Đề tài: Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOATP. HCM KHOAKỸ THUẬT HÓAHỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM O Tiểu luận môn học Các kỹ thuật hiện đại trong CNTP Tên đề tài: Sử dụng sóng siêu âm trích ly isoflavone GVHD: PGS TS. LÊ VĂN VIỆT MẪN HVTH: MAI THỊ HẢIANH NGUYỄN THỊ NGÂN NGUYỄN NGỌC TÚANH NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO NĂM HỌC 2010 - 2011 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone MỞ ĐẦU Isoflavons là một phytoestrogen có nhiều tiềm năng trong phòng và chữa bệnh. Có nhiều phương pháp trích ly isoflavones, từ truyền thống đến hiện đại. Sử dụng sóng siêu âm trong trích ly isoflavons là một kỹ thuật hiện đại góp phần khắc phục một số nhược điểm của phương pháp truyền thống như giảm lượng dung môi, giảm thời gian chiết, an toàn và hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên trích ly bằng sóng siêu âm có nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu để tăng hiệu quả trích ly, đó là các thông số tối ưu ảnh hưởng đến quy trình như dung môi, tỷ lệ dung môi - mẫu, trạng thái mẫu, nhiệt độ, thời gian ly trích, nguồn năng lượng sóng siêu âm để đạt hiệu quả cao nhất. Trang 1 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone 2. GIỚI THIỆU CHUNG 2.1 Sóng siêu âm 2.1.1 Khái niệm Siêu âm là sóng cơ học hình thành do sự lan truyền dao động của các phần tử trong không gian có tần số lớn hơn giới hạn trên ngưỡng nghe của con người (16- 20kHz). Ngoài ra, sóng siêu âm có bản chất là sóng dọc hay sóng nén, nghĩa là trong trường siêu âm các phần tử dao động theo phương cùng với phương truyền của sóng. Các thông số của quá trình siêu âm: - 1 giây, (Hz). - Tần số (Frequency, Hz): là số dao động phần tử thực hiện được trong Biên độ (Amplitude): biểu thị mức độ thay đổi áp suất (so với áp suất cân bằng của môi trường) trong quá trình dao động. - Cường độ (Intensity, W/m2): là năng lượng mà sóng siêu âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm. Công thức tính I = P/S; trong đó P là công suất của nguồn âm (W), S là diện tích miền truyền âm (m2). - Mức cường độ âm (Sound pressure level, B): là đại lượng được tính bởi công thức: L = lg(I/Io). Trong đó I là cường độ âm tại điểm cần tính, Io là cường độ âm chuẩn (âm ứng với tần số f = 1000 Hz) có giá trị là: 10-12 W/m2. Hình 2.1: Các khoảng tần số của sóng siêu âm Con người có thể nghe được sóng âm có tần số từ 16 Hz đến 18 kHz. Sóng siêu âm là tên gọi của những sóng có tần số cao hơn 18 kHz. Giới hạn trên của tần số sóng siêu âm thường là 5 MHz đối với chất khí và 500 MHz đối với chất lỏng haychất rắn. Trong phạm vi ứng dụng, sóng siêu âm được chia ra thành sóng siêu âm tần số thấp, năng lượng cao (20kHz-100kHz) và sóng siêu âm tần số cao, biên Trang 2 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone độ nhỏ (2MHz-10MHz) (Kuldiloke J., 2002). Sử dụng sóng siêu âm năng lượng cao trong công nghệ thực phẩm ngày càng được khảo sát tỉ mỉ. Phần lớn các nghiên cứu đều áp dụng tần số sóng trong khoảng từ 20 kHz đến 40 kHz (PoveyM.I.W. and Mason T.J, 1998). Sóng âm nghe thấy Sóng siêu âm năng lượng cao Phạm vi sóng mở rộng Sóng siêu âm biên độ nhỏ 16 Hz – 18 kHz 20 kHz – 100 kHz 20 kHz – 2 MHz 5 MHz – 10 MHz Hình 2.2. Phạm vi tần số sóng siêu âm 2.1.2 Thiết bị phát sóng siêu âm Thiết bị phát sóng siêu âm cũng phải gồm có 3 phần tối cần thiết sau: - Bộ phận chuyển phần lớn điện năng thành dòng điện xoay chiều tần số cao để vận hành bộ phận biến đổi . - Bộ phận biến đổi chuyển dòng điện xoay chiều tần số cao thành những dao động. Phần lớn thiết bị phát sóng siêu âm ngày nay sử dụng kỹ thuật áp điện. Hình dạng và kích thước của bộ phận này phụ thuộc vào tần số làm việc, bộ phận 20 kHz có chiều dài gấp đôi bộ phận 40 kHz. Năng lượng qua bộ biến đổi sẽ chuyển ngược lại thành bình phương tần số dao động, vì vậy thiết bị năng lượng cao tần số thấp được chú trọng. Bộ phận biến đổi nối với hệ thống truyền sóng thông qua một thiết bị phụ (Povey M.I.W. and Mason T.J, 1998). - Hệ thống truyền sóng sẽ truyền những dao động vào trong lòng chất lỏng. Trong thiết bị phát sóng siêu âm dạng bể, bộ phận biến đổi được gắn ở đáy bể và truyền trực tiếp dao động vào chất lỏng trong bồn. Tuy nhiên, đối với thiết bị năng lượng cao (thiết bị dạng thanh/que) dao động được khuyếch đại và truyền vào môi Trang 3 Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone trường lỏng nhờ thiết bị trung gian gắn với bộ phận biến đổi. Theo thời gian, đầu của bộ phận trung gian này có thể bị mòn và bị giảm chiều dài cần thiết vì vậy người ta phải lắp đầu có thể tháo gỡ được (Povey M.I.W. and Mason T.J, 1998). Hình 2.3. Thiết bị phát sóng siêu âm dạng thanh 2.1.3 Nguyên lý tác động của sóng siêu âm 2.1.3.1. Hiện tượng xâm khí thực Khi sóng siêu âm được truyền vào môi trường chất lỏng, các chu trình kéo và nén liên tiếp được tạo thành. Trong điều kiện bình thường, các phân tử chất lỏng ở rất gần nhau nhờ liên kết hóa học. Khi có sóng siêu âm, trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa. Áp lực âm trong chu trình kéo đủ mạnh để thắng các lực liên kết giữa các phân tử và tạo thành những bọt khí nhỏ. Bọt khí trở thành hạt nhân của hiện tượng xâm thực khí, bao gồm bọt khí ổn định và bọt khí tạm thời (Kuldiloke J., 2002). Bọt khí ổn định là nguồn gốc của những bong bóng khí nhỏ, kích thước của chúng dao động nhẹ trong các chu trình kéo và nén. Sau hàng ngàn chu trình, chúng tăng thêm về kích thước. Trong suốt quá trình dao động, bọt khí ổn định có thể chuyển thành bọt khí tạm thời. Sóng siêu âm làm rung động những bọt khí này, tạo nên hiện tượng “ sốc sóng “ và hình thành dòng nhiệt bên trong chất lỏng. Bọt khí ổn định có thể lôi kéo những bọt khí khác vào trong trường sóng, kết hợp lại với nhau và tạo thành dòng nhiệt nhỏ (Kuldiloke J., 2002). Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất nhanh chóng, chỉ qua vài chu Trang 4 ... - tailieumienphi.vn