïng lôùn, vaø soá löôïng lôùn nöôùc thaûi ñöôïc taïo ra, coù theå toán keám naêng löôïng, vaø coù toån thaát ñeán daàu trung tính. Loaïi boû axít beùo töï do trong caùm gaïo trích ly bôûi dung moâi vaø coâng ngheä maøng coù theå laø moät caùch ñeå khaéc phuïc nhöõng vaán ñeà naøy vaø khoâng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng trong saûn xuaát daàu thöïc vaät tinh luyeän. Theo V. Kale vaø coäng söï (1999) ñeå thu FFA traûi qua hai giai ñoaïn laø trích ly dung moâi vaø loïc NF, ñaàu tieân trích ly caùc FFA töø daàu thoâ caùm gaïo coù chöùa 16,5% FFA vôùi methanol sau ñoù phaàn dòch trích ñem loïc nano. Quy trình nhö sau: Methanol Daàu caùm gaïo thoâ 355g 200g, 16.5% FFA Lôùp methanol 1 348g, 565%FFA Thieát bò trích ly thöù nhaát 15 phuùt, 25 oC Thieát bi taùch menbrane Methanol, 200g lôùp daàu 1 Thieát bi taùch Lôùp methanol 2 207g, 3,7%FFA 215g, 3.15%FFA Thieát bò trích ly thöù hai 15 phuùt 25oC Lôùp daàu 200g, 0,33%FFA Keát quaû thu ñöôïc FFA vôùi noàng ñoä cao ñoàng thôøi dung moâi ñem ñi taùi cheá laïi. Trong coâng ngheä cheá bieán daàu beùo vieäc khöû gum laø ñieàu caàn thieát vì gum laø photpholipit laø hôïp chaát taïo nhuõ, taïo boït trong daàu vaø laøm cho quaù trình ly taâm khoù khaên. Coù raát nhieàu phöông phaùp ñeå khöû gum nhö baèng nöôùc vaø phöông phaùp khoâ. Theo Rhee vaø Koseoglu (1997; ñeà caäp trong V. Kale (1997)) gum trong daàu caùm gaïo coù theå ñöôïc loaïi boû baèng sieâu loïc. Töø ñoù cho thaáy kyõ thuaät membrane ngaøy caøng öùng duïng roäng raõi trong cheá bieân daàu beùo 4. KEÁT LUAÄN Trích ly, coâ ñaëc caùc hôïp chaát töø thöïc vaät baèng kyõ thuaät membrane ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc nghieân cöùu vaø öùng duïng, öùng duïng kyõ thuaät naøy ñaày trieån voïng vaø hieäu quaû cao hôn so vôùi caùc phöông phaùp thoâng thöôøng. Öu ñieåm vöôït troäi cuûa kyõ thuaät membrane bao goàm söï caûi thieän veà chaát löôïng saûn phaåm, chi phí naêng löôïng thaáp. Tuy nhieân, kyõ thuaät membrane vaãn coøn toàn taïi moät haïn cheá ñaùng keå, ñoù laø söï taéc ngheõn do fouling vaø ñoä beàn cuûa membrane. Ñoái vôùi coâ ñaëc protein töø thöïc vaät söû duïng maøng loïc UF hoaëc keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp khaùc nhö diafiltration hay ñiện- acid cho chaát löôïng saûn phaåm coâ ñaëc cao hôn so vôùi phöông phaùp coâ ñaëc truyeàn thoáng, nhöng vaãn giöõ ñöôïc caùc tính chaát coâng ngheä cuûa saûn phaåm. Coøn ñoái vôùi coâ ñaëc, trích ly caùc hôïp chaát choáng oxi hoùa söû dung kyõ thuaät membrane vôùi caùc heä thoáng maøng MF, NF, UF, vaø RO lieân tieáp cho pheùp thu ñöôïc caùc hôïp chaát polyphenol vôùi caùc phaân töû löôïng khaùc nhau töø phaân töû löôïng thaáp ñeán phaân töû löôïng cao, hieäu quaû trích ly cao hôn so vôùi söû duïng dung moâi truyeàn thoáng hay dung moâi sieâu tôùi haïn. Trong öùng duïng kyõ thuaät membrane trích ly lipit, kyõ thuaät maøng duøng ñeå loaïi boû caùc acid beùo töï do vaø gum laø nhöõng thaønh phaàn khoâng moâng muoán trong coâng ngheä cheá bieán daàu beùo. Caùc vaät lieäu laøm membrane khaùc nhau, moâ hình membrane khaùc nhau, phöông phaùp khaùc nhau hoaëc caùc loaïi hôïp chaát thöïc vaät khaùc nhau cuõng cho caùc keát quaû coâ ñaëc khaùc nhau, chuû yeáu laø söï khaùc nhau veà khaû naêng thöïc hieän quaù trình. Vieäc löïa choïn moät membrane cho quaù trình coâ ñaëc laø quan troïng vaø khoâng phaûi laø chuyeän ñôn giaûn, vieäc ñoù neân ñöôïc laøm sau khi ta ñaõ choïn caùc thoâng soá cho toaøn boä caùc quaù trình vaän haønh cuûa heä thoáng Treân thò tröôøng yeâu caàu ngaøy caøng cao veà chaát löôïng cuûa saûn phaåm, thì söï öùng duïng kyõ thuaät membrane, ñaëc bieät laø caùc moâ hình membrane keát hôïp mang tính hieän ñaïi vaøo saûn xuaát laø xu höôùng seõ phaùt trieån maïnh trong töông lai. Vì theá, ñeå hoaøn thieän kyõ thuaät naøy caàn coù söï hôïp taùc cuûa caùc ngaønh khoa hoïc lieân quan trong vieäc nghieân cöùu, cheá taïo caùc loaïi vaät lieäu môùi ñeå phuïc vuï cho vieäc cheá taïo caùc membrane coù ñoä beàn cao, ñoä choïn loïc cao, löu löôïng doøng permeate cao, khaû naêng öùng duïng roäng raõi vaø oån ñònh trong thôøi gian daøi, ñoàng thôøi laø caùc nghieân cöùu ñeå thieát keá caùc moâ hình membrane, caùc moâ hình quy trình keát hôïp vaø caùc thoâng soá vaän haønh cuûa quaù trình nhaèm laøm taêng khaû naêng coâ ñaëc saûn phaåm ñeán noàng ñoä cao nhö yeâu caàu. Coù theå ñoaùn tröôùc ñöôïc vieäc söû duïng caùc quaù trình membrane seõ mang ñeán söï thay ñoåi lôùn trong coâng nghieäp cheá bieán caùc saûn phaåm thöïc phaåm trong töông lai cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc vaø kyõ thuaät membrane. TÀI LIỆU KHAM KHẢO PGS. TS. Leâ Vaên Vieät Maãn. Coâng ngheä cheá bieán caùc saûn phaåm töø söõa, nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc quoác gia Thaønh phoá Hoà Chí Minh, 296, 2004, p. 72 - 87. Bylund Gosta, Dairy processing handbook, Tetra Pak processing system AB, Sweden, 1995. Center For Waste Disposal – Technologies and Recycling, Membrane technology, USA, 2003. Qin Jian-Jun et al., Effect of feed pH on permeate pH and ion rejection under acidic conditions in nanofiltration process, Journal of membrane science, 232, 2004, p. 153–159 Hong Seungkwan, Ron S. Faibish, Menachem Elimelech, Kinetics of permeate flux decline in crossflow membrane filtration of colloidal suspensions, Journal of colloid and interface science, 196, 1997, p. 267–277. Hu Xianguo, Erika B. M., Koris A., Study on modeling transmembrane pressure and gel resistance in UF of oil emulsion, Desalination, 163, 2004. John L. Short. Newer applications for Crossflow Membrane Filtration.  Desalination, Volume 70, Issues 1-3, November 1988, Pages 341-352 Mark C. Porter, Handbook of industrial membrane technology, Noyes Publication, USA, 603, 1990. Munir Cheryan, Ph.D. Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic publishing co., inc, 527,1998. Peng Weihua, Study on effects of multiple factor on Reverse Osmosis (RO) and Nanofiltration (NF) membranes’ performance and rejection efficiency, Ph.D thesis, The University of Toledo, 2003. Wagner Jorgen, Membrane filtration handbook, Osmonics Inc, USA, 2001. Zaileen Alibhai, Martin Mondor, Christine Moresoli, Denis Ippersiel, Francois Lamarche, Production of soy protein concentrates/isolate: traditional and membrane technologies, Food research and Development Centre, Canada, 2005 N.S. Krishna Kumar, M.K. Yea, M. Cheryan, Ultrafiltration of soy protein concentrate: performance and modeling of spiral and tubular polymeric modules, Journal of Membrane Science, 244, 2004, 235-242 Sagrario Beltraùn, María Teresa Sanz, Beleùn Santamaría, Ruth Murga, and Gonzalo Salazar, Recovery of antioxidants from grape products by using supercritical fluids and membrane technology, Department of biotechnology and scinces of foods, Spain, 2008 Juan J. Mangas, Beleùn Suaùrez, Anna Picinelli, Javier Moreno, and Domingo Blanco, Differentiation by phenolic profile of apple juices prepared according to two membrane techniques, Food chem, Spain, 1997 Serpil Takac, and Alper Karakaya, Recovery of phenolic antioxidants from olive mill wastewater, Deparment of chemical engineering, Turkey, 2009 V. Kale, S.P.R. Katikaneni, and M. Cheryan, Deacidifying rice bran oil by solvent extraction and membrane technology, University lllinois, Agricultural bioprocess laboratory, Urbana, 1999