TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
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 HẢI ANH
NGUYỄN THỊ NGÂN
NGUYỄN NGỌC TÚ ANH
NGUYỄN THỊ NGUYÊN THẢO
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 2
Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG

2
.
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 hay
chất rắn. Trong phạm vi ứng dụng, sóng siêu âm được chia ra thành sóng siêu âm tần
Trang 3
Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone
số thấp, năng lượng cao (20kHz-100kHz) và sóng siêu âm tần số cao, biên 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 (Povey M.I.W. and Mason T.J, 1998).
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
Trang 4
Hình 2.2. Phạm vi tần số sóng siêu âm

Hình 2.3. Thiết bị phát sóng siêu âm dạng thanh
Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone
Các bọt khí tạm thời có kích cỡ thay đổi rất nhanh chóng, chỉ qua vài chu trình
chúng bị vỡ ra. Trong suốt chu trình kéo/nén, bọt khí kéo giãn và kết hợp lại cho đến
khi đạt được cân bằng hơi nước ở bên trong và bên ngoài bọt khí. Diện tích bề mặt
bọt khí trong chu trình kéo lớn hơn trong chu trình nén, vì vậy sự khuyếch tán khí trong chu
trình kéo lớn hơn và kích cỡ bọt khí cũng tăng lên trong mỗi chu trình. Các bọt khí
lớn dần đến một kích cỡ nhất định mà tại đó năng lượng của sóng siêu âm không đủ
để duy trì pha khí khiến các bọt khí nổ tung dữ dội. Khi đó các phân tử va chạm với
nhau mãnh liệt tạo nên hiện tượng “ sốc sóng “ trong lòng chất lỏng, kết quả là hình
thành những điểm có nhiệt độ và áp suất rất cao (5000
0
C và 5x10
4
kPa) với vận tốc rất
nhanh 10
6 o
C/s (Kuldiloke J., 2002).
Hiện tượng xâm thực khí mở đầu cho rất nhiều phản ứng do có sự hình thành
các ion tự do trong dung dịch; thúc đẩy các phản ứng hóa học nhờ có sự trộn lẫn các
chất phản ứng với nhau; tăng cường phản ứng polymer hoá và depolymer hóa bằng
cách phân tán tạm thời các phần tử hay bẻ gãy hoàn toàn các liên kết hóa học trong
chuỗi polymer; tăng hiệu suất đồng hoá; hỗ trợ trích ly các chất tan như enzyme từ tế
bào động vật, thực vật, nấm men hay vi khuẩn; tách virus ra khỏi tế bào bị nhiễm;
loại bỏ các phần tử nhạy cảm bao gồm cả vi sinh vật (Kuldiloke J., 2002).
Trang 6
Hình 2.4. Quá trình hình thành, phát triển và vỡ của bọt khí
Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone
2.1.3.2 Hiện tượng vi xoáy
Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào trong lòng chất lỏng sẽ gây nên sự kích

nhớt của môi trường ảnh hưởng đến mức độ tạo bong bóng khí.
Sự hình thành các lỗ hổng hay bóng khí có thể bị giới hạn ở tần số cao hơn 2,5
Trang 7
Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone
MHz. Kích thước bong bóng khí thu được ở tần số thấp hơn 2,5 MHz là tối đa và do
đó những bong bóng khí này sẽ tạo ra năng lượng lớn khi vỡ.
Siêu âm với biên độ cao hơn sẽ hình thành hiện tượng sủi bong bóng với
cường độ mạnh hơn. Bong bóng được hình thành nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn do
tăng áp suất hơi và giảm sức căng. Tuy nhiên sức căng hơi cao hơn sẽ làm yếu đi
cường độ nổ bong bóng.
Độ nhớt của chất lỏng cũng ảnh hưởng đến hiện tượng sủi bong bóng. Trong
môi trường có độ nhớt cao, sự lan truyền của các phần tử trong trường siêu âm bị cản
trở và do đó làm giảm mức độ sủi bong bóng. Trong trường hợp này, siêu âm có tần
số thấp hơn và năng lượng cao hơn có khả năng xuyên thấu vào thực phẩm tốt hơn là
siêu âm có tần số cao hơn.
2.1.5 Ứng dụng của sóng siêu âm
Siêu âm là một lĩnh vực đang được nghiên cứu và có tiềm năng phát triển trong
ngành công nghệ thực phẩm. Sóng siêu âm có tần số từ 20kHz đến trên 25MHz thường được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Có 2 lĩnh vực được ứng dụng chính trong công
nghiệp thực phẩm:
- Siêu âm tần số cao và năng lượng thấp: còn được gọi là siêu âm chuẩn đoán, trong
khoảng tần số 20 – 60 MHz [51]. Phần này được sử dụng như một kỹ thuật phân tích, không
làm phá hủy cấu trúc của mẫu, điều này được ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo
tốc độ dòng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm ....(Floros, J. D., 1994).
- Tần số thấp và siêu âm năng lượng cao (2 MHz – 10 MHz): được ứng dụng rộng
rãi như một quá trình hỗ trợ trong hàng loạt các lĩnh vực như: kết tinh, sấy, bài khí, trích ly,
lọc, đồng hoá, làm mềm thịt, quá trình oxi hoá, quá trình tiệt trùng … (Floros, J. D., 1994).
2.2 Giới thiệu về Isoflavone
2.2.1 Cấu tạo
Trang 8

hoặc
Glucosyl-COCH
2
COOH
Acetyl hoặc Malonyl genistin OH H
Glucosyl-COCH
3
hoặc
Glucosyl-COCH
2
COOH
2.2.2 Nguồn gốc và tính chất
Isoflavone là các chất hữu cơ thuộc nhóm polyphenol có liên quan với
flavonoid (isoflavone và flavonoid khác nhau ở vị trí gắn của vòng benzen). Sự khác
biệt trong cấu tạo phân tử giữa isoflavone và flavones ở vị trí gắn nhóm phenyl vào
gốc chromone (vị trí 3 ở isoflavone và vị trí 2 ở flavones)
Isoflavone có nguồn gốc từ thảo mộc, có nhiều trong đậu nành. Những hợp
chất có thành phần tương tự như isoflavon vẫn được tìm thấy trong một số loài thực
vật như: cỏ 3 lá, cỏ linh lăng, cây dong…nhưng chúng không ăn được. Cho đến nay,
đậu nành là loại thực phẩm duy nhất có chứa chất isoflavone. Đó là lý do tại sao đậu
nành đã thu hút được sự chú ý, tập trung nghiên cứu từ các nhà khoa học.
Cơ chế hoạt động và chức năng isoflavone như những hoocmon nữ và mang
tính lành giúp cơ thể chống lại chứng loãng xương, bệnh tim mạch, và 1 số loại ung
thư. Thường xuyên sử dụng isoflavone làm giảm tỷ lệ các bệnh tiền mãn kinh và các
triệu chứng mãn kinh khác.
Trang 9
R
3
O
Sử dụng Sóng siêu âm trích ly Isoflavone

Theo Achouri (2005) nghiên cứu ly trích isoflavon từ đậu nành tách béo
(DSM) và protein đậu nành isolate (PSI) kết luận rằng :
DSM: 80%MeCN thì làm tăng hiệu quả ly trích malonyl isoflavon và
aglycones, 80% MeOH có hiệu quả hơn trong việc ly trích glucoside.
SPI:80% EtOH cho hiệu quả trích ly aglycon cao nhất.
EtOH: hiệu quả ly trích cao, ít độc, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ
Số lần trích ly: càng tăng thì hiệu quả càng cao. Ví dụ với mẫu DSM tăng từ
65% đấn 74% sau 5 lần ly trích , SPI: 107 đến 147%
Nhiệt độ: theo Barnes và cộng sự (1994) sử dụng ly trích ispoflavon ở 60
0
C,
khi tăng nhiệt độ lên 80
0
C tăng tốc độ ly trích.
Coward cùng cộng sự (1998) đã đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ lên việc ly
trích isoflavones từ thức ăn từ đậu nành. Isoflavones β-glucoside conjugates được ly
trích bởi dung môi là 80% MeOH tại các khoảng nhiệt độ phòng, 4
0
C và ở 80
0
C, thời
gian từ 2- 72 giờ bằng việc đảo trôn hoặc lắc rung.
4
0
C: cho nồng độ malonyl glucosides cao nhất và nồng độ β-glucoside
conjugates thấp nhất
80
0
C: có sự chuyển hóa từ malonyl glucosides conjugate thành β-glucoside
conjugates, tuy nhiên tổng lượng isoflavons trích ly được vẫn không thay đổi.