downstream process thai version.ppt …...milling mortar ball mill เซลล แตกอ...
TRANSCRIPT
Downstream processpชว 450
ไ โ อ.ดร. ไพโรจน วงศพทธสน
Upstream Upstream ppprocessprocess
FermentationFermentationprocessprocess
Downstream Downstream processprocess
Downstream Downstream processprocessprocessprocess
กระบวนการเกบเกยว
กระบวนการเกบเกยว
(Harvesting process)
การทาใหเขมขนขน
(Harvesting process)
การขนรป การทาใหบรสทธ
Final productFinal product
ผลตภณฑทางผลตภณฑทาง
โ โ โ โ เทคโนโลยชวภาพเทคโนโลยชวภาพ
Intracellular Fermented Intracellular and cell bound
products
Fermented products
productsExtra cellular
d tproducts
Downstream Downstream Downstream Downstream processprocess
Intracellular Extra cellular Fermented productsand cell bound products
Extra cellular products
p
Solid-liquid separation
การทาใหเซลลแตก
Cell disruption
concentration
purification formulation Final productFinal productp f m F na pro uctF na pro uct
Intracellular Intracellular and cell bound
dการทาใหเซลลแตกการทาใหเซลลแตก
products
กระบวนการเกบเกยวe.g. e.g. ใชสารเคมใชสารเคม, ,
กระบวนการเกบเกยว enzymes, enzymes, กายภาพกายภาพ
E ll l Extra cellular products กระบวนการอนๆ ตอไปกระบวนการอนๆ ตอไปp ๆๆ
กระบวนการทาใหเซลลแตก กระบวนการทาใหเซลลแตก (cell (cell lysislysis))
ใ (M h i l th d ) ใชวธการเชงกล (Mechanical methods) : เชน
homogenizers, ball mills, ultrasonic disruption, bl d t blenders, etc.
ไมใชวธเชงกล (Non mechanical methods): เชน การใชสารเคม( m m )ทาใหเกดรรวทเยอหมเซลล, การใชเอนไซมทาใหเกดรรวทเยอหมเซลล และอนๆ
Cell disruptionCell disruption1 M h l h d1. Mechanical methods
HomogenizerHomogenizer
ใชแรงดนสงมากถง ใชแรงดนสงมากถง 1500 1500 bar bar อดตวอยางผานอดตวอยางผาน
เครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉดเครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉดเครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉดเครองออกมายงภายในเครอง ผานหวฉด
(Use (Use high pressure up to high pressure up to 1500 1500 bar followed by an bar followed by an 1500 1500 bar followed by an bar followed by an instant expansion through instant expansion through a special exiting a special exiting nozzle)nozzle)p gp g ))
Milling Milling
Mortar ball mill
เซลลแตกอนเนองมาจากแรงเฉอน เซลลแตกอนเนองมาจากแรงเฉอน (shear forces) (shear forces) ทเกดมาจากการบด กระทบของเมด ทเกดมาจากการบด กระทบของเมด bead bead
SonicatorSonicator
ทาใหเซลลแตกหรอเกดรรว อนเนองมาจากคลนเสยงความถสง ทาใหเซลลแตกหรอเกดรรว อนเนองมาจากคลนเสยงความถสง
ทผลตขนมาจากแทง ทผลตขนมาจากแทง probe probe โลหะ แลวถายทอดไปยงเซลลโลหะ แลวถายทอดไปยงเซลล
ขอเสยของการทาใหเซลลแตกดวยวธการเชงกลขอเสยของการทาใหเซลลแตกดวยวธการเชงกล
อนภาคทกชนดภายในเซลลจะจะออกมา ทาใหยากตอการทาใหบรสทธอนภาคทกชนดภายในเซลลจะจะออกมา ทาใหยากตอการทาใหบรสทธ
(proteins nucleic acids cell debris) difficult to purify(proteins nucleic acids cell debris) difficult to purify(proteins, nucleic acids, cell debris) difficult to purify.(proteins, nucleic acids, cell debris) difficult to purify.
ยากตอการทาใหใสยากตอการทาใหใส
ความรอนทเกดขน จะทาลายผลตภณฑทไมทนความรอนความรอนทเกดขน จะทาลายผลตภณฑทไมทนความรอน
22. . การใชสารเคมทาใหเกดรรวบนเซลล การใชสารเคมทาใหเกดรรวบนเซลล ((Chemical Chemical permeablilizationpermeablilization))
เชน การใชเชน การใชเชน การใชเชน การใช
toluenetoluene
etherether
phenylethylphenylethyl alcohol alcohol some antibioticssome antibioticsphenylethylphenylethyl alcohol alcohol
DMSODMSO thioninsthionins
surfactants (eg triton)surfactants (eg triton)benzenebenzene
methanolmethanol
surfactants (eg. triton)surfactants (eg. triton)
chaotropic agents (eg. Urea, chaotropic agents (eg. Urea, quanidine)quanidine)
chloroformchloroformquanidine)quanidine)
chelating agents (eg. EDTA)chelating agents (eg. EDTA)
EDTA EDTA มกใชในแบคทเรยกลมแกรมลบ โดยสารนจะเกด มกใชในแบคทเรยกลมแกรมลบ โดยสารนจะเกด chelatechelate กบ กบ MgMg22+ + ซงเปนซงเปน ggสวนประกอบของโครงสราง สวนประกอบของโครงสราง lypopolysaccharideslypopolysaccharides ทเยอหมเซลลแบคทเรยทเยอหมเซลลแบคทเรย
33.. การทาใหเกดรรวโดยใชแรงทางกายภาพ การทาใหเกดรรวโดยใชแรงทางกายภาพ (Physical (Physical permeabilizationpermeabilization))
osmotic osmotic shock : shock : เปนการทาใหเซลลอยภายใตสภาวะทมการเปลยนแปลงของแรงดนเปนการทาใหเซลลอยภายใตสภาวะทมการเปลยนแปลงของแรงดน
ออสโมออสโมตกอยางรวดเรวตกอยางรวดเรว เชน การแชในสารละลายนาตาลซโครส เปนตนเชน การแชในสารละลายนาตาลซโครส เปนตน
l d i l d i enzymes enzymes located in located in
periplasmicperiplasmic space and space and p pp p pp
cell bound enzymes can cell bound enzymes can
be released by this be released by this be released by this be released by this
method.method.
44. . การทาใหเกดรรวโดยใชเอนไซม การทาใหเกดรรวโดยใชเอนไซม (Enzymatic (Enzymatic permeabilizationpermeabilization)) ( y( y pp ))
เชนการใชเอนไซมตอไปนเชนการใชเอนไซมตอไปน
beta (beta (11 66) and () and (11 33) ) glucanaseglucanasebeta (beta (11,,66) and () and (11,,33) ) glucanaseglucanase
mannanasemannanase
lysozymelysozyme
สวนใหญใชปลดปลอยเอนไซมทอยระหวางผนงเซลลและเยอหมเซลล สวนใหญใชปลดปลอยเอนไซมทอยระหวางผนงเซลลและเยอหมเซลล ((periplasmicperiplasmicenzymes)enzymes)enzymes)enzymes)
ในแบคทเรยแกรมลบ จะใชเอนไซมรวมกบ ในแบคทเรยแกรมลบ จะใชเอนไซมรวมกบ EDTA EDTA
แตวธนกมขอเสยคอ เอนไซมมราคาคอนขางแพง และเอนไซมทเตมเขาไปกจะปนเปอนในผลตภณฑดวย แตวธนกมขอเสยคอ เอนไซมมราคาคอนขางแพง และเอนไซมทเตมเขาไปกจะปนเปอนในผลตภณฑดวย
จงตองมขนตอนการแยกเอนไซมออกไปจงตองมขนตอนการแยกเอนไซมออกไป
55. . วธอนๆ ในการทาใหเกดรรววธอนๆ ในการทาใหเกดรรว
การเตมสารกลม การเตมสารกลม protamineprotamine cationic polysaccharide cationic polysaccharide chitosanchitosan ใชในเซลลของใชในเซลลของการเตมสารกลม การเตมสารกลม protamineprotamine, , cationic polysaccharide cationic polysaccharide chitosanchitosan ใชในเซลลของใชในเซลลของ
ยสตยสต
สาร สาร streptolysinstreptolysin และและไวรสไวรส สามารถใชกบเซลลสตวเลยงลกดวยนมไดสามารถใชกบเซลลสตวเลยงลกดวยนมได
การใชกระแสไฟฟาการใชกระแสไฟฟา
ใ ใ (( ))การใชเทคนคแชแขงแลวละลาย การใชเทคนคแชแขงแลวละลาย (freeze (freeze and and thaw)thaw)
etcetcetc.etc.
การแยกของแขงออกจากของเหลวการแยกของแขงออกจากของเหลว
SolidSolid--liquid liquid separationseparation
11. . การกรอง การกรอง (filtration) (filtration)
เกณฑในการพจารณาเลอกระบบการกรองเกณฑในการพจารณาเลอกระบบการกรอง::
ความหนดของของเหลว ความหนดของของเหลว (viscosity (viscosity of of slurry)slurry)
ความหนาแนนของของเหลว ความหนาแนนของของเหลว (density (density of of slurry)slurry)
ขนาดและคณลกษณะของอนภาคขนาดและคณลกษณะของอนภาค
สดสวนของของแขงตอของเหลวสดสวนของของแขงตอของเหลวratio ratio of solid to liquidof solid to liquid
ปรมาณของเหลวทจะกรองปรมาณของเหลวทจะกรอง
ป ป เปนการกรองแบบครงคราว เปนการกรองแบบครงคราว (batch) (batch) หรอตอเนองหรอตอเนอง
ตองการใหปลอดเชอหรอไมตองการใหปลอดเชอหรอไม
สารชวยกรอง ทใช เชน : quartz sand and stars expected activated carbon สารชวยกรอง ทใช เชน : quartz sand, and stars expected activated carbon,
anthracite, KDF, porous ceramic material
22. . การปนเหวยง การปนเหวยง (centrifugation)(centrifugation)
ใชในอตสาหกรรมผลตยา
โรงงานนาตาลอตสาหกรรมอาหาร
โรงงานนาตาล
3. sedimentation
อาศยแรงโนมถวงของโลก ทาใหอนภาคตกลงมากองรวมกน
การทาใหเขมขนขน การทาใหเขมขนขน (concentration)(concentration)
เกณฑในการพจารณาเลอกเทคนคในการทาใหเขมขนเกณฑในการพจารณาเลอกเทคนคในการทาใหเขมขน
สารผลตภณฑทตองการนน ทนตอความรอนหรอไมสารผลตภณฑทตองการนน ทนตอความรอนหรอไม
ความสามารถในการละลายในตวทาละลายความสามารถในการละลายในตวทาละลาย
ความมขวของสารความมขวของสาร
11. . การระเหย การระเหย (Evaporation)(Evaporation)
ใชสาหรบสารททนตอความรอนเทานนใชสาหรบสารททนตอความรอนเทานน
อปกรณทใชคอเครอง อปกรณทใชคอเครอง evaporator evaporator ทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลดทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลดอปกรณทใชคอเครอง อปกรณทใชคอเครอง evaporator evaporator ทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลดทซงสามารถลดความดนทาใหจดเดอดของนาลด
ตาลงได ดงนนจงทาใหผลตภณฑไดรบความรอนทไมสงเกนไป ตาลงได ดงนนจงทาใหผลตภณฑไดรบความรอนทไมสงเกนไป
solventssolvents bpbp at at 1013 1013 mbarmbar vacuum in mbarvacuum in mbarsolventssolvents bpbp at at 1013 1013 mbarmbar vacuum in mbarvacuum in mbar
((ooCC)) for for bpbp at at 4040ooCC
WaterWater 100100 7272
AcetoneAcetone 5656 556556AcetoneAcetone 5656 556556
EthanolEthanol 7979 175175HexaneHexane 6969 335335
22. . การสกดดวยตวทาละลาย การสกดดวยตวทาละลาย (Solvent extraction)(Solvent extraction)
ใชในกรณทสารตวอยางละลายอยในของเหลวใชในกรณทสารตวอยางละลายอยในของเหลว
เชน การสกดยาเพนนซลน จากนาเลยงเชอรา โดยใชสาร butyl acetatey
Direct extraction decanter
3. การแยกโดยใชเยอกรอง (Membrane separation)
ทาโดย ใชเยอเลอกผาน เชน semi-permeable membrane, dialysis bag
M mb n filt ti nM mb n filt ti n: Membrane filtrationMembrane filtration: Micro-filtration (0.1-5 ไมครอน): เชนการกรองเพอกาจดแบคทเรย เปนตน
Ultrafiltration (10-100 nm) : เชนการกรองโปรตน เพอทาใหนานมเขมขน
ขน และการกรองเพอทาใหเอนไซมเขมขนขน
Nanofiltration (1-10 nm) : การกรองเพอกาจดแรธาต และสารอนทรย/อนนทรยขนาดเลกออก
Reverse osmosis (0.1-1 nm) : เยอกรองมรพรนขนาดเลกมาก ซงยอมให
เพยงโมเลกลของนาเทานนทผานได
4 (F in t hni )4. การแชแขง (Freezing technique)
- เมอนาเยอกแขงเปนผลก กจะสามารถทาการปนเหวยงเอาผลกนาแขงเมอนาเยอกแขงเปนผลก กจะสามารถทาการปนเหวยงเอาผลกนาแขง
นทงไปได เปนผลใหสารละลายมความเขมขนมากขน
5. การตกตะกอน (Precipitation)
เปนการกระตนใหสารทมขนาดโมเลกลใหญตกตะกอนลงมา โดยมสารชวยเปนการกระตนใหสารทมขนาดโมเลกลใหญตกตะกอนลงมา โดยมสารชวย
ตกตะกอน เชน แอมโมเนยมซลเฟต เอธานอล และโพลเอทลนไกลคอล เปนตน มการ
ประยกตใชกนในกระบวนการทาเอนไซมใหบรสทธ และการทาชส เปนตนประยกตใชกนในกระบวนการทาเอนไซมใหบรสทธ และการทาชส เปนตน
e.g. enzymes precipitation using ammonium l h h l l h l l l (PEG)sulphate, ethanol, polyethylene glycol (PEG)
Casein precipitation from milk using rennin /CaCl2
การทาใหบรสทธ การทาใหบรสทธ (Purification)(Purification)
1 (C t lli ti )1. การตกผลก (Crystallization)
มวตถประสงคเพอแยกตวถกละลาย (ผลตภณฑ) ออกจากตวทาละลายมวตถประสงคเพอแยกตวถกละลาย (ผลตภณฑ) ออกจากตวทาละลาย
เชน การตกผลกของนาตาลซโครส นาตาลแลกโตส และผงชรส
อตสาหกรรมนาตาลทราย อตสาหกรรมนาตาลทราย (sucrose)(sucrose)
นาออยเขมขน + ผลกลอนาตาล
centrifugation
ผลกนาตาล การนาตาล
(molasses)
การตกผลกนาตาลแลกการตกผลกนาตาลแลกโตสโตสจากหางนานม จากหางนานม (whey)(whey)
evaporation crystallization
Supersaturated hh l
p
whey
(60-73% solid)
whey Lactose crystal
2 เทคนคทางโครมาโตกราฟฟ (Chromatography)2. เทคนคทางโครมาโตกราฟฟ (Chromatography)
เปนการแยกสารผสมใหเปนสวนๆ (fraction) และทาใหสารบรสทธได โดยอาศย
คณสมบตทางกายภาพและเคมของสารแตละชนด
เชน เชน
โครมาโตกราฟฟผวบาง (thin layer chromatography)( y g p y)
gel filtration
โครมาโตกราฟฟแบบแลกเปลยนประจด (ion exchange chromatography)
โครมาโตกราฟฟจาเพาะ (affinity chromatography)
Thin layer chromatography (TLC)Thin layer chromatography (TLC)
วสดพยง (supporter): aluminum sheet หรอ glassวสดพยง (supporter): aluminum sheet หรอ glass
เฟสคงท (stationary phase): เชน silica gel, ( y p ) g ,
cellulose และ aluminium oxide
เฟสเคลอนท (mobile phase): ขนกบกรณ
สารเคลอนทแยกออกจากกน โดยอาศยความสามารถในการ
ละลายในเฟสเคลอนท * ละลายในเฟสเคลอนท * ไมเหมาะทจะใชในการผลตสารปรมาณมาก
Affinity chromatographyAffinity chromatography
ligand
Matrix /
stationary phase
Interested molecules ligands
Enzymes substrate analogue / inhibitor / cofactor
Antibody antigen / virus / cell
Nucleic acid complementary base / histone / binding protein
Hormone / Receptor / carrier protein p p
VitaminCell cell surface specific protein / lectinCell cell surface specific protein / lectin
Gel filtration chromatography Gel filtration chromatography หรอหรอ exclusion chromatographyexclusion chromatography
แยกสารผสมออกจากกนโดยอาศยความแตกตางของขนาดโมเลกล
วสดทใชแยกสารผสมออกจากกน เรยกวา gel matrix (bead) เปนโพลเมอรซง
ผลตมาจากการสงเคราะหจากปฏกรยา cross-link reaction ผลตมาจากการสงเคราะหจากปฏกรยา cross-link reaction
หลงจากปฏกรยาเชอมไขว (cross link) จะทาใหเกดรพรนขนฏ ( )
สารทมขนาดโมเลกลเลกเคลอนทเขาไปในรพรนของ gel matrix ทาใหใช
เวลานานกวาจะเคลอนทออกมาจากคอลมน
ใ โ ใ ไ ไปใ ไ ใ ในขณะทสารขนาดโมเลกลใหญไมสามารถเขาไปใน gel matrix ไดทาให
เคลอนทออกจากคอลมนโดยใชเวลานอยกวาสารทมขนาดโมเลกลเลก
ตวอยางของสารทใชเปน gel matrix
ชอทางการคา ชนดโพลเมอร ขนาดรพรน (pore size (kD))
Sephadex G-10 Dextran 0.05-0.7
h d G 25 D 1 5Sephadex G-25 Dextran 1-5
Sephadex G-50 Dectran 1-30
S h d G 200 D t 5 600Sephadex G-200 Dextran 5-600
Bio-Gel P-2 polyacrylamide 0.1-1.8
Bio gel P 6 polyacrylamide 1 6Bio-gel P-6 polyacrylamide 1-6
Bio-gel P-10 polyacrylamide 1.5-20
Bio-gel P-100 polyacrylamide 5-100Bio-gel P-100 polyacrylamide 5-100
Sepharose 6B Agarose 10-4000
Sepharose 4B agarose 60-20000Sepharose 4B agarose 60 20000Sepharose 2B Agarose 70-40000
การประยกตใช gel filtration
ใ ไ ใ 1. ใชทาเอนไซมใหบรสทธ
2 ใชแยกโปรตน โพลแซคคาไรด และโพลเพปไทด2. ใชแยกโปรตน โพลแซคคาไรด และโพลเพปไทด
3. แยกเซลล กากเซลล และอนภาคปนเปอน อนๆ ออกจากน ๆ
4. ใชหาขนาดโมเลกลของสาร
Ion exchange chromatographyIon exchange chromatography
เปนกระบวนการแลกเปลยนประจระหวาง mobile phase ทเปนของเหลว กบ stationary phase ทเปนของแขงเรยกวา matrixstationary phase ทเปนของแขงเรยกวา matrix
matrix เปนโพลเมอรทถกเหนยวนาใหเกดสวนทเปนประจ เรยกวา ตวแลกเปลยนประจ (ion exchanger) หรออาจเรยกรวมวา resin ( o e c a ge ) es
เพอรกษาสมดลยทางไฟฟา ดงนน ion exchanger จงจบอยกบ counter ion ซงมประจตรงกนขาม
แตเมอม counter ion ประจตรงกนขามทมความแรงของประจมากกวาเขามาในคอลมน counter ion ใหมนกจะเขาจบกบ ion exchanger แทนท counter ion เดมion เดม
ในทางปฏบต สามารถเปลยนความแรงของประจไดโดยการเปลยนแปลงคา pH และ ionic strength ของสารละลายทใชชะคอลมน (mobile phase)และ ionic strength ของสารละลายทใชชะคอลมน (mobile phase)
pI
โปรตนมคณสมบตเปน zwizterian ion คอ สามารถรบหรอใหโปรตอนกได ขนกบ pH ของโปรตนมคณสมบตเปน zwizterian ion คอ สามารถรบหรอใหโปรตอนกได ขนกบ pH ของ
สารละลาย ทาใหประจรวมของโปรตนเปนบวกหรอลบกได อธบายไดดงกราฟ เชน
ถาโปรตนอยในสารละลายทม pH สงกวาคา pI ของมน จะทาใหมประจรวมเปนลบ
ถาโปรตนอยในสารละลายทม H ตากวาคา I ของมน จะทาใหมประจรวมเปนบวกถาโปรตนอยในสารละลายทม pH ตากวาคา pI ของมน จะทาใหมประจรวมเปนบวก
ขนท 1: เรมตนตวแลกเปลยนประจถกลอมรอบดวย counter ion เชนประจจากสารละลายบฟเฟอร หรอสารละลายเกลอเรมตนบฟเฟอร หรอสารละลายเกลอเรมตน
ขนท 2: เรมใสสารผสมในคอลมน ซงสารผสมนมประจเหมอน counter ion เดม แตแรงกวา ดงนนจงเขาจบกบตวแลกเปลยนประจแทน สวน counter ion เดมจะถกชะออกจาก
ป ป ไ ป คอลมน รวมทงสารทมประจรวมเปนกลางซงไมจบบนตวแลกประจกจะถกชะออกมาดวย
ขนท 3 และ 4: เมอเพม pH หรอ ionic strength ของตวชะกจะทาใหประจรวมของสารตวอยาง (counter ion) เปลยนไป หากความแรงประจของตวชะใหมสงกวาสารตวอยางใดตวอยาง (counter ion) เปลยนไป หากความแรงประจของตวชะใหมสงกวาสารตวอยางใด สารตวอยางนนกจะถกแทนทดวยไอออนของตวชะใหมน และสารตวอยางนนกจะถกชะออกคอลมนไป
5 ป ไ ใ 4 ไป โ ใ ไ ขนท5: เปนการชะไลตวชะในขน 4 ออกไป โดยใชสารละลายตวชะเรมตนมาชะไล เพมเตรยมพรอมสาหรบการทาตวอยางใหบรสทธครงตอไป
Stationary phase anion exchanger cation exchanger
Cellulose DEAE CMCellulose DEAE CM
TEAE phospho
QAE
Sephacel DEAEp
Sephadex DEAE CM
QAE S lf lQAE Sulfopropyl
Agarose DEAE CM
PEITriacryl DEAE CMTriacryl DEAE CM
Note: DEAE=diethylaminoethyl; TEAE=trimethylaminoethyl; CM=carboxymethyl; Note DE E d ethylam noethyl; E E tr methylam noethyl; M carboxymethyl; PEI= polyethylene imino
3.การกาจดไอออน (Deionization)
ใชวสดทเรยกวาเรซน (resin) ในการจบไอออนทงสารอนทรยและอนนทรย
ทปนเปอนมา
ไ พนผวเมด Resin จะมบรเวณทสามารถเกดพนธะไดกบสารตางๆ
มการใชกระบวนการกาจดไอออนใน กระบวนการผลตนาเวยสาหรบใชเปน มการใชกระบวนการกาจดไอออนใน กระบวนการผลตนาเวยสาหรบใชเปน
อาหารคน และนอกจากน ในหมอนา (boiler) กตองมการกาจดไอออนเปน
ป ป ประจาดวย เพอปองกนการเกดตะกรน
4 การกาจดส (Decolourisation) 4.การกาจดส (Decolourisation)
To remove or improve the colour, purity, microbiological stability and shelf-life of products.y f f f p
Techniques:q
Addition of active powder (e.g. activated carbon) to the liquid products. liquid products.
passing liquid product through column of active materials
ApplicationsT d l i f f t l To decolourize of sugar, fructose, glucose syrup
การขนรปผลตภณฑการขนรปผลตภณฑ
f l tif l tiformulationformulation
ขนตอนนเปนการขนรปใหผลตภณฑอยในรปทางการคา เชน ของแขง ผง และสารละลาย
เขมขน เปนตน ทาใหเกดความสะดวกในการขนสง และอายการเกบรกษาทยาวนานขน
powder form
pellet form
extruded formextruded form
expanded formd li id fconcentrated liquid form
1 เทคนคการทาแหง (Drying)1. เทคนคการทาแหง (Drying)
การอบลมรอน การอบลมรอน (Hot (Hot air air drying)drying)
เปนเทคนคทใชกนมาก
แตความรอนทใช จะทาใหเกดปฏกรยาสนาตาล (browning reaction) ได ทาให
สญเสยคณคาทางโภชนาการ และลกษณะเปลยนไปสญเสยคณคาทางโภชนาการ และลกษณะเปลยนไป
ดงนน จงไดมการพฒนาตอบใหมประสทธภาพขน โดยลดการใชความรอน และ
เวลาในการอบแหง เชน vacuum dryer, microwave vacuum dryer, rotary tray
dryer เปนตนdryer เปนตน
ปจจยทมผลกระทบตอการอบแหง
1. ธรรมชาตของผลตภณฑ
2 ขนาดของผลตภณฑ2. ขนาดของผลตภณฑ
3. ตาแหนงของผลตภณฑในตอบ
4 4. ความหนาของผลตภณฑ
5. ความชนของอากาศ
6. อณหภม
7. อตราเรวของลมรอน
Bacillus Rhizopus
ปฏกรยาสนาตาล (Browning reaction)
แบงเปน 2 ประเภท
(A) Enzymatic browning reaction
ปจจยการเกดหลกคอ ออกซเจน และเอนไซม กลม
polyphenol oxidases (polyphenolase phenolase polyphenol oxidases (polyphenolase, phenolase,
tyrosinase, O-diphenol oxidase, catechol oxidase)
เชน การเกดในมนฝรง กลวย แอปเปล เปนตน
ดงนนการควบคมการเกดสนาตาล ตองควบคมโดยการ
กาจดเอนไซมกลมน ดวยการใหความรอน หรอเตมเกลอ
กรดแอสคอบก เปนตน รวมทงการกาจดออกซเจนดวย
(B) non-enzymatic browning(B) non enzymatic browning
- caramelization เปนการทาใหนาตาลไหมดวยความรอนสง สารทเกดขนจะมความหนดและเปนสนาตาล
- ปฏกรยาเมลลารด (Maillard reaction)ฏ
ปจจยทสงผลใหเกดปฏกรยานขนไดแก นาตาลรดวซ กรดอะมโน นา และ
ความรอนความรอน
ปฏกรยานทาใหผลตภณฑมสทดาลง นอกจากนกลนและรสชาต เปลยนไปดวย
yellow brown dark brown
อตราเรวการเกดปฏกรยาเมลลารดขนอยกบ :
ชนดของนาตาล:
Pentose> hexose Pentose> hexose,
mono- > disaccharides fructose > mannose > galactose > glucose
อตราเรวการเกดปฏกรยาเมลลารดขนอยกบ (ตอ) :
โชนดของกรดอะมโน
smaller AA. > larger AA.
basidic AA. > acidic and neutral AA.
pH : สภาวะดางเกดไดเรวกวากรดp
อณหภม : high temp. > low temp.
คานาอสระ (a ): ยงสงอตราเรวการเกดยงเพมคานาอสระ (aw): ยงสงอตราเรวการเกดยงเพม
To control M RTo control M.R.
1. Remove substrate of M.R.
2. Use low temp.
3 Lower pH available water3. Lower pH, available water4. Use some chemicals: SO2, KMS, ascorbic acid, etc.
Spray dryingSpray drying
หลกการ
การทาแหงแบบพนฝอยเปนเทคนคทใชเพอระเหยนาออกจากการทาแหงแบบพนฝอยเปนเทคนคทใชเพอระเหยนาออกจาก
ของเหลวอยางรวดเรวโดยอากาศรอน กระบวนการนประกอบไปดวยการพน
( ) ป ของเหลว ( feed ) ออกมาจนเปนละอองขนาดเลก เขาผสมกบอากาศรอนท
ไหลผานอยางรวดเรว ทาใหนาทอยในละอองของเหลวระเหยไปทงหมด และได
ผลตภณฑทอยในรปของผงแหง สาหรบกระบวนการทาแหงใหกบ feed นน จะ
เรมทาตงแตใส feed ลงในเครอง แลวรอจน feed มความชนในระดบทเหมาะสม
ตอการฉดใหออกมาเปนละออง จากนนจงแยกผลตภณฑทไดจากการทาแหง
ออกมา สาหรบตวอยางของเหลวทนามาทาแหงนนสามารถใชไดทงทเปน ตวทาออกมา สาหรบตวอยางของเหลวทนามาทาแหงนนสามารถใชไดทงทเปน ตวทา
ละลาย สารประเภท emulsion หรอสารแขวนลอยกได สวนเครองมอทใช
ฝ ฝ (S สาหรบกระบวนการทาแหงแบบพนฝอยคอเครองทาแหงแบบพนฝอย (Spray
Dryer)
กระบวนการทาแหงแบบพนฝอย โดยเครอง Spray Dryer นน ประกอบดวย 4 ขนตอน คอ
(1) การทาใหของเหลวกระจายตวเปนละออง ( At i ti f f d)(1). การทาใหของเหลวกระจายตวเปนละออง ( Atomization of feed)
กระบวนนเปนการทาให feed กระจายตวกลายเปนละออง โดยใช
atomizer ซงถอวาเปนสวนประกอบ
ทสาคญทสดของเครอง d ทสาคญทสดของเครอง spray dryer
(2). การสมผสของละอองฝอยกบอากาศ
ขนตอนน ละอองของ feed ทถกฉดออกมาจะสมผสหรอเขาผสมกบอากาศรอน
และเมอพจารณาจากตาแหนงของ Atomizer กบอากาศแหงขาเขาจะสามารถแบงรปแบบ
ของการสมผสกบอากาศรอนได ดงน (A) co-current flow , (B) counter current flow,
(C) Mixed flow
(3). การระเหยของละอองฝอย
เมอละอองฝอยสมผสกบอากาศรอน จะเกดการระเหยในชนไอนาอมตวบรเวณผวเมอละอองฝอยสมผสกบอากาศรอน จะเกดการระเหยในชนไอนาอมตวบรเวณผว
ของละอองอยางรวดเรว โดยจะมอณหภมทผวของละอองอยทอณหภมกระเปาะเปยกของ
อณหภมอากาศแหง และจะแพรเขาสชนผวดานในซงอยในสภาวะอมตว ชวงนจงเปนชวงทอณหภมอากาศแหง และจะแพรเขาสชนผวดานในซงอยในสภาวะอมตว ชวงนจงเปนชวงท
อตราระเหยคงท จนกระทงความชนอยในระดบตาและไมมการแพรเขาสผวดานในแลว ซง
จะทาใหเกดเปนชนแหงหนาขนตามเวลา และมอตราการระเหยลดลง จะทาใหเกดเปนชนแหงหนาขนตามเวลา และมอตราการระเหยลดลง
(4) ขนตอนการแยกผลตภณฑแหงจากอากาศ(4). ขนตอนการแยกผลตภณฑแหงจากอากาศ
การแยกผลตภณฑทไดจากอากาศนน โดยทวไปนยมใช Cyclone เปนตวเกบ
ผลตภณฑทตกลงสดานลาง สวนอากาศทออกจากดานบนของ cyclone จะผานไปยงตวเกบผลตภณฑทตกลงสดานลาง สวนอากาศทออกจากดานบนของ cyclone จะผานไปยงตวเกบ
ขนสดทายซงอาจเปน wet scrubber, bag filter หรอ electrostatic precipitator ขนอยกบ
ปรมาณผงทม และประสทธภาพการนากลบมา ปรมาณผงทม และประสทธภาพการนากลบมา
Chinese herbal medicine extract Spraying drier
Freeze dryingFreeze dryingFreeze dryingFreeze drying
การทาแหงแบบเยอกแขง (freeze dry) เปนหนงในกระบวนการทาแหง แตไมใช
ความรอน โดยการนาสารมาผานการแชแขง จากนนปรบความดนใหเปนสญญากาศความรอน โดยการนาสารมาผานการแชแขง จากนนปรบความดนใหเปนสญญากาศ
เพอใหความดนไอของนามคาตากวาจด triple point ของนา จงทาใหนาแขงเกดการ
ไ ระเหดได จนกระทงสารแหง
โดยทวไป การทาแหงแบบเยอกแขง มกใชสาหรบเกบผลตภณฑจาพวกอาหาร ยา โดยทวไป การทาแหงแบบเยอกแขง มกใชสาหรบเกบผลตภณฑจาพวกอาหาร ยา
และวสดทางชวภาพ (Biological Substance) เพราะสามารถเกบรกษาไดโดยท
ป ป ป ใ ใ คณสมบตของสารเปลยนแปลงนอย ประกอบกบการทาในสภาพสญญากาศจงทาให
ปราศจากความชน สาหรบเครองมอทใชในกระบวนการทาแหงแบบเยอกแขงนคอ
เครองทาแหงแบบเยอกแขง (freeze dryer) หรอ lyophilizer
โดยทวไปนาทอยในสารชวภาพตางๆ ม 2 ประเภท คอโดยทวไปนาทอยในสารชวภาพตางๆ ม 2 ประเภท คอ
1. นาอสระ (free water) 80%
2. นาทถกยดไวในโครงสราง (bounded water) 20 %
Bounded water เปนนาทถกกาจดออกไปไดยากกวา และตองใชพลงงานเขา
สลายพนธะมากกวา สลายพนธะมากกวา
โดยทวไปการทาแหงแบบเยอกแขงแบงเปน 3 ขนตอน คอ
1. การแชแขง (freezing) :
ป ใ กรณสารตวอยางเปนของเหลว อาจใชอางแช
แขง ซงมเมทานอลหรออะซโตนเยนประมาณ
-20 องศาเซลเซยสอย ในอางมสายพาน
เคลอนทตลอดเวลา เมอวางขวดตวอยางลงไปเคลอนทตลอดเวลา เมอวางขวดตวอยางลงไป
บนสายพานกจะทาใหขวดกลง ของเหลวจะ
เคลอบบนผวขวดและแขงตว จะทาใหไดพนทเคลอบบนผวขวดและแขงตว จะทาใหไดพนท
ผวในการทาแหงเพมขน แตหากตวอยางไมไดเปนของเหลวอาจใชวธแชแขงใน
ตแช หรอไนโตรเจนเหลว ทงนทงนนไมควรใหชนของตวอยางหนาเกนไป เพอ
จะไดเพมประสทธภาพการทาแหงจะไดเพมประสทธภาพการทาแหง
เมอนาซงเปนตวทาละลายเกดการเปลยนสถานะเปนนาแขงแลว จะทาใหความ
เขมขนของสารละลายเพมมากขน จนกระทงเกดการตกผลกของตวถกละลาย
ได เรยกจดนวา eutectic
2. การระเหด (sublimation หรอ primary drying step)
ขณะนความดนไอของนามคาลดลงจนกระทงตากวาจดสมดลยสถานะ
(triple point) ทาใหนาสามารถเปลยนสถานะจากของแขงเปนไอไดโดยตรง โดย
ไมตองละลายเปนของเหลวกอน
พลงงานทใชในการระเหดน (2800 KJ/kg นา) ไดมาจากการใชปม
สญญากาศเปนตวกาเนดพลงงาน พา (convection) เอาไอนาออกมา การระเหด
สามารถเกดขนไดทอณหภมตาประมาณ -20 ถง -50 องศาเซลเซยส
เมอสามารถไลนาอสระออกไปไดหมดแลว จะสงเกตไดวาไมพบผลก
นาแขงในและนอกขวดตวอยาง รวมทงอณหภมและความดนภายในขวดเพมขน
จนใกลเคยงกบสงแวดลอม
กราฟสมดลยสถานะของนา (phase diagram)
3. การไลนาสวน bounded form (desorption) หรอ secondary drying
อาจทาไดโดยเดนเครองใหทางานตอไปอกเพอใหดงนาสวนนออกไปให
มากทสด
สวนประกอบหลก
sample chamber
CondenserCondenser
High vacuum pump
(ตากวา 500 mTor)
2 การอดเมด (Pelletizing)2. การอดเมด (Pelletizing)
เปนกนขนรปผงตวอยางใหมรปรางเปนเมดตามตองการ ซงม 2 แบบ
คอ
เมด : ตองใชสารทชวยประสานอนภาคเขาไวดวยกน เชน ไขมน และแปง
ปการอดแคปซล
3. การเคลอบผว (Coating)Precision coating of small particles such as powders, granules, crystals, pellets and small tablets.
The coating liquid is sprayed up into to asprayed up into to a fluidized bed which uses advanced fluid dynamics to control the flow and achievecontrol the flow and achieve a high degree of coating uniformity.
4. Extrusion and expansionpมกใชในกระบวนการผลตอาหารสตวและอาหารคน เปน
ก า ร ท า ให ว ต ถ ด บ ส ก โ ด ย เ ฉพ า ะ แป ง น น ค อ ก า ร เ ก ด
gelatinization นนเอง วตถดบจะอยในสภาพเหนยวg
คลายแปงเปยก ถามการอดวตถดบสกเหลานผานตะแกรง
(die) ทมรปรางตางๆ แลวและมใบมดตด จะเรยก(die) ทมรปรางตางๆ แลวและมใบมดตด จะเรยก
กระบวนการนวา extrusion อาหารทออกมาจะมรปราง
die ไ die ตามแบบของ die แตถาไมมการอดผาน die กจะเรยกวา
กระบวนการ expansion
เมอวตถดบออกมาจากเครองทงสองแลว ความดน
ภายนอกจะนอยกวาภายในเครองมาก และยงกระทบความเยนภายนอกจะนอยกวาภายในเครองมาก และยงกระทบความเยน
ดวย ทาใหวตถดบพองตวออกมาก
Extruder and expander